GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SỬ LÍ NƯỚC THẢI

Chương C Á C P H Ư Ơ N G P H Á P X Ử LÝ N Ư Ớ C THẢI 2.1 M Ỏ ĐẦU Khi văn minh nhân loại phát triển, đô thị mọc lên mở rộng cách nhanh chóng Vì vậy, nước thải sinh hoạt chất thải công nghiệp từ thành phố gây ô nhiễm nặng nề môi trường nước ngày trờ thành vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội trị cộng đồng Ngay từ ngày sơ khai kỹ thuật xây dựng, ỏ Anh, Mỹ số nước châu Au khác, kỹ thuật vệ sinh phát triển nơi thực mặt kinh tế xã hội trị để xử lý nước thải, cho giảm ảnh hường tiêu cực cùa nguồn nước Ngày hầu có luật ngày chặt chẽ việc thải nước thải nói chung nước thải công nghiệp nói riêng Người ta nhận thức sâu sắc ràng, giải tốt vấn đề nước thải hợp tác chặt chẽ kỹ sư công nghệ sản xuất với chuyên gia công nghệ nước nước thải Tuy nhiên vấn đề vô rộng phức tạp Trong khuôn khổ giáo trình công nghệ xử lý nước thải, chi đề cập đến phương pháp trình sử dụng để xù lý nước thải, các^ơ sở khoa học chúng tính toán công nghệ phục vụ cho thiết kế công trình xửlỹ 2.2 PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP xử LÝ NƯỚC THẢI Nước thải thường chứa nhiều tạp chất có chất khác Vì vậy, mục đích xử lý nước thải khử tạp chất cho nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng mức chấp nhận theo tiêu đặt Các tiêu chuẩn chất lượng thường phụ thuộc vào mục đích cách thức sử dụng: nước tái sử dụng hay thải thẳng vào nguồn tiếp nhận nước Để đạt mục đích trên, công nghệ xu lý nước thải sử dụng nhiều trình khác minh họa hình 2.1 67 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Khù chất rán Khù chất rốn thô lơ lủng Khứ chất rán hữu hòa tan Khù nitơ Khù photpho Khử chất rán lơ lủng mịn Khử vi khuẩn Khử chất hữu Khù muối vết vô co ^ Hòổn định Hoạt hóa bùn Nước thài Song/luới chán Bể lóng Tuyển Tiêu hủy hiếu khí/ yếm khí Điện thâm tích Loại nito Đông tụ láng —• Lọc sinh học Hồ thông khí Lọc cát Lọc Diatomit Clo hóa Lọc cacbon Bay Tiếp xúc yếm khí Làm lạnh ýA _ -Li Làm đặc bùn Phơi sân cát Chôn lấp Ly tâm Đốt cháy ướt Lọc chân không Làm tâng nồng độ chát ràn Tách nước Trao dổi ton * Trích ly lỏng - lỏng Thâm thấu ngược Đốt cháy I ỉ ĩ khô - Thài chát tái sinh hoộc nước muối Phân hủy chát rán hữu co Hình 2.1 So đ tổng q u t c ô n g n g h ệ xử lý nước thài cho c c mức đ ộ làm sọch k h c Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Dòng http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.2 trình bày sơ đồ nguyên lý công nghệ thường dùng xử lý nước thải Theo chất lượng nước đạt được, trình xử lý nhóm lại thành công đoạn: xử lý cấp ì, xử lý cấp l i xử lý cấp IU • Xử lý cấp ì gồm trình xử lý sơ láng, bát đầu từ song (hoặc lưới) chắn kết thúc sau lắng cấp ì Công đoạn có nhiệm vụ khử vật rắn có kích thước lớn tạp chất rán lắng khỏi nước thải để bảo vệ bơm đường ống Hầu hết chất rắn lơ lửng lắng bể lắng cấp ì Ở thường gôm trình lọc qua song (hoặc lưới) chán, lắng, tuyển nổi, tách dầu mỡ trung hòa • Xử lý cấp l i gồm trình sinh học (đôi trình hóa học) có tác dụng khử hầu hết tạp chất hữu hòa tan phân hủy đường sinh học, nghĩa khử BOD Đó trình: hoạt hóa bùn, lọc sinh học hay oxy hóa sinh học hồ (hồ sinh học) phân hủy yếm khí Tất trình sử dụng khả vi sinh vật chuyển hóa chất thải hữu dạng ổn định lượng thấp • Xử lý cấp HI thường gồm trình: vi lọc, kết tủa hóa học đông tụ, hấp phụ than hoạt tính, trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thấm tích, trình khử chất dinh dưỡng, hóa ozon hóa Xú lý cấp I Nước thài vào Hình 2.2 Sơ đ nguyên lý v c c mức đ ộ xủ lý nước thài Ì Thanh lưới chân; Bể láng cát; Bể lắng cấp I; Xú lý c p li (hoạt hóa bùn lọc sinh học); Bể láng cấp li; Bể tiếp xúc do; Bể lắng làm đặc bùn; Bể tiêu hủy bùn yếm khí; Thiết bị tách nước (lọc khung bàn lọc băng tài ) 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.3 Sơ đ v t o n c n h n h máy xử lý nước thài Housatonic (Công suất thiết kế 30 000 m / n g y ) Ì Bể láng cát có sục khí; Máy nghiền; Bể láng c p I; Aeroten; Bể láng c p l ; Bể tiếp xúc do; Bơm; Bể xử lý bùn yếm