Xử lý nước thải xi mạ tiết kiệm chi phí đầu tư và chi phí vận hành

Nước thải phát sinh trong quá trình mạ kim loại chứa hàm lượng các kim loại nặng rất cao và là độc chất đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con người.

Do đó nếu không xử lý nước thải xi mạ, các kim loại nặng qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng và tác động cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng.

Khái niệm về xi mạ

Do Xi mạ là quá trình kết tủa kim loại này lên bề mặt kim loại khác bằng một lớp phủ có tính chất cơ, lý, hóa đáp ứng được yêu cầu mong muốn.

Quy trình xi mạ và thành phần nước thải xi mạ

Quy trình xi mạ

Quy trình xi mạ là một quá trình công nghệ sử dụng dòng điện để phủ một lớp kim loại mỏng lên bề mặt vật liệu khác, nhằm cải thiện tính chất bề mặt như chống ăn mòn, tăng độ cứng, độ bóng, hoặc trang trí. Quy trình này thường bao gồm các bước chính sau:

• Xử lý bề mặt vật liệu: Đây là bước quan trọng đầu tiên để đảm bảo lớp mạ bám dính tốt. Gồm các công đoạn:
• Kiểm tra và xử lý cơ học: Loại bỏ các khuyết tật lớn, làm nhẵn bề mặt (ví dụ: đánh bóng, mài).
• Tẩy dầu mỡ: Loại bỏ dầu mỡ, chất bẩn hữu cơ bám trên bề mặt bằng dung môi hữu cơ, hóa chất hoặc điện hóa.
• Tẩy gỉ sét: Loại bỏ lớp gỉ sét, oxit kim loại bằng hóa chất.
• Hoạt hóa bề mặt: Tạo bề mặt kim loại hoạt động, tăng khả năng bám dính của lớp mạ.
• Mạ lót (tùy chọn): Trong một số quy trình, đặc biệt là mạ vàng hoặc mạ bóng, lớp mạ lót kim loại (thường là đồng hoặc niken) được sử dụng để:
  • Tăng độ bám dính cho lớp mạ chính.
  • Cải thiện độ bóng và độ mịn bề mặt.
  • Tiết kiệm kim loại mạ chính đắt tiền (ví dụ: vàng).
• Mạ bóng (tùy chọn): Áp dụng sau lớp mạ lót đồng hoặc niken để tạo độ bóng cao cho sản phẩm.
• Mạ kim loại: Tiến hành mạ lớp kim loại mong muốn (ví dụ: kẽm, niken, crom, đồng, vàng, bạc…) bằng phương pháp điện phân trong bể mạ. Vật liệu cần mạ được đặt vào bể dung dịch điện ly và đóng vai trò là catot, kim loại mạ là anot. Khi dòng điện một chiều chạy qua, các ion kim loại từ anot sẽ di chuyển về catot và bám vào bề mặt vật liệu, tạo thành lớp mạ.
• Rửa và làm khô: Sau khi mạ, sản phẩm được rửa sạch bằng nước thường và nước cất để loại bỏ hoàn toàn dung dịch mạ còn bám trên bề mặt, sau đó được sấy khô.
• Thụ động hóa và phủ keo bảo vệ (tùy chọn): Đối với một số lớp mạ (ví dụ: mạ kẽm), có thể thực hiện thêm quá trình thụ động hóa (crômat hóa) để tăng cường khả năng chống ăn mòn. Phủ keo bảo vệ có thể được áp dụng để bảo vệ lớp mạ và tăng độ bền màu.

