nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt hóa bằng phương pháp vật lý để xử lý cr6+ , cu2+ , ni2+ trong nước thải ngành mạ điện

Mục Lục
Lời cám ơn ........................................................................................................................i
Mục lục ........................................................................................................................... ii
Danh mục bảng ................................................................................................................ v
Danh mục hình ảnh ......................................................................................................... vi
Mở đầu ............................................................................................................................. 1
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2
4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu ........................................... 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
1.1 Tổng quan về ngành mạ điện ................................................................................ 3
1.1.1 Nguyên lý của quá trình mạ điện ................................................................... 3
1.1.2 Các kim loại được dùng để mạ phủ - các sản phẩm của quá trình mạ điện .. 4
1.1.3 Nguồn gốc phát sinh – tính chất nước thải mạ điện ...................................... 5
1.1.4 Nước thải và tính chất của nước thải mạ điện ............................................... 6
1.1.5 Giới thiệu chung về đồng, crôm, niken ......................................................... 8
1.1.6 Các phương pháp xử lý kim loại nặng ......................................................... 10
1.2 Tổng quan về phương pháp hấp phụ ................................................................... 17
1.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ ......................................................... 17
1.2.2 Cơ chế của quá trình hấp phụ ...................................................................... 18
1.2.3 Cân bằng hấp phụ ........................................................................................ 18
1.2.4 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ.................................................. 19
1.2.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ......................................... 22
1.2.6 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 23
1.2.7 Phương pháp giải hấp phụ ........................................................................... 24
1.3 Sản xuất than hoạt tính ........................................................................................ 26

ii

1.3.1 Than hóa nguyên liệu đầu vào: .................................................................... 26
1.3.2 Quá trình hoạt hoá........................................................................................ 26
1.3.3 Ưu nhược điểm của 2 phương pháp hoạt hóa .............................................. 27
1.3.4 Ứng dụng than hoạt tính .............................................................................. 27
1.3.5 Giới thiệu về nguyên liệu vỏ trấu. ............................................................... 28
1.3.6 Quy trình làm than hoạt tính từ vỏ trấu ....................................................... 28
1.4 Một số nghiên cứu hấp phụ kim loại nặng bằng trấu và một số vật liệu khác ở
Việt Nam ................................................................................................................... 30
1.5 Một số nghiên cứu hấp phụ kim loại nặng bằng trấu và một số vật liệu khác ở
nước ngoài ................................................................................................................. 31
1.6 Những vấn đề cần tập trung nghiên cứu và giải quyết ........................................ 32
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ................................. 33
2.1 Sơ đồ nghiên cứu................................................................................................. 33
2.2 Mô hình nghiên cứu ............................................................................................ 34
2.2.1 Cấu tạo mô hình ........................................................................................... 34
2.2.2 Nguyên tắc hoạt động .................................................................................. 35
2.3 Các phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 35
2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu .................................................. 35
2.3.2 Phương pháp thực nghiệm ........................................................................... 35
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................... 36
3.1 Xây dựng đường chuẩn cho các ion kim loại...................................................... 36
3.1.1 Xây dựng đường chuẩn của Cu2+ ................................................................. 36
3.1.2 Xây dựng đường chuẩn của Cr6+ ................................................................. 36
3.1.3 Xây dựng đường chuẩn của Ni2+ ................................................................. 37
3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính từ vỏ
trấu. ............................................................................................................................ 38
3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ của than
trấu hoạt tính ......................................................................................................... 38
3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của than trấu hoạt tính 43

3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn-lỏng đến quá trình hấp phụ của than trấu

iii


hoạt tính ................................................................................................................ 46
3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến quá trình hấp phụ trên than hoạt tính
............................................................................................................................... 49
3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ trên điều kiện động ................................................. 52
3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ cột................. 52
3.3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ Cu2+, Cr6+, Ni2+ trên cột hấp phụ ..................... 54
3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch rửa giải đến khả năng rửa giải
............................................................................................................................... 58
3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích rửa giải .................................................... 60
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 66
Kết luận ..................................................................................................................... 66
Kiến nghị ................................................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 68
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................. 70

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Các kim loại mạ phủ và các sản phẩm ............................................................. 4
Bảng 1.2 Thành phần và tính chất nước thải mạ điện ở nước ta như sau: ...................... 7
Bảng 1.3 Thành phần tính chất nước thải mạ điện Công ty CP công nghiệp điện hóa
Fukui, Nhật Bản ............................................................................................................... 7
Bảng 1.4 Thành phần tính chất nước thải mạ điện của công ty Cổ Phần khóa Việt Tiệp
– Đông Anh ..................................................................................................................... 8

Bảng 1.5 Khử niken trong nước thải bằng vôi và vôi sunfite ở ba nhà máy mạ điện ... 11
Bảng 1.6 Xử lý Crôm trong nước thải bằng phương pháp khử + kết tửa hidroxit ........ 11
Bảng 1.7 Tóm tắt hiệu quả xử lý đồng theo phương pháp kết tủa hydroxit .................. 11
Bảng 1.8 So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý kim loại nặng .............. 12
Bảng 1.9 Ưu nhược điểm của 2 phương pháp hoạt hóa ................................................ 27
Bảng 3.1 Đường chuẩn của Cu2+ ................................................................................... 36
Bảng 3.2 Đường chuẩn của Cr6+.................................................................................... 37
Bảng 3.3 Đường chuẩn của Ni2+.................................................................................... 37
Bảng 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ ...................... 39
Bảng 3.5 Thời gian hấp phụ đạt cân bằng của các ion .................................................. 42
Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ. ......................... 43
Bảng 3.7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn lỏng đến quá trình hấp phụ. .......... 46
Bảng 3.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hấp phụ trên than hoạt
tính ................................................................................................................................. 49
Bảng 3.9 Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của các ion .................... 51
Bảng 3.10 Phân loại sự phù hợp của mô hình đẳng nhiệt bằng tham số RL ................. 52
Bảng 3.11 Giá trị tham số cân bằng RL của quá trình hấp phụ bằng than trấu hoạt tính
....................................................................................................................................... 52
Bảng 3.12 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ trên cột ........................ 53
Bảng 3.13 Kết quả hấp phụ trên cột .............................................................................. 55
Bảng 3.14 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ của dung dịch rửa giải đến khả năng
giải hấp .......................................................................................................................... 59
Bảng 3.15 Kết quá quá trình tái sinh cột hấp phụ ......................................................... 60
Bảng 3.16 Tính toán cân bằng khối lượng cho quá trình hấp phụ cột và giải hấp ........ 64

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Nguyên lý quá trình mạ điện ............................................................................ 3

