xử lý nước thải trong công nghệ mạ điện

+ Ní1 ch LỜI MỞ 0HUƯNCỊ1 DÂU (1) Dung dịch mạ gồm có muối dẫn điện, ion kim loại kết tủa thành lớp TỔNG OURN CÔNG NGHệ MẠ ĐIỆN ••• mạ, chất đệm, chất phụ gia Bảo vệ môi trường ngày trở thành vấn đề vô cấp bách I KHÁI NIỆM Cơ BẲN VÊ' CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN quốc đến vấncần đề sống mạ toàn nhân loại Việt Nam (2) gia Catot dẫnliên điện,quan vật không nằmNIỆM xu KHÁI (3) Anot dẫn điện, tan không tan Công có đóngngành góp quan trọng ngànhtrọng côngvới nghiệp, Công nghệ nghệ mạ mạ điện điện công nghệ bề mặt quan việc ứng dụng mạ điện ngành sản xuất rộng rãi, lĩnh thay đổi bề mặt vật liệu Mạ không chí nhằm bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn, vực sản xuất hàng tiêu dùng, ngành co khí chế tạo máy, chế tạo phụ mà có tác dụng trang trí Ngoài lớp mạ có khả tăng độ cứng, độ ne từ trình mạ điện lại tùng xe máy, ô tô, v.v Tuy nhiên, nước thải sinh dẫn điện, dẫn nhiệt mà mạ điện áp dụng rộng rãi +Í-1 vấn để đáng lo ngại pH dòng thải thay đổi từ thấp đến cao, đặc nhà máy sản xuất công cụ, dụng cụ, thiết bị điên năng, ô tô, xe máy, xe đạp, biệt có chứa nhiều ion kim loại nặng ( Cr, Ni ,Zn, Cu ) gây ô nhiễm trầm dụng cụ y tế, mặt hàng kimChuyển khí tiêudịch dùng ion trọng cho môi trường sinh thái, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe người Lớp mạ Về nguyên tắc vật liệu kim loại hợp2 kim, Catot Hiện hầu hết sở mạ điện, đặc biệt sở tiểu thủ công chất dẻo, gốm sứ composit Lớp mạ vậy, kim loại hợp kim nghiệp, nước thải sinh thường đổ trực tiếp vào môi trường không qua xử lý chứa composit kim loại-chất dẻo kim loại-gốm Tuy nhiên Bể xử lý có tính chất hình thức, nồng độ ô nhiễm vượt xa so với tiêu chuẩn chọn vật vật tác liệuhại làmnghiêm lớp mạtrọng đến tùy thuộc trình lực dòng thải liệu cho phépvàgây hệ sinhvào thái khuđộvực côngvớinghệ, tùy thuộc vào tính chất cần có mạhệ thống giá Xu hướng đối sức khỏe cộngHình đồng dân Vì việc đầu thành tư mạ lắp đặt hệ 1.1 cư Sơxung đồ quanh của0 lớp mộtvậy điệnmột [11 chung loại dùng vậtthải liệu dung yêu phẩm thông thường vật thống xử lý chất thích hợp cầu làdịch vôsản cầnquy thiếtđịnh, thực sở mạhiện điện.phản Có lon kim Mn+ đến bề mặt catot (vậtmột mạ) liệu tương đốisau rẻ,để sẵn; cònkim vậtloại liệuM mạ quý lóp mỏng bên trì vai trò quan trọng công nghiệpchỉmạlà điện ứng tổng quát thành kếtđắt, tủa lên vật mạ:nhung ngoài.tế quốc dân kinh Mn+ + ne => M (1) Bản đồ án học thiệuloại tổnglênquan khái Mạ điện môn trình điện xin kết giới tủa kim bề mặt lớpniệm phủ có ởlý, dạng ion đơn hydrat hóa, ví dụ,cầu Ni2+.nH20, dạng ion Mn+ côngchất nghệ điện vấn môi trường có liên quan; phương tính cơ,mạ hóa., đáp ứng đượcđề yêu mong muốn Tuy nhiên để phức, ví dụ [Au(CN)o] ’.công pháp xử lý nước điệnnghiệp áp dụng hiệntrình áp dụng cho quythải mômạ yêu cầu mạ cuối phảicùng ổn định, sản tính thiết đáp kế sơ hệ thống xửchất lý nước phẩmtoán mạ phải ứngbộđược yêu cầu lượng.thải dây chuyền mạ Crôm-Niken Anot thường kim loại loại với lớp mạ, phản ứng anot hòa tan ion Mn+ vàophải dung Ngoài ra,thành vận hành cần giữdịch điều kiện mạ ổn định biến động nồng độ, mật độ dòng điện, nhiệt độ, chế độ thủy động, vượt -2-1-3- không đổi Một số trường hợp phải dùng anot trơ (không tan), nên ion kim loại định kỳ bổ sung dạng muối vào dung dịch, lúc phản ứng anot giải phóng oxy Phân loại Tùy theo mục đích mà chọn số chủng loại lớp mạ - Lớp mạ kim loại: Zn; Cd; Sn; Ni;, Cr; Pb; Ag; Au; Pt - Lớp mạ hợp kim: Cu-Ni; Cu-Sn; Pb-Sn; Sn-Ni; Ni-Co; Ni-Cr; Ni-Fe - Lớp mạ composít: lớp mạ kim loại có chứa hạt rắn nhỏ phân tán ALO3, SiC, Cr2C2, TiC, CĩoNo, MoSo, kim cương, graphít Các hạt có đường kính từ 0,5 đến 5pm chiếm từ đến 10% thể tích dung dịch Khuấy mạnh mạ để chúng bám học, hóa học hay điện hóa lên catot lẫn vào lớp mạ Các yếu tố ảnh hưởng Chất lượng lóp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố : nồng độ dung dịch tạp chất; phụ gia bóng, thấm ướt, san bằng; độ pH; nhiệt độ; mật độ dòng điện; hình dạng vật mạ, anốt, bể mạ chế độ thủy động dung dịch II THÀNH PHẨN DUNG DỊCH VÀ CHE -4- ĐỘ MẠ tăng giá trị dòng điện giới hạn D h, tạo điều kiện nâng cao dải mật độ dòng điện thích hợp Dc cho lớp mạ tốt Dung dịch đơn thường