hoan thanh

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn

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:..................................................................................24

II.2. Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện:..........................................27

CHƯƠNGIII: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN......31

III.1. Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý:................................................................31

III.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn:....................................................38

III.3. Giới thiệu các thiết bị chính:.............................................................................48

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:...........................................................................................105

V.3. Hiệu quả chi phí và lợi ích thu được khi lắp đặt hệ thống.............................105

V.4. Vận hành hệ thống và sự cố trong quá trình hoạt động.................................106

KẾT LUẬN.................................................................................................................108

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................109

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 1




LỜI NÓI ĐẦUMôi 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



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.



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.



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

điện cực, cụ thể là bề mặt điện cực âm

(catốt), các cation (ion kim loại) nhận

điện tích từ điện cực trở thành các

nguyên tử kim loại.

Nói cách khác, mạ điện cũng chính là

một quá trình điện phân, trong đó anot

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:

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.

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:

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.



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:

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



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



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:

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:




Hình I.2: Quy trình công nghệ mạ điện kèm dòng thải

Cặn

Làm sạch bằng cơ học Bụi, rỉ

Mài nhẵn,đánh bóng Bụi kim loại

Khử dầu mỡXăng,dầu mỡ

Hơi dung môi

Nước thải chứa dầu mỡ

Làm sạch bằng phương pháp hóa học

NaOHH2SO4

Hơi axit,kiềm

Nước thải chứa axit,kiềm

Làm sạch điện hoá

Mạ đồngCuSO4

H2SO4

Mạ kẽm

Chi tiết mạ

Mạ Niken

NiSO4

H3BO3

Mạ Crom

H2SO4

CrO3

Mạ vàng,bạc

Axit,muối vàng,bạc

Nước thải chứa axit, CN-, kim loại nặng

Zn(CN)2,ZnCl2,

ZnO,NaCN,

NaOH, H3BO3

Ni2+, axit Cr6+, axit CN-, axit

CN-, muối đồng


Hình I.3: Quy trình 1 dây chuyền mạ tại Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai


Chi tiết

Gia công cơ khí - đột- dập tiện

Đánh bóng

Tẩy dầu mỡ hóa học

Rửa

Tẩy nhẹ

Rửa

Mạ niken mờ

Mạ niken bóng

Rửa thu hồi

Rửa

Mạ Crom

Rửa thu hồi

Rửa

Sấy

Sản phẩm

Phoi, sơn

Bụi

Hơi hóa chấtNaOH

Nước thải kiềm, dầu mỡ

Nước

H2SO4 ,1% Hơi axit

Nước Nước thải axit

NiSO4 Hơi hóa chất

NiSO4 Hơi hóa chất

Nước Nước thải axit, Ni

CrO3

H2SO4Hơi hóa chất

Nước Nước,axit Crom


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 phăng 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.

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:



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

xưởng mạ

Nhiệt độ

(0C)pH

Thành phần (mg/l)

Cr6+ Ni2+

Nhà máy dụng cụ cơ khí xuất

khẩu23,5 – 25 2,2– 6,7 1.1 – 6,6 0,1 – 0,45

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

khi qua hệ thống xử lý)21 – 23 6,3– 7,5 5 – 20 0,1 – 48

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



Bảng I.2: Lưu lượng và thành phần đặc trưng của các loại nước thải Công ty Cổ phần

Khóa Minh Khai (2008)

ST

TChỉ tiêu

Nước thải mạ (mg/l)Nước thải

cơ khí

(mg/l)

Nước

thải sinh

hoạt

(mg/l)

Nước

axit,

kiềm

Nước mạ

Crom

Nước mạ

Niken

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. Cr6+ - 50 - - -

7. Ni 0,4 - 80 - -

8. Zn - - 4,7 - -

9. Cu - - 5,9 - -

10.Qthải

(m3/ngày.đêm)26 - 50 15 - 30 25 - 50 20 - 40 30 - 60

(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

Điểm lấy

mẫu

Nhiệt

độ0C

pH

Lưu

lượng

(m3/

ng)

Cr6+

mg/l

Ni2+

mg/l

∑Fe

mg/l

∑C

r

mg/

l

∑P

mg/l

SS

mg/l

CO

D

mg/l

(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:



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

kiềm

- Tẩy dầu mỡ bằng dung môi

Các chất kiềm: NaOH, Na2CO3,

Na3PO4, dầu mỡ

Dung môi: tricloetylen, xăng, dầu,

Pecloetylen...

2 Tẩy gỉ Các axit HCl, H2SO4 và dầu mỡ

3 Công nghệ mạ

Mạ Ni

Mạ Cu (trong dung dịch CN-)

Mạ Cu (trong dd không có CN-)

Mạ Cr

Mạ Zn (trong dd có CN-)

Mạ Zn (trong dung dịch amoni)

Mạ Ag

Mạ Au

Ni2+, Cl-...

Cu, CN-, OH-...

Cu2+, NH4-,...

Cr6+, SO42-, ...

Zn2+, CN-, OH-...

Zn2+, NH4-, CH3COO-...

Ag-, CN-, S2-...

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.



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), 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.

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:



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

cơ học

Làm cho bề mặt

bằng phăng,

nhẵn bóng, có

hệ số phản xạ

ánh sánh cao

Al2O3, SiO2, viên granit,

hợp kim sắt và bột mài.

Bụi kim loại

nặng và thô

*Đánh bóng

hóa học và

điện hóa

Trang trí bề mặt

kim loại, loại bỏ

các vết xước,

sờn, anot hóa

kim loại, chuẩn

bị cho những chi

tiết phức tạp

Hỗn hợp các axit: H3PO4,

HCl, H2SO4, H2Cr2O7.

Tùy theo tính chất của

kim loại cần đánh bóng

sẽ có các hóa chất thích

hợp.

Hỗn hợp hơi

các axit: HCl,

H3PO4, H2SO4,

H2Cr2O7 ...

* Tẩy dầu mỡ

bằng dung

dịch kiềm

Lớp dầu mỡ trên

bề mặt kim loại

sẽ bị xà phòng

hóa thành muối

axit béo dễ tan

NaOH,Na2SiO3,Na2CO3,

Na3PO4 và các hoạt chất

hoạt động bề mặt.

Hơi kiềm ...



trong nước và

glixerin.

* Tẩy dầu

mỡ trong các

dung môi

Tẩy dầu mỡ,

parafin, nhựa ra

khỏi bề mặt kim

loại bằng tác

dụng cơ học và

hòa tan

Tricloetylen, toluen,

benzen, pecloetylen, dầu

hỏa và xăng...

Hỗn hợp hơi

dung môi

2 Cung cấp

nhiệt

(lò hơi)

Cung cấp nhiệt

lượng cho các

bể mạ để đun

nóng dung dịch

Than dầu, khí (nhiên liệu

nói chung)

Chủ yếu là bụi

xỉ, mồ hóng,

SO2, NOx,

CO...

3 Mạ điện Chống ăn mòn,

tăng độ chịu mài

mòn, độ cứng,

độ dẫn điện của

các kim loại...

Tùy thuộc loại hình công

nghệ mạ

Chủ yếu là hơi

axit, kiềm và

một ít oxit kim

loại theo hơi

nước bay lên.

Mạ Niken Chống ăn mòn

kim loại, là lớp

mạ tốt, tăng độ

dẫn điện

NiSO4: 280 – 300g/l

H3BO3: 35 g/l

NaCl: 15 g/l

1 – 4 butydiol: 1 mg/l

Đường hóa học: 1 g/l

Hơi axit, NiO...

Mạ đồng

(Trong dung

dịch có

xyanua)

Lớp mạ lót để

tăng độ bám bề

mặt cho các lớp

mạ sau

CuCN: 110 – 135 g/l

NaCN: 120 – 140 g/l

NaOH: 30 – 35 g/l

Hơi kiềm và

xyanua

Mạ đồng

(trong dung

dịch không có

xyanua)

CuCl2.2H2O: 35 – 50 g/l

NH4OH 25%: 150 – 200

ml/l

NH4Cl: 260 – 300 g/l

Amonioxalat: 10 – 30 g/l

Hơi kiềm và

NH4OH



Mạ kẽm Thường dùng

với những sản

phẩm không cần

trang trí. Bảo vệ

kim loại, chống

ăn mòn

ZnO: 60 g/l

Zn(CN)2: 45 g/l

NaCN: 22,5 g/l

NaOH: 52,5 g/l

Hơi kiềm và

xyanua

Mạ vàng Có tính chất

trang trí, làm

tăng giá trị kim

loại

K2CO3: 65 g/l

AuCl (tính theo Au): 4g/l

KFe(CN)2: 200 g/l

Kali sunfoxyanua: 100

g/l

Hơi phức chất

xyanua...

Mạ bạc Tăng độ chịu

mài mòn, chịu

lực ma sát cho

kim loại...

AgCN: 35 – 40 g/l

KCN: 35 – 40 g/l

K2CO3: 25 – 35 g/l

CS2: 1 – 2 g/l

Hơi xyanua và

CS2

Nhận xét: Từ bảng 3 ta thấy các dạng chất thải chủ yếu phụ thuộc nhiều vào các

công đoạn và hóa chất sử dụng. 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...

I.3.3. Chất thải rắn:

a) Nguồn phát sinh chất thải rắn:

Chất thải rắn trong các xí nghiệp mạ chủ yếu từ các nguồn thải sau:

* Công đoạn làm sạch bề mặt: Chất thải rắn từ công đoạn làm sạch bằng

phương pháp cơ học ở đây chủ yếu là phoi, đề xê kim loại do quá trình gia công bề

mặt. Đối với những chi tiết nhỏ người ta thường dùng trấu, cát để làm sạch. Vậy chất

thải rắn ở đây còn có cát và trấu.

* Công đoạn mạ điện: Chất thải rắn là bùn thải 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.

* Chất thải rắn sinh hoạt: chất thải nhà bếp, văn phòng...

Ngoài ra những chất thải rắn được đề cập ở trên, còn có một lượng lớn chất thải rắn

khác sinh ra từ công nghiệp mạ. Đó là các bao bì đựng hóa chất khô (như túi nilon, bao

giấy, bao tải..), các can đựng hóa chất lỏng …vv. Các túi đựng, cạn đựng này cũng cần

được quan tâm thu gom, xử lý một cách phù hợp nhằm giảm bớt các rủi ro có thể xảy

ra về mặt môi trường cũng như sức khỏe con người.

b) Đặc tính chung của chất thải rắn:

Trong công nghệ mạ, chất thải rắn có thể xuất hiện từ nhiều công đoạn khác nhau với

số lượng và thành phần tùy thuộc vào công nghệ sản xuất và chất lượng sản phẩm. Các

chất thải rắn có thể được tạo ra từ các nguồn thải sau: nguồn thải của quá trình tạo

phôi, làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học hoặc chất thải rắn là bùn thải của quá

trình xử lý nước thải và khí thải. Tại Việt Nam đến nay vẫn chưa có một số liệu chính

thức nào, tuy nhiên theo đánh giá chung thì lượng chất thải rắn do ngành mạ tạo ra là

khá lớn và là một trong những vấn đề đáng được quan tâm hiện nay.

I.3.4. Nhiệt độ và tiếng ồn:

Nếu như công nghệ mạ nóng chảy sử dụng một lượng nhiệt khá lớn cho quá trình mạ

thì công nghệ mạ điện không sử dụng nhiệt độ cao. Nên ô nhiễm nhiệt thường có tại

các phân xưởng mạ nóng chảy và gần như không có đối với phân xưởng mạ các nhà

máy mạ điện. Còn về vấn đề tiếng ồn thì nhà máy mạ nào cũng có. Tiếng ồn chủ yếu

phát sinh từ các công đoạn của quá trình chuẩn bị nguyên liệu như mài, đánh bóng,

dập, cắt... Một nguồn phát sinh tiếng ồn nữa của các nhà máy mạ điện là từ quá trình

vận chuyển, tháo xếp và bốc dỡ nguyên liệu sản phẩm.

1.4. Ảnh hưởng do chất ô nhiễm gây ra1.4.1. Nước thải

a) Ảnh hưởng đến sức khỏe con người:



Nước thải ngành mạ tuy không lớn so với các ngành công nghiệp khác song nó chứa

nhiều chất độc hại chủ yếu là các muối kim loại. Các chất này hoà tan trong nước sau

đó ngấm vào nước ngầm theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể sống của con người

cũng như sinh vật ở vùng lân cận khu công nghiệp có thể gây nhiễm độc mãn tính.

Crom và hợp chất của Crom có thể làm tổn thương bề mặt da, dễ làm loét niêm mạc

mũi, làm thủng phần sụn của vách mũi, ảnh hưởng đến hệ tiêu hoá, gan, thận và tim

mạch. Cr (VI) độc hơn Cr (III) vì khả năng hấp thụ Cr (VI) của cơ thể cao hơn. Công

nhân tiếp xúc thường xuyên với muối Cromat có khả năng nhiễm bệnh ung thư phổi

cao hơn người bình thường.

Niken và hợp chất của Niken gây bệnh viêm da, đặc biệt là môi trường ẩm và nhiệt độ

cao.

Kẽm và hợp chất của kẽm nói chung là ít độc. Khi nuốt phải muối kẽm có thể gây ói

mửa. Khi tiếp xúc nhiều với muối ZnCl2 có thể gây lở loét ngón tay, bàn tay, cánh tay.

Đồng và các hợp chất của đồng có thể gây kích thích nhẹ hoặc gây dị ứng nhẹ. Muối

đồng gây ngứa da và kết mạc. Oxit đồng hoá trị 1 còn gây kích thích ngứa mắt và

đường hô hấp. Những người thường xuyên tiếp xúc với các hợp chất của đồng thường

mắc phải hiện tượng mất màu của da. Người uống phải đồng sunfat sẽ bị ói mửa,

choáng, co giật, hôn mê và nếu nặng có thể tử vong.

a) Ảnh hưởng ô nhiễm nước mặt và nước ngầm

Việc thải bỏ trực tiếp nước thải công nghiệp mạ điện vào nguồn mà không qua xử lý

có thể là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự có mặt của các ion kim loại độc

trong lòng đất, trong nước ngầm và nguồn nước mặt. Nó có thể là nguyên nhân gây suy

giảm chất lượng nước ngầm, nước bề mặt và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng. Hiện

nay cùng với sự phát triển chung của nền công nghiệp, công nghiệp mạ cũng ngày càng

phát triển. Do đó lượng rác thải, nước thải của công nghiệp mạ cũng gia tăng. Điều này

đã ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường và nguồn nước sinh hoạt ở một số địa phương.

b) Ảnh hưởng đến việc xử lý nước thải

Nước thải công nghiệp mạ điện ảnh hưởng có hại đến quá trình xử lý nước thải bằng

phương pháp sinh học. Đó là do sự có mặt của axit, kiềm và các ion kim loại độc như:

Cr6+, Ni2+, Zn2+, Cu2+...đã kìm hãm hoặc giết chết vi sinh vật trong quá trình làm sạch

nước thải bằng các phương pháp sinh học. Với một hàm lượng rất nhỏ Cr6+ và Ni2+

cũng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và nitrat hóa của nhà máy xử lý nước thải.



Natri xianua và kalixianua tuy chỉ cản trở quá trình nitrat lúc ban đầu và sau một vài

ngày không còn ảnh hưởng nữa nhưng cũng gây tác động không nhỏ tới hiệu suất xử lý

nước thải bằng các phương pháp sinh học.

1.4.2. Khí thải, bụi

Bụi kim loại phát sinh từ công đoạn gia công bề mặt trước khi vào mạ. Bụi này đi vào

phổi có thể gây bệnh bụi phổi, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người. Ngoài

ra có thể gây viêm da, viêm niêm mạc họng và mũi.

Các hơi dung môi hữu cơ, hơi Crom, Niken, hơi axit, kiềm, ... có thể gây khó chịu cho

công nhân khi làm việc. Nếu thời gian tiếp xúc kéo dài thì có thể dẫn đến các bệnh mãn

tính, bệnh ung thư ở người. Hơi axit khi thoát ra ngoài gặp lạnh (đặc biệt vào mùa

đông) sẽ ngưng tụ thành các giọt mù axit có kích thước rất nhỏ lơ lửng trong không khí

gây các bệnh về đường hô hấp.

1.4.3. Chất thải rắn

Chất thải rắn từ phân xưởng mạ có rất nhiều loại khác nhau nhưng hầu hết có chứa các

kim loại nặng và các kim loại độc hại khác.

Chăng hạn như bùn thải từ quá trình xử lý bụi ở khu vực đánh bóng, phân xưởng nếu

không có kế hoạch quản lý hợp lý có thể làm cho kim loại hoà tan trở lại và đi vào

nguồn nước ngầm đang khai thác của nhà máy hoặc dân cư xung quanh.

1.4.4 Tiếng ồn

Tiếng ồn trong phân xưởng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả công việc của công nhân. Ngoài

ra còn gây các bệnh cho công nhân như ù tai, dẫn đến điếc tai nếu công nhân làm việc

trong phân xưởng thời gian dài.



CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH MẠ ĐIỆN

II.1. Các biện pháp giảm thiểu:Trước khi xử lý nước thải từ các xưởng mạ điện, có rất nhiều phương pháp để giảm lưu

lượng cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Biện pháp phòng ngừa và

giảm thiểu nước thải không chỉ giảm chi phí xử lý mà còn tiết kiệm được nhiều loại

hoá chất, thu hồi được các kim loại quý, tiết kiệm nước. Để giảm thiểu nước thải trong

các phân xưởng mạ điện thì có thể áp dụng một số biện pháp khống chế đầu nguồn

tuân theo các quy tắc sau: [3]

- Giảm tối đa lượng nguyên liệu cần dùng.

- Giảm lượng nước cần tiêu thụ.

- Thay nguyên liệu sản xuất gây độc hại bằng nguyên liệu ít gây độc hơn.

- Nghiên cứu quá trình công nghệ, các thiết bị máy móc mới để thực hiện quá trình

sản xuất một cách có hiệu quả.

Sau đây là một vài biện pháp hạn chế tối đa lượng nước thải.

II.1.1. Kĩ thuật giảm thiểu lãng phí hoá chất

Sử dụng hiệu quả hoá chất cần dùng. Để tránh lãng phí hoá chất phân xưởng đã bố trí

các bể trong dây chuyền mạ sát nhau, và khi các gá đưa ra khỏi bể mạ phải dừng lại từ

5 - 10s để cho hoá chất không bám theo sản phẩm mạ, đồng thời phải cho sản phẩm mạ

qua bể rửa thu hồi trước khi qua các bể rửa khác.

Hầu hết các quy trình mạ đều có công đoạn thụ động hoá bằng Cr6+, Cr3+. Cr6+ tồn tại

trong các bể mạ và tạo thành axit cromic (H2CrO4), là hợp chất gây ung thư. Do đó cần

thay thế hoá chất sử dụng (Cr6+) bằng Cr3+, vì Cr3+ ít gây ảnh hưởng đến sức khoẻ của

công nhân hơn, nhưng chất lượng sản phẩm vẫn đạt tiêu chuẩn.

II.1.2. Kĩ thuật giảm thiểu lượng nước sử dụng

Hiện nay việc sử dụng nước còn lãng phí do phần lớn các phân xưởng tự khai thác

nguồn nước ngầm. Tuy nhiên, nguồn nước này sẽ bị cạn kiệt trong tương lai, do đó

phân xưởng mạ nên áp dụng các biện pháp như: giảm tốc độ xả nước, định lượng mức

tiêu thụ cho từng loại sản phẩm, tuần hoàn tái sử dụng lại nguồn nước.

Thông thường cần 2m3 nước cho 1m2 bề mặt gia công. Do đó, tổng lượng nước tiêu thụ

rất lớn, đồng thời lượng hoá chất độc hại theo nước cần xử lý bị pha loãng nhiều gây



tốn kém cho việc xử lý sau này. Để tăng hiệu quả của việc rửa đồng thời tiết kiệm nước

đến mức tối đa người ta đã đưa ra nhiều phương pháp rửa khác nhau, nhờ đó lượng

nước rửa tiêu tốn có thể chỉ cần 0.2 – 0.4 m3/m2. [3]

Các công nghệ rửa đang được sử dụng hiện nay là rửa nhúng tĩnh, rửa nhúng có chảy

tràn liên tục, rửa ngược chiều, rửa sục khí, rửa phun, ...

