1. Trang Chủ
  2. Cơ khí - Chế tạo máy
  3. Đồ án: Nhà máy sản xuất cột thép Huyndai – Đông Anh

Đồ án: Nhà máy sản xuất cột thép Huyndai – Đông Anh

Đồ án: Nhà máy sản xuất cột thép Huyndai – Đông Anh trình bày sơ lược về các biện pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng nói chung, đưa ra được phương án xử lý nước thải cũng như việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải của nhà máy. Mời bạn đọc cùng tham khảo. LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đ ến thầy giáo, TS. Vũ Đình Tiến –Trưởng bộ môn Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí – Trường Đại Học Bách Khoa Hà N ội. Th ầy đã chỉ bảo tận tình và tạo mọi

Thể loại Tài liệu miễn phí Cơ khí - Chế tạo máy

Số trang 145

Ngày tạo 8/30/2018 4:42:20 AM +00:00

Loại tệp DOC

Kích thước 1.40 M

Tên tệp

Tải Đồ án: Nhà máy sản xuất cột thép Huyndai – Đông ... (.docx) Tải Đồ án: Nhà máy sản xuất cột thép Huyndai – Đông ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đ ến thầy giáo, TS. Vũ Đình Tiến –Trưởng bộ môn Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí – Trường Đại Học Bách Khoa Hà N ội. Th ầy đã chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện tốt đẹp nhất cho em cũng như đưa ra những lời khuyên đúng đắn nhất trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp của em. Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến toàn thể các thầy cô trong bộ môn Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Ch ất – D ầu Khí – Tr ường Đ ại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô đã dạy dỗ chúng em tận tình và ch ỉ bảo cho chúng em trong suốt quá trình em học tập tại trường, các thầy cô đã chắp cánh, dệt lên những ước mơ của chúng em. Các thầy cô luôn là những tấm gương sáng nhất cho chúng em noi theo và phấn đấu. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lớp Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí – K49. Mọi người đã đoàn k ết th ương yêu nhau, cùng nhau vượt qua những khó khăn nhất trong h ọc tập cũng nh ư trong cuộc sống. Cuối cùng con xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ và gia đình, bố mẹ và gia đình luôn là điểm tựa vững chắc nhất, là nguồn an ủi động viên lớn lao nhất cho con trong suốt cuộc đời này. 1
  2. Hà Nội, tháng 5 năm 2009 Sinh viên Lê Thị Huyền Trang Lớp M&TBCNHC – DK– K49 Trường ĐH Bách Khoa HN MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỘT THÉP HUYNDAI – ĐÔNG ANH....................................................................................................................................... 7 1. Giới thiệu chung............................................................................................................7 2. Quá trình công nghệ sản xuất cột thép.........................................................................9 2.1 Giai đoạn gia công cơ khí........................................................................................9 2.2 Giai đoạn mạ kẽm.................................................................................................. 9 2.3 Quá trình mạ nhúng kẽm.......................................................................................11 3. Nguồn thải và vai trò của việc xử lý nước thải trong nhà máy................................12 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA KIM LOẠI NẶNG........................................................................................................................15 1. Phương pháp kết tủa hóa học.....................................................................................15 2. Phương pháp trao đổi ion............................................................................................17 3. Phương pháp điện hóa.................................................................................................19 4. Phương pháp trích ly....................................................................................................20 5. Phương pháp màng......................................................................................................21 5.1 Thẩm thấu ngược..................................................................................................21 5.2 Siêu lọc...................................................................................................................22 5.3 Thẩm tách và điện thẩm tách................................................................................22 6. Phương pháp sinh học.................................................................................................22 7. Phương pháp hấp phụ.................................................................................................23 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ................................. 