Cỏc phương phỏp thu hồi crom về lý thuyết cũng chớnh là cỏc phương phỏp xử lý. Tuy nhiờn, do mục đớch xử lý, thu hồi khỏc nhau mà lựa chọn phương phỏp trực tiếp phục vụ cho từng mục đớch khỏc nhau. Một số phương phỏp được sử dụng để thu hồi crom chủ yếu là bay hơi và trao đổi ion. Cỏc cụng nghệ khỏc như thẩm thấu ngược, điện phõn, chiết lỏng lỏng cũng đó được tiến hành. Gần đõy, cụng nghệ màng mới được khảo sỏt.
1.3.2.1. Phương phỏp bay hơi
- Phương phỏp bay hơi cưỡng bức: Nhờ phương phỏp bay hơi cưỡng bức, chất lỏng được gia nhiệt tới điểm sụi, nước dần húa hơi. Để làm bay hơi 1 kg nước ở 100oC cần dựng 2300 kJ (0,64 Kwh). Năng lượng tồn tại trong hơi, nếu khụng thu hồi năng lượng bằng cỏch ngưng tụ hơi thỡ chi phớ làm bay hơi lượng lớn nước sẽ rất cao.
Thiết bị bay hơi ỏp suất thường là thiết bị bay hơi được sử dụng rộng rói nhất trong cụng nghiệp mạ điện. Chất lỏng và khụng khớ chuyển động ngược chiều trong
thiết bị với diện tớch tiếp xỳc lớn, thuận lợi cho bay hơi. Khụng khớ bóo hũa hơi nước ở 20-30oC, sau đú được thải ra khớ quyển qua thiết bị phõn tỏch mự. Thiết bị bay hơi này tiờu thụ nhiều năng lượng nờn chi phớ vận hành lớn, trừ khi cụng ty sử dụng nhiệt dư cho bay hơi.
Thiết bị bay hơi chõn khụng thường tốn ớt năng lượng hơn nhưng lại đắt hơn. Chất lỏng bay hơi ở ỏp suất thấp. Hơi nước được rỳt ra bởi một bơm chõn khụng và ngưng tụ dễ dàng. Bởi vậy nú khụng đũi hỏi lượng khụng khớ lớn như thiết bị bay hơi ỏp suất thường. Thiết bị này cú ưu thế lớn nếu khụng khớ tạo hợp chất khụng mong muốn với chất lỏng.
Thụng thường, thiết bị bay hơi chõn khụng được thiết kế với nhiều bậc bay hơi để giảm tiờu thụ năng lượng. Chất lỏng bay hơi song song với quỏ trỡnh chuyển động trong ống, hơi ngưng tụ trờn bề mặt gia nhiệt để tận dụng nhiệt.
Thiết bị bay hơi trong ống đặc biệt cú cỏc bàn chải quay trờn bề mặt gia nhiệt, kiểm soỏt độ dày của màng lỏng. Đõy là thiết bị bay hơi mạnh, tốn ớt năng lượng (dưới 50Wh/lit nước bay hơi) và phự hợp với chất lỏng bẩn.
Mặc dự tăng chi phớ năng lượng song kỹ thuật bay hơi cưỡng bức được sử dụng phổ biến để thu hồi húa chất từ nước rửa. Ngày nay, thiết bị bay hơi tiờu thụ năng lượng rất thấp (50 Wh/kg nước), mở ra nhiều cơ hội ỏp dụng cụng nghệ này.
- Phương phỏp bay hơi nước rúc/nước rửa: Phương phỏp này thường được ỏp dụng cho nước rúc/nước rửa mạ crom trang trớ và mạ crom cứng. Do sử dụng nhiều năng lượng, phương phỏp này thường kết hợp với cỏc quỏ trỡnh cụ đặc khỏc và với cỏc giải phỏp như rửa nhiều bậc để tối thiểu húa thể tớch cần bay hơi. Nhiệt bay hơi được lấy một phần từ quỏ trỡnh mạ (do quỏ trỡnh sinh nhiệt). Cú thể thấy, đõy là chu kỡ đúng khụng phỏt sinh chất thải.
1.3.2.2. Phương phỏp trao đổi ion
Sự trao đổi ion loại bỏ cả kim loại điện tớch õm và dương cũng như ion hoỏ chất ra khỏi dung dịch bằng cỏch đưa nước thải rửa qua cỏc lớp nhựa. Khi cỏc lớp nhựa này đó bóo hũa, cỏc kim loại sẽ được thu hồi trong dung dịch đặc và nhựa được hoàn nguyờn để tỏi sử dụng [19].
Nguyờn tắc của phương phỏp: Trao đổi ion là một quỏ trỡnh trao đổi diễn ra giữa ra giữa cỏc ion cú trong dung dịch và cỏc ion cú trong pha rắn được xỏc định bằng khả năng hấp phụ của cỏc ionit (cũn gọi là dung lượng trao đổi).
Trao đổi ion xảy ra theo tỉ lệ tương đương và trong một số trường hợp là phản ứng thuận nghịch. Phản ứng trao đổi xảy ra do hiệu số thế húa học của cỏc ion trao đổi.
Với phản ứng sau:
R- - A+ + B+X- → R-B+ + A+X- (1.8) R+ - A- + B-X+ → R+B- + A-X+ (1.9)
Quỏ trỡnh làm sạch nước thải bằng phương phỏp trao đổi ion nhằm tỏch cỏc ion kim loại như: Ni2+, Cu2+, Zn2+… và cỏc anion: SO42-, Cr2O72-, CN- ra khỏi nước thải.
Cỏc chất trao đổi ion rất đa dạng, tựy thuộc vào yờu cầu xử lý người ta cú thể chọn những chất trao đổi ion khỏc nhau.
Trong xử lý nước thải, trao đổi ion là một trong cỏc phương phỏp cú hiệu suất rất cao, cú thể thu hồi được nhiều sản phẩm cú giỏ trị kinh tế.
1.3.2.3. Phương phỏp điện phõn
Điện phõn chủ yếu để kết tủa kim loại nguyờn chất (sự khử) trờn catot từ dung dịch muối. Mỗi dung dịch cú một điện thế khử nhất định. Cỏc kim loại được sắp xếp theo trật tự thế năng (gọi là chuỗi điện húa), cho thấy khuynh hướng của kim loại chuyển từ dạng ion sang kim loại nguyờn chất.
Trong điện phõn, cỏc quỏ trỡnh điện húa diễn ra ở cả catot và anot. Tại catot diễn ra quỏ trỡnh khử, anot diễn ra quỏ trỡnh oxi húa.
Phần lớn dũng điện được sử dụng để kết tủa kim loại theo và một phần dũng điện được dựng để phõn hủy nước tạo khớ hidro. Nếu dung dịch chứa hợp chất dễ phõn hủy, một phần dũng điện sẽ được dựng để oxi húa cỏc hợp chất này ở anot, và vẫn tốn điện phõn hủy nước tạo oxi. Nếu cần ngăn cỏc phản ứng nhất định trờn anot và catot trong quỏ trỡnh điện phõn, cú thể dựng màng để phõn chia ngăn catot và anot, chỉ cho cỏc ion nhất định đi qua. Kỹ thuật này cú thể ỏp dụng điện phõn cho nhiều dạng nước thải và bể sản xuất. Điện phõn để tỏi sinh bể sản xuất nhằm mục đớch loại bỏ kim loại tạp chất hoặc oxi húa ion đưa chỳng trở lại trạng thỏi hoạt động ban đầu.
