Trả lời nhanh: Nước thải kim loại nặng được xử lý bằng cách chuyển các kim loại hòa tan thành chất rắn không tan — thường là hydroxit bằng cách nâng pH bằng vôi hoặc xút, đôi khi là sulfua khi giới hạn rất thấp — sau đó lắng và khử nước bùn. Bùn là phần tốn kém: bùn hydroxit chứa 96–99% nước khi rời khỏi bể lắng, và máy ép bùn là thứ biến nó thành bánh bùn có thể vận chuyển như chất thải nguy hại.
Nước thải kim loại nặng được tính là gì
Nước rửa mạ điện và hoàn thiện kim loại, khắc bảng mạch in, dây chuyền tẩy gỉ, sản xuất và tái chế pin, nước mỏ và quặng đuôi, nước thải thuộc da (crom) và một số dòng dệt nhuộm và bột màu. Các kim loại mà cơ quan quản lý thực sự liệt kê là một nhóm ngắn. Các quy định về hoàn thiện kim loại của Hoa Kỳ trong 40 CFR Phần 433 quy định cadmium, crom, đồng, chì, niken, bạc, kẽm và xyanua, cùng với tổng chất hữu cơ độc hại, dầu và mỡ, TSS và pH.
Các giới hạn rất chặt. Theo Phần 433, mức tối đa hàng ngày đối với tổng crom là 2,77 mg/L và trung bình hàng tháng là 1,71 mg/L; đồng 3,38 / 2,07; niken 3,98 / 2,38; kẽm 2,61 / 1,48; chì 0,69 / 0,43; cadimi 0,69 / 0,26; bạc 0,43 / 0,24; xyanua 1,20 / 0,65. Các nguồn mới phải đối mặt với giới hạn cadimi là 0,11 / 0,07 mg/L. Nước tráng từ dây chuyền mạ có thể mang theo hàng chục đến hàng trăm mg/L kim loại, vì vậy việc loại bỏ trong nhiều trường hợp phải đạt hiệu suất tốt hơn 99%.
Bước 1: tiền xử lý các dòng gây phá vỡ quá trình kết tủa
Hai dòng phải được xử lý trước mọi thứ khác, và việc trộn chúng vào dòng chính là nguyên nhân phổ biến nhất khiến một nhà máy xử lý không đạt giấy phép.
- Crom hóa trị sáu không kết tủa dưới dạng hydroxit. Trước tiên nó phải được khử thành crom hóa trị ba, thường bằng natri metabisulfit ở pH thấp, và chỉ sau đó mới có thể kết tủa dưới dạng Cr(OH)₃ cùng với các kim loại khác.
- Xyanua Từ các bể mạ xyanua được xử lý riêng biệt bằng phương pháp clo hóa kiềm trước khi dòng thải hòa vào hệ thống xử lý kim loại. Quy định nêu rõ: việc giám sát xyanua được thực hiện sau khi xử lý xyanua và trước khi pha loãng với các dòng thải khác.
- Chất tạo phức (EDTA, citrate, amoniac từ niken không điện hoặc kẽm kiềm) giữ kim loại trong dung dịch và ngăn chặn sự kết tủa hydroxit. Các dòng chứa chúng được tách riêng và xử lý riêng hoặc được định liều bằng chất kết tủa mạnh hơn.
Bước 2: kết tủa — hydroxit, sunfua hoặc cả hai
Kết tủa hydroxit
Nâng pH bằng vôi ngậm nước, xút hoặc magie hydroxit và các kim loại kết tủa dưới dạng hydroxit. Dưới pH 6 rất ít chất kết tủa; pH tối ưu phụ thuộc vào kim loại nào và ion đối nào có mặt, và mỗi kim loại đạt độ hòa tan tối thiểu ở một pH khác nhau, nên một dòng hỗn hợp thường được lắng ở pH thỏa hiệp và sau đó, nếu một kim loại đơn lẻ vẫn vượt giới hạn, được tinh chỉnh ở pH thứ hai.
Sổ tay hướng dẫn về mưa của Cục Công binh Lục quân Hoa Kỳ (EM 1110-1-4012) nêu rằng kết tủa hydroxit có thể đưa crôm, niken, cadimi, đồng và kẽm xuống dưới 1,0 mg/L, nhưng lưu ý rằng chì, mangan và bạc có thể không được xử lý đầy đủ theo cách này. Vôi là rẻ nhất nhưng tạo ra nhiều bùn nhất: bảng thông tin về kết tủa hóa học của EPA cảnh báo rằng vôi có thể làm tăng thể tích bùn thải lên tới 50 phần trăm so với xút.
