1. Trang chủ >
  2. Cao đẳng - Đại học >
  3. Chuyên ngành kinh tế >

Hình 1.1: Cơ chế của quá trình đông keo tụ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.81 MB, 82 trang )


Fe2(SO4)3.nH2O, FeCl.6H2O, FeClSO4. Tuy nhiên muối nhôm và sắt khi cho trực

tiếp sẽ bị thủy phân tạo thành các oxo-hydroxid tan và khơng tan đồng thời kèm

theo sự giải phóng proton làm giảm pH của môi trường, do vậy để khắc phục hạn

chế này người ta đang tìm ra một loại polyme vô cơ mới để thay thế như: Đầu tiên

là PAC (polyaluminium chloride) và PEC (polyferric chloride). Các thử nghiệm đều

cho thấy cả PAC và PFC đều đạt hiệu quả xử lý cao về độ đục, kim loại nặng, COD

và đều cho thấy khả năng xử lý trội hơn khi ở nhiệt độ thấp và trong việc xử lý nước

thải. Sau đó là sự ra đời của một số sản phẩm mới như: PAS (polyaluminium sulfat),

PASS



(polyaluminium



silicate



sulfat),



PFS



(polyferric



sulfat),



PAFS



(polyaluminium ferric sulfat).

Một số chất keo tụ hữu cơ (Polyelectrolytes): gồm hai loại là polyme tổng

hợp và polyme tự nhiên.

Polyme tự nhiên: tinh bột, xenlulozo...

Polyme tổng hợp: polyme mạch thẳng, tan trong nước có 3 dạng cation, anion, và

không ion như: polyacrylamit, polyacrylic, polystiren...

Trong hai loại polyme tổng hợp và polyme tự nhiên được sử dụng thì polyme

tổng hợp có hiệu quả cao hơn nhiều so với polyme tự nhiên do khả năng kết nối của

polyme tổng hợp với các chất trong nước hiệu quả hơn, dễ kiểm soát trọng lượng

phân tử, cũng như bản chất và hàm lượng ion trong polyme.

Đây là phương pháp khả thi về mặt kinh tế. Tuy nhiên nó khơng xử lí được

tất cả các loại chất rắn lơ lửng mà khả năng keo tụ không tốt, không kết lắng dễ

dàng, bông cặn chất lượng thấp, chất rắn lơ lửng mà có hoạt tính khó xử lý bằng các

tác nhân keo tụ thơng thường và còn ít được ngiên cứu. Bên cạnh đó phương pháp

keo tụ cũng tạo ra một lượng bùn thải lớn và không làm giảm tổng chất rắn hòa tan

nên gây khó khăn cho tuần hồn nước.



b. Phương pháp kết tủa [11]



Lớp KTMT 2012B



6 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường



Xử lý kim loại bằng phương pháp kết tủa là phương pháp phổ biến và thông

dụng nhất ở Việt Nam hiện nay. Với ưu điểm là rẻ tiền, khả năng xử lí nhiều kim

loại trong dòng thải cùng một lúc và hiệu quả xử lý kim loại nặng ở mức chấp nhận

được thì phương pháp này đang là lựa chọn số một cho các nhà máy công nghiệp ở

Việt Nam.

Nguyên tắc của phương pháp

Mn+ +Am =MmAn↓ (kết tủa)

Kết tủa tạo thành khi:

[M] m.[A] n ≥ Tt MA

Trong đó :

Mn+ : ion kim loại

Tt



Am- : tác nhân gây kết tủa



: tích số tan.



Trong phương pháp này người ta có thể sử dụng nhiều tác nhân để tạo kết

tủa như: S2-, SO42-, PO43-, Cl-, OH- ... nhưng trong đó S2-, OH- được sử dụng nhiều

nhất vì nó có thể tạo kết tủa dễ dàng với hầu hết các kim loại, còn các ion PO 43-,

SO42-, Cl-... chỉ tạo kết tủa với một số các ion kim loại nhất định do vậy chúng chỉ

được dùng khi dòng thải chứa đơn kim loại hoặc một vài kim loại nhất định.

