lược về các biện pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng nói chung, đã đưara được phương án xử lý nước thải cũng như việc thiết kế hệ thống xử lý nướcthải của nhà máy.. Quá trình này tiê
Giới thiệu chung
Công ty cơ khí Đông Anh Hà Nội được xây dựng từ năm 1979 do Liên
Xô viện trợ giúp đỡ xây dựng mang tên đầu tiên là Nhà máy thiết bị điện Đông Anh.
Kể từ đó, công ty đã phát triển các sản phẩm truyền thống như máy biến áp, sợi cáp nhôm, và các thiết bị điện khác trên diện tích 11ha Với hệ thống nhà xưởng và máy móc hiện đại, nhà máy đã cung cấp nhiều sản phẩm thiết yếu cho các ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp điện quốc gia.
Trong bối cảnh nền kinh tế quốc dân phát triển, thị trường ngày càng yêu cầu sản phẩm chất lượng cao, đặc biệt là hàng xuất khẩu Đối với sản phẩm cột thép phục vụ mạng lưới truyền tải điện, việc đảm bảo chất lượng là vô cùng quan trọng Để đạt được điều này, cần đầu tư vào hệ thống sản xuất với công nghệ và thiết bị hiện đại trong dây chuyền sản xuất khép kín Nhận thấy khó khăn trong việc huy động vốn cho công nghệ tiên tiến, Nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh đã hợp tác với Công ty Công nghiệp nặng Huyndai (Hàn Quốc) để thành lập nhà máy sản xuất cột thép xuất khẩu ngay tại nhà máy liên doanh Sản phẩm chủ yếu của nhà máy là cột thép phục vụ xuất khẩu.
Ngành điện lực Việt Nam và khu vực đang được chính phủ đầu tư mạnh mẽ vào phát triển mạng lưới điện, dẫn đến nhu cầu ngày càng tăng về cột thép Triển khai dự án cột thép đạt tiêu chuẩn xuất khẩu không chỉ tạo cơ hội cho các công ty liên doanh phát triển về mặt kỹ thuật công nghệ mà còn nâng cao trình độ quản lý kinh doanh.
Dự án này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho xã hội mà còn tăng thu nhập cho nền kinh tế quốc dân thông qua các khoản thuế doanh thu và thuế lợi tức Nó cũng tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho lao động, đồng thời thúc đẩy sản xuất và tiêu thụ hàng hóa cho các cơ sở sản xuất nguyên vật liệu như nhà máy hóa chất và nhà máy sản xuất thép cùng các ngành liên quan.
Quá trình công nghệ sản xuất cột thép
Giai đoạn gia công cơ khí
Nguyên liệu là thép bóc và thép tấm được gia công trên hai dây chuyền khác nhau:
• Dây chuyền thép góc chủ yếu là đột dập cắt rãnh và khoan lỗ.
• Dây chuyền thép tấm chủ yếu là cắt bằng máy cắt thủy lực cắt tự động bằng lửa, khoan và đột dập chi tiết.
Sau khi gia công, các chi tiết cột điện sẽ được kiểm tra kỹ thuật để đảm bảo đạt yêu cầu lắp ráp Chỉ những chi tiết đạt tiêu chuẩn mới được chuyển ra ngoài để lắp ráp thử Sau quá trình thử nghiệm, các chi tiết sẽ được tháo rời, phân loại và chuyển sang dây chuyền mạ kẽm.
Quá trình gia công cơ khí tạo hình sản phẩm không sử dụng nước nên không có chất thải ra nguồn nước.
Giai đoạn mạ kẽm
Công nghệ mạ kẽm bằng phương pháp nhúng kẽm nóng được thực hiện qua hai bước chính Bước đầu tiên là xử lý sạch bề mặt, đảm bảo cho quá trình mạ diễn ra hiệu quả và bền vững.
Xử lý bề mặt là quy trình quan trọng sau khi lắp thử, trong đó các chi tiết sắt thép được phân loại và đưa vào bể làm sạch Việc làm sạch bề mặt trước khi mạ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mạ Các chi tiết được nhúng vào bể chứa axit sunphuaric (H2SO4) với thể tích 51,3 m³, bao gồm 24 tấn nước và 10 tấn axit sunphuric 98%, tạo ra nồng độ axit từ 25-28% và nhiệt độ khoảng 55±5°C Sau khoảng 35 đến 40 ngày, axit sunphuric sẽ loại bỏ rỉ sắt trên bề mặt thép, tuy nhiên, nồng độ axit sẽ giảm xuống còn 8% sau một thời gian Cuối cùng, các chi tiết được chuyển sang bể rửa nước lạnh cũng có thể tích 51,3 m³ để loại bỏ hoàn toàn axit bám trên bề mặt.
Các chi tiết được nhúng vào bể chứa dung dịch trợ dung gồm Clorua kẽm (ZnCl2) và Clorua amon (NH4Cl) với thể tích 51,3 m³ Dung dịch này giúp tăng độ thấm ướt của kim loại nóng chảy trên bề mặt chi tiết, cải thiện quá trình xử lý bề mặt.
Sau bước này chất thải chủ yếu là Fe 2+ , Zn 2+ và môi trường axit yếu thành phần bao gồm: Fe 2+ = 500ppm, Zn 2+ = 50ppm, PH = 2 – 3.
2.2.2 .Bước 2: Nhúng trong dung dịch mạ nóng chảy
Sau khi kết thúc bước làm sạch bề mặt các chi tiết được chuyển sang lớp mạ sản phẩm.
Các chi tiết được chuyển sang nhúng trong bể chứa kim loại nóng chảy. Thành phần các kim loại có chứa trong bể như sau:
- Lớp trên cùng là nhôm, khối lượng chứa trong bể là 5 kg, chiếm tỷ lệ 0,002% khối lượng.
- Lớp giữa là kẽm hàm lượng 99,995%, khối lượng chứa trong bể là 272 tấn chiếm tỷ lệ 93,3 % về khối lượng.
- Lớp dưới đáy là chì hàm lượng 99,95%, khối lượng chứa trong bể là 20 tấn, chiếm tỷ lệ 6,7% về khối lượng.
Khối lượng tổng cộng các kim loại chứa trong bể mạ là 292 tấn.
Sau giai đoạn này chất thải ra môi trường chủ yếu là Fe 2+ , Zn 2+ , axit sunphuric loãng, có thành phần: H2SO4 = 8%, Fe 2+ = 1.5%, Zn 2+ = 0.6%.
