8.3.2.56Hấp phụ các ion kim loại nặng hoà tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những chất đó từ nước vào bề mặt chất hấp phụ dưới tác dụng của trường lực bề mặt.
Qúa trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Nghĩa là sau khi những ion kim loại nặng
đã được hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ đến khi bị bão hoà rồi thì có thể di chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch. Hiện tượng này gọi là khử hấp phụ hay là hiện tượng nhả hấp.
8.3.2.57Cố 2 kiểu hấp phụ là hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong điều kiện
8.3.2.58động.
8.3.2.59Hấp phụ trong điều kiện tĩnh là không cho sự dịch chuyển tương đối của phân tử nước so với phân tử chất hấp phụ, mà chúng cùng chuyển động với nhau. Biện phấp thực hiện là cho chất hấp phụ vào nước ô nhiễm kim loại nặng và khuấy trộn trong một thời gian đủ để đạt được trạng thái cân bằng nồng độ.
8.3.2.60Hấp phụ trong điều kiện động là có sự di chuyển tương đối của phân tử nước so với phân tử chất hấp phụ.
8.3.2.61Những chất hấp phụ có thể là : than hoạt tính, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, than nâu, than bùn, than cốc, đô lô mít...Bông cặn của những chất keo tụ (hydroxyt của kim loại) và bùn hoạt tính từ bể aeroten cũng có khả năng hấp phụ.
8.3.2.62Than hoạt tính là chất hấp phụ thông dụng để xử lý các ion kim loại và các chất bẩn trong nước nhưng chi phí hoàn nguyên đắt tiền nhưng lượng than sau khi hoàn nguyên tái sử dụng không cho hiệu quả cao, do đó tạo nên chi phí xử lý đắt tiền.
3.1.2 Trao đổi ion [3]
8.3.2.63Phương pháp này được ứng dụng để xử lý nước thải khỏi các ion kim loại nặng như : Zn, Cu, Ni, Cr, Pb, Hg, Cd, Mn...cũng như các hợp chất của asen photpho, xyanua và các chất phóng xạ...Ngoài ra phương pháp này còn cho phép thu hồi các kim loại có giá trị.
8.3.2.64Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt tiếp xúc của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit, mang tính acid. Các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit, mang tính kiềm. Nếu như các chất nào đó trao đổi được với cả cation và anion thì được gọi là ionit lưỡng tính.
8.3.2.65Các chất trao đổi ion : các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ, có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo.
- Nhóm cấc chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có cấc zeolic, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khấc nhau...Cấc chất có tính chất trao đổi cation là cấc chất chứa nhôm silicat loại : Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O. Cấc chất trao đổi ion có nguồn gốc cấc chất vô cơ tổng hợp gồm Silicagel, permutit (chất làm mềm nước)...
- Cấc chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm acid humic của đất và than đá, chúng mang tính acid yếu. Để tăng tính acid và dung lượng trao đổi, người ta nghiền nhỏ than và lưu hoấ ở điều kiện dư oleum. Than sunfo là cấc chât điện ly cao phân ử, rẻ và chứa cả nhóm acid mạnh và acid yếu. Cấc chất trao đổi ion này có nhược điểm là độ bền hoá học và cơ học thấp, dung lượng thể tích không lớn, đặc biệt trong môi trường trung tính.
8.3.2.66- Các chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp là các nhựa trao đổi (resin) có bề mặt riêng lớn, chúng là những hợp chất cao phân tử. Các gốc hydrocarbon của chúng tạo nên lưới không gian với các nhóm chức năng trao đổi ion cố định. Các ion kim loại được lấy ra khỏi nước thải nhờ trao đổi với các ion Na+ hay H+ của nhựa cation acid mạnh. Đây là loại chất trao đổi ion được sử sụng rộng rãi và phổ biến vì có dung lượng trao đổi lớn và khắc phục được các nhược điểm của chất trao đổi có nguồn gốc tự nhiên.
8.3.2.67Hiệu quả của quá trình trao đổi ion còn phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước thải. Khi nhiệt độ nước thải cao có thể làm vỡ các hạt nhựa của chúng, tách rời các nhóm hoạt động ra dẫn đến giảm dung lượng. Mỗi một nhựa trao đổi có giới hạn nhiệt độ của chúng, vượt quá giới han đó thì không thể sử dụng được, về đại lượng pH của nước thải để tiến hành trao đổi ion phụ thuộc vào hằng số phân ly các nhóm trao đổi ion của nhựa.
