Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu tận thu bã thải từ quy trình thu hồi kim loại trong bùn thải mạ điện để làm vật liệu xây dựng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tận thu bã thải từ quy trình thu hồi kim loại trong bùn thải mạ điện để phát triển vật liệu xây dựng bền vững.

• Tác giả: Hoàng Đức Quyền
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Huyền Nga
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Công nghệ - Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu tận thu bã thải từ quy trình thu hồi kim loại trong bùn thải mạ điện để làm vật liệu xây dựng
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ Khoa học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Nội dung nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về công nghệ mạ điện
• 1.2. Khái niệm công nghệ mạ điện
• 1.3. Giới thiệu quy trình mạ điện
• 1.4. Các vấn đề liên quan đến môi trường của ngành công nghiệp mạ
• 1.4.1. Khí thải và bụi
• 1.4.2. Chất thải rắn
• 1.4.3. Tình hình phát sinh bùn thải từ ngành công nghiệp mạ điện hiện nay
• 1.4.4. Công nghệ xử lý, tận dụng bùn thải mạ điện
• 1.4.4.1. Ổn định/đóng rắn bùn thải bằng bê tông hóa
• 1.4.4.2. Nghiên cứu tận thu bùn thải làm men bột màu
• 1.4.4.3. Công nghệ thu hồi/tái sử dụng bùn thải mạ điện
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
• 2.2.2. Phương pháp phân tích và bố trí thí nghiệm (Quy mô PTN)
• 2.2.3. Phương pháp đánh giá tính chất vật lý của gạch nung
• 2.2.4. Phương pháp xác định độc tính của gạch nung
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tính chất vật lý và hóa học của các mẫu bã bùn thải sau hòa tách kim loại
• 3.2. Thành phần cơ giới của bã bùn thải
• 3.3. Hàm lượng các oxit trong bã bùn thải
• 3.4. Hàm lượng kim loại nặng trong bã bùn thải sau thu hồi kim loại
• 3.5. Kết quả nghiên cứu sản xuất vật liệu xây dựng
• 3.5.1. Khảo sát tỉ lệ các thành phần vật liệu để sản xuất gạch nung
• 3.5.2. Phân tích, đánh giá tính chất vật lý của các mẫu gạch
• 3.5.3. Xác định độc tính của sản phẩm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tận thu bã thải từ bùn mạ điện

Nghiên cứu tận thu bã thải từ bùn mạ điện là một lĩnh vực quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Bùn thải từ quy trình mạ điện chứa nhiều kim loại nặng, gây hại cho sức khỏe con người và môi trường. Việc tận thu và tái chế bã thải này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra vật liệu xây dựng có giá trị. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu tìm ra các phương pháp hiệu quả để xử lý và tận dụng bã thải, đồng thời đánh giá tính khả thi của việc sử dụng chúng trong ngành xây dựng.

1.1. Tình hình phát sinh bùn thải từ ngành công nghiệp mạ điện

Ngành công nghiệp mạ điện hiện nay đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng do lượng bùn thải phát sinh ngày càng tăng. Theo thống kê, mỗi năm, hàng triệu tấn bùn thải chứa kim loại nặng được thải ra từ các cơ sở sản xuất. Việc xử lý bùn thải này là một thách thức lớn, đòi hỏi các giải pháp hiệu quả và bền vững.

1.2. Tác động của bùn thải mạ điện đến môi trường

Bùn thải từ quy trình mạ điện chứa nhiều kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, có thể gây ô nhiễm đất và nước. Những chất này không chỉ ảnh hưởng đến hệ sinh thái mà còn gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý bùn thải là rất cần thiết.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý bùn thải mạ điện

Xử lý bùn thải mạ điện gặp nhiều thách thức do tính chất phức tạp của bùn và sự đa dạng trong thành phần hóa học. Các phương pháp xử lý hiện tại như chôn lấp, đốt, hay tái chế đều có những hạn chế nhất định. Việc tìm kiếm các giải pháp mới, hiệu quả và thân thiện với môi trường là rất cần thiết để giải quyết vấn đề này.

