Xây dựng quy trình xử lý nước thải mạ điện bằng đá vôi, mùn cưa và thực vật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – MÔI TRƯỜNG
-----------o O o-----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
ĐỀ TÀI:
Xây dựng quy trình xử lý nước thải mạ điện bằng đá vôi,
mùn cưa và thực vật.

Giáo viên hướng dẫn: TS. BÙI THỊ KIM ANH
Sinh viên thực hiện : TRẦN NGỌC LINH
MSSV

: 511303022

Hà Nội – 2015

1


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan:
1. Những nội dung trong đồ án này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn

trực tiếp của TS. Bùi Thị Kim Anh – Viện Công Nghệ Môi Trường.
2. Mọi tham khảo dùng trong đồ án này đều được trích dẫn rõ ràng tên tác
giả, tên công trình, địa điểm công bố.
3. Nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc
công trình đã có từ trước. Nếu vi phạm em xin chịu mọi hình thức kỷ luật
của Khoa.

Sinh viên
Trần Ngọc Linh

2


LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian ngắn nỗ lực cố gắng, em đã hoàn thành xong đồ án tốt
nghiệp này. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường, ban chủ
nhiệm khoa Công nghệ Sinh học và Môi trường, trường Đại học Phương Đông
cùng với các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá
trình học tập cũng như trong thời gian làm đồ án.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Bùi Thị Kim Anhphòng Thủy sinh học Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường cùng các anh chị
trong phòng đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp những nhận
xét bổ ích cho em trong quá trình học tập tại Viện.
Trong quá trình thực thiện đồ án, mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thiện một
cách tốt nhất nhưng do thời gian có hạn nên đồ án của em không thể tránh khỏi
những sai sót, vậy em rất mong thầy cô xem xét và thông cảm cho em.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 21 tháng 1 năm 2015
Sinh viên
Trần Ngọc Linh

MỤC LỤC
3


DANH MỤC VIẾT TẮT

CNMĐ

Công nghệ mạ điện

KL

Kim Loại
4


KLN

Kim loại nặng

MT

Môi trường

SV

Sinh vật

VN

Việt nam

VSV

Vi sinh vật

5


DANH MỤC HÌNH

Hình
1.1

Nội dung
Dây chuyền công nghệ chung của công nghệ xi mạ

Trang
12

1.2

Sơ đồ dòng vật chất của một cơ sở sản xuất điển
hình công đoạn mạ

13

1.3

Sơ đồ 1 số công đoạn trong CNMĐ

22

2.1

Mùn cưa sau khi đã nghiền và sàng

33

2.2

Cây sậy

34

2.3

Cỏ Vetiver

34

2.4

Lấy mẫu ở làng nghề Phùng Xá

36

2.5

Thí nghiệm thủy phân mùn cưa trong điều kiện
nước thải chứa KLN

38

2.6

Modul xử lý ngoài hệ thống thực tế

40

3.1

Hiệu suất xử lý Cr6+, Cr3+, Ni theo nồng độ và thời
gian thí nghiệm từ 0,5h – 8h

45

3.2

Hiệu suất xử lý Cr6+, Cr3+, Ni theo nồng độ và thời
gian thí nghiệm từ 10h – 72h

46
6


3.3

Sơ đồ hệ thống đá vôi và mùn cưa xử lý nước thải
mạ điện

50

3.4

Sơ đồ hệ thống xử lý KL trong nước bằng đá vôi,
mùn cưa và công nghệ đất ngập nước

51

3.5

Hàm lượng COD biến động theo thời gian tại các
chặng của bể xử lý

53

3.6

Hàm lượng sunfat biến động theo thời gian tại các
chặng của bể xử lý

55

3.7

Hàm lượng Cr6+ biến động theo thời gian tại các
chặng của bể xử lý

59

3.8

Hàm lượng Cr3+ biến động theo thời gian tại các
chặng của bể xử lý

60

3.9

Hàm lượng Ni biến động theo thời gian tại các
chặng của bể xử lý

63

7


DANH MỤC BẢNG

Bảng

Nội dung

trang

1.1

Khử kim loại nặng trong bể với bùn hoạt tính

27

3.1

Các chỉ số ô nhiễm KLN của nước thải mạ điện

42

3.2

Hiệu quả loại bỏ hỗn hợp Cr, Ni theo thời gian thí
nghiệm

44

8


MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên quý giá của nhân loại. Tuy nhiên, hiện nay ở
hầu hết các quốc gia mà đặc biệt là các nước nghèo hoặc đang phát triển nguồn
tài nguyên này đang bị sử dụng quá mức và ô nhiễm nghiêm trọng. Nguyên
nhân chủ yếu bắt nguồn từ sự phát triển của công nghiệp gắn liền với việc đô thị
hoá làm nảy sinh những vấn đề về môi trường cần giải quyết.
Ngành Công nghiệp mạ điện tuy có khối lượng nước thải phát sinh không
nhiều nhưng lại chứa các hoá chất độc hại như axít, xút và các kim loại nặng
(KLN) mà chủ yếm là Crôm và Niken. Những chất này nếu không được xử lý
triệt để trước khi xả thải ra môi trường sẽ trở thành mối đe dọa lớn đối với sức
khỏe con người và sự an toàn của hệ sinh thái. Tác động của kim loại nặng nói
chung có thể theo các hướng như: độc hại với cá và các loài thuỷ sinh, tác động
xấu đến chất lượng hệ thống cống rãnh, ảnh hưởng tới quá trình xử lý sinh học
và làm ô nhiễm nước mặt và nước ngầm. Khác với các chất thải hữu cơ có thể
tự phân hủy. Trong đa số trường hợp, các kim loại nặng khi đã thải vào môi
trường sẽ tồn tại lâu dài. Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn để
gây độc cho con người. Vì vậy, việc loại bỏ các thành phần chứa kim loại nặng

