IV. MỘT SỐ KỸ THUẬT XỬ LÝ Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC
1. Cỏc quỏ trỡnh kỹ thuật cơ bản xử lý ụ nhiễm chất ủộc
Cú nhiều quỏ trỡnh kĩ thuật ủược dựng ủể xử lớ ụ nhiễm cỏc chất ủộc hại, chỳng cú thể ủược chia ra thành bốn nhúm:
Bài giảng ủộc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất ủộc và sự nhiễm ủộc a. Cỏc quỏ trỡnh húa lý: chủ yếu ủể tỏch chất ủộc từ pha này sang pha khỏc hoặc ủể tỏch pha nhằm giảm thể tớch dũng thải chất ủộc hại
b. Cỏc quỏ trỡnh húa học: ủể biến ủổi húa học cỏc chất ủộc thành cỏc chất khụng ủộc hoặc ớt ủộc hơn.
c. Cỏc quỏ trỡnh sinh học: ủể phõn hủy sinh học cỏc chất ủộc hại hữu cơ d. Cỏc kỹ thuật thải bỏ chất ủộc hại
Mỗi phương phỏp ủều cú ưu ủiểm và mặt hạn chế của nú vỡ vậy chọn phương pháp nào xử lý là tùy thuộc vào:
- Bản chất chất ủộc - Nồng ủộ chất ủộc - Tiêu chuẩn môi trường - Các yếu tố kinh tế, kỹ thuật
Mặt khỏc khụng một phương phỏp nào cú thể xử lý ủược triệt ủể chất ủộc do vậy trên thực tế day chuyền xử lý bao gồm một tấp hợp các quá trình xử lý liờn hệ và bổ sung cho nhau ủể ủạt ủược mục tiờu xử lý
Ví dụ:
- Để tách các kim loại nặng ra khỏi dòng thải người ta dùng nối tiếp ba quá trình: kết tủa, tạo bông, lắng
- Để tách dầu ra khỏi nhũ tương - nước, người ta dùng 3 quá trình phá nhũ tương (bằng hóa học), phân ly, gạn.
1.1. Các quá trình hóa lý
1.1.1. Lắng. Quỏ trỡnh lắng ủược dựng ủể tỏch chất rắn ra khỏi dũng khớ, tỏch bựn và các hạt tinh thể ra khỏi dòng lỏng, phân ly nhủ tương thành hai lớp không tan lẫn. Nguyên lý:
- Dựa vào sự khác nhau về trọng lượng riêng của hạt rắn với môi trường (lỏng hoặc khí)
- Dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực ly tâm
1.1.2. Lọc. Lọc là quá trình tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏng hoặc pha khí bằng cách cho dòng khí hoặc lỏng có chứa hạt rắn chảy qua lớp vật ngăn xốp. các hạt rắn sẽ bị giữ lại trên mặt lớp vật liệu ngăn còn khí hoặc lỏng sẽ thấm qua lớp vật ngăn. Quá trỡnh lọc ủể tỏch bụi ra khỏi dũng khớ, tỏch nước khỏi bựn, lọc cỏc tinh thể.
Vật ngăn phải làm bằng vật liệu cú: ủộ bền húa, ủộ bền cơ và ủộ bền nhiệt ủỏp ứng với mụi trường lọc
Thiết bị lọc có nhiều loại: lọc chân không, lọc túi, lọc ép, lọc ly tâm...
1.1.3. Tuyển nổi (Flotation): là quá trình tách các hạt lơ lững ra khỏi chất lỏng bằng cách sục vào chất lỏng dòng khí phân tán ở dạng bọt rất nhỏ, các hạt không thấm ướt sẽ dớnh vào bọt và cựng với bọt nổi lờn trờn bề mặt chất lỏng và ủược vớt ra ngoài.
Bài giảng ủộc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất ủộc và sự nhiễm ủộc Quỏ trỡnh này ủược ủược sử dụng ủể tỏch bựn hoạt tớnh, tỏch cỏc tạp chất dính dầu...
Để thay ủổi tớnh thấm ướt của hạt người ta cho thờm tỏc nhõn: dầu hỏa...
Để giữ cho các nhỏ không dính vào nhau thành bọt lớn làm giảm năng suất của quá trình, người ta cho thêm tác nhân làm mềm bọt: rượu tổng hợp
Thiết bị tuyển nổi có nhiều loại khác nhau bởi phương pháp tạo ra bọt khí.
Bọt khí có thể tạo bằng sục khí, bằng các phản ứng hóa học và sinh học tạo ra. Ví dụ: phản ứng sinh học sinh ra khí CO2 tạo ra bọt nhỏ làm dính các hạt bùn hoạt tính nổi lên trên.
