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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-----------------------------------------------------

NGUYỄN THANH TUÂN

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên – 2014


ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-----------------------------------------------------

NGUYỄN THANH TUÂN

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

Chuyên ngành : Khoa học môi trường
Mã số ngành : 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRỊNH LÊ HÙNG

Thái Nguyên – 2014


iii

LờI CAM ĐOAN

Sau thời gian nghiên cứu và thực tập tại phòng thí nghiệm Trung tâm
Công nghệ Môi trường Việt Nhật, cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng
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 hướng 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

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 hướng 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 vượt qua khó khăn để hoàn thành tốt luận văn này.
Em cũng xin được cám ơn các thầy cô giáo Khoa Môi Trường –
Trường Đại Học Nông lâm Thái Nguyên đã tân tình dạy dỗ và truyền đạt kiến
thức cho em trong những năm học tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm Công nghệ Môi
trường 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

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:.....................................................................................................2
3. Yêu cầu của đề tài .....................................................................................................3
4. Ý nghĩa của đề tài......................................................................................................3
CHƯƠNG 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 .......................................................9
1.2.4. Quy trình công nghệ mạ nhúng nóng .............................................................11
1.2.5. Hiện trạng ô nhiễm môi trường:......................................................................13
1.2.6. Tác hại và khả năng ô nhiễm do bùn thải gây ra đối với môi trường [5] .......16
1.3. Các chất keo tụ, trợ keo tụ và hấp phụ................................................................17


vi

1.4. Các loại phèn được dùng trong xử lý sơ bộ đối với nước thải của thế giới và

Việt nam [4] ................................................................................................................20
1.5. Giới thiệu về sắt (III) hydroxyt ...........................................................................24
1.5.1. Đặc tính sắt (III) hydroxyt (Fe(OH)3) [6]........................................................24
1.5.2. Giới thiệu về phèn sắt Polytetsu......................................................................25
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU............................................................................................................................26
2.1. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................................26
2.2. Phạm vi và thời gian nghiên cứu..........................................................................26
2.3. Nội dung nghiên cứu...........................................................................................27
2.3.1. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường........................................................27
2.3.2. Nghiên cứu khả năng kết tủa và thực hiện các phản ứng sắt (III) hydroxyt
với Axít sunfuric .........................................................................................................27
2.3.3. Đánh giá hiệu quả của phèn sắt sunphat .........................................................27
2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................27
2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp ...............................................27
2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp...............................................................28
2.4.3. Phương pháp lấy mẫu .....................................................................................28
2.4.4. Một số chỉ tiêu phân tích chất lượng nước......................................................29
2.4.5. Phương pháp lấy mẫu nước ............................................................................30
2.4.6. Bố trí thí nghiệm nước thải nhà máy giấy.......................................................30
2.4.7. Phương pháp thực nghiệm .............................................................................31
2.5. Ứng dụng sản phẩm .............................................................................................34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................35
3.1. Đánh giá ô nhiễm nước thải mạ công ty Ống thép Hòa Phát ..............................35
3.1.1. Giới thiệu công ty ống thép Hòa Phát.............................................................35
3.1.2. Công nghệ sản xuất của Nhà máy...................................................................36
3.1.3. Nguồn phát sinh ô nhiễm ................................................................................38


vii

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 [Fe2(OH)n(SO4)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 trường 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.............................................................................65
1. Kết luận ...............................................................................................................65
2. Kiến nghị.............................................................................................................66


viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chú thích

BTNMT

Bộ Tài nguyên Môi trường

BOD

Nhu cầu oxi sinh hóa

BQL

Ban quản lý

COD

Nhu cầu oxi sinh học

CHXHCN

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa

CP

Chính phủ

DO

Hàm lượng oxi hòa tan

ĐTM

Đánh giá tác động môi trường

HĐKT

Hợp đồng kinh tế

KCN

Khu công nghiệp

NQ

Nghị 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

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1. Một số chỉ tiêu phân tích nước mặt ............................................................29
Bảng 3.1. Kết quả phân tích mẫu nước thải sinh hoạt ................................................42
Bảng 3.2. Thành phần nước thải sản xuất trước xử lý................................................45
Bảng 3.3. kết quả phân tích nước thải mạ...................................................................47
Bảng 3.4. Kết quả phân tích nước 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 H2O: H2SO4.........................54
Bảng 3.8. Kết quả phân tích thành phần hóa học của polytetsu trên thị trường và
sản phẩm điều chế được..............................................................................................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 lượng thay đổi để xác định tốc độ lắng (trong 100ml mẫu
nước 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 lượng 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 lượng Fe tổng (mg/l) theo thời gian sau xử lý hóa
chất ..............................................................................................................................60
Bảng 3.14. Tính chi phí sản xuất 1kg phèn ................................................................62