Thành phần nước thải xi mạ

Nước thải từ quá trình xi mạ là một trong những loại nước thải công nghiệp ô nhiễm nhất do chứa nhiều thành phần độc hại. Thành phần chính của nước thải xi mạ phụ thuộc vào quá trình sản xuất xi mạ. Với mỗi loại mạ thì sẽ phát sinh các thành phần ô nhiễm khác nhau. Nước thải xi mạ có thể bao gồm các thành phần sau:

• Kim loại nặng: Đây là thành phần ô nhiễm chính và nguy hiểm nhất, bao gồm các kim loại như:
  • Đồng (Cu)
  • Kẽm (Zn)
  • Crom (Cr) – đặc biệt là Crom VI, rất độc hại
  • Niken (Ni)
  • Cadimi (Cd)
  • Chì (Pb)
  • Bạc (Ag)
  • Vàng (Au) (nếu có trong quy trình mạ vàng)
• Muối vô cơ: Các loại muối được sử dụng trong dung dịch mạ và các công đoạn xử lý bề mặt, ví dụ:
  • Sunfat
  • Clorua
  • Nitrat
  • Phosphate
• Các độc tố khác:
  • Cyanide (CN-) – đặc biệt nguy hiểm, thường dùng trong mạ đồng, mạ vàng
  • Cromat (CrO4 2-)
  • Amoni (NH4+)
  • Florua (F-)
• Axit và kiềm: Phát sinh từ các công đoạn tẩy rửa, xử lý bề mặt và điều chỉnh pH trong quá trình mạ. Nước thải có thể có độ pH rất thấp (axit) hoặc rất cao (kiềm).
• Chất hữu cơ:
  • Dầu mỡ, chất bôi trơn từ quá trình xử lý cơ học và bảo dưỡng thiết bị.
  • Chất hoạt động bề mặt, chất tạo bóng, chất ổn định và các phụ gia hữu cơ khác được sử dụng trong dung dịch mạ.
  • EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) và các chất hữu cơ phức tạo khác.
• Chất rắn lơ lửng: Hydroxit kim loại, cặn cacbonat, photphat và các chất không tan khác.

Do tính chất độc hại và phức tạp của nước thải xi mạ, việc xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường là vô cùng quan trọng để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Các đặc trưng chính của nước thải xi mạ bao gồm:

• pH rất thấp chỉ từ 2-3 (acid)
• Hàm lượng kim loại trong nước thải rất cao và thường xuyên biến động phụ thuộc vào kim loại sử dụng để mạ. Chủ yếu là các kim loại Niken (Ni), Crom (Cr), Đồng (Cu), Kẽm (Zn)…
• Hàm lượng muối vô cơ cao.
• Ngoài ra, nước thải xi mạ còn chứa các loại độc tố như Xianua, amoni, sulfat…

Với những tính chất như: hàm lượng hữu cơ thấp, kim loại và các muối vô cơ nhiều, theo thời gian sẽ tích lũy dần trong cơ thể các loại sinh vật thủy sinh, đi vào chuỗi thức ăn sinh học, nước thải xi mạ có khả năng tiêu diệt các loại vi sinh vật, ảnh hưởng nghiêm trọng đến con người và môi trường.

Công nghệ xử lý nước thải xi mạ

Hố thu gom:

• Mấu chốt quan trọng nhất trong quá trình xử lý nước thải xi mạ là công việc tách các dòng thải theo từng nguồn riêng. Do mỗi nước thải tương ứng với từng quá trình mạ có tính chất khác nhau và phải áp dụng các quá trình xử lý khác nhau. Ví dụ có loại nước thải mạ phải nâng pH, có công đoạn phải giảm pH do đó nếu tách riêng được các dòng thải riêng thì chi phí hóa chất sẽ giảm đi.
• Nước thải được dẫn qua song chắn rác để loại ra bỏ tất cả các loại rác thô có trong nước thải có thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý của giai đoạn sau.
• Các dòng thải sau khi đi qua song chắn rác được xử lý sơ bộ đảm bảo đủ điều kiện tham gia vào quá trình xử lý chung.
• Sau khi xử lý sơ bộ, nước thải được dẫn vào bể điều hòa nước thải.

Bể điều hòa:

Tại bể điều hòa, hệ thống khuấy trộn sẽ hòa trộn đồng đều nước thải trên toàn diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn ở bể sinh ra mùi khó chịu. Tại đây có hệ thống cấp hóa chất trung hòa pH để bảo vệ các thiết bị phía sau.