khí;; Lọc băng 70 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.4 So đ c ô n g nghệ toàn c n h n h máy xử lý nước thài ỏ Leominster (Công suất thiết kế 41 850 m / n g y ) Ì Bể tiếp nhộn nuác thài; Bể láng cát có sục khí; Bể khuấy trộn keo tu Bể láng c p I ; Bể aeroten; Bể lâng cấp li; Bể thông khí bổ sung tiếp xúc do; Bể chứa bùn; Bể chúa c c chát thài; lo Nhà điêu hành hanh 71 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngày nay, nhiều nước đòi hỏi mức độ làm cao xử lý thông thường Vì nhà máy xử lý nước thải thường có thêm công đoạn xử lý cấp IU hay gọi công đoạn làm cuối Công đoạn có mục đích sau : - Khử triệt để chất dinh dưỡng N, p K lại nước thải sau xử lý thứ cấp Các nguyên tố yếu tố dẫn đến phát ữiển bùng nổ cùa số vi sinh vật, đặc biệt tảo nguồn nước; - Thông khí tự nhiên bổ sung; - Bảo vệ nước ngầm trường hợp nước thải qua xử lý thâm nhập vào; - Bảo đảm an toàn cho nguồn tiếp nhận nước thải với yêu cầu đặc biệt Việc lựa chọn phương pháp làm nước thải tùy thuộc vào mức độ cần thiết, tham khảo bảng Ì Bàng 2.1 Hiệu suất làm c c c ô n g đ o n k h c xù lý nước thài c p I v c ấ p li (5) Công đoạn Song chán Hiệu suất khù c c thành phần nưác thải, % BOD COD ss - - - Tổng photpho N - hữu co N-NH - - - 0- 10 - - - Bể láng cát U-5 Láng cấp 30-40 30-40 50-65 10-20 10-20 10-20 Hoạt hóa bùn (cổ điển) 80-95 80-85 80-90 10-25 15-50 8- 15 - Môi truồng lọc bàng đá, tốc độ lọc cao 65-80 60-80 60-85 8-12 15-50 8- 15 - Môi trường lọc bàng nhụa tốc dỗ lọc cực cao 65-85 65-85 65-85 8-12 15-50 8- 15 Đìa sinh học tiếp xúc (RBCs) 80-85 80-85 80-85 10-25 15-20 8- 15 - - - - - - 0-5 C c c Lọc sinh học: Clo hóa Ghi chú: c - sử dụng giá trị cao phận rửa không làm việc Các trình xử lý bàng đất, ngày gọi chung thuật ngữ "các hệ thống tự nhiên" Hệ thống kết hợp chế xử lý vật lý, hóa học sinh học để xử lý nước thải tới chất lượng tương tự tốt hem xử lý cấp HI [5] Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào đặc tính nước thải tiêu chuẩn chất lượng dòng thải cần đát Đối với nước phát triển, phương pháp thích hợp hệ thống hồ ổn định chất thải (Biswas & Arar, 1988; WHO EMRO, 1987) Động lực trình 72 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn hồ oxy hóa lượng mặt ười giúp vi sinh vật tự nhiên gồm tảo, vi khuẩn sinh vật phân hủy chất hữu khử vi khuẩn gây bệnh nước thải Người ta cho ràng nhà máy xử lý nước thải cần đạt tiêu chuẩn sau : BOD5 < 15 mg/1, ss < 15 mg/1 tổng p < lmg/1 (Vesilind etal.1988) Nhìn chung tất phương pháp trình xử lý nước thải dựa sở trình vật lý, hóa học sinh học Các hệ thống xử lý chất thải thiết lập thường bao gồm hàng loạt trình kết hợp theo trật tự công nghệ tùy thuộc vào đặc tính nước thải, tiêu chuẩn dòng điều kiện cụ thể khác Hình 2.3 2.4 minh họa vài sơ đồ toàn cảnh số nhà máy xử lý nước thải 2.3 KINH TẾ XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở Mỹ, chi phí xử lý nước thải ước tính khoảng 0,20 ƯSD/1000 galon (Ì galon = 3,7854 lít) hay 0,05 USD/tấn [Ramalho, 1977Ị, 20 40 60 80 100 Hiệu suất khù c c tạp chát % Hình 2.5 Mối quan h ệ tổng chi phí v loại q u trình xử lý (7) 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Vê nguyên tác, ta xử lý nước thải thành nước uống cách sử dụng trình xử lý tinh vi, song xét kinh tế sử dụng phương pháp vào thực tế Trong đánh giá trình xử lý nước thải, điều quan trọng ước tính ti số chi phí lợi ích chi phí bỏ để nâng cao chất lượng nước thải lợi ích diu từ việc xử lý đế đạt chất lượng cụ thể nước thải Cân kinh tế trình xử lý nước thải minh họa hình 2.5 Việc tái sử dụng nước tuần hoàn liên quan đến kiểm soát nước thải ương nội nhà máy Khi lựa chọn tỷ số tuần hoàn nước thải cho trường hợp cụ thể tính cân kinh tế cần xem xét đến yếu tố sau : Chi phí nước thô sử dụng nhà máy; Chi phí xử lý nước thải thích hợp cho yêu cầu chất lượng trình; Chi phí xử lý nước thải trước thải vào nguồn nước sông, hồ 2.4 LÀM SẠCH NƯỚC THẢI BANG CÁC PHƯƠNG PHÁP co HỌC Nước thải công nghiệp nước thải sinh hoạt thường chứa chất tan không tan dạng hạt lơ lửng Các tạp chất lơ lửng