Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi và tái sử dụng crom cho công ty khóa minh khai – hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thanh Tú NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI VÀ TÁI SỬ DỤNG CROM CHO CÔNG TY CỔ PHẦN KHÓA MINH KHAI HÀ NỘI Chuyên ngành: Công nghệ môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ VĂN MANH Hà Nội – Năm 2011 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 MỞ ĐẦU Công nghiệp mạ điện ngành công nghiệp quan trọng kinh tế quốc dân Tuy nhiên, chất thải ngành gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt nước thải Nước thải mạ điện lưu lượng không lớn so với nước thải ngành công nghiệp khác mức độ độc hại lại cao nhiều chứa nhiều kim loại nặng crom, niken, đồng, kẽm … chất độc khác xianua Do phải tuân thủ Luật môi trường, nhiều doanh nghiệp mạ xây dựng hệ thống xử lí chất độc Tuy nhiên, hệ thống vận hành không hiệu vận hành đối phó dẫn đến tình trạng dịng thải khỏi khu vực doanh nghiệp gây hậu môi trường nặng nề khơng có hệ thống xử lí Để vừa đảm bảo lợi ích mơi trường lợi ích kinh tế doanh nghiệp, biện pháp nêu thu hồi ngun liệu có dịng thải, có kim loại nặng, nhằm tái sử dụng chúng Với đối tượng kim loại nặng cụ thể crom, đồ án tốt nghiệp: "Thiết kế hệ thống thu hồi crom (VI) từ nước thải mạ điện Cty Cổ phần Khóa Minh Khai" bao gồm nội dung sau: I Tổng quan trình thu hổi crom ngành mạ điện II Thí nghiệm thu hồi crom nước thải mạ điện Cty Cổ phần Khóa Minh Khai Hà Nội Xác định thời gian đạt cân trình trao đổi ion nhựa cromat Xây dựng đường đẳng nhiệt trao đổi Nghiên cứu khả làm việc nhựa Ảnh hưởng nồng độ tới trình trao đổi tái sinh III Thiết kế hệ thống thiết bị thu hồi Cr tai cơng ty CP Khóa Minh Khai IV Kết luận -1- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH THU HỒI CROM TRONG NGÀNH MẠ ĐIỆN I.1 Hiện trạng nước thải mạ điện cơng ty Khóa Minh Khai I.1.1 Đặc điểm nguồn phát sinh Crom nước thải mạ điện I.1.1.1 Đặc điểm ngành mạ điện Mạ điện ngành gia công bề mặt kim loại đời từ sớm, phương pháp mạ phát lần Italia mạ vàng Sau Anh mạ với xúc tác Kali xianua, từ mạ điện đưa vào mục đích thương mại Ngày nay, công nghệ mạ điện phát triển đến mức độ tinh vi, ngành đóng vai trị quan trọng khơng cho ngành khí chế tạo mà cịn nhiều ngành cơng nghiệp khác, phục vụ đắc lực cho ngành khoa học, kỹ thuật, sản xuất đời sống người Tại Việt Nam, với phát triển ngành khí, ngành mạ điện xuất từ năm 60 – 70 kỷ XX, thực phát triển kinh tế nước ta chuyển sang chế thị trường Với cơng đoạn quy trình cơng nghệ mạ điện là: • Chuẩn bị bề mặt trước mạ: gồm bước tẩy gỉ, tẩy dầu mỡ, … nhằm làm hết dầu mỡ, lớp gỉ oxit làm nhẵn bề mặt vật cần mạ Sau vật mạ treo lên gá, đưa qua bể xử lý sơ tẩy dầu nóng, tẩy gỉ điện phân, …rồi qua bể rửa nước • Mạ: vật cần mạ đưa qua bể mạ, sau rửa lại nước • Hồn thiện sản phẩm: gồm bước tháo sản phẩm khỏi gá, thụ động hố, sấy sản phẩm, đóng gói sản phẩm, … Sơ đồ cơng nghệ nhà máy Khóa Minh Khai -2- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Hình I.1 Quy trình mạ nhà máy Khóa Minh Khai [7] -3- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Tùy theo yêu cầu kỹ thuật chất lượng sản phẩm, công đoạn sản xuất thiết bị cụ thể dây chuyền mạ điện thay đổi song cơng đoạn q trình mạ điện nhà máy