Đề xuất nguyên lý thiết kế thiết bị khử Cr6+ làm việc gián đoạn hoặc liên tục

Nước ta đang thực hiện quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nhằm đưa nước ta tiến kịp các nước trong khu vực cũng như trên thế giới. Sự phát triển của công nghiệp gắn liền với việc đô thị hoá và nảy sinh những vấn đề về môi trường cần giải quyết, nhất là nước thải của công nghiệp mạ. Trong các ion kim loại nặng chứa trong nước thải mạ điện hầu hết có thể loại bỏ trực tiếp bằng phương pháp tạo bông kết tủa, chỉ có ion Cr6+, một tác nhân chính gây ra bệnh ung thư và các bệnh hiểm nghèo khác, thì chỉ có thể kết tủa khi đã chuyển sang Cr3+. Qua khảo sát trên địa bàn Hà Nội, hầu hết các cơ sở mạ điện còn tồn tại một số vấn đề, đó là: do sản lượng, chủng loại sản phẩm mạ thường thay đổi nên lưu lượng nước thải, thành phần các chất ô nhiễm chính, nhất là Cr6+ trong nước thải cũng thay đổi theo; quá trình công nghệ xử lý, nhất là công đoạn chuyển hoá Cr6+ thành Cr3+ chưa được khống chế một cách khoa học nên chất lượng nước thải sau xử lý vẫn chưa ổn định như chuẩn cho phép. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để lựa chọn phương pháp xử lý cũng như chất khử cho quá trình xử lý nước thải công nghiệp mạ điện trong điều kiện ở nước ta hiện nay bằng việc xem xét ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khử Cr6+ đồng thời với ảnh hưởng của thiết bị bằng các phương pháp tiếp cận hiện đại – phương pháp triển khai công nghệ hoá học, là một vấn đề thời sự vừa mang ý nghĩa thực tiễn, vừa mang ý nghĩa khoa học to lớn. Trước yêu cầu cấp thiết của thực tế như trên, nhiệm vụ đặt ra của luận án là: bằng các phương pháp triển khai công nghệ hoá học, thiết lập mô hình thống kê nhằm mô tả quan hệ của các yếu tố công nghệ khử Cr6+ bằng chất khử FeSO4 trong xử lý nước thải mạ điện. Xây dựng thuật toán và lập chương trình tính để tìm các thông số công nghệ tối ưu của mô hình lập được trong miền khảo sát. Đồng thời, trên cơ sở kết quả của mô hình thống kê, thiết lập mô hình vật lý biểu diễn quan hệ của các yếu tố trong quá trình công nghệ khử Cr6+ nhằm triển khai công nghệ vào thực tế tại các cơ sở mạ điện có quy mô sản xuất khác nhau.

doc25 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 3564 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề xuất nguyên lý thiết kế thiết bị khử Cr6+ làm việc gián đoạn hoặc liên tục, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
A. Giới thiệu luận án 1. Tính cấp thiết của đề tài Nước ta đang thực hiện quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nhằm đưa nước ta tiến kịp các nước trong khu vực cũng như trên thế giới. Sự phát triển của công nghiệp gắn liền với việc đô thị hoá và nảy sinh những vấn đề về môi trường cần giải quyết, nhất là nước thải của công nghiệp mạ. Trong các ion kim loại nặng chứa trong nước thải mạ điện hầu hết có thể loại bỏ trực tiếp bằng phương pháp tạo bông kết tủa, chỉ có ion Cr6+, một tác nhân chính gây ra bệnh ung thư và các bệnh hiểm nghèo khác, thì chỉ có thể kết tủa khi đã chuyển sang Cr3+. Qua khảo sát trên địa bàn Hà Nội, hầu hết các cơ sở mạ điện còn tồn tại một số vấn đề, đó là: do sản lượng, chủng loại sản phẩm mạ thường thay đổi nên lưu lượng nước thải, thành phần các chất ô nhiễm chính, nhất là Cr6+ trong nước thải cũng thay đổi theo; quá trình công nghệ xử lý, nhất là công đoạn chuyển hoá Cr6+ thành Cr3+ chưa được khống chế một cách khoa học nên chất lượng nước thải sau xử lý vẫn chưa ổn định như chuẩn cho phép. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để lựa chọn phương pháp xử lý cũng như chất khử cho quá trình xử lý nước thải công nghiệp mạ điện trong điều kiện ở nước ta hiện nay bằng việc xem xét ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khử Cr6+ đồng thời với ảnh hưởng của thiết bị bằng các phương pháp tiếp cận hiện đại – phương pháp triển khai công nghệ hoá học, là một vấn đề thời sự vừa mang ý nghĩa thực tiễn, vừa mang ý nghĩa khoa học to lớn. Trước yêu cầu cấp thiết của thực tế như trên, nhiệm vụ đặt ra của luận án là: bằng các phương pháp triển khai công nghệ hoá học, thiết lập mô hình thống kê nhằm mô tả quan hệ của các yếu tố công nghệ khử Cr6+ bằng chất khử FeSO4 trong xử lý nước thải mạ điện. Xây dựng thuật toán và lập chương trình tính để tìm các thông số công nghệ tối ưu của mô hình lập được trong miền khảo sát. Đồng thời, trên cơ sở kết quả của mô hình thống kê, thiết lập mô hình vật lý biểu diễn quan hệ của các yếu tố trong quá trình công nghệ khử Cr6+ nhằm triển khai công nghệ vào thực tế tại các cơ sở mạ điện có quy mô sản xuất khác nhau. Đây là lần đầu tiên phương pháp mô hình hoá và tối ưu hoá được dùng để nghiên cứu vấn đề khử Cr6+ trong xử lý nước thải mạ điện về mặt công nghệ một cách hệ thống và toàn diện. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng để triển khai công nghệ ở mọi cơ sở mạ điện với các quy mô, nhất là với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, làm cho quá trình xử lý nước thải mạ điện làm việc ổn định và hiệu quả hơn, đảm bảo nước thải sau xử lý luôn đạt tiêu chuẩn cho phép. 2. Mục đích của luận án - Từ kết quả của khảo sát tình hình xử lý nước thải mạ điện trên địa bàn Hà Nội, bằng các phương pháp triển khai công nghệ thiết lập các mô hình toán nhằm mô tả quan hệ của các yếu tố công nghệ đến thời gian khử Cr6+ trong xử lý nước thải mạ điện. - Thiết lập chương trình toán để tìm các thông số công nghệ tối ưu của mô hình lập được trong miền khảo sát. - Đưa ra những kết luận và kiến nghị để triển khai các kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất tại các cơ sở mạ điện ở nước ta. 3. Một số điểm mới của luận án - Trên cơ sở phần tổng quan, đã thiết lập mô hình thống kê mô tả quan hệ giữa các yếu tố công nghệ chính với thời gian khử Cr6+ bằng chất khử FeSO4 trong quá trình công nghệ xử lý nước thải mạ điện. Đã xây dựng được thuật toán và chương trình tính để tìm giá trị tối ưu của các thông số công nghệ trong miền thực nghiệm. - Đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu và tính toán hiện đại để xem xét đánh giá kết quả nghiên cứu. - Đề xuất hai hướng ứng dụng các kết quả đạt được vào thực tế: sơ đồ nguyên lý thiết kế thiết bị khử, chế độ công nghệ và kiểm soát quá trình khử Cr6+ cho những cơ sở mạ có quy mô sản xuất khác nhau ở nước ta nhằm đạt hiệu quả kinh tế và thoả mãn yêu cầu kỹ thuật đặt ra. 4. Bố cục của luận án Luận án dày 105 trang với 20 hình vẽ, bảng biểu và 54 tài liệu tham khảo, được kết cấu gồm hai phần chính. Mở đầu: 2 trang; Phần