Xử lý kim loại nặng trong nƣớc bằng phƣơng pháp thẩm thấu ngƣợc dựa trên nguyên tắc đặt vào nƣớc chƣa xử lý áp suất cao hơn áp suất thẩm thấu của hệ để các phần tử nƣớc vƣợt qua màng bán thấm còn chất tan trong nƣớc bị giữ lại và thu đƣợc nƣớc sau xử lý. Phần dung dịch còn lại là nƣớc thải đậm đặc có nồng độ kim loại cao.
Trên thực tế, màng bán thấm không ngăn đƣợc hết chất tan nên một phần chất tan vẫn đƣợc vận chuyển cùng dung môi qua màng. Màng bán thấm có độ chọn lọc đối với chất tan cao thì khả năng ngăn chất tan qua màng cũng cao và hiệu quả xử lý càng tốt. Độ chọn lọc của màng đối với chất tan phụ thuộc vào loại màng, nồng độ chất tan, hoá trị ion và áp suất động lực của hệ. Khi tăng áp suất động lực của hệ thì độ chọn lọc đối với chất tan của màng cũng tăng. Do đó, có thể tăng hiệu quả xử lý bằng cách tăng áp suất động lực của hệ nhƣng cách này tiêu tốn nhiều năng lƣợng và làm tăng chi phí xử lý.
Màng bán thấm đƣợc sử dụng có nhiều loại có thể là chất rắn, chất hữu cơ hoặc chất lỏng. Một số loại màng bán thấm đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay là Cellulose axetat, Cellulose triaxetat, polyamide, polyetherurea,...
Thẩm thấu ngƣợc là phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng với công nghệ hiện đại, đơn giản trong kết cấu hệ thống, hiệu quả xử lý cao khoảng 90% [18]. Tuy nhiên, phƣơng pháp này chỉ phù hợp với các cơ sở áp dụng công nghệ cao bởi giá thành đầu tƣ lớn, tiêu tốn năng lƣợng, vận hành và bảo dƣỡng phức tạp [12].
1.3. Xử lý kim loại nặng trong nƣớc bằng vật liệu sinh học
1.3.1. Cơ sở của phương pháp
Trong những năm gần đây, nhiều vật liệu tự nhiên, phụ phẩm nông nghiệp đã đƣợc nghiên cứu làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng trong nƣớc. Sinh khối của thực vật đƣợc rửa sạch, làm khô sau đó nghiền nhỏ và có thể đƣợc hoạt hóa.
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng một số vật liệu nhƣ thân cây đu đủ, lá ngô, lá cây gỗ tếch, vỏ lạc, vỏ trấu [62], mùn cƣa, xơ dừa, bã mía [10], vỏ đậu nành, vỏ quả óc chó, quả hạnh nhân [56],…có khả năng loại bỏ kim loại nặng trong dung dịch. Những vật liệu này có khả năng hấp thu ion kim loại do cấu trúc có nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer nhƣ cellulose, hemicelluloses, pectin, lignin và protein.Trong các polymer này chứa các nhóm chức khác nhau nhƣ hydroxyl, cacboxyl, aldehyde, aliphatic acid, alken, amide, silicate, sulphonate,… có thể liên kết với ion kim loại [22].
Cơ chế của quá trình hấp phụ khá phức tạp. Sự hấp thu các kim loại nặng không chỉ dựa trên một cơ chế mà có thể gồm nhiều cơ chế khác nhau về bản chất, số lƣợng và nguồn gốc sinh khối. Các kim loại đƣợc loại bỏ khỏi nƣớc bởi một số cơ chế nhƣ trao đổi ion, tạo phức hoặc hấp phụ bởi liên kết vật lý.
Việc sử dụng phế phẩm nông nghiệp có ƣu điểm là giá thành rẻ, có sẵn trong tự nhiên và dƣ thừa trong quá trình sản xuất nông nghiệp, cần ít quá trình xử lý, vật liệu có thể tái sử dụng đƣợc vì vậy khi sử dụng để xử lý kim loại nặng trong nƣớc sẽ giảm chi phí đầu tƣ từ đó giảm chi phí xử lý nƣớc thải [51, 10].
Quá trình hấp phụ nên đƣợc tiến hành ở nhiệt độ không đổi. Tuy nhiên, khoảng nhiệt độ thay đổi nhỏ không làm ảnh hƣởng lớn tới quá trình hấp phụ. Các thông số quan trọng khác nhƣ pH, nồng độ cân bằng của ion trong pha lỏng và pha rắn, kích thƣớc vật liệu hấp phụ,… đều ảnh hƣởng đến hiệu quả của quá trình hấp phụ [34].
1.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ kim loại nặng trong dung dịch bằng vật liệu sinh học dịch bằng vật liệu sinh học