Xử lý nước thải xi mạ

Xi mạ là một trong những ngành công nghiệp trọng điểm hiện nay và là công đoạn quan trọng trong nhiều ngành sản xuất. Được ứng dụng rất nhiều trong việc chế tạo máy móc, phụ tùng, cơ khí. Tuy nhiên đi đôi với sự phát triển của ngành công nghiệp này lại là nguy cơ về ô nhiễm nước thải. Vì thế cần có quy trình xử lý nước thải xi mạ hiệu quả, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn theo quy định.

Mỗi công đoạn của quá trình sản xuất đều thải ra một lượng nước thải nhất định. Tuy nước thải từ ngành xi mạ không quá nhiều, nhưng lại có chứa các kim loại nặng hàm lượng cao. Nếu thải ra môi trường mà chưa xử lý sẽ ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường thủy sinh, đời sống sinh vật.

Nguồn phát sinh nước thải xi mạ

Nước thải xi mạ bắt nguồn từ các nguồn xả thải chủ yếu sau đây :

• Nước thải từ quá trình tẩy rửa bề mặt vật liệu (chủ yếu là kim loại) cần xi mạ :

Trên bề mặt kim loại thường hay có dầu mỡ bám dính vào trong giai đoạn bảo dưỡng và đánh bóng về mặt cơ học. Để đảm bảo cho bề mặt lớp mạ đó được tốt nhất, trước tiên chúng cần phải làm sạch bề mặt kim loại bằng cách sử dụng các hóa chất tẩy dầu mỡ, các loại dung môi có tác dụng điện hóa. Vì thế trong quá trình này sẽ phát sinh lượng nước thải ô nhiễm có tính kiềm hoặc axit.

• Nước thải từ quá trình xi mạ :

 Bể mạ chứa dung dịch có thể bị rò rỉ hoặc vương vãi ra ngoài. Dung dịch này có thể bám vào các gá mạ, các chi tiết bên ngoài. Bể mạ sau một thời gian dài vận hành và sử dụng cần được vệ sinh nên việc phát sinh nước thải chứa nhiều chất cặn bẩn, cặn lơ lửng theo dòng nước ra ngoài rất nhiều. Từ quá trình mạ này sẽ tạo ra các chất gây ô nhiễm trong nước thải như: nồng độ các cation và anion cao (Cr6+, Ni2+ và CN-)

Đặc điểm của nước thải xi mạ

Đặc trưng nhất với nước thải được tạo ra từ quá trình sản xuất xi mạ chính là có chứa rất nhiều các kim loại nặng. Mà bản thân các kim loại nặng này lại gây ra những tác động mạnh mẽ tới môi trường. Tác động về lâu về dài, gây ra các hệ lụy về sau này. Nếu không xử lý đúng cách các ion kim loại thải ra không thể phân hủy sẽ tồn tại và tích tụ trong đất và nước ngoài thiên nhiên.

Hàm lượng các chất độc hại trong loại nước thải này có thể gây hại và tiêu diệt các loại sinh vật phù du trong môi trường thủy sinh. Gây bệnh cho sinh vật, đặc biệt là các loại động vật sống dưới nước. Là mối nguy hại cho con người. Đây gọi là quá trình tích tụ sinh học, hình thành các chuỗi chất độc hại bắt nguồn từ kim loại. Phát sinh trong môi trường và kéo theo nhiều hệ lụy về sau.

Quy trình công nghệ xử lý nước thải xi mạ

Thuyết minh quy trình xử lý nước thải xi mạ

Trong thuyết minh xử lý nước thải xi mạ dưới đây chúng tôi áp dụng công nghệ xử lý nước thải đối với nguồn phát sinh Cr⁶⁺ và CN^– theo như quy trình nêu trên.