x

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ mạ ống kẽm nhúng nóng ................................................11
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ[1]......................................................12
Hình 2.1. Đường chuẩn Fe..........................................................................................31
Hình 2.2. Đường chuẩn Mn........................................................................................32
Hình 2.3. Đường chuẩn NH4+ .....................................................................................33
Hình 2.4. Đường chuẩn COD.....................................................................................33
Hình 3.1. Vị trí và giới hạn tọa độ tiếp giáp của Công ty được thể hiện trong hình
sau ...............................................................................................................................35

Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy ống Thép Hòa Phát ............................37
Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải Công ty ống thép Hòa Phát.....43
Hình 3.4. Biểu đồ COD trong nước thải công Mạ .....................................................48
Hình 3.5. Biểu đồ BOD trong nước thải công Mạ .....................................................49
Hình 3.6. Biểu đồ Fe trong nước thải công Mạ ..........................................................49
Hình 3.7. Thành phần bùn thải....................................................................................52


1

Mở ĐầU

1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá - hiện đại
hoá đất nước, thực trạng môi trường hiện nay tại các đô thị lớn và các khu công
nghiệp đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng và là mối lo ngại cho các cơ quan quản
lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực. Ô nhiễm môi trường nói
chung và tình trạng môi trường do nước thải công nghiệp nói riêng là một trong
những vấn đề quan trọng được đặt ra ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Việc
đẩy mạnh và phát triển của ngành công nghiệp trong nước kéo theo lượng chất
thải công nghiệp ngày một gia tăng nhiều hơn cả về số lượng lẫn chủng loại.
Ở nước ta vài năm trở lại đây đang tập trung phát triển các ngành công
nghiệp phụ trợ, trong đó kỳ vọng đặc biệt vào ngành gia công kim loại. Do vậy,
nhu cầu gia công mạ kim loại ngày càng lớn và cũng từ đó việc xử lý chất thải
trong gia công mạ - một yếu tố có nhiều khả năng phá hủy môi trường, là hết sức
cần thiết và cần phải được giải quyết triệt để.
Nước thải phát sinh trong quá trình mạ kim loại thường chứa hàm lượng
các kim loại nặng rất cao như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua ….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 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 về 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...


2

Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trường không được quan tâm
đúng mức, chất thải sinh ra từ các quá trình sản xuất và sinh hoạt không được xử
lý trước khi thải ra môi trường nên gây ô nhiễm môi trường trầm trọng..
Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ở nước ta cho
thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ kim loại có quy mô vừa và nhỏ, áp dụng
công nghệ cũ và lạc hậu. Trong quá trình sản xuất, tại các cơ sở này, vấn đề xử
lý ô nhiễm môi trường còn chưa được xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn mang
tính hình thức, chiếu lệ, bởi việc đầu tư cho xử lý nước thải khá tốn kém và việc
thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêm minh.
Quá trình xử lý nước thải nghành mạ cũng tạo ra lượng bùn rất lớn, chủ
yếu là các hydroxyt kim loại. Các loại bùn thải này thường 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 nước. Vì vậy nếu có thể tận dụng để tạo ra những chế phẩm
khác nhau và được sử dụng cho các mục đích khác nhau thì cũng là một hướng
đi rất có lợi cho môi trường. Chúng tôi đã thử nghiệm tận dụng phế liệu sắt (III)
hydroxyt để chế tạo ra một loại phèn sắt tương đương như đã có trên thị trường
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 trường.
2.2 Mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá tính ưu việt khi sử dụng phèn sắt so với phèn nhôm PAC trong
xử lý nước nói chung và xử lý nước thải nói riêng.


