Nước thải của ngành công nghiệp phân bón hóa học bị ô nhiễm bởi các nguồn khác nhau và có đặc tính khác nhau. Để đảm bảo tính kinh tế cho việc xử lý nước thải cần phân luồng dòng thải và xử lý riêng, đặc biệt đối với những dòng có hàm lượng chất gây ô nhiễm cao với mục đích ưu tiên là thu hồi và tuần hoàn sử dụng lại cho sản xuất và sau đó là giảm lưu lượng nước thải cần xử lý. Dòng thải cần xử lý riêng bao gồm:
- Dòng thải mang tính axit hay kiềm cao.
- Dòng thải chứa NH3 và ure nồng độ cao.
- Dòng thải chứa Flour và photphat.
- Dòng thải chứa dầu, chất rắn lơ lửng cao.
- Dòng thải của khí hóa than chứa xyanua, H2S, phenol.
Các phương pháp xử lý:
1. Đối với nước thải mang tính axit hay kiềm cao.
Nước thải mang tính axit hay kiềm cao được xử lý bằng phương pháp trung hòa, có thể trung hòa hai dòng nước thải mang tính axit và kiềm với nhau hay dùng tác nhân trung hòa hay lọc nước axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa hay hấp thụ khí axit bằng kiềm…
Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước thải và giá thành của tác nhân hóa học.
Trong quá trình trung hòa, một lượng bùn cặn được tạo thành. Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình.
2. Trung hòa bằng trộn lẫn nước thải
Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của nhà máy là axit còn nhà máy gần đó có nước thải kiềm. Cả hai loại nước thải này đều không chứa các cấu tử gây ô nhiễm khác.
Trong trường hợp này người ta trộn nước axit và nước kiềm trong thùng chứa có cánh khuấy hoặc khuấy trộ bằng không khí với vận tốc ở đường ống cấp vào bằng 20 đến 40 m/s.
3. Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học
Để trung hòa nước axit, có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômit (CaCO3, MgCO3). Song tác nhân rẻ nhất là sữa vôi 5 đến 10% Ca(OH)2, tiếp đó là sôđa và NaOH ở dạng phế thải. Đôi khi người ta sử dụng các chất thải khác nhau của sản xuất để trung hòa nước thải.
Việc lựa chọn các tác nhân để trung hòa phụ thuộc vào thành phần và nồng độ axit của nước thải. Ở đây cần tính đến quá trình có tạo ra cặn bã hay không.
Người ta phân nước thải axit thành các loại sau:
- Nước chứa axit yếu (H2CO3, CH3COOH).
- Nước chứa axit mạnh ( HCl, HNO3). Trong trường hợp này, để trung hòa chúng có thể sử dụng bất kỳ tác nhân nào kể ở trên. Để trung hòa nước thải axit người ta thường dùng đá vôi ở dạng hydroxyl canxi (sữa vôi) hoặc dạng bột khô.
Trong trung hòa nước thải chứa axit H2SO4 bằng sữa vôi sẽ thải ra bã cặn là thạch cao CaSO4.2H2O. Độ hòa tan của thạch cao ít thay đổi theo nhiệt độ. Khi khuấy trộn dung dịch sẽ xảy ra sự lắng đọng thạch cao trên thành ống dẫn và làm kín các ống dẫn. Để phá vỡ nó cần rửa ống dẫn bằng nước sạch hoặc cho thêm chất làm mềm đặc biệt, ví dụ hexametaphotphat. Tăng tốc độ dòng nước được trung hòa sẽ giảm sự đóng cặn của thạch cao trên thành ống dẫn.
Lượng tác nhân cần thiết theo lý thuyết để trung hòa axit cho trong bảng 1:
Trong thực tế, lượng tác nhân đưa vào thực hiện quá trình thuongf lấy dư khoảng 10% lượng tính toán.