dùng để mạ với tốc độ cao cho vật liệu có hình thù đơn giản, dung dịch phức dùng cho trường hợp cần có khả phân bố cao để mạ cho vật có hình thù phức tạp Chất điện ly Nhiều chất điện ly đưa vào dung dịch với nồng độ cao để tăng độ dẫn điện cho dung dịch mạ Các chất kiêm thêm vai trò chất đệm, không chế pH ổn định cho dù hydrô ôxy thoát làm thay đổi độ axít sát điện cực Chất tạo phức Dùng chất tạo phức để làm cho điện kết tủa trở nên âm nhằm tránh tượng tự xảy phản ứng hóa học catốt ion kim loại mạ Ví dụ trường hợp mạ đồng lên sắt thép xảy phản ứng: Cu2+ + Fe —» Cu + Fe2+ Phản ứng làm cho chất lượng lớp mạ xấu, vừa xốp vừa dễ bong Nếu cho chất tạo phức vào để làm cho điện oxy hóa - khử đồng trở nên âm sắt khả xảy phản ứng không Chất tạo phức thông dụng công nghệ mạ điện ion xyanua, hydrôxít sunfamát Chất tạo phức có vai trò làm hòa tan anốt chúng ngăn cản thụ động anốt Phụ gia hữu cư Nhiều loại chất hữu cho vào bể mạ với nồng độ tương đối thấp nhằm làm thay đổi cấu trúc, hình thái tính chất kết tủa anốt Việc lựa chọn -5- chúng Các chất phụ gia thường phân loại sau: Mật độ dòng điện catốt Dc Trong trình mạ, mật độ dòng điện giữ vai trò quan trọng Nếu mật độ dòng điện thấp, tốc độ chuyển đổi điện tử phản ứng điện cực nhỏ, nguyên tử hình thành có đủ thời gian gia nhập có trật tự vào mạng tinh thể vây mạng lưới câu trúc tinh thể trì không bị biến dổi Khi tăng mật độ dòng điện lên, tốc độ phóng điện tăng nhanh, nguyên tử kim loại sinh ạt không kịp gia nhập vào vị trí cân mạng tinh thể Mặt khác lúc lớn nên mầm tinh thể tiếp tục sinh Do vây mà mạng tinh thể trở nên trật tự thể lóp mạ có nhiều lớp, nhiều gọn sóng nhiều khối đa tinh Nếu tiếp tục tăng mật độ dòng điện, tốc độ phóng điện nhanh làm cho ion kim loại gần catốt nghèo gây tượng kết tủa bề mặt catốt sần sùi có hình nhánh Để đạt yêu cầu chất lượng phải dùng dải mật độ dòng điện tương đối thấp Phần lớn dùng nguồn điên chiều qua nắn dòng để mạ giữ dòng điện không đổi vào catốt Dải mật độ thích họp cho lớp mạ tốt thường thấp mật độ dòng giới hạn Dgh nhiều Do đó, với dòng điện định, muốn nâng cao tốc độ mạ phải tìm cách tăng D„h lên Có cách tăng: - Tăng nồng độ ion kim loại mạ - Tăng nhiệt độ - Tăng chuyển động tương đối giữ catốt dung dịch mạ -6- màng dầu mỡ, tạp chất bề mặt kim loại để tạo điều kiện cho lớp mạ gắn với Dưới xin giới thiệu số khâu trình gia công bề mặt trước mạ: Chi tiết cần mạ NaOH, Bột mài Bụi kim loại Na3P04, Nước Na2Siơ2 thải chứa kiềm Nước thải chứa kiềm NaOH, Na2C03, Nước thải chứa kiềm Nước thải chứa axít Na3P04, Na2Si02 Nước Nước thải chứa axĩt Dung dịch axít Nước thải chứa axít Nước Công đoạn mạ Nước thải chứa axít Hình 1.2-Sơ đồ dây chuyền gia công bề mặt trước mạ -7- Thành phần (g/1) dung dịch chế Bảng 1.1- Các dung dịch mạ đồng sunfat [1 ] Các chi tiết cần mạ đưa vào phận gia công học Tại chi tiết cần mạ mài đánh bóng 30 - 75 28 - 80 30-60 MỘT SỔ CÔNG NGHỆ MẠ THƯỜNG sử DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP 2.1 Mạ đồng Đồng ( Cu ) kim loại dẻo, dễ đánh bóng Trọng lượng riêng 20° Thành phần (g/1) dung dịch chế c 8,96 g/m3, trọng lượng nguyên tử 63,54, nhiệt độ nóng chảy 1083°c Điện tiêu chuẩn Cu/Cu2+ +0,34V, Cu/Cu+ +0,52V Đồng có điện dương sắt, nên lớp mạ catốt sắt thép kẽm,Bảng hợp kim kẽm Lóp mạđồng đồngỷloborat bảo vệ bề mặt 1.2- Các dung dịch mạ kim loại khỏi ăn mòn điện hóa mà bảo vệ chúng cách học Lớp mạ đồng dễ đánh bóng đạt đến độ bóng cao, lại gắn bám tốt với kim loại khác Ni, Cr, Ag đồng thường dùng làm lóp mạ lót cho nhiều lớp mạ khác Lớp mạ đồng dùng để chống thấm cácbon cục cho chi tiết máy nhiệt luyện Mạ đồng dùng kĩ thuật in chữ, mạ trục in lõm, mạ ghép hình * Mạ đồng dung dịch axit Dung dịch axít để mạ đồng gồm dung dịch sunfat, Aoborat, nitrat, ílosilicat, sunfamat clorua Chúng có thành phần đơn giản làm việc ổn định, dùng mật độ dòng điện cao tăng nhiệt độ khuấy mạnh dung dịch Thành phần chủ yếu dung dịch axit muối đồng với axit tương ứng Khi mạ, ion Cu2+ phóng điện catốt điện dương -8- nh phần (g/1) dung Nikencấp quan nhấtlàtrong NiCk cung cr để chống thụ kim độngloại anốt Phụtrọng gia nhất, tạo độthông bóngdụng ngành mạ điện có màu trắng, B,ánh1-4vàng, có nguyên tử lượng trọng chất như: đườngNiken hóa học, cloramin