28 1. Kỹ thuật xử lý Zn2+ có trong nước thải ...................................................................28 2. Kỹ thuật xử lý ion Fe2+ có trong nước thải.............................................................. 30 2.1 Với Clo...................................................................................................................30 2.2. Với H2O2..............................................................................................................30 2.3 Với O3....................................................................................................................31 3. Kỹ thuật keo tụ............................................................................................................32 3.1 Khái niệm chung....................................................................................................32 3.2 Phân tích lựa chọn chất keo tụ.............................................................................33 3.3 Cơ chế của quá trình đông tụ................................................................................36 4. Kỹ thuật lắng ............................................................................................................ 36 4.1. Cấu tạo vùng lắng................................................................................................36 4.2. Cơ chế quá trình lắng..........................................................................................37 5. Kỹ thuật xử lý nước thải chứa crôm.........................................................................37 6. Sơ đồ công nghệ xử lý chung.................................................................................... 40 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ......................................................................41 2
  3. 1. Hệ thống xử lý nước thải của nguồn một và hai...................................................... 41 1.2 Tính toán công nghệ ............................................................................................. 41 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ............................................................................. 48 1. Bể lắng cát...................................................................................................................48 2. Bể điều hòa................................................................................................................. 51 3. Thiết bị trung hòa ........................................................................................................52 3.1 Thể tích thiết bị.....................................................................................................52 3.2 Cơ cấu khuấy........................................................................................................ 53 3.3. Tính toán ổ lăn .....................................................................................................64 3.3. Tính toán thân thùng khuấy................................................................................. 68 3.4. Đáy thùng............................................................................................................. 69 3.5. Chân đỡ................................................................................................................. 70 3.6. Nối trục.................................................................................................................71 4. Thiết bị oxy hóa ion sắt II...........................................................................................71 4.1 Kích thước thiết bị................................................................................................ 71 4.2. Tính toán trục khuấy........................................................................................... 73 4.3. Tính toán ổ lăn ....................................................................................................83 4.4. Tính toán thân thùng khuấy..................................................................................86 4.5. Đáy thùng.............................................................................................................. 