ra khỏi các nguồn nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp là rất cần thiết và là
mục tiêu rất quan trọng hiện nay.
Ngày nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải được
đưa ra: Phương pháp hoá học, phương pháp trao đổi ion, phương pháp khử kết
tủa, phương pháp sinh học... Tuy nhiên, khả năng áp dụng phương pháp này
vào xử lý nước thải ở những nước đang phát triển như nước ta còn rất hạn chế
vì chi phí xử lý khá cao, các cơ sở chưa có nhận thức đúng về vấn đề xử lý
chất ô nhiễm, chưa đầu tư vốn để đổi mới công nghệ và thiết bị cho thích hợp
nhằm giảm chất gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa dưới áp lực phát triển đẩy
năng xuất sản phẩm mạ tăng làm cho các thiết bị và công nghệ xử lý trở nên cũ
kỹ, lạc hậu và quá tải dẫn đến hiệu quả xử lý thấp các thành phần kim loại
9


nặng gây độc hại (chủ yếu là Cr +6) trong nước thải đầu ra tăng lên nhiều lần
cho phép.
Chính vì em lựa chọn đề tài “Xây dựng quy trình xử lý nước thải mạ
điện bằng đá vôi, mùn cưa và thực vật” để nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp
của mình.Từ đó, là tiền đề cho việc đề xuất các giải pháp xử lý phù hợp với đặc
điểm kinh tế và trình độ của Việt Nam để giải quyết vấn đề ô nhiễm tại các cơ
sở mạ hiện nay.

10


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.Tổng quan về nước thải mạ điện
1.1Quy trình công nghệ và đặc trưng của nước thải mạ điện
Công nghệ xử lý bề mặt (xi mạ) thường bao gồm các công đoạn sau:
- Bề

mặt của vật liệu cần mạ phải được làm sạch để lớp mạ có độ bám dính cao và

không có khuyết tật. Để làm sạch bề mặt trước hết phải tẩy rửa lớp mỡ bảo quản
trên bề mặt bằng cách tẩy rửa với dung môi hữu cơ hoặc với dung dịch kiềm
nóng. Dung môi thường sử dụng là loại hydrocacbon đã được clo hoá như
tricloetylen, percloetylen. Dung dịch kiềm thường là hỗn hợp của xút, soda,
trinatri photphat, popyphotphat, natri silicat và chất hoạt động bề mặt (tạo nhũ).
- Hoạt

hoá bề mặt của vật liệu mạ bằng cách nhúng chúng vào dung dịch axit loãng

(H2SO4, HCl), nếu mạ với dung dịch chứa xianua (CN) thì chúng được nhúng
vào dung dịch natri xianua.
- Giai

đoạn mạ được tiến hành sau đó, dung dịch mạ ngoài muối kim loại còn chứa

axit hoặc kiềm đối với trường hợp mạ có chứa xianua.
Sau từng bước, vật liệu mạ đều được tráng rửa với nước. Một số dung dịch
mạ có các thành phần chủ yếu sau:
- Dung

dịch chì: axit + muối chì (II) dạng borflorua hoặc silicoflorua.

- Dung

dịch chì- thiếc: axit, muối chì, thiếc (II) dạng borflorua.

- Dung

dịch đồng hun: dung dịch xianua trong đó đồng nằm trong phức xianua và

thiếc trong phức hydroxo. Ngoài ra dung dịch còn chứa xianua tự do (NaCN).
- Dung

dịch cadmi: axit + cadmi dạng muối sunfat. Thông dụng hơn là dung dịch

cadmi dạng phức xianua và xianua tự do.
- Dung

dịch crôm: axit crômic và axit sunfuric.

- Dung

dịch vàng: dung dịch xianua, vàng nằm trong phức NaAu(CN) 2 và xianua tự

do. Có thể sử dụng phức vàng-sunfit.
- Dung

dịch đồng: axit + đồng sunfat hoặc đồng borflorua.
11


- Dung

dịch đồng xianua (phức) và xianua tự do, dung dịch đồng dạng

polyphotphat và muối amoni.
- Dung

dịch niken: muối niken sunfat, clorua và axit yếu (axit boric) hoặc dung

dịch niken trên nền của axit amonisulfonic.
- Dung

dịch bạc: dung dịch bạc xianua hoặc dung dịch bạc thisunfat.

- Dung

dịch kẽm: phức kẽm xianua và xianua tự do hoặc kẽm sunfat, clorua với

axit boric hoặc muối amoni làm chất đệm.[3, 8]

Hình 1.1. Dây chuyền công nghệ chung của công nghệ xi mạ
•

Đặc trưng của nước thải mạ điện
Nước thải từ xưởng xi mạ có thành phần đa dạng về nồng độ và pH biến

đổi rộng từ rất axit 2-3, đến rất kiềm 10-11. Đặc trưng chung của nước thải
ngành mạ là chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tuỳ theo
12


kim loại của lớp mạ mà nguồn ô ề nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũng tuỳ
thuộc vào loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố như
xianua, sunfat, amoni, crômat,… Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi mạ,
phần chủ yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bmặt … nên BOD, COD thường
thấp và không thuộc đối tượng xử lý. Đối tượng xử lý chính là các ion vô cơ mà

đặc biệt là các muối kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Fe,…

Hình 1.2. Sơ đồ dòng vật chất của một cơ sở sản xuất điển hình công đoạn mạ
Nước thải nên tách riêng thành 3 dòng riêng biệt:
- Dung

dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm.
13


- Nước

rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu

mỡ và xà phòng,…
- Nước

rửa loãng

Để an toàn và dễ dàng xử lý, dòng axit crômic và dòng cyanide nên tách
riêng. Chất gây ô nhiễm nước thải xi mạ có thể chia làm vài nhóm sau:
- Chất

ô nhiễm độc như cyanide CN-, Cr (VI), F-,…

- Chất

ô nhiễm làm thay đổi pH như dòng axit và kiềm

- Chất

ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit, cacbonat và photphat

- Chất

ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, EDTA [3, 4]

1.2.Ảnh hưởng của nước thải mạ tới môi trường và sức khỏe con người
Nước thải mạ điện có nồng độ các chất hại khá lớn gây ô nhiễm môi
trường chủ yếu trên các mặt sau:
- Ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Các ion kim loại nặng Pt,
Cu, Cr, Ni... có thể gây bệnh viêm loét dạ dày, viêm đường hô hấp, bệnh
ezima, ung thư...
- Ảnh hưởng đến hệ sinh thái: Các thành phần kim loại nặng ảnh hưởng
rất lớn tới quá trình sinh trưởng phát triển của người, động vật và thực vật. Với
nồng độ đủ lớn sinh vật có thể bị chết hoặc bị thoái hoá, với nồng độ nhỏ có
thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học.
- Ảnh hưởng trực tiếp đối với cá và thức ăn, đầu độc các sinh vật làm
mất các nguồn phù du để nuôi cá, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất
hoá lý của nước. Khi phân tích thành phần cơ thể của sinh vật có tiếp xúc với
nước thải chứa kim loại năng. Các nhà khoa học đã khẳng định mức nước tích
tụ đáng kể của các chất độc hại như vậy có thể nói nước thải mạ điện ảnh
hưởng tới cả hệ sinh thái.
- Ảnh hưởng tới hệ thống cống thoát nước, nước ngầm, nước mặt. Nước
thải công nghiệp có tính axit ăn mòn các đường ống dẫn bằng kim loại, bêtông.
Mặt khác do các quá trình xà phòng hoá tạo thành váng ngăn của quá trình
14


thoát nước và thâm nhập của oxi không khí vào nước thải, cản trở quá trình tự

làm sạch. Các ion kim loại nặng khi thâm nhập vào bùn trong các mương
thoát nước còn ức chế hoạt động của các vi sinh vật kị khí làm mất khả năng
hoạt động hoá của bùn.
- Ô nhiễm nước ngầm và nước bề mặt co thể xảy ra do quá trình ngấm
và chảy tràn của nước thải mạ điện. Ngoài ra con ảnh hưởng tới sản suất, chất
lượng như :
Làm giảm năng suất trồng và nuôi, làm hỏng đất, giảm chất lượng sản
phẩm, biến đổi đến hệ sinh vật, tăng mầm bệnh [4, 11].
Ảnh hưởng của Crôm
Crôm có số thứ tự 24, thuộc phân nhóm phụ nhóm VΙ trong bảng hệ
thống tuần hoàn Mendeleev. Crôm là kim loại nặng màu trắng bạc có ánh xanh,
độ cứng rất cao chịu mài mòn tốt. Trọng lượng nguyên tử 52,01. Nhiệt độ nóng
chảy 1750 ÷ 1800oC.
Trong tự nhiên Cr có nhiều trong khoáng vật Cromit (FeCrO 3), Trong
một số loại đá xe cpentin (1800mg/kg) đá granit (5mg/l). Trong đất crôm có
hàm lượng thấp (2 ÷ 6 mg/l).
Trong nước crôm thường ở dạng Cr3+ và Cr6+, nhưng Cr3+ thường gặp
hơn. Nguồn gốc của chúng là từ chất thải công nghiệp như: công nghiệp mạ,
sơn, đốt nhiên liệu hoá thạch, thuộc da...Với nồng độ 0,1mg/l crôm đã có tác
động xấu đến các vi sinh vật trong nước, trong khoảng nồng độ 0,03 ÷ 0,32mg/l
chúng kìm hãm sự phát triển của tảo.
Cr3+ cần thiết cho cơ thể nếu thiếu nó sẽ không chuyển hoá được đường
glucô và rối loạn một vài quá trình trao đổi chất khác . Mức độ an toàn phải
dùng tối thiểu là 0.05 ÷ 0.2mg/l.ngày.
Cr6+ có tính độc cao (hơn 100 lần so với Cr 3+). Nguy hiểm hơn là khả
năng hấp thụ Cr6+ của con người cũng tốt hơn Cr3+. Cr6+ gây độc cho gan, thận,
tim, rối loạn hô hấp. Nếu nhiễm độc mãn tính có thể gây viêm da, loét da.
15