butadiol, íormalin Chất58,7, chống rỗ lượng nhiệt độ hay nóngcác chảy 1457°c đối mềm thườngriêng dùnglàlà8,9g/cm3, Natri ankysunfat chếlàphẩm đặc Niken biệt dotương nhà chế tạo ổncấp định không khí Điện chuẩn Niken -0,25V Trong không cung khí Niken dễ bị thụ động điện trở nên dương hơn, lúc bề mặt Niken Cácmột dunglớpdịch Nikentrong suốt, sản xuất tuânvững thủ phủ oxitmạmỏng kín ổn khítđịnh, bền Nhờ chế vậyđộ màmạ, bề Bảng 1.4- bị Các dungđidịch Nigian ken Sunfat [1 ]trường, mặt sáng bóng không 1TLỜ theomạ thời Trong môi điện Niken dương thép, Niken lớp mạ catốt thép bảo vệ tốt hoàn toàn kín Thế lớp mạ Niken vốn có nhiều lỗ hở, lớp mạ mỏng VI để lớp mạ đảm bảo chức bảo vệ cần áp dụng biện pháp sau: - Mạ dày: lớp mạ xem kín chiều dày không nhỏ 25pm - Mạ lót đồng: vừa dẽ kín, vừa rẻ Chiều dày lớp đồng không 50% chiều dày tổng lớp mạ Mạ đồng từ dungchồng dịch phức chấtđể tăng độ kín hạn chế độ giòn lớp - Mạ*nhiều lớp Niken lên 2.3 Mạ Crôm kền bóng dày Dung dịch phức mạ đồng thường có môi trường kiềm, dung dịch Crôm kim loại màu trắng bạc có ánh xanh; có độ cứng cao chịu xyanua,Mọi pyrophotphat, etylendiamin Đồng nằm phức thường thêm phức lớptốt mạ Khối Niken chủ yếu dùng dướitrong dạngion bóng tăng mài mòn lượng nguyên tử 52,01; trọng sáng lượngĐểriêng bền bền, phóngmạ điện lên catốtnóđòi mỏng lượng làm hơn.cho Do tính trangrấtsức hơnnên nữakhi thường mộthỏi lốpnhiều crôm 7,2kg/cm3 Nhiệt độ nóng chảy làchồng 1750-1800°c Theo điện tiêu chuẩn ( lóp mạ thu có tinh thể nhỏ, mịn, phủ kín vật có hình thù bề mặt có ánh xanh bịnhưng xây xát Để khí lóp mạ có bề Cr/Cr3+= -0,7V) thìdịu, đồng thuộc thời lại kimcứng loại hoạtnên động, phức tạp Đặc biệtsắtlà thép, mạtatrực tiếp Cu-Ni sắt thép, kẽm, hợp kim bảo thật tốt mạ nhiều Cu-Ni-Cr mặt vệ Crôm sinh rangười lớp màng mỏng lốp oxít kín, chắc, chống ăn mòn tốt kẽm Nhưng dung dịch phức chất có hiệu suất dòng điện thấp, ngưỡng mật độ Dung dịchgiữ mạđược Nikenmàu sắc độ bóng lâu Trong không khí làm• cho Crôm ẩm dòng điên cho phép thấp nên tốc độ mạ chậm môi trường oxy hóa, Crôm có điên +02V, Crôm lớp mạ catốt Mạ Niken dùng dung dịch sunfat, clorua, sunfamat, sắt thép Lớp mạ Crôm thiết phải kín bảo vệ dược thép Do xianua độc hại với môi trường, nên ngày hầu hết sở thay dung dịch xianua loạidịch dungsunfat dịch mạ khác Aoborat Nhưng thông dụng nhấtbằng làcác dung Úng dụng quan trọng mạ Crôm là: mạ Crôm trang sức mỏng -10-11-9- mòn cho dụng cụ cầm tay; Mạ Crôm cứng phục hồi chi tiết máy bị mòn Lớp mạ Crôm làm việc tốt nhiệt độ cao (< 500°c ), có khả phản xạ ánh sáng tốt không bị mờ theo thời gian, có độ cứng cao ( 8000-10000 N/mm2 ) không bị suy giảm nhiệt độ làm việc chưa vượt 350°c Lớp mạ Crôm có hệ số ma sát bé có độ gắn bám tốt với thép, niken, đồng hợp kim đồng Nhưng mạ kim loại khác lên Crôm khó bám có lớp oxít ngăn cản • Các dung dịch mạ Crôm - Mạ Crôm từ dung dịch có anion S042' Dung dịch gồm cấu tử Cr03 ỈLSO4 Crơ3 dùng với nồng độ thay khổi khoảng rộng từ 150-400 g/1 không ảnh hưởng nhiều đến dáng vẻ bên lớp mạ Nồng độ lớn cho lóp mạ cúng, hiệu suất dòng điện khả phân bố thấp Nồng độ loãng cho lóp mạ cứng, hiệu suất dòng điện khả phân bố cao FLSƠ4 dùng để cung cấp anion hoạt hóa S042', nồng độ FLS04 cao có su hướng cho kết tủa bóng, tinh thể nhỏ Nồng độ thấp cho kết tủa xám, chất lượng Tỷ lệ nồng độ hai cấu tử tốt là: Cr03/FLS04 = 100/1; lúc lớp mạ bóng sáng, cho hiệu suất dòng điện cao, khả phân bố lớn - Mạ Crôm từ dung dịch có anion F " Mạ Crôm từ dung dịch chứa F “ có ưu điểm so với dung dịch chứa S042' là: mạ nhiệt độ phòng; khả phân bố khả mạ sâu tốt hơn; ngưỡng Dc tối thiểu thấp hơn; hiệu suất dòng điện cao Lốp mạ thu từ dung dịch chứa anion F' có độ cứng thấp, độ đàn hồi -12- Vì dung dịch chứa anion F có tính ăn mòn cao nên bể chứa phải bọc lót chất dẻo Anốt không dùng chì mà phải dùng hợp kim Pb-Sb (6-8%) hay Pb-Sn (4-6%) - Mạ Crôm từ dung dịch có chứa anion S042' SiF62' Dung dịch chứa đồng thời hai anion S042' SiF62' có tác dụng làm tăng khoảng nhiệt độ mật độ dòng điện cho lóp mạ bóng lên; tăng khả phân bố số trường hợp cụ thể tăng suất mạ Crôm lên Điểm bật chung dung dịch thành phần ổn định nhờ dùng dư muối khó tan chứa anion Thành phần tối ưu chế độ mạ dung dịch sau: Crơ3 250-300 g/1 Nhiệt độ : 55-65°C CrS04 5,5-6,5 g/1 Dc: 40-100 A/dm2 K2SiF6 18-20 g/1 -13- Chi tiết cần mạ Bột mài Bụi kim loại NaOH, Na3P04, Na2Siơ2 Nước thải chứa kiềm thải chứa chứa kiềm Nước NaOH, Na2C03, kiềm Na3P04, Na2Si02 Nước Nước Dung dịch axít thải Nước thải chứa axít Nước Nước H2S04, HC1 thải chứa axít Nước thải chứa axít Nướ c Nước axít, -14- thải chứa Hình 2.2 - Sơ đồ hệ thôhg xử lý dòng thải Ni + kiềm + axit [3] Phương pháp xử lý nước thải phương pháp hóa học có ưu điểm lớn hiệu suất khử chất ô nhiễm nước thải cao, xử lý lượng lớn nước thải, nhung không thu hồi chất có ích để dùng lại kim loại, axit, kiềm, hóa chất xử lý II PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA Nước thải mạ xử lý phương pháp điện hóa cách sử dụng trình oxy hóa anôt khử catôt Khi làm nước thải crôm phải cho ion C1" vào để khắc phục tượng thụ động anôt catôt Quá trình khử cationit xảy catôt, ion kim loại bị khử thành ion độc (Cr6+ thành Cr3+) tạo thành kim loại bám vào điện cực (Ni2+ thành Ni) Phương trình phản úng điện cực chung viết sau : Mem++ ne = Mem n (m > n) : m : hóa trị kim loại n : số điện tử làm thay đổi hóa trị Phương trình trình khử Cr6+ có dạng : Cr2072' + 14 H+ + 12 e = Cr3+ + H20 Quá trình làm có thoát khí hyđro oxy làm cho hyđroxyt sinh dạng tơi xốp lên Các hyđroxyt lọc ly tâm hay lọc chân không để tách Phương pháp khử điện hóa cho phép làm nước thải có nhiều ion -25- Để làm nước thải dùng thiết bị làm việc gián đoạn, theo chu kỳ, sau lần tiến hành xong phản ứng (khử tạo thành hyđroxyt) thiết phải đuổi hết không khí nằm váng hyđroxyt Phương pháp không phức tạp thích hợp cho dòng thải có nồng độ chất ô nhiễm lớn Ngoài tốn lượng cho trình điện hóa Vì thích hợp để xử lý sơ dòng thải có hàm lượng chất ô nhiễm lớn trước vào thiết bị xử lý bậc cao 2.3 PHƯƠNG PHÁP TRAO Đổl ION Nguyên tắc cho nước thải lọc qua hai cột cationit anionit, cation tạp chất giữ lại cột đầu, anion tạp chất giữ lại cột cuối, nước trở nên sạch, hoàn toàn dùng lại Sau thời gian làm việc, cột ionit tái sinh: cationit lọc rửa riêng H2S04 hay HC1 3-10 %; anionit lọc rửa riêng NaOH hay Na0C03 Nước rửa cationit chứa loại cation axit dư đưa thu hồi dùng vào việc khác; cationit tái sinh bắt đầu chu kỳ làm việc Nước rửa anionit diễn tương tự Phương pháp tiện lợi, dễ sử dụng, nhiều nơi dùng, xưởng có suất nhỏ vừa Phương pháp trao đổi ion thích hợp với việc làm nước thải crom nước thải kiềm - axit, phải tách riêng chúng Ví dụ, nước thải crom nhỏ, thải từ - bể rửa dùng trao đổi ion tiện Tốt dùng phương pháp trao đổi ion bể rửa Khi tùy theo yêu cầu chất lượng nước khâu rửa mà ấn định cho thiết bị trao đổi ion chí phải loại bỏ số tạp chất cần thiết dùng lại để rửa Nhờ vậy, hiệu kinh tế cao hơn, bỏ nhiều cống rãnh hay ống dẫn, nước -26- đóng vai trò chất hấp phụ sinh học loại tảo hay vi tảo đặc biệt ý Nguyên lý phương pháp dựa nguyên tắc số loài thực vật, vi sinh vật nước sử dụng kim loại chất vi lượng trình phát triển sinh khối bèo tây, bèo tổ ong, tảo, Với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ 60 mg/1 bổ sung đủ chất dinh dưỡng (N, P) nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho phát triển loài thực vật rong tảo Do trình xử lý đòi hỏi phải trộn lẫn nước thải sinh hoạt để bổ sung chất dinh dưỡng pha loãng hàm lượng chất ô nhiễm nước thải Phương pháp cần diện tích xử lý lớn nước thải có lẫn nhiều kim loại hiệu xử lý -27- ss Đơ Nước thải đầu vào TCVN n 5945 Nước thải Nước thải vị - 1995 Cr Bảng 3.1 -Ni Nồng độ nước(B) thải trước xử lý 3,45 7,2 5,5-9 mg/ 150 200 100CHÙƠNQ lf COD mg/ 200 Cr6+ mg/ 20 mg/ 45 • Nhiệm vụ thiết kế: Các thông số pH Ni2* 250 TOÁN THI6T 100 TÍNH K€ Hệ THỐNG xử IV NƯỚC THẢI 0,1 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 100m3/ngày đêm => Lượng nước thải trung bình ngày là: 100m3/ngày đêm Do phải tách riêng dòng thải nên cần phải xét lưu lượng dòng thải Thông thường, dây chuyền mạ Ni-Cr hoạt động liên tục, tỷ lệ lưu lượng dòng nước thải chứa Cr dòng nước thải chứa Ni + Kềm + Axít sau [1]: -Dòng thải chứa Cr chiếm 30% tổng lưu -Dòng thải chứa Ni + Kiềm + Axít chiếm 70% tổng lưu lượng => Lưu lượng dòng thải chứa Crôm là: QCr= 30 m3/ngày Lưu lượng dòng thải chứa Ni + Kiềm + Axít là: QNi= 100-30=70 