Quá trình mạ nhúng kẽm
Khi sản phẩm sắt được nhúng vào kẽm nóng chảy, quá trình khuếch tán kẽm với bề mặt sắt diễn ra, tạo thành lớp kim loại trên bề mặt sản phẩm Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chảy, thời gian nhúng và thành phần hóa học của kẽm nóng chảy.
Nhiệt độ lý tưởng của bể kẽm nóng chảy là 445±5 o C, giúp đảm bảo quy trình mạ diễn ra hiệu quả Chì nằm ở đáy lò có tác dụng bảo vệ đáy nồi lò mạ nhờ vào tỷ trọng cao của nó Bên cạnh đó, lượng nhôm trong bể góp phần tăng cường độ bóng cho bề mặt sản phẩm.
Sau khi nhúng sản phẩm, chúng được làm nguội và chuyển vào bể chứa crom có thể tích 56m³ với hàm lượng crom 99,5% Oxyt nhôm giúp ngăn ngừa oxi hóa nhôm khi tiếp xúc với nước Tỷ lệ crom trong bể chiếm từ 0,1% đến 0,15% khối lượng dung dịch Quá trình nhúng gây tràn nước thải chứa crom, được thu gom vào bể chứa 75m³ Mỗi 10 tháng, khối lượng nước crom thu được là 30 tấn, và cuối cùng, các chi tiết sắt thép được rửa sạch bằng nước lạnh.
Sản phẩm thải từ công đoạn này chủ yếu chứa Crom và có hàm lượng H+ cao, tạo ra môi trường axit với thành phần Cr 6+ là 0.02% và pH dao động từ 3 đến 4.
Sơ đồ công nghệ sản xuất chung của nhà máy
Hình I.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất chung của nhà máy
Nguồn thải và vai trò của việc xử lý nước thải trong nhà máy
Có 3 nguồn nước thải khi nhà máy hoạt động :
Nguồn thải một: Axit thải từ bể tẩy sạch cột thép bằng axit sunphuric, thải gián đoạn:
- Thành phần : H2SO4 = 8%, Fe 2+ = 1.5% , Zn 2+ = 0,6%
Nguồn thải hai: Nước thải liên tục do rửa cột thép trước khi đưa vào mạ:
- Thành phần Fe 2+ = 500ppm, Zn 2+ = 50ppm, PH= 2- 3
Nguồn thải ba: Nước thải có chứa Crom, thải gián đoạn:
Nước thải từ các nhà máy chứa hàm lượng cao Fe 2+ (500ppm) và Zn 2+ (50ppm), vượt xa tiêu chuẩn Việt Nam (Zn 2ppm, Fe 5ppm, pH 5,5 - 9), gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước và sức khỏe con người Các kim loại nặng này có thể dẫn đến các bệnh như viêm loét da, dạ dày, đường hô hấp và ung thư máu, đồng thời tích tụ trong động vật sống như tôm, cua, cá, ốc, gây tác động gián tiếp đến con người Ngoài ra, nồng độ cao của kim loại nặng có thể làm vô hiệu hóa enzym, phong tỏa màng tế bào và cản trở quá trình trao đổi chất, góp phần vào sự phát triển của bệnh ung thư và nhiều bệnh khác.
Crom khi ở nồng độ vượt mức cho phép có thể gây ra nhiều tác hại cho sức khỏe con người, bao gồm cảm giác vị kim loại, ớn lạnh và đau cơ khi nhiễm độc ở nồng độ thấp Nó cũng tích lũy trong gan và thận, dẫn đến tổn thương nghiêm trọng cho các cơ quan này và các bộ phận khác Đối với kẽm, các hợp chất của nó ít ảnh hưởng đến động vật thân nhiệt ổn định, nhưng lại có tác động tiêu cực đến động vật biến nhiệt, với nồng độ kẽm sunfat 0,4 mg/l có thể gây tử vong cho cá gai trong vòng 7 ngày Ngoài ra, kẽm cũng có thể gây ra các triệu chứng như buồn nôn, nôn, phát ban, khử nước và loét dạ dày.
Nước uống: 1 -15 mg/l theo tiêu chuẩn từng nước
Nước tưới ruộng có nồng độ sắt 5 mg/l, tuy nhiên, nhiễm độc sắt có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như viêm đa khớp dạng thấp, ung thư, táo bón, bệnh đái đường, suy tim, bệnh viêm gan, cao huyết áp và mất ngủ Đối với người và động vật có thân nhiệt ổn định, sắt ít gây độc, nhưng nồng độ cao sẽ làm nước có màu vàng và mùi tanh khó chịu Đối với động vật biến nhiệt, như thỏ, ngộ độc xảy ra khi hàm lượng sắt đạt 890 mg/kg thể trọng, trong khi chuột có thể bị ngộ độc từ 984 đến 1986 mg/kg thể trọng Cần chú ý đến nồng độ giới hạn cho phép của sắt trong nước.
Nước uống : 0,2 – 1,5 mg/l tuỳ thuộc tiêu chuẩn từng nước Nước thải: 2- 10 mg/l.
Vì vậy việc xử lý nước thải loại này có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống.
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA KIM LOẠI NẶNG
Phương pháp kết tủa hóa học
Phương pháp xử lý nước thải dựa trên các tính chất vật lý và hóa học của nước thải nhằm thực hiện các phản ứng oxy hóa khử và kết tủa Quá trình này giúp tách các chất độc hại có trong nước, sau đó thực hiện lắng, lọc và trung hòa để đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi xả thải.
Trong nước thải, ion kim loại nặng tồn tại dưới nhiều dạng, từ hợp chất dễ kết tủa đến những hợp chất khó kết tủa và độc hại Để giảm độc tính của chúng, cần thực hiện quá trình oxy hóa khử, mặc dù quá trình này tiêu tốn nhiều hóa chất và chỉ áp dụng khi các tạp chất không thể tách bằng phương pháp khác Để làm sạch nước thải, có thể sử dụng các chất oxy hóa như clo, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi, natri, pemanganat kali, bicromat kali, peoxythydro (H2O2), oxy trong không khí, ozon và pyroluzit (MnO2).
1 Quá trình oxy hóa khử:
Quá trình oxy hóa khử được sử dụng nhằm chuyển các ion kim loại trong nước thải về trạng thái dễ kết tủa hoặc ít độc hơn.
Cơ chế: n Me m+ + R = m Me n+ + R ’ Đồ án tốt nghiệp Chương II Phương pháp xử lý nước thải
Me m+ : kim loại có hóa trị +m R: tác nhân khử
Me n+ : kim loại có hóa trị +n R ’ : chất mới(nếu có)
Các ion kim loại trong nước có khả năng kết tủa thành các hợp chất không tan như hydroxyt, muối cacbonat và muối sunfit Quá trình lắng và lọc giúp tách các dạng kết tủa này khỏi nước Các hóa chất thường được sử dụng trong quá trình kết tủa bao gồm NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3 và Na2S, trong đó Ca(OH)2 là phổ biến nhất.