Đối với mỗi kim loại khác nhau có pH thích hợp để kết tủa khác nhau tùy

thuộc vào khả năng tạo kết tủa của M(OH) n và tùy thuộc vào nồng độ các kim loại

có trong nước thải cần xử lý.

Trong nước thải các kim loại thường tồn tại dưới dạng ion ở nhiều dạng khác

nhau, có những hợp chất hoặc chất dễ kết tủa nhưng có những chất khó kết tủa hoặc

cực độc hại như các hợp chất của Cr 6+ thì ta phải tiến hành xử lý biến đổi các chất

đó về dạng ít độc hơn và dễ kết tủa hơn

Ngoài ra để xử lý kim loại nặng trong nước bằng phương pháp kết tủa có

hiệu quả thì ta cần phải chuyển các kim loại khó có khả năng kết tủa với tác nhân



Lớp KTMT 2012B



7 Viện Khoa học và Cơng nghệ Mơi trường



kết tủa đồng thời có tính cực độc về dạng dễ kết tủa hơn và ít độc hơn bằng cách sử

dụng các tác nhân oxi hóa-khử.

M (hóa trị n) + tác nhân oxi hóa (khử) = M (hóa trị m) + chất mới (nếu có)

M: kim loại dưới dạng hợp chất hoặc ion

Một số tác nhân oxi hóa hay dùng như : clo, oxi, peoxit,.. hoặc tác nhân khử

như: Na2SO3, FeSO4,… để oxi hóa - khử các chất ơ nhiễm thành dạng ít ơ nhiễm

hoặc không ô nhiễm.

Ưu nhược điểm của phương pháp

* Ưu điểm:

+ Đơn giản, dễ sử dụng

+ Rẻ tiền, nguyên vật liệu dễ kiếm

+ Xử lý được cùng lúc nhiều kim loại

+ Áp dụng cho các nhà máy có quy mơ lớn.

* Nhược điểm:

+ Với nồng độ kim loại cao thì phương pháp này xử lý không triệt để

+ Tạo ra bùn thải kim loại

+ Tốn kinh phí vận chuyển, chơn lấp khi đưa bùn thải đi xử lý

+ Khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa là OH - thì khó điều chỉnh pH đối với nước thải

có chứa kim loại nặng lưỡng tính như Zn

c. Phương pháp trao đổi ion [30]

Phương pháp trao đổi ion là một trong những phương pháp phổ biến để xử lý

các ion kim loại nặng trong nước thải như : Ni 2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+... Phương

pháp này khá hiệu quả trong việc xử lý kim loại nặng đặc biệt là có thể thu hồi hiệu

quả một số kim loại có giá trị. Q trình trao đổi ion diễn ra giữa hai pha lỏng - rắn,

giữa các ion có trong dung dịch và các ion có trong pha rắn.



Lớp KTMT 2012B



8 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường



Nguyên tắc của phương pháp

Trao đổi cation

RA + B+ = RB + A+

Đối với trao đổi kim loại thì B+ là các ion kim loại như: Ni2+, Cu2+, Cr3+, Fe2+...

Trao đổi anion

RA + B- = RB + AĐối với trao đổi kim loại nặng thì B- có thể là: Cr2O72- , MoO42- ....

Khi kim loại nặng tiếp xúc với chất trao đổi ion thì sẽ xảy ra quá trình trao

đổi ion giữa dung dịch và chất trao đổi ion.

Quá trình tái sinh

Các cation được tái sinh bằng dung dịch kiềm, và sau đó cũng được nạp điện

tích bằng muối ăn NaCl, lúc đó các ion Cl - sẽ thay thế các ion OH - đẩy các ion OHvào dung dịch.

Ưu nhược điểm của phương pháp

* Ưu điểm:

+ Khả năng trao đổi ion lớn, do vậy xử lý rất hiệu quả đối với kim loại nặng. Đây là

một trong những phương pháp tốt nhất trong xử lý kim loại nặng.

+ Đơn giản, dễ sử dụng.

+ Thích hợp để xử lý nước thải có chứa nhiều hơn một kim loại.

+ Khơng gian xử lý nhỏ.

+ Có khả năng thu hồi các kim loại có giá trị.

+ Khơng tạo ra chất thải thứ cấp.



Lớp KTMT 2012B



9 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường



* Nhược điểm:

+ Đắt tiền, đặc biệt là đối với các nhà máy có quy mơ lớn, lượng nước thải nhiều thì

phương pháp này đòi hỏi chi phí khá lớn.

d. Phương pháp điện hóa [18]

Ngun tắc chung của phương pháp điện hóa trong xử lý nước thải nói chung

và nước thải chứa kim loại nói riêng là sử dụng q trình oxi hóa ở cực anot và khử

ở cực catot, đông tụ, điện kết tủa... khi cho dòng điện một chiều đi qua 2 cực anot

và catot.

Nguyên tắc chung

Cơ chế chung của q trình điện hóa như ta đã biết là sử dụng dòng điện một

chiều, quá trình oxi hóa và khử sẽ xảy ra ở anot và catot.

- Ở anot : trên anot xảy ra quá trình oxi hóa anion hoặc OH - hoặc chất làm

anot.

+ Nếu thế phóng điện của anion và OH - lớn hơn thế cân bằng của kim loại

làm anot thì anot sẽ tan ra ( quá trình này sẽ được ứng dụng trong phương pháp

đơng tụ điện hóa)

Mr – ne = Mn+

+ Trong trường hợp ngược lại anot không tan, khi đó ở anot sẽ xảy ra q trình

oxi hóa của anion hoặc OH+ Thường thì thứ tự phóng điện của các anion như sau: đầu tiên là các anion

không chứa oxi S2-, I-, Br-, Cl- ... sau đó đến OH- và cuối cùng là anion chứa oxi.

+ Anot thường làm bằng các vật liệu khơng hòa tan, và có tính chất điện phân

như: graphit, macnetit, dioxyt mangan...

- Ở catot: khi cho dòng điện chạy qua dung dịch thì cation và H + sẽ tiến về bề

mặt catot. Nếu thế phóng điện của cation lớn hơn của H + thì cation sẽ thu electron

của catot chuyển thành các ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực.



Lớp KTMT 2012B



10 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường



Mn+ + me = Mn-m ( n >m)

Mn+ + ne = Mr

Ngược lại thì :



2H3O+ +2e = H2 + 2H2O



+ Catot thường được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay

Niken, từ than chì (graphit), thép khơng rỉ, và các kim loại khác được phủ lớp

molipden, vonfram hay hợp chất của chúng.

+ Trong quá trình sử dụng phương pháp điện hóa ta cũng cần phải chú ý tới

quá thế, đặc biệt là quá thế của hidro. Quá thế của hidro phụ thuộc vào nhiệt độ T,

mật độ dòng, bản chất của chất làm điện cực, trạng thái bề mặt điện cực... nên nếu

ta biến đổi các yếu tố này thì thứ tự phóng điện của các ion có thể thay đổi.

Ưu nhược điểm của phương pháp

* Ưu điểm:

+ Đơn giản, dễ sử dụng.

+ Dễ cơ giới và tự động hóa.

+ Khơng sử dụng hóa chất

* Nhược điểm:

+ Chỉ xử lý nước thải có nồng độ cao

+ Mặc dù hiệu suất đạt được tới 90% hoặc lớn hơn nhưng nồng độ kim loại vẫn còn

cao

+ Tiêu hao năng lượng điện lớn

e. Phương pháp điện thẩm tách [18]

Thực chất của phương pháp này là sự kết hợp giữa phương pháp màng và

phương pháp điện hóa.

Điện thẩm tách được thực hiện bằng cách đặt các cặp màng còn tính chọn

lọc với caion và anion, theo thứ tự, luân phiên nhau theo dòng điện.



Lớp KTMT 2012B



11 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường



Đặt dòng điện một chiều vào 2 cực anot và catot, lúc đó các ion mang điện

tích dương sẽ đi về hướng catot đi qua màng trao đổi cation, còn các anion đi qua

màng trao đổi với anion về hướng anot.

Quá trình diễn ra như vậy sẽ làm cho khoang muối chứa kim loại ban đầu sẽ

dần giảm còn khoang bên cạnh nồng độ muối sẽ tăng lên. Như vậy có thể làm đặc

nồng độ muối kim loại ở khoang bên cạnh để thu hồi lại, còn nồng độ kim loại nặng

trong nước thải xử lý giảm.

Ưu nhược điểm của phương pháp

* Ưu điểm:

+ Khơng sử dụng hóa chất

+ Có thể thu hồi kim loại quý hiếm

+ Không thải ra chất ơ nhiễm thứ cấp

* Nhược điểm:

+ Chi phí cao

+ Xứ lý không hiệu quả đối với các kim loại có hóa trị lớn, do vậy xử lý kim loại

nặng kém, chỉ ứng dụng để xử lý nước mặn thành nước ngọt

+ Tốn điện năng

f. Phương pháp hấp phụ [31]

Hấp phụ là q trình hút khí, hơi hoặc chất hòa tan trong chất lỏng lên bề mặt

chất rắn xốp gọi là quá trình hấp phụ

Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong

xử lý nước thải nói chung và nước thải chứa kim loại nói riêng. Phương pháp hấp

phụ được sử dụng khi xử lý nước thải chứa hàm lượng chất độc hại không cao. Quá

trình hấp phụ kim loại nặng xảy ra giữa bề mặt chất lỏng của dung dịch chứa kim

loại nặng và bề mặt rắn.



Lớp KTMT 2012B



12 Viện Khoa học và Công nghệ Mơi trường



Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loại vật liệu có khả năng hấp phụ kim loại

nặng như: than hoạt tính, than bùn, các loại vật liệu vô cơ như: oxit sắt, oxit

mangan, tro bay, xỉ than, các vật liệu polyme hóa học hay polyme sinh học.

Nguyên tắc quá trình hấp phụ

Trong hấp phụ thường diễn ra 2 kiểu hấp phụ:

+ Hấp phụ vật lý: được thực hiện bởi các tương tác yếu và thuận nghịch giữa

các phân tử và các tâm hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính

+ Hấp phụ hóa học: được thực hiện bởi các liên kết hóa học.

Q trình hấp phụ vật lý đối với chất hấp phụ và các ion kim loại nặng trong

nước thường xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion kim loại này với các tâm hấp

phụ. Mối liên kết này thường là yếu và không bền. Tuy nhiên chính vì vậy mà q

trình giải hấp phụ để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và thu hồi các kim loại diễn ra

thuận lợi.

Quá trình hấp phụ hóa học xảy ra nhờ các phản ứng tạo liên kết hóa học giữa

ion kim loại nặng và các nhóm chức của tâm hấp phụ, thường là các ion kim loại

nặng phản ứng tạo phức với các nhóm chức trong chất hấp phụ. Mối liên kết này

thường là rất bền và khó bị phá vỡ, do vậy gây khó khăn cho quá trình giải hấp phụ.

Quá trình hấp phụ được thực hiện cho đến khi chất hấp phụ bão hòa thì

người ta tiến hành quá trình nhả hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ và đôi khi là để

thu hồi các chất có giá trị.

