intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Xử lý kim loại nặng trong nước thải

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST
Báo xấu
4
lượt xem 1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo này xem xét các phương pháp xử lý nước thải kim loại nặng được sử dụng gần đây và hiệu quả của chúng. Những công nghệ này bao gồm kết tủa hóa học, trao đổi ion, hấp phụ, hấp thụ bằng màng lọc Filtration, keo tụ tạo bông và điện hóa. Từ các nghiên cứu cho thấy các phương pháp trao đổi ion, hấp thụ và màng lọc filtration là những phương pháp thường xuyên được sử dụng và có hiệu quả cao trong việc xử lý kim loại nặng trong nước thải.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Xử lý kim loại nặng trong nước thải

  1. XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI Nguyễn Hùng Anh 1, Nguyễn Thị Bích Trâm 2 1. Lớp CH21MT01, Trường Đại học Thủ Dầu Một t: 2. Trường Đại học Thủ Dầu Một TÓM TẮT Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng hiện nay. Do đó việc xử lý để loại bỏ kim loại nặng là vấn đề rất cần được quan tâm nghiên cứu. Có nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải đã được nghiên cứu và áp dụng. Báo cáo này xem xét các phương pháp xử lý nước thải kim loại nặng được sử dụng gần đây và hiệu quả của chúng. Những công nghệ này bao gồm kết tủa hóa học, trao đổi ion, hấp phụ, hấp thụ bằng màng lọc Filtration, keo tụ tạo bông và điện hóa. Từ các nghiên cứu cho thấy các phương pháp trao đổi ion, hấp thụ và màng lọc filtration là những phương pháp thường xuyên được sử dụng và có hiệu quả cao trong việc xử lý kim loại nặng trong nước thải. Từ khóa: Kim loại nặng, hấp thụ, màng lọc Filtration, nước thải, trao đổi ion. 1. GIỚI THIỆU Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng nặng hơn 5g/cm3 như Hg, Cd, Pb, As, Sn, Cr, Cu, Zn, Mn, … thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hóa của các thể sinh vật và tích lũy trong cơ thể chúng. Do độ hòa tan trong nước của các kim loại này cao nên chúng có thể hấp thụ tốt vào cơ thể sinh vật, nếu sự tích lũy diễn ra với nồng độ cao và vượt quá giới hạn cho phép có thể gây ra nhiễm độc và tổn hại trầm trọng đến cơ thể sinh vật. Các kim loại nặng đều được tìm thấy tự nhiên trên Trái Đất, và hiện nay sự tích lũy nồng độ cao của chúng đang dần hình thành với số lượng lớn do các hoạt động chung của con người đến từ công nghiệp khai khoáng mỏ, nguồn thải từ các nhà máy khu công nghiệp, … Hiện nay do sự phát triển về kinh tế, kéo theo là sự gia tăng dân số nên số lượng khí thải và nước thải ngày càng bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng từ công nghiệp và giao thông vận tải. Các kim loại nặng nói chung lại khó loại bỏ bằng các phương pháp xử lý nước thải thông thường và nếu chúng xâm nhập vào các nguồn nước sinh hoạt ở mức độ cao hơn giới hạn cho phép sẽ là nguồn gốc của các bệnh hiểm nghèo. Có nhiều phương pháp xử lý kim loại nặng đã được nghiên cứu và phát triển với mục tiêu tối ưu hiệu qủa và giảm chi phí xử lý như phương pháp kết tủa, trao đổi ion, hấp thụ, thẩm tách điện, điện hóa, keo tụ tạo bông, tuyển nổi, … 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI 2.1. Kết tủa hóa học Là phương pháp dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với các kim loại cần loại bỏ khỏi nước thải, với độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước bằng phương pháp lắng. 153