1.1.4. Tạo bông (Flocculation): là quá trình làm keo tụ các hạt keo hoặc dính các hạt nhỏ lại thành một tập hợp cỏc hạt lớn dễ lắng bằng cỏch ủưa vào chất lỏng các tác nhân tạo bông có tác dụng phá keo hoặc hấp phụ các hạt nhỏ lên bề mặt của nó hoặc dính các hạt nhỏ lại với nhau
Tác nhân tạo bông vô cơ: Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, ACl3, FeCl3
Tỏc nhõn taọ bụng hữu cơ, vớ dụ polyacrylamit khi ủưa vào nước thải do cấu tạo mạch dài của nú những chổ tớch ủiện sẽ hỳt những hạt keo õm vào nú và cơ chế bắc cầu các hạt bùn trong nước sẽ bám vào nó thành tập hợp hạt lớn hơn do lực hấp phụ.
1.1.5. Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis): là quá trình tách nước qua màng bán thấm từ phớa dung dịch ủặc hơn sang phớa dung dịch loóng hơn khi ỏp suất tỏc dụng lên dung dịch vượt quá áp suất thẩm thấu. Quá trình 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 không có khả năng hòa tan các chất tan. Nếu chiều dày lớp nước hấp phụ
≤ 1/2 ủường 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 ủường kớnh lớp vỏ hydrat lớn hơn 1/2 ủường kớnh lỗ mao quản của màng nờn chỳng bị giữ lại không qua màng, trường hợp ngược lại thì ion cũng lọt qua màng.
1.1.6. Siờu lọc (Ultrafiration): là quỏ trỡnh lọc màng trong ủú màng cho qua dung mụi mà giữ lại chất tan vỡ kớch thước phõn tử chất tan lớn hơn ủường kớnh lỗ mao quản của màng hoặc các phân tử chất tan bị giữ lại do ma sát của các phân tử với thành của lỗ màng. Quá trình giống quá trình thẩm thấu ngược chỉ khác cơ chế giữ lại chất tan. Cỏc quỏ trỡnh màng thường ủắt do giỏ thành màng cao nờn chỉ dựng ủể tinh chế cỏc sản phẩm quớ chứ chưa cú thực tế ủối với xử lý cỏc chất ủộc.
1.1.7. Thẩm tỏch (Dialysis): là quỏ trỡnh tỏch cỏc chất ủiện ly khỏi cỏc chất hữu cơ có trong lượng phân tử lớn hoặc các hạt keo bằng những màng bán thấm.
Màng chỉ cho phộp cỏc ion của chất ủiện ly ủi qua cũn cỏc chất hữu cơ phõn tử lớn hoặc hạt keo khụng thấm qua ủược
Bài giảng ủộc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất ủộc và sự nhiễm ủộc 1.1.8. Điện thẩm tỏch (Electrodialysis): là quỏ trỡnh tỏch cỏc chất ủộc hại bị ion húa dưới tỏc dụng của lực ủiện ủộng tạo ra trong dung dịch ở hai phớa màng ngăn Sơ ủồ nguyờn tắc
Sơ ủồ a và b cú 3 phũng cỏch nhau bởi màng ngăn. Hai ủiện cực ủặt ở hai ủầu.
Phũng1, 3 ủổ nước sạch. Phũng 2 ủổ 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 ủi qua.
Dưới tỏc dụng của ủiện trường cỏc ion (+) chuyển sang cathod. cỏc ion (-) chuyển sang anod
Tại anod Tại cathod - O2 tạo thành giả phòng H+ - H2 tạo thành giải phóng OH-
- Ion A- từ phòng 2 chuyển qua màng - Ion Me+ từ phòng 2 chuyển qua màng vào phòng 1 sang phòng 3
Kết quả: Phòng 1 tạo ra dung dịch của axit HA Phòng 3 tạo ra dung dịch của kiềm MeOH Phũng 2 kết ủầu chất MeA
Do màng m1, m2 cho H+ và OH- thám vào phòng 2 tạo thành H2O. Vì vậy hiệu quả dùng màng m1, m2 kém hơn dùng màng mA, mB
1.1.9. Hấp phụ cacbon (carbon sorption): là quỏ trỡnh tỏch cỏc cấu tử ủộc hại nằm trong pha khớ hoặc pha lỏng với nồng ủộ rất thấp lờn bề mặt hoặc trong cỏc lỗ mao quản của chất hấp phụ là pha rắn xốp. Sau ủú cú thể nhả hấp phụ ủể thu hồi cỏc chất ủộc hại và hoàn nguyờn chất rắn hấp phụ.
Hấp phụ khớ-rắn ủể thu hồi cỏc dung mụi bay hơi cú tớnh ủộc hoặc khớ ủộc như: aceton, benzen, các dãn xuất cho của cacbuahydro (CH3Cl, C2H4Cl2, C6H5Cl...), H2S...Nồng ủộ cấu tử chất ủộc trong pha khớ thường nhỏ: một vài g/m3. Hấp phụ lỏng - rắn dựng ủể tỏch cỏc chất ủộc: phenol, cỏc thuốc trừ sõu diệt dỏ, cỏc hợp chất hoạt ủộng bề mặt, cỏc chất màu ra khỏi nước thải. Nồng ủộ cỏc chất ủộc hại trong pha lỏng thường rất nhỏ.
Chất hấp phụ rắn thường dùng là than hoạt tính, tro, xỉ, silicagel...Chất hấp phụ phải thỏa mãn yêu cầu:
Bài giảng ủộc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất ủộc và sự nhiễm ủộc - Hấp phụ chọn lọc
- Bề mặt riêng lớn - Dễ hoàn nguyên
- Đảo bảo ủộ bền cơ và nhiệt
- Không có hoạt tính xúc tác với các phản ứng oxi hóa, trùng ngưng....
- Dễ kiếm, rẻ tiền.
1.2. Các quá trình hóa học
1.2.1. Trung hòa: là quá trình xử lý dòng thải chứa axit hoặc kiềm tới pH gần trung tớnh. Quỏ trỡnh trung hũa dũng thải nhằm mục ủớch:
- Kết tủa kim loại nặng trong dòng thải - Ngăn ngừa ăn mòm
- Đưa dũng thải về trung tớnh ủể xử lý tiếp theo bằng phương phỏp sinh học - Phá nhũ tương dầu - nước
Cỏc phương thức ủể trung hũa dũng thải:
- Trộn dòng thải axit với kiềm
- Cho dũng thải ủi qua lớp ủỏ vụi CaCO3
- Thổi khói lò qua dòng thải có tính kiềm 1.2.2. Kết tủa / Tạo bông / Lắng
* Kết tủa là quá trình chuyển các chất hòa tan trong dung dịch sang pha rắn dựa trờn ủộ hũa tan của cỏc hidroxit hoặc muối vụ cơ. Quỏ trỡnh này ủược ứng dụng ủể 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. Tác nhân kết tủa kim loại là sữa vôi Ca(OH)2, Na2S.
* Tạo bụng là quỏ trỡnh tiếp theo sau quỏ trỡnh kết tủa ủể làm kết tụ cỏc hạt tinh thể nhỏ vừa hình thành trong quá trình kết tủa thành các hạt (các cặn bông) lớn hơn ủể dễ dàng lắng xuống. Tỏc nhõn tạo bụng là Al2(SO4)3, FCl3, Fe2(SO4)3, các polyacrylamid
* Lắng là quỏ trỡnh tiếp theo quỏ trỡnh tạo bụng ủể tỏch cặn ra khỏi dung dịch 1.2.3. Oxy húa: là quỏ trỡnh thực hiện phản ứng dạng oxi húa khử trong ủú tỏc nhân oxi là một trong những chất sau: Cl2, NaOCl, Ca(OCl)2, KMnO4, H2O2, O3. Cũn cỏc chất ủộc 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 ủộc hơn hoặc khụng ủộc ủể dễ dàng tỏch ra khỏi dũng thải.
- Vớ dụ: quỏ trỡnh ủể chuyển CN- thành CNO- + ớt ủộc hơn hoặc CO2 + N2
khụng ủộc xảy ra ở mụi trường kiểm pH ≥ 9. Phương trỡnh phản ứng:
CN- + 2OH- ⇒ CNO- + Cl- + H2O Tiếp tục:
2CNO- + 4OH- + 3Cl2 ⇒ 2CO2 + 6Cl- + N2 + 2H2O
Bài giảng ủộc học mụi trường: Quản lý mụi trường cỏc chất ủộc và sự nhiễm ủộc 1.2.4. Khử: là quỏ trỡnh oxi húa khử ủể tỏch cỏc kim loại nặng Hg, Cr, As
- Để khử Hg và các hợp chất hữu cơ chứa Hg, các chất khử thường dùng là FeS, NaSH, bột Fe, bột nhôm, H2S. Trong quá trình khử các hợp chất hữu cơ Hg bị phõn hủy sau ủú ion Hg+ sẽ bị khử thành Hgo và ủược tỏch ra khỏi dung dịch bằng lắng, lọc.
- Để khử As trong nước thải (AsO2, AsO32-, AsS2-, AsS33-) thành hợp chất khó tan As2O3 rồi tách ra bằng cách lọc.
1.2.5. Trao ủổi ion: là quỏ trỡnh tương tỏc của dung dịch với pha rắn cú tớnh chất trao ủổi ion trong pha rắn với ion cú trong dung dịch. Quỏ trỡnh ủược dựng ủể tỏc các kim loại (Pb, Zn, Cu, Hg, Cr, Cd..., hợp chất As, P, CN-...).
Pha rắn trao ủổi ion gọi là ionit
Pha rắn trao ủổi cỏc ion dương gọi là cation Pha rắn trao ủổi cỏc ion õm gọi là anion