Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước

Các phương pháp xử lý kim loại nặng nước: Có nhiều phương pháp để xử lý kim loại nặng nước phương pháp hóa học, hóa lý hay sinh học Tại nhà máy nước thải có chứa hàm lượng kim loại nặng vượt tiêu chuẩn cho phép cần phải xử lý trước thải môi trường Các phương pháp xử lý kim loại nặng sử dụng sau: Phương pháp kết tủa hóa học Cơ chế phương pháp Phương pháp dựa phản ứng hóa học chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, độ pH thích hợp tạo thành hợp chất kết tủa tách khỏi nước phương pháp lắng Phương pháp thường dùng kết tủa kim loại dạng hydroxit cách trung hòa đơn giản chất thải axit Độ pH kết tủa cực đại tất kim loại không trùng nhau, ta tìm vùng pH tối ưu, giá trị từ – 10,5 tùy theo giá trị cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà khơng gây độc hại Phương trình tạo kết tủa Mn+ + Am- = MmAn ↓ Ưu nhược điểm phương pháp: Ưu điểm + Đơn giản, dễ sử dụng; + Rẻ tiền, nguyên vật liệu dễ kiếm; + Xử lý lúc nhiều kim loại, hiệu xử lý cao; + Xử lý nước thải nhà máy có quy mô lớn; Nhược điểm + Với nồng độ kim loại cao phương pháp xử lý khơng triệt để; + Tạo bùn thải kim loại; + Tốn kinh phí vận chuyển, chơn lấp đưa bùn thải xử lý; + Khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa OH- khó điều chỉnh pH nước thải chứa kim loại lưỡng tính Zn Nếu nước thải có nhiều kim loại nặng thuận tiện cho trình kết tủa giá trị pH định độ hòa tan kim loại dung dịch có mặt kim loại giảm, sở hay đồng thời nguyên nhân sau: Tạo thành chất kết tủa; Hấp thụ hydroxit khó kết tủa vào bề mặt bong hydroxit dễ kết tủa; Tạo thành hệ nghèo lượng mạng hydroxit chúng bị phá hủy mạnh ion kim loại Phương pháp hấp phụ Cơ chế phương pháp Hấp phụ q trình hút khí bay chất hòa tan chất thải lỏng lên bề mặt xốp Vật liệu có khả hấp phụ kim loại nặng như: Than hoạt tính, than bùn, vật liệu vơ oxit sắt, oxit mangan, tro xỉ, vật liệu polymer hóa học hay polymer sinh học Cơ chế trình hấp phụ Trong hấp phụ thường diễn kiểu hấp phụ hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học + Hấp phụ vật lý: Là tương tác yếu thuận nghịch nhờ lực hút tĩnh điện ion kim loại tâm hấp phụ bề mặt chất hấp phụ Các mối liên kết yếu thuận lợi cho trình nhả hấp phụ thu hồi kim loại quý + Hấp phụ hóa học: Là q trình xảy phản ứng tạo liên kết hóa học ion kim loại nặng nhóm chức tâm hấp phụ, thường ion kim loại nặng phản ứng tạo phức nhóm chức chất hấp phụ Mối liên kết thường bền khó bị phá vỡ + Sau thực hấp phụ để xử lý chất độc nước nói chung kim loại nặng nói riêng người ta thường tiến hành nhả hấp phụ để hoàn nguyên, tái sinh b Ưu nhược điểm phương pháp - Ưu điểm + Xử lý hiệu kim loại nặng nồng độ thấp; + Đơn giản, dễ sử dụng; + Có thể tận dụng số vật liệu chất thải ngành khác Fe2O3; + Có thể nhả hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ Nhược điểm + Chi phí áp dụng cho xử lý kim loại nặng nồng độ thấp; + Chi phí xử lý cao Phương pháp trao đổi ion Cơ chế phương pháp Dựa nguyên tắc phương pháp trao đổi ion dùng ionit nhựa hữu tổng hợp, chất cao phân tử có gốc hydrocacbon nhóm chức trao đổi ion Quá trình trao đổi ion tiến hành cột Cationit Anionit Các vật liệu nhựa thay mà khơng làm thay đổi tính chất vật lý chất dung dịch khơng làm biến hòa tan Các ion dương hay âm cố định gốc đẩy ion dấu có dung dịch thay đổi số lượng tải tồn có chất lỏng trước trao đổi Cơ chế phản ứng sau: AmB + mC = mAC + B Di chuyển ion A từ nhân dòng chất lỏng tới bề mặt lưới biên màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion Khuếch tán ion qua lớp ngoài; Chuyển ion khuếch tán qua biên giới phân pha vào hạt nhựa trao đổi; Khuếch tán ion A bên hạt nhựa trao đổi tới nhóm chức trao đổi ion; Phản ứng hóa học trao đổi ion A B; Khuếch tán ion B bên hạt trao đổi tới biên giới phân pha; Chuyển ion B qua biên giới phân pha bề mặt màng chất lỏng; Khuếch tán ion B qua màng; Khuếch tán ion B vào nhân dòng chất lỏng b Ưu nhược điểm phương pháp trao đổi ion - Ưu điểm + Khả trao đổi ion lớn, hiệu xử lý kim loại cao + Đơn giản, dễ sử dụng + Không gian xử lý nhỏ + Có khả thu hồi kim loại có giá trị, không tạo chất thải thứ cấp Nhược điểm + Chi phí xử