Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Qua thực tế trong những năm gần nay cho thấy Việt Nam là một nước có tốc độ phát triển kinh tế...
Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 1 Luận văn Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 2 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Qua thực tế trong những năm gần nay cho thấy Việt Nam là một nước có tốc độ phát triển kinh tế cao trong khu vực. Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa đất nước, chất thải công nghiệp cũng ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khỏe của con người, đòi hỏi con người phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý nhằm phát triển kinh tế song song với việc bảo vệ môi trường sống của chính mình. Ngày nay, kỹ thuật mạ kim loại đã trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các nước trên thế giới. Nước ta cũng đang tập trung phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ, trong đó kỳ vọng đặc biệt vào ngành gia công kim loại. Do vậy nhu cầu gia công mạ kim loại càng lớn và cũng từ đó việc xử lý chất thải trong gia công mạ – một yếu tố có nhiều khả năng phá hủy môi trường – là hết sức cần thiết và cần được giải quyết triệt để. Trong quá trình gia công mạ kim loại, lượng nước thải ra tuy không nhiều nhưng chứa hàm lượng các kim loại nặng rất cao và là độc chất đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con người. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết và thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu dài. Do đó, nước thải từ các quá trình xi mạ kim loại, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng như viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczima, ung thư …. Đề tài “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” chỉ nghiên cứu xử lý nước thải xi mạ trong một nội dung hẹp đó là xử lý phospho có trong nước thải ở công đoạn phosphat hóa bề mặt kim loại trong gia Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 3 công kim loại mạ, nhằm tìm ra những giải pháp kỹ thuật hợp lý để loại bỏ phospho có trong nước thải xi mạ trước khi thải vào nguồn nước thải chung của gia công kim loại. 1.2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu Tìm ra được một phương pháp hóa học hiệu quả cao, giá thành thấp để xử lý nước thải công đoạn phosphat hóa bề mặt, loại bỏ phospho có trong nước thải ra khỏi môi trường. Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 4 1.2.2. Nội dung nghiên cứu Thu thập các tài liệu liên quan đến quá trình phosphat hóa bề mặt kim loại và các tài liệu liên quan đến quá trình gia công mạ kim loại hiện có tại Việt Nam. Tìm hiểu một số tính chất hóa lý liên quan đến quá trình phosphat hóa bề mặt. Tìm hiểu các ảnh hưởng của phospho tới môi trường và con người. Tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải xi mạ. Lựa chọn phương pháp xử lý. Khảo sát thành phần nước thải xi mạ. Khảo sát, đánh giá khả năng loại bỏ phospho có trong công đoạn phosphat hóa bề mặt cùng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý. Thử nghiệm phương pháp trên mô hình, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tủa, thu thập các thông số tối ưu nhằm phục vụ cho việc thiết kế về sau. Đánh giá hiệu quả của phương pháp xử lý. 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp thu thập tài liệu: Tìm hiểu các tài liệu sách báo trong và ngoài nước về xử lý phospho trong nước thải bằng phương pháp hóa học, công nghệ xi mạ, phosphat hóa bề mặt cũng như ảnh hưởng của phospho và nước thải xi mạ đến môi trường. Phương pháp tổng hợp tài liệu. Phương pháp thực nghiệm: Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu xử lý. Phương pháp tính toán. Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 5 Phương pháp xử lý thông qua những chỉ tiêu bằng phương pháp phân tích. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI XI MẠ Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 6 2.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH XI MẠ 2.1.1. Một số khái niệm Mạ kim loại là một quá trình công nghệ hay được sử dụng, vì thực tế hầu như tất cả các vật dụng bằng kim loại đều phải được hoàn thiện, đồng thời đó cũng là trách nhiệm của nhà sản xuất. Trong công nghệ xi mạ có nhiều hình thức xi mạ khác nhau: mạ điện, mạ hóa học, mạ nhúng nóng. 2.1.1.1. Mạ điện Đây là một phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành xi mạ kim loại. Mạ điện là quá trình điện hóa catôt: Bề mặt kim loại cần xử lý được dùng làm catôt trong một bình điện phân (đòi hỏi dùng dòng điện bên ngoài – trong trường hợp này là nguồn điện một chiều) để thực hiện quá trình điện hóa. Phản ứng catôt xảy ra và thực hiện việc xử lý cần thiết đó là mạ lên trên bề mặt cần xử lý. Dung dịch mạ là dung dịch mà trong đó quá trình mạ điện xảy ra. Nó chứa các ion của kim loại sẽ được mạ lên bề mặt kim loại cần xử lý – các ion Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 7 kim loại này tham gia phản ứng catôt và bị khử điện hóa thành kim loại điện kết tủa lên trên bề mặt cần xử lý. Ví dụ: Trong trường hợp mạ kẽm, ion kẽm hóa trị 2 bị khử trên bề mặt kim loại nền (thép chẳng hạn): Zn 2+ + 2e - Zn Rõ ràng trong một bình điện hóa như vậy cũng cần phải có phản ứng anôt tương ứng. Trong mạ điện, đó thường là sự hòa tan anôt của một anôt kim loại để đảm bảo nồng độ ion kim loại trong bể mạ gần như không đổi. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp các anôt có thể không tan và được làm bằng các vật liệu như graphit, chì, titan phủ platin… chúng trơ trong dung dịch mạ. Anôt không tan vẫn thực hiện phản ứng anôt trong đó có một phản ứng anôt quan trọng đó là phản ứng thoát oxy. H 2 O ½ O 2 + 2H + + 2e - [1] (Trong dung dịch axit) Quá trình này sẽ hình thành một lớp kim loại tương đối mỏng trên bề mặt dẫn điện. Quá trình này được thực hiện bằng cách nhúng vật liệu cần mạ vào dung dịch chứa những muối kim loại và nối nó vào cực catôt của một nguồn điện một chiều thế thấp. Mạch điện được hoàn tất khi nhúng đầu anôt vào trong dung dịch đó và nối chúng với cực dương của nguồn điện. Sản phẩm của quá trình này là tạo một lớp kim loại cần mạ trong dung dịch lên trên bề mặt của vật liệu cần mạ. Lớp phủ kim loại hình thành trên bề mặt catôt thường có cấu trúc tinh thể và dày từ 1 – 50 m tùy thuộc vào kim loại được mạ và yêu cầu hoàn thiện mặt hàng đó. 2.1.1.2. Mạ hóa học Dựa trên cơ sở khử hóa học ở đó ion kim loại được khử thành kim loại từ dung dịch muối của nó bằng các chất khử. Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 8 Các điện tử cần cung cấp cho các phản ứng khử điện hóa được cung cấp bởi chất khử hóa học. Ví dụ: Như mạ Niken hóa học, natri hypophosphit được sử dụng làm tác nhân khử và bị oxy hóa thành octophosphit, do đó có thể xảy ra phản ứng anôt sau: H 2 PO 2 - + H 2 O H 2 PO 3 - + 2H + + 2e [2] Các điện tử tách ra và tham gia vào quá trình khử Nikel (Ni) ở phản ứng catôt theo phương trình sau: Ni 2 + + 2e - Ni Ni và Cu là hai kim loại chính thường được sử dụng trong mạ bằng kỹ thuật này. Ni thường sử dụng ở những nơi cần độ bền ăn mòn và bào mòn. Do bản chất của phản ứng mạ nên lớp mạ thu được là hợp kim của Ni với các sản phẩm phân hủy của tác nhân khử. Vì vậy khi sử dụng natri hypophosphit sẽ tạo ra lớp Ni – P và khi sử dụng niken và Bo hydrua sẽ tạo ra một lớp mạ Ni – Bo. Mạ hóa học chỉ có thể xảy ra trên một bề mặt xúc tác: Nhiều kim loại thông thường đáp ứng được điều này. Vật liệu phi kim như nhựa, gốm có thể được xúc tác bằng cách xử lý để tạo ra kết tủa kim loại paladin lên bề mặt không dẫn điện. Phản ứng mạ hóa hoạc sau đó có thể bắt đầu trên các phần tử này và phát triển thành lớp mạ. Bằng cách này, việc mạ kim loại có thể tiến hành cho các bề mặt không dẫn điện. Cũng có thể làm cho bề mặt của phi kim dẫn điện, để sau đó tiếp tục mạ bằng phương pháp mạ điện. 2.1.1.3. Mạ nhúng nóng Mạ nhúng nóng là một quá trình trong đó vật liệu cần mạ đi qua bể chứa kim loại mạ (kim loại nguyên chất) được nấu nóng chảy ở nhiệt độ cao. Kết quả của quá trình là kim loại mạ sẽ bám một lớp trên bề mặt vật liệu cần mạ. Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 9 2.1.2. Các loại mạ Mạ Crom: Lớp mạ Crom được sử dụng nhiều trong công nghệ mạ ô tô, mạ các chi tiết máy, dụng cụ y tế, phụ tùng máy móc… vì lớp mạ có tính ổn định hóa học, tính chịu mòn cao đồng thời bề mặt ngoài trông rất đẹp, khả năng phản xạ ánh sáng tốt. Có thể sử dụng lớp mạ Crom làm lớp mạ bảo vệ nhưng cần phải mạ đồng, mạ kền sau đó mới mạ Crom trang trí. Mạ kẽm: Trong công nghiệp ứng dụng mạ kẽm để đề phòng ăn mòn kim loại, được gọi là lớp mạ bảo vệ. Lớp mạ này có tính đàn hồi tốt nhưng độ cứng thấp, độ bóng kém, trong không khí dễ tạo muối kẽm cacbonat có tính kiềm nên bị mờ, để khắc phục hiện tượng này người ta phủ photphat hóa hay thụ động hóa bề mặt, … để tăng độ bền hóa học của lớp mạ. Dung dịch mạ kẽm có hai loại: Dung dịch mạ kẽm cyanua và dung dịch mạ kẽm không có cyanua. Mạ Nikel: Mạ Nikel là kỹ nghệ quan trọng bậc nhất, đồng thời cũng phổ biến nhất hiện nay. Trong công nghiệp ứng dụng lớp mạ Nikel để trang trí, làm tăng khả năng chịu mòn, tăng độ cứng bề mặt, lớp mạ vừa trang trí vừa bảo vệ. Để nâng cao hiệu quả bảo vệ – trang trí thường áp dụng mạ hai lớp: Nikel – Crom; hoặc 3 lớp: Đồng – Nikel – Crom. Mạ hợp kim: Trong dung dịch đồng thời có 2 cation kim loại. Để hai ion này kết tủa đông thời lên bề mặt catôt (chi tiết mạ) tạo lớp mạ hợp kim thì thế giải phóng của chúng phải bằng nhau hoặc gần nhau. Tùy theo thành phần và tính chất lớp mạ mà mạ hợp kim được chia thành các nhóm sau: Lớp mạ hợp kim bảo vệ kim loại nền khỏi bị ăn mòn, có hợp kim: Kẽm – cadmium; đồng – thiếc; chì – thiếc; thiếc – kẽm. Lớp mạ hợp kim với mục đích trang trí – bảo vệ: Vàng – bạc; vàng – đồng; vàng – nikel; vàng – antimun. Lớp mạ hợp kim có ứng dụng đặc biệt trong công nghiệp: Bạc – chì; thiếc – chì; …. Đồ án tốt nghiệp: “Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học” GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 10 Mạ vàng: Lớp mạ vàng dùng để mạ đồ nữ trang, trang trí các vật dụng như đồng hồ, gọng kính, gia dụng, trang trí nội thất, …. 2.1.3. Sơ đồ công nghệ xi mạ tổng quát Mài nhẵn, đánh bóng c Tẩy dầu, mỡ Làm sạch cơ học Vật cần mạ Dung môi NT chứa dầu mỡ Hơi dung môi Bụi kim loại Bụi, gỉ [...]... xử lý nước thải xi mạ hiện nay được nhiều nước trên thế giới áp dụng đó là: phương pháp xử lý cơ học, phương pháp xử lý hóa học, phương pháp hóa lý 2.5.1 Phương pháp cơ học Phương pháp cơ học gồm phương pháp lắng, lọc Phương pháp này nhằm lắng các chất rắn dễ lắng, các chất lơ lửng ra khỏi nước thải 2.5.2 Phương pháp hóa học Bao gồm hai phương pháp đó là: Phương pháp trung hòa và phương pháp oxy hóa. .. Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Hình 1 Sơ đồ công nghệ xi mạ tổng quát 2.2 LƯU LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 2.2.1 Lưu lượng nước thải Trong công nghệ xi mạ, lượng nước thải phát sinh ra trong một ngày không nhiều: Đối với các cơ sở nhỏ: 5 – 10 m 3 /ngày GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 11 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi. .. nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Đối với các cơ sở lớn: 12 – 50 m3/ngày Nước thải xi mạ bao gồm: Nước rửa trước mạ và nước thải rửa sau mạ 2.2.2 Thành phần nước thải Nước thải xi mạ có thành phần rất phức tạp về nồng độ và pH dao động rất lớn từ nước rất kiềm (pH > 9) đến nước rất acid (pH < 3) Đặc trưng chung của nước thải xi mạ là chứa hàm lượng cao các muối vô... loại bỏ Cr ra khỏi nước thải trước tiên phải qua giai đoạn khử Cr6+ thành Cr3+ bằng chất khử Như vậy, chất khử được sử dụng là chất có tính acid mạnh, chất oxy hóa chính là hợp chất của Crom GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 16 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học 2.5.3 Phương pháp hóa lý Đây là một phương pháp xử lý hiệu quả, dễ áp... Fe) Hình 3 Chu trình phospho trong tự nhiên GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 31 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học 3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP LOẠI BỎ PHOSPHO TRONG NƯỚC THẢI Hầu như các hợp chất của phospho không tồn tại ở dạng bay hơi trong điều kiện thông thường, vì vậy để tách phospho ra khỏi nước ta phải chuyển hóa chúng về dạng không... enzym trong cơ thể Ngộ độc đồng chỉ xảy ra ở những vùng nước có nồng độ đồng lớn hơn 3mg/l 2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI XI MẠ HIỆN NAY Trong ngành xi mạ, để hoàn thành một sản phẩm có nhiều công đoạn khác nhau, trong đó một số công đoạn đã tạo ra các chất độc hại Do đó vấn đề xử lý, thu hồi các chất thải kim loại nặng, các chất độc hại có trong nước thải xi mạ là điều cần thiết Có 3 phương pháp xử. .. để trung hòa axitphosphoric GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 22 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học 3.2 NGUỒN GỐC PHOSPHO TRONG MÔI TRƯỜNG Khối lượng phospho trong vỏ trái đất ở dưới dạng phosphat (V): Các khoáng vật phosphoric Ca3(PO4)2, Hydroxyapatit Ca5(PO4)3(OH)2, Floapatit Ca5(PO4)F , Phospho trong môi trường nước tồn tại... bờ Nước đục,sánh Giảm oxy Tăng mùi Hình 2 Tác động của sự phú dưỡng đến dây chuyền thực phẩm trong hệ sinh thái nước GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 30 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Phân bón Phospho hữu cơ Phospho trong thức ăn Không khí P – cá P – phân P đơn P trong tảo P – hữu cơ không tan P – hữu cơ tan Nước P can xi Bùn... Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 25 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học phospho nhanh chóng đựơc tiết ra từ các thành phần rắn vào nước với tốc độ phụ thuộc vào mức độ phân tán (kích thước), nhiệt độ của môi trường và loại sản phẩm chế biến Nồng độ của phospho trong nước thải cũng biến động rất mạnh, không chỉ theo mùa vụ mà cả trong từng ngày Trong. .. ăn mòn cao gấp 2 – 3 lần so với phương pháp oxy hóa kim loại Nếu sau khi phosphat hóa, thông thường mạ kim loại người ta thường tiến hành xử lý vật trong dung dịch K2Cr2O7, ngâm dầu hoặc phun sơn điều đó có thể nâng cao độ bền ăn mòn GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTT : Phan Thùy Linh Trang 12 Đồ án tốt nghiệp: Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học Cấu tạo của màng phosphat . tài Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học chỉ nghiên cứu xử lý nước thải xi mạ trong một nội dung hẹp đó là xử lý phospho có trong. là: phương pháp xử lý cơ học, phương pháp xử lý hóa học, phương pháp hóa lý. 2.5.1. Phương pháp cơ học Phương pháp cơ học gồm phương pháp lắng, lọc. Phương