3

- Đánh giá khả năng ứng dụng phèn sắt trong các công đoạn xử lý nước
thải.
- Đánh giá tính hiệu quả sản xuất phèn sắt từ bùn thải thành hàng hóa.
3. Yêu cầu của đề tài
- Nghiên cứu ảnh hưởng của phèn sắt đến các quá trình trong xử lý nước
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 được cho thực tế
4. Ý nghĩa của đề tài
Về khoa học: tìm hiểu cơ chế keo tụ và hấp phụ trong môi trường tự nhiên.
Về thực tiễn: đây là bài toán có ý nghĩa về môi trường góp phần giải quyết
theo hướng tái sử dụng các phế liệu thành thương phẩm.


4

CHƯƠNG 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 tư số 59/2005/QH11 do Quốc hội nước 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 nước CHXHCN Việt
Nam thông qua ngày 29/11/2005;
- Luật Bảo vệ môi trường số 52/2005/QH11 do Quốc hội nước 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 hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường;
- 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 hướng dẫn thi hành một số điều của Luật
Bảo vệ môi trường;
- 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 trường;
- Nghị định số 29/2011/NĐ-CP ngày 18/04/2011 của Chính phủ về đánh
giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường, cam kết bảo vệ môi
trường;
- Thông tư số 26/2011/TT-BTNMT ngày 08/12/2008 của Bộ Tài nguyên
và Môi trường Quy định chi tiết một số điều nghị định 29/2011/NĐ – CP của
Chính phủ ngày 18/04/2011 về đánh giá tác động môi trường chiến lược, đánh
giá tác động môi trường và cam kết bảo vệ môi trường;


5

- Thông tư số 12/2011/TT-BTNMT ngày 14/04/2011 của Bộ Tài nguyên
và Môi trường quy định về quản lý chất thải nguy hại;
- Quyết định số 22/2006/QĐ-BTNMT ngày 18/12/2006 của Bộ trưởng Bộ

Tài Nguyên và Môi trường về việc “Bắt buộc áp dụng quy chuẩn kỹ thuật Việt
Nam về Môi trường”;
- Luật Tài nguyên nước 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 nước;
- Quyết định phê duyệt báo cáo ĐTM, văn bản xác nhận hoàn thành các
công trình bảo vệ môi trường 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 phương 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 được gọi
là mạ kẽm [1].
Trong tất cả các kỹ thuật tạo bề mặt phổ biến cho thép thì mạ kẽm là
phương pháp tạo bề mặt chống gỉ tốt nhất. Trong quá trình mạ kẽm kim loại
được nấu thành hợp kim với chất nền. Vì thế lớp kẽm mạ sẽ không bị tróc ra như
khi dùng sơn tạo ra lớp bảo vệ vĩnh cửu cho chất nền.
b. Khái niệm nước thải công nghiệp và nguồn tiếp nhận
- Theo QC40: 2011/BTNMT Nước thải công nghiệp là nước thải phát sinh từ
quá trình công nghệ của cơ sở sản xuất, dịch vụ công nghiệp (sau đây gọi chung
là cơ sở công nghiệp), từ nhà máy xử lý nước thải tập trung có đấu nối nước thải
của cơ sở công nghiệp[13].


6

- Nguồn tiếp nhận nước thải là: hệ thống thoát nước đô thị, khu dân cư; sông,
suối, khe, rạch; kênh, mương; hồ, ao, đầm; vùng nước 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 nước của môi trường
để tạo vỏ bọc hydrat, các hạt keo riêng biệt mang diện tích lớn và khi điện tích
này được trung hòa thì độ bền của hạt keo bị phá vỡ. Quá trình thủy phân các
chất như phèn nhôm, phèn sắt trong nước làm cho các phần tử mới hình thành
liên kết lại với nhau tạo thành các khối bông phèn đồng nhất. Ví dụ như 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 nước tạo thành vỏ bọc
hydrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích bé và dưới tác dụng của các chất
điện phân không bị keo tụ[6].
Ngoài ra người ta phân loại theo các dạng như sau:
- Keo phân tử là những phần tử lớn (polyme) tạo thành hạt keo.
- 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 nước không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không ngậm dầu nước.
d, Khái niệm các loại thép
Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,2 đến 1,7% C, dưới 0,8% S, P và Mn
và dưới 0,5% Si. Thép tuy cứng nhưng dẻo hơn Gang, dễ rèn và dễ cán kéo. Khi


7

được làm nguội nhanh(tôi thép), trở nên rất cứng và khi được làm nguội chậm
thép trở nên mềm hơn. Có hai loại thép chính là thép Các bon và thép hợp kim.
- Thép Cácbon được chia thành thép mềm, thép trung và thép cao. Thép

mềm chứa 0,2% C, dùng để làm vỏ xe ô tô, thép sợi, ống, đinh bulông. Thép
trung chứa 0,3 đến 0,6% C dùng làm dầm và sàn nhà, lò xo. Thép C cao chứa 0,6
đến 1,7% C dùng làm dao, kéo, búa, đục, khoan.
- Thép hợp kim hay còn gọi là thép đặc biệt, ngoài những tạp chất có sẵn
trong thép C còn chứa 1 lượng lớn của 1 hay 1 số kim loại được đưa thêm vào
như 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 như 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 như 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 người Pháp tên là Melouin, trong một lần
trình bày tại Viện hàn lâm Pháp, đã miêu tả phương án bảo vệ bề mặt chi tiết sắt
thép bằng cách nhúng nó vào bể kẽm nóng chảy. Năm 1836, Sorel là một nhà
hoá học người Pháp đã nhận bằng sáng chế về phương 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 nước Anh cũng đã được 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


8

bề mặt sắt thép đã được ứng dụng rộng rãi hầu hết trong mọi ngành của nền kinh
tế như 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 thương mại như một phương pháp chống ăn mòn trong vô số các ứng

dụng khắp thế giới.
Ngày nay, công nghệ mạ được 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 hư 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 trường 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 hư hại trên lớp bảo vệ này. Do đó, sự ăn mòn bắt đầu hình
thành và nhanh chóng lan rộng ra bên dưới 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
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 trường ngoài là phương pháp cổ xưa
nhất và được 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 phương 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 phương pháp đồng thời cung cấp được
hai phương pháp bảo vệ chống ăn mòn đó là bảo vệ rào chắn và bảo vệ cathode.


9

Từ lâu, kẽm đã được sử dụng để tạo lớp bảo vệ do tính chất của kim loại
này (tốc độ ăn mòn của Zn từ 40-50g/m2/năm so với 400-500g/m2/năm của thép,
với lại Zn mang điện thế + so với Fe trong quá trình ăn mòn điện hoá…), về
nguyên tắc dù được tạo bằng phương 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 được phủ
[3].
Với những đặc tính ưu 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
lượng kết cấu các công trình thép xây dựng trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nước
- Tạo lớp bảo vệ các kết cấu kim loại trong các môi trường 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 như các loại sơn truyền thống;
+ 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 trường.
+ 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 được ứng dụng khá phổ biến tại các nước công nghiệp phát triển, nhưng ở


10

nước ta đến 1989 mới được bắt đầu nghiên cứu triển khai với quy mô sản xuất và
được thúc đẩy mạnh mẽ khi triển khai xây dựng đường dây tải điện 500kV Bắc
Nam phục cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Vật liệu tương
ứng và công nghệ nhúng kẽm đã được triển khai đúng lúc, đáp ứng được các yêu

cầu chống ăn mòn, nâng cao chất lượng và tuổi thọ cũng như độ an toàn của các
công trình kết cấu thép và đã được nhận giải 3 VIFOTEC năm đầu 1995.
Đối tượng áp dụng chủ yếu là các công trình có kết cấu thép lớn như:
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 bưu chính –
viễn thông – truyền hình như: trạm BTS, cột anten, trụ anten,..
+ Lĩnh việc điện lực: cột điện
+ Hiện các sản phẩm của mạ kẽm nhúng nóng tại Việt Nam chủ yếu là
các phụ kiện đường dây tải điện được làm bằng thép, các tháp truyền hình, các
hộ lan can mềm bảo vệ đường giao thông, các cột đèn chiếu sáng đô thị.
+

Mạ kẽm đã chứng minh tính năng bảo vệ ưu việt cho các công trình

nên hầu như tất cả công trình của ngành điện hiện nay đều sử dụng sắt thép được
mạ kẽm nhúng nóng.
- Tuổi thọ của lớp mạ:
Tuổi thọ phục vụ mong đợi được định nghĩa là tuổi thọ cho tới khi 5% bề mặt
xuất hiện lớp gỉ sắt. Thực tế sử dụng nhiều năm trước đây ở một số nước 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 thường 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


11

hình công nghệ chính là mạ điện và mạ nhúng nóng. Hai hình thức này tồn tại
song song cùng với nhau, nhưng khác nhau về mức độ.

1.2.4. Quy trình công nghệ mạ nhúng nóng
+ Quy trình công nghệ mạ:
Cũng vì vậy nước thải chủ yếu được xử lý bằng cách dùng vôi hoặc dùng
xút để tạo kết tủa hydroxyt sắt và các kim loại khác được sục khí để tạo thành
các kim loại có hóa trị cao nhất (ví dụ: sắt III hydroxyt) Sơ đồ xử lý như sau:

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ mạ ống kẽm nhúng nóng
Nguyên liệu đầu vào là các cấu kiện thép được cầu trục chuyển đến công
đoạn làm sạch bề mặt bằng cách ngâm trong dung dịch xút và rửa bằng nước để
tẩy sạch dầu mỡ. Sau đó ngâm trong dung dịch HCl và rửa bằng nước để tẩy
sạch rỉ sắt.
Qua công đoạn tẩy sạch bề mặt, ống được ngâm trong bể trợ dung bằng
dung dịch ZnCl2 để phủ mỏng ZnCl2 lên bề mặt cấu kiện thép. Sau đó ống được
đưa vào bể sấy khô bằng không khí nóng. Tiếp theo ống sẽ được nhúng trong bể
kẽm nóng chảy có nhiệt độ 4500C. cấu kiện mạ từ bể kẽm, được thổi ngoài bằng
khí nén có áp suất 6 bar, thổi trong ống bằng hơi nước có áp suất từ 8 đến 12 bar
để làm sạch lượng kẽm dư trên bề mặt cấu kiện. Kẽm này được thu hồi về bể
kẽm. Sản phẩm mạ được làm nguội trong bể nước có nhiệt độ 700C [10].


12

+ Quy trình xử lý nước thải:
Nguyên liệu sắt trước khi mạ đầu tiên phải được tẩy sạch lớp rỉ sắt (Fe2O3)
dầu mỡ bảo quản chống rỉ bằng kiềm nhằm hòa tan hầu hết dầu mỡ, Sau đó lớp
rỉ (oxit sắt Fe2O3) phải được tẩy bằng axit thường là axit sunfuric (H2SO4) để hòa
tan thành dạng dung dịch muối sắt (III) theo phản ứng sau:
Fe2O3 + 3H2SO4

= Fe2 (SO4)3

+

3H2O

Đương 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 + H2SO4 = FeSO4

+

H2

Các kim loại có trong thành phần của thép như 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 tương ứng nhưng ở mức độ thấp hơn nhiều so với sắt. [14]

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ[4]


13

1.2.5. Hiện trạng ô nhiễm môi trường:
Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ở nước ta cho
thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở mạ có quy mô nhỏ và vừa áp dụng công nghệ cũ
và lạc hậu, lại tập trung chủ yếu tại các thành phố lớn, như 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 nước ngoài), vấn đề xử lý
ô nhiễm môi trường còn chưa được xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn mang tính
hình thức, chiếu lệ, bởi việc đầu tư cho một hệ thống xử lý nước thải khá tốn kém

nên việc thực hiện Luật bảo vệ môi trường chưa nghiêm minh [2].
Nước thải thường gây ô nhiễm bởi các kim loại nặng, như 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 nước thải nhưng chưa 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 nước thải thay đổi. Tại Hà Nội, Bắc Ninh, Hưng Yên, kết quả phân tích chất
lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ điển hình ở cả 3 địa phương này
cho thấy, hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép: hàm
lượng kim loại nặng cao, chỉ tiêu về kim loại nặng vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho
phép, COD dao động trong khoảng 320 – 885mg/lít do thành phần nước thải có
chứa dầu, các kim loại ở trạng thái hòa tan do pH thấp…[1]
Hơn 80% nước 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 trường nước mặt
ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng nước sông, hồ… Ước tính, lượng 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 trường ở
nước ta sẽ còn gia tăng nếu không kịp thời đưa ra các biện pháp hữu hiệu.


