Tài liệu Luận án nghiên cứu hiệu quả và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm bằng phương pháp hóa học tại công ty trách nhiệm hữu hạn tae yang việt nam

Nghiên cứu hiệu quả và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm bằng phương pháp hóa học tại Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Tae Yang Việt Nam Đinh Thị Huyền Nhung Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học Mội trường; Mã số: 60 85 02 Người hướng dẫn: TS. Trần Văn Quy Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Tìm hiểu quy mô, hiện trạng và công nghệ sản xuất tại Công ty (trách nhiệm hữu hạn) TNHH Tae Yang Việt Nam. Nghiên cứu đặc tính nước thải và hiện trạng xử lý. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử Cr6+ về Cr3+. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo kết tủa Cr(OH)3. Đề xuất giải pháp công nghệ khả thi có thể áp dụng xử lý nước thải chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam. Keywords: Khoa học môi trường; Công nghệ môi trường; Phương pháp hóa học; Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam; Xử lý nước thải; Nước thải Content CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu về ngành công nghiệp mạ điện Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1805 bởi nhà hóa học Luigi V. Brugnatelli để tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác. 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 [19]. Công nghệ mạ điện là một trong những lĩnh vực công nghệ bề mặt quan trọng làm thay đổi bề mặt vật liệu. Mạ điện dùng để bảo vệ kim loại, chống ăn mòn kim loại làm cho chi tiết có được tính chất cơ lý tốt hơn: Tăng độ cứng bề mặt chống ăn mòn, tăng tính thẩm mỹ… 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. 1.2. Các thành phần đặc trƣng của nƣớc thải công nghiệp mạ điện Nước thải nói chung bao gồm rất nhiều thành phần hỗn hợp như: xianua, crôm, niken, đồng, kẽm…và các hợp chất của kẽm, dầu mỡ cũng là loại nước thải độc hại. Trong đó độc nhất phải kể đến Cr (VI). 1.3. Các kiểu mạ crôm 1.3.1. Mạ crôm bảo vệ trang sức  Mạ crôm thông thường: Mạ crôm thông thường dùng dung dịch axit cromic có chất súc tác sunfut, hiệu suất dòng điện là 8-13%. Lớp mạ bóng, dễ đánh bóng, độ cứng tế vi 600 – 900HV, dung dịch ăn mòn thiết bị ít.  Mạ crôm phức hợp: Dung dịch mạ crôm dùng chất xúc tác gốc sunphat và ion flo gọi là dung dịch mạ crôm phức hợp. Gốc SiF62- có tác dụng tương tự gốc F-, nhưng dễ khống chế hơn, được sử dụng nhiều hơn. Mạ crôm phức hợp, sử dụng dòng điện cao, hiệu suất dòng điện 18 – 25%, phạm vi bóng rộng, tốc độ kết tủa nhanh, khả năng phân bố tốt, độ cứng lớp mạ 800 – 1000HV, nhưng tính ăn mòn dung dịch mạnh, điều chỉnh và phân tích khó khăn. Dung dịch nhạy với tạp chất, khi hàm lượng vượt quá 3g/l, phạm vi bóng thu hẹp, khả năng phân bố giảm độ bóng lớp mạ giảm. Vì vậy, mạ crôm phức hợp không được sử dụng rộng rãi.  Mạ crôm có chất phụ gia: Phương pháp mới nhất là cho thêm chất phụ gia để hàm lượng CrO 3 trong dung dịch này khoảng 150 – 250g/l, có nơi sử dụng 50 – 100g/l. Trong thực tế sản xuất thấy rằng: nồng độ CrO3 quá thấp không thể thực hiện mạ được, thậm chí lớp mạ hình thành có váng màu vàng. Ở điều kiện bình thường, lớp mạ thu được khác với mạ thông thường, độ bóng lớp mạ nằm giữa độ bóng lớp mạ crôm thông thường và độ bóng thép không gỉ.  