Tài liệu Nghiên cứu tận thu bã thải từ quy trình thu hồi kim loại trong bùn thải mạ điện để làm vật liệu xây dựng​

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------ HOÀNG ĐỨC QUYỀN NGHIÊN CỨU TẬN THU BÃ THẢI TỪ QUY TRÌNH THU HỒI KIM LOẠI TRONG BÙN THẢI MẠ ĐIỆN ĐỂ LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------ HOÀNG ĐỨC QUYỀN NGHIÊN CỨU TẬN THU BÃ THẢI TỪ QUY TRÌNH THU HỒI KIM LOẠI TRONG BÙN THẢI MẠ ĐIỆN ĐỂ LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG Chuyên ngành: Công nghệ - Kỹ thuật Môi trường Mã số: 8520320.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Trần Thị Huyền Nga TS. Phạm Thị Thúy Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn của mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Giáo viên hướng dẫn là TS. Trần Thị Huyền Nga và TS. Phạm Thị Thúy - Giảng viên Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn chi tiết cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn của mình Trân trọng cảm ơn đề tài cấp Quốc Gia mã số KC.08.18/16-20, do PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải làm chủ nhiệm đề tài đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và hỗ trợ toàn bộ kinh phí trong quá trình điều tra, khảo sát, xử lý và phân tích số liệu của các mẫu bã bùn thải để em có thể nghiên cứu và hoàn thiện luận văn của mình. Em xin cảm ơn tới nhóm thực hiê ̣n đề tài KC 08.18/16-20. “Nghiên cứu xây dựng mô hình công nghệ khả thi quy mô pilot để xử lý bùn thải công nghiệp giàu kim loại nặng theo hướng tận thu tài nguyên, tiết kiệm năng lượng” đã hỗ trợ em trong quá trình thực hiện luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian em học tập tại trường. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn của mình. Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Hoàng Đức Quyền i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT...................................................................................ii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... iv MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................1 3. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................... 3 1.1. Tổng quan về công nghệ mạ điện ....................................................................3 1.1.1. Khái niệm công nghệ mạ điện................................................................... 4 1.1.2. Giới thiệu quy trình mạ điện ..................................................................... 4 1.2. Các vấn đề liên quan đến môi trường của ngành công nghiệp mạ ..................5 1.2.1. Nước thải ................................................................................................... 5 1.2.2. Khí thải và bụi ........................................................................................... 6 1.2.3. Chất thải rắn .............................................................................................. 7 1.3. Tình hình phát sinh bùn thải từ ngành công nghiệp mạ điện hiện nay ............7 1.4. Công nghệ xử lý, tận dụng bùn thải mạ điện .................................................14 1.4.1. Ổn định/đóng rắn bùn thải bằng bê tông hóa .......................................... 14 1.4.2. Nghiên cứu tận thu bùn thải làm men bột màu ....................................... 21 1.4.3. Công nghệ thu hồi/tái sử dụng bùn thải mạ điện .................................... 23 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 31 2.1. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................31 2.1.1. Bã bùn thải .............................................................................................. 