xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học

trình bày xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học

Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 1 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Qua thực tế trong những năm gần nay cho thấy Việt Nam là một nước có tốc độ phát triển kinh tế cao trong khu vực. Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa đất nước, chất thải công nghiệp cũng ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khỏe của con người, đòi hỏi con người phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý nhằm phát triển kinh tế song song với việc bảo vệ môi trường sống của chính mình. Ngày nay, kỹ thuật mạ kim loại đã trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các nước trên thế giới. Nước ta cũng đang tập trung phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ, trong đó kỳ vọng đặc biệt vào ngành gia công kim loại. Do vậy nhu cầu gia công mạ kim loại càng lớn và cũng từ đó việc xử lý chất thải trong gia công mạ – một yếu tố có nhiều khả năng phá hủy môi trường – là hết sức cần thiết và cần được giải quyết triệt để. Trong quá trình gia công mạ kim loại, lượng nước thải ra tuy không nhiều nhưng chứa hàm lượng các kim loại nặng rất cao và là độc chất đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con người. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bò chết và thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu dài. Do đó, nước thải từ các quá trình xi mạ kim loại, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng như viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczima, ung thư …. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 2 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” Đề tài “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” chỉ nghiên cứu xử lý nước thải xi mạ trong một nội dung hẹp đó là xử lý phospho có trong nước thải ở công đoạn phosphat hóa bề mặt kim loại trong gia công kim loại mạ, nhằm tìm ra những giải pháp kỹ thuật hợp lý để loại bỏ phospho có trong nước thải xi mạ trước khi thải vào nguồn nước thải chung của gia công kim loại. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 3 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” 1.2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu Tìm ra được một phương pháp hóa học hiệu quả cao, giá thành thấp để xử lý nước thải công đoạn phosphat hóa bề mặt, loại bỏ phospho có trong nước thải ra khỏi môi trường. 1.2.2. Nội dung nghiên cứu • Thu thập các tài liệu liên quan đến quá trình phosphat hóa bề mặt kim loại và các tài liệu liên quan đến quá trình gia công mạ kim loại hiện có tại Việt Nam. • Tìm hiểu một số tính chất hóa lý liên quan đến quá trình phosphat hóa bề mặt. • Tìm hiểu các ảnh hưởng của phospho tới môi trường và con người. • Tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải xi mạ. • Lựa chọn phương pháp xử lý. • Khảo sát thành phần nước thải xi mạ. • Khảo sát, đánh giá khả năng loại bỏ phospho có trong công đoạn phosphat hóa bề mặt cùng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý. • Thử nghiệm phương pháp trên mô hình, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tủa, thu thập các thông số tối ưu nhằm phục vụ cho việc thiết kế về sau. • Đánh giá hiệu quả của phương pháp xử lý. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 4 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU • Phương pháp thu thập tài liệu: Tìm hiểu các tài liệu sách báo trong và ngoài nước về xử lý phospho trong nước thải bằng phương pháp hóa học, công nghệ xi mạ, phosphat hóa bề mặt cũng như ảnh hưởng của phospho và nước thải xi mạ đến môi trường. • Phương pháp tổng hợp tài liệu. • Phương pháp thực nghiệm: Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu xử lý. • Phương pháp tính toán. • Phương pháp xử lý thông qua những chỉ tiêu bằng phương pháp phân tích. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 5 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI XI MẠ GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 6 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” 2.1.TỔNG QUAN VỀ NGÀNH XI MẠ 2.1.1. Một số khái niệm Mạ kim loại là một quá trình công nghệ hay được sử dụng, vì thực tế hầu như tất cả các vật dụng bằng kim loại đều phải được hoàn thiện, đồng thời đó cũng là trách nhiệm của nhà sản xuất. Trong công nghệ xi mạ có nhiều hình thức xi mạ khác nhau: mạ điện, mạ hóa học, mạ nhúng nóng. 2.1.1.1. Mạ điện Đây là một phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành xi mạ kim loại. Mạ điện là quá trình điện hóa catôt: Bề mặt kim loại cần xử lý được dùng làm catôt trong một bình điện phân (đòi hỏi dùng dòng điện bên ngoài – trong trường hợp này là nguồn điện một chiều) để thực hiện quá trình điện hóa. Phản ứng catôt xảy ra và thực hiện việc xử lý cần thiết đó là mạ lên trên bề mặt cần xử lý. Dung dòch mạ là dung dòch mà trong đó quá trình mạ điện xảy ra. Nó chứa các ion của kim loại sẽ được mạ lên bề mặt kim loại cần xử lý – các ion kim loại này tham gia phản ứng catôt và bò khử điện hóa thành kim loại điện kết tủa lên trên bề mặt cần xử lý. Ví dụ: Trong trường hợp mạ kẽm, ion kẽm hóa trò 2 bò khử trên bề mặt kim loại nền (thép chẳng hạn): Zn 2+ + 2e -  Zn Rõ ràng trong một bình điện hóa như vậy cũng cần phải có phản ứng anôt tương ứng. Trong mạ điện, đó thường là sự hòa tan anôt của một anôt GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 7 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” kim loại để đảm bảo nồng độ ion kim loại trong bể mạ gần như không đổi. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp các anôt có thể không tan và được làm bằng các vật liệu như graphit, chì, titan phủ platin… chúng trơ trong dung dòch mạ. Anôt không tan vẫn thực hiện phản ứng anôt trong đó có một phản ứng anôt quan trọng đó là phản ứng thoát oxy. H 2 O  ½ O 2 + 2H + + 2e - [1] (Trong dung dòch axit) Quá trình này sẽ hình thành một lớp kim loại tương đối mỏng trên bề mặt dẫn điện. Quá trình này được thực hiện bằng cách nhúng vật liệu cần mạ vào dung dòch chứa những muối kim loại và nối nó vào cực catôt của một nguồn điện một chiều thế thấp. Mạch điện được hoàn tất khi nhúng đầu anôt vào trong dung dòch đó và nối chúng với cực dương của nguồn điện. Sản phẩm của quá trình này là tạo một lớp kim loại cần mạ trong dung dòch lên trên bề mặt của vật liệu cần mạ. Lớp phủ kim loại hình thành trên bề mặt catôt thường có cấu trúc tinh thể và dày từ 1 – 50 µ m tùy thuộc vào kim loại được mạ và yêu cầu hoàn thiện mặt hàng đó. 2.1.1.2. Mạ hóa học Dựa trên cơ sở khử hóa học ở đó ion kim loại được khử thành kim loại từ dung dòch muối của nó bằng các chất khử. Các điện tử cần cung cấp cho các phản ứng khử điện hóa được cung cấp bởi chất khử hóa học. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 8 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” Ví dụ: Như mạ Niken hóa học, natri hypophosphit được sử dụng làm tác nhân khử và bò oxy hóa thành octophosphit, do đó có thể xảy ra phản ứng anôt sau: H 2 PO 2 - + H 2 O  H 2 PO 3 - + 2H + + 2e [2] Các điện tử tách ra và tham gia vào quá trình khử Nikel (Ni) ở phản ứng catôt theo phương trình sau: Ni 2 + + 2e -  Ni Ni và Cu là hai kim loại chính thường được sử dụng trong mạ bằng kỹ thuật này. Ni thường sử dụng ở những nơi cần độ bền ăn mòn và bào mòn. Do bản chất của phản ứng mạ nên lớp mạ thu được là hợp kim của Ni với các sản phẩm phân hủy của tác nhân khử. Vì vậy khi sử dụng natri hypophosphit sẽ tạo ra lớp Ni – P và khi sử dụng niken và Bo hydrua sẽ tạo ra một lớp mạ Ni – Bo. Mạ hóa học chỉ có thể xảy ra trên một bề mặt xúc tác: Nhiều kim loại thông thường đáp ứng được điều này. Vật liệu phi kim như nhựa, gốm có thể được xúc tác bằng cách xử lý để tạo ra kết tủa kim loại paladin lên bề mặt không dẫn điện. Phản ứng mạ hóa hoạc sau đó có thể bắt đầu trên các phần tử này và phát triển thành lớp mạ. Bằng cách này, việc mạ kim loại có thể tiến hành cho các bề mặt không dẫn điện. Cũng có thể làm cho bề mặt của phi kim dẫn điện, để sau đó tiếp tục mạ bằng phương pháp mạ điện. 2.1.1.3. Mạ nhúng nóng Mạ nhúng nóng là một quá trình trong đó vật liệu cần mạ đi qua bể chứa kim loại mạ (kim loại nguyên chất) được nấu nóng chảy ở nhiệt độ cao. Kết quả của quá trình là kim loại mạ sẽ bám một lớp trên bề mặt vật liệu cần mạ. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 9 Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” 2.1.2. Các loại mạ Mạ Crom: Lớp mạ Crom được sử dụng nhiều trong công nghệ mạ ô tô, mạ các chi tiết máy, dụng cụ y tế, phụ tùng máy móc… vì lớp mạ có tính ổn đònh hóa học, tính chòu mòn cao đồng thời bề mặt ngoài trông rất đẹp, khả năng phản xạ ánh sáng tốt. Có thể sử dụng lớp mạ Crom làm lớp mạ bảo vệ nhưng cần phải mạ đồng, mạ kền sau đó mới mạ Crom trang trí. Mạ kẽm: Trong công nghiệp ứng dụng mạ kẽm để đề phòng ăn mòn kim loại, được gọi là lớp mạ bảo vệ. Lớp mạ này có tính đàn hồi tốt nhưng độ cứng thấp, độ bóng kém, trong không khí dễ tạo muối kẽm cacbonat có tính kiềm nên bò mờ, để khắc phục hiện tượng này người ta phủ photphat hóa hay thụ động hóa bề mặt, … để tăng độ bền hóa học của lớp mạ. Dung dòch mạ kẽm có hai loại: Dung dòch mạ kẽm cyanua và dung dòch mạ kẽm không có cyanua. Mạ Nikel: Mạ Nikel là kỹ nghệ quan trọng bậc nhất, đồng thời cũng phổ biến nhất hiện nay. Trong công nghiệp ứng dụng lớp mạ Nikel để trang trí, làm tăng khả năng chòu mòn, tăng độ cứng bề mặt, lớp mạ vừa trang trí vừa bảo vệ. Để nâng cao hiệu quả bảo vệ – trang trí thường áp dụng mạ hai lớp: Nikel – Crom; hoặc 3 lớp: Đồng – Nikel – Crom. Mạ hợp kim: Trong dung dòch đồng thời có 2 cation kim loại. Để hai ion này kết tủa đông thời lên bề mặt catôt (chi tiết mạ) tạo lớp mạ hợp kim thì thế giải phóng của chúng phải bằng nhau hoặc gần nhau. Tùy theo thành phần và tính chất lớp mạ mà mạ hợp kim được chia thành các nhóm sau: • Lớp mạ hợp kim bảo vệ kim loại nền khỏi bò ăn mòn, có hợp kim: Kẽm – cadmium; đồng – thiếc; chì – thiếc; thiếc – kẽm. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 10 [...]... pháp hóa lý 2.5.1 Phương pháp cơ học Phương pháp cơ học gồm phương pháp lắng, lọc Phương pháp này nhằm lắng các chất rắn dễ lắng, các chất lơ lửng ra khỏi nước thải GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 17 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học 2.5.2 Phương pháp hóa học Bao gồm hai phương pháp đó là: Phương pháp trung hòa và phương pháp. .. NAY Trong ngành xi mạ, để hoàn thành một sản phẩm có nhiều công đoạn khác nhau, trong đó một số công đoạn đã tạo ra các chất độc hại Do đó vấn đề xử lý, thu hồi các chất thải kim loại nặng, các chất độc hại có trong nước thải xi mạ là điều cần thiết Có 3 phương pháp xử lý nước thải xi mạ hiện nay được nhiều nước trên thế giới áp dụng đó là: phương pháp xử lý cơ học, phương pháp xử lý hóa học, phương pháp. .. Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Phân bón Phospho hữu cơ Phospho trong thức ăn Không khí P – cá P – phân P đơn P trong tảo P – hữu cơ không tan P – hữu cơ tan Nước P can xi Bùn P – đơn P – Ca Ca, Al, Fe P – hữu cơ tan P hữu cơ không tan P (Al, Fe) GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 35 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương. .. xyanua, sunfat, amoni, … Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi mạ, phần chủ yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bề mặt … nên BOD, COD của nước thải xi mạ thường thấp và không thuộc đối tượng xử lý GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 12 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Thành phần nước thải xi mạ được chia thành từng nhóm như sau: •... Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học 2.1.3 Sơ đồ công nghệ xi mạ tổng quát Vật cần mạ Làm sạch cơ học Bụi, gỉ Hình 1 Sơ đồ công nghệ xi mạ tổng quát Mài nhẵn, đánh bóng c Dung môi 2.2 LƯU LƯNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 2.2.1 Bụi kim loại Lưu lượng nước thải Hơi một ngà Trong công nghệ xi mạ, lượngdầu, mỡ i phát sinh ra trongdung môiy Tẩy nước thả NT chứa dầu... Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 18 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học nhiều kim loại làm giảm hiệu quả quá trình kết tủa Cyanide có thể xử lý bằng chlorine hoá hoặc các phương pháp khác trước giai đoạn khử kim loại Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại nặng có thể loại bỏ bằng quá trình kết tủa hydroxit với chất kiềm hóa, hoặc dạng... án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học • Lượng phospho có nguồn gốc từ chất tẩy rửa tổng hợp được ước tính là 0,3kg/người/năm • Thức ăn thừa: Sữa, thòt, cá hoặc dụng cụ nấu ăn, đựng các loại trên khi vào nước cũng thải ra một lượng phospho đáng kể Nồng độ phospho trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng nguồn nước thải: Mức độ sử dụng nước của cư dân,... phá hủy hồng cầu trong mạch máu GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 24 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Hướng dẫn này cũng đề xuất thay thế là dùng dung dòch bicacbonat để trung hòa axitphosphoric 3.2 NGUỒN GỐC PHOSPHO TRONG MÔI TRƯỜNG Khối lượng phospho trong vỏ trái đất ở dưới dạng phosphat (V): Các khoáng vật phosphoric Ca3(PO4)2,... bỏ Cr ra khỏi nước thải trước tiên phải qua giai đoạn khử Cr 6+ thành Cr3+ bằng chất khử Như vậy, chất khử được sử dụng là chất có tính acid mạnh, chất oxy hóa chính là hợp chất của Crom 2.5.3 Phương pháp hóa lý Đây là một phương pháp xử lý hiệu quả, dễ áp dụng thực tế và phù hợp với nước thải xi mạ Phương pháp keo tụ – kết tủa : Quá trình kết tủa thường được ứng dụng cho xử lý nước thải chứa kim loại... 3,28 17,3 7,2 GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 26 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ nhiều loại hình hoạt động như: Nước từ các hộ gia đình khác nhau, các khu vui chơi, các trường học tất cả nước thải đó thường được thu gom về các cống dẫn thải chung Do đó nước thải sinh hoạt đa dạng có chứa nhiều