Quá trình kết tủa kim loại trong nước chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện môi trường, đặc biệt là mức pH Mỗi loại hóa chất và kim loại trong nước có khoảng pH tối ưu cho quá trình kết tủa Phản ứng kết tủa kim loại có thể được mô tả một cách tổng quát như sau:
Me +n : các cation kim loại trong nước như Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ ,…
X -m : các anion hóa chất đưa vào như OH - , S 2- , SO4 2-, PO4 3-,…
Hiện nay, phương pháp oxy hóa khử - kết tủa được sử dụng phổ biến để xử lý kim loại nặng trong nước thải tại Việt Nam, đặc biệt trong các ngành công nghiệp cơ khí, gia công kim loại, mạ điện, và chế tạo ô tô, xe máy Nhiều cơ sở sản xuất như công ty khóa Minh Khai, công ty cơ khí dụng cụ xuất khẩu, nhà máy ô tô Toyota, nhà máy moto Honda, và nhà máy liên doanh Vidamco đã áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chứa kim loại.
Hệ thống xử lý nước thải có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm tính đơn giản và chi phí thấp Vật liệu dễ kiếm giúp tối ưu hóa quy trình vận hành, đặc biệt phù hợp cho các nhà máy có quy mô lớn Hệ thống này còn có khả năng xử lý đồng thời nhiều loại kim loại, mang lại hiệu quả cao trong việc bảo vệ môi trường.
Khi nồng độ kết tủa trong nước thải cao, việc xử lý kết tủa trở nên cần thiết để giảm thiểu lượng bùn thải Sự gia tăng bùn thải không chỉ dẫn đến chi phí xử lý cao hơn mà còn biến bùn thành chất thải nguy hại Do đó, quản lý hiệu quả kết tủa trong nước thải là rất quan trọng để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và chi phí xử lý.
Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion sử dụng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp có gốc hydrocarbon và nhóm chức trao đổi ion Quá trình này diễn ra trong các cột anonit và cationit, cho phép xử lý hiệu quả các ion trong dung dịch.
Phương pháp trao đổi ion là một kỹ thuật hiệu quả để xử lý nước và nước thải, giúp loại bỏ các kim loại nặng như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn, cùng với các hợp chất độc hại như asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ.
Phương pháp này giúp thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làm sạch cao, vì vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong việc tách muối trong xử lý nước và nước thải.
Quá trình trao đổi ion diễn ra khi các ion trên bề mặt chất rắn trao đổi với các ion cùng điện tích trong dung dịch Các chất này, gọi là ionit (chất trao đổi ion), hoàn toàn không tan trong nước Cationit là những chất có khả năng hút ion dương từ dung dịch điện ly và mang tính axit, trong khi anionit hút ion âm và mang tính kiềm Nếu ionit có khả năng trao đổi cả cation và anion, chúng được gọi là ionit lưỡng tính.
Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo.
• Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên: zeolite, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau,…
Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tổng hợp bao gồm silicagen, pecmutit (chất làm mềm nước), các oxyt khó tan, và hydroxyt của một số kim loại như nhôm, crom Đây là những thành phần quan trọng trong phương pháp xử lý nước thải, được trình bày trong đồ án tốt nghiệp Chương II.
• Nhóm các chất trao đổi ion hữu cơ tự nhiên: axit humic của đất(chất mùn), than đá,…
• Nhóm các chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp: nhựa có bề mặt riêng lớn, chúng là các hợp chất cao phân tử.
Quá trình trao đổi ion xảy ra như sau:
- Trao đổi cation: n R-H + B n+ = RnB + nH + Trong xử lý kim loại nặng thì B n+ là các kim loại nặng như Cu 2+ , Ni 2+ , …
- Trao đổi anion: n R-OH + B n- = RnB + nOH -
Trong xử lý kim loại nặng thì B n- có thể là Cr2O7 2- MoO4 2-,…
Sau quá trình trao đổi ion, việc tái sinh ionit và thu hồi các thành phần quý giá là rất cần thiết Cationit thường được tái sinh bằng axit sunfuric với nồng độ từ 1,0-1,5%, trong khi anionit được tái sinh bằng kiềm với nồng độ khoảng 2,0-4,0%.
Phương pháp trao đổi ion trong xử lý nước thải đạt hiệu suất lên tới 99%, cho phép tái sinh chất trao đổi ion và thu hồi kim loại quý có giá trị kinh tế Phương pháp này dễ vận hành, yêu cầu không gian xử lý nhỏ và đặc biệt phù hợp với nước thải chứa nhiều kim loại, đồng thời không tạo ra chất thải thứ cấp.
Giá thành xử lý cao, không thích hợp với nhà máy có quy mô lớn với lượng nước thải nhiều.
Phương pháp điện hóa
Phương pháp tách kim loại nặng từ nước thải bằng quá trình oxy hóa khử sử dụng điện cực nhúng và dòng điện một chiều cho phép loại bỏ các ion kim loại mà không cần bổ sung hóa chất Tuy nhiên, phương pháp này chỉ phù hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao (>1g/l) và đòi hỏi chi phí điện năng đáng kể.
Cho dòng điện một chiều đi qua hai cực của điện cực, quá trình oxy hóa và khử sẽ xảy ra trên anot và catot.
Quá trình khử cation diễn ra tại các anot, nơi ion kim loại được chuyển đổi thành ion ít độc hại hơn hoặc hình thành kim loại bám vào điện cực.
Phương trình Me + n + me = Me + (n-m) mô tả quá trình oxy hóa khử để tách kim loại từ nước thải bằng cách sử dụng dòng điện một chiều Trong đó, m là hóa trị của kim loại và n là số điện tử làm thay đổi hóa trị (với n > m) Thiết bị điện phân có thể hoạt động theo chế độ liên tục hoặc gián đoạn, và hiệu suất của quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất cần được xem xét.
• Mật độ dòng điện (đơn vị tính là A/m 2 hoặc A/cm 2 ): là tỷ số giữa cường độ dòng điện và bề mặt điện cực.
• Điện áp của thùng điện phân (đơn vị tính là V): bao gồm điện thế phân cực, độ sụt áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp,…
Hiệu suất theo dòng, được tính bằng %, thể hiện lượng điện cần thiết theo lý thuyết so với chi phí điện thực tế Đây là một yếu tố quan trọng trong đồ án tốt nghiệp Chương II về phương pháp xử lý nước thải.
