Luận văn Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải công nghiệp mạ điện tại cụm công nghiệp phùng, Hà Nội

ám theo các gá mạ và các chi tiết ra ngoài. Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được vệ sinh. Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưng chất ô nhiễm đa dạng, nồng độ chất ô nhiễm cao (như Cr6+, Ni2+, CN-, Zn2+,...) [6,12]. 1.2.1.3. Nước rửa chi tiết sau mạ Chi tiết sau mạ được rửa bằng nước sạch để loại bỏ các dung dịch mạ còn dính lại. Nước thải trong công đoạn này chứa kim loại nặng có trong dung dịch mạ [6,12]. 1.2.2. Khí thải và bụi 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), CxHy (ở K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 16 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. Khí thải phát sinh tại các bể mạ chủ yếu theo quá trình bay hơi nước kéo theo các oxit kim loại và hơi axit. Thực tế, khó có thể tính chính xác tải lượng, nồng độ của khí ô nhiễm vì chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố (tốc độ hút của quạt, nhiệt độ, cường độ dòng điện mạ...) vì vậy để quản lý được nguồn thải này người ta thường phải quy về từng khâu riêng biệt để đo đạc và tính toán theo các chỉ tiêu hao hụt, định mức... [6, 7,12]. 1.2.3. Chất thải rắn Chất thải rắn sinh ra từ công nghiệp mạ gồm: các bao bì đựng hóa chất khô (như túi nilon, bao giấy, bao tải..), các can đựng hóa chất lỏng vv. Chất thải rắn là bùn thải theo chu kì trong một thời gian tại bể trung hòa axit nhẹ và bể mạ (oxit, hydroxit, muối của các kim loại tạo thành trong quá trình làm việc). Lượng bùn này tương đối nhỏ, thường theo nước thải ra ngoài. Bên cạnh đó còn có một lượng bùn thải do hệ thống xử lý nước thải và khí thải. Lượng bùn này tùy thuộc vào công nghệ xử lý. Thường lượng bùn thải từ các bể xử lý nước thải công nghiệp mạ không lớn nhưng lại có tính độc hại cao vì nó thường chứa hỗn hợp các kim loại nặng kết tủa và các chất khác. Hiện nay ước tính mỗi ngày các thành phố lớn ở Việt Nam thải ra hơn 600 tấn bùn trong đó có khoảng 30 tấn bùn thải mạ [4]. 1.3. Hiện trạng nước thải mạ tại Việt Nam Theo các tài liệu thống kê cho ta thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ có quy mô nhỏ và vừa đều tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, TP.HCM, Biên Hòa... Trong quá trình sản xuất, nước thải của các nhà máy xí nghiệp này đều bị ô nhiễm các kim loại nặng, nhưng vấn đề xử lý nước thải còn chưa được quan tâm, xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý chỉ mang K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 17 tính hình thức vì đầu tư cho một quy trình xử lý nước thải khá tốn kém và việc thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêm minh, còn mang tính đối phó [9]. Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ điện là chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng như đồng, kẽm, crom, niken ... Trong nước thải xi mạ thường có sự thay đổi pH rất rộng từ rất axit (pH = 2-3) đến rất kiềm (pH = 10-11). Các chất hữu cơ thường có rất ít trong nước thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chất tạo bóng, chất hoạt động bề mặt... nên chỉ số COD, BOD của nước thải mạ điện thường nhỏ và không thuộc đối tượng cần xử lý. Đối tượng cần xử lý chính trong nước thải là các muối kim loại nặng như crom, niken, đồng, kẽm, sắt, photpho... [6]. Nước thải có thể tách riêng thành ba dòng riêng biệt dựa