I: Tổng quan về nước thải mạ điện gồm: Chương 1: Nước thải công nghiệp mạ điện và các phương pháp xử lý: 18 trang; Chương 2: Cơ sở lý thuyết xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học: 25 trang; Chương 3: Các phương pháp nghiên cứu triển khai công nghệ khử Cr6+ trong xử lý nước thải mạ điện: 10 trang. Phần II: Xây dựng mô hình nghiên cứu quá trình công nghệ xử lý nước thải mạ điện, bao gồm: Chương 4: Những vấn đề chung: 6 trang; Chương 5: Thiết lập mô hình thống kê mô tả quá trình công nghệ khử Cr6+ thành Cr3+ trong xử lý nước thải mạ điện: 15 trang; Chương 6: Xây dựng mô hình vật lý cho quá trình khử Cr6+ thành Cr3+ trong xử lý nước thải mạ điện: 17 trang; Kết luận: 1 trang; Tài liệu tham khảo: 5 trang. B. Nội dung chính của luận án Mở đầu Đề cập tính cấp thiết, ý nghĩa thực tiễn và tính khoa học của đề tài; mục đích, đối tượng, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận án. Phần I. Tổng quan về nước thải mạ điện Chương 1. Nước thải công nghiệp mạ điện, các phương pháp xử lý 1.1. Đặt vấn đề: Đây là vấn đề quan tâm của thế giới cũng như của khu vực và nước ta. Chúng ta phải nghiên cứu để tìm cách giải quyết các vấn đề mà thực tế đặt ra nhằm tăng tính hiệu quả của các trạm xử lý nước thải mạ điện. 1.2. Thành phần và tính chất của nước thải mạ điện: Nước thải các nhà máy có phân xưởng mạ điện thường bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng như crôm, niken và độ pH thấp là một vấn đề rất nghiêm trọng. Xem xét quy trình công nghệ của một phân xưởng mạ điện ta thấy được thành phần chính và tính chất của các dòng nước thải mạ điện (hình 1-1). Làm sạch bề mặt mạ bằng phương pháp cơ học Chất thải Gỉ, bụi kim loại Làm sạch bề mặt mạ bằng phương pháp cơ học Nước thải - Dung môi, dầu mỡ - A xit, kiềm Mạ kẽm Mạ đồng Mạ vàng, bạc Mạ niken Mạ crôm Axit CN-, Zn2+ Axit, Ni2+ Axit, Cr6+ Axit, CN- Muối đồng Hình 1-1. Sơ đồ chung của phân xưởng mạ điện và các dòng thải. Các tài liệu khảo sát về nước thải mạ điện của các nhà máy tại Hà Nội cho thấy tuy lượng nước thải không lớn nhưng nồng độ của các chất độc gây ô nhiễm trong dòng thải cao, nếu không xử lý sẽ gây ô nhiễm cục bộ nguồn nước các khu dân cư gần nhà máy cũng như các ao hồ, huỷ diệt sinh vật, cá, tôm. Cho đến nay các cơ sở mạ đã phân tách các dòng nước thải mạ chứa các loại ion kim loại riêng biệt để thuận tiện cho việc xử lý, nhưng do tình trạng sản xuất không ổn định, lượng nước thải cũng như thành phần các ion kim loại nặng, đặc biệt là Cr6+ trong dòng thải riêng biệt cũng thay đổi. Kết quả phân tích thành phần nước thải mạ điện tại Công ty Dụng cụ cơ khí xuất khẩu tháng 12/1995 và tháng 1/1996 (bảng 1-3) cho thấy: Sau khi tách riêng dòng thải, chỉ có mẫu N1 tại cửa xả dòng crôm có chứa Cr6+. Trong đó lấy mẫu tại 5 điểm: tại cửa xả dòng crôm (N1), cửa xả dòng niken (N2), cửa xả dòng axit (N3), trong mương thoát nước khu vực, trước điểm xả nước thải chung của nhà máy 30 m (N4) và phía sau điểm xả chung nhà máy 50 m (N5). Từ số liệu trong bảng ta thấy hàm lượng Cr6+ trong dòng crôm lớn hơn tiêu chuẩn cho phép của ta (Cr6+ ≤ 0,1 mg/l) hang chục lần. Các mẫu nước thải nghiên cứu sau này cũng lấy theo tiêu chuẩn tại cửa xả dòng crôm theo các thời điểm khác nhau. Bảng 1-3: Kết quả phân