Luận văn thạc sĩ đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải sản xuất của nhà máy cơ khí mạ đà nẵng bằng vật liệu từ tính y PGM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN THU PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY CƠ KHÍ – MẠ ĐÀ NẴNG BẰNG VẬT LIỆU TỪ TÍNH -PGM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN THU PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY CƠ KHÍ – MẠ ĐÀ NẴNG BẰNG VẬT LIỆU TỪ TÍNH -PGM Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Mã số : 60.52.03.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ THỊ XUÂN THÙY Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên NGUYỄN THU PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY CƠ KHÍ – MẠ ĐÀ NẴNG BẰNG VẬT LIỆU TỪ TÍNH -PGM Học viên: NGUYỄN THU PHƯƠNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 60.52.03.20 Khóa: K31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Với đặc thù sản xuất mình, nước thải nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng chứa hàm lượng lớn kim loại nặng sắt (Fe), kẽm (Zn) crom (Cr), bên cạnh có lượng nhỏ kim loại chì (Pb) cadimi (Cd) Tuy nhiên, phương pháp dùng để xử lý kim loại nặng nhà máy cho hiệu không cao chi phí xử lý lớn Hạt từ tính -PGM (-poly glutamic acid coated magnetic nanoparticles) loại vật liệu khắc phục nhược điểm phương pháp xử lý nhà máy Vật liệu từ tính -PGM cấu tạo hai thành phần hạt từ tính Fe3O4 -poly glutamic acid (-PGA) – polymer sinh học có khả xử lý nước thải kim loại nặng, không độc hại, hiệu suất xử lý cao, nhanh chóng có khả tái sử dụng vật liệu nhiều lần Các kết nghiên cứu chứng minh hiệu xử lý Zn2+ Fe2+ đạt 55,07 % 97,32 % tương ứng với 10 g/L -PGM 30 phút, môi trường pH 6; hiệu suất xử lý Cr 6+ đạt hiệu suất 85,03 % mơi trường pH Mơ hình từ tính vận hành thử nghiệm đạt kết tương tự, với nồng độ Fe giảm … %, nồng độ Zn giảm … % nồng độ Cr giảm … % sau bậc xử lý Từ khóa – Kim loại nặng, sắt, kẽm, crom, vật liệu từ tính -PGM EFFECTIVE REMOVAL OF HEAVY METAL FROM INDUSTRIAL WASTEWATER OF DA NANG MECHANICS COMPANY BY POLY (GLUTAMIC ACID) – COATED MAGNETIC NANOPARTICLES (-PGM) Abstract – With its production characteristics, the wastewater of Da Nang Mechanics Factory contains very high amount of heavy metals such as Iron (Fe), Zinc (Zn) and Chromium (Cr), besides it have small amount of heavy metals such as Lead (Pb) and Cadmium (Cd) However, the method removal heavy metal of company was not very effective and has high cost Poly (-glutamic acid) – coated magnetic nanoparticles (-PGM) is a material that can overcome the disadvantages methods of company It was structured by composition as magnetic Fe3O4 and -poly glutamic acid (-PGA) – is a bio-polymer has ability to removal heavy metal from wastewater, non-toxic, high processing efficiency, fastly and reuse many times This study investigated and confirmed that efficiency of removal Zn2+ and Fe2+ reached 55,07 % and 97,32 % to correspond with 10 g/L -PGM in 30 minutes at pH 6; and efficiency of removal Cr6+ reached 85,03 % at pH Model of magnetic was to run test and reached similar result, with concentration of Fe, Zn and Cr are reduce ….%, …% and ….% after times removal Key words – Heavy metals, iron, zinc, chromium, magnetic nanoparticles -PGM MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kim loại nặng 1.1.1 Kim loại nặng 1.1.2 Sắt (Fe) 1.1.3 Kẽm (Zn) 1.1.4 Crom (Cr) .7 1.2 Các phương pháp xử lý kim loại nặng nước 1.2.1 Phương pháp đông tụ keo tụ 1.2.2 Phương pháp tuyển 1.2.3 Phương pháp hấp phụ 10 1.2.4 Phương pháp kết tủa hoá học 11 1.2.5 Phương pháp trao đổi ion .12 1.2.6 Phương pháp điện hóa 13 1.2.7 Phương pháp oxy hóa – khử 14 1.2.8 Phương pháp đồng kết tủa 15 1.2.9 Phương pháp sinh học 15 1.3 Tổng quan hạt γ-PGM 16 1.3.1 Gamma poly glutamic acid (γ-PGA) 16 1.3.2 Hạt từ tính (Fe3O4) 16 1.3.3 Hạt từ tính Fe3O4 phủ gamma poly glutamic acid (γ-PGM) 17 1.4 Tổng quan nhà máy Cơ khí - Mạ Đà Nẵng 18 1.4.1 Quy mô hoạt động sở 18 1.4.2 Công nghệ sản xuất/ vận hành 20 1.4.3 Quy trình xử lý nước thải nhà máy .23 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Đối tượng nghiên cứu 26 2.1.1 Nước thải sản xuất nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 26 2.1.2 Vật liệu từ tính γ-PGM 27 2.2 Vật liệu thiết bị nghiên cứu .28 2.2.1 Hóa chất 28 2.2.2 Dụng cụ thiết bị 28 2.3 Nội dung nghiên cứu 30 2.4 Phương pháp nghiên cứu 31 2.4.1 Phương pháp lấy mẫu trường 31 2.4.2 Phương pháp phân tích hóa học 32 2.3.3 Phương pháp thực nghiệm 34 2.3.4 Phương pháp tổng hợp xử lý số liệu 34 2.3.5 Mơ hình từ tính 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Kết khảo sát khả xử lý kim loại nặng nước thải sản xuất nhà máy vật liệu từ tính -PGM 38 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả xử lý -PGM .38 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả xử lý -PGM 42 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng -PGM đến khả xử lý 45 3.2 Đề xuất mơ hình xử lý kim loại nặng nước thải sản xuất sử dụng vật liệu từ tính -PGM nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 48 3.2.1 Vận hành mơ hình tách từ tính 48 3.2.2 Kết vận hành mơ hình tách từ tính 51 3.2.3 Thiết kế, tính tốn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 53 3.2.4 So sánh dây chuyền công nghệ xử lý nước thải nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng dây chuyền sử dụng phương pháp 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .61 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: Cr Fe Zn Crom Sắt Kẽm Các chữ viết tắt: ASS (Atomic Absorption Spectrometer): phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường COD (Chemical oxygen demand): nhu cầu oxy hóa học MTV : thành viên PAC (Poly Aluminium Chloride): phèn nhôm QCVN: Quy chuẩn Việt Nam STT: số thứ tự TNHH: trách nhiệm hữu hạn TSS (Total suspended solids): tổng chất rắn lơ lửng -PGA (Gamma Poly Glutamic Acid) -PGM (Gamma Poly glutamic acid coated magnetite nanoparticles) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Chức số kim loại thể người 1.2 Giới hạn nồng độ kim loại nặng số nguồn nước 2.1 Lượng nước thải sản xuất phát sinh từ phân xưởng mạ 26 2.2 Nồng độ chất ô nhiễm nước thải sản xuất nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 27 2.3 Hóa chất sử dụng nghiên cứu 28 2.4 Thiết bị sử dụng nghiên cứu 29 2.5 Thời gian lấy mẫu thể tích nước thải 31 2.6 Các phương pháp dùng phân tích mẫu kim loại nặng 34 2.7 Vật liệu, thiết bị dùng mơ hình xử lý nước thải 35 3.1 3.2 3.3 Nồng độ kim loại nặng sau xử lý -PGM qua mẫu nước thải thay đổi pH Nồng độ kim loại nặng sau xử lý -PGM qua mẫu nước thải thay đổi thời gian Nồng độ kim loại nặng sau xử lý qua mẫu nước thải thay đổi lượng -PGM 39 43 46 3.4 Nồng độ chất ô nhiễm nước rửa axit nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 48 3.5 Nồng độ chất ô nhiễm nước thải thụ động nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 48 3.6 Thơng số vận hành mơ hình nước thải chứa Fe Zn 49 3.7 Thông số vận hành mơ hình nước thải chứa Cr 49 3.8 Nồng độ kim loại nặng sau giai đoạn xử lý mơ hình lọc từ tính 51 3.9 Nồng độ kim loại nặng Cr sau bậc xử lý mơ hình lọc từ tính 51 3.10 So sánh khả xử lý hai loại vật liệu -PGM PAC 60 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Một số kim loại nặng thuộc nhóm độc 1.2 Một số thảm họa nhiễm độc kim loại nặng 1.3 Kim loại sắt (Fe) 1.4 Kim loại kẽm (Zn) 1.5 Kim loại crom (Cr) 1.6 Điện tích hạt lơ lửng giải thích lý thuyết hai lớp 1.7 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phương pháp keo tụ 1.8 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phương pháp tuyển 10 1.9 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phương pháp hấp phụ 11 1.10 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phương pháp kết tủa hóa học 12 1.11 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phương pháp trao đổi ion 13 1.12 Cấu trúc hóa học γ-PGA 16 1.13 Cấu trúc hóa học Fe3O4 18 1.14 Sắt từ 17 1.15 Cấu trúc hạt γ-PGM 19 1.16 Vật liệu γ-PGM 18 1.17 Sơ đồ công nghệ chế tạo cấu kiện thép 20 1.18 Quy trình cơng nghệ mạ kẽm 21 1.19 Sơ đồ quy trình cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải tập trung nhà máy 23 1.20 Các cơng trình xử lý nước thải sản xuất nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 25 2.1 Bản đồ vị trí hình ảnh nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 18 2.2 Lấy mẫu nước thải sau xử lý nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 31 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mơ hình từ tính 37 3.1 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Fe -PGM 39 3.2 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Zn -PGM 40 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Cr -PGM 41 Số hiệu Tên hình Trang 3.4 Nước thải trước sau khảo sát ảnh hưởng pH đến khả xử lý Fe Zn -PGM 41 3.5 Nước thải sau khảo sát ảnh hưởng pH đến khả xử lý Cr -PGM 42 3.6 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý Fe -PGM 43 3.7 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý Zn -PGM 44 3.8 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý Cr -PGM 44 3.9 Ảnh hưởng lượng -PGM đến hiệu suất xử lý kim loại Fe 46 3.10 Ảnh hưởng lượng -PGM đến hiệu suất xử lý kim loại Zn 47 3.11 Ảnh hưởng lượng -PGM đến hiệu suất xử lý kim loại Cr 48 3.12 Sơ đồ hoạt động mơ hình tách từ tính 50 3.13 Mơ hình tách từ tính 50 3.14 Hiệu suất xử lý kim loại nặng Fe Zn sau giai đoạn mơ hình tách từ tính 51 3.15 Hiệu suất xử lý kim loại nặng Cr nước thải sản xuất nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng mơ hình tách từ tính 52 3.16 Nước thải sau mơ hình từ tính bậc 53 3.17 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Nhà máy Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 54 3.18 Bể điều hòa 55 3.19 Bể phản ứng 56 3.20 Hệ thống bể lắng 57 3.21 Máng dẫn nước – nam châm 57 3.22 Bể chứa nước trung gian 58 3.23 Hệ thống lọc – hấp phụ 59 3.24 Bể chứa nước sau xử lý 59 hình Số/ No : Ngày/Date: 17/8/2017 PHIẾU KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TEST REPORT Tên mẫu (Name of sample) Số lượng mẫu (Quantity of sample) Ngày nhận mẫu (Date of receving ) Khách hàng (Client) Kết thử nghiệm (Test results) : TT Vị trí đo (Place of sample) : : : : Nước thải – Mô hình từ tính 12 10/8/2017 NGUYỄN THU PHƯƠNG Ký hiệu mẫu (Mark of sample) Kết (mg/l) (Test results) Cr BC 35 61,5 BC 52 114 BC 63 88,0 BC 81 131 BC 94 71,0 Ghi chú: - Tên mẫu, kí hiệu mẫu tên khách hàng phiếu kết ghi theo yêu cầu khách hàng (The sample, mark and client are named by client’s requirements) - Kết phân tích có giá trị mẫu phân tích khách hàng gửi (The test result are valid only for the received sample from client) MẶT ĐỨNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CƠ KHÍ - MẠ ĐÀ NẴNG Q= 20 m3/ngđ TỈ LỆ: 1/25 1750 5000 2300 200 1000 800 1000 1300 2000 2500 1420 2500 CHÚ THÍCH Bể điều hòa Bể lắng Bể phản ứng Bộ khung đỡ Bể chứa nước trung gian Cánh khuấy Máng dẫn nước có gắn nam châm Bể chứa nước sau xử lý Thiết bị lọc - hấp phụ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG KHĨA 2012 - 2017 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, TÍNH TỐN DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CƠ KHÍ - MẠ ĐÀ NẴNG SINH VIÊN THỰC HIỆN NGÀY GIAO GV HƯỚNG DẪN CHÍNH TS LÊ THỊ XUÂN THÙY GV HƯỚNG DẪN PHỤ KS HỒ VĂN MINH 13/02/2017 NGÀY H.THÀNH 26/05/2017 BẢN VẼ SỐ 06/06 MẶT BẰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CƠ KHÍ - MẠ ĐÀ NẴNG Q= 20 m3/ngđ TỈ LỆ: 1/25 Nước thải sản xuất 2500 2500 42 Ø1 2500 4000 3600 4000 5000 1250 1600 500 4000 CHÚ THÍCH Bể điều hòa Bể lắng Bể phản ứng Bộ khung đỡ Bể chứa nước trung gian Cầu thang Thiết bị lọc - hấp phụ Máng dẫn nước có gắn nam châm Bể chứa nước sau xử lý TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG KHĨA 2012 - 2017 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, TÍNH TỐN DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CƠ KHÍ - MẠ ĐÀ NẴNG SINH VIÊN THỰC HIỆN NGÀY GIAO GV HƯỚNG DẪN CHÍNH TS LÊ THỊ XUÂN THÙY GV HƯỚNG DẪN PHỤ KS HỒ VĂN MINH 13/02/2017 NGÀY H.THÀNH 26/05/2017 BẢN VẼ SỐ 06/06 ... trung nhà m y 23 1.20 Các cơng trình xử lý nước thải sản xuất nhà m y Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 25 2.1 Bản đồ vị trí hình ảnh nhà m y Cơ khí – Mạ Đà Nẵng 18 2.2 L y mẫu nước thải sau xử lý nhà m y Cơ khí. .. Mạ Đà Nẵng vật liệu từ tính - PGM Từ đánh giá hiệu xử lý so với phương pháp xử lý nhà m y 2.2 Mục tiêu cụ thể Đánh giá khả xử lý kim loại nặng vật liệu từ tính so sánh với d y chuyền xử lý nhà. .. khả xử lý  -PGM 42 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng  -PGM đến khả xử lý 45 3.2 Đề xuất mơ hình xử lý kim loại nặng nước thải sản xuất sử dụng vật liệu từ tính  -PGM nhà m y Cơ khí – Mạ Đà Nẵng