Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải xi mạ

Phương pháp xử lý nước thải xi mạ phổ biến nhất là dùng phương pháp hoá học rồi đến trao đổi ion, phương pháp chưng cất, phương pháp điện thẩm tích. Chọn phương pháp nào là tuỳ chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật cho phép, điều kiện môi trường địa phương, yêu cầu, mục đích dùng lại hoặc thải thẳng ra môi trường… Chọn phương pháp nào cũng phải bảo đảm chất lượng môi trường theo TCVN 5945- 1995.

 1.Phương pháp kết tủa:

Quá trình kết tủa thường được ứng dụng cho xử lý nứơc thải chứa kim loại nặng. Kim loại nặng thường kết tủa ở dạng hydroxit khi cho chất kiềm hóa (vôi, NaOH, Na₂CO₃,…) vào để đạt đến giá trị pH tương ứng với độ hoà tan nhỏ nhất. Giá trị pH này thay đổi tuỳ theo kim loại. Độ hoà tan nhỏ nhất của Crôm ở pH 7.5 và kẽm là 10.2. Ở ngoài giá trị đó, hàm lượng hoà tan tăng lên.

Khi xử lý kim loại, cần thiết xử lý sơ bộ để khử đi các chất cản trở quá trình kết tủa. Thí dụ như cyanide và ammonia hình thành các phức với nhiều kim loại làm giảm hiệu quả quá trình kết tủa. Cyanide có thể xử lý bằng chlorine hoá-kiềm, ammonia có thể khử bằng phương pháp chlorine hoá điểm uốn (breakthrough point), tách khí (air stripping) hoặc các phương pháp khác trước giai đoạn khử kim loại. 

Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại nặng có thể loại bỏ bằng quá trình kết tủa hydroxit với chất kiềm hóa, hoặc dạng sulfide hay carbonat.

Một số kim loại như arsenic hoặc cadmium ở nồng độ thấp có thể xử lý hiệu quả khi cùng kết tủa với phèn nhôm hoặc sắt. Khi chất lượng đầu ra đòi hỏi cao, có thể áp dụng quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng khó lắng trong quá trình kết tủa.

Đối với Crôm VI (Cr⁶⁺), cần thiết tiến hành khử Cr⁶⁺ thành Cr³⁺ và sau đó kết tủa với vôi hoặc xút. Hoá chất khử thông thường cho xử lý nước thải chứa Crôm là ferrous sulphate (FeSO₄), sodium-meta-bisulfit, hoặc sulfur dioxit. Ferrous sulphate (FeSO₄), sodium-meta-bisulfit có thể ở dạng rắn hoặc dung dịch. SO₂ ở dạng khí nén trong các bình chịu áp. Quá trình khử hiệu quả trong môi trường pH thấp. Vì vậy các hoá chất khử sử dụng thường là các chất mang tính axit mạnh. Trong quá trình khử, Fe²⁺ sẽ chuyển thành Fe³⁺. Nếu sử dụng meta-bisulfit hoặc sulfur dioxit, ion SO₃^2- chuyển thành SO₄^2-.

 Phản ứng tổng quát như sau:

Cr⁶⁺ + Fe²⁺ + H⁺ à Cr³⁺ + Fe³⁺

Cr⁶⁺ + Na₂S₂O₃ (hoặc SO₂) + H⁺ à Cr³⁺ + SO₄^2-

Cr³⁺ + 3OH^- à Cr(OH)₃ â

Trong phản ứng oxy hoá khử, ion Fe²⁺ phản ứng với Cr⁶⁺, khử Cr⁶⁺ thành Cr³⁺ và oxy hoá Fe²⁺ thành Fe³⁺. Phản ứng xảy ra nhanh hơn ở pH nhỏ hơn 3. Axit có thể được thêm vào để đạt pH thích hợp. Sử dụng FeSO₄ là tác nhân khử có điểm bất lợi khối lượng bùn sinh ra khá lớn do cặn Fe(OH)₃ tạo thành khi cho chất kiềm hoá vào. Để thu được phản ứng hoàn toàn, cần thiết phải thêm lượng FeSO₄ dư, khoảng 2.5 lần so với hàm lượng tính toán trên lí thuyết.

 Lượng axit cần thiết cho quá trình khử Cr⁶⁺ phụ thuộc vào độ axit của nước thải nguyên thuỷ, pH của phản ứng khử và loại hoá chất sử dụng.

Xử lý từng mẻ (batch treatment) ứng dụng có hiệu quả kinh tế, khi nhà máy xi mạ có lưu lượng nước thải mỗi ngày ≤ 100m³/ngày. Trong xử lý từng mẻ cần dùng hai loại bể có dung tích tương đương lượng nước thải trong một ngày Q_ngày. Một bể dùng xử lý, một bể làm đầy.

Khi lưu lượng ≥ 100m³/ngày, xử lý theo mẻ không khả thi do dung tích bể lớn. Xử lý dòng chảy liên tục đòi hỏi bể axit và khử, sau đó qua bể trộn chất kiềm hoá và bể lắng. Thời gian lưu nước trong bể khử phụ thuộc vào pH, thường lấy tối thiểu 4 lần so với thời gian phản ứng lý thuyết. Thời gian tạo bông thường lấy khoảng 20 phút và tải trọng bể lắng không nên lấy ≥ 20m³/ngày.

Trong trường hợp nước rửa có hàm lượng crôm thay đổi đáng kể, cần thiết có bể điều hoà trước bể khử để giảm thiểu dao động cho hệ thống châm hoá chất.

 2.Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp này thường được ứng dụng cho xử lý nước thải xi mạ để thu hồi Crôm. Để thu hồi axit crômic trong các bể xi mạ, cho dung dịch thải axit crômic qua cột trao đổi ion resin cation (RH_mạnh) để khử các ion kim loại (Fe, Cr³⁺_,  Al,…). Dung dịch sau khi qua cột resin cation có thể quay trở lại bể xi mạ hoặc bể dự trữ. Do hàm lượng Crôm qua bể xi mạ khá cao (105-120kg CrO₃/m³), vì vậy để có thể trao đổi hiệu quả, nên pha loãng nước thải axit crômic và sau đó bổ sung axit crômic cho dung dịch thu hồi.

Đối với nước thải rửa, đầu tiên cho qua cột resin cation axit mạnh để khử các kim loại. Dòng ra tiếp tục qua cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi crômat và thu nước khử khoáng. Cột trao đổi anion hoàn nguyên với NaOH. Dung dịch qua quá trình hoàn nguyên là hỗn hợp của Na₂CrO₄ và NaOH. Hỗn hợp này cho chảy qua cột trao đổi cation để thu hồi H₂CrO₄ về bể xi mạ. Axit crômic thu hồi từ dung dịch đã hoàn nguyên có hàm lượng trung bình từ 4-6%. Lượng dung dịch thu được từ giai đoạn hoàn nguyên cột resin cation cần phải trung hoà bằng các chất kiềm hoá, các kim loại trong dung dịch kết tủa và lắng lại ở bể lắng trước khi xả ra cống.

 3.Phương pháp điện hóa

Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hoá khử để tách kim loại trên các điện cực nhúng trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy qua. Phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không cần cho thêm hoá chất, tuy nhiên thích hợp cho nước thải có nồng độ kim loại cao (> 1g/l)

    4.Phương pháp sinh học

Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển khối như bèo tây, bèo tổ ong, tảo,… Với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/l và phải có đủ chất dinh dưỡng (nitơ, phốtpho,…) và các nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho sự phát triển của các loài thực vật nước như rong tảo. Phương pháp này cần có diện tích lớn và nước thải có lẫn nhiều kim loại thì hiệu quả xử lý kém.