2.1. Các phương pháp xử lý bùn thải hiện tại

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý bùn thải như chôn lấp, đốt, và tái chế. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những nhược điểm riêng, như chi phí cao, ảnh hưởng đến môi trường, và không đảm bảo hiệu quả xử lý triệt để. Do đó, cần nghiên cứu các phương pháp mới hơn.

2.2. Thách thức trong việc tái chế bùn thải

Tái chế bùn thải mạ điện gặp khó khăn do sự hiện diện của kim loại nặng và các chất độc hại khác. Việc tách biệt và xử lý các thành phần này là một thách thức lớn, đòi hỏi công nghệ tiên tiến và quy trình xử lý hiệu quả.

III. Phương pháp nghiên cứu tận thu bã thải từ bùn mạ điện

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp khoa học để phân tích và đánh giá tính chất của bã thải từ bùn mạ điện. Các phương pháp này bao gồm phân tích hóa học, thí nghiệm thực địa và mô hình hóa quy trình xử lý. Mục tiêu là tìm ra quy trình tối ưu để tận thu bã thải và sản xuất vật liệu xây dựng.

3.1. Phân tích tính chất vật lý và hóa học của bã thải

Phân tích tính chất vật lý và hóa học của bã thải là bước quan trọng trong nghiên cứu. Các chỉ tiêu như độ ẩm, pH, và hàm lượng kim loại nặng sẽ được xác định để đánh giá khả năng sử dụng bã thải làm vật liệu xây dựng.

3.2. Quy trình sản xuất vật liệu xây dựng từ bã thải

Quy trình sản xuất vật liệu xây dựng từ bã thải bao gồm các bước như chuẩn bị nguyên liệu, trộn với phụ gia, và nung ở nhiệt độ cao. Các yếu tố như tỉ lệ phối trộn và nhiệt độ nung sẽ được tối ưu hóa để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy bã thải từ bùn mạ điện có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao. Các sản phẩm này không chỉ đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc ứng dụng các sản phẩm này trong xây dựng sẽ mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường.

4.1. Đánh giá chất lượng sản phẩm từ bã thải

Chất lượng sản phẩm từ bã thải được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như độ bền, khả năng chịu lực, và độ an toàn cho sức khỏe. Kết quả cho thấy sản phẩm đạt tiêu chuẩn và có thể được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng.

4.2. Lợi ích kinh tế và môi trường từ việc sử dụng bã thải

Việc sử dụng bã thải làm vật liệu xây dựng không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này góp phần vào phát triển bền vững và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu tận thu bã thải

Nghiên cứu tận thu bã thải từ bùn mạ điện mở ra hướng đi mới trong việc xử lý chất thải công nghiệp. Các kết quả đạt được cho thấy tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng bã thải làm vật liệu xây dựng. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng.

5.1. Tương lai của nghiên cứu và ứng dụng

Nghiên cứu và ứng dụng bã thải trong xây dựng sẽ tiếp tục được mở rộng. Các công nghệ mới sẽ được phát triển để nâng cao hiệu quả xử lý và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Khuyến nghị cho các cơ sở sản xuất

Các cơ sở sản xuất cần áp dụng các phương pháp xử lý bùn thải hiệu quả và bền vững. Việc hợp tác với các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vực này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu ô nhiễm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Bàn thắng của ngành công nghiệp mạ điện ở Việt Nam đang bị đè nặng bởi lượng bùn thải khổng lồ.  Theo số liệu thu thập từ 10 cơ sở sản xuất trong giai đoạn 2013‑2017, hàng năm có khoảng 600 tấn bùn thải bắn ra khắp cả nước, trong đó 30 tấn đến 70 tấn xuất phát từ các nhà máy mạ điện quy mô lớn tại Hà Nội, Thái Nguyên và Hải Phòng.  Những bùn thải này chứa Ni ≈ 20 %, Cr ≈ 4‑5 %, và Fe ≈ 2‑3 % – các kim loại nặng có khả năng gây ô nhiễm nghiêm trọng cho đất, nước và sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu của luận văn “Nghiên cứu tận thu bã thải từ quy trình thu hồi kim loại trong bùn thải mạ điện để làm vật liệu xây dựng” là:

1. Đánh giá tính chất vật lý‑hóa học của bùn thải mạ điện sau khi tách kim loại.
2. Xây dựng quy trình ổn định/đóng rắn bùn thải với các phụ gia (cát, cao lanh, bột đá, tro bay).
3. Sản xuất và kiểm tra gạch nung từ bùn thải, nhằm giảm tối thiểu lượng kim loại nặng giải phóng ra môi trường.

Nghiên cứu không chỉ góp phần tiết kiệm tài nguyên (thay thế tới 8 % bột đá trong gạch), mà còn giảm chi phí xử lý (chi phí thu hồi kim loại giảm 2‑3 % so với phương pháp đốt truyền thống). Độ mới của đề tài nằm ở việc kết hợp phân tích ICP‑OES, XRF và XRD để tối ưu hoá tỷ lệ phụ gia, đồng thời đánh giá độc tính mô hình EPA‑1311 cho các sản phẩm cuối cùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Lý thuyết / mô hình	Nội dung chính	Vai trò trong nghiên cứu
Mô hình vòng khép (closed‑loop)	Thu hồi kim loại → sản xuất vật liệu → tái sử dụng	Đảm bảo giá trị kinh tế và môi trường của bùn thải
Kỹ thuật ổn định/đóng rắn (solidification/stabilisation)	Sử dụng cement, pooc‑lăng, polyacrylamit để giam kim loại	Giảm rủi ro rò rỉ kim loại nặng dưới 0,5 mg/L (TCVN 5945‑2005)
**Phân tích đa biến (mult## Tổng quan nghiên cứu

Bàn thắng của ngành công nghiệp mạ điện ở Việt Nam đang bị đè nặng bởi lượng bùn thải khổng lồ.  Theo số liệu thu thập từ 10 cơ sở sản xuất trong giai đoạn 2013‑2017, hàng năm có khoảng 600 tấn bùn thải bắn ra khắp cả nước, trong đó 30 tấn đến 70 tấn xuất phát từ các nhà máy mạ điện quy mô lớn tại Hà Nội, Thái Nguyên và Hải Phòng.  Những bùn thải này chứa Ni ≈ 20 %, Cr ≈ 4‑5 %, và Fe ≈ 2‑3 % – các kim loại nặng có khả năng gây ô nhiễm nghiêm trọng cho đất, nước và sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu của luận văn “Nghiên cứu tận thu bã thải từ quy trình thu hồi kim loại trong bùn thải mạ điện để làm vật liệu xây dựng” là:

1. Đánh giá tính chất vật lý‑hóa học của bùn thải mạ điện sau khi tách kim loại.
2. Xây dựng quy trình ổn định/đóng rắn bùn thải với các phụ gia (cát, cao lanh, bột đá, tro bay).
3. Sản xuất và kiểm tra gạch nung từ bùn thải, nhằm giảm tối thiểu lượng kim loại nặng giải phóng ra môi trường.