31 2.1.2. Phụ gia ..................................................................................................... 32 2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................33 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu ................................................................. 33 2.2.2. Phương pháp phân tích và bố trí thí nghiệm (Quy mô PTN) .................. 33 2.2.3. Phương pháp đánh giá tính chất vật lý của gạch nung............................ 37 2.2.4. Phương pháp xác định độc tính của gạch nung....................................... 39 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 41 3.1. Tính chất vật lý và hóa học của các mẫu bã bùn thải sau hòa tách kim loại .41 3.1.1. Thành phần cơ giới của bã bùn thải ......................................................... 41 3.1.2. Hàm lượng các oxit trong bã bùn thải ..................................................... 42 3.1.3. Hàm lượng kim loại nặng trong bã bùn thải sau thu hồi kim loại ........... 43 3.2. Kết quả nghiên cứu sản xuất vật liệu xây dựng ...........................................46 3.2.1. Khảo sát tỉ lệ các thành phần vật liệu để sản xuất gạch nung ................. 47 3.2.2. Phân tích, đánh giá tính chất vật lý của các mẫu gạch ............................ 56 3.2.3. Xác định độc tính của sản phẩm .............................................................. 63 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 67 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 70 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BKHCN : Bộ Khoa học và Công nghệ BTNMT : Bộ tài nguyên và môi trường CTNH : Chất thải nguy hại KLN : Kim loại nặng KCN : Khu Công nghiệp NMXLNT : Nhà máy xử lý nước thải NT : Nước thải SBR : Quy trình công nghệ biến đổi bùn đỏ thành cặn bôxít ổn định QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TNHH : Trách nhiệm hữu hạn US EPA : Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ ii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần chính của bùn thải công ty Goshi- Thăng Long [4] ............. 9 Bảng 1.2. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Hà Nội trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20].................................................10 Bảng 1.3. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Bắc Ninh trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] .............................................10 Bảng 1.4. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Vĩnh Phúc trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] ............................................11 Bảng 1.5. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Thái Nguyên trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] .......................................12 Bảng 1.6. Lượng bùn thải chứa kim loại nặng từ ngành công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Hải Phòng trong 05 năm gần đây .........................12 Bảng 1.7. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Thành phố Hồ Chí Minh trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] .....................13 Bảng 2.1. Danh sách các mẫu bã bùn sau quá trình thu hồi kim loại .....................31 Bảng 3.1. Thành phần cấp hạt của các mẫu bã bùn thải ......................................... 