  2. 2.1.1. Kết tủa Hydroxit Để thực hiện phương pháp này, người ta cho vào nước thải chất kết tủa có tính kiềm (NaOH, Na2CO3, Ca CO3, …), làm cho ion kim loại phản ứng với gốc OH- tạo thành hợp chất hydroxit không tan, do đó bị phân ly ra. Phương pháp kết tủa là phương pháp điều chỉnh, khống chế pH. Nước thải có ion kim loại nặng, về cơ bản có thể điều chỉnh pH để kết tủa phân ly. Khi ion kim loại nặng ở dạng phức chất, trước tiên phải phân hủy phức chất, sau đó điều chỉnh pH để kết tủa. Công nghệ trung hòa kết tủa có hai loại: Trung hòa kết tủa một lần và trung hòa kết tủa phân đoạn. Mấu chốt của phương pháp trung hòa kết tủa là khống chế tốt pH, cần căn cứ tính chất của nước và loại kim loại nặng phải loại bỏ mà chọn công nghệ trung hòa kết tủa. Quá trình kết tủa hydroxit khi sử dụng Ca(OH)2 và NaOH trong việc loại bỏ các ion Cu(II) và Cr(VI) khỏi nước thải đã được đánh giá bởi (Mirbagheri và nnk., 2005) Cr(VI) được chuyển đổi thành Cr(III) bằng cách sử dụng sắt sunfat. Tại điều kiện pH 8,7, khi bổ sung Ca(OH)2 thì nồng độ Crom giảm từ 30 mg/L xuống 0,01 mg/L. Cu(II) giảm do sục khí khi độ pH là 12,0 đối với cả Ca(OH)2 và NaOH và nồng độ đồng giảm từ 48,51 mg/L xuống 0,694 mg/L. Trong quá trình kết tủa hydroxit, việc bổ sung các chất đông tụ như phèn, muối sắt và polyme hữu cơ đẩy mạnh việc loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải. Charerntanyarak (1999) đã sử dụng quá trình keo tụ hóa học và kết tủa bằng vôi để xử lý nước thải tổng hợp bao gồm Zn, Cd, Mn và Mg ở nồng độ lần lượt là 450, 150, 1085 và 3154 mg/L. Ông phát hiện ra rằng độ pH tối ưu là hơn 9.5 và nước thải được xử lý có thể đáp ứng tiêu chuẩn đầu ra nước thải. Hơn nữa, nếu chất đông tụ được thêm vào, nồng độ còn lại của kim loại nặng trong nước được giảm mạnh. Đây là một trong những phương pháp được ứng dụng rộng rãi do dễ thực hiện, chi phí thấp và dễ kiểm soát pH. Tuy nhiên, có một số vấn đề phát sinh đối với phương pháp này như kết tủa hydroxit tạo ra khối lượng lớn bùn, có thể gây ra các vấn đề về khử nước và xử lý (Kongsricharoern và nnk., 1995); một số hydroxit kim loại là lưỡng tính, kết tủa hydroxit cùng với độ pH lý tưởng có thể đưa một kim loại khác trở lại dung dịch. Khi các tác nhân tạo phức có trong nước thải, chúng sẽ ức chế sự kết tủa hydroxit kim loại, tuy nhiên hiệu suất không cao. 2.1.2. Kết tủa Sunfua Kết tủa sunfua là một quá trình hiệu quả để xử lý các ion kim loại nặng độc hại. Bằng cách cho vào nước thải hợp chất sunfua như Na2S, (NH4)2S làm cho ion kim loại và ion lưu huỳnh phản ứng, tạo thành hợp chất sunfua kim loại khó hòa tan và dễ dàng được loại bỏ đi. Thứ tự kết tủa hợp chất sunfua như sau: Hg, Ag, As, Bi, Cu, Pb, Cd, Sn, Zn, Co, Ni, Fe, Mn. Hợp chất sunfua có vị trí ở phía trước độ hòa tan càng nhỏ nên xử lý dễ dàng. Özverdi và Erdem đã loại bỏ Cu, Cd và Pb trong nước bằng phương pháp kết tủa Sunfua (Özverdi và nnk., 2006). Ngoài ra, quá trình kết tủa sulfide đã được phát triển dựa trên vi khuẩn khử sunfat (SRB). SRB oxy hóa các hợp chất hữu cơ đơn giản trong điều kiện yếm khí và