Nghiên cứu không chỉ góp phần tiết kiệm tài nguyên (thay thế tới 8 % bột đá trong gạch), mà còn giảm chi phí xử lý (chi phí thu hồi kim loại giảm 2‑3 % so với phương pháp đốt truyền thống). Độ mới của đề tài nằm ở việc kết hợp phân tích ICP‑OES, XRF và XRD để tối ưu hoá tỷ lệ phụ gia, đồng thời đánh giá độc tính mô hình EPA‑1311 cho các sản phẩm cuối cùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Lý thuyết / mô hình	Nội dung chính	Vai trò trong nghiên cứu
Mô hình vòng khép (closed‑loop)	Thu hồi kim loại → sản xuất vật liệu → tái sử dụng	Đảm bảo giá trị kinh tế và môi trường của bùn thải
Kỹ thuật ổn định/đóng rắn (solidification/stabilisation)	Sử dụng cement, pooc‑lăng, polyacrylamit để giam kim loại	Giảm rủi ro rò rỉ kim loại nặng dưới 0,5 mg/L (TCVN 5945‑2005)
Phân tích đa biến (multivariate analysis)	Sử dụng ANOVA để tối ưu tỷ lệ phối trộn	Xác định tỷ lệ phụ gia tối ưu cho cường độ nén ≥ 45 MPa
Đánh giá độc tính EPA‑1311	Phương pháp ngâm chiết nước/axit	Kiểm chứng an toàn môi trường của gạch cuối cùng

Khái niệm chính

• Bùn thải mạ điện: phụ phẩm rắn/ổn định chứa kim loại nặng và oxit kim loại.
• Phụ gia: cát (SiO₂ ≈ 100 %), cao lanh (Al₂O₃ ≈ 22 %), bột đá (CaCO₃ ≈ 85 %), tro bay (SiO₂ ≈ 70 %).
• ICP‑OES: công nghệ đo lượng kim loại bằng plasma, cho độ chính xác ± 0,01 %.

Phương pháp nghiên cứu

Giai đoạn	Dữ liệu / nguồn	Phương pháp	Thời gian
Thu thập mẫu	3 mẫu bùn (MB01‑MB03) từ các nhà máy Goshi‑Thăng Long, Yestech Vina, Sam Sung	Cầm mẫu theo TCVN 9466:2012/BKHCN, bảo quản ở 25 °C	2020
Phân tích vật liệu	ICP‑OES, XRF, XRD	Xác định hàm lượng Ni, Cr, Fe, oxit SiO₂, CaO	2 tháng
Thiết kế phối trộn	Thiết kế Taguchi (L9)	Thử nghiệm 9 phối trộn với tỉ lệ cement : bùn : cát = 30 : 40 : 30 (theo khối lượng)	1 tháng
Sản xuất gạch	Nung ở 800 °C, 1050 °C, 1125 °C trong 24 h	Đánh giá cường độ nén, uốn, hút nước, độ co ngót	2 tháng
Đánh giá môi trường	EPA‑1311, so sánh với QCVN 07:2009/BTNMT	Đo nồng độ Ni, Cr, Fe trong dung dịch chiết	1 tháng

Quy mô thí nghiệm (PTN)

• Số mẫu gạch: 45 viên (5 tỷ lệ phụ gia × 3 nhiệt độ × 3 mẫu bùn).
• Kích thước viên: 230 mm × 110 mm × 63 mm.
• Độ ẩm ban đầu: 22 % (được điều chỉnh bằng cân khô).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thành phần kim loại: Ni trung bình 20,3 %, Cr 4,34 %, Fe 2,34 % (bảng 1). Khi phối trộn với cement 30 % và cao lanh 20 %, hàm lượng Ni còn lại trong gạch sau nung 1125 °C giảm xuống < 0,4 %, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 5945‑2005.
2. Cường độ nén: Gạch nung ở 1125 °C, tỷ lệ Cement : Bùn : Cát = 30 : 40 : 30 cho cường độ 53,8 MPa – cao hơn 35 % so với gạch truyền thống (TCVN 6476‑1999).
3. Độ hút nước: Với phụ gia tro bay 15 % và cao lanh 10 %, độ hút giảm xuống 2,3 %, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6355‑2009 (< 3 %).
4. Độ co ngót: Khi nung ở 800 °C, tỷ lệ co ngót K ≈ 1,025; ở 1125 °C, K ≈ 1,015, cho phép kích thước gạch ổn định sau 6 tháng bảo quản.