41 Bảng 3.2. Hàm lượng oxit trong bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại.................... 42 Bảng 3.3. Giái trị pH và hàm lượng 28 KLN trong bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại ...........................................................................................................................44 Bảng 3.4. Tỷ lệ phối trộn mẫu bã bùn mới (BM) với các phụ gia .......................... 48 Bảng 3.5. Tỷ lệ phối trộn mẫu bã bùn 2 (MB02) với các phụ gia .......................... 51 Bảng 3.6. Các tỉ lệ phối trộn mẫu bùn 3 (MB03) ................................................... 54 Bảng 3.7. Các tỉ lệ được lựa chọn để tiến hành phân tích. ..................................... 56 Bảng 3.8. Độ co ngót của các mẫugạch nung G1 ................................................... 58 Bảng 3.9. Độ co ngót của các mẫu gạch nung G2 .................................................. 59 Bảng 3.10. Độ co ngót của các mẫu gạch nung G3 ................................................ 59 Bảng 3.11. Kết quả phân tích các đặc tính vật lý của gạch .................................... 61 Bảng 3.12. Cường độ uốn và nén cho gạch đất sét nung ........................................ 62 Bảng 3.13. pH của dịch chiết sau 2 bậc chiết của mẫu gạch G1 ............................ 64 Bảng 3.14. pH của dịch chiết sau 2 bậc chiết của mẫu gạch G1 ............................ 64 Bảng 3.15. pH của dịch chiết sau 2 bậc chiết của mẫu gạch G3 ............................ 64 Bảng 3.16. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng của mẫu gạch G1 ........... 65 Bảng 3.17. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng của mẫu gạch G2 ........... 65 Bảng 3.18. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng của mẫu gạch G3 ........... 66 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ ..................................................................... 4 Hình 1.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ mạ điện [9] ................................................... 5 Hình 1.3. Cơ chế của quá trình ổn định đóng rắn ..................................................... 15 Hình 2.1. Sơ đồ tách thu hồi Cu, Ni, Cr, Fe trong bùn thải Công nghiệp mạ điện (kèm dòng thải) ......................................................................................................... 32 Hình 2.2. Quy trình sử dụng bã bùn thải mạ để sản xuất gạch nung ........................ 35 Hình 2.3. Các loại phụ gia phối trộn với bã bùn ....................................................... 36 Hình 3.1. Mẫu bùn MB01 được nghiền nhỏ ............................................................. 48 Hình 3.2. Mẫu gạch được nung tại 8000C ................................................................. 49 Hình 3.3. Các mẫu gạch nung tại 11250C trong 24 giờ ............................................ 49 Hình 3.4. Các mẫu gạch nung tại 10500C trong 24 giờ ............................................ 50 Hình 3.5. Mẫu bùn MB02 được nghiền nhỏ ............................................................. 51 Hình 3.6. Mẫu gạch được nung tại 8000C trong 24 giờ ............................................ 52 Hình 3.7. Các mẫu gạch nung tại 11250C trong 24 giờ ............................................ 53 Hình 3.8. Các mẫu gạch nung tại 10500C ................................................................. 53 Hình 3.9. Mẫu bùn MB03 nghiền nhỏ ...................................................................... 54 Hình 3.10. Các mẫu gạch nung tại các nhiệt độ khác nhau ...................................... 55 Hình 3.11. Kết quả chụp X - Ray của mẫu bã bùn MB03 ........................................ 56 Hình 3.12. Kết quả chụp ảnh X-Ray của mẫu gạch G3 ............................................ 