khóa Minh Khai là: Gia cơng khí: Ở thường dùng máy mài, đánh bóng bề mặt chi tiết trước mạ, không thực tốt khâu ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩm Tẩy dầu mỡ: Tẩy dầu mỡ dung dịch kiềm, hóa chất sử dụng là: NaOH, Na2CO3, Na3PO4, Na2SiO3 Tẩy gỉ tẩy nhẹ: Sử dụng axit H2SO4 – % để tẩy màng oxit kim loại chất tẩy dầu mỡ cịn bám dính Mạ Niken mờ Mạ Niken Bóng Mạ Crom: Chi tiết sau mạ Niken chuyển sang mạ Crom Thành phần dung dịch gồm có: CrO3 = 250 – 300 g/l.; H2SO4 = 2,5 – 3,0 g/l.; Nhiệt độ bể mạ: 40 – 50oC Các chi tiết sau mạ mạ lớp cuối đưa vào thùng tách dung dịch mạ, chi tiết đưa treo lên giá đở di động, người ta dùng máy thổi khí để tách dung dịch mạ cong bám dính đưa vào thùng thu hồi Sau chi tiết đưa tới phận rửa thu hồi, để giảm bớt lượng nước thải có nồng độ kim loại nặng cao người ta dùng súng phun nước áp lực cao thu hồi nước rửa (để pha dung dịch mạ bổ sung) cuối chi tiết sấy khô đưa vào kho thành phẩm Từ phân tích quy trình cơng nghệ ta thấy nước thải mạ gồm có: hàm lượng kim loại nặng cao ( Zn2+, Cr6+, Cu2+….), có tính axit mạnh cromic ngồi nước thải cịn có nhiều dầu mỡ tách từ qúa trình tẩy dầu mỡ Và hầu hết cơng đoạn có sử dụng nước nên lượng nước thải lớn Để trình xử lý đạt hiệu qủa ta tiến hành tách riêng dòng chứa xianua dòng chứa kim loại nặng để xử lý Dưới bảng tổng hợp lưu lượng thành phần chất ô nhiễm số sở mạ Việt Nam -4- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Bảng I.1 Lưu lượng thành phần chất ô nhiễm nước thải số sở mạ điện Việt Nam Nhiệt độ o C pH Cr(VI) mg/l Ni2+ mg/l NM NM DCCK xuất 100-120 23,5-25 2,2-6,7 1,1-6,6 0,1-0,45 NM khí xác 80 24,3 2,9-12 0,21-14,8 0,5-20,1 NM khóa Minh Khai 100 21-23 6,3-7,5 5-20 0,1-48 23,4 5,82 3-10 0,2-6,05 20-22 4,0 6,0 50,2 ≤40 5,5-9 0,1 Cơ sở Q m3/ngày NM điện Thống Nhất NM khóa Việt Tiệp QCVN24/2009/BTNMT (B) 70-80 Nguồn [8] Bảng cho thấy nước thải sở mạ điện khảo sát có pH biến thiên khoảng rộng (từ 2,2 nhà máy dụng cụ khí xuất đến 12 nhà máy khí xác) nồng độ kim loại nặng tương đối cao Nồng độ Cr(VI) hầu hết sở vượt cao QCVN24/2009/BTNMT cột B từ lần (nhà máy khí xác) tới 200 lần (tại nhà máy khóa Minh Khai) Nồng độ niken nước thải cao, điển hình nhà máy khóa Minh Khai (gấp 48 lần so với QCVN24/2009/BTNMT B) nhà máy khóa Việt Tiệp (gấp 50 lần so với QCVN24/2009/BTNMT) Như vậy, đặc tính chủ yếu quan trọng nước thải mạ điện nồng độ kim loại nặng cao pH biến động dải rộng Chính đặc trưng chủ yếu gây ô nhiễm nghiêm trọng cho khu vực lân cận sở mạ I.1.1.2 Phân luồng dòng thải Để việc thu hồi crom hay xử lí chất nhiễm khác hiệu hành động vơ cần thiết phân luồng dịng thải • Phân luồng dịng thải chứa crom khơng chứa crom: thành dịng riêng biệt: dòng thải chủ yếu chứa crom dòng thải chủ yếu chứa niken, kiềm, axit Hiện nhiều đơn vị mạ thực việc phân luồng Một số thơng số phân tích dịng thải crom đơn vị sau: -5- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Bảng I.2 Thơng số dòng thải crom phân luồng số nhà máy mạ Đơn vị QCVN B 4,25 5,17 3,5 3,45 5,56,5 5,5-9 50 25,28 32 0,62 0,41,5 0,1 1,9 0,52,5 TT Chỉ tiêu pH Crom (VI) mg/l Crom tổng mg/l SO42- mg/l SS mg/l COD mg/l 52 BOD5 mg/l 4,15 Ni2+ mg/l 11,66 Fe mg/l 20 10 Nhiệt độ 11 Lưu lượng o 12-18 150 560 300-320 189 100 80120 100 50 - C m3/ngày 143 - 0,20,5 0,812 