Xử lý nước thải ngành công nghiệp luyện kim và gia công kim loại

Xử lý nước thải ngành công nghiệp luyện kim và gia công kim loại

Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường MỤC LỤC MỤC LỤC 1 Nhóm SVTH – lớp 08CHP Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường Từ trước đến nay, ô nhiễm môi trường trong các hoạt động luyện kim luôn là vấn đề nan giải, được dư luận đặc biệt quan tâm. Thời gian gần đây với sự đòi hỏi bức thiết của toàn xã hội, ý thức về bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm trong các cơ sở luyện kim đã được nâng lên rõ rệt. Nước - nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải vô tận. Mặc dù lượng nước chiếm hơn 97% bề mặt trái đất nhưng lượng nước có thể dùng cho sinh hoạt và sản xuất rất ít, chỉ chiếm khoảng 3%. Nhưng hiện nay nguồn nước này đang bị ô nhiễm trầm trọng do nhiều nguyên nhân mà nguyên nhân chính là do hoạt động sản xuất và ý thức của con người. Việc khan hiếm nguồn nước ngọt đã và đang gây ra hậu quả hết sức nghiêm trọng đến môi trường, hệ sinh thái, các loài sinh vật, trong đó có con người ,tiềm ẩn nguy cơ chiến tranh. Công nghiệp luyện kim là ngành công nghiệp có tỷ trọng tăng trưởng kinh tế cao. Tuy nhiên, ngành công nghiệp này luôn phát sinh nguồn nước thải gây ô nhiễm môi trường sinh thái khá trầm trọng. Vì vậy, nước thải trong những ngành công nghiệp trên cần phải được nghiên cứu kỹ về nguồn gốc, đặc tính để từ đó áp dụng các phương pháp, công nghệ xử lý phù hợp nhằm xử lý triệt để nguồn nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Đó là lý do chúng tôi chọn đề tài “ Xử lý nước thải ngành công nghiệp luyện kim và gia công kim loại ’’ để qua đó nghiên cứu tìm hiểu, và đưa ra những phương pháp thích hợp để nhằm hạn chế sự ô nhiễm của nước thải của ngành luyện kim đối với môi trường. Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 1 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường 1. Công nghệ luyện kim, gia công kim loại và đặc tính nguồn nước thải Luyện kim là lĩnh vực khoa học kĩ thuật và ngành công nghiệp điều chế các kim loại từ quặng hoặc từ các nguyên liệu khác, chế biến các hợp kim, gia công phôi kim loại bằng áp lực, bằng cách thay đổi các thành phần hoá học và cấu trúc để tạo ra những tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng. Luyện kim xuất hiện từ thời xa xưa (luyện đồng), còn từ giữa thiên niên kỷ 2 TCN, đã có luyện sắt từ quặng. Kim loại và hợp kim của chúng là vật liệu quan trọng trong các ngành công nghiệp như đóng tàu, cơ khí chính xác, quang học, điện tử, hàng không và gia công kim loại, sản xuất phục vụ cho công nghiệp và gia đình. Công nghệ luyện kim bao gồm luyện kim đen và luyện kim màu để tạo ra hợp kim chứa sắt và không chứa sắt. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá đất nước, chất thải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại, đòi hỏi phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý. Công nghiệp khai thác khoáng sản và luyện kim là những ngành công nghiệp có tỷ Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 2 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường trọng tăng trưởng kinh tế cao. Tuy nhiên, ngành công nghiệp này luôn phát sinh nguồn nước thải gây ô nhiễm môi trường sinh thái khá trầm trọng.Vì vậy, nước thải trong những ngành công nghiệp trên cần phải được nghiên cứu kỹ về nguồn gốc, đặc tính để từ đó áp dụng các phương pháp, công nghệ xử lý phù hợp nhằm xử lý triệt để nguồn nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. 1.1. Công nghệ luyện gang và luyện thép Gang và thép là hợp kim chứa sắt với thành phần cacbon khác nhau, trong gang thành phần cacbon lớn hơn 2% và trong thép thành phần cacbon nhỏ hơn 2%. Nguyên liệu để luyện gang bao gồm: - Than cốc hay than nhiệt luyện vừa đóng vai trò làm nhiệm vụ cung cấp nhiệt năng cho quá trình nung quặng vừa cung cấp thành phần cacbon cho gang. Than sau khi cốc hóa được đưa vào luyện gang thường có thành phần: chất bốc từ 0.9 đến 1.25%, lưu huỳnh từ 0.5 đến 2%; photpho dưới 1%; nhiệt trị từ 7800 đến 8000kcal/kg. - Quặng sắt có thành phần chủ yếu là các oxit sắt và cacbonat sắt, còn lại là các tạp chất ở dang oxit như Al 2 O 3 , CaO, Na 2 O, K 2 O, SiO 2 , các hợp chất của mangan, crom và các chất như lưu huỳnh, photpho,… - Chất trợ dung (hay chất chảy) thường là đá vôi, hoàng thạch, đolomit. Mục đích kết hợp với các tạp chất khó chảy ở dạng oxit thành hợp chất dễ chảy để tách ra khỏi gang dưới dạng xỉ lỏng khi nung chảy quặng. Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 3 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường Sơ đồ. Các công đoạn sản xuất gang thép Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 4 Thép thô (~ 98% Fe) Rót và đông đặc Thép thô (~ 98% Fe) Xử lý, LK trong gàu Phương pháp hoàn nguyên lỏng Phương pháp hoàn nguyên trực tiếp Gang Quặng (oxyt sắt, 60%Fe) Lò cao Thép vụn (~ 98% Fe) Sắt xốp (~ 98% Fe) Thép thô (~ 98% Fe) Gang (~ 98% Fe) Lò thổi oxy Lò điện hồ quang Cán Luyện lại Các loại thép xây dựng thép chất lượng, thép đặc biệt Cán Thép đặc biệt, kích thước lớn Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường Không khí nóng cung cấp oxi cho quá trình nung chảy quặng. Sơ đồ công nghệ luyện gang và các nguồn chất thải được thể hiện trên hình. Quặng sắt được đưa qua các khâu sàng, tuyển để loại bỏ đất, đá, quặng kẽm chất lượng, sau đó được rữa sạch bằng nước vôi với mục đích loại bỏ cát, đất, tạp chất còn bám vào quặng. Quặng được đưa vào nung ở lò cao cùng các nguyên liệu khác như chất trợ dung, than cốc với nhiệt độ từ 1350 đến 1600 0 C. gang chảy được đổ khuôn, làm nguội để tạo sản phẩm gang thỏi. 1.1.1. Luyện thép Thép là hợp kim trên cơ sở sắt có chứa ≤ 2% C, ngoài ra còn chứa lượng nhỏ các nguyên tố như Si, Mn, P và S. Như vậy, so với gang, thép chứa các nguyên tố Si, Mn, P và S thấp hơn nhiều. Vì thế thép có độ bền, tính dẻo dai, khả năng biến dạng tốt nhưng lại có nhiệt độ chảy cao hơn. Thành phần (%) của gang lò cao và thép thường dao động như sau: C Si Mn P S Fe Gang Thép 3.0 – 4.2 0.05 – 1.5 