Người hay động vật hít phải Cr6+ sẽ bị ung thư . Đối với những người làm việc
trong điều kiện phải tiếp xúc với các hợp chất crôm thì các hợp chất này thường
tụ đọng ở lớp da có thể gây ra bệnh viêm da, viêm chàm da dị ứng hoặc nếu lớp
da bị rách, xước sẽ gây ra sự thấm xung quanh các vết rách đó.
Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO), nồng độ Crôm tối đa cho phép trong
nước uống là 0,05mg/l. Nồng độ Cr6+ cho phép trong nước thải công nghiệp loại
A theo QCVN 40:2011 là 0,01 – 0,02 mg/l , đối với loại B là 0,04 – 0,05mg/l.
Với Cr3+ nồng độ cho phép trong nước thải công nghiệp loại A theo QCVN
40:2011 là 0.05 – 0.1mg/l; loại B là 0,5 – 1mg/l [3, 4].
Ảnh hưởng của Niken (Ni)
Niken có số thứ tự 28 thuộc nhóm VΙΙ trong bảng tuần hoàn và có khối
lượng nguyên tử là 58,7. Niken là kim loại trắng, bạc, dẻo , dễ cán, dát, rèn và
đánh bóng. Trọng lượng riêng ở 20 OC là 8,9g/cm3, nhiệt độ nóng chảy từ 1425
÷ 1455OC. Niken thường tồn tại ở hóa trị ΙΙ. Trên trái đất niken nằm dưới dạng
đồng vị bền, tập chung chủ yếu ở trong quặng sunphua đồng niken. Nước thải từ
các khu công nghiệp, các nhà máy luyện kim, mạ điện và các khu khai thác mỏ
niken đẫ đưa vào nguồn nước một lượng niken đáng kể. Trong nước sinh hoạt
(nước máy) do qua trình hoà tan từ các thiết bị, hàm lượng Ni có thể đạt 1mg/l.
Thức ăn hằng ngày cũng có Ni, lượng Ni xâm nhập vào cơ thể từ 0,1 ÷
0,3mg/ngày.
Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, có khả
năng tạo phức chất khá bền với các hợp chất hữu cơ tự nhiên hoặc tổng hợp. Nó
được tích tụ trong các chất sa lắng, trong cơ thể thực vật bậc cao và một số loại
thủy sinh. Niken có tính độc cao với cá, phụ thuộc vào chất lượng nước ở đó.
Nồng độ Ni trên 30µg/l gây tác hại cho các cơ thể sống bậc thấp trong nước.
Đối với gia súc, thực vật, vi sinh vật, Ni được xem là thành phần vi
lượng, còn đối với cơ thể người điều đó chưa rõ ràng. ảnh hưởng phổ biến nhất
do tiếp xúc với Ni là “chứng ngứa Ni” ở dạng viêm da chủ yếu xảy ra ở những
16

người làm mạ Ni nhưng ở mức độ nhạy cảm khác nhau. Chứng này xảy ra rất
nhiều trong điều kiện độ ẩm và nhiệt độ cao, do da bị ẩm, chủ yếu ở bàn tay và
cánh tay. Ngộ độc Ni do hô hấp gây khó chịu, buồn nôn, đau đầu nến kéo dài
ảnh hưởng đến phổi hệ thần kinh trung ương, gan và thận [4].
Hợp chất Ni thực sự nguy hiểm là Cacbonyl Niken (Ni(CO) 4) được sản
sinh với số lượng lớn trong qua trình tinh luyện Ni. Cacbonyl Niken là chất lỏng
nặng không màu, dễ thăng hoa ở nhiệt độ thường. Nghiên cứu cho biết sự lắng
đọng cacbonyl Niken trong điều kiện ẩm của dịch phổi đã gây kích ứng xung
huyết và phù nề ở phổi. Giới hạn ngưỡng độc trong không khí của cacbonyl
Niken là 0,001ppm. Đó là nồng độ bình quân tối đa mà người công nhân có thể
tiếp xúc qua 8 giờ làm việc mà không tổn hại tới sức khỏe.
Nồng độ Ni cho phép trong nước uống được WHO quy định là
20µg/l.Theo QCVN 40:2011 nồng độ Ni cho phép với nước thải công nghiệp
loại A và B là 0,1mg/l[2, 3].
2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
2.1 Tình hình ô nhiễm nước thải mạ điện trên thế giới.
Hiện tượng suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm ở nhiều nơi trên
thế giới do ô nhiễm các kim loại nặng (KLN) có nguồn gốc công nghiệp như
niken, crôm, chì, asen, đồng, selen, thuỷ ngân, cadimi,... là thực tế và cần sớm
có giải pháp xử lí. Viện nghiên cứu Blacksmith, New York đã bình chọn danh
sách 10 thành phố ô nhiễm nhất trên thế giới thì có tới 8 thành phố liên quan
đến ô nhiễm KLN đó là Lâm Phần, Thiên Anh (Trung Quốc); Sukindan, Vapi
(Ấn Độ); La Oroya (Peru); Dzerzhinsk, Norilsk (Nga); Chernobyl (Ukraine);
Sumgayit (Azerbaijan); Kabwe (Zambia). Đ iển hình như Lâm Phần, Tianying
(Trung Quốc) là nơi bị ô nhiễm nặng KLN [26]. Những kim loại độc đã ngấm
vào máu nhiều thế hệ trẻ em ở Tianying và làm giảm chỉ số thông minh. Theo
kết quả phân tích thủy sản ở 4 hồ nước ngọt và khu vực biển phía đông tỉnh
Giang Tô, có rất nhiều kim loại khác nhau trong đó thủy ngân, cadimi, crôm,
kẽm và chì tồn tại trong 41% thủy sản. Abida Begum và cs khi phân tích nước,