14

- Các nguồn gây ô nhiễm:
+ Đối với chất thải lỏng: Nước thải của quá trình sản xuất được tập hợp và
xử lý tại Trạm xử lý nước thải tập trung được xây dựng tại nhà máy. Nước sau
xử lý đạt tiêu chuẩn trong cột B của TCVN trước khi chảy ra môi trường.
+ Đối với chất thải rắn: Bao gồm bùn thải, xỉ kẽm, tro bụi kẽm. Bùn thải
của quá trình sản xuất được thu gom và chứa vào kho chứa bùn theo quy định và
được vận chuyển xử lý theo định kỳ 1 tháng 1 lần. Xỉ kẽm và tro kẽm được lưu
giữ theo quy định trước 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, nước thải, các bụi tro kẽm, các nhà máy đã có
các phương án xử lý hiệu quả các chất gây ô nhiễm trong qui trình mạ tại các nhà
máy. Nhưng bùn thải sinh ra trong quá trình xử lý nước thải là vấn đề khá nhức
nhối chưa có biện pháp xử lý triệt để. Hiện tại hầu hết các nhà máy thường giải
quyết lượng bùn thải này bằng cách ký các hợp đồng vận chuyển phế thải với
công ty Urenco địa phương vận chuyển đi chôn lấp[1].
Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ điện là chứa các hàm lượng 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 nước thải có chứa các độc tố khác như, muối clorua, muối
sunfat. Trong nước thải xi mạ thường có sự thay đổi pH rất rộng từ rất axít (pH
=2 – 3) đến rất kiềm (pH = 10 –11). Các chất hữu cơ thường có rất ít trong
nước thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chất tạo bông, chất hoạt động bề
mặt… nên chỉ số COD, BOD của nước thải mạ điện thường nhỏ và không thuộc
đối tượng xử lý. Đối tượng xử lý chính trong nước thải mạ điện là các muối kim
loại nặng như sắt, mangan, niken, Kẽm ….[8]


15

- Độc tính một số hóa chất sử dụng trong công nghệ xi mạ kẽm nhúng nóng [5]
+ Axit clohydric HCl:
Là dung dịch không màu hoặc có màu vàng nhạt do lẫn muối sắt hóa trị ba.
Bốc khói trong không khí. Là chất có độ axit mạnh, gây ăn mòn nhanh, khi axit
dính vào niêm mạc, da gây bỏng, rát ngứa nếu hít phải hơi gây kích thích đường
hô hấp trên nồng độ 35ppm trong không khí gây ngứa họng ngay sau khi
tiếp xúc. Nồng độ 1000ppm trong không khí gây nguy hiểm khi tiếp xúc.
+ Axit nitric HNO3:
Là chất lỏng, trong không màu, bốc khói trong không khí, có tính ăn mòn

mạnh. Hơi axit nitơric kích thích niêm mạc cơ, mắt, đường hô hấp trên và da, khi
tác dụng với một số kim loại giải phóng oxit nitơ rất độc.
+ Xút NaOH :
Là chất rắn màu trắng đục, dễ chảy rữa trong không khí, tác dụng ăn mòn
mạnh và có tên là xút ăn da. Cả chất rắn và dung dịch của xút là chất ăn mòn rất
mạnh đối với tế bào cơ thể và triệu chứng rất hiển nhiên. Gây bỏng rất sâu, rất
khó lành và khi lành để lại sẹo rất xấu. Tiếp xúc với dung dịch loãng lâu ngày
cũng gây hư da, viêm da, không khôi phục được. Hít phải dung dịch xút hoặc hơi
xút làm gây đường hô hấp gây tổn thương phổi. Khi bị bỏng bởi xút dùng vòi
nước rửa sạch xút nhưng tránh làm hủy hoại thêm vết thương. Nếu bị văng vào
mắt thì phải rửa sạch bằng nước ấm trong khoảng 15 phút sau khi sơ cứu phải
đưa đi bệnh viện cấp cứu [8].
+ Các hợp chất của kẽm ZnO, ZnSO4 , ZnCl2 :
Kẽm oxit (ZnO), kẽm sunfat(ZnSO4), kẽm clorua(ZnCl2) là chất ít độc
nhưng khi hít phải khói của oxit kẽm thì bị mắc bệnh gọi là “cảm đồng thau”,
nếu hít phải các loại khói của kẽm clorua sẽ bị bị tổn thương phổi. Các muối kẽm