Thảo luận kết quả

• Nguyên nhân giảm kim loại: Ở nhiệt độ 1125 °C, phản ứng tạo carbonate kim loại (Me(OH)₂ + H₂CO₃ → MeCO₃ + H₂O) giúp giam kim loại dưới dạng carbonate không tan, đồng thời cao lanh cung cấp Al³⁺ để tạo phức hợp nhờ hấp phụ mạnh.
• So sánh với nghiên cứu quốc tế: Kết quả năng suất Ni thu hồi ≈ 95 % tương đương với nghiên cứu của Nguyễn Thị Hà (2018), còn cường độ nén > 50 MPa vượt mức 45 MPa của Qian et al. (2006) trong việc dùng tro bay làm phụ gia.
• Ý nghĩa kinh tế: Thay thế 8 % bột đá bằng bùn thải giảm chi phí nguyên liệu khoảng 1.200 000 VND/tấn và giảm phát thải CO₂ tương đương 0,45 tấn mỗi tấn gạch.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng quy mô pilot (≥ 5 tấn bùn/tháng) – Đề xuất đầu tư thiết bị ổn định/đóng rắn tự động, giảm thời gian ủ từ 48 h xuống 12 h.
2. Tối ưu hoá tỷ lệ cement – Dựa trên mô hình ANOVA, cement ≤ 30 % vẫn đạt cường độ > 45 MPa; giảm cement sẽ giảm chi phí ≈ 15 % và lượng CO₂.
3. Áp dụng phụ gia địa phương – Ở các tỉnh miền Bắc, tro bay và cao lanh có sẵn, nên ưu tiên dùng tro bay ≥ 10 % để tăng cường độ nén + 5 MPa.
4. Triển khai hệ thống giám sát môi trường – Sử dụng sensor pH và EC trong quá trình ủ để đảm bảo pH ≈ 7, hạn chế rò rỉ kim loại.
5. Thúc đẩy chính sách hỗ trợ – Đề nghị Bộ Tài nguyên và Môi trường đưa “bùn thải mạ điện” vào danh mục phế thải có giá trị tái chế, tạo ưu đãi thuế cho các doanh nghiệp sử dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm đối tượng	Lợi ích thực tiễn	Ứng dụng cụ thể
Chuyên gia môi trường	Cập nhật phương pháp xử lý bùn nhẹ, giảm ô nhiễm kim loại	Đánh giá dự án khai thác bùn trong các khu công nghiệp
Kỹ sư xây dựng	Sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất gạch, bê tông	Thiết kế khối bê tông “green” cho công trình công cộng
Doanh nghiệp mạ điện	Giảm chi phí xử lý bùn lên tới 30 %	Áp dụng quy trình ổn định‑đóng rắn nội bộ
Cơ quan quản lý nhà nước	Cơ sở pháp lý để xây dựng tiêu chuẩn QCVN mới	Phát hành hướng dẫn thực hành “tận thu bùn thải”

Câu hỏi thường gặp

1. Bùn thải mạ điện có thực sự “nguy hại” không?

   Đúng. Bùn chứa Ni, Cr, Fe với hàm lượng lên tới 20 % Ni và 4 % Cr, đủ để vượt giới hạn an toàn nước uống (Ni < 0,5 mg/L).

2. Quy trình ổn định/đóng rắn có gây ra khí thải mới không?

   Không đáng kể. Phản ứng tạo carbonate và silicat tiêu thụ CO₂, trong khi khí thải chỉ gồm CO₂ < 0,2 % của tổng khối lượng.

3. Sản phẩm gạch có độ bền kéo tương đương gạch truyền thống?

   Vâng. Khi nung 1125 °C, cường độ uốn ≥ 6,5 MPa, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6477‑1999.

4. Chi phí đầu tư ban đầu cao, có nên triển khai?

   Đầu tư thiết bị ổn định (khoảng 5 tỷ VND) được hoàn vốn trong 3‑4 năm nhờ giảm chi phí nguyên liệu và phí xử lý bùn.

5. Sản phẩm có được chấp nhận trên thị trường xây dựng?

   Các tiêu chuẩn TCVN và QCVN đã được đáp ứng, và ccác nhà thầu lớn (ví dụ: Công ty Xây dựng Hà Nội) đã ký hợp đồng thí điểm.

Kết luận

• Đóng rắn bùn thải mạ điện bằng cement + cao lanh + tro bay giảm kim loại nặng < 0,5 % và cho cường độ nén > 50 MPaa.
• Chi phí nguyên liệu giảm 15‑20 %, đồng thời tiết kiệm năng lượng nhờ nhiệt độ nung tối ưu 1125 °C.
• Mô hình vòng khép mở ra cơ hội khai thác nguồn tài nguyên kim loại và giảm tải cho bãi chôn lấp.
• Khuyến nghị: triển khai dự án pilot, chuẩn hoá tiêu chuẩn QCVN và hỗ trợ chính sách để thúc đẩy quy mô công nghiệp.

“Bùn thải mạ điện là nguồn chất thải nguy hại, nhưng cũng là tài nguyên chưa khai thác đầy đủ.” – trích từ phần Mở đầu của luận văn.

---

Bài viết được tối ưu SEO với các từ khóa: tận thu bã thải, bùn thải mạ điện, vật liệu xây dựng, nghiên cứu thạc sĩ, công nghệ môi trường, xử lý bùn thải, nhằm tăng khả năng hiển thị trên các công cụ tìm kiếm và thu hút đối tượng quan tâm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về công nghệ mạ điện Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1805 bởi nhà hóa học Luigi V. Brugnatelli là phương pháp tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác. Tuy nhiên tại thời điểm đó người ta chưa quan tâm nhiều đến phát hiện của Luigi Brungnatelli mà mãi sau này, đến năm 1840, khi các nhà khoa học Anh đã phát minh ra phương pháp mạ vàng, mạ bạc với xúc tác kali xyanua và lần đầu tiên phương pháp mạ điện được đưa vào sản xuất với mục đích thương mại thì công nghiệp mạ chính thức phổ biến trên thế giới.

Sau đó là sự phát triển của các công nghệ mạ khác như: mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế kỷ XX được coi là bước ngoặc lớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử [32,33]. Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp hóa chất và sự hiểu biết sâu rộng về lĩnh vực điện hóa, công nghiệp mạ điện cũng phát triển tới mức độ tinh vi. Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như: ngành cơ khí chế tạo, sản xuất linh kiện điện tử, viễn thông,. Xét riêng cho khu vực Đông Nam Á, sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, một loạt các cơ sở mạ điện quy mô vừa và nhỏ đã phát triển mạnh mẽ và hoạt động một cách độc lập.

Sự phát triển lớn mạnh của những cơ sở mạ điện quy mô nhỏ này là do nhu cầu đáp ứng việc nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành công nghiệp vừa và nhẹ [32, 33]. Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, ngành công nghiệp mạ điện được hình thành từ khoảng 40 năm trước và đặc biệt phát triển mạnh trong giai đoạn những năm 1970 - 1980. Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tại một các độc lập hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng công ty cổ phần, công ty tư nhân và công ty liên doanh với nước ngoài. Các cơ sở này hầu hết có quy mô vừa và nhỏ, số ít có quy mô lớn, tập trung chủ yếu ở các tỉnh, thành phố lớn như: Hà Nội, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, TP.

Hồ Chú Minh, Bình Dương,… Các sản phẩm chủ yếu được mạ đồng, crom, kẽm, niken. Ngoài ra, các loại hình mạ điện đặc biệt như mạ cadimi, mạ thiếc, mạ chì, mạ sắt và mạ hợp kim cũng được phát triển để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp hiện đại [20]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Khái niệm công nghệ mạ điện Mạ điện là một công nghệ điện phân tạo ra lớp phủ lên bề mặt vật cần mạ.

Quá trình tổng quát [23]: - Trên anot xảy ra quá trình hòa tan (oxy hóa) kim loại anot: M – ne = Mn+ - Trên catot cation phóng điện thành nguyên tử kim loại mạ: Mn+ + ne = M Hình 1. Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm catôt, kim loại mạ gắn với cực dương anôt của nguồn điện trong dung dịch điện môi. Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e- trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại e- trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được mạ. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ.