28 40 Cơng ty khóa Minh Khai, 25-28/12/1996 : lấy trung bình [7] Cơng ty khóa Minh Khai, 16/4/1997 (bảng phụ lục) [7] Xưởng mạ Đồng Tiến, Hải Phòng, 2004, [9] Trạm xử lí nước thải phân xưởng mạ điện Cơng ty dụng cụ khí xuất khẩu, 28/5/1997 [10] • Phân luồng dịng thải từ cơng đoạn phát sinh crom Các cơng đoạn, thiết bị phát sinh dịng thải chứa crom Mạ crom /bể mạ: nước thải từ bể mạ chứa lượng lớn ion kim loại với nồng độ tới vài trăm g/l Trong trình mạ, dung dịch bị nhiễm tạp chất, đến lúc -6- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 phải thay dung dịch Rửa chi tiết sau mạ crom nước: Đối với công nghiệp mạ điện nước thải từ cơng đoạn rửa chiếm chủ yếu chi phí xử lí nước rửa lớn Nước thải chứa axit, crom Nước tráng rửa sản phẩm mạ crom cho phép nồng độ crom (VI) từ 50 – 200 mg/l Bóc lớp mạ crom hỏng : HCl, H2SO4 hay NaOH hay dùng phương pháp hòa tan anot dung dịch CrO3 100 – 400 g/l Có thể phân dòng phát sinh crom sau Dòng thải crom từ công đoạn rửa chi tiết sau mạ: dịng có lượng thải lớn hẳn, liên tục, nồng độ CrO3 nước rửa biến đổi từ 10 đến 500 mg/l (tương ứng với 5,2 đến 260 mgCr/l) Đây dòng thải crom mà số sở phân dịng để phân tích xử lí.[7] Dịng thải crom từ bể mạ bóc lớp mạ crom hỏng: dịng có lượng thải nhỏ hơn, gián đoạn, nồng độ Cr(VI) lớn nhiều, khoảng từ 100 – 500 g/l Đồ án xem xét việc thu hồi Cr(VI) từ công đoạn rửa chi tiết mạ Do hiệu thu hồi phụ thuộc nhiều vào thành phần chất dịng thải, ta xem xét kĩ thành phần dòng thải Dịng thải rửa có thành phần chất gần bể mạ với nồng độ thấp có thành phần nước dùng để rửa chi tiết I.1.1.3 Thành phần chất bể mạ crom Các thành phần Nồng độ anhidrit cromic thay đổi khoảng rộng từ 100–500g/l - Dung dịch có nồng độ CrO3 thấp : 150 – 200 g/l - Dung dịch có nồng độ CrO3 trung bình : 200 – 250 g/ - Dung dịch có nồng độ CrO3 cao : 250 – 500 g/l Trong trình mạ, nồng độ CrO3 giảm dần Vì vậy, phải thường xuyên xác định nồng độ phương pháp phân tích hóa học máy đo tỷ trọng để xác định lượng CrO3 bổ sung vào dung dịch Anion hoạt hóa (anion xúc tác) thường SO42-, F-, SiF62-, khơng có chúng khơng thể điện kết tủa crom Tỉ lệ H2SO4 CrO3 nằm khoảng : 0,8% < [H2SO4] : [CrO3] < 1,3%, tỉ lệ thích hợp – 1,2% Phải thường xuyên phân tích nồng độ để bổ sung thiếu Nếu dư H2SO4, phải dùng bari cacbonat BaCO3 hay bari hidroxit Ba(OH)2 để kết tủa bớt gốc sunfat Gạn bỏ bari sunfat kết tủa đáy bể Theo tính toán, dư 1g H2SO4 ta cần 2,2g BaCO3 -7- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Trong dung dịch mạ crom, ta giữ cho nồng độ SO42- không đổi cách cho muối strondi sunfat SrSO4 vào dung dịch Dung dịch gọi dung dịch mạ crom tự điều chỉnh Thành phần tối ưu dung dịch nhiệt độ mạ sau: CrO3, g/l H2SO4, g/l Nhiệt độ, oC Dung dịch loãng 150 – 175 1,5 – 1,75 55 – 65 Dung dịch vạn 220 – 250 2,2 – 2,5 45 – 55 Dung dịch đặc 275 – 300 2,75 – 3,0 35 – 45 Mạ crom xốp từ dung dịch vạn khoảng nhiệt độ 50 – 75oC, xốp rãnh dùng dung dịch có tỉ lệ CrO3/H2SO4 = 115/1 Để tạo kiểu lớp mạ crom có tính chất khác cần thay đổi chế độ điện phân Nồng độ Cr3+ thành phần thiếu dung dịch mạ crom, phải khống chế phạm vi qui định, nồng độ Cr3+ thích hợp – g/l Nếu nồng độ Cr3+ lớn g/l ta phải dùng diện tích anot lớn gấp lần diện tích catot, điện phân mật độ dòng điện anot 1,2 A/dm2 nồng