Hình 1.2 Quy trình công nghệ mạ điện ........................................................................... 5
Hình 1.3 Công nghệ xử lý nước thải của công ty CP công nghiệp hóa Fukui, Nhật Bản
....................................................................................................................................... 14
Hình 1.4 Công nghệ xử lý nước thải mạ điện của công ty Hòa Bình Xanh .................. 16
Hình 1.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir............................................................. 21
Hình 1.6 Sự phụ thuộc của Cf/q và Cf ........................................................................... 21
Hình 1.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................... 22
Hình 1.8 Sự phụ thuộc của lgq vào lgC ......................................................................... 22
Hình 1.9 Quy trình làm than hoạt tính từ vỏ trấu .......................................................... 29
Hình 1.10 Vỏ trấu .......................................................................................................... 29
Hình 1.11 Than hoạt tính làm từ vỏ trấu ....................................................................... 30
Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................ 33
Hình 2.2 Mô hình cột hấp phụ ....................................................................................... 34
Hình 3.1 Quá trình lắc trên máy lắc .............................................................................. 38
Hình 3.2 Mẫu thu được sau khi lắc ............................................................................... 39
Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của Cu2+ ............................. 41
Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của Cr6+.............................. 41
Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của Ni2+.............................. 42
Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của Cu2+ ...................................... 44
Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của Cr6+ ....................................... 45
Hình 3.8 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của Ni2+ ....................................... 45
Hình 3.9 Ảnh hưởng của khối lượng than đến khả năng hấp phụ của Cu2+.................. 47
Hình 3.10 Ảnh hưởng của khối lượng than đến khả năng hấp phụ của Cr6+ ................ 48
Hình 3.11Ảnh hưởng của khối lượng than đến khả năng hấp phụ của Ni2+ ................. 48
Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Cu2+ ...................................... 50
Hình 3.13 Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q và Cf của Cu2+ ............................... 50
Hình 3.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Cr6+ ...................................... 50

vi

Hình 3.15 Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q và Cf của Cr6+................................ 50
Hình 3.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Ni2+ ...................................... 51
Hình 3.17 Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q và Cf của Ni2+................................ 51
Hình 3.18 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ ..................................... 54
Hình 3.19 Quá trình chạy cột hấp phụ ........................................................................... 55
Hình 3.20 Khả năng hấp phụ Cu2+ trên cột ................................................................... 57
Hình 3.21 Khả năng hấp phụ Cr6+ trên cột .................................................................... 57
Hình 3.22 Khả năng hấp phụ Ni2+ trên cột .................................................................... 58
Hình 3.23 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch rửa giải ................................... 59
Hình 3.24 Quá trình tái sinh cột hấp phụ....................................................................... 60
Hình 3.25 Kết quả giải hấp Cu2+ bằng HNO3 0,75M .................................................... 63
Hình 3.26 Kết quả giải hấp Cr6+ bằng HNO3 0,75M..................................................... 63
Hình 3.27 Kết quả giải hấp Ni2+ bằng HNO3 0,75M..................................................... 64
Hình 1. Chạy cột hấp phụ (làm tại nhà)......................................................................... 71
Hình 2. Cấu tạo cột hấp phụ .......................................................................................... 72
Hình 3. Hệ thống máy đó AAS (Varian AA204) .......................................................... 71
Hình 4. Mẫu và dãy chuẩn được chuẩn bị trước khi tiến hành đo ................................ 72
Hình 5. Thao tác thiết lập máy trước khi đo .................................................................. 72
Hình 6. Thao tác đo mẫu ............................................................................................... 73

vii


i

2+
Nghiên
phương
pháp pháp

vật lývật
để lý
xửđể
lý xử
Cr6+
Cu6+2+, ,Cu
Ni2+
Nghiêncứu
cứusử
sửdụng
dụngthan
thantrấu
trấuhoạt
hoạtbằng
hóa bằng
phương
lý,Cr
, Ni2+
trong
nước
thải
ngành
mạ
điện
trong nước thải ngành mạ điện

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, cùng với quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa chất lượng sống
của con người ngày càng được nâng cao, thì nhu cầu về nước ngày càng nhiều nhưng

sự ô nhiễm nước xảy ra ngày một nghiêm trọng hơn. Đặc biệt là vấn đề ô nhiễm kim
loại nặng. Các kim loại này thường xuất hiện trong nước thải công nghiệp điện tử, lọc
hóa dầu,.. mà đặc biệt là nước thải ngành mạ điện. Không giống như các chất hữu cơ
gây ô nhiễm, các kim loại này không phân hủy và có xu hướng tích tụ trong cơ thể
sống có thể gây biến đổi gen, ung thư và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường như:
Cu2+, Cr6+, Ni2+. Để xử lý kim loại nặng thì hiện nay có rất nhiều phương pháp khác
nhau. Trong đó, phương pháp hấp phụ đang ngày càng được quan tâm nhiều với vật
liệu hấp phụ được chế tạo từ các phụ phẩm nông nghiệp giá rẻ như: rơm, gáo dừa,
trấu,…Trong đó nguyên liệu hấp phụ được chế tạo từ vỏ trấu ngày càng được quan
tâm.
Việt Nam là một trong những quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới. Là một
nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với lợi thế hai vùng đồng bằng lớn kết hợp
với khí hậu tạo điều kiện thuận lợi cho canh tác. Từ năm 2005 trở lại đây, sản lượng
lúa gạo có xu hướng tăng dần. Cụ thể là trong niên vụ 2015/16, Việt Nam xuất khẩu
ước tính đạt 7 triệu tấn gạo. Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp bằng
việc tạo ra những giống lúa mới có năng suất cao, chịu hạn chịu phèn tốt và chống
chọi được nhiều sâu bệnh cũng góp phần nâng cao sản lượng lúa gạo của cả nước.
Theo số liệu thống kê cứ mỗi tấn lúa tạo ra khoảng 200 kg vỏ trấu (vỏ trấu chiếm
khoảng 20% khối lượng thóc). Như vậy trung bình hằng năm lượng trấu của Việt Nam
khoảng 8.94 triệu tấn. Hiện nay, hơn 75% trấu đã được tận dụng làm chất đốt để cấp
nhiệt trực tiếp cho công đoạn sấy lúa và các sản phẩm nông nghiệp, sản xuất gạch,
ngói, ép thành củi trấu,… Phần còn lại trở thành chất thải, có nguy cơ bị đổ xuống
sông, rạch gây ô nhiễm nguồn nước hoặc đốt thành tro gây ô nhiễm môi trường.
Do đó, tìm một cách xử lý hiệu quả vỏ trấu là một bài toán hết sức cần thiết. Từ
yêu cầu thực tiễn trên nhóm đề tài đã nghiên cứu phương pháp chế tạo than hoạt tính
từ vỏ trấu và ứng dụng than loại than này trong việc xử lý kim loại nặng trong nước
thải mà đặc biệt là ngành mạ điện.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt hoá bằng phương pháp vật lý (hoạt hóa bằng
hơi nước) để xử lý Cu2+, Cr6+, Ni2+ trong nước thải ngành mạ điện.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu
 Than trấu hoạt hóa bằng phương pháp vật lý.
SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

