III. Độc tính của sắt và mangan:
3. Xử lý kim loại nặng bằng phương pháp hoá học:
Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, kết tủa và oxy hóa - khử. Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hóa học nên là phương pháp đắt tiền.
Các ion kim loại nặng như Hg, Cd, Zn , Pb, As, Cu, Ni dược loại ra khỏi nước bằng phương pháp hoá học .Bản chất của phương pháp là chuyển các chất tan trong nước thành không tan bằng cách thêm tác nhân và tách dưới dạng kết tủa . Chất thường dùng là hydroxyt Ca và Na , CaCO3 ,Na2SO4 các chất thải khác nhau như là xỉ Fe-Cr chứa CaO 51,3%; MgO 9,2%; SiO2 27,4%; Cr2O3
41,3%; Al2O3 7,2% ;FeO 0,73%.
a, Kết tủa:
• Phương pháp kết tủa:
Phương pháp này thường được dùng để kết tủa các ion kim loại trong nước dưới dạng các hợp chất ít tan hoặc không tan như kết tủa hydroxit, kết tủa cacbonat, kết tủa sunfat,...
- Kết tủa hydroxit: hầu hết các kim loại nặng đều bị kết tủa ở dạng hydroxit. Sơ đồ phản ứng chung:
Mn+
(dd)+ nOH-
(đd) M(OH)(r)
Lượng Mn+ còn lại trong nước được xác định bằng tích số tan T: T = [Mn+] . [ OH-]n
[Mn+] = T/ [OH-]n
Đối với các ion kim loại nặng như Ni2+, Cu2+, Pb2+, Cr3+, .... tích số tan của các hiđrôxit nằm trong khoảng 10-14 10-30
Quá trình kết tủa này xảy ra với pH khoảng 8 11, dựa vào đây ta có thể tách các hiđrôxit tạo thành bằng cách lắng và quay ly tâm để tách chúng ra.
Ví dụ: Để kết tủa sắt thì nguyên tắc của phương pháp này là phải chuyển Fe2+
thành Fe3+ sau đó kết tủa dưới dạng Fe(OH)3 vì Tt Fe(OH)3 << Tt Fe(OH)2.
- Kết tủa bằng sunfua:
Sơ đồ phản ứng chung:
2Mn+ + nS2- = M2Sn
PP này loại được một số kim loại nặng như: As, Cu, Cd, Hg, Pb, Ni ...
Có thể thay thế cho kết tủa kim loại hiđroxit vì muối này kết tủa ở pH thấp như pH = 2 3, thời gian phản ứng ngắn và các muối này thường ở dạng kết tinh, còn các hiđroxit ở dạng vô định hình khó lọc tách. Khi kết tủa dưới dạng muối sunfat, kim loại dễ được thu hồi và đem đi tái chế.
Tuy nhiên bằng PP này có thể tạo ra một lượng lớn S2- dư trong nước thải. Để khắc phục hậu quả này, người ta dùng các sunfua hữu cơ để kết tủa kim loại nặng, tuy nhiên hiệu suất xử lý lại thấp hơn sunfua thông thường:
Sơ đồ phản ứng: M2+ + RS = RS – M – SR - Kết tủa bằng cacbonat:
Sơ đồ phản ứng chung:
2Mn+ + nCO32- = M2(CO3)n
PP này thường được sử dụng để tách các nguyên tố Cd, Cr, Ni, Pb, Zn ... vì dạng kết tủa này có khối lượng riêng lớn hơn, pH tối ưu để kết tủa thấp hơn, kết tủa này dễ lọc hơn so với dạng hiđroxit.
Hiện nay trong các phương pháp kết tủa để tách các kim loại nặng thì phương pháp kết tủa hiđrôxit là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất vì phương pháp này đơn giản, dễ sử dụng, giá thành rẻ. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý lại không cao bằng hai phương pháp kia.
• Phương pháp đồng kết tủa:
Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng một hợp chất tạo kết tủa có thể lôi kéo hidroxit từ trung dịch và tạo điều kiện để các hidroxit dó kết tủa hoàn toàn hơn. Các chất đồng kết tủa thường dùng là Fe(OH)3, Mg(OH)2, Ca(OH)2 hoặc các vòng càng pôlyme.
- Đồng kết tủa với Sắt (III) hiđrôxit được thực hiện bằng cách cho thêm muối tan của Fe(II) như FeSO4 hoặc FeCl2 vào trung dịch ở PH = 8 11 . Do sự oxi hoá của oxi không khí mà kết tủa Fe(OH)3 được tạo thành kéo theo hiđrôxit của các kim loại nặng tạo thành đồng kết tủa kim loại nặng Sắt (III) hiđrôxit. Phương pháp này cho các kết tủa tương đối chắc đặc nên dễ thu hồi.
- Đồng kết tủa với chất vòng càng pôlyme: đây là cách dùng các chất vòng càng pôlyme gắn với cation kim loại bằng sự tạo phức. Các pôlyme được dùng như chất phản ứng cho quá trình đồng kết tủa dựa vào đặc tính tạo bông của nó. Kim loại nặng đồng kết tủa với pôlyme bị loại bỏ bằng cách lọc hoặc sa lắng. Nồng độ cuối cùng đạt được là khoảng: 0,001 đến 0,01 ppm.