IV.1. Xử lý nước thải
Mạ điện là ngành sử dụng nhiều hóa chất, trong các công đoạn từ khâu làm sạch phôi đến khâu mạ, đều sử dụng nước và hoá chất để tẩy rửa vật mạ trước khi cho vào mạ hay sau khi lấy ra để thực hiện công đoạn khác cho đến khi hoàn thành sản phẩm.
Thành phần nước thải xi mạ phụ thuộc vào các phương pháp mạ khác nhau như mạ Crôm, mạ Niken , mạ Thiếc….Điểm giống nhau là nước thải xi mạ chứa nhiều muối kim loại hoà tan, có độ pH thay đổi rộng từ axit mạnh đến kiềm mạnh và hầu như hàm lượng BOD và COD trong nước thài ngành xi mạ là không đáng kể và cùng có một mục tiêu là xứ lý nước thải đạt TCVN 5945 -2005 (loại B hay loại C tùy theo quy định tại nguồn tiếp nhận).
Do đặc tính nước thải nên công nghệ xử lý áp dụng một số phương pháp dựa trên cơ sở tính chất của muối kim loại. Nhiệm vụ chính là loại bỏ các ion kim loại nặng, các độc tính gây hại, các chất hoạt động bề mặt và các chất phụ gia của nước thải.
Thu gom Nước thải Lọc Lắng Keo tụ Phản ứng oxy hóa Rửa lọc NaOH,CaO FeSO4, NaSHO3 Lọc bùn Bùn lắng
Phương pháp thường dùng nhất trong mạ crôm là phương pháp kết tủa hidroxit kim loại do tính chất kinh tế và có thể áp dụng với quy mô công nghiệp. Ngoài ra còn rất nhiểu phương pháp như trao đổi ion, phương pháp sinh học, phương pháp hấp phụ,…
IV.1.1 Kết tủa hidroxit kim loại:
Khi nước thải có tính axit nên trung hòa nước thải về pH > 7, khi đó các ion kim loại có trong nước thải kết tủa hidroxit không tan như Cr(OH)3, sau đó dùng phương pháp tạo bông, lắng cặn và dễ dàng tách chúng ra khỏi nước thải.
BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP Page 26
- Nguyên tắc phương pháp : Khử Cr6+ rất độc về Cr3+ là dạng ít độc hơn sau đó loại bỏ Cr3+ bằng cách cho kết tủa với NaOH hoặc Ca(OH)2 ở giá trị pH tối ưu, các hidroxit kim loại tạo thành kết tủa.
- Chất khử có thể dùng là natri sunfit, natri bisunfit, natri hydrosunfit và sắt (II) sunfat, khí SO2, phoi thép,…
Dùng FeSO4 trong môi trường axit:
H2Cr2O7 + 6FeSO4 + 6H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 +7H2O Cr2(SO4)3 + 6 NaOH = Cr(OH)3↓ + 3 Na2SO4
Dùng FeSO4 trong môi trường kiềm:
Na2CrO4 + 3FeSO4 + 4NaOH + 4H2O = Cr(OH)3↓ + 3Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4
Dùng chất khử có chứa ion SO32- :phải tiến hành trong môi trường pH=2,5- 3,5. nếu để pH lớn hơn 3,5-4 phản ứng khử Cr6+ sẽ bị ngừng lại cho dù chất khử có dùng dư đi nữa.
-Nồng độ Cr 6+ trong nước thải có ý nghĩa rất quan trọng. khi nồng độ Cr 6+ thấp quá thì sẽ tốn nhiều chất khử, pH càng cao càng tiêu tốn chất khử.
-Nên khử bằng FeSO4 trong môi trường kiềm vì sẽ tận dụng dung dịch
kiềm hỏng , dung dịch kiềm tẩy mỡ, nước thải kiềm tính để kiềm hoá nước thải cần xử lý.
-Làm sạch Cr6+ có thể làm sạch bằng phương pháp điện keo tụ với anot thép hoà tan, phải thêm ion Cl- để khắc phục hiện tượng thụ động anot và catot.
Lọc Keo tụ Nhựa tái sinh
Nước thải
H2SO4, NaOH Tái sinh nhựa
Trao đổi cation, và anion Phản ứng Thu gom Nước thải
Nước thải sau xử lý NaHSO3, FeSO4
NaOH
-Dung dịch phản ứng được bơm vào bể lắng đứng, bể lọc bùn – nước sau lọc đưa vào bể điều hòa, tại đây sử dụng dung dịch axit sunfuric hoặc tận dụng axit tẩy rỉ để điều hòa pH về giá trị từ 6÷9 cho phù hợp với tiêu chuẩn dòng thải, bùn thải được làm khô và đem đi chôn cất.