độ Cr3+ đạt đến phạm vi qui định Tạo nồng độ Cr3+ cách dùng đường để khử Cr6+ thành Cr3+ điện phân dung dịch mạ Ngồi cịn thêm phụ gia hữu vào dung dịch mạ crom để tăng hiệu suất dịng điện, tăng độ bóng, tăng khả phân bố, ổn định chế độ làm việc cho bể mạ Ví dụ metyl xanh – g/l, axit galic 0,5 – g/l, sunfanylamit – 10 g/l, natri pyridinsunfonat 50 g/l Để giảm bay dung dịch hút theo khí thơng gió nên cho vào dung dịch chất giảm sức căng bề mặt chế phẩm cromin (2 – g/l), cromocsan (0,15 g/l), mistrol (0,5 g/l) thả lớp vật mặt dung dịch, thường dùng vật dạng viên polyetylen, polystirol loại polyme khác [2] Các tạp chất dung dịch mạ crom [2], [12] Sắt dung dịch mạ crom thường dạng ion Fe3+ Ion kết hợp với ion cromat CrO42- hay bicromat Cr2O72- tạo thành muối Fe2(CrO4)3 hay Fe2(Cr2O7)3 làm cho độ dẫn điện dung dịch giảm Sắt có mặt dung dịch do: Bể mạ crom bọc lót chì khơng tốt, bị hở bể mạ khơng bọc lót; Vật liệu gá thép bị hòa tan Nếu nồng độ ion Fe3+ lớn 15 g/l dung dịch hỏng, không dùng nữa, -8- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 phải thay phần dung dịch dùng dung dịch Khi nồng độ ion Fe3+ lớn 10 g/l, phải xử lí dung dịch biện pháp sau đây: Thay phần dung dịch dung dịch mới, phần dung dịch lấy dùng để thụ động lớp mạ kẽm cadimi Dùng kali feroxianua để kết tủa ion Fe3+, theo tính tốn, g Fe3+ cần g K4[Fe(CN)6] Lắng, gạn lọc kết tủa Đồng ion tạp chất có hại Nếu hàm lượng đồng vượt g/l ta phải thay dung dịch Đồng rơi vào dung dịch từ loại gá, gỉ đồng dẫn dây dẫn điện Tạp chất có hại dung dịch mạ crom anion nitrat NO3-, nitrit NO2và ion Cl- Chỉ cần 0,1 – 0,2 g/l NO3- làm kết tủa bị mờ xỉn [4.165] Nếu nồng độ NO3- cần g/l, mật độ dòng điện phải tăng cao Nếu nồng độ NO3- lớn g/l, dung dịch hỏng, áo lót chì bị phá hủy Vì có NO3-, ta phải xử lí dung dịch trường hợp có Cr3+ cao Anion Cl- có hàm lượng 0,5 g/l làm lớp mạ bám khơng tốt chì bị ăn mịn Hàm lượng NO3-, Cl- rơi vào dung dịch anhirit cromic không tinh khiết H2SO4 bẩn, nước có lẫn tạp chất Tóm lại, thành phần bể mạ hay nước thải rửa sau Anion ¾ Oxyanion Cr(VI) : 100-500 g/l bể mạ, 5,2-260 mg/l dịng thải rửa ¾ SO42- : 1,5-3 gH2SO4/l bể mạ ¾ Các anion tạp chất có hại : NO3-, NO2-, Cl¾ Các chất bổ sung : BaCO3, Ba(OH)2, K4[Fe(CN)6] Cation ¾ Cr3+ : 3-6 g/l bể mạ ¾ Fe3+ : tới 10 g/l bể mạ ¾ Cu : tới g/l bể mạ, Ni2+ Chất hữu Các chất hoạt động bề mặt: chế phẩm cromin, cromocsan, mistrol, vật dạng viên polyetylen, polystirol loại polyme khác Các phụ gia hữu metyl xanh, axit galic, sunfanylamit, natri pyridinsunfonat I.1.2 Đặc điểm nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai Từ dây chuyền cơng nghệ Cơng ty Khóa Minh Khai, nhận thấy nước thải công ty chủ yếu sinh trình mạ mà cụ thể -9- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (1999), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, tr 325 Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội, tr 150- 268 Tuyển tập báo cáo khoa học kỉ niệm 10 thành lập Viện KH CN Môi trường (2008) Đặng Kim Chi (2006), Hóa học mơi trường, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhân cộng (1995), Nghiên cứu nước thải mạ điện, Hà nội Trần Minh Hoàng (1998), Phương pháp thiết kế xưởng mạ điện, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội Vũ Văn Mạnh (1997), Nghiên