Mạ crôm không có vết nứt và có vết nứt: Mạ crôm không có vết nứt và có vết nứt nhỏ để nâng cao độ bền chống gỉ của lớp mạ. Loại đầu nhờ làm giảm vết nứt để chống sự ăn mòn chỗ vết nứt, loại sau nhờ sự phân tán dòng điện ăn mòn để nâng cao tính ăn mòn. Nếu mang 2 loại này kết hợp với nhau gọi là crôm mạ kép. Mạ crôm không có vết nứt sử dụng nhiệt độ cao và tỉ số CrO 3/SO42- cao.  Mạ crôm nhanh: Dung dịch dùng trong mạ crôm nhanh chủ yếu là CrO3 với hàm lượng 180 – 250g/l được kết hợp với H2SO4 (1,8 – 2,5g/l), H3BO3 (8 – 10g/l) và MgO (4 – 5g/l).  Mạ crôm từ dung dịch tetracromat: CrO3 trong dung dịch kiềm hình thành muối Na2Cr4O13, mạ crôm từ dung dịch tetracromat được lớp mạ không bóng , nhưng khả năng phân bố tốt, hiệu quả dòng điện cao, tốc độ kết tủa nhanh. Dung dich này chỉ ổn định ở nhiệt độ thường, nếu dùng mật độ dòng điện cao phải làm lanh, nhiệt độ làm việc dưới 23 0C. Nồng độ dung dịch CrO3 sử dụng khoảng 280 – 400g/l.  Mạ crôm quay: Mạ crôm quay dùng dung dịch mạ crôm phức hợp, mạ crôm quay rất nhạy với ion clo, dung dịch CrO3 dùng trong mạ crôm quay với nồng độ 180 – 350g/l.  Mạ crôm hóa trị ba: Ưu điểm mạ crôm hóa trị ba là ít độc, xử lí nước thải đơn giản, mạ ở nhiệt độ thường, khả năng phân bố tốt. Lớp mạ có màu vàng , giống như màu thép không gỉ . Do tính ổn định dung dịch chưa hoàn toàn giải quyết được nên trong công nghiệp mạ crôm hóa trị ba đang ở giai đoạn sản xuất thử. Hàm lượng Cr 3+ sử dụng dạng Cr2(SO4)3 hoặc CrCl3 với nồng độ 0,38 – 0,45 mol/l.  Mạ crôm đen: Dung dịch mạ crôm không có gốc SO42-, thêm một chút chất phụ gia có thể mạ crôm đen, trong đó hàm lượng crôm kim loại vào khoảng 75%, còn lại là hợp chất oxy hóa crôm. Pha chế dung dịch crôm đen cần dùng nước cất, dùng BaCO 3 để kết tủa toàn bộ gốc sunfat. Dung dịch CrO3 dùng trong mạ crôm đen với hàm lượng 200 – 400g/l. 1.3.2. Mạ crôm cứng Mạ crôm cứng là lớp mạ crôm dày trên các vật liệu nền, độ dày từ vài micro đến vài milimet, thông thường trên 20µm. Mạ crôm cứng chỉ thực hiện được khi lớp mạ tương đối dày, lúc đó lớp mạ có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt. Mạ crôm cứng có thể sử dụng các loại dung dịch mạ nhưng thường dùng nhất là các loại dung dịch mạ crôm thông thường. Mạ crôm cứng sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với các dụng cụ cắt gọt, khuôn, trục, dụng cụ đo, xi lanh… Mạ crôm cứng có thể gọi chung là mạ crôm công nghiệp hoặc mạ crôm kĩ thuật. Mạ crôm cứng thường dùng dung dịch mạ crôm tiêu chuẩn với hàm lượng khoảng 150 – 400g/l tùy theo từng chế độ công nghệ với chất xúc tác là H2SO4 hoặc H3PO4. 1.4. Hiện trạng nƣớc thải mạ tại Việt Nam Theo các số liệu thống kê cho ta thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ có quy mô nhỏ và vừa đều tập trung ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh, Biên Hòa…Trong quá trình sản xuất, nước thải của các nhà máy xí nghiệp này đều bị ô nhiễm bởi 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 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, chỉ còn mang tính đối phó [1]. 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, crôm, 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, BOD5 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 crôm, đồng, kẽm, sắt, photpho…[7]. 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 các chất độc hại trong đó khá lớn. Hơn nữa, các 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. 