Quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước làm cho môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực. Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng môi trường do nước thải công nghiệp nói riêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia. Cùng với sự phát triển của công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độc hại. Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ đã có thành phần gây ô nhiễm trầm trọng như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, ... là một trong những vấn đề đang được quan tâm của xã hội.
LỜI NÓI ĐẦU Môi trường sống – cái nôi của nhân loại đang ngày càng ô nhiễm trầm trọng cùng với sự phát triển của xã hội. Bảo vệ môi trường là mối quan tâm không chỉ của một quốc gia nào, là nghĩa vụ của toàn cầu và của Việt Nam nói riêng. Quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước làm cho môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực. Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng môi trường do nước thải công nghiệp nói riêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia. Cùng với sự phát triển của công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độc hại. Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ đã có thành phần gây ô nhiễm trầm trọng như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, là một trong những vấn đề đang được quan tâm của xã hội. Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trường không được quan tâm đúng mức, chất thải sinh ra từ các quá trình sản xuất và sinh hoạt không được xử lý trước khi thải ra môi trường nên gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Kết quả phân tích chất lượng nước thải của các cơ sở mạ điện điển hình cho thấy: hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép, chỉ tiêu 1 | P a g e kim loại nặng vượt nhiều lần cho phép, thành phần của nước thải có chứa cặn, sơn, dầu nhớt, Vì vậy, đầu tư vào công tác bảo vệ môi trường là vấn đề cấp bách của doanh nghiệp để có thể đảm bảo sự phát triển bền vững trong tương lai của chính doanh nghiệp. Đến nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải mạ điện được đưa ra như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hoá, phương pháp hoá học, phương pháp hấp phụ, phương pháp vi sinh,…Tuy nhiên khả năng áp dụng vào thực tế của các phương pháp này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hiệu quả xử lý của từng phương pháp, ưu nhược điểm, và kinh phí đầu tư, Do đó, việc lựa chọn phương pháp xử lý và thiết kế hệ thống xử lý chất thải thích hợp cho cơ sở mạ điện là nhiệm vụ của một kỹ sư môi trường, đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiệp về hệ thống xử lý với giá thành có thể chấp nhận được. Để giúp các doanh nghiệp lựa chọn hệ thống xử lý nước thải cho cơ sở mạ điện, đồ án “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công xuất 200 m 3 /ngày” đã được thực hiện với mục đích thiết kế hệ thống xử lý với hiệu quả cao và chi phí hợp lý. Tuy nhiên việc lựa chọn phương án thích hợp và khả thi đối với nhà máy cụ thể còn tuỳ thuộc vào tính chất của dòng thải, mặt bằng xây dựng, điều kiện khí tượng thuỷ văn nguồn nước, tiêu pg. 2 chuẩn nước thải cho phép tại địa phương và điều kiện kinh tế kỹ thuật của cở sở sản xuất. Nội dung đề tài gồm những phần chính sau: Chương I: Tổng quan về công nghiệp mạ và các vấn đề về môi trường. Chương II: Các biện pháp giảm thiểu và xử lý nước thải ngành mạ. Chương III: Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải ngành mạ điện và cơ sở lý thuyết của phương pháp. Chương IV: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải. Chương V: Phân tích hiệu quả chi phí và xây dựng hệ thống xử lý nước thải. pg. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN I.1. Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam: Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1800 bởi giáo sư tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác. Tuy nhiên lúc đó người ta không quan tâm lắm đến phát hiện của Luigi Brungnatelli mà mãi sau này, đến năm 1840, khi các nhà khoa học Anh đã phát minh ra phương pháp mạ với xúc tác Xyanua và lần đầu tiên phương pháp mạ điện được đưa vào sản xuất với mục đích thương mại thì công nghiệp mạ chính thức phổ biến trên thế giới. Sau đó là sự phát triển của các công nghệ mạ khác như: mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế kỷ XX được coi là bước ngoặc lớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử. [1] Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp hóa chất và sự hiểu biết sâu rộng về lĩnh vực điện hóa, công nghiệp mạ điện cũng phát triển tới mức độ tinh vi. Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển không chỉ của ngành cơ khí chế tạo mà còn của rất nhiều ngành công nghiệp khác. Xét riêng cho khu vực Đông Nam Á, sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, một loạt các cơ sở mạ điện quy mô vừa và nhỏ đã phát triển mạnh mẽ và hoạt động một các độc lập. Sự phát triển lớn mạnh của những cơ sở mạ điện quy pg. 4 mơ nhỏ này là do nhu cầu đáp ứng việc nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành cơng nghiệp vừa và nhẹ. Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, ngành cơng nghiệp mạ điện được hình thành từ khoảng 40 năm trước và đặc biệt phát triển mạnh trong giai đoạn những năm 1970 – 1980. Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tại một các độc lập hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng cơng ty cổ phần, cơng ty tư nhân và cơng ty liên doanh với nước ngồi. Các cơ sở này hầu hết có quy mơ vừa và nhỏ, số ít có quy mơ lớn, được tập trung ở các thành phố lớn với sản phẩm chủ yếu được mạ đồng, crom, kẽm, niken, Ngồi ra các loại hình mạ điện đặc biệt như mạ cadimi, mạ thiếc, mạ chì, mạ sắt và mạ hợp kim cũng được phát triển để đáp ứng nhu cầu của các ngành cơng nghiệp hiện đại. Để hiểu rõ hơn về cơng nghiệp mạ điện ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về bản chất và quy trình cơng nghệ của nó. I.2. Đặc điểm của q trình mạ điện: I.2.1. Ngun lý của q trình mạ điện: Theo định nghĩa, mạ điện chính là q trình ơxy hóa xảy ra trên bề mặt các điện cực, cụ thể là bề mặt điện pg. 5 Anot (+) Catot (-) Sự chuyển dòch của ion − ne Dung dòch mạ Lớp mạ cực âm (catốt), các cation (ion kim loại) nhận điện tích từ điện cực trở thành các nguyên tử kim loại. Nói cách khác, mạ điện cũng chính là một quá trình điện phân, trong đó anot xảy ra quá trình oxy hoá (hoà tan kim loại hay giải phóng khí oxy), Hình I.1 – Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ còn catot xảy ra quá trình khử (khử ion kim loại từ dung dịch thành lớp kim loại bám trên vật mạ hay quá trình giải phóng hydro ) khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện phân (dung dịch mạ). [2] • Tại Catot: Thực tế quá trình trên xảy ra theo nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như sau: 1. Cation hydrat hoá M n+ .mH 2 O di chuyển từ dung dịch đến bề mặt catot. 