Luận văn: Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp mạ điện, HAY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------*****--------
Đông Thu Vân
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG
NGHIỆP MẠ ĐIỆN TẠI CỤM CÔNG NGHIỆP PHÙNG,
HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------*****--------
Đông Thu Vân
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG
NGHIỆP MẠ ĐIỆN TẠI CỤM CÔNG NGHIỆP PHÙNG, HÀ NỘI
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 85 02
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN MẠNH KHẢI
Hà Nội - 2011

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại
học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Mạnh Khải,
Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội đã tạo điều kiện, tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình
hoàn thành luận văn thạc sĩ.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới:
- Các thày, cô giáo Bộ môn Công nghệ Môi trường và Khoa Môi
trường đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức khoa học quý báu trong suốt khóa
học. Những kiến thức này đã góp phần quan trọng không thể thiếu được khi
thực hiện báo cáo luận văn thạc sĩ và công tác sau này.
- Ban lãnh đạo, cán bộ, công nhân viên công ty Cổ phần Công nghệ bề
mặt đã tạo điều kiện, giúp đỡ trong suốt thời gian tiến hành làm.
- Anh, chị em, các bạn sinh viên Khoa Môi trường đã chỉ bảo tận tình
và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thí nghiệm.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã khích lệ, động
viên và giúp đỡ tôi hoành thành luận văn này.
Dù đã có rất nhiều cố gắng, song luận văn chắc chắn không thể tránh
khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận được sự chia sẻ và những ý
kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo và các bạn.
Hà Nội, tháng 5 năm 2011
Học viên cao học
Đông Thu Vân

Đông Thu Vân Luận văn Thạc sĩ
K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường1
MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................................. 1
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. 3
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................................. 4
MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 5U
CHƯƠNG 1.......................................................................................................................... 7
TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................................................... 7U
1.1. Tổng quan về công nghệ mạ điện trên thế giới và Việt Nam................................ 7
1.1.1. Khái niệm công nghệ mạ điện ........................................................................... 8
1.1.2. Giới thiệu quy trình mạ...................................................................................... 8
1.2. Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ........................................................ 13
1.2.1. Nước thải........................................................................................................... 13
1.2.2. Khí thải và bụi................................................................................................... 15
1.2.3. Chất thải rắn..................................................................................................... 16
1.3. Hiện trạng nước thải mạ tại Việt Nam ................................................................. 16
1.4. Độc tính một số kim loại nặng (Cr, Zn, Fe, As) ................................................... 19
1.4.1. Độc tính của crom ............................................................................................ 19
1.4.2. Độc tính của kẽm.............................................................................................. 20
1.4.3. Độc tính của Asen............................................................................................. 21
1.4.4. Độc tính của Sắt ............................................................................................... 22
1.5. Các biện pháp xử lý nước thải mạ chứa kim loại nặng ...................................... 22
1.5.1. Phương pháp hóa lí.......................................................................................... 23
1.5.2. Phương pháp trao đổi ion:............................................................................... 24
1.5.3. Phương pháp điện hóa:.................................................................................... 25
1.5.4. Phương pháp hóa học. ..................................................................................... 25
1.5.5. Phương pháp sinh học ..................................................................................... 27
CHƯƠNG 2........................................................................................................................ 30
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................... 30U
2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................. 30
2.1.1 Qui trình công nghệ mạ tại công ty Cổ phần Công nghệ bề mặt.................... 30
2.1.2 Các vấn đề môi trường trong quá trình sản xuất............................................. 32
2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................... 33
2.2.2. Phương pháp thu thập tài liệu ......................................................................... 33
2.2.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm............................................ 33
2.2.4. Phương pháp tổng hợp, phân tích và xử lý số liệu ......................................... 34
2.2.5. Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước thải mạ. .................................... 34
CHƯƠNG 3........................................................................................................................ 38
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN................................................................ 38
3.1. Kết quả phân tích nước thải mạ............................................................................ 38
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý. ............................................ 39

3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của FeCl3 đến hiệu quả xử lý......................................... 43
3.4. Ảnh hưởng của Na2CO3 đến hiệu quả xử lý......................................................... 45
3.5. Đề xuất quy trình công nghệ cho công ty. ............................................................ 48
CHƯƠNG 4........................................................................................................................ 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................... 51
4.1. Kết luận ................................................................................................................... 51
4.2. Kiến nghị. ................................................................................................................ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................. 53
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 55

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Lưu lượng thải của một số cơ sở sản xuất cơ khí có phân xưởng mạ ................ 19
Bảng 1.2 : Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý nước thải
ngành mạ thường dùng ....................................................................................................... 28
Bảng 3.1: Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp mạ điện.................. 38
Bảng 3.2: Độ pH thích hợp cho việc kết tủa các kim loại .................................................. 40
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý kim loại................................................. 41
Bảng 3.4: Hiệu quả xử lý kim loại nặng bằng hỗn hợp Fe3+
và NaOH .............................. 44
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của Na2CO3 đến hiệu quả xử lý kim loại nặng................................ 46

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ............................................................................... 8
Hình 1.2. Sản phẩm tôn mạ kẽm......................................................................................... 10
Hình 1.3. Sản phẩm mạ kẽm kiềm...................................................................................... 11
Hình 1.4. Quy trình mạ điện và các nguồn thải gây ô nhiễm ............................................. 14
Hình 2.1. Quy trình sản xuất của chi nhánh công ty cổ phần công nghệ bề mặt................ 31
Hình 2.2: Khả năng hòa tan của một số hydroxit kim loại theo pH ................................... 35
Hình 2.3. Quá trình hấp phụ của Asen trên hydroxit sắt .................................................... 36
Hình 3.1 :Mối quan hệ giữa pH và hiệu quả xử lý kim loại............................................... 42
Hình 3.2. Ảnh hưởng của FeCl3 đến hiệu quả xử lý........................................................... 44
Hình 3.3. Ảnh hưởng Na2CO3 đến hiệu quả xử lý kim Zn, Fe, Cr..................................... 47
Hình 3.4 : Quy trình xử lý kim loại nặng trong nước thải công nghiệp mạ........................ 49
Hình 3.5: Quá trình diễn ra trong bể lắng........................................................................... 50
Hình 3.6: Mô tả quá trình nước thải qua bể lọc.................................................................. 50

MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng ô nhiễm 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 các ngành công nghiệp, môi
trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độc hại. Đặc biệt, trong
ngành công nghiệp mạ, nguồn nước thải có thể chứa một lượng chất độc hại
nhất định như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, ... có khả năng gây ảnh
hưởng bất lợi đến môi trường tiếp nhận nếu không có biện pháp xử lý hợp lý.
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 sinh học,…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,...
Trên thực tế, đa phần các cơ sở mạ điện đều là các doanh nghiệp vừa và nhỏ
nên sự đầu tư cho xử lý chất thải nói chung và nước thải nói riêng còn nhiều
hạn chế. Nước thải từ các cơ sở này thường được thải trực tiếp vào môi
trường hoặc chỉ được xử lý sơ bộ, kém hiệu quả trước khi xả thải. Do đó, việc
lựa chọn phương pháp xử lý và thiết kế hệ thống xử lý chất thải thích hợp cho

6
Đề tài: “Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải công nghiệp mạ điện
tại cụm công nghiệp Phùng, Hà Nội” đã được thực hiện với mục đích đề
xuất một hệ thống xử lý với hiệu quả cao và chi phí hợp lý cho doanh nghiệp.
Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu một số vấn đề sau:
- Nghiên cứu đặc điểm nước thải.
- Nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải công nghiệp mạ điện tại cụm
công nghiệp Phùng, Hà Nội.
- Đề xuất hệ thống xử lý phù hợp.
K16 (2008-2010) Khoa học Môi trường

7
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về công nghệ mạ điện trên thế giới và Việt Nam
Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1805 bởi
nhà hóa học Luigi V. Brugnatelli - tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác
[13]. 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 vàng, mạ bạc với xúc tác kali xyanua và lần
đầu tiên phương pháp mạ điện được đưa vào sản xuất với mục đích thương
mại thì công nghiệp mạ chính thức phổ biến trên thế giới. Sau đó là sự phát
triển của các công nghệ mạ khác như: mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những
năm 1940 của thế kỷ XX được coi là bước ngoặc lớn đối với ngành mạ điện
bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử [13].
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 cách độc lập. Sự phát triển lớn mạnh của những cơ sở mạ điện quy
mô nhỏ này là do nhu cầu đáp ứng việc nâng cao chất lượng sản phẩm của
ngành công nghiệp vừa và nhẹ [13].
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

8
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.
1.1.1. Khái niệm công nghệ mạ điện
Mạ điện là một công nghệ điện phân tạo ra lớp phủ lên bề mặt vật cần
mạ. Quá trình tổng quát [8]:
- Trên anot xảy ra quá trình hòa
tan (oxy hóa) kim loại anot:
M - ne → Mn+
- Trên catot cation phóng điện
thành nguyên tử kim loại mạ:
Mn+
+ ne → M
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ
Anot (+) Catot (-)
Söï chuyeån dòch cuûa
ion
−
ne
Dung dòch
maï
Lôùp maï
1.1.2. Giới thiệu quy trình mạ
Mạ điện là một trong những phương pháp bảo vệ kim loại khỏi bị ăn
mòn rất hiệu quả trong các môi trường xâm thực mạnh và trong khí quyển.
Mạ điện còn có giá trị trang sức cao, bền và rẻ. Trong mạ điện, yếu tố quan
trọng nhất không phải là tiết kiệm nặng lượng, tăng hiệu suất mà là vấn đề
chất lượng lớp mạ. Vì vậy thành phần dung dịch đầu vào, điều kiện điện phân
là cần thiết để đảm bảo lớp mạ bám chắc vào kim loại nền. Quá trình gia công
bề mặt đóng vai trò quan trọng góp phần đảm bảo lớp mạ được bền, đẹp. Có
nhiều cách làm sạch bề mặt vật mạ như: mài, đánh bóng, quay bóng, xóc bóng,
chải, phun tia cát hoặc tia nước dưới áp suất cao, tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ điện hóa

