Xử lý nước thải công nghiệp mạ điện

ö míi h×nh thµnh cã ®ñ thêi gian gia nhËp cã trËt tù vµo m¹ng tinh thÓ v× v©y m¹ng l­íi vµ c©u tróc tinh thÓ ®­îc duy tr× kh«ng bÞ biÕn dæi. Khi t¨ng mËt ®é dßng ®iÖn lªn, tèc ®é phãng ®iÖn t¨ng nhanh, c¸c nguyªn tö kim lo¹i sinh ra å ¹t kh«ng kÞp gia nhËp vµo vÞ trÝ c©n b»ng trong m¹ng tinh thÓ. MÆt kh¸c do qu¸ thÕ lóc ®ã lín nªn mÇm tinh thÓ míi tiÕp tôc sinh ra. Do v©y mµ m¹ng tinh thÓ trë nªn mÊt trËt tù vµ ®­îc thÓ hiÖn ra lµ líp m¹ cã nhiÒu líp, nhiÒu gîn sãng vµ nhiÒu khèi ®a tinh. NÕu tiÕp tôc t¨ng mËt ®é dßng ®iÖn, tèc ®é phãng ®iÖn qu¸ nhanh lµm cho ion kim lo¹i gÇn catèt qu¸ nghÌo g©y ra hiÖn t­îng kÕt tña trªn bÒ mÆt catèt sÏ sÇn sïi hoÆc cã h×nh nh¸nh c©y. §Ó ®¹t ®­îc yªu cÇu chÊt l­îng th× ph¶i dïng d¶i mËt ®é dßng ®iÖn t­¬ng ®èi thÊp. PhÇn lín ®Òu dïng nguån ®iªn mét chiÒu ®· qua n¾n dßng ®Ó m¹ vµ gi÷ dßng ®iÖn kh«ng ®æi vµo catèt. D¶i mËt ®é thÝch hîp cho líp m¹ tèt th­êng thÊp h¬n mËt ®é dßng giíi h¹n Dgh kh¸ nhiÒu. Do ®ã, víi mét dßng ®iÖn nhÊt ®Þnh, muèn n©ng cao tèc ®é m¹ th× ph¶i t×m c¸ch t¨ng Dgh cña nã lªn. Cã 3 c¸ch t¨ng: - T¨ng nång ®é ion kim lo¹i m¹. - T¨ng nhiÖt ®é - T¨ng chuyÓn ®éng t­¬ng ®èi gi÷ catèt vµ dung dÞch m¹. III. C«ng nghÖ m¹ ®iÖn .1 Gia c«ng bÒ mÆt tr­íc khi m¹. Gia c«ng chuÈn bÞ bÒ mÆt tr­íc khi m¹ lµ c«ng viÖc vÊt v¶, tèn kÐm nh­ng kh«ng thÓ bá qua hoÆc gi¶m bít v× nã quyÕt ®Þnh chÊt l­îng s¶n phÈm m¹. NhiÖm vô quan träng nhÊt trong gia c«ng bÒ mÆt lµ lam s¹ch hÕt c¸c líp gØ, c¸c mµng oxÝt, mµng dÇu mì, t¹p chÊt... trªn bÒ mÆt kim lo¹i ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn cho líp m¹ g¾n ch¾c víi nÒn. D­íi ®©y xin giíi thiÖu mét sè kh©u chÝnh trong qu¸ tr×nh gia c«ng bÒ mÆt tr­íc khi m¹: §¸nh bãng c¬ khÝ TÈy röa ®iÖn hãa TÈy röa hãa häc Röa n­íc TÈy ®iÖn hãa b»ng bÓ catèt vµ bÓ anèt Röa n­íc Ho¹t hãa bÒ mÆt vËt cÇn m¹ Röa n­íc Chi tiÕt cÇn m¹ Bét mµi Bôi kim lo¹i. NaOH, Na3PO4, Na2SiO2 N­íc th¶i chøa kiÒm NaOH, Na2CO3, N­íc th¶i chøa kiÒm Na3PO4, Na2SiO2 N­íc N­íc th¶i chøa kiÒm Dung dÞch axÝt N­íc th¶i chøa axÝt N­íc N­íc th¶i chøa axÝt H2SO4, HCl N­íc th¶i chøa axÝt N­íc N­íc th¶i chøa axÝt C«ng ®o¹n m¹ H×nh 1.2-S¬ ®å d©y chuyÒn gia c«ng bÒ mÆt tr­íc khi m¹ C¸c chi tiÕt cÇn m¹ ®­îc ®­a vµo bé phËn gia c«ng c¬ häc. T¹i ®©y c¸c chi tiÕt cÇn m¹ sÏ ®­îc mµi vµ ®¸nh bãng. 2. Mét sè c«ng nghÖ m¹ th­êng sö dông trong c«ng nghiÖp 2.1. M¹ ®ång §ång ( Cu ) lµ kim lo¹i dÎo, dÔ ®¸nh bãng. Träng l­îng riªng ë 20oC lµ 8,96 g/m3, träng l­îng nguyªn tö lµ 63,54, nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 1083oC. §iÖn thÕ tiªu chuÈn cña Cu/Cu2+ b»ng +0,34V, cña Cu/Cu+ b»ng +0,52V. §ång cã ®iÖn thÕ d­¬ng h¬n s¾t, nªn nã lµ líp m¹ catèt ®èi víi s¾t thÐp còng nh­ ®èi víi kÏm, hîp kim cña kÏm....Líp m¹ ®ång kh«ng thÓ b¶o vÖ bÒ mÆt c¸c kim lo¹i nµy khái ¨n mßn ®iÖn hãa ®­îc mµ chØ b¶o vÖ chóng mét c¸ch c¬ häc. Líp m¹ ®ång dÔ ®¸nh bãng ®¹t ®Õn ®é bãng rÊt cao, l¹i g¾n b¸m tèt víi c¸c kim lo¹i kh¸c nh­ Ni, Cr, Ag.... cho nªn ®ång th­êng ®­îc dïng lµm líp m¹ lãt cho nhiÒu líp m¹ kh¸c. Líp m¹ ®ång cßn ®­îc dïng ®Ó chèng thÊm c¸cbon côc bé cho c¸c chi tiÕt m¸y khi nhiÖt luyÖn. M¹ ®ång còng ®­îc dïng trong kÜ thuËt in con ch÷, m¹ trôc in lâm, m¹ ghÐp h×nh... * M¹ ®ång trong dung dÞch axit Dung dÞch axÝt ®Ó m¹ ®ång gåm c¸c dung dÞch sunfat, floborat, nitrat, flosilicat, sunfamat vµ clorua. Chóng ®Òu cã thµnh phÇn ®¬n gi¶n vµ lµm viÖc æn ®Þnh, dïng ®­îc mËt ®é dßng ®iÖn cao nhÊt lµ khi t¨ng nhiÖt ®é vµ khuÊy m¹nh dung dÞch. Thµnh phÇn chñ yÕu cña c¸c dung dÞch axit lµ muèi cña ®ång víi c¸c axit t­¬ng øng. Khi m¹, ion Cu2+ phãng ®iÖn trªn catèt ë ®iÖn thÕ kh¸ d­¬ng vµ Ýt thay ®æi khi t¨ng hay gi¶m mËt ®é dßng ®iÖn, v× vËy th­êng cho líp m¹ cã cÊu tróc tinh thÓ th« to nh­ng líp m¹ l¹i kÝn, ch¾c sÝt. Nh­îc ®iÓm chung cña c¸c dung dÞch axit lµ kh¶ n¨ng ph©n bè thÊp nªn chØ m¹ cho vËt cã h×nh d¹ng ®¬n gi¶n vµ ®Æc biÖt lµ kh«ng thÓ m¹ trùc tiÕp ®ång lªn gang thÐp, hîp kim cña kÏm vµ c¸c kim lo¹i cã ®iÖn thÕ ©m h¬n ®ång. B¶ng 1.1- C¸c dung dÞch m¹ ®ång sunfat [1] Thµnh phÇn (g/l) dung dÞch vµ chÕ ®é m¹ Dung dÞch sè 1 2 3 CuSO4.5H2O 200 - 250 180 - 240 240 - 250 H2SO4 35 - 70 45 - 60 40 - 60 ChÊt bãng B-7211 3 - 5 ml/l - - ChÊt bãng UBSA 1A - 1,5 - 2,5 ml/l - ChÊt bãng LTI advangard - - 1-10 ml/l Ion Cl- 30 - 75 mg/l 28 - 80 mg/l 30 - 60 mg/l NhiÖt ®é, oC 18 - 30 24 - 40 15 - 25 Dc, A/dm2 2 - 7 3 - 6 2 - 6 Da, A/dm2 < 2,5 1,5 - 3 - B¶ng 1.2- C¸c dung dÞch m¹ ®ång floborat Thµnh phÇn (g/l) dung dÞch vµ chÕ ®é m¹ Dung dÞch sè 1 2 3 §ång floborat : Cu(BF4)2 35-40 220-230 450 Axit floboric: HBF 15-18 20-30 30 Axit boric: H3BO3 15-20 15-16 30 NhiÖt ®é, oC 15-25 60-70 20-40 Dc, A/dm2 <10 25-50 40 PH 1 1,2-1,7 0,2-0,6 * M¹ ®ång tõ dung dÞch phøc chÊt Dung dÞch phøc m¹ ®ång th­êng cã m«i tr­êng kiÒm, ®ã lµ c¸c dung dÞch xyanua, pyrophotphat, etylendiamin....§ång n»m trong ion phøc th­êng lµ phøc bÒn hoÆc rÊt bÒn, nªn khi phãng ®iÖn trªn catèt ®ßi hái nhiÒu n¨ng l­îng h¬n. Do ®ã líp m¹ thu ®­îc cã tinh thÓ nhá, mÞn, phñ kÝn ®Òu trªn c¸c vËt cã h×nh thï phøc t¹p. §Æc biÖt lµ cã thÓ m¹ trùc tiÕp trªn nÒn s¾t thÐp, kÏm, hîp kim cña kÏm....Nh­ng dung dÞch phøc chÊt cã hiÖu suÊt dßng ®iÖn thÊp, ng­ìng mËt ®é dßng ®iªn cho phÐp thÊp nªn tèc ®é m¹ chËm. Do xianua rÊt ®éc h¹i víi m«i tr­êng, nªn ngµy nay hÇu hÕt c¸c c¬ së ®· thay thÕ dung dÞch xianua b»ng c¸c lo¹i dung dÞch m¹ kh¸c. 2.2. M¹ Niken Niken lµ mét trong nh÷ng kim lo¹i quan träng nhÊt, th«ng dông nhÊt trong ngµnh m¹ ®iÖn. Niken cã mµu tr¾ng, ¸nh vµng, cã nguyªn tö l­îng 58,7, träng l­îng riªng lµ 8,9g/cm3, nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 1457oC. Niken t­¬ng ®èi mÒm vµ rÊt æn ®Þnh trong kh«ng khÝ. §iÖn thÕ chuÈn cña Niken lµ -0,25V. Trong kh«ng khÝ Niken dÔ bÞ thô ®éng vµ ®iÖn thÕ trë nªn d­¬ng h¬n, lóc ®ã bÒ mÆt Niken ®­îc phñ mét líp oxit máng trong suèt, kÝn khÝt rÊt bÒn v÷ng. Nhê vËy mµ bÒ mÆt cña nã lu«n s¸ng bãng kh«ng bÞ mê ®i theo thêi gian. Trong mäi m«i tr­êng, ®iÖn thÕ cña Niken ®Òu d­¬ng h¬n cña thÐp, v× thÕ Niken lµ líp m¹ catèt ®èi víi thÐp vµ chØ b¶o vÖ tèt khi nã hoµn toµn kÝn. ThÕ nh­ng líp m¹ Niken vèn cã nhiÒu lç hë, nhÊt lµ khi líp m¹ máng. V× vËy ®Ó líp m¹ ®¶m b¶o ®­îc chøc n¨ng b¶o vÖ th× cÇn ¸p dông mét trong c¸c biÖn ph¸p sau: - M¹ dµy: líp m¹ ®­îc xem lµ kÝn khi chiÒu dµy cña nã kh«ng nhá h¬n 25mm. - M¹ lãt ®ång: võa dÏ kÝn, võa rÎ h¬n. ChiÒu dµy líp ®ång kh«ng ®­îc qu¸ 50% chiÒu dµy tæng c¸c líp m¹. - M¹ nhiÒu líp Niken chång lªn nhau ®Ó t¨ng ®é kÝn vµ h¹n chÕ ®é gißn cña líp kÒn bãng dµy... Mäi líp m¹ Niken chñ yÕu ®­îc dïng d­íi d¹ng bãng s¸ng. §Ó t¨ng thªm tÝnh trang søc h¬n n÷a th­êng m¹ chång lªn nã mét líp cr«m rÊt máng lµm cho bÒ mÆt cã ¸nh xanh dÞu, ®ång thêi l¹i cøng h¬n nªn Ýt bÞ x©y x¸t. §Ó líp m¹ cã sù b¶o vÖ thËt tèt trªn s¾t thÐp, ng­êi ta m¹ nhiÒu líp Cu-Ni hoÆc Cu-Ni-Cr. Dung dÞch m¹ Niken M¹ Niken cã thÓ dïng c¸c dung dÞch sunfat, clorua, sunfamat, floborat....Nh­ng th«ng dông nhÊt vÉn lµ dung dÞch sunfat. CÊu tö chÝnh cña dung dÞch sunfat lµ NiSO4.7H2O cã ®é hßa tan lín. C¸c dung dÞch m¹ hiÖn ®¹i th­êng dïng nång ®é cao (> 300g/l) vµ th­êng lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao ( 40-70oC ) ®Ó tr¸nh Niken sunfat kÕt tinh trë l¹i. ChÊt ®Öm th«ng dông lµ H3BO3, nång ®é tèt nhÊt trong ph¹m vi 20-40g/l. Axit boric cã t¸c dông ®iÒu chØnh pH c¶ trong toµn khèi dung dÞch lÉn trong líp s¸t catèt. NaCl hay NiCl2 cung cÊp Cl- ®Ó chèng thô ®éng anèt. Phô gia t¹o ®é bãng cã thÓ lµ c¸c chÊt nh­: ®­êng hãa häc, cloramin B, 1-4 butadiol, formalin.... ChÊt chèng rç th­êng dïng lµ Natri ankysunfat hay c¸c chÕ phÈm ®Æc biÖt do c¸c nhµ chÕ t¹o cung cÊp. C¸c dung dÞch m¹ Niken nÕu s¶n xuÊt æn ®Þnh, tu©n thñ ®óng chÕ ®é m¹, th­êng xuyªn lµm s¹ch t¹p chÊt cã h¹i.... th× cã thÓ sö dông rÊt l©u míi ph¶i thay. B¶ng 1.4- C¸c dung dÞch m¹ Niken Sunfat [1] Thµnh phÇn (g/l) dung dÞch m¹ vµ chÕ ®é m¹ Dung dÞch sè 1 2 3 4 5 6 NiSO4.7H2O 300-350 260-300 90 250-300 260-300 280-300 NiCl2.6H2O 45-60 40-60 200 40-60 40-60 10-15 H3BO3 30-40 35-40 40 30-40 30-40 25-40 1-4 butadiol 35%, ml/l - 0,2 0,2 0,1 - 0,5 Sacarin - 0,7-1,5 0,7-1,5 - - - Formalin 40%, ml/l - - - - 0,6-1 0,5-1 Aminobenzen sunfamit - - - - 0,18-0,25 - PH 1,4-4,5 4-4,8 4-4,8 4,3-5 4,3-5 4,5-5,5 Dc, A/dm2 2,5-10 4-6 4-6 2-6 2-7 2,5-3,5 NhiÖt ®é, oC 45-65 55-60 55-60 50-60 50-60 50-60 2.3. M¹ Cr«m Cr«m lµ kim lo¹i mµu tr¾ng b¹c cã ¸nh xanh; cã ®é cøng rÊt cao vµ chÞu mµi mßn rÊt tèt. Khèi l­îng nguyªn tö b»ng 52,01; träng l­îng riªng b»ng 7,2kg/cm3. NhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 1750-1800oC. Theo ®iÖn thÕ tiªu chuÈn ( Cr/Cr3+= -0,7V) th× nã thuéc c¸c kim lo¹i ho¹t ®éng, nh­ng trong khÝ quyÓn bÒ mÆt cña Cr«m ®­îc sinh ra líp mµng máng oxÝt rÊt kÝn, ch¾c, chèng ¨n mßn tèt lµm cho Cr«m gi÷ ®­îc mµu s¾c vµ ®é bãng rÊt l©u. Trong kh«ng khÝ Èm vµ trong m«i tr­êng oxy hãa, Cr«m cã ®iªn thÕ +02V, v× vËy Cr«m lµ líp m¹ catèt ®èi víi s¾t thÐp. Líp m¹ Cr«m nhÊt thiÕt ph¶i kÝn míi cã thÓ b¶o vÖ ®­îc nÒn thÐp. øng dông quan träng cña m¹ Cr«m lµ: m¹ Cr«m trang søc rÊt máng trong hÖ líp m¹ b¶o vÖ-trang søc; M¹ Cr«m b¶o vÖ chèng ¨n mßn n©ng cao ®é bÒn mßn cho c¸c dông cô cÇm tay; M¹ Cr«m cøng phôc håi chi tiÕt m¸y ®· bÞ mßn. Líp m¹ Cr«m lµm viÖc tèt ë nhiÖt ®é cao ( 500oC ), cã kh¶ n¨ng ph¶n x¹ ¸nh s¸ng tèt vµ kh«ng bÞ mê ®i theo thêi gian, cã ®é cøng rÊt cao ( 8000-10000 N/mm2 ) vµ kh«ng hÒ bÞ suy gi¶m khi nhiÖt ®é lµm viÖc ch­a v­ît qu¸ 350oC. Líp m¹ Cr«m cã hÖ sè ma s¸t rÊt bÐ vµ cã ®é g¾n b¸m tèt víi thÐp, niken, ®ång vµ hîp kim cña ®ång. Nh­ng m¹ c¸c kim lo¹i kh¸c lªn Cr«m th× rÊt khã b¸m do cã líp oxÝt ng¨n c¶n. C¸c dung dÞch m¹ Cr«m M¹ Cr«m tõ dung dÞch cã anion SO42-. Dung dÞch chØ gåm 2 cÊu tö CrO3 vµ H2SO4 . CrO3 cã thÓ dïng víi nång ®é thay khæi trong mét kho¶ng rÊt réng tõ 150-400 g/l vÉn kh«ng ¶nh h­ëng nhiÒu ®Õn d¸ng vÎ bªn ngoµi cña líp m¹. Nång ®é lín cho líp m¹ Ýt cøng, hiÖu suÊt dßng ®iÖn vµ kh¶ n¨ng ph©n bè thÊp. Nång ®é lo·ng cho líp m¹ rÊt cøng, hiÖu suÊt dßng ®iÖn vµ kh¶ n¨ng ph©n bè cao. H2SO4 ®­îc dïng ®Ó cung cÊp anion ho¹t hãa SO42- , nång ®é H2SO4 cao cã su h­íng cho kÕt tña bãng, tinh thÓ nhá. Nång ®é thÊp cho kÕt tña x¸m, kÐm chÊt l­îng. Tû lÖ nång ®é gi÷a hai cÊu tö nµy tèt nhÊt lµ: CrO3/H2SO4 = 100/1; lóc ®ã líp m¹ sÏ bãng s¸ng, cho hiÖu suÊt dßng ®iÖn cao, kh¶ n¨ng ph©n bè lín. M¹ Cr«m tõ dung dÞch cã anion F – M¹ Cr«m tõ dung dÞch chøa F – cã nh÷ng ­u ®iÓm so víi dung dÞch chøa SO42- lµ: cã thÓ m¹ ë nhiÖt ®é phßng; kh¶ n¨ng ph©n bè vµ kh¶ n¨ng m¹ s©u tèt h¬n; ng­ìng Dc tèi thiÓu thÊp h¬n; hiÖu suÊt dßng ®iÖn cao h¬n. Líp m¹ thu ®­îc tõ dung dÞch chøa anion F - cã ®é cøng thÊp, ®é ®µn håi cao vµ cã thÓ m¹ bãng ®­îc. Thµnh phÇn dung dÞch vµ chÕ ®é m¹ nh­ sau: CrO3 300-400 g/l NhiÖt ®é : 20-30oC HF.2H2O 8-12g/l Dc : 10 A/dm2 V× dung dÞch chøa anion F – cã tÝnh ¨n mßn cao nªn bÓ chøa ph¶i bäc lãt b»ng chÊt dÎo. Anèt kh«ng dïng lµ ch× mµ ph¶i dïng hîp kim Pb-Sb (6-8%) hay Pb-Sn (4-6%). M¹ Cr«m tõ dung dÞch cã chøa c¸c anion SO42- vµ SiF62- Dung dÞch chøa ®ång thêi hai anion SO42- vµ SiF62- cã t¸c dông lµm t¨ng kho¶ng nhiÖt ®é vµ mËt ®é dßng ®iÖn cho líp m¹ bãng lªn; t¨ng kh¶ n¨ng ph©n bè vµ trong mét sè tr­êng hîp cô thÓ cßn t¨ng ®­îc n¨ng suÊt m¹ Cr«m lªn. §iÓm næi bËt chung cña dung dÞch nµy lµ thµnh phÇn cña nã lu«n æn ®Þnh nhê dïng d­ c¸c muèi khã tan chøa c¸c anion Êy. Thµnh phÇn tèi ­u vµ chÕ ®é m¹ cña dung dÞch nµy nh­ sau: CrO3 250-300 g/l NhiÖt ®é : 55-65oC CrSO4 5,5-6,5 g/l Dc : 40-100 A/dm2 K2SiF6 18-20 g/l Còng nh­ dung dÞch chøa F –, dung dÞch nµy cã tÝnh ¨n mßn m¹nh, nªn bÓ chøa ph¶i b»ng chÊt dÎo, anèt ph¶i dïng hîp kim Pb-Sn (5-10%) Trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt phô tïng xe ®¹p-xe m¸y, c¸c chi tiÕt chñ yÕu ®­îc m¹ 2 líp: líp trong lµ Niken, líp ngoµi lµ Cr«m. H×nh 1.3 d­íi ®©y xin giíi thiÖu s¬ ®å khèi d©y chuyÒn c«ng nghÖ m¹ Cr«m-Niken . §¸nh bãng c¬ khÝ TÈy röa ®iÖn hãa TÈy röa hãa häc Röa n­íc TÈy ®iÖn hãa b»ng bÓ catèt vµ bÓ anèt Röa n­íc Ho¹t hãa bÒ mÆt vËt cÇn m¹ Röa n­íc M¹ Niken b¸n bãng Röa thu håi sau m¹ M¹ Niken líp 2 Röa thu håi sau m¹ M¹ Niken bãng Chi tiÕt cÇn m¹ Bét mµi Bôi kim lo¹i. NaOH, Na3PO4, Na2SiO2 N­íc th¶i chøa kiÒm NaOH, Na2CO3, N­íc th¶i chøa kiÒm Na3PO4, Na2SiO2 N­íc N­íc th¶i chøa kiÒm Dung dÞch axÝt N­íc th¶i chøa axÝt N­íc N­íc th¶i chøa axÝt H2SO4, HCl N­íc th¶i chøa axÝt N­íc N­íc th¶i chøa axÝt Dung dÞch m¹ Niken. N­íc th¶i chøa axÝt, Ni2+ H¬i axÝt... A Röa thu håi sau m¹ Ho¹t hãa cr«m M¹ Cr«m Röa thu håi sau m¹ SÊy kh« S¶n phÈm Röa n­íc A N­íc Dung dÞch Cr«m Dung dÞch m¹ Cr«m H¬i axÝt..... N­íc th¶i chøa axit, Cr+6 N­íc NhiÖt H¬i hãa chÊt H×nh 1.3. s¬ ®å khèi d©y chuyÒn m¹ Cr-Ni cã kÌm dßng th¶i §Æc tÝnh cña n­íc th¶i N­íc