0.3 – 2.5 0 – 0.5 0.5 – 1.5 0.3 – 1.5 0.1 – 2.2 < 0.05 0.02 – 0.12 < 0.05 Còn lại Còn lại Quá trình hoá lý trong luyện thép. Trong quá trình chế tạo thép, trong phối liệu thường có gang lò cao (70 – 100% gang lỏng lò cao trong quá trình luyện thép lò thổi LD, tới 30 – 40% gang lỏng trong quá trình luyện thép lò điện hồ quang… trừ trường hợp nấu lại các mác thép từ các phối liệu thép cùng loại). Do đó, có thể nói: quá trình kuyện thép là quá trình chuyển biến hợp kim trên cơ sở sắt có chứa các nguyên tố C, S, Mn, P và S từ giới hạn cao đến giới hạn thấp. Muốn thực hiện quá trình này, phải đốt cháy các nguyên tố đã nêu nhờ các phản ứng ôxy hoá. Nguồn cung cấp ôxy chủ ếu cho lò Mactanh là khí lò, cho lò LD là ôxy, cho lò điện hồ quang là quặng sắt. Sản phẩm trung gian của các chất ôxy hoá là FeO. Quá trình ôxy hoá các nguyên tố đã nêu được diễn tả bằng các phương trình sau: Si + 2 FeO = 2 Fe + SiO 2 + Q 1 Mn + FeO = Fe + MnO + Q 2 Các ôxyt SiO 2 và MnO tạo ra sẽ liên kết với nhau trong xỉ. Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 5 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường C + FeO = Fe + CO – Q 3 Khí CO sẽ thoát ra ngoài khí quyển. 2 P + 5 FeO + 4 CaO = 5 Fe + 4CaO.P 2 O 5 + Q 4 Lượng 4CaO.P 2 O 5 tạo ra được giữ trong xỉ. Quá trình khử P theo phương trình đã nêu được thực hiện trong xỉ với điều kiện là : - Lượng FeO trong xỉ nhiều - Độ bazơ R của xỉ cao - Nhiệt độ của xỉ thấp S trong gang, thép thường tồn tại ở dạng FeS. Trong các lò luyện thép bazơ, chúng thường được khử bằng xỉ nhờ phản ứng: FeS + CaO = CaS + FeO – Q Như vậy điều kiện để khử S là: - Lượng FeO trong xỉ thấp - Độ bazơ trong xỉ cao - Nhiệt độ của xỉ cao Lượng CaS tạo ra sẽ được giữ lại trong xỉ. Trong quá trình luyện thép, cần thiết phải cung cấp ôxy để ôxy hoá các tạp chất, sau quá trình này, ôxy vẫn tồn tại trong thép dưới dạng FeO. Cuối quá trình luyện cần thiết phải khử chúng bằng phương pháp khử ôxy trực tiếp (trực tiếp đưa chất khử có ái lực hoá học với ôxy mạnh hơn sắt với ôxy như FeSi, FeMn, CaSi…) hoặc khử gián tiếp trên xỉ nhờ xỉ trắng hoặc xỉ đất đèn. 1.1.2. Nấu gang Để chế tạo các mác gang khác nhau, cần thiết phải nấu gang trên các thiết bị khác nhau: lò đứng, lò điện (hồ quang và cảm ứng), hoặc nấu liên hợp lò đứng (giải quyết vấn đề kinh tế và năng suất) với lò điện hồ quang hoặc cảm ứng (giải quyết vấn đề chất lượng: thành phần và nhiệt độ gang lỏng). Gần 80% gang đúc được nấu trong lò đứng dùng nhiên liệu rắn (cốc đúc). Gang chất lượng cao được nấu trong lò điện. Quá trình hoá lý: Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 6 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường Môi trường khí trong lò đứng có tính ôxy hoá yếu ở vùng thân lò và mạnh dần lên qua vùng hoàn nguyên tới vùng ôxy hoá, đặc biệt ở vùng mắt gió khi khí lò chứa 21% O2. Do tác động giữa khí lò có tính ôxy hoá với vật liệu rắn ở vùng thân lò và lỏng từ vùng nóng chảy trở xuống mà xảy ra các quá trình ôxy hoá các nguyên tố trong gang. Vì % Fe trong gang rất lớn