Kết tủa sulfide
Các sunfua kim loại có độ hòa tan thấp hơn nhiều so với các hydroxit. Cùng một sổ tay USACE cũng lập bảng độ hòa tan lý thuyết trong nước tinh khiết: đồng hydroxit 2,2×10⁻² mg/L so với đồng sunfua 5,8×10⁻¹⁸ mg/L; kẽm 1,1 so với 2,3×10⁻⁷; chì 2,1 so với 3,8×10⁻⁹; cadimi 2,3×10⁻⁵ so với 6,7×10⁻¹⁰. Các phản ứng sunfua diễn ra gần pH trung tính (7–9), và bùn sunfua được báo cáo là ít có khả năng bị rửa trôi hơn khoảng ba lần ở pH 5 so với bùn hydroxit.
Giá cả đang được xử lý. Natri sunfua và khí hydro sunfua là những chất nguy hiểm, sunfua dư thừa phải được loại bỏ khỏi nước thải, và kết tủa mịn, lắng chậm. Giải pháp thỏa hiệp thông thường là kết tủa hydroxit như bước chính, chỉ dùng một giai đoạn đánh bóng sunfua nhỏ cho kim loại mà nếu không sẽ không đạt giới hạn — thường là chì, cadimi hoặc bạc.
Đông tụ và lắng
Các bông hydroxit mới hình thành có kích thước nhỏ. Ferric chloride hoặc polymer được định lượng để tạo chúng thành các bông có thể lắng, và nước đi đến bể lắng, bể lắng tấm nghiêng hoặc thiết bị DAF. Dòng dưới của bể lắng là bùn: thường có 1–4% chất rắn, và theo lời của sổ tay USACE, 96 đến 99 phần trăm là nước.
Bước 3: bùn — yếu tố thúc đẩy chi phí
Bùn hydroxit kim loại thường được xếp vào loại chất thải nguy hại được liệt kê (ở Mỹ, F006 đối với bùn mạ điện), do đó nó được xử lý theo trọng lượng với mức giá dành cho chất thải nguy hại. Mỗi tấn nước bị vận chuyển cùng với chất rắn là tiền bị mất đi. Vì vậy, khử nước không phải là vấn đề phụ; nó quyết định chi phí vận hành của toàn bộ nhà máy.
Sổ tay USACE đưa ra kết quả đo được từ máy ép lọc khung bản đối với bùn hydroxit theo từng chất kết tủa:
| Chất kết tủa | Chất rắn bánh | Thời gian lọc | Mật độ bùn | Thể tích bùn trên mỗi tấn chất rắn khô |
|---|---|---|---|---|
| Xút (NaOH) | 30% | 7–8 giờ | 1.300 kg/m³ | 5.0 m³ |
| Vôi ngậm nước (Ca(OH)₂) | 35% | 7–9 giờ | 1.400 kg/m³ | 4,2 m³ |
| Magie hydroxit (Mg(OH)₂) | 55% | 1,5–2,0 giờ | 1.600–1.750 kg/m³ | 2,2 m³ |
Hai điểm nổi bật. Thứ nhất, chất kết tủa bạn chọn ở giai đoạn đầu thay đổi kết quả của máy ép bùn nhiều hơn so với chính máy ép: bùn magie hydroxit lọc nhanh gấp bốn lần và tạo ra thể tích ít hơn một nửa, với chi phí hóa chất khoảng gấp ba lần so với vôi. Thứ hai, ngay cả bùn kiềm cũng đạt 30% chất rắn trong máy ép bùn, điều mà máy ép băng tải hoặc máy ly tâm hiếm khi làm được với bông hydroxit dạng keo.
Định cỡ máy ép bùn cho bùn hydroxit kim loại
Bắt đầu từ chất rắn khô mỗi ngày, không phải lưu lượng. Một dây chuyền mạ sản xuất 100 kg hydroxit kim loại khô mỗi ngày ở 35% chất rắn trong bánh lọc tạo ra khoảng 285 kg bánh lọc, tương đương khoảng 0,2 m³ ở 1.400 kg/m³. Đó là một hoặc hai chu kỳ mỗi ngày trên một máy ép buồng lọc. Những điểm đặc biệt quan trọng đối với loại bùn này:
- Thời gian chu kỳ dài. Thời gian lọc 7–9 giờ trong bảng là thực tế; bông hydroxit có thể nén được và làm bít vải. Hãy tính toán cho một chu kỳ mỗi ca thay vì nhiều chu kỳ.
- Ép màng giúp ích. A máy ép màng lọc có thể rút ngắn chu kỳ và đẩy hàm lượng chất rắn trong bánh lọc cao hơn một vài điểm, điều này nhanh chóng thu hồi vốn khi chi phí xử lý được tính theo tấn chất thải nguy hại.
- Lựa chọn vải. Sợi đơn polypropylene với bề mặt được cán mịn giải phóng bánh hydroxide sạch sẽ và chống lại các hạt mịn làm bít vải đa sợi. Xem kích thước máy ép bùn cho nước thải mạ điện để lựa chọn vải và đĩa.
- Vật liệu. Các tấm polypropylene và vải xử lý được sự dao động pH từ tiền xử lý axit đến kết tủa kiềm mà không bị ăn mòn; bơm cấp liệu nên là một Bơm màng khí nén hoặc một máy bơm trục vít trong kết cấu chống ăn mòn.
- Dịch lọc quay trở lại. Nước lọc từ máy ép khung bản mang theo hạt mịn và kim loại hòa tan ở pH kết tủa; hãy đưa nó trở lại đầu vào bể lắng, tuyệt đối không xả thẳng ra ngoài.
Gửi những gì cho một đề xuất xử lý và khử nước
Một yêu cầu hữu ích bao gồm: quy trình (loại mạ, ăn mòn, pin, nước mỏ), lưu lượng hàng ngày, phân tích dòng nguyên liệu (từng kim loại, xyanua, pH, chất tạo phức nếu có), giới hạn xả thải bạn phải đáp ứng, và cách xử lý bùn. Từ đó chúng tôi có thể tính toán giai đoạn kết tủa, ước tính chất rắn khô mỗi ngày và chọn máy ép, vải lọc và bơm. Nếu bạn đã có bùn, hãy gửi mẫu: thử nghiệm lọc cho chúng tôi biết thời gian chu kỳ và chất rắn trong bánh lọc trước khi báo giá bất cứ điều gì.
Liên quan: một nhà máy xử lý nước thải tạo ra bao nhiêu bùn, loại bỏ nitơ amoniacvà thiết bị xử lý nước thải công nghiệp.
Câu hỏi thường gặp
pH nào được sử dụng để kết tủa kim loại nặng?
Kết tủa hydroxit được thực hiện trong môi trường kiềm, thường ở khoảng pH 8 đến 11 tùy thuộc vào hỗn hợp kim loại; dưới pH 6 hầu như không có gì kết tủa. Mỗi kim loại có pH hòa tan tối thiểu riêng, vì vậy các dòng hỗn hợp được lắng ở pH thỏa hiệp và kim loại cứng đầu được xử lý tinh ở pH thứ hai hoặc bằng sulfide.
Tại sao crom hóa trị sáu được xử lý riêng?
Vì Cr(VI) tồn tại trong dung dịch ở mọi pH. Nó phải được khử thành Cr(III) trước, thường bằng natri metabisulfit trong điều kiện axit, và chỉ sau đó nó mới kết tủa dưới dạng hydroxit crom cùng với các kim loại khác.
Kết tủa sulfide có tốt hơn hydroxide không?
Nó đạt được lượng kim loại dư thấp hơn nhiều, thấp hơn nhiều bậc độ lớn so với độ tan lý thuyết, và bùn rửa trôi ít hơn. Chi phí cao hơn, thuốc thử nguy hiểm, và kết tủa lắng chậm, vì vậy nó thường được sử dụng như một bước tinh luyện cho chì, cadimi hoặc bạc thay vì cho toàn bộ dòng.
Bùn hydroxit kim loại có thể khô đến mức nào trong máy ép lọc?
Kết quả đo được từ máy ép khung bản đối với bùn xút là khoảng 30% chất rắn, bùn vôi là 35% và bùn magie hydroxit là 55%. Giai đoạn ép màng bổ sung thêm vài điểm phần trăm nữa.
Bùn hydroxit kim loại có phải là chất thải nguy hại không?
Trong hầu hết các khu vực pháp lý, đúng vậy. Ở Mỹ, bùn thải từ xử lý nước thải của quá trình mạ điện được xếp vào loại chất thải nguy hại F006 và được xử lý theo trọng lượng, đó là lý do tại sao việc khử nước để đạt được độ rắn bánh tối đa trong thực tế lại quan trọng đến vậy.
Tôi có thể xả trực tiếp dịch lọc của máy ép bùn không?
Không. Dịch lọc từ bùn hydroxit mang theo các hạt mịn và một số kim loại hòa tan ở pH kết tủa. Đưa nó trở lại đầu vào bể lắng để nó đi qua quá trình lắng và hiệu chỉnh pH lần cuối một lần nữa.
Hãy gửi phân tích nước thô, lưu lượng và giới hạn xả thải của bạn, chúng tôi sẽ cùng nhau tính toán kích thước giai đoạn kết tủa và máy ép bùn: yêu cầu đề xuất xử lý kim loại nặng.
Tài liệu tham khảo: 40 CFR Phần 433 — Danh mục Nguồn Điểm Hoàn Thiện Kim Loại (eCFR), US Army Corps of Engineers — EM 1110-1-4012, Kết tủa/Đông tụ/Keo tụ (2001), US EPA — Bảng thông tin công nghệ nước thải: Kết tủa hóa học (832-F-00-018).
Bài viết này là một phần trong hướng dẫn của chúng tôi về wastewater sludge dewatering.