i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - NGUYỄN THANH TUÂN ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÈN SUNPHAT SẮT DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY ỐNG THÉP HÒA PHÁT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Thái Nguyên – 2014 ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - NGUYỄN THANH TUÂN ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÈN SUNPHAT SẮT DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY ỐNG THÉP HÒA PHÁT Chuyên ngành : Khoa học môi trường Mã số ngành : 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRỊNH LÊ HÙNG Thái Nguyên – 2014 iii LờI CAM ĐOAN Sau thời gian nghiên cứu thực tập phòng thí nghiệm Trung tâm Công nghệ Môi trường Việt Nhật, với giúp đỡ giáo viên hướng dẫn PGS TS Trịnh Lê Hùng, em chọn đề tài: “Đánh giá ô nhiễm nước thải mạ nghiên cứu chế tạo vật liệu phèn sun phát sắt dùng cho xử lý nước thải Công ty ống thép Hòa Phát” làm Luận văn tốt nghiệp Em xin cam đoan công trình nghiên cứu độc lập thân em với giúp đỡ tận tình thầy cô hướng dẫn bạn cán phòng thí nghiệm trung tâm Nếu có chép nào, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Học viên Nguyễn Thanh Tuân iv LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS TS Trịnh Lê Hùng thầy cô hướng dẫn em suốt trình học tập, nghiên cứu, thực tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Đánh giá ô nhiễm nước thải mạ nghiên cứu chế tạo vật liệu phèn sun phát sắt dùng cho xử lý nước thải Công ty ống thép Hòa Phát” Sự giúp đỡ Thầy, Cô giúp em vượt qua khó khăn để hoàn thành tốt luận văn Em xin cám ơn thầy cô giáo Khoa Môi Trường – Trường Đại Học Nông lâm Thái Nguyên tân tình dạy dỗ truyền đạt kiến thức cho em năm học trường Em xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm Công nghệ Môi trường tạo điều kiện giúp đỡ tận tình em suốt thời gian thực tập viết luận văn trung tâm Những kiến thức thực tiễn có ý nghĩa to lớn giúp em nâng cao trình độ chuyên môn cho phép em hoàn thành luận văn Học viên Nguyễn Thanh Tuân v MụC LụC Nội dung Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH .x MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát: 2.2 Mục tiêu cụ thể: Yêu cầu đề tài .3 Ý nghĩa đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cơ sở pháp lý, lý luận 1.1.1 Cơ sở pháp lý 1.1.2 Cơ sở lý luận 1.2 Đặc điểm ngành mạ nhúng nóng giới Việt Nam 1.2.1 Lịch sử hình thành công nghệ mạ nhúng nóng 1.2.2 Giá trị mạ nhúng nóng .8 1.2.3 Ứng dụng công nghệ mạ nhúng nóng .9 1.2.4 Quy trình công nghệ mạ nhúng nóng .11 1.2.5 Hiện trạng ô nhiễm môi trường: 13 1.2.6 Tác hại khả ô nhiễm bùn thải gây môi trường [5] .16 1.3 Các chất keo tụ, trợ keo tụ hấp phụ 17 vi 1.4 Các loại phèn dùng xử lý sơ nước thải giới Việt nam [4] 20 1.5 Giới thiệu sắt (III) hydroxyt 24 1.5.1 Đặc tính sắt (III) hydroxyt (Fe(OH)3) [6] 24 1.5.2 Giới thiệu phèn sắt Polytetsu 25 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Đối tượng nghiên cứu 26 2.2 Phạm vi thời gian nghiên cứu 26 2.3 Nội dung nghiên cứu 27 2.3.1 Đánh giá trạng ô nhiễm môi trường 27 2.3.2 Nghiên cứu khả kết tủa thực phản ứng sắt (III) hydroxyt với Axít