tích thành phần nước thải mạ điện tại Công ty DCCKXK Hà Nội tháng 12/1995 và tháng 1/1996 - [15] STT Chỉ tiêu Điểm N1 Điểm N2 Điểm N3 Điểm N4 Điểm N5 1 pH 5,5 - 8,0 6,7 - 8,0 5,8 - 7,5 6,7 - 7,5 6,2 - 7,2 2 COD, mg/l 80 - 120 75 - 130 80 - 195 290 - 450 300 - 500 3 Sắt tổng, mg/l 0,8 - 12 0,9 - 18 0,9 -25 0,2 - 1,0 0,5 - 1,4 4 Ni, mg/l 0,2 - 0,5 1,5 - 8,5 0,5 - 0,8 0,2 - 0,6 0,2 - 0,7 5 Cr(VI), mg/l 0,4 - 1,5 - - - - 6 Crôm tổng, mg/l 0,5 - 2,5 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2 0,05 0,1 - 0,9 7 SO42-, mg/l 12 - 18 18 - 32 15 - 40 12 - 18 16 - 28 1.3. Các phương pháp xử lý nước thải mạ điện: Một số phương pháp xử lý nước thải mạ điện chính như sau: 1. Phương pháp xử lý nước thải mạ điện bằng trao đổi ion. 2. Xử lý nước thải mạ điện bằng phương pháp điện hoá. 3. Xử lý nước thải mạ điện bằng phương pháp sinh học. Theo Becker. E. W, giới hạn cho phép để tiến hành khử các kim loại nặng bằng tảo khá lớn, tới hàng chục mg/l và hiệu suất khử cũng rất cao - hơn 80% đối với các ion kim loại như: Ni2+, Cr6+,.... Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của M. A. Aziz và cộng sự tại Singapo năm 1995 về việc dùng tảo để xử lý nước thải có kim loại nặng của các nhà máy mạ điện, pin, dệt, nhuộm cho một số kết quả như trong bảng 1-2. Bảng 1-2 Kim loại Nồng độ, (mg/l) Hiệu suất khử ,% Đầu Cuối Cd2+ Cr6+ Cu2+ Ni2+ Zn2+ 6,35 - 14,72 15,65 - 31,62 5,15 - 11,95 7,24 - 9,27 1,35 - 12,6 0,63 - 2,35 3,13 - 7.90 0,25 - 1,19 1,01 - 1,85 0,75 - 1,63 85 - 90 75 - 80 88 - 90 80 - 84 78 - 90 4. Phương pháp khử - kết tủa: Theo các tài liệu tham khảo, phương pháp khử - kết tủa được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý nước thải có chứa Cr6+ vì đây là phương pháp có tính kinh tế và hiệu quả làm sạch cao. Phương pháp này bao gồm ba giai đoạn: giai đoạn điều chỉnh pH, giai đoạn khử và giai đoạn kết tủa. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp được trình bày trên hình 1-2. Khuấy trộn pH = 2 á 4 Bổ sung axít - chỉnh pH Dòng thải chứa Ni2+ Khuấy trộn pH = 9 á 11 NaOH hoặc Ca(OH)2 Bổ sung chất khử Dòng thải chứa Cr6+ Nước thải đã khử Cr6+ thành Cr3+ Kết tủa, lắng Trung hoà bằng axít Nước thải sau xử lý Bùn thải: lọc, phơi Hình 1-2: Sơ đồ nguyên lý khử - kết tủa khi tách dòng Cr6+, Ni2+ Theo sơ đồ trên, giai đoạn khử Cr6+ chỉ tiến hành với dòng thải crôm trong thiết bị thứ nhất, giai đoạn còn lại là kết tủa, lắng, lọc, trung hoà nước sau xử lý trước khi thải vào cống thải chung. Giai đoạn khử Cr6+ thành Cr3+ được thực hiện nhờ các chất khử khác nhau như nhau như SO2, NaHSO3 (hoặc Na2S2O5), FeSO4. ở giá trị pH = 2 á 4 sự khử Cr6+ thành Cr3+ đạt hiệu quả rất cao. Khi dùng FeSO4 , Cr6+ bị khử thành Cr3+ theo phản ứng: K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 8H2SO4 đ 2KHSO4 + Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O Theo phương trình này, người ta tính được cần khoảng 16 phần trọng lượng của FeSO4.7H2O để khử một phần trọng lượng của Cr6+ thành Cr3+. Giai đoạn khử Cr6+ là giai đoạn quyết định nhất của quá trình xử lý, còn sau đó là trung hoà bằng vôi hoặc xút để kết tủa các ion kim loại Cr3+ với điều kiện phù hợp nhất là pH = 9 đến 11. Quá trình trung hoà có thể thực hiện bằng cách dùng NaOH hoặc Ca(OH)2 tuỳ thuộc vào điều kiện