Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày

Chia sẻ: Van Tien | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:111

Thêm vào BST

Báo xấu

195
lượt xem 50
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Môi trường sống – cái nôi của nhân loại đang ngày càng ô nhiễm trầm trọng cùng với sự phát triển của xã hội. Bảo vệ môi trường là mối quan tâm không chỉ của một quốc gia nào, là nghĩa vụ của toàn cầu và của Việt Nam nói riêng. Quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước làm cho môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày

Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện 3 công suất 200 m /ngày
MỤC LỤC MỤC LỤC................................................................................................................... 1 LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN .................................................................................... 4 I.1. Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam: ...................... 4 I.2. Đặc điểm của quá trình mạ điện: ........................................................................ 5 I.3. Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ: .................................................... 13 I.4. Ảnh hưởng do chất ô nhiễm gây ra ................................................................... 21 CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH MẠ ĐIỆN................................................................................................... 24 II.1. Các biện pháp giảm thiểu: ............................................................................... 25 II.2. Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện: ......................................... 28 CHƯƠNGIII: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN ...... 32 III.1. Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý:.............................................................. 32 III.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn: .................................................. 39 III.3. Giới thiệu các thiết bị chính: .......................................................................... 49 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN ......................................................................................................................... 50 IV.1. Nước thải nhà máy và xử lý nước thải phân xưởng mạ: ............................... 50 IV.2. Tính toán các thiết bị chính của hệ thống xử lý nước thải: ........................... 53 IV.3. Tính và chọn các thiết bị khác: ....................................................................... 90 CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CHI PHÍ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ............................................................................................. 101 V.1. Chi phí ước tính của toàn bộ hệ thống xử lý: ................................................ 101 V.2. Mặt bằng xây dựng: ........................................................................................ 106 V.3. Hiệu quả chi phí và lợi ích thu được khi lắp đặt hệ thống ............................ 106 V.4. Vận hành hệ thống và sự cố trong quá trình hoạt động ................................ 107 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 110 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 2