lý cao khơng phù hợp với nhà máy có quy mơ lớn Phương pháp điện hóa Cơ chế phương pháp Tách kim loại cách nhúng điện cực nước thải có chứa kim loại nặng cho dòng điện chiều chạy qua Ứng dụng chênh lệch điện hai điện cực kéo dài vào bình điện phân để tạo dòng điện định hướng Các cation chuyển dịch phía catot Anion chuyển phía anot Khi điện áp đủ lớn xảy phản ứng điện cực sau: Ở Anot: Trên anot xảy q trình oxi hóa anion OH- chất làm anot Quá trình xảy sau: Mr - ne = Mn+ Ớ Catot: Khi cho dòng điện qua dung dịch cation H+ tiến bề mặt catot Khi phóng điện cation lớn H+ cation thu electron catot chuyển thành ion độc tạo thành kim loại bám vào điện cực Phản ứng xảy sau: Mn+ + me = M n-m (n>m); Mn+ + ne = Mr b Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm + Đơn giản, dễ sử dụng; + Không sử dụng hóa chất Nhược điểm + Tiêu hao lượng lớn Chi phí xử lý cao; + Chỉ thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao; + Mặc dù hiệu suất xử lý đạt tới 90% nồng độ kim loại nước thải cao Phương pháp sinh học Cơ chế phương pháp Phương pháp sinh học phương pháp sử dụng vi sinh vật đặc trưng xuất môi trường bị nhiễm kim loại nặng có khả tích lũy kim loại nặng thể Các vi sinh vật thường sử dụng tảo,nấm, vi khuẩn, v.v Ngồi có số lồi thực vật sống mơi trường nhiễm kim loại nặng có khả hấp thụ tách kim loại nặng độc hại như: Cỏ Vertiver, cải xoong, dương xỉ, thơm ổi, v.v Thực vật có nhiều phản ứng khác có mặt ion kim loại môi trường Cơ chế hấp thụ kim loại nặng vi khuẩn sau: Giai đoạn 1: Tích tụ kim loại nặng sinh khối, làm giảm nồng độ kim loại nước Giai đoạn 2: Sau trình phát triển mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường lắng xuống đáy bùn kết thành mảng bề mặt cần phải lọc thu sinh khối khỏi môi trường nước b Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm + Thu nhận kim loại nặng mức độ cao + Diện tích bề mặt riêng sinh khối lớn + Giá thành thấp - Nhược điểm + Diện tích mặt lớn + Sinh khối phát sinh chứa tồn kim loại nặng khó xử lý QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước thải công nghiệp + TCVN 5945:2005 Nước thải công nghiệp – Tiêu chuẩn thải QCVN 08-MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt QCVN 09-MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm QCVN 10-MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước biển ven bờ Quyết định số 09/2005/QĐ-BYT Tiêu chuẩn vệ sinh nước Bộ Y Tế ban hành TCVN 5502:2003 Nước cấp sinh hoạt – Yêu cầu chất lượng TCVN 6981:2001 Chất lượng nước – Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp thải vào lưu vực nước hồ dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạ TCVN 6983:2001 Chất lượng nước – Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp thải vào lưu vực nước hồ dùng cho mục đích thể thao giải trí nước TCVN 6987:2001 Chất lượng nước – Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp thải vào vùng nước biển ven bờ dùng cho mục đích thể thao giải trí nước TCVN 6982:2001 Chất lượng nước – Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp thải vào lưu vực nước sông dùng cho mục đích thể thao giải trí nước TCVN 6980:2001 Chất lượng nước – Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp thải vào lưu vực nước sông dùng cho cấp nước sinh hoạt Thông tư 06/2013/TT-BTNMT: Ban hành danh mục lĩnh vực, ngành sản xuất, chế biến có nước thải chứa kim loại nặng phục vụ tính phí bảo vệ môi trường nước thải Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-3:2008 (ISO 5667-3 : 2003) Chất lượng nước - Lấy mẫu - Phần 3: Hướng dẫn bảo quản xử lý mẫu ... Chi phí xử lý cao; + Chỉ thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao; + Mặc dù hiệu suất xử lý đạt tới 90% nồng độ kim loại nước thải cao Phương pháp sinh học Cơ chế phương pháp Phương pháp. .. phụ Nhược điểm + Chi phí áp dụng cho xử lý kim loại nặng nồng độ thấp; + Chi phí xử lý cao Phương pháp trao đổi ion Cơ chế phương pháp Dựa nguyên tắc phương pháp trao đổi ion dùng ionit nhựa hữu... Nhược điểm + Chi phí xử lý cao khơng phù hợp với nhà máy có quy mơ lớn Phương pháp điện hóa Cơ chế phương pháp Tách kim loại cách nhúng điện cực nước thải có chứa kim loại nặng cho dòng điện chiều