87 4.6. Chân đỡ................................................................................................................88 4.7. Nối trục................................................................................................................89 5. Thiết bị đông keo tụ.................................................................................................... 89 5.1. Dung tích thiết bị.................................................................................................. 89 5.2. Tính toán cơ cấu khuấy........................................................................................90 5.3.Tính toán trục........................................................................................................93 5.4. Tính toán ổ lăn ..................................................................................................102 5.5. Tính toán thân thùng khuấy............................................................................... 105 5.6. Đáy thùng............................................................................................................ 107 6. Bể lắng...................................................................................................................... 108 6.1. Diện tích tiết diện ngang của lớp mỏng hay không gian lắng.........................108 6.2. Thể tích vùng lắng............................................................................................ 108 CHƯƠNG VI. THIẾT BỊ PHỤ TRỢ...............................................................................110 1.Thiết bị pha trộn NaOH 10% .................................................................................... 110 2. Thiết bị pha trộn polymer..........................................................................................110 3. Chọn bơm.................................................................................................................. 111 4. Chọn quạt ................................................................................................................. 111 KẾT LUẬN........................................................................................................................ 113 Phụ lục...............................................................................................................................116 3
  4. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình I.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất chung của nhà máy..................................................12 Hình II.1. Bảng tiêu chuẩn nguồn nước thải công nghiệp................................................27 Hình III.1 Hóa chất sử dụng là NaOH...............................................................................29 Hình III.2 Hóa chất là Ca(OH)2 Hình III.3 Hóa chất là Na2CO3...................................29 Hình III.4 Một số ống sục khí............................................................................................ 32 Hình III.5 Cơ chế quá trình đông tụ....................................................................................36 Hình III.6 Sơ đồ công nghệ chung xử lý nước thải..........................................................40 Hình IV.1 Độ tan của kim loại phụ thuộc vào pH............................................................45 Hình V.1 Bể lắng cát ..........................................................................................................48 Hình V.2 Bể điều hòa..........................................................................................................52 Hình V.3 cơ cấu khuấy kiểu mái chèo...............................................................................54 Hình V.4 Vận tốc chuyển động của vật thể.................................................................... 54 Hình V.5 Điểm đặt lực P................................................................................................... 55 HìnhV.7 Cấu tạo con lăn.....................................................................................................65 Hình V.8 Chân đỡ................................................................................................................ 71 Hình V.9 Nối trục đàn hồi...................................................................................................71 Hình V.10 Cấu tạo cánh khuấy tua bin.............................................................................. 73 Hình V.11 Biểu đồ momen của cơ cấu khuấy.................................................................. 77 Hình V.12 Chuyển vị hướng kính của trục khuấy............................................................ 