LỜI NÓI ĐẦU Môi trường sống – cái nôi của nhân loại đang ngày càng ô nhiễm trầm trọng cùng với sự phát triển của xã hội. Bảo vệ môi trường là mối quan tâm không chỉ của một quốc gia nào, là nghĩa vụ của toàn cầu và của Việt Nam nói riêng. Quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước làm cho môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực. Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng môi trường do nước thải công nghiệp nói riêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia. Cùng với sự phát triển của công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độc hại. Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ đã có thành phần gây ô nhiễm trầm trọng như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, ... là một trong những vấn đề đang được quan tâm của xã hội. Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trường không được quan tâm đúng mức, chất thải sinh ra từ các quá trình sản xuất và sinh hoạt không được xử lý trước khi thải ra môi trường nên gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Kết quả phân tích chất lượng nước thải của các cơ sở mạ điện điển hình cho thấy: hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép, chỉ tiêu kim loại nặng vượt nhiều lần cho phép, thành phần của nước thải có chứa cặn, sơn, dầu nhớt, ... Vì vậy, đầu tư vào công tác bảo vệ môi trường là vấn đề cấp bách của doanh nghiệp để có thể đảm bảo sự phát triển bền vững trong tương lai của chính doanh nghiệp. Đến nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải mạ điện được đưa ra như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hoá, phương pháp hoá học, phương pháp hấp phụ, phương pháp vi sinh,…Tuy nhiên khả năng áp dụng vào thực tế của các phương pháp này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hiệu quả xử lý của từng phương pháp, ưu nhược điểm, và kinh phí đầu tư,... Do đó, việc lựa chọn phương pháp xử lý và thiết kế hệ thống xử lý chất thải thích hợp cho cơ sở mạ điện là nhiệm vụ của một kỹ sư môi trường, đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiệp về hệ thống xử lý với giá thành có thể chấp nhận được. Để giúp các doanh nghiệp lựa chọn hệ thống xử lý nước thải cho cơ sở mạ điện, đồ án “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công xuất 200 m3/ngày” đã được thực hiện với mục đích thiết kế hệ thống xử lý với hiệu quả cao và chi phí hợp Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 3
lý. Tuy nhiên việc lựa chọn phương án thích hợp và khả thi đối với nhà máy cụ thể còn tuỳ thuộc vào tính chất của dòng thải, mặt bằng xây dựng, điều kiện khí tượng thuỷ văn nguồn nước, tiêu chuẩn nước thải cho phép tại địa phương và điều kiện kinh tế kỹ thuật của cở sở sản xuất. Nội dung đề tài gồm những phần chính sau: Chương I: Tổng quan về công nghiệp mạ và các vấn đề về môi trường. Chương II: Các biện pháp giảm thiểu và xử lý nước thải ngành mạ. Chương III: Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải ngành mạ điện và cơ sở lý thuyết của phương pháp. Chương IV: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải. Chương V: Phân tích hiệu quả chi phí và xây dựng hệ thống xử lý nước thải. Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN I.1. Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam: Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1800 bởi giáo sư tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác. Tuy nhiên lúc đó người ta không quan tâm lắm đến phát hiện của Luigi Brungnatelli mà mãi sau này, đến năm 1840, khi các nhà khoa học Anh đã phát minh ra phương pháp mạ với xúc tác Xyanua và lần đầu tiên phương pháp mạ điện được đưa vào sản xuất với mục đích thương mại thì công nghiệp mạ chính thức phổ biến trên thế giới. Sau đó là sự phát triển của các công nghệ mạ khác như: mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế kỷ XX được coi là bước ngoặc lớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử. [1] Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp hóa chất và sự hiểu biết sâu rộng về lĩnh vực điện hóa, công nghiệp mạ điện cũng phát triển tới mức độ tinh vi. Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển không chỉ của ngành cơ khí chế tạo mà còn của rất nhiều ngành công nghiệp khác. Xét riêng cho khu vực Đông Nam Á, sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, một loạt các cơ sở mạ điện quy mô vừa và nhỏ đã phát triển mạnh mẽ và hoạt động một các độc lập. Sự phát triển lớn mạnh của những cơ sở mạ điện quy mô nhỏ này là do nhu cầu đáp ứng việc nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành công nghiệp vừa và nhẹ. Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, ngành công nghiệp mạ điện được hình thành từ khoảng 40 năm trước và đặc biệt phát triển mạnh trong giai đoạn những năm 1970 – 1980. Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tại một các độc lập hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng công ty cổ phần, công ty tư nhân và công ty liên doanh với nước ngoài. Các cơ sở này hầu hết có quy mô vừa và nhỏ, số ít có quy mô lớn, được tập trung ở các thành phố lớn với sản phẩm chủ yếu được mạ đồng, crom, kẽm, niken, ... Ngoài ra các loại hình mạ điện đặc biệt như mạ cadimi, mạ thiếc, mạ chì, mạ sắt và mạ hợp kim cũng được phát triển để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp hiện đại. Để hiểu rõ hơn về công nghiệp mạ điện ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về bản chất và quy trình công nghệ của nó. Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 5
I.2. Đặc điểm của quá trình mạ điện: I.2.1. Nguyên lý của quá trình mạ điện: Theo định nghĩa, mạ điện chính là quá trình ôxy hóa xảy ra trên bề mặt các ne  điện cực, cụ thể là bề mặt điện cực âm Anot (+) Catot (-) (catốt), các cation (ion kim loại) nhận điện tích từ điện cực trở thành các Lôù maï p nguyên tử kim loại. Nói cách khác, mạ điện cũng chính là Dung dòch Söïchuyeå dò cuû n ch a maï một quá trình điện phân, trong đó anot ion xảy ra quá trình oxy hoá (hoà tan kim loại hay giải phóng khí oxy), Hình I.1 – Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ còn catot xảy ra quá trình khử (khử ion kim loại từ dung dịch thành lớp kim loại bám trên vật mạ hay quá trình giải phóng hydro ...) khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện phân (dung dịch mạ). [2]  Tại Catot: Mn+ + ne M (1) 2H2O + 2e 2OH- + H2 Thực tế quá trình trên xảy ra theo nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như sau: 1. Cation hydrat hoá Mn+.mH2O di chuyển từ dung dịch đến bề mặt catot. 2. Cation mất vỏ hydrat hoá (mH2O) và tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot. Mn+.mH2O Mn+ + mH2O 3. Điện tử (e) từ Catot điền vào lớp điện tử hoá trị của cation, tạo thành nguyên tử kim loại trung hoà ở dạng hấp phụ: M n+ + ne M Các nguyên tử kim loại này sẽ tạo mầm tinh thể mới hoặc tham gia vào việc nuôi mầm tinh thể đã sinh ra trước đó. Mầm này sẽ phát triển dần thành tinh thể. Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 6
4. Tinh thể liên kết với nhau thành lớp mạ [2]  Tại Anot: Anot được sử dụng trong mạ điện thường là anot tan có tác dụng cung cấp ion Mn+ cho dung dịch bù vào lượng Mn+ đã bám vào catot thành lớp mạ và chuyển điện trong mạch điện phân. Anot thường là kim loại cùng loại với lớp mạ. Ta có phản ứng: M - ne Mn+ (2) H2O - 2e 2H+ + 1/2 O2 Tốc độ chung của quá trình tại catot nhanh hay chậm là do tốc độ chậm nhất của một trong các giai đoạn trên quyết định. Nếu khống chế các điều kiện điện phân tốt để cho hiệu suất dòng điện của hai phản ứng (1) và (2) bằng nhau thì nồng độ ion Mn+ trong dung dịch sẽ luôn không đổi. Một số trường hợp dùng anot trơ (không tan), nên ion kim loại được định kì bổ sung dưới dạng dung dịch muối vào bể mạ, lúc đó phản ứng chính trên anot chỉ giải phóng oxy. Trong mạ điện, dung dịch điện giải phóng thường sử dụng là muối đơn (như mạ đồng từ dung dịch CuSO4, mạ kẽm từ dung dịch ZnSO4 ...) hoặc muối phức (như dung dịch phức amoni, dung dịch phức hydroxit ...). Ngoài ra còn phải sử dụng một số dung dịch và phụ gia khác như chất dẫn điện, chất đệm, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bóng... Chất lượng lớp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ dung dịch mạ và tạp chất, các chất phụ gia, pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng của vật mạ, của anot, của bể mạ, các chế độ thủy động của dung dịch.... Vì vậy để duy trì được chất lượng của lớp mạ tốt cần kiểm soát nồng độ của dung dịch mạ và giữ được dải mật độ dòng điện thích hợp. Nhờ các lớp bề mặt mạ mà các vật được mạ có thêm nhiều tính chất như: tính chất bền hóa học, bền ăn mòn, bền cơ học, tăng độ dẫn điện, dẫn từ, tăng độ cứng, dẻo. Mạ có thể tiến hành với các chi tiết có kích thước từ cực nhỏ của kĩ thuật vi điện tử đến cực lớn của các ngành công nghiệp chế tạo máy, xây dựng, vô tuyến viễn thông, thiết bị y tế và đồ gia dụng. Việc chuyên môn hóa sử dụng các quy trình mạ trong các kĩ thuật tạo mẫu bằng đúc điện đã đưa đến chỗ sản xuất được những công cụ và sản phẩm mà phương pháp chế tác cổ truyền nhiều khi không làm được một cách tinh tế. Có thể nói Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 7
sản phẩm của ngành công nghiệp mạ điện đã và đang thỏa mãn dần dần nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Hiện nay ở Việt Nam tồn tại hai công nghệ mạ là mạ điện và mạ nóng chảy, trong đó mạ điện phổ biến hơn cả, gần 90% cơ sở sản xuất sử dụng công nghệ này. Do đó, ta sẽ chủ yếu đề cập tới các loại hình mạ điện trong mạ. Các loại hình mạ trong mạ điện bao gồm: mạ kẽm, mạ Niken, mạ đồng, mạ thiếc, mạ Crom, mạ vàng, mạ hợp kim, ... [2] * Mạ kẽm: Mạ kẽm thường được sử dụng để tạo lớp trang trí hay bảo vệ cho sắt thép. Do thế điện động tiêu chuẩn của kẽm nhỏ hơn sắt nên khi bị ăn mòn thì lớp kẽm bị ăn mòn trước. Lớp kẽm dẻo, dễ kéo, dễ dát mỏng. Sản phẩm mạ kẽm thường gặp như chi tiết ốc vít, tôn lợp nhà, đường ống nước, dây thép (dây kẽm)... Mạ kẽm thường phân loại theo hóa chất sử dụng: dung dịch axit, dung dịch xyanua, dung dịch borat, dung dịch amoniac, dung dịch poryphotphat... Mỗi dung dịch sử dụng trong quá trình mạ lại có một ứng dụng và ưu nhược điểm riêng. * Mạ Niken: Niken là một kim loại màu trắng bạc, hơi mềm. Lớp mạ niken dẻo, dễ đánh bóng tạo độ bóng rất cao và bền nhờ màng thụ động mỏng, chịu được các điều kiện khắc nghiệt của axit, kiềm và muối. Mạ Niken lên sắt thép nhằm bảo vệ vật mạ không bị ăn mòn do thế tiêu chuẩn của Niken thường cao hơn thế tiêu chuẩn của sắt. Để cho vật mạ bền người ta thường mạ 2 hoặc 3 lớp có tác dụng lót và gắn chặt Niken với kim loại nền, làm cho lớp mạ Niken bền hơn. Mạ niken thường ứng dụng nhiều trong công nghiệp: mạ bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường xâm thực mạnh, mạ chịu mài mòn, mạ khuôn in, các chi tiết xe hơi, xe đạp, xe máy... Hiện nay, tại các cơ sở sản xuất thường sử dụng phương pháp mạ Niken bóng Mạ Niken có nhiều phương pháp khác nhau  Mạ Niken trong dung dịch axit  Mạ Niken bóng  Mạ Niken đen  Mạ Niken đặc biệt khác * Mạ Crom: Crom là kim loại cứng, trắng, thế tiêu chuẩn của Crom thấp hơn sắt. Vì vây, đáng lẽ ra crom dễ bị ăn mòn hơn sắt song trên bề mặt của crom có lớp oxit rất bền trong môi trường vì thế nên mạ Crom bền trong môi trường xâm thực, rất bền trong khí quyển. Lớp mạ Crom có độ bóng cao, màu sáng, có ánh xanh, crom rất dễ mạ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 8
lên các kim loại như sắt, đồng, niken, chì, kẽm, do đó crom được sử dụng trong mạ trang trí, mạ bảo vệ (phụ tùng xe hơi, xe gắn máy, xe đạp, đồ gia dụng). Mạ crom còn được sử dụng nhiều trong mạ các chi tiết chính xác, làm tăng độ mài mòn như mạ khuôn đúc, khuôn dập, khuôn in, các chi tiết chịu mài mòn. * Mạ đồng: Lớp mạ đồng có màu hồng đỏ nhưng trong không khí dễ bị rỉ do tác dụng với oxy và axit cácbonic, tạo ra rỉ có màu xanh. Mạ đồng thường dùng trong mỹ thuật làm lớp mạ lót trang trí, lớp mạ bảo vệ các chi tiết thép khỏi bị thấm cacbon, thấm nitơ... Lớp mạ đồng dùng trong kĩ thuật đúc điện làm các bản sao từ các đồ mỹ nghệ và để tạo hình các chi tiết phức tạp. Mạ đồng được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực chế tạo máy và chế tạo dụng cụ. Mạ đồng có thể thực hiện từ các dung dịch mạ khác nhau:  Mạ đồng trong dung dịch Xyanua  Mạ đồng trong dung dịch không có Xyanua  Mạ đồng trong dung dịch axit  Mạ đồng đặc biệt khác. > Tuỳ theo kích thước của các chi tiết mạ, người ta phân biệt thành hai dạng mạ điện:  Mạ treo: được thực hiện bằng cách buộc, gá, móc hoặc vít các vật cần mạ vào giá dẫn điện rồi treo vào thành dẫn nối với điện cực âm của nguồn điện. Các chi tiết mạ treo có kích thước lớn, cấu hình phức tạp hoặc đòi hỏi độ chính xác của lớp mạ cao, độ dày lớp mạ lớn.  Mạ quay: được thực hiện với các chi tiết nhỏ, cấu hình đơn giản, không kết dính với nhau, không đòi hỏi lớp mạ dày,… bằng các chuông hoặc tang trống quay. Quá trình tiếp xúc điện của các vật mạ nhờ va chạm khi quay. So với mạ treo mật độ dòng điện trên diện tích của mạ quay nhỏ hơn. Do mạ quay không cần gá và thời gian treo mẫu nên rất kinh tế. Các sản phẩm của ngành công nghiệp mạ rất khác nhau về loại hình, năng suất, chất lượng và giá thành bởi chúng hoàn toàn phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ mạ riêng biệt. Ưu nhược điểm của mạ điện: - Ưu điểm: Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 9
Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và kiểm soát quá trình, dễ cơ khí hoá và tự động hoá, tốc độ mạ nhanh, ít tốn hóa chất nhưng đảm bảo được tính cơ lý của lớp mạ - Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều điện năng, chỉ mạ được lên những vật dẫn điện. I.2.2. Quy trình công nghệ mạ điện: Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ cơ khí nói riêng và các ngành gia công chế tác nói chung thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại hình công nghệ chính là mạ điện và mạ nóng chảy. Hai hình thức này tồn tại song song cùng với nhau. Tuy nhiên, về mức độ phổ biến thì mạ điện được áp dụng phổ biến hơn so với mạ nóng chảy. Sau đây là quy trình công nghệ của loại hình sản xuất mạ điện có kèm theo cả dòng thải: Chi tiết mạ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Làm sạch bằng Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 rỉ cơ học Bụi, 10
Hình I.2: Quy trình công nghệ mạ điện kèm dòng thải Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 11
Hình I.3: Quy trình 1 dây chuyền mạ tại Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 12
Trong công nghệ mạ điện về cơ bản bao gồm: quá trình xử lý bề mặt, quá trình mạ và hoàn thành sản phẩm. Sơ đồ công nghệ mạ điện điển hình kèm theo dòng thải được trình bày như sau: a. Công đoạn xử lý bề mặt: Trước khi chi tiết được mạ, vật cần được cắt, tiện hàn theo đúng hình dạng sản phẩm yêu cầu của khách hàng. Sau đó chi tiết mạ cần phải cạo lớp gỉ bám trên bề mặt mục đích làm sạch gỉ tạo mặt phẳng thường dùng các bánh mài, vật liệu mài cỡ hạt to hoặc dùng phớt mài… Sau đó các chất bẩn như dầu mỡ và bụi bám trên bề mặt được loại bỏ. Các giai đoạn của quá trình xử lý bề mặt thường là làm sạch bằng biện pháp cơ học như kiềm, tẩy gỉ và các phương pháp hoạt hóa bề mặt khác. Sự sắp xếp các công đoạn từ gia công bề mặt đến tẩy dầu mỡ, tẩy axit, đánh bóng hóa học và điện hóa theo hệ thống quá trình riêng biệt dựa vào yêu cầu cơ bản của các chất nếu được mạ và các quá trình mạ tiếp theo. Dầu mỡ của các chất hữu cơ được loại bỏ bằng quá trình xà phòng hóa với kiềm. Dầu mỡ, khoáng và xăng không thể loại bỏ bằng phương pháp này mà phải dùng các dung môi để thực hiện như: Tricloretylen, benzen, xăng và cacbon tetrachloride nhưng hầu hết phương pháp thực hiện tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điện hóa.. Tẩy gỉ được thực hiện sau tẩy dầu mỡ do trên bề mặt kim loại có một lớp mỏng phủ bên ngoài và vì vậy phải tẩy bỏ trước khi mạ làm cho lớp mạ bám trên bề mặt tốt hơn có thể tẩy bằng phương pháp hóa học hay điện hóa. Các chất thường được sử dụng trong công đoạn này là HCl, H2SO4, HNO3. b)Công đoạn mạ: Quá trình mạ là quá trình chủ yếu nhất trong công nghệ mạ, đây là công đoạn phát sinh ra nhiều chất thải độc hại trong nước. Các bể mạ axit thường chứa HCl, H2SO4, HNO3 các bước mạ kiềm thường chứa sunfat, cacbonat, xianua và hydroxit. Tùy theo tính chất của dung dịch mạ mà phân ra các loại mạ khác nhau: Mạ axit, mạ kiềm và mạ xianua c)Công đoạn sau mạ: Quá trình chính được thực hiện ở quá trình sau mạ là làm khô vật mạ và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Trong một vài trường hợp, các sản phẩm mạ có thể được yêu cầu thêm như thụ động hóa, sơn phủ bề mặt hoặc làm bóng cho sản phẩm được bảo vệ tốt hơn. Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 13
d)Công đoạn rửa: Rửa là quá trình diễn ra trong một dải rộng các bể trong dây chuyền mạ điện, rửa để loại các dung dịch bám trên bề mặt vật mạ, sau mỗi công đoạn để ngăn ngừa và loại bỏ các chất cặn vào trong các bể tiếp theo. Dung dịch quá trình mạ sẽ bám vào bề mặt chi tiết, chi tiết mạ sẽ được nhúng vào các bể rửa để loại bỏ hóa chất. Sau khi chi tiết được làm sạch, được rửa để tránh sự trung hòa trong bể tẩy gỉ. Sau khi chi tiết mạ đi ra khỏi bể tẩy gỉ sẽ được rửa để tránh sự xuất hiện vết trên bề mặt và vật mạ có thể đổi màu. Đây là công đoạn phát sinh lượng nước thải lớn nhất và gần như chiếm toàn bộ quá trình. I.3. Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ: I.3.1. Nước thải: a) Nguồn nước thải: Nguồn nước thải từ khâu sản xuất của các xí nghiệp rất đa dạng và phức tạp, nó phụ thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, chất lượng sản phẩm... Nước thải từ khâu sản xuất trong các xí nghiệp thường chia làm 2 loại: nguồn thải từ quá trình mạ và quá trình làm sạch bề mặt chi tiết. Chúng khác nhau cơ bản về lưu lượng và nồng độ. *Nước thải từ quá trình mạ: Dung dịch trong bể mạ có thể bị rò rỉ, rơi vãi hoặc bám theo các gá mạ và các chi tiết ra ngoài. Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được vệ sinh thải các chất bẩn, cặn... Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưng chất ô nhiễm đa dạng, nồng độ chất ô nhiễm cao (Cr+6, Ni+2, CN-). * Nước từ quá trình làm sạch bề mặt chi tiết: Trên bề mặt kim loại thường có dầu mỡ bám vào do các giai đoạn bảo dưỡng và đánh bóng cơ học. Để đảm bảo chất lượng lớp mạ các chi tiết trước khi mạ cần được làm sạch bề mặt bằng các phương pháp tẩy dầu mỡ hóa học, dùng dung môi hoặc điện hóa. Vì vậy lượng nước thải phát sinh trong quá trình này nhiều nhưng nồng độ chất ô nhiễm nhỏ chủ yếu là kiềm, axit và dung dịch. b) Đặc tính chung của nước thải công nghiệp mạ: Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 14
Một trong những đặc tính cơ bản của nước thải ngành công nghiệp mạ điện là có lưu lượng dao động trong khoảng rất rộng tùy thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, yêu cầu đối với chất lượng sản phẩm... Không chỉ có lưu lượng dao động trong khoảng rộng, nước thải ngành công nghiệp mạ điện còn có đặc tính và thành phần các chất ô nhiễm biến đổi rất phức tạp. Bảng sau trình bày đặc tính cơ bản và thành phần các chất ô nhiễm của nước thải tại một số cơ sở mạ điện ở Việt Nam [6]. Bảng I.1: Nước thải mạ điện tại một số nhà máy ở Hà Nội Một số nhà máy ở Hà Nội có phân Nhiệt độ Thành phần (mg/l) pH xưởng mạ (0C) Cr6+ Ni2+ Nhà máy dụng cụ cơ khí xuất 23,5 – 25 2,2– 6,7 1.1 – 6,6 0,1 – 0,45 khẩu Nhà máy cơ khí chính xác 24,3 2,9 – 12 0,21 – 14,8 0,5 – 20,1 Nhà máy khóa Minh Khai ( trước 21 – 23 6,3– 7,5 5 – 20 0,1 – 48 khi qua hệ thống xử lý) Nhà máy điện cơ thống nhất 23,4 5,82 3 – 10 0,2 – 6,05 Nhà máy khóa Việt Tiệp 20 – 22 4,0 6,0 50,2 QCVN 24: 2009/BTNMT (B) ≤ 40 5,5 – 9 0,1 0,5 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 15
Bảng I.2: Lưu lượng và thành phần đặc trưng của các loại nước thải Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai (2008) Nước thải mạ (mg/l) Nước thải Nước thải STT Chỉ tiêu Nước Nước mạ Nước mạ cơ khí sinh hoạt axit, kiềm Crom Niken (mg/l) (mg/l) 1. Nhiệt độ 0C 30 30 30 30 25 - 30 2. pH 3-7 3-7 3-7 6,5 - 7,5 - 3. TSS 500 500 700 - - 4. BOD5 - - - - 250 - 400 5. COD 50 - 100 - - 200 - 250 600 - 700 6+ 6. Cr - 50 - - - 7. Ni 0,4 - 80 - - 8. Zn - - 4,7 - - 9. Cu - - 5,9 - - Qthải 10. 26 - 50 15 - 30 25 - 50 20 - 40 30 - 60 (m3/ngày.đêm) (Nguồn: Kết quả đo đạc do Trung tâm Môi trường Đô thị và KCN-ĐHXD) Bảng I.3: Kết quả khảo sát đặc tính nước thải của phân xưởng mạ Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai sau khi phân luồng dòng thải Nhiệt Lưu Điểm lấy Cr6+ Ni2+ ∑Fe ∑Cr ∑P SS COD độ pH lượng mẫu 0 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l C (m3/ng) (1) 23,7 6,71 25 80 0,5 0,28 500 108 (2) 24,2 3,5 15 50 0,8 65 0,5 200 (Nguồn: Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và KCN-ĐHXD và Viện KH và CNMT- ĐHBKHN). Điểm 1: Rãnh thoát nước từ các bể mạ Niken Điểm 2: Rãnh thoát nước từ các bể mạ Crom. Từ những phân tích và thống kê đưa ra ở trên, chúng ta có thể tóm tắt các đặc tính chung của nước thải công nghiệp mạ điện vào bảng dưới đây: Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 16
Bảng I.4: Đặc tính của nước thải trong các công đoạn mạ TT Loại công đoạn Thành phần chủ yếu cần xử lý 1 Tẩy dầu mỡ - Tẩy dầu mỡ bằng dung dịch Các chất kiềm: NaOH, Na2CO3, kiềm Na3PO4, dầu mỡ - Tẩy dầu mỡ bằng dung môi Dung môi: tricloetylen, xăng, dầu, Pecloetylen... 2 Tẩy gỉ Các axit HCl, H2SO4 và dầu mỡ 3 Công nghệ mạ Mạ Ni Ni2+, Cl-... Mạ Cu (trong dung dịch CN-) Cu, CN-, OH-... Mạ Cu (trong dd không có CN -) Cu2+, NH4-,... Mạ Cr Cr6+, SO42-, ... Mạ Zn (trong dd có CN-) Zn2+, CN-, OH-... Mạ Zn (trong dung dịch amoni) Zn2+, NH4-, CH3COO-... Mạ Ag Ag-, CN-, S2-... Mạ Au Au, CN-, CO32-... Qua bảng 2 ta thấy thành phần chủ yếu trong nước thải của ngành công nghiệp mạ điện là các kim loại nặng có tính độc hại như: Cr6+, Ni2+, Zn2+, Cu2+...và CN-, Cl-, S-2, ... Lượng nước thải của mạ điện không phải là lớn so với các ngành công nghiệp khác như nước thải của ngành công nghiệp giấy, dệt, ... song thành phần và nồng độ các chất độc hại trong đó khá lớn. Hơn nữa các hóa chất độc hại này lại có những biến thiên hết sức phức tạp và phụ thuộc vào quy trình công nghệ cũng như từng công đoạn trong quy trình đó. Vì vậy, muốn xử lý đạt hiệu quả cao thì chúng ta cần phải thu gom, tách dòng theo từng công đoạn, từng trường hợp cụ thể và lựa chọn phương án xử lý thích hợp. I.3.2. Khí thải và bụi: Dựa vào sơ đồ công nghệ có kèm theo dòng thải của công nghệ mạ điện, ta thấy nguồn phát sinh ô nhiễm không khí có ở hầu hết các công đoạn trong quá trình: làm sạch cơ học, khử dầu mỡ, làm sạch hóa học và mạ. Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 17
Mỗi một cơ sở mạ điện, tùy theo dây chuyền công nghệ, loại nhiên liệu sử dụng, đặc điểm, quy mô sản xuất và mức độ cơ giới hóa, tự động hóa của nhà máy mà số lượng và dạng khí thải độc hại sẽ khác nhau. Khí thải chủ yếu thường có ở các dạng: hơi axit (ở bể tẩy rỉ, bể tẩy điện hóa và bể nhúng axit hơi nhẹ), hơi kiềm (ở bể tẩy dầu mỡ hóa học), C xHy (ở bể tẩy dầu mỡ bằng dung môi), hơi CrO3, NiO (ở bể mạ), ... Các khí thải này phần lớn chúng nặng hơn không khí nên chúng làm tăng nồng độ chất thải độc hại trong phân xưởng, gây ô nhiễm khu vực làm việc cũng như vùng dân cư lân cận kề sát với cơ sở sản xuất. a) Các nguồn khí thải: Đặc trưng của khí thải công nghiệp mạ phụ thuộc nhiều vào các công đoạn trong quá trình công nghiệp: * Quá trình xử lý bề mặt: Trong quá trình đánh bóng bề mặt kim loại bằng phương pháp cơ học thì bụi kim loại xuất hiện rất nhiều trong khu vực sản xuất, tuy nhiên bụi kim loại có tỷ trọng cao vì thế không thế phát tán đi xa. Tải lượng bụi kim loại phụ thuộc vào công suất sản xuất cũng như chất lượng bề mặt kim loại. Đối với các chi tiết, sản phẩm có hình dạng phức tạp hay yêu cầu cao về độ bóng bề mặt người ta hay xử lý bề mặt bằng phương pháp đánh bóng điện hóa. Ô nhiễm không khí trong công đoạn này có thể là các hơi axit. Trong công đoạn tẩy dầu mỡ, làm sạch các chi tiết người ta thường dùng dung dịch kiềm, nồng độ phụ thuộc vào phương pháp xử lý ban đầu. Khí thải ở đây là hơi kiềm nhưng nồng độ rất thấp do thời gian xử lý bề mặt ngắn và nồng độ hóa chất trong dung dịch thấp. * Quá trình mạ điện: Do tính chất đặc thù của một số dung dịch mạ làm việc ở nhiệt độ cao vì vậy một lượng đáng kể dung dịch mạ bay hơi tạo nên chất ô nhiễm khí như hơi axit, hơi kiềm, CrO3, NiO, ... Nếu cường độ dòng điện ở bể mạ càng cao thì dung dịch bay hơi càng lớn ở các điện cực. Ngoài ra việc sục khí chống khuyết tật bề mặt vật mạ cũng góp phần làm tăng lượng dung dịch bay hơi một cách đáng kể. * Khu vực lò hơi: Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 18
Đối với các cơ sở sản xuất dùng hơi để đun nóng dung dịch thì còn có một bộ phận khí thải nữa là khí thải của lò. Tùy theo loại nhiên liệu dùng để sản xuất hơi mà lượng khí thải sinh ra sẽ được tính toán dựa trên các thông số đặc trưng của nhiên liệu (khí, than, dầu...), khí ô nhiễm sinh ra ở khu vực này thường là các khí như SO2, NOx, CO, CO2, muội bụi. Tải lượng chất ô nhiễm sinh ra từ khí thải lò hơi của các xưởng mạ nói chung là nhỏ vì lượng nhiên liệu sử dụng không nhiều, đặc biệt xu thế hiện nay các xưởng mạ đều dùng nguồn điện để đun nóng dung dịch nên nguồn này không quan tâm nhiều. b) Đặc tính chung của khí thải công nghiệp mạ: Các thành phần đặc trưng của các nguồn khí thải công nghiệp mạ điện có thể tóm tắt theo bảng sau: [2,5] Bảng I.5: Thành phần đặc trưng của các nguồn khí thải công nghiệp mạ STT Công đoạn Mục đích Hóa chất sử dụng Chất thải 1 Gia công bề mặt trước khi mạ *Đánh bóng Làm cho bề mặt Al2O3, SiO2, viên granit, Bụi kim loại cơ học bằng phẳng, hợp kim sắt và bột mài. nặng và thô nhẵn bóng, có hệ số phản xạ ánh sánh cao *Đánh bóng Trang trí bề mặt Hỗn hợp các axit: Hỗn hợp hơi hóa học và kim loại, loại bỏ H3PO4, HCl, H2SO4, các axit: HCl, điện hóa các vết xước, H2Cr2O7. Tùy theo tính H3PO4, H2SO4, sờn, anot hóa chất của kim loại cần H2Cr2O7 ... kim loại, chuẩn đánh bóng sẽ có các hóa bị cho những chi chất thích hợp. tiết phức tạp * Tẩy dầu mỡ Lớp dầu mỡ trên NaOH,Na2SiO3,Na2CO3, Hơi kiềm ... bằng dung bề mặt kim loại Na3PO4 và các hoạt chất dịch kiềm sẽ bị xà phòng hoạt động bề mặt. hóa thành muối axit béo dễ tan Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 19
trong nước và glixerin. * Tẩy dầu Tẩy dầu mỡ, Tricloetylen, toluen, Hỗn hợp hơi mỡ trong các parafin, nhựa ra benzen, pecloetylen, dầu dung môi dung môi khỏi bề mặt kim hỏa và xăng... loại bằng tác dụng cơ học và hòa tan 2 Cung cấp Cung cấp nhiệt Than dầu, khí (nhiên liệu Chủ yếu là bụi nhiệt lượng cho các nói chung) xỉ, mồ hóng, (lò hơi) bể mạ để đun SO2, NOx, nóng dung dịch CO... 3 Mạ điện Chống ăn mòn, Tùy thuộc loại hình công Chủ yếu là hơi tăng độ chịu mài nghệ mạ axit, kiềm và mòn, độ cứng, một ít oxit kim độ dẫn điện của loại theo hơi các kim loại... nước bay lên. Mạ Niken Chống ăn mòn NiSO4: 280 – 300g/l Hơi axit, NiO... kim loại, là lớp H3BO3: 35 g/l mạ tốt, tăng độ NaCl: 15 g/l dẫn điện 1 – 4 butydiol: 1 mg/l Đường hóa học: 1 g/l Mạ đồng Lớp mạ lót để CuCN: 110 – 135 g/l Hơi kiềm và (Trong dung tăng độ bám bề NaCN: 120 – 140 g/l xyanua dịch có mặt cho các lớp NaOH: 30 – 35 g/l xyanua) mạ sau Mạ đồng CuCl2.2H2O: 35 – 50 g/l Hơi kiềm và (trong dung NH4OH 25%: 150 – 200 NH4OH dịch không có ml/l xyanua) NH4Cl: 260 – 300 g/l Amonioxalat: 10 – 30 g/l Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 20