57 Hình 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ co ngót của sản phẩm ................. 60 iv MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng ô nhiễm môi trường do bùn thải công nghiệp nói riêng là một trong những vấn đề nghiêm trọng đặt ra cho nhiều quốc gia trên thế giới. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độc hại. Đặc biệt, trong ngành công nghiệp mạ, nguồn nước thải có thể chứa một lượng chất độc hại nhất định như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua,... có khả năng gây ảnh hưởng bất lợi đến môi trường nếu không có biện pháp xử lý hợp lý. Trên thế giới có nhiều phương pháp xử lý bùn thải phát sinh từ ngành công nghiệp mạ điện như: phương pháp đốt, phương pháp đồng xử lý trong lò nung xi măng, phương pháp chôn lấp, thu hồi kim loại từ bùn thải, phương pháp điện phân,... Tuy nhiên, khả năng áp dụng vào thực tế của các phương pháp này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hiệu quả xử lý của từng phương pháp, ưu điểm, nhược điểm và kinh phí đầu tư,... Do đó, việc nghiên cứu xử lý bùn thải mạ điện, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, sức khỏe con người và tăng cường hiệu quả kinh tế là rất cần thiết. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu tận thu bã bùn thải từ quy trình thu hồi kim loại trong bùn thải mạ điện để làm vật liệu xây dựng” được đặt ra để nghiên cứu, xử lý bã bùn thải công nghiệp mạ giúp hạn chế những tác động, ảnh hưởng từ bùn thải mạ điện tới môi trường, sức khỏe con người cũng như giúp các cơ sở sản xuất hoạt động trong lĩnh vực này giảm thiểu được những chi phí phát sinh trong việc xử lý bùn thại mạ điện. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xử lý triệt để bã bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại bằng phương pháp sản xuất vật liệu xây dựng để tiết kiệm tài nguyên, giảm thiểu các tác động đến môi trường và sức khỏe con người. 3. Nội dung nghiên cứu - Phân tích, đánh giá tính chất vật lý, hóa học của bã bùn thải mạ; - Xây dựng quy trình sử dụng bã bùn thải sau khi thu hồi kim loại để làm vật liệu xây dựng: 1 + Khảo sát, đánh giá tỉ lệ phối trộn, nhiệt độ nung của bã bùn thải với các phụ gia (cát, cao lanh, bột đá, tro bay); + Đánh giá chất lượng sản phẩm sau quá trình nghiên cứu (đặc tính cơ lý, cấu trúc vật liệu, độ an toàn của vật liệu) + Phân tích ảnh hưởng của vật liệu đến môi trường và sức khỏe con người. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về công nghệ mạ điện Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1805 bởi nhà hóa học Luigi V. Brugnatelli là phương pháp tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác. Tuy nhiên tại thời điểm đó người ta chưa quan tâm nhiều 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 vàng, mạ bạc với xúc tác kali 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 [32,33]. 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 của các ngành công nghiệp khác như: ngành cơ khí chế tạo, sản xuất linh kiện điện tử, viễn thông,... 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 cách 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 [32, 33]. 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, tập trung chủ yếu ở các tỉnh, thành phố lớn như: Hà Nội, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, TP. Hồ Chú Minh, Bình Dương,… Các 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 [20]. 3 1.1.1. Khái niệm công nghệ mạ điện Mạ điện là một công nghệ điện phân tạo ra lớp phủ lên bề mặt vật cần mạ. Quá trình tổng quát [23]: - Trên anot xảy ra quá trình hòa tan (oxy hóa) kim loại anot: M – ne = Mn+ - Trên catot cation phóng điện thành nguyên tử kim loại mạ: Mn+ + ne = M Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm catôt, kim loại mạ gắn với cực dương anôt của nguồn điện trong dung dịch điện môi. Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e- trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại e- trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được mạ. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ. 1.1.2. Giới thiệu quy trình mạ điện Quy trình công nghệ mạ điện được chia thành 3 công đoạn chính [23]: - Quá trình xử lý bề mặt: Là quá trình làm bề mặt vật mạ có độ đồng đều, độ nhẵn cao, bóng sáng giúp lớp mạ bám chắc và đẹp. Có nhiều cách thực hiện như: mài (hạt mài, bánh mài, bột mài), đánh bóng (Cr2O3, vôi tôi, Al2O3), quay bóng, phun cát, chải sạch. - Quá trình mạ phủ kim loại: Vật cần mạ được gắn với cực âm (catot), kim loại mạ được gắn với cực dương (anot) của nguồn điện trong dung dịch điện môi. - Kiểm tra, sấy khô và đóng gói sản phẩm: Kiểm tra hình dáng bên ngoài, đo chiều dày lớp mạ, đo độ xốp lớp mạ, đo độ kín lớp nhôm oxit, đo độ bền ăn mòn của mạ kim loại, đo độ gắn bám của lớp mạ, đo độ cứng lớp mạ. 4 Hình 1.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ mạ điện [9] 1.2. Các vấn đề liên quan đến môi trường của ngành công nghiệp mạ Nhìn chung, sau các công đoạn của quy trình mạ điện đều thải ra nhiều chất thải đi cùng với nước thải ra ngoài. 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. Các nguồn thải theo từng công đoạn được thể hiện ở hình 1.2. 1.2.1. 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 quá trình làm sạch bề mặt Trước khi mạ, bề mặt cần phải bằng phẳng, bóng và tuyệt đối sạch các chất dầu mỡ, màng oxit, như vậy lớp mạ mới có độ bám tốt, không xước, không sần sùi, bóng sáng đều và đồng nhất. Để sản phẩm có được lớp mạ sáng bóng, trước khi đem 5 phôi đi mạ phủ kim loại thì cần phải qua các công đoạn gia công bề mặt như: mài thô, mài tinh, đánh bóng, quay bóng, tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ. Các công đoạn trong quá trình làm sạch bề mặt phôi mạ đều có thể gây ô nhiễm môi trường trong đó công đoạn mài thô và mài tinh không sinh ra nước thải mà chỉ tạo ra bụi bột mài, bụi kim loại ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động. Nước thải sinh ra chủ yếu ở các công đoạn: - Quay bóng ướt: khi quay bóng tạo ra bột kim loại, axit sunfuaric và các chất hoạt động bề mặt. Các chất này bị cuốn trôi và hòa tan vào nước nên nước thải ra chứa axit, cặn kim loại. - Tẩy dầu mỡ: Thường sử dụng kiềm hoặc dùng chất tẩy rửa kim loại (Na2CO3, NaOH, Na3PO4, Na2SiO2...). Nước thải có chứa dầu mỡ, dung môi hữu cơ, cặn kim loại và có độ axit và kiềm cao. Tẩy gỉ: Dung dịch axit (HCl, H2SO4) và nước rửa trong công đoạn này tạo ra một lượng lớn nước thải [1,32].  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. 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+,...) [1,32].  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 [1,32]. 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 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 6 phải quy về từng khâu riêng biệt để đo đạc và tính toán theo các chỉ tiêu hao hụt, định mức... [1, 23, 32] 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. - 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 lớn, thường theo nước thải ra ngoài. Tùy thuộc vào công nghệ mạ sẽ tạo ra những loại bùn khác nhau. Tuy nhiên các loại bùn thải này thường có tính độc hại cao vì nó thường chứa hỗn hợp các kim loại nặng kết tủa và các chất khác. Tính đến năm 2009, 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 [19]. Tại Việt Nam, trong những năm gần đây lượng bùn thải mạ ngày càng gia tăng và đa dạng về chủng loại. Thành phần chính trong loại bùn thải này là các kim loại nặng như Cu, Cr, As, Ni, Cd, Cu,…có thể gây tổn hại cho môi trường và sức khỏe con người. Việc nghiên cứu xử lý và tận dụng các loại chất thải này còn chưa được thực hiện đầy đủ. Các loại chất thải nguy hại được qui định xử lý, đổ thải chủ yếu theo phương pháp đóng rắn, chôn lấp, thiêu huỷ (khoảng 50% trong tổng số chất thải rắn phát sinh được xử lý bằng phương pháp chôn lấp không có kiểm soát). Tỷ lệ chất thải rắn được thu hồi để tái chế và sử dụng là 15-25% 1.3. Tình hình phát sinh bùn thải từ ngành công nghiệp mạ điện hiện nay Các loại bùn cặn chứa chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại thải ra từ các quá trình/hệ thống xử lý nước thải đang là vấn đề môi trường rất được quan tâm do việc đổ thải không an toàn. Các chất thải này là nguyên nhân gây ô nhiễm cho môi trường tiếp nhận (nước, đất,…), lan truyền và thông qua chuỗi thức ăn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người. Ngành công nghiệp mạ điện là một ngành công nghiệp năng động, nó đóng vai trò quan trọng giúp thúc đẩy phát triển các ngành công nghiệp hiện đại. Công nghiệp mạ điện thường tạo ra một lượng nước thải chứa hàm lượng kim loại cao. Bùn 7 mạ điện được tạo ra trong quá trình xử lý nước thải thông thường. Các chất gây ô nhiễm khác nhau và một lượng bùn thải khổng lồ chứa hàm lượng kim loại cao phát sinh đặt ra một vấn đề lớn liên quan đến việc quản lý chất thải. Bởi vì chứa kim loại nặng, bùn mạ điện được phân loại như chất thải nguy hại, theo danh mục chất thải châu Âu (Quyết định Ủy ban 2000/532/EC). Theo báo cáo năm 2012 của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Đài Loan (TEPA), lượng bùn thải mạ điện tại Đài Loan dao động từ 51.634 đến 75.603 tấn mỗi năm từ năm 2008 đến 2010. Kết quả của báo cáo cho thấy, bùn thải mạ điện là nguồn chất thải nguy hại lớn thứ hai phát sinh từ ngành công nghiệp ở Đài Loan [52]. Ở Nhật Bản, bùn mạ điện được tạo ra bởi quy trình xử lý nước thải mạ điện. Tại các nhà máy mạ, bùn được khử xuống khoảng 70% - 80% lượng nước bằng cách sử dụng các phương pháp lọc, cuối cùng nó được xử lý hoặc sử dụng làm chất lấp đất. Các loại mạ điện khác nhau bao gồm mạ vàng, mạ bạc, mạ crôm và mạ niken cho vật liệu cán và mạ kẽm cho đai ốc và bu lông. Năm 2006, khoảng 65.000 tấn bùn mạ điện được thải ra tại Nhật Bản [42]. Các ngành công nghiệp mạ điện tạo ra số lượng bùn thải ngày càng lớn. Năm 2018, khoảng 100.000 tấn bùn mạ điện được tạo ra ở Trung Quốc [55]. Lượng bùn thải này cần được xử lý trước khi thải ra để giảm thiểu tác động đến môi trường. Bùn thải của các cơ sở ma ̣ đươ ̣c thu hồ i từ các dây chuyề n khác nhau như: bùn că ̣n đươ ̣c lo ̣c tách từ dung dich ̣ điê ̣n phân các loa ̣i, từ các công đoa ̣n tẩ y rửa và đánh bóng bề mă ̣t các phôi ma ̣ trước và sau khi ma ̣; than hoa ̣t tính và các loa ̣i bùn cát lo ̣c đã hế t tác du ̣ng,… Các loa ̣i mùn că ̣n này đa phầ n đươ ̣c tâ ̣p trung vào mô ̣t bể lắ ng, trung hòa bằ ng vôi tôi và đươ ̣c ép thành bánh cho ráo nước. Loa ̣i bùn thải này có chứa hàm lươ ̣ng cao các kim loa ̣i năng như Cu, Cr, As, Ni, Cd,… do việc sử dụng các muối chứa kim loại trong quá trình mạ. Bên cạnh độc tính môi trường, bùn mạ điện cũng có thể được coi là một loại tài nguyên, do chứa hàm lượng kim loại quý giá có giá trị cao. Ở Việt Nam rất nhiều nhà máy, công ty cơ khí chế tạo đồ gia dụng, phụ kiện, linh kiện điện