– Quá trình xử lý nước thải chứa Chrome:

Đặc trưng nước thải xi mạ có chứa lượng Chrome tồn tại dưới dạng hóa trị VI (Cr⁶⁺) nên yêu cầu phải được xử lý riêng. Nguyên tắc xử lý nước thải chứa Cr⁶⁺ là sử dụng phương pháp hóa học với phản ứng khử Cr⁶⁺ thành Cr³⁺, sau đó tạo kết tủa Cr³⁺ ở dạng hydoxit để tách ra ngoài thông qua quá trình lắng.

Nước thải chứa Chrome được thu gom về bể đầu vào Crom. Trước khi vào bể, nước thải đi qua song chắn rác thô có kích thước khe lọc 20mm để tách sơ bộ các chất rắn có kích thước lớn hơn 20mm. Từ bể chứa, nước thải được bơm chìm bơm qua bể chỉnh pH và lần lượt chảy qua các bể khử Chrome, bể keo tụ, bể tạo bông, bể lắng hóa lý 1.

Quy trình xảy ra tại các bể phản ứng như sau:

Dung dịch H₂SO₄ được châm vào bể điều chỉnh pH với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng để điều chỉnh giá trị pH của nước thải đạt pH=2-3. Giá trị pH được xác định bằng đầu dò pH đặt trong bể. Tín hiệu pH từ đầu dò pH thông qua bộ chuyển đổi (transmitter) được đưa về PLC  để điều khiển bơm định lượng P-601A/B thông qua biến tần. Mục đích của việc điều chỉnh pH nhằm giảm pH trong nước thải xuống mức pH=2-3 tạo điều kiện cho quá trình khử Cr⁺⁶  thành Cr⁺³ phía sau;

Dung dịch NaHSO₃ được châm vào bể khử Chrome với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng. NaHSO₃ là chất khử được châm vào với mục đích tạo phản ứng khử Cr⁺⁶  thành Cr⁺³. Phản ứng khử như sau:

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

Dung dịch Ca(OH)₂ được châm vào bể keo tụ với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ T-603 thông qua bơm định lượng để điều chỉnh giá trị pH của nước thải đạt pH=8-9. Giá trị pH được xác định bằng đầu dò pH đặt trong bể. Tín hiệu pH từ đầu dò pH thông qua bộ chuyển đổi (transmitter) được đưa về PLC  để điều khiển bơm định lượng thông qua biến tần. Mục đích châm thêm Ca(OH)₂ là nâng pH lên pH=8-9 và cung cấp gốc OH^– cho quá trình tạo kết tủa Cr⁺³

Cr³⁺ + OH^–    =   Cr(OH)₃$

Dung dịch chất keo tụ là PAC được châm vào bể keo tụ với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng.

Dung dịch chất bông tụ là Anion polymer được châm vào bể tạo bông với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng.

Mục đích quá trình châm PAC và A.polymer nhằm tăng khả năng keo tụ và tạo bông của kết tủa Cr(OH)₃$ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trinh lắng phía sau

Sau khi keo tụ và tạo bông, nước thải tiếp tục chảy sang bể lắng hóa lý 1. Tại bể lắng, chất rắn đã được keo tụ sẽ trượt theo các tấm vách nghiêng lắp trong bể và lắng xuống đáy. Bùn lắng từ đáy của bể lắng được bơm chìm dưới đáy bể bơm sang bể chứa bùn.

Nước thải sau khi được loại bỏ Chrome sẽ tiếp tục đưa qua hệ thống xử lý chung với các nguồn nước thải khác.

– Quá trình xử lý nước thải chứa Xyanua:

Do trong nước thải xi mạ cũng tồn tại lượng lớn xyanua dưới dạng hợp chất với kim loại như natri xyanua (NaCN), đồng xyanua (Cu(CN)₂) nên yêu cầu phải được xử lý riêng. Quy trình xử lý Xyanua thường được thực hiện qua 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu oxi hóa các hợp chất Xyanua thành dạng hợp chất ít độc hơn là Cyanate. Giai đoạn này được thực hiện bằng cách sử dụng clo hay natri hydroclorit trong môi trường kiềm có nồng độ pH cao (pH=10-11.5). Giai đoạn thứ hai là oxy hóa hợp chất Cyanate dạng khí CO₂ và N₂. Giai đoạn này được thực hiện bằng cách sử dụng lượng clo hoặc natri hydrocloric nhiều trong môi trường kiềm với nồng độ pH thấp hơn (pH=8.5-9).

Nước thải chứa Xyanua được thu gom về bể chứa nước thải Xyanua. Tương tự nước thải chứa Chrome, trước khi vào bể chứa, nước thải đi qua song chắn rác thô có kích thước khe lọc 20mm để tách sơ bộ các chất rắn có kích thước lớn hơn 20mm. Từ bể chứa, nước thải được bơm chìm bơm qua bể oxy hóa Xyanua 1 và lần lượt chảy qua các bể: bể điều chỉnh chỉnh pH, bể oxy hóa Xyanua 2, bể khử gôc OCl dư. Quy trình xảy ra tại các bể phản ứng như sau:

Dung dịch Ca(OH)₂ được châm vào bể bể oxy hóa Xyanua 1 với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng để điều chỉnh giá trị pH của nước thải đạt pH=10-11,5 nhằm tạo điều kiện cho quá trình phản ứng oxy hóa các hợp chất Xyanua. Giá trị pH được xác định bằng đầu dò pH đặt trong bể. Tín hiệu pH từ đầu dò pH thông qua bộ chuyển đổi (transmitter) được đưa về PLC  để điều khiển bơm định lượng thông qua biến tần.

Dung dịch NaOCl được châm vào bể bể oxy hóa Xyanua 1 với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng nhằm tạo ra phản ứng oxy hóa hợp chất Xyanua. Phản ứng xảy ra như sau:

NaCN + NaOCl    →  NaCNO + NaCl

Dung dịch H₂SO₄ được châm vào bể điều chỉnh pH với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng để điều chỉnh giá trị pH của nước thải đạt pH=8,5-9 nhằm tạo điều kiện cho phản ứng oxy hóa hợp chất Cyanate. Giá trị pH được xác định bằng đầu dò pH đặt trong bể. Tín hiệu pH từ đầu dò pH thông qua bộ chuyển đổi (transmitter) được đưa về PLC  để điều khiển bơm định lượng thông qua biến tần;

Dung dịch NaOCl được châm vào bể bể oxy hóa 2 với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng nhằm tạo ra phản ứng oxy hóa hợp chất Cyanate. Phản ứng xảy ra như sau:

2NaOCN + 3NaOCl + H₂O    →     2NaHCO₃ + N₂ + 3NaCl

Dung dịch FeSO₄ tiếp tục được châm vào bể khử OCl dư với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng. Vì quá trình oxy hóa Xyanua cần sử dụng lượng dư NaOCL nên việc châm thêm FeSO₄ nhằm khử hoàn toàn gốc COl trước khi đưa qua công đoạn xử lý phía sau. Phản ứng xảy ra như sau:

FeSO₄ + 2NaOCl +2H₂O = Fe(OH)₃$ + Cl₂ + Na₂SO₄ + OH

Trong bể khử gốc OCl dư có lắp đặt đĩa thổi khí dưới đáy bể. Không khí được đưa vào thông qua máy thổi khí của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và được phân phối đều qua đĩa thổi khí nhằm loại bỏ khí Cl₂ ra khỏi nước thải.

Nước thải sau khi được loại bỏ Xyanua sẽ tiếp tục đưa qua bể cân bằng để tiếp tục xử lý.