biến đổi sunfat thành hydro sulfide. Một số kết quả khả quan đã được báo cáo bởi Kousi trong việc xử lý kẽm trong nước thải. Ông phát hiện ra phương pháp này làm giảm hoàn toàn sunfat khi nồng độ ban đầu lên đến 6000 mg/L, loại bỏ hoàn toàn kẽm hòa tan có nồng độ ban đầu lên đến 400 m/L và loại bỏ hoàn toàn TOC cho nồng độ ban đầu lên đến 1500 mg/L (Kousi và nnk., 2007). Khả năng sử dụng SRB để xử lý hệ thống thoát nước tại các mỏ axit cũng được nghiên cứu (Alvarez và nnk., 2007). Phương pháp kết tủa Sunfua có hiệu quả cao do độ tan của kim loại sunfua kết tủa thấp hơn đáng kể so với kết tủa Hydroxit nên quá trình kết tủa sulfua có thể đạt được hiệu quả trong phạm vi pH rộng 154
  3. so với kết tủa Hydroxit. Ngoài ra, bùn sulfua kim loại cũng có đặc tính làm dày và tưới nước tốt hơn so với bùn hydroxit kim loại tương ứng. Tuy nhiên, các ion kim loại nặng thường trong điều kiện axit và sulfua kết tủa có thể dẫn đến phát sinh khói H2S là một khí độc hại. 2.1.3. Kết tủa hóa học kết hợp với các phương pháp khác Để tăng hiệu quả xử lý, người ta sử dụng phương pháp kết tủa hóa học kết hợp với một số phương pháp khác như trao đổi ion, quy trình electroFenton, … người ta sử dụng quy trình electroFenton và kết tủa hóa học để xử lý nước thải công nghiệp để giảm COD (2400 mg/L) và Zn (32 mg/L). Kết quả cho thấy khoảng 88% COD đã được giảm bằng phương pháp electro- Fenton và loại bỏ 99,3% kẽm trong phạm vi pH từ 9 - 10 bằng cách sử dụng vôi để kết tủa. Papadopoulos đã báo cáo việc sử dụng các quy trình trao đổi ion riêng lẻ sau đó kết hợp với kết tủa hóa học trong việc loại bỏ niken khỏi nước thải từ bồn vệ sinh của các bộ phận bằng nhôm. Họ phát hiện ra rằng việc áp dụng trao đổi ion riêng lẻ giúp loại bỏ 74,8% niken, trong khi sử dụng sự kết hợp của quá trình trao đổi ion và kết tủa hóa học, việc loại bỏ cao hơn từ 94,2% đến 98,3% niken (Papadopoulos và nnk., 2004). Bên cạnh đó, việc xử lý nước mỏ axit bằng cách kết tủa kim loại nặng bằng vôi và sunfua, tiếp theo là trao đổi ion cũng được báo cáo (Feng và nnk., 2000). Đây là một trong những phương pháp mang lại hiệu quả cao. Song, do phải kết hợp nhiều phương pháp nên quy trình phức tạp, khó thực hiện. 2.1.4. Kết tủa Chelating Là phương pháp sử dụng các chất kết tủa hóa học để kết tủa kim loại nặng trong nước thải. Matlock và cộng sự đã xem xét và kiểm tra hiệu quả của ba chất kết tủa hóa học cho kim loại nặng thường được sử dụng là trimercaptotriazine, kali/sodiumthiocarbonate và sodiumdimethyldithiocarbamate) (Matlock và nnk., 2002). Vì các chất kết tủa hóa học cho kim loại nặng ngày nay hoặc thiếu các quy định về pháp lý để được sử dụng một cách an toàn hoặc gây ra nhiều rủi ro môi trường nên cần nghiên cứu các chất kết tủa mới và hiệu quả hơn để sử dụng an toàn hơn cho môi trường. Xu và Zhang đã phát triển chất kết tủa kim loại nặng hữu cơ mới là dipropyl dithiophosphate. Sử dụng phương pháp này có thể loại bỏ nồng độ chì, cadmium, đồng và thủy ngân là 200 mg/L lên đến hơn 99,9% và nồng độ kim loại nặng trong nước thải sau khi xử lý lần lượt nhỏ hơn 1, 0,1, 0,5 và 0,05 mg/L. Đây là phương pháp có hiệu quả xử lý khá cao, tuy nhiên các chất hóa học tạo kết tủa không đảm bảo an toàn cho môi trường nên cần được nghiên cứu thay thế (Xu và nnk., 2006). 