Bể phản ứng:

Tại bể phản ứng bơm định lượng có nhiệm vụ châm các loại hóa chất thích hợp vào bể với liều lượng nhất định và được kiểm soát chặt chẽ. Do nước thải các dòng xi mạ đã được xử lý sơ bộ nên tại đây quá trình xử lý thường là quá trình keo tụ lắng thông thường với các hóa chất keo tụ và trợ keo tụ. Tại đây các chất ô nhiễm tác dụng với các chất keo tụ tạo thành các bông keo, các bông keo này được kết thành bông lớn hơn nhờ các hóa chất trợ keo tụ.

Hỗn hợp nước và các bông keo được chuyển qua bể lắng.

Bể lắng

Nhờ có chất trợ keo tụ bông mà các bông cặn hình thành kết dính với nhau tạo thành những bông cặn lớn hơn có tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước nhiều lần nên rất dễ lắng xuống đáy thiết bị và tách ra khỏi dòng nước thải.

• Hàm lượng cặn (SS) trong nước thải ra khỏi thiết bị lắng giảm 70 – 80%. Cặn lắng ở đáy thiết bị lắng được xả định kỳ về bể chứa bùn.
• Một số bông cặn và bọt khí trong nước không lắng xuống đáy thiết bị mà sẽ nổi lên trên mặt nước được giữ lại ở mặt nước bằng các vách chắn bọt và được xả ngoài qua hệ thống phễu thu bọt đến bể chưa bùn hóa lý.
• Phần bùn thải bỏ tại bể chứa bùn được định kỳ hút vào máy ép bùn khung bản nhằm giảm thể tích và khối lượng bùn thải bỏ trước khi thu gom như chất thải nguy hại.
• Phần nước trong trên mặt được tập trung chảy tràn vào máng thu nước & được dẫn về bể trung gian trước khi đi qua hệ thống bồ lọc áp lực.

Bồn lọc áp lực

Gồm các lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh để loại bỏ các cặn lơ lửng khó lắng nhằm và lớp than hoạt tính nhằm hấp phụ các hợp chất tan còn tồn dư trong dòng nước thải đưa các chỉ tiêu đạt yêu cầu quy định.

Nước xả thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.

Bồn lọc áp lực – Hệ thống xử lý nước thải xi mạ

Một số lưu ý khi thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ.

• Phân loại và tách dòng nước thải: Điều quan trọng đầu tiên là phân loại và tách riêng các dòng nước thải khác nhau trong quá trình xi mạ. Ví dụ:
  • Nước thải chứa Crom hóa trị 6 (Cr6+): Cần được xử lý riêng vì Cr6+ rất độc và cần khử về Cr3+ trước khi xử lý tiếp.
  • Nước thải chứa Xyanua (CN-): Cũng cần xử lý riêng để khử độc tính của xyanua trước khi xử lý chung.
  • Nước thải chứa kim loại nặng khác: Có thể xử lý chung sau khi đã tách riêng các dòng đặc biệt trên.
  • Nước rửa: Nước rửa sau các công đoạn mạ cũng chứa kim loại và hóa chất, cần được thu gom và xử lý.
  • Nước thải sinh hoạt: Nước thải từ nhà ăn, vệ sinh… có thể được xử lý riêng hoặc chung tùy vào quy mô và hệ thống xử lý.

Việc tách dòng trong xử lý nước thải xi mạ giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý, giảm chi phí hóa chất và năng lượng.

• Lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp: Tùy thuộc vào thành phần, nồng độ chất ô nhiễm và yêu cầu xả thải, cần lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp. Một số công nghệ phổ biến trong xử lý nước thải xi mạ bao gồm:
  • Keo tụ – tạo bông – lắng: Đây là phương pháp cơ bản để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và một phần kim loại nặng. Sử dụng hóa chất keo tụ (như phèn nhôm, PAC) và chất trợ keo tụ để kết dính các hạt ô nhiễm lại thành bông cặn lớn hơn, dễ lắng.
  • Trung hòa: Điều chỉnh pH của nước thải về trung tính (pH 6-8) để tối ưu hiệu quả của các quá trình xử lý tiếp theo và đảm bảo tiêu chuẩn xả thải. Sử dụng axit hoặc kiềm để điều chỉnh pH.
  • Khử Crom hóa trị 6: Sử dụng các chất khử như SO2, Na2SO3, FeSO4, hoặc phương pháp điện hóa để khử Cr6+ thành Cr3+ ít độc hại hơn và dễ kết tủa hơn.
  • Kết tủa hóa học: Sử dụng hóa chất (thường là vôi, NaOH, hoặc Na2CO3) để kết tủa các kim loại nặng dưới dạng hydroxit hoặc cacbonat, sau đó tách cặn bằng quá trình lắng hoặc lọc.
  • Trao đổi ion: Sử dụng vật liệu trao đổi ion để hấp thụ chọn lọc các ion kim loại nặng còn lại trong nước thải sau các quá trình xử lý hóa học. Phương pháp này hiệu quả để đạt được chất lượng nước thải đầu ra rất tốt.
  • Màng lọc (UF, RO): Các công nghệ màng lọc như siêu lọc (UF) và thẩm thấu ngược (RO) có thể loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm, bao gồm cả kim loại nặng, muối và các chất hữu cơ hòa tan. RO có thể tạo ra nước tái sử dụng chất lượng cao, giúp tiết kiệm nước và giảm lượng nước thải xả ra môi trường.
  • Kiểm soát và giám sát chặt chẽ: Trong suốt quá trình xử lý, cần kiểm soát chặt chẽ các thông số vận hành như pH, lưu lượng, nồng độ hóa chất, thời gian phản ứng… để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Cần lắp đặt các thiết bị giám sát online (ví dụ, pH meter, lưu lượng kế, cảm biến đo kim loại…) để theo dõi liên tục chất lượng nước thải và kịp thời phát hiện, xử lý sự cố.
• Xử lý bùn thải: Bùn thải sinh ra từ quá trình xử lý nước thải xi mạ (bùn hóa học, bùn sinh học, cặn lắng…) chứa kim loại nặng và hóa chất độc hại, cần được xử lý và tiêu hủy đúng quy định. Các phương pháp xử lý bùn thải phổ biến bao gồm:
  • Ổn định hóa bùn: Xử lý bùn bằng vôi hoặc các chất ổn định hóa khác để giảm độ ẩm, giảm mùi và cố định kim loại nặng trong bùn, giảm khả năng hòa tan và phát tán ra môi trường.
  • Ép bùn: Giảm thể tích bùn bằng cách loại bỏ nước tự do trong bùn bằng máy ép bùn.
  • Sấy bùn: Tiếp tục giảm độ ẩm bùn bằng cách sấy khô.
  • Thiêu đốt: Thiêu đốt bùn ở nhiệt độ cao để phá hủy chất hữu cơ và giảm thể tích bùn. Tro xỉ sau thiêu đốt có thể được chôn lấp hoặc sử dụng trong xây dựng (nếu đáp ứng tiêu chuẩn).
  • Chôn lấp hợp vệ sinh: Chôn lấp bùn đã ổn định hóa tại các bãi chôn lấp chất thải nguy hại được thiết kế và vận hành theo đúng quy định.
  • Thu hồi và tái sử dụng: Trong xu hướng phát triển bền vững, việc thu hồi và tái sử dụng kim loại, nước và hóa chất từ nước thải xi mạ ngày càng được quan tâm. Một số biện pháp có thể áp dụng:
  • Thu hồi kim loại: Sử dụng các công nghệ như điện phân, trao đổi ion, màng lọc… để thu hồi kim loại từ nước thải và tái sử dụng trong quá trình mạ hoặc các ứng dụng khác.
  • Tái sử dụng nước: Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn có thể được tái sử dụng cho các mục đích khác nhau trong nhà máy (ví dụ, nước rửa, nước làm mát, nước tưới cây…), giảm lượng nước cấp và nước thải xả ra môi trường.
  • Tái sinh hóa chất: Một số hóa chất sử dụng trong quá trình xi mạ (như axit, kiềm) có thể được tái sinh và tái sử dụng, giảm chi phí hóa chất và lượng chất thải.
    Tuân thủ quy định pháp luật: Cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định pháp luật về bảo vệ môi trường, tiêu chuẩn xả thải nước thải công nghiệp, quy định về quản lý chất thải nguy hại… Thường xuyên kiểm tra, đánh giá hiệu quả hệ thống xử lý nước thải và có biện pháp cải tiến khi cần thiết.
• Đào tạo và nâng cao nhận thức: Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ, công nhân viên vận hành hệ thống xử lý nước thải về tầm quan trọng của việc xử lý nước thải, các quy trình vận hành an toàn, hiệu quả và các biện pháp ứng phó sự cố.