sinh vật phù du, cá và trầm tích cho thấy nước sông Cauvery, Ấn Độ bị ô nhiễm
17


bởi một số KLN (Cr, Cu, Mn, Co, Ni, Pb,...). Trong nước, hàm lượng các kim
loại nghiên cứu được xếp theo trình tự Cr>Cu-Mn > Co > Ni > Pb > Zn. Hàm
lượng Cr và Ni trong nước tương ứng là 18,24 và 28,2 ppm. Hàm lượng đó cao
hơn rất nhiều tiêu chuẩn cho phép của Ấn Độ [27]. Nghiên cứu của Sainz và
cộng sự (2004) cho biết, vùng cửa sông Huelva ở Tây Nam Bồ Đào Nha là một
trong những cửa sông trên thế giới bị nhiễm bẩn KLN ở mức cao nhất trên thế
giới. Trung bình tổng lượng kim loại được đổ vào cửa sông này là 895,1kg/h
[23].
2.2 Sử dụng mùn cưa để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải
Một số công trình nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản đã công bố có thể sử
dụng mùn cưa làm vật liệu để hấp phụ một số ion kim loại như Co, Pb, Cr,
Ni,....Tuy nhiên, để thực hiện quá trình hấp phụ trên các tác giả đã tiến hành
thực nghiệm trong điều kiện nhiệt độ rất cao và phải đầu tư thiết bị tốn kém.
Nghiên cứu của Bulut và cs, 2007 đã khẳng định mùn cưa của cây óc chó có
thể được sử dụng để hấp phụ Cd, Pb và Ni trong nước thải. Ở cùng một lượng
mùn cưa như nhau thì hiệu quả hấp phụ Pb = Cd > Ni. Evans T và cs., 2012 đã
nghiên cứu về khả năng hấp phụ Cd của mùn cưa từ cây thông và thấy rằng hiệu
quả xử lý Cd trong nước thải của mùn cưa phụ thuộc vào liều lượng hấp phụ,
pH và hàm lượng chất ô nhiễm ban đầu [15]. Kishor Kumar Singh, 2011đã
thành công khi sử dụng mùn cưa như là một chất hấp phụ sinh học để xử lý ô
nhiễm KLN trong nước mưa trên đường cao tốc. Kết quả chỉ ra rằng, tuy tốc độ
hấp phụ các ion KLN tương đối cao, nó có thể loại bỏ được khoảng 90% ion
kim loại sau 30 phút, nhưng dung lượng hấp phụ thấp chỉ đạt được cao nhất
24,5 mg/g đối với Zn [17]. Krowiak và cs., 2013 đã tiến hành nghiên cứu loại
bỏ Cu và Cr bằng mùn cưa của cây gỗ sồi bằng phương pháp hấp phụ, kết quả
chỉ ra rằng hiệu quả loại bỏ ion Cu và Cr đạt cao nhất tại pH = 5 và dung lượng

hấp phụ cao nhất đạt ở nhiệt độ 20°C là 30,22 mg/g đối với Cu 2+ ion và 41,86
mg/g đối với Cr3+ ion.
Batzias và cs. đã nghiên cứu sử dụng mùn cưa từ gỗ sồi đã qua xử lý bằng
muối để hấp phụ methylen xanh [13]. Kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ của
mùn cưa rất tốt và tuân theo phương trình Freundlich.
Nhóm nghiên cứu của đại học Virginia, Mỹ đã dùng mùn cưa và đất sét
để lọc nước sạch. Theo đó, đất sét lấy ở địa phương được trộn với mùn cưa và
nước theo tỷ lệ thích hợp, ép vào khuôn rồi cho vào lò nung. Mùn cưa bị cháy
18


trong quá trình nung sẽ để lại những lỗ trống li ti trong cấu trúc bộ lọc gốm.
Chúng đủ lớn cho phép nước được lọc qua với tốc độ 3 lít/giờ và đủ nhỏ để giữ
lại các tạp chất. Bên cạnh đó, một phần mùn cưa khi cháy sẽ có tác dụng như
than hoạt tính nên khử mùi khá tốt.
Việc sử dụng mùn cưa làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ ion KLN có một số
ưu điểm như tốc độ xử lý nhanh, tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này, phải
chú ý đến khả năng hấp phụ của loại mùn cưa. Chúng phụ thuộc vào điều kiện
nhiệt độ. Khi nhiệt độ thấp quá trình hấp phụ xảy ra mạnh nhưng nếu quá cao
thì có thể diễn ra quá trình giải hấp phụ [Meier, Babenzien et al. 2004]. Ngoài
ra nó còn có nhược điểm là chỉ sử dụng cho việc loại bỏ các ion KLN có hàm
lượng thấp và trong quá trình xử lý, đến 1 lúc nào đó dung lượng hấp phụ đạt
tới bão hoà thi cần phải có một lượng hoá chất như HCl, HNO3 hay EDTA để
giải hấp phụ. Như vậy, cần phải có chi phí bổ sung cho quá trình xử lý và phải
tiếp tục xử lý dịch hấp phụ nên các chi phí bổ sung tốn kém [18,20,22].
Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu sử dụng
các hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn carbon và chất khử trong quá trình
xử lý nước thải chứa KLN và giàu sulfat. Trong phương pháp này, vi sinh vật sẽ
thúc đẩy quá trình khử sulfat thành sulfur, một mặt loại bỏ sulfat, mặt khác
sulfur được tạo thành sẽ kết tủa với ion kim loại nặng thành sulfur kim loại nặng