cho phép. Phản ứng xảy ra theo các phương trình : Cr2(SO4)3 + 6NaOH đ 2Cr(OH)3 ¯ + 3Na2SO4 Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 đ 2Cr(OH)3 ¯ + 3CaSO4 5. Các phương pháp xử lý nước thải khác: Ngoài các phương pháp nêu trên, các tài liệu cũng nêu ra một số phương pháp xử lý nước thải khác như: Phương pháp thẩm thấu ngược; phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính. Đánh giá sơ bộ của S.P. Mahajan (ấn Độ) cho thấy: chi phí hoá chất trong phương pháp khử kết tủa đã được tính toán vào khoảng 50 Rupi/m3 nước thải cần xử lý. S.D. Mahajan đưa ra các số liệu ở bảng 1- 3. Bảng 1-5: Hiệu quả xử lý và chi phí của các phương pháp xử lý N0 Phương pháp xử lý Hiệu quả xử lý, % Chi phí Rupi/1m3 1 2 3 4 5 6 7 Điện hoá Trao đổi ion Chưng cất Thẩm thấu ngược Khử - kết tủa Làm lạnh Trích ly lỏng - lỏng 90 90 95 90 20 á95 90 80 1480 1480 1480 1480 10 á 40 1480 1480 Qua khảo sát thực tế ở Hà Nội, phần lớn các cơ sở mạ có quy mô vừa và nhỏ, năng suất và quy mô sản phẩm thường biến động dẫn đến lượng nước thải mạ, thành phần và hàm lượng các ion kim loại trong đó cũng thường thay đổi. Chính vì vậy ở nước ta những cơ sở mạ đã xây dựng phân xưởng xử lý nước thải cũng đều dùng phương pháp khử - kết tủa. Mặt khác, qua bảng 1-3 ta thấy phương pháp khử kết tủa có chi phí thấp nhất nhưng hiệu quả xử lý dao động khá cao, từ (20% đến 95%), có nghĩa là phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình công nghệ. Bởi vậy việc tìm ra các yếu tố công nghệ thích hợp đểấp dụng đạt hiệu quả cao là một điều rất cần thiết. Chương 2. Cơ sở lý thuyết xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học 2.1. Vai trò và ứng dụng của phương pháp hoá học trong xử lý nước thải công nghiệp mạ điện. Phần này nêu nên những ứng dụng rộng rãi của phương pháp hoá học trong xử lý nước thải công nghiệp nói chung và công nghiệp mạ điện nói riêng. Sử dụng phương pháp xử lý hoá học trong xử lý nước thải có một số lợi ích sau: 1. Hệ thống xử lý hoá học dễ kiểm tra bằng những kỹ thuật giản đơn, nên các xưởng dễ điều khiển hơn xưởng xử lý trên cơ sở sinh học. 2. Xử lý hoá học thường chịu được thay đổi nhiệt độ, đòi hỏi thời gian để lập lại điều kiện của quá trình công nghệ là thấp nhất. 3. Phân xưởng xử lý hoá học có thể thiết kế dễ dàng cho thích hợp với tải lượng đầu vào và lưu lượng thay đổi. 4. Giá thành và không gian của hệ thống xử lý hoá học nhỏ hơn nhiều so với loại xử lý bằng sinh học - đặc biệt quan trọng với khu vực đô thị hoá cao. 5. Xưởng xử lý bằng hoá học có thể nhanh chóng thay đổi công suất xử lý mà không cần thay đổi kết cấu hạ tầng của xưởng. 2.2. Cơ chế của xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học: 2.2.1. Bản chất của điều chỉnh pH: Thông qua việc tính toán sức điện động của của hai loại pin điện hoá dùng để đo pH và phương trình Nernst chúng ta thấy rằng pH có vai trò quyết định đến thế điện cực của dung dịch điện giải. Nước thải mạ điện cũng là dung dịch điện giải có chứa các ion kim loại và trong môi trường có pH khác nhau sẽ cùng các ion đó tạo ra thế điện cực của phản ứng oxy hoá-khử khác nhau. Do đó bản chất quá trình điều chỉnh pH chính là điều chỉnh thế điện cực của dung dịch, làm cho phản ứng khử xảy ra mạnh hơn. Tìm được giá trị pH tốt nhất chính