5. ỨNG DỤNG PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
5.3. Xử lý Crom
Phương pháp khử thường được dùng để chuyển các chất độc hại sang trạng thái khử có độ độc thấp hơn để tách khỏi nước thải. Trong nước thải công nghiệp sản xuất mực, thuốc nhuộm, sơn, mạ điện và quá trình làm sạch kim loại,… thường chứa crom hóa trị +6, với mức độ độc hại cao. Nồng độ giới hạn cho phép của Cr (VI) trong nước thải công nghiệp xả vào nguồn nước mặt theo tiêu chuẩn loại B (TCVN 5945 – 1995) là 0,1mg/l. Mục đích của phương pháp khử này chuyển Cr+6 độc hại sang Cr+3 ít độc hơn và dễ tách khỏi nước dưới dạng hydroxit kết tủa.
Các chất khử Cr(VI) thường là khí sunfur SO2, khói có chứa SO2, natri bisunfit NaHSO3, natri sunfit Na2SO3, polisunfit, natri sunfua Na2S, các muối sắt Fe2+.
Khí sunfuro SO2 có độ hòa tan trong nước cao, ở 10 – 12oC là 40 – 57% và tạo thành axit sunfurơ
2 2 2 3
Sau đó tiếp tục phân ly tạo thành ion bisunfit, là tác nhân khử cromat:
+ -
2 3 3
H SO →H + HSO (13)
Natri bisunfit có thể ở dạng dung dịch. Hiện nay người ta thường cung cấp natri bisunfit dưới dạng muối natri pirosunfit Na2S2O5, trong môi trường nước nó được thủy phân theo phương trình:
2- -
2 5 2 3
S O +H O →2HSO (14)
Các phản ứng Cr6+ thành Cr3+ được diễn ra như sau:
Với natri sunfua
2- 2- + 3+ 0
2 7 2
Cr O + 3S + 14H →2Cr + 3S + 7H O (15)
Với natri bisunfit
2- - + 3+ 2- 2 7 3 4 2 Cr O + 3HSO + 5H → 2Cr + 3SO + 4H O (16) Với sunfat sắt 2- 2+ + 3+ 2+ 2 7 2 Cr O + 6Fe + 14H →2Cr + 6Fe + 7H O (17)
Nếu dùng Na2S, trong dung dịch nước natri sunfua bị thủy phân mạnh và sinh ra OH-, khi đó sẽ tạo thành crom (III) hydroxit kết tủa mà không cần phải cho thêm kiềm (vôi, soda hoặc xút)
2- -
2 2
S + 2H O→ H S + 2HO (18)
Nếu dùng natri bisunfit và sắt thì phải cho thêm vôi sữa hoặc một loại kiềm nào đó để Cr3+ có thể lắng được
3- -
3
Cr + 2HO →Cr(HO)
Tích số tan của Cr(OH)3 là 6,3.10 - 31, vì vậy kết tủa tốt dưới dạng cặn lắng.
Trong phương trình trên, để khử Cr6+ thành Cr3+, phản ứng luôn diễn ra trong môi trường axit, tức có mặt ion H+. Vì vậy, để phản ứng diễn ra một cách triệt để, cần thiết phải axit hóa nước thải cho tới pH = 2 – 4. Khi pH < 2 phản ứng oxi hóa khử diễn ra trong vòng 10 phút. Vì vậy trong công nghệ xử lý nước mạ, người ta thường hợp nhất 2 dòng nước thải Crom và axit. Nếu không đảm bảo pH yêu cầu thì hải cho thêm axit.
Đối với lượng kiềm cho vào hệ thống phản ứng, một phần dùng để trung hòa axit tự do, có nghĩa là làm tăng pH = 2 – 4 cho đến pH = 7, sau đó tăng pH lên 9, một phần dùng để kết tủa crom(II) thành hidroxit. Khi dùng với vôi, ngoài Cr(OH)3 ra, còn có cặn thạch cao CaSO4, Ca(OH)2, CaO, CaCO3… Sau khi làm khô cặn, cặn sẽ được chứa vào hố, dung tích và tính chất của cặn lắng phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nước thải, nồng độ crom, pH, liều lượng cũng như loại kiềm sử dụng.