- Kết tủa được cho qua các bể lắng, tách ra, làm khô và tái sử dụng hoặc bỏ di. - Nước sau khi loại trừ kim loại nặng, còn chứa các muối vô cơ như Na2SO4, NaCl, NaCNO và thải ra ngoài.
IV.1.2. Phương pháp trao đổi ion
Nguyên tắc: Cho nước thải lọc lần lượt qua hai cột cationit và anionit, các cation tạp chất sẽ được giữ lại ở cột đầu, các anion tạp chất sẽ được giữ lại trong cột cuối, nước trở nên rất sạch hoàn toàn có thể dùng lại .
BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP Page 28
Sơ đồ Xử lý nước thải mạ điện bằng phương pháp trao đổi ion
- Cho nước thải lần lượt lọc qua cột cationit và anionit. Nước thải khi tiếp xúc với nhựa cationit các kim loại nặng sẽ được giữ lại ở cột đầu do trao đổi với H+
nhựa:
R-H + Me-X = RMe + H+ + X-
R-H là nhựa trao đổi cation Me là kim loại nặng
- Tiếp theo nước thải lọc qua cột trao đổi anion, các anion trong nước thải sẽ được giữ lại ở cột cuối do trao đổi với OH- của nhựa. Ion OH- chuyển vào nước kết hợp với các ion H+ tạo thành nước khi đó nước trở nên rất sạch và có thể dùng lại:
R-OH + X- = R-X + OH-
H+ + OH-= H2O R-OH là nhựa trao đổi anion
X- là anion
- Sau thời gian các cột ionit có thể tái sinh:
+ Nước rửa cationit chứa các ion và axit dư được đưa đi thu hồi và dùng vào việc khác, cation nước rửa cationit được tái sinh và bắt đầu chu kỳ mới.
+ Nước rửa anionit chứa các ion và axit dư được đưa đi thu hồi và dùng vào việc khác, anion nước rửa anionit được tái sinh và cũng bắt đầu chu kỳ mới ,
- Nếu nước thải chỉ có một loại cation tạp chất thì qua trao đổi ion sẽ tách được riêng anion đó nên có thể dùng lại ngay cho bể tương ứng của xưởng ấy.Nếu nước
thải hỗn hợp thì dung dịch tái sinh sẽ chứa nhiều loại cation. muốn sử dụng và tách riêng ra.
IV.1.3. Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học dể xử lý nước thải chứa kim loại nặng hiện nay đang được chú ý nghiên cứu và ứng dụng do có nhiều ưu điểm lớn về hiệu quả kinh tế
Nguyên tắc: Sử dụng các loại thực vật, các thủy vi sinh vật hiếm khí và yếm
khí, bèo tổ ong, tảo… để tiêu thụ kim loại nặng trong nước thải .Các vi sinh vật này sử dụng kim loại nặng như nguồn dinh dưỡng để phát triển.
Hiện nay đã có một số nghiên cứu áp dụng tảo để xử lý crom, niken với hiệu suất khoảng 80%.
Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp sinh học còn nhiều hạn chế do phải đảm bảo các điều kiện về dinh dưỡng, nhiệt độ và hàm lượng kim loại nặng không quá cao khi đó vi sinh vật mới tồn tại được.
IV.1.4. Phương pháp hấp phụ
Tách các cấu tử độc hại như Cr6+ ra khỏi pha lỏng và chuyển vào bề mặt hoặc trong mao quản của các chất hấp phụ. Đây là phương pháp có nhiều triển vọng trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng. Một số nghiên cứu cho thấy hiệ suất xử lý Cr6+ tới 97% với các chất hấp phụ là than hoạt tính, các vật liệu để hấp phụ là oxit nhôm, mạt cưa, than hoạt tính, zolit…
Phương pháp này có nhược điểm là chỉ thích hợp với nồng độ kim loại thấp do đó cần có các biện pháp xử lý sơ bộ như pha loãng hoặc hoặc keo tụ.
Kết luận : Mỗi phương pháp có một ưu nhược điểm nhất định. Song phương pháp kết tủa hidroxit kim loại có nhiều ưu thế và thích hợp cho phân xưởng mạ lớn, đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế. Phương pháp này thường sử dụng chất khử là FeSO4, chất khử này chế tạo dễ dàng từ quá trình sản xuất (tận dụng axit thải và phoi thép) nên có thể giảm đáng kể chi phí xử lý sau đó kết tủa Cr3+ bằng Ca(OH)2.