cứu xử lý nước thải công nghệ mạ chứa Crơm, Niken lựa chọn lựa chọn qui trình hợp lý áp dụng thực tế cơng ty khóa Minh Khai Hà Nội, luận văn thạc sỹ, phụ lục 7, tr 70 Vũ Văn Mạnh (2009), đánh giá trạng môi trường đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp chất thải cho cụm công nghiệp tập trung doanh nghiệp vừa nhỏ Hà Nội, báo cáo khoa học cấp thành phố Hà Nội, phần 15, 16 Nguyễn Cẩm Thu (2004), Hiện trạng môi trường sở mạ điện địa bàn Hải Phòng Đề xuất giải pháp giảm thiểu thiết kế hệ thống xử lí nước thải cho sở mạ Đồng Tiến, Luận văn thạc sĩ CNMT, tr 54 10 Trần Văn Thắng (2003), Nghiên cứu xử lí nước thải công nghiệp mạ điện, Luận văn thạc sĩ KHKT, tr 49 11 Lê Thị Kim Dung (1999), Nghiên cứu xây dựng hệ thống làm nước thải phóng xạ phương pháp hấp thu nhựa trao đổi ion tannix, Luận văn thạc sĩ hóa học Tiếng Anh: 12 Dongye Zhao (1998), Arup K SenGupta,* and Lori Stewart, Selective removal of Cr(VI) oxyanions with a new anion, Exchanger Ind Eng Chem Res 37, pp 43834387 13 Andrei A Zagorodni (2007), Ion exchange materials properties and applications, Elsevier, pp 9-102, pp 150-205 14 V.J.Inglezakis and S.G Poulopoulos, Adsorption, Ion Exchange and Catalysis - 74 - Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Design of Operations Environmental Applications, pp 257-357 15 Apha (1970), Stardard methods for the examination of water and wastewater, 14th Edition, Washington D.C, part 16 http://www.purolite.com/default.aspx?RelID=606285&ProductID=246, ngày 20/03/2010 17 http://www.lewatit.com/common/download.php?file=577c6e989bc1b4b9799a71 9933ecef3b, ngày 20/03/2010 - 75 - Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 PHỤ LỤC Kết thí nghiệm xử lý Cr pp trao đổi ion nhựa anionit A Trao đổi theo mẻ Bảng A.1 Xác định thời gian tiếp xúc tối ưu Nhựa A400 M500 Thời gian, ph 10 20 30 45 60 75 90 10 20 30 45 60 75 90 Nồng độ 66,59 47,35 21,42 9,38 3,41 0,65 0,65 0,65 63,48 38,60 13,00 4,70 1,53 1,53 1,53 1,53 Độ hấp dung 26,68 31,49 37,97 40,98 42,47 43,16 43,16 43,16 27,46 33,68 40,08 42,15 42,94 42,94 42,94 42,94 Hiệu suất 61,57 72,68 87,64 94,59 98,03 99,62 99,62 99,62 63,37 77,73 92,50 97,29 99,12 99,12 99,12 99,12 Bảng A.2 Xác định tỷ lệ rắn lỏng tối ưu Nhựa m 0,03 0,07 0,1 0,16 0,2 0,25 0,3 A400 0,35 0,03 0,06 0,1 0,15 M500 0,2 C 107,98 35,86 21,42 3,58 1,12 0,65 0,00 0,00 98,71 32,53 13,00 2,94 1,53 Cs 54,44 49,09 37,97 26,52 21,52 17,26 14,44 12,38 62,16 58,65 40,08 28,39 21,47 η 37,69 79,31 87,64 97,93 99,35 99,62 100,00 100,00 43,04 81,23 92,50 98,30 99,12 - 76 - C/Cs 1,98 0,73 0,56 0,14 0,05 0,04 0,00 0,00 1,59 0,55 0,32 0,10 0,07 lgC 2,03 1,55 1,33 0,55 0,05 -0,18 1,99 1,51 1,11 0,47 0,18 lgCs 1,74 1,69 1,58 1,42 1,33 1,24 1,16 1,09 1,79 1,77 1,60 1,45 1,33 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 0,25 0,3 0,35 1,53 0,00 0,00 17,18 14,44 12,38 99,12 100,00 100,00 0,09 0,00 0,00 0,18 1,23 1,16 1,09 B Quá trình cột Bảng B.1 Nồng độ Cr thoát khỏi cột trao đổi ion theo thời gian thí nghiệm nhựa A400 M500 lần trao đổi 1, 2, 3, với nồng độ đầu vào [Cr]=173,3 mg/l, v=38ml/ph A400 Lần Lần Lần Lần M500 Thời phút 60 120 180 210 240 270 300 330 360 400 60 90 120 150 180 210 240 270 60 90 120 150 180 30 60 90 120 150 180 gian, Nồng độ Cr, mg/l 0,07 0,26 1,47 2,31 4,99 5,91 9,95 