dạng rán lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù Tùy thuộc vào kích thước hạt, hệ huyên phù chia thành ba nhóm minh họa hình 1.4 (chương 1) Để tách hạt lơ lửng khỏi nước thải, thường người ta sử dụng trình thủy (gián đoạn liên tục): lọc qua song chắn lưới, láng tác dụng lực trọng trường lực ly tâm lọc Việc lựa chọn phương pháp xử lý tùy thuộc vào kích thước hạt, tính chất hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải mức độ làm cần thiết 2.4.1 Lọc qua song chắn lưói chắn Đây bước xứ lý sơ Mục đích trình khử tất tạp vật gây cố trình vận hành hệ thống xử lý nước thải làm tác bơm, đường ống kênh dẫn Đây bước quan trọng đảm bảo an toàn điều kiện làm việc thuận lợi cho hệ thống Trong xử lý nước thải đô thị, thường dùng song chán để lọc nước dùng máy nghiền nhỏ vật bị giữ lại Còn xử lý nước thải công nghiệp người ta đặt thêm lưới chắn 2.4.1.1 Song chắn Nước thải đưa tới công trình làm trước hết phải qua song chán rác Tại song chán tạp vật thô giẻ, rác, vỏ đồ hộp, mẩu đá, gỗ vật thải khác giữ lại 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Song chắn đặt cố định di động, tổ hợp với máy nghiền nhỏ Thông dụng song chắn cố định Các song chắn làm kim loại, đặt cửa vào kênh dẫn, nghiêng góc 60 -ỉ- 75 Thanh song chắn có tiết diện tròn, vuông hỗn hợp Thanh song chắn với tiết diên tròn có trở lực nhỏ nhanh bị tác vật bị giữ lại Do thông dụng có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy Trên hình 2.6 hình 2.7 minh họa loại song chắn với phương thức cào bã khác Dựa vào khoảng cách thanh, người ta chia song chán thành hai loại: song chán thô có khoảng cách từ 60 đến 100 mm song chán mịn có khoảng cách từ 10 đến 25 mm Để tính kích thước song chán, dựa vào tốc độ nước thải chảy qua khe thanh, thường lấy bàng 0,8 đến Ì m/s chấp nhận giả thiết 30% diện tích song chán bị bít kín Vận tốc dòng chảy trước song chán cần khống chế mức từ 0,6 m/s trờ lên để tránh láng cát Tổn thất ấp suất dòng thải qua song chán tính theo công thức sau: VP (2.1) 2g (2.2) sínct s = p đó: hp - tổn thất áp suất, m; V - vận tốc dòng chảy trước song chắn, m/s; p - hộ số tính đến tăng trở lực song chán bị bít kín vật thải (thương lấy p S5 3); I - trờ lực cục song chắn; g - gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s ; s - chiều dày chán (thường 8, 10 15 Him), m; b - khoảng cách thanh, m; a - góc nghiêng song chán so với mặt phảng ngang; p - yếu tố hình dạng chắn Giá trị lấy : lũ 10 J f ^ c f - ỵ lũ J f - y 10 m 10 lo é - j ( , J - i ( j f Ỵ , : / ộ =10 (ì = 2.42 1.83 1.67 1,035 0.92 0,76 1.79 75 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Khi xác định kích thước song chắn cần tính cho điều kiện mùa mưa với mức nước cao Những vật thải cào từ song chán đem xử lý tiếp Điện nàng tiêu tốn cho phận cào, vận chuyển nghiền khoảng Ì kW/1000 m nước thải Đ ố i với loại song chắn kết hợp với máy nghiền nhỏ, vật thải sau nghiên không cần tách khỏi nước thải Hình 2.6 C c loại song c h n a Song chắn c o rác bàng thủ công; b Song chán c o rác bàng giói 76 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nước thải hệ thống có COD 50 mg/1; cao 60 mg/1 Hình 3.30 Sơ đ ò h ệ thống xử lý y ế m - hiếu khí nhà máy bia Bavaria, Lieshout, Hà Lan 3.9 NƯỚC THẢI CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP LUYỆN KIM, G I A C Ô N G K I M LOẠI Kim loại hợp kim chúng vật liệu quan trọng ngành công nghiệp đóng tàu, khí xấc, quang học, điện tử, hàng không gia công kim loại, sản xuất dụng cụ phục vụ cho công nghiệp gia đình Công nghệ luyện kim bao gồm luyện kim đen luyện kim màu để tạo hợp kim chứa sắt không chứa sát 3.9.1 Công nghệ luyện gang luyện thép Gang thép hợp kim chứa sắt với thành phần cacbon khác nhau, gang thành phần cacbon lớn 2% thép thành phần cacbon nhò 2% Nguyên liệu để luyện gang bao gồm : - Than cốc hay than nhiệt luyện vừa đóng vai trò làm nhiệm vụ cung cấp nhiệt cho trình nung quặng vừa cung cấp thành phần cacbon cho gang Than sau cốc hóa đưa vào luyện gang thường có thành phần : chất bốc từ 0,9 đến 1,25%; lưu huỳnh từ 0,5 