1


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

 Dung dịch Cu2+, Cr6+, Ni2+ giả định cho nước thải mạ điện sau cụm hóa lý.
 Phạm vi nghiên cứu
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Cu2+, Cr6+, Ni2+ trên than
hoạt tính làm từ vỏ trấu, từ đó rút ra nhận xét khả năng hấp phụ ion.
 Các thí nghiệm hấp phụ dòng gián đoạn và hấp phụ qua cột thực hiện với dung
dịch Cu2+, Cr6+, Ni2+ với than hoạt tính làm từ vỏ trấu.
4. Nội dung nghiên cứu










Tổng quan về ngành mạ điện và tính chất nước thải.
Tổng quan về phương pháp hấp phụ và sản xuất than hoạt tính.
Tìm hiểu về một số công trình nghiên cứu trong và ngoài nước.
Xây dựng đường chuẩn của Đồng, Crôm, Niken.
Xác định thời gian cân bằng của quá trình hấp phụ.
Khảo sát pH tối ưu đối với các kim loại trên.
Xác định đường đẳng nhiệt, xác định dung lượng hấp phụ cực đại.
Khảo sát trên cột hấp phụ.
Khảo sát quá trình giải hấp.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu.
Vỏ trấu là phụ phẩm nông nghiệp từ quá trình xay xát lúa gạo. Nghiên cứu đề
tài than trấu giúp chúng ta tìm ra một vật liệu hấp phụ mới có nguồn gốc tự nhiên
trong công tác bảo vệ môi trường. Từ đó tìm ra được một giải pháp tối ưu giải quyết
nạn ô nhiễm vỏ trấu ở nông thôn cũng như xử lý các thành phần kim loại nặng trong
nước ở các khu công nghiệp.

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

2


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về ngành mạ điện
Công nghệ mạ điện kim loại đã ra đời và phát triến từ rất lâu. Năm 1980, nhà
hóa học Ý Luigi V.Brugnatelli đã phát hiện kỹ thuật mạ điện. Ở Việt Nam ngành mạ
điện đang phát triển mạnh như ở Hà Nội, TP HCM, Bình Dương đế đáp ứng nhu cầu
tiêu dùng. Hầu hết các cơ sở mạ điện ở Việt Nam có đặc trưng là mặt bằng sản xuất
chật hẹp, nằm xen kẽ trong khu dân cư, quy mô sản xuất nhỏ, sản xuất kiểu gia đình,
công nghệ thiết bị lạc hậu xuống cấp.
Mạ không chỉ bảo vệ kim loại nền khỏi bị ăn mòn mà còn có tác dụng trang trí.
Tùy theo mục đích sử dụng mà áp dụng nhiều kỳ thuật mạ phủ các kim loại khác nhau,
phố biến nhất trong ngành mạ tiểu thủ công nghiệp là mạ phủ các kim loại như Đồng,
Niken, Crôm, Vàng và Bạc.
Kỹ thuật mạ điện ngày nay đã có những bước tiến nhảy vọt nhằm tạo ra lớp mạ
có cấu trúc tinh tế, mịn, dẻo, độ bám tốt, không xốp, không bong. Tuy nhiên, mạ điện
là một ngành có mức độ ô nhiễm môi trường cao bởi các tác nhân chính như hơi hóa
chất độc hại, nước thải có pH thay đổi lớn, chứa các ion kim loại nặng dễ gây cho con
người những căn bệnh hiểm nghèo.
1.1.1 Nguyên lý của quá trình mạ điện
Mạ điện là quá trình điện phân trong đó anot xảy ra quá trình oxy hóa (hòa tan
kim loại hay giải phóng khí oxy) còn catot xảy ra quá trình khử (khử kim loại từ dung
dịch thành lớp kim loại bám trên vật mạ hay quá trình giải phóng hydro,…) khi có
dòng điện một chiều đi qua chất điện phân (dung dịch mạ)

Hình 1.1 Nguyên lý quá trình mạ điện

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

3

i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

1.1.2 Các kim loại được dùng để mạ phủ - các sản phẩm của quá trình mạ điện
Bảng 1.1 Các kim loại mạ phủ và các sản phẩm
Kim
loại

Dung dịch mạ

Sản phẩm mạ
thường gặp

Đặc điểm

 Mạ đồng trong
 Ứng dụng rộng rãi
dung dịch xianua
trong các lĩnh vực
chế tạo máy và chế
 Mạ đồng trong
dung dịch không có tạo dụng cụ.
xianua
Đồng  Mạ đồng trong
dung dịch axit
 Các loại mạ đồng
đặc biệt khác

 Lớp mạ đồng có màu đỏ
hồng trong không khí dễ bị rỉ
do tác dụng với oxi và axit
cabonic.
 Dùng trong mỹ thuật làm lớp
lót trang trí, mạ bảo vệ các
chi tiết khỏi bị thấm cacbon,
nitơ, dùng trong kỹ thuật đúc
điện tạo ra các chi tiết phức
tạp.

 Mạ niken trong
dung dịch axit
 Mạ niken bóng
 Mạ niken đen
Niken  Mạ niken đặc biệt
khác

 Các thiết bị chống
ăn mòn trong môi
trường xâm thực
mạnh, chịu mài
mòn, khuôn bản in,
các chi tiết xe hơi,
xe đạp, xe máy,..

 Lớp mạ niken dẻo, dễ đánh
bóng tạo độ bóng rất cao và
nhờ màng thụ động mỏng,
chịu được các điều kiện khắc

nghiệt của axit, kiềm và
muối.
 Mạ niken để bảo vệ vật mạ
không bị ăn mòn.

 Mạ bằng dung dịch  Phụ tùng xe hơi, xe
có thành phần chủ
máy, đồ gia dụng,
yếu là axit cromic
làm gương phản
chiếu, mạ khuôn,
Crôm với nồng độ khác
nhau
xilanh, vòng găng
của động cơ đốt
trong.

 Lớp mạ Crôm có độ bóng
cao, màu sáng trắng, có màu
xanh.
 Crôm được mạ để trang trí
hoặc bảo vệ các vật mạ, chịu
mài mòn, tăng tính phản xạ
ánh sáng của sản phẩm.

