1.2.1. Cụng nghệ mạ
Hiện tại, chỳng ta đang tập trung phỏt triển cỏc ngành cụng nghiệp phụ trợ, trong đú kỳ vọng đặc biệt vào ngành gia cụng kim loại. Do vậy, nhu cầu gia cụng mạ kim loại ngày càng lớn và cũng từ đú việc xử lý nước thải trong
gia cụng mạ - một yếu tố cú nhiều khả năng phỏ hủy mụi trường, là hết sức cần thiết và cần được giải quyết triệt để.
Cụng nghệ xử mạ thường bao gồm cỏc cụng đoạn sau:
- Bề mặt của vật liệu cần mạ phải được làm sạch để lớp mạ cú độ bỏm dớnh cao và khụng cú khuyết tật. Để làm sạch bề mặt trước hết phải tẩy rửa lớp mỡ bảo quản trờn bề mặt bằng cỏch tẩy rửa với dung mụi hữu cơ hoặc với dung dịch kiềm núng. Dung mụi thường sử dụng là loại hydrocacbon đú được clo hoỏ như tricloetylen, percloetylen. Dung dịch kiềm thường là hỗn hợp của xỳt, soda, trinatri photphat, popyphotphat, natri silicat và chất hoạt động bề mặt (tạo nhũ).
- Hoạt hoỏ bề mặt của vật liệu mạ bằng cỏch nhỳng chỳng vào dung dịch axit loúng (H2SO4, HCl), nếu mạ với dung dịch chứa xianua (CN) thỡ chỳng được nhỳng vào dung dịch natri xianua.
- Giai đoạn mạ được tiến hành sau đú, dung dịch mạ ngoài muối kim loại cũn chứa axit hoặc kiềm đối với trường hợp mạ cú chứa xianua.
Hỡnh 1.5. Dõy chuyền cụng nghệ mạ 1.2.2. Thành phần và tớnh chất nước thải mạ
Nước thải từ xưởng xi mạ cú thành phần đa dạng về nồng độ và pH. Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ là chứa hàm lượng cao cỏc muối vụ
Axit Muội Au Muội Ag Mài nhẵn, đỏnh búng ọc Làm sạch cơ học Tẩy dầu, mỡ Làm sạch bằng hoỏ học và điện hoỏ Làm sạch cơ học Mạ crụm Mạ Niken Mạ kẽm Mạ đồng Mạ vàng Chất làm bỳng NiSO4 H3BO3 Zn(CN)2 ZnCl2 ZnO NaCN NaOH H3BO3 H2SO4 NaCN CuSO4 Cu(CN)2
Cr6+ Ni2+, axit CN-, Zn2+, axit Cu2+, axit CN-, axit Vật cần mạ
Dung mụi
NaOH, HCl, H2SO4
Nước thải chứa dầu mỡ
Hơi dung mụi Bụi kim loại Bụi, gỉ
Hơi, axit Axit, kiềm
là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũng tuỳ thuộc vào loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải cú chứa cỏc độc tố như xianua, sunfat, amoni, crụmat,… Cỏc chất hữu cơ ớt cú trong nước thải xi mạ, phần chủ yếu là chất tạo bụng, chất hoạt động bề mặt … nờn BOD, COD thường thấp và khụng thuộc đối tượng xử lý. Đối tượng xử lý chớnh là cỏc ion vụ cơ mà đặc biệt là cỏc muối kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Fe,…
Nước thải nờn tỏch riờng thành 3 dũng riờng biệt: - Dung dịch thải đậm đặc từ cỏc bể nhỳng, bể ngõm.
- Nước rửa thiết bị cú hàm lượng chất bẩn trung bỡnh (muối kim loại, dầu mỡ và xà phũng,…
- Nước rửa loúng
1.2.3. ảnh hưởng của nước thải mạ đến mụi trường và sức khoẻ con người. Ảnh hưởng đến mụi trường:
- Là độc chất đối với cỏ và thực vật nước
- Tiờu diệt cỏc sinh vật phự du, gõy bệnh cho cỏ và biến đổi cỏc tớnh chất lớ hoỏ của nước, tạo ra sự tớch tụ sinh học đỏng lo ngại theo chiều dài chuỗi thức ăn. Nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật cú thể bị chết hoặc thoỏi húa, với nồng độ nhỏ cú thể gõy ngộ độc mún tớnh hoặc tớch tụ sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về lừu về dài.
