IV. MỘT SỐ KỸ THUẬT XỬ Lí ễ NHIỄM CHẤT ĐỘC 1 Cỏc quỏ trỡnh k ỹ thuật cơ bản xử lý ụ nhiễm chất độc
1.1. Cỏc quỏ trỡnh húa lý
1.1.1. Lắng. Quỏ trỡnh lắng được dựng để tỏch chất rắn ra khỏi dũng khớ, tỏch bựn
và cỏc hạt tinh thể ra khỏi dũng lỏng, phõn ly nhủ tương thành hai lớp khụng tan
lẫn. Nguyờn lý:
- Dựa vào sự khỏc nhau về trọng lượng riờng của hạt rắn với mụi trường
(lỏng hoặc khớ)
- Dưới tỏc dụng của trọng lực hoặc lực ly tõm
1.1.2. Lọc. Lọc là quỏ trỡnh tỏch cỏc hạt rắn ra khỏi pha lỏng hoặc pha khớ bằng cỏch
cho dũng khớ hoặc lỏng cú chứa hạt rắn chảy qua lớp vật ngăn xốp. cỏc hạt rắn sẽ bị
giữ lại trờn mặt lớp vật liệu ngăn cũn khớ hoặc lỏng sẽ thấm qua lớp vật ngăn. Quỏ
trỡnh lọc để tỏch bụi ra khỏi dũng khớ, tỏch nước khỏi bựn, lọc cỏc tinh thể.
Vật ngăn phải làm bằng vật liệu cú: độ bền húa, độ bền cơ và độ bền nhiệt đỏp ứng với mụi trường lọc
Thiết bị lọc cú nhiều loại: lọc chõn khụng, lọc tỳi, lọc ộp, lọc ly tõm...
1.1.3. Tuyển nổi (Flotation): là quỏ trỡnh tỏch cỏc hạt lơ lững ra khỏi chất lỏng bằng
cỏch sục vào chất lỏng dũng khớ phõn tỏn ở dạng bọt rất nhỏ, cỏc hạt khụng thấm ướt
Bài giảng độc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất độc và sự nhiễm độc
Quỏ trỡnh này được được sử dụng để tỏch bựn hoạt tớnh, tỏch cỏc tạp chất
dớnh dầu...
Để thay đổi tớnh thấm ướt của hạt người ta cho thờm tỏc nhõn: dầu hỏa... Để giữ cho cỏc nhỏ khụng dớnh vào nhau thành bọt lớn làm giảm năng
suất của quỏ trỡnh, người ta cho thờm tỏc nhõn làm mềm bọt: rượu tổng hợp
Thiết bị tuyển nổi cú nhiều loại khỏc nhau bởi phương phỏp tạo ra bọt khớ.
Bọt khớ cú thể tạo bằng sục khớ, bằng cỏc phản ứng húa học và sinh học tạo ra. Vớ
dụ: phản ứng sinh học sinh ra khớ CO2 tạo ra bọt nhỏ làm dớnh cỏc hạt bựn hoạt
tớnh nổi lờn trờn.
1.1.4. Tạo bụng (Flocculation): là quỏ trỡnh làm keo tụ cỏc hạt keo hoặc dớnh cỏc
hạt nhỏ lại thành một tập hợp cỏc hạt lớn dễ lắng bằng cỏch đưa vào chất lỏng
cỏc tỏc nhõn tạo bụng cú tỏc dụng phỏ keo hoặc hấp phụ cỏc hạt nhỏ lờn bề mặt
của nú hoặc dớnh cỏc hạt nhỏ lại với nhau
Tỏc nhõn tạo bụng vụ cơ: Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, ACl3, FeCl3
Tỏc nhõn taọ bụng hữu cơ, vớ dụ polyacrylamit khi đưa vào nước thải do
cấu tạo mạch dài của nú những chổ tớch điện sẽ hỳt những hạt keo õm vào nú và
cơ chế bắc cầu cỏc hạt bựn trong nước sẽ bỏm vào nú thành tập hợp hạt lớn hơn
do lực hấp phụ.
1.1.5. Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis): là quỏ trỡnh tỏch nước qua màng bỏn
thấm từ phớa dung dịch đặc hơn sang phớa dung dịch loóng hơn khi ỏp suất tỏc
dụng lờn dung dịch vượt quỏ ỏp suất thẩm thấu. Quỏ trỡnh giống với lọc. Màng
thường sản xuất từ vật liệu polyme
* Cơ chế thẩm thấu ngược: màng hấp phụ một lớp nước bề mặt màng, lớp
nước này khụng cú khả năng hũa tan cỏc chất tan. Nếu chiều dày lớp nước hấp phụ
≤ 1/2 đường kớnh lỗ mao quản của màng thỡ màng chỉ cho qua nước sạch. Cỏc ion
khú qua hơn vỡ chung quanh ion cú một lớp vỏ hydrat bao quanh làm cho đường
kớnh lớp vỏ hydrat lớn hơn 1/2 đường kớnh lỗ mao quản của màng nờn chỳng bị giữ
lại khụng qua màng, trường hợp ngược lại thỡ ion cũng lọt qua màng.