theo thành phần và nồng độ chất ô nhiễm: - Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm. - Nước rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu mỡ và xà phòng,...) - Nước rửa loãng Chất gây ô nhiễm tồn tại trong nước thải xi mạ có thể chia làm các nhóm sau: - Chất ô nhiễm độc như CN-, Cr6+, F-,... - Chất ô nhiễm làm thay đổi pH như dòng thải axit và kiềm. - Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit, cacbonat và photphat. - Chất ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, ... Nước thải sinh ra trong quá trình mạ kim loại chứa hàm lượng độc chất cao nên mức độ ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng là đáng kể. K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 18 Với các kết quả phân tích chất lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ tại TP.HCM, Bình Dương, Đồng Nai đều thấy hàm lượng chất hữu cơ cao, kim loại nặng vượt tiêu chuẩn nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao động trong khoảng 320 – 885 mg/lít, nước thải chứa dầu nhớt.... Hơn nữa, khoảng 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không được xử lý. Chính nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước mặt, ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn, sông Đồng Nai. Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong công nghiệp xi mạ trong những năm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm [9]. Điển hình, tại cơ sở xi mạ Đinh Phong – Bình Dương đã đổ thải nước thải chưa qua xử lý ra môi trường làm ô nhiễm nghiêm trọng đến nguồn nước sinh hoạt và ảnh hưởng lớn tới môi trường chung. Đặc biệt trong cơ sở này chỉ trong tháng 9 năm 2008, hàm lượng các chất ô nhiễm quá cao đổ trực tiếp ra môi trường không qua xử lý đã làm 11 con bò tử vong sau khi uống phải nước thải của cơ sở này chỉ trong 10 – 15 phút sau. Vụ việc đã được làm rõ nguyên nhân, kết quả ban đầu cho thấy nước thải cơ sở xi mạ, hàm lượng CN- trong mẫu nước uống khu vực xung quanh lên tới 350mg/L, vượt quá tiêu chuẩn cho phép tới 5000 lần. Do đó cơ sở đã bị đóng cửa, đình chỉ hoạt động vì gây ô nhiễm nghiêm trọng tới môi trường [9]. Trên địa bàn Hà Nội, ngành cơ khí tập trung chủ yếu vào lĩnh vực gia công kim loại, chế tạo máy móc, chi tiết phụ tùng máy nên quá trình liên quan đến mạ khá phong phú. Theo số liệu thống kê, các cơ sở mạ lớn của công ty xe đạp Lixeha, kim khí Cầu Bươu, công ty khóa Minh Khai, công ty Dụng cụ cơ khí xuất khẩu, công ty kim khí Thăng Long hàng ngày thải ra môi trường khoảng 8,6kg Cu, 14kg Ni, 7kg Cr, 20kg Zn và 5kg CN- [9]. K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 19 Bảng 1.1: Lưu lượng thải của một số cơ sở sản xuất cơ khí có phân xưởng mạ STT Cơ sở sản xuất Tổng lượng nước thải (m3/ngày) Nước thải từ phân xưởng mạ (m3/ngày) 1 Công ty khóa Minh Khai 120 70 2 Nhà máy cơ khí chính xác 80 10 3 Công ty dụng cụ cơ khí xuất khẩu 240 120 4 Xí nghiệp kim khí Cầu Bươu - 20 5 Cơ khí Cổ Loa 50 Ít 6 Công ty xe đạp Lixeha 80 Ít 7 Nhà máy cột thép Huydai - 153 Nguồn: Đặng Đình Kim – 2002 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. 