m3/ngày Hệ thống làm việc liên tục 24/24 nên lưu lượng dòng thải tính theo là: QCr= 1,25 m3/h QNi= 2,92 m3/h - Các thông số dòng thải -28- lượng ơng pháp làm Hiệu Giá làm thành Giá đơn thành đơn sạch, % vị tiên / m3 vị tiền / kg 80 95 50 80 340 380 hóa chất (trung Phương hòa, khử, oxy hóa các• chất vô pháp khử - kết tủa hóa học - Không thích hợp với điều kiện kinh tế trình độ khoa học công nghệ cơ) làm phần chất hữu ưu điểm : nước ta (tạp chất keo, hydroxyt, huyền phù ) • Phương pháp sinh học - Hiệu suất khử100 chất ô nhiễm - 200 400cao, - 500rất thích họp hàm lượng chất ô phụ than hoạt tính : (các Ưu điểm nhiễm nước thải cao chất vô hữu cơ) 60 - 200 360 - 500 đổi ion (các chất vô cơ, N, - Quá trình xử lý không tạo chất thải nên thân thiện với môi trường - Xử lý lượng nước thải lớn hợp chất chứa P) 50 - 300 10-20 m thấu ngược (siêu lọc) dùng - Giá thành thấp - Vận hành dễ dàng, thiết bị đơn giản cho chất vô hòa tan 65 - 100 thẩm tích dùng cho Hạn chế: Ta chọn thông số thiết kế dựa số thành phần ô nhiễm sau chất vô phần - chất Giá thành không cao Nồng độ Ni2+ = 45 mg/1 = 45 g/m3 hữu hòa tan Hạn chế: ng cất 200 - 500 200 => Tải lượng Ni2+ h TN.1+ = 45 g/m3 X 2,92 m3/ h = 131,25 (g/h) thải lượng chất dinh dưỡng N, p cấp thêm vào dòng thải - Không thu hồi chất có ích để dùng lại kim loại, axit, Bảng 3.2độ - Hiệu làm sạch= thành so sánh phương pháp [1] Nồng Cr6+quả = 20 mg/1 20 giá g/m3 kiềm, hoá chất xử lý => Tải lượng Cr6+ h T M = 20 g/m3 X 1,25 m3/ h = 25 (g/h) - TÍCH Tạo LỰA chất thải PHƯƠNG rắn cần phải xử lý I PHÂN CHỌN PHÁP xửtiếp LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN • Phương pháp trao So sánh phương phápđổi xửion lý Ưu điểm : Để xử lý nước thải mạ điện dùng nhiều phương pháp khác nhau, phù Hiệuloại nước xử lý thải cao hợp với- nồng độ tạp chất chứa Phổ biến dùng phương pháp hóa học (theo phương pháp khử), đến phương pháp trao Thu hồi pháp nước sạchđiện chấttích, Vấn có ích để dùng lại phương pháp thích đổi ion,- phương cô đặc, thẩm đề chọn hợp tùy tiêu kinh tế - kỹ thuật cho phép, điều kiện môi trường địa - Tạo chất thải phương yêu cầu, nồng độ nước thải, nước xử lý với mục đích dùng lại hay để thải Hạn chế: môi trường, Mặt khác nước thải sau xử lý phải đảm bảo nồng độ chất ô nhiễm hay thấp tiêu chuẩn cho phép - Chi phí đầu tư lớn Trong trường hợp doanh nghiệp Việt Nam có lượng vốn đầu tư cho - Vận hành phức tạp -29-30-31- Chú thích : Đơn vị tiền/m3 hay đơn vị tiền/kg có ý nghĩa để so sánh giá thành phương pháp, giá thành tính VND Có thể thấy theo bảng phương pháp xử lý hóa chất đạt hiệu xử lý cao đồng thời giá thành xử lý m3 nước thải chấp nhận xử lý lượng nước thải lớn Còn phương pháp khác lọc, điện thẩm tích,., dù giá thành rẻ hiệu không cao, chí thích hợp làm phương pháp phụ trợ cho phương pháp hóa chất Những phương pháp trao đổi ion, chưng cất, hấp phụ than hoạt tính, dù hiệu xử lý triệt để giá thành xử lý m3 nước thải cao, không thích hợp xử lý lượng nước thải lớn, chí thích hợp lượng nước thải nhỏ vùng nước Lựa chọn phương pháp khả thi - Do áp dụng công nghệ mạ tiên tiến, tiết kiệm hóa chất sử dụng Do lượng nước thải không lớn nồng độ không cao Vì việc thu hồi không mang lại hiệu kinh tế phải đầu tư thiết bị xử lý tái sinh - Dòng thải mạ Crôm có chứa Cr+6 độc, nên sử dụng phương pháp khử để khử dạng Cr+3 độc nhiều Ngoài dòng nước thải chủ yếu mang tính axít, nên ta áp dụng phương pháp trung hòa đơn giản - Quá trình trung hòa khử tạo lượng cặn lớn Hơn để lắng Cr+3 ta có -32- 3.1.3 Sư đồ chung hệ thống xử lý nước thải mạ Dòng thải chứa Cr Dòng thải chứa Ni, axít, kiềm Bể điều hòa Thiết bị tách Bể phản ứng khử Bể hòa trộn Bể chứa bùn Bể tạo + lắng Ép bùn Bể lọc nhanh Bùn xử lý tiếp Bể điều chỉnh Mương thoát nước Hình 3.1- Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải mạ -33- Nguyên tấc hoạt động hệ thông : Nước thải tách thành dòng chứaCr dòng chứa (Ni+Kiềm+Axit) riêng để đưa xử lý Các dòng thải vào hể điều hòa để ổn định lưu lượng nồng độ chất nước thải Sau chúng qua thiết hị tách dầu để tách dầu mỡ tạp chất có dòng thải Sau khỏi thiết bị tách dầu, riêng dòng thải chứa crôm bơm vào bể phản ứng để khử Cr6+ thành Cr3+ Chất khử NaHS03 cấp bơm định lượng Do môi trường tiến hành phản ứng