Bằng con đường xử lý hóa học người ta có thể loại trừ kim loại nặng ra khỏi nước thải. Với các nguồn nước thải công nghiệp có nồng độ kim loại nặng cao và pH cực đoan thì việc xử lý chúng bằng các phương pháp hóa lý là rất ưu thế.
Các phương pháp hóa lý thường được sử dụng là: − Phương pháp bay hơi.
− Phương pháp kết tủa hóa học. − Phương pháp trao đổi ion. − Phương pháp hấp phụ. − Kỹ thuật màng.
Khi nồng độ kim loại trong nước thải cao, khối lượng nước thải không quá lớn thì các phương pháp xử lý hóa-lý tỏ ra rất hiệu quả. Tuy nhiên, nước thải sau khi được xử lý vẫn còn một lượng kim loại nặng nhất định. Điều này không phải là không nguy hiểm đối với môi trường. Điều quan trọng là phương thức xử lý hóa lý có thể không hiệu quả hoặc quá đắt khi nồng độ khởi đầu của kim loại nặng trong nước thải chỉ khoảng 10-100 mg/lít. Và như vậy, trong những điều kiện mà phương pháp xử lý hóa lý tỏ ra quá đắt và quá phức tạp thì các biện pháp sinh học có cơ hội thay thế một cách thành công.
Cơ sở của phương pháp này là hiện tượng nhiều loài sinh vật (thực vật thủy sinh, tảo, nấm, vi khuẩn...) có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận vào bên trong các tế bào của cơ thể chúng các kim loại nặng tồn tại trong đất và nước (hiện tượng hấp thu sinh học-biosorption).
Các phương pháp sinh học để xử lý kim loại nặng bao gồm: −Sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí.
−Sử dụng thực vật thủy sinh. −Sử dụng các vật liệu sinh học
.
+S ! f
Người ta đã phát hiện rằng nhiều loại sinh khối có thể hấp thụ (asorption) kim loại nặng trong nước, trong số đó có sinh khối vi tảo. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng sinh khối sống và chết của các loại vi tảo để hấp thu kim loại nặng có những ưu thế đặc biệt:
−Nhiều loại vi tảo có khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao, nồng độ kim loại nặng tích lũy bên trong các cấu trúc tế bào của chúng có thể cao gấp hàng nghìn lần nồng độ trong tự nhiên.
−Diện tích bề mặt riêng của sinh khối vi tảo vô cùng lớn làm cho chúng rất hiệu quả trong việc loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nước thải.
−Sự hấp thu sinh học các ion kim loại nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hóa học ở khả năng thích nghi với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng; tốt hơn phương pháp trao đổi ion và thẩm thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiện diện của chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, và sự hiện diện của các kim loại khác.
−Có tính chọn lọc cao nên nồng độ kim loại nặng còn lại sau xử lý sinh học có thể chỉ còn thấp hơn 1ppm trong nhiều trường hợp.
−Hệ thống xử lý sinh học không cần các thiết bị hóa chất đắt tiền, dễ vận hành, phù hợp với các điều kiện hóa lý khác nhau nên giá thành thấp (chỉ bằng khoảng 1/10 giá thành của phương pháp trao đổi ion).
−Trong hoạt động quang hợp của mình, vi tảo còn thu nhận một lượng lớn khí CO2, các muối dinh dưỡng, có tác dụng làm giảm hiệu ứng nhà kính, ngăn ngừa và khắc phục tình trạng phì dưỡng (eutrophication) của môi trường nước.
Chính vì thế vi tảo có thể là một lựa chọn đơn giản và hiệu quả để loại trừ kim loại nặng trong nước thải công nghiệp.
+
Thách thức lớn nhất đối với việc sử dụng vi tảo để loại trừ kim loại nặng trong nước thải là khả năng hấp thu kim loại nặng của các loài tảo khác nhau là rất khác nhau. Trong số hàng ngàn loài vi tảo đã được phân loại thì mới chỉ có rất ít loài được nghiên cứu về khả năng thu nhận kim loại nặng của chúng. Việc tìm kiếm, chọn lọc những chủng, loài tảo có khả năng hấp thu mạnh mẽ kim loại nặng là một nhiệm vụ to lớn của các nhà nghiên cứu hiện nay. Trạng thái của sinh khối tảo, cách thức tiền xử lý sinh khối trước khi đem hấp thu kim loại nặng cũng có những ảnh hưởng quan trọng tới năng lực hấp thu. Vì lý do thương mại, các chủng tảo có khả năng hấp thu kim loại nặng cao và phương pháp tiền xử lý sinh khối thường không được công bố.
Do kích thức nhỏ nên việc thu hồi sinh khối vi tảo từ môi trường xử lý là khá khó khăn. Hiện đây vẫn là một công đoạn tốn kém nhất. Giải pháp cho vấn đề này có thể là sử dụng các tế bào vi tảo được cố định trong các chất mang như silicagel, polyacrylamide, polyvinyl, polyurethane, agar, alginat, carrageenan, chitosan... Rất nhiều nghiên cứu hiện đang triển khai theo hướng này.
Các nguồn nước thải có chứa kim loại nặng trong nhiều trường hợp còn chứa nhiều thành phần hóa học khác có độc tính cao với các sinh vật sống vì vậy cần phải tiến hành xử lý sơ bộ trước khi đưa tảo vào để xử lý kim loại nặng. Có thể nói rằng vi tảo chỉ thực hiện một số công đoạn trong quá trình xử lý nước thải, chủ yếu là tham gia vào giai đoạn xử lý cấp II và cấp III.
Các ion kim loại nặng như thuỷ ngân, Cd,Zn ,Pb, As,Cu,Ni được 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%.
−
Xử lý các hợp chất thuỷ ngân nước thải bị ô nhiêm thuỷ ngân và các hợp chất thuỷ ngân dược tạo thành trong sản xuất clo và NaOH trong các quá trình điện phân dùng điện cực Hg do sản xuất Hg điều chế thuốc nhuộm, các hyđrocacbon do sử dụng Hg làm chất xúc tác .Hg trong nước tồn tại ở dạng kim loại , hợp chất vô cơ : Oxit ,HgCl2 ,sunfat, xianua …
Thuỷ ngân kim loại được lắng và lọc các hạt không lắng được ôxy hoá bằng clo hoặc NaOCl đến HgCl2 sau đó xử lý nước bằng NaHSO4 hoặc Na2SO3 để loại chúng và clorua. Thuỷ ngân có thể được tách ra khỏi nước bằng phương pháp khử với các chất khử là sunfat Fe, biunfit bột Fe, khí H2S, hydrazin.
Các hợp chất thuỷ ngân trước tiên bị thuỷ phân bằng oxy hóa (bằng khí clo), sau khi loại clo dư, cation Hg đươc khử đến Hg kim loại hoặc chuyển sang dạng sunfua khí rồi loại cặn.
-
Muối của các kim loại này, hoá chất chứa chúng trong nước thải tuyển quặng,luyện kim, chế tạo máy, chế biến kim loại, dược phẩm, chế biến sơn, dệt…..
+
Zn2+ + 2OH-=> Zn(OH)2.
Khi pH= 5,4, Zn(OH)2 bắt đầu lắng. Khi pH=10,5 bắt đầu tan các Zn(OH)2 lưỡng tính. Do đó, quá trình xử lý cần tiến hành với pH=8-9.
Khi sử dụng xoda ta có phản ứng.
2ZnCl2 + 2Na2CO3 + H2O => 4NaCl + Zn(OH)2CO3 + CO2
Khi pH= 7 – 9,5 hình thành cacbonát có thành phần 2ZnCO3, 3Zn(OH)2-, khi pH ≥ 10 thành phần hydroxyt tăng.
+ .
Cu2++ 2OH =>Cu(OH)2 2Cu 2+ + 2OH- + CO2-
3=> 2Cu(OH)2CO3
Có thể dùng feoxinua kali để tách Cu và các ion kim loại nặng ra khỏi nước. Để loại Cu và cadimi cho nước thải tiếp xúc với SO2 hoặc các sunfit và bột Zn, Fe khi đó kim loại nặng hình thành sunfua khó tan.
+ Ni2+ + 2OH- =>Ni(OH)2 2Ni + 2OH- + CO2- 3=>2Ni(OH)2CO3 Ni2+ + CO2- 3 => NiCO3 + Pb2+ + 2OH => Pb(OH)2 2Pb2++ 2OH- + CO2- 3 => 2 Pb(OH)2CO3 Pb2+ + CO2- 3 => 2PbCO3 Pb(OH)2 bắt đầu lắng ở pH = 6.
Xử lý Co va Cd trong nước thải bằng sữa vôi đạt kết quả tối đa. Nước thải có thể chứa nhiều kim loại khác nhau có hiệu quả tốt hơn so với loại đồng thời vài kim loại khác nhau có hiệu quả tốt hơn so với lắng từng kim loại do hình thành tinh thể trên bề mặt pha rắn.
Xử lý nước thải bằng kiềm cho phép giảm nồng độ kim loại nặng đến đại lượng thải vào hệ thống nước thải sinh hoạt. Khi độ sạch yêu cầu cao hơn thì phương pháp này không đáp ứng được để làm sạch hơn xử lý nước thải bằng sunfua Na, vì độ hoà tan của các sunfua kim loại thấp hơn của các hydroxyt và cacbonat rất nhiều. Quá trình lắng sunfua diễn ra khi pH thấp so với lắng hydroxyt và cacbonat. Để loại kim loại có thể sử dụng pirit hoặc bột sunfua các kim loại không độc.