PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI

Kim loại nặng trong nước thải là một trong nhiều yếu tố cần phải quan tâm khi lắp đặt hệ thống xử lý. Nước chứa nhiều kim loại nặng gây nhiều ảnh hưởng xấu tới môi trường.Các quy trình đổi mới trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng thường liên quan tới các công nghệ giảm thiểu độc tính. Để đáp ứng các tiêu chuẩn xử lý dựa trên công nghệ, bài viết này đưa ra các phương pháp và kỹ thuật xử lý khác nhau.

Thực trang hiện nay về kim loại trong nước thải
Kim loại nặng gây ảnh hưởng tới sức khỏe sinh vật sống
Tại bất kỳ lĩnh vực nào khi sử dụng nước làm chất dung môi cũng thải ra lượng lớn kim loại. Đặt biệt là nước thải ngành công nghiệp. Các chất kim loại nặng đó như Cd, Cr, Cu, Ni, As, Pb và Zn. Do khả năng hòa tan cao trong môi trường nước. Các kim loại nặng có thể được hấp thụ bởi các sinh vật sống. Khi xâm nhập vào chuỗi thức ăn, nông độ lớn các kim loại nặng có thể tích tụ trong cơ thể con người. Trong trường hợp quá nồng độ cho phép, chúng sẽ gây ra các rối loạn sức khỏe nghiêm trọng. Vì vậy,cần xử lý nước thải nhiễm kim loại trước khi thải ra môi trường.

Nguồn phát sinh
Các dòng nước thải có chứa kim loại nặng được phát sinh từ các lĩnh vực khác nhau. Quá trình mạ điện và xử lý bề mặt kim loại tạo ra 1 lượng đáng kể nước thải chứa kim loại nặng. Như Cadmimum, kẽm, chì, crom, niken, đồng, vanadi, bạch kim, bạc và titan. Các công việc thực hiện thường là mạ điện, lắng động không điện, chuyển đổi lớp phủ, làm sạch anodizing, phay và khắc.

Một nguồn chất thải kim loại nặng đáng kể khác là sản xuất bảng mạch. Các tấm hàn thiếc, chì, niken và những tấm phủ chịu lực được sử dụng rộng rãi nhất.
Các nguồn khác bao gồm: ngành công nghiệp chế biến gố. Nơi xử lý gỗ bằng đồ arcen mạ crom tạo ra. Sản xuất màu vô cơ có chứa hợp chất crom và cadimi sulfua. Tất cả máy phát điện tạo ra 1 lượng lớn nước thải, cặn và bùn. Đều được phân loại là chất thải nguy hại cần xử lý rộng rãi.
Độc tính
Kim loại nặng gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe. Bao gồm: giảm tốc độ tăng trưởng và phát triển, ung thư, tổn thương cơ quan, hệ thần kinh và thậm chí là tử vong. Tiếp xúc với 1 số kim loại như thủy ngân và chỉ. Cũng gây ra sự phát triển tự miễn dịch. Khiến hệ thống miễn dịch của con người tự tấn công chính tế bào trong cơ thể.
Các bệnh viêm khớp dạng thấp, các bệnh về thận, hệ tuần hoàn, hệ thần kinh và tổn thương não thia nhi. Ở liều cao hơn, kim loại nặng có thể gây tổn thương não không thể hồi phục.

Loại bỏ kim loại nặng trong nước thải bằng kết tủa hóa học và trao đổi ion
Các quy định về nước thải được thiết lập để giảm thiểu sự tiếp xúc của con người và môi trường với các chất độc hại. Điều này bao gồm các giới hạn về loại và nồng độ kim loại nặng có trong nước thải. Các quy trình thông thường để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải bao gồm: kết tủa hóa học,tuyển nổi, hấp thụ, trao đổi ion và lắng động điện hóa.
Kết tủa hóa học
Đay là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải vô cơ. Cơ chế của khái niệm kết tủa hóa học thể hiện ở phương trình sau:
M²⁺+ 2(OH)^- <--> M(OH)₂kết tủa
Trong đó, M²⁺ và OH^- lần lượt đại diện cho các ion kim loại hòa tan và các chất kết tủa. Trong khi M(OH)₂ là hydroxide kim loại không tan. Điều chỉnh pH về diều kiện cơ bản (pH 9 - 11) là thông số chính giúp cải thiện đáng kể việc loại bỏ kim loại nặng băng kết tủa hóa học. Vôi và đá vôi là những tác nhân kết tủa được sử dụng phổ biến nhất do tính sẵn có và chi phí thấp ở hầu hết các nơi.
Kết tủa vôi có thể sử dụng để xử lý hiệu quả nước thải vô cơ có nồng độ kim loại cao hơn 1000mg/L. Các ưu điểm khác và việc sử dụng kết tủa vôi bao gồm quy trình đơn giản. Yêu cầu thiết bị rẻ tiền và hoạt động thuận tiện, an toàn.
Tuy nhiên, quá trình kết tủa hóa học cần 1 lượng lớn hóa chất để khử kim loại đến mức chấp nhận được. Những hạn chế khác là sản xuất quá nhiều bùn. Đòi hỏi phải xử lý thêm. Kết tủa kim loại chậm, lắng kém, kết tụ các kết tủa kim loại và tác động lâu dài của việc xử lý bùn.
Trao đổi ion
Trao đổi ion là phương pháp khác sử dụng thành công trong công nghiệp loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải. Chất trao đổi ion là chất rắn có khả năng trao đổi cation hoặc anion từ các vật liệu xung quanh. Vật liệu thường được sử dụng để trao đổi ion là ion hữu cơ tổng hợp.
Nhược điểm của phương pháp này là không thể xử lý dung dịch kim loại đậm đặc vì chất nền dễ bị bám bẩn bởi các chất hữu cơ và các chất rắn khác trong nước thải. Hơn nữa, trao đổi ion là không chọn lọc. Và rất nhạy cảm với nồng độ pH của dung dịch.
Thu hồi điện phân hay thắc điện là 1 trong nhiều công nghệ được sử dụng để loại bỏ kim loại khỏi nước. Quá trình này sử dụng điện cho chạy qua dung dịch nước mang kim loại chứa 1 cực âm và 1 cực dương khọng tan. Các ion kim loại mang điện tích dương sẽ bám vào các cực điện tích âm. Để lại cặn kim loại có thể tách rời và phục hồi được.
Nhược điểm đáng chú ý là sự ăn mòn có thể trở thành 1 yếu tố hạn chế đáng kể. Các điện cực sẽ thường xuyên phải được thay thế.
Phương pháp hấp phụ loại bỏ kim loại trong nước thải
Hấp phụ là sự chuyển đổi các ion từ nước vào đất. Tức là từ pha lỏng sang pha rắn. Sự hấp phụ thực sự mô tả 1 nhóm các quá trình. Bao gồm các phản ứng hấp phụ và kết tủa. Gần đây, hấp phụ đã trở thành 1 trong những kỹ thuật xử lý thay thế cho nước thải chứa nhiều kim loại nặng.
Về cơ bản, hấp phụ là một quá trình chuyển khối. Trong đó, 1 chất được chuyển từ pha lỏng sang phá rắn. Và bị ràng buộc bởi các tương tác vật lý hoặc hóa học. Các chất hấp phụ chi phí thấp khác nhau. Nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, phụ phẩm công nghiệp, vật liệu tự nhiên hoặc chất tạo màng sinh học biến tính. Đã được phát triển và ứng dụng để loại bỏ kim loại nặng từ nước thải.
Nội dung, có 3 bước chính liên quan đến quá trình hấp thụ ô nhiễm lên chất hấp thụ rắn. Đó là:
- Vận chuyển chất ô nhiễm từ dung dịch dạng khối đến bề mặt chất hấp thụ.
- Sự hấp thụ bề mặt hạt.
- Vận chuyển bên trong hạt chất hấp thụ.
Khả năng ứng dụng kỹ thuật và hiệu quả về chi phí là những yếu tố chính đóng vai trò quan trọng trong việc chọn hấp thụ phù hợp nhất trong xử lý nước thải vô cơ.
Các phương pháp hấp phụ trên từng loại vật liệu
- Hấp phụ trên các vật liệu tự nhiên biến đổi
- Hấp phụ trên các sản phẩm phụ công nghiệp
- Hấp phụ trong nông nghiệp biến đổi và chất thải sinh học (hấp thụ sinh học)
- Hấp phụ trên các chất tạo màng sinh học và hydrogel đã biến đổi