khử đòi hỏi pH = 2-52,5, phải bổ sung hkS04 vào để đạt pH cần thiết Bể phản úng có ngăn : ngăn thứ cấp NaHSƠ3 TUS04, bể có lắp cánh khuấy để đảm bảo khuấy trộn hóa chất nước thải; ngăn thứ hai ngăn lắng để vừa kết hợp lắng phần tử có kích thước lớn, vừa có thời gian để phản ứng xảy hoàn toàn Các dòng thải sau bơm sang bể hòa trộn nước thải với sữa vôi nhằm mục đích nâng pH nước thải lên khoảng 10 -ỉ- 11 để xảy phản ứng chuyển ion kim loại có nước thải sang dạng hydroxyt kết tủa như: Cr(OH)3; Ni(OH)2 Bể hòa trộn có dạng hình trụ tròn, bên có bố trí cánh khuấy nhằm hòa trộn nhanh nước thải với sữa vôi Nước thải sau hòa trộn với sữa vôi bơm định lượng sang bể tạo lắng Đây thực chất thiết bị kép, kết hợp bể phản ứng xoáy hình trụ với bể lắng đứng Đầu tiên, nước thải bơm vào bể phản ứng xoáy hình trụ, tác dụng dòng xoáy, cặn kết tủa kết hợp với tạo nên cặn có kích cỡ lớn hơn, khối lượng lớn dễ lắng Để tăng hiệu cho trình tạo bông, ta bổ sung chất trợ tạo PAA Nước thải sau khỏi bể phản ứng xoáy hình trụ tự động sang bể lắng đứng Tại đây,-34các cặn kết tủa lắng xuông y= 208 ST T (phút) = 1,413 (*S)H2S03 Lượng Cr6+ lại Ghi 100 - Hóa chất khử a Tính thời gian phản ứng 10 10,052 NaHSƠ3, sử tích thiết bị phản ứng tính thiết khuấy liênlượng tục, thể theo máng dẫnVới nước bịsang bể trộn lọc nhanh lớp để tách nốt tạp chất nhỏ mà 20 1,176 dụng 1500 mg theo công thức: Dựa vào bảng số liệu phân tích ảnh hưởng thời gian tới trình bể lắng không tách 30 0,005 - pH = -h 2,5 oxy hóa khử Vr=Q.tpư Cuối cùng, nước(m3) thải sau qua công đoạn xử lý đưa vào bể Bảng 3.3 - Ánh hưởng thời gian lưu tới tới trình oxy hóa khử [13] điều chỉnh pH lần cuối Tại ta dùng HoSƠ4 NaOH để điều chỉnh pH nước Trong đó: thải tới giá trị yêu cầu Nước thải sau thải mưong thoát nước - Q: tổng lưu lượng nước thải lưu lượng hóa chất sử dụng (m3/h) Tất trình diễn hệ thống điều khiển tự động - tpư : thời gian phản ứng (h) 3.2 TĨNH TOÁN CÁC THIET BỊ Tính toán bể phản ứng Chọn loạiphản thiết ứng bị phản ứng khuấy lý phản tưởngứng liênbậc tục1.với táctốc nhân Giả thiết xảy thiếttrộn bị Vậy độ khử Trong đó: NaHSƠ3 phản ứng tính công thức [14]: - kj: số tốc dcđộ phản ứng phụ thuộc vào chất nước thải Phản ứng xảy thiết bị sau: rA= — = -kvc - C: nồng độ ion Cr6+ biến thiên phản ứng H2Crơ4 + NaHS03 + H2S04 = Cr2(S04)3 + Na2S04 + 10 H20 (3.1) Tích phân vế ta có: Phương trình dạng ion: ln -Ẹ- = k .t c0 4Crơ42' => Thời gian phản ứng khử+ là:6 HS03' + 14H+ = Cr3+ +6S042Phản ứng tiến hành môi trường pH + = 10H2O 2-Ỉ-3 Theo phương trình (3.1) ta thấy: để khử 208g Cr6+ thành Cr3+ cần (6x104) = 624g NaHSƠ3 (3x98) = 294 g H2SƠ4 Dựa theo số liệu bảng 3.3, theo phương pháp bình phương tối thiểu ta tính số để tốckhử độ phản ứng kị= 0,38 Do kg Cr6+ thành Cr3+ cần X kg NaHS03 y kg HUS04 X 624 A dt X= = 3(kg ) NaHS03 -36-35- - C: nồng độ Cr6+ lại dòng thải khỏi thiết bị, theo tiêu chuẩn dòng thải đạt loại B c = 0,1 mg/1, nhung ta giả thiết c=0,05mg/l => Thời gian cần thiết để khử theo lý thuyết là: T = _ f i S x l hút 0,38 Để cho trình khử xảy đạt yêu cầu xử lý, ta chọn thời gian phản ứng khử xảy thiết bị là: T = 30 phút b Tính tổng lưu lượng dòng vào bế phản ứng khử Tổng lưu lượng dòng vào bể phản ứng xác định sau: Q = Qcr + Qhc + Qax (m3/h) Trong đó: - QCr: lưu lượng dòng nước thải chứa Cr, m3/h - Qhc: lưu lượng NaHS03 cần dùng, m3/h - Qax: lưu lượng axit LUSO4 cần thiết để giữ ổn định pH = 2-K3, m3/h Tải lượng Cr6+ nước thải 25 g/h = 25x 24 = 600 g/ngày=0,6 (kg/ngày) => Lượng NaHS03 cần dùng để khử theo lý thuyết : mLT = X 0,6 = 1,8 (kg/ngày) Tuy nhiên, thực tế để xử lý triệt để Cr6+ cần phải tiêu tốn lượng NaHS03 lớn lượng tính toán từ 1,25 -ỉ- 1,75 lần so với lý thuyết [2] Chọn hệ số dư 1,5 ta có lượng NaHS03 thực tế : ITITT = 1,5 X 1,8= 2,7 (kg/ngày) -37- Ta lấy hệ số dư n = 1,5 Vậy lượng axit thực tế cần dùng : maxtt = 1,5 X 0,9974 = 1,496 (kg/ngày)«l,5(kg/ngày) Khối lượng riêng axit TUSO4 85% : p = 1779 kg/m3 [4] Vậy ta có lưu lượng axit H2S04 : Qax= = 0,00084 (m3 /ngày) = 0,000035( m3/h) Vậy tổng lưu lượng dòng nước thải hóa chất đưa vào bể phản ứng : Q = QCr + Qhc + Q„ = 1,25+0,001125+0,000035=® 1,25(m3/ngày) Ta có tphản ứng = 30 phút = 0,5 h Vậy thể tích bể phản ứng : vr = Q X tphảnứng = 1,25 X 0,5 = 0,625( m3) Chọn Vbể = m3 để đảm bảo khả khuấy trộn không gian trống Bể có hai ngăn: ngăn dùng để cấp hóa chất khuấy trộn; ngăn xảy phản ứng Kích thước xây dựng: - Chiều cao lm, chiều cao sử dụng 0,8m, khoảng trống 0,2m - Chiều rộng bể chọn 0,5 m - Diện tích bể s= =2(m2) -38- - n: số vòng quay, vòng/s - d: đường kính cánh khuấy, d = 300 mm = 0,3 m - p : khối lượng riêng nước thải, có p » 1000 kg/m3 => N = 0,985.5.0,3.1000 = 1477,5 w» 1,5 kw - Công suất động điện: Nđc = — kw r|: hiệu suất truyền lực từ động sang cánh khuấy, chọn T| = 0,6 ^ N d c = g = 2,5kw Tính toán thiết bị hòa trộn hóa chất keo tụ tạo Thiết bị hòa trộn có dạng hình trụ tròn, bố trí cánh khuấy bên Nước thải chứa Crôm khỏi bể khử với nước thải chứa Niken khỏi thiết bị tách dầu đưa chung vào bể hòa trộn Tại đây, dung dịch sữa vôi Ca(OH)o cấp vào để kết tủa ion kim loại có nước thải Thời gian khuấy trộn bể khoảng 1-5-5 phút a Tổng lưu lượng vào bê hòa trộn • Đối với dòng thải chứa Ni ken Phản ứng kết tủa ion kim loại xảy sau: NiS04 Theo phương trình trên, + để Ca(OH)2 kết tủa = 58g Ni(OH)2ị Ni+2 cần + CaS04 74g Ca(OH)o Mặt khác, tải lượng Ni2+là TN.2+ = 131,25 g/h => lượng Ca(OH)ọ cần đưa vào bể hòa trộn là: -39- Cr2(S04)3 + 3Ca(OH)2 = 3CaS04 + 2Cr(OH)3ị Theo phương trình trên, để kết tủa 2x52g Cr+3 cần 3x74g Ca(OH)2 Mặt khác, tải lượng Cr+3 tải lượng Cr+6 Tc +6 = 25 g/h => lượng Ca(OH)o cần đưa vào bể hòa trộn là: M2 = g/h « 53,365g/h *0,054 kg/h*l,296(kg/ngày) => lưu lượng dung dịch sữa vôi đưa vào bể là: Qk2 = m3/h « 0,00106 m3/h*0,0257(m3/ngày) => Như tổng lượng dung dich sữa vôi cần đưa vào bể là: QK = QKI + QK2 =0,00336+0,00106=0,00442(m3/h) Để đảm bảo tốt trình kết tủa, ta lấy dư lên thành QK = 0,01 m3/h => Tổng lưu lượng vào bể hòa trộn là: Qtổng = Qcr + QNÌ + QK = »25 +2,92 + 0,01 = 4,18*4,2( m3/h) b Thể tích thiết bị hòa trộn Chọn thời gian khuấy trộn bể là: tk = phút => Thể tích bể hòa trộn là: V = Q X tk = 4,18x(5/60)=0,35 (m3) -40- KỂT LUẬN Ô nhiễm môi trường, đặc biệt môi trường nước vấn đề quan trọng đặt cho quốc gia Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ điện, với đặc tính chứa nhiều ion độc hại Cr6+, Ni2+, Zn2+, Cu2+, CN ', F' gây tổn hại nghiêm trọng đến môi trường sinh thái sức khỏe người thời gian dài không xử lý tiêu chuẩn Hiện với nhận thức ngày cao môi trường chí tiêu môi trường ngày chặt chẽ Mặt khác để nâng cao khả mở rộng thị trường mở rộng sản xuất, bên cạnh chất lượng sản phẩm tốt, giá thành hợp lý việc đáp ứng chí tiêu môi trường yếu tố mang tính định doanh nghiệp sản xuất Vì co sở mạ điện cần có hệ thống xử lý chất phù hợp với điều kiện sản xuất bao gồm kinh tế lẫn kỹ thuật Tuy nhiên, phần thiết kế mang tính công nghệ, định hướng cho hệ thống xử lý, nhằm giúp sinh viên có kiến thức vượt khỏi lý thuyết đơn để chuẩn bị bước vào thực tế, đồng thời giúp cho sinh viên có nhãn quan định công nghệ tương lai Do chứa nhiều sai sót, để triển khai cần phải có thiết kế chi tiết kết cấu xây dựng, khí Mong thầy cô bạn góp ý -41- TRI Liệu THAM KHẢO PGS.TS.Trần Minh Hoàng Công nghệ mạ điện NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2001 Trần Hiếu Nhuệ Thoát nước xử lý nước thải công nghiệp Nhà xuất khoa học kỹ thuật - 1999 Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga Giáo trình công nghệ xử lý nước thải Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2002 Bộ môn trình thiết bị công nghệ hóa chất - Khoa Hóa - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội - 1999 TS Trịnh Xuân Lai Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội - 2000 Trung tâm đào tạo ngành nước môi trường -42- [...]