Anot thường được chế tạo từ các vật liệu không hòa tan có tính chất điện phân như graphit, magnetit (Fe3O4), chì dioxit, mangan dioxit và ruteni dioxit, và được phủ lên nền titan.
Catot được chế tạo từ molipden và hợp kim của vonfram với sắt hoặc niken, cùng với than chì, thép không gỉ và các kim loại khác Những vật liệu này thường được phủ lớp molipden, vonfram hoặc các hợp chất của chúng để nâng cao hiệu suất và độ bền.
Quá trình khử tại catot diễn ra thông qua việc nhận điện tử, trong đó ion kim loại bị khử sẽ tạo thành ion ít độc hại hơn hoặc chuyển hóa thành kim loại bám vào điện cực.
Xử lý dòng thải có nồng độ kim loại cao mà không cần hóa chất, phương pháp này dễ sử dụng và cho phép thu hồi các kim loại quý giá.
Tiêu hao điện năng lớn, chi phí xử lý cao
Phương pháp trích ly
Xử lý nước thải chứa Uranium và nước thải công nghiệp có hàm lượng kim loại vượt quá 1000mg/l là một thách thức quan trọng Quá trình trích ly hóa học là phương pháp hiệu quả để tách kim loại nặng ra khỏi nước Trong quá trình này, ion kim loại sẽ chuyển từ pha nước sang pha dung môi nhờ sự liên kết giữa ion kim loại và chất trích ly trong dung môi hữu cơ không tan trong nước Kết quả là kim loại được tách ra khỏi nước, giúp cải thiện chất lượng nước thải.
Me +n + nR-X = Rn-Me + nX -
Hiệu quả của quá trình trích ly phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm pH của dung dịch, tỷ lệ thể tích giữa các pha, và bản chất của ion kim loại cùng với chất trích ly.
Phương pháp trích ly được áp dụng nhiều trong đạt khoảng 80% và sau đó có thể hoàn nguyên lại chất trích ly và thu hồi kim loại.
Có thể làm nhiễm bẩn nguồn nước do các dung môi hữu cơ bị tan một phần trong nước, nên phương pháp này vẫn còn hạn chế sử dụng.
Phương pháp màng
Phương pháp tách bằng màng là giải pháp hiện đại cho vấn đề nước thải công nghiệp, đặc biệt trong ngành cơ khí Vật liệu màng có thể là chất rắn, chất hữu cơ trương nở hoặc chất lỏng Hiện nay, có một số phương pháp tách màng được áp dụng.
Khi áp suất cao, các phân tử dung môi có khả năng xuyên qua màng bán thấm, trong khi các phân tử chất hòa tan không thể qua màng sẽ ở lại, dẫn đến nồng độ dung dịch ngày càng tăng.
Các loại màng bán thấm thông dụng nhất được sử dụng là: xenlulo axetat và các polyamit thơm
Các thiết bị cần thiết cho phương pháp này bao gồm máy lọc ép với các tấm lọc song song, lọc ống, lọc màng bán thấm cuộn và màng dạng sơ trống rỗng.
Siêu lọc là phương pháp hiệu quả để tách các phân tử hóa học có kích thước như dầu và chất thải hữu cơ Nguyên tắc hoạt động của siêu lọc tương tự như thẩm thấu ngược, tuy nhiên, hiện tượng phân cực trong siêu lọc mạnh mẽ hơn so với thẩm thấu ngược.
5.3 Thẩm tách và điện thẩm tách
Điện thẩm tách là quá trình phân tách các chất rắn thông qua sự khuếch tán không đồng nhất qua một lớp màng Phương pháp này sử dụng các màng chọn lọc cho cation và anion, được sắp xếp luân phiên theo chiều dòng điện.
Phương pháp này có nhược điểm là yêu cầu kỹ năng vận hành và bảo quản cao, cùng với chi phí đầu tư rất đắt, khiến nó chỉ phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn và có công nghệ tiên tiến Do đó, trong bối cảnh kinh tế hiện tại của nước ta, việc áp dụng phương pháp này vẫn chưa khả thi.
Phương pháp sinh học
Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật và vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng để phát triển sinh khối, như bèo tây, bèo tổ ong và tảo, phương pháp này có thể xử lý nước thải có nồng độ kim loại nặng dưới 60mg/l Để đạt hiệu quả tốt nhất, cần bổ sung đủ chất dinh dưỡng như N, P và các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển của thực vật Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu diện tích lớn và hiệu quả xử lý sẽ kém nếu nước thải chứa nhiều kim loại.
Phương pháp này dựa trên hiện tượng hấp thu sinh học, trong đó nhiều loài sinh vật như thực vật thủy sinh, tảo, nấm và vi khuẩn có khả năng giữ lại hoặc thu nhận các kim loại nặng từ đất và nước vào bên trong tế bào của chúng.
Các phương pháp sinh học để xử lý kim loại nặng bao gồm:
• Sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí
• Sử dụng thực vật thủy sinh
• Sử dụng các vật liệu sinh học
Để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình xử lý, việc phân lập và lựa chọn cẩn thận các chủng vi sinh vật phù hợp là rất quan trọng.
Dùng bèo và tảo có thể tách được các kim loại nặng ra khỏi nước thải với mức độ làm sạch tương đối cao.
Nước thải chứa nhiều kim loại nặng sẽ làm giảm hiệu suất xử lý Để đáp ứng yêu cầu xử lý lớn, cần có mặt bằng phù hợp Quá trình sinh trưởng và phát triển của sinh vật là phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố và cần đủ thời gian để triển khai hiệu quả.
Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ trong môi trường nước là quá trình mà nồng độ của một chất tan, được gọi là chất bị hấp phụ, tăng lên trên bề mặt của một chất rắn, hay còn gọi là chất hấp phụ.
Khi chất hấp phụ đã bão hòa, người ta tiến hành nhả hấp phụ Việc nhả hấp phụ bao gồm 2 mục đích:
• Tái sinh vật liệu hấp phụ
• Thu hồi các cấu tử quý hiếm
Hấp phụ là phương pháp làm sạch nước thải phổ biến hiện nay, đóng vai trò quan trọng trong khoa học kỹ thuật và sản xuất phục vụ đời sống.
Trong ngành công nghiệp, than hoạt tính được sử dụng để tẩy màu cho đường kính, trong khi caolanh được áp dụng để loại bỏ dầu mỡ và các hợp chất hữu cơ.