79 HìnhV.13 Cấu tạo con lăn...................................................................................................83 Hình V. 14 Chân đỡ............................................................................................................ 89 Hình V. 15 Nối trục............................................................................................................89 Hình V.16 Cơ cấu khuấy chân vịt......................................................................................91 Hình V.17 Biểu đồ lực và momen tác dụng lên trục khuấy.............................................94 Hình V.18 Chuyển vị hướng kính của trục khuấy........................................................... 98 Hình V.19 Cấu tạo con lăn...............................................................................................102 Hình VI.1 Bơm nước.........................................................................................................111 Hình VI. 2 Quạt thổi khí....................................................................................................112 4
  5. LỜI NÓI ĐẦU Vấn đề ô nhiễm môi trường là vấn đề muôn thủa không chỉ của riêng ai, riêng quốc gia nào. Ngày nay với tốc độ phát tri ển nhanh chóng vượt bậc của nền khoa học công nghệ tiên tiến, vấn đề về ô nhiễm môi trường lại càng trở nên cấp thiết và vô cùng quan trọng trong đ ời s ống con người. Nước ta đang trên đà hội nhập quốc tế, càng ngày càng có nhi ều nhà máy, cơ sở sản xuất, xí nghiệp công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp lớn và nhỏ phát sinh. Điều đó tạo tiền đề phát triển kinh tế, song đây l ại là m ối lo ngại to lớn về vấn đề chất phác thải, các xí nghiệp này chính là nguyên nhân ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người nếu không chú trọng đến việc xử lý nguồn thải ra môi trường. Hầu hết các cơ sở sản xuất này sẽ thải ra khối lượng lớn các loại nước thải, trong đó có rất nhiều loại nước thải vô cùng độc hại. Nếu không giải quyết tốt vấn đề thoát nước và xử lý nước thải, sẽ gây ô nhiễm lớn và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người cũng như gây ảnh hưởng mạnh đến mọi nền kinh tế quốc dân. Nhà máy sản xuất cột thép Huyndai – Đông Anh Hà Nội là một trong những cơ sở sản xuất lớn thuộc Nhà máy sản xuất thiết bị đi ện Đông Anh thuộc Tổng công ty điện lực Việt Nam, là nhà máy s ản xu ất mà s ản ph ẩm chính là cột thép, với công suất 18.000 tấn sản ph ẩm trên m ột năm. V ới nguyên liệu chính là thép góc, thép tấm, và một kh ối lượng lớn các hóa chất sử dụng cho quá trình mạ (ví dụ như kẽm Zn là 1150 tấn/năm; axit sunphuric H2SO4 98% 252 tấn/năm; oxit Crom CrO3 99,7% 18,036 tấn/năm …). Do vậy nguồn nước thải ra môi trường bao gồm một l ượng rất lớn 5
  6. hóa chất chứa ion kim loại nặng( Fe, Zn, Cr…). Vì vậy vi ệc x ử lý chúng là vô cùng quan trọng. Trong bản đồ án này, được sự hướng dẫn tận tình của th ấy giáo TS. Vũ Đình Tiến cùng các thầy cô trong bộ môn Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí – trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em đã trình bày sơ lược về các biện pháp xử lý nước thải ch ứa kim loại n ặng nói chung, đã đưa ra được phương án xử lý nước thải cũng như việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải của nhà máy. Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn cũng như kiến thức thực tế còn nhiều hạn chế nên chắc chắn vẫn còn rất nhiều thiếu sót, em kính mong nhận được sự góp ý của các th ầy đ ể bản đồ án của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô cùng toàn th ể các b ạn l ớp Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất Dầu Khí K49 đã t ạo m ọi đi ều kiện tốt nhất cho em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, tháng 5 năm 2009 Sinh viên thực hiện Lê Thị Huyền Trang 6
  7. Đồ án tốt nghiệp Chương I: Giới thiệu chung CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỘT THÉP HUYNDAI – ĐÔNG ANH 1. Giới thiệu chung Công ty cơ khí Đông Anh Hà Nội được xây dựng t ừ năm 1979 do Liên Xô viện trợ giúp đỡ xây dựng mang tên đầu tiên là Nhà máy thiết bị điện Đông Anh. Từ đó đến nay các mặt hàng truyền thống là sản xuất máy bi ến áp, s ợi cáp nhôm, các thiết bị điện khác, cột thép…Trên diện tích 11ha với h ệ thống nhà xưởng máy móc thiết bị khá mạnh và đầy đủ, nhà máy đã s ản xu ất ra nhiều mặt hàng phục vụ đắc lực cho các ngành công nghiệp, đặc bi ệt là công nghệp điện của Quốc Gia. Ngày nay khi nền kinh tế quốc dân đang trên đà phát tri ển, th ị trường đòi hỏi các sản phẩm phải đạt chất lượng cao, đặc