13,08 18,20 25,00 0,17 2,05 2,10 2,72 Lần 4,92 7,26 15,73 20,83 0,09 6,66 2,33 15,57 19,23 0,06 Lần 0,33 11,48 25,67 29,96 Thời gian, Nồng độ phút Cr, mg/l 60 0,066 90 0,082 120 0,13 150 0,217 180 0,301 210 1,99 240 4,52 270 300 10,4 330 13,67 360 17,3 390 17,67 420 20,3 450 24,6 480 27 30 0,066 60 0,082 90 0,2 120 3,32 150 4,43 180 6,26 210 19,17 240 30,29 270 36,87 34,13 - 77 - Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Bảng B.2 Nồng độ Cr q trình tái sinh với NaOH 4% lần sau trao đổi với nồng độ nước thải ban đầu [Cr]=173,3mg/l, v tái sinh= 0,0166BV/ phút Thời gian, phút 16 23 28 35 45 A400 tái sinh 55 lần 60 12 20 33 42 A400 tái sinh 50 lần 60 20 25 31 42 A400 tái sinh 50 lần 60 nồng độ Cr, mg/l 4376,67 5113,33 4766,67 4333,33 3120,00 2383,33 1646,67 1516,67 5200,00 8883,33 5980,00 5416,67 5026,67 4376,67 3553,33 2903,33 2600,00 3250,00 8406,67 5850,00 4160,00 1820,00 1386,67 1170,00 1083,33 Thời gian, phút 11 20 25 33 39 M500 tái sinh 45 lần 60 15 20 25 30 37 45 M500 tái sinh 51 lần 60 - 78 - Nồng độ Cr, mg/l 3206,67 7626,67 4983,33 2730 2166,67 1802,67 1421,33 1109,33 866,67 11808,3 10616,7 7063,33 4766,67 3856,67 2426,67 1768 1560 1317,33 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 C Ảnh hưởng nồng độ Bảng C.1 Thay đổi nồng độ đầu vào 86,67 mg Cr/l; 130mg Cr/l; 173,3 mg Cr/l, giữ điều kiện thí nghiệm Nồng độ thoát Cr hai nhựa sau: Nồng độ đầu vào 130 mgCr/l Thời Nồng độ Hiệu gian,phút, mgCr/l suất 120 0,00 100,0 180 0,00 100,0 300 0,04 99,97 330 0,10 99,92 360 0,15 99,89 390 0,27 99,79 420 0,58 99,55 450 1,10 99,15 480 1,85 98,58 510 3,18 97,55 540 5,20 96,00 570 5,96 95,42 600 10,93 91,60 24,65 81,04 A400 630 0 100,0 180 0,06 99,96 210 0,08 99,94 240 0,11 99,92 270 0,17 99,87 300 0,23 99,83 330 0,39 99,70 360 0,68 99,48 390 1,13 99,13 420 1,83 98,59 450 2,84 97,82 480 3,5 97,31 500 6,7 94,85 540 13,11 89,92 570 18,5 85,77 M500 630 24,8 80,92 Nồng độ đầu vào 86,67 mgCr/l Thời gian, Nồng độ hiệu phút mgCr/l suất, % 120 100,00 300 100,00 360 0,074 99,91 390 0,217 99,75 460 0,87 99,00 500 1,25 98,56 560 2,46 97,16 600 3,78 95,64 660 9,8 88,69 690 13,87 84,00 730 16,68 80,75 760 23,48 72,91 800 27,89 67,82 390 450 480 540 560 600 630 660 700 760 800 820 - 79 - 0,04 0,217 0,35 1,99 2,45 4,09 7,29 13,67 16,67 19,24 25,67 28,89 100 99,954 99,75 99,596 97,704 97,173 95,281 91,589 84,228 80,766 77,801 70,382 66,667 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Bảng C.2 Thay đổi nồng độ tái sinh, NaOh từ 2%; 4%; 6%; 10% giữ nguyên điều kiện thí nghiệm Ta có số liệu hai loại nhựa thu sau: A400 M500 NaOH 4% thời Nồng độ gian, phút mgCr/l 4376,67 16 5113,33 23 4766,67 28 4333,33 35 3120,00 45 2383,33 55 1646,67 60 1516,67 NaOH 2% 1083,33 3206,67 14 4420,00 24 2600,00 38 1560,00 43 1170,00 53 996,67 60 736,67 NaOH 6% thời Nồng độ, gian, phút mgCr/l 1733,33 10400,00 14 15600,00 24 9533,33 38 6283,33 47 4636,67 53 3553,33 60 2816,67 NaOH 4% 11808,33 15 10616,67 20 7063,33 25 4766,67 30 3856,67 37 2426,67 45 1768,00 51 1560,00 60 1317,33 - 80 - NaOH 10% thời Nồng độ, gian, phút mg Cr/l 2383,33 5200,00 15 2816,67 25 2383,33 37 1820,00 44 1516,67 60 1386,67 NaOH 10% 3466,67 8016,67 13 4853,33 21 2903,33 35 1776,67 42 1646,67 53 1516,67 60 1300,00 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 