IV.2. Xử lý chất thải rắn
Các chất thải rắn phát sinh trong công nghệ mạ crôm chủ yếu là các loại bao bì, thùng chứa hóa chất và dung dịch mạ, vụn kim loại,… Lượng thải rắn ở đây
không đáng kể so với nước và khí thải.
Đối với các loại thùng chứa, bao bì, giảm thiểu ô nhiễm chủ yếu bằng cách tái sử dụng lại vào các lần sản xuất sau. Điều này vừa đảm bảo bảo vệ môi trường cảnh quan nhà xưởng, vừa giúp tiết kiệm chi phí sản xuất.
Đối với các chất thải rắn không còn khả năng sử dụng nhưng không chứ nhiều độc tính, có thể đem xử lý chung với hệ thống thu gom rác sinh hoạt của thành phố hoặc thực hiện chôn lấp.
Chôn lấp hợp vệ sinh là biện pháp tiêu hủy chất hải được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới. Hố chôn lấp có ít nhất 2 lớp lót chống thấm, có hệ thống thu gom nước rò rỉ để xử lý, có hệ thống thoát khí, có giếng khoan để giám sát khả năng ảnh hưởng đến nước ngầm. Địa điểm xây dựng bãi chôn lấp cách xa khu dân cư lớn hơn 5 km; giao thông thuận lợi, nền đất phải ổn định, chống thấm tốt, mực nước ngầm thấp…
IV.3. Xử lý bụi và khí thải
- Bụi phát sinh chủ yếu trong các công đoạn gia công bề mặt( mài, đánh bóng, …) nên thành phần chủ yếu chỉ chứa các kim loại, oxit kim loại có tỷ trọng khá lớn. Do đó chúng ta có thể tách, thu hồi bằng hệ thống phòng lắng hoặc cyclon, vừa rẻ tiền, không tốn kém năng lượng và vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý.
- Các khí thải chứa thành phần chủ yếu là hơi các axit, chất hữu cơ trong công đoạn mạ, các khí thải khi đốt nhiên liệu, nên ta sẽ dùng các hệ thống hấp thụ, đồng thời xây dựng các hệ thống thông gió nhà xưởng để đảm bào sức khỏe người lao động.
IV.3.1. Xử lý tách bụi
1. Phòng lắng bụi ( Buồng lắng):
- Nguyên lý : Phòng lắng tách bụi theo nguyên lý trọng lực và nguyên lý quán tính.
- Dùng để thu hồi các hạt bụi có kích thước và tỷ trọng lớn.
- Trong phòng lắng, các hạt bụi chuyển động với tốc độ rất nhỏ, va chạm với thành thiết bị hoặc vách ngăn, mất năng lượng là rơi xuống các phễu thu hồi bên dưới.
- Hiệu quả tách bụi khá tốt với các hạt bụi có kích thước đủ lớn.
- Cyclon hoạt động dựa theo nguyên lý lực trọng trường và lực ly tâm.
- Dòng khí nhiễm bụi được đưa vào phần trên của cyclon, thân cyclon thường là hình trụ có đáy là chóp cụt. Khí vào cyclon thực hiện chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống dưới và hình thành dòng xoáy ngoài. Lúc đó các hạt bụi dưới tác dụng của lực ly tâm văng vào thành cyclon. Tiến gần đến đáy chóp, dòng khí bắt đầu quay ngược trở lại và chuyển động lên trên hình thành dòng xoắn trong. Các hạt bụi văng vào thành cyclon và dịch chuyển xuống dưới nhờ lực đẩy của dòng xoáy và trọng lực và ra khỏi cyclon qua ống xả bụi.
- Hiệu suất tách bụi khá lớn.
IV.3.2. Xử lý khí
1. Thông gió nhà xưởng
- Phòng mạ phải được thiết kế đúng quy định về khoảng cách giữa các thiết bị, diện tích dành cho đường vận chuyển phải trang bị hệ thống hút khí, sưởi, hút ẩm, sao cho phòng luôn thông thoáng, nhiệt độ không dưới 180C, độ ẩm không quá 70- 75%.Kho bảo quản hóa chất, nhất là muốn xyanua, phải có quạt hút khí ra từ phía
Bụi Khí sạch
dưới.Các bể tỏa hơi, khí độc hại phải trang bị máng hút khí tại miệng bể tỏa nhiều khí độc hại như bể tẩy đồng và hợp kim đồng… phải đặt trong tủ hút kín.
- Phòng máy mài và đanh bóng phát sinh nhiều bụi kim loại, bụi bông vải, bụi hạt mài và hơi thuốc mài, đánh bóng… phải đặt phòng này cách xa phòng mạ, phòng thí nghiệm, đồng thời phả hút bụi cục bộ tại bánh mài, bánh đánh bóng và phải thổi gió tươi mát vào chỗ công nhân thao tác máy. Nên tận dụng thông gió và ánh sáng tự nhiên tối đa cho phòng này.
Tốc độ không khí trong ống phải đạt 16÷20m/s để cho tốc độ không khí bị hút tại miệng vỏ chụp không thấp hơn 3÷4m/s mới đủ sức hút được bụi kim loại vào ống.
Không khí hút từ các máy mà – đánh bóng tước khi thải ra ngoài trời phải được làm sạch hết bụi, bẩn. Thiết bị làm sạch có thể là xyclon, buồng lắng, buồng rửa, lọc ướt…
2. Phương pháp hấp thụ
- Hấp thụ khí bằng chất lỏng là chuyển cấu tử khí từ pha khí vào trong pha lỏng thông qua quá trình hòa tan chất khí trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc với nhau .
- Phân loại:
+ Hấp thụ vật lí: Không tương tác hóa học là quá trình thuận nghịch + Hấp thụ hóa học: Có phản ứng hóa học
- Cơ chế của quá trình có thể chia làm 3 bước:
+ Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt hấp thụ
+ Thâm nhập và hòa tan chất khí trên bề mặt dung dịch hấp thụ
+ Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng chất lỏng hấp thụ
- Các thiết bị hấp phụ có rất nhiều loại khác nhau : tháp rửa, tháp phụ, tháp đĩa, tháp đệm,…
- Ứng dụng lưu lượng khí cần xử lý lớn, có thể thu hồi các chất để tuần hoàn hoặc chuyển sang công đoạn khác.
- Chất hấp thụ phổ biến: + Nước (H2O)
+ Monoetanolamin(OHCH2CH2NH2), đietanolamin(R2NH), trietanolamin(R3N). +…
KẾT LUẬN
Mạ điện nói chung và mạ crôm nói riêng là ngành công nghiệp có mức độ gây ô nhiễm cao không phải bởi lưu lượng hay tổng lượng phát thải mà do bởi các tác nhân chính có trong dòng thải với mức độ độc rất cao như hơi dung môi, hơi acid, khí độc từ quá trình mạ và nước thải có độ pH cao, chứa nhiều ion kim loại nặng rất độc đối với con người và môi trường, có thể gây nên những căn bệnh hiểm nghèo ở con người như ung thư…
Bài tiểu luận này chỉ tìm hiểu tổng quát về quy trình mạ crôm, những kỹ thuật xử lý ô nhiễm thường gặp và biện pháp quản lý chung cho quy trình công nghệ này. Trong thực tế, tuỳ từng quy mô sản xuất, khả năng về kinh kế và kỹ thuật của mỗi cơ sở sản xuất để lựa chọn một giải pháp phù hợp để xử lý.
Áp dụng sản xuất sạch hơn trong các cơ sở mạ là một biện pháp có thể giúp giảm bớt các tác nhân về môi trường đối với các cơ sở, đây là một biện pháp quản lý mà nội tại các cơ sở có thể tiến hành được bằng việc như: nguyên liệu đầu vào
cần được kiểm soát tốt hơn (nhập nhưng loại nguyên liệu có chất lượng tốt, ít bị gỉ sét), quá trình lưu giữ các kim loại mạ cần được bảo quản đúng cách tránh tiếp xúc không khí ( có mái che, kim loại cần được che phủ tránh mưa), kiểm soát quá trình sản xuất tốt hơn ( quá trình tiếp hoá chất, nguyên liệu, hạn chế việc chạy không tải của dây chuyền sản xuất trong quá trình thay đổi vật mạ).
Bài tìm hiểu còn có nhiều thiếu sót, mong nhận được sự quan tâm góp ý của cô và các bạn.
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 1
I. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CRÔM 3
I.1. Nguyên liệu dùng trong quy trình mạ crôm 3
I.2. Quy trình công nghệ mạ crôm tổng quát 4
I.3. Sản phẩm của quá trình mạ crôm 8
I.4. Nhu cầu về năng lượng, nước và tài nguyên 8
I.5. Tính chất công nghệ 9