1.5. Ảnh hƣởng của nƣớc thải công nghiệp mạ điện đối với môi trƣờng Ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người: Các ion kim loại nặng Pt, Cu, Cr, Ni…có thể gây bệnh viêm loét dạ dày, viêm đường hô hấp, bệnh eczema, ung thư… Ảnh hưởng đến hệ sinh thái: Các thành phần kim loại nặng ảnh hưởng rất lớn tới quá trình sinh trưởng phát triển của con người, động và thực vật. Với nồng độ đủ lớn sinh vật có thể bị chết hoặc bị thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học. Ảnh hưởng trực tiếp đối với cá và thức ăn, đầu độc các sinh vật làm cho các nguồn phù du để nuôi cá, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất hóa lý của nước. Ảnh hưởng tới hệ thống cống thoát nước, nước ngầm, nước mặt. Nước thải công nghiệp có tính axit, ăn mòn các đường ống dẫn bằng kim loại, bêtông. Mặt khác, do các quá trình xà phòng hóa tạo thành váng ngăn của quá trình thoát nước và thâm nhập của oxi không khí vào nước thải, cản trở quá trình tự làm sạch. Các ion kim loại nặng khi thâm nhập vào bùn trong các mương thoát nước còn ức chế hoạt động của các vi sinh vật kị khí làm mất khả năng hoạt động hóa của bùn. 1.6. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải công nghiệp mạ điện 1.6.1. Phƣơng pháp hóa học Phương pháp này dựa trên các phản ứng oxy hóa khử, trung hòa, keo tụ, kết tủa…làm cho các chất độc hại bị biến đổi thành chất ít độc hay không độc và tách khỏi dòng nước thải. Tùy thuộc vào lưu lượng nước thải mà tiến hành xử lý ngay tại chỗ hay cho cả phân xưởng hoặc cả nhà máy. Cũng như chọn thiết bị tuần hoàn hay gián đoạn. Phương pháp này có hiệu quả cao khi nồng độ tạp chất trong nước thải lớn từ 2001000mg/l. Phương pháp hóa học bao gồm: phương pháp đông tụ, trung hòa và khử kết tủa. Trong đó, có phương pháp trung hòa và kết tủa được ứng dụng thực tế còn phương pháp đông tụ chưa được ứng dụng rộng rãi, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật còn thấp, triển khai công nghệ khó khăn, có nhiều thông số nên khó điều khiển, phương pháp này chỉ tiến hành để thí nghiệm 1.6.2. Phƣơng pháp điện hóa Mục đích: phân hủy (khử độc) các chất độc trong nước thải hoặc thu hồi các kim loại trên điện cực anôt. Phương trình phản ứng điện cực chung có thể viết như sau: Mn+ + ne → Mem-n, trong đó: m là hóa trị của kim loại (m ≥ n) n là số điện tử làm thay đổi hóa trị. Phương pháp điện hóa cho phép loại bỏ ra khỏi nước thải các ion Cr 2+, Cu2+, Ni2+…Công nghệ xử lý đơn giản, dễ cơ giới hóa và tự động hóa, không cần bổ sung thêm hóa chất, nhưng lại chỉ thích hợp với nước thải đưa vào xử lý với nồng độ cao (nồng độ các ion >1g/l). 1.6.3. Phƣơng pháp hấp phụ Đây là phương pháp rất vạn năng, được sử dụng rộng rãi cho phép xử lý nước thải chứa một hoặc nhiều loại nước bẩn khác nhau cả khi nồng độ các chất bẩn trong nước rất thấp khi đó dùng phương pháp khác thì hiệu suất trong nước rất thấp (không đạt). 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. 1.6.4. Phƣơng pháp trao đổi ion Trao đổi ion là một trong những phương pháp đã được áp dụng vì nó có hiệu quả kinh tế tương đối cao và có thể thu được các sản phẩm có giá trị về kinh tế. Bản chất của quá trình là sự trao đổi lẫn nhau của các ion có cùng điện tích trên bề mặt chất rắn và trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ionit (không tan trong nước). Trong đó các chất có khả năng hút ion dương gọi là cationit (mang tính kiềm). Phản ứng trao đổi ion xảy ra do hiệu số thế hóa của các ion trao đổi mA + RmB ↔ mRA + B 1.6.5. Phƣơng pháp sinh học Ngày nay, sử dụng phương pháp sinh học để loại bỏ kim loại nặng trong nước đã, đang được nghiên cứu và ứng dụng. Trong số các sinh vật