1.3.2.4. Phương phỏp thẩm thấu ngược
Thẩm thấu ngược là kỹ thuật lọc sử dụng một màng rất đặc, gần như khụng cú lỗ, giữ lại ion và hợp chất hũa tan nhưng cho nước đi qua. Cú thể sử dụng màng để giữ lại một loại muối nhất định. Tựy thuộc vào dạng màng mà một lượng nhất định ion và hợp chất tan (0,1-1%) sẽ đi qua màng. Nếu yờu cầu nồng độ ion cũn lại thấp, ta cú thể cần sử dụng vài thiết bị RO nối tiếp nhau.
Màng RO thường được làm từ polyamid hoặc polysulphon, làm việc trong khoảng pH = 2-12. Chất lỏng đó lọc được gọi là phần thấm qua trong khi dung dịch cụ đặc được giữ lại gọi là phần lưu hay phần cụ đặc. Trong thực tế, mối quan hệ đặc trưng giữa thể tớch phần thấm qua và cụ đặc là 2:1, phụ thuộc vào nồng độ muối và dạng màng.
Thẩm thấu ngược cú nhiều ứng dụng tiềm năng trong việc thu hồi húa chất sản xuất từ nước rửa hoàn tất kim loại hoặc cỏc quỏ trỡnh tương tự. Thụng thường, phải lọc dung dịch trước khi cho qua thiết bị RO, nhưng điều này là khụng đủ để trỏnh tắc màng. Nước cú thể vẫn chứa cỏc hợp chất sẽ kết tủa trong quỏ trỡnh cụ đặc. Cỏc hợp chất kết tủa cú thể là vụi, silicat hoặc hidroxit kim loại nặng. Một vài biện phỏp cú thể là giảm pH tới 6, loại bỏ kim loại nặng bằng trao đổi ion chọn lọc trước RO hoặc bổ sung húa chất để ngăn kết tủa. Một số bể sản xuất ăn mũn mạnh màng. Khụng thể cụ đặc bể mạ crom bằng màng cú mặt trờn thị trường hiện nay do chỳng khụng chịu được axit cromic.
Cỏc yờu cầu đối với thiết bị RO:
- Màng phải chịu được húa chất thực tế;
- Hợp chất húa học khụng kết tủa trờn màng trong quỏ trỡnh cụ đặc; - Áp suất thẩm thấu của chất lỏng được cụ đặc khụng quỏ cao; - Nước khụng chứa cặn, trỏnh tắc.
1.3.2.5. Phương phỏp lọc nano (NF)
Phương phỏp lọc nano giống thẩm thấu ngược, là kỹ thuật sử dụng màng polyme hữu cơ cú kớch thước rất nhỏ (<0,002). Đặc tớnh của vật liệu polime làm cho màng nguyờn lý giữ lại ion húa trị hai và ba trở lờn, cũng như cỏc phõn tử lớn, ion húa trị một và phõn tử lượng nhỏ dưới 200 cú thể đi qua màng nano.
Một số lượng ion dương và ion õm sẽ qua màng tạo cõn bằng điện tớch ở cỏc bờn của màng. Bởi vậy, đụi lỳc khú biết được chớnh xỏc ion nào bị giữ bởi màng NF đối với một dung dịch nhất định. Phụ thuộc vào kiểu màng, một phần muối và phõn tử hữu cơ sẽ được giữ lại bởi màng, cú thể sử dụng một hoặc nhiều màng thớch hợp tựy theo yờu cầu lọc. Khuyến nghị sử dụng và đỏnh giỏ nhiếu loại màng cho cựng một mục đớch trước khi quyết định lắp đặt cho thiết bị kớch cỡ thật.
Màng NF điển hỡnh gồm cỏc polime kết tủa trờn vật liệu polysulphon hoặc polyetesulphon. Những vật liệu này chịu pH từ 0,5 đến 13. Màng cú thể dạng dõy xoắn, ống hoặc đĩa.
Một vài điều kiện phải được xem xột khi ỏp dụng lọc nano:
+ Màng phải chịu được cỏc húa chất trong nước, đõy là điều kiện quan trọng quyết định đến nồng độ húa chất thu được.
+ Lắng cỏc hợp chất húa học trong màng khụng được diễn ra cựng lỳc với quỏ trỡnh cụ đặc. Do vậy càng phải đảm bảo chất lượng đầu vào.
- Ứng dụng: Đõy là một cụng nghệ sạch khụng sử dụng húa chất, cú thể thu gom tất cả húa chất trong bể rửa trả lại về bể sản suất.
Độ bền của màng với húa chất crom cũng là một vấn đề. Ngày nay tồn tại loại màng chịu được hợp chất axit cromic trung bỡnh, tuy nhiờn tuổi thọ ngắn. Điều này làm hạn chế mức độ cụ đặc, cú thể phải thay thế màng 3 - 6 thỏng một lần, trong khi trung bỡnh là 1 - 2 năm, như vậy sẽ tốn chi phớ màng lọc hơn nhiều.
1.3.2.6. Túm tắt ưu nhược điểm của cỏc phương phỏp xử lý thu hồi crom
Ưu nhược điểm của một số cụng nghệ thu hồi trờn được trỡnh bày ở bảng 1.5 như sau:
Bảng 1.5. Bảng túm tắt ưu nhược điểm của cỏc phương phỏp xử lý thu hồi crom
Phương
phỏp Ưu điểm Nhược điểm
Bay hơi - Cụng nghệ đó được chứng minh, rất đảm bảo - Vận hành đơn giản - Khả năng ỏp dụng rộng - Cú thể vượt qua nồng độ bể
- Một số thiết bị cần nhiều năng lượng
- Cần rửa ngược dũng nhiều nấc - Tạp chất quay lại bể
- Cú thể cần xử lý bổ sung để kiểm soỏt tạp chất
- Cú thể yờu cầu kiểm soỏt pH
Trao đổi ion
- Nhu cầu năng lượng thấp - Xử lý đầu vào loóng
- Diện tớch xõy dựng nhỏ, dễ bố trớ thiết bị
- Tốc độ xử lý nhanh
- Nước thải sau khi xử lý cú thể tỏi sử dụng từ 90 % - 95%
- Khụng cú bựn thải.
- Yờu cầu vận hành, bảo dưỡng thiết bị chặt chẽ
- Khả năng cụ đặc hạn chế
- Kiểm soỏt nồng độ đầu vào chặt - Nước thải phải được phõn luồng để thu hồi kim loại rửa.
- Yờu cầu chất tỏi sinh dư
- Phỏt sinh thờm lượng nước thải bổ sung từ quỏ trỡnh hoàn nguyờn - Chi phớ đầu tư ban đầu cao, chi phớ vận hành cao
Điện phõn
- Chỉ thu hồi kim loại
- Sản phẩm khụng độc hại, cú thể bỏn được
- Hiệu quả năng lượng - Bảo dưỡng thấp
- Phải quan trắc nồng độ dung dịch
- Cú thể tạo khớ và yờu cầu hệ thống hỳt rửa khớ
- Khuyến khớch gia nhiệt dung dịch để nõng cao hiệu suất Thẩm
thấu
- Thu được nồng độ vừa phải - Xử lý đầu vào loóng
- Giới hạn nồng độ vận hành - Tắc màng do nồng độ chất rắn
ngược - Yờu cầu diện tớch sàn nhỏ - Cần ớt năng lượng hơn bay hơi - Nước thải sau khi xử lý cú thể được sử dụng lại ở cỏc quỏ trỡnh rửa
lơ lửng trong dũng vào cao: cần lọc dũng vào trước
- Màng nhạy với pH
Lọc màng
nano
- Xử lý đạt hiệu suất cao. - Diện tớch xõy dựng nhỏ
- Đắt tiền, yờu cầu về vốn đầu tư lớn.
- Khú vận hành hoặc vận hành cần người cú chuyờn mụn cao