1.4. Độc tính một số kim loại nặng (Cr, Zn, Fe, As) 1.4.1. Độc tính của crom - Crom là kim loại màu trắng bạc, có ánh xanh. Trong tự nhiên, crom có nhiều trong khoáng vật cromit, trong đá serpentine, granit. Trong nước, crom ở dạng Cr3+ và Cr6+ nhưng dạng Cr3+ thường gặp hơn. K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 20 - Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và qua da. Nhìn chung, sự hấp phụ của Cr vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hóa của nó. Cr6+ hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr3+và còn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr3+chỉ hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr6+ lên tới 50%. Crom hòa tan trong máu ở nồng độ 0,001 mg/L, sau đó chuyển vào hồng cầu và hòa tan với tốc độ nhanh từ 10-20 lần, từ hồng cầu crom chuyển vào các tổ chức phụ tạng, một phần bị giữ lại trong đó, một phần thải ra ngoài qua nước tiểu nhưng phải mất vài tháng đến vài năm. - Các bệnh thường gặp khi tiếp xúc với crom: + Khi tiếp xúc qua da: Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như da bị nổi phồng, loét sâu (có thể loét đến xương), viêm da dị ứng, gây hiện tượng dị ứng có thể dẫn đến tràm hóa. + Khi xâm nhập qua đường hô hấp: gây bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản, loét niêm mạc mũi. Khi ở dạng CrO3 hơi hóa chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ hô hấp. + Nhiễm độc crom còn có thể bị ung thư, gây độc cho hệ thần kinh và tim. Công nhân tiếp xúc thường xuyên với muối Cromat có khả năng nhiễm bệnh ung thư phổi cao hơn người bình thường. 1.4.2. Độc tính của kẽm - Kẽm là kim loại có mầu trắng bạc. Kẽm là nguyên tố cần thiết để duy trì sự sống của con người và động vật. Sự thiếu hụt kẽm để lại những hiệu ứng rõ nét trong việc tăng trọng của động vật. Kẽm tìm thấy trong insulin, các protein chứa kẽm và các enzym như superoxit dismutas. - Kẽm được đưa vào cơ thể chủ yếu qua đường tiêu hóa và được hấp phụ phần lớn ở ruột non. Khi vào cơ thể, phần lớn kẽm tập trung trong tế bào, chỉ một lượng nhỏ trong huyết tương. Sau khi vào cơ thể nó được thải ra ngoài với một lượng lớn qua dịch ruột, dịch tụy (2-5 mg), qua nước tiểu và mồ hôi chỉ khoảng 0,5 mg. K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 21 - Kẽm kim loại không bị coi là độc, nhưng có những tình huống gọi là sự run kẽm hay ớn lạnh kẽm sinh ra do hít phải các dạng bột ôxít kẽm nguyên chất, hít phải khói kẽm clorua sẽ bị tổn thương phổi, niêm mạc hô hấp và nếu tiếp xúc lâu có thể gây lở loét các ngón tay, bàn tay. Các muối kẽm gây ói mửa. Nếu bị ngộ độc kẽm sẽ thấy trong miệng có vị kim loại, mạch chậm, co giật [13]. 1.4.3. Độc tính của Asen - Asen có thể tồn tại ở dạng hóa trị 3 (arsen trioxyde), hóa trị 5 (arsen pentoxyde) hoặc dạng hữu cơ. Nồng độ thấp thì kích thích sinh trưởng, nồng độ cao gây độc cho động thực vật. - Asen xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đường ăn uống, hô hấp, đôi khi qua da hoặc truyền từ mẹ sang con qua nhau thai. Khi vào cơ thể, asen được tích lũy nhiều trong các mô giàu keratin như da, móng, tóc và trong các tổ chức giàu biểu mô như niêm mạc vòm miệng, thực quản, dạ dày, ruột non. Sau đó asen được đào thải ra khỏi cơ thể chủ yếu qua nước tiểu, một phần nhỏ qua phân, móng, tóc, vảy da, sữa mẹ. Tuy nhiên, vẫn còn một lượng rất nhỏ tiếp tục được tích lũy trong cơ thể. - Các bệnh thường gặp khi tiếp xúc với asen. + Nhiễm độc cấp tính: + Qua đường tiêu hóa: nếu tiếp xúc trong thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến cơ quan nội tạng như: da, thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, sinh sản gây ra rối loạn tiêu hóa, xơ gan, cao huyết áp, thiếu máu, giảm bạch cầu, tiểu cầu, tiểu đường, các rối loạn về thai sản... và có thể gây bệnh ung thư: bàng quang, gan, thận, ruột, da... và làm rối loạn di truyền như đột biến gen... + Qua da: Asen khi tiếp xúc với da sẽ làm tổn thương da, gây bệnh dày sừng, hoại tử các chi, ung thư da + Qua hô hấp: ảnh hưởng đến phổi, phế quản, làm hỏng niêm mạc mũi, đau nhức đầu, gây liệt các mao mạch, viêm kết mạc [13]. K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 22 1.4.4. Độc tính của Sắt - Sắt là kim loại trắng bạc, tồn tại trong các hợp chất sắt II hoặc sắt III. Sắt có trong tế bào và là chất cần thiết để duy trì hoạt động của hệ thống miễn dịch, duy trì các cơ bắp và điều chỉnh sự phát triển của tế bào. Tuy nhiên, hấp thụ quá nhiều chất sắt sẽ gây nhiễm độc sắt và làm tổn hại tế bào của các cơ quan quan trọng trong cơ thể như tim, gan, bộ máy tiêu hóa, tổn thương động mạch... - Sắt ít gây độc tuy nhiên khi nồng độ sắt cao sẽ có những ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Triệu chứng sớm có thể gồm: mệt mỏi, yếu sức, đau bụng, đau khớp. Nếu tích trữ sắt quá lâu thì sẽ phá hủy cấu trúc tế bào, có thể gây ra hoặc trầm trọng thêm các bệnh kinh niên như bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson, xơ vữa động mạch vành, bệnh đái đường, bệnh viêm khớp, ung thư vú. Có hai dạng triệu chứng ngộ độc sắt: + Triệu chứng kích thích cục bộ: Tỷ lệ hấp thụ sắt III tương đối thấp, nồng độ trong đường tiêu hóa tương đối cao, có thể làm viêm loét niêm mạc đường ruột, dẫn đến tình trạng hoa mắt chóng mặt, buồn nôn, đau bụng, tiêu chảy, ...; cá biệt ở một số bé còn xuất hiện hiện tượng rỗ hạt dạ dày, hoại tử ruột và viêm niêm mạc thành ruột, gây nguy hiểm cho tính mạng. + Triệu chứng ngộ độc toàn thân: Sắt II dễ dàng hấp thụ, cho nên hấp thụ lượng lớn trong một lần có thể sẽ làm cơ tim bị tổn thương, suy kiệt tinh thần và sốc, làm tổn thương niêm mạc dạng hạt trong tế bào, hoại tử tế bào gan và dung giải tế bào thần kinh, chức năng gan suy giảm, hôn mê và co giật, thậm chí có thể dẫn đến tử vong [13]. 1.5. Các biện pháp xử lý nước thải mạ chứa kim loại nặng Trong công nghệ mạ, dung dịch mạ được lọc và giữ lại trong bể mạ, phần hóa chất tiêu hao được bổ sung thêm để giữ nguyên thành phần dung dịch. Song không phải chỉ có giai đoạn mạ mới sản sinh ra nước thải mà trong K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 23 các công đoạn từ khi là phôi đến khi ra thành phẩm hoàn chỉnh cũng tạo ra nước thải. Do vậy cần nghiên cứu, phân tích thành phần nước thải ở từng công đoạn để có thể có biện pháp xử lý hiệu quả nhất. Hàm lượng và thành phần muối kim loại vô cơ trong nước thải mạ khác nhau tùy thuộc vào phương pháp mạ được sử dụng như mạ đồng, mạ crom, mạ niken,... Điểm giống nhau của nước thải công nghệ mạ là chứa nhiều muối kim loại, có độ pH thay đổi từ axit mạnh đến kiềm mạnh do đó công nghệ xử lý nước thải mạ cũng chỉ có một số phương pháp chính dựa trên thành phần và tính chất các muối kim loại có trong nước thải. 1.5.1. Phương pháp hóa lí Phương pháp hấp phụ • Nguyên tắc: Quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý tức là quá trình di chuyển của các chất ô nhiễm (các ion kim loại) (chất bị hấp phụ) đến bề mặt pha rắn (chất hấp phụ). Để xử lý triệt để thường kết hợp với phương pháp xử lý sinh học hoặc các biện pháp xử lý hóa học. Khả năng hấp phụ chất bẩn trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, nhiệt độ thấp quá trình hấp phụ xảy ra mạnh nhưng nếu quá cao thì có thể khử quá trình hấp phụ. Chính vì vậy người ta dùng nhiệt độ để phục hồi khả năng hấp phụ của các hạt rắn khi cần thiết [5]. Những chất có thể làm chất hấp phụ như than hoạt tính, silicagel, đất sét, keo nhôm, đôlômit, các chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt. Các hydroxit kim loại cũng có khả năng hấp phụ tuy nhiên ít được sử dụng vì năng lượng tác dụng tương hỗ của chúng với các phân tử nước rất lớn, đôi khi cao hơn cả năng lượng hấp phụ. Các sản phẩm phụ nông nghiệp như rơm, cám, bã mía, trấu... cũng đã được nghiên cứu để xử lý nước thải tuy nhiên kết quả không khả quan. Ví dụ như vỏ trấu có khả năng hấp phụ các ion kim loại nhưng mức độ chỉ khoảng 13-17%. Các vật liệu sinh học cũng được sử dụng K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 24 để tách các kim loại hay các hợp chất của nó ra khỏi nước thải. Chẳng hạn như: Chitosan – một polyme sinh học dạng glucosamin là sản phẩm deacetyl hóa chitin lấy từ vỏ tôm, cua, một vài loại nấm và một số loài động vật giáp xác. Dung lượng hấp phụ đạt 241mgCr6+/g. [13]. Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi với các ưu điểm như xử lý nhanh, dễ chế tạo thiết bị và đặc biệt có thể tái sử dụng vật liệu hấp phụ. 1.5.2. Phương pháp trao đổi ion • Nguyên lý: Cho nước thải lần lượt qua hai cột cationit và anionit. Khi tiếp xúc với cột cationit (R-H) thì các cation tạp chất (Cu2+, Ca2+, Na+, NH4+, Ni+, Cr3+) của nước thải sẽ bị giữ lại và các ion H+ từ cột cationit sẽ chuyển vào dung dịch nước thải [18]. R-H + MeX = R-Me + H+ + X- Nước thải tiếp tục tiếp xúc với cột anionit (R-OH), các anion tạp chất (Cl-, SO42-, CN-, NO32-) trong nước thải bị giữ lại và các ion OH- từ cột anionit sẽ chuyển vào nước thải. Các ion H+ và ion OH- sau khi di chuyển vào nước thải sẽ kết hợp với nhau tạo thành phân tử nước [18]. R-OH + X- = R-X + OH- Phương pháp trao đổi ion là phương pháp tiên tiến để làm sạch nước thải khỏi các kim loại nặng như Zn, Cu, Cr, Ni... cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua. Phương pháp vận hành dễ dàng và chiếm diện tích nhỏ, phù hợp với các cơ sở có mặt bằng nhỏ. Việc lựa chọn vật liệu trao đổi ion chọn lọc có nghĩa quan trọng cho thu hồi các kim loại quý hiếm. Sau một thời gian làm việc các cột ionit sẽ được tái sinh. Cationit được rửa bằng dung dịch axit như H2SO4 hay HCl nồng độ từ 3-10%; anionit được rửa bằng dung dịch kiềm NaOH hay Na2CO3. Nước K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 25 rửa cationit và anionit chứa các loại cation và anion, axit và kiềm dư được thu hồi, nhựa ionit được tái sinh và bắt đầu một chu kì làm việc mới [5]. 1.5.3. Phương pháp điện hóa • Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc của quá trình oxy hoá khử để tách các kim loại trên các điện cực nhúng trong nước thải khi cho dòng điện một chiều đi qua. Anot không hoà tan làm bằng grafit hoặc chì oxit. Catot làm bằng molipđen hoặc hợp kim vonfram – sắt – niken. Trong quá trình khử các kim loại bị loại ra khỏi nước do sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô nhiễm thành các hợp chất ít độc hơn hoặc về dạng dễ tách ra khỏi nước. Phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không cần cho thêm hoá chất, tuy nhiên lại tiêu hao nhiều điện năng, thích hợp cho nước thải có nồng độ kim loại cao (> 1g/l). 1.5.4. Phương pháp hóa học Các phương pháp hóa học làm sạch nước thải phân xưởng mạ trên cơ sở sử dụng hóa chất mà kết quả phản ứng là các chất nhiễm bẩn chuyển thành các hợp chất không độc hại hoặc có thể dễ dàng tách bỏ ở dạng kết tủa. Đây là phương pháp cổ điển, đơn giản và hiệu quả. 1.5.4.1. Phương pháp oxi hóa - khử • Nguyên tắc: Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như cho ở dạng khí và hóa lỏng, dyoxyt clo, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, peoxythydro, [5]. Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học. K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 26 Hoá chất khử thông thường cho xử lý nước thải chứa crôm là ferrous sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit, hoặc sulfur dioxit. Thông dụng nhất là ferrous sulphate (FeSO4). Trong phản ứng oxy hoá khử, ion Fe2+ phản ứng với Cr6+, khử Cr6+ thành Cr3+ và oxy hoá Fe2+ thành Fe3+. Phản ứng xảy ra nhanh hơn ở pH thấp. Phản ứng tổng quát như sau: Cr6+ + 6FeSO4 + H2O Æ Cr3+ + 3Fe2(SO4)3 Nhược điểm của phương pháp này khi xử lý crom là đòi hỏi lượng muối sắt (Fe2(SO4)3)dư lớn và lượng chất thải rắn sau xử lý lớn. Sau khi thực hiện phương pháp oxy hóa khử, tiếp tục thực hiện các biện pháp trung hòa kết tủa để loại bỏ thành phần các chất ô nhiễm. 1.5.4.2. Phương pháp trung hòa – kết tủa • Nguyên lý: Phản ứng kết tủa hoá học dựa trên phản ứng giữa chất đưa vào nước thải với kim loại có trong nước thải ở pH thích hợp, tạo ra chất kết tủa và tách ra bằng phương pháp lắng thông thường. Đây là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay [5]. Ví dụ: với một số kim loại như arsenic hoặc cadmium ở nồng độ thấp có thể xử lý hiệu quả khi cùng kết tủa với phèn nhôm hoặc sắt. Khi chất lượng đầu ra đòi hỏi cao, có thể áp dụng quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng khó lắng trong quá trình kết tủa. Phương pháp trung hòa được áp dụng chủ yếu với nước thải axit hoặc kiềm. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như: - Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm - Bổ sung các tác nhân hóa học. Đối với nước thải axit trong quá trình tẩy gỉ ngoài chứa các thành phần axit còn chứa cả sắt và các kim loại nặng khác do đó để trung hòa nước thải K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 27 này dùng xút hoặc vôi đến giá trị pH = 6,5 – 8,5. Ngoài việc trung hòa ion H+ thì nước vôi còn có tác dụng làm kết tủa một số kim loại nặng dưới dạng sunfat hoặc hydroxit. Sau đó lắng lọc để tách kim loại, có thể dùng thêm các chất trợ lắng. Cho đến nay phương pháp kết tủa vẫn là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xử lý nước thải công nghiệp [5,9]. Khoảng 75% cơ sở mạ điện sử dụng phương pháp trung hòa kết tủa hydroxit, cacbonat hoặc sunfua để xử lý nước thải, trong đó kết tủa bằng hydroxit được sử dụng nhiều nhất do các ưu điểm nổi bật về tính đơn giản, giá thành thấp. Trong thời gian gần đây, một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã công bố nghiên cứu của mình về khả năng xử lý asen bằng việc kết hợp phương pháp kết tủa và hấp phụ như sau: với nồng độ asenic trong nước thải là 100 mg/L, trước khi cho hấp phụ bằng bentonite người ta đã cho vào nước thải một lượng Fe2(SO4)3 và vôi với mục đích làm tăng pH của nước thải tạo môi trường cho Asenic kết tủa. Kết quả cho thấy, hiệu quả xử lý As rất tốt, đạt tới 99,99%, giảm nồng độ As từ 100 mg/L xuống còn 10 μg/L [16]. 