đến 2%; cacbon từ 82 đến 90%; tro từ đến 14%; photpho 0,1%; nhiệt trị từ 7800 đến 8000 kcal/kg 317 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - Quặng sắt có thành phần chủ yếu oxyt sắt cacbonat sắt, l i tạp chất ( dạng oxyt AI2O3, Cao, MgO, Na 0, K , S1O2, hợp chất mangan, crom chất lưu huỳnh, photpho, 2 - Chất trợ dung (hay chất chảy) thường dùng đá vôi, hoàng thạch, đolomit với mui đích kết hợp với tạp chất khó chảy dạng oxyt thành hợp chất dễ chảy để tách khỏ gang dạng xỉ lỏng nung chảy quặng - Không khí nóng cung cấp oxy cho trình nung chảy quăng Sơ đồ công nghệ luyện gang nguồn chất thải thể hình 3.31 Quặng sắt đưa qua khâu sàng, tuyển để loại bỏ đất, đá, quặng chất lượng, sai rửa nước vói mục đích loại bỏ cát, đất, tạp chất bám vào quặng Quặng đưa vào nung lò cao nguyên liệu khác chất ượ dung, than cốc với nhiêu độ từ 1350 đến 1600 c Gang chảy đổ khuôn, làm nguội để tạo sản phẩn gang thỏi Luyện thép Nguyên liêu đưa vào luyện thép bao gồm thành phần để tạo hàm lượng sắt thích hợp cho thép gang thỏi, sát thép vụn, quặng sát, dùng lượng đá vôi nhái định để tạo xỉ khử photpho lun huỳnh quặng (hình 3.31) Luyện thép thực lò cao, sau thép lỏng đổ khuôn làm nguội để tạo thép thỏi Cán thép Cán thép trình gia công thép thỏi để tạo sản phẩmở dạng tấm,ống hay phục vụ cho ngành công nghiệp 3.9.2 Các nguồn nưỏc thải đặc tính nưỏc thải công nghệ luyện kim đ e n Trong công nghệ luyện gang, thép cán thép, nước không tham gia vào trình mà dùng vào công đoạn làm quặng, làm nguội khí lò xi lò, làm mát trục cán máy cán hay khuôn đổ gang, khuôn đổ thép Đó nguồn sinh nước thải Khi sản xuất Ì gang, trung bình sản 0,28 đến 0,35 xỉ 2000 đến 4000 Nm khí lò cao [6, 25] Xỉ lò chứa nhiều khoáng chất khác nhau, khoảng 50 đến 70% oxyt silic S1O2, oxyt nhôm oxyt khác oxyt canxi, oxyt magie, v.v Trong trình nấu, luyện lò cao, xỉ có vai ưò tạo môi trường tốt để thực phản ứng hoá học nhằm khử bỏ tạp chất có hại chuyển vào kim loại nguyên tố có lợi nhu Cr, Ni, Ti, điều chỉnh trình vận chuyển oxy từ pha khí vào pha kim loại bảo vệ bề kim loại trước oxy hóa xâm nhập tạp chất khí 318 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Quặng sát Sàng tuyển Nuóc -• Tạp chất, đát đá Rủa quặng Nước thài (TS SS) Lò cao Khi thài lò cao Xì lò Chất trọ dung Than cốc Không khí nóng Gang lỏng Đổ khuôn Gang thỏi Sát thép phế liệu Quặng sát Lò cao Đá vôi Khí thài lò cao Xi lò Thép lỏng Đổ khuôn Thép thỏi Lò nung thép Cán thép Sản phẩm thép càn Hình 3.31 Sơ đ c ô n g nghệ luyện gang, t h é p v c â n m é p c ố kềm dòng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN thờ http://www.lrc-tnu.edu.vn Do thành phần tính chất xỉ nên xỉ lò thường đưa qua dòng nước chảy mạnh có áp lực để tạo thành sản phẩm phục vụ cho mục đích khác xỉ làm chất cách nhiệt tốt, xỉ dạng hạt làm nguyên liệu sản xuất xi mãng, vật liệu xây dựng, v.v Do xỉ lò có nhiệt độ cao (1350 đến 1600 C ) trạng thái nóng chảy nên lượng nước che trình làm nguội, tạo khối liên kết hạt xỉ cần lớn Một phần nước mát bốc Phần nước làm nguội xỉ tạo hạt xỉ xi vào bể láng để tách xỉ Nước làm nguội xỉ có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, từ 700 đến 11.000 mg/1; xyanua đến 1,6 mgA; H S từ 18 - 1400 mg/1; amon từ đến 4.8 mg/1 Phần lớn co sở luyện gang sử dụng tuần hoàn lại lượng nước cho trình làm nguội khí, xi (, hay dập lửa lò cốc hóa [8] Khí thải lò cao có hàm lượng bụi từ 10 đến 60 g/Nm\ có nhiệt trị lớn (750 đến 900 kcal/Nm ) Người ta ước tính để sản xuất Ì gang lượng bụi khí thải khoảng 45 đến 135 kg Do có nhiệt trị lớn nên khí thải lò cao thường dùng để sấy nóng không khí đưa vào lò hay trộn với khí khác làm nhiên liệu chạy động hay phục vụ cho sinh hoạt Trước sử đụn", khí thải cần khử bụi phương pháp khô hay phương pháp ướt Nếu khử bụi khí thải lò cao bàng phương pháp ướt lương nước tiêu tốn khoảng 20 m cho Ì gang Trong trình tách bụi, nước hấp thụ số khí độc có khí thải nên bụi, chứa H S, xyanua (Ì 4- g CNVm ), phenol, naphtalen, amon vết kim loại kẽm, chì Để tuần hoàn sử dụng lại lượng nước này, người ta xử lý qua bước: thổi khí liên tục để tách C0 , phá trạng thái ổn định Zn(HCOí)2 dạng hòa tan, chuyên thành dạng kết tủa ZnCO}, sau bổ sung vôi chất trợ tạo để tách bùn, khử độc xyanua bàng chất oxy hóa mạnh H Nước thải phần, phần lớn sử dụng lại nước làm nguội xi lò luyện gang, dập lửa lò cốc hóa, v.v 3 2 2 Lượng nước làm nguội tiêu tốn cho trình luyện gang thông thường từ 40 đến 50 rĩ/ cho Ì gang [8], 20 m /Ì gang dùng cho trình khử bụi làm nguội khí lò cao bàng phương pháp ướt Nếu nước làm nguội tuần hoàn hệ thống khép kín lượng nước tiêu thụ giảm từ đến m /Ì gang Tương tự còng nghệ luyện gang, nước thải công nghệ luyện thép sinh từ hệ thống nước làm nguội nước làm khí lò Quá trình luyện thép thực hiên phương pháp khác loại lò khác với mục đích làm giảm hàm lượng cacbon, silic, photpho lưu huỳnh gang Các nguyên liệu gang sát thép phế, quặng sát đổ bổ sung hàm lượng oxyt sắt cho thép, vôi để khử photpho, lưu huỳnh, fluor nhiều trường hợp bổ sung íluorcanxi CaF làm tăng khả nóng chảy cho quặng Chính nước thải công nghệ luyện thép thường chứa bụi, oxyt kim loại oxyt sát, oxyt mangan, hợp chất photpho lưu huỳnh nhu fluor Auorsilic SiF Lượng nước làm nguội liêu thụ luyện thép theo phương pháp Siemens-Martin từ 12 đến 18 m"7l thép (heo phương pháp Thomas từ đến m'7l thép Hàm lượng bui khí lò phương pháp thổi oxy 20 g/Nm theo phương pháp Siemens-Martin 0,6 đến 1,5 g bụi/Nm\ Hiện nay, công nghệ luyện 320 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn thép sử dụng lò điện hồ quang làm giảm ván dề ô nhiễm bụi khí thải, qua giảm ô nhiễm nước thải Cán thép qua hai hay nhiều cấp khác nhau: cán thô, cán trung, cán tinh với mục đích tạo sản phẩm dạng khác Cán thô, cán trung thường cán nóng cán tinh thường cán nguội Trong cán nóng nước dùng để làm mát trục cán sản phẩm cách phun trực tiếp vào ổ trục sản phẩm cán Nước thải từ công đoạn chứa vảy cán, bụi kim loại, dầu mỡ bôi trơn trục cán Vảy cán chiếm đến 5% khối lượng sản phẩm [6] Vảy cán thô thu hồi kênh chứa thoát nước giá cán chúng có khối lượng riêng lớn lắng nhanh Vảy cán mịn chất ô nhiễm khác nước thải vào bể lắng có phận tách dầu mỡ Nước thải từ công đoạn chứa 10 đến 1000 mg/1 vảy cán khoảng 39 mg/1 dầu, mỡ Nguồn nước thải thứ hai sờ cán thép nước làm khí thải lò cao, nước thải loại có thành phần tương tự nước thải lò cao luyện thép bao gồm bụi (Ì đến 100 g/Nin) chứa HF, FeO, Cao, chứa khí c o , S0 , F, N , Đối với công nghê cán nguội, thép thô phải xử lý làm vảy cán trước đưa vào cán Phương pháp xử lý thường dùng loại axit HC1, H S0 cho thép thường; hỗn hợp axit HF-HNOj cho thép inox để đánh bề mặt, sau rửa nước, nước thải mang tính axit mạnh Ngoài cán nguội, trục cán làm nguội bàng dung dịch nhũ tương bao gồm 10% dầu, tác nhân tạo hệ nhũ tương tác nhân ổn đinh chống phá hủy vi khuẩn Về nguyên lý, dịch tuần hoàn sử dụng lại ưong hộ kín, phần thải theo định kỳ với mục đích bổ sung dịch nhũ tương sau cho đảm bảo đặc tính bôi trơn làm nguội trục cán 2 Đối với sở luyện kim có công đoạn cốc hóa than nguồn nước thải gây ô nhiễm lớn, cần quan tâm nước thải rửa khí thải lò cốc hóa Quá trình luyện cốc trình nung kết than lò nhiệt độ 900 đến 1100 C , cách ly với không khí khoảng thời gian 20 đến 30 nhằm mục đích tăng hàm lượng cacbon than, tâng nhiệt trị than đồng thời giảm lượng tro, lưu huỳnh Các chất tạo thành sau luyện cốc cốc chất hữu bay với khí thải Qua làm lạnh nhiều lần nước, thành phần hữu bay ngưng tụ dạng dầu, nhựa hắc ỚI nước thải chứa chất ô nhiễm amon, phenol, xyanua Nếu luyện Ì than đá thu 780 kg cốc, 30 kg bao gồm naphtalen, hắc in, dầu nặng, dầu nhẹ 325 m khí (tương ứng với 190 kg) H Thông thường loại dầu, hác in thu hồi phương pháp lắng hay tuyển giai đoạn xử lý đầu sử dụng nguyên liệu đầu cho trình sản xuất khác Nước thải sau thu hồi dầu, hác in chứa chất tan phenol, CN\ N H \ Lượng, thành phần hàm lượng chất ô nhiễm nước thải phụ thuộc vào đặc tính loại than đưa vào luyện cốc, điều kiện làm việc lò cốc nhiệt độ, thời gian luyện cốc 321 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn phương pháp xử lý khí thải lò luyện cốc Thành phần nước thải làm khí lò luyện cốc tương tự nước thải lò khí hóa than (xem mục 3.4) 3.9.3 Công nghệ luyện kim màu nguồn thải Trong công nghê luyện kim màu thường tập trung vào kim loại nhôm, dồng, kẽm, chì Luyện kim màu thực theo phương pháp sau : Hỏa luyện phương pháp dùng nhiệt để thu hồi kim loại từ quặng Hỏa luyện gồm bước: tuyển quặng; sấy để tách nước tự do; nung nhàm khử nước liên kết (ở nhiệt độ lớn 200°C); thiêu kết, nấu luyện để tách xỉ tạp chất quặng Thủy luyện phương pháp dùng chất lỏng thích hợp để hòa tan kim loại cần tách nhàm tách chúng khỏi tạp chất Công nghệ thường gồm: tuyển quặng; hòa tan dung môi; tách kim loại khỏi dung dịch (kết tủa, kết tinh, lắng, lọc, ) Phương pháp điện phân dựa nguyên tắc phân ly kim loại điện cực trái dấu tách khỏi tạp chất dung dịch có điện cực Phương pháp điên phân thường kết hợp với phương pháp thủy luyện Thông thường người ta dùng phương pháp hỏa luyện thủy luyện Hình 3.32 trình bày ví dụ công nghệ luyện đồng (hỏa luyện thủy luyện) Trong hỏa luyện, nước tham gia vào trình làm nguội sản phẩm khí thải lò nung Nước thải chứa thành phần tạp chất quặng kim loại luyện Trong thủy luyện, dung dịch hòa tan quặng thường dung dịch axit HC1, H S0 , dung dịch kiềm NaOH dung dịch muối nước Nước thải mang đặc tính dung dịch hòa tan có lẫn tạp chất dạng tan, lơ lửng kim loại Trong thủy luyện, dung dịch (hay nước cái) sau trình điện phân hay kết tinh có hàm lượng kim loại thấp, tuần hoàn làm dung dịch hòa tan hay xi măng hóa để tạo đồng thứ phẩm Xì măng hóa trình thay kim loại hòa tan ương dung dịch bàng kim loại khác dạng bột, phoi sát làm cho kim loại thứ kết tủa với mục đích khử tạp chất dung dịch thu hồi kim loại có ích từ dung dịch có nông đô thấp Nguồn nước thải sinh chủ yếu rửa sản phẩm phần dung dịch thải bỏ Nước thải luyện kim màu nước rửa khâu tuyển quặng, chứa táp gh£t vô c q t ó hàm l c > n g j m i ầ m c h ấ t rán lơ lửng cáp Nguồn thứ hai nước rửa sàn phẩm Yà-láag,£anjgg-Sẳnj3hắnuLhưòEí£ rcit cổ chứa thành phần kim loai cáp Ịuỵẽn m R n g t f n h mốt số chjLbủajan-daJiòaJaiLguăng_nhuLâseD,jQuor, v.v Nướe làm sách khí l a u i g u ộ k d - q k ^ h q n g pháỊLhỏaJuỵêii_ch]ìa bui kim loai sá khí bi hấp thu khí lò cao luyện kim đen Bằng phương pháp thủy luyện có tuần hoàn sử dụng lại dung dịch luyện lượng nước thải tính từ đến m cho Ì sản phẩm thô Trong khai thác nhôm bàng phương pháp điện phân, nước thải tính Ì oxyt nhôm m tinh luyện để sản xuất Ì nhôm lượng nước thải 10 m i 3 322 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Quặng dồng ĩ Tuyển quặng Quặng dồng à Tuyển quặng Tạp chất dung dịch • H2SO4 Hơi Sấy quặng Tạp chất Hòa tan ì Rủa, láng, lọc Tạp chất Khí thài Nung, thiêu Xi Ị Náu luyện Khù Fe Điện phân hay kết tinh Nước Tinh luyện Sàn phẩm Xi măng hóa Phoi sát Đồng sàn phẩm Nấu chày b) a) Tinh luyện Đồng thứ phàm hình 3.32 So đ c ô n g nghệ luyện đ ò n g c c nguồn c h ấ t thài a Công nghệ hỏa luyện; b Công nghệ thủy luyện 3.".4 Công nghệ gia công kim loại nguồn nưóc thải Quá trình gia công kim loại trình gia công dạng ống, thoi thành sản phàm thương mại dùng ương công nghiệp, sinh hoạt ngành kinh tế khác Quá trình gia côn Ị kim loại bao gồm: - Gia công tạo hình sản phẩm phương pháp học tiện, cát, hàn, ghép nối hay phương pháp nhiệt đúc, rèn, - Làm bề mặt cạo ri sắt, tẩy rửa tạp chất bám bề mặt - Gia công bề mặt sơn, mạ điện, để tạo lớp bảo vệ bề mặt kim loại chống ăn mòn, tăng độ cứng bề mặt, chống mài mòn, tàng độ dẫn nhiệt, dẫn điện, Trừ ưình gia công khí tạo hình sản phẩm không sử dụng nước, trình xử lý bề mặt kim loại khác có sử dụng nước để làm bề mặt sử dụng hóa chất ỏ dạng dung dịch để tẩy rửa, mạ bóng, sơn phù, Từ trình này, nước thải sinh 323 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn chứa nhiều chất gây ô nhiễm nguồn nước rỉ sắt, kim loại nặng, dầu mỡ, xút, axit chất tẩy rửa, v.v Đặc tính nước thải loại hình gia công kim loại thường khác nhau, phụ thuộc vào công nghệ gia công, vào loại hóa chất