Ưu nhược điểm của phương pháp

* Ưu điểm:

+ Xử lý hiệu quả kim loại nặng ở nầng độ thấp

+ Đơn giản, dễ sử dụng

+ Có thể nhả hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ



Lớp KTMT 2012B



13 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường



* Nhược điểm:

+ Thường chỉ áp dụng cho xử lý kim loại ở nồng độ thấp

+ Chi phí xử lý vẫn còn cao

1.1.2.2. Xử lý ơ nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp sinh học [16]

Phương pháp sinh học là một trong những phương pháp đầy hứa hẹn mang

lại nhưng hiệu quả tích cực cho việc xử lý kim loại nặng. Đặc biệt tại Việt Nam

ngày càng có nhiều hơn các cơng trình ngiên cứu về ứng dụng của phương pháp

sinh học trong xử lý nước thải có chứa kim loại nặng. Sở dĩ phương pháp sinh học

đang ngày càng được quan tâm bởi vì những ưu điểm nổi trội của nó so với các

phương pháp khác như: tính gần gũi với tự nhiên, ít tạo ra các ơ nhiễm thứ cấp, đặc

biệt là rẻ tiền vì có thể tận dụng các loài sinh vật trong tự nhiên. Nhiều các loài sinh

vật trong tự nhiên đã được các nhà khoa học phát hiện và ứng dụng trong xử lý

nước thải kim loại.

Nguyên tắc chung

Hiện nay, phương pháp sinh học xử lý nước thải có chứa kim loại nặng có 2

phương pháp xử lý chính:

+ Hấp thu sinh học: Phương pháp hấp thu sinh học là phương pháp sử dụng các loài

sinh vật trong tự nhiên hoặc các loại vật chất có nguồn gốc sinh học có khả năng

giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận vào bên trong các tế bào của chúng các kim loại

nặng độc hại, khi mà đưa chúng vào mơi trường nước thải có chứa kim loại nặng.

Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều lồi sinh vật có khả năng hấp thụ các kim loại

như thực vật thủy sinh, bèo lục bình, rong đi chó, bèo tấm, bèo ong, các lồi tảo,

vi tảo, nấm ...

+ Chuyển hóa sinh học : xử lý kim loại nặng bằng phương pháp chuyển hóa sinh

học có thể theo hai cách sau:

Các vi sinh vật (enzyme) trực tiếp chuyển hóa các kim loại nặng ở dạng độc

về dạng ít độc hơn hoặc không độc.



Lớp KTMT 2012B



14 Viện Khoa học và Cơng nghệ Mơi trường



Người ta có thể sử dụng gián tiếp bằng cách chuyển hóa một chất khác về

dạng có thể kết hợp với các kim loại nặng để tạo ra chất ít độc hơn hoặc dễ xử lý

hơn. Ví dụ: Người ta có thể sử dụng các vi khuẩn và enzim để chuyển hóa các hợp

chất như lưu huỳnh về S2-, sau đó các kim loại có thể kết hợp với S 2- tạo thành các

chất kết tủa.

Ưu nhược điểm của phương pháp

* Ưu điểm:

+ Nhiều loài sinh vật có khả năng hấp thu hay chuyển hóa kim loại cao, nồng độ

kim loại bên trong tế bào gấp nhiều nghìn lần so với bên ngồi.

+ Có khả năng xử lý nước thải có lưu lượng lớn với tốc độ nhanh.

+ Đơn giản, dễ vận hành, chi phí thấp.

+ Không gây ra các chất gây ô nhiễm thứ cấp.

* Nhược điểm:

+ Mỗi loại sinh vật có khả năng hấp thụ một số kim loại nhất định do vậy khó có thể

xử lý nước thải có chứa nhiều kim loại.

+ Khi sử dụng phương pháp do kích thước nhỏ dẫn đến khó thu hồi sinh khối do

vậy cần phải có chất mang. Khâu này là khâu tốn kém nhất.

+ Nước thải chứa nhiều thành phần khác nhau, có thể có độc tính cao đối với một số

lồi sinh vật bởi vậy trước khi đưa nước thải vào xử lý thì cần xử lý sơ bộ trước để

loại các chất có độc. Do vậy phương pháp sinh học nói chung chỉ tham gia được vào

giai đoạn xử lý cấp 2, cấp 3.

+ Ngồi các phương pháp được nêu trên còn có một số các phương pháp khác là

phương pháp màng, phương pháp trích ly, phương pháp quang hóa...Tuy nhiên các

phương pháp này thường không được ứng dụng nhiều trong xử lý nước thải công

nghiệp chứa kim loại nặng bởi hiệu quả xử lý không cao và giá thành đắt.



Lớp KTMT 2012B



15 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường



1.1.3. Vấn đề xử lý kim loại nặng trong nước thải tại Việt nam

Nước thải nhiễm kim loại nặng từ các cơ sở công nghiệp là nguy cơ gây ô

nhiễm môi trường nước mặt. PTS Đặng Đình Kim và cộng sự [6] dựa trên đặc tính

kim loại nặng được tích luỷ bởi tế bào sinh vật trong môi trường để tiến hành xử lý

nước ô nhiễm kim loại nặng. Khâu then chốt là tìm được chất hấp thụ thích hợp cho

từng kim loại nặng muốn loại bỏ. Các chế phẩm từ BIOSPRB-P1.BIOSPRB-E1 do

viện công nghệ sinh học tạo ra chỉ sau 1 giờ đã hấp thụ từ 90-97 % lượng Pb trong

môi trường với nồng độ ban đầu 100mg/l. Một số chế phẩm khác cũng cho kết quả

tương đối khả quan loại bỏ các kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Zn.

Bùi Minh Lý và cộng sự [9] cho thấy rong biển ở nước ta vừa là chỉ thị ô

nhiễm kim loại vừa có khả năng hấp thụ mạnh mẽ các nguyên tố vi lượng trong

nước biển. Kết quả nghiên cứu rong biển lấy từ Đà Nẵng đến Kiên Giang cho thấy

hầu hết các mẫu rong đều thể hiện khả năng hấp thụ các nguyên tố vi lượng với hệ

số tích tụ cao, trong đó rong nâu là có nhiều khả năng hơn cả nên có thể ứng dụng

để xử lý nhiễm bẩn môi trường bởi kim loại nặng.

Nước thải công nghiệp từ khâu mạ thường có hàm lượng Cr, Ni cao. Để xử

lý một cách có hiệu quả trước tiên cần phải lựa chọn quy trình hợp lý. Thơng

thường loại nước thải này được xử lý bằng hai phương pháp nhựa IONIT [9]

Vũ Văn Mạnh và các cộng sự [9] đã đem kết quả nghiên cứu trong phòng thí

nghiệm áp dụng cho việc xử lý nước thải ở nhà máy khoá Minh Khai với việc sử

dụng FeSO4 tự chế tạo trên cơ sở tái sử dụng chất thải và tận dụng được thiết bị sẵn

có của cơ sở. Hiệu suất xử lý cao khử 99.99% Cr 6+ và tách được 99.9% Ni 2+. Giá

thành xử lý thấp: 1000 đồng/m3 nước thải tính riêng cho phân xưởng mạ và 300

đồng/ m3 nước thải tính chung cho cả cơng ty.

Đặc trưng bề mặt của silicagel là có chứa các nhóm silanol (SiOH) có khả

năng trao đổi proton với các cation kim loại đã được ứng dụng để xứ lý kim loại

nặng trong nước thải. Các nghiên cứu của Trần Hồng Hà và các cộng sự [9] cho

thấy dùng silicagel hút ẩm để hấp phụ một số ion kim loại nặng như Pb 2+, Cu2+, Ni2+,

Zn2+, Cd2+ cho hiệu suất khá cao. Silicagel hút ẩm cho dung lượng hấp phụ tương



Lớp KTMT 2012B



16 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường



Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.doc) (82 trang)

×