CỘT TRAO ĐỔI ION 22 Ø5 A 49 82 415 A 306 Mặt cắt C-C 540 tỉ lệ 1:5 ỉ527 30 500 30 2200 Mặt cắt A-A tØ lÖ 1:5 1000 B B C C 29 ỉ527 Mặt cắt B-B tỉ lệ 1:5 STT §−êng ống Van tự động Phân phối khí Dầm đỡ đệm Lõi Giàn phân phối nớc Thiết bị trao đổi ion Chi Tiết Giáo viên hớng dẫn TS Vũ Văn Mạnh Sinh viên thực Nguyễn Thanh Tú Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện khoa học công nghệ Môi trờng - 81 - Thiết bị trao đổi ion B¶n sè TØ lƯ: Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 - 82 - Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi tái sử dụng crom cho công ty cổ phần khóa Minh Khai- Hà Nội” tơi thực với hướng dẫn TS.Vũ Văn Manh Đây chép cá nhân, tổ chức Các số liệu, kết luận văn làm thực nghiệm, xác định đánh giá Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung mà tơi trình bày Luận văn Hà Nội, ngày tháng HỌC VIÊN năm 2011 Nguyễn Thanh Tú - 83 - Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng I.1 Lưu lượng thành phần chất ô nhiễm nước thải số sở mạ điện Việt Nam Bảng I.2 Thơng số dịng thải crom phân luồng số nhà máy mạ Bảng I.3 Lưu lượng thành phần đặc trưng loại nước thải Cty Khóa Minh Khai 10 Bảng I.4 Kết khảo sát đặc tính nước thải phân xưởng mạ cơng ty Khóa Minh Khai sau phân luồng dịng thải 10 Bảng I.5 Bảng tóm tắt ưu điểm nhược điểm phương pháp xử lý thu hồi crom Bảng III.1 Sự biến đổi lưu lượng dòng thải theo thời gian 16 62 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình I.1.Quy trình mạ nhà máy Khóa Minh Khai Hình II.1.1 Đường đẳng nhiệt trao đổi ion chuẩn 23 Hình II.1.2 Chuyển khối trao đổi ion (thiết bị khuấy trộn gián đoạn) 31 Hình II.1.3 Cơ chế chung trình trao đổi ion 31 Hình II.1.4 Vùng trao đổi 36 Hình II.1.5 Đường cong (nồng độ ion quan tâm dịng ra) 37 Hình II.1.6 Hiệu ứng tự dốc cột trao đổi ion 40 Hình II.1.7 Tạo tầng chuyển khối (đường cong đen) ion tách khỏi vật liệu 42 Hình II.1.8 So sánh rửa giải đồng dòng (nhánh trên) ngược dịng (nhánh dưới) 43 Hình II.1.9 Đường cong giai đoạn rửa giải/tái sinh điển hình 49 Hình II.1 Mối quan hệ hiệu suất thời gian tiếp xúc 49 Hình II.2 Mối quan hệ hiệu suất tỷ lệ rắn lỏng 50 Hình II.3 Quan hệ C*/Cs* C* theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir 51 Hình II.4 Qan hệ lgCs lgC theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich 51 Hình II.5 Đường cong A400; Hình II.6 Quan hệ hiệu suất - 84 - 53 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 thời gian Hình II.7 Đường cong M500; Hình II.8 Quan hệ hiệu suất xử lý thời gian 53 Hình II.9 Đường cong A400 M500, lần trao đổi 54 Hinh II.10 Đường cong rửa giải A400, M500 sau lần trao đổi 55 Hình II.11 Đường cong thốt; Hình II.12 Mqh hiệu suất xử lý thời gian 56 Hình II.13 II.14 Đường cong M500 hình biểu diễn hiệu suất xử lý 56 Hình II.15 Đường cong rửa giải M500 nồng độ khác 57 Hình II.16 Đường cong rửa giải A400 nồng độ khác 57 Hình II.17 Sơ dồ hệ thống xử lý nước thải trao đổi ion 59 Hình III.1 Đường thể thể tích tích lũy dòng vào dòng theo thời gian 64 - 85 - Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan i Danh mục bảng ii Danh mục hình vẽ, đồ thị ii MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THU HỒI CROM TRONG NGÀNH MẠ ĐIỆN I.1 Hiện trạng nước thải mạ điện cơng ty Khóa Minh Khai I.1.1 Đặc