th¶i tõ x­ëng m¹ ®iÖn th¶i ra cã thµnh phÇn ®a d¹ng, nång ®é l¹i thay ®æi rÊt réng, pH còng biÕn ®éng m¹nh tõ axit ®Õn trung tÝnh hoÆc kiÒm. N­íc th¶i ph©n x­ëng m¹ th­êng ®­îc ph©n dßng thµnh 3 lo¹i: n­íc th¶i kiÒm-axit, n­íc th¶i cr«m, n­íc th¶i xyanua. LÝ do ph¶i ph©n ra nh­ vËy v× : + N­íc th¶i xyanua gÆp n­íc th¶i axit hay n­íc th¶i m¹ cr«m(còng cã lÉn axit) sÏ sinh ra khÝ HCN rÊt ®éc, lµm « nhiÔm c¶ x­ëng m¹ lÉn bé phËn tiÕp theo xö lý nã. + N­íc th¶i m¹ cr«m ®Æc xö lý dÔ h¬n khi pha lo·ng chóng. N­íc th¶i Cr«m ngoµi Cr6+ cßn cã thÓ cã c¸c ho¸ chÊt kh¸c nh­: Fe2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+…H2SO4, HCl, HNO3, t¹p chÊt ho¸ häc, nång ®é tæng hîp c¸c chÊt dao ®éng trong kho¶ng 30-300mg/l, pH=1-7. N­íc th¶i xyanua ngoµi CN- cßn cã thÓ cã phøc xyanu kÏm, cadimi, ®ång…muèi, mïn, chÊt bãng, chÊt h÷u c¬. Tæng nång ®é cña xyanua dao ®éng trong kho¶ng 5-300mg/l, pH>1 vµ chøa mét Ýt t¹p chÊt c¬ häc. N­íc th¶i kiÒm-axit chøa c¸c lo¹i axit nh­: H2SO4, HCl, HNO3, HF…chøa c¸c lo¹i kiÒm nh­: NaOH, Na2CO3…, chøa c¸c ion kim lo¹i nh­: Fe2+, Fe3+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+…c¸c lo¹i muèi, pH dao ®éng tõ 1-10. Ngoµi ra, trong n­íc th¶i cßn chøa c¸c chÊt nh­ dÇu mì, chÊt huyÒn phï, ®Êt c¸t, gØ s¾t…Nh­ vËy, n­íc th¶i x­ëng m¹ ®iÖn chøa rÊt nhiÒu c¸c thµnh phÇn kh¸c nhau, nång ®é l¹i biÕn ®éng trong kho¶ng kh¸ réng.Do ®ã, ®Ó xö lý n­íc th¶i m¹ ®iÖn ph¶i dïng nhiÒu c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau, phï hîp víi tõng lo¹i n­íc th¶i vµ nång ®é t¹p chÊt chøa trong nã. ViÖc chän ph­¬ng ph¸p nµo lµ tuú thuéc vµo chØ tiªu kinh tÕ- kü thuËt cho phÐp, ®iÒu kiÖn m«i tr­êng ®Þa ph­¬ng yªu cÇu, nång ®é n­íc th¶i, n­íc xö lý víi môc ®Ých ®Ó dïng l¹i cho s¶n xuÊt hay th¶i ra lu«n m«i tr­êng. Tuy nhiªn, chän ph­¬ng ph¸p nµo còng ph¶i ®¶m b¶o theo ®óng tiªu chuÈn cho phÐp cña nhµ n­íc. Ch­¬ng 2 C¸c vÊn ®Ò vÒ m«i tr­êng C«ng nghiÖp m¹ ®iÖn sinh ra nhiÒu chÊt th¶i ®éc h¹i, ®Æc biÖt lµ kim lo¹i nÆng, g©y « nhiÔm m«i tr­êng xung quanh. KhÝ th¶i Trong c«ng nghÖ m¹ ®iÖn, khÝ th¶i cã thÓ ph¸t sinh ra tõ mét sè nguån sau: ë c«ng ®o¹n gia c«ng bÒ mÆt tr­íc khi m¹, c¸c lo¹i bôi kim lo¹i nh­ bôi Fe, Cu, CrO3...vµ bôi silic ph¸t t¸n ra ngoµi do qu¸ tr×nh mµi vµ ®¸nh bãng. Trong qu¸ trinh tÈy dÇu mì, ho¹t hãa bÒ mÆt cung lµm ph¸t sinh ra khÝ th¶i chøa chñ yÕu lµ h¬i kiÒm, h¬i axit. Trong qu¸ tr×nh m¹, do c«ng nghÖ m¹ Cr«m, m¹ Niken, dung dÞch m¹ ph¶i lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao, c­êng ®é dung dÞch ë bÓ m¹ l¬n, cïng víi qu¸ tr×nh sôc khÝ trong c¸c bÓ m¹ ®· lµm bay h¬i mét l­îng ®¸ng kÓ c¸c hãa chÊt ®­îc sö dông trong bÓ m¹, t¹o ra khÝ « nhiÔm chøa c¸c h¬i axit, c¸c oxit kim lo¹i nh­ CrO3, NiO..., h¬i c¸c chÊt h÷u c¬ sö dông lµm phô gia. II . ChÊt th¶i r¾n ChÊt th¶i r¾n sinh ra tõ mét sè c«ng ®o¹n sau: Trong c«ng ®o¹n gia c«ng vµ lµm s¹ch bÒ mÆt b»ng ph­¬ng ph¸p c¬ häc chñ yÕu sinh ra chÊt th¶i r¾n lµ phoi kim lo¹i. Trong c«ng ®o¹n m¹ ®iÖn, chÊt th¶i r¾n ®­îc sinh ra lµ bïn l¾ng cña c¸c bÓ trung hßa axit nhÑ vµ ë bÓ m¹. L­îng bïn nµy chøa c¸c oxit, hy®r«xit kim lo¹i vµ mét sè kim lo¹i. L­îng chÊt th¶i r¾n ®¸ng quan t©m h¬n c¶ lµ bïn th¶i cña hÖ thèng xö lý n­íc th¶i m¹. L­îng bïn nµy tuy kh«ng lín nh­ng chóng chøa mét l­îng lín c¸c chÊt « nhiÔm víi nång ®é kh¸ cao. Chñ yÕu bao gåm c¸c kim lo¹i nÆng ®éc h¹i ®· ®­îc sö dông trong qu¸ tr×nh m¹ nh­: Cr6+, Ni2+, Zn2+.... ChÊt th¶i r¾n tõ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cña c«ng nghiÖp m¹ ®iÖn chøa rÊt nhiÒu kim lo¹i nÆng vµ c¶ c¸c chÊt ®éc h¹i kh¸c. V× thÕ, nã sÏ g©y « nhiÔm ®Êt vµ nguån n­íc ngÇm nÕu kh«ng ®­îc xö lý vµ ch«n lÊp cÈn thËn. C¸c chÊt « nhiÔm cã thÓ theo chuçi dinh d­ìng ®i vµo c¬ thÓ ng­êi, g©y ra nh÷ng bÖnh nguy hiÓm. III.N­íc th¶i N­íc th¶i chÝnh lµ vÊn ®Ò g©y « nhiÔm m«i tr­êng ®¸ng lo ng¹i nhÊt trong c«ng nghÖ m¹ ®iÖn. Toµn bé qu¸ tr×nh m¹ ®iÖn tiªu tèn mét l­îng n­íc t­¬ng ®èi lín bëi hÇu hÕt mäi c«ng ®o¹n trong d©y chuyÒn m¹ ®iÖn ®Òu ph¶i sö dông ®Õn n­íc. N­íc th¶i m¹ ®iÖn chøa mét l­îng lín kim lo¹i vµ hãa chÊt ®éc h¹i, t¸c ®éng m¹nh tíi søc kháe con ng­êi vµ hÖ sinh th¸i. - N­íc th¶i sinh ra tõ qu¸ tr×nh lµm s¹ch bÒ mÆt chi tiÕt tr­íc khi m¹: C«ng ®o¹n tÈy dÇu mì th­êng sö dông hçn hîp c¸c hãa chÊt nh­ NaOH, Na2CO3, Na3PO4 hoÆc dïng dung m«i h÷u c¬ nh­: tricloetylen (C2HCl3), tetracloetylen (C4Cl4) tetracloetan (C2H2Cl4)....V× vËy n­íc th¶i trong c«ng ®o¹n nµy chñ yÕu cã tÝnh kiÒm vµ chøa dÇu mì. C«ng ®o¹n tÈy gØ, ho¹t hãa bÒ mÆt th­êng sö dông dung dÞch axÝt HCl, H2SO4 nªn n­íc th¶i trong c«ng ®o¹n nµy mang tÝnh axit vµ chøa hµm l­îng Fe2+ kh¸ cao. Tãm l¹i, n­íc th¶i sinh ra tõ qu¸ tr×nh lµm s¹ch bÒ mÆt tr­íc khi m¹ chñ yÕu chøa dÇu mì, kiÒm, axit vµ Fe2+. - N­íc th¶i tõ qu¸ tr×nh m¹ chñ yÕu lµ n­íc röa c¸c chi tiÕt sau khi m¹. C¸c hãa chÊt cã trong bÓ sÏ theo c¸c chi tiÕt vµ gi¸ treo ®i vµo n­íc th¶i. Tïy vµo tõng d©y chuyÒn c«ng nghÖ m¹ mµ c¸c chÊt « nhiÔm trong n­íc th¶i m¹ cã thµnh phÇn vµ nång ®é kh¸c nhau: §èi víi m¹ Cr«m – Niken: n­íc th¶i cã chøa c¸c ion kim lo¹i : Ni2+, Cr6+ , Cr3+, Fe2+... vµ SO42-, Cl-, F-... §èi víi m¹ ®ång: n­íc th¶i cã chøa c¸c ion kim lo¹i nh­ Cu2+, Fe2+... vµ SO4-, F-, CN-... T¸c h¹i cña c¸c hãa chÊt ph¸t sinh trong c«ng nghÖ m¹ ®iÖn ®Õn c¬ thÓ con ng­êi. - Cr«m vµ c¸c hîp chÊt cr«m: CrO3, Cr2O3, K2Cr2O7... cã h¹i cho gan, thËn, hÖ thèng tiªu hãa, tim m¹ch, da vµ c¸c niªm m¹c. - KCN vµ NaCN dÔ ph©n hñy trong kh«ng khÝ Èm khi cã mÆt CO2 vµ t¹o thµnh HCN. Axit HCN cóng cã thÓ tho¸t ra khi bÊt kú lo¹i axit nµo t¸c dông víi c¸c dung dÞch xianua. Khi bÞ ngé ®éc bëi h¬i axit HCN sÏ rÊt khã thë, tª liÖt, khã ngñ, co giËt, thËm chÝ ngõng thë vµ tö vong nÕu qu¸ nÆng. - C¸c Nit¬ oxit ®­îc t¹o thµnh khi tÈy kim lo¹i b»ng HNO3, khi bÞ ngé ®éc tøc thêi sÏ bÞ phï thòng, cßn khi tiÕp xóc th­êng xuyªn sÏ g©y tæn th­¬ng ®­êng h« hÊp trªn vµ r¨ng. - H2SO4 vµ khÝ SO2 lµm tæn th­¬ng c¸c niªm m¹c vµ ®­êng h« hÊp, H2SO4 g©y báng da. - KiÒm cã tÝnh ¨n da m¹nh, chóng ¨n mßn da, m« tÕ bµo vµ cã thÓ g©y báng nÆng t¹i ®ã. - C¸c hîp chÊt Hy®r« c¸cbon clo hãa cã t¸c dông g©y mª, g©y tæn h¹i trong c¬ thÓ, nhÊt lµ gan; g©y tæn th­¬ng niªm m¹c cho ®­êng h« hÊp vµ cho da. - H3PO4 ®Æc biÖt ®éc h¹i khi ®un nãng. HÝt ph¶i kh«ng khÝ cã lÉn chÊt nµy l©u, niªm m¹c mòi sÏ bÞ teo dÇn, ch¶y m¸u mòi, r¹n vì r¨ng. - C¸c dung m«i h÷u c¬ nh­ benzen, toluen... t¸c