hoặc hydroxyt dưới dạng kết tủa, qua đó kim loại nặng được loại bỏ.
Nguồn các hợp chất hữu cơ đã được các tác giả sử dụng làm nguồn chất
khử để xử lý ô nhiễm KLN trong nước thành công là toluen, Ethanol, acid
lactic, glicerol, đường saccaro,... [16,19,21,22]. Khi sử dụng các hợp chất trên
làm nguồn carbon và chất khử tạo thành sulfur thì các ion KLN được loại bỏ
triệt để. Tuy nhiên, các hợp chất hữu cơ này tương đối đắt tiền nên chi phí cho
việc xử lý cũng tương đối cao. Hơn nữa, nó tạo ra nguồn ô nhiễm thứ cấp từ
việc sử dụng các hợp chất hữu cơ.
2.3 Sử dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo (Constructed wetland) để xử lý
ô nhiễm KLN.
Các vùng đất ngập nước tự nhiên từ xa xưa đã được sử dụng để làm sạch
nước thải nhưng chúng có một số hạn chế trong quá trình vận hành do khó kiểm
soát về chế độ thủy lực và có khả năng ảnh hưởng xấu vì thành phần nước thải
đến môi trường sống của động vật hoang dã và hệ sinh thái trong đó.
19


Công nghệ đất ngập nước nhân tạo (bãi lọc trồng cây) là công nghệ xử lý
sinh thái được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm nhưng vẫn bảo tồn
được những ưu điểm của bãi đất ngập nước tự nhiên [1]. Các nghiên cứu trên
thế giới đã cho thấy, công nghệ trên rất thích hợp cho xử lý nước thải tại các
khu vực dân sinh, khu công nghiệp và các làng nghề nơi có quỹ đất rộng. Việc
phát triển công nghệ đất ngập nước nhân tạo có ý nghĩa giúp phục hồi các khu
vực đất ngập nước bị mất đi do quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa.
Đối với công nghệ này thì việc khảo sát tìm kiếm được các loài thực vật
có khả năng siêu tích lũy các chất ô nhiễm, tạo môi trường và bề mặt cho các vi
sinh vật phát triển là rất quan trọng. Ngày nay, danh lục trên 450 loài thực vật
có khả năng hấp thụ cao KLN đã được công bố [9].
Phương pháp dùng lau, sậy xử lý nước thải do Giáo sư Kathe Seidel
người Đức đưa ra từ những năm 60 của thế kỷ 20. Các cánh đồng lau sậy có thể

xử lý được nhiều loại nước thải có chất độc hại khác nhau và nồng độ ô nhiễm
lớn. Hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp có chứa kim loại thì hiệu quả xử lý
COD, BOD5, crom, đồng, nhôm, sắt, chì, kẽm đạt 90-100% [8,10]. Đến năm
2006, chỉ riêng ở Mỹ và Canada đã có hàng ngàn hệ thống xử lý nước thải
(thành phố, công nghiệp, khai thác mỏ...) bằng công nghệ sử dụng TVTS đang
hoạt động. Hiện tại, đã có rất nhiều bằng phát minh sáng chế về công nghệ sử
dụng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN.
ardea-Torresday và cs. đã đăng kí Patent N 5927005 về xử lý đất chứa
chì, đồng, niken và cadimi bằng cây bụi Larrea tridentata. Sinh khối tạo ra sẽ
được quản lý bằng cách đốt lấy tro rồi đem chôn hoặc để tuyển khoáng. Salt và
cs. thì có Patent N 5928406 xử lý đất ô nhiễm crôm bằng các loài cây họ Cải.
Cơ chế của quá trình này là chuyển hoá Cr(VI) là loại Crôm độc thành Cr(III)
không độc. Các loài cây đã làm cho các dạng Cr linh động chuyển thành các
dạng Cr cố định vào trong đất nên sau khi xử lý chỉ việc cày lấp cây vào đất mà
không phải xử lý sinh khối [9]. Một loại thực vật nổi trên mặt nước - cây Najas
graminea Del., đã được các nhà khoa học Đài Loan sử dụng hiệu quả để xử lí
Cu, Zn, Pb, Cd và Zn. Đây là loại thực vật có khả năng hấp thụ KLN rất mạnh,
đặc biệt là đối với chì, dễ nuôi trồng và dễ thu hoạch [20]. Một loại thực vật
thuỷ sinh khác – Rau muống (Ipomoea aquatica Forsk) có khả năng tích luỹ
mạnh Cu, Ni, Cr và Zn.
3. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
20


3.1 Tình hình ô nhiễm nước thải mạ điện
Nguồn nước thải của nhiều ngành công nghiệp mạ điện (CNMĐ), các khu
khai thác mỏ và các làng nghề cơ kim khí có chứa hàm lượng KLN, sulfat,
nitrate, amoni …rất cao. Đặc biệt, các làng nghề cơ kim khí là một trong những
loại làng nghề phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. Nhiều hoạt động
sản xuất như tái chế sắt thép, cán, kéo, đột dập… đã tạo ra các sản phẩm như