sử dụng phương pháp làn: bề mặt Chẳng hạn ưong công nghiệp mạ kim loại, sản phẩm thường mạ đồng, kẽm, crom, niken, có nghĩa dung dịch mạ chứa thành phần chủ yếu hợp chá kim loại Sơ đồ công nghệ với dòng thải trình mạ miêu tả hình 3.33 Sản phẩm trước đưa vào mạ cần xử lý bề mặt để tạo điều kiện dể bám phủ dung dịch mạ Cạo ri, cạo lớp sơn, mạ phương pháp khổ hay phương pháp ướt Nếu dùng nước để rửa nước thải từ công đoạn chứa ri sắt, tạp chất, dầu, mỡ Nếu làm phương pháp hóa học thường dùng xút (NaOH) axit (H2SO4, HCl),do nước thải mang tính kiềm hay axit Trong bể ngâm với xút để tẩy dầu mỡ bám bề mật kim loại thường xảy phản ứng xà phòng hóa, tạo bọt cho nước thải theo phản ứng sau: R,COOR + NaOH -> R OH + R.COONa (3.42) ngâm ương bể axit để tẩy ri sắt Sau sản phẩm nhúng vào bể mạ chứa dung dịch mạ chất ượ dung nhu NH4CI, NaCN, Thông thường trình tẩy, rửa bể mặt kim loại mạ phủ bề mặt thực theo phương thức gián đoạn Các dịch tẩy rửa, dung dịch mạ thải bỏ định kỳ chúng không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Đây nguồn gây ô nhiễm lớn với hàm lượng cao kim loại nặng hóa chất Còn dòng thải khác dòng nước rửa sản phẩm sau mạ, rửa sàn, thiết bị có chứa xyanua, kim loại nặng, axit, • Tóm lại, nước thải công nghệ luyện kim gia công kim loại bao gồm nguồn: - Nước làm mát lò cao, khuôn đúc, máy nén, động cơ, máy cán, Nước thường ô nhiễm, tuần loàn sử dụng lại cho mục đích dập lửa lò cốc hóa, làm nguội xi, khí thải lò cao - Nước làm ngi ôi xỉ, tạo hạt xỉ làm nguội, làm khí lò cao thường có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, chứa amon, xyanua, hợp chất lưu huỳnh, phenol, kim loại nặng Vê nguyên lý xử lý nước thải chứa amon, xyanua, phenol tương tự mục 3.4 nước thải công nghệ khí hóa than - Dòng thải công đoạn sàng, tuyển quặng, đặc biệt số công nghệ luyện kim màu chứa tạp chất đất, đá sỏi cấc muối vô tan - Nước thải công ngh Ị luyện kim màu phương pháp thủy luyện kết hợp với điện phân nước thải công nghệ xử lý bề mặt đêu mang tính axit chứa kim loại nặng chất rán lơ lửng - Nước thải công nghệ mạ, sơn, tạo bề mặt bảo vệ kim loại, có hàm lượng kim loại cao thành phần chất trợ dung CN\ S \ F " chứa dầu mỡ 2 324 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Bụi, ri Làm bàng học Vát cần mạ Bụi kim loại • Mài nhằn, đánh bóng Hoi dung môi Khử dâu mõ Xăng, dung môi Làm bàng phương pháp hóa học điện hóa HCI, H2SO4 NaOH Zn(CN) ZnCI ZnO NaCN, NaCH H3BO3 2 Mạ kẽm CN\Zn axit + CUSO4 Cu(CN>2 NaCN H2SO4 Chất mạ bóng, N1SO4 H3BO3 Nước thài chúa dâu mở Hoi axit Axit, kiềm • • + Mạ đòng Axit, muội vàng,bạc H2SO4, CrƠ3 Mạ niken Ni axit 2+ Mạ đồng Cr axit 0+ Mạ vàng bạc CN\ axit OM' muối đồng Nuỏc thỏi chúa axit CN", kim loại nặng Hình 3.33 Sơ đ c ô n g nghệ m với c c d ò n g thài q u trình 3.9.5 Phương pháp xử lý nước thải công nghệ luyện kim gia công kim loại Do đặc thù nước thải ngành công nghệ luyện kim gia công kim loại có chứa kim loại nặng crom, chì, đồng, sát, nhôm, niken, kẽm, Các kim loại có nước trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe người gây bệnh viêm loét da, dày, đường hô hấp, gây ung thư máu, Các kim loại nặng lại có khả tích tụ loại động vật sống nước cá, ốc, tôm, cua, gián tiếp tác động đến sức khỏe người 325 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại bao gồm: - Phương pháp kết tủa hóa học Phương pháp dựa phản ứng hóa học chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, độ pH thích hợp tao thành hợp chất kết tủa tách khỏi nước thải phương pháp láng - Phương pháp trao đổi lon Dựa nguyên tấc phương pháp trao đổi lon dùng ionit nhựa hữu tổng hợp, chất cao phân tử có gốc hydrocacbon nhóm chức trao đổi ion Quá trình trao đổi ion tiến hành cột cationit anionit - Phương pháp điện hóa Dựa sờ trình oxy hóa khử để tách kim loại điện cực nhúng nước thải chứa kim loại nặns cho dòng điện chiều chạy qua Bằng phương pháp cho phép tách ion kim loại khỏi nước, bổ sung hóa chất, song thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao (> Ì gã), chi phí điện lớn - Phương pháp sinh