điểm nguồn phát sinh Crom nước thải mạ điện I.1.1.1 Đặc điểm ngành mạ điện I.1.1.2 Phân luồng dòng thải I.1.1.3 Thành phần chất bể mạ crom I.1.2 Đặc điểm nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khóa Minh Khai I.2 Các phương pháp thu hồi Crom ngành mạ điện I.2.1 Mục đích, yêu cầu việc thu hồi Crom I.2.2 Các phương pháp xử lý thu hồi crom I.3 Lựa chọn phương án nghiên cứu thu hồi Crom nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khóa Minh Khai-Hà Nội 11 12 18 CHƯƠNG II: CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI CROM TRONG NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN TẠI CƠNG TY CỔ PHẦN KHĨA MINH KHAI II.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp trao đổi ion thu hồi crom nước thải mạ điện II.1.1 Một số khái niệm chất trao đổi ion II.1.1.1 Một số khái niệm chất trao đổi ion II.1.1.2 Vật liệu trao đổi ion II.1.2 Cân trao đổi ion II.1.2.1 Đường đẳng nhiệt trao đổi ion II.1.2.2 Tính chọn lọc II.1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình trao đổi ion - 86 - 19 19 19 22 23 26 27 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 II.1.3 Động học trao đổi ion II.1.3.1 Cơ chế trình trao đổi ion II.1.3.2 Phương trình động học II.1.4 Quá trình trao đổi ion cột II.1.5 Rửa rải tái sinh II.2 Thực nghiệm lựa chọn thông số thiết kế II.2.1 Mục tiêu, nội dung phương pháp thực nghiệm II.2.1.1 Nguyên vật liệu thiết bị thí nghiệm II.2.1.2 Phương pháp nghiên cứu theo mẻ II.2.1.3 phương pháp nghiên cứu theo cột II 2.2 Kết thực nghiệm theo mẻ 30 30 34 35 42 45 45 47 47 49 II.2.2.1 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 49 II.2.2.2 Xây dựng đường đẳng nhiệt trao đổi 50 II.2.2.3 Xây dựng đường đẳng nhiệt II.2.3 Kết thực nghiệm theo cột 50 52 II.2.3.1 Ảnh hưởng thời gian tới trình trao đổi 53 II.2.3.2 Ảnh hưởng nồng độ tới trình trao đổi II.2.3.2 Ảnh hưởng nồng độ NaOH tới trình tái sinh 55 56 II.3 Đề xuất hệ thống thu hồi Crom nước thải mạ điện II.3.1 Căn lựa chọn 58 II.3.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải 58 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI CROM TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN KHĨA MINH KHAI III.1 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước thải Crom 61 III.1.1 Song chắn rác 61 III.1.2 Kích thước bể lắng cát phân ly dầu mỡ dịng thải crơm 62 III.1.3 Tính tốn bể điều hịa lưu lượng 62 III.1.4 Tính toán thiết bị trao đổi ion III.1.4.1 Giai đoạn trao đổi 65 III.1.4.1 Giai đoạn tái sinh 67 69 III.2 Tính Kinh Tế KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 - 87 - Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 PHỤ LỤC 76 - 88 - ... nghệ nhà máy Khóa Minh Khai -2- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Cơng ty Cổ phần Khố Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 Hình I.1 Quy trình mạ nhà... IV Kết luận -1- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ nước thải mạ điện Công ty Cổ phần Khoá Minh Khai Nguyễn Thanh Tú – Cao học CNMT khóa 2009 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THU HỒI CROM. .. điện Cơng ty Cổ phần Khóa Minh Khai Từ dây chuyền cơng nghệ Cơng ty Khóa Minh Khai, nhận thấy nước thải cơng ty chủ yếu sinh trình mạ mà cụ thể -9- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu hồi Crom từ