cuốc xẻng, cày bừa, bản lề, đinh ghim, sắt thép xây dựng…đáp ứng nhu cầu thị
trường, tạo công ăn việc làm và thu nhập cho phần lớn người dân trong làng.
Tuy nhiên, sự phát triển của làng nghề còn mang tính tự phát, chưa có quy
hoạch, trình độ công nghệ còn thấp, người lao động chưa được đào tạo đầy đủ
đã gây ra một loạt các tác động nghiêm trọng đến môi trường. Cả nước có
khoảng 1450 làng nghề thì 100% các làng nghề được điều tra đều gây ô nhiễm
môi trường. Các làng nghề sử dụng lượng lớn hoá chất và thải ra môi trường
khối lượng nước thải không nhỏ có độ độc hại cao, chứa nhiều kim loại nặng
như: Fe, Cr, Ni, Zn, CN. Cụ thể, mỗi ngày làng nghề Phùng Xá, Thạch Thất, Hà
Nội ước tính thải ra khoảng 5000 m3 nước thải các loại. Các nước thải này có
hàm lượng Cr, Ni, Pb, Cd, COD, sulfat, nitrate, amoni vượt tiêu chuẩn cho phép
(TCCP) nhiều lần [5]. Ngành CNMĐ tuy có khối lượng nước thải không nhiều
nhưng lại chứa các hoá chất độc hại như axít, xút và các kim loại nặng như Cr,
Ni. Tại Hà Nội, hiện có hàng chục công ty, nhà máy có cơ sở mạ điện với lượng
nước thải từ vài chục đến vài trăm m3/ ngày. Môi trường nước bị ô nhiễm do các
hoạt động khai khoáng và tuyển quặng đã được nhiều nhà khoa học trong nước
quan tâm nghiên cứu (Nguyễn Văn Bình và cs., Đặng Đình Kim và cs., ). Các
tác giả đã xác định hàm lượng của các kim loại nặng như As, Pb, Bi, Sn, Cu,
Cd, Fe, W trong khu vực mỏ thiếc đang khai thác tại Sơn Dương, Tuyên Quang
và nhiều mỏ thuộc tỉnh Thái Nguyên vượt TCCP. Hiện nay, giải quyết vấn đề ô
nhiễm trên còn gặp rất nhiều khó khăn.

21


Sản phẩm cần mạ

Đánh bóng, mài nhẵn

Khử dầu mỡ

Bụi kim loại

Chất thải hữu cơ, hơi dung môi

Mạ Niken

Nước thải chứa Ni
Sấy khô, kiểm tra sản phẩm, đóng gói

Làm sạch, tẩy gỉ bằng hoá chất

Mạ Kẽm
Nước thải chứa Zn
Mạ Crôm

Nước thải chứa Cr

Nước thải chứa axít
Níc th¶i chøa axit

Hình 1.3. Sơ đồ một số công đoạn trong công nghệ mạ điện

3.2 Sử dụng mùn cưa để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải
Ở Việt Nam, việc sử dụng vật liệu từ các phụ phẩm nông nghiệp để hấp phụ
các KLN ứng dụng trong xử lý môi trường còn rất ít được quan tâm nghiên cứu.
PGS.TS Phan Thị Bình và cs. đã tổng hợp và nghiên cứu vật liệu composit
polyanilin từ vỏ đỗ để ứng dụng hấp phụ ion Cu(II) trong nước, polyanilin từ
mùn cưa có kích thước nano để hấp phụ Cr6+[2,3].
PGS. TS. Nguyễn Văn Nội và cs. đã nghiên cứu sử dụng mùn cưa biến tính

để xử lý nước bị ô nhiễm dầu [7]. Trong hội thi sáng tạo KH&KT dành cho học
sinh phổ thông năm 2013, đề tài của học sinh Trường THPT Chu Văn An (Hà
Nội) vừa xuất sắc giành giải nhất toàn cuộc hôm 31-3, là dự án nghiên cứu công
nghệ xử lí nước thải phòng thí nghiệm bằng đá vôi và mùn cưa [25]. Tuy nhiên,
những kết quả nghiên cứu về mùn cưa tại nước ta chỉ là những nghiên cứu ban
22


đầu mang tính chất thăm dò. Do vậy, đây thực sự là một vấn đề mới, nhiều tiềm
năng để nghiên cứu và khám phá.
Theo cách tiếp cận sử dụng vi khuẩn khử sunfat để xử lý, một số tác giả
trong nước đã có những thành công nhất định khi xử lý ô nhiễm KLN. Lại Thúy
Hiền và cs (2003) đã ứng dụng thành công phương pháp dòng chảy ngược kị
khí (UASB) để xử lý hỗn hợp KLN (Cr, Ni, Fe, Zn, Cu, Mn) trong nước thải
làng nghề cơ khí Vân Chàng, Nam Định bằng vi khuẩn KSF nội tại. Kết quả
cho thấy, hiệu quả xử lý kim loại nặng lên tới 97 - 99 % sau 1 tháng thí nghiệm.
Nước thải sau xử lý đạtạ tiêu chuẩn Việt Nam cho nước thải công nghiệp loại B
(TCVN 5945_1995). Phạm Hương Sơn và cs (2003) đó xử lý nước thải nhân
tạo có bổ sung 10 ppm Cu và 10 ppm As bằng công nghệ khử sulfate. Sau 40
ngày thí nghiệm 96-99% Cu và As đó được loại bỏ.
•

Tình hình sử dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải
mạ điện

Kết quả nghiên cứu trong nhiều năm cho thấy, ở Việt Nam một số loài thực
vật có thể đóng vai trò tích cực trong xử lý ô nhiễm KLN đã được biết đến. Tuy
nhiên, phương pháp xử lý nước thải bằng các bãi lọc ngầm trồng cây còn khá
mới mẻ, bước đầu đang được một số trung tâm công nghệ môi trường và trường
đại học áp dụng thử nghiệm.