nên phản ứng đầu tiên được thực hiện là: Fe + CO2 = FeO + CO hoặc Fe + ½ O2 = FeO Nhờ FeO, phản ứng ôxy hoá các nguyên tố khác sẽ được thực hiện: C + FeO = CO + Fe Si + 2 FeO = SiO2 + 2 Fe Mn + FeO = MnO + Fe Mặt khác, sự tiếp xúc giữa than (là vật liệu chứa cacbon và nhiều S) nên có sự thấm C và S từ than vào gang lỏng. Vì vậy, thành phần của chúng sẽ thay đổi. Sự thay đổi thành phần của gang. Như đã phân tích, sự thay đổi thành phần của gang trong lò đứng axit trung bình như sau: Sự thay đổi của các nguyên tố (%) Si Mn S Khi chạy lò bằng gió nguội -10 -20 +50 Khi chạy bằng gió nóng ≈0 -15 +30 (Chú ý: dấu – là cháy hao, dấu + là tăng lên) 1.1.3. Cán thép Cán thép là quá trình gia công thép thỏi để tạo ra sản phẩm ở dạng tấm, ống hay cây phục vụ cho các ngành công nghiệp. 1.2. Công nghệ luyện kim đen Luyện kim đen là sản xuất ra gang và thép (là hợp kim của sắt và các bon). Đây là một trong những ngành quan trọng nhất của công nghiệp nặng, tạo ra nguyên liệu cơ bản cho ngành chế tạo máy móc và gia công kim loại. Hầu như tất cả các ngành kinh tế đều sử dụng các sản phẩm của ngành luyện kim. Kim loại đen chiếm 90% trong tổng khối lượng sản xuất trên thế giới. Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 7 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường Ngành luyện kim đen cần một lượng lớn nguyên liệu quặng sắt, nhiên liệu than cốc và các chất trợ dung đá vôi. Qui trình sản xuất rất phức tạp. Trong công nghệ luyện gang, thép và cán thép, nước không tham gia vào các quá trình chính mà được dùng vào các công đoạn làm sạch quặng, làm nguội khí lò và xỉ lò, làm mát trục cán của máy cán hay khuôn đổ gang, khuôn đổ thép. Đó là những nguồn sinh ra nước thải. Sản lượng luyện kim đen tháng 1/2009 đến 10/2009 Nước Sản lượng( triệu tấn) Tỉ lệ giảm (%) Brazil 18,4 31,4% Mexico 9,96 29,5% Argentina 2,78 36,9% Chilê 0,87 32,8% Paragoay 0,04 38% Pêru 5,1 41,6% Venezuela 2,83 12,6% Toàn Mĩ La Tinh 37,1 29,6% Khi sản xuất 1 tấn gang, trung bình sản ra 0.28 - 0.35 tấn xỉ và 2000 - 4000Nm 3 khí lò cao. Xỉ lò chứa nhiều khoáng chất giống nhau trong đó khoảng 50 – 70 % là oxit silic, oxit nhôm, và một số oxit khác….Trong quá trình nấu phải luyện trong lò cao, xỉ có vai trò tạo môi trường tốt để thực hiện các phản ứng hóa học nhằm khử bỏ các tạp chất có hại và chuyển vào kim loại những nguyên tố có lợi như Cr, Ni, Ti, điều chỉnh quá trình vận chuyển oxi từ pha khí sang pha kim loại, bảo vệ bề mặt kim loại trước sự oxi hóa và xâm nhập của tạp chất khí. Do thành phần và tính chất của xỉ nên xỉ ra lò thường được đưa qua dòng nước chảy mạnh có áp lực để tạp thành các sản phẩm phục vụ cho các mục đích khác như bông xỉ làm chất cách nhiệt tốt, xỉ ở dạng hạt làm nguyên liệu sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng…Do xỉ ra lò có nhiệt độ cao từ 1350 – 1600 0 C ở trạng thái nóng chảy nên lượng nước cho quá trình làm nguội, tạo những khối liên kết bởi Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 8 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường những hạt xỉ cần rất lớn. Một phần nước sẽ mất mát do bốc hơi, phần nước làm nguội xỉ và tạo hạt xỉ được dùng xả vào bể lắng để tách xỉ. Khí thải lò cao có hàm lượng bụi từ 10 – 60g/Nm 3 . Ước tính để sản xuất 1 tấn gang thì lượng bụi trong khí thải từ 45 – 135kg. Trước khi sử dụng khí thải cần được khử bụi bằng phương pháp khô hoặc phương pháp ướt bằng phương pháp ướt lượng nước tiêu tốn khoảng 20m 3 cho 1 tấn gang. Trong quá trình tách bụi, được hấp thụ một số khí độc có trong khí thải nên ngoài bụi, còn chứa H 2 S, CN - , phenol, naptalen, amon và vết kim loại như kẽm, chì để tuần hoàn sử dụng lại lượng nước này xử lí qua các bước: thổi khí liên tục để tách CO 2 , phá trạng thái ổn định của Zn(HCO 3 ) 2 ở dạng hòa tan, chuyển thành dạng kết tủa ZnCO 3 , sau đó bổ sung vôi và chất trợ tạo bông để tách bùn, khử độc CN - bằng các chất oxi hóa mạnh như H 2 O 2 . Lượng nước làm nguội cho quá trình luyện gang 40 - 50m 3 cho 1 tấn gang, trong đó 20m 3 /1 tấn gang dùng cho quá trình khử bụi và làm nguội khí lò cao bằng phương pháp ướt. Nếu nước làm nguội được tuần hoàn trong hệ thống khép kín thì lượng nước tiêu thụ có thể giảm còn từ 5 – 6m 3 /tấn gang. Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 9 [...]... hydroxyt Nước thải của những ngành công nghiệp như luyện kim, gia công kim loại có chứa hàm lượng kim loại nặng cao cần được xử lý tại nguồn để thu hồi kim loại, tạo cơ hội cho tuần hoàn lại nước và giảm hàm lượng kim loại trong dòng thải trước khi đưa vào trạm xử lý nước thải tập trung Do dòng thải chứa các chất độc như xyanua, fluor, phenol, sunfit và kim loại nặng nên sự phân luồng dòng thải để xử lý. .. dung dịch mạ thải bỏ định kỳ khi chúng còn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Đây là nguồn gây ô nhiễm lớn với hàm lượng cao các kim loại nặng và các hóa chất Các dòng thải khác là những dòng nước rửa sản phẩm sau mạ, rửa sàn, thiết bị đều có chứa xyanua, kim loại nặng, axit, 1.4.2 Các nguồn nước thải trong công nghệ luyện kim và gia công kim loại Nước thải trong công nghệ luyện kim và gia công kim loại bao gồm... Tinh luyện Sản phẩm Xi măng hóa Phoi sắt Đồng sản phẩm Nấu chảy Công nghệ hóa luyện Đồng Tinh luyện thử phẩm b) công nghệ thủy luyện Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 16 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường 1.4 Công nghệ gia công kim loại 1.4.1 Quá trình gia công kim loại Quá trình gia công kim loại là quá trình gia công ở dạng tấm ống, thoi thành các sản phẩm thương mại dùng trong công nghiệp, ... sỏi và các muối vô cơ tan - Nước thải của công nghệ luyện kim màu bằng phương pháp thủy luyện kết hợp với điện phân cũng như nước thải của công nghệ xử lý bề mặt mang tính axit và chứa kim loại nặng, chất lơ lững - Nước thải công nghệ mạ sơn, tạo bề mặt bảo vệ kim loại, có hàm lượng kim loại cao và các thành phần của chất trợ dung như CN -, SO42-, F2- ngoài ra còn chứa dầu mỡ Sơ đồ Quy trình công. .. trình xử lý bề mặt kim loại đều sử dụng nước để làm sạch bề mặt và sử dụng hóa chất ở dạng dung dịch để tẩy rửa, mạ bóng, sơn phủ,… Từ những quá trình này, nước thải sinh ra chứa nhiều chất gây ô nhiễm nguồn nước như rỉ sắt, kim loại nặng, dầu mỡ, xút, axit, các chất tẩy rửa,vv…Đặc tính của các loại hình gia công kim loại thường khác nhau, phụ thuộc vào công nghệ gia công, vào loại hóa chất sử dụng và. .. Mạ đồng Axit, muội, vàng, bạc H2SO4,CrO3 Mạ Niken Mạ đồng Ni2+ Cr6+ , axit axit Mạ vàng bạc CNaxit Nước thải chứa axit, CN-, kim loại nặng 2 Phương pháp xử lý nước thải luyện kim và gia công kim loại 2.1 Phương pháp kết tủa hóa học Phương pháp này dựa trên nguyên tắc là độ hòa tan của kim loại trong dung dịch phụ thuộc vào độ pH Ở một giá trị pH nhất định của dung dịch, nồng độ kim loại vượt quá nồng... Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường Nước thải trong công nghệ luyện thép sinh ra từ hệ thống được làm nguội và nước làm sạch khí lò Nước thải công nghệ luyện thép thường chứa bụi, oxit kim loại, hợp chất của photpho và lưu huỳnh Lượng nước làm nguội đối với luyện thép trong phương pháp Siemens – Martin từ 12 – 18m3/tấn thép và theo phương pháp Thomas từ 3 – 4m 3/tấn thép Công nghệ luyện thép... Đối với dòng thải chứa kim loại nặng thông thường được xử lý bằng phương pháp kết tủa hóa học Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải chứa kim loại nặng bao gồm bể chứa nước thải với mục đích chứa và điều hòa lưu lượng, bể phản ứng là thiết bị chính của hệ, trong đó hóa chất trung hòa cũng như hóa chất khử tác dụng với hợp chất chứa kim loại có trong nước thải tạo ra hydroxyt kim loại hay muối kim loại kết tủa... kết hợp với phương pháp thủy luyện Thông thường người ta dùng phương pháp hỏa luyện và thủy luyện Trong hỏa luyện, nước chỉ tham gia vào quá trình làm nguội sản phẩm và khí thải lò nung Nước thải chứa thành phần tạp chất của quặng và kim loại luyện Trong thủy luyện, dung dịch hòa tan quặng thường là dùng axit HCl, H 2SO4, dung dịch kiềm NaOH hoặc dung dịch muối và nước Nước thải ở đây mang đặc tính của... 1.3 Công nghệ luyện kim màu và các nguồn thải Sản xuất ra các kim loại như đồng, chì, thiếc, nhôm, kẽm, bạc, vàng không có sắt Nhiều kim loại có giá trị chiếm lược Dùng để sản xuất máy bay, tàu cảng, dụng cụ, các công trình xây dựng, điện tử, cơ khí, hóa chất và được dùng trong cả các ngành bưu chính công nghệ thông tin, tin học Các kim loại màu được phân thành 4 nhóm chính là kim loại màu cơ bản, kim . trong công nghệ luyện kim và gia công kim loại Nước thải trong công nghệ luyện kim và gia công kim loại bao gồm các nguồn: - Nước làm mát lò cao, khuôn đúc, máy nén, động cơ, máy cán, Nước này ít. chảy Tinh luyện Đồng b) công nghệ thủy luyện Công nghệ hóa luyện Xi măng hóa Dung dịch Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường 1.4. Công nghệ gia công kim loại 1.4.1. Quá trình gia công kim loại Quá. nước thải của ngành luyện kim đối với môi trường. Nhóm SVTH – lớp 08CHP trang 1 Học phần: Xử lý nước thải GVHD: Nguyễn Thị Hường 1. Công nghệ luyện kim, gia công kim loại và đặc tính nguồn nước