biệt là các mặt hàng xuất khẩu. Sản phẩm cột thép phục vụ cho mạng l ưới truy ền t ải đi ện đòi hỏi chất lượng cao. Để có được sản phẩm chất lượng cao, phải đầu tư xây dựng hệ thống sản xuất có công nghệ và thiết bị hiện đại trên dây chuy ền sản xuất khép kín. Trong bối cảnh thiếu thốn vốn đầu tư cho công ngh ệ và thiết bị hiện đại, Nhà máy chế tạo thiết bị đi ện Đông Anh đã ch ọn đ ối tác là Công ty Công nghệp nặng Huyndai (Hàn Quốc) liên doanh thành l ập nhà máy sản xuất cột thép xuất khẩu ngay trong mặt bằng của nhà máy liên doanh. Sản phẩm của nhà máy chủ yếu là cột thép xuất khẩu. Hiện nay ngành điện lực Việt nam cũng như các nước trong khu v ực được chỉnh phủ đầu tư xây dựng và phát triển mạng lưới điện rất nhiều, nhu 7 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  8. Đồ án tốt nghiệp Chương I: Giới thiệu chung cầu về cột thép ngày càng tăng. Việc triển khai dự án cột thép đạt tiêu chuẩn xuất khẩu tạo điều kiện cho công ty liên doanh có cơ h ội đ ể phát triển cả về phương diện kĩ thuật công nghệ và trình độ quản lí kinh doanh. 8 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  9. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu chung Dự án này không những đã mang lại lợi ích kinh tế cho xã hội mà còn gia tăng thu nhập cho nền kinh tế quốc dân bằng các kho ản thu ế doanh thu và các khoản thuế doanh thu và thuế lợi tức, giải quyết công ăn việc làm cho số lượng lao động lớn, mà còn góp phần thúc đẩy sản xu ất tiêu th ụ hàng hóa cho những cơ sở sản xuất nguyên vật liệu như các nhà máy hóa chất và các nhà máy sản xuất thép cũng như các ngành liên quan. 2. Quá trình công nghệ sản xuất cột thép Quá trình sản xuất gồm hai giai đoạn chính • Giai đoạn gia công cơ khí • Giai đoạn mạ sản phẩm 2.1 Giai đoạn gia công cơ khí Nguyên liệu là thép bóc và thép tấm được gia công trên hai dây chuyền khác nhau: • Dây chuyền thép góc chủ yếu là đột dập cắt rãnh và khoan lỗ. • Dây chuyền thép tấm chủ yếu là cắt bằng máy cắt th ủy l ực cắt tự động bằng lửa, khoan và đột dập chi tiết. Các chi tiết cột điện sau khi gia công được kiểm tra về kĩ thu ật, đ ạt yêu cầu lắp ráp mới được chuyển ra ngoài và lắp ráp thử. Sau đó tháo rời các chi tiết phân loại và chuyển sang dây chuyền mạ kẽm. Quá trình gia công cơ khí tạo hình sản phẩm không s ử d ụng n ước nên không có chất thải ra nguồn nước. 2.2 Giai đoạn mạ kẽm Công nghệ mạ kẽm được lựa chọn theo phương pháp nhúng kẽm nóng, được thực hiện theo hai bước : 9 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  10. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu chung 2.2.1 Bước 1: Xử lý sạch bề mặt Xử lý bề mặt là việc sau khi lắp thử, các chi tiết sắt thép đ ược tháo rời phân loại và đưa vào các bể làm sạch bề mặt. Làm sạch bề m ặt trước khi mạ đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng mạ. Đầu tiên các chi tiết sắt thép được nhúng vào bể chứa axit sunphuaric (H 2SO4), có tất cả 3 bể chứa thể tích mỗi bể là 51,3 m 3. Bể chứa axit chứa 24 tấn nước + 10 tấn axit sunphuric 98%. Như vậy nồng độ axit có trong bể từ 25- 28%. Nhiệt độ dung dịch axit chứa trong bể khoảng 55 ± 5 oC. Khoảng 35 đến 40 ngày axit sunphuric sẽ tẩy sạch các rỉ sắt (oxit sắt) trên bề mặt thép. Sau một thời gian sử dụng nồng độ axit giảm xuống còn 8% Sau đó các chi tiết được chuyển sang bể rửa bằng nước lạnh thể tích là 51,3 m 3. Bể rửa bằng nước có nhiệm vụ rửa sạch axit bám trên bề mặt chi tiết. Sau đó các chi tiết được nhúng qua bể chứa dung dịch Clorua kẽm ZnCl2 và Clorua amon NH4Cl gọi là dung dịch trợ dung. Bể chứa dung dịch trợ dung thể tích 51,3 m3. Dung dịch trợ dung có tác dụng là tăng độ th ấm ướt của kim loại nóng chảy trên bề mặt chi tiết . Sau bước này chất thải chủ yếu là Fe 2+, Zn2+ và môi trường axit yếu thành phần bao gồm: Fe2+ = 500ppm, Zn2+ = 50ppm, PH = 2 – 3. 2.2.2. .Bước 2: Nhúng trong dung dịch mạ nóng chảy Sau khi kết thúc bước làm sạch bề mặt các chi tiết được chuyển sang lớp mạ sản phẩm. Các chi tiết được chuyển sang nhúng trong bể chứa kim loại nóng chảy. Thành phần các kim loại có chứa trong bể như sau: - Lớp trên cùng là nhôm, khối lượng chứa trong bể là 5 kg, chiếm tỷ lệ 0,002% khối lượng. - Lớp giữa là kẽm hàm lượng 99,995%, khối lượng ch ứa trong bể là 272 tấn chiếm tỷ lệ 93,3 % về khối lượng. 10 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  11. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu chung - Lớp dưới đáy là chì hàm lượng 99,95%, khối lượng chứa trong bể là 20 tấn, chiếm tỷ lệ 6,7% về khối lượng. Khối lượng tổng cộng các kim loại chứa trong bể mạ là 292 tấn. Sau giai đoạn này chất thải ra môi trường chủ y ếu là Fe 2+, Zn2+, axit sunphuric loãng, có thành phần: H2SO4 = 8%, Fe2+ = 1.5%, Zn2+ = 0.6%. 