có khả năng đóng vai trò là chất hấp phụ sinh học thì các loại tảo hay vi tảo được đặc biệt chú ý. Nguyên lý của phương pháp là dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối. Với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60mg/l và bổ sung đủ chất dinh dưỡng (N, P) và các nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho sự phát triển của các loài thực vật như rong tảo. Do đó, quá trình xử lý đòi hỏi phải trộn lẫn nước thải sinh hoạt để bổ sung chất dinh dưỡng và pha loãng hàm lượng chất ô nhiễm trong nước thải. CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu - Dung dịch chứa Cr6+ được pha chế ở các nồng độ khác nhau - Nước thải chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu  Phương pháp thu thập, hệ thống hóa tài liệu  Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa  Phương pháp phân tích  Phương pháp tiến hành thực nghiệm  Phương pháp thống kê xử lý số liệu CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Quy mô sản xuất và hiện trạng, đặc tính nƣớc thải của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam 3.1.1. Quy mô sản xuất của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam Lĩnh vực hoạt động của Công ty là sản xuất các loại dao , thìa, dĩa bằ ng inox không chỉ phục vụ trực tiếp cho nhu cầu sinh hoạt bếp núc của n gười dân trên toàn quố c mà còn phục vụ xuất khẩu . Quy mô sản xuất của Công ty khá lớn, mỗi năm cung cấp hàng triệu sản phẩm cho thị trường, thể hiện trong Bảng 3.1. Bảng 3.1. Quy mô sản xuất của công ty TNHH Tae Yang Việt Nam STT Sản phẩm Đơn vị Sản lƣợng 1 Dao bằng Inox Chiếc 24.000.000 chiếc/năm 2 Thìa bằng Inox Chiếc 25.500.000 chiếc/năm 3 Dĩa bằng Inox Chiếc 25.500.000 chiếc/năm 3.1.2. Hiện trạng xử lý và đặc tính nƣớc thải của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam  Hiện trạng xử lý nƣớc thải của Công ty Theo tìm hiểu, khảo sát thì toàn bộ lượng nước thải của Công ty được xử lý từ hai nguồn chính là nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất. Công ty không tách riêng hai nguồn thải này mà tập trung xử lý tại hệ thống xử lý chung. Công ty đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học bùn hoạt tính để xử lý kết hợp cả nước thải sinh hoạt từ bể phốt và nước thải sản xuất. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải tại Công ty được mô tả trên Hình 3.1. Nước thải từ hệ thống bể phốt Clo Nước thải N s¶n xuÊ Bể điều hòa Bể Aeroten Bể lắng Bùn tuầ n hoà n Bể khử trùng Nước thải sau xử lý Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và sản xuất của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam  Đặc tính nƣớc thải của Công ty Đặc tính nước thải của Công ty Tae Yang Việt Nam có hàm lượng hữu cơ khá lớn. Tuy nhiên, sau xử lý thì các chỉ tiêu này đều đạt QCVN 40:2011/BTNMT-B. Chỉ riêng hàm lượng crôm sau hệ thống xử lý không đạt quy chuẩn cho phép, cao hơn gấp 12 lần so với quy chuẩn cho phép. Nước thải nhiễm crôm xả thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái, và có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới con người. Do vậy, vấn đề cấp bách của cơ sở là phải tách crôm ra khỏi nước thải trước khi xả thải ra môi trường. 3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình khử - kết tủa crôm 3.2.1. Các yếu tố ảnh đến quá trình khử Cr6+ Kết luận chung: Từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử Cr 6+ về Cr3+ đưa ra được điều kiện tối ưu cho các quá trình khử đạt hiệu suất cao nhất trình bày trong Bảng 3.13. Bảng 3.13. Các điều kiện tối ưu của quá trình khử Cr6+ Các yếu tố ảnh hƣởng đến pH Chất khử 6+ quá trình khử Cr Kết quả tối ƣu 3 NaHSO3 Hàm lượng chất Thời gian phản khử (gam) ứng (phút) 5 30 3.