là lý do quan trọng của việc điều chỉnh pH trong xử lý nước thải công nghiệp. Nói khác đi, khi pH thay đổi thì tốc độ phản ứng, hiệu quả của phản ứng khử Cr6+ thành Cr3+ cũng thay đổi. 2.2.2. Phản ứng khử Cr6+ bằng Fe2+ trong xử lý nước thải mạ điện. Để nhận biết định tính một chất như là chất oxy hay khử thì điều quan trọng là phải có các phép đo lường định lượng năng lực oxy hoá và khử của chúng. Số đo đó là điện thế điện cực Eo. Chênh lệch điện thế của cặp ion của chất oxy hoá hay chất khử trong phản ứng đăc trưng cho tính thuận lợi về mặt nhiệt động của phản ứng. Với phản ứng oxy hoá khử, thế oxy hoá khử của dung dịch và nồng độ dung dịch xác định mức năng lượng của phản ứng, thể hiện động lực của quá trình. Trên cơ sở này ta có thể tính toán được thế oxy hoá khử của phản ứng khử Cr6+ bởi Fe2+ như dưới đây. Theo phương trình phản ứng: Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O là: E = (2.18) Từ biểu thức (2.18) chúng ta có nhận xét: 1. Thế oxy hoá khử của dung dịch nước thải mạ chứa Cr6+ phụ thuộc vào pH và hoàn toàn có thể xác định khi biết nồng độ ion H+ của dung dịch đó và nồng độ của chất oxy hoá (Cr6+) và chất khử (Fe2+). 2. Vì nồng độ ion H+ tham gia trực tiếp vào phản ứng lên gấp rất nhiều lần so với nồng độ chất tham gia phản ứng nên khi pH thay đổi thì thế điện cực thay đổi rất lớn. 2.2.3. Thế điện cực và pH trong phản ứng khử Cr6+ Hình 2-2: Quan hệ lượng giữa lượng Fe (mls-1), thế oxy hoá khử và pH khi khử nước thải có nồng độ ban đầu Cr(VI) = 100 mg/l Cần phải kiểm soát các phản ứng khử bằng công cụ chính là điện cực oxy hoá khử để đo điện thế và ứng dụng nó dựa trên các đường cong oxy hoá khử của những phản ứng đã xẩy ra. Phải kiểm tra định lượng các chất phản ứng trong xử lý nước thải mạ điện bằng điện cực oxy hoá khử và đường cong chuẩn độ oxy hoá khử Cr(VI) theo Fe2+ phụ thuộc thế nào vào pH. Điều này được minh hoạ trên hình 2-2, chúng ta cần phải đồng thời kiểm soát cả pH lẫn nồng độ chất khử và chế độ khuấy trộn. Xét đường cong oxy hoá khử của hệ thống Cr(VI) - Fe(II) tại các pH khác nhau khi cùng tốc độ bổ sung chất khử cho thấy rằng đoạn cuối điện thế sẽ đi đến các giá trị cân bằng khác nhau khi thay đổi pH (hình 2-2). Trên cơ sở này chúng tôi lựa chọn miền giá trị của thông số công nghệ (pH, lượng chất khử, loại chất khử) khi thiết lập các mô hình nghiên cứu. 2.3. Những chất khử dùng trong xử lý nước thải mạ điện để khử Cr6+ Trong xử lý nước thải mạ điện, để khử Cr6+ người ta thường dùng SO2, NaHSO3 hay FeSO4 . - Chất khử SO2 ít được dùng vì nó gây mùi khó chịu và đễ gây độc hại do rò rỉ. Tiến trình của phản ứng khử bị quyết định bởi lượng chất khử và hiệu quả khuấy trộn. - Chất khử NaHSO3 dùng để khử Cr 6+ trong môi trường axit (pH = 2á3). - Khử Cr6+ bằng FeSO4 trong môi trường axit xảy ra theo phương trình: Cr2O2-7 + 6Fe2+ + 14H+ đ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O Như đã nêu ở phần trước, khi thực hiện quá trình khử với Fe2+ cần môi trường axit, nhưng để kết tủa ion Cr3+ và oxit Fe(III) thì lại đòi hỏi môi trường kiềm. Vi vậy trong thực tế khi xử lý nước thải phải tiến hành khử Cr6+ ở pH = 2 á 3,5, sau đó tăng pH lên 9 á 10 để kết tủa Cr3+. Dùng ion Fe2+ làm chất khử Cr(VI) có lợi là rẻ (so với bisulfit hoặc