BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI XI MẠ CÔNG SUẤT
60M3/NGÀY TẠI CÔNG TY TNHH THÀNH LONG
HUYỆN NHÀ BÈ TP.HỒ CHÍ MINH

Sinh viên thực hiện : VŨ NGỌC PHIẾN
Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Niên khóa : 2007 - 2011

Tháng 8 năm 2011


LỜI CẢM TẠ

Trong suốt thời gian học tập tại trường và thực hiện khóa luận tốt nghiệp, tôi
luôn nhận được sự quan tâm và giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, bạn bè, gia đình và
các tổ chức.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Th.S Lê Tấn Thanh Lâm. Cảm ơn
thầy đã dành nhiều tâm huyết hướng dẫn tận tình, truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý
báu và bổ ích cho tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Xin gửi lời cảm ơn đến 2 bạn lớp công nghệ hóa : bạn Phạm Hồng Luân và bạn
Nguyễn Hữu Mừng đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm thí nghiệm.
Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Môi Trường và Tài Nguyên,
Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM lời cám ơn chân thành vì đã truyền đạt cho tôi
những kiến thức quý giá và bổ ích trong quá trình học tập, giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt bốn năm học tập tại trường.

Xin gửi lời cảm ơn trìu mến nhất tới các bạn DH07MT đã luôn sát cánh và chia
sẻ cùng tôi những lúc vui buồn trong học tập và cuộc sống, cảm ơn vì đã cho tôi
những phút giây thật đẹp thời sinh viên.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng kính yêu vô hạn đến cha
mẹ và những người thân trong gia đình. Con luôn biết ơn công ơn sinh thành, dưỡng
dục của cha mẹ, cảm ơn mọi người đã luôn che chở, động viên, là chỗ dựa vững chắc
cho con, giúp con vượt qua mọi khó khăn, thử thách trong cuộc sống để có được
thành công ngày hôm nay.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08/2011
Sinh viên thực hiện
Vũ Ngọc Phiến

i


THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI XI MẠ CÔNG SUẤT 60
M3/NGÀY

Tác giả
VŨ NGỌC PHIẾN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Lê Tấn Thanh Lâm

Tháng 8 năm 2011


ii


TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu và thiết kế xử lý nước thải ngành xi mạ công suất 60
m3/ngày” được tiến hành tại Công ty TNHH Thành Long và Khoa môi trường và tài
nguyên Trường Đại học Nông Lâm TP. HCM, thời gian từ tháng 2 năm 2011 đến
tháng 7 năm 2011.
Kết quả thí nghiệm được áp dụng thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ với
công suất 60 m3/ngày. Các thông số thiết kế sau:
 Đối với quá trình keo tụ
Giai đoạn 1:
-

Hóa chất keo tụ sử dụng là : phèn sắt

-

pH tối ưu : 7

-

Lượng phèn tối ưu : 400 g/m3 nước thải

-

Hiệu quả xử lý COD : 24,51 %

-


Hàm lượng Fe : 14,2 mg/L nước thải

-

Hàm lượng Zn : 11,5 mg/L nước thải

-

Hàm lượng SS : 40 mg/L nước thải

-

Giai đoạn 2:

-

Hóa chất keo tụ sử dụng là : phèn nhôm

-

pH tối ưu : 9

-

Lượng phèn tối ưu : 640 g/m3 nước thải

-

Hiệu quả xử lý COD : 74,17%


-

Hàm lượng Fe : 3,9 mg/L nước thải

-

Hàm lượng Zn: 0,33 mg/L nước thải

-

Hàm lượng SS : 18 mg/L nước thải

 Đối với qúa trình keo tụ kết hợp với oxi hóa nâng cao hệ Fenton
Giai đoạn 1:
-

Hóa chất keo tụ sử dụng là : phèn sắt

-

pH tối ưu : 7

-

Lượng phèn tối ưu : 400 g/m3 nước thải

-

Hiệu quả xử lý COD : 24,51 %


-

Hàm lượng Fe : 14,2 mg/L nước thải
iii


-

Hàm lượng Zn: 11,5 mg/L nước thải

-

Hàm lượng SS : 40 mg/L nước thải

Giai đoạn 2:
-

Hóa chất keo tụ sử dụng là : H2O2, FeSO4 ( Tỉ lệ 1:08)

-

pH tối ưu : 7

-

Lượng phèn tối ưu : 50 g/m 3 nước thải

-


Lượng H2O2 : 1,625 L/m3 nước thải

-

Hiệu quả xử lý COD : 82,89 %

-

Hàm lượng Fe : 0,2 mg/L nước thải

-

Hàm lượng Zn: 0,8 mg/L nước thải

-

Hàm lượng SS : 10,5 mg/L nước thải

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ ...............................................................................................................i
THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI XI MẠ CÔNG SUẤT 60 M3/NGÀY ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
MỤC LỤC ................................................................................................................... v
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................... x
CHƯƠNG I ................................................................................................................. 1
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................ 1
1.2. MỤC TIÊU KHÓA LUẬN. ............................................................................ 1
1.3. NỘI DUNG CỦA KHÓA LUẬN. .................................................................. 1
1.4. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ...................................................................... 2
1.5. Ý NGHĨA CỦA KHÓA LUẬN ...................................................................... 2
1.5.1. Ý nghĩa khoa học .......................................................................................... 2
1.5.2.Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................ 2
CHƯƠNG II ................................................................................................................ 3
TỔNG QUAN ............................................................................................................. 3
2.1. Tổng quan về ngành xi mạ .............................................................................. 3
2.1.1. Khái niệm ..................................................................................................... 3
2.1.2. Các loại hình xi mạ ....................................................................................... 4
2.1.3. Quy trình xi mạ và nguồn nước thải của quá trình xi mạ ............................... 7
2.1.4. Vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải ngành xi mạ .................................. 8
2.1.5. Ảnh hưởng của hóa chất xi mạ đến môi trường ............................................. 9
2.2. Lý thuyết của quá trình keo tụ tạo bông ........................................................ 10
2.2.1. Khái niệm hạt keo ....................................................................................... 10
2.2.2. Các cơ chế chính của quá trình keo tụ tạo bông ........................................... 12
2.2.3. Động học quá trình keo tụ tạo bông............................................................. 14
2.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình oxy hóa Fenton: .............................................. 15
2.3.1. Định nghĩa .................................................................................................. 15
2.3.2. Cơ chế phản ứng của Fenton ....................................................................... 15
2.3.3. Những nhân tố ảnh hưởng đến phản ứng Fenton ......................................... 17
v


2.4. Tổng quan về công ty TNHH Thành Long .................................................... 19
2.4.1. Tổng quan về công ty.................................................................................. 19
2.4.2. Công ty TNHH Thành Long ở lô II-3 thuộc Khu công nghiệp Hiệp Phước, xã
Hiệp Phước, huyện Nhà Bè, Thành phố Hồ Chí Minh................................................ 19

2.4.3. Diện tích : 5.000 m2, cấu tạo địa chất tốt, có nhiều cây xanh tự nhiên. ........ 19
2.4.4. Thành phần nước thải tại công ty ................................................................ 19
CHƯƠNG III............................................................................................................. 20
CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ............................................................... 20
3.1

. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải xi mạ ................................ 20

3.1.1 Phương pháp hóa lý ...................................................................................... 20
3.1.2 Phương pháp trao đổi ion .............................................................................. 23
3.1.3.Phương pháp điện hóa................................................................................... 25
3.1.4.Phương pháp hấp phụ ................................................................................... 26
3.1.5.Phương pháp thẩm thấu ngược ...................................................................... 27
3.1.6.Phương pháp sinh học ................................................................................... 27
3.2.Thời gian, địa điểm, đối tượng nghiên cứu ....................................................... 30
3.2.1. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 30
3.2.2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 30
3.2.3. Chuẩn bị thí nghiệm..................................................................................... 30
3.2.4. Các bước tiến hành ...................................................................................... 30
3.3. Thí nghiệm oxi hóa nâng cao (Fenton) ........................................................... 31
3.3.1. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 32
3.3.2. Mục đích thí nghiệm .................................................................................... 32
3.3.3. Chuẩn bị thí nghiệm..................................................................................... 32
3.3.4. Các bước tiến hành ...................................................................................... 32
3.4. Số lượng mẫu thí nghiệm ................................................................................ 33
3.4.1. Số lượng mẫu thí nghiệm Jartest .................................................................. 33
3.4.2. Số lượng mẫu thí nghiệm Fenton ................................................................. 34
3.5. Phương pháp phân tích chỉ tiêu ....................................................................... 35
3.5.1. Phương pháp phân tích chỉ tiêu COD ........................................................... 35
3.5.2. Phương pháp phân tích chỉ tiêu SS ............................................................... 37

3.6. Kết quả thí nghiệm.......................................................................................... 37
vi


3.6.1 Thí nghiệm keo tụ đối với phèn nhôm ........................................................... 37
3.6.2. Thí nghiệm keo tụ đối với phèn sắt .............................................................. 40
3.6.3. Thí nghiệm keo tụ đối với phèn PAC ........................................................... 43
3.6.4. Thí nghiệm lượng phèn nhôm phản ứng tối ưu tại pH = 9 ............................ 47
3.6.5. Thí nghiệm lượng phèn sắt phản ứng tối ưu tại pH = 10............................... 48
3.6.6. Kết quả lượng PAC phản ứng tối ưu tại pH = 9 ........................................... 50
3.6.7. Thí nghiệm phản ứng oxi hóa nâng cao ........................................................ 52
3.7. Một số công nghệ xử lý nước thải xi mạ ......................................................... 58
3.7.1Xử lý nước thải xi mạ bằng phương pháp keo tụ (Sở khoa học công nghệ và
môi trường TP HCM) ................................................................................................ 58
3.7.2Công ty TNHH YUJIN VINA ....................................................................... 59
CHƯƠNG 4............................................................................................................... 60
ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ............................................... 60
4.1. Đề xuất phương án .......................................................................................... 60
4.1.1.Phương án 1: Phương pháp keo tụ kết hợp phèn sắt và phèn nhôm ............... 60
4.1.2. Phương án 2: Phương pháp keo tụ phèn sắt và oxi hóa nâng cao Fenton ...... 62
4.2Tính toán phương án 1: ..................................................................................... 64
4.2.1Tính toán lưu lượng : ..................................................................................... 64
4.3.Tính toán phương án 2 ..................................................................................... 69
4.3.1Tính toán lưu lượng : ..................................................................................... 69
CHƯƠNG 5............................................................................................................... 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 74
5.1.Kết luận ........................................................................................................... 74
5.1.1.Kết luận chung.............................................................................................. 74
5.1.2.Kết luận về công nghệ đề xuất ...................................................................... 74
5.2.Kiến nghị ......................................................................................................... 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 76
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 77

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.3. Các phương trình phản ứng xảy ra trong quá trình Fenton.......................... 16
Bảng 3.1.Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình kết tủa................................... 21
Bảng 3.3. Hiệu suất khử các ion kim loại bằng phương pháp sinh học ....................... 28
Bảng 3.4. Tóm tắt ưu nhược điểm của các phương pháp ............................................ 29
Bảng 3.1. Bố trí thí nghiệm Jartest cho phèn nhôm .................................................... 33
Bảng 3.2. Bố trí thí nghiệm Jartest cho phèn sắt ......................................................... 34
Bảng 3.3. Bố trí thí nghiệm Jartest cho PAC .............................................................. 34
Bảng 3.4. Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ưu cho phản ứng Fenton ........................ 34
Bảng 3.5. Bố trí thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu cho phản ứng Fenton ........... 35
Bảng 3.6. Bố trí thí nghiệm xác H2O2:FeSO4 tối ưu cho phản ứng Fenton ................. 35
Bảng 3.7. Phân bố hóa chất trong ống nghiệm ........................................................... 36
Bảng 4.1. Thông số đầu vào thí nghiệm xác định giá trị pH tối ưu và lượng phèn phản
ứng tối ưu của quá trình keo tụ bằng phèn nhôm. ....................................................... 38
Bảng 4.2. Bảng phân tích ANOVA so sánh pH tối ưu khi dùng phèn nhôm ............... 38
Bảng 4.3. Bảng phân tích ANOVA so sánh lượng phèn nhôm tối ưu ......................... 39
Bảng 4.4. Thông số đầu vào thí nghiệm xác định giá trị pH tối ưu và lượng phèn phản
ứng tối ưu của quá trình keo tụ bằng phèn sắt ............................................................ 40
Bảng 4.5. Bảng phân tích ANOVA so sánh pH tối ưu khi dùng phèn sắt ................... 41
Bảng 4.6. Bảng phân tích ANOVA so sánh lượng phèn sắt tối ưu .............................. 42
Bảng 4.7. Thông số đầu vào thí nghiệm xác định giá trị pH tối ưu và lượng phèn phản
ứng tối ưu của quá trình keo tụ bằng PAC.................................................................. 43
Bảng 4.8. Bảng phân tích ANOVA so sánh pH tối ưu khi dùng phèn PAC ................ 44
Bảng 4.9. Bảng phân tích ANOVA so sánh lượng phèn PAC tối ưu .......................... 44

Bảng 4.10. Kết quả so sánh và đánh giá giữa ba loại phèn sử dụng ............................ 46
Bảng 4.11. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại ở giai đoạn 1 ................................ 46
Bảng 4.12. Bảng phân tích ANOVA so sánh hiệu quả xử lý của 3 loại phèn .............. 46
Bảng 4.13. Nước thải đầu vào khi điều chỉnh đến pH = 7 với lượng phèn sắt tối ưu... 47
Bảng 4.14. Thông số đầu ra khi sử dụng phèn nhôm tại pH = 9 ................................. 47
Bảng 4.15. Bảng phân tích ANOVA đầu ra khi sử dụng phèn nhôm tại pH = 9 ......... 47
Bảng 4.16. Thông số đầu ra khi sử dụng phèn sắt tại pH = 10 .................................... 48
Bảng 4.17. Bảng phân tích ANOVA đầu ra khi sử dụng phèn sắt tại pH = 10 ............ 49
Bảng 4.18. Thông số đầu ra khi sử dụng PAC tại pH = 9 ........................................... 50
Bảng 4.19. Bảng phân tích ANOVA đầu ra khi sử dụng PAC tại pH = 9 ................... 50
Bảng 4.20. Kết quả phân tích kim loại ở giai đoạn 2 .................................................. 51
Bảng 4.21. So sánh và đánh giá hiệu quả xử lý của 3 loại phèn ở giai đoạn 2............. 51
Bảng 4.22. Bảng phân tích ANOVA hiệu quả xử lý của 3 loại phèn ở giai đoạn 2 ..... 51
Bảng 4.23. Kết quả xác định pH tối ưu và lượng phèn tối ưu của phản ứng Fenton .... 52
Bảng 4.24. Bảng phân tích ANOVA pH tối ưu của phản ứng Fenton ......................... 53
Bảng 4.25. Bảng phân tích ANOVA lượng phèn tối ưu của phản ứng Fenton ............ 53
Bảng 4.26. Kết quả xác định tỉ lệ FeSO4:H2O2 tối ưu của phản ứng Fenton ............... 53
viii


Bảng 4.27. Bảng phân tích ANOVA tỉ lệ FeSO4:H2O2 tối ưu của phản ứng Fenton ... 54
Bảng 4.3. Các thông số thiết kế và khái quát kinh tế của phương án 1 ....................... 64
Bảng 4.4. Các thông số thiết kế và khái quát kinh tế của phương án 2 ....................... 69

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ và nguồn nước thải của quá trình xi mạ ............................. 7

Hình 4.1. Biểu đồ xác định pH tối ưu và lượng phèn tối ưu đối với phèn nhôm ......... 38
Hình 4.2. Biểu đồ xác định pH tối ưu và lượng phèn tối ưu đối với phèn sắt .............. 41
Hình 4.3. Biểu đồ xác định pH tối ưu và lượng phèn tối ưu đối với PAC ................... 44
Hình 4.4. Biểu đồ so sánh lượng phèn nhôm tối ưu tại pH = 9 ................................... 48
Hình 4.5. Biểu đồ so sánh lượng phèn sắt tối ưu tại pH = 10 ...................................... 50
Hình 4.6. Biểu đồ so sánh lượng PAC tối ưu tại pH = 9 ............................................ 52
Hình 4.7 Biểu đồ thể hiện pH tối ưu của phản ứng Fenton ......................................... 54
Hình 4.8 Biểu đồ thể hiện lượng phèn tối ưu của phản ứng Fenton ............................ 55
Hình 4.9. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ H2O2:FeSO4 tối ưu của phản ứng Fenton ................... 55
Hình 4.1. Quy trình xử lý nước thải phương án 1 ....................................................... 60
Hình 4.2. Quy trình xử lý nước thải phương án 2 ....................................................... 62

x


CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá đất nước, chất

thải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại,
đòi hỏi phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý.
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. Nhiều
công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc thoái
hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh hưởng
đến sự sống của sinh vật về lâu về dài. Do đó, nước thải từ các quá trình xi mạ kim
loại, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián

tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng, như
viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczima,ung thư, ...Nước thải mạ thường gây ô nhiễm
bởi các kim loại nặng như crôm, niken... và độ pH thấp. Phần lớn nước thải từ các nhà
máy, các cơ sở xi mạ được đổ trực tiếp vào cống thoát nước chung của thành phố mà
không qua xử lý triệt để, đã gây ô nhiễm cục bộ trầm trọng nguồn nước.
Việc nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ cho công ty TNHH
THÀNH LONG nhằm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT, loại B
trước khi thải vào nguồn tiếp nhận có ý nghĩa quan trọng, vừa đáp ứng những yêu cầu
phát triển của công ty trong giai đoạn phát triển hiện nay đồng thời để thực hiện các
quy định về vấn đề môi trường. Đó cũng chính là lý do mà tác giả chọn đề tài “ Nghiên
cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công ty TNHH THÀNH LONG ” với
công suất 60m 3/ngày.
1.2.

MỤC TIÊU KHÓA LUẬN.
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ cho cho công ty TNHH

THÀNH LONG đạt QCVN 24: 2009/BTNMT, loại B. Và tính toán kinh tế.
Lập bản vẽ thiết kề hệ thống xử lý nước thải .
1.3.

NỘI DUNG CỦA KHÓA LUẬN.
Tìm hiểu quá trình xi mạ, nguồn gốc phát sinh chất thải trong quá trình xi mạ,

tính chất nước thỉa xi mạ. Các biện pháp xử lý nước thải xi mạ hiện nay.
1


Khảo sát hiện trạng môi trường và các thông tin về công ty xi mạ THÀNH
LONG. Xác định lưu lượng và tính chất nước thải xi mạ tại công ty và phương pháp

xử lý nước thải đang hoạt động của công ty.
Tìm hiểu các HTXLNT của các công ty khác có loại hình sản xuất tương tự.
Đề xuất công nghệ và tính toán thiết kế HTXLNT, dự toán kinh tế cho 2 công
nghệ dựa trên hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh tế.
Hoàn thiện công nghệ xử lý, triển khai bản vẽ công nghệ.
Quản lý và vận hành hệ thống xử lý.
1.4.

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
Dựa trên các thông số quy định về nước thải của QCVN 24: 2009/BTNMT
Thu thập số liệu, tài liệu về công ty, các công nghệ xử lý của các công ty khác

có loại hình sản xuất tương tự.
Phương pháp khảo sát thực tế
Tổng hợp số liệu.
Lựa chọn công nghệ trên cơ sở phù hợp với thành phần, tính chất nước thải,
điều kiện mặt bằng, tiêu chuẩn xả thải, khả năng đầu tư.
Dùng công cụ Word để tính toán và thể hiện.
Dùng autocard để thể hiện các bản vẽ HTXLNT.
1.5.

Ý NGHĨA CỦA KHÓA LUẬN

1.5.1. Ý nghĩa khoa học
Đề xuất phương án xử lý nước thải cho ngành xi mạ, cũng như những nguồn
nước thải khác có tính chất tương tự .
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đề xuất phương án thiết kế hệ thống xử lý nước hiệu quả cho công ty xi mạ
THÀNH LONG, đảm bảo xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT,
loại B và là cơ sở để công ty hoàn thành hồ sơ xin giấy phép xả nước thải vào nguồn

nước.
Việc xây dựng và vận hành tốt hệ thống xử lý nước thải có hiệu quả sẽ có tính
kinh tế rất cao đồng thời góp phần hạn chế việc ô nhiễm môi trường do ngành xi mạ
gây ra.

2


CHƯƠNG II
TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan về ngành xi mạ
2.1.1. Khái niệm
Trong công nghiệp xi mạ, có nhiều hình thức xi mạ khác nhau như: mạ nhúng
nóng, mạ điện, mạ hóa học.
Mạ điện: mạ điện là một quá trình điện hóa. Qúa trình này sẽ hình thành một
lớp kim loại tương đối mỏng trên bề mặt dẫn điện. Qúa trình này thực hiện bằng cách
nhúng vật liệu cần mạ vào dung dịch chứa những muối kim loại và nối nó vào cực âm
của nguồn điện có điện áp thấp. Mạch điện được hoàn tất khi nhúng đầu anod vào
trong dung dịch đó và nối chúng với cực dương của nguồn điện. Sản phẩm của quá
trình này là tạo một lớp kim loại cần mạ trong dung dịch lên bề mặt của vật liệu cần
mạ.
Ví dụ: Mạ đồng trong dung dịch điện môi SO42-, tại cực dương:
Cu → Cu2+ + 2eCu2+ + SO42- → CuSO4
CuSO4 dễ tan trong dung dịch, tại cực âm
CuSO4 → Cu2+ + SO42Cu2+ + 2e- → Cu

Mạ hóa học: dựa trên cơ sở khử ion kim loại
thành kim loại từ dung dịch muối của nó bằng các chất khử thích hợp. Mạ hoá học
được sử dụng phổ biến cho mạ đồng và mạ Niken trên chất dẻo.
Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ công nghệ mạ điện, mạ hoá học cũng được

nhiều trung tâm công nghệ các nước tập trung nghiên cứu, ứng dụng, nhằm đáp ứng
các yêu cầu sau:
 Kim loại hoá các phi kim.
 Góp phần tích cực trong việc phát triển công nghệ chế tạo khuôn mẫu bằng
phương pháp điện hoá.

3


 Mạ hoá học còn có tác dụng thay thế cho lớp mạ điện trong trường hợp bề mặt
chi tiết co cấu hình phức tạp, mạ điện không đạt được độ dày đồng đều, trong khi đó
mạ hoá thoã mãn được nhu cầu này.
 Nước ta trên đường công nghiệp hoá, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ
điện lẫn mạ hoá học là một đòi hỏi cấp bách.
Mạ nhúng nóng: là quá trình mạ kim loại dựa trên cơ sở kim loại cần mạ sẽ
được nhúng vào bể chứa kim loại phủ bề mặt ( kim loại nguyên chất ) được nấu nóng
chảy ở nhiệt độ cao.
2.1.2. Các loại hình xi mạ
Ngày nay trên thế giới, trong việc xử lý bề mặt có sự phân chia thành các quá
trình điện hóa ướt và các kỹ thuật khô mà điển hình là quá trình xi mạ nhờ phun nhiệt
(của cả kim loại và gốm), kết tủa bằng cách bốc hơi hóa học và vật lý. Hai quá trình
này đòi hỏi chân không hoặc thiết bị phản ứng cho phép thực hiện quá trình xi mạ
trong đó. Các kỹ thuật khô này thường được quảng cáo như là các kỹ thuật mạ hiện đại
và hiển nhiên là cách xử lý bề mặt tiên tiến. Còn các quá trình ướt thường được xem là
không tốt về mặt môi trường. Nhưng thực ra các quá trình ướt truyền thống lại chiếm
một thị phần lớn nhất trên thị trường xử lý bề mặt và do vậy được ứng dụng rộng rãi
nhất. Ví dụ: phương pháp mạ điện có thể mạ được một số lượng cực lớn kim loại
nguyên chất hoặc hợp kim.
Quá trình mạ điện bị qui là có nhiều điều hạn chế như dung dịch phức tạp về
mặt hóa học, khó giải quyết vấn đề xử lý nước thải. Tuy nhiên công nghệ này hiện đã

được hoàn thiện và nhiều vấn đề môi trường đã được giải quyết thông qua khâu thiết
kế cẩn thận và sử dụng các máy móc, thiết bị hiện đại.
Nghiên cứu về mạ điện hiện vẫn đang phát triển mạnh mẽ, có lẽ có 3 lĩnh vực
được quan tâm:
 Hợp kim mới - để cải thiện các tính chất hóa học và tính chất cơ lý.
 Tìm vật liệu đồng kết tủa cùng với kim loại mạ điện và mạ hóa. Ví dụ đồng kết
tủa cacbuasilic, polytetrafluoetylen, dầu trong các vi nang... cùng với Ni.
 Thực hiện lớp mạ đa lớp với các tính chất cơ, điện hoặc hóa đặc biệt.
Mạ kẽm
Mạ kẽm thường sử dụng để tạo lớp trang trí hay bảo vệ cho sắt thép. Do thế
điện động của kẽm nhỏ hơn sắt nên khi bị ăn mòn thì lớp kẽm bị ăn mòn trước. Lớp
4


kẽm dẻo dễ kéo, dễ dát mỏng. Sản phẩm mạ kẽm thường gặp như: chi tiết ốc vít, tôn
lợp nhà, đường ống nước, dây thép…Mạ kẽm thường phân loại theo nền hóa chất sử
dụng: dung dịch axit, dung dịch xianua, dung dịch borat, dung dịch amoniac, dung
dịch pyrophophat.
Mạ Niken
Niken là kim loại màu trắng, hơi mền. Lớp mạ niken dẻo, dễ đánh bóng tạo độ bóng
rất cao và bền nhờ màng thụ động mỏng, chịu được các điều kiện khắc nghiệt của axit,
kim loại và muối.
Mạ niken lên sắt thép nhằm bảo vệ vật mạ không bị ăn mòn do thế tiêu chuẩn
của niken (-0,25V) cao hơn thế tiêu chuẩn của sắt (-0,44V). Để cho vật mạ bền thường
mạ hai lớp Ni/Cu hay ba lớp Ni/Cu/Cr lớp đồng có tác dụng lót và gắn chặt nickel voi
kim loại nền, làm cho lớp mạ nickel bền hơn. Mạ nickel ứng dụng nhiều trong công
nghiệp: Mạ bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường xâm thực mạnh, mạ chịu mài mòn,
mạ khuôn bản in, các chi tiết xe đạp, xe hơi, xe gắn máy …
Mạ Niken có nhiều phương pháp khác nhau:
+ Mạ Niken trong dung dịch axit.

+ Mạ Niken bóng. Mạ Niken đen.
+ Mạ Niken đặc biệt khác
Mạ Crom
Crom là kim loại cứng, trắng thế tiêu chuẩn của Crom (-0,744V) thấp hơn sắt (0,44V) vì vậy đáng lẽ ra Crom dễ bị ăn mòn hơn sắt. Tuy nhiên, do trên bề mặt của
Crom có lớp oxit rất bền vững trong môi trường xâm thực và khí quyển.
Lớp mạ Crom có độ bóng cao, màu sáng trắng, có ánh xanh. Crom rất dễ mạ
lên các kim loại như Fe, Cu, Ni, Pb, Zn do đó Crom được sử dụng trong mạ trang trí,
mạ bảo vệ ( phụ tùng xe hơi, xe gắn máy, xe đạp, đồ gia dụng) mạ tăng tính phản xạ
ánh sáng, làm gương phản chiếu. Mạ Crom cho các chi tiết chính xác, làm tăng độ mài
mòn, khuôn dập, khuôn in, các chi tiết chịu mài mòn như xilanh, vòng găng của động
cơ đốt trong.
Mạ crom đặc biệt so với các quá trình khác : thành phần chất mạ chính là axit
cromic (CrO3) và có thêm một ít chất phụ gia khác như SO4-, SiF62- .
Tùy mục đích mà người ta sử dụng các dung dịch CrO3 có nồng độ khác nhau :
+ Mạ trang tri nồng độ Cromic 250 – 500 g/l
5


+ Mạ phục hồi nồng độ Crom 150 – 200 g/l.
Mạ đồng
Lớp đồng có màu hồng đỏ, trong không khí tác dụng với oxy và axit cacbonic
tạo ra CaCO3 có màu xanh, đồng tan trong axit HNO3, không tan trong dung dịch
H2SO4 loãng và axit HCl. Mục đích của việc mạ đồng là làm lớp mạ lót trang trí, lớp
mạ các chi tiết thép khỏi bị thấm cacbon, nito…Lớp mạ đồng dùng trong kỹ thuật đúc
điện và các chi tiết khác.
Mạ đồng có thể thực hiện tử các dung dịch mạ khác nhau :
- Mạ đồng trong dung dịch xyanua. Mạ đồng trong dung dịch không có xyanua.
- Mạ đồng trong dung dịch axit. Và các loại mạ đồng đặc biệt khác.

6



2.1.3. Quy trình xi mạ và nguồn nước thải của quá trình xi mạ
`

Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ và nguồn nước thải của quá trình xi mạ

7


2.1.4. Vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải ngành xi mạ
Nước thải phát sinh trong quá trình xi 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.
Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc
thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh
hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu về dài. Do đó, nước thải từ các quá trình xi mạ
kim loại nếu không được xử lý qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay
gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng,
như viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczima, ung thư, ...
Các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ở nước ta cho thấy, hầu hết
các nhà máy, cơ sở xi mạ kim loại có quy mô vừa và nhỏ, áp dụng công nghệ cũ và lạc
hậu, lại tập trung chủ yếu tại các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, TP.HCM,
Biên Hoà (Đồng Nai)... Trong quá trình sản xuất, tại các cơ sở này (kể cả các nhà máy
quốc doanh hoặc liên doanh với nước ngoài), vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường còn
chưa được xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn mang tính hình thức, chiếu lệ, bởi việc
đầu tư cho xử lý nước thải khá tốn kém và việc thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa
được nghiêm minh.
Nước thải mạ thường gây ô nhiễm bởi các kim loại nặng, như crôm, niken,
đồng... và độ pH thấp. Phần lớn nước thải từ các nhà máy, các cơ sở xi mạ được đổ
trực tiếp vào cống thoát nước chung của thành phố mà không qua xử lý triệt để, đã gây

ô nhiễm cục bộ trầm trọng nguồn nước.
Kết quả khảo sát tại một số nhà máy cơ khí ở Hà Nội cho thấy, nồng độ chất
độc có hàm lượng các ion kim loại nặng, như crôm, niken, đồng... đều cao hơn nhiều
so với tiêu chuẩn cho phép; một số cơ sở mạ điện tuy có hệ thống xử lý nước thải
nhưng chưa chú trọng đầy đủ đến các thông số công nghệ của quá trình xử lý để điều
chỉnh cho phù hợp khi đặc tính của nước thải thay đổi. Tại TP.HCM, Bình Dương và
Đồng Nai, kết quả phân tích chất lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ điển
hình ở cả 3 địa phương này cho thấy, hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nước
thải cho phép: hàm lượng chất hữu cơ cao, chỉ tiêu về kim loại nặng vượt nhiều lần
tiêu chuẩn cho phép, COD dao động trong khoảng 320 - 885mg/lít do thành phần nước
thải có chứa cặn sơn, dầu nhớt.... Hơn 80% nước thải của các nhà máy cơ sở xi mạ
8


không được xử lý. Chính nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến
môi trường nước mặt, ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn và sông
Đồng Nai. Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong ngành công nghiệp xi mạ
trong những năm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm.
2.1.5. Ảnh hưởng của hóa chất xi mạ đến môi trường
Nước thải phát sinh từ quá trình xi 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.
Những tác nhân gây ô nhiễm chính:
- Kim loại nặng: Crom, Nickel, kẽm, đồng…
- Chất hữu cơ tổng hợp: dầu mỡ, dung môi
- Khí độc: H2S, NOx, SOx, NH3, hơi axit…
- Anion độc hại: CN-, SO4, ClCác chất trên khi tích tụ trong tự nhiên, kim loại nặng không bị phân hủy mà
tích tụ theo chuỗi thức ăn từ sinh vật bậc thấp đến sinh vật bậc cao. Ngoài ra, khi tồn
tại trong tự nhiên, các ion kim loại này có thể phản ứng hóa học qua các quá trình
chuyển hóa thành các dạng khác nhau rất khó kiểm soát và gây ra các hậu quả môi
trường lâu dài.

- Ảnh hưởng đến môi trường và hệ sinh thái: Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy
các thành phần kim loại nặng ảnh hưởng rất lớn tới quá trình sinh trưởng phát triển của
con người, động vật và thực vật. Với nồng độ đủ lớn sinh vật có thể bị chết hoặc thoái
hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học. Ảnh hưởng
trực tiếp của nước thải xi mạ đối với cá và thức ăn, đầu độc các vi sinh vật làm mất các
nguồn phù du để nuôi cá, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất của nước. Khi
phân tích thành phần cơ thể các sinh vật có tiếp xúc với kim loại nặng các nhà khoa
học đã khẳng định mức độ tích tụ đáng kể các chất độc hại. Lượng kim loại nặng tích
tụ trong đất trồng trọt và chăn nuôi ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng, vật nuôi…
Các kim loại nặng được tích lũy trong cơ thể của thực vật hay trong mô của
động vật và ảnh hưởng độc lan truyền bằng con đường thu nhận chất dinh dưỡng từ
chuỗi thức ăn. Nước thải chứa Crom chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa triệt để khi thải
vào các nguồn nước tự nhiên sẽ gây nguy hiểm đến nguồn nước và nguy hại đối với hệ
sinh thái thủy vực, tiêu diệt các thực vật nước và các động vật.

9


- Ảnh hưởng đối với con người: Xi mạ là ngành có mật độ gây ô nhiễm môi trường
cao bởi hơi hóa chất, nước thải có chứa các ion kim loại nặng, kim loại độc hại ảnh
hưởng tới sức khỏe con người gây nên nhiều căn bệnh khó chữa, nguy hiểm tới tính
mạng. Tùy thuộc vào kim loại thuộc dạng hợp chất mà chúng có những tác động và
ảnh hưởng khác nhau lên sức khỏe của con người. Chẳng hạn như Crom thì có độc
tính cao đối với người và động vật. Độc tính Cr6+ cao hơn rất nhiều so với độc tính của
Cr3+. Crom gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người thông qua đường hô hấp và tiêu
hóa. Oxyt Crom III và oxyt Crom VI là những hợp chất gây kích thích da, mắt, nếu
tiếp xúc thường xuyên hoặc tiếp xúc kéo dài sẽ là tác nhân gây ung thu phổi, ung thư
họng.
Nước thải bị ô nhiễm kim loại nặng khi thải vào môi trường làm ô nhiễm nguổn
nước mặt và suy thoái nguồn tài nguyên nước ngầm… làm cho lượng nước sạch ngày

càng cạn kiệt. Với ngành công nghiệp xi mạ lượng nước thải đưa vào môi trường với
một dư lượng lớn các độc chất đã làm cho nước ô nhiễm nghiêm trọng. Ngoài ra, nước
thải xi mạ có pH rất thấp nên ăn mòn các đường ống dẫn kim loại và các cấu trúc
bêtông…
2.2. Lý thuyết của quá trình keo tụ tạo bông
2.2.1. Khái niệm hạt keo
Hạt keo là những hạt có kích thước 0,001 µm < Ф < 1µm có khả năng lắng rất
chậm do bị cản trở bởi chuyển động Brown. Tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và khối lượng
của các hạt keo lớn hơn rất nhiều so với các hạt khác, do đó tính chất bề mặt (thế điện
động và thế điện tích bề mặt) đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách hạt keo hơn
là lắng dưới tác dụng của trọng lực.
Các hạt keo thường mang điện tích tương ứng với môi trường xung quanh và có
thể phân thành 2 dạng chính: keo ưu nước và keo kỵ nước
Keo kỵ nước (đất sét, oxyt kim loại…) là những hạt keo:
- Không ái lực với môi trường nước
- Dễ keo tụ
- Đa số là những hạt keo vô cơ
Keo ưu nước (protein…) là những hạt keo:
- Thể hiện ái lực với nước

10


- Hấp phụ nước và làm chậm quá trình keo tụ, thường cần áp dụng những
phương pháp xử lý đặc biệt để quá trình keo tụ đạt hiệu quả mong muốn.
- Đa số là những hạt keo hữu cơ
Khi tác nhân keo tụ chi vào nước, keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy
phân các chất này (khi thủy phân phèn sắt sẽ tạo thành hệ keo trong đó nhân hạt keo là
nhóm Fe3+). Nhờ có điện tích bề mặt tích bề mặt lớn nên chúng có khả năng hấp phụ
chọn lọc một loại ion trái dấu bao bọc quanh bề mặt nhân hạt keo. Lớp vỏ ion này

cùng với lớp phân tử bên trong tạo thành hạt keo. Bề mặt nhân hạt keo mang điện tích
của lớp ion gắn chặt lên đó, có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu.
Như vậy, quanh nhân hạt keo có hai lớp ion mang điện tích trái dấu bao bọc, gọi là lớp
điện tích kép của hạt keo. Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết yếu nên thường không có
đủ điện tích trung hòa với điện tích bên trong và do vậy hạt keo luôn mang một điện
tích nhất định. Để cân bằng điện tích trong môi trường, hạt keo lại thu hút quanh mình
một số ion trái dấu ở trạng thái khuếch tán.

Cấu tạo hạt keo
Các lực hút và lực đẩy tĩnh điện hoặc lực Van der Waals tồn tại giữa các hạt
keo. Độ lớn của lực này thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các hạt. Khả năng
ổn định hạt keo là do kết quả tổng hợp giữa lực hút và lực đẩy. Nếu lực tổng hợp là lực
hút thì xảy ra quá trình keo tụ. Khi các hạt keo kết dính với nhau, chúng tạo thành
những hạt có kích thước lớn hơn gọi là bông cặn và có khả năng lắng nhanh.
11


Để lực hút thắng được lực đẩy thì điện thế zeta phải nhỏ hơn 0,03 V và quá
trình keo tụ càng đạt hiệu quả khi điện thế zeta tiến tới 0.
2.2.2. Các cơ chế chính của quá trình keo tụ tạo bông
Các cơ chế chính của quá trình keo tụ bông gồm:
a) Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động Zeta nhờ ion trái dấu
Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch
đến lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép,
giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện.
b) Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra
điểm đẳng điện zeta bằng 0. Trong trường hợp này, quá trình hấp phụ chiếm ưu
thế.
c) Cơ chế hấp phụ - tạo cầu nối
Các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài của chúng

tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau:
- Phân tán polymer
- Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt
- Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt
- Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác
Cơ chế tạo cầu nối có thể biểu diễn theo sơ đồ phản ứng như sau:
-

Phản ứng 1: phân tử polymer kết dính với hạt keo do lực hút giữa polymer và
hạt keo tích điện trái dấu

- Phản ứng 2: phần còn lại của polymer đã hấp phụ hạt keo ở trên lại liên kết với
những vị trí hoạt tính trên bề mặt các hạt keo khác.

12


Phản ứng 3: nếu không thể liên kết với các hạt keo khác, polymer đã hấp phụ

-

hạt keo trên sẽ cuộn lại và kết dính ở một vị trí hoạt tính khác trên bề mặt hạt keo và
do đó tái tạo ra hiện tượng tái bền hạt keo.

-

Phản ứng 4: nếu cho quá thừa polymer, có thể làm bão hòa điện tích bề mặt của

các hạt keo nên không vị trí hoạt động nào tồn tại để tạo thành cầu nối. Điều này dẫn
đến hiện tượng tái bền hạt keo và có thể có hoặc không xảy ra hiện tượng đổi dấu hạt

keo.

-

Phản ứng 5: phá vỡ liên kết giữa hạt keo và polymer nấu khuấy trộn quá mạnh

13


-

Phản ứng 6: tái bền hạt keo do hiện tượng hấp phụ trên một vị trí hoạt tính khác

của cùng hạt keo như trình bày ở phản ứng 3.

Quá trình keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng
Ở giá trị pH thích hợp, các tác nhân keo tụ là phèn nhôm và phèn sắt cho vào
dung dịch sẽ tạo thành Al(OH)3 hoặc Fe(OH)3 và lắng xuống. Trong quá trình lắng
chúng kéo theo các bông keo, các cặn bẩn hữu cơ và vô cơ, các hạt keo khác cùng
lắng. Cơ chế này được gọi là cơ chế cùng lắng. Qúa trình này không phụ thuộc vào
quá trình keo tụ tạo bông và không xảy ra hiện tượng tái ổn định hạt keo như trên.
2.2.3. Động học quá trình keo tụ tạo bông
Quá trình keo tụ tạo bông gồm hai quá trình chính:
Quá trình keo tụ: dựa trên cơ chế phá bền hạt keo
Quá trình tạo bông: tiếp xúc/kết dính giữa các hạt keo đã bị phá bền. Cơ chất
tiếp xúc giữa các hạt keo này bao gồm:
-

Tiếp xúc do chuyển động nhiệt (chuyển động Brown) tạo thành hạt có kích


thước nhỏ, khoảng 1µm
-

Tiếp xúc do quá trình chuyển động của lưu chất được thực hiện bằng cách

khuấy trộn hỗn hợp để tạo thành những bông cặn có kích thước lớn hơn.
14