2. Cation mất vỏ hydrat hoá (mH 2 O) và tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot. M n+ .mH 2 O M n+ + mH 2 O pg. 6 M n+ + ne M (1) 2H 2 O + 2e 2OH - + H 2 3. Điện tử (e) từ Catot điền vào lớp điện tử hoá trị của cation, tạo thành nguyên tử kim loại trung hoà ở dạng hấp phụ: M n+ + ne M Các nguyên tử kim loại này sẽ tạo mầm tinh thể mới hoặc tham gia vào việc nuôi mầm tinh thể đã sinh ra trước đó. Mầm này sẽ phát triển dần thành tinh thể. 4. Tinh thể liên kết với nhau thành lớp mạ [2] • Tại Anot: Anot được sử dụng trong mạ điện thường là anot tan có tác dụng cung cấp ion M n+ cho dung dịch bù vào lượng M n+ đã bám vào catot thành lớp mạ và chuyển điện trong mạch điện phân. Anot thường là kim loại cùng loại với lớp mạ. Ta có phản ứng: M - ne M n+ (2) H 2 O - 2e 2H + + 1/2 O 2 Tốc độ chung của quá trình tại catot nhanh hay chậm là do tốc độ chậm nhất của một trong các giai đoạn trên quyết định. Nếu khống chế các điều kiện điện phân tốt để cho hiệu suất dòng điện của hai phản ứng (1) và (2) bằng nhau thì nồng độ ion M n+ trong dung dịch sẽ pg. 7 luôn không đổi. Một số trường hợp dùng anot trơ (không tan), nên ion kim loại được định kì bổ sung dưới dạng dung dịch muối vào bể mạ, lúc đó phản ứng chính trên anot chỉ giải phóng oxy. Trong mạ điện, dung dịch điện giải phóng thường sử dụng là muối đơn (như mạ đồng từ dung dịch CuSO 4 , mạ kẽm từ dung dịch ZnSO 4 ) hoặc muối phức (như dung dịch phức amoni, dung dịch phức hydroxit ). Ngoài ra còn phải sử dụng một số dung dịch và phụ gia khác như chất dẫn điện, chất đệm, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bóng Chất lượng lớp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ dung dịch mạ và tạp chất, các chất phụ gia, pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng của vật mạ, của anot, của bể mạ, các chế độ thủy động của dung dịch Vì vậy để duy trì được chất lượng của lớp mạ tốt cần kiểm soát nồng độ của dung dịch mạ và giữ được dải mật độ dòng điện thích hợp. Nhờ các lớp bề mặt mạ mà các vật được mạ có thêm nhiều tính chất như: tính chất bền hóa học, bền ăn mòn, bền cơ học, tăng độ dẫn điện, dẫn từ, tăng độ cứng, dẻo. Mạ có thể tiến hành với các chi tiết có kích thước từ cực nhỏ của kĩ thuật vi điện tử đến cực lớn của các ngành công nghiệp chế tạo máy, xây dựng, vô tuyến viễn thông, thiết bị y tế và đồ gia dụng. Việc chuyên môn hóa sử dụng các quy trình mạ trong các kĩ thuật tạo mẫu bằng đúc điện đã đưa đến chỗ sản xuất được những công cụ và sản phẩm mà pg. 8 phương pháp chế tác cổ truyền nhiều khi không làm được một cách tinh tế. Có thể nói sản phẩm của ngành công nghiệp mạ điện đã và đang thỏa mãn dần dần nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Hiện nay ở Việt Nam tồn tại hai công nghệ mạ là mạ điện và mạ nóng chảy, trong đó mạ điện phổ biến hơn cả, gần 90% cơ sở sản xuất sử dụng công nghệ này. Do đó, ta sẽ chủ yếu đề cập tới các loại hình mạ điện trong mạ. Các loại hình mạ trong mạ điện bao gồm: mạ kẽm, mạ Niken, mạ đồng, mạ thiếc, mạ Crom, mạ vàng, mạ hợp kim, [2] * Mạ kẽm: Mạ kẽm thường được sử dụng để