Rửa nhúng tĩnh: Chi tiết rửa được nhúng vào trong một hay nhiều bể rửa chứa

nước không chảy. Phương pháp rửa này tốn nhiều nước và hiệu quả rửa không

cao.

Rửa nhúng có nước chảy tràn liên tục: Chi tiết rửa được nhúng vào trong một

hay nhiều bể độc lập, có nước chảy tràn liên tục. Phương pháp rửa này thích hợp

cho chi tiết rửa có nhiều khe, rãnh, lỗ sâu, ... Thời gian rửa thủ công không ít

hơn 6 giây, rửa tự động không ít hơn 20 giây.

Rửa ngược chiều: Bể rửa có 2 hay 3 ngăn, nước sạch chỉ cấp vào ở ngăn đầu rồi

tự chảy tràn từ dưới lên (theo ống dẫn hay vách dẫn) sang các ngăn tiếp theo, rồi

cuối cùng thải ra rãnh.

Rửa sục khí: Dùng không khí nén sục vào bể rửa chảy tràn để rửa sản phẩm với

mục đích khử dầu.

Rửa phun: Mở khoá cho nước phun mạnh thành nhiều chùm tia nhỏ bắn vào vật

cần rửa đặt trong bể cạn.

Rửa liên hợp: Lúc đầu rửa nhúng tràn cho vật ở phần dưới của bể, sau đó đưa

lên phần trên của bể rửa phun tiếp.

Rửa ngưng: Vật rửa đặt trong buồng kín nạp đầy hơi nước. Hơi ngưng tụ lên bề

mặt vật cần rửa và cuốn đi màng dung dịch bám theo chúng từ bể trước đó.

Rửa siêu âm: Bể nước hay dung môi rửa được đặt trong trường siêu âm để rửa

các vật có yêu cầu đặc biệt.




Hình II.1: Các phương pháp rửa


Tại một số xưởng mạ công nhân thường để mở khoá cho nước chảy với tốc độ tuỳ ý,

không cần quan tâm đến vận tốc của dòng chảy là bao nhiêu, khiến cho lượng nước

mất đi rất nhiều đồng thời lượng nước thải cần xử lý cũng tăng lên. Muốn tiết kiệm

được lượng nước sử dụng thì cần phải nghiên cứu tốc độ rửa phù hợp sao cho hiệu quả

rửa là lớn nhất và lượng nước sử dụng là ít nhất. Nếu xác định được tốc độ rửa tối ưu

thì có thể tiết kiệm được lượng nước tiêu thụ.

II.2. Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện:Nước thải từ phân xưởng mạ có thành phần rất đa dạng, nồng độ lại thay đổi rất rộng,

pH cũng luôn biến động từ axit đến trung tính hoặc kiềm. Để xử lý nước thải mạ điện

có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, phù hợp với từng loại nước thải và nồng độ

tạp chất chứa trong nó. Dưới đây là các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện.

II.2.1. Phương pháp oxi hoá - khử và kết tủa hoá học

Nguyên tắc:

- Phản ứng oxy hoá - khử: dùng tác nhân oxy hoá (Clo, Oxy, peoxyt, …) hoặc tác nhân

khử (Na2SO3, FeSO4, …) để oxy hoá - khử các chất ô nhiễm thành dạng ít ô nhiễm

hoặc không ô nhiễm.

- 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 [7]

Hình II.2: Sơ đồ xử lý nước thải chứa crôm gián đoạn



II.2.2.Phương pháp điện hoá [7]

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.

Trong đó, Anot không hoà tan làm bằng Grafit hoặc Chì oxit, Catot làm bằng molipđen

hoặc hợp kim Vonfram - sắt – niken. Tại Catot, xảy ra quá trình khử (tức là quá trình

nhận điện tử), kim loại bị khử để tạo thành ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám

vào điện cực:

Mem+ + (m-n)e- → Men+, (m>n 0).

(Trong đó: m, n là các số oxy hoá của kim loại Me).

II.2.3. 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).

Người ta thường dùng biện pháp hấp phụ sinh học, tức là dùng các vật liệu sinh học để

tách các kim loại hay các hợp chất của nó ra khỏi nước thải. Chăng 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. [1]

II.2.4. Phương pháp trao đổi ion

Nguyên tắc: Là quá trình trao đổi diễn ra giữa các ion có trong dung dịch và các ion

trong pha rắn, được đặc trưng bởi dung lượng trao đổi.

R – H+ + Ni2+ R – Ni2+ + 2H+

R – OH- + Cl- R – Cl- + OH-

Việc lựa chọn vật liệu trao đổi ion chọn lọc có nghĩa quan trọng cho thu hồi các kim

loại quý hiếm. Khi các vật liệu này đạt trạng thái bão hoà, ta tiến hành tái sinh hoặc

thay chúng. [9]

II.2.5. 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. Các loại sinh vật này đã sử dụng kim loại nặng có trong nước

thải như một nguồn dinh dưỡng cho chúng tồn tại và phát triển.



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...[10]. Tuy

nhiên 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, kết tủa hóa học và làm lạnh.



Bảng II.1: Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý

nước thải ngành mạ thường dùng.

Phương pháp xử lý Ưu điểm Hạn chế

Oxy hoá khử - kết tủa

- 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

Điện hoá

- Nồng độ kim loại đầu vào cao

- Thu hồi kim loại với độ tinh khiết cao

- Tự động hoá quá trình

- Không cần sử dụng hoá chất

- Chi phí điện năng rất lớn

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

Bảng II.2: Hiệu suất của 1 số phương pháp xử lý nước thải mạ điện [9]

STT Phương pháp xử lýHiệu suất (%)

1. Điện hóa 90 – 95

2. Trao đổi ion 90 – 98

4. Oxy hóa khử - kết tủa 20 – 95



CHƯƠNGIII: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆNIII.1. Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý:

III.1.1. Mục tiêu và yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải:

Nước thải phân xưởng mạ điện chính là vấn đề quan tâm hàng đầu của các nhà máy

hoạt động trong lĩnh vực mạ điện. Nước thải này chứa nhiều các kim loại nặng, độc hại

với môi trường xung quanh. Do đó việc xây dựng lắp đặt hệ thống xử lý nước thải phân

xưởng mạ chính là một giải pháp góp phần giải quyết vấn đề trên. Khi thiết kế hệ thống

xử lý nước thải phân xưởng mạ cần phải đảm bảo các yêu cầu và mục tiêu sau:

a) Yêu cầu về môi trường: phải đảm bảo các điều kiện vệ sinh lao động cho

công nhân làm việc tại phân xưởng mạ và công nhân vận hành hệ thống xử lý. Nước

thải ra môi trường sau khi xử lý đảm bảo chất lượng nước thải theo tiêu chuẩn nước

thải công nghiệp ít nhất là loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT. Chấp hành nghiêm

chỉnh các quy định của pháp luật Việt Nam về bảo vệ môi trường.

b) Yêu cầu về kĩ thuật: Viêc xây dựng, lắp đặt hệ thống xử lý nước thải phải

phù hợp với mặt bằng công nghệ mạ. Việc phân luồng dòng thải phải đảm bảo phù hợp

với việc xử lý tiếp theo. Hệ thống xử lý phải bố trí hợp lý, đảm bảo cho công nhân vận

hành dễ dàng, dễ đo đạc, kiểm tra đồng thời nước thải sau xử lý phải đạt tiêu chuẩn cho

phép.

c) Yêu cầu về kinh tế: Mức độ đầu tư cho hệ thống xử lý cần phù hợp với tình

hình tài chính của công ty. Hệ thống xử lý lắp đặt phải đảm bảo hiệu quả vốn đầu tư và

khả năng cạnh tranh về giá thành sản phẩm của nhà máy trong quá trình sản xuất, kinh

doanh trên thị trường.

III.1.2. Đặc trưng của dòng thải:

Phân xưởng mạ điện sẽ hoạt động với công suất 8h/ngày. Dựa vào các thông số đầu

vào của đề bài thiết kế như sau:

+ Tổng lưu lượng nước thải: 200 m3/ngày

+ Các thông số

Nhiệt độ: 250C

Ni: 80 mg/l

Cr6+: 50 mg/l

Zn: 5 mg/l



Cu: 6 mg/l

CN-: 40 mg/l

Yêu cầu nước thải sau xử lý đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT:

STT Chỉ tiêu Đơn vị QCVN 24: 2009/BTNMT (cột B)1 pH - 5,5-92 Mùi - KKC3 Chất rắn lơ lửng mg/l 1004 Đồng mg/l 25 Niken mg/l 0,56 Kẽm mg/l 37 Cr (III) mg/l 18 Cr (VI) mg/l 0,19 Xianua (CN-) mg/l 0,1

III.1.3. Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải:

Các chất ô nhiễm chính trong nước thải phân xưởng mạ là các ion kim loại Cu2+, Ni2+,

Cr6+, Zn2+ và một số anion khác (trong đó đặc biệt cần lưu ý là: CN -). Do đó vấn đề lớn

nhất trong xử lý nước thải mạ điện chính là loại bỏ các ion kim loại ra khỏi nước thải.

Việc xử lý các ion kim loại này có thể áp dụng nhiều phương pháp trong số các

phương pháp đã đề cập ở trên. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm và giới

hạn áp dụng riêng. Trên thực tế, khi tiến hành thiết kế hệ thống xử lý nước thải mạ

điện, chúng ta có thể tiến hành áp dụng một loại phương pháp hoặc áp dụng phối hợp

nhiều phương pháp với nhau nhằm đảm bảo nước thải sau khi xử lý đảm bảo yêu cầu

đã đưa ra. Hiện ở tại Việt Nam có 2 phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong xử

lý nước thải mạ điện, đó là phương pháp trao đổi ion và phương pháp phối hợp oxy hóa

khử có kết tủa. Các phương pháp khác còn lại, trên nguyên tắc đều có thể sử dụng tuy

nhiên chúng có nhiều đặc điểm không phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam

như:

+ Đắt tiền, yêu cầu về vốn đầu tư lớn: phương pháp hấp phụ.

+ Yêu cầu về mặt bằng lớn: phương pháp sinh học

+ Khó vận hành hoặc vận hành cần người có chuyên môn cao: phương pháp điện hóa

+ Giới hạn áp dụng hạn chế: phương pháp hấp phụ, phương pháp điện hóa.

Hai phương pháp trao đổi ion và oxy hóa khử kèm kết tủa được áp dụng phổ biến hơn

do chúng có nhiều ưu điểm phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam. Cụ thể:



* Phương pháp trao đổi ion

+ Là phương pháp tiên tiến, hiện đại.

+ Vận hành dễ dàng.

+ Yêu cầu về diện tích xây dựng nhỏ, phù hợp với các cơ sở có mặt bằng nhỏ, không

có quỹ đất để xây dựng hệ thống xử lý.

+ Dễ bố trí thiết bị

+ Tốc độ xử lý nhanh, thao tác vận hành tương đối đơn giản.

+ Xử lý triệt để các kim loại nặng trong nước thải, có thể thu hồi lại kim loại trong

nước thải.

+ Nước thải sau khi xử lý có thể tái sử dụng từ 90 % - 95%

+ Không có bùn thải.

+ Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cao, chi phí vận hành cao và chỉ nên áp dụng đối

với các cơ sở sản xuất có lưu lượng nước thải < 15m3/ngày.

*Phương pháp oxy hóa khử và kết tủa

+ Là phương pháp cơ bản, phổ biến nhất được áp dụng tại Việt Nam trong việc xử lý

nước thải mạ điện.

+ Vốn đầu tư xây dựng không cao.

+ Dễ xây dựng, dễ bố trí thiết bị, dễ vận hành.

+ Hóa chất sử dụng rẻ, dễ kiếm.

+ Dễ điều chỉnh theo tình hình sản xuất của từng cơ sở sản xuất. Có thể áp dụng cho

các cơ sở mạ điện có lưu lượng nước thải lớn.

+ Lượng bùn thải lớn.

+ Cần mặt bằng để lắp đặt hệ thống xử lý nên chỉ nên áp dụng đối với các cơ sở có mặt

bằng lớn.

+ Cần có phòng định lượng hóa chất.

Khi tiến hành so sánh hai phương pháp trên ta thấy phương pháp trao đổi ion tuy có

nhiều ưu điểm nhưng lại có giá thành đầu tư cao hơn (tỉ suất đầu tư tính cho hệ thống

xử lý nước thải công suất nhỏ theo phương pháp trao đổi ion thường gấp 2 -3 lần so với

hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp oxy hóa khử và kết tủa. Ngoài ra với nhược

điểm là chỉ nên áp dụng với các cơ sở có lưu lượng nước thải nhỏ hơn 15 m3/ngày ([3])



thì phương pháp trao đổi ion không phù hợp với tình hình sản xuất của nhà máy vì lưu

lượng nước thải của nhà máy là 200 m3/ngày. Như vậy phương pháp thích hợp nhất để

xử lý nước thải là phương pháp oxy hóa khử và kết tủa. Hiện nay, phương pháp oxy

hóa khử và kết tủa cũng được sử dụng chủ yếu ở Việt Nam: công ty Khoá Minh Khai,

công ty cơ khí Thăng Long, ...

III.1.4. Phân tích, lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ

Có rất nhiều căn cứ để lựa chọn một sơ đồ công nghệ phù hợp, tuy nhiên với việc thiết

kế hệ thống xử lý, ta dựa trên một số nguyên tắc cơ bản sau:

+ Đặc điểm công nghệ sản xuất: dựa trên đặc điểm của dây chuyền công nghệ của nhà

máy như công suất lớn hay nhỏ, hiện đại hay đã cũ, tự động hóa hay thủ công để đưa ra

sơ đồ công nghệ cho phù hợp cả về quy mô, trình độ công nghệ, trình độ kĩ thuật của

cơ sở sản xuất

+ Chất lượng nước đầu vào: điều này cho ta biết được lưu lượng và ô nhiễm đặc trưng

của dòng thải từ đó quyết định các phương pháp xử lý có thể áp dụng, nhằm đảm bảo

xử lý được nước thải theo mức độ xử lý yêu cầu

+ Tách được các dòng sạch không cần xử lý: xác định các dòng thải sạch và tách dòng

ra khỏi các dòng thải ô nhiễm nhằm góp phần:

Tiết kiệm lượng nước sử dụng

Giảm lượng nước thải cần xử lý

Giảm chi phí xử lý nước thải

+ Đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 24: 2009/BTNMT loại B: đây là tiêu

chuẩn thải vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp

nước sinh hoạt. Điều này sẽ quyết định mức độ xử lý của hệ thống để đưa ra các

phương pháp xử lý phù hợp và hiệu quả.

+ Xử lý triệt để có thể tận thu được kim loại sau này: điều này ảnh hưởng đến việc lựa

chọn phương pháp, lựa chọn thiết bị và lựa chọn hóa chất sử dụng để nhằm đảm bảo

yêu cầu đặt ra ở trên.

+ Giá thành đầu tư nhỏ, chi phí vận hành thấp.

+ Có khả năng thay đổi khi nhà máy có sự mở rộng về quy mô sản xuất.



Để xử lý nước thải một cách hiệu quả cho phân xưởng mạ, dựa trên các nguyên tắc đã

đưa ra ở trên quy trình xử lý sẽ được tiến hành theo hai bước chính: phân luồng dòng

thải và xử lý. Cụ thể

+ Phân luồng dòng thải: ta tiến hành tách các dòng thải ngay tại nguồn (4 dòng thải

chính: dòng Cr (VI), dòng xianua, dòng Ni và dòng Zn) việc tách dòng này sẽ giúp cho

quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong mỗi dòng thải một cách hiệu quả.

+ Xử lý: đối với nước thải ngành mạ với đặc tính: chứa hàm lượng kim loại nặng cao;

pH dao động mạnh; COD, BOD thấp; hàm lượng SS nhỏ thì để xử lý nước thải mạ ta

áp dụng các phương pháp xử lý chủ yếu sau: phương pháp cơ học (điều hòa lưu lượng,

lắng), áp dụng phương pháp hóa học (oxy hóa – khử), phương pháp hóa lý (keo tụ).

III.1.5. Phương án xử lý nước thải mạ điện tại phân xưởng mạ

Căn cứ vào phân tích ở trên, để xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải mạ điện tại

xưởng mạ, ta áp dụng phương pháp xử lý theo sơ đồ công nghệ mô tả ở hình 2. Phương

pháp này bao gồm:

a) Phân luồng dòng thải

Nước thải xưởng mạ điện bao gồm 4 dòng thải chính là nước thải mạ xyanua, mạ

Crom, mạ kẽm và mạ Niken. Do quá trình oxy hóa khử và kết tủa của các dòng thải

này diễn ra ở các điều kiện pH khác nhau nên để đảm bảo cho hiệu quả xử lý cao,

chúng ta tiến hành tách dòng thải tại nguồn. Mỗi dòng thải trên sẽ đi theo các tuyến

ống khác nhau về hố thu nước thải riêng.

Ta có 4 dòng thải chính từ 4 bể mạ. Thực tế sau khi thực tập tại công ty cổ phần Khóa

Minh Khai tiến hành phân luồng dòng thải như sau:

+ Lưu lượng nước thải của dòng Cr trong một ngày:

Q = 60 m3/ngày = 7,5 m3/h

+ Lưu lượng nước thải dòng Xianua:

Q = 40 m3/ngày = 5 m3/h

+ Lưu lượng nước thải 2 dòng Zn và dòng Ni gần bằng nhau và bằng:

Q = 50 m3/ngày = 6,25 m3/h.

b) Phương pháp xử lý



Tại các hố thu nước thải, ta lắp đặt song chắn bằng inox nhằm loại bỏ các tạp chất thô.

Nước thải từ các hố thu được đưa về bể điều hòa nhằm điều hòa lưu lượng và nồng độ

các chất trong nước thải. Từ bể điều hòa, nước thải được bơm lên cụm bể oxy hóa –

khử tại đây nước thải được bổ sung thêm Na2SO3 và H2SO4 đối với Cr (VI) và NaOCl

đối với xianua. Từ đây nước thải tự chảy sang bể keo tụ. Và tại bể keo tụ, nước thải sẽ

được bổ sung thêm kiềm để tiến hành phản ứng kết tủa. Sau đó toàn bộ nước thải được

đưa sang bể lắng nhằm tách các bông keo. Sau khi qua bể lắng, toàn bộ nước thải được

đưa vào bể trung hòa để tiến hành trung hòa pH rồi sau đó được thải ra ngoài môi

trường. Bùn thải được bơm bùn hút về máy ép bùn để xử lý. Nước thải từ máy ép bùn

được đưa về bể trung hòa để trung hòa pH trước khi thải. Nếu nước thải từ bể oxy hóa

khử và keo tụ không đảm bảo hiệu suất xử lý thì ta có các đường ống tuần hoàn tại

từng bể để tiếp tục xử lý. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý (hình III.2)

Hình III.1: Phân luồng dòng thải


Nước thải mạ Crôm

Nước thải mạ CN-

Nước thải mạ Zn2+

Oxy hóa CN-

Trung hòa

Hố thu gom Khử Cr6+ về Cr3+Dòng 1

Dòng 1

Dòng 1Hố thu gom

Hố thu gom

Nước ra

Kết tủa

Kết tủa

Dòng 1Nước thải mạ

Ni2+ Hố thu gom

Lắng

Kết tủa


III.1.6. Sơ đồ quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải:

Hình III.2: Sơ đồ công nghệ khu xử lý nước thải tại phân xưởng mạ điện


Bể lắng

Hố lắng cát Hố lắng cátHố lắng cát

Bể điều hòa Bể điều hòa Bể điều hòa

Song chắn thô

Hố lắng cát

Bể điều hòa

NaOH

NaOH

Nước ra Bể trung hòa

H2SO4

Ép bùn Bùn khô, chôn lấp

Bể kết tủa

Bể kết tủa

Bể kết tủa

Bể khử Cr

Bể ôxy hóa

Dòng Cr Dòng Ni Dòng Xianua Dòng Zn

Song chắn tinh


III.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn:III.2.1. Điều hòa lưu lượng

Điều hòa lưu lượng được dùng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi, khắc phục

những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu

suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý. Các kĩ thuật điều hòa được ứng dụng

cho từng trường hợp phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống thu gom nước thải. Các

phương án bố trí bể điều hòa lưu lượng có thể là điều hòa trên dòng thải hay ngoài

dòng thải xử lý.

Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước

thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm

được một phần nhỏ sự dao động đó.

Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý.

Vị trí tối ưu của nó phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom và đặc tính

của nước thải.

Bể điều hòa thường được thiết kế với chiều sâu từ 1,5 – 2m. Thể tích bể điều hòa có

thể tính theo công thức sau: [7]

Trong đó:

Q – Lưu lượng nước thải, m3/h.

kn – hệ số dập tắt dao động

τd – thời gian thải đột biến

Cmax, Ctb, Ccf: nồng độ lớn nhất, trung bình và cho phép của chất gây ô nhiễm (g/m3).

Khi kn ≥ 5, thể tích bể điều hòa được tính theo công thức sau: Vđ = kn.Q.τd

Thể tích bể điều hòa dùng để dập tắt sự dao động có chu kì của thành phần các chất ô

nhiễm sẽ được tính theo công thức sau: Vđ = 0,16.kn.Q.τd

Tuy nhiên, trong một số trường hợp khi không xác định được nồng độ max và trung

bình của nước thải đầu vào người ta có thể tiến hành tính toán thể tích bể điều hòa

thông qua thời gian lưu t của nước trong bể có tính đến hệ số không điều hòa β (β = 1,5

– 2,5) theo công thức V = Q. β.t. [7]



III.2.2. Lắng

* Quá trình lắng của hạt: trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại

bỏ các tạp chất dạng huyền phù thô ra khỏi nước. Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác

dụng của trọng lực. Để tiến hành quá trình này, người ta thường dùng các loại bể lắng

khác nhau (bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng Radian). Trong công nghệ xử lý nước

thải, theo chức năng, các bể lắng được phân thành: bể lắng cát, bể lắng cấp I và bể lắng

trong (cấp II). Bể lắng có nhiệm vụ tách bùn, bông keo ra khỏi nước thải. Các bể lắng

đều phải thỏa mãn yêu cầu: có hiệu suất lắng cao và xả bùn dễ dàng. Nước thải nói

chung thường là hệ dị thể đa phân tán hợp thể không bền. Trong quá trình lắng, kích

thước, mật độ, hình dạng của các hạt và cả tính chất vật lý của hệ bị thay đổi. Ngoài ra,

khi hòa nhập vào nước thải có thành phần hóa học khác nhau cũng có thể tạo thành các

chất rắn, trong đó có các chất đông tụ. Những quá trình này sẽ làm ảnh hưởng tới hình

dạng và kích thước hạt, gây phức tạp cho việc thiết lập quy luật thực của quá trình

lắng.

Các tính chất của nước thải khác nhiều so với nước sạch. Nó có khối lượng riêng và độ

nhớt cao. Độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải chỉ chứa các hạt rắn được tính

theo công thức sau: [7]

Với: μnt; μo – độ nhớt động lực học của nước thải và nước sạch, Pa.s

C0 – nồng độ thể tích của các hạt lơ lửng, kg/m3.

ρ, ρnt – khối lượng riêng của nước sạch và nước thải, kg/m3

ε – phần thể tích của pha lỏng, ε được tính theo công thức sau:

với VL; VK: thể tích của pha lỏng và pha rắn trong nước thải, m3.

Tùy thuộc vào nồng độ và khả năng tác động tương hỗ lẫn nhau giữa các hạt rắn, có thể

xảy ra 3 loại lắng chính (hay còn gọi là vùng lắng): lắng từng hạt riêng rẽ, lắng keo tụ

và lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng chen:

+ Lắng loại I (lắng từng hạt riêng rẽ): đó là quá trình lắng của các hạt trong hỗn hợp

huyền phù ở nồng độ thấp (loại cát, sỏi). Các hạt lắng hoàn toàn riêng biệt không có tác



động qua lại với nhau. Cơ sở của quá trình lắng loại này là các định luật cổ điển: Định

luật Newton và Stockes với giả thiết là các hạt hình cầu.

+ Lắng loại II (lắng keo tụ): Đó là quá trình lắng của các hạt kết tụ trong hỗn hợp

huyền phù hơi loãng, khi nồng độ các hạt rắn trong dung dịch tương đối thấp, chúng sẽ

lắng không giống nhau và sẽ kết hợp lại với nhau trong quá trình lắng. Ảnh hưởng này

chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm: người ta sử dụng cột lắng có chiều cao bằng

chiều sâu thực của bể lắng. Loại lắng này thường được áp dụng để loại một phần chất

rắn lơ lửng trong xử lý nước thải chưa xử lý trong các công trình xử lý lắng sơ cấp và

phần trên của bể thứ cấp, các loại hạt bông keo tụ hóa học trong các bể kết tủa.

+ Lắng loại III (lắng vùng): bao gồm 2 loại lắng tập thể và lắng chen.

Lắng tập thể: đó là quá trình lắng của các hạt lơ lửng trong hỗn hợp

huyền phù có nồng độ trung bình. Trong đó lực tương tác giữa các hạt cản trở sự lắng

của các hạt bên cạnh. Vì vậy các hạt có xu hướng vẫn ở lại cùng một vị trí với nhau

thành một khối cùng lắng xuống, tạo thành một mặt phân cách giữa pha lỏng và pha

rắn ở phía trên khối hạt rắn lắng. Loại lắng này thường được sử dụng trong các công

trình lắng thứ cấp tiếp ngay sau công trình xử lý sinh học.

Lắng chen: đó là quá trình của các hạt trong hỗn hợp huyền phù có nồng

độ ở mức tạo nên một cấu trúc, tại đó các hạt rắn lắng tiếp chỉ do sự nén ép của cấu

trúc đó. Sự nén ép này xảy ra là do trọng lượng của các hạt rắn liên tiếp thêm vào bởi

sự lắng của chúng từ lớp lỏng ở phía trên. Tốc độ lắng chen nhỏ hơn tốc độ lắng tự do,

do xuất hiện dòng chất lỏng đi ngược lên và độ nhớt lớn của môi trường. Loại lắng này

thường xảy ra trong lớp dưới của khối bùn nằm sâu ở đáy của bể lắng thứ cấp hay thiết

bị làm đặc bùn.

Quá trình thiết kế bể lắng làm việc ở điều kiện lắng vùng bao gồm:

1. Tính diện tích bề mặt tối thiểu cần thiết để gạn trong, tách bùn ra khỏi nước.

2. Tính diện tích bề mặt tối thiểu để làm đặc bùn đến nồng độ yêu cầu.

3. Lấy diện tích lớn nhất của hai diện tích trên để thiết kế diện tích bề mặt cần

thiết cho thiết bị lắng.

Diện tích tối thiểu cần thiết để gạn trong phụ thuộc vào vận tốc lắng W1 và được tính từ

công thức: [7]



Trong đó: Alt – diện tích bể lắng trong, m2.

Q – lưu lượng nước thải m3/h.

W1 – vận tốc lắng.

Vận tốc lắng W1 của bùn hoạt tính được xác định bằng phương pháp đồ thị và theo

công thức

Nhiệt độ của nước cũng ảnh hưởng tới vận tốc lắng của các hạt rắn lơ lửng. Trong thiết

kế bể lắng, căn cứ để tính kích thước bể là vận tốc dòng tràn (tương đương với vận tốc

lắng bề mặt), chiều sâu thành bể và thời gian lưu.

Vận tốc dòng tràn được tính theo công thức: [7]

Trong đó: Wo – Vận tốc dòng tràn, m3/m2.ngày.

Q – lưu lượng trung bình hằng ngày, m3/ngày.

A – Tổng diện tích bề mặt bể, m2

Ở đây diện tích bề mặt tính toán A chưa kể đến diện tích bề mặt giếng phân phối dòng

vào ở giữa hoặc máng dẫn thoát. Lưu lượng trung bình là lưu lượng dòng tràn ở bể

lắng sơ cấp, bằng chính lưu lượng dòng vào vì có thể bỏ qua thể tích bùn tháo từ đáy

bể. Còn ở bể lắng thứ cấp thì đó chính là lưu lưu lượng dòng ra. Đại lượng W0 còn

được gọi là tải lượng thủy lực (tải lượng riêng trên một đơn vị diện tích)

Thời gian lưu nước được tính theo công thức: [7]

Trong đó: t – thời gian lưu nước (h)

V – thể tích bể lắng, m3.

Q – lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày.

Thời gian lưu phải đủ để lắng một khối lượng lớn chất lơ lửng và để cho nước thải

không cuốn theo các chất rắn cần tách ra ngoài bể lắng. Về mặt lý thuyết cho thấy,

năng suất bể lắng không phụ thuộc vào chiều sâu của bể lắng. Chiều sâu của bể là

chiều sâu của nước đo từ đáy bể tới đỉnh vách chảy tràn.

Tải lượng thủy lực của vách tràn là thương số giữa lượng nước chảy tràn trung bình

hàng ngày với tổng độ dài của vách tràn (m3/m2.ngày).



Trong thực tế, vận tốc lắng hoặc vận tốc nổi lên được xác định theo thực nghiệm, còn

tải trọng thủy lực lấy trong các tài liệu.

Hiện nay, hai loại bể lắng được sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải là bể lắng cát

và các loại bể lắng dùng trong lắng cấp I, cấp II. Ở đây ta quan tâm tới các loại bể lắng

dùng trong lắng cấp I và cấp II.

* Bể lắng đứng

Nguyên lý hoạt động của bể lắng đứng là nước thải theo đường dẫn nước vào (1) chảy

vào ống trung tâm (8) ở giữa bể. Phía dưới ống trung tâm có bố trí tấm hướng dòng (5)

để thay đổi hướng chảy của nước thải sang hướng ngang. Nước chảy ra khỏi ống trung

tâm dâng lên theo thân bể, sau đó tràn ra máng thu (2) và theo ống dẫn nước ra (4) đi

sang bể điều chỉnh pH cuối cùng. Cặn lắng rơi xuống vùng chứa cặn hình chóp (7) theo

ống xả cặn sang máy ép bùn.

Bể lắng có dạng hình hộp hoặc hình trụ với đáy hình chóp. Nước thải được đưa vào

ống trung tâm ở tâm bể với vận tốc không quá 30 mm/s. Nước thải chuyển động theo

phương thăng đứng từ dưới lên trên tới vách tràn với vận tốc 0,5 – 0,6 m/s. Thời gian

lưu nước lại trong bể từ 45 – 120 phút và được xả ra ngoài băng áp lực thủy tĩnh. Chiều

cao vùng lắng từ 4 – 5m. Trong bể lắng, các hạt chuyển động cùng với nước từ dưới

lên trên với vận tốc W và lắng dưới tác dụng của trọng lực với vận tốc W1. Do đó các

hạt có kích thước khác nhau sẽ chiếm những vị trí khác nhau trong bể lắng. Khi W 1>


Hình3: Thiết bị lắng đứng


W, các hạt sẽ lắng nhanh, khi W1< W chúng sẽ bị cuốn theo dòng chảy lên trên. Hiệu

suất của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 – 20%. [7]

* Bể lắng ngang

Bể lắng ngang có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau như bê tông, bê tông cốt

thép, gạch hoặc bằng đất tùy thuộc vào kích thước, yêu cầu của quá trình lắng và điều

kiện kinh tế.

Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương nằm ngang qua bể. Người ta

chia dòng chảy và quá trình lắng thành 4 vùng: Vùng nước vào, vùng lắng, vùng xả

nước, vùng cặn.

Các bể lắng ngang thường có chiều sâu từ 1,5 – 4m, chiều dài bằng (8 – 12)H, chiều

rộng kênh từ 3 – 6m. Để phân phối đều nước người ta thường chia bể thành nhiều ngăn

bằng các vách ngăn. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải

trên 15.000m3/ngày. Hiệu suất lắng đạt 60%. Vận tốc dòng chảy của nước thải trong bể

lắng thường được chọn không lớn hơn 0,01m/s còn thời gian lưu từ 1 – 3 giờ. [7]

* Bể lắng Radian

Loại bể này có tiết diện hình tròn, đường kính 16 – 40m ( có khi tới 60m). Chiều sâu

phần nước chảy 1,5 – 5m, còn tỷ lệ đường kính/chiều sâu từ 6 – 30. Đáy bể có độ dốc

i ≥ 0,02 về tâm để thu cặn. Nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và

được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài. Cặn lắng xuống đáy được tập trung lại

để đưa ra ngoài nhờ hệ thống gạt cặn quay tròn. Thời gian nước thải lưu lại trong bể

khoảng 85 – 90 phút. Hiệu suất lắng đạt 60%. Bể lắng Radian được ứng dụng cho các

trạm xử lý có lưu lượng từ 20.000 m3/ngày đêm trở lên. [7]

III.2.3. Oxy hóa – khử

Để làm sạch nước thải người ta sử dụng các chất oxy hóa như Clo, đioxit clo, Clorat

canxi, bicromat natri, Peoxythydro... Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong

nước thải được 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. Do đó quá trình oxy hóa học chỉ được

dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây ô nhiễm bẩn trong nước thải không

thể tách bằng những phương pháp khác. Ví dụ: khử Xianua, khử các hợp chất Asen,

oxy hóa Cr6+... Ở đây ta quan tâm tới 2 quá trình khử Cr6+ và oxy hóa Xianua CN-

* Quá trình khử Cr6+



Nước thải của mạ điện đặc biệt là mạ Crom chứa rất nhiều Cr6+. Cr6+có tính độc cao với

môi trường nhưng lại hòa tan tốt trong nước. Nên nguyên tắc của quá trình xử lý Crom

là khử chuyển Cr6+ về Cr3+ rồi tiến hành kết tủa. Việc chuyển Cr (VI) thành Cr(III) có

thể sử dụng các hóa chất như: FeSO4, NaHSO3, Na2SO3... [12]

+ Sự khử Cr (VI) bằng FeSO4: có thể tiến hành cả trong môi trường axit hoặc môi

trường kiềm theo phản ứng:

2CrO3 + 6FeSO4 + 6H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 6H2O + Cr2(SO4)3.

Lượng FeSO4 tiêu tốn phụ thuộc vào pH và nồng độ Cr. Ở điều kiện thuận lợi nhất khi

nhiệt độ bằng 200C và pH = 7, lượng FeSO4 tiêu tốn lớn hơn 1,3 lần theo lý thuyết [12].

Nhận biết quá trình khử trên ta có thể thấy qua màu nước chuyển từ màu nâu đỏ

chuyển thành màu xanh nhạt.

+ Sự khử Cr (VI) thành Cr (III) bằng NaHSO3.

4CrO3 + 6NaHSO3 + H2SO4 = 2 Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 6H2O

+ Sự khử Cr (VI) thành Cr (III) bằng Na2SO3.

2H2CrO4 + 3 Na2SO3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 5H2O (*)

Quá trình khử trên thực hiện ở pH = 2 – 4 và có dư H2SO4 [12].

Trong các chất khử ở trên, nếu sử dụng FeSO4 thì trong dòng thải có thêm ion Fe3+ và

bùn thải sau xử lý sẽ có lẫn thêm kết tủa hydroxit sắt, khiến cho lượng bùn thải tăng

lên. Do đó, ta sẽ lựa chọn NaHSO3 hoặc Na2SO3 để thực hiện quá trình khử Cr (VI) để

tránh có lẫn thêm kết tủa khác. Ta chọn Na2SO3 làm hóa chất khử Cr(VI). Ưu điểm khi

sử dụng Na2SO3 đó là bùn thải cuối quá trình xử lý giảm đáng kể vì không còn chứa

bùn của sắt. Tuy nhiên, nhược điểm là những hóa chất có chứa ion SO32- khi tiến hành

phản ứng khử Cr6+ phải tiến hành trong môi trường axit có pH = 2 - 4. [12]

* Quá trình oxy hóa Xianua

Để trung hòa nước thải chứa Xiaua (CN-), người ta thường dùng các chất oxy hóa như

nước Clo, NaOCl (natri hypoclorit); CaOCl2 (clorua vôi), thuốc tím KMnO4, H2O2(oxy

già) hoặc sunfat sắt II FeSO4.7H2O để biến CN- thành một hợp chất xanh berlin hay

xanh pruxơ không tan và không độc.

NaCN + NaOCl → NaCNO + NaCl

NaCNO + NaOCl + H2O → CO2↑ + N2↑ + NaOH + NaCl (**)



Theo phản ứng trên, khi sử dụng OCl- quá trình oxy hóa xianua xảy ra ở pH = 8,5 - 10,

pH tối ưu cho các giai đoạn là pH = 10 cho giai đoạn 1 và pH = 6,5 cho giai đoạn 2. Do

đó trong bể oxy hóa ta sẽ duy trì pH = 8,5 – 10. Hóa chất bổ sung để có pH này là xút

NaOH. Trong bể có cánh khuẩy để đảo trộn hóa chất cho đều và đầu dò pH để đảm bảo

luôn duy trì pH = 8,5 – 10.[12]

Việc tính toán kích thước cho các bể oxy hóa – khử phụ thuộc vào tốc độ phản ứng

(thời gian lưu), lưu lượng nước, lượng hóa chất bổ sung, nồng độ chất ô nhiễm. Do đó

để tính toán được kích thước của các bể oxy hóa khử này cần phải xác định được các

thông số trên.

III.2.4 Kết tủa, đông keo tụ:

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt có rắn huyền phù nhưng không thể tách

được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có

kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng,

cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết

thành tập hợp các hạt, nhằm tăng kích thước của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng

lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết

chúng với nhau. Quá trình trung hòa điện tích được gọi là quá trình đông tụ và quá

trình tạo các bông lớn gọi là quá trình keo tụ kết tủa.

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các

ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó

tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên

ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và

có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất

lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bớt các ion mang điện tích dương ở lớp bên trong.

Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta (ζ) hay thế

điện động. Khác với thế nhiệt động E (là hiệu số điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng).

Thế zeta phụ thuộc vào E và chiều dày hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện

đẩy của các hạt là lực cản trở việc dính kết giữa các hạt rắn với nhau.

Nếu như điện tích âm thực là điện tích đẩy và thêm vào đó tất cả các hạt còn có lực hút

tĩnh điện – lực VanderWaals – do cấu trúc phân tử của các hạt. Tổng của hai loại điện

tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trở các hạt rắn liên

kết với nhau. Như vậy mục tiêu của động tụ là giảm thế zeta – tức là giảm chiều cao



hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau

bằng cách thêm các ion có điện tích dương. Như vậy trong đông tụ diễn ra quá trình

phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hòa điện tích. Hiệu quả đông tụ

phụ thuộc vào hóa trị của ion, chất đông tụ mang điện trái dấu với điện tích của hạt.

Hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao.

Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai

đoạn sau:

Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+

Me(OH)+ + HOH = Me(OH)3 + H+

=> Me3+ + HOH = Me(OH)3 + 3H+

Liều lượng của các chất đông tụ tùy thuộc vào nồng độ tạp chất rắn trong nước thải.

Các chất đông tụ, keo tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng

hoặc trực tiếp đưa OH- vào ( đặc biệt trong trường hợp nước thải chứa nhiều ion kim

loại nặng). Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào các tính chất hóa lý, chi phí, nồng

độ tạp chất trong nước, pH và thành phần muối trong nước. Trong thực tế người ta

thường sử dụng các chất đông tụ sau: Al2(SO4)3.18H2O; NaAlO2; KAl(SO4)2...Trong đó

được dùng rộng rãi nhất là Al2(SO4)3 bởi vì Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, cho phí

thấp và hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng pH = 6,5 – 8. Các muối sắt được sử

dụng có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do: tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp,

có khoảng pH tối ưu của môi trường rộng hơn, độ bền lớn và kích thước bông keo có

khoảng giới hạn rộng của thành phần muối, có thể khử được H2S. Tuy nhiên muối sắt

cũng có những nhược điểm là chúng tạo thành các phức hòa tan nhuộm màu qua phản

ứng của các cation sắt với một số hợp chất hữu cơ. [12]

Người ta dùng thí nghiệm Jar – test để xác định liều lượng tối ưu cho quá trình keo tụ

trong quá trình xử lý nước và nước thải. Để tăng cường quá trình keo tụ kết tủa tạo

bông người ta còn thêm vào trong nước một số hợp chất cao phân tử (gọi là chất trợ

keo) để thúc đẩy quá trình keo tụ kết tủa tạo bông và lắng. Để xử lý nước thải người ta

thường thêm vào nước thải các chất keo tụ kết tủa tạo bông có nguồn gốc thiên nhiên

hoặc tổng hợp.



