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

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM



NGUYỄN THANH TUÂN

ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƢỚC THẢI
MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
PHÈN SUNPHAT SẮT DÙNG CHO XỬ LÝ
NƢỚC THẢI CÔNG TY ỐNG THÉP HÒA PHÁT

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG


Thái Nguyên - 2014
ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THANH TUÂN

ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƢỚC THẢI
MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
PHÈN SUNPHAT SẮT DÙNG CHO XỬ LÝ
NƢỚC THẢI CÔNG TY ỐNG THÉP HÒA PHÁT
Chuyên ngành : Khoa học môi trƣờng.
Mã số ngành : 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. TRỊNH LÊ HÙNG



Thái Nguyên– 2014
iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LờI CAM ĐOAN

Sau thời gian nghiên cứu và thực tập tại phòng thí nghiệm Trung tâm
Công nghệ Môi trƣờng Việt Nhật, cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hƣớng
dẫn PGS. TS Trịnh Lê Hùng, em đã chọn đề tài: “Đánh giá sự ô nhiễm trong
nước thải mạ và 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 đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân em
với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô hƣớng dẫn và các bạn cán bộ tại phòng
thí nghiệm tại trung tâm. Nếu có bất kỳ sự sao chép nào, em xin chịu hoàn
toàn trách nhiệm.
Học viên


Nguyễn Thanh Tuân
iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.
TS Trịnh Lê Hùng và các thầy cô đã hƣớng dẫn em trong suốt quá trình học
tập, nghiên cứu, thực tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Đánh
giá sự ô nhiễm trong nước thải mạ và 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
của Thầy, Cô đã giúp em vƣợt qua khó khăn để hoàn thành tốt luận văn này.
Em cũng xin đƣợc cám ơn các thầy cô giáo Khoa Môi Trƣờng –
Trƣờng Đại Học Nông lâm Thái Nguyên đã tân tình dạy dỗ và truyền đạt kiến
thức cho em trong những năm học tại trƣờng.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm Công nghệ Môi
trƣờng đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình em trong suốt thời gian thực tập và
viết luận văn tại trung tâm. Những kiến thức thực tiễn có ý nghĩa to lớn đã
giúp em nâng cao trình độ chuyên môn và cho phép em hoàn thành luận văn
này.

Học viên


Nguyễn Thanh Tuân
v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


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
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu của đề tài 2
2.1 Mục tiêu tổng quát: 2
2.2 Mục tiêu cụ thể: 3
3. Yêu cầu của đề tài 3
4. Ý nghĩa của đề tài 3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Cơ sở pháp lý, lý luận 4
1.1.1. Cơ sở pháp lý 4
1.1.2. Cơ sở lý luận 5
1.2. Đặc điểm của ngành mạ nhúng nóng trên thế giới và Việt Nam 7

1.2.1. Lịch sử hình thành công nghệ mạ nhúng nóng 7
1.2.2. Giá trị của mạ nhúng nóng 8
1.2.3. Ứng dụng của công nghệ mạ nhúng nóng 10
1.2.4. Quy trình công nghệ mạ nhúng nóng 11
1.2.5. Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng: 13
1.2.6. Tác hại và khả năng ô nhiễm do bùn thải gây ra đối với môi trƣờng [5] 17
1.3. Các chất keo tụ, trợ keo tụ và hấp phụ 18
vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


1.4. Các loại phèn đƣợc dùng trong xử lý sơ bộ đối với nƣớc thải của thế giới và
Việt nam [4] 22
1.5. Giới thiệu về sắt (III) hydroxyt 26
1.5.1. Đặc tính sắt (III) hydroxyt (Fe(OH)
3
) [6] 26
1.5.2. Giới thiệu về phèn sắt Polytetsu 27
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU 28
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 28
2.2. Phạm vi và thời gian nghiên cứu 28
2.3. Nội dung nghiên cứu 29
2.3.1. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng 29
2.3.2. Nghiên cứu khả năng kết tủa và thực hiện các phản ứng sắt (III) hydroxyt
với Axít sunfuric 29
2.3.3. Đánh giá hiệu quả của phèn sắt sunphat 29
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 29
2.4.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp 29

2.4.2. Phƣơng pháp thu thập số liệu sơ cấp 30
2.4.3. Phƣơng pháp lấy mẫu 30
2.4.4. Một số chỉ tiêu phân tích chất lƣợng nƣớc 31
2.4.5. Phƣơng pháp lấy mẫu nƣớc 32
2.4.6. Bố trí thí nghiệm nƣớc thải nhà máy giấy 33
2.4.7. Phƣơng pháp thực nghiệm 33
2.5. Ứng dụng sản phẩm 36
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38
3.1. Đánh giá ô nhiễm nƣớc thải mạ công ty Ống thép Hòa Phát 38
3.1.1. Giới thiệu công ty ống thép Hòa Phát 38
3.1.2. Công nghệ sản xuất của Nhà máy 39
3.1.3. Nguồn phát sinh ô nhiễm 41
vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


3.2. Đánh giá khả năng kết tủa và thực hiện các phản ứng sắt (III) hydroxyt với Axít
sunfuric 51
3.2.1. Xác định thành phần hóa học các kim loại trong bột hydroxyt thu hồi từ bột
sắt nhà máy ống thép Hòa Phát 51
3.2.2. Chế tạo phèn Polytetsu [Fe
2
(OH)
n
(SO
4
)
3-n/2
]

m
53
3.2.3. Phân tích xác định thành phần của sản phẩm 54
3.2.4. Đánh giá khả năng thủy phân tạo bông của polytetsu tự chế tạo 56
3.3. Đánh giá hiệu quả của phèn sắt(III) sunphat 57
3.3.1. So sánh với một số vật liệu phèn nhôm PAC trên thị trƣờng hiện có và Phèn
sắt (III)sunphat 57
3.3.2. Đánh giá khả năng sản xuất và bảo quản 62
3.3.3. Đánh giá khả năng ứng dụng thực tế 63
3.3.4. Đánh giá triển vọng 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64
1. Kết luận 64
2. Kiến nghị 65






viii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
Chú thích
BTNMT
Bộ Tài nguyên Môi trƣờng
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 lƣợng oxi hòa tan
ĐTM
Đánh giá tác động môi trƣờng
HĐKT
Hợp đồng kinh tế
KCN
Khu công nghiệp
NQ
Nghị quyết
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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1. Một số chỉ tiêu phân tích nƣớc mặt 31
Bảng 3.1. Kết quả phân tích mẫu nƣớc thải sinh hoạt 45
Bảng 3.2. Thành phần nƣớc thải sản xuất trƣớc xử lý 49
Bảng 3.3. kết quả phân tích nƣớc thải mạ 47
Bảng 3.4. Kết quả phân tích nƣớc thải sau xử lý 50
Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra sắt trong bột sắt thải 52
Bảng 3.6. Các tỉ lệ hóa chất dùng trong điều chế phèn sắt polytetsu 53
Bảng 3.7. Kết quả chế tạo phèn sắt polytetsu phối trộn H
2
O: H
2
SO
4

53
Bảng 3.8. Kết quả phân tích thành phần hóa học của polytetsu trên thị trƣờng và
sản phẩm điều chế đƣợc 55
Bảng 3.9. Khảo sát quá trình đông keo tụ khi chỉ sử dụng chất keo tụ nồng độ phèn
sắt (III) sunphat với hàm lƣợng thay đổi để xác định tốc độ lắng (trong 100ml mẫu
nƣớc thải giấy) 56
Bảng 3.10. Độ đục (NTU) và tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ bằng
phèn nhôm PAC 57
Bảng 3.11. Biến động pH và hàm lƣợng AL (mg/l) theo thời gian sau xử lý hóa chất58
Bảng 3.12. Độ đục (NTU) và tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ bằng
sản phẩm phèn Sắt chế tạo 59
Bảng 3.13. Biến động pH và hàm lƣợng 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ mạ ống kẽm nhúng nóng 12
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải mạ[1] 13
Hình 2.1. Đƣờng chuẩn Fe 34
Hình 2.2. Đƣờng chuẩn Mn 35
Hình 2.3. Đƣờng chuẩn NH
4
+

35
Hình 2.4. Đƣờng chuẩn COD 36
Hình 3.1. Vị trí và giới hạn tọa độ tiếp giáp của Công ty đƣợc thể hiện trong hình
sau 38
Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy ống Thép Hòa Phát 40
Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải Công ty ống thép Hòa Phát 47
Hình 3.4. Biểu đồ COD trong nƣớc thải công Mạ 48
Hình 3.5. Biểu đồ BOD trong nƣớc thải công Mạ 49
Hình 3.6. Biểu đồ Fe trong nƣớc thải công Mạ 49
Hình 3.7. Thành phần bùn thải 52
1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Mở ĐầU

1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá - hiện đại
hoá đất nƣớc, thực trạng môi trƣờng hiện nay tại các đô thị lớn và các khu công
nghiệp đang bị ảnh hƣởng nghiêm trọng và là mối lo ngại cho các cơ quan quản
lý nhà nƣớc cũng nhƣ toàn thể dân cƣ trong khu vực. Ô nhiễm môi trƣờng nói
chung và tình trạng môi trƣờng do nƣớc thải công nghiệp nói riêng là một trong
những vấn đề quan trọng đƣợc đặt ra ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Việc
đẩy mạnh và phát triển của ngành công nghiệp trong nƣớc kéo theo lƣợng chất
thải công nghiệp ngày một gia tăng nhiều hơn cả về số lƣợng lẫn chủng loại.
Ở nƣớc 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 yếu tố có nhiều khả năng phá hủy môi trƣờng, là hết sức

cần thiết và cần phải đƣợc giải quyết triệt để.
Nƣớc thải phát sinh trong quá trình mạ kim loại thƣờng chứa hàm lƣợng
các kim loại nặng rất cao nhƣ: crom, niken, đồng, kẽm, xianua ….và là độc chất
đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con ngƣời. 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 hƣởng
đến sự sống của sinh vật về lâu về dài. Do đó, nƣớc thải từ các quá trình xi mạ
kim loại, nếu không đƣợc xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đƣờng trực
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con ngƣời và gây các bệnh
nghiêm trọng, nhƣ viêm loét da, viêm đƣờng hô hấp, eczima, ung thƣ
Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trƣờng không đƣợc quan tâm
đúng mức, chất thải sinh ra từ các quá trình sản xuất và sinh hoạt không đƣợc xử
lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng nên gây ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng
Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trƣờng ở nƣớc 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 trƣờng còn chƣa đƣợc xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn mang
tính hình thức, chiếu lệ, bởi việc đầu tƣ cho xử lý nƣớc thải khá tốn kém và việc
thực thi Luật Bảo vệ môi trƣờng chƣa đƣợc nghiêm minh.
Quá trình xử lý nƣớc thải nghành mạ cũng tạo ra lƣợng bùn rất lớn, chủ
yếu là các hydroxyt kim loại. Các loại bùn thải này thƣờng xử lý tiếp bằng cách
chôn lấp thì trong quá trình chuyển hóa của tự nhiên, các kim loại lại có thể bị
tan ra hòa vào nguồn nƣớc. Vì vậy nếu có thể tận dụng để tạo ra những chế phẩm
khác nhau và đƣợc sử dụng cho các mục đích khác nhau thì cũng là một hƣớng
đi rất có lợi cho môi trƣờng. Chúng tôi đã thử nghiệm tận dụng phế liệu sắt (III)

hydroxyt để chế tạo ra một loại phèn sắt tƣơng đƣơng nhƣ đã có trên thị trƣờng
hiện nay.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1 Mục tiêu tổng quát:
Nghiên cứu chế tạo phèn sunphat sắt đi từ sắt (III) hydroxyt của bùn thải
của một số nhà máy mạ. Từ đó giảm thiểu mức độ ô nhiễm do hoạt động sản
xuất ngành mạ ra môi trƣờng.
3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


2.2 Mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá tính ƣu việt khi sử dụng phèn sắt so với phèn nhôm PAC trong
xử lý nƣớc nói chung và xử lý nƣớc thải nói riêng.
- Đánh giá khả năng ứng dụng phèn sắt trong các công đoạn xử lý nƣớc
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 hƣởng của phèn sắt đến các quá trình trong xử lý nƣớc
thải.
- Lấy mẫu phân tích, so sánh với sử dụng phèn nhôm PAC về hiệu quả xử
lý và hiệu quả kinh tế.
- Phải ứng dụng đƣợc cho thực tế
4. Ý nghĩa của đề tài
Về khoa học: tìm hiểu cơ chế keo tụ và hấp phụ trong môi trƣờng tự nhiên.
Về thực tiễn: đây là bài toán có ý nghĩa về môi trƣờng góp phần giải quyết
theo hƣớng tái sử dụng các phế liệu thành thƣơng phẩm.
4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


CHƢƠNG 1:
TổNG QUAN TÀI LIệU
1.1. Cơ sở pháp lý, lý luận
1.1.1. Cơ sở pháp lý
- Nghị định số 08/2005/NĐ-CP ngày 24/01/2005 về quy hoạch xây dựng;
- Nghị định 115/2008/NĐ-CP ngày 14/11/2008 của Chính phủ sửa đổi
Nghị định 143/2003/NĐ-CP quy định về khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi;
- Luật Đầu tƣ số 59/2005/QH11 do Quốc hội nƣớc Cộng hoà xã hội chủ
nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29/11/2005;
- Luật doanh nghiệp số 60/2005/QH11 Quốc hội nƣớc CHXHCN Việt
Nam thông qua ngày 29/11/2005;
- Luật Bảo vệ môi trƣờng số 52/2005/QH11 do Quốc hội nƣớc Cộng hoà
xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29/11/2005;
- Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/08/2006 của Chính phủ về việc
qui định chi tiết và hƣớng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trƣờng;
- Nghị định số 21/2008/NĐ-CP ngày 28/02/2008 của Chính phủ về sửa đổi
bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/08/2006 của
Chính phủ về việc qui định chi tiết và hƣớng dẫn thi hành một số điều của Luật
Bảo vệ môi trƣờng;
- Nghị định số 179/2013/NĐ-CP ngày 14/11/2013 của Chính Phủ về Quy
định xử lý vi phạm pháp luật trong lĩnh vực bảo vệ môi trƣờng;
- Nghị định số 29/2011/NĐ-CP ngày 18/04/2011 của Chính phủ về đánh
giá môi trƣờng chiến lƣợc, đánh giá tác động môi trƣờng, cam kết bảo vệ môi
trƣờng;
- Thông tƣ số 26/2011/TT-BTNMT ngày 08/12/2008 của Bộ Tài nguyên
và Môi trƣờng Quy định chi tiết một số điều nghị định 29/2011/NĐ – CP của
5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Chính phủ ngày 18/04/2011 về đánh giá tác động môi trƣờng chiến lƣợc, đánh
giá tác động môi trƣờng và cam kết bảo vệ môi trƣờng;
- Thông tƣ số 12/2011/TT-BTNMT ngày 14/04/2011 của Bộ Tài nguyên
và Môi trƣờng quy định về quản lý chất thải nguy hại;
- Quyết định số 22/2006/QĐ-BTNMT ngày 18/12/2006 của Bộ trƣởng Bộ
Tài Nguyên và Môi trƣờng về việc “Bắt buộc áp dụng quy chuẩn kỹ thuật Việt
Nam về Môi trƣờng”;
- Luật Tài nguyên nƣớc số 17/2012/QH13 do Quốc hội ban hành ngày
21/06/2012;
- Nghị định 201/2013/NĐ-CP ngày 27/11/2013 của Chính phủ quy định
chi tiết thi hành Luật Tài nguyên nƣớc;
- Quyết định phê duyệt báo cáo ĐTM, văn bản xác nhận hoàn thành các
công trình bảo vệ môi trƣờng của Khu Công nghiệp Phố Nối A.
1.1.2. Cơ sở lý luận
a. Khái niệm mạ nhúng nóng
Mạ nhúng nóng là một trong những công nghệ bề mặt bằng phƣơng pháp
phủ lên bề mặt kim loại một lớp kẽm mỏng bằng cách nhúng kim loại bảo vệ đã
qua xử lý bề mặt vào một bể chứa kẽm nóng chảy. Mạ nhúng nóng còn đƣợc gọi
là mạ kẽm [1].
Trong tất cả các kỹ thuật tạo bề mặt phổ biến cho thép thì mạ kẽm là
phƣơng pháp tạo bề mặt chống gỉ tốt nhất. Trong quá trình mạ kẽm kim loại
đƣợc nấu thành hợp kim với chất nền. Vì thế lớp kẽm mạ sẽ không bị tróc ra nhƣ
khi dùng sơn tạo ra lớp bảo vệ vĩnh cửu cho chất nền.
b. Khái niệm nước thải công nghiệp và nguồn tiếp nhận
6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


- Theo QC40: 2011/BTNMT Nƣớc thải công nghiệp là nƣớc 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 nƣớc thải tập trung có đấu nối nƣớc thải
của cơ sở công nghiệp[13].
- Nguồn tiếp nhận nước thải là: hệ thống thoát nƣớc đô thị, khu dân cƣ; sông,
suối, khe, rạch; kênh, mƣơng; hồ, ao, đầm; vùng nƣớc biển ven bờ có mục đích
sử dụng xác định[13].
c. Khái niệm chất keo tụ
Keo kị nước là hạt keo không kết hợp với các phần tử nƣớc của môi trƣờng
để tạo vỏ bọc hydrat, các hạt keo riêng biệt mang diện tích lớn và khi điện tích
này đƣợc trung hòa thì độ bền của hạt keo bị phá vỡ. Quá trình thủy phân các
chất nhƣ phèn nhôm, phèn sắt trong nƣớc làm cho các phần tử mới hình thành
liên kết lại với nhau tạo thành các khối bông phèn đồng nhất. Ví dụ nhƣ ta dùng
phèn sắt, sau khi thủy phân sẽ tạo ra các khối liên kết nhiều phần tử Fe(OH)
3
,
Nhờ có diện tích bề mặt lớn, các bông phèn hấp phụ chọn lọc một số loại ion nào
đó hoặc có trong thành phần các ion của bông phèn, tạo thành các vỏ bọc ion.
Lớp vỏ ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo. Bề mặt nhân
keo mang điện tích của lớp ion gắn trên đó, có khả năng hút một số ion tự do
mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện tích [6].
Keo háo nước là có khả năng kết hợp với phần tử nƣớc tạo thành vỏ bọc
hydrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích bé và dƣới tác dụng của các chất
điện phân không bị keo tụ[6].
Ngoài ra ngƣời ta phân loại theo các dạng nhƣ sau:
- Keo phân tử là những phần tử lớn (polyme) tạo thành hạt keo.
7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


- Keo phân tán gồm nhiều phần tử phân tán(cát, đất sét) tạo thành hạt keo.
- Keo liên kết gồm nhiều phần tử khác nhau liên kết với nhau tạo thành hạt keo.
- Keo kỵ nƣớc không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không ngậm dầu nƣớc.
d, Khái niệm các loại thép
Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,2 đến 1,7% C, dƣới 0,8% S, P và Mn
và dƣới 0,5% Si. Thép tuy cứng nhƣng dẻo hơn Gang, dễ rèn và dễ cán kéo. Khi
đƣợc làm nguội nhanh(tôi thép), trở nên rất cứng và khi đƣợc làm nguội chậm
thép trở nên mềm hơn. Có hai loại thép chính là thép Các bon và thép hợp kim.
- Thép Cácbon đƣợc 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 hợp kim hay còn gọi là thép đặc biệt, ngoài những tạp chất có sẵn
trong thép C còn chứa 1 lƣợng lớn của 1 hay 1 số kim loại đƣợc đƣa thêm vào
nhƣ Al, Cr, Co, Mo, Ni, Mn, Ti,W,V, kim loại đất hiếm. Kim loại cho thêm này
truyền cho thép những tính chất đặc biệt. Ví dụ nhƣ thép Crôm-Niken cứng, chịu
nhiệt và không rỉ. Thép Crôm-molipden và thép Crôm- vanadi đều cứng, bền ở
nhiệt độ cao và áp suất cao dùng làm chi tiết của máy bay và máy nén. Thép
Vônfram cứng, dai và chịu nhiệt, dùng làm dụng cụ cắt gọt. Thép silic dùng làm
thiết bị điện nhƣ môtơ, máy phát, biến thế.
1.2. Đặc điểm của ngành mạ nhúng nóng trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Lịch sử hình thành công nghệ mạ nhúng nóng
Năm 1742 khi một nhà hoá học ngƣời Pháp tên là Melouin, trong một lần
trình bày tại Viện hàn lâm Pháp, đã miêu tả phƣơng án bảo vệ bề mặt chi tiết sắt
8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


thép bằng cách nhúng nó vào bể kẽm nóng chảy. Năm 1836, Sorel là một nhà
hoá học ngƣời Pháp đã nhận bằng sáng chế về phƣơng pháp bảo vệ bề mặt sắt
thép bởi lớp phủ kẽm bằng cách nhúng chi tiết vào bể kẽm nóng chảy sau khi đã
xử lý bề mặt chi tiết bởi axit sulfuric 9% và nhúng qua Amonium Chloride. Một
bằng sáng chế khác của nƣớc Anh cũng đã đƣợc công nhận vào năm 1837 [1].
Từ năm 1850, mỗi năm nền công nghiệp mạ nhúng kẽm nóng ở Anh
dùng 10.000 tấn kẽm cho việc bảo vệ sắt thép. Mạ nhúng kẽm nóng để bảo về
bề mặt sắt thép đã đƣợc ứng dụng rộng rãi hầu hết trong mọi ngành của nền kinh
tế nhƣ truyền tải điện, giao thông vận tải, nhà máy giấy, nhà máy hoá chất
Hơn 150 năm qua, mạ nhúng kẽm nóng đã chứng tỏ có một lịch sử thành
công trong thƣơng mại nhƣ một phƣơng pháp chống ăn mòn trong vô số các ứng
dụng khắp thế giới.
Ngày nay, công nghệ mạ đƣợc áp dụng máy móc tự động hóa kết hợp
quy trình sản xuất sạch hơn trong ngành mạ kẽm nhúng nóng. Công nghệ mạ
kẽm phát triển hơn trong sự cải tiến lớp mạ: khi có sự ngắt quãng hoặc hƣ hại ở
lớp kẽm, bảo vệ Cathode sẽ hoạt động và đảm bảo rằng thép không bị ăn mòn.
Phần lớn các lớp phủ hữu cơ hoặc lớp sơn phụ thuộc vào khả năng chống thấm
của nó, và trong vài trƣờng hợp, là các sắc tố chống ăn mòn để bảo vệ thép khỏi
sự gỉ sét. Các lớp này cung cấp rất ít hoặc không có sự bảo vệ thép bên trong khi
có sự ngắt quảng hoặc hƣ hại trên lớp bảo vệ này. Do đó, sự ăn mòn bắt đầu hình
thành và nhanh chóng lan rộng ra bên dƣới lớp phủ. Không có phần thép nào bị
oxi hóa cho đến khi phần kẽm mạ cuối cùng bị oxi hóa hết[3].
1.2.2. Giá trị của mạ nhúng nóng
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Dùng lớp phủ bảo vệ (hay gọi là bảo vệ rào chắn) để cách ly bề mặt kim
loại tiếp xúc với chất điện dung trong môi trƣờng ngoài là phƣơng pháp cổ xƣa
nhất và đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất trong việc bảo vệ chống ăn mòn. Hai thuộc
tích quan trọng nhất của lớp bảo vệ rào chắn là sự bám dính vào bề mặt kim loại
nền và độ bền của lớp 2 phủ. Sơn là một ví dụ điển hình về lớp bảo vệ rào chắn.
Bảo vệ cathode là một phƣơng pháp quan trọng để tránh ăn mòn, bản chất của
bảo vệ cathode là làm thay đổi phần tử của mạch ăn mòn, tạo nền một phần tử
của mạch ăn mòn mới và đảm bảo rằng kim loại nền trở thành phần tử cathode
của mạch này. Mạ nhúng kẽm nóng là phƣơng pháp đồng thời cung cấp đƣợc
hai phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn đó là bảo vệ rào chắn và bảo vệ cathode.
Từ lâu, kẽm đã đƣợc sử dụng để tạo lớp bảo vệ do tính chất của kim loại
này (tốc độ ăn mòn của Zn từ 40-50g/m
2
/năm so với 400-500g/m
2
/năm của thép,
với lại Zn mang điện thế + so với Fe trong quá trình ăn mòn điện hoá…), về
nguyên tắc dù đƣợc tạo bằng phƣơng pháp nào: Mạ điện phân, mạ nhúng nóng, mạ
phun thì yếu tố quyết định đến tuổi thọ lớp Zn bảo vệ là độ dày lớp Zn đƣợc phủ
[3].
Với những đặc tính ƣu việt về lớp phủ bề mặt bảo vệ, Mạ nhúng nóng đang
cho thấy nững giá trị hữu dụng. Công nghệ nhúng kẽm nóng chảy đảm chất
lƣợng kết cấu các công trình thép xây dựng trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nƣớc
- Tạo lớp bảo vệ các kết cấu kim loại trong các môi trƣờng không khí, biển,
khí công nghiệp… Lớp phủ kẽm sau khi khô có hai chức năng bảo vệ:
+ Thứ nhất là chức năng bảo vệ thụ động (passive protection) với lớp
màng chắn bảo vệ kim loại nhƣ các loại sơn truyền thống;
10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


+ Chức năng thứ hai là bảo vệ chủ động (active protection) tức chức năng
chống ăn mòn catốt (Cathodic protection), chức năng này có ở lớp phủ bảo vệ
bằng mạ kẽm nhúng nóng (hot-dip galvanizing).
+ Phục hồi các chi tiết bị mài mòn: làm mới bề mặt sản phẩm khi bị tác
động của các yếu tố môi trƣờng.
+ Tạo lớp bền chống mài mòn trên các chi tiết mới.
+ Tạo lớp trang trí trên lớp nhựa, gỗ…
+ Phổ biến nhất vẫn là tạo lớp kẽm, nhôm chống ăn mòn trong các điều
kiện khác nhau
1.2.3. Ứng dụng của công nghệ mạ nhúng nóng
Công nghệ nhúng kẽm nóng chảy chống ăn mòn kim loại cho các kết cấu
thép đƣợc ứng dụng khá phổ biến tại các nƣớc công nghiệp phát triển, nhƣng ở
nƣớc ta đến 1989 mới đƣợc bắt đầu nghiên cứu triển khai với quy mô sản xuất và
đƣợc thúc đẩy mạnh mẽ khi triển khai xây dựng đƣờng dây tải điện 500kV Bắc
Nam phục cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Vật liệu tƣơng
ứng và công nghệ nhúng kẽm đã đƣợc triển khai đúng lúc, đáp ứng đƣợc các yêu
cầu chống ăn mòn, nâng cao chất lƣợng và tuổi thọ cũng nhƣ độ an toàn của các
công trình kết cấu thép và đã đƣợc nhận giải 3 VIFOTEC năm đầu 1995.
Đối tƣợng áp dụng chủ yếu là các công trình có kết cấu thép lớn nhƣ:
Dàn khoan dầu khí, dầm cầu, dầm nhà thép, kết cấu cột thép cao, hệ thống cửa
đập thuỷ điện, cửa van cống, vỏ tàu…cụ thể:
+ Lĩnh vực viễn thông: hệ thống các sản phẩm trong ngành bƣu chính –
viễn thông – truyền hình nhƣ: trạm BTS, cột anten, trụ anten,
+ Lĩnh việc điện lực: cột điện
11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


+ Hiện các sản phẩm của mạ kẽm nhúng nóng tại Việt Nam chủ yếu là
các phụ kiện đƣờng dây tải điện đƣợc làm bằng thép, các tháp truyền hình, các
hộ lan can mềm bảo vệ đƣờng giao thông, các cột đèn chiếu sáng đô thị.
+ Mạ kẽm đã chứng minh tính năng bảo vệ ƣu việt cho các công trình
nên hầu nhƣ tất cả công trình của ngành điện hiện nay đều sử dụng sắt thép đƣợc
mạ kẽm nhúng nóng.
- Tuổi thọ của lớp mạ:
Tuổi thọ phục vụ mong đợi đƣợc định nghĩa là tuổi thọ cho tới khi 5% bề mặt
xuất hiện lớp gỉ sắt. Thực tế sử dụng nhiều năm trƣớc đây ở một số nƣớc cho
thấy với độ dày 100 - 150µm nói chung lớp mạ phun cho tuổi thọ 15 - 20 năm,
nếu có một lớp sơn phủ hỗ trợ thƣờng đạt 25 - 30 năm.
Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ cơ khí nói chung và các ngành gia
công chế tạo kết cấu đang phát triển nói riêng thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại
hình công nghệ chính là mạ điện và mạ nhúng nóng. Hai hình thức này tồn tại
song song cùng với nhau, nhƣng khác nhau về mức độ.
1.2.4. Quy trình công nghệ mạ nhúng nóng
+ Quy trình công nghệ mạ:
Cũng vì vậy nƣớc thải chủ yếu đƣợc xử lý bằng cách dùng vôi hoặc dùng
xút để tạo kết tủa hydroxyt sắt và các kim loại khác đƣợc sục khí để tạo thành
các kim loại có hóa trị cao nhất (ví dụ: sắt III hydroxyt) Sơ đồ xử lý nhƣ sau:
12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ mạ ống kẽm nhúng nóng

Nguyên liệu đầu vào là các cấu kiện thép đƣợc cầu trục chuyển đến công
đoạn làm sạch bề mặt bằng cách ngâm trong dung dịch xút và rửa bằng nƣớc để
tẩy sạch dầu mỡ. Sau đó ngâm trong dung dịch HCl và rửa bằng nƣớc để tẩy
sạch rỉ sắt.
Qua công đoạn tẩy sạch bề mặt, ống đƣợc ngâm trong bể trợ dung bằng
dung dịch ZnCl
2
để phủ mỏng ZnCl
2
lên bề mặt cấu kiện thép. Sau đó ống đƣợc
đƣa vào bể sấy khô bằng không khí nóng. Tiếp theo ống sẽ đƣợc nhúng trong bể
kẽm nóng chảy có nhiệt độ 450
0
C. cấu kiện mạ từ bể kẽm, đƣợc thổi ngoài bằng
khí nén có áp suất 6 bar, thổi trong ống bằng hơi nƣớc có áp suất từ 8 đến 12 bar
để làm sạch lƣợng kẽm dƣ trên bề mặt cấu kiện. Kẽm này đƣợc thu hồi về bể
kẽm. Sản phẩm mạ đƣợc làm nguội trong bể nƣớc có nhiệt độ 70
0
C [10].
+ Quy trình xử lý nước thải:
Nguyên liệu sắt trƣớc khi mạ đầu tiên phải đƣợc tẩy sạch lớp rỉ sắt (Fe
2
O
3
)
dầu mỡ bảo quản chống rỉ bằng kiềm nhằm hòa tan hầu hết dầu mỡ, Sau đó lớp
rỉ (oxit sắt Fe
2
O
3

) phải đƣợc tẩy bằng axit thƣờng là axit sunfuric (H
2
SO
4
) để hòa
tan thành dạng dung dịch muối sắt (III) theo phản ứng sau:
13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Fe
2
O
3
+ 3H
2
SO
4
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
O
Đƣơng nhiên trong quá trình tiếp xúc với axit các phần tử kim loại cũng tác dụng
với axit cho các muối Sắt (II) theo phản ứng sau:

Fe + H
2
SO
4
= FeSO
4
+ H
2

Các kim loại có trong thành phần của thép nhƣ Mn, Al, Cr, Co, Mo, Ni, Ti, W,
V, kim loại đất hiếm trong thép chiếm tỷ lệ rất nhỏ cũng sẽ bị axit hòa tan tạo
các muối kim loại tƣơng ứng nhƣng ở mức độ thấp hơn nhiều so với sắt. [14]










Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải mạ[4]
1.2.5. Hiện trạng ô nhiễm môi trường:
Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trƣờng ở nƣớc ta cho
thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở mạ có quy mô nhỏ và vừa áp dụng công nghệ cũ
14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

và lạc hậu, lại tập trung chủ yếu tại các thành phố lớn, nhƣ Hà Nội, Hải Phòng,
TP. Hồ Chí Minh, Biên Hòa (Đồng Nai)… Trong quá trình sản xuất, tại các cơ sở
này (kể cả các nhà máy quốc doanh hoặc liên doanh với nƣớc ngoài), vấn đề xử lý
ô nhiễm môi trƣờng còn chƣa đƣợc xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn mang tính
hình thức, chiếu lệ, bởi việc đầu tƣ cho một hệ thống xử lý nƣớc thải khá tốn kém
nên việc thực hiện Luật bảo vệ môi trƣờng chƣa nghiêm minh [2].
Nƣớc thải thƣờng gây ô nhiễm bởi các kim loại nặng, nhƣ sắt, kẽm,
crôm, niken, đồng… đều cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép; một số cơ sở
mạ điện tuy có hệ thống xử lý nƣớc thải nhƣng chƣa chú trọng đầy đủ đến các
thông số công nghệ của quá trình xử lý để điều chỉnh cho phù hợp khi đặc tính
của nƣớc thải thay đổi. Tại Hà Nội, Bắc Ninh, Hƣng Yên, kết quả phân tích chất
lƣợng nƣớc thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ điển hình ở cả 3 địa phƣơng này
cho thấy, hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nƣớc thải cho phép: hàm
lƣợng kim loại nặng cao, chỉ tiêu về kim loại nặng vƣợt nhiều lần tiêu chuẩn cho
phép, COD dao động trong khoảng 320 – 885mg/lít do thành phần nƣớc thải có
chứa dầu, các kim loại ở trạng thái hòa tan do pH thấp…[1]
Hơn 80% nƣớc thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không xử lý. Chính
nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trƣờng nƣớc mặt
ảnh hƣởng đáng kể đến chất lƣợng nƣớc sông, hồ… Ƣớc tính, lƣợng chất thải
các loại phát sinh trong ngành công nghiệp xi mạ trong năm lên đến hàng ngàn
tấn mỗi năm. Điều này cho thấy các khu vực ô nhiễm và suy thoái môi trƣờng ở
nƣớc ta sẽ còn gia tăng nếu không kịp thời đƣa ra các biện pháp hữu hiệu.

- Các nguồn gây ô nhiễm:
15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

+ Đối với chất thải lỏng: Nƣớc thải của quá trình sản xuất đƣợc tập hợp và
xử lý tại Trạm xử lý nƣớc thải tập trung đƣợc xây dựng tại nhà máy. Nƣớc sau
xử lý đạt tiêu chuẩn trong cột B của TCVN trƣớc khi chảy ra môi trƣờng.
+ Đối với chất thải rắn: Bao gồm bùn thải, xỉ kẽm, tro bụi kẽm. Bùn thải
của quá trình sản xuất đƣợc thu gom và chứa vào kho chứa bùn theo quy định và
đƣợc vận chuyển xử lý theo định kỳ 1 tháng 1 lần. Xỉ kẽm và tro kẽm đƣợc lƣu
giữ theo quy định trƣớc khi bán cho đơn vị thu mua.
+ Đối với chất thải khí: Nhà máy cho lắp đặt hệ thông thu hồi khói kẽm
bụi kẽm trong khu vực sản xuất.
Vậy có thể nói, khí thải, nƣớc thải, các bụi tro kẽm, các nhà máy đã có
các phƣơng án xử lý hiệu quả các chất gây ô nhiễm trong qui trình mạ tại các nhà
máy. Nhƣng bùn thải sinh ra trong quá trình xử lý nƣớc thải là vấn đề khá nhức
nhối chƣa có biện pháp xử lý triệt để. Hiện tại hầu hết các nhà máy thƣờng giải
quyết lƣợng bùn thải này bằng cách ký các hợp đồng vận chuyển phế thải với
công ty Urenco địa phƣơng vận chuyển đi chôn lấp[1].
Đặc trƣng chung của nƣớc thải ngành mạ điện là chứa các hàm lƣợng cao
các muối vô cơ của kim loại nặng. Tuỳ theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô
nhiễm chính có thể là kẽm, crôm, hoặc niken và cũng tuỳ thuộc vào loại muối
kim loại sử dụng mà nƣớc thải có chứa các độc tố khác nhƣ, muối clorua, muối
sunfat. Trong nƣớc thải xi mạ thƣờng có sự thay đổi pH rất rộng từ rất axít (pH
=2 – 3) đến rất kiềm (pH = 10 –11). Các chất hữu cơ thƣờng có rất ít trong
nƣớc thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chất tạo bông, chất hoạt động bề
mặt… nên chỉ số COD, BOD của nƣớc thải mạ điện thƣờng nhỏ và không thuộc