2.3 Quá trình mạ nhúng kẽm Khi nhúng sản phẩm sắt vào kẽm nóng chảy xảy ra quá trình khu ếch tán của kẽm với lớp bề mặt sắt sẽ tạo thành lớp kim loại trên b ề m ặt s ản phẩm phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nóng chảy, thời gian nhúng và thành phần hóa học của kẽm nóng chảy. Nhiệt độ của bể kẽm nóng chảy là 445 ± 5oC. Chì ở phần đáy lò do có tỷ trọng cao nên có tác dụng bảo vệ đáy nồi lò mạ. L ượng nhôm trong bể có tác dụng làm tăng tính bóng cho bề mặt sản phẩm. Sau một thời gian nhúng nhất định, sản phẩm được làm nguội và chuyển sang bể chứa Crom. Oxyt nhôm có tác dụng ngăn ngừa sự oxi hóa của nhôm khi tiếp xúc với nước. Bể chứa crom với thể tích 56m 3 chứa crom hàm lượng 99,5%. Lượng crom chứa trong bể chiếm tỷ lệ 0,1 – 0,15% khối lượng dung dịch. Quá trình nhúng sản phẩm qua b ề m ặt n ước crom gây tràn, nước thải chứa crom được thu gom về bể chứa th ể tích 75m3. Khối lượng nước crom là 30 tấn/10 tháng, cuối cùng các chi ti ết s ắt thép được rửa sạch bằng nước lạnh. Sản phẩm thải sau công đoạn này chủ yếu là Crom và hàm lượng H+ cao, hay môi trường axit. Có thành phần là Cr6+ = 0.02%, PH = 3 – 4. 11 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  12. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu chung Sơ đồ công nghệ sản xuất chung của nhà máy Hình I.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất chung của nhà máy 3. Nguồn thải và vai trò của việc xử lý nước thải trong nhà máy. Có 3 nguồn nước thải khi nhà máy hoạt động :  Nguồn thải một: Axit thải từ bể tẩy sạch cột thép bằng axit sunphuric, thải gián đoạn: - Lưu lượng 70 m3/ tháng - Thành phần : H2SO4 = 8%, Fe2+ = 1.5% , Zn2+ = 0,6%  Nguồn thải hai: Nước thải liên tục do rửa cột thép trước khi đưa vào mạ: - Lưu lượng 150m3/ ngày - Thành phần Fe2+ = 500ppm, Zn2+ = 50ppm, PH= 2- 3  Nguồn thải ba: Nước thải có chứa Crom, thải gián đoạn: - Lưu lượng 30m3/ 10 tháng 12 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  13. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu chung - Thành phần: Cr6+ = 0,02%, PH = 3 – 4 Từ tính chất chung của nguồn thải trên ta thấy trong nước th ải có hàm lượng Fe2+ và Zn2+ khá cao(Fe là 500ppm, Zn 50ppm, pH 2, 3, trong khi tiêu chuẩn Việt Nam là Zn 2ppm, Fe 5ppm, PH 5,5 - 9. Mà n ếu trong n ước có nhiều kim loại loại này thì ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước và ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh hoạt của con người nh ư gây ra các bệnh viêm loét da, dạ dày, đường hô hấp, gây ung thư máu… Chúng có khả năng tích tụ trong các động vật sống như tôm cua cá ốc…Gián tiếp tác động đến sức khỏe con người. Ngoài ra các kim loại nặng khi có nồng độ cao có thể tác động đến gốc sunfat trong enzim, làm vô hiệu hoá các enzim hoặc phong toả màng tế bào, ngoài ra chúng còn có xu hướng tạo kết tủa với các muối hoặc làm xúc tác cho một số quá trình phân huỷ các protein có các nhóm axit cacboxyl (-COOH) và nhóm amin (- NH2) là những nhóm dễ liên kết với các kim loại nặng. Ngoài ra các kim loại này còn liên k ết v ới các màng tế bào, ngăn cản quá trình vận chuyển chất qua màng t ế bào gây ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của tế bào, đây chính là một trong các nguyên nhân gây ra bệnh ung thư và một số bệnh khác. Ảnh hưởng của kim loại trong nguồn thải của nhà máy đến sức kh ỏe con người: Crom: Crom khi ở nồng độ nằm ngoài khoảng cho phép đi vào cơ thể con người sẽ gây ra những tác hại : o Khi bị nhiễm độc crom ở nồng độ thấp thì người nhiễm độc sẽ cảm thấy có vị kim loại, ớn lạnh, đau cơ. o Crom được tích lũy trong gan thận, gây tổn thương gan thận và làm tổn thương các cơ quan khác. 13 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  14. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu chung Kẽm: o Kẽm và các hợp chất của chúng ít ảnh hưởng đến các động vật thân nhiệt ổn định mà chỉ ảnh hưởng đến các động vật biến nhiệt. Nồng độ kẽm trong kẽm sunfat là 0,4 mg/l gây tử vong cho cá gai trong 7 ngày. Ngoài ra có thể gây buồn nôn, nôn, phát ban, sự khử nước và loét dạ dày. o Nồng độ giới hạn cho phép. Nước uống: 1 -15 mg/l theo tiêu chuẩn từng nước. Nước tưới ruộng: 5 mg/l Sắt: o Nhiễm độc sắt gây viêm đa khớp dạng thấp, ung thư, táo bón, bệnh đái đường, suy tim, bệnh viêm gan, cao huyết áp, mất ngủ… o Đối với người và động vật có thân nhiệt ổn định, sắt ít gây độc tuy nhiên khi nồng độ sắt cao sẽ làm cho nước có mầu vàng và mùi