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

4

i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

1.1.3 Nguồn gốc phát sinh – tính chất nước thải mạ điện
a. Các công đoạn của quá trình mạ điện
Làm sạch cơ học

Vật cần làm sạch

Bụi gỉ

Mài nhãn, đánh bóng

Dung môi

Bụi kim loại
Dung môi hơi
Nước thải chứa dầu

Tẩy dầu mỡ

Hơi, axit

Làm sạch bằng hóa
học và điện cực

NaOH, HCl,

H2SO4

Chất làm
bóng
NiSO4

Zn(CN)2
ZnCl2
ZnO

NaCN
NaOH
H3BO3

Axit, kiềm

NaCN
H2SO4

Cu(CN)2
CuSO4

Mạ
Crom

Mạ
Niken

Mạ
Kẽm

Mạ
Đồng

Cr6+

Ni2+, Axit

CN-, Zn2+,
Axit

Cu2+, Axit

Axit
Muôi
Au
Muội
Ag Mạ

Vàng

CN-, Axit

Hình 1.2 Quy trình công nghệ mạ điện
Trong công nghệ mạ điện về cơ bản bao gồm: quá trình xử lý bề mặt, quá trình
mạ và hoàn thành sản phẩm
 Công đoạn xử lý bề mặt:
Để sản phẩm sau khi mạ có lớp mạ đồng nhất thì gia công bề mặt là giai đoạn
không thể thiếu trong quá trình xi mạ. Gia công bề mặt trước khi mạ có ảnh hưởng đến
chất lượng lớp mạ. Ngoài việc làm cho bề mặt nhẵn bóng nó còn có tác dụng khử sạch

các lớp gỉ, các màng oxit mỏng hoặc các chất bẩn, dầu mỡ trên bề mặt vật liệu cần mạ,
tạo điều kiện thuận lợi cho lớp mạ gắn chắc với kim loại nền.

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

5


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

Các phương pháp gia công bề mặt:
 Phương pháp cơ khí: mài thô, mài tinh, đánh bóng, quay bóng
 Phương pháp hóa học: Tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ
 Phương pháp mài: sử dụng các loại bột mài như nhôm oxit, các loại lơ đánh
bóng. Chất thải trong quá trình này là các loại bụi do sử dụng các loại bột mài, các vật
liệu bị mài mòn
 Phương pháp quay bóng: Các vật thể nhỏ không thể mài bóng được thì sử dụng
phương pháp quay bóng. Có hai cách quay bóng: quay bóng khô và quay bóng ướt
Tẩy dầu mỡ: Trên bề mặt chi tiết cần mạ thường có các loại dầu mỡ hay thuốc
đánh bóng dính vào. Màng dầu mỡ gây hiện tượng bong lớp kim loại mạ đồng thời
làm bẩn dung dịch mạ
Các phương pháp tẩy dầu mỡ:





Tẩy dầu mỡ trong dung môi hữu cơ
Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm và nhũ tương
Tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điện hóa
Công đoạn mạ:

Để bảo vệ kim loại người ta dùng các lớp mạ như kẽm, đồng, niken, crôm,
thiếc,… để mạ lên kim loại cần bảo vệ. Mạ điện tiến hành trong các bể mạ với dòng
điện một chiều. Vật cần mạ là catot được nối với cực âm của nguồn điện một chiều.
Kim loại dùng để mạ là anot và được nối với cực dương.
 Công đoạn sau mạ:
Các chi tiết sau khi mạ xong được rửa lại bằng nước sạch để tẩy sạch các dung
dịch mạ bám trên bề mặt. Giai đoạn rửa sau mạ được thực hiện bằng việc nhúng các
chi tiết vào các bể nước sạch liên tiếp. Sau đó các chi tiết sẽ được sấy khô sau công
đoạn mạ, chúng sẽ được kiểm tra và đưa vào kho lưu trữ.
1.1.4 Nước thải và tính chất của nước thải mạ điện
a. Nước thải
Nước thải mạ điện có thành phần đa dạng biến động khá nhiều về tính chất, pH
biến động từ rất axit (2-3) cho đến rất bazơ (10-13). Nó phụ thuộc vào loại hình sản
xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, chất lượng sản phẩm… Tuy
nhiên nước thải từ xưởng mạ thường được phân riêng thành 2 loại: nguồn thải từ quá
trình mạ và quá trình làm sạch bề mặt chi tiết. Chúng khác nhau cơ bản về lưu lượng
và nồng độ.
 Nước thải từ quá trình mạ: dung dịch trong bể mạ có thể bị rò rĩ, rơi vãi hoặc
bám theo các chi tiết ra ngoài. Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được vệ
SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

6

i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

sinh thải các chất bẩn, cặn,… Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưng
chất ô nhiễm đa dạng và nồng độ chất ô nhiễm cao.
 Nước thải từ quá trình làm sạch bề mặt các chi tiết: trên bề mặt kim loại thường
có dầu mỡ bám vào do các giai đoạn bảo dưỡng và đánh bóng cơ học. Để đảm bảo
chất lượng lớp mạ các chi tiết trước khi mạ cần được làm sạch bề mặt bằng các
phương pháp tẩy dầu mỡ hóa học, dùng dung môi điện hóa. Vì vậy lượng nước thải
phát sinh trong quá trình này nhiều nhưng nồng độ ô nhiễm nhỏ chủ yếu là kiềm, axit...
b. Tính chất của nước thải mạ điện
Đặc trưng chung của xử lý nước thải xi mạ là nước thải có chứa nhiều muối vô
cơ và kim loại nặng. Tuỳ theo kim loại nặng của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm có thể là
Cu, Cr, Ni, Zn.. và tuỳ vào loại muối kim loại được sử dụng mà việc xử lý nước thải
trong thành phần có chứa các độc tố như xyanua, sunphat, amoni, cromat,.. Trong
nước thải thường có khoảng pH thay đổi rất rộng từ rất axit (pH = 2-3) đến rất kiềm
(pH= 10-11). Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi mạ, thành phần chủ yếu là chất
tạo bông, chất hoạt động bề mặt,.. nên BOD, COD thường thấp và không thuộc đối
tượng xử lý. Muốn xử lý có hiệu quả cao người ta phải thu gom, tách dòng theo từng
công đoạn, từng trường hợp cụ thể mà lựa chọ phương án xử lý thích hợp nhất.
Bảng 1.2 Thành phần và tính chất nước thải mạ điện ở nước ta như sau:
TT
1
2
3
4
5

6
7

Thông số/Chỉ tiêu
pH
Niken (Ni)
Kẽm (Zn)
Đồng (Cu)
Crôm (Cr)
Sắt
Cianua

Đơn vị

Gía trị

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

3-11
5-85
20-150
15-200
1-100
1-50
1-50

(Nguồn:Số liệu thống kê công ty Công nghệ Môi trường Hùng Phát, 2012)
Bảng 1.3 Thành phần tính chất nước thải mạ điện Công ty CP công nghiệp điện
hóa Fukui, Nhật Bản
TT
1
2
3
4
5

Thông số/Chỉ tiêu
Nhiệt độ
pH
SS
Niken (Ni)
Kẽm (Zn)

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

Đơn vị
0

C
mg/l
mg/l
mg/l

Gía trị

25
3-9
< 30
< 30
< 30

7


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

6
7

Đồng (Cu)
Dầu mỡ, khoáng,..

mg/l
mg/l

< 30
< 25

(Nguồn: Báo cáo đánh giá tác động môi trường của công ty CP công nghiệp điện hóa
Fukui, Nhật Bản, 2011)
Bảng 1.4 Thành phần tính chất nước thải mạ điện của công ty Cổ Phần khóa Việt
Tiệp – Đông Anh

TT
1
2
3
4

Thông số/Chỉ tiêu

Đơn vị

pH
Cr (VI)
Ni (II)
Cu (II)

mg/l
mg/l
mg/l

Gía trị
2.8-3
226
74.23
9.76

(Nguồn: Báo cáo đánh giá tác động môi trường của công ty Cổ Phần khóa Việt Tiệp –
Đông Anh, 2015)
1.1.5 Giới thiệu chung về đồng, crôm, niken
a) Crôm và ảnh hưởng của nó
 Tính chất của Crôm-hợp chất của Crôm và ứng dụng của nó

Crôm là kim loại cứng dòn, ánh kim, trắng xám, chịu được sự ăn mòn. Crôm
có 2 hóa trị III, VI. Các muối hóa trị (VI) tan được là các chất có độc tính cao hơn cả.
Crôm không tan trong nước, tan trong các axit H2SO4 và HCl, nguyên tử lượng: 52; tỉ
trọng: 7.20 ; điểm nóng chảy: 1.890 0C, điểm sôi: 2.4820C
Crôm có nhiều ứng dụng thiết thực trong công nghiệp và trong đời sống
 Trong công nghiệp, crôm được dùng để sản xuất thép. Thép chứa từ 2,8% 3,8% crôm có độ cứng cao, bền có khả năng chống gỉ.
 Trong đời sống, nhiều đồ vật bằng thép được mạ crôm. Lớp mạ crôm vừa có tác
dụng bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, vừa tạo vẻ đẹp cho đồ vật. Ví dụ: bộ đồ ăn, dụng
cụ nhà bếp và những đồ vật khác được mạ crôm.
 Trong ngành luyện kim, để tăng cường khả năng chống mòn và đánh bóng bề
mặt: chẳng hạn trong thép không gỉ để làm dao, kéo trong mạ crôm.
 Độc tính của Crôm
Việc sử dụng trong công nghiệp của crôm (III) nói chung ít hơn crôm (VI), mặt
khác crôm (VI) lại độc hơn.
Cr(III) ít có cơ hội được hấp phụ qua đường tiêu hóa, nó kết hợp với protein của
các lớp bề mặt da để tạo ra các phức chất bền vững.
Cr(VI) ở trạng thái oxy hóa, nó dễ bị hấp thụ qua tiêu hóa, qua da và qua hô hấp
SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

8


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

.
Cr(VI) được công nhận là tác nhân gây ung thư ở người, gây đột biến đối với

sinh vật và các tế bào động vật có vú, làm biến đổi hình thái tế bào, ức chế sự tổng hợp
bình thường DNA, làm sai lệch các nhiễm sắc thể. Phần lớn các hợp chất crom (VI)
gây kích thích mắt, da và màng nhầy, có thể gây bệnh đối với những người có cơ địa
dị ứng. Phơi nhiễm kinh niên trước các hợp chất crom (VI) có thể gây ra tổn thương
mắt vĩnh viễn, nếu không được xử lý đúng cách
Sự tiếp xúc với crom trong nhiều nghề nghiệp trong đó có Cr(VI), ảnh hưởng
qua hô hấp và da chủ yếu. Ngoài viêm da và loét còn có khả năng ung thư phổi.
b) Đồng và ảnh hưởng của nó
 Tính chất và ứng dụng của đồng
Đồng là kim loại dễ uốn và dễ kéo dài, dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt, rất ít bị hư
hỏng khi tiếp xúc với không khí khô. Trong không khí ẩm có chứa CO2 nó trở thành
lớp phủ màu xanh đồng cacbonat.
Đồng có màu đỏ đặc biệt, nguyên tử lượng: 63,5 ; tỉ trọng: 8,92; điểm nóng
chảy: 1.0830C; điểm sôi: 2.5670C. Đốt trong không khí đồng bị oxy hóa nhanh chóng,
trước hết thành Cu(I) oxit (Cu2O) màu đỏ rồi thành Cu(II) oxit (CuO) màu đen. Trong
công nghiệp, phản ứng của đồng đối với các axit thường tạo ra nhiều khí độc nguy
hiểm cho sức khỏe.
 Độc tính của đồng
Trong sinh hoạt đời sống, đồng chủ yếu vào cơ thể qua đường miệng và có thể
gây nhiễm độc cấp tính và mãn tính.
Nhiễm độc cấp tính: nuốt muối đồng, ví dụ CuSO4 gây ra viêm dạ dày-ruột,
kèm theo đau, nôn ói, tiêu chảy. Có thể xảy ra co giật, hoại tử gan,… Ở động vật thực
nghiệm, cho hít muối đồng gây ra kích ứng đường hô hấp.
Nhiễm độc mãn tính: cho động vật nuốt muối đồng lâu dài thấy các biến đổi
thoái hóa ở gan.
Đồng ở mức vi lượng cần cho động và thực vật nhưng ngay cả ở liều lượng thấp
Cu kìm hãm sự sinh trưởng của tảo.
Đồng có độc tính cao đối với hầu hết các thực vật thủy sinh, ở nồng độ thấp <
0.1 mg/l, nó đã gây ra ức chế cho các loại thực vật không phát triển. Ngoài ra đồng còn
có khả năng làm mất muối bởi vậy làm giảm khả năng thẩm thấu của tế bào.