Trong lĩnh vực nông nghiệp: những ứng dụng của chất hấp phụ là giữ các ion
K + , NH4 + để giữ chất dinh dưỡng trong đất cho cây Đồ án tốt nghiệp Chương II Phương pháp xử lý nước thải
Trong ngành kỹ thuật: áp dụng phương pháp hấp phụ để tẩy sạch dung dịch, tách nguyên tố hiếm và đặc biệt trong phương pháp sắc ký.
Trong công nghệ môi trường, việc sử dụng chất hấp phụ không chỉ giúp làm sạch nước và không khí mà còn thu hồi kim loại quý hiếm Các chất hấp phụ phổ biến như oxit nhôm, than hoạt tính và mùn cưa thường được áp dụng để tách kim loại nặng trong nước thải ngành cơ khí Quá trình hấp phụ có thể diễn ra trên nhiều hệ thống thiết bị khác nhau, theo cả chiều xuôi và ngược Khi chất hấp phụ đạt trạng thái bão hòa, quá trình tái sinh sẽ được thực hiện với các kim loại như zeolit, than hoạt tính và oxit nhôm, và các chất thải như mạt cưa, than bùn có thể được đưa vào lò đốt để thu hồi kim loại Gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá khả năng hấp phụ của các chất này đối với các kim loại nặng như crom, niken và đồng.
Phương pháp kết tủa nổi bật với nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng xử lý kim loại hiệu quả, tính đơn giản và chi phí thấp Vật liệu sử dụng dễ kiếm, phù hợp cho việc xử lý nước thải từ các nhà máy quy mô lớn, đồng thời có khả năng xử lý nhiều kim loại cùng lúc.
Phương pháp thông dụng là phương pháp kết tủa hóa học kết hợp với đông keo tụ.
Phương pháp kết tủa hóa học dựa trên nguyên tắc rằng độ hòa tan của kim loại trong dung dịch phụ thuộc vào độ pH Ở một giá trị pH nhất định, nồng độ kim loại sẽ vượt quá nồng độ bão hòa và dẫn đến kết tủa Hầu hết các kim loại chỉ kết tủa ở pH kiềm yếu hoặc kiềm, trong khi rất ít kim loại kết tủa ở pH = 7 hoặc trong môi trường axit Để điều chỉnh pH, người ta thường sử dụng sữa vôi, sô đa và sút Đối với các kim loại tạo thành hydroxit lưỡng tính như Crom và kẽm, quá trình kết tủa thường diễn ra ở pH không cao, và pH này có thể giảm sau khi kết tủa.
Thông thường giá trị pH giảm sau khi kết tủa nguyên nhân do:
- Trong quá trình kết tủa tạo thành các hydroxyt kim loại hay muối kiềm khó tan, hàm lượng ion hydroxyt giảm(OH-).
- Hấp thụ các chất trung hòa vào các bông cặn hydroxyt kim loại có bề mặt lớn.
- Nêu trong dung dịch có mặt hợp chất Fe 2+ thì Fe 2+ sẽ bị oxy hóa bởi O2 tan trong nước tạo thành ion hydro H + theo phản ứng:
Phương pháp kế tủa đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng Việc chọn tác nhân trung hòa và điều chỉnh pH phù hợp là cần thiết để tối ưu hóa quá trình xử lý Nước thải cần được xử lý tại nguồn nhằm thu hồi kim loại, tạo cơ hội cho tuần hoàn nước và giảm lượng kim loại trong dòng thải trước khi đưa vào trạm xử lý tập trung.
Tiêu chuẩn nguồn nước thải công nghiệp
Hình II.1 Bảng tiêu chuẩn nguồn nước thải công nghiệp
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ
Kỹ thuật xử lý Zn2+ có trong nước thải
Có nồng độ lớn hơn lượng nước thải cho phép theo tiêu chuẩn B tiêu chuẩn Việt Nam như bảng 1.2.
Để xử lý ion Zn 2+ trong nước thải, phương pháp trung hòa được chọn, sử dụng các hóa chất như NaOH, Na2SO3 và Ca(OH)2 NaOH và Na2CO3 là hai chất tan mạnh trong nước, có khả năng tạo dung dịch phản ứng cao, trong khi muối canxi có độ hòa tan thấp, thường được sử dụng dưới dạng bột mịn hoặc huyền phù với nồng độ từ 5-20%.
Tác nhân trung hòa NaOH là lựa chọn tốt nhất do phản ứng diễn ra nhanh chóng, giúp tiết kiệm thời gian và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Hình III.1 Hóa chất sử dụng là NaOH
Với hóa chất sử dụng là Ca(OH)2 và Na2CO3 thì có đồ thị sau:
Hình III.2 Hóa chất là Ca(OH) 2 Hình III.3 Hóa chất là Na 2 CO 3
Theo đồ thị ta thấy để kết tủa Zn 2+ thì môi trường có pH = 10 là tối ưu.
Vì vậy ta thêm NaOH vào nâng pH để kết tủa Zn 2+ tốt nhất.
Kỹ thuật xử lý ion Fe2+ có trong nước thải
Để xử lý ion Fe 2+, cần chuyển đổi chúng thành ion Fe 3+ thông qua phản ứng oxy hóa Các tác nhân oxy hóa sẽ được sử dụng trong quá trình này.
Clo là một chất ôxy hoá hiệu quả, có khả năng chuyển hoá sắt 2+ thành sắt 3+ và làm quá trình khử trùng nước diễn ra nhanh hơn Clo có thể được đưa vào nước dưới dạng lỏng hoặc khí, giúp tiết kiệm không gian vì không cần bể chứa lớn cho quá trình làm thoáng.
Công nghệ Fenton là một phương pháp hiệu quả trong xử lý nước thải, sử dụng tổ hợp hydrogen peroxide (H2O2) và ion sắt Fe2+ làm tác nhân oxy hóa Tổ hợp này hoạt động nhờ vào phản ứng giữa H2O2 và các ion sắt hóa trị hai, tạo ra các gốc tự do hydroxyl (HO•) với khả năng oxy hóa mạnh mẽ, có thế oxy hóa lên đến 2,8V Nhờ vào đặc tính này, công nghệ Fenton có khả năng phân hủy hiệu quả các hợp chất ô nhiễm trong nước thải.