Đa số chất bẩn hữu cơ, vô cơ dạng keo trong nước thải có điện tích âm và do đó nếu

dùng các chất trợ đông tụ cation trước đó sẽ không cần đông tụ sơ bộ. Việc lựa chọn

hóa chất, liều lượng tối ưu của chúng, trình tự cho vào nước...cũng đều phải được xác

định bằng thực nghiệm.

Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm, phải khuấy trộn đều hóa chất với nước

thải. Thời gian nước lưu lại trong bể trộn khoảng 1 đến 5 phút. Tiếp đó thời gian cần

thiết để nước thải tiếp xúc với hóa chất cho tới khi bắt đầu lắng dao động trong khoảng

20 – 60 phút. Trong thời gian này các chất hóa học có tác dụng và sẽ diễn ra quá trình

đông tụ và tạo bùn. [12]

Để khuấy trộn nước thải với hóa chất và tạo được bông keo người ta dùng các phương

pháp khuấy thủy lực và khuấy cơ học. Có nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành

quá trình kết tủa: khí nén, cánh khuấy. Năng lượng cần thiết để chuyển động cánh

khuấy trong nước tính theo công thức sau: [12]

Trong đó: P – năng lượng, N/s.

A – diện tích cánh khuấy, m2;

ρ – khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3.

CD – hệ số ma sát

Gradien vận tốc sinh ra do việc đưa năng lượng từ bên ngoài vào thể tích nước V sẽ là:

[12]

Trong đó: G – Gradien vận tốc, s-1.

μ – độ nhớt của nước dyn.s/cm2.

V – thể tích của bể đông tụ, m3.

Trong đa số trường hợp, tiêu chuẩn yêu cầu trong thiết kế thường lấy G trong khoảng

từ 30 – 60 s-1. Thời gian cũng là một thông số quan trọng trong quá trình keo tụ kết tủa.

Trong thiết kế người ta thường chọn tích số G.τ trong đó τ là thời gian lưu thủy lực

trong bể kết tủa. Giá trị điển hình của tích số trên nằm trong khoảng 104 – 105. Quá

trình làm sạch nước thải bằng đông tụ và keo tụ gồm các giai đoạn: định lượng khuấy

trộn hóa chất với nước thải, tạo thành bông keo và lắng bông keo.



III.3. Giới thiệu các thiết bị chính:1. Song chắn rác

Loại song chắn được chọn là loại vừa, làm từ các thanh thép với khoảng cách giữa các

thanh là 20 mm. Do nước thải của các cơ sở mạ điện không chứa nhiều tạp chất thô, có

kích thước lớn nên lượng rác tích luỹ tại song chắn là không đáng kể.

2. Bể điều hoà

Do đặc trưng của ngành mạ điện là lưu lượng cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong

nước thải dao động lớn nên bể điều hoà được sử dụng để ổn định các thông số này, tạo

điều kiện cho quá trình xử lý tiếp theo đạt được hiệu quả cao. Quá trình điều hoà cũng

tránh được tình trạng quá tải do đó giảm chi phí xây dựng, vận hành và quản lý của hệ

thống xử lý. Bể điều hoà được khuấy trộn nhờ hệ thống khí nén.

3. Bể phản ứng khử

Trong bể phản ứng khử, Cr (VI) được chuyển hoá thành dạng Cr (III) ít độc hơn và dễ

xử lý hơn. Chất khử được lựa chọn là Na2SO3, môi trường phản ứng là pH = 3. Na2SO3

được pha chế thành dung dịch 20% sau đó được bơm vào bể phản ứng. Phản ứng xảy

ra như sau:

Cr2O72- + 3SO3

2- + 8H+ = 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O

Bể phản ứng khử được bố trí hệ thống khuấy trộn bằng cánh khuấy. Trong thời gian

phản ứng là 30 phút, hiệu suất khử Cr là 99,9%. [6]

4. Bể phản ứng oxy hóa

Trong bể phản ứng oxy hóa, CN- được oxy hoá thành CNO- và sau đó thành N2 và CO2.

Chất oxy hóa được lựa chọn là NaOCl, môi trường phản ứng là pH = 8,5- 10. NaOCl

được pha chế thành dung dịch 20% sau đó được bơm vào bể phản ứng. Phản ứng xảy

ra như sau:

NaCN + NaOCl → NaCNO + NaCl

NaCNO + NaOCl + H2O → CO2↑ + N2↑ + NaOH + NaCl

Bể phản ứng oxy hóa được bố trí hệ thống khuấy trộn bằng cánh khuấy. Trong thời

gian phản ứng là 30 phút, hiệu suất oxy hóa là 99,9%. [6]

5. Bể phản ứng kết tủa

Bể phản ứng kết tủa có tác dụng kết tủa các kim loại có trong nước thải. NaOH được

pha chế thành dạng dung dịch 20% có khuấy trộn bằng cánh khuấy. NaOH được bơm



vào các bể phản ứng kết tủa, ở đây ion kim loại phản ứng với NaOH tạo dạng hydroxyt

kết tủa. Các phương trình phản ứng diễn ra đối với mỗi kim loại như sau:

+) Đối với Cr:

Cr2(SO4)3 + 6NaOH = 2Cr(OH)3 ↓ + 3Na2SO4

+) Đối với Cu và Zn:

Cu2+ + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2Na+

ZnSO4 + 2NaOH = Zn(OH)2 ↓+Na2SO4

+) Đối với Ni:

NiSO4 + 2NaOH = Ni(OH)2 ↓ + Na2SO4

Với thời gian phản ứng là 3 - 5 phút, hiệu suất tách ion kim loại đạt 99,9% . Các

hydroxyt có kích thước lớn nên dễ dàng lắng ngay tại bể lắng. [13]

6. Bể lắng đứng

Nhiệm vụ của bể lắng là tách các hạt hydroxyt kim loại kết tủa và các hạt rắn lơ lửng ra

khỏi nước thải. Các hạt hydroxyt kết tủa có kích thước lớn nên dễ dàng lắng ngay khi

vào bể lắng, hiệu suất đạt khoảng >90%. Các hạt rắn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn

nên khó lắng hơn, hiệu suất lắng các hạt dạng này đạt khoảng 65 - 70% đối với loại bể

lắng đứng nước chuyển động từ trên xuống dưới. Loại bể lắng được lựa chọn là bể lắng

đứng [12]. Nước được bơm vào ống trung tâm ở giữa bể, đi xuống dưới gặp bộ phận

tấm chắn, hướng dòng nước thải thành chuyển động ngang vào vùng lắng. Tại đây,

nước chuyển động từ dưới lên, cặn rơi xuống đáy bể. Nước trong được thu bằng máng

vòng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang thiết bị tiếp theo.

7. Bể điều chỉnh pH

Nước sau khi ra khỏi bể lắng mang tính kiềm, vì vậy trước khi thải ra môi trường cần

phải qua bể điều chỉnh pH sao cho đạt QCVN 24: 2009/BTNMT (loại B). Axit từ bể

chứa axit được định lượng và đưa vào bể để pH của nước thải ra môi trường là 5,5 – 9

8. Thiết bị xử lý bùn

Trong hệ thống xử lý này, thiết bị lọc ép khung bản được chọn làm thiết bị xử lý bùn

có tác dụng tách nước ra khỏi bùn lắng, giảm khối lượng chất thải rắn của hệ thống.

Bùn thải sau đã được tách nước được đem đi chôn lấp.



CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN

IV.1. Nước thải nhà máy và xử lý nước thải phân xưởng mạ:IV.1.1. Hệ thống cống thoát nước

Nhà máy không chỉ có khu xử lý nước thải mà còn gồm các xưởng và khu chức năng:

xưởng cơ khí, xưởng mạ, khu hành chính, nhà ăn và phòng họp. Nước thải của các

phân xưởng này có tính chất rất khác nhau do đó ta tiến hành phân luồng dòng thải của

các xưởng nhằm tiện cho việc xử lý sau này.

Đối với xưởng cơ khí, nước thải ở đây chủ yếu là dầu mỡ và một lượng nhỏ các chất

rắn vô cơ, hàm lượng hóa chất trong nước thải rất ít. Do đó ta thu nước thải xưởng này

vào một hố thu gom riêng, tại đây ta cho lắp đặt hệ thống gạt dầu để tách dầu mỡ ra

khỏi nước thải. Nước thải sau khi được tách dầu mỡ sẽ được nhập chung vào cống thải

của công ty và thải ra ngoài.

Nước thải của nhà ăn và các khu chức năng khác chỉ là nước thải sinh hoạt do đó được

dẫn trực tiếp vào cống thoát chung của công ty. Cống này được xây bằng bê tông, chìm

dưới đất, rộng 50cm, sâu 50cm.

Riêng với nước thải của phân xưởng mạ, do nước thải ở đây có tính độc hại cao nên ta

tiến hành thu gom và xử lý. Việc phân dòng của nước thải xưởng mạ được thực hiện

ngay trong xưởng tại các nguồn thải. Chúng ta tiến hành thu nước thải theo từng khu

vực sản xuất, dựa trên bố trí thiết bị trong xưởng. Tại xưởng mạ của nhà máy, ngoài

các dòng thải từ các bể mạ Cr, Ni, Cu, Zn còn có các dòng thải chứa axit và kiềm từ

các bể tẩy rỉ, tẩy điện hóa. Các dòng này sẽ được thu theo nguyên tắc sau:

+ Tách riêng dòng thải mạ Cr để xử lý riêng

+ Dòng thải mạ đồng sẽ được tách riêng theo một tuyến ống thu nước thải riêng vì

trong quá trình sản xuất nhà máy có thể sử dụng mạ đồng trong dung dịch Xianua. Do

Xianua độc với môi trường nên cần thu và tách dòng thải mạ đồng một cách triệt để.

+ Dòng thải chứa kiềm và axit từ các bể tẩy rỉ, tẩy điện hóa sẽ nhập chung với dòng

thải từ các bể phá lớp mạ Niken và mạ Kẽm. Hơn nữa việc nhập các dòng thải vào với

nhau không làm ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý của quá trình.

Như vậy, từ phân xưởng mạ của nhà máy, chúng ta có 4 dòng thải đi theo 4 tuyến ống

riêng biệt ra 4 hố thu nước thải khác nhau. Hệ thống ống dẫn nước thải của xưởng mạ

là các ống nhựa PVC chịu được kiềm, axit. Đường kính ống Ø 110, toàn bộ hệ thống



rãnh được bọc composite. Nước thải từ 4 hố thu gom tự chảy vào 4 bể điều hòa của hệ

thống xử lý nước thải.

IV.1.2. Lưới chắn rác và hố thu nước thải:

a) Song chắn rác:

Song chắn được đặt ở cửa dẫn nước và công trình thu nước có tác dụng loại bỏ rác

trong nước nhằm bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả xử lý của công trình xử lý

nước thải.

Thanh chắn rác có thể dùng loại tiết diện tròn, chữ nhật, bầu dục... Tiết diện tròn ít

được sử dụng vì rác dễ dính chặt vào thanh chắn gây khó khăn cho công tác vớt rác.

Được sử dụng nhiều là thanh chắn có tiết diện hình chữ nhật, tuy nhiên loại này tổn

thất thuỷ lực lớn. Song chắn đặt nghiêng góc 600 so với mặt phăng ngang để thuận lợi

khi vớt rác và đặt vuông góc với hướng nước chảy theo mặt bằng.

Vì lượng rác trong các xưởng mạ không nhiều, với lưu lượng 200m3/ngày chọn song

chắn có tiết diện hỗn hợp hình tròn và chữ nhật. Loại song chắn này khắc phục được

hạn chế của của 2 loại song chắn trên.

Hình IV.1: Sơ đồ cấu tạo song chắn rác.

Do kích thước các chất rắn vô cơ lơ lửng trong nước thải mạ điện thường lớn, nước lại

chứa hợp chất ăn mòn, vì vậy ta dùng các lưới lọc rác để loại bỏ rác thô. Các lưới này

được làm bằng inox vì inox có khả năng chịu được sự ăn mòn của các axit hay kiềm có

lẫn trong nước thải. Kích thước mắt lưới là 2cm x 2 cm.



b) Hố thu gom nước thải:

Từ bể mạ có 4 dòng thải chính đi theo các tuyến ống khác nhau đặt chìm dưới đất về

hố thu gom nước thải với lưu lượng mỗi dòng là:

+ Dòng Cr: Q = 7,5 m3/h

+ Dòng Xianua: Q = 5 m3/h

+ Dòng Zn: Q = 6,25 m3/h

+ Dòng Ni: Q = 6,25 m3/h

Hố thu gom được thiết hình chữ nhật, đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất. Vật liệu xây

dựng: bê tông cốt thép.

Thời gian lưu nước trong hố thu gom tối thiểu là 15 – 20 phút.

Chọn thời gian lưu nước là t = 15 phút.

+ Thể tích hố thu gom của dòng Cr là: V1 = Q.t = 7,5. = 1,875 (m3)

+ Thể tích hố thu gom của dòng Xianua: V2 = Q.t = 5. = 1,25 (m3)

+ Thể tích hố thu gom của dòng Zn và Ni: V3 = V4 = Q.t = 6,25. = 1,5625 (m3)

Hình IV.2: Hố thu gom

Kích thước hố thu gom mỗi dòng:



+ Hố thu gom của dòng Cr:

V1 = cao × rộng × dài = 1 x 1,25 x 1,5 = 1,8 (m3)

+ Hố thu gom dòng Xianua:

V2 = cao × rộng × dài = 1 x 0,85 x 1,5 = 1,275 (m3)

+ Hố thu gom của dòng Zn và Ni:

V3 = V4 = cao × rộng× dài = 1 x 1,05 x 1,5 = 1,575 (m3)

Kích thước xây dựng hố thu là:

Chọn chiều cao bảo vệ là 0,3m

V1xd = cao × rộng × dài = 1,3 x 1,25 x 1,5 = 2,4375 (m3)

V2xd = cao × rộng × dài = 1,3 x 0,85 x 1,5 = 1,6575 (m3)

V3xd = V4xd = cao × rộng × dài = 1,3 x 1,05 x 1,5 = 2,0475 (m3)

(Ngoài tác dụng lưu giữ nước thải, mỗi hố thu gom này còn có tác dụng như một bể

lắng cát nhằm tách các hạt vô cơ có lẫn trong dòng thải của phân xưởng. Lượng cặn

lắng sẽ được công nhân nhà máy định kì lấy ra khỏi hố với thời gian lấy là 1-1,5

tháng/lần.)

IV.2. Tính toán các thiết bị chính của hệ thống xử lý nước thải: Tổng lưu lượng nước thải là 200 m3/ngày hoạt động với công suất 8h/ngày với các

thông số thiết kế đề bài đã nêu.

IV.2.1. Bể điều hòa:

a) Nhiệm vụ:

Nước thải thường có lưu lượng và thành phần các chất bẩn không ổn định theo thời

gian và không ổn định tùy theo nhu cầu về sản phẩm mạ của khách hàng. Sự dao động

này nếu không được điều hoà sẽ ảnh hưởng đến chế độ công tác của trạm xử lý nước

thải, đồng thời gây tốn kém nhiều về xây dựng cơ bản và quản lý. Do vậy, nước thải

đưa vào xử lý cần phải điều hoà nhằm tạo cho dòng nước thải vào hệ thống xử lý gần

như không đổi, khắc phục những trở ngại cho chế độ công tác do lưu lượng và nồng độ

nước thải dao động gây ra và đồng thời nâng cao hiệu suất xử lý cho toàn bộ dây

chuyền.

b) Mô tả:



Hình IV.3: Mô phỏng bể điều hòa

Bể điều hòa đặt sau hố thu gom, nhận nước thải trực tiếp từ hố gom, đặt nửa chìm nửa

nổi trên mặt đất. Tại mỗi bể điều hòa, chúng ta có thể dùng cánh khuấy hoặc sục khí để

điều hòa nồng độ các chất trong nước thải. Ở đây, ta lựa chọn phương pháp khuấy trộn

là sục khí bằng máy nén. Phương pháp này sử dụng điện năng không lớn và còn có tác

dụng tăng lượng oxy hòa tan trong nước giúp cho các quá trình oxy hóa được tốt hơn.

Nước thải sau khi điều hòa có hàm lượng oxy hòa tan cao.

Bể điều hòa dạng hình chữ nhật trên mặt bằng. Với 4 dòng thải chính có 4 bể điều hòa.

Vật liệu xây dựng: Bê tông cốt thép có trát lớp vữa chịu acid,

thành bể dày 22cm.

Thể tích bể:

Do không có số liệu về sự thay đổi lưu lượng, thành phần nước thải theo thời gian

trong ngày, nên chọn thời gian lưu là 45 phút tính gần đúng theo thời gian lưu cần

thiết.

Công thức tính thể tích bể: V = Qmax.t trong đó là Qmax = β.Q (với β là hệ số không điều

hòa; chọn β = 1,5).

+) Với bể điều hòa dòng Cr:

V = Qmax.t = 1,5.7,5. = 8,4375 (m3)



Hình dạng của bể hình chữ nhật, có lót nhựa composit, chịu được axit, chịu được mài

mòn, kích thước bể:

- Cao: H = 1,8m (H = 1,5 – 2m)

-Chiều cao bảo vệ: Hbv = 0,2m (nổi trên mặt đất)

- Tổng chiều cao: 2m

- Dài: L = 2,3m

- Cạnh đáy: B = 2,1m

V = 1,8 x 2,1 x 2,3 = 8,694 (m3)

- Thể tích thực: V = 2 x 2,1 x 2,3 = 9,66 (m3)

+) Với bể điều hòa dòng Xianua:

V = Qmax.t = 1,5.5. = 5,625 (m3)

Hình dạng bể điều hòa là hình chữ nhật, có lót nhựa composit, chịu được axit, chịu

được mài mòn, kích thước bể:

- Cao: H = 1,8m (H = 1,5 – 8m)

- Chiều cao bảo vệ: Hbv = 0,2m (nổi trên mặt đất)

- Tổng chiều cao: 2m

- Dài: L = 2,3m


V = 1,8 x 2,3 x 1,4 = 5,796 (m3)


+) Với bể điều hòa dòng Zn và dòng Ni:

V = Qmax.t = 1,5.6,25. = 7,0313 (m3)

Hình dạng bể điều hòa là hình chữ nhật, có lót nhựa composit, chịu được axit, chịu

được mài mòn, kích thước bể:

- Cao: H = 1,8m

- Chiều cao bảo vệ: Hbv = 0,2m (nổi trên mặt đất)

- Dài: L = 2,3m




V = 1,8 x 2,3 x 1,7 = 7,038 (m3)


Phía trên bể tuyển nổi lắp các tấm đan bảo vệ tránh những tai nạn cho công nhân vận

hành hệ thống.

Hệ thống thổi khí được bố trí ở đáy bể điều hòa.

Ống phân phối thường có đường kính 50 – 75 mm. [13]

+ Sử dụng thiết bị cấp khí tạo bọt có kích thước trung bình kiểu dàn ống phân phối khí

nén dạng đục lỗ. Hệ thống phân phối gồm 1 tuyến ống dẫn khí chính D70 mm từ máy

nén khí tới các bể điều hòa. Tại mỗi bể có: 1 đường ống nhánh D50 mm dẫn khí xuống

dàn sục khí phía dưới, mỗi đường ống lắp van một chiều để điều chỉnh lượng không

khí cấp vào từng bể điều hòa cho phù hợp với lượng nước thải vào bể. Thường lựa

chọn hệ thống phân phối khí là đĩa quay, mỗi đĩa cách nhau 50cm.

- Bể điều hòa dòng Cr có 4 hàng đĩa/bể, 5 đĩa/hàng.

- Bể điều hòa dòng Xianua có 3 hàng đĩa/bể, 5 đĩa/hàng.

- Bể điều hòa dòng Ni và dòng Zn có 3 hàng đĩa, 5 đĩa/hàng.

Trên mỗi đường ống D50 ta lắp một van một chiều để điều chỉnh lượng không khí cấp

vào từng bể điều hòa cho phù hợp với lượng nước thải vào bể.

+ Do chỉ có tác dụng xáo trộn nước thải là chính nên cường độ cấp khí của máy nén có

thể thay đổi tùy vào lượng nước vào bể.

Nước thải từ bể điều hòa tự chảy tràn sang ngăn thu nước bên cạnh qua lưới chắn làm

bằng inox. Lưới này có tác dụng tách rác vô cơ lần nữa, tránh tắc bơm. Từ ngăn thu

nước, nước thải được bơm lên các bể phản ứng. Ngăn thu nước cũng được xây bằng bê

tông cốt thép. Chọn kích thước ngăn thu nước là:

+) Với ngăn thu của dòng Cr:

- Kéo dài với bể điều hòa 0,5m

- Rộng: 2,1m

- Sâu: 1,8m

- Chiều cao dự phòng: 0,2m

=> Thể tích xây dựng là: 2.2,1.0,5 = 2,1 (m3).

+) Với ngăn thu dòng Xianua:




- Rộng: 1,4m

- Sâu: 1,8m


=> Thể tích xây dựng: 2.1,4.0,5 = 1,4 (m3).

+) Với ngăn thu dòng Zn và dòng Ni:


- Rộng: 1,7m

- Sâu: 1,8m


=> Thể tích xây dựng là: 2.1,7.0,5 = 1,7 (m3).

Từ ngăn thu nước, nước thải được bơm lên cụm bể phản ứng đặt ở trên cao. Do đó

trong ngăn thu nước ta xây dựng bệ đặt bơm. Bơm được đặt chìm dưới nước.

IV.2.2. Bể oxy hóa và khử:

Tiến hành phản ứng khử đối với dòng Crom và phản ứng oxy hóa đối với dòng Xianua.

IV.2.2.1 Bể khử Crom:

a) Nguyên lý hoạt động:

Nhiệm vụ là khử Cr(VI) thành Cr(III). Dòng thải chứa Cr được đưa vào bể phản ứng,

được khuấy trộn đều với các hóa chất (Na2SO3) nhờ hệ thống cánh khuấy, tham gia

phản ứng khử Cr(VI) thành Cr(III).



Hình IV.4: Nguyên lý làm việc của bể khử Cr6+.

Nguyên lý hoạt động của bể phản ứng khử Cr6+ thành Cr3+ được mô tả như hình IV.4.

Hóa chất Na2SO3 được định lượng đưa vào bể phản ứng. Dung dịch axit (98%) từ bể

chứa axit định lượng và đưa vào bể chứa để tạo môi trường thích hợp (pH = 3), thiết bị

đo pH được gắn liền với thiết bị định lượng nhằm kiểm soát lượng axit đưa vào bể, tạo

điều kiện cho phản ứng xảy ra tối ưu (ở đây dòng Cr mang tính axit nên dựa vào thiết

bị đo pH mới thêm axit với lượng thích hợp).

Dòng thải chứa crôm được đưa vào bể chứa, được khuấy trộn đều với các hoá chất nhờ

hệ thống cánh khuấy, tham gia phản ứng khử crôm (VI) thành crôm (III). Với thời gian

phản ứng là 25 - 30 phút, hiệu suất khử crôm đạt 99,9% [6]. Nước ra khỏi bể được đưa

vào bể phản ứng kết tủa.

b) Tính toán thùng hóa chất sử dụng: Tính toán lượng hóa chất Na2SO3 cần thiết:

Phản ứng khử Cr6+ về Cr3+ là:

2H2CrO4 + 3Na2SO3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 5H2O(*)

Lượng Cr6+ bị khử trong 1m3 nước thải là:

nCr6+=

Dựa vào phương trình phản ứng (*) ở trên ta có:

Cứ 2 mol Cr6+ thì cần 3 mol Na2SO3

Vậy lượng Na2SO3 phản ứng trong 1m3 nước thải là:

n =

Vậy lượng Na2SO3 cần cho 1m3 nước thải là:

1,443.126 = 181,8(g)

Lượng Na2SO3 20% cần thiết cho 1m3 nước thải là:

Vậy lượng hóa chất Na2SO3 cần thiết bổ sung để xử lý 7,5m3 nước thải là:

909 x 7,5 = 6817,5 (g/h) 6,818 (kg/h)

Khối lượng riêng của nước ở 25°C là: [14]



Khối lượng riêng của Na2SO3 là: [14]

Khối lượng riêng của dung dịch Na2SO3 x% là:

[14]

Khối lượng riêng của Na2SO3 20% ở 25°C

=> ρdd= 1195,52(kg/m3)

Lượng dung dịch Na2SO3 được cấp vào bể là:

Lượng Na2SO3 được bơm vào bể khử Cr bằng bơm định lượng và trong bể khử Cr phải

lắp đầu dò pH nhằm kiểm soát được pH của phản ứng luôn ở pH =2,5- 3.

Tính kích thước thùng chứa Na2SO3:

Lượng Na2SO3 cần thiết bổ sung vào bể khử Cr6+ là 5,7(l/h)

Na2SO3 sẽ được pha dưới dạng dung dịch với nồng độ 20%

=> Lượng dung dịch Na2SO3 cần bổ sung vào bể khử Cr trong 1 ngày là:

5,7.8 = 45,6 (l/ngày)

Với lưu lượng nước thải cần xử lý là 60 m3/ngày => Lượng Na2SO3 cần thiết cho một

ngày tương ứng là 45,6 lít.

Ta không xây dựng bể chứa Na2SO3 mà chọn loại thùng hình trụ tròn bằng nhựa , kín

để đảm bảo an toàn hóa chất. Phía trên thùng có lắp cánh khuấy để pha hóa chất. Mỗi

thùng có bơm định lượng để bơm hóa chất vào các bể phản ứng.

VNa2SO3= 45,6 lit → Chọn loại bình 50 lit .

Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày.

c) Tính toán kích thước bể khử Cr (VI):

Vr = Q. (m3)

Trong đó:

Q : tổng lưu lượng nước thải và lưu lượng hóa chất sử dụng (m3/h).



: thời gian phản ứng ở thiết bị khử Cr6+ thành Cr3+ (h).

Để phản ứng xảy ra với hiệu quả cao nhất ta chọn thời gian phản ứng là =30’ [6]. Do

dòng thải mạ Cr có môi trường axit, nên khi cần mới bổ sung thêm axit cho phản ứng

khử Cr (VI).

Lưu lượng các dòng vào bể:

Q = QCr + Qdd

Với QCr: lưu lượng dòng thải Cr, QCr = 7,5 (m3/h)

Qdd: lượng hóa chất Na2SO3 ; Qdd = 5,7.10-3 (m3/h).

Thay các thông số trên vào công thức ta có lưu lượng các dòng vào bể 7,51 m3/h.Thể tích cần thiết của bể khử Cr là: V = 3,75m3. Chọn hệ số dư là k = 1,2 xác định được thể tích của bể phản ứng khử là ~ 4,5m3.Xây dựng bể hình tròn. Chọn chiều cao bể là 2,5m, chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,2 m

Khi đó bán kính bể là:

Bể được xây dựng bằng bê tông, có lót nhựa composit, chịu được axit, chịu được mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để trộn đều hóa chất.Nước thải được đưa vào bể từ dưới, hóa chất được bổ sung vào ở giữa bể bằng bơm

định lượng. Bể được làm bằng bê tông, trong có lót nhựa composit, chịu được axit,

chịu được mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất.

d) Tính toán cánh khuấy của bể khử:

Cánh khuấy có tác dụng tăng cường quá trình hòa trộn trong bể khử. Chọn cánh khuấy

chân vịt, loại cánh khuấy này thích hợp với độ nhớt không cao và có số vòng quay lớn.

+) Các thông số cánh khuấy chân vịt [14]:

- Số cánh khuấy: 3

- D/d = 3

- S/d = 1,5

- b = 0,1D

Trong đó:

d - Đường kính cánh khuấy, m

D - Đường kính bể phản ứng khử, m

S - Khoảng cách từ đáy bể đến bề mặt dưới của cánh khuấy, m



b - bề rộng của cánh khuấy, m

Đường kính bể: D = 0,85 (m)

Đường kính cánh khuấy: d = D/3 = 0,85/3 0,3 (m)

Suy ra: S = 1,5 × 0,3 = 0,45 (m)

Chiều dài trục khuấy: L = H – S = 2,3 – 0,45 = 1,85 (m)

b = 0,1.D = 0,1 × 0,85 = 0,085 (m)

+) Số vòng quay của cánh khuấy:

Hiệu quả của quá trình khuấy trộn phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn.

Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao để tạo ra dòng chảy

rối.

Trong kỹ thuật xử lý nước thải, sử dụng đại lượng Gradien vận tốc để biểu thị cường

độ khuấy trộn:

G , (s-1) [15]

Trong đó

V: thể tích bể khuấy trộn, V = 4,5 (m3)

μ: Độ nhớt động lực của nước thải, NS/m2. Coi độ nhớt của nước thải bằng độ

nhớt của nước.

Nước ở nhiệt độ 25oC, μ = 0,894.10-3 NS/m2. [14]

G: Gradien vận tốc, s-1. Trong thực tế, để hòa trộn có hiệu quả, giá trị Gradien

vận tốc thường lấy từ 200 đến 1000 s-1. Chọn G = 300 (s-1) [15]

P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng là

P = K. ρ. n3. d5 [15]

Với P: Năng lượng cần thiết, W

ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 . Coi khối lượng riêng của nước thải

bằng khối lượng riêng của nước.

Khối lượng riêng của nước ở 250C, ρ = 997,08 (kg/m3) [14]

d: đường kính cánh khuấy, d = 0,3 (m)

n: Số vòng quay của cánh khuấy, vòng/giây

K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào cánh khuấy



K = 0,32 [15]

= = 7,48(vòng/giây)

Số vòng quay của cánh khuấy là 7,5 (vòng/giây). +) Tính toán công suất của động cơ cánh khuấy:

- Tính chuẩn số Raynod:

[14]

Trong đó:

n: số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s)

ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3

752828 › 104

→ Chất lỏng trong bể có chế độ chảy xoáy

- Công suất tiêu tốn:

N = A . n3. d5. ρ , W (*) [14]

Trong đó:

A: hệ số, A = 0,36

n: số vòng quay (vòng/s), n = 7,5

d: đường kính cánh khuấy, d = 0,3 m

ρ: khối lượng riêng của nước thải, kg/m3

N = 0,36 × 7,53 × (0,3)5 × 997,08 = 368 (W)

+) Công suất mở máy

Nc = Nm + Ng , W [14]

Trong đó

Nm: công suất để khắc phục ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy, W

Nm = N = 368 (W)

Ng : công suất tiêu tốn để khắc phục trở lực, W

Ng = K . n3. d5. ρ , W (**)



Từ (*) và (**) ta có: Nc = (W) [IV.1]

+) Công suất của động cơ xác định như sau:

, W

Trong đó:

η: là hiệu suất truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy, thường η = 0,6 ÷ 0,7 [13]

Chọn η = 0,65

= 1069 (W)

Chọn động cơ có công suất: Ndc = 1,1 KW

IV.2.2.2 Bể oxy hóa xianua (do có mạ đồng xianua):

a) Hoạt động:

Chất oxy hóa được chọn là NaOCl cho bể phản ứng oxy hóa bằng bơm định lượng xảy

ra quá trình oxy hóa

b) Tính toán hóa chất sử dụng:

Tính toán lượng hóa chất cần thiết:

Lượng CN- bị oxh trong 1m3 nước thải là:

nCN- =

Ta có phản ứng:

+ Đối với Cu :

2CuCN + 6NaOCl + 2H2O => 2CuCl2 + 2NaCl + 4NaOH + N2 + 2CO2 (**)

Cứ 1 mol CN- thì cần 3 mol NaOCl

=> lượng NaOCl phản ứng trong 1m3 nước thải:

nNaOCl=

Lượng NaOCl cần cho 1m3 nước thải là:

M = 4,614.74,5 = 343,743(g)

Lượng hóa chất NaOCl 20% cần thiết cho 1m3 nước thải là:



(g)

Vậy lượng NaOCl cần bổ sung cho để xử lý 5m3 nước thải là:

1718,715.5 = 8593,575 (g/h) 8,594 (kg/h)


Khối lượng riêng của NaOCl 20% là: [14]

Khối lượng riêng của dung dịch Na2SO3 x% là :

Khối lượng riêng của NaOCl 20% ở 25°C

Lượng dung dịch NaOCl được cấp vào bể là:

= 8,459 (l/h)

Lượng NaOCl được bơm vào bể oxy hóa xianua bằng bơm định lượng và trong bể oxy

hóa xianua phải lắp đầu dò pH nhằm kiểm soát được pH của phản ứng luôn ở

pH = 8,5-10.

Tính toán thùng chứa NaOCl:

Lượng NaOCl cần thiết bổ sung vào dòng thải là 8,459(l/h).

=> Thể tích nước dùng trong 1 ngày là:

8,459.8 = 67,672 (l/ngày)

Với lưu lượng nước thải cần xử lý là 40 m3/ngày => Lượng NaOCl cần thiết cho một

ngày tương ứng là 67,672 lít.

VNaOCl = 67,672→ Chọn loại bình 70 lit.

Vậy thùng đựng nước javen là một thùng nhựa có nắp đậy và thể tích khoảng 70 lít.

Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày. Nước javen được bơm

định lượng vào bể oxy hóa.



Riêng với NaOH ta dùng dung dịch xút có nồng độ 20%. Lượng xút này được bơm

định lượng tự động bơm vào bể để duy trì pH = 8,5 – 10 (theo tín hiệu kiểm soát của

đầu dò pH). Xút này có thể lấy từ thùng đựng xút riêng (100 lít) của bể oxy hóa xianua

hoặc từ thùng chứa xút của bể kết tủa.

b) Tính toán kích thước bể oxy hóa CN-:

Vr = Q. (m3)

Trong đó:

Q : tổng lưu lượng nước thải và lưu lượng hóa chất sử dụng (m3/h).

: thời gian phản ứng ở thiết bị oxy hóa CN-.

: Ta chọn thời gian phản ứng là 30’ [6]

Lưu lượng các dòng vào bể:

Q = QCN- + Qdd

Với :

QCN- : lưu lượng dòng thải xianua, QCN- = 5 (m3/h)

Qdd : lượng hóa chất NaOCl ; Qdd = 8,459.10-3 (m3/h).

Thể tích cần thiết của bể oxh CN- là:

V = (5 + 8,459.10-3). = 2,504(m3)

Chọn hệ số dư là k = 2 xác định được thể tích của bể phản ứng khử là ~ 5,01m3.Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 2,5m, chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,2

m


Nước thải được đưa vào bể từ dưới, hóa chất được bổ sung vào ở giữa bể bằng bơm

định lượng. Bể được làm bằng bê tông thành, trong có lót nhựa composit, chịu được

mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất.

c) Tính toán cánh khuấy của bể oxy hóa:

Cánh khuấy có tác dụng tăng cường quá trình hòa trộn trong bể oxy hóa. Chọn cánh

khuấy chân vịt.

+) Các thông số cánh khuấy chân vịt [14]:



- Số cánh khuấy: 3

- D/d = 3

- S/d = 1,5

- b = 0,1D

Trong đó:

d - Đường kính cánh khuấy, m

D - Đường kính bể phản ứng oxy hóa, m

S - Khoảng cách từ đáy bể đến bề mặt dưới của cánh khuấy, m

b - bề rộng của cánh khuấy, m

Đường kính bể: D = 0,80 (m)

Đường kính cánh khuấy: d = D/3 = 0,80/3 = 0,25 (m)

Suy ra: S = 1,5 × 0,25 = 0,375 (m)

Chiều dài trục khuấy: L = H – S = 2,5 – 0,375 = 2,125 (m)

b = 0,1.D = 0,1 × 0,80 = 0,08 (m)

+) Số vòng quay của cánh khuấy:

Hiệu quả của quá trình khuấy trộn phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn.

Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao để tạo ra dòng chảy

rối.

Trong kỹ thuật xử lý nước thải, sử dụng đại lượng Gradien vận tốc để biểu thị cường

độ khuấy trộn:

G , (s-1) [15]

Trong đó

V: thể tích bể khuấy trộn, V = 5,01 (m3)

μ: Độ nhớt động lực của nước thải, NS/m2. Coi độ nhớt của nước thải bằng độ

nhớt của nước.

Nước ở nhiệt độ 25oC, μ = 0,894.10-3 NS/m2. [14]

G: Gradien vận tốc, s-1. Trong thực tế, để hòa trộn có hiệu quả, giá trị Gradien

vận tốc thường lấy từ 200 đến 1000 s-1. Chọn G = 300 (s-1) [15]



P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng là

P = K. ρ. n3. d5 [15]

Với P: Năng lượng cần thiết, W

ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3. Coi khối lượng riêng của nước thải

bằng khối lượng riêng của nước.

Khối lượng riêng của nước ở 250C, ρ = 997,08 (kg/m3) [14]

d: đường kính cánh khuấy, d = 0,25 (m)

n: Số vòng quay của cánh khuấy, vòng/giây

K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào cánh khuấy

K = 0,32 [15]

= = 10,5 (vòng/giây)

Số vòng quay của cánh khuấy là 10,5 (vòng/giây). +) Tính toán công suất của động cơ cánh khuấy:

- Tính chuẩn số Raynod:

[14]

Trong đó:



731916 › 104

→ Chất lỏng trong bể có chế độ chảy xoáy

- Công suất tiêu tốn:

N = A . n3. d5. ρ , W (*) [14]

Trong đó:

A: hệ số, A = 0,36

n: số vòng quay (vòng/s), n = 7,5

d: đường kính cánh khuấy, d = 0,3 m



ρ: khối lượng riêng của nước thải, kg/m3

N = 0,36 × 10,53 × (0,25)5 × 997,08 = 406 (W)

+) Công suất mở máy

Nc = Nm + Ng , W [14]

Trong đó

Nm: công suất để khắc phục ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy, W

Nm = N = 406 (W)

Ng : công suất tiêu tốn để khắc phục trở lực, W

Ng = K . n3. d5. ρ , W (**)

Từ (*) và (**) ta có: Nc = (W)

+) Công suất của động cơ xác định như sau:

, W

Trong đó:

η: là hiệu suất truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy, thường η = 0,6 ÷ 0,7 [13]

Chọn η = 0,65

= 1180 (W)

Chọn động cơ có công suất : Ndc = 1,2 KW

* Thông số ô nhiễm của nước thải sau khi đi qua các bể oxy hóa và khử với hiệu suất

xử lý chung là 99,9%.

Để xử lý Cr (VI) đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là:

Và hiệu suất để xử lý CN- đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT:

Thông số Nồng độ trước khi xử lý Nồng độ sau khi xử lý



Cr6+

Cr3+

CN-

50mg/l

40 mg/l

0,1 mg/l

49,9 mg/l

0,1 mg/l

Nước thải của các dòng sau khi qua bể khử và bể oxy hóa sẽ tự chảy tràn sang bể kết

tủa.

IV.2.3. Bể kết tủa:

a) Nguyên lý hoạt động:

Hình IV.5: Nguyên lý làm việc của bể kết tủa

Nguyên lý hoạt động của bể phản ứng kết tủa được trình bày trong hình IV.5. Xút được

pha chế thành dung dịch có nồng độ khoảng 20%. Xút từ bể chứa được đưa vào bể

phản ứng để tạo kết tủa. Thiết bị đo pH được gắn liền với thiết bị định lượng sữa vôi để

đảm bảo pH của môi trường luôn ổn định trong dải pH keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi

cho phản ứng kết tủa xảy ra.

Phân xưởng mạ điện gồm 4 dòng thải với 4 kim loại Cr, Cu, Zn và Ni lưu lượng đầu

vào là 200 m3/ngày. Mỗi kim loại sẽ keo tụ với pH thích hợp ([7] và thực tế ở Công ty

Cổ phần Khóa Minh Khai), ứng với đó sẽ cho lượng NaOH thích hợp để đưa pH về

môi trường pH kết tủa của kim loại. Các dòng thải khi vào bể keo tụ:

+ Nước thải dòng Cr lưu lượng lớn đồng thời hàm lượng Cr cao, dòng Cr sẽ tự chảy

tràn từ bể khử Cr sang bể kết tủa. Khi đi vào bể keo tụ, tại đây Cr (III) bị kết tủa dưới

dạng hydroxyt.

+ Nước thải dòng Ni với hàm lượng Ni+2 cao, sẽ được bơm trực tiếp từ ngăn thu nước

lên bể phản ứng kết tủa. Tại đây Ni+2 kết tủa dưới dạng hydroxyt.



+ Nước thải dòng Cu sẽ nhập chung với dòng Zn, hàm lượng Cu và Zn trong dòng thải

bé. Dòng Zn sẽ bơm trực tiếp tư ngăn thu nước lên bể phản ứng kết tủa, còn dòng thải

Cu sẽ tự chảy tràn từ bể oxy hóa xianua sang bể kết tủa. Khi đi vào bể keo tụ, tại đây

các kim loại bị kết tủa dưới dạng hyđroxyt.

Trong bể có đặt thiết bị khuấy trộn để tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra trong điều

kiện tốt nhất. Nước thải sau khi ra khỏi mỗi bể sẽ tiếp tục đưa vào bể lắng.

b) Tính toán hóa chất:

Tính lượng hóa chất bổ sung:

+ Dòng Cr:

Cr3+ + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3 Na+ (1)

Từ phản ứng trên ta thấy để xử lý:

52g Cr3+ phải sử dụng 120g NaOH tạo ra 103g Cr(OH)3

=>Vậy để xử lý 1m3 nước thải chứa

49,9g Cr3+ thì cần 115,15g NaOH

=> Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ Cr là: 115,15g/m3

Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ trong một giờ là:

Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng Cr để xử lý 7,51 m3/h

575,75.7,51 = 4323,88 (g/h)


Khối lượng riêng của NaOH là: [14]

=> Khối lượng riêng của NaOH 20% ở 25°C là:

=>ρdd = 1101,26(kg/m3)

Lượng dung dịch NaOH được cấp vào bể là:



= 3,93 (l/h).

+ Dòng Ni:Ni2+ + 2NaOH = Ni(OH)2 + 2Na+ (2)

Từ phản ứng trên ta thấy để xử lý:59g Ni2+ phải sử dụng 80g NaOH tạo ra 93g Ni(OH)2


80g Ni2+ thì cần 108,5g NaOH

=> Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ Ni là: 108,5g/m3


Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng Cr để xử lý 6,25 m3/h

542,5.6,25 = 3390,625 (g/h)




=>ρdd = 1101,26(kg/m3)


= 3,08 (l/h).

+ Dòng (Cu + Zn):Cu2+ + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2Na+ (3)

Zn2+ + 2NaOH = Zn(OH)2 + 2Na+ (4)

Từ các phản ứng trên ta thấy để xử lý:

64g Cu2+ phải sử dụng 80g NaOH tạo ra 98g Cu(OH)2

65g Zn2+ phải sử dụng 80g NaOH tạo ra 99g Zn(OH)2




6g Cu2+ thì cần 7,5g NaOH

5g Zn2+ thì cần 6,2g NaOH

=> Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ là: 13,7g/m3


Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng (Cu + Zn) để xử lý 11,26 m3/h

68,5.11,26 = 771,31 (g/h)




=>ρdd=1101,26(kg/m3)


= 0,7 (l/h)

Tính kích thước thùng chứa NaOH:

Lượng NaOH cấp vào các bể kết tủa gồm bể kết tủa Cr, bể kết tủa Ni và bể kết tủa (Cu

+ Zn) là 7,71(l/h)

NaOH được pha dưới dạng dung dịch với nồng độ 20%

=> Lượng dung dịch NaOH cần bổ sung vào bể kết tủa trong 1 ngày là:

7,71.8 = 61,68 (l/ngày)

Lượng NaOH cần thiết cho một ngày tương ứng là 61,68 lít.



Ta không xây dựng bể chứa NaOH mà chọn loại thùng hình trụ tròn bằng nhựa , kín để

đảm bảo an toàn hóa chất. Phía trên thùng có lắp cánh khuấy để pha hóa chất. Mỗi


VNaOH= 61,68 lit → Chọn loại bình 100 lit .

Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày.

c) Tính toán kích thước bể kết tủa:

Thể tích thiết bị phản ứng tính theo công thức:V = Q

Trong đó:Q: Tổng lưu lượng nước thải và lưu lượng hóa chất sử dụng (m3/h).: Thời gian phản ứng để kết tủa hết lượng kim loại (h).

Tính (h)

Phản ứng kết tủa kim loại diễn ra rất nhanh, khoảng 3 - 5 phút [13]. Để phản ứng diễn ra triệt để, nâng cao hiệu quả tách bỏ kim loại ra khỏi nước thải, chọn thời gian phản ứng là 5 phút, khi đó hiệu suất phản ứng đạt 99,9%.

Bể kết tủa dòng Cr:

Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể:Nước thải đi vào bể gồm có nước ra từ bể phản ứng khử và lượng xút thêm vào.Lưu lượng nước thải đi ra từ bể phản ứng khử crôm là 7,51m3/h (đầu vào + hóa chất).

Lượng xút thêm vào bể kết tủa Cr là

Vậy tổng lượng nước thải và hoá chất sử dụng trong bể kết tủa (lưu lượng các dòng vào bể) là:

Q = Qthải + Qdd

Với :

Qthải: lưu lượng dòng thải, Qthải= 7,51 (m3/h)

Qdd: lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 3,93.10-3 (m3/h).

Thể tích cần thiết của bể kết tủa là:

V = (7,51 +3,93.10-3). = 0,63 (m3)

Với hệ số dư là 1,2 xác định được thể tích của bể kết tủa là 0,756m3

Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 1,5m, chiều cao bảo vệ là

Hbv = 0,2 m




Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất.

Theo các phương trình phản ứng (1), (2): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, thực tế yêu cầu xử lý

kết tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là:

Khi đó các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là:

- Lượng cặn hydroxyt:Lượng cặn lắng Cr(OH)3 là 98,84 g/m3 => Lượng cặn Cr(OH)3 là 5998,39g

Vậy lượng bùn tạo ra: 98,84 g/m3

- Hàm lượng các ion kim loại còn lại:Cr6+: 0,1 mg/l

Cr3+: 1 mg/l

- pH = 8,5 – 9,5

Bể kết tủa dòng Ni:

Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể:Nước thải đi vào bể gồm nước thải của dòng thải chứa niken và lượng xút thêm vào.Lưu lượng nước thải của dòng thải niken sau khi ra khỏi bể điều hoà là 6,25m3/h.

Lượng xút thêm vào bể kết tủa Ni là


Q = Qthải + Qdd

Với :

Qthải : lưu lượng dòng thải, Qthải= 6,25 (m3/h)

Qdd : lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 3,08.10-3 (m3/h).


V = (6,25 + 3,08.10-3). = 0,521 (m3)





Hbv = 0,2 m



Theo các phương trình phản ứng (1), (2): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Với hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, yêu cầu xử lý kết

tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là:

Vậy các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là:

- Lượng cặn hydroxyt:Lượng cặn lắng Ni(OH)2 là 126,1 g/m3 => Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72g


- Hàm lượng ion kim loại còn lại:Ni2+: 0,5mg/l

- pH = 10 – 11

Bể kết tủa dòng (Cu + Zn):

Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể:Nước thải đi vào bể gồm có nước ra từ bể phản ứng oxy hóa, nước thải của dòng thải chứa Zn và lượng xút thêm vào.Lưu lượng nước thải đi ra từ bể phản ứng oxy hóa 5,01 m3/h (đầu vào + hóa chất).Lưu lượng nước thải của dòng thải Zn sau khi ra khỏi bể điều hoà là 6,25m3/h.

Lượng xút thêm vào bể kết tủa (Cu + Zn) là


Q = Qthải + Qdd

Với :

Qthải: lưu lượng dòng thải, Qthải= 11,26 (m3/h)

Qdd: lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 0,7.10-3 (m3/h).




V = (11,26 +0,7.10-3). = 0,938 (m3)



Hbv = 0,2 m



Theo các phương trình phản ứng (3), (4): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Với hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, yêu cầu xử lý kết

tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là (tính theo

đồng):

Vậy các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là:

- Lượng cặn hydroxyt:Lượng cặn lắng Cu(OH)2 là 9 g/m3 => Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72gLượng cặn lắng Zn(OH)2 là 7,62 g/m3 => Lượng cặn Zn(OH)2 là 381g


- Hàm lượng các ion kim loại còn lại:Cu2+: 2mg/l

Zn2+: 1,67mg/l

- pH = 8 – 9d) Tính toán cánh khuấy cho bể kết tủa:

+ Chọn cánh khuấy loại chân vịt, có các thông số sau: [14]

- Đường kính cánh khuấy: d = 0,3m

- Bề rộng cánh khuấy: b = 0,1D = 0,03 m

- Số vòng quay n = 5 vòng/ phút ( cần sử dụng hộp giảm tốc)

- Hệ số ma sát A = 0,62

Coi độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải bằng độ nhớt và khối lượng riêng của

nước ở 250C



Khi đó:

[14]

Trong đó:



[14]

Vậy dung dịch ở chế độ chảy xoáy.

+ Công suất tiêu tốn: N = A.n3.d5.ρdd [14]

Thay số vào, xác định được N = 187,78 W

+ Công suất mở máy của cánh khuấy:

Với K = 0,32 [IV.1]

Vậy Nc = 284,7W

+ Công suất động cơ: W

Vậy công suất động cơ của cánh khuấy là 0,5kW

Chúng ta có 3 cánh khuấy cho 3 bể keo tụ dòng Cr, dòng Ni và dòng (Cu + Zn).

IV.2.4. Bể lắng đứng:a) Nguyên lý hoạt động:



Nước thải theo đường dẫn nước vào (1) chảy vào ống trung tâm (8) ở giữa bể. Phía

dưới ống trung tâm có bố trí tấm hướng dòng (5) để thay đổi hướng chảy của nước thải

sang hướng ngang. Nước chảy ra khỏi ống trung tâm dâng lên theo thân bể, sau đó tràn

ra máng thu (2) và theo ống dẫn nước ra (4) đi sang bể điều chỉnh pH cuối cùng. Cặn

lắng rơi xuống vùng chứa cặn hình chóp (7) và theo ống xả cặn (6) sang thiết bị xử lý

cặn.

Nước thải 2 dòng sau khi ra khỏi bể keo tụ sẽ nhập dòng sau đó vào bể lắng. Lượng

cặn như sau:

Lượng cặn lắng Cr(OH)3 là 98,84 g/m3 (Q = 7,51 m3/h).=> Lượng cặn Cr(OH)3 là 5998,39g

Lượng cặn lắng Ni(OH)2 là 126,1 g/m3 (Q = 6,25 m3/h)=> Lượng cặn Ni(OH)2 là 39406,25g

Lượng cặn lắng Cu(OH)2 là 9 g/m3 (Q = 5,01 m3/h)=> Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72g

Lượng cặn lắng Zn(OH)2 là 7,62 g/m3 (Q = 6,25 m3/h)=> Lượng cặn Zn(OH)2 là 381gVậy lượng bùn: 230,5 g/m3.

b) Tính toán kích thước bể:


Hình IV.6: Thiết bị lắng đứng


Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường từ 50 – 70% .

Thời gian lắng cần thiết của hạt cặn :

[12]

t : thời gian lắng (s)

E : Hiệu suất lắng

C0 : nồng độ bùn ban đầu trước khi vào bể lắng (mg/l) . C0 = 230,5 (mg/l)

Vậy:

Tốc độ lắng nhỏ nhất (độ lớn thủy lực) của phần tử cặn:

[12]

Uo: tốc độ lắng nhỏ nhất của phần tử cặn (mm/s)

α: Hệ số kể tới ảnh hưởng của nhiệt độ tới nước. Chọn α = 1 (theo TCXDVN 51 :2006)

n: hệ số kết tụ hấp dẫn. Theo tiêu TCXDVN 51 :2006, với nồng độ bùn 230,5 mg/l thì

n=0,3.

K: hệ số sử dụng thể tích bể lắng phụ thuộc vào cấu tạo của hệ thống phân phối. Đối

với bể lắng đứng thường chọn K=0,35.

Hct: độ sâu công tác của bể lắng (m) . Chọn Hct=3,5 (m).

h: chiều cao ống nghiệm dùng để lắng trong phòng thí nghiệm (m) .

Thường h=500 (mm).

ω : vận tốc thành phần theo phương thăng đứng (mm/s). Vận tốc này phụ thuộc vào

vận tốc công tác theo phương nằm ngang . Với bể lắng đứng v=0 [16] → ω=0

Vậy:



Chọn thời gian lưu nước trong bể lắng là 1,5h [12]. Chọn chiều cao của bể lắng là

3,5m. Khi đó vận tốc lắng thực tế của hạt là:

(m/h) [7]

Tuy nhiên trong thực tế, do nhiều yếu tố ảnh hưởng đế quá trình lắng như lắng chen

của các hạt, chuyển động của các lớp nước hoặc do quá trình bơm hút bùn, đưa nước

vào bể,... mà vận tốc lắng thực tế thường thâp hơn so với vận tốc lắng lý thuyết. Giả

thuyết vận tốc lắng lý thuyết lớn gấp 2 lần vận tốc lắng thực tế. Khi đó: v lt = 2.vtt =

2.2,33 = 4,66 (m/h)= 1,29.10-3 m/s

Trong nước thải các hạt lắng đều có dạng hình cầu và chủ yếu là các hydroxit kim loại.

Nhưng để tiện cho quá trình tính toán bể lắng, ta tính toán với bể Niken mà các

hydroxit niken là chủ yếu. Độ nhớt của môi trường bằng độ nhớt của nước, bỏ qua độ

nhớt của các thành phần trong nước thải. Nhiệt độ làm việc của nước thải là 250C.

+ Giá trị chuẩn số Lyasenco được xác định theo công thức:

[14]

Với vlt – Vận tốc lắng lý thuyết; vlt = 1,29.10-3m/s

μ0 – Độ nhớt của môi trường lắng ở 250C; μ0 = 0,894.10-3 Ns/m2.

ρ0 – khối lượng riêng của môi trường lắng; ρ0 =995,68Ns/m3.

ρh – khối lượng riêng của hạt; với Ni(OH)2 ρh =996,58Ns/m2.

G – gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s2.

Thay số vào, xác định được Ly= 1,7.10-4.

+ Giá trị của chuẩn số Acsimet có thể xác định được từ đồ thị thực nghiệm theo giá trị

của chuẩn số Ly. Từ đồ thị II.17/tr408 “Sổ tay các quá trình và thiết bị trong công

nghệ hóa chất tập I”, xác định được Ar ~ 1.

+ Khi đó đường kính của hạt được xác định theo công thức sau (II.91/tr409 – Sổ tay

các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất tập I):

Thay số vào công thức ta xác định đươc dh = 0,368.10-4 m.



+ Kiểm tra lại vận tốc lắng:

Đối với động lực học của lớp hạt

[14]

Vì Ar < 3,6; Ly < 0,0022; Re < 0,2 nên vận tốc lắng của hạt tuân theo định luật Stock

[14]

Thay số xác định được w0 = 1,21.10-3m/s ~ vlt =1,29.10-3m/s

Vậy chọn vận tốc lắng lý thuyết ban đầu là hợp lý.

+ Diện tích bể lắng là:

[12]

Với Q – Lưu lượng nước vào bể lắng; Q = 25,03 m3/h

vtt – Vận tốc lắng thực tế; vtt = 2,33 m/h

=> F = 10,74 (m2)

+ Thể tích bể lắng là: V = Q.t = 25,03.1,5 = 37,545 (m3)

+ Bán kính của bể lắng là: R = = 1,85 (m) => D = 3,7(m)



Hình IV.7: Ống loe và tấm chắn

+ Diện tích ống trung tâm đưa nước và bể lắng được tính theo công thức:

[12]

Trong đó: q: lưu lượng nước thải qua ống q = 25,03 m3/h

v: vận tốc nước thải qua ống, chọn v = 0,03 m/s

Thay số ta có f = 0,232(m2)

Khi đó đường kính ống trung tâm là:

(m)

Phía cuối của ống trung tâm có 1 phần ống loe. Chọn đường kính là chiều cao của phần

ống loe bằng 1,35 đường kính ống trung tâm ([12]). Khi đó:

dloe = hloe = 1,35.0,544 = 0,734 (m)

Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe bằng 1,3 đường kính ống loe.

Vậy dtấm chắn = 1,3.0,7344 = 0,955(m)



+ Ngăn chứa bùn của bể lắng đứng có dạng hình nón, chọn đường kính đáy của đáy

ngăn chứa bùn là dbùn = 0,4m.

+ Chiều cao ngăn chứa bùn được tính theo công thức

[12]

Thay số, xác định được hb = 1,65m

* Kích thước bể lắng đứng được xác định:

Đường kính: D = 2R = 2.1,85 = 3,7 m

Chiều cao công tác: H = 3,5 + 1,65 = 5,15 m

Chiều cao xây dựng Hxd = H + hbảo vệ = 5,15 + 0,30 = 5,45 m

* Thời gian tháo bùn

Bùn từ bể lắng sẽ được bơm bùn bơm đến hệ thống máy ép bùn để xử lý. Ở đây ta cần

tính được thời gian tháo bùn tại bể lắng để đưa ra thời gian hoạt động hợp lý của thiết

bị ép bùn.

+ Dung tích phần chứa cặn là:

[7]

Trong đó:

Wc – Thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng đứng

D – đường kính bể lắng đứng; D = 3,7 m

d – đường kính của ngăn chứa bùn d = 0,4 m

hb – Chiều cao ngăn chứa bùn cặn, hb = 1,65 m

Thay số vào ta được Wc = 6,62 m3.

+ Chu kì xả cặn lắng là:

δ – Nồng độ cặn trung bình đã nén

=> Chọn δ = 25000 mg/l [TCXDVN 51 :2006]

N – Số bể lắng N = 1

Q – Lưu lượng nước thải vào bể (25,03 m3/h)



C – Hàm lượng cặn ra khỏi bể lắng.

Cmax – hàm lượng cặn lớn nhất trong nước thải (lấy Cmax = Co)

Như vậy, thay số vào ta sẽ có chu kì xả cặn của bể lắng là: T 3,5 ngày

+ Lượng bùn tạo thành:

Hàm lượng bùn ban đầu: C0 = 230,5 (g/m3) = 230,5 (mg/l)

Chọn hiệu suất bể lắng của bể lắng là 70%. Tuy nhiên các hydroxit kim loại có kích

thước lớn nên hầu như bị lắng hết ngay khi mới vào bể lắng. Hiệu suất lắng các hạt này

đạt 99% [12]

Vậy hàm lượng bùn xả ra khỏi bể: 228,195 mg/l

=> Thể tích bùn sau 1,5 giờ lắng

Wb = , m3

Với T – chu kỳ lắng , T = 1,5 giờ

Q – lưu lượng nước xử lý, Q = 25.03 (m3/h)

C0,C- nồng độ cặn trước và sau khi lắng.

- nồng độ trung bình của cặn trong vùng lắng

Wb = = 0,34 (m3)

* Máng thu nước:

Để thu nước trong ra khỏi bể lắng đứng, ta dùng loại máng thu nước đặt ở vị trí cách

tâm bể từ 3/4 – 4/5 bán kính bể, ta chọn cách 4/5 bán kính bể

m.

Chiều dài của máng thu chính bằng chu vi của bể lắng đứng:

m.

Tải trọng thu nước trên 1 m dài của mép máng:

, m3/m.s. [18]

Trong đó:

Q – Lưu lượng nước thải, m3/s, Q = 0.007 m3/s.



L - Chiều dài của máng, m, L = 9,42 m.

m3/m.s.

Ta chọn tấm xẻ khe chữ V, góc đáy 900 trên máng thu để điều chỉnh độ cao độ của mép

máng. Chiều cao đáy chữ V là 10 cm, khoảng cách giữa các đỉnh là 20 cm nên 1 m

chiều dài của máng thu sẽ có 5 khe. Do đó, toàn bộ chiều dài máng sẽ có:

khe.

Lưu lượng nước qua 1 khe sẽ là:

m3/s.

Mặt khác lưu lượng nước qua 1 khe còn được tính theo công thức:

[18]

Chiều cao mực nước h trong khe chữ V là:

= 0.025 m = 2.5 cm < 10 cm.

Do đó, chiều cao này đạt yêu cầu.

Dựa vào tính toán trên, ta có kế hoạch hoạt động cho hệ thống máy ép bùn.Nước thải

trước khi đưa vào bể lắng chủ yếu chứa các hạt hydroxit kim loại và một lượng nhỏ các

hạt huyền phù khó lắng. Các hydroxit kim loại có kích thước lớn nên hầu như bị lắng

hết ngay khi mới vào bể lắng. Hiệu suất lắng các hạt này đạt 99% ( sau 25 phút). Các

hạt rắn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn nên khó lắng hơn. Hiệu suất lắng đạt khoảng

70%. Như vậy, sau khi qua bể lắng hàm lượng chất lơ lửng trong nước đã giảm đáng

kể. Thông số các chất ô nhiễm trong nước thải sau khi ra khỏi bể lắng là:

Bảng IV.1: Thông số các chất ô nhiễm sau khi ra khỏi bể lắng

Thông số Trước khi vào bể lắng Sau khi ra khỏi bể lắng



pH

Ni2+

Ni(OH)2

Cu2+

Cu(OH)2

Cr3+

Cr(OH)3

Zn2+

Zn(OH)2

Cr6+

10 – 11

0,5 mg/l

126,1 mg/l

2 mg/l

9mg/l

0,05 mg/l

98,84mg/l

1,67 mg/l

7,62mg/l

0,1 mg/l

10 – 11

0,5 mg/l

1,26 mg/l

3 mg/l

0,09 mg/l

0,05 mg/l

0,988 mg/l

1,67 mg/l

0,07 mg/l

0,1 mg/l

IV.2.5 Bể trung hòa:

Kích thước bể trung hòa:

Sau khi lắng xong, nước thải được đưa sang bể trung hoà để đưa pH từ 11 xuống 5,5-9

để đạt với QCVN 24: 2009/BTNMT loại B. Trong hệ thống xử lý, tác nhân được chọn

để trung hoà là axit H2SO4 . Hệ thống trung hoà bằng H2SO4 có ưu điểm là đơn giản, dễ

vận hành và điều chỉnh phù hợp với tình hình sản xuất ở Việt Nam.

Sau khi ra khỏi bể lăng, nước thải có pH = 10 hay [H+] = 10-10

Do [OH-].[H+] = 10-14 nên [OH-] = 10-4 (mol/l).

Phản ứng trung hòa là :

OH- + H+ = H2O

Theo phản ứng trên , cứ 1 mol OH- thì phản ứng hết với 1 mol H+ .Vậy số mol H+ để

trung hòa hết OH- trong 1 m3 nước là : nH+ = 10-4.103 = 0,1 (mol).

Số mol H2SO4 cần để trung hòa 1 m3 nước thải là : n =0,05 (mol) .



Tải lượng H2SO4 vào bể trung hòa là :

n .M .Q = 0,05.98.25,03 = 122,647 (g/h).

Tải lượng dung dịch H2SO4 vào bể trung hòa là : 122,647. = 125,15 (g/h).

Nước pha dung dịch có nhiệt độ là 25oC. Khối lượng riêng của dung dịch H2SO4 98% ở

25oC là : ρ=1818 (kg/m3).

Vậy , lưu lượng dung dịch H2SO4 98% vào bể là :

Chọn thời gian lưu của nước thải trong bể là 10 phút, thể tích của bể trung hoà là:

V= Q x t = (25,03 + 6,9.10

-5

).10/60 = 4,2 (m

3

)

Với hệ sô dư là 1,2 thì thể tích thật của bể là 5,04 m3.Chọn kích thước bể: 1,7 x 2,5 x 1,2(m)

+ Chiều cao bảo vệ là 0,2 (m)

Thể tích thực tế của bể : 1,7 x 2,5 x 1,4 = 5,95 (m3)

Bể được nắp tấm đan bảo vệ và được làm bằng bê tông thành dày 10cm, trong có lót

nhựa composit, chịu được axit, chịu được mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để

khuấy trộn đều hóa chất.

Thùng chứa axit:

Theo tính toán ở trên lượng H2SO4 thực tế cần bổ sung cho bể trung hòa là

0,069 x 1,2 0,1 (l/h)

H2SO4 được pha dưới dạng dung dịch với nồng độ 98%

=> Lượng dung dịch H2SO4 cần bổ sung vào bể kết tủa trong 1 ngày là:

0,1 x 8 = 0,8 (l/ngày)

Lượng H2SO4 cần thiết cho một ngày tương ứng là 0,8 lít.

Ta không xây dựng bể chứa H2SO4 mà chọn loại thùng hình trụ tròn bằng nhựa , kín để

đảm bảo an toàn hóa chất. Phía trên thùng có lắp cánh khuấy để pha hóa chất. Mỗi


VH2SO4= 0,8 lit → Chọn loại bình 5 lit .



Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày. Hóa chất được pha 3

ngày/lần.

Tính toán cánh khuấy bể trung hòa:

+ Chọn cánh khuấy loại chân vịt, có các thông số sau: [14]

- Đường kính cánh khuấy: d = 0,4m

- Bề rộng cánh khuấy: b = 0,1D = 0,04 m

- Số vòng quay n = 5 vòng/ phút ( cần sử dụng hộp giảm tốc)

- Hệ số ma sát A = 0,62

Coi độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải bằng độ nhớt và khối lượng riêng của

nước ở 250C

Khi đó:

[14]

Trong đó:



Vậy dung dịch ở chế độ chảy xoáy.

+ Công suất tiêu tốn: N = A.n3.d5.ρdd [14]

Thay số vào, xác định được N = 791,28 W

+ Công suất mở máy của cánh khuấy:

Với K = 0,32 [IV.1]

Vậy Nc = 1199,68W

+ Công suất động cơ: W

Vậy công suất động cơ của cánh khuấy là 2kW

Bảng IV.2: Đặc tính nước thải sau xử lý của công ty khóa Minh Khai

STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN 24: 2009/BTNMT



(cột B)

1 pH - 7,3 5,5-9

2 Mùi - KKC KKC

3 Mầu sắc Co- Pt ở pH =7 mg/l 15 70

4 COD mg/l 29,3 100

5 BOD mg/l 15,6 50

6 SS mg/l 5 100

7 Fe mg/l 0,28 5

8 Mn mg/l 0,1 1

9 S2- mg/l 0,1 0,5

10 NH4+ (tính theo Nitơ) mg/l 3,6 10

11 Cl dư mg/l 0,1 2

12 F - mg/l 2,76 10

13 Cu mg/l 0,04 2

14 Pb mg/l < 0,002 0,5

15 Hg mg/l < 0,0002 0,01

16 Ni mg/l < 0,002 0,5

17 Cd mg/l < 0,001 0,01

18 Zn mg/l 0,55 3

19 As mg/l <0,005 0,1

20 Tổng nitơ mg/l 15,1 30

21 Tổng Photpho mg/l 0,4 6

22 Dầu mỡ , khoáng mg/l 0,4 5

23 Cr3+(III) mg/l 0,17 1



24 Cr6+(VI) mg/l 0,16 0,1

25 Xianua (CN-) mg/l < 0,05 0,1

26 Sn mg/l 0,07 1

KKC:Không khó chịu

(Nguồn: giấp phép xả thải do sở tài nguyên môi trường Hà Nội cấp 6/2008)

IV.3. Tính và chọn các thiết bị khác:IV.3.1. Tính toán và lựa chọn bơm:

a) Tính bơm nước thải:Nước thải dẫn từ xưởng sản xuất qua song chắn rác, qua bể điều hòa bằng thuỷ lực.

Nước từ bể điều hòa sẽ được bơm lên bể khử Cr đối với dòng Cr, bơm lên bể oxy hóa

đối với dòng Xianua và kết tủa đối với dòng Ni và dòng Zn. Nước sau đó sẽ được xả

thủy lực sang các bể tiếp theo và ra ngoài. Bùn từ được bơm lên lọc ép khung bản để

làm khô và đem chôn lấp.

Số bơm nước cần chọn là 4 bơm ở những vị trí:

- Hố thu dòng Cr: lưu lượng dòng là 7,5 m3/h = 2,08.10-3 m3/s.

- Hố thu dòng Ni: lưu lượng dòng là 6,25 m3/h = 1,74.10-3 m3/s.

- Hố thu dòng Cu: lưu lượng dòng là 5 m3/h = 1,39.10-3 m3/s.

- Hố thu dòng Zn: lưu lượng dòng là 6,25 m3/h = 1,74.10-3 m3/s.

Bơm nước thải được đặt chìm trong nước tại ngăn thu nước. Chiều cao hút của bơm là

H1 = 1m, chiều cao đẩy là H2 = 6,5m (do độ sâu của bể lắng là 5,5m cộng thêm 1m

chiều cao đẩy của chính hố bơm)

Chọn loại bơm dùng là bơm ly tâm

Công suất yêu cầu trên trục bơm

N = (kW) [14]

Trong đó

Q: Năng suất bơm (m3/s)

: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

g : Gia tốc trọng trường (m/s2)

H : áp suất toàn phần của bơm (m)



: Hiệu suất của bơm.

Hiệu suất bơm:

= [14]

Trong đó

: Hiếu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng

áp suất thấp và do chất lỏng rối qua các chổ hở của bơm . Chọn = 0,9 .

: Hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo thành dòng xoáy trong bơm

= 0,85 .

: Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ lót ,ổ bi = 0,95.

Vậy: = 0,9.0,85.0,95 = 0,727

Tính H:

H = , suy ra P = g H, N/m2 [14]

Do đó:

: Áp suất toàn phần cần thiết để thắng tất cả sức cản thủy lực trong hệ thống ống

dẫn nước (kể cả ống dẫn và thiết bị) khi dòng đăng nhiệt.

P = Pd + Pm + PH + Pt + Pk + PC

1. Đối với dòng nước thải Crôm:

Đường kính của ống dẫn: D = , [14].

Trong đó:

D- đường kính của ống, m.

V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 2,08.10-3 m3/s.

- tốc độ trung bình, m/s.

Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn = 2.0 m/s.

m = 36 mm.

D = 0,036 m.

- Tính P:

P = Pđ + Pm + PH + Pt + Pk + Pc , [14]



P đ – áp suất động lực học tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi

ống dẫn:

Pđ = , N/m2 , [14]

Pđ = = 1994 N/m2.

P m - áp suất để khắc phục trở lực ma sát (khi dòng chảy ổn định trong ống thăng),

N/m2.

Pm = , [14]

Trong đó:

- hệ số ma sát.

L- chiều dài ống dẫn (ống đẩy), m, L = 8 m.

- khối lượng riêng của nước thải, Kg/m3, = 997,08 Kg/m3, [14]

- tốc độ của lưu thể, m/s, = 2 m/s.

dtđ – đường kính tương đương, m, dtđ = D = 0,036 m.

Xét = 89254 > 4000 suy ra chất lỏng chảy

trong ống dẫn ở chế độ chảy xoáy, do đó:

,

Trong đó:

λ- Hệ số ma sát.

- Độ nhám tương đối, .

- Độ nhám tuyệt đối, = 0.007mm (đối với ống nhựa)

=> = 1,9410-4

Do đó: ,



Suy ra = 0,019.

Pm = = 10273 N/m2.

P H – Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ

tĩnh, N/m2.

, N/m2, [14]

Trong đó:

- khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm, Kg/m3, = 997.08 kg/m3.

g- gia tốc trọng trường, m/s2, g = 9.81 m/s2.

H- chiều cao nâng chất lỏng hoặc cột chất lỏng, m, H = 7,5 m.

= 73360 N/m2.

P t – áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, N/m2, Pt = 0.

P k – áp suất cần thiết ở cuối ống dẫn, N/m2, Pk = P1 – P2.

P1 - áp suất ở hố gom, N/m2, P1 = Pa (vì hố gom hở).

P2 - áp suất ở bể điều hoà, N/m2, P2 = Pa (vì bể hở).

Pk = 0.

P c – áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ.

, N/m2, [14]

Trong đó:

- hệ số trở lực cục bộ.

- khối lượng riêng của nước thải, Kg/m3, = 997.08 kg/m3.

- tốc độ của lưu thể, m/s, = 2 m/s.

Tại góc cua 900 ta dùng khuỷu 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành. Vì Re = 89254 < 2105

nên bỏ qua trở lực.

Dùng 1 van điều chỉnh lưu lượng (van bướm) có α = 200 và dùng loại ống tròn nên =

1.54 [14].

= 3071 N/m2.



Nên tổn thất áp suất toàn phần là: P = 1994 + 8946 + 73360 + 3071 = 87371 N/m2.

* Năng suất của bơm:

Do đó: Công suất yêu cầu của trục bơm:

KW

Công suất động cơ điện:

= 0,282 KW.

:Hiệu suất truyền động = 0,85

:Hiệu suất động cơ điện = 0,9

Công suất động cơ điện có tính đến hệ số dự trữ:

Vì Ndc = 0,282 KW < 1 nên tra bảng II.33 trang 440 [14] ta có = 2, do đó:

= 0,564 KW.

Vậy chọn bơm có công suất 0,6 KW.

2. Đối với dòng nước thải Ni:


Trong đó:





m = 33 mm.

D = 0,033 m.

Lưu lượng dòng thải nhỏ hơn dòng Cr nên tính toán tương tự dòng Cr:

Với L = 8,5m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; Pm = 10273 N/m2; P = 88698 N/m2

Lưu lượng dòng là 1,74.10-3 m3/s => N = 0,220 KW; = 0,479 KW



Ta chọn bơm có công suất: 0,5 KW

3. Đối với dòng nước thải đồng:


Trong đó:





m = 30 mm.

D = 0,030 m.


Với L = 9m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; Pm = 73360 N/m2; P = 89725 N/m2



4. Đối với dòng nước thải Zn:


Trong đó:





m = 33 mm.

D = 0,033 m.


Với L = 9,5m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; Pm = 10273 N/m2; P = 88698 N/m2





b) Máy nén khí:

Lưu lượng không khí cần cấp cho bể điều hòa theo nguyên tắc xáo trộn là:

Q = n.qkk.L [13]

Với Q – Lưu lượng không khí cần cấp

n – Số ống phân phối khí

qkk – Cường độ thổi khí cho 1m chiều dài; qkk = 3 – 5m3/m.h

=>chọn qkk = 5m3/m.h

L – Chiều dài bể điều hòa

Thay số ta có Q = 2.5.9,2 = 92 (m3/h) (4 bể điều hòa với chiều dài 2,3m => chiều dài

tổng: 4.2,3 (m)) => Chọn máy nén khí có năng suất 140m3/h (gấp rưỡi lưu lượng khí

cần cung cấp). Áp suất tuyệt đối đầu vào và đầu ra của máy nén khí là p1 = 1at, p2 = 1,5

at => Công suất lý thuyết của máy nén khí là:

[14]

Với G: Công suất của máy nén khí (kg/s)

L: công nén 1kg không khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt (tra bảng

II.49/Tr465 - Sổ tay quá trình công nghệ và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 – NXB

KHKT 2000)

Ta lấy nhiệt độ của không khí ở đầu vào là 250C với áp suất 1 at

Vậy với công suất máy nén khí là 140m3/h thì công suất lý thuyết của máy nén khí là:

(d = 1136 kg/m3: khối lượng riêng của không khí ẩm trong phòng ở áp suất 1 at và

250C – Tra theo bảng I.10/tr15 – Sổ tay các quá trình công nghệ và thiết bị công nghệ

hóa chất tập I – NXB KHKT 2000)

Công suất thực tế của máy nén đoạn nhiệt:



(ηdc : hiệu suất cơ khí của máy nén, với máy nén li tâm ηdc = 0,8 – 0,9 => Chọn ηdc =

0,8).

Công suất của động cơ điện là

β: Hệ số dự trữ thường từ 1,1 – 1,15 => Chọn β = 1,1

ηck, ηtt, ηđc: hiệu suất cơ khí, hiệu suất truyền động, hiệu suất động cơ điện

=> Với máy nén li tâm ηck = 0,96 – 0,98; ηtt = 0,96 – 0,99; ηdc = 0,95

Vậy ta chọn 2 máy nén khí li tâm có QB1 = 140 m3/h, NB1 = 4 kW. Hai bơm này hoạt

động luân phiên.

c) Bơm bùn:

Muốn ép được bùn thải ta cần có bơm bùn để vận chuyển bùn từ bể lắng sang bể chứa

sau đó sang máy ép bùn. Lượng bùn thải hút từ có V = 1 – 1,5 m3 mỗi lần hút. Lượng

bùn thải này không nhiều và máy ép bùn hoạt động gián đoạn theo chu kì hoạt động đã

tính, ta không tính bơm bùn mà lựa chọn loại có khả năng chịu được kiềm, năng suất Q

= 2m3/h, công suất N = 3 kW, số lượng 1.

IV.3.2. Bể chứa bùn:Lượng bùn sau chu kỳ lắng là 0,34 (m3)

Thể tích bể chứa bùn được tính theo công thức:

, m3.

Chọn t = 1 chính là 1lần bơm cặn từ bể lắng.

Bùn được chứa sang bể, diện tích bể hình chữ nhật, giữa bể hình tròn có răng cưa phân

phối nước đồng thời tránh hiện tượng sục bùn lên tiếp giáp, thể tích bể là 6,35 m3

Vậy: Kích thước bể chứa bùn:

+ Chiều dài bể 1,75m

+ Chiều rộng bể 1,6m

+ Chiều cao bể 2,3m

+ Chiều cao bảo vệ 0,2 m

Kích thước xây dựng: Vxd = 1,6 x 1,75 x 2,5 = 7 (m3)



Kích thước trụ tròn chứa bùn ở giữa để xả bùn từ bể lắng vào là: R = 0,5m; H = 2,5m

Được bố trí 1 ống để nước chảy tràn sang bể trung hòa và ống bơm bùn sang máy lọc

ép khung bản.

IV.3.2. Thiết bị ép bùn: [14] Nhiệm vụ:

Tách nước trong bùn thải, tách lượng bùn tạo ra trong quá trình xử lý là lượng bùn ra ở

bể lắng đứng.

Bùn có thể làm khô bằng phương pháp như dùng sân phơi bùn hoặc các máy lọc như

lọc băng tải, máy lọc tấm, máy lọc thùng quay, hoặc máy lọc ép. Làm khô bùn bằng

sân phơi bùn có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, chi phí thấp nhưng nhược điểm là phải

phụ thuộc vào thời tiết (nếu không có mái che) tốn nhiều công nhân vận hành. Ở đây

sử dụng máy lọc ép để xử lý bùn.

Thiết bị ép cặn ta lựa chọn ở đây là thiết bị lọc ép khung bản.

Cấu tạo của máy lọc ép khung bản: [17]



Hình VI.8: Thiết bị lọc ép khung bảnCấu tạo thiết bị lọc ép khung bản được mô tả như hình trên gồm 1 dãy khung bản ghép

xen kẽ nhau. Khung rỗng được nối thông với ống dẫn cặn (1). Bản đặc hai mặt xẻ rãnh

được nối thông với ống nước rửa (2) và ống thoát nước (3). Trên khung và bản có tay

vịn để tựa lên 2 thanh nằm ngang khi lắp. Giữa khung và bản có vải lọc.

Nguyên lý hoạt động:

Cặn được bơm đẩy vào ống dẫn (1) rồi được đưa vào các khung. Nước thấm qua vải

lọc sang một mặt của bản và rãnh thoát theo vòi (3) ra ngoài.

Khi cặn đã chứa đầy khung, tốc độ lọc chậm lại, người ta ngừng cung cấp cặn để tiến

hành rửa bã. Trong quá trình rửa bã, nước rửa đi theo ống (2) phân phối vào 2 mặt của

bảng (khi đó cách 1 vòi khóa 1 vòi), ngấm qua lớp bã trong khung, sang bản bên cạnh

và thoát ra ngoài theo vòi thoát. Khi đã rửa xong bã người ta tháo khung và bản ra để

xả cặn.

Máy lọc ép khung bản có ưu điểm là bề mặt lọc rất lớn, động lực của quá trình lớn nên

hiệu suất cũng lớn, kiểm tra được quá trình làm việc và dễ thay vải lọc.

Tuy nhiên nhược điểm của thiết bị này là công việc tháo bã thực hiện thủ công bằng

tay nên nặng nhọc, quy trình rửa bã chưa hoàn hảo và vải lọc nhanh bị bào mòn.

Lượng bùn ép thu được sẽ được lưu giữ trong kho chứa bùn của nhà máy. Lượng bùn

này sẽ được xử lý để tận thu kim loại chứa trong nước thải. Nước thải sau khi ép bùn sẽ

được dẫn trở lại bể trung hòa để trung hòa trước khi thải.

Máy lọc ép khung bản có thể mua sẵn trên thị trường do đó ta không tính toán mà sẽ

dựa vào catalog của nhà sản xuất mà lựa chọn cho phù hợp



=> Ngoài những thiết bị chính và các thiết bị phụ như bơm, máy nén khí, thùng chứa

thiết bị thì còn nhiều thiết bị phụ khác như bơm định lượng, ống, rãnh thoát nước thải,

phòng thí nghiệm..vv. Nhưng trong khuôn khổ đồ án ta chỉ tính và lựa chọn sơ bộ các

thiết bị như trên.



CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CHI PHÍ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

V.1. Chi phí ước tính của toàn bộ hệ thống xử lý:V.1.1. Chi phí xây dựng của hệ thống xử lý:

Chi phí xây dựng của hệ thống xử lý nước thải được tính tuơng đối, trình bày trong bảng sau: (đơn vị tính theo 1.000.000 đồng).

TT Vật tư, thiết bị

(1)

Quy cách

(2)

Số

lượng

(3)

Đơn

giá

(4)

Thành

tiền

(5)

Thiết bị chính

1 Song chắn rác Hố gom 2 x 2 cm 4 0,1 0,4

Hố bơm 0,5 x 0,5 cm 4 0,1 0,4

2 Hố thu gom

Bể hình chữ nhật,

được xây dựng

bằng bê tông

V = 1,8 m3 1 1 1,8

V=1,275 m3 1 1 1,3

V=1,575 m3 2 1 1,6

3 Bể điều hòa

Bể hình chữ nhật,

bê tông cốt thép,

thành dày 15 cm;

lót nhựa composit

V = 9,66 m3 1 1 9,66

V = 6,44 m3 1 1 6,44

V = 7,822 m3 2 1 7,82

4 Hố bơm nước

Hình chữ nhật, bê

tông cốt thép, lót

nhựa composit

V = 2,1 m3 1 1 2,1

V = 1,4 m3 1 1 1,4

V = 1,7 m3 2 1 1,7

5 Bể khử Cr

Hình tròn, bê

tông cốt thép,

thành dày 10cm,


V = 4,5 m3 1 1 4,5



6 Bể oxy hóa

CN -

Hình tròn, bê

tông cốt thép, dày

10cm, lót nhựa

composit.

V = 5,01 m3 1 1 5,0

7 Bể phản ứng

kết tủa

Hình tròn, bê

tông cốt thép,

thành dày 10cm,


V = 0,756 m3 1 1 0,76

V = 0,625 m3 1 1 0,63

V = 1,126 m3 1 1 1,13

8 Bể lắng đứng Xây bằng bê tông, hình trụ tròn,

đáy chóp nón, V= 56 (m3)

1 1 56

9 Bể chứa bùn Hình chữ nhật, xây bằng bê tông

cốt thép, lót nhựa composit, V = 7

(m3)1 1 7

9 Bể trung hòa Hình chữ nhật, xây bằng bê tông

cốt thép, lót nhựa composit, V= 4,2

(m3)

1 1 4,2

10 Tổng 1 113,84

Thiết bị phụ

11 Máy lọc ép

khung bản

2 100 200

12

Tủ điều khiển

và bảng hệ

thống tín hiệu

Chế tạo bằng thép, linh kiện Đài

Loan 1 500 500

13 Thùng hóa chất

Làm bằng nhựa chịu axit hoặc

kiềm. Với các thể tích 50l; 70l;

100l; 5l4 2 8

14

Máy pH met,

hiện số tự động

điều chỉnh

Dải đo pH từ 0-14. Độ phân giải

0,1; 2 điện kép 6 3 18



15

Hệ thống

đường ống, van

- Ống có đường kính lần lượt là

110, 36, 33, 30, 33…

- Van: 10 cái trên các đường ống

50

16 Cánh khuấy

Cho bể oxy hóa, mô tơ N = 1,1 kW 1 2,3 2,3

Cho bể khử, mô tơ N = 1,2 kW 1 2,3 2,3

Cho bể kết tủa, mô tơ N = 0,5 kW 3 1,7 5,1

Cho bể trung hòa, mô tơ N = 2kW 1 3,2 3,2

17 Bơm bùn Q = 2m3/h; N = 3kW 1 4 4

18 Bơm nước thải Q = 7,5m3/h, N = 0,6 kW 1 2,5 2,5

Q = 5m3/h; N = 0,4 kW 1 1,5 1,5

Q= 6,25m3/h; N = 0,5 kW 2 2,0 4

19 Bơm khí nén

Cho bể điều hòa Q = 140m3/h; N =

4kW

2 3 6

Cho máy ép bùn áp lực 7 kg/cm2,

tốc độ 1302 l/phút

1 8,7 8,7

20 Bơm hóa chất Q = 0,1 – 1 (m3/h) 6 1,5 9,0

21 Nhà điều hành

30,5m2 để chứa hóa chất đang sử

dụng, bơm, tủ điều khiển, phòng

thí nghiệm.....

1 15 15

22

Nhà chứa hóa

chất và chứa

bùn

18,7m2 chứa hóa chất mua về và

bùn đã được ép khô để mang đi

chôn lấp.

1 8 8

23Phụ kiện các

loại10

24 Máy và vật liệu Xi măng, cát, sỏi, thép, … 25

Nhân công Để xây dựng 30



Chi phí khác 60% nhân công 18

25Chi phí chạy

thử20

26 Chi phí thiết kế 3% tổng chi phí 31,73

27 Tổng 2 982,33

26 Tổng 3 = 2+1 1096,17

Tổng chi phí xây dựng hệ thống là 1.096.170.000 đồng

=> Tỉ suất đầu tư tính cho 1 m3 nước thải là: 5.480.850 đồng/m3.

V.1.2 Ước tính chi phí vận hành hệ thống

Chi phí vận hành hệ thống bao gồm chi phí hóa chất sử dụng, chi phí điện năng và chi

phí nhân công vận hành hệ thống.

* Chi phí nhân công CP1

Số lượng nhân công cần để vận hành trạm xử lý là 1 người

Chi phí cho 1 người/ngày: 60.000 đ/ngày

→ CP1 = 1.560.000 VNĐ/tháng

* Chi phí hóa chất CP2

Lượng hóa chất sử dụng cho quá trình xử lý nước thải trong 1 ngày:

STT Tên hóa chất Lượng sử dụng Đơn giá (đồng) Thành tiền

1 Na2SO3 54,54 kg 10.000 đ/kg 545.400

2 H2SO4 (98%) 1,100kg 4.000 đ/kg 4.400

3 NaOH 67,887 kg 13.000 đ/kg 882.531

4 Nước Javen 67,672 lít 5.000 338.360

Tổng chi phí 1.770.691

Chi phí hoá chất cho 1 tháng là: CP2 = 1.770.691 × 26 = 46.038.000 (VNĐ/tháng)

* Chi phí điện năng CP3

Tổng công suất điện năng tiêu tốn cho trạm xử lý nước thải là: 60 kW/ngày



Chi phí điện công nghiệp là 2.000 đồng/kW

Vậy chi phí cho điện năng là 120.000 đồng/ngày

→ Chi phí điện năng trong 1 tháng: CP3 = 3.120.000 VNĐ/tháng

CPvh = CP1 + CP2 + CP3 = 50.718.000 VNĐ/tháng

=> Tổng chi phí một ngày là: 1.950.691 đ/ngày

=> Chi phí xử lý là: 9.750 đ/m3.ngày – 9.800 đ/m3.ngày

V.2. Mặt bằng xây dựng:Để có thể bố trí mặt bằng một cách hợp lý chúng ta cần phải tuân theo một số nguyên

tắc sau:

+ Vị trí bố trí hệ thống phải phù hợp với quy hoạch chung của công ty, phải đảm bảo

cho việc liên hệ và quản lý chung của công ty.

+ Việc lựa chọn địa điểm để bố trí hệ thống xử lý nước thải cần phải đảm bảo được các

yêu cầu như các điều kiện cung cấp điện, nước, hóa chất cho hệ thống.

+ Hệ thống xử lý cần bố trí ở cuối hướng gió, cuối đường cống thoát nước tránh ảnh

hưởng đến các hoạt động khác đồng thời giảm giá thành chung của đường ống, hệ

thống cách xa khu dân cư và nơi sản xuất sinh hoạt có đông công nhân.

+ Cần bố trí cao trình nhà xưởng, thiết bị sao cho đảm bảo nguyên tắc tự chảy của

nước thải, để tránh năng lượng tiêu tốn cho việc dùng bơm. Độ chênh lệch mực nước

giữa các đơn vị xử lý nước phải được tính toán đủ để khắc phục tổn thất áp lực trong

công trình, trên đường ống nối giữa các công trình và các van khóa, thiết bị đo lường.

+ Bố trí sao cho công nhân dễ vận hành, kiểm tra, sửa chữa thiết bị.

+ Bố trí thiết bị hợp lý với mặt bằng cho phép, tránh lãng phí đất.

+ Có lối đi lớn, thuận tiện cho việc vận chuyển hóa chất, bùn thải.

Ta sẽ bố trí thiết bị của hệ thống xử lý nước thải trong mặt bằng tổng thể hệ thống như

trong bản vẽ số 1 (đính kèm trong đồ án).

V.3. Hiệu quả chi phí và lợi ích thu được khi lắp đặt hệ thống* Về mặt kĩ thuật

+ Các thiết bị trong hệ thống hoạt động ổn định, an toàn và hiệu suất xử lý cao (85% -

99%).



+ Hệ thống trang bị các thiết bị cơ giới hóa trong nhiều công đoạn xử lý: hệ thống bơm

tự động, máy đo pH, cánh khuấy... tạo điều kiện cho công nhân vận hành tốt.

+ Vận hành đơn giản, thao tác dễ dàng.

+ Linh hoạt trong xử lý chất ô nhiễm

+ Có tính đến mọi loại hình sản xuất của công ty kể cả khi có mạ đồng xianua.

* Về mặt kinh tế

+ Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý phù hợp và đảm bảo được tình hình kinh tế

của nhà máy.

+ Chi phí vận hành tương đối.

+ Nhà máy đảm bảo được các yêu cầu về mặt môi trường nhờ đó tránh được các khoản

phạt về vấn đề môi trường, giúp cho các hoạt động sản xuất của nhà máy diễn ra bình

thường không bị ngừng trệ vì vi phạm các quy định về vệ sinh môi trường.

* Về mặt môi trường

+ Nước thải ra đảm bảo được yêu cầu xử lý loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT

+ Bùn thải được tuần hoàn lưu giữ và nếu có thể sẽ tái thu hồi kim loại trong bùn thải,

góp phần xử lý triệt để nước thải của nhà máy.

+ Giải quyết được vấn đề ô nhiễm nước thải phân xưởng mạ của nhà máy.

V.4. Vận hành hệ thống và sự cố trong quá trình hoạt độngV.4.1. Vận hành hệ thống

Hệ thống trước khi đưa vào hoạt động phải tiến hành chạy thử để qua đó kiểm tra và

điều chỉnh lại hoạt động của từng thiết bị riêng lẻ cũng như toàn bộ hệ thống so với các

thông số kỹ thuật khi thiết kế.

Quá trình kiểm tra và vận hành của hệ thống bao gồm việc xác định lượng nước và đặc

trưng của từng dòng thải vào và ra hệ thống xử lý cũng như từng thiết bị. Ví dụ các

thông số đầu vào hệ thống xử lý của các dòng thải bao gồm lưu lượng, pH, nồng độ

Cr6+, ∑Fe, Ni2+, Cu+, Zn2+. Thông số đầu ra của hệ thống xử lý bao gồm lưu lượng, pH,

nồng độ các kim loại còn trong nước thải... Đối với riêng bể lắng thì thông số đầu vào

là lưu lượng nước vào, nồng độ căn lơ lửng (SS) vào bể lắng, thông số đầu ra là lưu

lượng nước ra, SS của nước khi ra khỏi bể lắng.

V.4.2. Sự cố trong quá trình hoạt động:



Vì ở đây dây chuyền xây dựng và lắp đặt các thiết bị định lượng hóa chất, việc vận

hành nhà máy sẽ ít xảy ra sự cố đáng tiếc nào đối với việc sử dụng hóa chất, tuy nhiên

trong quá trình thiết kế và tính toán hệ thống cũng đề phòng đến một số trường hợp sự

cố như sau:

+ Hỏng bơm: nên đã bố trí 2 bơm với cùng một công dụng để có thể khắc phục sự cố

nếu xảy ra, đồng thời sử dụng 2 bơm song song để đảm bảo độ bền và tính hiệu quả lâu

dài.

+ Hỏng máy cấp khí, hỏng máy ép bùn hay mất điện thì dừng sản xuất vì cơ sở sản

xuất không có phương án dự phòng

+Mặt khác, qua quá trình hoạt động hệ thống được quan trắc, thí nghiệm để điều chỉnh

hợp lý nhằm đạt được hiệu quả xử lý nước thải cao nhất, đồng thời cũng đưa ra hiệu

quả xử lý của hệ thống. Hệ thống hoạt động tốt thì nước thải đầu ra của cơ sở sản xuất

được xử lý khá tốt, nước trong và không còn kết tủa khi tiến hành thí nghiệm kiểm tra.

Trong quá trình hoạt động có thể xảy ra sự cố ở dây chuyền xử lý nước thải trong khi

đó tại phân xưởng mạ vẫn tiếp tục hoạt động.Vì vậy, ở đây ta bố trí xây dựng thêm một

hồ chứa nước thải với thể tích bằng 1 ngày hoạt động là 200m3 nếu sự cố xảy ra để

chứa nước từ phân xưởng mạ, mục đích chính là chứa nước thải sau xử lý để tái sử

dụng cho tưới tiêu, tưới đường, chăn nuôi….



KẾT LUẬN

Việc xử lý nước thải của cơ sở mạ điện là cần thiết do nước thải công nghiệp mạ điện

có pH dao động trong khoảng rộng và có nồng độ các kim loại ô nhiễm với độc tính

cao. Muốn nâng cao hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp mạ điện thì cần phải thực

hiện các biện pháp phòng ngừa ô nhiễm và giảm thiểu tại nguồn tức là tại phân xưởng

mạ điện.

Trong một loạt các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ thì phương pháp oxy hóa

khử và keo tụ là phương pháp phù hợp và khả thi nhất đối với điều kiện hiện nay của

cơ sở sản xuất như: kinh phí eo hẹp, không có công nhân trình độ cao để vận hành hệ

thống...

Ưu điểm của hệ thống xử lý thiết kế theo phương pháp oxy hóa khử và keo tụ chính là:

Dễ vận hành, dễ thao tác, tính linh hoạt cao có thể thay đổi công suất phù hợp với tình

hình sản xuất của nhà máy ngay cả khi quy mô sản xuất của nhà máy được mở rộng,

hiệu suất xử lý cao và xử lý được triệt để chất ô nhiễm trong nước thải, lượng bùn thải

sinh ra ít, khả năng tái thu hồi kim loại cao, chi phí xử lý cho 1 m3 nước thải là tương

đối, các hóa chất đều dễ kiếm và dễ mua trên thị trường.

Hệ thống xử lý theo phương pháp kết tủa có thêm tủ điều khiển tự động, vận hành dễ

dàng, chỉ cần 1 kỹ thuật viên với trình độ trung bình là có thể điều khiển hệ thống, hiệu

quả xử lý kim loại cao. Tuy nhiên, hệ thống này phát sinh ra nhiều bùn. Bùn này đều là

các hydroxyt kim loại, rất độc hại, gặp điều kiện pH thuận lợi (pH = 4-5) thì bùn sẽ lại

tan vào nước. Việc xử lý bùn của hệ thống chủ yếu là đem đi chôn lấp mà không tận

thu tái sử dụng kim loại còn chứa trong bùn nếu hàm lượng còn cao vì chi phí đầu tư

ban đầu khá lớn. Ngoài các giải pháp công nghệ xử lý nước thải thì để giảm thiểu ô

nhiễm chất thải mạ một cách hiệu quả và tốn ít chi phí nhất, các cơ sở cần áp dụng các

giải pháp quản lý và sản xuất sạch hơn trong sản xuất và cần nhận thức đúng về công

tác môi trường cũng như được đầu tư vốn để đổi mới công nghệ thiết bị.

Đây là đồ án thiết kế và cũng là lần đầu tiên em tiếp xúc với cách làm đồ án nên không

tránh khỏi những bỡ ngỡ, sai sót. Rất mong được sự giúp đỡ của thầy cô để em hoàn

thiện hơn.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Một số trang Web (www.Artisanplanting.com.vn, www.vinachem.com.vn)

2. Trần Minh Hoàng

Công nghệ mạ điện, NXB KH&KT, 2001.

3. Trần Minh Hoàng

Phương pháp thiết kế xưởng mạ điện. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội, 1998

4. Sở khoa học, công nghệ và môi trường Tp Hồ Chí Minh

Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm công nghiệp trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp –

Tập 8. Xử lý ô nhiễm ngành mạ điện, 1998

5. Đinh Bách Khoa, INEST

Bài giảng môn các quá trình sản xuất cơ bản trong công nghệ môi trường, năm học

2007

6. Vũ Văn Mạnh

Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp mạ điện chứa Crom, Niken, và lựa chọn quy

trình thích hợp áp dụng thực tế tại Công ty khóa Minh Khai Hà Nội; Luận văn thạc

sĩ, Hà Nội, 1997

7. Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga

Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, NXB KH&KT, 2006.

8. Trần Minh Hoàng - Nguyễn Văn Thanh – Lê Đức Trí

Sổ tay mạ điện, NXB KH&KT, 2002.

9. Mạc Cẩm Thảo

Khảo sát điều tra hiện trạng môi trường công nghiệp mạ điện trên địa bàn Hà Nội;

Đánh giá hiện trạng môi trường và thiết kế hệ thống thông gió – Xử lý khí thải tại

phân xưởng mạ Công ty khóa Minh Khai. Luận văn thạc sĩ, Hà Nội,

10. Trần Văn ThắngMô hình hoá và tối ưu hoá quá trình công nghệ khử Crôm (IV) trong xử lý nước thải công nghiệp mạ điện. Luận án Tiến sỹ, Hà nội, 1996

11. Trịnh Xuân Lai

Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, 2008, [240 trang].

12. PGS.TS Hoàng Văn Huệ - PGS.TS Trần Đức Hạ


http://www.vinachem.com.vn/

http://www.Artisanplanting.com.vn/


Thoát nước, Tập II, Xử lý nước thải, NXB KH&KT, Hà Nội, 2002.

13. Trần Hiếu Nhuệ

Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB KH&KT, 2001.

14. Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Khoa Hóa - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập I và II, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1978.


Tính toán các công trình xử lý và phân phối nước cấp, NXB Xây Dựng, 2008

16. Đặng Xuân Hiển, INEST

Bài giảng môn xử lý nước thải, năm học 2008.

17. Thí nghiệm Quá Trình Cơ Bản trong Công Nghệ Môi Trường.


Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, NXB Xây dựng, 2004.

19. http://www.nea.gov.vn/tapchi/Toanvan.

20. http://vi.wikipedia.org/wiki/Mạ_điện.

21. http://moitruong.xaydung.gov.vn.

22. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cử, Đinh Văn HuỳnhCơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, tập I và II. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 1999.

23. Trần Văn Nhân và các cộng sự

Nghiên cứu nước thải mạ điện, Hà Nội, 1995.

24. Một số trang web môi trường khác.


http://moitruong.xaydung.gov.vn/

http://www.nea.gov.vn/tapchi/Toanvan

Documents

hoan thanh