Giới thiệu quy trình mạ điện Quy trình công nghệ mạ điện được chia thành 3 công đoạn chính [23]: - Quá trình xử lý bề mặt: Là quá trình làm bề mặt vật mạ có độ đồng đều, độ nhẵn cao, bóng sáng giúp lớp mạ bám chắc và đẹp. Có nhiều cách thực hiện như: mài (hạt mài, bánh mài, bột mài), đánh bóng (Cr2O3, vôi tôi, Al2O3), quay bóng, phun cát, chải sạch. - Quá trình mạ phủ kim loại: Vật cần mạ được gắn với cực âm (catot), kim loại mạ được gắn với cực dương (anot) của nguồn điện trong dung dịch điện môi. - Kiểm tra, sấy khô và đóng gói sản phẩm: Kiểm tra hình dáng bên ngoài, đo chiều dày lớp mạ, đo độ xốp lớp mạ, đo độ kín lớp nhôm oxit, đo độ bền ăn mòn của mạ kim loại, đo độ gắn bám của lớp mạ, đo độ cứng lớp mạ.

4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sơ đồ dây chuyền công nghệ mạ điện [9] 1. Các vấn đề liên quan đến môi trường của ngành công nghiệp mạ Nhìn chung, sau các công đoạn của quy trình mạ điện đều thải ra nhiều chất thải đi cùng với nước thải ra ngoài. Nước thải từ khâu sản xuất trong các xí nghiệp thường chia làm 2 loại: nguồn thải từ quá trình mạ và quá trình làm sạch bề mặt chi tiết.

Các nguồn thải theo từng công đoạn được thể hiện ở hình 1. Nước thải Nguồn nước thải từ khâu sản xuất của các xí nghiệp rất đa dạng và phức tạp, nó phụ thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, chất lượng sản phẩm.  Nước thải từ quá trình làm sạch bề mặt Trước khi mạ, bề mặt cần phải bằng phẳng, bóng và tuyệt đối sạch các chất dầu mỡ, màng oxit, như vậy lớp mạ mới có độ bám tốt, không xước, không sần sùi, bóng sáng đều và đồng nhất. Để sản phẩm có được lớp mạ sáng bóng, trước khi đem 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phôi đi mạ phủ kim loại thì cần phải qua các công đoạn gia công bề mặt như: mài thô, mài tinh, đánh bóng, quay bóng, tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ.

Các công đoạn trong quá trình làm sạch bề mặt phôi mạ đều có thể gây ô nhiễm môi trường trong đó công đoạn mài thô và mài tinh không sinh ra nước thải mà chỉ tạo ra bụi bột mài, bụi kim loại ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động. Nước thải sinh ra chủ yếu ở các công đoạn: - Quay bóng ướt: khi quay bóng tạo ra bột kim loại, axit sunfuaric và các chất hoạt động bề mặt. Các chất này bị cuốn trôi và hòa tan vào nước nên nước thải ra chứa axit, cặn kim loại. - Tẩy dầu mỡ: Thường sử dụng kiềm hoặc dùng chất tẩy rửa kim loại (Na2CO3, NaOH, Na3PO4, Na2SiO2.

Nước thải có chứa dầu mỡ, dung môi hữu cơ, cặn kim loại và có độ axit và kiềm cao. Tẩy gỉ: Dung dịch axit (HCl, H2SO4) và nước rửa trong công đoạn này tạo ra một lượng lớn nước thải [1,32].  Nước thải từ quá trình mạ Dung dịch trong bể mạ có thể bị rò rỉ, rơi vãi hoặc bám theo các gá mạ và các chi tiết ra ngoài. Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được vệ sinh.

Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưng chất ô nhiễm đa dạng, nồng độ chất ô nhiễm cao (như Cr6+, Ni2+, CN-, Zn2+,.  Nước rửa chi tiết sau mạ Chi tiết sau mạ được rửa bằng nước sạch để loại bỏ các dung dịch mạ còn dính lại. Nước thải trong công đoạn này chứa kim loại nặng có trong dung dịch mạ [1,32]. Khí thải và bụi Khí thải chủ yếu thường có ở các dạng: hơi axit (ở bể tẩy rỉ, bể tẩy điện hóa và bể nhúng axit hơi nhẹ), hơi kiềm (ở bể tẩy dầu mỡ hóa học), CxHy (ở bể tẩy dầu mỡ bằng dung môi), hơi CrO3, NiO (ở bể mạ),.

Các khí thải này phần lớn chúng nặng hơn không khí nên chúng làm tăng nồng độ chất thải độc hại trong phân xưởng, gây ô nhiễm khu vực làm việc cũng như vùng dân cư lân cận kề sát với cơ sở sản xuất. Khí thải phát sinh tại các bể mạ chủ yếu theo quá trình bay hơi nước kéo theo các oxit kim loại và hơi axit. Thực tế, khó có thể tính chính xác tải lượng, nồng độ của khí ô nhiễm vì chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố (tốc độ hút của quạt, nhiệt độ, cường độ dòng điện mạ.) vì vậy để quản lý được nguồn thải này người ta thường 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phải quy về từng khâu riêng biệt để đo đạc và tính toán theo các chỉ tiêu hao hụt, định mức. Chất thải rắn Chất thải rắn sinh ra từ công nghiệp mạ gồm: - Các bao bì đựng hóa chất khô (như túi nilon, bao giấy, bao tải.), các can đựng hóa chất lỏng …vv.

- Bùn thải theo chu kì trong một thời gian tại bể trung hòa axit nhẹ và bể mạ (oxit, hydroxit, muối của các kim loại tạo thành trong quá trình làm việc). Lượng bùn này tương đối lớn, thường theo nước thải ra ngoài. Tùy thuộc vào công nghệ mạ sẽ tạo ra những loại bùn khác nhau. Tuy nhiên các loại bùn thải này thường có tính độc hại cao vì nó thường chứa hỗn hợp các kim loại nặng kết tủa và các chất khác.

Tính đến năm 2009, ước tính mỗi ngày các thành phố lớn ở Việt Nam thải ra hơn 600 tấn bùn, trong đó có khoảng 30 tấn bùn thải mạ [19]. Tại Việt Nam, trong những năm gần đây lượng bùn thải mạ ngày càng gia tăng và đa dạng về chủng loại. Thành phần chính trong loại bùn thải này là các kim loại nặng như Cu, Cr, As, Ni, Cd, Cu,…có thể gây tổn hại cho môi trường và sức khỏe con người. Việc nghiên cứu xử lý và tận dụng các loại chất thải này còn chưa được thực hiện đầy đủ.

Các loại chất thải nguy hại được qui định xử lý, đổ thải chủ yếu theo phương pháp đóng rắn, chôn lấp, thiêu huỷ (khoảng 50% trong tổng số chất thải rắn phát sinh được xử lý bằng phương pháp chôn lấp không có kiểm soát). Tỷ lệ chất thải rắn được thu hồi để tái chế và sử dụng là 15-25% 1. Tình hình phát sinh bùn thải từ ngành công nghiệp mạ điện hiện nay Các loại bùn cặn chứa chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại thải ra từ các quá trình/hệ thống xử lý nước thải đang là vấn đề môi trường rất được quan tâm do việc đổ thải không an toàn. Các chất thải này là nguyên nhân gây ô nhiễm cho môi trường tiếp nhận (nước, đất,…), lan truyền và thông qua chuỗi thức ăn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người.

Ngành công nghiệp mạ điện là một ngành công nghiệp năng động, nó đóng vai trò quan trọng giúp thúc đẩy phát triển các ngành công nghiệp hiện đại. Công nghiệp mạ điện thường tạo ra một lượng nước thải chứa hàm lượng kim loại cao.