Trước sự biến động và thay đổi liên tục của tình trạng ô nhiễm môi trường, việc xử lý nước thải đang là một bài toán khó mà các doanh nghiệp, xí nghiệp, nhà máy, xí nghiệp sản xuất phải đối mặt. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng và các phương pháp xử lý cũng mang lại hiệu quả rất cao. Trong đó, công nghệ xử lý nước thải trao đổi ion ngày càng trở nên thông dụng vì những ứng dụng hiệu quả để xử lý nhiều nguồn nước thải khác nhau. Bài viết này hãy cùng Biogency tìm hiểu chi tiết về công nghệ này nhé!
Các nội dung chính
Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải trao đổi ion
Công nghệ trao đổi ion để xử lý nước thải là công nghệ tách các chất gây ô nhiễm ra khỏi nước thải, đặc biệt là các hợp chất kim loại nặng, như đồng, magie, chì, thủy ngân, crom, niken, cadimi… hoặc các chất phóng xạ.
Trao đổi ion là quá trình tách các ion không mong muốn ra khỏi dung dịch và thay thế chúng bằng các ion khác. Quá trình trao đổi ion được thực hiện thông qua các phản ứng hóa học trong thiết bị chuyên dụng (bao gồm cả pha lỏng và pha rắn).
Cơ sở của công nghệ trao đổi ion là phản ứng hóa học giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn. Nói cách khác, trao đổi ion là một quá trình bao gồm các phản ứng thay thế giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (nhựa trao đổi). Kết quả là, các ion trong pha lỏng có thể dễ dàng thay thế các ion có trong khung của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào loại nhựa trao đổi và các dạng ion khác nhau.
Phương pháp Công nghệ trao đổi ion gồm:
+ Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, hoạt động và tái tạo liên tục
+ Trao đổi ion qua một lớp nhựa cố định, hoạt động và tái sinh không liên tục.
Nguyên lý hoạt động của công nghệ trao đổi ion
Pha thay thế: Hiện tượng trao đổi ion xảy ra thông qua một phản ứng hóa học, và các hạt nhựa trao đổi ion xảy ra ở cả hai pha lỏng và rắn cùng một lúc. Quá trình lựa chọn và thay thế này dựa trên các đặc tính điện. Đối với mỗi ion, khi hòa tan hoàn toàn trong nước thải sẽ tạo thành hai dạng hạt cation và anion:
+ Các hạt cation: làm mềm nước và khử khoáng, chứa một lượng lớn H+, tạo thành quá trình trao đổi giữa các ion dương và cation mang điện tích trong nước. Khoáng chất bị loại bỏ bởi các cation: Ca2 +, Cr3 +, Cr6 +, Fe3 +, Mg2 +, Mn2 +, Ra2 +, v.v.
+ Hạt anion: khử khoáng và hấp thụ axit, chứa nhiều gốc OH. Các hợp chất được loại bỏ bởi anion như: asen, cacbonat, clo, xyanua, nitrat, silica, sulfat, uranium, axit pecloric,…
Hạt nhựa trao đổi là phức hợp của các hợp chất hoặc polymer nhỏ, xốp, cao phân tử, tạo thành một mạng lưới các hydrocacbon được liên kết tĩnh điện với các ionizable. Cấu trúc của hạt nhựa gồm một là nhóm trao đổi chất và một nhóm hoạt động.
Phương pháp trao đổi cation được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý. Các loại nhựa trao đổi ion dương như R-Na, RH, R-NH4 (R- là anion). Liên kết giữa các cation Ca2+, Mg2+, … (do các cation giữ lại) sẽ trao đổi trực tiếp với các ion tan như Na+, H+, NH4+, … ( dễ tan trong nước).
Có thể nối tiếp hệ thống trao đổi ion vì nhựa trao đổi ion bão hòa với các ion trong nước và sẽ được tái sinh. Vì quá trình rửa ngược thêm các ion vào bề mặt của hạt nhựa trao đổi nên các hạt nhựa có khả năng tự làm sạch.
Ứng dụng của công nghệ trao đổi ion trong xử lý nước thải
Công nghệ trao đổi ion được sử dụng trong xử lý nước thải và thậm chí cả nước nguồn cấp. Với mục đích chính là làm mềm nước, loại bỏ kim loại và các ion kim loại, khử nitrat,… tồn tại trong nước. Đây được coi là bước tiền xử lý giúp cho quá trình xử lý nước thải phía sau diễn ra thuận lợi và hiệu quả hơn.
Trong xử lý nước cấp, công nghệ trao đổi ion được sử dụng để khử muối trong nước, làm mềm nước, khử nitrat, khử màu, khử mùi, khử kim loại và các ion kim loại nặng.
Trong xử lý nước thải, trao đổi ion được sử dụng để loại bỏ các hợp chất của kim loại (kẽm, đồng, thủy ngân, cadmium, vanadi, mangan, crom, niken, chì, …), asen, phốt pho, xyanua và các chất phóng xạ.
Công nghệ trao đổi ion được sử dụng để xử lý nước thải trong nhiều ngành công nghiệp:
+ Xử lý kim loại nặng trong nước thải xi mạ điện
+ Xử lý nước thải phun sơn tĩnh điện
+ Xử lý nguồn nước cấp
+ Xử lý nước cứng (hàm lượng cation Ca2+ và Mg2+ vượt mức)
Những nguồn nước thải nào được xử lý bằng công nghệ trao đổi ion?
Ứng dụng để thu hồi axit cromic
Đây là phương pháp xử lý nước thải xi mạ có chứa một lượng lớn axit cromic. Trao đổi ion là công đoạn xử lý qua cột nhựa trao đổi cation để khử kim loại nặng. Chất lỏng xử lý có thể được tuần hoàn trở lại bể mạ điện để tiếp tục xử lý mẻ tiếp theo. Ngoài ra, do hàm lượng crom trong bể mạ cao, để thực hiện trao đổi ion hiệu quả, nước thải có chứa axit cromic cần được pha loãng.
Tham khảo: Xử lý nước thải có tính axit
Xử lý nước thải rửa
Hệ thống trao đổi ion với cột nhựa nên tạo ra các cation axit mạnh để khử kim loại nặng. Nước thải đầu ra phải tiếp xúc với cột nhựa anion có tính kiềm mạnh để thu hồi hoàn toàn cromat và nước đã khử khoáng.
Sau đó cho dung dịch đã hoàn nguyên gồm Na2CrO4 và NaOH qua cột trao đổi cation để thu hồi hoàn toàn H2CrO4 vào dung dịch mạ. Kết quả là có thể thu hồi được axit cromic với hàm lượng 4 – 6%. Sau khi xử lý, lượng dung dịch được trung hòa bởi các chất kiềm, kim loại nặng tạo kết tủa và lắng tại bể lắng.
Xử lý nguồn nước cấp
Ngoài việc ứng dụng công nghệ trao đổi ion trong xử lý nước thải, người ta còn ứng dụng công nghệ trao đổi ion vào việc xử lý nước cấp. Nguồn nước cấp sẽ được khử muối, làm mềm, khử khoáng, khử nitơ, khử màu, khử kim loại và loại bỏ các ion kim loại để có thể sử dụng trong quá trình sinh hoạt.
Đánh giá về công nghệ trao đổi ion
Bất cứ phương pháp hay công nghệ xử lý nước thải nào cũng đều có những ưu, nhược điểm và chi phí vận hành khác nhau. Tất cả sự lựa chọn là tùy thuộc vào mục đích sử dụng, loại nước thải, tải trọng và nguồn tài chính.
Ưu điểm
- Xử lý triệt để và có chọn lọc (loại bỏ triệt để các kim loại nặng)
- Cho phép thu hồi các thành phần kim loại tốt
- Ít tiêu tốn năng lượng trong quá trình xử lý
- Thời gian sử dụng của các hạt nhựa ion lâu hơn
Nhược điểm
- Chi phí lắp đặt, vận hành và bảo trì khá cao
- Nếu trong nước có các hợp chất hữu cơ hoặc ion Fe3+, Ion này sẽ bám vào các hạt nhựa tạo thành hạt nhựa ion và làm giảm khả năng trao đổi ion của nhựa.
- Chỉ phù hợp với dạng nước thải yêu mức độ cần xử lý tối đa.
_________________________
Với những chia sẻ trên, mong rằng sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ xử lý nước thải trao đổi ion, với những tính năng vượt trội mà nó mang lại. Để được tư vấn thêm về các phương pháp xử lý nước thải theo công nghệ sinh học, xin hãy liên hệ ngay với Biogency theo Hotline: 0909 538 514
Chịu trách nhiệm nội dung
Phó Giám Đốc - Đồng Thị Tú Anh