Một số tác giả trong nước đã chứng minh được vai trò quan trọng của một số
thực vật thuỷ sinh trong việc tích luỹ vào cơ thể của chúng các kim loại nặng
khác nhau. Chẳng hạn cây bèo Tây có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn và Fe
trong nước thải công nghiệp [10], cây cải soong có thể xử lý được Cr và Ni từ
nước thải mạ điện. Trong khi Rong đuôi chó và bèo Tấm lại có khả năng giảm
thiểu được Fe, Cu, Pb và Zn có trong hồ Bẩy Mẫu, Hà Nội [4,8].
Các cán bộ nghiên cứu của Viện Công nghệ môi trường đã và đang có những
nghiên cứu hệ thống một số loài thực vật thuỷ sinh như bèo tây, bèo cái, rau
muống, bèo tấm, ngổ, sậy,... để đánh giá đặc điểm sinh học, tính chống chịu và
khả năng loại bỏ N- NH4+, N-NO3-, Phốtpho, COD cũng như kim loại nặng (Cr,
Ni, Pb) từ nước thải công nghiệp mạ điện và nước thải chế biến thuỷ sản. Kết
quả bước đầu cho thấy, các loài thực vật này có độ tăng trưởng cao, khả năng
chống chịu tương đối tốt và tham gia tích cực vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi
trường [9,10]. Một nhóm tác giả khác đã nghiên cứu thử nghiệm loại bỏ Cu, As,
23


Pb từ nước thải của khu vực mỏ tuyển thiếc tại Thái Nguyên bằng các loại cây
như bèo tây, bèo cái, sậy, ngổ, bèo hoa dâu, rau muống. Kết quả bước đầu cho
thấy bèo tây có khả năng loại bỏ Cu, As, Pb hiệu quả nhất. Lê Văn Cát và cs.,
2008 [4] nghiên cứu khả năng loại bỏ đồng thời amoni và asen từ nước ô nhiễm
bằng cây cỏ trồng thuỷ canh (Typha canna và cỏ Voi Elephant ). Tác giả cho
rằng có thể sử dụng kỹ thuật này ở quy mô gia đình để lọc nước ngầm nhiễm
amoni và asen. PGS.TS. Nguyễn Việt Anh [1], chủ nhiệm đề tài hợp tác nghiên
cứu giữa Trường Đại học Tổng hợp Lin Koeping (Thuỵ Điển) và Trung tâm Kỹ
thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp về “Xử lý nước thải sinh hoạt bằng
bãi lọc trồng cây” cho biết nhóm nghiên cứu của ông đã tiến hành thử nghiệm
thành công bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy thẳng đứng sử dụng các vật
liệu sỏi, gạch để xử lý nước thải sau bể tự hoại với các loài cây như cỏ nến
(Typha angustifolia), sậy (Phragmites karka), thuỷ trúc (Cyperus alternifolius)

v.v…
4. Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải mạ điện
•

Phương pháp kết tủa
Quá trình kết tủa thường được ứng dụng cho xử lý nứơc thải chứa kim

loại nặng. Kim loại nặng thường kết tủa ở dạng hydroxit khi cho chất kiềm hóa
(vôi, NaOH, Na2CO3,…) vào để đạt đến giá trị pH tương ứng với độ hoà 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-kiềm, ammonia có thể khử bằng phương pháp chlorine hoá điểm
uốn (breakthrough point), tách khí (air stripping) 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.

24


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.
Đối với Crôm VI (Cr6+), cần thiết tiến hành khử Cr6+ thành Cr3+ và sau đó
kết tủa với vôi hoặc xút. Hoá chất khử thông thường cho xử lý nước thải chứa
Crôm là ferrous sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit, hoặc sulfur dioxit.

Ferrous sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit có thể ở dạng rắn hoặc dung
dịch. SO2 ở dạng khí nén trong các bình chịu áp. Quá trình khử hiệu quả trong
môi trường pH thấp. Vì vậy các hoá chất khử sử dụng thường là các chất mang
tính axit mạnh. Trong quá trình khử, Fe2+ sẽ chuyển thành Fe3+. Nếu sử dụng
meta-bisulfit hoặc sulfur dioxit, ion SO32- chuyển thành SO42-.
Phản ứng tổng quát như sau:
Cr6+ + Fe2+ + H+  Cr3+ + Fe3+
Cr6+ + Na2S2O3 (hoặc SO2) + H+  Cr3+ + SO42Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3 
Trong phản ứng oxy hoá khử, ion Fe2+ phản ứng với Cr6+, khử Cr6+ thành
Cr3+ và oxy hoá Fe2+ thành Fe3+. Phản ứng xảy ra nhanh hơn ở pH nhỏ hơn 3.
Axit có thể được thêm vào để đạt pH thích hợp. Sử dụng FeSO 4 là tác nhân khử
có điểm bất lợi khối lượng bùn sinh ra khá lớn do cặn Fe(OH) 3 tạo thành khi
cho chất kiềm hoá vào. Để thu được phản ứng hoàn toàn, cần thiết phải thêm
lượng FeSO4 dư, khoảng 2.5 lần so với hàm lượng tính toán trên lí thuyết.
Lượng axit cần thiết cho quá trình khử Cr 6+ phụ thuộc vào độ axit của
nước thải nguyên thuỷ, pH của phản ứng khử và loại hoá chất sử dụng.
Xử lý từng mẻ (batch treatment) ứng dụng có hiệu quả kinh tế, khi nhà
máy xi mạ có lưu lượng nước thải mỗi ngày ≤ 100m 3/ngày. Trong xử lý từng
mẻ cần dùng hai loại bể có dung tích tương đương lượng nước thải trong một
ngày Qngày. Một bể dùng xử lý, một bể làm đầy.
25