sunfuric 27 2.3.3 Đánh giá hiệu phèn sắt sunphat 27 2.4 Phương pháp nghiên cứu 27 2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp .27 2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp .28 2.4.3 Phương pháp lấy mẫu .28 2.4.4 Một số tiêu phân tích chất lượng nước 29 2.4.5 Phương pháp lấy mẫu nước 30 2.4.6 Bố trí thí nghiệm nước thải nhà máy giấy .30 2.4.7 Phương pháp thực nghiệm .31 2.5 Ứng dụng sản phẩm .34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Đánh giá ô nhiễm nước thải mạ công ty Ống thép Hòa Phát 35 3.1.1 Giới thiệu công ty ống thép Hòa Phát 35 3.1.2 Công nghệ sản xuất Nhà máy 36 3.1.3 Nguồn phát sinh ô nhiễm 38 vii 3.2 Đánh giá khả kết tủa thực phản ứng sắt (III) hydroxyt với Axít sunfuric 51 3.2.1 Xác định thành phần hóa học kim loại bột hydroxyt thu hồi từ bột sắt nhà máy ống thép Hòa Phát .51 3.2.2 Chế tạo phèn Polytetsu [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m 53 3.2.3 Phân tích xác định thành phần sản phẩm .54 3.2.4 Đánh giá khả thủy phân tạo polytetsu tự chế tạo 56 3.3 Đánh giá hiệu phèn sắt(III) sunphat 57 3.3.1 So sánh với số vật liệu phèn nhôm PAC thị trường có Phèn sắt (III)sunphat 57 3.3.2 Đánh giá khả sản xuất bảo quản 62 3.3.3 Đánh giá khả ứng dụng thực tế 63 3.3.4 Đánh giá triển vọng 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 Kết luận .65 Kiến nghị 66 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chú thích BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường BOD Nhu cầu oxi sinh hóa BQL Ban quản lý COD Nhu cầu oxi sinh học CHXHCN Cộng hòa xã hội chủ nghĩa CP Chính phủ DO Hàm lượng oxi hòa tan ĐTM Đánh giá tác động môi trường HĐKT Hợp đồng kinh tế KCN Khu công nghiệp NQ Nghị NĐ Nghị Định PAV Poly Alumin Clorua QCVN Quy chuẩn Việt Nam QH Quốc hội TCCP Tiêu chuẩn cho phép TNHH Trách nhiệm hữu hạn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSS Tổng chất rắn lơ lửng VIFOTEC Vietnam fund for supporting technological creations (Quỹ hỗ trợ sáng tạo Kỹ thuật Việt Nam) ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Một số tiêu phân tích nước mặt 29 Bảng 3.1 Kết phân tích mẫu nước thải sinh hoạt 42 Bảng 3.2 Thành phần nước thải sản xuất trước xử lý 45 Bảng 3.3 kết phân tích nước thải mạ 47 Bảng 3.4 Kết phân tích nước thải sau xử lý 50 Bảng 3.5 Kết kiểm tra sắt bột sắt thải 52 Bảng 3.6 Các tỉ lệ hóa chất dùng điều chế phèn sắt polytetsu 53 Bảng 3.7 Kết chế tạo phèn sắt polytetsu phối trộn H2O: H2SO4 .54 Bảng 3.8 Kết phân tích thành phần hóa học polytetsu thị trường sản phẩm điều chế 55 Bảng 3.9 Khảo sát trình đông keo tụ sử dụng chất keo tụ nồng độ phèn sắt (III) sunphat với hàm lượng thay đổi để xác định tốc độ lắng (trong 100ml mẫu nước thải giấy) 56 Bảng 3.10 Độ đục (NTU) tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ phèn nhôm PAC 57 Bảng 3.11 Biến động pH hàm lượng AL (mg/l) theo thời gian sau xử lý hóa chất58 Bảng 3.12 Độ đục (NTU) tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ sản phẩm phèn Sắt chế tạo 59 Bảng 3.13 Biến động pH hàm lượng Fe tổng (mg/l) theo thời gian sau xử lý hóa chất 60 Bảng 3.14 Tính chi phí sản xuất 1kg phèn 62 x DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ mạ ống kẽm nhúng nóng 11 Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ[1] 12 Hình 2.1 Đường chuẩn Fe 31 Hình 2.2 Đường chuẩn Mn 32 Hình 2.3 Đường chuẩn NH4+ .33 Hình 2.4 Đường chuẩn COD 33 Hình 3.1 Vị trí giới hạn tọa độ tiếp giáp Công ty thể hình sau .35 Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy ống Thép Hòa Phát 37 Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải Công ty ống thép Hòa Phát 43 Hình 3.4 Biểu đồ COD nước thải công Mạ .48 Hình 3.5 Biểu đồ BOD nước thải công Mạ .49 Hình 3.6 Biểu đồ Fe nước thải công Mạ 49 Hình 3.7 Thành phần bùn thải 52 54 Bảng 3.7 Kết chế tạo phèn sắt polytetsu phối trộn H2O: H2SO4 Mẫu Tỉ lệ pH Nhận xét (ml:ml) Mẫu I 15: 15 Bột sắt chưa tan hết Mẫu II 15: 20 3,4 Bột sắt bị kết lại với nhâu không tan Mẫu III 20 : 20 3,7 Bột sắt bị kết lại với nhâu không tan Mẫu IV 25 : 23 3,5 Bột sắt keo lại màu đỏ nâu Mẫu V 25 : 25 3,2 Bột sắt keo lại màu đỏ nâu Mẫu VI 25 : 26 Bột sắt keo lại, màu vàng (sau 24h) Mẫu VII 30 : 26 2,8 Bột sắt keo lại, màu vàng (sau 48h) Mẫu VIII 30 : 30 Bột sắt đóng bánh, có màu trắng vàng (10 phút) (Nguồn: Kết nghiên cứu) Dựa vào biểu đồ cho thấy Mẫu số VII đạt giá trị thích hợp nhất: tỉ lệ bột sắt 50g: nước 30ml: H2SO4 đặc 26ml So sánh với phèn Polytetsu Nhật có mặt thị trường 3.2.3 Phân tích xác định thành phần sản phẩm Cũng giống chất keo tụ nhôm phát triển năm gần có tên Poly Alumin Clorua (nhôm PAC), có công thức tổng quát [AlClX(OH)3-x]n, loại hợp chất keo tụ sắt có tên gọi thị trường Polytetsu, tương tự phèn sắt trước đơn muối kép Fe2(SO4)3 mà polyme có công thức tổng quát [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m Căn vào công thức thấy x = momome Fe2 (SO4)3 x = momome Fe2(OH)2 (SO4)2 55 x = momome Fe2(OH)4SO4 Hòa tan 1g sản phẩm điều chế lít nước 1g sản phẩm polytetsu thị trường lít nước, tiến hành phân tích so sánh loại sản phẩm + Nếu trừ số mol SO42+ cho số mol Ca2+ Fe3+ số mol SO42Polytetsu thị trường : 7,5 – ( 0,5 + (2,8*3/2) = 2,8 mM H2SO4 pH   lg[H  ]   lg( 2,8* )  2, 25 1000 Vậy polytetsu thị trường có pH = 2,25 Bảng 3.8 Kết phân tích thành phần hóa học polytetsu thị trường sản phẩm điều chế Tên mẫu Ca2+ Màu sắc Fe3+ Trên thị trường Vàng tươi nhạt 20 Số mM 0,5 Sản phẩm điều chế Vàng tươi nhạt 40 (Polytetsu) mg/l SO42- 157,1 Số mM 2,8 115,8 2,1 mg/l pH 720 Số mM 7,5 3 mg/l (Nguồn: Kết nghiên cứu) + Polytetsu điều chế : 7,3 – ( + 2,1*3/2) = 3,15 mM H2SO4 pH   lg[H  ]   lg( 3,15* )  2, 1000 Với số mol pH = 2,2 gần polytetsu thị trường pH= 2,25 Như vây thấy sản phẩm gần tương đương, khác nồng độ Ca2+ dung dịch pha 1g sản phẩm 1lit nước Đó xử lý nước thải trước mạ chứa Fe2+ Fe3+ nhà máy dùng nhiêu vôi nên lượng Ca2+ cộng kết với kết tủa sắt (III) hydroxyt 56 nhiều Còn sản phẩm thị trường người ta loại Ca2+ nên lại ít, chất lượng cao 3.2.4 Đánh giá khả thủy phân tạo polytetsu tự chế tạo - Sự keo tụ phèn sắt (III) ảnh hưởng đến pH nước thải xử lý Bảng 3.9 Khảo sát trình đông keo tụ sử dụng chất keo tụ nồng độ phèn sắt (III) sunphat với hàm lượng thay đổi để xác định tốc độ lắng (trong 100ml mẫu nước thải giấy) STT Hàm lượng phèn sắt (III) sunfat (mg) pH 10 2,5 9,2 Xuất kết tủa 5,0 8,5 10 Kết tủa lớn 7,5 7,4 14 Tạo rõ rệt, bắt đầu lắng nhanh, nước 10,0 6,8 19 Tạo lớn 12,5 6,2 22 Tạo lớn 15,0 5,5 40 Tạo lớn 20,0 4,3 55 Tạo lớn Thời gian lắng Kết Không lắng, có màu đen (Nguồn: Kết nghiên cứu) Nhận xét: - Ta nhận thấy khả keo tụ phèn sắt nước thải giấy tối ưu 75mg phèn cho lít nước thải phèn sắt ( [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2] m) - Khả keo tụ phèn sắt bền vững nhiều so với chất keo tụ gốc nhôm - Giảm mùi theo chế: H2S + 2Fe3+ = S + 2Fe2+ + 2H+ H2S + Fe2+ = FeS + 2H+ - Giảm nồng độ Phosphat nước: 57 FePO4  Fe3+ + PO43- = - Tốc độ keo tụ nhanh, áp dụng cho dải pH rộng - Có khả làm giảm BOD, COD nước thải, có khả loải bỏ kim loại nặng phốt 3.3 Đánh giá hiệu phèn sắt(III) sunphat 3.3.1 So sánh với số vật liệu phèn nhôm PAC thị trường có Phèn sắt (III)sunphat * Phèn nhôm PAC: Phèn nhôm PAC: cho vào nước chúng phân ly thành Al3+ -> Al(OH)3 Al3+ + 3H2O -> Al(OH)3 + 3H+ Độ pH nước ảnh hưởng trực tiếp đến trình thuỷ phân: - pH < 4.5: không xảy trình thuỷ phân - pH = – 8.5: đạt tốt - pH > 8.5: hiệu keo tụ không tốt – Nhiệt độ nước thích hợp vào khoảng 20 - 40oC, tốt 35 - 40oC * So sánh phèn sắt (III) sunphat phèn nhôm PAC - Phèn nhôm PAC: Bảng 3.10 Độ đục (NTU) tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ phèn nhôm PAC Thực Độ đục nghiệm bắt Sau Sau 12 Sau 24 Độ đục Tỉ lệ % Độ đục Tỉ lệ % Độ đục Tỉ lệ % đầu 259 257 -0,07 254 -1,93 250 -3,47 259 231 -10,08 202,2 -21,9 166,3 -35,8 10 259 209,5 -19,1 178,1 -31,2 151,2 -41,6 15 259 172,4 -33,4 160,3 -38,1 140,6 -45,7 20 259 144 -44,4 112,6 -56,5 137 -47,1 (Nguồn: Kết nghiên cứu) 58 Độ đục: Nguồn nước thí nghiệm lấy từ nước thải giấy có độ đục cao, bắt đầu thí nghiệm độ đục trung bình nước tất lô thí nghiệm khoảng 259NTU Sau xử lý hóa chất độ đục giảm nhanh mẫu có xử lý hóa chất, vào thời điểm sau xử lý, độ đục mẫu có xử lý hóa chất thấp khác biệt có ý nghĩa (P [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m Theo thực nghiệm thực tế để sản xuất 1kg phèn cần phối liệu: + Bột sắt thải: 500g + Axit sunfuric: 260ml + Nước bổ xung: 300 ml - Chỉ tiêu nguyên liệu Bột sắt thải dạng bột mịn không vón cục, không lẫn rác Hàm lượng Fe tổng  90% khối lượng hàm lượng Fe(II) < 5%, hàm lượng ẩm [...]... cán thép thuộc công ty TNHH ống thép Hòa Phát Tại nhà máy người ta không chỉ mạ ống kẽm mà còn mạ một số chi tiết kết cấu thép dùng phương pháp mạ kẽm nhúng nóng + Chế tạo phèn sắt (III) sunphát từ bùn thải của nhà máy cán thép thuộc công ty TNHH ống thép Hòa phát - Thời gian nghiên cứu: + Thu thập một số mẫu nước thải, bùn thải từ năm 2013 đến năm 2014 + Phân tích mẫu nước thải và tiến hành chế tạo phèn. .. độ ô nhiễm do hoạt động sản xuất ngành mạ ra môi trường 2.2 Mục tiêu cụ thể: - Đánh giá tính ưu việt khi sử dụng phèn sắt so với phèn nhôm PAC trong xử lý nước nói chung và xử lý nước thải nói riêng 3 - Đánh giá khả năng ứng dụng phèn sắt trong các công đoạn xử lý nước thải - Đánh giá tính hiệu quả sản xuất phèn sắt từ bùn thải thành hàng hóa 3 Yêu cầu của đề tài - Nghiên cứu ảnh hưởng của phèn sắt. .. phèn sắt (III) sunphát từ mẫu bùn thải