3.1. Trung hòa nước thải axit bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa
Trong trường hợp này người ta thường dùng các vật liệu như manhêtit (MgCO3), đôlômit, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro làm lớp vật liệu lọc. Các vật liệu trên được sử dụng ở dạng cục với kích thước 30 đến 80mm. Quá trình có thể được tiến hành trong thiết bị lọc – trung hòa đặt nằm ngang hoặc đứng.Người ta dùng các thiết bị lọc này để trung hòa nước axit có nồng độ axit không vượt quá 1.5mg/l và không chứa muối kim loại nặng.
Chiều cao H lớp vật liệu lọc để trung hòa nước thải chứa HNO3 và HCl thường chọn vào khoảng 1- 1.5m, còn trong trường hợp chứa H2SO4 chọn từ 1.5 – 2m.
Khi lọc nước thải chứa HNO3 và HCl qua lớp đá vôi, thường chọn tốc độ lọc (v) từ 0.5 – 1m/h. Trong trường hợp lọc nước thải chứa tới 0.5% H2SO4 qua lớp đôlômit thì tốc độ lọc lấy từ 0.6 – 0.9m/h, còn 2% H2SO4 thì tốc độ lọc lấy bằng 0.35m/h.
- Dòng thải chứa hàm lượng NH3 cao
– Dòng thải chứa hàm lượng NH3 cao có thể xử lý bằng phương pháp trao đổi ion. Phương pháp này có ưu điểm thực hiện ở nhiệt độ thấp, nồng độ NH3 bất kỳ và NH3 thu hồi được tuần hoàn sử dụng cho sản xuất. Ở đây, thường dùng nhựa hữu cơ có khả năng trao đổi cation với NH4+:
Sau đó, NH3 được nhả qua tái sinh bằng dung dịch H2SO4.
– Phương pháp khử NH3 trong nước thải bằng phương pháp chưng phân ly dựa vào độ bay hơi khác nhau của NH3 và H2O. Nguyên lý xử lý được thể hiện trên hình 1. Phương pháp này có ưu điểm thu hồi được NH3 có nồng độ cao, có thể sử dụng lại cho sản xuất, song tiêu tốn lượng nhiệt lớn.
1. Thùng chứa; 2. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu; 3. Tháp chưng luyện; 4. Thiết bị ngưng tụ làm lạnh sản phẩm chứa NH3 cao; 5. Thiết bị làm nguội nước thải.
– Phương pháp nuôi tảo để xử lý nước thải chứa NH3 dựa trên cơ sở một số loài tảo như: Spirulina, Cloella-Scenemus có thể phát triển trong môi trường nước thải của nhà máy phân đạm. Tảo sử dụng NH3 và ure như chất dinh dưỡng trong quá trình phát triển ở nồng độ thích hợp, như nồng độ NH3 là 75 mg/l. Nếu nồng độ cao quá sẽ làm tảo bị chết.
– Phương pháp sinh học để xử lý nước thải chứa NH3 sử dụng các vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí để thực hiện các quá trình nitrat, nitrit và khử nitrat thành N2:
Phương pháp này đòi hỏi công nghệ cao và khống chế quá trình phức tạp.
– Ngoài ra, có thể dùng phương pháp thông khí để xử lý nước thải chứa NH3 dựa trên cơ sở cân bằng hóa học:
Khi tăng độ pH của nước thải và quạt gió trên bề mặt thoáng, NH3 sẽ thoát ra khỏi nước thải làm giảm nồng độ trong nước thải. Phương pháp cần phải tốn năng lượng cho quạt thổi gió. Theo một số nghiên cứu cho thấy, ở pH = 11.5 nếu thực hiện ở nhiệt độ 150C thì tốn 3000 m3 không khí, còn nếu thực hiện ở nhiệt độ 40C thì phải dùng 5980 m3 không khí.
5. Dòng thải chứa flour và photphat
Trong sản xuất phân lân và phân hỗn hợp NPK thì nước thải thường chứa flour và photphat. Xử lý nước thải loại này bằng phương pháp hóa học với sữa vôi hoặc vôi để tạo thành kết tủa CaF2, CaHPO4 hay Ca5(OH)(PO4)3 và kết hợp với đông keo tụ bằng cách bổ sung chất keo tụ Fe2(SO4)3 để tăng hiệu quả khử photphat và dễ lắng. Sơ đồ xử lý được trình bày trên hình 2.