... rong tảo Do đó quá trình xử lý đòi hỏi phải trộn lẫn nước thải sinh hoạt để bổ sung chất dinh dưỡng và pha loãng hàm lượng chất ô nhiễm trong nước thải Phương pháp này cần diện tích xử lý lớn và nếu nước thải có lẫn nhiều kim loại thì hiệu quả xử lý kém -27- 2 ss Đơ Nước thải đầu vào TCVN n 5945 Nước thải Nước thải vị - 1995 Cr Bảng 3.1 -Ni Nồng độ của nước( B) thải trước khi xử lý 3,45 7,2 5,5-9 mg/ 150... nguồn nước ngầm nếu không được xử lý và chôn lấp cẩn thận Các chất ô nhiễm có thể theo chuỗi dinh dưỡng đi vào cơ thể người, gây ra những bệnh nguy hiểm III .Nước thải Nước thải chính là vấn đề gây ô nhiễm môi trường đáng lo ngại nhất trong công nghệ mạ điện Toàn bộ quá trình mạ điện tiêu tốn một lượng nước tương đối lớn bởi hầu hết mọi công đoạn trong dây chuyền mạ điện đều phải sử dụng đến nước Nước thải. .. THỐNG xử IV NƯỚC THẢI 0,1 1 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 100m3/ngày đêm => Lượng nước thải trung bình trong một ngày là: 100m3/ngày đêm Do phải tách riêng dòng thải nên cần phải xét lưu lượng từng dòng thải Thông thường, trong dây chuyền mạ Ni-Cr hoạt động liên tục, tỷ lệ lưu lượng dòng nước thải chứa Cr và dòng nước thải chứa Ni + Kềm + Axít như sau [1]: -Dòng thải. .. 20 g/m3 X 1,25 m3/ h = 25 (g/h) - TÍCH Tạo LỰA ra chất thải PHƯƠNG rắn cần phải xử lý I PHÂN CHỌN PHÁP xửtiếp LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN • Phương pháp trao 1 So sánh các phương phápđổi xửion lý Ưu điểm : Để xử lý nước thải mạ điện có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, phù Hiệuloại quả nước xử lý thải cao hơn hợp với- từng và nồng độ tạp chất chứa trong nó Phổ biến nhất là dùng phương pháp hóa học (theo... nơi nào cần dùng nước có chất lượng không cao lắm Hệ thống xử lý nước thải kiềm - axit có chứa các ion kim loại nặng Ni2+, Nước thải (axit, kiềm, Ni2+) Bể chứa Bể keo tụ -24- Hình 2.2 - Sơ đồ hệ thôhg xử lý dòng thải Ni + kiềm + axit [3] Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học có ưu điểm lớn là hiệu suất khử chất ô nhiễm trong nước thải khá cao, xử lý được lượng lớn nước thải, nhung không... phân xưởng mạ thường được phân dòng thành 3 loại: nước thải kiềm-axit, nước thải crôm, nước thải xyanua Lí do phải phân ra như vậy vì : + Nước thải xyanua gặp nước thải axit hay nước thải mạ crôm(cũng có lẫn axit) sẽ sinh ra khí HCN rất độc, làm ô nhiễm cả xưởng mạ lẫn bộ phận tiếp -15- + Nước thải mạ crôm đặc xử lý dễ hơn khi pha loãng chúng Nước thải Crôm ngoài Cr6+ còn có thể có các hoá chất khác.. .Nước Dung dịch Crôm Rửa thu hồi sau mạ Hoạt hóa crôm Dung dịch mạ Crôm Hơi axít Nước thải axit, Cr+6 chứa Nước Nhiệt Hơi hóa chất Hình 1.3 sơ đồ khối dây chuyền mạ Cr-Ni cố kèm dòng thải III Đặc tính của nước thải Nước thải từ xưởng mạ điện thải ra có thành phần đa dạng, nồng độ lại thay đổi rất rộng, pH cũng biến động mạnh từ axit đến trung tính hoặc kiềm Nước thải phân xưởng mạ thường được... gia II Chất thải rắn Chất thải rắn sinh ra từ một số công đoạn sau: - Trong công đoạn gia công và làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học chủ yếu sinh ra chất thải rắn là phoi kim loại - Trong công đoạn mạ điện, chất thải rắn được sinh ra là bùn lắng của -17- kim loại nặng độc hại đã được sử dụng trong quá trình mạ như: Cr6+, Ni2+, Zn2+ Chất thải rắn từ quá trình sản xuất của công nghiệp mạ điện chứa... muối, pH dao động từ 1-10 Ngoài ra, trong nước thải còn chứa các chất như dầu mỡ, chất huyền phù, đất cát, gí sắt Như vậy, nước thải xưởng mạ điện chứa rất nhiều các thành phần khác nhau, nồng độ lại biến động trong khoảng khá rộng.Do đó, để xử lý nước thải mạ điện phải dùng nhiều các phương pháp khác nhau, phù hợp với từng loại nước thải và nồng độ tạp chất chứa trong nó Việc chọn phương pháp nào là... trên thì theo lý thuyết có những phương pháp xử lý nước thải như sau I PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC phương pháp hóa học làm sạch nước thải dựa trên các phản ứng oxy hóakhử; phản ứng trung hòa; phản ứng keo tụ, kết tủa làm cho các chất độc hại bị phân hủy, chuyển hóa thành dạng ít độc hay không độc và tách khỏi nước thải Tủy theo lượng nước thải nhiều hay ít mạ tổ chức xử lý ngay tại chỗ hay xử lý chung cho ... hiệu xử lý triệt để giá thành xử lý m3 nước thải cao, không thích hợp xử lý lượng nước thải lớn, chí thích hợp lượng nước thải nhỏ vùng nước Lựa chọn phương pháp khả thi - Do áp dụng công nghệ mạ. .. nhiễm nước thải cao, xử lý lượng lớn nước thải, nhung không thu hồi chất có ích để dùng lại kim loại, axit, kiềm, hóa chất xử lý II PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA Nước thải mạ xử lý phương pháp điện hóa... III .Nước thải Nước thải vấn đề gây ô nhiễm môi trường đáng lo ngại công nghệ mạ điện Toàn trình mạ điện tiêu tốn lượng nước tương đối lớn hầu hết công đoạn dây chuyền mạ điện phải sử dụng đến nước