Đối với con người thì đồng không quá độc bởi sự kết hợp trung gian của đồng
giữa các axit mạnh và axit yếu. Cũng không có bằng chứng nào chứng tỏ đồng là chất
gây ung thư cho con người. Tuy nhiên cũng như các kim loại nặng khác, khi ở nồng độ
cao, đồng có thể tích lũy vào các bộ phận trong cơ thể như gan, thận và gây tổn thương
SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

9


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

cho các cơ quan đó.
c) Niken và ảnh hưởng của nó
 Tính chất và ứng dụng của niken
Niken (Ni) còn gọi là kền, là một kim loại trắng, cứng dễ kéo dài, có từ tính.
Kim loại Niken nguyên tố có vẻ sáng kim loại rực rỡ, nó chống được sự ăn mòn của
nhiều axit, muối và kiềm, không bị ảnh hưởng trong các khí khô và ẩm. Nguyên tử
lượng của Ni: 58,7 ; tỷ trọng: 8,9 ; điểm nóng chảy: 1.4530C ; điểm sôi: 2.7320C.
Niken chủ yếu được dùng để sản xuất các hợp kim khác nhau với sắt, đồng,
kẽm và các kim loại khác. Phụ gia niken trong thép sẽ làm tăng độ dai và độ chống ăn
mòn của thép. Ngoài ra, một phần nhỏ niken được dùng để phủ lên các kim loại khác.
Nhu cầu của cơ thể về niken được cung cấp hằng ngày qua thức ăn. Đồ dùng
nấu nướng nhà bếp hiện đại được chế tạo từ niken có tính chống axit, chống ăn mòn,
được xem là an toàn cho sức khỏe.
 Độc tính của Niken
Tiếp xúc với Ni trong công nghiệp có thể bị tác hại bởi 3 loại nguy hiểm:

 Dị ứng
 Viêm mũi và viêm xoang.
 Ung thư hốc mũi, phổi và các cơ quan khác.
Niken vào cơ thể chủ yếu qua con đường hô hấp, nó gây triệu trứng khó chịu,
buồn nôn, đau đầu. Nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung
ương, gan, thận và có thể sẽ gây ra các chứng bệnh kinh niên.
Niken có thể gây ra các bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ung thư đường hô
hấp,… Khi bị nhiễm độc niken, các enzim mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp
protein của cơ thể. Nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây ra hiện tượng viêm da,
xuất hiện dị ứng ở một số người..
Sự hấp thụ và đào thải của Ni của cơ thể đã được nghiên cứu cho thấy niken
được đào thải nhanh chóng qua nước tiểu trong vòng 4h và qua phân. Một phần Ni
được giữ lại ở máu, phổi,.. Hơi niken cacbonyl thấm qua thành phế nang và nó ức chế
sự cảm ứng của một số men ở gan và phổi.
1.1.6 Các phương pháp xử lý kim loại nặng
Phương pháp xử lý kim loại nặng phổ biến nhất là phương pháp hóa học, trao
đổi ion, hấp phụ, điện hóa. Chọn phương pháp nào là tùy vào kinh tế - kỹ thuật cũng
như yêu cầu xả thải cho phép.

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

10


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

 Phương pháp oxy hóa khử và kết tủa hóa học
Phản ứng oxy hóa khử: dùng tác nhân oxy hóa/khử để oxy hóa-khử các chất ô
nhiễm thành dạng ít ô nhiễm hoặc không ô nhiễm.
Phản ứng kết tủa hóa học: tạo ra các chất kết tủa và tách ra khỏi nước bằng
phương pháp lắng thông thường. Đây là phương pháp dùng phổ biến nhất hiện nay.
Bảng 1.5 Khử niken trong nước thải bằng vôi và vôi sunfite ở ba nhà máy mạ
điện
Thông số xử lý
A
8.5
119

Nước thải
B
8.75
99

C
9
3.2

pH xử lý
Ni vào (mg/l)
Xử lý bằng vôi
Ni sau lắng (mg/l)
12
16
0.47
Ni sau lọc (mg/l)
9.4

12
0.07
Xử lý bằng vôi + sulfite
Ni sau lắng (mg/l)
11
7
0.35
Ni sau lọc (mg/l)
3.5
4.2
0.02
(Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải – PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm)
Bảng 1.6 Xử lý Crôm trong nước thải bằng phương pháp khử + kết tửa hidroxit
Phương pháp

pH

Crôm vào (mg/l)

Crôm ra (mg/l)

7–8
100
1
7.8 – 8.2
16
0.06 – 0.15
Khử + kết tủa +
8.5
47 – 52

0.3 – 1.5
lắng
8.5 – 10.5
26
0.44 – 1.8
8.8 – 10.1
0.6 – 3
12.2
650
0.3
Khử + kết tủa +
8.5
7400
0.3 – 4.6
lắng + lọc cát
9.8 - 10
49.4
0.05 – 0.17
(Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải – PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm)
Bảng 1.7 Tóm tắt hiệu quả xử lý đồng theo phương pháp kết tủa hydroxit
Nguồn nước
thải

Xử lý

Mạ điện

Kiềm + Na2CO3 +
NH2_NH2

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

Đồng vào (mg/l)

Đồng ra (mg/l)

6 – 15.5

0.09 – 0.24
(hòa tan)
0.3 – 0.45 (tổng)
11


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

Mạ động cơ
Mạ kim loại (có
chứa CN, Crôm)

Vôi + chất keo tụ
2.2
Oxi hóa CN, khử
11.4
2.0
Cr6+, trung hòa

(Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải – PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm)
Dựa vào bảng 1.5 đến 1.7, ta chọn nồng độ đầu ra của cụm hóa lý (khử + keo tụ
+ lắng + lọc) đối với Cu2+, Ni2+ là 15 mg/l, Cr6+: 10 mg/l để tiến hành các thí nghiệm
khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng của than hoạt tính làm từ vỏ trấu.
 Phương pháp trao đổi ion:
Là quá trình trao đổi diễn ra giữa các ion có trong dung dịch và các ion trong
pha rắn, được đặc trưng bởi dung lượng trao đổi. Trong xử lý nước thải, phương pháp
trao đổi ion được sử dụng để loại khỏi nước các kim loại (đồng, kẽm, crom, niken,…),
các hợp chất asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép
thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao.
 Phương pháp hấp phụ
Các kim loại có trong nước thải có khuynh hướng bị giữ lại bởi bề mặt chất rắn
(hoặc trong mạng tinh thể của chất rắn) bởi lực hút phân tử hoặc các phản ứng hóa
học. Quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý tức là quá trình di chuyển của chất ô
nhiễm (ion kim loại) đến bề mặt pha rắn (chất hấp phụ).
 Phương pháp điện hoá
Dựa trên quá trình oxi hoá khử để tách kim loại trên các điện cực nhúng trong
nước thải khi cho dòng điện môt chiểu đi qua.
Bảng 1.8 So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý kim loại nặng
Phương
pháp xử lý