Bể phản ứng có thể là một hay nhiều bậc, dùng Ca(OH)2 hay H2SO4 để điều chỉnh pH trong khoảng 6 – 8. Phản ứng sẽ tạo thành các chất khó tan CaF2 và hợp chất Canxi kết tủa ở bảng 2.
| Hợp chất | Độ hòa tan |
| Sunfat canxi CaSO4 | 1990 mg/l tương đương 1404 mg/l SO42- |
| Flour canxi CaF2 | 15 mg/l tương đương 7.3 mg/l F– |
| Photphat canxi CaHPO4 | 100 mg/l tương đương 70 mg/l SO42- |
| Hydroxyapatit canxi Ca5(OH)(PO4)3 | (ở pH = 10) 3 mg/l |
- Dòng thải chứa dầu, chất rắn lơ lững cao
Dầu mỡ ở trạng thái tự do, nổi lên nước và được tách bằng các phương pháp cơ học, tuyển nổi, sục khí các chất cơ học trên bể điều hoà hay bể lắng. Các chất rắn lơ lững có trong nước thải nghành phân bón thường là các hạt sản phẩm hay nguyên liệu được sư dụng bằng phương pháp đông keo tụ thường kết hợp xử lí với phương pháp hoá học hoặc tạo kết tủa ở trên và sau đó là lắng xuống
- Dòng thải của nước rửa khí hoá than
Dòng thải này sinh ra trong công nghiệp sản xuất phân đạm, dáng chú ý là trong sản xuất phân ure gắn liền với công nghệ khí hoá than. Ngoài công nghiệp phân bón, một số ngành công nghiệp khác như gốm sứ, thuỷ tinh, dệt … có tram khí hoá than để sản xuất khí nhiên liệu cho quá trình đốt, nung. Nước thải của trạm xử lí khí than đếu chứa H2S và xyanua coa nồng độ cao.
Xyanua tồn tại dưới dạng muối tan xyanua sẽ bị phân huỷ theo phản ứng:
Axitxyanhidric là chất rất độc thuộc nhóm I
Để xử lí nước thải có chứa xyanua và hydrounfua, phương pháp oxy hoá là phương pháp ưu thế hơn cả. Mục đích của phương pháp này là dùng các chất oxy hoá mạnh như clo, natrihypocloric, hyđroperoxit,… để oxy hoá muối xyanua thành muối cyanua có độ độc bằng 1/1000 của muối xyanua. Các chất oxy hoá thường được dùng là NaOCl và H2O2
Phản ứng oxy hoá bằng phản ứng NaOCl xảy ra như sau:
Hay phản ứng oxy hoá bằng H2O2 xảy ra như sau:
Phản ứng oxy hoá xảy ra trong môi trường kiềm pH ≥ 10. Ở môi trường này phản ứng xảy ra rất nhanh và tiế tục phản ứng 2 tạo thành cyanat sao cho tránh hiện tượng tạo axit xyanhyđric.
Đê đạt hiệu suất quá trình oxy hoá cao, trong thực tế người ta thực hiện phản ứng 3 với thời gian lưu là 20 đến 30 phút và phản ứng 4 thời gian 60 phút, cho dù phản ứng xảy ra nhanh.
Xử lí dòng thải liên tục thường dùng NaOCl và dòng thải gián đoạn dùng H2O2 để giảm chi phí về chất oxy hoá. Nhưng về mặt môi trường khi dùng H2O2 hạn chế được hàm lượng clo trong nước.
Xyantat tạo ở phản ứng 3 và 4 bị oxy hoá tiếp ở điều kiện dư chât oxy hoá và giảm pH= 5-10 tạo CO2 và N2:
Phương pháp khác để khử độc xyanua bằng sufat sắt dựa trên cơ sở phản ứng sau:
Hợp chất Fe2[Fe(CN)6] kết tủa có thể tách ra khỏi nước thải băng phương pháp lắng.
Leave a Reply