NGHIÊN cứu cải THIỆN CÔNG NGHỆ xử lý nước THẢI mạ KIM LOẠI ĐỒNG và tận THU KIM LOẠI có TRONG LOẠI nước THẢI này

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN MÔI TRƯỜNG - TRỊNH THÙY TRANG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KIM LOẠI ĐỒNG VÀ TẬN THU KIM LOẠI CÓ TRONG LOẠI NƯỚC THẢI NÀY THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY HẢI PHỊNG - 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN MÔI TRƯỜNG - TRỊNH THÙY TRANG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KIM LOẠI ĐỒNG VÀ TẬN THU KIM LOẠI CÓ TRONG LOẠI NƯỚC THẢI NÀY CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS NGÔ KIM ĐỊNH HẢI PHÒNG - 2015 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy giáo, bạn bè gia đình Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Ngơ Kim Định tận tình giúp đỡ, bảo, hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành tốt luận văn Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo nhân viên phòng thí nghiệm Cơng ty TNHH Tân Thuận Phong tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm luận văn Cuối em xin cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Kỹ thuật môi trường truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện giúp đỡ em q trình học tập hồn thành đề tài tốt nghiệp Trong trình làm luận văn, kiến thức thời gian hạn chế nên khơng thể tránh khỏi có những sai sót, mong thầy bạn giúp đỡ để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng 12 năm 2015 Sinh viên Trịnh Thùy Trang MỤC LỤC MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI iv DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .v MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN .2 1.1.Công nghệ mạ điện 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Nguyên lý trình mạ điện 1.1.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ mạ điện 1.2.1 Kim loại đồng .8 1.2.2 Dung dịch mạ đồng 1.2.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ mạ đồng 11 1.3 Nước thải mạ kim loại đồng 11 1.3.1 Nguồn phát sinh nước thải mạ kim loại đồng 11 1.3.2 Thành phần, tính chất nước thải mạ kim loại đồng 12 1.3.3 Độc tính số hóa chất sử dụng công nghệ 12 1.3.4 Quy chuẩn Việt Nam nước thải công nghiệp .16 1.3.5 Tác động nước thải mạ kim loại đồng môi trường sống người 20 1.3.6 Vai trò cơng nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng môi trường người 21 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22 2.1 Một số phương pháp xử lý nước thải mạ kim loại đồng 22 2.1.1 Làm nước thải bằng phương pháp sử dụng hóa chất để khử độc 22 2.1.1.1 Làm nước thải xyanua bằng phương pháp hóa học 23 2.1.1.2 Làm nước thải kiềm-axit bằng phương pháp hóa học .28 2.1.1.3 Xử lý cation kim loại nặng nước thải mạ kim loại đồng bằng phương pháp kết tủa .29 2.1.2 Làm nước thải bằng phương pháp điện hóa .31 2.1.3 Làm nước thải mạ kim loại bằng phương pháp trao đổi ion 32 2.1.4 Làm nước thải bằng phương pháp sinh học .34 2.2 Công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng 37 2.2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng 37 2.2.2 Thuyết minh quy trình 37 2.2.3 Ưu, nhược điểm công nghệ 40 2.2.4 Đề xuất phương án cải thiện công nghệ 40 2.3 Tận thu kim loại có nước thải mạ kim loại đồng 43 2.3.1 Mẫu nước phân tích 43 2.3.2 Kết thực nghiệm 43 2.3.3 Lợi ích từ việc tận thu .45 KẾT LUẬN .46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI TNHH Trách nhiệm hữu hạn EU European Union DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Nguồn phát sinh nước thải mạ kim loại đồng 11 Bảng 1.2 Cách phân loại EU nồng độ axit clohydric 13 Bảng 1.3 Hệ số Kq ứng với lưu lượng dòng chảy sơng, suối, 17 khe, rạch, kênh, mương Bảng 