dông l©u dµi ë nång ®é v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp sÏ g©y ra c¸c bÖnh kinh niªn, lµm rèi lo¹n hÖ thèng tuÇn hoµn vµ hÖ thèng thÇn kinh, g©y tæn th­¬ng thËn vµ c¸c néi t¹ng kh¸c. - Muèi cña Niken g©y viªm niªm m¹c mòi, g©y ra bÖnh eczema ë da, khi bÞ t¸c dông l©u dµi cã thÓ m¾c chøng hen xuyÔn. - §ång vµ c¸c hîp chÊt cña ®ång g©y t¸c h¹i cho r¨ng, niªm m¹c, h¹i da, loÐt d¹ dµy. - C¸c hîp chÊt cña kÏm ®éc víi niªm m¹c mòi, r¨ng, lîi. - Bôi kim lo¹i g©y viªm da, eczema, viªm niªm m¹c mòi vµ häng, g©y bÖnh bôi phæi. Nång ®é giíi h¹n cho phÐp cña c¸c chÊt ®éc h¹i ®­îc quy ®Þnh chÆt trÏ trong c¸c tiªu chuÈn nhµ n­íc. Theo TCVN 5938-1995 vµ 5939-1995 quy ®Þnh: B¶ng 1.5- Nång ®é tèi ®a cho phÐp cña mét sè chÊt ®éc h¹i trong kh«ng khÝ khu vùc s¶n xuÊt theo tiªu chuÈn Bé Y tÕ - 3733/2002/Q§ - BYT ChÊt ®éc h¹i Giíi h¹n cho phÐp (mg/l) ChÊt ®éc h¹i Giíi h¹n cho phÐp (mg/l) Cr vµ c¸c hîp chÊt cña Cr 0,001 Dicloetan 0,05 H¬i xyanua 0,0003 Tricloetan 0,05 H3PO4 0,003 Phenol 0,005 CO 0,02 H2S 0,01 HCl 0,01 SO2 0,02 HF 0,001 N2O3 0,005 HNO3 0,002 ZnO 0,005 H2SO4 0,002 Hg, Pb 0,00001 Cl2 0,001 X¨ng, dÇu háa 0,3 CCl4 0,05 Amoniac 0,02 B¶ng 1.6- Nång ®é bôi tèi ®a cho phÐp trong kh«ng khÝ khu vùc s¶n xuÊt theo tiªu chuÈn Bé Y tÕ - 3733/2002/Q§ - BYT Bôi Nång ®é cho phÐp ( mg/m3) Bôi Nång ®é cho phÐp ( mg/m3) Al, hîp kim Al, nh«m oxit 2 Pb vµ hîp chÊt Pb 0.01 S¾t oxit, hîp chÊt Fe vµ Mn 4 CrO3, cr«m¸t hay bicr«m¸t 0,1 Cadimi, cadimi oxýt 0,1 KÏm oxýt 5 Coban oxýt 0,5 Bôi kiÒm 0,5 Mangan 0,3 KÒn vµ kÒn oxyt 0,5 Ch­¬ng 3 C¬ së lý thuyÕt c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i m¹ ®iÖn C¨n cø vµo ®Æc tÝnh cña n­íc th¶i nh­ ®· nªu ë phÇn III ë trªn th× theo lý thuyÕt cã nh÷ng ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i nh­ sau I . Ph­¬ng ph¸p hãa häc ph­¬ng ph¸p hãa häc lµm s¹ch n­íc th¶i dùa trªn c¸c ph¶n øng oxy hãa-khö; ph¶n øng trung hßa; ph¶n øng keo tô, kÕt tña.... lµm cho c¸c chÊt ®éc h¹i bÞ ph©n hñy, chuyÓn hãa thµnh d¹ng Ýt ®éc hay kh«ng ®éc vµ t¸ch khái n­íc th¶i. Tñy theo l­îng n­íc th¶i nhiÒu hay Ýt m¹ tæ chøc xö lý ngay t¹i chç hay xö lý chung cho c¶ x­ëng hoÆc c¶ nhµ m¸y, còng nh­ chän thiÕt bÞ lµm viÖc tuÇn hoµn liªn tôc hay lµm viÖc gi¸n ®o¹n. Ph­¬ng ph¸p hãa häc tá ra kh¸ ­u viÖt khi nång ®é t¹p chÊt chÝnh trong n­íc th¶i t­¬ng ®èi lín: tõ 50-70 ®Õn 200-1000 mg/l. Ph­¬ng ph¸p hãa häc cã kh¶ n¨ng khö hÕt c¸c chÊt ®éc h¹i phøc t¹p, nh­ng Ýt nh¹y víi t¹p chÊt h÷u c¬, dÇu mì, t¹p chÊt c¬ häc... N­íc sau khi xö lý kh«ng dïng l¹i ngay ®­îc, muèn dïng l¹i th× ph¶i qua mét lÇn xö lý n÷a. 1 . Lµm s¹ch n­íc th¶i xyanua b»ng ph­¬ng ph¸p hãa häc. Nguyªn t¾c: oxy hãa xyanua tù do vµ phøc cña nã thµnh hîp chÊt Ýt ®éc h¬n nh­ xyanat hoÆc nitro vµ cacbonÝc. NÕu oxy hãa b»ng natrihypoclorit th× ph¶n øng x¶y ra nh­ sau: NaCN + NaOCl = NaCNO + NaCl NaCNO + H2O = NaHCO3 + NH3 2NaCNO + 3 NaOCl + H2O = 2CO2 + N2 + 2NaOH + 3 NaCl. C¸c chÊt oxy hãa th­êng dïng trong c«ng nghiÖp nh­ : clo khÝ hoÆc láng; hîp chÊt víi clo ( v«i clorua, c¸c hypoclorit ); «z«n, kalipermaganat. §iÒu kiÖn tiÕn hµnh oxy hãa phô thuéc vµo lo¹i chÊt oxy hãa sö dông, nång ®é xyanua tù do vµ phøc chÊt, pH... . 2. Lµm s¹ch n­íc th¶i cr«m b»ng ph­¬ng ph¸p kÕt tña hãa häc Khi xö lý n­íc th¶i Cr«m do Cr6+ rÊt ®éc, l¹i khã kÕt tña nªn cÇn khö vÒ Cr3+ ®Ó dÔ t¹o d¹ng hydroxyt kÕt tña. V× vËy qu¸ tr×nh t¸ch Cr6+ khái n­íc th¶i b»ng hãa chÊt gåm 2 giai ®o¹n [1] : Khö Cr6+ ®Õn Cr3+ ; KiÒm hãa n­íc th¶i ®Ó kÕt tña Cr3+ (vµ kim lo¹i nÆng) ë d¹ng hydroxyt ChÊt khö cã thÓ dïng natri sunfit, natri bisunfit, natri hydrosunfit vµ pyrosunfit, s¾t (II) sunfat, khÝ SO2, phoi thÐp... C¸c ph¶n øng x¶y ra trong qu¸ tr×nh xö lý : Dïng bi sunfit : Cr2O72 - + 3 HSO3- + 5 H+ = 2 Cr3+ + 3 SO42 - + 4 H2O Dïng sunfit : Cr2O72 - + 3 SO3- + 8 H+ = 2 Cr3+ + 3 SO42 - + 4 H2O Dïng FeSO4, m«i tr­êng axit : H2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 6 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3 Fe2(SO4)3 + 7 H2O Dïng FeSO4, m«i tr­êng kiÒm : Na2Cr2O7 + 3 FeSO4 + 4 NaOH + 4 H2O = Cr(OH)3 ¯ + 3 Fe(OH)3 ¯ + 3 Na2SO4 Dïng chÊt khö cã chøa ion SO32 - ph¶i tiÕn hµnh trong m«i tr­êng axit cã pH = 2,5 - 3,5. Trong qu¸ tr×nh khö sÏ sinh ra Cr2(SO4)3, Na2SO4, H2O vµ lµm t¨ng pH lªn, nªn tèc ®é ph¶n øng chËm dÇn l¹i, nÕu ®Ó pH > 3,5 - 4 ph¶n øng khö Cr6+ sÏ bÞ ngõng l¹i, cho dï cã cho d­ chÊt khö ®Õn mÊy ®i n÷a. Nång ®é Cr6+ trong n­íc th¶i cã ý nghÜa rÊt quan träng. Khi nång ®é Cr6+ thÊp qu¸, l­îng tiªu tèn chÊt khö sÏ t¨ng lªn rÊt nhiÒu so víi khi nång ®é Cr6+ lín. pH cµng cao l­îng tiªu tèn chÊt khö còng sÏ cµng cao. Khö b»ng FeSO4 th× m«i tr­êng cã thÓ lµ kiÒm hoÆc axit. Tèt nhÊt lµ khö ë m«i tr­êng kiÒm v× gi¶m ®­îc l­îng kiÒm cho ph¶n øng xuèng hai lÇn nªn ®ì tèn xót vµ v«i h¬n. Nªn tËn dông dung dÞch kiÒm háng, dung dÞch kiÒm tÈy dÇu mì, n­íc th¶i kiÒm tÝnh,... ®Ó kiÒm hãa n­íc th¶i cÇn xö lý. Sau khi khö Cr6+ thµnh Cr3+, Cr3+ sÏ kÕt hîp víi t¸c nh©n trung hßa t¹o kÕt tña d¹ng hydroxyt : Cr6+ + 3OH- ® Cr(OH)3 ¯ Th«ng th­êng gi¸ trÞ pH gi¶m sau khi kÕt tña. Nguyªn nh©n cã thÓ do : Trong qu¸ tr×nh kÕt tña t¹o thµnh c¸c hydroxyt kim lo¹i khã tan, hµm l­îng ion OH- gi¶m HÊp phô c¸c chÊt trung hßa vµo c¸c b«ng cÆn cã bÒ mÆt lín Trong dung dÞch cã mÆt hîp chÊt s¾t Fe2+ nªn Fe2+ sÏ bÞ oxy hãa bëi O2 tan trong n­íc t¹o thµnh ion H+ theo ph¶n øng : 2 Fe2+ + 5 H2O + 1/2 O2 = 2 Fe(OH)3¯ + 4 H+ Do vËy ®Ó qu¸ tr×nh keo tô ®¹t hiÖu qu¶ cao th× cÇn bæ sung thªm hãa chÊt ®iÒu chØnh pH trong qua tr×nh xö lý. Ta cã s¬ ®å chung cña hÖ thèng xö lý n­íc th¶i Crom : Hãa chÊt Hãa chÊt khö keo tô BÓ chøa n­íc th¶i HÖ thèng bÓ ph¶n øng N­íc th¶i ThiÕt bÞ kÕt N­íc sau chøa Cr6+ b«ng vµ xö lý l¾ng Xö lý bïn Hãa chÊt ®iÒu chØnh pH Bïn H×nh 2.1 - S¬ ®å xö lý n­íc th¶i Crom [3] HÖ thèng gåm bÓ chøa n­íc th¶i víi môc ®Ých chøa vµ ®iÒu hßa l­u l­îng, bÓ ph¶n øng lµ thiÕt bÞ chÝnh cña hÖ thèng, trong ®ã hãa chÊt ®iÒu chØnh pH, hãa chÊt khö vµ hãa chÊt keo tô t¸c dông víi hîp chÊt chøa kim lo¹i cã trong n­íc th¶i t¹o ra hydroxyt kim lo¹i hay muèi kim lo¹i kÕt tña. Sau ph¶n øng hçn hîp n­íc vµ chÊt kÕt tña ®­îc ®­a qua bÓ l¾ng ®Ó t¸ch b«ng cÆn. §Ó trî gióp qu¸ tr×nh l¾ng cã thÓ bæ sung chÊt trî l¾ng hay chÊt t¹o keo nÕu cÇn. B«ng cÆn (bïn) ®­îc t¸ch n­íc, sau ®ã ®­a ®i xö lý tïy thuéc ®Æc tÝnh vµ thµnh phÇn cña bïn. 3. Lµm s¹ch n­íc th¶i