tử.... với các dây chuyền mạ niken, đồng, crôm lớn, hàng năm thải ra hàng nghìn tấn bã thải rắn (phần lớn được ép ráo nước từ bùn điện phân). Công ty 8 TNHH phụ tùng xe máy - ô tô Goshi - Thăng Long (Sài Đồng, Long Biên, Hà Nội) là đơn vị chuyên sản xuất các loại phụ tùng xe máy, ô tô có dây chuyền mạ vào loại lớn (lượng chất thải lên đến hàng trăm tấn/năm). Dây chuyền mạ chủ yếu là mạ niken, vì vậy trong bùn thải mạ chứa hàm lượng niken rất cao tương ứng tính theo trọng lượng ướt và khô. Các thành phần chính trong bùn thải của công ty Goshi - Thăng Long được thể hiện tại bảng 1.1: Bảng 1.1. Thành phần chính của bùn thải công ty Goshi- Thăng Long [4] Mẫu Thành phần (%) M1 M2 M3 Trung bình Niken (Ni) 20 19,6 21,4 20,3 Crom (Cr) 4,15 4,54 4,32 4,34 Sắt (Fe) 2,7 1,8 2,52 2,34 Nước (H2O) 75 71 70 72 Theo bảng 1.1, hàm lượng Niken trong 03 mẫu bùn thải mạ được phân tích có kết quả rất lớn lần lượt 20%, 19,6%, 21,4%. Bên cạnh Niken, bùn thải mạ có chứa thêm Crom và sắt với các tỉ lệ trung bình tương ứng lần lượt là 4,34%; 2,34%. Với lượng kim loại trong bùn thải lớn như vậy, cần có các phương pháp tiếp cận, xử lý triệt để bùn thải mạ điện để tiết kiệm nặng lượng, tận thu nguồn nguyên vật liệu, giảm thiểu các tác động đến môi trường và sức khỏe con người. Hiện nay, các nhà máy, cơ sở xi mạ có quy mô vừa và lớn đều tập trung tại các tỉnh, thành phố lớn như: Hà Nội, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Hải Phòng, TP. Hồ Chí Minh,… - Hà Nội hiện nay đã và đang phát triển 19 khu công nghiệp, khu công nghệ cao, với tổng diện tích quy hoạch gần 5.250 ha. Cùng với đó là 110 cụm công nghiệp có tổng diện tích hơn 3.000 ha. Tuy nhiên, ngành công nghiệp mạ trong khu vực không được khuyến khích đầu tư tại các Khu công nghiệp do đây là nơi tập trung đông dân cư, các hoạt động công nghiệp mạ có thể gây nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân (Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội). 9 Bảng 1.2. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Hà Nội trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] Lượng bùn thải xi mạ (tấn/năm) TT Đơn vị phát thải 1 Công ty TNHH Phụ tùng xe máy – ô tô GOSHI Thăng Long 2 2013 Công ty TNHH công nghiệp Spindex HN 2014 2015 2016 2017 547,5 584 620 657 693 657 657 693,5 693,5 730 3 Công ty CP xích líp Đông Anh 8.782 9.037 9.037 9.465 9.465 4 Công ty TNHH Hanoi Steel Center 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 5 Công ty TNHH Công nghệ Muto Hà Nội 3.650 3.650 5.110 5.110 5.110 - Bắc Ninh đã điều chỉnh quy hoạch phát triển công nghiệp theo hướng tập trung xoay quanh ngành Điện, điện tử; cơ khí chính xác là 2 ngành có phát sinh bùn thải có chứa hàm lượng cao các kim loại nặng độc hại (chủ yếu từ công đoạn xi mạ linh kiện điện, điện tử; làm sạch, che phủ bề mặt kim loại). Tuy nhiên các nhà máy trên địa bàn chủ yếu thực hiện các hoạt động lắp ráp là chủ yếu, nên lượng bùn thải phát sinh không cao (Sở Tài nguyên và Môi trường Bắc Ninh). Bảng 1.3. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Bắc Ninh trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] TT Đơn vị phát thải Lượng bùn thải xi mạ (tấn/năm) 2013 2014 2015 2016 2017 1 Công ty Ryong-in Vina 73,4 87,6 87,6 90 90 2 Công ty Woogin 91,2 100,2 100,2 108,8 120 27,4 27,4 31,4 32,6 36 3 Công ty Longtech Precision Vietnam 4 Công ty Shinhan Vina 130,8 149,5 171,1 171,1 180 5 Công ty Yestech Vina 912 912 1.018 1.077 1.200 6 Công ty Jangwon 183 197 215 231 240 7 Công ty Công ty Sơn Linh 240 240 240 240 240 8 Công ty Sewon Vina 90,2 101,7 101,7 116,3 120 10 - Vĩnh Phúc