Vấn đề ô nhiễm môi trường được nhiều cơ sở công nghiệp hiện nay quan tâm và tìm hướng xử lý phù hợp. Đặc biệt phổ biến có thể kể đến là ô nhiễm kim loại nặng đang đe dọa rất nhiều đến sức khỏe con người và sự phát triển của hệ sinh thái. Trong chủ đề của bài viết lần này, Biogency sẽ giúp bạn tìm ra phương pháp xử lý một loại kim loại nặng đang rất được quan tâm, đó là kim loại Crom. Vậy đâu là công nghệ khử crom trong nước thải hiệu quả và phù hợp nhất cho cơ sở của bạn? Cùng tìm hiểu nhé!
Các nội dung chính
Tìm hiểu về Crom trong nước thải
Crom (Cr) là một nguyên tố hóa học được sử dụng trong sản xuất nhiều loại hàng hóa và vật liệu, bao gồm kim loại và hợp kim tinh chế, da, sơn, bột màu, chất bảo quản gỗ, điện tử và hóa chất. Do đặc tính chống ăn mòn của nó, nó cũng là chất phụ gia chính trong thép không gỉ.
Nước thải từ các hoạt động này và các hoạt động công nghiệp khác có thể chứa lượng crom vượt quá mức cần thiết phải được giám sát và quản lý cẩn thận. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét những công nghệ nào tốt nhất để loại bỏ crom khỏi nước và nước thải công nghiệp, đồng thời khám phá những lợi ích và nhược điểm chính của mỗi công nghệ khi chúng liên quan đến các ngành và quy trình khác nhau.
Có nhiều hợp chất và trạng thái oxi hóa của crom xảy ra trong tự nhiên và được tạo ra trong công nghiệp, tuy nhiên crom hóa trị ba (Cr (III)) và crom hóa trị sáu (Cr (VI)) là những trạng thái oxi hóa duy nhất tan trong nước (ngay cả khi hơi nhỏ). Hầu hết các cơ sở công nghiệp sẽ xử lý những trạng thái crom Cr(III) và Cr(VI) theo các phương pháp phổ biến dưới đây.
Xem thêm: Khử photpho trong nước thải
Phương pháp khử crom trong nước thải
Loại bỏ crom bằng kết tủa hóa học
Kết tủa hóa học (Chemical Precipitation) là một phương pháp tách cặn khỏi nước thải, trong đó các hoá chất kết tủa sẽ được thêm vào nước thải để đẩy các ion gây ô nhiễm ra khỏi dung dịch và sau đó chúng có thể được loại bỏ thông qua một số phương pháp phân tách vật lý. Các chất kết tủa được sử dụng để tách crom bao gồm hóa chất phản ứng mạnh như như canxi hydroxit, natri hydroxit, magie oxit hoặc canxi magie cacbonat – tạo kết tủa hóa học trở thành một phương pháp xử lý phổ biến, đơn giản và ít tốn kém để loại bỏ crom.
Mặc dù đúng là kết tủa hóa học rất hiệu quả để loại bỏ crom hóa trị ba (Cr (III)), quy trình này sẽ phức tạp hơn một chút đối với các dòng chứa crom hóa trị sáu (Cr (VI)), đòi hỏi một số bước khử bổ sung. Điều này thường bao gồm việc thêm một số loại chất khử như là natri bisunfat, natri metabisunfat, sắt sunfat hoặc lưu huỳnh đioxit dạng khí,… tác dụng với Cr (VI) để khử thành Cr (III).
Ngoài ra, bạn cần xem xét một số yếu tố khác như độ pH của dòng thải, tính chất và các tác nhân cần tạo kết tủa, dòng thải sẽ theo đợt hay liên tục và đánh giá xem những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống như thế nào. Trong khi pH hầu như luôn là yếu tố quan trọng được xem xét đối với các hệ thống sử dụng kết tủa hóa học, nó có tầm quan trọng đặc biệt khi cần giảm Cr (VI). Lý do là phản ứng khử crom nhạy cảm với pH và sẽ diễn ra nhanh hơn trong điều kiện có tính axit. Đối với các dòng có độ pH trên 5 thì phản ứng khử quá chậm theo thực tế ở hầu hết các cơ sở công nghiệp hiện nay. Do đó, kết tủa hóa học có thể không phù hợp cho các cơ sở có dòng nước thải hơi axit, trung tính hoặc kiềm.
Loại bỏ crom bằng phương pháp trao đổi ion
Trao đổi ion (Ion Exchange) gọi tắt là IX, đây là một quá trình vật lý kết hợp với hóa học loại bỏ có chọn lọc các chất gây ô nhiễm khỏi dung dịch bằng cách hoán đổi hiệu quả các ion có điện tích tương tự nhau. IX mang lại những lợi thế như hiệu quả về chi phí, sự tiện lợi và khả năng hoàn nguyên rất tốt. Phương pháp này có thể là một lựa chọn tuyệt vời cho các cơ sở muốn thu hồi và tái sử dụng crom từ các dòng chất thải của họ
Công việc của thiết bị IX được thực hiện bằng chất nền nhựa IX phải được lựa chọn lọc cẩn thận tùy thuộc vào điều kiện quy trình và đặc tính của dòng thải. Loại bỏ Cr(III) bằng cách sử dụng nhựa cation axit mạnh (SAC), nhựa cation axit yếu (WAC) hoặc nhựa chelat. Mặt khác, loại bỏ Cr(VI) bằng cách sử dụng nhựa anion bazơ mạnh (SBA). Trong cả hai trường hợp, các cơ sở cần lập kế hoạch bảo trì thường xuyên và tái tạo nhựa theo chu kỳ để đảm bảo loại bỏ crom triệt để..
Khử crom bằng quá trình keo tụ, tạo bông
Keo tụ và tạo bông (Coagulation and flocculation) là công nghệ xử lý nước thải được sử dụng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ các dòng nước thải chảy có các hạt mịn. Quá trình bao gồm thêm chất keo tụ hóa học vào dòng thải, kết hợp máy trộn nhẹ nhàng để tăng cường sự kết tụ (hay “keo tụ”) của các hạt mịn thành các hạt lớn hơn sau đó lắng và loại bỏ ra khỏi nước thải. Keo tụ và tạo bông có thể được sử dụng cho nhiều nhu cầu tách khác nhau, bao gồm loại bỏ các vật liệu hữu cơ, màu, mùi, các hạt lơ lửng và kim loại nặng, bao gồm cả crom. Thông thường, keo tụ và tạo bông được sử dụng như một bước xử lý nước thải chính để giảm tải tổng thể crom và các kim loại nặng khác.
Khi thiết kế công nghệ xử lý nước thải, các cơ sở công nghiệp thường áp dụng phương pháp keo tụ và tạo bông để xử lý. Nhưng khi vận hành hệ thống này thì các yếu tố khác cần xem xét bao gồm như loại hóa chất keo tụ cần được sử dụng (thường là clorua sắt hoặc sunfat sắt để loại bỏ crom), cũng như kích thước, công suất đơn vị, nồng độ hạt lơ lửng và thời gian tiếp xúc.
Khử crom bằng phương pháp hấp phụ
Hấp phụ (Adsorption) là một công nghệ xử lý sử dụng các lực hút phân tử để thu giữ các chất gây ô nhiễm từ dòng thải. Quá trình hấp phụ bao gồm cho một dòng chất lỏng đi qua vật liệu hấp phụ bằng xốp. Vì các chất gây ô nhiễm bị hòa tan khi hút vào vật liệu hấp phụ nhiều hơn so với nước trong dòng, các chất gây ô nhiễm dễ dàng liên kết với bề mặt của vật liệu khi nước thải lỏng đi qua. Hấp phụ có hiệu quả để tách, loại bỏ crom và các kim loại nặng khác trong các dòng chảy có nồng độ kim loại nặng tương đối thấp. Để tách crom thì có thể sử dụng nhiều loại vật liệu hấp phụ khác nhau, bao gồm cả than hoạt tính, đất sét, zeolit, rêu than bùn, và thậm chí cả chất thải nông nghiệp chẳng hạn như vỏ quả óc chó hoặc trấu.
Các lợi ích chính của phương pháp hấp phụ so với các phương pháp khác là chi phí vận hành thấp, tính đơn giản về kỹ thuật tương đối và sử dụng vật liệu sẵn có để xử lý. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những nhược điểm riêng của nó, trong đó nổi bật nhất là khả năng bị hạn chế giới hạn xử lý và tiềm năng tái sinh hạn chế. Do đó, nồng độ chất gây ô nhiễm cao hơn sẽ làm chi phí cao đầu tư xử lý lớn do phải thay thế vật liệu thường xuyên hơn. Do đó, hấp phụ được sử dụng hợp lý nhất cho các dòng nước thải có nồng độ crom tương đối thấp.
Khử crom bằng khử điện hoá
Khử điện hóa (electrochemical reduction) là một phương pháp xử lý ngày càng phổ biến đối với các dòng có chứa Cr (VI). Quá trình này áp dụng một dòng điện vào các điện cực kim loại, làm cho chúng hòa tan và giải phóng các ion vào dung dịch. Sau đó, các ion sẽ bị oxy hóa để khử Cr (VI) thành Cr (III) dễ hòa tan hơn. Quá trình khử điện hóa có thể thiết kế sau hoặc động thời cùng với công nghệ kết tủa riêng biệt phụ thuộc vào thiết kế hệ thống.
Có rất nhiều lợi ích trong quá trình khử điện hóa, bao gồm khả năng cho phản ứng xảy ra được ở độ pH trung tính, cũng như việc sử dụng hóa chất ở mức tối thiểu, có thể có lợi cả về chi phí và môi trường. Những hạn chế tiềm ẩn có thể bao gồm hiệu suất bị giảm do thiết kế lò phản ứng kém, thời gian phản ứng không đủ và tốc độ trộn chậm. Ngoài ra, cả diện tích bề mặt điện cực kim loại và sự lựa chọn vật liệu đều có tác động đáng kể đến hiệu suất xử lý của cả của hệ thống.
Khử crom bằng phương pháp lọc màng
Lọc màng (membrane filtration) là một quá trình phân tách vật lý trong đó một dòng chất lỏng được đi qua một màng lọc bán thấm để phân tách vật liệu dựa. Màng có các lỗ có kích thước đặc biệt giúp giữ lại các chất gây ô nhiễm lớn đồng thời cho phép dòng chất lỏng và các hạt nhỏ hơn chảy qua. Các loại màng lọc thường được sử dụng để tách crom bao gồm siêu lọc (UF) , lọc nano (NF), thẩm thấu ngược (RO) và thẩm tách điện. Trong một số trường hợp, nhiều loại màng lọc được sử dụng theo trình tự để tối đa hóa hiệu suất và tuổi thọ của màng, đồng thời giúp loại bỏ tối đa crom trong nước thải. Lọc màng cũng là một lựa chọn tốt cho các cơ sở muốn thu hồi lại crom, vì cả NF và RO đều có thể tạo ra chất kết dính giữ crom để có thể được tái sử dụng trong sản xuất.
Mặc dù có lợi ích mang lại nhưng các cơ sở cũng nên xem xét những thiếu sót tiềm ẩn của quá trình lọc màng. Chúng có thể bao gồm chi phí vận hành cao để làm sạch, bảo trì, thay thế màng liên tục, cũng như là mức tiêu thụ năng lượng cao và các giới hạn về tốc độ dòng chảy.
Cơ sở để lựa chọn công nghệ khử crom phù hợp
Các công nghệ xử lý nước thải nên trên đều có hiệu quả riêng biệt để loại bỏ crom. Tóm lại, không có phương pháp nào được xem là tốt nhất để tách và loại bỏ crom. Đúng hơn, hệ thống xử lý crom tốt nhất là hệ thống đã được lựa chọn công nghệ phù hợp, cẩn thận với các nhu cầu và ưu tiên cụ thể của nước thải sản xuất.
Có lẽ yếu tố lớn nhất ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải để loại bỏ crom có mặt trong nước thải. Điều này là do crom tồn tại ở các trạng thái oxi hóa khác nhau trong nước, mỗi trạng thái có đặc tính riêng và có các cách khác nhau để loại bỏ.
Ví dụ, Cr (III) có trong tự nhiên và nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp thường chỉ tan trong nước một chút, và nó có thể được tách hiệu quả qua quá trình hấp phụ, trao đổi ion (IX) và lọc màng. Mặt khác, Cr (VI) được biết đến nhiều nhất vì sự hiện diện của nó trong các dòng nước thải ngành thuộc da và một số ngành công nghiệp khác. Chúng thường xuất hiện dưới dạng cromat hoặc dicromat, Cr (VI) có độc tính cao và dễ dàng liên kết với các hạt lơ lửng. Do các đặc tính này, hầu hết các phương pháp loại bỏ cần phải thêm một bước khử bổ sung đầu tiên để chuyển đổi Cr (VI) thành Cr (III), sau đó một hoặc nhiều bước tách được thực hiện để loại bỏ và hoặc thu hồi lượng Cr (III) còn lại.
Như đối với bất kỳ hệ thống xử lý nước thải nào, việc lập kế hoạch xử lý nước thải cũng cần phải xem xét cẩn thận về các đặc điểm của quy trình và dòng thải để có thể xác định thiết kế công nghệ xử lý xử lý phù hợp. Cụ thể như các thành phần nào có mặt trong dòng chất thải và ở nồng độ như thế nào, cũng như độ pH, nhiệt độ và tốc độ dòng chảy có thể thu hẹp với dung dịch nào là thích hợp. Ngoài ra, việc lựa chọn các công nghệ xử lý phải đảm bảo các yếu tố:
+ Cách cải tạo và tái sử dụng vật liệu phải chuẩn theo quy định,
+ Không gian hệ thống đủ để lắp đặt
+ Yêu cầu kỹ năng vận hành, đầu tư vốn và chi phí hoạt động dài hạn phải phù hợp.
Xem thêm: Khử đồng trong nước thải
______________________
Khử Crom trong nước thải nói riêng và xử lý nước thải chứa kim loại nặng nói chung cần đến rất nhiều yếu tố quan trọng để xác định lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp. Mong rằng qua bài viết này, Biogency có thể giúp bạn lựa chọn được công nghệ xử lý hiệu quả nhất cho cơ sở của mình. Để được tư vấn thêm về phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học, xin hãy liên hệ ngay với chúng tôi theo Hotline: 0909 538 514
Tài liệu tham khảo:
Best Technologies for Removing Chromium from Industrial Wastewater (samcotech.com)
Chịu trách nhiệm nội dung
Phó Giám Đốc - Đồng Thị Tú Anh