SO2), cải thiện chất lượng lắng động các bông oxit hydrat hoá ngẫu nhiên hình thành. Tóm lại, trong xử lý nước thải mạ, khử Cr6+ về Cr3+ chỉ sử dụng phương pháp hoá học là có hiệu quả nhất. Đồng thời, việc lựa chọn chất khử là FeSO4 là phù hợp và về mặt kinh tế cũng thoả mãn với điều kiện nước ta. 2.4. Kết luận 1. Quá trình xử lý nước thải mạ điện, trong đó quan trọng nhất là chuyển Cr6+ về Cr3+ chỉ sử dụng phương pháp hoá học (khử kết tủa) là có hiệu quả nhất. Đồng thời, việc lựa chọn chất khử là FeSO4 là phù hợp với điều kiện nước ta về mặt kinh tế và kỹ thuật. 2. Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình này chính là: pH, chất khử và lượng chất khử cũng như các yếu tố động học của quá trình xử lý trong những hệ thống thiết bị xử lý cụ thể. 3. Kiểm soát phản ứng khử bằng điện thế khử của dung dịch nước thải sẽ làm cơ sở cho tự động hoá quá trình. Chương 3. Các phương pháp nghiên cứu triển khai công nghệ xử lý nước thải mạ điện 3.1. Phương pháp tiếp cận hệ thống, triển khai công nghệ và lựa chọn mô hình nghiên cứu. 3.1.1. Phương pháp tiếp cận hệ thống và triển khai công nghệ. Do sự phát triển rất mạnh của khoa học công nghệ, phương pháp tiếp cận hệ thống và triển khai công nghệ hoá học đã thực sự trở thành một lực lượng sản xuất xã hội to lớn, quyết định sự thành công của một quy trình công nghệ trong thực tiễn. Phương pháp triển khai quá trình công nghệ hoá học đã thực sự là chiếc chìa khoá để đi vào các lĩnh vực cụ thể như công nghệ hoá học, công nghệ thực phẩm, công nghệ vật liệu, công nghệ môi trường. Phân tích hệ thống và tổng hợp hệ thống là hai mặt của một nguyên tắc tiếp cận hệ thống, là hai quá trình khác nhau nhưng đều nhằm mô tả bản chất của hệ thống: mô tả cấu trúc và mô tả hành vi. Như vậy rõ ràng rằng con đường tiếp cận hệ thống công nghệ hoá học cũng sẽ bao gồm hai bước: bước tìm ra bản chất của hệ nhờ mô hình hoá và bước tìm ra chế độ công nghệ tối ưu nhờ việc tối ưu hoá các hàm toán mô tả bản chất của hệ. 3.2.2. Quan hệ giữa các thể loại mô hình mô tả hệ công nghệ hoá học bậc thấp, lựa chọn mô hình nghiên cứu Hệ công nghệ hoá học bậc thấp là hệ chỉ thưc hiện các quá trinh hoá lý cơ sở. Để mô tả những hệ này người ta thương sử dụng ba thể loại mô hình: mô hình thống kê, mô hình vật lý, và mô hình toán học với cấu trúc dòng. Khi dùng mô hình thống kê chúng ta không biết được bản chất và cấu trúc rõ của hệ vì lúc này ta chỉ coi hệ là hộp đen (cấu trúc của một phần tử đen), do vậy với mô hình thống kê không hiểu rõ được quy luật bảo toàn cũng như quy luật động học trong vận động của hệ mà chỉ hiểu được tương tác giữa các yêu tố mà ta quan tâm với một mức độ xác suất nào đó của hệ cụ thể trong phạm vi nghiên cứu. Phương pháp mô hình hoá vật lý được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật để chuyển các kết quả từ nghiên cứu từ các thí nghiệm nhỏ lên các quy mô lớn hơn. Với mục đích nhằm đưa một quá trình từ quy mô nhỏ lên quy mô lớn, nên khái niệm "đồng dạng" là khái niệm có tính chất bao trùm trong toàn bộ phương pháp mô tả này. Phương pháp này được áp dụng cho hệ rất tốt cho những hệ tương đối đơn giản chỉ bao gồm một số chuẩn số. Việc sử dụng mô hình vật lý trong nghiên cứu tiếp theo nhằm triển khai công nghệ vào thực tế. Tuy nhiên, ở