kiÒm-axit b»ng ph­¬ng ph¸p hãa häc N­íc th¶i kiÒm - axit th­êng ®­îc gép chung vµo nhau ®Ó lîi dông tÝnh chÊt cña chóng nh»m trung hßa dßng th¶i. Dßng th¶i Niken còng ®­îc thu gom chung vµo ®©y. Nh­ vËy dßng th¶i kiÒm - axit cã chøa c¸c ion kim lo¹i nh­ Ni2+, Cu2+, Zn2+,... Nguyªn t¾c lµm s¹ch n­íc th¶i kiÒm - axit lµ trung hßa nã ®Õn pH 8,5-9 ®Ó kÕt tña kim lo¹i cã trong n­íc th¶i. ViÖc trung hßa n­íc th¶i kiÒm - axit cã thÓ tiÕn hµnh tù ®éng b»ng c¸ch trén c¸c dßng n­íc th¶i cña x­ëng, vµ bæ sung thªm c¸c hãa chÊt trung hßa nh­ NaOH, Ca(OH)2,... Sau ®ã l¾ng g¹n ®Ó t¸ch c¸c kim lo¹i. NÕu l¾ng g¹n ®¬n gi¶n sÏ kh«ng thÓ t¸ch hoµn toµn c¸c kim lo¹i v× trong n­íc sau xö lý vÉn cßn cã mét l­îng t­¬ng øng víi ®é hßa tan cña chóng. Muèn lo¹i bá chóng triÖt ®Ó h¬n, sau khi l¾ng g¹n cÇn xö lý n­íc thªm b»ng hãa chÊt råi läc trªn c¸c thiÕt bÞ läc, trong ®ã cã cho thªm bét antraxit, keramzit, sunfocacbon,... N­íc tõ m¸y läc ra, ®Æc biÖt lµ läc cã cho thªm sunfocacbon, cã thÓ ®­a phÇn lín chóng vµo hÖ thèng cÊp dÉn n­íc ®Ó dïng l¹i, hay dÉn toµn bé ®Õn n¬i nµo cÇn dïng n­íc cã chÊt l­îng kh«ng cao l¾m. HÖ thèng xö lý n­íc th¶i kiÒm - axit cã chøa c¸c ion kim lo¹i nÆng Ni2+, Cu2+, Zn2+,...t­¬ng tù hÖ thèng xö lý n­íc th¶i cr«m, nh­ng kh«ng cÇn bÓ ph¶n øng khö. S¬ ®å hÖ thèng nh­ sau : Hãa chÊt Hãa chÊt ®iÒu chØnh pH keo tô BÓ chøa n­íc th¶i BÓ keo tô Xö lý bïn N­íc th¶i ThiÕt bÞ N­íc sau (axit, kiÒm, Ni2+) l¾ng xö lý Bïn H×nh 2.2 - S¬ ®å hÖ thèng xö lý dßng th¶i Ni + kiÒm + axit [3] Ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p hãa häc cã ­u ®iÓm lín lµ hiÖu suÊt khö chÊt « nhiÔm trong n­íc th¶i kh¸ cao, xö lý ®­îc l­îng lín n­íc th¶i, nh­ng kh«ng thu håi ®­îc c¸c chÊt cã Ých ®Ó dïng l¹i nh­ kim lo¹i, c¸c axit, kiÒm, hãa chÊt xö lý. II . Ph­¬ng ph¸p ®iÖn hãa. N­íc th¶i m¹ còng cã thÓ xö lý b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÖn hãa b»ng c¸ch sö dông c¸c qu¸ tr×nh oxy hãa cña an«t vµ khö cña cat«t. Khi lµm s¹ch n­íc th¶i cr«m ph¶i cho ion Cl - vµo ®Ó kh¾c phôc hiÖn t­îng thô ®éng an«t vµ cat«t. Qu¸ tr×nh khö c¸c cationit x¶y ra t¹i c¸c cat«t, t¹i ®©y ion kim lo¹i bÞ khö thµnh ion Ýt ®éc h¬n (Cr6+ thµnh Cr3+) hoÆc t¹o thµnh kim lo¹i b¸m vµo ®iÖn cùc (Ni2+ thµnh Ni). Ph­¬ng tr×nh ph¶n øng ®iÖn cùc chung cã thÓ viÕt nh­ sau : Mem+ + ne = Mem-n ( m ³ n) trong ®ã : m : hãa trÞ cña kim lo¹i n : sè ®iÖn tö lµm thay ®æi hãa trÞ Ph­¬ng tr×nh trªn ®èi víi qu¸ tr×nh khö Cr6+ cã d¹ng : Cr2O72- + 14 H+ + 12 e = 2 Cr3+ + 7 H2O Qu¸ tr×nh lµm s¹ch cã tho¸t ra khÝ hy®ro vµ oxy lµm cho hy®roxyt sinh ra ë d¹ng t¬i xèp vµ næi lªn. C¸c hy®roxyt ®­îc läc ly t©m hay läc ch©n kh«ng ®Ó t¸ch ra. Ph­¬ng ph¸p khö ®iÖn hãa cho phÐp lµm s¹ch n­íc th¶i cã nhiÒu c¸c ion kim lo¹i. Nh­ng sau khi khö, nång ®é s¾t trong n­íc t¨ng lªn do an«t dïng trong hÖ thèng lµ an«t thÐp hßa tan Cr3+ ®­îc t¸ch ra khái n­íc th¶i d­íi d¹ng kÕt tña hy®roxyt b»ng c¸ch kiÒm hãa n­íc th¶i ®Õn pH 8,5 - 8,8. CÇn chó ý kh«ng ®­îc ®Ó lÉn n­íc th¶i chøa Cr3+ víi chÊt oxy hãa, nhÊt lµ Clo ho¹t tÝnh, v× khi ®ã Cr3+ sÏ dÔ dµng bÞ oxy hãa thµnh Cr6+ trë l¹i. §Ó lµm s¹ch n­íc th¶i cã thÓ dïng thiÕt bÞ lµm viÖc gi¸n ®o¹n, theo chu kú, nh­ng sau mçi lÇn tiÕn hµnh xong mäi ph¶n øng (khö vµ t¹o thµnh hy®roxyt) nhÊt thiÕt ph¶i ®uæi hÕt kh«ng khÝ n»m trong v¸ng næi vµ trong hy®roxyt. Ph­¬ng ph¸p nµy tuy kh«ng phøc t¹p nh­ng chØ thÝch hîp cho c¸c dßng th¶i cã nång ®é chÊt « nhiÔm lín. Ngoµi ra nã còng rÊt tèn n¨ng l­îng cho qu¸ tr×nh ®iÖn hãa. V× vËy nã chØ thÝch hîp ®Ó xö lý s¬ bé c¸c dßng th¶i cã hµm l­îng chÊt « nhiÔm lín tr­íc khi ®i vµo thiÕt bÞ xö lý bËc cao. 2.3. Ph­¬ng ph¸p trao ®æi ion Nguyªn t¾c lµ cho n­íc th¶i läc lÇn l­ît qua hai cét cationit vµ anionit, c¸c cation t¹p chÊt sÏ ®­îc gi÷ l¹i ë cét ®Çu, c¸c anion t¹p chÊt sÏ ®­îc gi÷ l¹i ë cét cuèi, n­íc trë nªn rÊt s¹ch, hoµn toµn cã thÓ dïng l¹i. Sau mét thêi gian lµm viÖc, c¸c cét ionit ®­îc t¸i sinh: cationit ®­îc läc röa riªng b»ng H2SO4 hay HCl 3 - 10 %; anionit ®­îc läc röa riªng b»ng NaOH hay Na2CO3. N­íc röa cationit chøa c¸c lo¹i cation vµ axit d­ ®­îc ®­a ®i thu håi vµ dïng vµo viÖc kh¸c; cationit ®­îc t¸i sinh vµ b¾t ®Çu chu kú lµm viÖc míi. N­íc röa anionit còng diÔn ra t­¬ng tù nh­ vËy. Ph­¬ng ph¸p nµy tiÖn lîi, dÔ sö dông, nhiÒu n¬i ®ang dïng, nhÊt lµ c¸c x­ëng cã n¨ng suÊt nhá vµ võa. Ph­¬ng ph¸p trao ®æi ion thÝch hîp víi viÖc lµm s¹ch n­íc th¶i crom vµ n­íc th¶i kiÒm - axit, nh­ng ph¶i t¸ch riªng chóng ra. VÝ dô, khi n­íc th¶i crom nhá, th¶i ra tõ 1 - 2 bÓ röa th× dïng mét bé trao ®æi ion lµ tiÖn nhÊt. Tèt nhÊt lµ dïng ph­¬ng ph¸p trao ®æi ion ngay t¹i c¸c bÓ röa. Khi ®ã tïy theo yªu cÇu chÊt l­îng n­íc t¹i kh©u röa Êy mµ Ên ®Þnh cho thiÕt bÞ trao ®æi ion chØ ph¶i lo¹i bá mét sè t¹p chÊt cÇn thiÕt nhÊt ®· cã thÓ dïng l¹i ®Ó röa råi. Nhê vËy, hiÖu qu¶ kinh tÕ cµng cao h¬n, bá ®­îc nhiÒu cèng r·nh hay èng dÉn, n­íc vµ hãa chÊt thu håi ®Òu dïng l¹i ®­îc. IV. Ph­¬ng ph¸p sinh häc Ngµy nay sö dông ph­¬ng ph¸p sinh häc ®Ó lo¹i bá kim lo¹i nÆng trong n­íc th¶i ®·, ®ang ®­îc nghiªn cøu vµ øng dông. Trong sè c¸c sinh vËt cã kh¶ n¨ng ®ãng vai trß lµ chÊt hÊp phô sinh häc th× c¸c lo¹i t¶o hay vi t¶o ®­îc ®Æc biÖt chó ý. Nguyªn lý cña ph­¬ng ph¸p lµ dùa trªn nguyªn t¾c mét sè loµi thùc vËt, vi sinh vËt trong n­íc sö dông kim lo¹i nh­ chÊt vi l­îng trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn sinh khèi nh­ bÌo t©y, bÌo tæ ong, t¶o,... Víi ph­¬ng ph¸p nµy, n­íc th¶i ph¶i cã nång ®é kim lo¹i nÆng nhá h¬n 60 mg/l vµ bæ sung ®ñ chÊt dinh d­ìng (N, P) vµ c¸c nguyªn tè vi l­îng cÇn thiÕt kh¸c cho sù ph¸t triÓn cña c¸c loµi thùc vËt nh­ rong t¶o. Do ®ã qu¸ tr×nh xö lý ®ßi hái ph¶i trén lÉn n­íc th¶i sinh ho¹t ®Ó bæ sung chÊt dinh d­ìng vµ pha lo·ng hµm l­îng chÊt « nhiÔm trong n­íc th¶i. Ph­¬ng ph¸p nµy cÇn diÖn tÝch xö lý lín vµ nÕu n­íc th¶i cã lÉn nhiÒu kim lo¹i th× hiÖu qu¶ xö lý kÐm. Tuy vËy ®©y lµ mét c«ng nghÖ xö lý th©n thiÖn víi m«i tr­êng do kh«ng sinh chÊt th¶i cÇn tiÕp tôc xö lý vµ kh«ng sö dông hãa chÊt. Nh­ng ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng thÝch hîp ®Ó xö lý n­íc th¶i m¹ ®iÖn cã hµm l­îng « nhiÔm lín. Ch­¬ng 4 TÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng xö lý n­íc th¶i NhiÖm vô thiÕt kÕ: ThiÕt kÕ hÖ thèng xö lý n­íc th¶i ph©n x­ëng m¹ ®iÖn c«ng suÊt 100m3/ngµy ®ªm Þ L­îng n­íc th¶i trung b×nh trong mét ngµy lµ:100m3/ngµy ®ªm Do ph¶i t¸ch riªng dßng th¶i nªn cÇn ph¶i xÐt l­u l­îng tõng dßng th¶i. Th«ng th­êng, trong d©y chuyÒn m¹ Ni-Cr ho¹t ®éng liªn tôc, tû lÖ l­u l­îng dßng n­íc th¶i chøa Cr vµ dßng n­íc th¶i chøa Ni + KÒm + AxÝt nh­ sau [1]: -Dßng th¶i chøa Cr chiÕm 30% tæng l­u l­îng -Dßng th¶i chøa Ni + KiÒm + AxÝt chiÕm 70% tæng l­u l­îng Þ L­u l­îng dßng th¶i chøa Cr«m lµ: QCr= 30 m3/ngµy L­u l­îng dßng th¶i chøa Ni + KiÒm + AxÝt lµ: QNi=100-30=70 m3/ngµy HÖ thèng lµm viÖc liªn tôc 24/24 nªn l­u l­îng dßng th¶i tÝnh theo giê lµ: QCr= 1,25 m3/h QNi= 2,92 m3/h - C¸c th«ng sè cña dßng th¶i. Do n­íc th¶i kh«ng æn ®Þnh c¶ vÒ l­u l­îng vµ thµnh phÇn mµ phô thuéc rÊt nhiÒu vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, ®Æc biÖt lµ qu¸ tr×nh thay röa bÓ, nªn khã cã thÓ tÝnh to¸n nång ®é c¸c chÊt trong n­íc th¶i mét c¸ch chÝnh x¸c. Nh­ng nhê cã bÓ ®iÒu hßa ®Ó æn ®Þnh nång ®é chÊt « nhiÔm cÊp vµo bÓ xö lý, do ®ã cã thÓ chän nång ®é tiªu biÓu cña dßng th¶i ë b¶ng sau : B¶ng 3.1 - Nång ®é cña n­íc th¶i tr­íc khi xö lý TT C¸c th«ng sè §¬n vÞ N­íc th¶i ®Çu vµo TCVN 5945 – 1995 (B) N­íc th¶i Cr N­íc th¶i Ni 1 pH 3,45 7,2 5,5 - 9 2 SS mg/l 150 200 100 3 COD mg/l 200 250 100 4 Cr6+ mg/l 20 - 0,1 5 Ni2+ mg/l - 45 1 Ta chän th«ng sè thiÕt kÕ dùa trªn mét sè thµnh phÇn « nhiÔm chÝnh nh­ sau . Nång ®é Ni2+ = 45 mg/l = 45 g/m3. Þ T¶i l­îng cña Ni2+ trong 1 h = 45 g/m3 ´ 2,92 m3/ h = 131,25 (g/h) . Nång ®é Cr6+ = 20 mg/l = 20 g/m3. Þ T¶i l­îng cña Cr6+ trong 1 h = 20 g/m3 ´ 1,25 m3/ h = 25 (g/h) I . Ph©n tÝch lùa chän ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i m¹ ®iÖn. 1. So s¸nh c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý §Ó xö lý n­íc th¶i m¹ ®iÖn cã thÓ dïng nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau, phï hîp víi tõng lo¹i n­íc th¶i vµ nång ®é t¹p chÊt chøa trong nã. Phæ biÕn nhÊt lµ dïng ph­¬ng ph¸p hãa häc (theo ph­¬ng ph¸p khö), råi ®Õn ph­¬ng ph¸p trao ®æi ion, ph­¬ng ph¸p c« ®Æc, ®iÖn thÈm tÝch,...VÊn ®Ò chän ph­¬ng ph¸p thÝch hîp nµo lµ tïy ë chØ tiªu kinh tÕ - kü thuËt cho phÐp, ®iÒu kiÖn m«i tr­êng ®Þa ph­¬ng yªu cÇu, nång ®é n­íc th¶i, n­íc xö lý víi môc ®Ých dïng l¹i hay ®Ó th¶i ra m«i tr­êng,...MÆt kh¸c n­íc th¶i sau xö lý còng ph¶i ®¶m b¶o nång ®é c¸c chÊt « nhiÔm b»ng hay thÊp h¬n tiªu chuÈn cho phÐp. Trong tr­êng hîp c¸c doanh nghiÖp ViÖt Nam cã l­îng vèn ®Çu t­ cho m«i tr­êng kh«ng lín nªn tèt nhÊt lµ chän ph­¬ng ph¸p Ýt tèn kÐm nh­ng vÉn ®¹t ®­îc tiªu chuÈn cho phÐp. XÐt c¸c ­u nh­îc ®iÓm cña mét sè ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i : Ph­¬ng ph¸p khö - kÕt tña hãa häc ¦u ®iÓm : HiÖu suÊt khö chÊt « nhiÔm kh¸ cao, rÊt thÝch hîp khi hµm l­îng chÊt « nhiÔm trong n­íc th¶i cao Xö lý ®­îc l­îng n­íc th¶i lín VËn hµnh dÔ dµng, thiÕt bÞ ®¬n gi¶n Gi¸ thµnh kh«ng cao H¹n chÕ : Kh«ng thu håi ®­îc c¸c chÊt cã Ých ®Ó dïng l¹i nh­ kim lo¹i, c¸c axit, kiÒm, ho¸ chÊt xö lý T¹o ra chÊt th¶i r¾n cÇn ph¶i xö lý tiÕp Ph­¬ng ph¸p trao ®æi ion ¦u ®iÓm : HiÖu qu¶ xö lý cao h¬n Thu håi ®­îc n­íc s¹ch vµ c¸c chÊt cã Ých ®Ó dïng l¹i T¹o ra Ýt chÊt th¶i H¹n chÕ : Chi phÝ ®Çu t­ lín VËn hµnh phøc t¹p Ph­¬ng ph¸p ®iÖn hãa ¦u ®iÓm : S¬ ®å c«ng nghÖ t­îng ®èi ®¬n gi¶n vµ cã thÓ dÔ dµng tù ®éng hãa HiÖu qu¶ xö lý cao ®èi víi dßng th¶i cã nång ®é chÊt « nhiÔm lín Cã thÓ thu håi n­íc s¹ch vµ c¸c chÊt cã Ých ®Ó dïng l¹i, t¹o ra Ýt chÊt th¶i Kh«ng cÇn sö dông c¸c t¸c nh©n hãa häc H¹n chÕ : Tèn n¨ng l­îng, chi phÝ cao Kh«ng thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn kinh tÕ vµ tr×nh ®é khoa häc c«ng nghÖ hiÖn nay cña n­íc ta. Ph­¬ng ph¸p sinh häc ¦u ®iÓm : Qu¸ tr×nh xö lý kh«ng t¹o chÊt th¶i nªn th©n thiÖn víi m«i tr­êng Gi¸ thµnh thÊp H¹n chÕ: Thêi gian xö lý l©u vµ yªu cÇu diÖn tÝch xö lý lín HiÖu qu¶ thÊp nÕu hµm l­îng chÊt « nhiÔm trong dßng th¶i kh«ng æn ®Þnh hoÆc qu¸ lín Qu¸ tr×nh vËn hµnh ph¶i kiÓm so¸t ®­îc c¸c chÊt « nhiÔm trong dßng th¶i vµ l­îng chÊt dinh d­ìng N, P cÊp thªm vµo dßng th¶i B¶ng 3.2 - HiÖu qu¶ lµm s¹ch vµ gi¸ thµnh so s¸nh gi÷a c¸c ph­¬ng ph¸p [1] Ph­¬ng ph¸p lµm s¹ch HiÖu qu¶ lµm s¹ch, % Gi¸ thµnh ®¬n vÞ tiÒn / m3 Gi¸ thµnh ®¬n vÞ tiÒn / kg Lµm s¹ch b»ng hãa chÊt (trung hßa, khö, oxy hãa c¸c chÊt v« c¬) vµ lµm mét phÇn chÊt h÷u c¬ 80 - 95 50 - 80 340 - 380 Läc (t¹p chÊt keo, hydroxyt, huyÒn phï ) 50 - 90 30 - 80 20 - 50 HÊp phô b»ng than ho¹t tÝnh (c¸c chÊt v« c¬ vµ h÷u c¬) 90 - 98 100 - 200 400 - 500 Trao ®æi ion (c¸c chÊt v« c¬, N, hîp chÊt chøa P) 80 - 92 60 - 200 360 - 500 ThÈm thÊu ng­îc (siªu läc) dïng cho chÊt v« c¬ hßa tan 65 - 95 50 - 300 10 - 20 §iÖn thÈm tÝch dïng cho c¸c chÊt v« c¬ vµ mét phÇn c¸c chÊt h÷u c¬ hßa tan 60 - 80 65 - 100 2 - 5 Ch­ng cÊt 90 - 98 200 - 500 100 - 200 Chó thÝch : §¬n vÞ tiÒn/m3 hay ®¬n vÞ tiÒn/kg ë ®©y chØ cã ý nghÜa ®Ó so s¸nh gi¸ thµnh gi÷a c¸c ph­¬ng ph¸p, kh«ng ph¶i gi¸ thµnh tÝnh b»ng VND. Cã thÓ thÊy theo b¶ng trªn th× ph­¬ng ph¸p xö lý b»ng hãa chÊt ®¹t hiÖu qu¶ xö lý kh¸ cao ®ång thêi gi¸ thµnh xö lý 1 m3 n­íc th¶i lµ cã thÓ chÊp nhËn ®­îc khi xö lý l­îng n­íc th¶i lín. Cßn c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nh­ läc, ®iÖn thÈm tÝch,.. dï gi¸ thµnh kh¸ rÎ nh­ng hiÖu qu¶ kh«ng cao, chØ thÝch hîp lµm ph­¬ng ph¸p phô trî cho ph­¬ng ph¸p hãa chÊt. Nh÷ng ph­¬ng ph¸p nh­ trao ®æi ion, ch­ng cÊt, hÊp phô b»ng than ho¹t tÝnh,... dï hiÖu qu¶ xö lý kh¸ triÖt ®Ó nh­ng gi¸ thµnh xö lý 1 m3 n­íc th¶i cao, kh«ng thÝch hîp xö lý l­îng n­íc th¶i lín, chØ thÝch hîp ®èi víi l­îng n­íc th¶i nhá vµ ë nh÷ng vïng hiÕm n­íc. 2. Lùa chän ph­¬ng ph¸p kh¶ thi - Do ¸p dông c«ng nghÖ m¹ tiªn tiÕn, tiÕt kiÖm ®­îc hãa chÊt sö dông. Do ®ã l­îng n­íc th¶i kh«ng lín vµ nång ®é kh«ng cao. V× vËy viÖc thu håi sÏ kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ do ph¶i ®Çu t­ thiÕt bÞ xö lý t¸i sinh. - Dßng th¶i m¹ Cr«m cã chøa Cr+6 rÊt ®éc, v× vËy nªn sö dông ph­¬ng ph¸p khö ®Ó khö vÒ d¹ng Cr+3 Ýt ®éc h¬n nhiÒu. Ngoµi ra dßng n­íc th¶i chñ yÕu mang tÝnh axÝt, nªn ta ¸p dông ph­¬ng ph¸p trung hßa lµ ®¬n gi¶n nhÊt. - Qu¸ tr×nh trung hßa vµ khö t¹o ra l­îng cÆn lín. H¬n n÷a ®Ó l¾ng Cr+3 ta cã thÓ dïng s÷a v«i Ca(OH)2 ®Ó t¹o kÕt tña Cr(OH)3 rÊt hiÖu qu¶ vµ gi¸ thµnh kh«ng cao. TiÕp theo, ®Ó t¸ch c¸c cÆn l¬ löng nµy, tèt nhÊt sö dông kÕt hîp víi c¸c chÊt t¹o b«ng nh­ phÌn s¾t, phÌn nh«m hoÆc chÊt trî t¹o b«ng PAA. Nh­ vËy ta sÏ lùa chän ph­¬ng ph¸p khö – kÕt tña hãa häc kÕt hîp víi trung hßa vµ l¾ng ®Ó thiÕt kÕ d©y chuyÒn xö lý n­íc th¶i m¹ víi hiÖu qu¶ xö lý ®¹t 95%, n­íc th¶i sau xö lý ®¹t tiªu chuÈn lo¹i B theo TCVN 5945 – 1995 3.1.3. S¬ ®å chung cña hÖ thèng xö lý n­íc th¶i m¹ Dßng th¶i chøa Cr Dßng th¶i chøa Ni, axÝt, kiÒm BÓ ®iÒu hßa BÓ ®iÒu hßa ThiÕt bÞ t¸ch dÇu ThiÕt bÞ t¸ch dÇu BÓ ph¶n øng khö BÓ t¹o b«ng + l¾ng BÓ läc nhanh BÓ chøa bïn BÓ ®iÒu chØnh pH lÇn cuèi BÓ hßa trén n­íc th¶i + s÷a v«i Ðp bïn H2SO4 NaHSO3 Ca(OH)2 H2SO4 NaOH Bïn ®i xö lý tiÕp M­¬ng tho¸t n­íc H×nh 3.1- S¬ ®å hÖ thèng xö lý n­íc th¶i m¹ Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña hÖ thèng : N­íc th¶i ®­îc t¸ch thµnh dßng chøaCr vµ dßng chøa (Ni+KiÒm+Axit) riªng ®Ó ®­a ®i xö lý. C¸c dßng th¶i ®i vµo bÓ ®iÒu hßa ®Ó æn ®Þnh l­u l­îng vµ nång ®é c¸c chÊt trong n­íc th¶i. Sau ®ã chóng ®­îc ®i qua thiÕt bÞ t¸ch dÇu ®Ó t¸ch dÇu mì vµ c¸c t¹p chÊt næi cã trong dßng th¶i. Sau khi ra khái thiÕt bÞ t¸ch dÇu, riªng ®èi víi dßng th¶i chøa cr«m sÏ ®­îc b¬m vµo bÓ ph¶n øng ®Ó khö Cr6+ thµnh Cr3+. ChÊt khö lµ NaHSO3 ®­îc cÊp b»ng b¬m ®Þnh l­îng. Do m«i tr­êng tiÕn hµnh ph¶n øng khö ®ßi hái pH = 2 ¸ 2,5, v× vËy ph¶i bæ sung H2SO4 vµo ®Ó ®¹t ®­îc pH cÇn thiÕt. BÓ ph¶n øng cã 2 ng¨n : ng¨n thø nhÊt cÊp NaHSO3 vµ H2SO4, trong bÓ cã l¾p c¸nh khuÊy ®Ó ®¶m b¶o khuÊy trén ®Òu hãa chÊt trong n­íc th¶i; ng¨n thø hai lµ ng¨n l¾ng ®Ó võa kÕt hîp l¾ng c¸c phÇn tö cã kÝch th­íc lín, võa cã thêi gian ®Ó ph¶n øng x¶y ra hoµn toµn h¬n. C¸c dßng th¶i sau ®ã ®­îc b¬m sang bÓ hßa trén n­íc th¶i víi s÷a v«i nh»m môc ®Ých n©ng pH cña n­íc th¶i lªn kho¶ng 10 ¸ 11 ®Ó x¶y ra ph¶n øng chuyÓn c¸c ion kim lo¹i cã trong n­íc th¶i sang d¹ng c¸c hydroxyt kÕt tña nh­: Cr(OH)3; Ni(OH)2... BÓ hßa trén cã d¹ng h×nh trô trßn, bªn trong cã bè trÝ c¸nh khuÊy nh»m hßa trén nhanh n­íc th¶i víi s÷a v«i. N­íc th¶i sau khi ®· ®­îc hßa trén ®Òu víi s÷a v«i sÏ ®­îc b¬m ®Þnh l­îng sang bÓ t¹o b«ng vµ l¾ng. §©y thùc chÊt lµ mét thiÕt bÞ kÐp, kÕt hîp bÓ ph¶n øng xo¸y h×nh trô víi bÓ l¾ng ®øng. §Çu tiªn, n­íc th¶i ®­îc b¬m vµo bÓ ph¶n øng xo¸y h×nh trô, t¹i ®©y do t¸c dông cña c¸c dßng xo¸y, nh÷ng b«ng cÆn kÕt tña sÏ kÕt hîp víi nhau t¹o nªn nh÷ng b«ng cÆn cã kÝch cì lín h¬n, khèi l­îng lín h¬n vµ dÔ l¾ng h¬n. §Ó t¨ng hiÖu qu¶ cho qu¸ tr×nh t¹o b«ng, ta bæ sung chÊt trî t¹o b«ng PAA. N­íc th¶i sau khi ra khái bÓ ph¶n øng xo¸y h×nh trô sÏ tù ®éng sang bÓ l¾ng ®øng. T¹i ®©y, c¸c b«ng cÆn kÕt tña sÏ l¾ng xu«ng d­íi ®¸y vµ ®­îc dÞnh kú x¶ vµo bÓ chøa bïn. Bïn sau ®ã ®i sang thiÕt bÞ Ðp bïn nh»m thu nhá thÓ tÝch vµ ®­îc chuyÓn ®i xö lý tiÕp. N­íc trong ch¶y trµn lªn trªn råi theo m¸ng dÉn n­íc ®i sang bÓ läc nhanh 2 líp ®Ó t¸ch nèt c¸c t¹p chÊt nhá mµ ë bÓ l¾ng kh«ng t¸ch ®­îc. Cuèi cïng, n­íc th¶i sau khi qua c¸c c«ng ®o¹n xö lý sÏ ®­îc ®­a vµo bÓ ®iÒu chØnh pH lÇn cuèi. T¹i ®©y ta dïng H2SO4 vµ NaOH ®Ó ®iÒu chØnh pH n­íc th¶i tíi gi¸ trÞ yªu cÇu. N­íc th¶i sau ®ã ®­îc th¶i ra m­¬ng tho¸t n­íc. TÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra trong hÖ thèng ®Òu ®­îc ®iÒu khiÓn tù ®éng. 3.2. TÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ 1. TÝnh to¸n bÓ ph¶n øng Chän lo¹i thiÕt bÞ ph¶n øng khuÊy trén lý t­ëng liªn tôc víi t¸c nh©n khö lµ NaHSO3. Ph¶n øng x¶y ra trong thiÕt bÞ nh­ sau: 4 H2CrO4 + 6 NaHSO3 + 3 H2SO4 = 2 Cr2(SO4)3 + 3 Na2SO4 + 10 H2O (3.1) Ph­¬ng tr×nh d¹ng ion: 4CrO42- + 6 HSO3- + 14 H+ = 4 Cr3+ + 6 SO42 - + 10 H2O Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh trong m«i tr­êng pH = 2¸3 Theo ph­¬ng tr×nh (3.1) ta thÊy: ®Ó khö 208g Cr6+ thµnh Cr3+ cÇn (6´104) = 624g NaHSO3 vµ (3´98) = 294 g H2SO4. Do ®ã ®Ó khö 1 kg Cr6+ thµnh Cr3+ cÇn x kg NaHSO3 vµ y kg H2SO4. NaHSO3 H2SO3 Víi thiÕt bÞ khuÊy trén liªn tôc, thÓ tÝch cña thiÕt bÞ ph¶n øng ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Vr= Q.tp­ (m3) Trong ®ã: Q: tæng l­u l­îng n­íc th¶i vµ l­u l­îng hãa chÊt sö dông (m3/h) tp­ : thêi gian ph¶n øng (h) TÝnh thêi gian ph¶n øng Dùa vµo b¶ng sè liÖu ph©n tÝch sù ¶nh h­ëng cña thêi gian tíi qu¸ tr×nh oxy hãa khö. B¶ng 3.3 - ¶nh h­ëng cña thêi gian l­u tíi tíi qu¸ tr×nh oxy hãa khö. [13] STT T (phót) L­îng Cr6+ cßn l¹i (mg/l) Ghi chó 1 0 100 - Hãa chÊt khö lµ NaHSO3, l­îng sö dông lµ 1500 mg. - pH = 2 ¸ 2,5 2 10 10,052 3 20 1,176 4 30 0,005 Gi¶ thiÕt ph¶n øng x¶y ra trong thiÕt bÞ lµ ph¶n øng bËc 1. VËy tèc ®é cña ph¶n øng ®­îc tÝnh bëi c«ng thøc [14]: rA= Trong ®ã: k1 : lµ h»ng sè tèc ®é ph¶n øng phô thuéc vµo b¶n chÊt cña n­íc th¶i C: nång ®é cña ion Cr6+ biÕn thiªn trong ph¶n øng. TÝch ph©n 2 vÕ ta cã: ln Þ Thêi gian ph¶n øng khö lµ: Dùa theo sè liÖu b¶ng 3.3, theo ph­¬ng ph¸p b×nh ph­¬ng tèi thiÓu ta tÝnh ®­îc h»ng sè tèc ®é ph¶n øng k1= 0,38. Co: nång ®é cña Cr6+ ®i vµo thiÕt bÞ khö, Co = 20 mg/l C: nång ®é cña Cr6+ cßn l¹i trong dßng th¶i ra khái thiÕt bÞ, theo tiªu chuÈn dßng th¶i ®¹t lo¹i B th× C = 0,1 mg/l, nh­ng ta gi¶ thiÕt lµ C=0,05mg/l Þ Thêi gian cÇn thiÕt ®Ó khö theo lý thuyÕt lµ: phót. §Ó cho qu¸ tr×nh khö x¶y ra ®¹t yªu cÇu xö lý, ta chän thêi gian ph¶n øng khö x¶y ra trong thiÕt bÞ lµ: T = 30 phót. TÝnh tæng l­u l­îng c¸c dßng vµo bÓ ph¶n øng khö Tæng l­u l­îng c¸c dßng vµo bÓ ph¶n øng x¸c ®Þnh nh­ sau: Q = QCr + Qhc + Qax (m3/h) Trong ®ã: QCr : l­u l­îng dßng n­íc th¶i chøa Cr, m3/h Qhc : l­u l­îng NaHSO3 cÇn dïng, m3/h Qax : l­u l­îng axit H2SO4 cÇn thiÕt ®Ó gi÷ æn ®Þnh pH = 2¸3, m3/h T¶i l­îng Cr6+ trong n­íc th¶i lµ 25 g/h = 25´ 24 = 600 g/ngµy=0,6 (kg/ngµy). Þ L­îng NaHSO3 cÇn dïng ®Ó khö theo lý thuyÕt lµ : mLT = 3 ´ 0,6 = 1,8 (kg/ngµy). Tuy nhiªn, trong thùc tÕ th× ®Ó xö lý triÖt ®Ó Cr6+ cÇn ph¶i tiªu tèn l­îng NaHSO3 lín h¬n l­îng tÝnh to¸n tõ 1,25 ¸ 1,75 lÇn so víi lý thuyÕt [2]. Chän hÖ sè d­ lµ 1,5 ta cã l­îng NaHSO3 thùc tÕ lµ : mTT = 1,5 ´ 1,8= 2,7 (kg/ngµy). Trªn thÞ tr­êng hãa chÊt th­êng NaHSO3 ®­îc pha chÕ ë nång ®é 10%. Coi khèi l­îng riªng cña 1 lit dung dÞch NaHSO3 10% xÊp xØ 1 lit n­íc. Þ mo = 1 kg/l = 1000kg/m3. Ta cã l­îng dung dÞch NaHSO3 b¬m vµo bÓ khö lµ : Qhc= =0,027 m3/ngµy » 0,001125 (m3/h) T­¬ng tù ta cã l­îng axit H2SO4 85% theo lý thuyÕt lµ : max,lt= =0,9974(kg/ngµy) Ta lÊy hÖ sè d­ lµ n = 1,5. VËy l­îng axit thùc tÕ cÇn dïng lµ : max,tt = 1,5 ´ 0,9974 = 1,496 (kg/ngµy)»1,5(kg/ngµy) Khèi l­îng riªng cña axit H2SO4 85% b»ng : r = 1779 kg/m3 [4] VËy ta cã l­u l­îng axit H2SO4 lµ : Qax= = 0,00084 (m3 /ngµy) = 0,000035( m3/h) VËy tæng l­u l­îng c¸c dßng n­íc th¶i vµ hãa