tạo lớp trang trí hay bảo vệ cho sắt thép. Do thế điện động tiêu chuẩn của kẽm nhỏ hơn sắt nên khi bị ăn mòn thì lớp kẽm bị ăn mòn trước. Lớp kẽm dẻo, dễ kéo, dễ dát mỏng. Sản phẩm mạ kẽm thường gặp như chi tiết ốc vít, tôn lợp nhà, đường ống nước, dây thép (dây kẽm) Mạ kẽm thường phân loại theo hóa chất sử dụng: dung dịch axit, dung dịch xyanua, dung dịch borat, dung dịch amoniac, dung dịch poryphotphat Mỗi dung dịch sử dụng trong quá trình mạ lại có một ứng dụng và ưu nhược điểm riêng. * Mạ Niken: Niken là một kim loại màu trắng bạc, hơi mềm. Lớp mạ niken dẻo, dễ đánh bóng tạo độ bóng rất cao và bền nhờ màng thụ động mỏng, chịu được các điều kiện khắc nghiệt của axit, kiềm và muối. Mạ Niken lên sắt thép nhằm bảo vệ vật mạ không bị ăn mòn do thế tiêu chuẩn pg. 9 của Niken thường cao hơn thế tiêu chuẩn của sắt. Để cho vật mạ bền người ta thường mạ 2 hoặc 3 lớp có tác dụng lót và gắn chặt Niken với kim loại nền, làm cho lớp mạ Niken bền hơn. Mạ niken thường ứng dụng nhiều trong công nghiệp: mạ bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường xâm thực mạnh, mạ chịu mài mòn, mạ khuôn in, các chi tiết xe hơi, xe đạp, xe máy Hiện nay, tại các cơ sở sản xuất thường sử dụng phương pháp mạ Niken bóng Mạ Niken có nhiều phương pháp khác nhau • Mạ Niken trong dung dịch axit • Mạ Niken bóng • Mạ Niken đen • Mạ Niken đặc biệt khác * Mạ Crom: Crom là kim loại cứng, trắng, thế tiêu chuẩn của Crom thấp hơn sắt. Vì vây, đáng lẽ ra crom dễ bị ăn mòn hơn sắt song trên bề mặt của crom có lớp oxit rất bền trong môi trường vì thế nên mạ Crom bền trong môi trường xâm thực, rất bền trong khí quyển. Lớp mạ Crom có độ bóng cao, màu sáng, có ánh xanh, crom rất dễ mạ lên các kim loại như sắt, đồng, niken, chì, kẽm, do đó crom được sử dụng trong mạ trang trí, mạ bảo vệ (phụ tùng xe hơi, xe gắn máy, xe đạp, đồ gia dụng). Mạ crom còn được sử pg. 10 [...]... thải rắn là bùn thải chu kì trong một thời gian tại bể trung hòa axit nhẹ và bể mạ (oxit, hydroxit, muối của các kim loại tạo thành trong quá trình làm việc) Lượng bùn này tương đối nhỏ, thường theo nước thải ra ngoài Bên cạnh đó còn có một lượng bùn thải do hệ thống xử lý nước thải và khí thải Lượng bùn này tùy thuộc vào công nghệ xử lý Thường lượng bùn thải từ các bể xử lý nước thải công nghiệp mạ. .. trường Đô thị và KCN-ĐHXD và Viện KH và CNMT- ĐHBKHN) pg 24 Điểm 1: Rãnh thoát nước từ các bể mạ Niken Điểm 2: Rãnh thoát nước từ các bể mạ Crom Từ những phân tích và thống kê đưa ra ở trên, chúng ta có thể tóm tắt các đặc tính chung của nước thải công nghiệp mạ điện vào bảng dưới đây: pg 25 Bảng I.4: Đặc tính của nước thải trong các công đoạn mạ TT Loại công đoạn 1 Thành phần chủ yếu cần xử lý Tẩy dầu... nghệ mạ: I.3.1 Nước thải: a) Nguồn nước thải: Nguồn nước thải từ khâu sản xuất của các xí nghiệp rất đa dạng và phức tạp, nó phụ thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, chất lượng sản phẩm Nước thải từ khâu sản xuất trong các xí nghiệp thường chia làm 2 loại: nguồn thải từ quá trình mạ và quá trình làm sạch bề mặt chi tiết Chúng khác nhau cơ bản về lưu lượng và. .. trước khi qua hệ thống xử lý) Nhà máy điện cơ thống nhất Nhà máy khóa Việt Tiệp QCVN 24: 2009/BTNMT (B) Bảng I.2: Lưu lượng và thành phần đặc trưng của các loại nước thải Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai (2008) pg 23 STT Chỉ tiêu Nước thải mạ (mg/l) Nước Nước Nước Nước Nước 25 - 30 250 - axit, Nhiệt độ C pH TSS 4 Crom 30 3-7 500 Niken 30 3-7 700 30 6,5 - 7,5 - - 1 2 3 mạ kiềm 30 3-7 500 0 mạ - - - BOD5... chung của chất thải rắn: Trong công nghệ mạ, chất thải rắn có thể xuất hiện từ nhiều công đoạn khác nhau với số lượng và thành phần tùy thuộc vào công nghệ sản xuất và chất lượng sản phẩm Các chất thải rắn có thể được tạo ra từ các nguồn thải sau: nguồn thải của quá trình tạo phôi, làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học hoặc chất thải rắn là bùn thải của quá trình xử lý nước thải và khí thải Tại Việt... thì lượng chất thải rắn do ngành mạ tạo ra là khá lớn và là một trong những vấn đề đáng được quan tâm hiện nay I.3.4 Nhiệt độ và tiếng ồn: Nếu như công nghệ mạ nóng chảy sử dụng một lượng nhiệt khá lớn cho quá trình mạ thì công nghệ mạ điện không sử dụng nhiệt độ cao Nên ô nhiễm nhiệt thường có tại các phân xưởng mạ nóng chảy và gần như không có đối pg 35 với phân xưởng mạ các nhà máy mạ điện Còn về vấn... và kiểm soát quá trình, dễ cơ khí hoá và tự động hoá, tốc độ mạ nhanh, ít tốn hóa chất nhưng đảm bảo được tính cơ lý của lớp mạ - Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều điện năng, chỉ mạ được lên những vật dẫn điện pg 12 I.2.2 Quy trình công nghệ mạ điện: Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ cơ khí nói riêng và các ngành gia công chế tác nói chung thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại hình công nghệ chính là mạ điện và. .. trường hợp cụ thể và lựa chọn phương án xử lý thích hợp I.3.2 Khí thải và bụi: Dựa vào sơ đồ công nghệ có kèm theo dòng thải của công nghệ mạ điện, ta thấy nguồn phát sinh ô nhiễm không khí có ở hầu hết các công đoạn trong quá trình: làm sạch cơ học, khử dầu mỡ, làm sạch hóa học và mạ Mỗi một cơ sở mạ điện, tùy theo dây chuyền công nghệ, loại nhiên liệu sử dụng, đặc điểm, quy mô sản xuất và mức độ cơ giới... sạch điện hoá Zn(CN)2, ZnCl2, ZnO, NaCN, NaOH, H3BO3 Mạ kẽm CuSO4 H2SO4 NiSO4 H3BO3 Hơi axit,kiềm Nước thải chứa axit,kiềm Cặn CN-, muối đồng Mạ đồng H2SO4 CrO3 Mạ Niken Ni2+, axit Bụi kim loại Mạ Crom Cr6+, axit Nước thải chứa axit, CN-, kim loại nặng Axit,muối vàng,bạc Mạ vàng,bạc CN-, axit pg 14 pg 15 Hình I.2: Quy trình công nghệ mạ điện kèm dòng thải pg 16 pg 17 Hình I.3: Quy trình 1 dây chuyền mạ. .. tiếp xúc điện của các vật mạ nhờ va chạm khi quay So với mạ treo mật độ dòng điện trên diện tích của mạ quay nhỏ hơn Do mạ quay không cần gá và thời gian treo mẫu nên rất kinh tế Các sản phẩm của ngành công nghiệp mạ rất khác nhau về loại hình, năng suất, chất lượng và giá thành bởi chúng hoàn toàn phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ mạ riêng biệt Ưu nhược điểm của mạ điện: - Ưu điểm: Công nghệ đơn . nước thải cho cơ sở mạ điện, đồ án “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công xuất 200 m 3 /ngày” đã được thực hiện với mục đích thiết kế hệ thống xử lý với hiệu quả cao và chi. giảm thiểu và xử lý nước thải ngành mạ. Chương III: Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải ngành mạ điện và cơ sở lý thuyết của phương pháp. Chương IV: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải. Chương. V: Phân tích hiệu quả chi phí và xây dựng hệ thống xử lý nước thải. pg. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN I.1. Tình hình phát triển của ngành mạ