9
hoặc hóa học. Sau khi làm sạch bề mặt, vật mạ có thể được mạ bằng nhiều
phương pháp khác nhau như mạ crom, mạ đồng, mạ kẽm, mạ niken....
1.1.3. Giới thiệu công nghệ mạ kẽm
Hiện nay, gần một nửa sản lượng kẽm trên thế giới được dùng vào việc
bảo vệ sắt thép trước một “kẻ thù” hung ác nhất - sự han rỉ và ăn mòn đã nuốt
mất hàng chục triệu tấn sắt thép mỗi năm. Các quốc gia buộc phải tốn chi phí
rất lớn cho công tác chống ăn mòn kim loại của các công trình. Ở các nước
công nghiệp phát triển, chi phí này chiếm bình quân khoảng 4% GDP hàng
năm của quốc gia [13].
Ở nước ta, chi phí cho bảo vệ chống ăn mòn còn rất thấp. Biện pháp
chống ăn mòn phổ biến, cổ điển là dùng sơn chống rỉ để tạo một lớp màng
cách ly kim loại với môi trường. Tuy nhiên lớp bảo vệ này chỉ phát huy tác
dụng trong vài năm nên các sản phẩm, các công trình phải nâng cấp và bảo
dưỡng thường xuyên [13]. Phương pháp này tuy chỉ mất ít chi phí ban đầu
nhưng hiệu quả và thời gian sử dụng lại ngắn hơn phương pháp mạ kẽm.
Lớp mạ kẽm đóng vai trò là lớp màng thụ động bảo vệ kim loại khá
hiệu quả. Khi bề mặt lớp mạ kẽm bị xước thì các phân tử kẽm sẵn sàng tham
gia vào quá trình chống ăn mòn điện hóa, bảo vệ cho kim loại không bị xâm
thực bởi các yếu tố môi trường [13].
Mạ kẽm được áp dụng chủ yếu trong xây dựng, đường dây tải điện,
đường sắt, các thiết bị công trình đặt ngoài trời. Với phương pháp mạ điện,
lớp mạ kẽm thường có chiều dày từ 5- 30μm. Trong điều kiện không khí ẩm
thì lớp mạ sẽ bị mờ, xám nhưng chất lượng bảo vệ của nó vẫn không đổi [2].
Phân loại các loại mạ kẽm theo nền hóa chất sử dụng ta có:
a. Mạ kẽm trong dung dịch axit
Công nghệ mạ kẽm axit đơn giản, tiết kiệm. Dung dịch axit để mạ kẽm
thường là dung dịch sunfat, dung dịch ít được sử dụng hơn là dung dịch

10
clorua và dung dịch floborat. Ngoài ra còn có thêm các chất phụ gia dẫn điện,
tạo bóng, chất hoạt động bề mặt.
Đặc điểm chung của các dung dịch này là :
- Kẽm tồn tại dưới dạng ion đơn đã hydrat hóa, cho độ phân cực bé khi
phóng điện, dung dịch ổn định, hiệu suất dòng điện cao 96-98%.
- Độ bao phủ và khả năng phân bố kim loại đều
- Bề mặt kim loại sau khi mạ bằng phẳng, sáng bóng, lớp mạ ít bị giòn.
- Thích hợp cho mạ quay, mạ treo, hay áp dụng phương pháp này để
mạ sắt, thép có dạng dây, băng, tấm [2,12,11] ...
Phương pháp này được áp dụng chủ
yếu mạ thép (tôn), vì có khả năng chống
oxy hóa cao nên thép mạ kẽm có thời gian
sử dụng lâu và được áp dụng trong công
nghiệp sản xuất ô tô, phụ tùng ngành điện,
xây dựng [13].
Hình 1.2. Sản phẩm tôn mạ kẽm
• Mạ kẽm trong dung dịch sunfat:
Cấu tử chính của dung dịch này là ZnSO4.7H2O nồng độ 200 – 300 g/l,
nếu nồng độ trong khoảng từ 400 – 700 g/l thì phải khuấy bằng khí nén trong
quá trình mạ. Phương pháp này cho lớp mạ thô, sự phân cực bé. Vì vậy để
khắc phục các nhược điểm này, trong quá trình mạ thường cho thêm các chất
phụ gia như [2]:
- Chất dẫn điện: sử dụng các chất có cùng anion: (NH4)2SO4, Na2SO4,
Al2(SO4)3 ...
- Chất hoạt động bề mặt: bề mặt kẽm trong dung dịch axit tích điện âm
nên các chất hoạt động bề mặt phải dùng loại cation như dextrin, glucoza,
polyacrylamit.

11
- Chất tạo bóng: 2,6-2,7-disunfonaphtalat, chất DSU, và U-2...
Phương pháp mạ này áp dụng với vật liệu đơn giản dạng băng, tấm, ...
tốc độ mạ cao, hiệu suất dòng điện lớn, lớp mạ ít bị giòn hidro, dung dịch đơn
giản, không độc.
b. Mạ kẽm trong dung dịch phức
Dung dịch phức thường có môi
trường kiềm hay trung tính như dung dịch
xyanua, amoniacat, zincat, pyrophotphat.
Đặc điểm chung của nhóm dung dịch này là
kẽm nằm dưới dạng ion phức, độ phân cực
lớn, khả năng tán xạ cao hơn dung dịch axit
nhưng hiệu suất dòng điện thấp 70-75% và
rất độc. Sản phẩm mạ có lớp mạ mịn, khả
năng phân bố tốt nên mạ được cho các vật
có hình thù phức tạp, thích hợp cho mạ
quay, mạ tĩnh và mạ bóng [2,11,12].
Hình 1.3. Sản phẩm mạ kẽm kiềm
Khuyết điểm chung của nhóm dung dịch này là làm việc ít ổn định, mật
độ dòng điện bé.
• Mạ kẽm trong dung dịch phức xyanua:
Thành phần chính của dung dịch chứa hai muối phức Na2[Zn(CN)4] và
Na2ZnO2. Các muối phức sinh ra khi cho kẽm hydroxit tác dụng với natri
xyanua:
2Zn(OH)2 + 4NaCN → Na2[Zn(CN)4] + Na2ZnO2 + 2H2O
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ như sau:
- Tỷ lệ [NaCN] : [NaOH] trước và sau phản ứng quá lớn hoặc quá nhỏ
có thể gây ra hiện tương cacbonat hóa và để lại kết quả sau:

12
+ Hiệu suất dòng điện giảm.
+ Giảm chất lượng lớp mạ.
+ Thoát khí độc HCN.
- Chế độ điện phân:
+ Nhiệt độ cao trên 40o
C sinh nhiều khí HCN độc hại.
+ Mật độ dòng điện cao trên 5 A/dm2
sẽ làm hiệu suất dòng điện
giảm.
Để tạo bề mặt bóng cho sản phẩm người ta cho thêm chất tạo bóng vào
dung dịch. Chất bóng thường là chất hữu cơ như glycerin... [2,6]
c. Mạ kẽm trong dung dịch amonicat:
Thành phần dung dịch chủ yếu là [Zn(NH3)n(H2O)m]2+
, dung dịch này ít
độc, có sự phân ly rất yếu.
ZnO + NH4Cl = Zn(NH3)2Cl2 + H2O
Ngoài ra để ổn định pH thường sử dụng các dung dịch đệm H3BO3,
NaCH3COO và các chất hoạt động bề mặt như keo, giêlatin....
Phương pháp này dùng để mạ các chi tiết mạ trong bể quay.
d. Thụ động hóa lớp mạ kẽm:
Trong công nghiệp mạ kẽm thụ động hóa lớp mạ để tạo độ bóng, tạo
màu và làm cho độ bền của lớp mạ kẽm tăng lên. Các dung dịch thụ động
thường chứa muối crom, cromat và các loại axit khác [2]. Trong số đó,
phương pháp thụ động bằng Cr3+
được coi là công nghệ thân thiện với môi
trường và được sử dụng rộng rãi tại các nước G7. Các sản phẩm xuất khẩu
sang các nước G7 thường được yêu cầu sử dụng công nghệ này, sản phẩm
không chứa Cr6+
[11].
Đối tượng được nghiên cứu là công ty Cổ phần công nghệ bề mặt đặt
tại lô A, cụm công nghiệp thị trấn Phùng, huyện Đan Phượng, Hà Nội. Mặt

13
bằng sản xuất rộng 1.000 m2
, môi trường làm việc thông thoáng, cơ sở hạ
tầng tốt, thuận tiện đi lại. Công ty chuyên về các sản phẩm dịch vụ công
nghiệp xử lý bề mặt kim loại phục vụ cho nhu cầu sử dụng trong và ngoài
nước với công suất khoảng 200 tấn/năm. Sản phẩm của công ty chủ yếu là các
lớp mạ kẽm bảo vệ trang trí. Công ty đã đầu tư đổi mới công nghệ mạ kẽm
kiềm và thụ động. Tuy nhiên nước thải vẫn chứa nhiều loại ion khác nhau và
có những ảnh hưởng nhất định tới môi trường nếu không được xử lý.
1.2. Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ
1.2.1. Nước thải
Nguồn nước thải từ khâu sản xuất của các xí nghiệp rất đa dạng và
phức tạp, nó phụ thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành
phần nguyên vật liệu, chất lượng sản phẩm...
Ta có sơ đồ quy trình mạ điện thông thường như sau [2]:

14
Vật mạ, phôi mạ
Hình 1.4. Quy trình mạ điện và các nguồn thải gây ô nhiễm
Nhìn chung, sau các công đoạn của quy trình mạ điện đều thải ra nhiều
chất thải đi cùng với nước thải ra ngoài. Áp dụng kiểm toán chất thải công
nghiệp cho thấy, một lượng lớn hóa chất độc hại tham gia vào dây chuyền sản
xuất nên dòng thải ra qua mỗi công đoạn đều có tính chất hóa học khác nhau.
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.
1.2.1.1. Nước thải từ quá trình làm sạch bề mặt
Trước khi mạ, bề mặt cần phải bằng phẳng, sắc nét, bóng và tuyệt đối
sạch các chất dầu mỡ, màng oxit, như vậy lớp mạ mới có độ bám tốt, không
Mài thô, mài tinh
Đánh bóng, quay bóng
Tẩy dầu mỡ
Tẩy rỉ bằng hóa chất
Mạ phủ kim loại
Sấy khô, kiểm tra và
đóng gói sản phẩm Mạ đồng: NT chứa muối vô cơ, muối amoni, xianua,...
Mạ Niken: NT chứa niken, axit boric, H2SO4,...
Mạ kẽm: NT chứa kẽm, chất hoạt động bề mặt, CN-
,...
NT chứa axit, hơi axit
Mạ crom: axit cromic, axit sunfuaric,...
Bụi kim loại, bụi bột mài,SiO2, …
Bột kim loại, oxit kim loại
Chất thải hữu cơ, hơi dung môi, cặn kim loại
NT có độ axit hoặc độ kiềm cao
Môi
trường
tiếp
nhận

15
xước, không sần sùi, bóng sáng đều và đồng nhất. Để sản phẩm có được lớp
mạ sáng bóng, trước khi đem phôi đi mạ phủ kim loại thì cần phải qua các
công đoạn gia công bề mặt như: mài thô, mài tinh, đánh bóng, quay bóng, tẩy
dầu mỡ, tẩy gỉ. Các công đoạn trong quá trình làm sạch bề mặt phôi mạ đều
có thể gây ô nhiễm môi trường trong đó công đoạn mài thô và mài tinh không
sinh ra nước thải mà chỉ tạo ra bụi bột mài, bụi kim loại ảnh hưởng trực tiếp
đến người lao động. Nước thải sinh ra chủ yếu ở các công đoạn:
- Quay bóng ướt: khi quay bóng tạo ra bột kim loại, axit sunfuaric và
các chất hoạt động bề mặt. Các chất này bị cuốn trôi và hòa tan vào nước nên
nước thải ra chứa axit, cặn kim loại.
- Tẩy dầu mỡ: Thường sử dụng kiềm hoặc dùng chất tẩy rửa kim loại
(Na2CO3, NaOH, Na3PO4, Na2SiO2...). Nước thải có chứa dầu mỡ, dung môi
hữu cơ, cặn kim loại và có độ axit và kiềm cao.
- Tẩy gỉ: Dung dịch axit (HCl, H2SO4) và nước rửa trong công đoạn
này tạo ra một lượng lớn nước thải.
1.2.1.2. Nước thải từ quá trình mạ
Dung dịch trong bể mạ có thể bị rò rỉ, rơi vãi hoặc bám theo các gá mạ
và các chi tiết ra ngoài. Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được
vệ sinh. Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưng chất ô
nhiễm đa dạng, nồng độ chất ô nhiễm cao (như Cr6+
, Ni2+
, CN-
, Zn2+
,...) [6,12].
1.2.1.3. Nước rửa chi tiết sau mạ
Chi tiết sau mạ được rửa bằng nước sạch để loại bỏ các dung dịch mạ
còn dính lại. Nước thải trong công đoạn này chứa kim loại nặng có trong
dung dịch mạ [6,12].
1.2.2. Khí thải và bụi
Khí thải chủ yếu thường có ở các dạng: hơi axit (ở bể tẩy rỉ, bể tẩy điện
hóa và bể nhúng axit hơi nhẹ), hơi kiềm (ở bể tẩy dầu mỡ hóa học), CxHy (ở

16
bể tẩy dầu mỡ bằng dung môi), hơi CrO3, NiO (ở bể mạ), ... Các khí thải này
phần lớn chúng nặng hơn không khí nên chúng làm tăng nồng độ chất thải
độc hại trong phân xưởng, gây ô nhiễm khu vực làm việc cũng như vùng dân
cư lân cận kề sát với cơ sở sản xuất.
Khí thải phát sinh tại các bể mạ chủ yếu theo quá trình bay hơi nước
kéo theo các oxit kim loại và hơi axit. Thực tế, khó có thể tính chính xác tải
lượng, nồng độ của khí ô nhiễm vì chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố (tốc độ
hút của quạt, nhiệt độ, cường độ dòng điện mạ...) vì vậy để quản lý được
nguồn thải này người ta thường phải quy về từng khâu riêng biệt để đo đạc và
tính toán theo các chỉ tiêu hao hụt, định mức... [6, 7,12].
1.2.3. Chất thải rắn
Chất thải rắn sinh ra từ công nghiệp mạ gồm: các bao bì đựng hóa chất
khô (như túi nilon, bao giấy, bao tải..), các can đựng hóa chất lỏng …vv. Chất
thải rắn là bùn thải theo chu kì trong một thời gian tại bể trung hòa axit nhẹ và
bể mạ (oxit, hydroxit, muối của các kim loại tạo thành trong quá trình làm
việc). Lượng bùn này tương đối nhỏ, thường theo nước thải ra ngoài. Bên
cạnh đó còn có một lượng bùn thải do hệ thống xử lý nước thải và khí thải.
Lượng bùn này tùy thuộc vào công nghệ xử lý. Thường lượng bùn thải từ các
bể xử lý nước thải công nghiệp mạ không lớn nhưng lại có tính độc hại cao vì
nó thường chứa hỗn hợp các kim loại nặng kết tủa và các chất khác. Hiện nay
ước tính mỗi ngày các thành phố lớn ở Việt Nam thải ra hơn 600 tấn bùn
trong đó có khoảng 30 tấn bùn thải mạ [4].
1.3. Hiện trạng nước thải mạ tại Việt Nam
Theo các tài liệu thống kê cho ta thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ
có quy mô nhỏ và vừa đều tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như Hà Nội,
Hải Phòng, TP.HCM, Biên Hòa... Trong quá trình sản xuất, nước thải của các
nhà máy xí nghiệp này đều bị ô nhiễm các kim loại nặng, nhưng vấn đề xử lý
nước thải còn chưa được quan tâm, xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý chỉ mang

17
tính hình thức vì đầu tư cho một quy trình xử lý nước thải khá tốn kém và
việc thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêm minh, còn mang tính
đối phó [9].
Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ điện là chứa hàm lượng cao
các muối vô cơ và kim loại nặng như đồng, kẽm, crom, niken ... Trong nước
thải xi mạ thường có sự thay đổi pH rất rộng từ rất axit (pH = 2-3) đến rất
kiềm (pH = 10-11). Các chất hữu cơ thường có rất ít trong nước thải xi mạ,
phần đóng góp chính là các chất tạo bóng, chất hoạt động bề mặt... nên chỉ số
COD, BOD của nước thải mạ điện thường nhỏ và không thuộc đối tượng cần
xử lý. Đối tượng cần xử lý chính trong nước thải là các muối kim loại nặng
như crom, niken, đồng, kẽm, sắt, photpho... [6].
Nước thải có thể tách riêng thành ba dòng riêng biệt dựa theo thành
phần và nồng độ chất ô nhiễm:
- Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm.
- Nước rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại,
dầu mỡ và xà phòng,...)
- Nước rửa loãng
Chất gây ô nhiễm tồn tại trong nước thải xi mạ có thể chia làm các
nhóm sau:
- Chất ô nhiễm độc như CN-
, Cr6+
, F-
,...
- Chất ô nhiễm làm thay đổi pH như dòng thải axit và kiềm.
- Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit, cacbonat và
photphat.
- Chất ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, ...
Nước thải sinh ra trong quá trình mạ kim loại chứa hàm lượng độc chất
cao nên mức độ ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng là đáng kể.

18
Với các kết quả phân tích chất lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở
xi mạ tại TP.HCM, Bình Dương, Đồng Nai đều thấy hàm lượng chất hữu cơ
cao, kim loại nặng vượt tiêu chuẩn nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao
động trong khoảng 320 – 885 mg/lít, nước thải chứa dầu nhớt.... Hơn nữa,
khoảng 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không được xử lý. Chính
nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước
mặt, ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn, sông Đồng Nai. Ước
tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong công nghiệp xi mạ trong những
năm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm [9].
Điển hình, tại cơ sở xi mạ Đinh Phong – Bình Dương đã đổ thải nước
thải chưa qua xử lý ra môi trường làm ô nhiễm nghiêm trọng đến nguồn nước
sinh hoạt và ảnh hưởng lớn tới môi trường chung. Đặc biệt trong cơ sở này
chỉ trong tháng 9 năm 2008, hàm lượng các chất ô nhiễm quá cao đổ trực tiếp
ra môi trường không qua xử lý đã làm 11 con bò tử vong sau khi uống phải
nước thải của cơ sở này chỉ trong 10 – 15 phút sau. Vụ việc đã được làm rõ
nguyên nhân, kết quả ban đầu cho thấy nước thải cơ sở xi mạ, hàm lượng CN-
trong mẫu nước uống khu vực xung quanh lên tới 350mg/L, vượt quá tiêu
chuẩn cho phép tới 5000 lần. Do đó cơ sở đã bị đóng cửa, đình chỉ hoạt động
vì gây ô nhiễm nghiêm trọng tới môi trường [9].
Trên địa bàn Hà Nội, ngành cơ khí tập trung chủ yếu vào lĩnh vực gia
công kim loại, chế tạo máy móc, chi tiết phụ tùng máy nên quá trình liên quan
đến mạ khá phong phú. Theo số liệu thống kê, các cơ sở mạ lớn của công ty
xe đạp Lixeha, kim khí Cầu Bươu, công ty khóa Minh Khai, công ty Dụng cụ
cơ khí xuất khẩu, công ty kim khí Thăng Long hàng ngày thải ra môi trường
khoảng 8,6kg Cu, 14kg Ni, 7kg Cr, 20kg Zn và 5kg CN-
[9].

19
Bảng 1.1: Lưu lượng thải của một số cơ sở sản xuất cơ khí có phân xưởng mạ
STT Cơ sở sản xuất Tổng lượng
nước thải
(m3
/ngày)
Nước thải từ
phân xưởng mạ
(m3
/ngày)
1 Công ty khóa Minh Khai 120 70
2 Nhà máy cơ khí chính xác 80 10
3 Công ty dụng cụ cơ khí xuất
khẩu
240 120
4 Xí nghiệp kim khí Cầu Bươu - 20
5 Cơ khí Cổ Loa 50 Ít
6 Công ty xe đạp Lixeha 80 Ít
7 Nhà máy cột thép Huydai - 153
Nguồn: Đặng Đình Kim – 2002
Lượng nước thải của mạ điện không phải là lớn so với các ngành công
nghiệp khác như nước thải của ngành công nghiệp giấy, dệt, ... song thành
phần và nồng độ các chất độc hại trong đó khá lớn. Hơn nữa các hóa chất độc
hại này lại có những biến thiên hết sức phức tạp và phụ thuộc vào quy trình
công nghệ cũng như từng công đoạn trong quy trình đó. Vì vậy, muốn xử lý
đạt hiệu quả cao thì chúng ta cần phải thu gom, tách dòng theo từng công
đoạn, từng trường hợp cụ thể và lựa chọn phương án xử lý thích hợp.
1.4. Độc tính một số kim loại nặng (Cr, Zn, Fe, As)
1.4.1. Độc tính của crom
- Crom là kim loại màu trắng bạc, có ánh xanh. Trong tự nhiên, crom
có nhiều trong khoáng vật cromit, trong đá serpentine, granit. Trong nước,
crom ở dạng Cr3+
và Cr6+
nhưng dạng Cr3+
thường gặp hơn.

20
- Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và
qua da. Nhìn chung, sự hấp phụ của Cr vào cơ thể con người tùy thuộc vào
trạng thái oxi hóa của nó. Cr6+
hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr3+
và còn
có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr3+
chỉ hấp thu 1% thì lượng hấp thu của
Cr6+
lên tới 50%. Crom hòa tan trong máu ở nồng độ 0,001 mg/L, sau đó
chuyển vào hồng cầu và hòa tan với tốc độ nhanh từ 10-20 lần, từ hồng cầu
crom chuyển vào các tổ chức phụ tạng, một phần bị giữ lại trong đó, một phần
thải ra ngoài qua nước tiểu nhưng phải mất vài tháng đến vài năm.
- Các bệnh thường gặp khi tiếp xúc với crom:
+ Khi tiếp xúc qua da: Crom và các hợp chất của crom chủ yếu
gây ra các bệnh ngoài da như da bị nổi phồng, loét sâu (có thể loét đến xương),
viêm da dị ứng, gây hiện tượng dị ứng có thể dẫn đến tràm hóa.
+ Khi xâm nhập qua đường hô hấp: gây bệnh viêm yết hầu, viêm
phế quản, viêm thanh quản, loét niêm mạc mũi. Khi ở dạng CrO3 hơi hóa chất
này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ hô hấp.
+ Nhiễm độc crom còn có thể bị ung thư, gây độc cho hệ thần
kinh và tim. Công nhân tiếp xúc thường xuyên với muối Cromat có khả năng
nhiễm bệnh ung thư phổi cao hơn người bình thường.
1.4.2. Độc tính của kẽm
- Kẽm là kim loại có mầu trắng bạc. Kẽm là nguyên tố cần thiết để duy
trì sự sống của con người và động vật. Sự thiếu hụt kẽm để lại những hiệu
ứng rõ nét trong việc tăng trọng của động vật. Kẽm tìm thấy trong insulin,
các protein chứa kẽm và các enzym như superoxit dismutas.
- Kẽm được đưa vào cơ thể chủ yếu qua đường tiêu hóa và được hấp
phụ phần lớn ở ruột non. Khi vào cơ thể, phần lớn kẽm tập trung trong tế bào,
chỉ một lượng nhỏ trong huyết tương. Sau khi vào cơ thể nó được thải ra
ngoài với một lượng lớn qua dịch ruột, dịch tụy (2-5 mg), qua nước tiểu và
mồ hôi chỉ khoảng 0,5 mg.

21
- Kẽm kim loại không bị coi là độc, nhưng có những tình huống gọi
là sự run kẽm hay ớn lạnh kẽm sinh ra do hít phải các dạng bột ôxít kẽm
nguyên chất, hít phải khói kẽm clorua sẽ bị tổn thương phổi, niêm mạc hô hấp
và nếu tiếp xúc lâu có thể gây lở loét các ngón tay, bàn tay. Các muối kẽm
gây ói mửa. Nếu bị ngộ độc kẽm sẽ thấy trong miệng có vị kim loại, mạch
chậm, co giật [13].
1.4.3. Độc tính của Asen
- Asen có thể tồn tại ở dạng hóa trị 3 (arsen trioxyde), hóa trị 5
(arsen pentoxyde) hoặc dạng hữu cơ. Nồng độ thấp thì kích thích sinh
trưởng, nồng độ cao gây độc cho động thực vật.
- Asen xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đường ăn uống, hô hấp,
đôi khi qua da hoặc truyền từ mẹ sang con qua nhau thai. Khi vào cơ thể, asen
được tích lũy nhiều trong các mô giàu keratin như da, móng, tóc và trong các
tổ chức giàu biểu mô như niêm mạc vòm miệng, thực quản, dạ dày, ruột non.
Sau đó asen được đào thải ra khỏi cơ thể chủ yếu qua nước tiểu, một phần nhỏ
qua phân, móng, tóc, vảy da, sữa mẹ. Tuy nhiên, vẫn còn một lượng rất nhỏ
tiếp tục được tích lũy trong cơ thể.
- Các bệnh thường gặp khi tiếp xúc với asen.
+ Nhiễm độc cấp tính:
+ Qua đường tiêu hóa: nếu tiếp xúc trong thời gian dài sẽ ảnh
hưởng đến cơ quan nội tạng như: da, thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, sinh sản
gây ra rối loạn tiêu hóa, xơ gan, cao huyết áp, thiếu máu, giảm bạch cầu, tiểu
cầu, tiểu đường, các rối loạn về thai sản... và có thể gây bệnh ung thư: bàng
quang, gan, thận, ruột, da... và làm rối loạn di truyền như đột biến gen...
+ Qua da: Asen khi tiếp xúc với da sẽ làm tổn thương da, gây
bệnh dày sừng, hoại tử các chi, ung thư da
+ Qua hô hấp: ảnh hưởng đến phổi, phế quản, làm hỏng niêm
mạc mũi, đau nhức đầu, gây liệt các mao mạch, viêm kết mạc …[13].

22
1.4.4. Độc tính của Sắt
- Sắt là kim loại trắng bạc, tồn tại trong các hợp chất sắt II hoặc sắt III.
Sắt có trong tế bào và là chất cần thiết để duy trì hoạt động của hệ thống miễn
dịch, duy trì các cơ bắp và điều chỉnh sự phát triển của tế bào. Tuy nhiên, hấp
thụ quá nhiều chất sắt sẽ gây nhiễm độc sắt và làm tổn hại tế bào của các cơ
quan quan trọng trong cơ thể như tim, gan, bộ máy tiêu hóa, tổn thương động
mạch...
- Sắt ít gây độc tuy nhiên khi nồng độ sắt cao sẽ có những ảnh hưởng
đến sức khỏe con người. Triệu chứng sớm có thể gồm: mệt mỏi, yếu sức, đau
bụng, đau khớp. Nếu tích trữ sắt quá lâu thì sẽ phá hủy cấu trúc tế bào, có thể
gây ra hoặc trầm trọng thêm các bệnh kinh niên như bệnh Alzheimer, bệnh
Parkinson, xơ vữa động mạch vành, bệnh đái đường, bệnh viêm khớp, ung
thư vú….
Có hai dạng triệu chứng ngộ độc sắt:
+ Triệu chứng kích thích cục bộ: Tỷ lệ hấp thụ sắt III tương đối thấp,
nồng độ trong đường tiêu hóa tương đối cao, có thể làm viêm loét niêm mạc
đường ruột, dẫn đến tình trạng hoa mắt chóng mặt, buồn nôn, đau bụng, tiêu
chảy, ...; cá biệt ở một số bé còn xuất hiện hiện tượng rỗ hạt dạ dày, hoại tử
ruột và viêm niêm mạc thành ruột, gây nguy hiểm cho tính mạng.
+ Triệu chứng ngộ độc toàn thân: Sắt II dễ dàng hấp thụ, cho nên hấp
thụ lượng lớn trong một lần có thể sẽ làm cơ tim bị tổn thương, suy kiệt tinh
thần và sốc, làm tổn thương niêm mạc dạng hạt trong tế bào, hoại tử tế bào
gan và dung giải tế bào thần kinh, chức năng gan suy giảm, hôn mê và co giật,
thậm chí có thể dẫn đến tử vong [13].
1.5. Các biện pháp xử lý nước thải mạ chứa kim loại nặng
Trong công nghệ mạ, dung dịch mạ được lọc và giữ lại trong bể mạ,
phần hóa chất tiêu hao được bổ sung thêm để giữ nguyên thành phần dung
dịch. Song không phải chỉ có giai đoạn mạ mới sản sinh ra nước thải mà trong

23
các công đoạn từ khi là phôi đến khi ra thành phẩm hoàn chỉnh cũng tạo ra
nước thải. Do vậy cần nghiên cứu, phân tích thành phần nước thải ở từng
công đoạn để có thể có biện pháp xử lý hiệu quả nhất.
Hàm lượng và thành phần muối kim loại vô cơ trong nước thải mạ khác
nhau tùy thuộc vào phương pháp mạ được sử dụng như mạ đồng, mạ crom,
mạ niken,... Điểm giống nhau của nước thải công nghệ mạ là chứa nhiều muối
kim loại, có độ pH thay đổi từ axit mạnh đến kiềm mạnh do đó công nghệ xử
lý nước thải mạ cũng chỉ có một số phương pháp chính dựa trên thành phần
và tính chất các muối kim loại có trong nước thải.
1.5.1. Phương pháp hóa lí
Phương pháp hấp phụ
• Nguyên tắc:
Quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý tức là quá trình di chuyển
của các chất ô nhiễm (các ion kim loại) (chất bị hấp phụ) đến bề mặt pha rắn
(chất hấp phụ). Để xử lý triệt để thường kết hợp với phương pháp xử lý sinh
học hoặc các biện pháp xử lý hóa học.
Khả năng hấp phụ chất bẩn trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện
nhiệt độ, nhiệt độ thấp quá trình hấp phụ xảy ra mạnh nhưng nếu quá cao thì
có thể khử quá trình hấp phụ. Chính vì vậy người ta dùng nhiệt độ để phục
hồi khả năng hấp phụ của các hạt rắn khi cần thiết [5].
Những chất có thể làm chất hấp phụ như than hoạt tính, silicagel, đất
sét, keo nhôm, đôlômit, các chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt. Các
hydroxit kim loại cũng có khả năng hấp phụ tuy nhiên ít được sử dụng vì
năng lượng tác dụng tương hỗ của chúng với các phân tử nước rất lớn, đôi khi
cao hơn cả năng lượng hấp phụ. Các sản phẩm phụ nông nghiệp như rơm,
cám, bã mía, trấu... cũng đã được nghiên cứu để xử lý nước thải tuy nhiên kết
quả không khả quan. Ví dụ như vỏ trấu có khả năng hấp phụ các ion kim loại
nhưng mức độ chỉ khoảng 13-17%. Các vật liệu sinh học cũng được sử dụng

24
để tách các kim loại hay các hợp chất của nó ra khỏi nước thải. Chẳng hạn
như: Chitosan – một polyme sinh học dạng glucosamin là sản phẩm deacetyl
hóa chitin lấy từ vỏ tôm, cua, một vài loại nấm và một số loài động vật giáp
xác. Dung lượng hấp phụ đạt 241mgCr6+
/g. [13].
Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi với các ưu điểm như xử lý
nhanh, dễ chế tạo thiết bị và đặc biệt có thể tái sử dụng vật liệu hấp phụ.
1.5.2. Phương pháp trao đổi ion
• Nguyên lý:
Cho nước thải lần lượt qua hai cột cationit và anionit. Khi tiếp xúc với
cột cationit (R-H) thì các cation tạp chất (Cu2+
, Ca2+
, Na+
, NH4
+
, Ni+
, Cr3+
)
của nước thải sẽ bị giữ lại và các ion H+
từ cột cationit sẽ chuyển vào dung
dịch nước thải [18].
R-H + MeX = R-Me + H+
+ X-
Nước thải tiếp tục tiếp xúc với cột anionit (R-OH), các anion tạp chất
(Cl-
, SO4
2-
, CN-
, NO3
2-
) trong nước thải bị giữ lại và các ion OH-
từ cột anionit
sẽ chuyển vào nước thải. Các ion H+
và ion OH-
sau khi di chuyển vào nước
thải sẽ kết hợp với nhau tạo thành phân tử nước [18].
R-OH + X-
= R-X + OH-
Phương pháp trao đổi ion là phương pháp tiên tiến để làm sạch nước
thải khỏi các kim loại nặng như Zn, Cu, Cr, Ni... cũng như các hợp chất của
asen, photpho, xyanua. Phương pháp vận hành dễ dàng và chiếm diện tích
nhỏ, phù hợp với các cơ sở có mặt bằng nhỏ.
Việc lựa chọn vật liệu trao đổi ion chọn lọc có nghĩa quan trọng cho thu
hồi các kim loại quý hiếm. Sau một thời gian làm việc các cột ionit sẽ được
tái sinh. Cationit được rửa bằng dung dịch axit như H2SO4 hay HCl nồng độ
từ 3-10%; anionit được rửa bằng dung dịch kiềm NaOH hay Na2CO3. Nước

25
rửa cationit và anionit chứa các loại cation và anion, axit và kiềm dư được thu
hồi, nhựa ionit được tái sinh và bắt đầu một chu kì làm việc mới [5].
1.5.3. Phương pháp điện hóa
• Nguyên tắc:
Dựa trên nguyên tắc của quá trình oxy hoá khử để tách các kim loại
trên các điện cực nhúng trong nước thải khi cho dòng điện một chiều đi qua.
Anot không hoà tan làm bằng grafit hoặc chì oxit. Catot làm bằng
molipđen hoặc hợp kim vonfram – sắt – niken. Trong quá trình khử các kim
loại bị loại ra khỏi nước do sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô
nhiễm thành các hợp chất ít độc hơn hoặc về dạng dễ tách ra khỏi nước.
Phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà
không cần cho thêm hoá chất, tuy nhiên lại tiêu hao nhiều điện năng, thích
hợp cho nước thải có nồng độ kim loại cao (> 1g/l).
1.5.4. Phương pháp hóa học
Các phương pháp hóa học làm sạch nước thải phân xưởng mạ trên cơ
sở sử dụng hóa chất mà kết quả phản ứng là các chất nhiễm bẩn chuyển thành
các hợp chất không độc hại hoặc có thể dễ dàng tách bỏ ở dạng kết tủa. Đây là
phương pháp cổ điển, đơn giản và hiệu quả.
1.5.4.1. Phương pháp oxi hóa - khử
• Nguyên tắc:
Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như
cho ở dạng khí và hóa lỏng, dyoxyt clo, hypoclorit canxi và natri, pemanganat
kali, peoxythydro,… [5].
Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải chuyển thành
các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn
các tác nhân hóa học.

26
Hoá chất khử thông thường cho xử lý nước thải chứa crôm là ferrous
sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit, hoặc sulfur dioxit. Thông dụng nhất
là ferrous sulphate (FeSO4). Trong phản ứng oxy hoá khử, ion Fe2+
phản ứng
với Cr6+
, khử Cr6+
thành Cr3+
và oxy hoá Fe2+
thành Fe3+
. Phản ứng xảy ra
nhanh hơn ở pH thấp.
Phản ứng tổng quát như sau:
Cr6+
+ 6FeSO4 + H2O Cr3+
+ 3Fe2(SO4)3
Nhược điểm của phương pháp này khi xử lý crom là đòi hỏi lượng
muối sắt (Fe2(SO4)3)dư lớn và lượng chất thải rắn sau xử lý lớn.
Sau khi thực hiện phương pháp oxy hóa khử, tiếp tục thực hiện các biện
pháp trung hòa kết tủa để loại bỏ thành phần các chất ô nhiễm.
1.5.4.2. Phương pháp trung hòa – kết tủa
• Nguyên lý:
Phản ứng kết tủa hoá học dựa trên phản ứng giữa chất đưa vào nước
thải với kim loại có trong nước thải ở pH thích hợp, tạo ra chất kết tủa và tách
ra bằng phương pháp lắng thông thường. Đây là phương pháp được dùng phổ
biến nhất hiện nay [5].
Ví dụ: với một số kim loại như arsenic hoặc cadmium ở nồng độ thấp
có thể xử lý hiệu quả khi cùng kết tủa với phèn nhôm hoặc sắt. Khi chất lượng
đầu ra đòi hỏi cao, có thể áp dụng quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng khó
lắng trong quá trình kết tủa.
Phương pháp trung hòa được áp dụng chủ yếu với nước thải axit hoặc
kiềm. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như:
- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm
- Bổ sung các tác nhân hóa học.
Đối với nước thải axit trong quá trình tẩy gỉ ngoài chứa các thành phần
axit còn chứa cả sắt và các kim loại nặng khác do đó để trung hòa nước thải

27
này dùng xút hoặc vôi đến giá trị pH = 6,5 – 8,5. Ngoài việc trung hòa ion H+
thì nước vôi còn có tác dụng làm kết tủa một số kim loại nặng dưới dạng
sunfat hoặc hydroxit. Sau đó lắng lọc để tách kim loại, có thể dùng thêm các
chất trợ lắng. Cho đến nay phương pháp kết tủa vẫn là phương pháp được sử
dụng rộng rãi nhất để xử lý nước thải công nghiệp [5,9].
Khoảng 75% cơ sở mạ điện sử dụng phương pháp trung hòa kết tủa
hydroxit, cacbonat hoặc sunfua để xử lý nước thải, trong đó kết tủa bằng
hydroxit được sử dụng nhiều nhất do các ưu điểm nổi bật về tính đơn giản, giá
thành thấp.
Trong thời gian gần đây, một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã
công bố nghiên cứu của mình về khả năng xử lý asen bằng việc kết hợp
phương pháp kết tủa và hấp phụ như sau: với nồng độ asenic trong nước thải
là 100 mg/L, trước khi cho hấp phụ bằng bentonite người ta đã cho vào nước
thải một lượng Fe2(SO4)3 và vôi với mục đích làm tăng pH của nước thải tạo
môi trường cho Asenic kết tủa. Kết quả cho thấy, hiệu quả xử lý As rất tốt,
đạt tới 99,99%, giảm nồng độ As từ 100 mg/L xuống còn 10 μg/L [16].
1.5.5. Phương pháp sinh học
• Nguyên tắc:
Nguyên lý chung của phương pháp là sử dụng các loại thực vật, vi sinh
vật, vi khuẩn như bèo tổ ong, tảo, các vi sinh vật yếm khí...vv để tiêu hủy các
kim loại nặng có trong nước thải.
Quá trình tiến hành phải lựa chọn và phân lập giống, phải cho những
loài sinh vật nào có khả năng “tiêu hóa” nhiều kim loại nặng có hiệu quả nhất.
Theo Becke.E.W, giới hạn cho phép để tiến hành khử kim loại nặng bằng tảo
khá lớn, tới hàng chục mg/l và hiệu suất khử cũng rất cao > 80% đối với các
kim loại như: Hg, Pb, Ni, Cr... [8]. Kết quả của một nghiên cứu về nấm
Saccharomyces cerevisine đã cho thấy khả năng hấp thu Cu2+
, Pb2+
và Zn2+
của loại nấm này tăng khi nồng độ ban đầu của kim loại cao. Nếu nồng độ ban

28
đầu của Cu2+
là 250 mg/L thì sau 48 giời, nấm S.C có thể hấp thu được 63%
nhưng nếu nồng độ ban đầu là 50 mg/L thì khả năng hấp thu Cu2+
chỉ đạt 25%,
Zn2+
chỉ đạt 21% [1].
Tuy nhiên phương pháp sinh học chỉ được coi là phương pháp xử lý
bậc ba của các quá trình xử lý sau khi xử lý bằng các phương pháp vật lý và
hóa học. Do yêu cầu về mặt bằng lớn, hơn nữa việc lựa chọn và phân lập vi
sinh vật còn nhiều hạn chế nên khi áp dụng vào thực tế gặp rất nhiều khó
khăn.
Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, còn có một số phương pháp mới
đang được đề nghị nhằm bổ sung cho công nghệ xử lý nước thải chứa kim
loại nhưng ứng dụng của chúng vào thực tế vẫn còn tương đối hạn chế, ví dụ
như phương pháp trích ly bằng dung môi, bốc hơi hoàn nguyên, làm lạnh.
Để lựa chọn được biện pháp xử lý phù hợp với kinh tế và điều kiện của
doanh nghiệp, ta xem xét đến các ưu, nhược điểm và hiệu quả xử lý của các
phương pháp được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.2 : Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý
nước thải ngành mạ thường dùng [7]
Phương pháp
xử lý
Ưu điểm Hạn chế
Oxy hoá khử
- Xử lý nước thải lưu lượng
lớn
- Chi phí thấp
- Đơn giản, dễ vận hành
- Chuyển chất thải từ dạng
này sang dạng khác
- Tạo lượng bùn kim loại
lớn
Hấp phụ bằng
các vật liệu
sinh học
- Vận hành đơn giản
- Giá thành vật liệu rẻ
- Khó kiểm soát nồng độ
- Giải hấp phụ không đạt
hiệu quả cao
- Nồng độ kim loại đầu vào - Chi phí điện năng rất lớn

29
Điện hoá
cao
- Thu hồi kim loại với độ
tinh khiết cao
- Tự động hoá quá trình
- Không cần sử dụng hoá
chất
Trao đổi ion
- Nồng độ đầu vào loãng
- Thu hồi kim loại quý
- Nhu cầu năng lượng thấp
- Yêu cầu vận hành chặt
chẽ
- Tái sinh vật liệu trao đổi
Sinh học
- Quá trình xử lý tạo ra
chất thải ít nên thân thiện
với môi trường.
- Giá thành thấp.
- Yêu cầu mặt bằng xử lý
lớn
- Hiệu quả thấp nếu hàm
lượng chất ô nhiễm trong
dòng thải không ổn định
hoặc quá lớn.
- Quá trình vận hành phải
kiểm soát được các chất ô
nhiễm trong dòng thải và
lượng chất dinh dưỡng N, P
cấp thêm vào dòng thải

30
CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn là nước thải công nghiệp mạ
điện tại chi nhánh Công ty Cổ phần công nghệ bề mặt.
2.1.1 Qui trình công nghệ mạ tại công ty Cổ phần Công nghệ bề mặt
Sản phẩm của công ty chủ yếu là các lớp mạ kẽm bảo vệ trang trí với
công suất khoảng 200 tấn/năm. Công ty đã đầu tư đổi mới công nghệ mạ kẽm
kiềm và thụ động. Tuy nhiên nước thải vẫn chứa nhiều loại ion khác nhau và
có những ảnh hưởng nhất định tới môi trường nếu không được xử lý.
Qui trình dây chuyền sản xuất của công ty được thể hiện theo sơ đồ
sau:

31
Hànghỏng
Làm sạch bề mặt
Mạ
Sản phẩm cơ khí
Hoạt hóa
Xử lý lớp mạ
Xấy khô
Kiểm tra
Đóng gói
Rửa nước
Rửa nước
Rửa nước
Rửa nước
Axit, kiềm
axit
Bể
tập
trung
nước
thảiaxit
kiềm
Axit nhẹ
Nước sạch rửa sản phẩm
GHI CHÚ
Nước thải ra
Hình 2.1. Quy trình sản xuất của chi nhánh công ty cổ phần công nghệ bề mặt

32
2.1.2 Các vấn đề môi trường trong quá trình sản xuất
2.1.2.1. Nước thải
Nguồn nước cung cấp cho hoạt động sản xuất của công ty lấy từ hệ
thống giếng khoan với lưu lượng 15m3
/ngày.
Nước thải phát sinh từ quá trình sinh hoạt của khu nhà văn phòng, nước
thải sản xuất và nước mưa chảy tràn. Tổng lượng nước thải trung bình của
công ty ước tính khoảng 15m3
/ngày đêm trong đó nước thải sinh hoạt chiếm
khoảng 5 m3
/ngày đêm, nước thải sản xuất khoảng 10 m3
/ngày đêm. Nước
thải phân xưởng mạ là nước rửa vật mạ sau các công đoạn: tẩy dầu, tẩy gỉ, mạ,
thụ động và các dung dịch hỏng.
- Nước rửa sau tẩy dầu, tẩy gỉ có các chất: NaOH, Na2CO3, Na3PO4,
HCl, H2SO4, FeCL2,...
- Nước rửa sau mạ chứa: NaOH, Zn2+
, ...
- Nước thải sau thụ động có chứa: Cr3+
, HNO3, H2SO4, axit hữu cơ,
Zn2+
, chất hoạt động bề mặt...
Nước thải axit và nước thải kiềm được trộn chung trong bể thu gom và
được đưa ra cống thải chung của khu công nghiệp.
2.1.2.2 Chất thải rắn
Ước tính lượng chất thải rắn sinh hoạt của công ty là 10kg/ngày, bao
gồm chất hữu cơ từ văn phòng và xưởng sản xuất như: giấy vụn, chai lọ thủy
tinh, thùng giấy, bao bì nhựa và nilon... Các loại này tuy không gây mùi hôi
thối và không có tác dụng sinh hóa với môi trường nhưng khó phân hủy. Chất
thải nguy hại chủ yếu của công ty là các bao bì, thùng, can chứa hóa chất.
Hiện tại, chất thải này được thu gom và gửi trả về nơi sản xuất để tái sử dụng.

33
2.1.2.3 Khí thải
Khí thải phát sinh chủ yếu trong quá trình xử lý bề mặt trước khi mạ
gồm hơi axit và hơi dung môi. Do điều kiện nhà xưởng thông thoáng, đồng
thời công ty có hệ thống quạt thông gió nên những loại khí thải này được
giảm thiểu. Ngoài ra trong quá trình sản xuất công ty sử dụng những loại chất
đã có sẵn tác nhân ngăn cản bốc hơi. Do vậy, vấn đề khí thải không đáng lo
ngại.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện được các mục đích của bản luận văn này, chúng tôi đã sử
dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
2.2.1. Phương pháp thu mẫu ngoài hiện trường
Mẫu nước thải sau quy trình sản xuất của công ty, tại bể chứa nước thải
được lấy vào các can nhựa 30 lít. Mẫu được bảo quản bằng can nhựa dầy, giữ
trong điều kiện phòng thí nghiệm trước khi tiến hành thực nghiệm.
Giá trị pH trong nước thải được do ngay tại hiện trường bằng máy đo
cầm tay.
2.2.2. Phương pháp thu thập tài liệu
Phương pháp thu thập tài liệu là phương pháp chọn lọc, tìm hiểu các tài
liệu liên quan đến mục đích nghiên cứu của đề tài.
2.2.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
Để tiến hành nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải mạ kẽm, chúng
tôi tiến hành nghiên cứu mẫu nước thải một cách tổng thể với các chỉ tiêu ô
nhiễm điển hình. Các mẫu nước được lấy theo đúng quy định và sau đó được
chuyển về phân tích trong phòng thí nghiệm. Các kết quả phân tích là các giá
trị trung bình ít nhất sau 3 lần phân tích trong phòng thí nghiệm.
Các chỉ tiêu kim loại nặng được xác định bằng phương pháp hấp phụ
nguyên tử AAS, một số chỉ tiêu khác được xác định bằng phương pháp đo

34
quang. Kết quả phân tích sẽ được so sánh với quy chuẩn Việt Nam QCVN
24:2009. Các phương pháp phân tích được trình bày ở phần phụ lục của đề tài
nghiên cứu bao gồm:
- Phương pháp xác định Cr
- Phương pháp xác định Zn
- Phương pháp xác định As
2.2.4. Phương pháp tổng hợp, phân tích và xử lý số liệu
Dựa vào số liệu thu thập được và tập hợp các số liệu đã phân tích trong
phòng thí nghiệm từ đó đưa ra những nhận định và tập hợp các số liệu đó
dưới dạng bảng biểu và hình vẽ phù hợp với nội dung nghiên cứu.
Tiêu chuẩn được sử dụng để so sánh và bình luận kết quả được sử dụng
là quy chuẩn QCVN 24:2009.
2.2.5. Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước thải mạ.
Kim loại nặng là chất gây ô nhiễm có độc tính, vì vậy trong quá trình
làm sạch nước, loại bỏ các kim loại nặng ra khỏi nước là vấn đề rất được quan
tâm.
Bằng việc sử dụng các chất kết tủa kết hợp với kim loại nặng tạo thành
các chất không tan sau đó được loại bỏ bằng quá trình lắng lọc, hàm lượng
kim loại nặng trong nước thải giảm đi đáng kể. Với phương pháp này, kim
loại nặng có thể kết tủa ở dạng hydroxit, sulfide (hoặc sunfat) và cacbonat.
Trong đó, kết tủa hydroxit là dạng được sử dụng khá phổ biến. Phản ứng xảy
ra như sau [14]:
M+n
+ nOH-
⇔ M(OH)n
2.2.5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý.
Như đã biết, khả năng hòa tan của một số hydroxit kim loại phụ thuộc
vào pH và tương ứng với mỗi kim loại sẽ có giá trị pH thích hợp để kết tủa.

35
Nguồn: EPA, 1983
Hình 2.2: Khả năng hòa tan của một số hydroxit kim loại theo pH [14]
Để biết rõ hơn về ảnh hưởng của pH đến hiệu suất kết tủa của các kim
loại, ta tiến hành thí nghiệm như sau:
- Lấy 20ml mẫu nước thải vào 9 cốc đựng mẫu thể tích 50ml.
- Cho từ từ NaOH 0,025N vào các cốc mẫu với thể tích từ 3 - 16 ml để
điều chỉnh pH chạy với các giá trị khác nhau từ 6,3 – 8,6.
- Khuấy từ từ khoảng 15 phút. Sau đó để lắng.
- Mang dung dịch trên lọc qua giấy lọc để loại bỏ kết tủa.
- Dung dịch thu được sau khi lọc mang đi xác định hàm lượng kim loại
nặng còn lại và tính hiệu xuất xử lý.
2.2.5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của Fe3+
đến hiệu quả xử lý

36
Muối Fe3+
(FeCl3) khi cho vào nước sẽ bị thủy phân chuyển sang dạng
kết tủa hydroxit. Các ion kim loại trong nước có xu hướng bị hút giữ trên bề
mặt kết tủa Fe(OH)3 và bị loại bỏ ra khỏi dung dịch khi qua lọc.
Hình 2.3. Quá trình hấp phụ của Asen trên hydroxit sắt
Tiến hành thí nghiệm:
- Lấy 100ml nước vào 9 bình nón thể tích 250ml.
- Cho 1 lượng Fe(II) như nhau vào mỗi bình, Fe(II) có nồng độ 89,6mg/l
rồi khuấy nhẹ.
- Tiếp tục thay đổi pH dung dịch theo các khoảng từ 6,3 đến 11
- Khuấy đều, đảm bảo kết tủa hoàn toàn sắt(III) hydroxyde
- Lọc và xác định hàm lượng các kim loại nặng trong dung dịch. So
sánh kết quả và so sánh với thí nghiệm chỉ thay đổi pH thông thường.
2.2..5.3. Ảnh hưởng của Na2CO3 đến hiệu quả xử lý.
Ta tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:
- Lấy 20ml mẫu nước vào 4 cốc có thể tích 50ml.
- Cho dung dịch Na2CO3 vào trong cốc theo tỷ lệ giữa Na2CO3 : Zn lần
lượt là 1 : 1; 1 : 1,5; 1 : 2; 1 : 3.
- Khuấy nhẹ và để lắng 30 phút.

37
- Đổ dung dịch qua giấy lọc và mang dung dịch thu được đi xác định
hàm lượng kim loại nặng còn lại.
- So sánh kết quả và lựa chọn tỷ lệ thích hợp.

38
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả phân tích nước thải mạ
Với định hướng nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải công nghiệp mạ
điện, đề tài tiến hành thu mẫu tại công ty Công nghệ bề mặt với các thời điểm
lấy mẫu và vị trí lấy mẫu ở từng công đoạn sản xuất riêng biệt: mẫu nước thải
của quá trình tẩy dầu, rỉ; nước thải tráng sau mạ axit; nước thải tráng sau mạ
kiềm; nước thải bể thụ động và mẫu nước thải ở cống chung để tiến hành
phân tích và tập trung vào một số thông số cần thiết phục vụ cho mục đích
nghiên cứu của đề tài. Qua đánh giá sơ bộ cho thấy thành phần của nước thải
mạ tại cống chung có thông số ô nhiễm như Fe, Cr, Zn, As, axit, nước có màu
xám.
Kết quả đánh giá hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải được thể
hiện ở bảng sau:
Bảng 3.1: Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp mạ điện
Thông
số
đơn
vị
M1 M2 M3 M4 M5 M6
QCVN
24:2009
Cột B
pH ~ 1 6 – 6,5 ~7 7 4 ~10-11 5,5 - 9
Fe mg/L 272,70 5,96 25,77 2,47 2,95 8,19 5
As µg/L 38,20 24,20 21,27 26,02 23,58 19,12 10
Cr mg/L 3,48 9,81 2,82 0,74 0,23 0,23 1
Zn mg/L 15,57 21,83 7,14 22,19 7,35 15,71 3

39
Trong đó:
- M1 : Nước thải tẩy rỉ
- M2 : Nước thải chảy ra môi trường.
- M3 : Nước thải của xưởng sản xuất ( không bao gồm nước thải rỉ dầu ).
- M4: Nước thải bể thụ động.
- M5 : Nước thải tráng sau mạ axit.
- M6 : Nước thải tráng sau mạ kiềm
Kết quả phân tích trên cho ta thấy: nước thải có pH dao động trong
khoảng rộng thay đổi từ pH = 1 - 11, trong đó nước thải tại bể tẩy rỉ có tính
axit rất mạnh pH = 1, nước thải tráng sản phẩm sau mạ lại có tính kiềm cao
pH = 10-11. Hàm lượng sắt trong nước thải tại M1, M2, M3 và M6 cao hơn
tiêu chuẩn cho phép, riêng nước thải tẩy gỉ cao gấp 50 lần, các kim loại khác
như As, Cr, Zn tương đối cao so với QCVN 24:2009. Nước thải nhiễm kim
loại nặng xả thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với
môi trường, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, và có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc
gián tiếp tới con người. Do vậy vấn đề cấp bách của cơ sở là phải tách kim
loại ra khỏi nước thải trước khi cho chảy vào cống thải chung của khu công
nghiệp.
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý
Các tài liệu khoa học đều khẳng định các kết tủa hydroxit kim loại là
lưỡng tính. Tính tan của chúng tăng tại giá trị pH quá thấp và quá cao [17]. Vì
vậy để tạo ra các hydroxit kim loại không tan, ta cho thêm xút (NaOH) vào
nước thải. Quá trình này làm thay đổi chỉ số pH của nước thải, pH tăng lên
nhanh hay chậm tùy thuộc lượng hóa chất cho vào. Tuy nhiên sự kết tủa của
mỗi kim loại chỉ đạt được hiệu quả cao ở từng giá trị pH riêng biệt. Bảng dưới
đây đưa ra độ pH thích hợp cho quá trình kết tủa các kim loại nặng

40
Bảng 3.2: Độ pH thích hợp cho việc kết tủa các kim loại [10]
Ion pH Ion pH
Fe (+3) 2,0 Ni (+2) 6,7
Al (+3) 4,1 Cd (+2) 6,7
Cr (+3) 5,3 Co (+2) 6,9
Cu (+2) 5,3 Zn (+2) 7,0
Fe (+2) 5,5 Mg (+2) 7,3
Pb (+2) 6,0 Mn (+2) 8,5
Phương trình phản ứng:
Cr3+
+ OH-
→ Cr(OH)3
Zn2+
+ OH-
→ Zn(OH)2
Fe3+
+ OH-
→ Fe(OH)3
Thí nghiệm tiến hành với pH thay đổi trong khoảng từ 6.5 – 8.6. Ảnh hưởng
của pH đến hiệu suất xử lý được đưa ra trong bảng sau:

41
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý kim loại
STT pH As
(%)
Fe
(%)
Cr
(%)
Zn
(%)
1 6,66 32,70 96,50 32,40 7,80
2 6,85 34,20 96,30 40,80 7,00
3 7,00 24,90 96,50 46,20 7,30
4 7,36 62,70 96,80 43,70 21,30
5 7,44 70,20 96,00 47,00 21,20
6 7,79 58,30 96,60 44,20 39,40
7 8,10 59,00 97,10 45,50 53,80
8 8,63 63,50 96,80 48,70 62,90

42
a. Nồng độ As sau xử lý
b. Nồng độ Fe, Zn, Cr sau xử lý
Hình 3.1 :Mối quan hệ giữa pH và hiệu quả xử lý kim loại.
Qua kết quả nghiên cứu trong bảng 3.3, chúng ta nhận thấy giá trị pH
thay đổi có ảnh hưởng đến nồng độ các kim loại nhưng chịu ảnh hưởng tức
thì là sắt. Hiệu quả xử lý lớn nhất là đối với Fe, khi bắt đầu thay đổi pH và
thêm ion OH-
, Fe2+
chuyển đổi gần như hoàn toàn thành dạng Fe3+
và tạo kết
tủa Fe(OH)3, ngay khi thay đổi pH. Hiệu quả xử lý Fe đạt 96,5% ở pH = 6,6
và duy trì trung bình ở mức 97% ở các khoảng pH tiếp theo.

43
Hiệu quả xử lý Zn tăng đần theo sự tăng pH, tuy nhiên trên hình 3.1(b)
có thể thấy khoảng pH đến 8,5 vẫn chưa xử lý được Zn đạt QCVN 24:2009
Đối với Cr, xử lý bằng phương pháp này gặp nhiều hạn chế, hiệu suất
thực tế cao nhất đạt được chỉ là 47% ở pH=7,4.
Hiệu suất xử lý As biến đổi không đều, do As không tạo hydroxyde kết
tủa mà chủ yếu được loại bỏ khỏi dung dịch nhờ hiện tượng cộng kết tủa khi
bám trên bề mặt Fe(OH)3.
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của FeCl3 đến hiệu quả xử lý
Nước thải chủ yếu chứa kim loại nặng: Fe, As, Cr, Zn ở nồng độ cao
gây độc cho môi trường , con người và hệ động thực vật. Nước thải được xả
vào bể tập trung trong điều kiện thoáng khí, tiếp xúc trực tiếp với O2, các ion
Fe2+
sẽ chuyển hóa hết thành Fe3+
dưới dạng kết tủa hydroxit. Trong quá trình
lắng xuống, nó kéo theo các chất bẩn vô cơ, hữu cơ và một phần kim loại
nặng bị hấp phụ trên bề mặt. Tăng nồng độ hydroxit sắt kết tủa cũng đồng
nghĩa với việc các kim loại nặng như As, Cr, Zn bị loại bỏ nhiều hơn. Vì vậy,
chúng tôi đã quyết định cho thêm một lượng FeCl3 đủ lớn vào trong nước
thải.
Sau khi cho thêm Fe3+
vào nước thải sẽ diễn ra đồng thời hai quá trình: quá
trình kết tủa hydroxit sắt và quá trình phát sinh ion H+
. Khi pH của nước thấp
tức là môi trường nhiều axit sẽ gây khó khăn cho quá trình kết tủa. Do đó giai
đoạn tiếp theo phải thực hiện là nâng giá trị pH đến giá trị thích hợp. Các kim
loại nặng kết tủa khi cho thêm kiềm (NaOH) được gọi là quá trình trung hòa –
kết tủa. Sau khi hình thành kết tủa hydroxit, phần lớn kim loại nặng lắng
xuống ở dạng bùn hydroxit.
Theo phương pháp tiến hành thí nghiệm như đã nêu ở chương 2, ta có kết
quả phân tích nước như sau:

44
Bảng 3.4: Hiệu quả xử lý kim loại nặng bằng hỗn hợp Fe3+
và NaOH
STT pH
FeCl2
(mg/l)
As
(%)
Fe
(%)
Cr
(%)
Zn
(%)
1 7,0 90,0 89,4 94,3 99,6 95,0
2 7,4 90,0 89,9 94,3 99,9 98,0
3 7,8 90,0 84,5 94,3 99,7 100,0
4 8,1 90,0 93,5 94,8 99,4 100,0
5 8,6 90,0 99,5 96,5 99,5 100,0
6 8,9 90,0 100,0 93,3 100,0 100,0
7 9,4 90,0 98,4 93,5 99,7 99,9
8 10,3 90,0 100,0 95,1 99,0 99,5
9 ~ 11,0 90,0 100,0 95,6 99,3 99,4
Hình 3.2. Ảnh hưởng của FeCl3 đến hiệu quả xử lý kim loại nặng

45
Các ion kim loại trong dung dịch có xu hướng bị hút giữ trên bề mặt
kết tủa Fe(OH)3 và bị loại bỏ ra khỏi dung dịch khi qua lọc. Kết quả quá trình
xử lý thể hiện hiệu suất xử lý tốt và nồng độ các kim loại trong dung dịch đều
dưới QC 24:2009 cột A.
Đối với Cr, theo kết luận trong nghiên cứu của Parks et al., 2004 thì các
dạng tồn tại của Cr(VI) trong dung dịch có thể bị dính (bám) lên bề mặt của
phân tử sắt III hydroxyde hoặc Cr(VI) có thể bị dính sâu vào cấu trúc bên
trong và tạo nên dạng Cr cố định. Do vậy, phương pháp xử lý này sẽ khắc
phục được những hạn chế khi chỉ xử lý bằng cách thay đổi pH. Nghiên cứu đã
chỉ ra hiệu suất xử lý Cr đạt hầu như 100% khi Fe(OH)3 kết tủa hoàn toàn.
Nồng độ As giảm đáng kể từ 16,8 μg/l xuống còn 2,6 μg/l khi bắt đầu
thay đổi pH và hình thành kết tủa Fe(OH)3, hiệu xuất xử lý As tiếp tục giảm
khi tăng dần pH và giảm đến ngưỡng rất bé (nồng độ không phát hiện). Nhiều
nghiên cứu trước đây đã chỉ ra phương pháp cộng kết tủa với hydroxyde sắt là
phương pháp hiệu quả trong việc loại bỏ As [3].
3.4. Ảnh hưởng của Na2CO3 đến hiệu quả xử lý
Để tăng hiệu quả xử lý, ta sẽ cho thêm chất làm kết tủa Na2CO3 vào
dung dịch nước thải đang xử lý. Kết tủa cacbonat có hiệu quả xử lý tương
đương với kết tủa hydroxit [17]. Các kim loại nặng còn lại sau khi kết tủa
hydroxit sẽ tác dụng tiếp với Na2CO3.
Phản ứng xảy ra như sau:
Zn2+
+ Na2CO3 → ZnCO3 + Na+
Cr3+
+ Na2CO3 → Cr2(CO3)3 + Na+
Fe3+
+ Na2CO3 → Fe2(CO3)3 + Na+
Vì khả năng tan của cacbonat kim loại cao hơn hydroxit kim loại nên
chỉ có ZnCO3 là có thể kết tủa được. Do tính tan của Cr2(CO3)3 và Fe2(CO3)3
cao nên dễ bị thủy phân trong nước thành Cr(OH)2 và Fe(OH)3. Khi hydroxit

46
sắt lắng xuống sẽ kéo theo cả As. Quy trình xử lý kết hợp cả sắt (III), xút và
soda cho hiệu quả xử lý lên đến 95 %
Sau khi tiến hành thí nghiệm như đã nêu ở chương 2, ta có kết quả phân
tích như sau:
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của Na2CO3 đến hiệu quả xử lý kim loại nặng
STT
Na2CO3/Zn As
(%)
Fe
(%)
Cr
(%)
Zn
(%)
1 1 : 1 KPH 38,6 13,9 92,4
2 1,5 : 1 92,8 43,2 13,9 93,5
3 2 : 1 KPH 38,6 16,7 94,8
4 3 : 1 87,6 50,0 22,2 92,1

47
Fe (mg/l)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 1 2 3 4
Ti le Na2 CO3
mg/l
Fe (mg/l)
Cr (mg/l)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 1 2 3 4
Ti le Na2 CO3
mg/l
Cr (mg/l)
Zn (mg/l)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 1 2 3 4
Ti le Na2 CO3
mg/l
Zn (mg/l)
Hình 3.3. Ảnh hưởng Na2CO3 đến hiệu quả xử lý kim loại Zn, Fe, Cr