Fe 3+ Nhưng ion Fe 2+ mất đi sẽ được tái sinh lại nhờ phản ứng giữa Fe 3+ và
H2O2 dư Cơ chế tạo ra gốc hydroxyl HO o và ôxy hóa các chất bẩn trong nước thải:
HO o + R-X € R* + H2O Đồ án tốt nghiệp Chương III Phân tích lựa chọn phương án xử lý
Phương trình phản ứng Fenton tổng cộng có dạng
H2O2 + Fe 2+ + RH € H2O + Fe 3+ + sản phẩm
Xúc tác dị thể (chứa Fe)
Hệ tác nhân Fenton đã chứng minh khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm trong nước thải, đặc biệt là các chất hữu cơ khó phân hủy và độc hại, thường gặp trong sản xuất thuốc bảo vệ thực vật và ngành dệt nhuộm Một ưu điểm nổi bật của phương pháp này là quá trình xử lý diễn ra ở nhiệt độ và áp suất thường, không cần thiết bị gia nhiệt hay cao áp như phương pháp CWAO Điều này đã khiến công nghệ Fenton trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong việc xử lý nước thải, mở ra nhiều triển vọng cho ngành môi trường tại Việt Nam.
Khí Ozon có khả năng hòa tan trong nước gấp 9 lần so với oxy, và có khả năng tự tái tạo thành oxy Khi sục khí ozon, lượng oxy hòa tan trong nước tăng lên, giúp các chất hữu cơ và vô cơ lơ lửng trong nước phản ứng nhanh chóng với ozon, từ đó nâng cao hiệu quả kháng khuẩn Chất lượng nước, đặc biệt là hàm lượng sắt hòa tan, ảnh hưởng đáng kể đến nhu cầu ozon và tính ổn định của nước Mặc dù xử lý nước bằng ozon an toàn và thân thiện với môi trường hơn so với các phương pháp khác, nhưng chi phí thực hiện lại cao hơn.
Trong trường hợp này ta dùng oxy trong không khí làm tác nhân oxy hóa, đơn giản mà hợp kinh tế
Thiết bị sục khí có dạng như hình vẽ:
Hình III.4 Một số ống sục khí
Kỹ thuật keo tụ
Zn(OH)2 và Fe(OH)3 hình thành dưới dạng keo nhỏ lơ lửng, khiến quá trình
Trong tự nhiên, các hạt cặn lơ lửng có điện tích âm hoặc dương tùy thuộc vào nguồn gốc và bản chất hóa học của chúng Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp với nhau nhờ lực liên kết phân tử và điện từ, tạo thành các tổ hợp phân tử, nguyên tử hoặc ion tự do, được gọi là hạt bông keo (flocs) Các hạt bông keo được chia thành hai loại: keo kị nước và keo háo nước, trong đó keo háo nước hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn và virus, và keo kị nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước thải.
3.2 Phân tích lựa chọn chất keo tụ
Các hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước thu hút các ion trái dấu, tạo thành một mặt trượt khi các ion này bị hút chặt vào hạt Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong là lớp ion bên ngoài, nơi mà hầu hết các ion trái dấu bám vào một cách lỏng lẻo Khi các hạt rắn chuyển động qua chất lỏng, điện tích âm của chúng bị giảm bởi các ion mang điện tích dương trong lớp bên trong Hiệu số điện năng giữa các lớp này được gọi là điện thế Zenta (ς), khác với thế nhiệt động (E), là hiệu số điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng Thế Zenta phụ thuộc vào E và chiều dày của hai lớp, quyết định lực tĩnh điện đẩy của các hạt và lực cản trở sự kết dính giữa chúng.
Điện tích âm thực sự là điện tích đẩy, kết hợp với lực hút tĩnh điện do cấu trúc phân tử của các hạt Mục tiêu của quá trình đông tụ là giảm thế năng zenta, tức là hạ thấp hàng rào năng lượng tới giá trị tới hạn để các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách thêm ion dương Quá trình này phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt thông qua việc trung hòa điện tích Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của các ion trái dấu; hóa trị càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao.
Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau:
Me OH HOH Me OH H
Me OH HOH Me OH H
Liều lượng các chất bông nay phụ thuộc vào nồng độ các chất rắn trong nước thải.
Chất đông tụ là các hóa chất giúp kết hợp các chất keo hoặc khối chất với nhau, được phân thành hai loại chính: chất đông tụ vô cơ và chất đông tụ hữu cơ.
Các chất đông tụ vô cơ phổ biến bao gồm muối nhôm, sắt và các hỗn hợp của chúng Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào các yếu tố như tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất, pH và thành phần muối trong nước Thực tế, các chất đông tụ vô cơ thường được sử dụng bao gồm Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O và NH4Al(SO4)2.12H2O.
Chất đông tụ hữu cơ thường là các polyme giúp trung hòa thế zenta, đồng thời có khả năng hút dính và liên kết chéo Những chất này hòa tan trong nước có nhiều điểm hoạt động, tại đó các hạt rắn lơ lửng sẽ được kéo lại và kết nối với nhau, tạo thành các khối lớn với tốc độ lắng cao Các khối chất này thường lớn, bền vững và khó bị phá hủy, đồng thời còn có khả năng khử nước tốt trong bùn Chất đông tụ hữu cơ polyme được chia thành ba loại: mang ion âm, mang ion dương và không mang ion, trong đó polyacrylamid là loại phổ biến nhất trên thị trường.
Theo kinh nghiệm, các khối chất từ chất đông tụ vô cơ không bền vững, nhưng khi thêm một lượng nhỏ chất đông tụ hữu cơ polymer, chúng sẽ kết hợp qua chuỗi mạch dài để tạo thành khối vững chắc Polyacrylamid, có khả năng hoạt động hiệu quả ở mọi dạng pH trong dòng nước thải, liên kết các hạt lơ lửng tích điện nhờ lực tương tác Van der Waals, giúp chúng lắng nhanh chóng.
Do vậy trong trường hợp này ta chọn chất đông tụ là polyacrylamid với liều lượng là khoảng 1: 5 mg/l.
3.3 Cơ chế của quá trình đông tụ
Hình III.5 Cơ chế quá trình đông tụ
Quá trình đông tụ xảy ra theo 3 giai đoạn là:
• Hạt lơ lửng tiếp xúc với phân tử polyme tạo thành khối các hạt
• Hạt lơ lửng không tan tiếp xúc các hạt polyme tạo thành chuỗi hạt
• Các hạt tiếp xúc với nhau theo một chuỗi hỗn tạp, không quy tắc.
Kỹ thuật lắng
Sau khi tiến hành keo tụ ta thấy các chất tạo thành ở dạng keo lơ lửng nên ta tiến hành quá trình lắng
- Vùng lắng Đồ án tốt nghiệp Chương III Phân tích lựa chọn phương án xử lý
Bể lắng cặn đặc trưng bởi vùng lắng được chia thành nhiều lớp mỏng trong không gian nhỏ hẹp, nhờ vào các tấm hoặc ống được đặt nghiêng với khoảng cách từ 5 – 15 cm Việc sử dụng các tấm phẳng hoặc hình sóng giúp dễ dàng trong việc lắp ráp và quản lý, trong khi các ống mang lại độ chắc chắn và kích thước đồng đều hơn Tuy nhiên, việc sử dụng ống có thể dẫn đến tình trạng cặn bẩn tích tụ nhanh hơn và tăng khối lượng công việc tẩy rửa.