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo kết tủa Cr(OH) 3 Kết luận chung: Từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo kết tủa Cr(OH)3 đưa ra được điều kiện tối ưu cho các quá trình tạo kết tủa đạt hiệu suất cao nhất trình bày trong Bảng 3.18. Bảng 3.18. Các điều kiện tối ưu của quá trình tạo kết tủa Cr(OH)3 Hàm lượng Thời gian khuấy quá trình tạo kết tủa sữa vôi chậm (phút) Cr(OH)3 (gam) Các yếu tố ảnh hƣởng đến Kết quả tối ƣu pH 10 15 20 Thời gian lắng (phút) 25 3.3. Đề xuất giải pháp công nghệ khả thi có thể áp dụng xử lý nƣớc thải mạ chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam 3.3.1. Các thông số của dòng thải và lựa chọn phƣơng pháp khả thi Hiện tại, Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam chưa tách riêng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước thải từ phân xưởng mạ điện mà tập trung xử lý trong một hệ thống xử lý nước thải chung. Vì vậy, chất lượng nước đầu ra chỉ tiêu crôm chưa đạt QCVN 40:2011/BTNMT-B. Từ kết quả nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử và kết tủa crôm, trong đề tài luận văn nghiên cứu của mình tôi xin đề xuất giải pháp công nghệ khả thi có thể áp dụng xử lý nước thải mạ chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam. Với hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 15m3/ngày đêm => Lượng nước thải trung bình trong một ngày là: 15m3/ngày đêm Hệ thống làm việc làm liên tục 24/24h nên lưu lượng dòng thải tính theo giờ là: QCr = 0,625m3/h  Các thông số của dòng thải: Do nước thải không ổn định cả về lưu lượng và thành phần mà phụ thuộc rất nhiều vào quá trình sản xuất, đặc biệt là quá trình thay rửa bể, nên khó có thể tính toán nồng độ các chất trong nước thải một cách chính xác. Nhưng nhờ có bể điều hòa để ổn định nồng độ chất ô nhiễm cấp vào bể xử lý, do đó có thể chọn nồng độ tiêu biểu của dòng thải trong Bảng 3.19. Bảng 3.19. Nồng độ của nước thải trước khi xử lý TT Các thông số Đơn vị Nƣớc thải đầu vào QCVN 40:2011/BTNMT-B 1 pH - 3,18 5,5 – 9 2 SS mg/l 150 100 3 COD mg/l 100 150 4 Cr6+ mg/l 2,64 0,1 Chọn thông số thiết kế dựa trên thành phần ô nhiễm chính là crôm như sau: Nồng độ Cr6+ = 2,64 mg/l = 2,64 g/m3.  Tải lượng của Cr6+ trong 1h = 2,64 g/m3 x 0,625 m3/ h = 1,65 (g/h)  Lựa chọn phƣơng pháp khả thi - Do Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam áp dụng công nghệ mạ tiên tiến, tiết kiệm được hóa chất sử dụng. Do đó, lượng nước thải không lớn và nồng độ không cao. Vì vậy, việc thu hồi sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế do phải đầu tư thiết bị xử lý tái sinh. - Dòng thải mạ Crôm có chứa Cr+6 rất độc, vì vậy nên sử dụng phương pháp khử để khử về dạng Cr3+ ít độc hơn nhiều. Ngoài ra, dòng nước thải chủ yếu mang tính axít, nên ta áp dụng phương pháp trung hòa là đơn giản nhất. - Quá trình trung hòa và khử tạo ra lượng cặn lớn. Hơn nữa, để lắng Cr3+ ta có thể dùng sữa vôi Ca(OH)2 để tạo kết tủa Cr(OH)3 rất hiệu quả và giá thành không cao. Tiếp theo, để tách các cặn lơ lửng này, tốt nhất sử dụng kết hợp với các chất tạo bông như phèn sắt, phèn nhôm hoặc chất trợ tạo bông PAC-250. Như vậy, sẽ lựa chọn phương pháp khử – kết tủa hóa học kết hợp với trung hòa và lắng để thiết kế dây chuyền xử lý nước thải mạ với hiệu quả xử lý đạt 97%, nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B QCVN 40:2011/BTNMT-B 3.3.2. Sơ đồ chung của hệ thống xử lý nƣớc thải Dòng thải chứa Crôm Bể điều hòa H2SO4 NaHSO Thiết bị tách dầu 3 Ca(OH )2 Bể phản ứng Bể trộn nước thải + sữa vôi Bể chứa bùn Bể tạo bông + lắng Xử lý định kỳ Bể lọc nhanh Bể điều chỉnh pH lần cuối Mương thoát nước Hình 3.13. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải mạ chứa crôm  Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña hÖ thèng : Nước thải đi vào bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ các chất trong nước thải. Sau đó chúng được đi qua thiết bị tách dầu để tách dầu mỡ và các tạp chất nổi có trong dòng thải. Sau khi ra khỏi thiết bị tách dầu, nước thải sẽ được bơm vào bể phản ứng để khử Cr6+ thành Cr3+. chất khử là NaHSO3 được cấp bằng bơm định lượng. Do môi trường tiến hành phản ứng khử đòi hỏi pH = 3, vì vậy phải bổ sung H 2SO4 vào để đạt được pH cần thiết. Bể phản ứng có 2 ngăn: ngăn thứ nhất cấp NaHSO3 và H2SO4, trong bể có lắp cánh khuấy để đảm bảo khuấy trộn đều hóa chất trong nước thải; ngăn thứ hai là ngăn lắng để vừa kết hợp lắng các phần tử có kích thước lớn, vừa có thời gian để phản ứng xảy ra hoàn toàn hơn. Các dòng thải sau đó được bơm sang bể hòa trộn nước thải với sữa vôi nhằm mục đích nâng pH của nước thải lên khoảng 10  11 để xảy ra phản ứng chuyển các ion kim loại có trong nước thải sang dạng các hydroxyt kết tủa như: Cr(OH) 3, Ni(OH)2... Bể hòa trộn có dạng hình trụ tròn, bên trong có bố trí cánh khuấy nhằm hòa trộn nhanh nước thải với sữa vôi. Nước thải sau khi đã được hòa trộn đều với sữa vôi sẽ được bơm định lượng sang bể tạo bông và lắng. Đây thực chất là một thiết bị kép, kết hợp bể phản ứng xoáy hình trụ với bể lắng đứng. Đầu tiên, nước thải được bơm vào bể phản ứng xoáy hình trụ, tại đây do tác dụng của các dòng xoáy, những bông cặn kết tủa sẽ kết hợp với nhau tạo nên những bông cặn có kích cỡ lớn hơn, khối lượng lớn hơn và dễ lắng hơn. Để tăng hiệu quả cho quá trình tạo bông, ta bổ sung chất trợ tạo bông PAC-250. Nước thải sau khi ra khỏi bể phản ứng xoáy hình trụ sẽ tự động sang bể lắng đứng. Tại đây, các bông cặn kết tủa sẽ lắng xuống dưới đáy và được định kỳ xả vào bể chứa bùn. Bùn sau đó đi sang thiết bị ép bùn nhằm thu nhỏ thể tích. Bùn ở bể chứa bùn được lưu trữ trong khoảng thời gian nhất định, sau đó được các cơ quan chức năng thu gom và xử lý theo quy định. Tại bể chứa bùn, không khí được cấp vào bể để tránh mùi hôi sinh ra do sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ. Nước trong chảy tràn lên trên rồi theo máng dẫn nước đi sang bể lọc nhanh 2 lớp để tách nốt các tạp chất nhỏ mà ở bể lắng không tách được. Bể lọc gồm các lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính để loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan, các nguyên tố dạng vết, những chất khó hoặc không phân giải sinh học và halogen hữu cơ nhằm xử lý các chỉ tiêu đạt yêu cầu quy định. Cuối cùng, nước thải sau khi qua các công đoạn xử lý sẽ được đưa vào bể điều chỉnh pH lần cuối. Tại đây ta có thể dùng thêm H2SO4 để điều chỉnh pH nước thải tới giá trị yêu cầu. Nước thải sau đó được thải ra mương thoát nước. TÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra trong hÖ thèng ®Òu ®-îc ®iÒu khiÓn tù ®éng. 3.3.3. Tính toán lựa chọn các thiết bị  Tính toán bể phản ứng - Chọn loại thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng liên tục với tác nhân khử là