lấy về từ nhà máy cán thép thuộc công ty TNHH ống thép Hòa Phát Các mẫu nước thải và bùn thải được đưa về phòng thí nghiệm của trung tâm Công nghệ Môi trường Việt Nhật – tại Định Công, Quận Hoàng Mai, TP Hà Nội phân tích - Địa điểm nghiên cứu: Tại công ty TNHH ống thép Hòa phát: + Lấy mẫu nước thải tại bể Thu gom nước thải sản xuất và bể khử trùng trước khi thải. .. NộI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU 2.1 Đối tượng nghiên cứu - Nước thải và sản phẩm sắt trong bùn thải sau xử lý nước thải của nhà máy mạ Bởi bùn thải sắt là hợp chất tuy không trực tiếp gây độc với môi trường nhưng với số lượng lớn thoát ra ngoài môi trường sẽ gây nguy hiểm cho động thực vật và con người 2.2 Phạm vi và thời gian nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu nước thải, bùn thải nhà... thế lớp kẽm mạ sẽ không bị tróc ra như khi dùng sơn tạo ra lớp bảo vệ vĩnh cửu cho chất nền b Khái niệm nước thải công nghiệp và nguồn tiếp nhận - Theo QC40: 2011/BTNMT Nước thải công nghiệp là nước thải phát sinh từ quá trình công nghệ của cơ sở sản xuất, dịch vụ công nghiệp (sau đây gọi chung là cơ sở công nghiệp), từ nhà máy xử lý nước thải tập trung có đấu nối nước thải của cơ sở công nghiệp[13]... Việc đẩy mạnh và phát triển của ngành công nghiệp trong nước kéo theo lượng chất thải công nghiệp ngày một gia tăng nhiều hơn cả về số lượng lẫn chủng loại Ở nước ta vài năm trở lại đây 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 ngày càng lớn và cũng từ đó việc xử lý chất thải trong gia công mạ - một... các ngành gia công chế tạo kết cấu đang phát triển nói riêng thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại 11 hình công nghệ chính là mạ điện và mạ nhúng nóng Hai hình thức này tồn tại song song cùng với nhau, nhưng khác nhau về mức độ 1.2.4 Quy trình công nghệ mạ nhúng nóng + Quy trình công nghệ mạ: Cũng vì vậy nước thải chủ yếu được xử lý bằng cách dùng vôi hoặc dùng xút để tạo kết tủa hydroxyt sắt và các kim loại... 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 các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ở nước ta cho thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ kim loại có quy mô vừa và nhỏ, áp dụng công nghệ cũ và lạc hậu Trong quá trình sản xuất, tại các cơ sở này, vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường còn chưa được xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn... nhanh(tôi thép) , trở nên rất cứng và khi được làm nguội chậm thép trở nên mềm hơn Có hai loại thép chính là thép Các bon và thép hợp kim - Thép Cácbon được chia thành thép mềm, thép trung và thép cao Thép mềm chứa 0,2% C, dùng để làm vỏ xe ô tô, thép sợi, ống, đinh bulông Thép trung chứa 0,3 đến 0,6% C dùng làm dầm và sàn nhà, lò xo Thép C cao chứa 0,6 đến 1,7% C dùng làm dao, kéo, búa, đục, khoan - Thép. .. Đặt vấn đề Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, thực trạng môi trường hiện nay tại các ô thị lớn và các khu công nghiệp đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng và là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng môi trường do nước thải công nghiệp nói riêng là một trong những vấn đề