Quy Trình Khử Chromium VI (Cr6+) Trong Nước Thải Xi Mạ Bằng Dung Dịch FeCl2 | Lộc Thiên
Tóm tắt nội dung
Khử Chromium VI (Cr6+) trong nước thải xi mạ bằng FeCl2 là phương pháp hóa lý phản ứng khử - ôxy hóa chuẩn công nghiệp, chuyển hóa các ion crom hóa trị 6 độc hại cao (Cr6+, gốc Dichromate Cr2O7²⁻, CAS 1333-82-0) thành dạng crom hóa trị 3 kém độc (Cr3+) trước khi kết tủa ở môi trường kiềm. Sử dụng dung dịch FeCl2 15–30% (Sắt II Clorua, công thức FeCl2, MW 126.75 g/mol, CAS 7758-94-3) cho tốc độ phản ứng tức thì ở pH 2.0–3.0, tỷ lệ tiêu hao thấp (thực tế 8–10 kg FeCl2 nguyên chất / 1 kg Cr6+) và tiết kiệm tới 35–45% chi phí hóa chất so với phương pháp dùng muối phèn sắt FeSO4 hay Sodium Bisulfite.
- Phản ứng hoàn toàn ở pH axit (pH 2.0 – 3.0): Ion Fe²⁺ nhường electron khử Cr⁶⁺ thành Cr³⁺ trong chưa đầy 5 phút.
- Kết tủa đôi triệt để: Nâng pH lên 8.5–9.5 bằng NaOH 50% tạo kết tủa đồng thời Cr(OH)3 và Fe(OH)3 lắng cực nhanh.
- Nguồn dung dịch FeCl2 chuẩn B2B từ Lộc Thiên: Nồng độ ổn định, không đọng cặn, cấp bằng xe bồn 24 tấn hoặc phuy HDPE 200L.
1. Độc tính của Chromium VI và Yêu cầu xả thải khắt khe ngành Xi Mạ
Nước thải xi mạ crom (mạ trang trí, mạ crom cứng, thụ động hóa bề mặt) chứa hàm lượng crom hóa trị 6 (Cr6+) rất cao, thường từ 50 đến 500 mg/L. Cr6+ là tác nhân gây ung thư mạnh, ăn mòn tế bào da và biến đổi gen sinh học.
Theo chuẩn môi trường QCVN 40:2011/BTNMT (Cột A) và QCVN 07:2009/BTNMT, nồng độ Cr6+ cho phép xả ra nguồn tiếp nhận không được vượt quá 0.1 mg/L, và Tổng Crom (Total Cr) ≤ 0.5 mg/L. Vì vậy, công đoạn khử Cr6+ thành Cr3+ là mắt xích quan trọng nhất trong ETP xi mạ.
2. Phương trình Hóa học & Cơ chế Phản ứng Khử Cr6+ bằng FeCl2
Trong môi trường axit, phản ứng giữa dung dịch Sắt (II) Clorua (FeCl2) và Acid Chromic diễn ra theo phương trình ion thu gọn:
$$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 6\text{Fe}^{2+} + 14\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 6\text{Fe}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$$
Phương trình phân tử với Axit HCl:
$$\text{H}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 6\text{FeCl}_2 + 12\text{HCl} \rightarrow 2\text{CrCl}_3 + 6\text{FeCl}_3 + 7\text{H}_2\text{O}$$
Phân tích tỷ lệ định lượng (Stoichiometry):
- Theo lý thuyết: Để khử 1 mol Cr6+ ($52\text{ g}$) cần 3 mol Fe2+ ($3 \times 55.85 = 167.55\text{ g Fe2+}$), tương đương $380.25\text{ g FeCl2}$ khan. Tỷ lệ khối lượng lý thuyết là 7.31 g FeCl2 nguyên chất / 1 g Cr6+.
- Trong thực tế vận hành ETP: Do ảnh hưởng của oxy hòa tan trong nước làm tiêu hao một phần Fe2+, liều dư an toàn là 8.5 – 10.0 g FeCl2 khan / 1 g Cr6+ (tương đương khoảng $30 – 35\text{ ml}$ dung dịch FeCl2 25% cho $1\text{ g Cr6+}$).
3. Bảng thông số kỹ thuật Hóa chất dùng trong Quy trình Khử Cr6+
| Thông số kỹ thuật | Dung dịch FeCl2 (Sắt II Clorua) | Axit HCl 32% (Điều chỉnh axit) | NaOH 50% (Kết tủa hydroxit) |
|---|---|---|---|
| Công thức hóa học | FeCl2 | HCl | NaOH |
| Khối lượng phân tử (MW) | 126.75 g/mol | 36.46 g/mol | 39.997 g/mol |
| Số CAS | 7758-94-3 | 7647-01-0 | 1310-73-2 |
| Hàm lượng thương mại | 15% – 30% w/w | 31% – 33% w/w | 48% – 50% w/w |
| Tỷ trọng (25°C) | 1.25 – 1.35 g/mL | 1.16 – 1.18 g/mL | 1.50 – 1.53 g/mL |
| Vai trò trong ETP Xi mạ | Chất khử chính nhường e- | Hạ pH về 2.0-2.5 cho phản ứng | Nâng pH lên 8.5-9.0 kết tủa |
4. Quy trình Vận hành Khử Cr6+ Xi mạ 4 Bước chuẩn SOP
-
Bước 1: Thu gom riêng nước thải chứa Crom & Điều chỉnh pH Axit
Nước thải rửa chứa Crom từ dây chuyền mạ được đưa vào Bể Phản Ứng Cr6+ riêng biệt (không trộn chung với dòng nước thải xyanua hay kiềm). Bật cánh khuấy, châm Axit HCl 32% tự động qua máy đo pH-controller để duy trì pH ổn định ở mức 2.0 – 2.5.
-
Bước 2: Châm Dung dịch FeCl2 & Kiểm soát Phản ứng qua Chỉ số ORP
Bơm định lượng châm dung dịch FeCl2 25% vào bể phản ứng. Kiểm soát lượng châm bằng máy đo điện thế oxy hóa - khử (ORP Meter). Khi ion Cr6+ được khử hoàn toàn thành Cr3+, chỉ số ORP sẽ giảm từ $+500\text{ mV}$ xuống dải $+250\text{ mV} \div +300\text{ mV}$. Thời gian lưu duy trì 15–20 phút.
-
Bước 3: Trung hòa nâng pH Kết tủa Hydroxit kim loại
Nước thải tự chảy sang Bể Trung Hòa. Bơm định lượng châm dung dịch NaOH 50% (hoặc sữa vôi Ca(OH)2) để nâng pH lên 8.5 – 9.0. Tại dải pH này, các ion kim loại chuyển thành dạng hydroxit kết tủa không tan:
$$\text{Cr}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Cr}(\text{OH})_3 \downarrow \quad (\text{Kết tủa xám xanh})$$
$$\text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe}(\text{OH})_3 \downarrow \quad (\text{Kết tủa đỏ nâu})$$
-
Bước 4: Keo tụ tạo bông & Tách bùn lắng
Châm 1–2 ppm Polymer Anion tại bể tạo bông. Các bông cặn Cr(OH)3 và Fe(OH)3 liên kết dính kết với nhau lắng cực nhanh tại Bể Lắng Kim Loại. Nước trong đạt chuẩn xả thải chuyển sang bể trung gian, bùn cặn dưới đáy bể được bơm sang máy ép bùn khung bản.
5. FAQ - Câu hỏi thường gặp về Khử Cr6+ bằng FeCl2
1. Vì sao dùng FeCl2 dạng dung dịch lại lợi hơn muối FeSO4 dạng tinh thể?
Dung dịch FeCl2 25% dạng lỏng được châm trực tiếp qua bơm định lượng, không tốn nhân công bốc vất và thời gian hòa tan như muối FeSO4.7H2O hạt khô. Ngoài ra, ion Cl⁻ không gây đóng cặn đường ống như ion gốc Sulfate SO4²⁻.
2. Chỉ số ORP bao nhiêu thì đảm bảo Cr6+ đã được khử sạch 100%?
Với phản ứng dùng FeCl2 ở pH 2.0–2.5, khi giá trị ORP đạt từ +250 mV đến +300 mV (so với cực tham chiếu Ag/AgCl), hàm lượng Cr6+ trong nước đã hạ xuống dưới 0.05 mg/L, đạt an toàn tuyệt đối trước khi sang bể trung hòa.
3. Lộc Thiên đóng gói và giao dung dịch FeCl2 khử Cr6+ như thế nào?
Lộc Thiên phân phối dung dịch FeCl2 nồng độ 15–30% đóng phuy HDPE 200L (250 kg), tank IBC 1000L (1.3 tấn) hoặc giao trực tiếp bằng xe bồn 10–24 tấn trang bị máy bơm hút xả tận kho chứa nhà máy dệt nhuộm / xi mạ.
Tham khảo thêm các bài viết chuyên sâu về ứng dụng xi mạ: FeCl2 xi mạ khử Cr6+ và giải pháp lựa chọn hóa chất: so sánh FeCl2 vs FeSO4 vs PAC trong ETP.
📖 Xem thêm: FeCl2 Xử Lý Nước Thải — toàn tập | FeCl2 xi mạ