1.5.5. Phương pháp sinh học • Nguyên tắc: Nguyên lý chung của phương pháp là sử dụng các loại thực vật, vi sinh vật, vi khuẩn như bèo tổ ong, tảo, các vi sinh vật yếm khí...vv để tiêu hủy các kim loại nặng có trong nước thải. Quá trình tiến hành phải lựa chọn và phân lập giống, phải cho những loài sinh vật nào có khả năng “tiêu hóa” nhiều kim loại nặng có hiệu quả nhất. Theo Becke.E.W, giới hạn cho phép để tiến hành khử kim loại nặng bằng tảo khá lớn, tới hàng chục mg/l và hiệu suất khử cũng rất cao > 80% đối với các kim loại như: Hg, Pb, Ni, Cr... [8]. Kết quả của một nghiên cứu về nấm Saccharomyces cerevisine đã cho thấy khả năng hấp thu Cu2+, Pb2+ và Zn2+ của loại nấm này tăng khi nồng độ ban đầu của kim loại cao. Nếu nồng độ ban K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 28 đầu của Cu2+ là 250 mg/L thì sau 48 giời, nấm S.C có thể hấp thu được 63% nhưng nếu nồng độ ban đầu là 50 mg/L thì khả năng hấp thu Cu2+ chỉ đạt 25%, Zn2+ chỉ đạt 21% [1]. Tuy nhiên phương pháp sinh học chỉ được coi là phương pháp xử lý bậc ba của các quá trình xử lý sau khi xử lý bằng các phương pháp vật lý và hóa học. Do yêu cầu về mặt bằng lớn, hơn nữa việc lựa chọn và phân lập vi sinh vật còn nhiều hạn chế nên khi áp dụng vào thực tế gặp rất nhiều khó khăn. Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, còn có một số phương pháp mới đang được đề nghị nhằm bổ sung cho công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nhưng ứng dụng của chúng vào thực tế vẫn còn tương đối hạn chế, ví dụ như phương pháp trích ly bằng dung môi, bốc hơi hoàn nguyên, làm lạnh. Để lựa chọn được biện pháp xử lý phù hợp với kinh tế và điều kiện của doanh nghiệp, ta xem xét đến các ưu, nhược điểm và hiệu quả xử lý của các phương pháp được trình bày trong bảng sau: Bảng 1.2 : Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý nước thải ngành mạ thường dùng [7] Phương pháp xử lý Ưu điểm Hạn chế Oxy hoá khử - Xử lý nước thải lưu lượng lớn - Chi phí thấp - Đơn giản, dễ vận hành - Chuyển chất thải từ dạng này sang dạng khác - Tạo lượng bùn kim loại lớn Hấp phụ bằng các vật liệu sinh học - Vận hành đơn giản - Giá thành vật liệu rẻ - Khó kiểm soát nồng độ - Giải hấp phụ không đạt hiệu quả cao - Nồng độ kim loại đầu vào - Chi phí điện năng rất lớn K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 29 Điện hoá cao - Thu hồi kim loại với độ tinh khiết cao - Tự động hoá quá trình - Không cần sử dụng hoá chất Trao đổi ion - Nồng độ đầu vào loãng - Thu hồi kim loại quý - Nhu cầu năng lượng thấp - Yêu cầu vận hành chặt chẽ - Tái sinh vật liệu trao đổi Sinh học - Quá trình xử lý tạo ra chất thải ít nên thân thiện với môi trường. - Giá thành thấp. - Yêu cầu mặt bằng xử lý lớn - Hiệu quả thấp nếu hàm lượng chất ô nhiễm trong dòng thải không ổn định hoặc quá lớn. - Quá trình vận hành phải kiểm soát được các chất ô nhiễm trong dòng thải và lượng chất dinh dưỡng N, P cấp thêm vào dòng thải K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ 30 CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn là nước thải công nghiệp mạ điện tại chi nhánh Công ty Cổ phần công nghệ bề mặt. 2.1.1 Qui trình công nghệ mạ tại công ty Cổ phần Công nghệ bề mặt Sản phẩm của công ty chủ yếu là các lớp mạ kẽm bảo vệ trang trí với công suất khoảng 200 tấn/năm. Công ty đã đầu tư đổi mới công nghệ mạ kẽm kiềm và thụ động. Tuy nhiên nước thải v