Ưu điểm

Nhược điểm

 Chuyển chất thải từ dạng này
 Xử lý nước thải lưu lượng
sang dạng khác.
Oxy hóa khử

lớn
- kết tủa
 Chi phí thấp, đơn giản dễ vận  Tạo lượng bùn lớn.
hành
 Các chất hấp phụ đòi hỏi tái
 Vận hành đơn giản
sinh
 Chi phí thấp
Hấp phụ
 Có thể bị bắt cháy khi tái sinh
 Dễ hoạt động và sự vô cảm
bằng nhiệt
với các chất ô nhiễm độc hại
Trao đổi ion  Thu hồi kim loại quý
 Nồng độ đầu vào thấp
SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

 Yêu cầu vận hành chặc chẽ.
 Chi phí cao, tái sinh vật liệu
12


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

trao đổi

Điện hóa

 Không cần sử dụng hóa chất  Chi phí điện năng rất lớn.
 Hình thành sản phẩm phụ
 Nồng độ kim loại đầu vào
cao.
 Tự động hóa quá trình

 Các công nghệ xử lý nước thải ngành mạ điện hiện nay
 Công nghệ xử lý nước thải sản xuất Công ty CP công nghiệp điện hóa Fukui,
Nhật Bản với công suất 110 m3/ngày. Công nghệ xử lý nước thải áp dụng chủ yếu dựa
trên phương pháp có học và hóa lý nhằm xử lý các thành phần ô nhiễm đặc trưng trong
nước thải như: dầu mỡ, kim loại nặng, axit, bazơ,…
Thuyết minh: Các nguồn phát sinh nước thải riêng biệt (nước thải chứa dầu
nhờn; cianua; crom; niken,…) sẽ được thu gom và xử lý sơ bộ trước khi được dẫn đến
dây chuyền xử lý chung. Nước thải được bơm tới bể phản ứng thông qua lưu lượng kế.
Ở bể phản ứng, các hóa chất được bổ sung vào như: H2SO4 để giảm độ pH xuống,
FeCl3 để tạo bước đệm cho phản ứng hình thành mảng bám với các kim loại nặng sau
này. Tiếp theo, nước chảy tràn qua bể điều chỉnh pH, tại đây cấp thêm hóa chất kiềm
như NaOH và Ca(OH)2 để tăng độ pH lên 9-10. Khi đó, phản ứng sẽ xảy ra và hình
thành các hydroxit kim loại nặng.
Tiếp theo, nước thải được bơm lên bể ngưng (hay bể tạo bông). Tại bể này, cấp
thêm polymer để hình thành các mảng bám đa phân tử với các hydroxit kim loại nặng.
Sau đó, các mảng bám đa phân tử này sẽ được lắng tại bể lắng. Nước tại bể lắng sẽ
phân ly thành hai phần: phần dưới là hỗn hợp nước - bùn do các mảng bám đa phân tử
lắng xuống, phần nước ở phía trên sẽ tự chảy qua bể nước guồng.
Từ bể nước guồng (hay bể trung gian), nước được bơm tới tháp lọc cát để lọc
các thành phần rắn lơ lửng. Tiếp theo, được bơm qua tháp hấp thụ các-bon hoạt tính để
loại bỏ các chất còn sót lại trước khi được lọc qua tháp trao đổi ion (tháp lọc Chelate)
để loại bỏ hoàn toàn kim loại nặng còn sót lại. Đến đây, toàn bộ kim loại nặng đã được

hấp thụ hết. Cuối cùng, nước bơm qua bể trung hòa, tại đây các hóa chất trung hòa
(H2SO4 và NaOH) sẽ được cấp thêm vào bể để đảm bảo pH đạt tiêu chuẩn xả thải.
Bùn thải sẽ được bơm về bể chứa bùn, sau đó được xử lý tách nước bằng máy
ép bùn để tạo thành các bánh bùn đặc. Bánh bùn đặc được lưu kho và thuê các đơn vị
có chức năng xử lý theo quy định.

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

13


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

Hình 1.3 Công nghệ xử lý nước thải của công ty CP công nghiệp hóa Fukui, Nhật
Bản
 Công nghệ xử lý nước thải được đề xuất của Công ty Hòa Bình Xanh.
Thuyết minh: Nước thải xi mạ được dẫn theo đường ống thu gom riêng ra hệ
thống xử lý nước thải. Nước thải được gom vào các hố thu, tại hố thu có đặt song chắn
rác (SCR) để loại bỏ rác thô (các chất rắn có kích thước lớn) như: giấy vụn, mảnh gỗ,
bọc nilông, lá cây … nhằm bảo vệ máy móc thiết bị ở các công trình đơn vị phía sau.
Nước thải từ 4 dòng phân biệt tự chảy vào bể điều hòa của từng dòng tương ứng.
Ở bể điều hòa, hệ thống đĩa phân phối khí sẽ làm nhiệm vụ xáo trộn nước thải
trong bể, ngăn ngừa việc lắng cặn sinh ra mùi khó chịu và làm đồng đều nồng độ, cũng
như điều hòa lưu lượng nước thải. Nước thải mang Crôm được bơm lên bể phản ứng
khử Crôm VI, nước thải mang Xyanua được bơm lên bể phản ứng Oxy hóa CN– và
dòng nước thải mang tạp chất, dầu mỡ được bơm lên bể phản ứng keo tụ với PAC và

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

14


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

Polimer. Riêng dòng thải mang kim loại (Zn2+, Cu2+, Ni2+) thì được bơm trực tiếp đến
bể kết tủa 2.
Tại bể phản ứng khử, hóa chất Na2SO3 được châm vào bằng bơm định lượng để
khử Cr6+. Tương tự, hóa chất NaOCl cũng được châm vào bể oxy hóa xianua để oxy
hóa CN–. Hiệu suất xử lý ở 2 này rất cao (> 90%). Sau phản ứng, nước thải sẽ tự chảy
sang các bể kết tủa tương ứng. Riêng nước thải sau keo tụ từ bể phản ứng dòng tạp thì
chảy trực tiếp sang bể lắng để tách bông cặn.
Tại các bể kết tủa, các dung dịch NaOH cũng được châm với liều lượng phù
hợp để điều chỉnh pH và tạo kết tủa. Nước thải sau kết tủa cùng với bông cặn chảy
sang bể lắng.
Sau lắng, nước trong sẽ tự tràn qua máng thu và chảy vào bể khử trùng.
Chlorine được châm vào bể khử trùng và cũng là giai đoạn cuối cùng trước khi xả
nước vào nguồn tiếp nhận. Bùn ở bể lắng và ở các bể phản ứng được gom về bể chứa
bùn và được xử lý định kỳ bằng máy ép bùn trước khi thu gom và xử lý theo quy định.
Nước lắng trong từ bể chứa bùn được tuần hoàn lại bể điều hòa của dòng mang tạp
chất. Nước sau xử lý đạt Quy chuẩn QCVN 40 : 2011/BTNMT.

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

15


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

Dòng thải Dầu
mỡ, axit, bazơ

Dòng thải
Cu , Zn2+, Ni2+

Dòng thải
Cr6+

Dòng thải
CN-

SCR

SCR

SCR

SCR

Bể điều hòa 1

Bể điều hòa 2

Bể điều hòa 3

Bể điều hòa 4

2+

Khí
Na2SO3
H2SO4

PAC, NaOH
Polimer

Bể phản ứng

NaOCl

Bể khử crom

Bể oxy hóa CN-

Bể kết tủa 3

Bể kết tủa 4

NaOH

Bể kết tủa 2

Bể lắng

Bể chứa bùn

Bể khử trùng

Máy nén bùn

Nguồn tiếp
nhận
Hình 1.4 Công nghệ xử lý nước thải mạ điện của công ty Hòa Bình Xanh

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

16


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

1.2 Tổng quan về phương pháp hấp phụ
1.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ
 Hấp phụ
Hấp phụ trong môi trường nước được hiểu là sự tăng nồng độ của một chất tan
(chất bị hấp phụ) lên bề mặt một chất rắn (chất hấp phụ). Chất đã bị hấp phụ chỉ tồn tại

trên bề mặt chất rắn, không phân bố đều khắp trong toàn bộ thể tích chất hấp phụ nên
nó còn được gọi là quá trình phân bố hai chiều, khác với quá trình hấp thụ mà trong đó
chất tan sau khi được làm giàu phân bố đều khắp thể tích chất hấp thụ.
Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp
phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý: khi đã được hấp phụ lên bề mặt chất rắn, nếu tương tác giữa
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ không lớn, cấu trúc điện tử của chất bị hấp phụ ít thay
đổi, nhiệt hấp phụ tỏa ra nhỏ thì người ta gọi nó là hấp phụ vật lý. Trong hấp phụ vật
lý, chất bị hấp phụ tương tác với bề mặt chất hấp phụ bởi lực Vanderwals (bao gồm ba
loại lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán), lực liên kết hiđro…đây là những lực yếu,
nên liên kết hình thành không bền, dễ bị phá vỡ
Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học, trong đó có những lực liên kết
mạnh như lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí…gắn kết
những phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ thành những hợp
chất bề mặt. Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), do đó liên kết
tạo thành bền khó bị phá vỡ.
Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối
vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại đồng thời cả hai hình
thức hấp phụ.
 Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá trình
này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Đây là
phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế.
Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
 Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên tiết
kiệm được thời gian, không làm vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở
trạng thái nguyên vẹn.
 Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc
sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

17


i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

 Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu hấp
phụ nhờ vi sinh vật. Vi sinh vật có khả năng chuyển hóa một số hợp chất hữu cơ có
chứa carbon, nitơ và photpho.
1.2.2 Cơ chế của quá trình hấp phụ
Cơ chế làm việc của than hoạt tính bao gồm 2 giai đoạn là lọc thô và hấp phụ.
 Giai đoạn lọc thô: các tạp chất, các chất hữu cơ kích thước lớn được giữ lại trên
bề mặt than do chúng lớn hơn đường kính của lỗ xốp.
 Giai đoạn hấp phụ: các phân tử hữu cơ nhỏ, các ion kim loại nặng được hấp phụ
vào bề mặt hệ thống lỗ xốp của than. Những lỗ xốp có kích thước macro (>50nm) có
nhiệm vụ vận chuyển chất hấp phụ tới những lỗ xốp meso và micro. Ở những lỗ xốp
micro cơ chế hấp thụ là lấp đầy, lực hấp phụ ở đây rất lớn do hiệu ứng nhân đôi của 2
thành ống. Còn ở những lỗ xốp meso (2quản.
Khác với pha khí, trong nước tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ phức tạp hơn nhiều vì trong hệ có ít nhất là 3 thành phần gây tương tác: nước, chất
hấp phụ và chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá
trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ.
Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp

tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa
hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi
trường nước. Muốn vận dụng tốt kỹ thuật hấp phụ để hấp phụ các chất trong nước cần
phải hiểu rõ bản chất là sự biến đổi của chúng trong các điều kiện khác nhau cũng như
chất hấp phụ.
1.2.3 Cân bằng hấp phụ
Quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ luôn luôn xảy ra đồng thời (cân bằng động).
Nếu tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp, ta nói quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Sự cân
bằng của quá trình hấp phụ rất quan trọng vì nó thể hiện khả năng hấp phụ của chất
hấp phụ.
Sự cân bằng hấp phụ phụ thuộc vào:



Bản chất tương tác giữa bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phu
Nhiệt độ hấp phụ, đặc trưng kích thước mao quản.

Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và áp
suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích.
q = f (T, P hoặc C)
(1.1)
Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
T: Nhiệt độ
SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

18

i

Nghiên cứu sử dụng than trấu hoạt bằng phương pháp vật lý để xử lý Cr6+, Cu2+, Ni2+
trong nước thải ngành mạ điện

P: Áp suất
C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)
 Dung lượng hấp phụ cân bằng
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị
khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ và
nhiệt độ
𝑞=

𝐶0 −𝐶𝑓
𝑚

.𝑉

(1.2)

Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)
m: Khối lượng chất bị hấp phụ (g)
C0: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/l)
Cf: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
 Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung
dịch ban đầu.
𝐻=

𝐶0 −𝐶𝑓
𝐶0

. 100 (%)

(1.3)

1.2.4 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
 Các mô hình động học
Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt giai
đoạn kế tiếp nhau:
 Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn khuếch
tán trong dung dịch.
 Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa
các hệ mao quản. Đây là giai đọan khuếch tán màng.
 Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ. Đây
là giai đoạn khuếch tán trong mao quản.
 Các phần tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai
đoạn hấp phụ thực sự.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm sẽ quyết định hay
khống chế chủ yếu quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong môi trường
nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định. Tải trọng hấp phụ
sẽ thay đổi theo thời gian tới khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
Gọi tốc độ hấp phụ là biến thiên độ hấp phụ theo thời gian. Ta có:
SVTH: Phan Đình Khánh Trâm – 0150020142
GVHD: PGS.TS. Phan Đình Tuấn

19