- Ảnh hưởng đến đường ống dẫn nước, gõy ăn mũn, xừm thực hệ thống cống rúnh.
- Ảnh hưởng đến chất lượng cõy trồng, vật nuụi canh tỏc nụng nghiệp, làm thoỏi hoỏ đất do sự chảy tràn và thấm của nước thải.
- Ảnh hưởng đến hệ thống xử lý nước thải, cần tỏch riờng nếu khụng sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật khi thực hiện xử lý sinh học.
Ảnh hưởng đến con người:
Mạ là ngành cú mật độ gõy ụ nhiễm mụi trường cao bởi hơi húa chất, nước thải cú chứa cỏc ion kim loại nặng, kim loại độc ảnh hưởng tới sức khỏe con người gõy nờn nhiều căn bệnh khú chữa, nguy hiểm tới tớnh mạng. Nước thải từ cỏc quỏ trỡnh mạ kim loại, nếu khụng được xử lý, qua thời gian tớch tụ và bằng con đường trực tiếp hay giỏn tiếp, chỳng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gõy cỏc bệnh nghiờm trọng, như viờm loột da, viờm đường hụ hấp, eczima, ung thư,...
1.2.3. Khỏi quỏt về cỏc phương phỏp xử lý nước thải mạ
Cỏc phương phỏp xử lý nước thải chứa kim loại nặng núi chung được sư dụng hiện nay là: Phương phỏp kết tủa húa học, phương phỏp trao đổi ion, phương phỏp điện húa, phương phỏp hấp phụ,...
* Phương phỏp oxi húa - khử và kết tủa húa học Nguyờn tắc:
- Phản ứng oxi húa-khử: Dựng cỏc tỏc nhõn oxi húa, hoặc tỏc nhõn khử để khử, oxi húa cỏc chất ụ nhiễm thành dạng ớt ụ nhiễm hoặc khụng ụ nhiễm. - phản ứng kết tủa húa học: dựa trờn phản ứng với cỏc chất đưa vào nước thải và cỏc kim loại cú trong nước thải ở pH thớch hợp, tạo ra chất kết tủa và tỏch ra bằng phương phỏp lắng thụng thường. Đõy là phương phỏp được dựng phổ biến nhất hiện nay.
* Phương phỏp điện húa
Nguyờn tắc:
- Dựa trờn nguyờn tắc của quỏ trỡnh oxi húa - khử để tỏch cỏc kim loại trờn cỏc điện cực nhỳng trong nước thải khi cho dũng điện 1 chiều đi qua. Trong đú, Anot được làm bằng vật liệu khụng hũa tan (Grafit hoặc oxit Chỡ) và Catot được làm bằng hợp kim Vonfram - sắt -niken. Tại Catot xảy ra quỏ trỡnh
khử, kim loại trong nước thải bị khử tạo thành ion ớt độc hoặc kim loại và bỏm vào điện cực.
* Phương phỏp trao đổi ion
Nguyờn tắc:
- Là quỏ trỡnh trao đổi ion diễn ra giữa cỏc ion cú trong dung dịch nước thải với cỏc ion trong pha rắn của vật liệu trao đổi, được đặc trưng bởi dung lượng trao đổi. Việc lựa chọn cỏc vật liệu trao đổi ion chọn lọc cú ý nghĩa quan trọng trong thu hồi cỏc kim loại quý hiếm. Khi cỏc vật liệu này đạt trạng thỏi bóo hũa, ta tiến hành tỏi sinh hoặc thay chỳng.
* Phương phỏp hấp phụ
Nguyờn tắc:
- Quỏ trỡnh hấp phụ chủ yếu là quỏ trỡnh hấp phụ vật lý, tức là quỏ trỡnh di chuyển cỏc chất ụ nhiễm(ion kim loại) - hay là cỏc chất bị hấp phụ đến bề mặt pha rắn -chất hấp phụ (trong luận văn chất hấp phụ là than hoạt tớnh)
* Phương phỏp sinh học
Nguyờn tắc:
- là sử dụng cỏc loại sinh vật, vi sinh vật để tiờu hủy cỏc kim loại nặng cú trong nước thải. Cỏc loại sinh vật này cú khả năng sử dụng kim loại nặng cú trong nước thải mạ như một nguồn dinh dưỡng cho chỳng tồn tại và phỏt triển. Hiệu quả của phương phỏp khỏ cao nhưng do nhu cầu về mặt bằng lớn và việc lựa chọn phõn lập vi sinh vật cũn nhiều hạn chế nờn ỏp dụng trong thực tế cũn nhiều khú khăn.