4.2 Cơ chế quá trình lắng
Khi cải tạo bể lắng thông thường bằng thành bể lắng với nhiều lớp mỏng thì năng suất tăng gấp 2 – 4 lần.
Có các loại chuyển động tương đối giữa dòng chảy với hướng lắng cặn:
Loại 1: sơ đồ chuyển động ngược dòng trong đó dòng nước chuyển động ngược chiều với hướng lắng – trượt của cặn.
Sơ đồ dòng chảy ngang loại 2 cho thấy nước di chuyển theo phương ngang, song song với chiều dọc của bể, và vuông góc với hướng lắng của các hạt cặn.
Loại 3: sơ đồ chuyển động cùng chiều trong đó cặn lắng chuyển động theo hướng cùng chiều với dòng nước.
Bể lắng nhiều lớp mỏng với sơ đồ ngược dòng chảy ngang và thiết bị phân phối dòng nước theo tỷ lệ là loại có cấu tạo hợp lý nhất.
Kỹ thuật xử lý nước thải chứa crôm
Trong các nhà máy hóa chất và cơ khí chế tạo, nước thải thường chứa crom với nồng độ cho phép là 0.1 mg/l đối với crom hóa trị 6 và 0.05 mg/l đối với crom hóa trị 3.
Cơ sở của phương pháp hóa học xử lý crom là phản ứng khử để biến
Cr 6+ thành Cr 3+ ở dạng hydroxit kết tủa Những chất khử có thể là natrisunfua
Na2S, natrisunfit Na2SO3 ,sắt sunphat FeSO4 khí sunphuro SO2 , khói chứa
Đầu tiên, nước thải được điều chỉnh về lưu lượng và nồng độ Nếu pH thấp hơn 4, cần axit hóa để đạt pH từ 2 đến 4 trước khi tiến hành phản ứng khử Đồng thời, cần xác định nồng độ Cr 6+ để tính toán lượng chất khử cần thiết.
Chất khử được chuẩn bị dưới dạng dung dịch 10% và được đưa vào bể phản ứng thông qua thiết bị định lượng, với lượng dung dịch đủ để chuyển đổi hoàn toàn Cr 6+ thành Cr 3+ Thời gian khuấy trộn trong bể phản ứng thường dưới 30 phút Sau khi phản ứng kết thúc, vôi sữa với nồng độ 25% theo hoạt tính CaO được thêm vào để đạt pH = 9, tiếp tục khuấy trộn thêm 30 phút Cuối cùng, nước được chuyển sang bể lắng, với thời gian lắng không quá 2 giờ.
Nước thải chứa crôm được xử lý bằng phương pháp khử hóa học, chuyển đổi Cr 6+ thành Cr 3+ thông qua Na2SO3 với hiệu suất khoảng 90% Sau đó, nước thải này tiếp tục được xử lý trong hệ thống xử lý nước thải để đạt tiêu chuẩn thải cho phép dưới 0.1 mg/l.
Nước thải chứa crôm được xử lý bằng phương pháp khử hóa học, chuyển đổi Cr 6+ thành Cr 3+ bằng Na2SO3 với hiệu suất khoảng 90% Sau đó, nước thải này tiếp tục được xử lý trong hệ thống xử lý nước thải để đạt tiêu chuẩn thải cho phép dưới 0.1mg/l.
Trong các nhà máy hóa chất và cơ khí chế tạo, nước thải thường chứa crom với nồng độ cho phép là 0.1 mg/l cho crom hóa trị 6 và 0.05 mg/l cho crom hóa trị 3 Đồ án tốt nghiệp sẽ tập trung vào việc phân tích và lựa chọn phương án xử lý hiệu quả cho nước thải này.
Cơ sở của phương pháp hóa học xử lý crom là phản ứng khử để biến
Cr 6+ thành Cr 3+ ở dạng hydroxit kết tủa Những chất khử có thể là natrisunfua
Na2S, natrisunfit Na2SO3, sắt sunphat FeSO4 khí sunphuro SO2, khói chứa SO2
Nước thải được điều hòa lưu lượng và nồng độ trước khi kiểm tra pH Nếu pH thấp hơn 4, cần axit hóa để đạt pH từ 2 đến 4 trước khi tiến hành phản ứng khử Đồng thời, việc xác định nồng độ Cr 6+ là cần thiết để tính toán lượng chất khử cần sử dụng.
Chất khử được chuẩn bị dưới dạng dung dịch 10% và đưa vào bể phản ứng qua thiết bị định lượng, với lượng đủ để chuyển đổi hoàn toàn Cr 6+ thành Cr 3+ Thời gian khuấy trộn trong bể phản ứng thường dưới 30 phút Sau khi phản ứng kết thúc, vôi sữa nồng độ 25% theo hoạt tính CaO được thêm vào với lượng đủ để đạt pH = 9, tiếp tục khuấy trộn thêm 30 phút Cuối cùng, nước được chuyển sang bể lắng, với thời gian lắng không quá 2 giờ.
Sơ đồ công nghệ xử lý chung
Hình III.6 Sơ đồ công nghệ chung xử lý nước thải. Đồ án tốt nghiệp Chương IV Tính toán công nghệ
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
Hệ thống xử lý nước thải của nguồn một và hai
Ta có lưu lượng của nguồn thải:
Do đặc tính chất thải và biện pháp xử lý tương đồng giữa hai nguồn thải một và hai, việc kết hợp hai nguồn thải này để xử lý sẽ giúp tiết kiệm thiết bị và hóa chất, đồng thời tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và quy mô của nhà máy.