Xử lý nước thải mạ Crôm

Các quá trình xử lý nước thải xi mạ có thể phức tạp hơn ví dụ như nước thải xi mạ từ quá trình mạ Crôm:

• Để khử crôm phải khử crôm có hoá trị 6 xuống crôm có hoá trị 3 sau đó keo tụ hydroxít crôm hoá trị 3.
• Hoá chất thường dùng để khử crôm hoá trị 6 xuống hoá trị 3 là sắt sulfat FeSO4, metabisulfitenatri NaS2O5 và dioxitsulfua SO2 , . FeSO4, Na2S2O5 thường được định lượng vào nước ở dạng dung dịch hoặc dạng bột khô, còn khí SO2 định lượng trực tiếp để hoà trộn vào nước từ bình đựng khí áp lực, thông qua thiết bị định lượng áp lực hoặc chân không.
• Fe+2 sẽ bị oxy hoá thành Fe+3 khi dùng FeSO4 để khử crôm vì phản ứng khử crôm xảy ra có hiệu quả ở trị số pH thấp. Còn nếu dùng Na^S2O5 hoặc SO2 thì ion mang điện tích âm SO2 sẽ chuyển thành SO4^-2.

Hệ thống xử lý nước thải xi mạ

Xử lý xyanua CN- trong nước thải xi mạ

Quy trình này thường được xử lý qua hai giai đoạn.

– Giai đoạn đầu tiên là oxi hóa các hợp chất xyanua như natri xyanua, đồng xyanua … thành các hợp chất ít độc hại hơn là cyanua. Giai đoạn này được thực hiện bằng cách sử dụng natri hydroclorit hay clo trong môi trường kiềm có nồng độ pH cao.

Được thể hiện qua phản ứng hóa học:

NaCN + 2 NaOH + Cl2 <-> NaCNO + 2 NaCl + H2O

pH trong giai đoạn này thường được duy trì ở mức 10 hoặc cao hơn. Sau khi tăng nồng độ pH bằng cách thêm vào HCl thì ORP sẽ tăng, cyanua sẽ bị oxi hóa thành cyanit sau khoảng thời gian từ 15 phút đến 30 phút.

Hệ thống khuấy hóa chất trong xử lý nước thải xi mạ

– Giai đoạn thứ hai là oxy hóa cyanat thành cacbon dioxit và nito. Giai đoạn này được thực hiện bằng cách sử dụng lượng clo hoặc natri hydrocloric nhiều trong môi trường kiềm với nồng độ pH thấp.

Phản ứng hóa học:

2NaCNO + 4 NaOH + 3Cl2 <-> 6 NaCl + 2CO2 + N2 + H2O

pH ở giai đoạn này từ 8.5 đến 9. Giai đoạn này, lượng kiềm được tiêu thụ làm giảm nồng độ pH, tiếp tục sử dụng chất oxy hóa để ORP tăng khoảng +300mV.

Dịch vụ xử lý nước thải xi mạ của CCEP.

Công ty Môi trường CCEP cung cấp một giải pháp toàn diện cho việc xử lý nước thải xi mạ từ việc thiết kế hệ thống, thi công xây dựng và lắp đặt thiết bị đến quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải xi mạ nhằm đảm bảo xử lý triệt để nguồn nước thải có tính độc cao, tránh làm ảnh hưởng đến môi trường.

Mọi thông tin liên hệ: Mr. Minh – 091.789.6633