Các loại nhựa cation acid mạnh cho phép tiến hành quá trình trong bất cứ môi trường nào, còn các cation acid yếu thì chỉ tiến hành trao đổi trong môi trường kiềm và trung tính.
8.3.2.68Phương pháp này có ưu điểm là có thể thu hồi lại được các kim loại. Nhưng có khuyết điểm là chi phí cao, vận hành tốn kém do phải tốn chi phí hoá chất để hoàn nguyên cấc ion trở lại cho nhựa trao đổi.
3.1.3 Các quá trình tách bằng màng [3]
3.1.3.1 Thẩm thấu ngược (màng RO)
8.3.2.69Thẩm thấu ngược là quá trình di chuyển của cấc phân tử nước từ dung dịch đậm đặc qua màng bấn thấm sang dung dịch loãng, dưới tấc dụng của ấp lực lổn hơn sự chênh lệch ấp suất thẩm thấu của hai dung dịch đó. Màng bấn thấm này chỉ cho cấc phân tử nước đi qua, giữ lại cấc ion kim loại và cấc chất khấc có kích thước lổn hơn kích thước của phân tử nước. Nhờ vậy, cấc ion kim loại được tách ra khỏi nguồn nước ô nhiễm kim loại.
8.3.2.70Nhược điểm của phương pháp sử dụng màng RO :
- Qúa trình tiến hành ở áp suất cao đòi hỏi phải có bộ phận làm kín đặc biệt.
- Phát sinh hiện tượng phân cực nồng độ do sự tăng nồng độ ở bề mặt màng, dẫn đến giảm năng suất, giảm mức độ phân tách các cấu tử và giảm tuổi thọ của màng. Do đó cần phải thay màng thường xuyên nên chi phí xử lý cao.
3.1.3.2 Điện thẩm tách
8.3.2.71Điện thẩm tách được thực hiện bằng cách đặt các màng có tính chọn lọc với cation và anion luân phiên nhau dọc theo dòng điện. Khi đưa dòng điện vào, điện thế giữa hai điện cực tạo ra sự di chuyển của cation và anion hướng về các điện cực. Dưới sự tác động của dòng điện, các ion kim loại sẽ đi qua màng chọn lọc ion.
8.3.2.72Nhược điểm của phương pháp này cũng tương tự như trên là các màng chọn lọc ion dễ bị tắc nghẽn và cần phải thay màng định kỳ.
3.1.4 Phương pháp kết tủa hóa học
8.3.2.73Phương pháp kết tủa thường được ứng dụng cho xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng. Các ion kim loại nặng thường kết tủa ở dạng hydroxide, vì vậy khi cho các chất kiềm hoá như vôi, NaOH, Na2C03... vào nước có chứa ion kim loại nặng để đạt đến giá trị pH tương ứng với độ hoà tan nhỏ nhất. Giá trị pH này thay đổi tuỳ theo từng kim loại, như độ hoà tan nhỏ nhất của crôm là ở pH 7.5, kẽm là 10.2 và nikel là 11.5 [8].
8.3.2.74Khi xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng bằng phương phấp này, cần phải xử lý sơ bộ để khử đi cấc chất cản trở quá trình kết tủa. Ví dụ như cyanide và ammonia hình thành phức với nhiều kim loại, làm giảm hiệu quả quá trình kết tủa [8].
8.3.2.75Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại có thể được loại bỏ bằng quá trình kết tủa hydroxide với chất kiềm hoấ, hoặc dạng sulfide hay carbonat. Một sô" kim loại như arsenic hay cadmium ở nồng độ thấp... có thể xử lý hiệu quả khi cùng kết tủa với phèn nhôm hoặc phèn sắt [8].
8.3.2.76Phương pháp này không cho hiệu quả cao ở nồng độ ô nhiễm KLN từ 1 - lOOppm, nhưng chi phí cho hoá chất kết tủa và keo tụ hay lọc để loại bỏ phần kết tủa lại cao [12].