1.4 Hệ số Kq ứng với dung tích nguồn tiếp nhận nước thải 17 hồ, ao, đầm Bảng 1.5 Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf 18 Bảng 1.6 Giá trị thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp 18 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Sơ đồ chung hệ thống mạ điện Hình 1.2 Sơ đồ trình cơng nghệ mạ điện Hình 1.3 Quy trình cơng nghệ mạ đồng 11 Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ làm nước bằng hóa chất 22 Hình 2.2 Thiết bị làm nước thải theo chu kì, có hệ tự động cân 25 đo điều chỉnh Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ làm nước thải xyanua liên tục 26 Hình 2.4 Sơ đồ xử lý nước thải mạ điện bằng phương pháp kết tủa 31 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên tắc làm nước thải bằng phương pháp 34 trao đổi ion Hình 2.6 Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải mạ kim loại 37 đồng Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý thiết bị trao đổi ion 42 MỞ ĐẦU Ơ nhiễm mơi trường trở thành vấn đề cấp bách toàn nhân loại Song song với phát triển kinh tế, công nghiệp hóa – đại hóa làm hủy hoại môi trường Việt Nam nước phát triển, đẩy mạnh cơng nghiệp hóa – đại hóa rất quan trọng Tuy nhiên chưa thực quan tâm nên môi trường nước ta bị suy thối nghiêm trọng Cơng nghệ mạ điện có vai trò rất quan trọng phát triển ngành công nghiệp, mạ kim loại đồng ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất linh kiện tơ, đồ trang trí, chi tiết máy, … Tuy nhiên, xử lý nước thải mạ kim loại đồng khơng phải vấn đề đơn giản có chứa hàm lượng cao muối vơ cơ, ion kim loại nặng có khoảng pH thay đổi rất rộng Hiện hay, hầu hết sở mạ điện, nước thải mạ không qua xử lý đổ trực tiếp ngồi mơi trường gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người dân xung quanh làm suy thối, giảm chất lượng mơi trường Vì việc đầu tư lắp đặt hệ thống xử lý nước thải mạ vơ quan trọng Có ngành mạ điện nước ta thực phát triển bền vững Bản luận văn giới thiệu tổng quan công nghệ mạ kim loại đồng vấn đề môi trường liên quan, phương pháp xử lý nước thải mạ kim loại đồng với số đề xuất thay đổi công nghệ, cuối việc áp dụng cơng nghệ để tận thu kim loại có nước thải Qua trình làm luận văn, em tìm hiểu, tiếp thu thêm kiến thức lĩnh vực mạ kim loại đồng vấn đề môi trường liên quan CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Công nghệ mạ điện 1.1.1 Khái niệm Mạ điện dùng phương pháp điện phân để kết tủa lớp kim loại hợp kim mỏng, để chống ăn mòn, trang sức bề mặt, tăng tính dẫn điện, tăng kích thước, tăng độ cứng bề mặt [2] Mạ điện những phương pháp rất có hiệu để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn mơi trường xâm thực khí Các vật mạ điện có giá trị trang sức cao, ngồi có độ cứng, độ dẫn điện cao nên áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất thiết bị điện, ô tô, môtơ, xe đạp, dụng cụ y tế, hàng kim khí tiêu dùng, 1.1.2 Nguyên lý trình mạ điện [6] Mạ điện cơng nghệ điện phân Trong q trình mạ điện, vật cần mạ gắn với cực âm (catot), kim loại mạ gắn với cực dương (anot) nguồn điện dung dịch điện phân Cực dương nguồn điện hút electron e q trình ơxi hóa giải phóng ion kim loại dương, tác dụng lực tĩnh điện ion dương di chuyển cực âm, chúng nhận lại e q trình ơxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám bề mặt vật mạ Độ dày lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện nguồn thời gian mạ Hình 1.1: Sơ đờ chung mợt hệ thớng mạ điện Q trình tổng quát là: Hình 2.5: Sơ đồ nguyên tắc làm sạch nước thải bằng phương pháp trao đổi ion L1 – lọc học; L2 – lọc qua than hoạt tính; C – lọc qua cột cationit; A 1, A2 – lọc qua cột anionit Phương pháp trao đổi ion thích hợp với việc làm nước