là một trong các tỉnh có tốc độ phát triển công nghiệp nhanh chóng với nhiều khu công nghiệp đã được đưa vào hoạt động và tỉ lệ lấp đầy khá cao. Hệ thống kết cấu hạ tầng KCN ngày càng hoàn thiện, thu hút được 231 dự án đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI). Nhiều dự án đầu tư tại tỉnh là của các tập đoàn lớn trong và ngoài nước như Toyota, Honda, Piaggio, Deawoo bus, Prime, thép Việt Đức, Nissin Việt Nam,... Các nhà máy với các dây chuyền sản xuất các thiết bị điện, phụ tùng ô tô, xe máy, linh kiện điện tử với quy mô lớn nên Vĩnh Phúc là một trong những tỉnh phía Bắc có lượng bùn thải mạ ở mức rất cao. Điển hình là công ty sản xuất phanh Nissin Việt Nam và công ty Honda Việt Nam phát thải ra lượng bùn thải rất lớn lần lượt là 97.845 tần/năm và 58.070 tấn/năm (Sở Tài nguyên và Môi trường Vĩnh Phúc). Bảng 1.4. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Vĩnh Phúc trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] Đơn vị thu gom TT 1 Công ty TNHH công nghệ Hsieh Yuan Việt Nam Lượng bùn thải xi mạ (tấn/năm) 2013 146 2014 164,3 2015 164,3 2016 2017 182,5 182,5 2 Công ty Honda Việt Nam 54.750 54.750 54.750 55.097 58.070 3 Công ty TNHH Solum vina 36,500 36,500 39,420 39,420 39,420 4 5 6 Công ty TNHH Kwang Sung Vina Công ty TNHH Công nghiệp Chính Xác Việt Nam–Vpic 1 Công ty sản xuất phanh Nissin Việt Nam 365 365 492,8 492,8 493,1 462,3 403,8 497,1 497,1 500 91.250 97.846 97.845 73.000 91.250 - Thái Nguyên là một trong những tỉnh có lượng bùn thải lớn nhất. Với đặc thù sản xuất của ngành công nghiệp nặng (luyện kim) nên các loại chất thải nguy hại phát sinh chủ yếu gồm: bùn thủy luyện kẽm, các loại bụi khí thải có chứa các thành phần nguy hại, bụi khô của quá trình lọc bụi,.. Bên cạnh đó, ngành công nghiệp mạ điện cũng phát triển, điển hình là Công ty TNHH Sam Sung Electronic Việt Nam Thái Nguyên trung bình năm 2017 thải ra 150.000 tấn bùn thải (Sở Tài nguyên và Môi trường Thái Nguyên). 11 Bảng 1.5. Lượng bùn thải công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Thái Nguyên trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] TT CTTNHH 1 Lượng bùn thải xi mạ (tấn/năm) Đơn vị xả thải Sam 2013 2014 2015 2016 2017 114.000 131.000 131.000 150.000 150.000 0,023 0,027 0,027 0,027 0,030 0,988 1,021 1,021 1,021 1,300 228 2,28 3 3 3 Sung Electronic Việt Nam Thái Nguyên 2 3 4 Công ty TNHH Hương Đông Công ty thép Toàn Thắng Công ty TNHH một thành viên Diesel Sông Công - Hải Phòng: Theo báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Hải Phòng, hiện trên địa bàn thành phố có 400 chủ nguồn chất thải nguy thải (năm 2016). Tổng hợp kết quả về tổng lượng CTNH phát sinh là 8.460.890 kg, trong đó lượng CTNH được thu gom, xử lý là 7.614.801 kg (chiếm 90%); phần còn lại được các đơn vị lưu giữ tại cơ sở, chưa được chuyển giao, xử lý. Vấn đề môi trường liên quan bùn thải chứa kim loại nặng liên quan đến các doanh nghiệp trong lĩnh vực đóng tàu và sản xuất thép (Sở Tài nguyên và Môi trường Hải Phòng). Bảng 1.6. Lượng bùn thải chứa KLN từ ngành công nghiệp mạ phát sinh tại một số cơ sở công nghiệp ở Hải Phòng trong 05 năm gần đây (2013 – 2017) [20] TT 1 2 3 4 5 6 Đơn vị phát thải Công ty cổ phần mạ kẽm Amecc Công ty TNHH Ống Thép Việt Nam Công ty CP 4P Electronics Công ty TNHH Synztec VN Công ty TNHH Toyoda Gosei Hải Phòng Công ty TNHH điện tử Sumida VN Lượng bùn thải (tấn/năm) 2014 2015 2016 2013 2017 12.775 13.067 13.323 13.515 13516 84.151 84.151 91.250 91.250 101.630 0,080 0,080 0,080 0,085 0,085 167,3 182,1 182,2 190,7 190,7 6,2 6,2 6,84 6,84 6,84 0,681 0,681 0,737 0,895 0,895 12