1.1.6. Siờu lọc (Ultrafiration): là quỏ trỡnh lọc màng trong đú màng cho qua dung
mụi mà giữ lại chất tan vỡ kớch thước phõn tử chất tan lớn hơn đường kớnh lỗ mao
quản của màng hoặc cỏc phõn tử chất tan bị giữ lại do ma sỏt của cỏc phõn tử với
thành của lỗ màng. Quỏ trỡnh giống quỏ trỡnh thẩm thấu ngược chỉ khỏc cơ chế
giữ lại chất tan. Cỏc quỏ trỡnh màng thường đắt do giỏ thành màng cao nờn chỉ
dựng để tinh chế cỏc sản phẩm quớ chứ chưa cú thực tếđối với xử lý cỏc chất độc.
1.1.7. Thẩm tỏch (Dialysis): là quỏ trỡnh tỏch cỏc chất điện ly khỏi cỏc chất hữu
cơ cú trong lượng phõn tử lớn hoặc cỏc hạt keo bằng những màng bỏn thấm.
Màng chỉ cho phộp cỏc ion của chất điện ly đi qua cũn cỏc chất hữu cơ phõn tử
Bài giảng độc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất độc và sự nhiễm độc
1.1.8. Điện thẩm tỏch (Electrodialysis): là quỏ trỡnh tỏch cỏc chất độc hại bị ion
húa dưới tỏc dụng của lực điện động tạo ra trong dung dịch ở hai phớa màng ngăn
Sơđồ nguyờn tắc
Sơ đồ a và b cú 3 phũng cỏch nhau bởi màng ngăn. Hai điện cực đặt ở hai đầu.
Phũng1, 3 đổ nước sạch. Phũng 2 đổ dung dịch cần tỏch. Màng mA là màng anion
chỉ cho qua anion. Màng mB là màng cation chỉ cho qua cation. m1 và m2 cho cả
anion và cation đi qua.
Dưới tỏc dụng của điện trường cỏc ion (+) chuyển sang cathod. cỏc ion (-)
chuyển sang anod
Tại anod Tại cathod
- O2 tạo thành giả phũng H+
- H2 tạo thành giải phúng OH- - Ion A- từ phũng 2 chuyển qua màng - Ion Me+
từ phũng 2 chuyển qua màng vào phũng 1 sang phũng 3 Kết quả: Phũng 1 tạo ra dung dịch của axit HA Phũng 3 tạo ra dung dịch của kiềm MeOH Phũng 2 kết đầu chất MeA Do màng m1, m2 cho H+ và OH- thỏm vào phũng 2 tạo thành H2O. Vỡ vậy hiệu quả dựng màng m1, m2 kộm hơn dựng màng mA, mB
1.1.9. Hấp phụ cacbon (carbon sorption): là quỏ trỡnh tỏch cỏc cấu tửđộc hại nằm
trong pha khớ hoặc pha lỏng với nồng độ rất thấp lờn bề mặt hoặc trong cỏc lỗ
mao quản của chất hấp phụ là pha rắn xốp. Sau đú cú thể nhả hấp phụđể thu hồi
cỏc chất độc hại và hoàn nguyờn chất rắn hấp phụ.
Hấp phụ khớ-rắn để thu hồi cỏc dung mụi bay hơi cú tớnh độc hoặc khớ độc
như: aceton, benzen, cỏc dón xuất cho của cacbuahydro (CH3Cl, C2H4Cl2,
C6H5Cl...), H2S...Nồng độ cấu tử chất độc trong pha khớ thường nhỏ: một vài
g/m3. Hấp phụ lỏng - rắn dựng để tỏch cỏc chất độc: phenol, cỏc thuốc trừ sõu
diệt dỏ, cỏc hợp chất hoạt động bề mặt, cỏc chất màu ra khỏi nước thải. Nồng độ
cỏc chất độc hại trong pha lỏng thường rất nhỏ.
Chất hấp phụ rắn thường dựng là than hoạt tớnh, tro, xỉ, silicagel...Chất
Bài giảng độc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất độc và sự nhiễm độc - Hấp phụ chọn lọc - Bề mặt riờng lớn - Dễ hoàn nguyờn - Đảo bảo độ bền cơ và nhiệt - Khụng cú hoạt tớnh xỳc tỏc với cỏc phản ứng oxi húa, trựng ngưng.... - Dễ kiếm, rẻ tiền. 1.2. Cỏc quỏ trỡnh húa học
1.2.1. Trung hũa: là quỏ trỡnh xử lý dũng thải chứa axit hoặc kiềm tới pH gần
trung tớnh. Quỏ trỡnh trung hũa dũng thải nhằm mục đớch:
- Kết tủa kim loại nặng trong dũng thải
- Ngăn ngừa ăn mũm
- Đưa dũng thải về trung tớnh để xử lý tiếp theo bằng phương phỏp sinh học
- Phỏ nhũ tương dầu - nước
Cỏc phương thức để trung hũa dũng thải:
- Trộn dũng thải axit với kiềm
- Cho dũng thải đi qua lớp đỏ vụi CaCO3
- Thổi khúi lũ qua dũng thải cú tớnh kiềm
1.2.2. Kết tủa / Tạo bụng / Lắng
* Kết tủa là quỏ trỡnh chuyển cỏc chất hũa tan trong dung dịch sang pha
rắn dựa trờn độ hũa tan của cỏc hidroxit hoặc muối vụ cơ. Quỏ trỡnh này được ứng dụng để tỏch cỏc kim loại Zn, Cd, Cr, Cu, Pb, Mn, Hg... ra khỏi nước thải ở
dạng kết tủa hidroxit kim loại M(OH)2 hoặc dạng Sunfit kim laọi MS. Tỏc nhõn
kết tủa kim loại là sữa vụi Ca(OH)2, Na2S.
* Tạo bụng là quỏ trỡnh tiếp theo sau quỏ trỡnh kết tủa để làm kết tụ cỏc hạt
tinh thể nhỏ vừa hỡnh thành trong quỏ trỡnh kết tủa thành cỏc hạt (cỏc cặn bụng)
lớn hơn để dễ dàng lắng xuống. Tỏc nhõn tạo bụng là Al2(SO4)3, FCl3, Fe2(SO4)3,
cỏc polyacrylamid
* Lắng là quỏ trỡnh tiếp theo quỏ trỡnh tạo bụng để tỏch cặn ra khỏi dung dịch
1.2.3. Oxy húa: là quỏ trỡnh thực hiện phản ứng dạng oxi húa khử trong đú tỏc
nhõn oxi là một trong những chất sau: Cl2, NaOCl, Ca(OCl)2, KMnO4, H2O2, O3.
Cũn cỏc chất độc như cyanit (CN-
), phenol, cỏc hợp chất hữu cơ chứa halogen,
cỏc muối kim loại nặng....Khi bị oxi húa sẽ chuyển thành chất ớt độc hơn hoặc
khụng độc để dễ dàng tỏch ra khỏi dũng thải.
- Vớ dụ: quỏ trỡnh để chuyển CN-
thành CNO- + ớt độc hơn hoặc CO2 + N2
khụng độc xảy ra ở mụi trường kiểm pH ≥ 9. Phương trỡnh phản ứng:
CN- + 2OH- ⇒ CNO- + Cl- + H2O Tiếp tục:
Bài giảng độc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất độc và sự nhiễm độc
1.2.4. Khử: là quỏ trỡnh oxi húa khửđể tỏch cỏc kim loại nặng Hg, Cr, As
- Để khử Hg và cỏc hợp chất hữu cơ chứa Hg, cỏc chất khử thường dựng
là FeS, NaSH, bột Fe, bột nhụm, H2S. Trong quỏ trỡnh khử cỏc hợp chất hữu cơ
Hg bị phõn hủy sau đú ion Hg+
sẽ bị khử thành Hgo
và được tỏch ra khỏi dung
dịch bằng lắng, lọc.
- Để khử As trong nước thải (AsO2, AsO32-
, AsS2-, AsS3 3-
) thành hợp chất
khú tan As2O3 rồi tỏch ra bằng cỏch lọc.
1.2.5. Trao đổi ion: là quỏ trỡnh tương tỏc của dung dịch với pha rắn cú tớnh chất
trao đổi ion trong pha rắn với ion cú trong dung dịch. Quỏ trỡnh được dựng để tỏc
cỏc kim loại (Pb, Zn, Cu, Hg, Cr, Cd..., hợp chất As, P, CN- ...). Pha rắn trao đổi ion gọi là ionit
Pha rắn trao đổi cỏc ion dương gọi là cation
Pha rắn trao đổi cỏc ion õm gọi là anion