tanh khó chịu. o Với động vật biến nhiệt: Thỏ bị ngộ độc khi hàm lượng Fe là 890mg/kg thể trọng, với chuột là từ 984 – 1986mg/kg thể trọng. o Nồng độ giới hạn cho phép. Nước uống : 0,2 – 1,5 mg/l tuỳ thuộc tiêu chuẩn từng nước. Nước thải: 2- 10 mg/l. Vì vậy việc xử lý nước thải loại này có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống. 14 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  15. Đồ án tốt nghiệp Chương II. Phương pháp xử lý nước thải CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA KIM LOẠI NẶNG 1. Phương pháp kết tủa hóa học 1. Cơ sở phương pháp Cơ sở của phương pháp dựa trên tính chất vật lý và hóa h ọc c ủa n ước thải để tiến hành các phản ứng oxy hóa khử - kết tủa, tách các ch ất độc hại có trong nước thải, sau đó lắng, lọc, trung hòa đến tiêu chuẩn cho phép trước khi xả thải. Trong nước thải, ion kim loại nặng thường tồn tại dưới nhi ều d ạng khác nhau, có hợp chất dễ kết tủa, nhưng cũng có h ợp ch ất khó k ết t ủa và có tính độc hại cao. Khi đó, cần chuy ển chúng về dạng ít đ ộc h ơn nh ờ quá trình oxy hóa khử. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa hóa học chỉ được dùng trong nh ững tr ường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác, ví dụ như khử xyanua hay hợp chất hòa tan của asen. Để làm sạch nước thải, người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa nh ư clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromat kali, peoxythydro(H2O2), oxy của không khí, ozon, pyroluzit(MnO2),… 1. Quá trình oxy hóa khử: Quá trình oxy hóa khử được sử dụng nhằm chuyển các ion kim loại trong nước thải về trạng thái dễ kết tủa hoặc ít độc hơn. Cơ chế: n Mem+ + R = m Men+ + R’ 15 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  16. Đồ án tốt nghiệp Chương II. Phương pháp xử lý nước thải Mem+ : kim loại có hóa trị +m R: tác nhân khử Men+ : kim loại có hóa trị +n R’: chất mới(nếu có) 2. Quá trình kết tủa: Các ion kim loại trong nước dễ bị kết tủa dưới dạng các ch ất không tan như hydroxyt, muối cacbonat, muối sunfit,…Sau đó, các dạng kết t ủa này tách ra khỏi nước nhờ vào quá trình lắng, lọc. Các hóa chất được sử dụng trong quá trình kết tủa bao gồm NaOH, Ca(OH) 2, Na2CO3, Na2S,… trong đó phổ biến nhất là Ca(OH)2. Quá trình kết tủa kim loại trong nước ph ụ thuộc rất nhi ều vào đi ều kiện môi trường, đặc biệt là pH. Mỗi loại hóa chất s ử dụng cũng nh ư kim loại trong nước đều có khoảng pH kết tủa khác nhau. Phản ứng k ết t ủa kim loại nói chung được mô tả như sau: Me+n + X-m = MemXn ↓ Me+n : các cation kim loại trong nước như Cu 2+, Ni2+, Zn2+, Cr3+,… X-m: các anion hóa chất đưa vào như OH-, S2-, SO42-, PO43-,… Hiện nay, xử lý kim loại nặng trong nước bằng ph ương pháp oxy hóa khử - kết tủa được sử dụng khá phổ biến ở nước ta để xử lý nước thải của các ngành công nghiệp cơ khí, gia công kim loại, mạ điện, chế tạo và lắp ráp ô tô, xe máy,…Một số cơ sở sản xuất như công ty khóa Minh Khai, công ty cơ khí dụng cụ xuất khẩu, nhà máy ô tô Toyota và moto Honda, nhà máy liên doanh Vidamco,…cũng đang sử dụng phương pháp này để xử lý nước thải chứa kim loại. 3. Ưu nhược điểm  Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền, vật liệu dễ kiếm, xử lý nước thải của nhà máy có quy mô lớn, có khả năng xử lý nhiều kim loại đồng thời.  Nhược điểm: 16 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  17. Đồ án tốt nghiệp Chương II. Phương pháp xử lý nước thải Phải xử lý kết tủa khi nồng độ kết tủa trong nước thải cao, t ạo nhiều bùn thải vì vậy phải tốn thêm chi phí xử lý bùn, vì khi đó bùn thải chính là chất thải nguy hại. 2. Phương pháp trao đổi ion Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nh ựa hữu cơ tổng hợp các chất cao phân tử có gốc hydrocarbon và các nhóm chức trao đổi ion. Quá trình trao đổi ion tiến hành trong các cột anonit và cationit . Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn…cũng nh ư các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các ch ất có giá trị và đạt đ ược mức độ làm sạch cao. Vì vậy, nó là một ph ương pháp được ứng d ụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải. Bản chất của quá trình trao đổi ion là các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit, chúng mang tính axit. Các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu nh ư ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng là các ionit lưỡng tính. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc h ữu c ơ có ngu ồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo. • Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên: zeolite, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau,… 17 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  18. Đồ án tốt nghiệp Chương II. Phương pháp xử lý nước thải • Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tổng hợp: silicagen, pecmutit(chất làm mềm nước), các oxyt khó tan, và hydroxyt của một số kim lo ại nh ư nhôm, crom,… • Nhóm các chất trao đổi ion hữu cơ tự nhiên: axit humic c ủa đ ất(ch ất mùn), than đá,… • Nhóm các chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp: nhựa có bề mặt riêng lớn, chúng là các hợp chất cao phân tử. Quá trình trao đổi ion xảy ra như sau: - Trao đổi cation: n R-H + Bn+ = RnB + nH+ Trong xử lý kim loại nặng thì Bn+ là các kim loại nặng như Cu2+, Ni2+, … - Trao đổi anion: n R-OH + Bn- = RnB + nOH- Trong xử lý kim loại nặng thì Bn- có thể là Cr2O72-. MoO42-,… Sau khi trao đổi ion, người ta thường tái sinh l ại ionit và thu h ồi các c ấu t ử có giá trị. Các cationit thường được tái sinh bằng axit sunfuric v ới n ồng đ ộ nằm trong khoảng 1,0-1,5%. Các anionit được tái sinh bằng ki ềm v ới nồng độ khoảng 2,0-4,0%.  Ưu điểm: Xử lý nước thải bằng phương pháp trao đổi ion có thể đạt hiệu suất xử lý rất cao (khoảng 99%), có thể tái sinh chất trao đổi ion và thu h ồi kim loại quý có giá trị và kinh tế, vận hành đơn gi ản, không gian x ử lý nh ỏ, thích hợp với nước thải chứa nhiều kim loại, không tạo ra các ch ất th ải thứ cấp.  Nhược điểm: 18 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  19. Đồ án tốt nghiệp Chương II. Phương pháp xử lý nước thải Giá thành xử lý cao, không thích hợp với nhà máy có quy mô l ớn v ới lượng nước thải nhiều. 3. Phương pháp điện hóa Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hóa khử để tách kim loại trên các điện cực nhúng trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng đi ện 1 chiều chay qua, bằng phương pháp này tách các ion kim loại ra kh ỏi n ước, không phải bổ xung hóa chất, song thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao (>1g/l) chi phí điện năng khá lớn. Nguyên tắc: Cho dòng điện một chiều đi qua hai cực của điện cực, quá trình oxy hóa và khử sẽ xảy ra trên anot và catot. Quá trình khử các cation xảy ra tại các anot, tại đây ion kim lo ại b ị kh ử thành ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực: Me+n + me= Me+(n-m) m: hóa trị của kim loại. n: số điện tử làm thay đổi hóa trị (n>m). Đây là phương pháp tiến hành quá trình oxy hóa kh ử để tách kim loại trên các điện cực nhúng trong nước thải khi cho dòng điện một chiều qua. Các thiết bị điện phân có thể làm việc theo chế độ liên tục hoặc gián đoạn. Hiệu suất của quá trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là: • Mật độ dòng điện (đơn vị tính là A/m 2 hoặc A/cm2): là tỷ số giữa cường độ dòng điện và bề mặt điện cực. • Điện áp của thùng điện phân (đơn vị tính là V): bao g ồm đi ện th ế phân cực, độ sụt áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp,… 19 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
  20. Đồ án tốt nghiệp Chương II. Phương pháp xử lý nước thải • Hiệu suất theo dòng (đơn vị tính là %): lượng điện cần thiết theo lý thuyết và điện lượng chi phí thực tế. Anot thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện phân như: graphit, macnetit (Fe 3O4), chì dioxit, mangan dioxit và ruteni dioxit,…phủ lên nền titan. Catot được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken, than chì (graphit), thép không gỉ và các kim loại khác đ ược ph ủ l ớp molipden, vonfram hay hợp chất của chúng. Quá trình khử xảy ra tại catot là sự nhận điện tử, tại đây ion kim lo ại b ị khử tạo thành ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực.  Ưu điểm: Có thể xử lý được dòng thải có nồng độ kim loại cao, không sử dụng hóa chất, dễ sử dụng và thu hồi được các kim loại có giá trị.  Nhược điểm: Tiêu hao điện năng lớn, chi phí xử lý cao 4. Phương pháp trích ly Xử lý nước thải chứa Urani, nước thải công nghiệp mạ và gia công kim loại có chứa hàm lượng kim loại cao hơn 1000mg/l. Quá trình trích ly được qua xử lý, hiệu quả trích ly Sử dụng phương pháp trích ly hóa h ọc đ ể tách kim loại nặng ra khỏi nước, ion kim loại chuyển từ pha nước sang pha dung môi nhờ sự liên kết ion kim loại với chất trích ly trong dung môi h ữu cơ không tan trong nước, kim loại được chuyển từ pha nước sang pha dung môi hữu cơ và được tách ra khỏi nước. Me+n + nR-X = Rn-Me + nX- Me+n: cation kim loại R-X: chất trích ly 20 SVTH: Lê Thị Huyền Trang Lớp: Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí K49
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược