Cadmium là một nguyên tố có độc tính cao và các giới hạn nghiêm ngặt về hàm lượng trong nước thải công nghiệp cũng như trong nước uống. Do đó, việc sử dụng phương pháp xử lý nước thải hợp lý để loại bỏ cadmium là điều thực sự cần thiết. Trong bài viết này, Biogency sẽ đề xuất một số phương pháp Khử Cadmium trong nước thải hiệu quả, kính mong bạn đọc cùng theo dõi.
Các nội dung chính
Cadmium là gì?
Cadmium hay thường gọi là Cadimi với tên viết tắt hoá học là Cd, đây là một loại kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, mềm, màu trắng xanh và vô cùng độc hại. Cadmium được tìm thấy trong quặng kẽm và chủ yếu được sử dụng trong các loại pin. Cd ở dạng lỏng rất độc vì nó rất dễ hấp thụ vào nguồn nước ngầm và có tính linh hoạt hơn các kim loại khác. Do đó, chất này dễ dàng đi vào nguồn thức ăn của con người và tấn công vào cơ thể, gây ra:
- Rối loạn chức năng gan, thận và phá hủy tủy xương
- Gây thiếu máu và viêm đường phế quản
- Xuất hiện các bệnh cấp tính ở trẻ em
Hiện nay, ô nhiễm kim loại nặng đang được toàn cầu quan tâm vì nó ảnh hưởng đến môi trường. Cadmium cùng là một trong những chất kim loại nặng gây ô nhiễm rất nhiều đến nguồn nước.Chúng được thải ra từ quá trình nấu chảy kim loại, mạ kim loại, mạ điện, sản xuất phim ảnh, phân bón chứa Photphat, nhuộm màu, gốm sứ, hoá chất ổn định và các ngành công nghiệp chế tạo hợp kim.
Tham khảo: Xử lý nước thải nhiễm Asen
Quy chuẩn hàm lượng Cadmium theo quy chuẩn Quốc tế và QCVN 40:2011/BTNMT
Cadmium đã được Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế thống kê là chất gây ung thư loại I và là chất gây ung thư nhóm B1 theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA). Cadmium đã được chứng mình là một chất có thể gây rối loạn chức năng thận, suy phổi, tổn thương xương và tăng huyết áp ở người. Ngoài ra sử dụng quá liều Cadmium gây tràn protein trong nước tiểu và làm gián đoạn chuyển hóa kali.
Tổ chức Y tế Thế giới, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ và Liên minh Châu Âu đã đặt 0,005 mg/L là mức nồng độ cadmium (II) tối đa trong nguồn cung cấp nước sinh hoạt. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ đã đặt 2 mg/L là giới hạn xả cho phép của nồng độ cadmium trong nước thải đầu ra. Tiêu chuẩn IS 10500 của Ấn Độ đã đặt giới hạn cho phép tối đa của Cd t khi xả thải nội địa và cống rãnh công cộng trong khoảng từ 1,0 đến 2,0 mg/L. Hơn nữa, IS 10500 đã thiết lập giới hạn cho phép tối đa của Cd trong nước uống là 0,003 mg/L.
Theo QCVN 40:2011/BTNMT, hàm lượng Cd ở cột A giới hạn là 0,05 mg/L cho nguồn nước cấp, nước sinh hoạt cho người sử dụng. Hàm lượng Cd ở đạt quy chuẩn cho nước thải công nghiệp theo cột B là 0,1 mg/L.
Tham khảo: Khử Bari trong nước thải hiệu quả
Phương pháp khử Cadmium trong nước thải
Trong phần này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về một số kỹ thuật như hấp phụ, phương pháp sinh học, đông tụ điện, tuyển nổi và chiết xuất dung môi được ứng dụng để loại bỏ cadmium khỏi nước thải công nghiệp hiện nay.
Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là phương pháp tiết kiệm chi phí đầu tư nhất vớt vật liệu sử dụng sẵn có tại trong tự nhiên, giúp dễ dàng loại bỏ Cadmium khỏi nguồn thải. Quá trình hấp phụ thể hiện sự linh hoạt trong cách thiết kế, quá trình vận hành và trong nhiều trường hợp sẽ tạo ra chất lượng nước thải đạt tiêu chuẩn cao.
Hơn nữa, phương pháp hấp phụ đôi khi có thể có phản ứng đối nghịch do quá trình xử lý sẽ sản sinh dư thừa các chất hấp phụ do chưa phản ứng hoàn toàn. Các vật liệu hấp phụ thường được sử dụng trong phương pháp này là than hoạt tính, Nhôm hoạt tính, Silica gel, Alumin silicat,…
Phương pháp sinh học
Các phương pháp xử lý sinh học khác nhau, cả hiếu khí và kỵ khí có thể được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng. Các phương pháp như xử lý bùn hoạt tính, lọc sinh học, ổn định phân hủy kỵ khí, hấp thụ sinh học đã được các nhà nghiên cứu sử dụng để loại bỏ Cadmium
Theo một nghiên cứu của Fariba Mohsenzadeh và các cộng sự (2014) đã thực hiện việc loại bỏ các ion cadimi của ba loài Trichoderma (T. asperellum, T. harzianum và T. tomentosum) ở các độ pH khác nhau (5, 7, 9) và các nồng độ Cd khác nhau (1, 100, 200 ppm) trong môi trường lỏng có chứa chiết xuất khoai tây và dextrose.
Các chủng nấm nêu trên được nuôi cấy trong môi trường bị ô nhiễm Cadmium và một số lượng ion kim loại còn lại trong môi trường được đo sau hai tháng sinh trưởng bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử. Cả ba loài nấm đều có thể giảm hàm lượng Cd hiệu quả, có thể loại bỏ cadmium gần như tối đa là 76,17%.
Xem thêm: Các phương pháp khử đồng trong nước thải
Phương pháp keo tụ
Keo tụ là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ cadmium trong nước thải. Hàm lượng cadimi hoà tan trong dung dịch ở pH = 8 là gần 1 mg/L và pH = 10 – 11 là 0,05 mg/L. Đồng keo tụ với hidroxit sắt có thể giảm hàm lượng cadimi xuống đến 0,08mg/L.
Cadmium không keo tụ được khi trong nước nước cùng tồn tại xyanua, vì vậy phải khử xyanua trước khi khử cadimi. Khử xyanua trong trường hợp này nên dùng chất oxy hóa là H2O2 (oxy già) để đồng thời oxy hóa xyanua và tạo ra oxit cadimi: Kết quả keo tụ hydroxit cadimi cho trong bảng sau:
Khi xyanua cùng tồn tại trong nước, cadmium sẽ khó ngưng tụ, vì vậy cần phải loại bỏ xyanua trước khi khử cadmium. Trong trường hợp này, nên sử dụng chất oxy hóa H2O2 (peroxide) để oxy hóa đồng thời xyanua và tạo ra cadimi oxit: kết quả của quá trình keo tụ cadimi hydroxit được thể hiện trong bảng sau:
| Phương pháp | pH | Đầu vào Cd (mg/L) | Đầu ra Cd (mg/L) |
| Keo tụ hydroxit | 8 | _ | 1 |
| 9 | _ | 0.54 | |
| 10 | _ | 0.1 | |
| Keo tụ hydroxit + lọc | 10 | 0.34 | 0.054 |
| 10 | 0.35 | 0.033 | |
| 11 | _ | 0.00075 | |
| 11 | _ | 0.00070 | |
| 11,5 | _ | 0.00014 | |
| Đồng keo tụ với Fe(OH)3 | 6 | _ | 0.05 |
| Đồng keo tụ với phèn nhôm | 6.4 | 0.7 | 0.39 |
Tuyển nổi áp lực (Floatation)
Một kỹ thuật tách hiện nay đang được áp dụng rộng rãi trong một số hoạt động nghiên cứu đó là tuyển nổi áp lực. Kỹ thuật này có bốn ưu điểm quan trọng để xử lý nước thải: tiêu thụ năng lượng thấp, yêu cầu không gian nhỏ để xử lý, khối lượng bùn thải ít và quy trình hoạt động có chọn lọc.
Trong nghiên cứu của Mohammad Hossein Salmani và các cộng sự (2013) các thông số tối ưu hóa của quá trình tuyển nổi ion để loại bỏ cadimi trong nước thải mô phỏng ở quy mô phòng thí nghiệm. Nó thu được từ phản ứng giữa chất thu Cd2+ và sodium dodecyl sulfate (SDS), sau đó là quá trình tuyển nổi với etanol dưới dạng bọt.
Dung dịch thử nghiệm được chuẩn bị bằng cách kết hợp lượng ion cadimi, SDS và dung dịch frother hoặc natri sulfat cần thiết. Tất cả các thí nghiệm được thực hiện trong bể tuyển nổi ở nhiệt độ phòng thí nghiệm là 27°C, điều chỉnh pH = 4 và thời gian là 120 phút. Hiệu suất loại bỏ tốt nhất thu được ở tỷ lệ kim loại thu được là 3:1 trong 60 phút với tốc độ dòng 150 mL/phút là 84%. Loại bỏ được cadimi tối đa là 92,1% khi cho etanol với nồng độ 0,4% vào bể tuyển nổi (áp dụng với các điều kiện trên)
Chiết suất dung môi (Solvent Extraction)
Chiết xuất dung môi là một kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ các ion kim loại khỏi nước thải. Quy trình chiết xuất dung môi giúp loại bỏ tối đa các kim loại nặng nhờ vào các dung dịch sulfat. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng axit photphoric hữu cơ là chất chiết xuất dung môi hiệu hiệu quả nhất cho việc loại bỏ cadmium. Trong điều kiện tối ưu hóa, phương pháp chiết xuất dung môi có thể loại bỏ 99,7% cadmium trong nước thải.
Xem thêm: Khử Fluor trong nước thải
Kết hợp công nghệ sinh học để xử lý nước thải chứa cadmium hiệu quả
Sau khi loại bỏ hoàn toàn cadmium thì công nghệ sinh học được ứng dụng phổ biến để có thể xử lý các chất hữu cơ hoà tan còn lại trong nước thải. Ngoài ra, một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, amoniac, nitơ… đều bị phân hủy theo dựa vào quá trình hoạt động của vi sinh vật. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng làm thức ăn để có thể sinh trưởng và phát triển. Nói chung, các phương pháp xử lý sinh học chủ yếu được chia thành hai loại:
- Phương pháp kỵ khí: sử dụng vi sinh vật kỵ khí hoạt động trong điều kiện yếm khí;
- Phương pháp hiếu khí: sử dụng các vi sinh vật hiếu khí hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục.
Về cơ bản, có nhiều công nghệ được sử dụng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, chẳng hạn như:
+ Công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank)
+ Công nghệ xử lý sinh học theo từng mẻ (SBR)
+ Công nghệ sinh học kỵ khí (UASB)
+ Công nghệ lọc sinh học (Trickling Filter)
Để các công nghệ trên vận hành trơn tru, việc nuôi cấy men vi sinh xử lý được xem là phương pháp được áp dụng rất phổ biến hiện nay. Nói không với sự sự xuất hiện của hoá chất, đặc biệt là vô cùng thân thiện với môi trường. Bằng cách bổ sung men vi sinh với khả năng xử lý tối ưu các chất hữu cơ khó phân huỷ, đồng thời cung cấp các chủng vi khuẩn có lợi cho quá trình xử lý chất thải.
Mặc dù có rất nhiều chủng men vi sinh khác nhau đến từ nhiều thương hiệu khác nhau. Tuy nhiên, nhìn chung men vi sinh được chia thành 2 dạng cơ bản, tương ứng với 2 trạng thái là dạng lỏng và dạng bột. Mỗi dòng men vi sinh riêng biệt sẽ phù hợp với từng loại nước thải khác nhau. Trong đó, men vi sinh dạng lỏng vẫn là dòng men được ưa chuộng nhất hiện nay vì độ hoạt tính tốt hơn so với loại còn lại. Điểm mặt 3 dòng men vi sinh xử lý nước thải được ưa chuộng hiện nay có thể kể đến như:
- Vi sinh xử lý nước thải BOD, COD, TSS: =>Men vi sinh Microbe-Lift IND;
- Vi sinh xử lý Nitơ, Amoni => Men vi sinh Microbe-Lift N1;
- Vi sinh kỵ khí giảm COD, BOD, TSS=> Men vi sinh Microbe-Lift BIOGAS
Xem thêm: Xử lý nước thải mạ Crom
_______________
Mong rằng những chia sẻ trên có thể giúp hiểu hơn về kim loại Cadmium và phương pháp khử Cadmium trong nước thải. Ngoài ra để được tư vấn chi tiết thêm về cách xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, xin hãy liên hệ ngay với Biogency theo Hotline: 0909 538 514
Tài liệu thma khảo:
- Removal of cadmium ion from wastewater by carbon-based nanosorbents
- SHAWABKEH, Reyad, et al. Conversion of oil shale ash into zeolite for cadmium and lead removal from wastewater. Fuel, 2004, 83.7-8: 981-985.
- GUPTA, Vinod K., et al. Removal of cadmium and nickel from wastewater using bagasse fly ash—a sugar industry waste. Water research, 2003, 37.16: 4038-4044.
Chịu trách nhiệm nội dung
Phó Giám Đốc - Đồng Thị Tú Anh