thải crom nước thải kiềm - axit, phải tách riêng chúng Tái sinh cho nhựa trao đổi ion cho chất hấp phụ phải tiến hành riêng rẽ, độc lập với dùng những dung dịch tái sinh khác Sau chu kỳ làm việc phải tái sinh quy định Tính tốn thiết bị, ấn định thời gian cho chu kỳ,… phần lớn vào tình hình cụ thể trường hợp Trong nhiều trường hợp phương pháp trao đổi ion dùng để làm thêm cho nước qua xử lý bằng hóa chất Ưu điểm cách dung dịch sau tái sinh dồn chung vào nhóm làm bằng hóa chất nên sơ đồ cơng nghệ ngắn gọn Phương pháp tổ hợp (tức làm bằng hóa chất làm thêm bằng trao đổi ion hay bằng cách đó) đòi hỏi diện tích xây dựng dung tích cơng trình làm nhỏ so với dùng phương pháp trao đổi ion 33 Phương pháp siêu lọc, điện thẩm tích cho nước xử lý đạt chất lượng cao; không cần dùng thêm hóa chất nào; thu lại kiềm axit từ nước thải Nhưng tiền đầu tư ban đầu cho phương pháp cao [3] 2.1.4 Làm nước thải bằng phương pháp sinh học Ngày sử dụng phương pháp sinh học để loại bỏ kim loại nặng nước thải đã, nghiên cứu ứng dụng Trong số sinh vật có khả đóng vai trò chất hấp phụ sinh học loại tảo hay vi tảo đặc biệt ý Phương pháp hấp thụ sinh học: - Sử dụng sinh vật thị kim loại: Là những sinh vật đặc trưng, xuất môi trường bị nhiễm kim loại nặng có khả tích lũy kim loại nặng thể - Nguyên lý phương pháp: + Hấp thụ lên bề mặt tế bào nhờ nhóm chức thành tề bào: COOH, OH, CO3, PO4, phenol,…có thể tạo phức với ion kim loại + Hấp thụ chủ động tích tụ ion kim loại tế bào nhờ hệ thống vận chuyển chủ động ngược gradient nồng độ - Sử dụng vi sinh vật: + Giai đoạn 1: Tích tụ kim loại nặng sinh khối, làm giảm nồng độ kim loại có nước + Giai đoạn 2: Sau trình phát triển mức tối đa sinh khối, vi sinh vật lắng xuống đáy bùn kết thành mảng bề mặt cần phải lọc thu sinh khối khỏi môi trường nước + Vi sinh vật sử dụng Actinomycestes, Bacillus sp, Thiobacillus ferrooxydans,… - Sử dụng tảo: + Tảo Chlorella vulgaris: ∙ Có thể xử lý Ni, Cu nồng độ thấp: nồng độ 5ppm kết xử lý đạt 90% Cu gần 70% Ni 60 phút 34 ∙ Khi nồng độ tăng hiệu xử lý giảm, đến nồng độ 50ppm hiệu xử lý khoảng từ 10 – 20% 120 phút + Tảo Scendesmus abundans: Theo nghiên cứu Patricia A.Terry, khả hấp thụ đồng tảo Scendesmus abundans 62mg/l khoảng 36 + Ngoài người ta sử dụng tảo Selenastrum capricornutum, Chlamydomonas reinhardti để hấp thụ kim loại nặng có nước thải - Sử dụng nấm (như Saccharomyces cerevisiae, Asp.niger, Asp.oryzae, P.notatum,…) hấp thụ số ion kim loại nặng: Cu2+, Pb2+, Zn2+ Khả hấp thu theo thứ tự: Pb2+ > Cu2+ > Zn2+, với nồng độ đầu vào 50mg/l, sau 48 nồng độ Pb2+, Cu2+ Zn2+ dung dịch giảm xuống tương ứng 2,8; 37,5; 39,5mg/l Hiệu suất hấp thu đạt tương ứng 95; 25 21% - Sử dụng thực vật: Spirodela polyrhiza, Lemna minor, Deschampsia caespitosa, Azolla pinata, Cỏ vertiver, Cải xoong,… Hiệu xử lý Cu khoảng 80% nồng độ Cu ban đầu 1.0ppm, 75% nồng độ 4.0ppm 64% nồng độ 8.0ppm * Ưu, nhược điểm phương pháp: - Ưu điểm: + Sử dụng CO2 trình sinh dưỡng + Giảm độ phì dưỡng nước thải + Rẻ tiền, vật liệu dễ kiếm + Đơn giản, chi phí vận hành thấp - Nhược điểm + Phương pháp cần diện tích lớn để tạo luồng sinh học nước thải có lẫn nhiều kim loại hiệu xử lý + Mỗi sinh vật có khả hấp thu số kim loại nặng nhất định Tuy công nghệ xử lý thân thiện với môi trường không sinh chất thải cần tiếp tục xử lý khơng sử dụng hóa chất Nhưng phương pháp 35 khơng thích hợp để xử lý nước thải mạ điện có hàm lượng chất gây nhiễm lớn 2.2 Công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng 2.2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng Hình 2.6: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải mạ kim loại đồng 2.2.2 Thuyết minh quy trình - Nước thải mạ đồng (pH