học 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, v.v Với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ 60 mg/1 bổ sung đủ chất dinh dưỡng (nhơ, photpho) nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho phát triển loài thực vật rong tảo Phương pháp cần diện tích lớn nước thải có lẫn nhiều kim loại hiệu xử lý Phương pháp thông dụng để xử lý nước thải chứa kim loại nặng phương pháp kết tủa hóa học kết hợp với đông keo tụ Phương pháp kết tủa [8] Phương pháp dựa nguyên tác độ hòa tan kim loại dung dịch phụ thuộc vào độ pH Ở giá trị pH định dung dịch, nồng độ kim loại vượt nông độ bão hòa bị kết tủa Rất kim loại kết tủa pH = hay môi trường axit, mà phần lớn giá trị pH kiềm yếu kiêm Để điều chỉnh pH, hóa chất thường dùng sữa vôi, sôđa xút Hình 3.34 biêu thị độ hòa tan hợp chất Fe , Cr Cd với NaOH, Ca(OH) Na CO} phụ thuộc vào giá trị pH dung dịch 3+ ,+ + 2 Hình 3.35 phạm vi pH cho trình kết tủa số kim loại thường gặp công nghiệp luyện kim gia công kim loại Đối với kim loại tạo thành hydroxyt lưỡng tính crom, nhôm, kẽm (những hydroxyt kim loại hòa tan axit kiềm) thực trình kết tủa giá trị pH không cao Thông thường giá trị pH giảm sau kết tủa Nguyên nhãn do: - Trong trình kết tủa tạo thành hydroxyt kim loại hay muối kiềm khó tan, hàm lượng ion hydroxyt (OH) giảm - Hấp phụ chất trung hòa vào cặn hydroxyt kim loại có bề mặt lớn 326 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - Nếu dung dịch có mặt hợp chất Fe nước tạo thành lon hydro H theo phản ứng: Fe 2+ 2+ bị oxy hóa tan + 2Fe 2+ + 5H •+ l / 2 2Fe(OH),ị + 4H + (3.43) Hình 3.34 Đ ộ h ò a tan c c hợp c h t Fe Cr C d với NaOH, Ca(OH) v NaCƠ3 sụ phụ thuộc v o giá trị pH 3+ 3+ + Từ hình 3.34 3.35 cho thấy, phạm vi pH cho trình kết tủa hợp chất kim loại lả khác Chặng hạn chì cađmi, giá trị pH cao (10,5 đến 12) kết tủa dạng hydroxyt pH thấp (7 đến 10) kết tủa dạng muối cacbonat Còn kim loại lưỡng tính crom, kẽm kết tủa pH cao ( l l đ ế n 12) dùng sữa vôi thay xút NaOH để điều chỉnh pH, pH cao tạo phức hydroxyt dễ tan phức kết hợp với canxi tạo thành muối canxiỊừíó tan theo phản ứng: Zn(OH) + 20H [Zn(OH) ] " + Ca i=± [Zn(OH) ] " 2+ Ca[Zn(OH) ]i (3.44) Nếu nước thải có mặt nhiều kim loại thuận lợi cho trình kết tủa ỏ giá trị pH định độ hòa tan kim loại dung dịch có mặt kim loại khác giảm, sở hay đồng thời ba nguyên nhân sau: 327 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn - tạo hợp chất kết tủa; - hấp phụ hydroxyt khó kết tủa vào bề mặt các.bông hydroxyt dễ kết tủa; - tạo thành hệ nghèo lượng mạng hydroxyt ehúng bị phá hủy mạnh ion kim loai Kết tủa với NaOH; Hình 3.35 Kết tủa với Ca(OH) ; Kết tủa vối sôđa Phạm vi pH cho q u trình kết tủa m ộ t số kim loại Như phương pháp kết tủa hóa học, độ pH dung dịch đóng vai trò quan trọng Khi xử lý nước thải chứa kim loại cần chọn tác nhân trung hòa điều chỉnh pH thích hợp Ở số trường hợp cần dùng thêm chất khử để khử lon kim loại có hóa trị cao, độc thành ion hóa trị thấp, độc trường hợp nước thải mạ có chứa hợp chất Cr * Người ta dùng chất khử Na S, NaHS0 hay FeS0 để chuyển hóa Cr * thành Cr sau 6 3+ Cr * + 3e pH = Cr (3.5) Sau hợp chất Cr kết hợp với tác nhân trung hòa tạo kết tủa dạng hydroxyt 1+ Nước thải ngành công nghiệp luyện kim, gia công kim loại có chứa hàm lượng kim loại nặng cao cần xử lý nguồn để thu hồi kim loại, tạo hội cho tuần hoàn lại nước giảm hàm lượng kim loại dòng thải trước đưa vào ưạm xử lý nước thải tập trung 328 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hóa chất khù Nước thài Bể chứa nước thài l Hóa chát diều chinh pH i Bể phàn úng Thiết bị láng -+ Nước sau xu lý Xù lý bùn Bùn Hình 3.36 Sơ đ nguyên lý h ệ thống xử lý nước thài chứa kim loọi Do dòng thải chứa chất độc xyanua, fluor, phenol, sunfit, kim loại nặng nên phân luồng dòng thải để xử lý dòng cần thiết Khử độc xyanua, íluor, phenol, sunfit trình bày mục 3.4 Đối với đòng thải chứa kim loại nặng thông thường xử lý phương pháp kết tủa hóa học Sơ đồ hộ thống xử lý nước thải chứa kim loai nặng hacugồm bể chứa nước thảtvứi mucđfch_chứaj