48
Trong thí nghiệm này, pH của dung dịch nước đầu vào được tăng đến
8,6 để đạt được điều kiện tối ưu kết tủa. Sau đó, tiến hành lọc loại bỏ kết tủa
và tiếp tục xử lý với Na2CO3 theo tỷ lệ giữa Na2CO3
-
/ Zn2+
là 1; 1,5; 2 và 3.
Kết quả từ bảng 3.5 cho thấy, hiệu suất xử lý Zn đạt trung bình 93% và
nồng độ của kẽm xuống ngay dưới mức tiêu chuẩn khi thí nghiệm với tỷ lệ
1:1. Thí nghiệm cho thấy Zn dễ dàng bị loại bỏ khi tăng dần nồng độ CO3
2-
.
Ưu điểm của kết tủa carbonate là có thể kết tủa các ion kim loại trong khoảng
pH thấp (5-9) ; do đó nước đầu ra sau lọc không cần thiết phải điều chỉnh lại
pH [18]. Đặc điểm này giúp hiệu suất lắng của Zn cao hơn hẳn phương pháp
xử lý bằng kết tủa hydroxit khi ở cùng một khoảng pH.
Như vậy, tỉ lệ Na2CO3 / Zn thích hợp nhất là 2 : 1, ở tỉ lệ này Zn được
loại bỏ 95%, lượng còn lại đạt QCVN 24:2009.
3.5. Đề xuất quy trình công nghệ cho công ty.
Với các nghiên cứu đã trình bày và phân tích các kết quả đạt được, đề
tài đã đưa ra sơ đồ dây chuyền xử lý nước thải như sau:

49
Nước thải
Hố thu gom
`
Hình 3.4 : Quy trình xử lý kim loại nặng trong nước thải công nghiệp mạ
- Bể trộn: mục đích của bể trộn là làm tăng pH của nước thải để tạo ra
các hydroxit kim loại.
- Bể lắng: Sau quá trình keo tụ, các hạt hydroxit kim loại dễ dàng được
tách ra khỏi nước thải. Trong bể lắng, hoàn toàn không có sự khuấy trộn, tạo
thời gian cho các hạt lắng xuống, không bị cuốn theo dòng chảy sang bể lọc.
[15]
Bể trộn
Bể lắng
Bể lọc
Ép bùn
FeCl2, NaOH
Nước từ bể chứa bùn
hoặc Na2CO3
Xử lý bùnCống thải chung

Dòng vào Dòng ra
Kết tủa hydroxit kim loại
Hydroxit kim loại lắng
thành dạng bùn
Hình 3.5: Quá trình diễn ra trong bể lắng
- Bể lọc: Bể lọc được thiết kế để giữ lại các hạt không lắng trong bể
lắng vì chúng quá nhỏ hoặc không đủ thời gian để lắng. Khi nước chảy vào bể
qua lớp cát silica, carbon, hoặc lớp vải sẽ giữ lại các hạt kim loại hydroxit.
Quá trình tách kim loại ra khỏi nước thải đã hoàn thành, nước đã xử lý được
xả ra cống thải chung. Tuy nhiên, trong quá trình lọc do áp lực của dòng chảy
tăng lên nên một vài hạt rắn có thể lọt qua lớp vật liệu lọc. Vì vậy nước này
được đưa quay trở lại bể trộn để xử lý lại. [15]
Đầu vào
Các hạt
rắn bị
giữ lại
Lớp vật liệu lọc:
cát, vải,
điatomit,…
Dòng thải ra
Hình 3.6: Mô tả quá trình nước thải qua bể lọc

51
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Qua nghiên cứu và tiến hành thí nghiệm xử lý nước thải mạ nhiễm kim
loại nặng (As, Cr, Fe, Zn) tại công ty Cổ phần Công nghệ bề mặt bằng các
phương pháp khác nhau: thay đổi pH, kết hợp thay đổi pH và Fe3+
, xử lý với
Na2CO3 luận văn đã ghi nhận một số kết quả bước đầu như sau:
1. Khi thay đổi pH, hiệu quả xử lý tốt nhất đối với Fe. Hiệu quả xử lý
đối với Fe đạt 96,5% ở pH =6,6.
2. Kết hợp giữa FeCl3 và thay đổi pH phương pháp xử lý này có hiệu
quả cao với As và Cr. Nồng độ As giảm rõ rệt từ 16,8 µg/l xuống
còn 2,6 µg/l khi pH =7 và xử lý hoàn toàn khi tiếp tục tăng pH.
Nghiên cứu đã cho thấy hiệu suất xử lý Cr đạt 100% khi Fe(OH)3
kết tủa hoàn toàn.
3. Xử lý với Na2CO3 khi pH =8,6, với tỷ lệ Na2CO3 /Zn = 2:1. Kết quả
cho thấy Zn được loại bỏ đến 95% so với ban đầu và lượng còn lại
đạt QCVN.
4. Đã nghiên cứu và bước đầu đề xuất một quy trình xử lý nước thải
mạ phù hợp để có thể xử lý đồng thời tất cả các kim loại nặng.
4.2. Kiến nghị.
Loại hình nước thải công nghiệp mạ là loại nước thải có tính ô nhiễm
cao, không chỉ có kim loại nặng mà còn nhiều các chất độc hại khác như các
chất tẩy rửa, các chất hữu cơ khó phân hủy, … Vì vậy, qua nghiên cứu chúng
tôi có những kiến nghị sau:
1. Tiếp tục nghiên cứu và áp dụng thực nghiệm sâu hơn về khả năng xử
lý kim loại nặng trong nước thải mạ.

52
2. Cần chú ý đến nguồn phát thải để phân loại nước thải từ nguồn.
3. Cần nghiên cứu thêm để có thể áp dụng xử lý tất cả các thành phần ô
nhiễm có trong nước thải.
4. Sau quy trình xử lý, một lượng bùn lắng rất lớn được tạo ra. Vì vậy
để xử lý môi trường một cách triệt để và toàn diện, cần nghiên cứu về biện
pháp thu hồi hoặc xử lý bùn thải sau khi xử lý nước thải.

53
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt
1. Nguyễn thị Hà, Trần Thị Hồng, Nguyễn Thanh Nhàn, Đỗ thị Cẩm Vân,
Lê Thị Thu Yến, “Nghiên cứu khả năng hấp thu một số kim loại nặng
(Cu2+
, Pb2+, Zn2+) trong nước của nấm men Saccharomyces
cerevisiae”, Tạp chí Khoa học ĐHQG Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ, (số 23-2007).
2. Trần Minh Hoàng, “ Mạ điện”, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật,
(2001).
3. Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Lê Thị Ngọc Anh, “Nghiên
cứu xử lý Asen trong nước ngầm ở một số vùng nông thôn bằng
hydroxit sắt (III)”, Tạp chí Khoa học ĐHQG Hà Nội, Khoa học Tự
nhiên và Công nghệ, (số 26-2010).
4. Nguyễn Tự Nam, Nghiên cứu khả nặng tận dụng bùn thải từ hệ thống
xử lý nước thải mạ trong sản xuất men mày và gạch nung, Luận văn
thạc sĩ, Trường ĐH KHTN, Hà Nội, (2009).
5. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải,
Nhà xuất bản KH&KT, (1999).
6. 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)
7. 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.
8. Trần Văn Thắng, Mô 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,

54
Hà nội, (1996).
9. Đặng Thị Thơm, Nghiên cứu quy trình xử lý crom và photpho trong
nước thải mạ, Luận văn thạc sĩ, Trường ĐH KHTN, Hà Nội, (2008)
10. http://www.ctu.edu.vn/colleges/tech/bomon/ttktmoitruong/daotao/giao
%20trinh%20dien%20tu/xlnt/phan6.htm
11. http://www.surtec.com.vn/ma-kem,_atcw_chin_0_46_0_0.html
12 http://www.wattpad.com/434305-ma-tong-hop
13. Một số trang Web (www.Artisanplanting.com.vn,
www.vinachem.com.vn, http://vi.wikipedia.org, http://dhcvietnam.com.vn/,
http://www.tonvietphap.vn/...)
Tài liệu tiếng Anh
14. Piero M.Armenante, Precipitation of heavy metals from wastewaters,
New Jersey Institute of Technology, University Heights Newark
15. David M. Ayres, Allen P.Davis, Paul M.Gieka, Removing heavy Metals
from Wastewater, University of Maryland, (1994).
16. Yue LI, Min XI, Fanlong KONG, Chunyan YU, Experimental study on
the removal of Arsenic in wastewater from semiconductor
manufacturing, Journal water resource and protection, (2009).
17. Dr.rer.nat. Christoph Pasel, Dipl.-Umweltw. Anja Elsner, Heavy metal
precipitation, University Duisburg Essen, Faculty of Engineering
Siences
18. Tài liệu khác: http://140.194.76.129/publications/eng-manuals/em1110-1-
4012/chap5.pdf

55
PHỤ LỤC
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM
1. Xác định Fe.
Hóa chất
- HCl đặc hoặc Dung dịch HCl 1:1 (hút 50ml HCl đặc cho vào ống
đong có chứa sẵn 50ml nước cất, khuấy đều ta được dung dịch HCl 1:1)
- Dung dịch Hydroxilamin 10%
- Dung dịch đệm axetat (pH = 3-3,5): Cân 62,5g CH3COONH4 hòa tan
với 30ml nước cất, cho thêm 175ml CH3COOH đậm đặc, cho tất cả vào bình
rồi thêm nước cất đến vạch 250ml, trộn đều dung dịch và đậy nắp bình
- Dung dịch Octo-phenantrolin 0,1%: Cân 0,1g C12H8N2.H2O hòa tan
với nước cất rồi chuyển sang bình, thêm nước cất đến vạch 100ml.
Tiến hành:
Hút chính xác 50ml mẫu nước chuyển vào bình nón loại 250ml, thêm
2ml axit HCl đậm đặc và 1ml dung dịch Hydroxylamin 10% (NH2OH.HCl)
đun sôi mẫu nước cho cạn bớt chỉ còn khoảng 20-25ml, để nguội rồi chuyển
vào bình định mức 50ml thêm 10ml đệm amoni axetat và 4ml dung dịch
O.phenantrolin0,1% rồi thêm nước đã cất định mức đến vạch mức, trộn đều
để yên 10-15’ rồi đem đo mật độ quang trên máy quang phổ ở bước sóng
510nm.
A: Mật độ quang của máy đo được
0.384: Hệ số qui đổi
0.051: Mật độ quang của mẫu trắng

56
2. Xác định Cr, Zn
Phân tích định lượng các nguyên tố bằng kĩ thuật ngọn lửa F-AAS (độ
nhạy cỡ )và không ngọn lửa GF-AAS (độ nhạy cỡ ng) bằng máy quang
phổ hấp thụ nguyên tử shamadzu 6800.
μg
3. Xác định As
Phân tích định lượng bằng kĩ thuật hydrua hóa

Luận văn: Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp mạ điện, HAY

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận văn: Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp mạ điện, HAY

Similar to Luận văn: Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp mạ điện, HAY (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận văn: Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp mạ điện, HAY