NaHSO3. - Phản ứng xảy ra trong thiết bị như sau: 4H2CrO4 + 6NaHSO3 + 3H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 10H2O (*) - Phương trình dạng ion: 4CrO42- + 6HSO3- + 14 H+ = 4Cr3+ + 6SO42 - +10H2O - Phản ứng được tiến hành trong môi trường pH = 23 - Theo phương trình (*) ta thấy: để khử 208g Cr 6+ thành Cr3+ cần (6104) = 624g NaHSO3 và (398) = 294 g H2SO4. Do đó, để khử 1 kg Cr6+ thành Cr3+ cần x kg NaHSO3 và y kg H2SO4. NaHSO3 H2SO4 - Với thiết bị khuấy trộn liên tục, thể tích của thiết bị phản ứng được tính theo công thức: Vr= Q.tpư , m3 trong đó: - Vr: thể tích của thiết bị phản ứng, m3; - Q: tổng lưu lượng nước thải và lưu lượng hóa chất sử dụng, m3/h; - tpư : thời gian phản ứng, h.  Tính tổng lƣu lƣợng các dòng vào bể phản ứng khử - Tổng lưu lượng các dòng vào bể phản ứng xác định như sau: Q = QCr + Qhc + Qax (m3/h) trong đó: - QCr : lưu lượng dòng nước thải chứa Cr, m3/h; - Qhc : lưu lượng NaHSO3 thêm vào, m3/h; - Qax : lưu lượng axit H2SO4 thêm vào để giữ ổn định pH = 23, m3/h. - Tải lượng Cr6+ trong nước thải là 1,65 g/h = 1,65  24 = 39,6 (g/ngày) = 0,0396 (kg/ngày).  Lượng NaHSO3 cần dùng để khử theo lý thuyết là : mLT = 3  0,0396 = 0,1188(kg/ngày). - Tuy nhiên, trong thực tế thì để xử lý triệt để Cr 6+ cần phải tiêu tốn lượng NaHSO3 lớn hơn lượng tính toán từ 1,25  1,75 lần so với lý thuyết [15]. Chọn hệ số dư là 1,5 thì lượng NaHSO3 thực tế là : mTT = 1,5  0,1188 = 0,1782 (kg/ngày). - Trên thị trường hóa chất thường NaHSO3 được pha chế ở nồng độ 10%. Coi khối lượng riêng của 1 lít dung dịch NaHSO3 10% xấp xỉ 1 lít nước.  mo = 1 kg/l = 1000kg/m3. - Lượng dung dịch NaHSO3 bơm vào bể khử là : Qhc = = 0,00018 m3/ngày - Tương tự, lượng axit H2SO4 85% theo lý thuyết là : max,lt= 1,413x0,0396 = 0,0559(kg/ngày) Lấy hệ số dư là n = 1,5. Vậy lượng axit thực tế cần dùng là : max,tt = 1,5  0,0559 = 0,0838(kg/ngày)  0,1(kg/ngày) Khối lượng riêng của axit H2SO4 85% bằng :  = 1779 kg/m3 [2] Vậy lưu lượng axit H2SO4 là : Qax = = 0,000056 (m3 /ngày) Vậy tổng lưu lượng các dòng nước thải và hóa chất đưa vào bể phản ứng là : Q = QCr + Qhc + Qax = 15 + 0,00018 + 0,000056 15 m3/ngày = 0,625 m3/h - Có tphản ứng = 30 phút = 0,5 h (theo kết quả thí nghiệm mục 3.2.6) Vậy thể tích bể phản ứng là : Vr = Q  tphản ứng = 0,625  0,5 = 0,3125( m3) - Chọn Vbể = 0,5 m3 để đảm bảo khả năng khuấy trộn và không gian trống. Bể có hai ngăn: ngăn 1 dùng để cấp hóa chất và khuấy trộn; ngăn 2 xảy ra phản ứng. - Kích thước xây dựng: + Chiều cao 1m, trong đó chiều cao sử dụng là 0,8m, còn khoảng trống là 0,2m. + Chiều rộng bể chọn bằng 0,5 m + Chiều dài bể là 2 m, chiều rộng bể là 0,5m trong đó: ngăn thứ nhất: 0,8m  0,5m  1m (dài  rộng  cao) ngăn thứ hai: 1,2m  0,5m  1m (dài  rộng  cao)  Chọn cánh khuấy - Chọn loại cánh khuấy chân vịt hai cánh, đường kính 300 mm - Số vòng quay của cánh khuấy : n = 300 vòng/phút = 5 vòng/s - Công suất cánh khuấy tính theo công thức sau [2]: N = A.n3.d5. (w) trong đó: - A: hệ số xác định bằng thực nghiệm, với loại cánh khuấy chân vịt 2 cánh ta có A = 0,985 [2] - n: số vòng quay, vòng/s. - d: đường kính cánh khuấy, d = 300 mm = 0,3 m -  : khối lượng riêng của nước thải, có   1000 kg/m3  N = 0,985 x 53 x 0,35 x 1000 = 3324,4 w  3,3 kw - Công suất động cơ điện: Nđc = kw. : hiệu suất truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy, chọn  = 0,6  Nđc = = 5,5 kw 3.3.4. Tính toán lựa chọn thiết bị hòa trộn hóa chất keo tụ tạo bông. Thiết bị hòa trộn có dạng hình trụ tròn, được bố trí cánh khuấy bên trong. Nước thải chứa Crôm ra khỏi bể khử đưa vào bể hòa trộn. Tại đây, dung dịch sữa vôi Ca(OH) 2 được cấp vào để kết tủa các ion kim loại có trong nước thải. Thời gian khuấy trộn trong bể khoảng 1520 phút  Tổng lƣu lƣợng vào bể hòa trộn - Phản ứng kết tủa ion kim loại xảy ra như sau: Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 = 3CaSO4 + 2Cr(OH)3 - Theo phương trình trên, để kết tủa 2x52g Cr+3 cần 3x74g Ca(OH)2 - Mặt khác, tải lượng của Cr+3 chính bằng tải lượng của Cr+6 là TCr = 1,65 g/h  lượng 6 Ca(OH)2 cần đưa vào bể hòa trộn là: M= = 3,522g/h  0,648(kg/ngày)  Lưu lượng dung dịch sữa vôi đưa vào bể là: Q = 0,0000695m3/h  0,0017(m3/ngày) - Để đảm bảo tốt quá trình kết tủa, ta lấy dư lên thành Q K = 0,01 m3/h  Tổng lưu lượng vào bể hòa trộn là: Qtổng = QCr + QK = 0,625 + 0,0017 = 0,627( m3/h)  Thể tích thiết bị hòa trộn - Chọn thời gian khuấy trộn trong bể là: tk = 20 phút  Thể tích bể hòa trộn là: V = Q x tk = 0,627x(20/60) = 0,21 (m3) - Chọn chiều cao của thiết bị là 1,2m, trong đó chiều cao làm việc là 1 m  Diện tích thiết bị là: S = = 0,21m2  Đường kính thiết bị là : d = 2  0,5(m)  Chọn cánh khuấy Tương tự như chọn cánh khuấy cho bể phản ứng: - Chọn cánh khuấy chân vịt có 2 cánh với đường kính d = 300 mm - Số vòng quay n = 300 vòng/phút = 5vòng/s - Công suất cánh khuấy: N = 3,3 kw - Công suất động cơ điện: Nđc= 5,5 kw KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1. Đã tìm hiểu được quy mô, công nghệ sản xuất tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam. Quy mô sản xuất của Công ty khá lớn, mỗi năm cung cấp hàng triệu sản phẩm thìa, dao, dĩa cho thị trường trong nước cũng như xuất khẩu. Công nghệ sản xuất của công ty hiện nay khá hiện đại với 100% thiết bị máy móc chính được nhập khẩu từ Hàn Quốc. 2. Đã tìm hiểu được đặc tính nước thải và hiện trạng xử lý của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam. Theo khảo sát, Công ty vẫn chưa tách riêng dòng nước thải sinh hoạt và sản xuất mà tập trung xử lý trong hệ thống xử lý chung dùng phương pháp sinh học. Vì vậy, đặc tính nước thải của Công ty là có hàm lượng các chất hữu cơ cao, hàm lượng crôm cũng khá cao. Tuy nhiên, sau hệ thống xử lý thì các chỉ tiêu đều đạt quy chuẩn cho phép, chỉ riêng hàm lượng crôm đầu ra vẫn vượt quy chuẩn cho phép 12 lần so với QCVN 40:2011/BTNMT-B. 3. Đã xác định được điều kiện tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử Cr6+ về Cr3+ tại giá trị pH = 3 với hiệu suất khử đạt 76,6% (Na2S), 77,9% (NaHSO3) và 81,8% (FeSO4); lượng chất khử NaHSO3 là 5g/1g Cr6+ đạt hiệu suất khử 84,4%; trong khoảng thời gian 30 phút đạt được hiệu suất khử 82,2%. 4. Đã xác định được các điều kiện tối ưu đối với quá trình kết tủa Cr(OH)3 tại pH 10 với hiệu suất quá trình kết tủa đạt 76,18%; hàm lượng sữa vôi là 15g/1g Cr6+ đạt hiệu suất 72,63%; có khuấy chậm trong khoảng thời gian 20 phút, hiệu suất đạt 74,88% và thời gian lắng là 25 phút hiệu suất đạt 72,51%. Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT-B. 5. Đã đề xuất giải pháp công nghệ và tính toán một số các thiết bị chủ yếu trong dây chuyền, để có thể áp dụng xử lý nước thải chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam. KHUYẾN NGHỊ: Loại hình nước thải công nghệ mạ là loại nước thải có tính ô nhiễm cao, không chỉ có crôm mà còn nhiều các chất độc hai khác như các chất tẩy rửa, các chất hữu cơ khó phân hủy,…Vì vậy, qua nghiên cứu chúng tôi có những kiến nghị sau: