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 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
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 11

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.
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 12
 Đối với các cơ sở lớn: 12 – 50 m
3
/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 cơ và kim loại nặng.
Tùy theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni, … và
cũng tùy thuộc vào các loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải có thể
chứa các độc tố như xyanua, sunfat, amoni, …. Các chất hữu cơ ít có trong
nước thải xi mạ, phần chủ yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bề mặt … nên
BOD, COD của nước thải xi mạ thường thấp và không thuộc đối tượng xử lý.
Thành phần nước thải xi mạ được chia thành từng nhóm như sau:
 Chất ô nhiễm độc như: Cyanua, crom, kẽm….
 Chất ô nhiễm làm thay đổi pH: Các chất thuộc dòng acid và kiềm.
 Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như: Hydroxit, cacbonat,

phosphat.
 Chất ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, EDTA ….
2.3. QUÁ TRÌNH PHOSPHAT HÓA
Phương pháp tạo nên lớp màng bảo vệ muối phosphat không hòa tan
trong nước, tiến hành trong dung dịch muối phosphat có mangan, sắt, kẽm gọi
là phosphat hóa.
Màng phoshat hóa do nguyên liệu khác nhau và công nghệ khác nhau có
màu tối hoặc màu tro đen.
Màng phosphat ổn định trong không khí, đôï bền chống 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
K
2
Cr
2
O
7
, ngâm dầu hoặc phun sơn điều đó có thể nâng cao độ bền ăn mòn.
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 13
Cấu tạo của màng phosphat có nhiều lỗ nhỏ, vì thế nó có tác dụng làm
cho bám dính dầu và sơn tốt. Chính vì vậy phosphat hóa được dùng rộng rãi là
lớp nền trong công nghệ gia công thay đổi hình dáng kim loại, có thể làm giảm
ma sát, giảm vết nứt gia công hoặc một số hiện tượng khác v.v….
Màng phosphat có tính cách điện cao do đó các máy biến thế, Roto,
Stato, các lá thép silic thường được phosphat hóa, nhưng tính năng cơ khí, từ
tính của kim loại không đổi.
 Ưu điểm của phosphat hóa:

 Dùng thiết bị đơn giản.
 Thao tác đơn giản.
 Giá thành thấp.
 Hiệu suất cao.
 Được ứng dụng rộng rãi: trong công nghệp chế tạo ô tô, tàu, hàng
không v.v…
 Nhược điểm: Thải ra ngoài môi trường một lượng lớn phospho.
Các loại phosphat hóa
 Làm nền cho lớp sơn: Với vật liệu nhôm và Altimon; với vật
liệu sắt.
 Gia công biến hình (kéo dây sắt, ép khuôn, …)

2.4. ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH XI MẠ TỚI MÔI
TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI
2.4.1. Ảnh hưởng đến môi trường
 Là độc chất đối với cá và thực vật nước: Do phát sinh ra một lượng
lớn kim loại nặng.
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 14
 Tiêu diệt các sinh vật phù du, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính
chất lí hóa của nước, tạo ra sự tích tụ sinh học đáng lo ngại theo chiều dài chuỗi
thức ăn. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy: Với nồng độ đủ lớn, sinh vật có
thể bị chết hoặc thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc
tích tụ sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu dài.
 Ảnh hưởng đến chất lượng cây trồng, vật nuôi canh tác nông nghiệp,
làm thoái hóa đất do sự chảy tràn và thấm của nước thải vào môi trường đất.
 Ảnh hưởng đến hệ thống xử lý nước thải do ảnh hưởng đến hoạt
động của vi sinh vật trong quá trình xử lý sinh học.

2.4.2. Ảnh hưởng đến con người
Xi mạ là một ngành gây ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người cao
mặc dù lượng nước thải ra môi trường của ngành này không nhiều. Nhưng do
trong nước thải xi mạ có chứa hàm lượng các kim loại nặng rất cao và độc chất
đối với các sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con người gây nên các bệnh
nghiêm trọng có thể gây nguy hiểm tới tính mạng con người. Nước thải xi mạ
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 gây nên các bệnh như viêm
loét da, ung thư, viêm đường hô hấp….
Một số kim loại nặng tồn tại trong nước thải xi mạ và các tác hại của nó:
 Độc tính của Crom ( Cr )
Mặc dù Crom tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau, chỉ có Cr(III) và
Cr(VI) gây ảnh hưởng lớn đến sinh vật và con người.
Crom xâm nhập vào cơ thể theo 3 đường: Hô hấp, tiêu hóa và qua da.
Cr(VI) được cơ thể hấp thu dễ dàng hơn Cr(III) nhưng khi vào cơ thể Cr(VI) sẽ
chuyển thành dạng Cr(III). Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất cứ đường nào,
Crom cũng được hòa tan trong máu ở nồng độ 0.001mg/ml, sau đó được
chuyển vào hồng cầu và sự hòa tan ở hồng cầu nhanh hơn 10-20 lần. Từ hồng
cầu, Crom được chuyển vào các tổ chức và phủ tạng. Crom gắn với Sidero
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 15
filing albumin và được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại thì qua
phân và nước tiểu. Từ các cơ quan phủ tạng, Crom lại được hòa tan dần vào
máu, rồi được đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm. Do đó nồng độ
Crom trong máu và nước tiểu biến đổi nhiều và kéo dài.
Qua nghiên cứu người ta thấy Crom có vai trò sinh học như chuyển hóa
glucose, protein, chất béo ở động vật hữu nhũ. Dấu hiệu của thiếu hụt Crom ở
người gồm có giảm cân, cơ thể không thể loại đường ra khỏi máu, thần kinh

không ổn định.
Tuy nhiên với hàm lượng cao Crom làm giảm protein, axit nucleic và ức
chế hệ thống men cơ bản, Cr(VI) độc hơn Cr(III). Hít thở không khí có nồng độ
Crom (ví dụ axit crômic hay Cr(III) trioxit) cao (>2g/m
3
) gây kích thích mũi
làm chảy nước mũi, hen suyễn dị ứng, ung thư (khi tiếp xúc với Crom có nồng
độ cao hơn 100-1000 lần nồng độ trong môi trường tự nhiên). Ngoài ra Cr(VI)
còn có tính ăn mòn, gây dị ứng, lở loét khi tiếp xúc với da.
 Độc tính của Nikel ( Ni )
Trong môi trường nước Nikel có độc tính cao đối với cá, phụ thuộc vào
chất lượng nước ở đó. Nồng độ Nikel > 30

g/l sẽ gây tác hại cho cơ thể sống
bậc thấp trong nước.
Đối với một số gia súc, thực vật, vi sinh vật Nikel được xem là nguyên
tố vi lượng còn đối với cơ thể người thì điều đó chưa rõ ràng. Tiếp xúc lâu dài
với Nikel gây hiện tượng viêm da và có thể xuất hiện dị ứng ở một số người.
Ngộ độc Nikel qua đường hô hấp gây khó chịu, buồn nôn, đau đầu và lâu dài
ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan và thận. Kim loại và dạng vô
cơ của nikel xâm nhập qua đường hô hấp có thể gây bệnh kinh niên.
 Độc tính của Đồng ( Cu )
Trong nước đồng rất độc đối với cá, đặc biệt độ độc được tăng cường
khi có mặt thêm các kim loại khác như kẽm, cadmi và thủy ngân.
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 16
Đối với cơ thể người, đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết tham gia vào
quá trình tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của nhiều 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 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 – khử.
Phương pháp trung hòa: Sử dụng các chất có tính acid (H
2
SO
4
, HCl, …)
hoặc có tính kiềm (NaOH, KOH,…) để trung hòa nước thải có tính kiềm hoặc
acid. Ngoài ra có thể tận dụng nước thải có tính acid để trung hòa nước thải có
tính kiềm.
Phương pháp oxy hóa – khử: Phương pháp này nhằm làm biến đổi mức
oxy hóa của các nguyên tố.
Ví dụ : Trong nước thải xi mạ Crom thì Crom tồn tại ở dạng Cr
6+
, để kết
tủa và loại bỏ Cr ra khỏi nước thải trước tiên phải qua giai đoạn khử Cr

6+
thành
Cr
3+
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.
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 17
2.5.3. Phương pháp hóa lý
Đây là một phương pháp xử lý hiệu quả, dễ áp dụng thực tế và phù hợp
với nước thải xi mạ.
Phương pháp keo tụ – kết tủa: Quá trình kết tủa thường được ứng dụng
cho xử lý nước thải chứa kim loại nặng. Kim loại nặng thường kết tủa ở dạng
hydroxit khi cho chất kiềm hóa (vôi, NaOH, Na
2
CO
3
,…) vào để đạt đến giá trị
pH tương ứng với độ hòa tan nhỏ nhất. Giá trị pH này thay đổi tuỳ theo kim
loại, độ hoà tan nhỏ nhất của Crôm ở pH 7,5 và kẽm là 10,2. Ở ngoài giá trị đó,
hàm lượng hoà tan tăng lên.
Khi xử lý kim loại, cần thiết xử lý sơ bộ để khử đi các chất cản trở quá
trình kết tủa. Thí dụ như cyanide và ammonia hình thành các phức với nhiều
kim loại làm giảm hiệu quả quá trình kết tủa. Cyanide có thể xử lý bằng
chlorine hoá hoặc các phương pháp khác trước giai đoạn khử kim loại.
Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại nặng có thể loại bỏ bằng
quá trình kết tủa hydroxit với chất kiềm hóa, hoặc dạng sulfide hay carbonat.
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.







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 18


CHƯƠNG 3


TỔNG QUAN VỀ PHOSPHO

3.1. TỔNG QUAN
Phospho (từ tiếng Hy Lạp: phôs có nghĩa là “ánh sáng” và phoros có
nghĩa là “người/vật mang”), là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có
ký hiệu là P và số nguyên tử là 15. Là một phi kim đa hóa trị trong nhóm Nitơ,
Phospho chủ yếu được tìm thấy trong các loại đá phosphat vô cơ và trong các
cơ thể sống. Do độ hoạt động hóa học cao, không bao giờ người ta tìm thấy nó
ở dạng đơn chất trong tự nhiên. Nó cũng là một nguyên tố thiết yếu cho các cơ
thể sống. Sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: dùng để sản
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 19
xuất phân bón, sản xuất diêm, pháo hoa, thuốc trừ sâu, thuốc đánh răng, chất
tẩy rửa.
Hình 1. Cấu tạo phospho



3.1.1. Cấu tạo và phân loại
3.1.1.1. Cấu tạo
Thông thường phospho là chất rắn dạng sáp, có màu trắng, mùi khó ngửi
như mùi tỏi. Dạng tinh khiết của nó không màu trong suốt, có cấu trúc tinh thể
là lục giác.
3.1.1.2. Phân loại
Phospho tồn tại dưới ba dạng cơ bản có: màu trắng, đỏ và đen. Các loại
khác cũng có thể tồn tại. Phổ biến nhất là phospho trắng và phospho đỏ, cả hai
đều chứa các mạng gồm các nhóm phân bố kiểu tứ diện gồm bốn nguyên tử
phospho. Các tứ diện của phospho trắng tạo thành các nhóm riêng, các tứ diện
của phospho đỏ liên kết với nhau thành chuỗi. Phospho trắng cháy khi tiếp xúc

với không khí hay khi bị tiếp xúc với nguồn nhiệt và ánh sáng.
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 20
Phospho cũng tồn tại trong các dạng ưa thích về mặt động học và nhiệt
động lực học. Chúng đượch tách ra ở nhiệt độ chuyển tiếp -3,8
o
C. Một dạng
được gọi là dạng “alpha”, dạng kia gọi là “beta”. Phospho đỏ là tương đối ổn
định và thăng hoa ở áp suất 1atm và 170
o
C nhưng cháy do va chạm hay nhiệt
độ ma sát. Thù hình phospho đen tồn tại và có cấu trúc tương tự như graphit –
các nguyên tử được sắp xếp trong các lớp theo tấm lục giác và có tính dẫn điện.
3.1.2. Ứng dụng
Phospho là nguyên tố quan trọng trong mọi dạng hình sự sống.
 Phospho vô cơ trong dạng phosphat (PO
4
3-
) đóng một vai trò quan trọng
tạo thành một phần của phần cấu trúc của các phân tử sinh học như
ADN và ARN.
 Các tế bào sống cũng sử dụng photphat để vận chuyển năng lượng tế
bào thông qua ađenoin triphosphat (ATP).
 Các muối photphat canxi đựơc các động vật dùng để làm cứng xương
của chúng.
 Trong cơ thể người chứa khoảng phospho có vai trò cấu tạo chính trong
xương và răng dưới dạng apatit.
 Phospho thường được coi là chất dinh dưỡng giới hạn trong nhiều môi

trường, do khả năng có sẵn của phospho điều chỉnh tốc độ tăng trưởng
của nhiều sinh vật. Trong các hệ sinh thái sư dư thừa phospho có thể là
một vấn đề đằc biệt là trong các hệ thủy sinh thái (sự dinh dưỡng tốt và
bùng nổ tảo).
 Axit phosphoric đậm đặc, có thể chứa tới 70% - 75% P
2
O
5
là rất quan
trọng đối với ngành nông nghiệp do nó được dùng để sản xuất phân
bón. Nhu cầu về phân bón đã dẫn tới sự tăng trưởng đáng kể trong sản
xuất phosphat (PO
4
3-
) trong nửa sau của thế kỷ 20.
Các sử dụng khác còn có:
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 21
 Các phosphat được dùng trong sản xuất các loại thủy tinh.
 Phosphat canxi được sử dụng trong sản xuất đồ sứ.
 Tripolyphosphat natri được sản xuất từ axit phosphoric được sử dụng
trong bột giặt.
Axit phosphoric được sản xuất từ phospho nguyên tố được ứng dụng
trong các ứng dụng như:
 Chế tạo các phosphat cấp thực phẩm, các hóa chất này bao gồm
phosphat monocanci được dùng trong bột nở và tripolyphosphat natri và
các phosphat của natri.
 Trong số các ứng dụng khác, người ta thường dùng nó trong thuốc đánh

răng.
 Phosphat trinatri đươc dùng trong các chất làm sạch để là mềm nước và
chống ăn mòn cho các đường ống/nồi hơi.
 Phospho được sử dụng rộng rãi để sản xuất các hợp chất hữu cơ chứa
phospho thông qua các chất trung gian như cloruaphospho và
sulfuaphospho. Các chất này có nhiều ứng dụng bao gồm các chất làm
dẻo, các chất làm chậm cháy, thuốc trừ sâu, các chất chiết và các chất
xử lý nước.
 Nguyên tố này cũng là thành phần quan trọng trong sản xuất thép,
trong sản xuất đồng thau chứa phospho và trong nhiều sản phẩm liên
quan khác.
 Phospho đỏ được sử dụng để sản xuất các vỏ bao diêm an toàn, pháo
hoa và nhất là mêtanphêtamin (C
10
H
15
N).
3.1.3. Độc tính
Đây là nguyên tố có độc tính với 50 (mg) là liều trung bình gây chết
người (phospho trắng nói chung được coi là dạng độc hại của phospho trong
khi phosphat và orthophosphat lại là các chất dinh dưỡng thiết yếu). Loại
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 22
phospho trắng cần được bảo quản dưới dạng ngâm nước do nó có độ hoạt động
hóa học rất cao với ôxy trong khí quyển và gây ra nguy hiểm cháy và thao tác
với nó cần đươc thực hiện bằng kẹp chuyên dụng và việc tiếp xúc trực tiếp với
da có thể sinh ra các vết bỏng nghiêm trọng. Ngộ độc mãn tính phospho trắng
đối với các công nhân không được trang bị bảo hộ lao động tốt dẫn đến chứng

chết hoại xương hàm. Các hợp chất hữu cơ của phospho tạo ra một lớp lớn các
chất, một số trong đó là cực kỳ độc. Các este florophotphat thuộc về số các chất
độc thần kinh có hiệu lực mạnh nhất mà ta đã biết. Một loại các hợp chất hữu
cơ chứa phospho được sử dụng bằng độc tính của chúng để làm các thuốc trừ
sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, Phần lớn các phosphat vô cơ là tương đối
không độc và là các chất dinh dưỡng thiết yếu.
Khi phospho trắng bị đưa ra ánh sáng măt trời hay bị đốt nóng thành
dạng hơi ở 250
0
C thì nó chuyển thành dạng phospho đỏ và nó không tự cháy
trong không khí, do vậy nó không nguy hiểm như phospho trắng. Tuy nhiên
việc tiếp xúc với nó vẩn cần sự thận trọng do nó cũng có thể chuyển thành
phospho trắng trong một khoảng nhiệt độ nhất định và nó cũng tỏa ra khói có
độc tính cao chứa các ôxit phospho khi bị đốt nóng.
Khi bị phơi nhiễm phospho, trong quá khứ người ta rửa bằng dung dịch
chứa 2% sunfat đồng (CuSO
2
) để tạo ra một hợp chất không độc có thể rửa
sạch. Theo báo cáo của hải quân Mỹ là sunfat đồng có độc tính có thể gây độc
cho thận và não cũng như phá hủy hồng cầu trong mạch máu. Hướng dẫn này
cũng đề xuất thay thế là dùng dung dịch bicacbonat để trung hòa axitphosphoric
.




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 23

3.2. NGUỒN GỐC PHOSPHO TRONG MÔI TRƯỜNG
Khối lượng phospho trong vỏ trái đất ở dưới dạng phosphat (V): Các
khoáng vật phosphoric Ca
3
(PO
4
)
2
, Hydroxyapatit Ca
5
(PO
4
)
3
(OH)
2
, Floapatit
Ca
5
(PO
4
)F , . . Phospho trong môi trường nước tồn tại ở dạng phosphat.
Nồng độ của phosphat trong mọi nguồn nước không ô nhiễm thường nhỏ hơn
0,01(mg/l). Trong nước bị ô nhiễm, hàm lượng phosphat không lớn là


0,1(mg/l) (dạng chủ yếu là dạng polyphosphat), trong nước thải nồng độ
phosphat cao hơn nhiều và dạng tồn tại chủ yếu là polyphosphat .
Phospho tồn tại trong môi trường nước là từ 3 nguồn chính sau đây :
 Nguồn nước thải sinh hoạt.

 Nguồn nước thải nông nghiệp.
 Nguồn nước thải công nghiệp.
3.2.1. Nguồn nước thải sinh hoạt
Nguồn thải phospho quan trọng nhất trong nước thải sinh hoạt là phân,
thức ăn thừa, chất tẩy rửa tổng hợp:
 Lượng phospho có nguồn gốc từ phân được ước tính là 0,2 – 1,0
kgP/người/năm hoặc trung bình là 0,6kg.
 Lượng phospho có nguồn gốc từ chất tẩy rửa tổng hợp được ước
tính là 0,3kg/người/năm
 Thức ăn thừa: Sữa, thịt, cá hoặc dụng cụ nấu ăn, đựng các loại
trên khi vào nước cũng thải ra một lượng phospho đáng kể.
Nồng độ phospho trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng
nguồn nước thải: Mức độ sử dụng nước của cư dân, mức độ tập trung các dịch
vụ công cộng, thời tiết, khí hậu trong vùng, thay đổi mạnh theo chu kỳ thời
gian ngày tháng cũng như mức sống và tiện nghi của cộng đồng. Lượng chất
thải vì vậy thường được tính theo đầu người (khối lượng khô) hoặc là nồng độ
sau khi đã được pha loãng với mức nước sử dụng trên đầu người (ở các nước
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 24
công nghiệp khoảng 190l/người/ngày) hoặc ở trong các cống rãnh thải
(450l/người/ngày). Nồng độ pha loãng được gọi là nồng độ tại điểm xả hoặc
trong cống rãnh.
Bảng 1. Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt, tính theo khối lượng khô trên đầu
người trong ngày tại điểm xả C(x) và tại cống rãnh C(R) của các thành phố Mỹ
(1)
Thông số M (g/người/ngày) C(x) (mg/l) C(R) (mg/l)
BOD 85 450 187
COD 198 1050 436

Cặn không tan 95 503 209
NH
3
– N 7,8 41,2 17,2
TKN – N (tổng
nitơ kjeldahl)
13,3 70,4 29,3
P- hữu cơ 1,23 6,5 2,7
P – vô cơ 2,05 10,8 4,5
P – tổng 3,28 17,3 7,2
Nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ nhiều loại hình hoạt động như:
Nước từ các hộ gia đình khác nhau, các khu vui chơi, các trường học tất cả
nước thải đó thường được thu gom về các cống dẫn thải chung. Do đó nước thải
sinh hoạt đa dạng có chứa nhiều thành phần ô nhiễm khác nhau.
Thành phần ô nhiễm và mức độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh
hoạt từ cống dẫn thải được ghi trong bảng 2.

Bảng 2. Đặc trưng ô nhiễm nước thải sinh hoạt (1)
Thành phần Đơn vị Nồng độ
Khoảng Đặc trưng
Chất rắn tan mg/l 350 – 1200 700
Cặn không tan mg/l 100 – 350 210
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 25
BOD mg/l 110 – 400 210
TOC mg/l 80 – 240 160
COD mg/l 250 – 1000 500
Nitơ tổng (N) mg/l 20 – 85 35

NH
3
– N mg/l 12 – 50 22
P – tổng mg/l 4 – 15 7
P – hữu cơ mg/l 1 – 5 2
P – vô cơ mg/l 3 – 10 5

3.2.2. Nguồn nông nghiệp
Nông nghiệp là một nguồn thải ra một lượng phospho vào trong môi
trường là rất lớn. Bởi vì canh tác nông nghiệp về nguyên tắc là phải bón phân,
đạm, lân cho cây trồng vì đây là các yếu tố thiếu trong đất trồng trọt. Vì thế
phân bón sử dụng trong nông nghiệp là một trong những nguyên nhân chính
gây ô nhiễm nguồn nước. Tại vùng nông thôn nồng độ phospho ở các con sông
cao trong thời điểm sử dụng phân nhiều, đặc biệt khi có mưa rửa trôi.
Nguồn nước thải phát sinh do chăn nuôi gia cầm, gia súc có lượng nhỏ
hơn so với nước thải sinh hoạt. Chủ yếu là nước tắm, vệ sinh chuồng trại. Nước
thải từ chuồng trại chăn nuôi chứa một lượng chất rắn không tan lớn: Phân, rác
rưởi, bùn đất, thức ăn thừa rơi vãi, các hợp chất hữu cơ chứa phospho được
chiết ra từ các chất thải rắn gặp nước. Nồng độ các tạp chất trong nước thải
chuồng trại cao hơn 50 – 150 lần với mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị.
Nồng độ của phospho nằm trong khoảng 70 – 1750 mg P/l.
3.2.3. Nguồn nước thải công nghiệp
Ô nhiễm do hợp chất phospho từ sản xuất công nghiệp chủ yếu liên quan
tới ngành chế biến thực phẩm, xi mạ, chế biến mủ cao su hợp chất chứa