Lưu lượng nước thải nguồn một và hai:
= 6,3472( m 3 /h) = 6347,22(l/h) Thành phần các chất trong nước thải:
• Fe 3+ nguồn một là 500ppm = 500 mg/l với lưu lượng là 150m 3 /ngày hay 6250 l/h
• Fe 3+ nguồn hai là 1,5%=1.5x1000/100 (g/l) với lưu lượng là 70m 3 /tháng hay 97,22l/h
Khi trộn hai dòng này ta có nồng độ của Fe 2+ là:
• Zn 2+ của nguồn một là 50 ppm = 50(mg/l) với lưu lượng 6250 l/h
• Zn 2+ của nguồn hai là 0,6% với lưu lượng là 97,22 l/h
Do đó khi trộn hai nguồn này thì ta có nồng độ của ion Zn 2+ là:
• H + của nguồn một có pH= 2 – 3
Mà pH = - log(H + ) nên có [H + ] =10 − 2 (mol/l)
Hay C H + = 10 -2 (g/l) với lưu lượng là 6250 l/h
• Với H2SO4 trong nguồn hai là 8% với lưu lượng là 97,22 l/h
Mặt khác ta lại có
= = (I.1.5) Đồ án tốt nghiệp Chương IV Tính toán công nghệ
Nên có nồng độ mol của H + là C[H + ]= 9,87 10 -3 (mol/l)
Mà ta lại có pH = - log ([H + ])
Vậy tổng thành phần chất thải nguồn một và hai:
Thành phần Fe 2+ Zn 2+ PH
8,8 10 x − 3 7,5 10 x − 4 2 Đầu tiên ta tiến hành trung hòa nước thải bằng NaOH
1.2.1 Lượng NaOH cần thiết để trung hòa nước thải
Thành phần nước thải: n[ H + ] = C xQ H + 12 = 10 − 2 x 6347, 22 63, 47( = mol h / ) (I.1.7) n[Fe 2+ ] = C Fe 2 + xQ 12 = 8,8 10 x − 3 x 6347, 22 56,86( = mol h / ) (I.1.8) n[Zn 2+ ] = 7,5 10 x − 4 x 6347, 22 4, 76( = mol h / ) (I.1.9)
Ta có các phương trình phản ứng có thể xảy ra như sau:
Zn 2+ + 2OH - ⇔ Zn(OH)2 ↓ có T Zn (OH ) 2 = 7,1x10 − 18 (2)
Fe 2+ + 2OH - ⇔ Fe(OH)2 có T Fe ( OH ) 2 = 10 − 15 (3)
Ta thấy T Zn (OH ) 2= 7,1x10 − 18 < T Fe ( OH ) 2 = 10 − 15 nên Zn 2+ phản ứng trước.
Theo phương trình phản ứng ta có:
Tổng số mol phản ứng là : nNaOH = n[OH-][1] + n[OH-][2] + n[OH-][3]
Lượng NaOH cần thiết cho phản ứng là : mNaOH = nNaOH x MNaOH = 186,71 x 40 = 7468,4 (g/h) (I.1.11)
Ta thấy sau phản ứng pH nên [OH - ] = 10 − 4 ta có: m1=10 − 4 x40=0,004(g/h)
Lượng NaOH đưa vào phản ứng là: mNaOH = mNaOH + m1= 7468,4+0,004t68,4004 (g/h) (I.1.12)
Ta thấy lượng NaOH cho vào phản ứng ở dạng lỏng là tốt nhất, do vậy nồng độ NaOH cho vào phản ứng là 10%
Do đó ta có thể tích NaOH đưa vào phản ứng là :
V= Q’= m:ρ NaOH t68,4004: 110.9g,34( l/h) (I.1.13)(Khối lượng riêng của NaOH 10% ρ 0.9(g/l)) [tra bảng I.22 – I]Khi đó theo đồ thị : Đồ án tốt nghiệp Chương IV Tính toán công nghệ
Hình IV.1 Độ tan của kim loại phụ thuộc vào pH
Ta có lượng Zn 2+ còn lại sau phản ứng là : [Zn 2+ ] = 0.2 (mol/l)
Như vậy lưu lượng nước sau khi ra khỏi thiết bị trung hòa là:
1.2.2 Lượng oxy cần thiết để đưa vào khử ion Fe 3+
Sau đó dung dịch được đưa sang bể sục khí để làm kết tủa Fe(OH)2
Khi đó ta có phương trình phản ứng:
Lượng oxy cần thiết cho phản ứng là: m O 2 = 14,12x32 = 451,84g/h) (I.1.15)
Ta lại thấy trong không khí có 21% là oxy vì vậy lượng không khí cần thiết cho phản ứng là: m O 2 = 100 x451,84 2151,62 / )
Mặt khác ta có cơ chế phản ứng là :
Ta có phương trình động học phản ứng:
Trong đó: t: thời gian phản ứng (s) aOH-: hoạt độ của ion OH - aOH-= 2,698x10 -9 (theo phụ lục)
P : áp suất của oxi trong không khí: P O 2= 0,21atm
Fe 2 m +: nồng độ khối lượng mol của Fe 2+ (mol)
Fe d dm e e e m t d dm e t dt m dm e t dt m m t m e
Mà ta có hiệu suất chuyển hóa là U= 90% ([3])
+ + Đồ án tốt nghiệp Chương IV Tính toán công nghệ Thay vào phương trình ta có
Vậy thời gian phản ứng là t = 3,545(ph)
Thời gian lưu trong thiết bị là 15ph (theo kinh nghiệm)
Như vậy sau khi tiến hành phản ứng oxy hóa thì thành phần các ion có trong dịch l
Sau khi sục khí, nước thải được đưa sang thiết bị keo tụ để làm đông các hạt lơ lửng
1.2.3 Nồng độ pha rắn trong chất lỏng
Ta có thành phần chất rắn đi vào thiết bị đông tụ là:
Nên ta có tổng nồng độ pha rắn là :
Ta có nồng độ phần trăm thể tích:
Khi thêm polimer ta có độ nhớt của dung dịch huyền phù loãng η= 1,8.10 -3 (Ns/m 2 )
1.2.4 Thời gian chuyển hóa trong quá trình đông tụ
Ta thấy chất đông tụ cho thêm vào liều lượng khoảng 1 – 5 mg/l vậy chọn lượng polimer mang vào là 3mg/l Thời gian lưu τ = − 1 5 ph
Thời gian tiến hành phản ứng keo tụ khoảng từ 10 – 15 ph.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
Bể lắng cát
Bể lắng cát dùng để tách cát và các chất vô cơ không tan cũng như mảnh kim loại ra khỏi nước thải.
Dưới tác động của trọng lực, các hạt rắn có tỷ trọng lớn hơn nước sẽ lắng xuống đáy bể trong quá trình chuyển động Để thiết kế bể lắng cát hiệu quả, cần tính toán vận tốc dòng chảy sao cho đủ lớn để các hạt hữu cơ nhỏ không lắng xuống, đồng thời đủ nhỏ để giữ lại cát và các tạp chất rắn vô cơ trong bể.
Thông thường được tính toán để giữ lại các hạt cát có đường kính > 0.25 mm thì vận tốc dòng chảy là 0.15