Cho đến nay, đó cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu về nước thải mạ và phương phỏp xử lý nước thải mạ vớ dụ như:
- Tỏc giả Trần Văn Thắng đó nghiờn cứu mụ hỡnh húa và tối ưu húa quy trỡnh xử lý nước thải mạ Crụm. Tỏc giả bảo vệ luận ỏn tiến với đề tài trờn vào năm 1996. Trong nghiờn cứu của mỡnh tỏc giả đó xõy dựng được mụ hỡnh và
tối ưu húa quytrỡnh xử lý nước thải mạ, trong đú 2 phương phỏp điện húa và oxi húa - khử tạo kết tủa là 2 phương phỏp xử lý chớnh.
- Tỏc giả Nhan Hồng Quang thuộc phõn viện lao động và bảo vệ mụi trường miền Trung - Tõy Nguyờn đó nghiờn cứu xử lý nước thải mạ Crụm bằng vật liệu biomass. Tỏc giả đó nghiờn cứu thành cụng việc sử dụng vật liệu hấp phụ cú nguồn gốc sinh vật (biomass) làm lớp đệm để hấp phụ Crom trong nước thải mạ. Vật liệu hấp phụ tỏc giả nghiờn cứu là bột xơ dừa và vỏ cõy bạch đàn.
Ngồi ra, cũng đó cú một số tỏc giả nghiờn cứu xử lý nước thải mạ bằng phương phỏp hấp phụ với cỏc loại vật liệu hấp phụ khỏc nhau như: Tỏc giả Lờ Thị Tỡnh đó nghiờn cứu xử lý tỏch kim loại nặng ra khỏi nước thải bằng vật liệu hấp phụ là vỏ trấu(tỏc giả bảo vệ luận văn thạc sỹ với nghiờn cứu trờn vào năm 2011). Tỏc giả Hồng Anh Huy đó nghiờn cứu xử lý nước thải mạ với vật liệu hấp phụ là than hoạt tớnh gỏo dừa (tỏc giả bảo vệ luận văn thạc sỹ với đề tài trờn vào năm 1999).
Xử lý nước thải mạ đó được nghiờn cứu từ lõu trờn thế giới, trong đú bờn cạnh cỏc phương phỏp truyền thống được xử dụng nhiều như điện húa, oxi húa - khử, thỡ phương phỏp hấp phụ cũng đó được nghiờn cứu sõu rộng trờn nhiều loại vật liệu hấp phụ khỏc nhau. Một số cụng trỡnh như:
- Tỏc giả Luis Cabatigan thuộc trường đại học cụng nghệ Delf, Hà Lan đó nghiờn cứu tiềm năng của vật liệu hấp phụ sinh học trong việc tỏi phục hồi Crom trong nước thải mạ.
- Tỏc giả Parinda Suksabye thuộc trường đại học năng lượng và tỏc giả King Mong của trường đại học cụng nghệ Thonburi Băng Cốc, Thỏi Lan đó nghiờn cứu xử lý nước thải mạ bằng vật liệu hấp phụ là vỏ xơ dừa.
- Tỏc giả Y.M Scindia, A.K Pandey, S.B Manoham (ấn độ) năm 2004 đó trỡnh bày nghiờn cứu về việc sử dụng màng húa học chọn lọc optode để xử lý kim loại Crom trong nước thải mạ.
Chương 2. Đối tượng và Phương phỏp nghiờn cứu 2.1. Đối tượng nghiờn cứu
Với mục đớch điều chế vật liệu hấp phụ từ tre, nguồn tài nguyờn rẻ, dồi dào phong phỳ sẵn cú trong nước, ứng dụng để xử lý mụi trường nước. Dựa trờn cơ sở tổng kết cỏc tài liệu tham khảo trong ngoài nước về phương phỏp điều chế, khả năng ứng dụng cựng với những điều kiện thực tế ở nước ta, đối tượng nghiờn cứu được đặt ra là:
- Điều chế than hoạt tớnh từ tre.
- Khảo sỏt, đỏnh giỏ cỏc tớnh chất đặc trưng của than hoạt tớnh được điều chế từ tre.
- Khảo sỏt khả năng hấp phụ một số kim loại nặng( Cu, Ni, Zn) trong nước thải mạ của than hoạt tớnh điều chế được.