chÊt ®­a vµo bÓ ph¶n øng lµ : Q = QCr + Qhc + Qax =1,25+0,001125+0,000035»1,25(m3/ngµy) Ta cã tph¶n øng = 30 phót = 0,5 h. VËy thÓ tÝch bÓ ph¶n øng lµ : Vr = Q ´ tph¶n øng = 1,25 ´ 0,5 = 0,625( m3) Chän VbÓ = 1 m3 ®Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng khuÊy trén vµ kh«ng gian trèng. BÓ cã hai ng¨n: ng¨n 1 dïng ®Ó cÊp hãa chÊt vµ khuÊy trén; ng¨n 2 x¶y ra ph¶n øng. KÝch th­íc x©y dùng: ChiÒu cao 1m, trong ®ã chiÒu cao sö dông lµ 0,8m, cßn kho¶ng trèng lµ 0,2m. ChiÒu réng bÓ chän b»ng 0,5 m DiÖn tÝch bÓ S= =2(m2). ChiÒu dµi bÓ lµ 2 m, chiÒu réng bÓ lµ 0,5m Trong ®ã ng¨n thø nhÊt: 0,8m ´ 0,5m ´ 1m (dµi ´ réng ´ cao) ng¨n thø hai: 1,2m ´ 0,5m ´ 1m (dµi ´ réng ´ cao) Chän c¸nh khuÊy Chän lo¹i c¸nh khuÊy ch©n vÞt hai c¸nh, ®­êng kÝnh 300 mm Sè vßng quay cña c¸nh khuÊy : n = 300 vßng/phót = 5 vßng/s C«ng suÊt c¸nh khuÊy tÝnh theo c«ng thøc sau [4]: N = A.n3.d5.r (w) Trong ®ã: - A: hÖ sè x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm, víi lo¹i c¸nh khuÊy ch©n vÞt 2 c¸nh ta cã A = 0,985 [4] - n: sè vßng quay, vßng/s. - d: ®­êng kÝnh c¸nh khuÊy, d = 300 mm = 0,3 m - r : khèi l­îng riªng cña n­íc th¶i, cã r » 1000 kg/m3 Þ N = 0,985.5.0,3.1000 = 1477,5 w » 1,5 kw C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn: N®c = kw. h: hiÖu suÊt truyÒn lùc tõ ®éng c¬ sang c¸nh khuÊy, chän h = 0,6 Þ N®c = kw 2 . TÝnh to¸n thiÕt bÞ hßa trén hãa chÊt keo tô t¹o b«ng. ThiÕt bÞ hßa trén cã d¹ng h×nh trô trßn, ®­îc bè trÝ c¸nh khuÊy bªn trong. N­íc th¶i chøa Cr«m ra khái bÓ khö cïng víi n­íc th¶i chøa Niken ra khái thiÕt bÞ t¸ch dÇu ®­îc ®­a chung vµo bÓ hßa trén. T¹i ®©y, dung dÞch s÷a v«i Ca(OH)2 ®­îc cÊp vµo ®Ó kÕt tña c¸c ion kim lo¹i cã trong n­íc th¶i. Thêi gian khuÊy trén trong bÓ kho¶ng 1¸5 phót Tæng l­u l­îng vµo bÓ hßa trén §èi víi dßng th¶i chøa Niken. Ph¶n øng kÕt tña ion kim lo¹i x¶y ra nh­ sau: NiSO4 + Ca(OH)2 = Ni(OH)2¯ + CaSO4 Theo ph­¬ng tr×nh trªn, ®Ó kÕt tña 58g Ni+2 cÇn 74g Ca(OH)2 MÆt kh¸c, t¶i l­îng cña Ni2+ lµ = 131,25 g/h Þ l­îng Ca(OH)2 cÇn ®­a vµo bÓ hßa trén lµ: M1 = »167,46 g/h » 0,16746 kg/h » 4,02 (kg/ngµy) Ca(OH)2 ®­a vµo bÓ d­íi d¹ng dung dÞch s÷a v«i 5% cã khèi l­îng riªng lµ 997,73 kg/m3 [4] Þ l­u l­îng dung dÞch v«i s÷a ®­a vµo bÓ lµ: QK1 = »0,00336 m3/h » 0,805 (m3/ngµy) §èi víi dßng th¶i chøa Cr«m Ph¶n øng kÕt tña ion kim lo¹i x¶y ra nh­ sau: Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 = 3CaSO4 + 2Cr(OH)3¯ Theo ph­¬ng tr×nh trªn, ®Ó kÕt tña 2x52g Cr+3 cÇn 3x74g Ca(OH)2 MÆt kh¸c, t¶i l­îng cña Cr+3 chÝnh b»ng t¶i l­îng cña Cr+6 lµ = 25 g/h Þ l­îng Ca(OH)2 cÇn ®­a vµo bÓ hßa trén lµ: M2 = g/h » 53,365g/h »0,054 kg/h»1,296(kg/ngµy) Þ l­u l­îng dung dÞch s÷a v«i ®­a vµo bÓ lµ: QK2 = m3/h. » 0,00106 m3/h»0,0257(m3/ngµy) Þ Nh­ vËy tæng l­îng dung dich s÷a v«i cÇn ®­a vµo bÓ lµ: QK = QK1 + QK2 =0,00336+0,00106=0,00442(m3/h) §Ó ®¶m b¶o tèt qu¸ tr×nh kÕt tña, ta lÊy d­ lªn thµnh QK = 0,01 m3/h Þ Tæng l­u l­îng vµo bÓ hßa trén lµ: Qtæng = QCr + QNi + QK = 1,25 +2,92 + 0,01 = 4,18»4,2( m3/h) ThÓ tÝch thiÕt bÞ hßa trén Chän thêi gian khuÊy trén trong bÓ lµ: tk = 5 phót Þ ThÓ tÝch bÓ hßa trén lµ: V = Q x tk = 4,18x(5/60)=0,35 (m3) Chän chiÒu cao cña thiÕt bÞ lµ 1,2m, trong ®ã chiÒu cao lµm viÖc lµ 1 m Þ DiÖn tÝch thiÕt bÞ lµ: S = = 0,35 (m2) Þ §­êng kÝnh thiÕt bÞ lµ : d = = »0,67m»0,7(m) Chän c¸nh khuÊy T­¬ng tù nh­ chän c¸nh khuÊy cho bÓ ph¶n øng: Chän c¸nh khuÊy ch©n vÞt cã 2 c¸nh víi ®­êng kÝnh d = 300 mm Sè vßng quay n = 300 vßng/phót = 5vßng/s C«ng suÊt c¸nh khuÊy: N = 1,5 kw C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn: N®c= 2,5 kw KÕt luËn ¤ nhiÔm m«i tr­êng, ®Æc biÖt lµ m«i tr­êng n­íc lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò quan träng ®­îc ®Æt ra cho mçi quèc gia. Riªng nguån n­íc th¶i trong c«ng nghiÖp m¹ ®iÖn, víi ®Æc tÝnh chøa nhiÒu ion ®éc h¹i nh­ Cr6+, Ni2+, Zn2+, Cu2+, CN - , F - ... g©y tæn h¹i nghiªm träng ®Õn m«i tr­êng sinh th¸i còng nh­ søc kháe con ng­êi trong mét thêi gian dµi nÕu kh«ng ®­îc xö lý ®óng tiªu chuÈn. HiÖn nay víi nhËn thøc ngµy cµng cao vÒ m«i tr­êng vµ c¸c chØ tiªu vÒ m«i tr­êng ngµy cµng chÆt chÏ. MÆt kh¸c ®Ó n©ng cao kh¶ n¨ng më réng thÞ tr­êng vµ më réng s¶n xuÊt, bªn c¹nh chÊt l­îng s¶n phÈm tèt, gi¸ thµnh hîp lý th× viÖc ®¸p øng ®óng chØ tiªu m«i tr­êng còng lµ mét yÕu tè mang tÝnh quyÕt ®Þnh ®èi víi mçi doanh nghiÖp s¶n xuÊt. V× vËy mçi c¬ së m¹ ®iÖn rÊt cÇn cã mét hÖ thèng xö lý chÊt phï hîp víi ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt bao gåm c¶ kinh tÕ lÉn kü thuËt. Tuy nhiªn, ®©y míi chØ lµ phÇn thiÕt kÕ mang tÝnh c«ng nghÖ, ®Þnh h­íng cho hÖ thèng xö lý, nh»m gióp sinh viªn cã ®­îc nh÷ng kiÕn thøc v­ît ra khái lý thuyÕt ®¬n thuÇn ®Ó chuÈn bÞ b­íc vµo thùc tÕ, ®ång thêi còng gióp cho sinh viªn cã ®­îc mét nh·n quan nhÊt ®Þnh nµo ®ã vÒ c«ng nghÖ hiÖn t¹i còng nh­ trong t­¬ng lai. Do ®ã cßn chøa nhiÒu sai sãt, ®Ó cã thÓ triÓn khai cÇn ph¶i cã nh÷ng thiÕt kÕ chi tiÕt vÒ kÕt cÊu x©y dùng, c¬ khÝ... Mong thÇy c« vµ c¸c b¹n gãp ý thªm cho b¶n ®å ¸n hoµn chØnh h¬n vµ t¨ng tÝnh øng dông trong thùc tÕ. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Tµi liÖu tham kh¶o PGS.TS.TrÇn Minh Hoµng C«ng nghÖ m¹ ®iÖn NXB Khoa häc kü thuËt, Hµ Néi 2001. TrÇn HiÕu NhuÖ. Tho¸t n­íc vµ xö lý n­íc th¶i c«ng nghiÖp Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt – 1999. TrÇn V¨n Nh©n – Ng« ThÞ Nga. Gi¸o tr×nh c«ng nghÖ xö lý n­íc th¶i. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi 2002. Bé m«n qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ hãa chÊt – Khoa Hãa – Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi. Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ hãa chÊt – tËp 2 Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi – 1999 TS. TrÞnh Xu©n Lai TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh xö lý n­íc th¶i. Nhµ xuÊt b¶n X©y dùng, Hµ Néi – 2000. Trung t©m ®µo t¹o ngµnh n­íc vµ m«i tr­êng. Sæ tay xö lý n­íc – tËp 2 Nhµ xuÊt b¶n X©y dùng, Hµ Néi – 1999. Lª V¨n C¸t HÊp phô vµ trao ®æi ion trong kü thuËt xö lý n­íc vµ n­íc th¶i. Nhµ xuÊt b¶n thèng kª, Hµ Néi – 2002. TrÇn §øc H¹ - §ç V¨n H¶i. C¬ së hãa häc qu¸ tr×nh xö lý n­íc cÊp vµ n­íc th¶i. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi – 2002.. Ng« ThÞ Nga. Bµi gi¶ng m«n häc kü thuËt ph¶n øng. N¨m 2001. PTS. NguyÔn Ngäc Dung Xö lý n­íc CÊp Nhµ xuÊt b¶n X©y dùng – Hµ néi 1999.