–  Xử lý hóa lý bằng quá trình keo tụ/tạo bông và lắng:

Từ bể cân bằng, nước thải được bơm chìm bơm sang cụm bể xử lý hóa lý gồm bể trung hòa, bể keo tụ 2 và bể tạo bông 2. Đồng thời với quá trình này:

Dung dịch chất trung hòa H₂SO₄ (hoặc CaOH)₂ được châm vào bể trung hòa với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng để điều chỉnh giá trị pH của nước thải đạt giá trị phù hợp cho quá trình keo tụ/tạo bông xảy ra. Giá trị pH được xác định bằng đầu dò pH đặt trong bể trung hòa. Tín hiệu pH từ đầu dò pH thông qua bộ chuyển đổi (transmitter) được đưa về bộ điều khiển pH controller để điều khiển bơm định lượng tương ứng.

Dung dịch chất keo tụ là PAC được châm vào bể keo tụ với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng.

Dung dịch tạo bông là Anion polymer được châm vào bể tạo bông với liều lượng nhất định từ thiết bị pha chế và tiêu thụ thông qua bơm định lượng.

Sau khi trung hòa/keo tụ và tạo bông, nước thải tiếp tục chảy sang bể lắng hóa lý 2. Tại bể lắng 2, chất rắn lơ lửng đã được keo tụ sẽ lắng xuống đáy bể gọi là bùn hóa lý và được máy gạt bùn gom xuống hố thu. Bùn lắng từ đáy của bể lắng được bơm sang bể chứa bùn.

Nước trong sau khi lắng chảy qua bể chứa trung gian 2 trước khi đưa vào cụm lọc áp lực.

– Quá trình lọc áp lực:

Từ bể chứa trung gian 2, nước thải được bơm P-406A/B luân phiên bơm vào 2 bồn lọc áp lực. Ở đây phương pháp lọc được chọn là lọc áp lực với 01 bồn lọc sử dụng sỏi, cát thạch anh, than hoạt tính và 01 bồn lọc sử dụng hạt trao đổi ion. Áp lực của quá trình lọc là 3-4 bar. Nước từ bể trung gian được đưa vào các bồn lọc theo chiều từ trên xuống. Nước trong sau khi tách cặn theo ống dẫn chảy ra khỏi các bồn lọc và được chứa vào bể chứa cuối sau xử lý.

Để kiểm soát lưu lượng nước vào các bể lọc, nhà thầu lắp đặt thiết bị đo lưu lượng dạng điện từ trên đường ống nước từ bể chứa trung gian sang bồn lọc. Giá trị lưu lượng có thể quan sát trực tiếp tại chỗ thông qua màn hình hiển thị của thiết bị đo (lưu lượng tức thời và tổng lưu lượng) và tại phòng điều khiển nhờ tín hiệu được truyền về. Tín hiệu lưu lượng còn được sử dụng để điều khiển các bơm lọc thông qua bộ biến tần thay đổi tần số dòng điện vào dẫn đến thay thổi tốc độ vòng quay của động cơ bơm.

Sau một thời gian, do lượng cặn trên bề mặt lớp cát lọc nhiều làm cản trở quá trình lọc (làm tăng áp lực lọc dẫn đến giảm lưu lượng nước xử lý) nên phải tiến hành quá trình rửa lọc. Quá trình rửa lọc được vận hành theo 2 chế độ: rửa ngược và rửa xuôi. Nước rửa lọc được lấy từ bể chứa nước sau xử lý và cũng được bơm bơm vào bể lọc theo chiều từ dưới lên. Trong quá trình rửa ngược, cặn bẩn trên bề mặt lớp cát lọc được cuốn theo dòng nước ra khỏi vật liệu lọc theo đường ống chảy vào bể cân bằng 2. Sau khi rửa ngược tiến hành rửa xuôi. Quá trình rửa xuôi được tiến hành giống như quy trình lọc thông thường và được kết thúc khi thấy dòng nước rửa ra trong, không còn cặn bẩn lẫn trong nước.

Nước sau xử lý đạt QCVN 40:2021/BTNMT, cột B trước khi đấu nối vào hệ thống thoát nước thải của khu công nghiệp.