2.2. Trao đổi Ion Trao đổi ion là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn. Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau. Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion: Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục; trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến. Sự hấp thụ các ion kim loại nặng bởi nhựa trao đổi ion bị ảnh hưởng khá nhiều bởi các biến số nhất định như pH, nhiệt độ, nồng độ kim loại ban đầu và thời gian tiếp xúc (Gode và nnk., 2006). Điện tích ion cũng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi ion. Điện tích ion 155
  4. trong việc loại bỏ Ce, Fe và Pb khỏi nước thải đã được thử nghiệm bởi Abo-Farha và cộng sự (Abo-Farha và nnk., 2009). Họ phát hiện ra rằng chuỗi hấp phụ các ion kim loại có thể được cho là Ce > Fe > Pb. Kết quả tương tự đối với Co, Ni và Cr trên nhựa trao đổi cation Amberlite IRN- 77 trước đây đã được Kang và cộng sự nghiên cứu và thu được (Kang và nnk., 2009). Doula đã sử dụng hệ thống clinoptiloliteeFe để đồng thời loại bỏ Cu, Mn và Zn khỏi nước uống. Ông phát hiện ra rằng hệ thống này có khả năng hấp phụ kim loại rất lớn và trong hầu hết các trường hợp, các mẫu nước được xử lý phù hợp với nhu cầu tiêu dùng của con người hoặc sử dụng trong nông nghiệp. Nhựa trao đổi ion dùng trong phương pháp này phải được tái sinh bằng thuốc thử hóa học khi chúng dần cạn kiệt và quá trình tái sinh có thể gây ô nhiễm thứ cấp nghiêm trọng cho môi trường. Và để xử lý một lượng lớn nước thải có chứa kim loại nặng ở nồng độ thấp bằng phương pháp này rất tốn kém chi phí, cho nên không được sử dụng ở quy mô lớn (Doula, 2009). 2.3. Phương pháp hấp thụ 2.3.1. Hấp thụ bằng than hoạt tính Chất hấp phụ than hoạt tính (AC) được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng. Nhiều nhà nghiên cứu đang nghiên cứu việc sử dụng AC để loại bỏ kim loại nặng (Jusoh và nnk., 2007; Kang và nnk., 2008). Ngày nay, nguồn AC dựa trên than thương mại cạn kiệt dẫn đến việc tăng giá nên việc tìm kiếm AC thay thế từ các nguồn dồi dào và giá thành rẻ là mối quan tâm hàng đầu. Việc chuyển đổi vật liệu carbonaceous thành AC để xử lý kim loại nặng đã được nghiên cứu. Kongsuwan và cộng sự đã khám phá việc sử dụng AC từ vỏ cây bạch đàn trong sự hấp thụ thành phần nhị phân của Cu và P. Khả năng hấp thụ tối đa cho Cu và Pb là 0,45 và 0,53 mmol/g (Kongsuwan và nnk., 2009) Phương pháp này sử dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên, tuy nhiên chúng đang cạn kiệt và cần tìm nguồn thay thế. 2.3.2. Hấp thụ bằng ống Nano Cacbon Ống nano carbon (CNTs) được phát hiện bởi Iijima (1991) vào năm 1991, đã được nghiên cứu rộng rãi về các đặc tính và ứng dụng hiệu quả của nó. Là chất hấp phụ tương đối mới, CNTs đã được chứng minh rất có tiềm năng để loại bỏ các ion kim loại nặng như chì (Wang và nnk., 2007; Kabbashi và nnk., 2009), cadmium (Kuo và nnk., 2009), chromium (Pillay và nnk., 2009), copper (Li và nnk., 2010), và niken (Kandah và nnk., 2007) từ nước thải. Kết quả của các nghiên cứu này cho thấy CNTs là sự lựa chọn ưu tiên để hấp phụ của kim loại nặng tĩnh điện. Pillay và cộng sự đã điều tra khả năng hấp phụ để loại bỏ các phần tỷ mức (ppb) của Cr (VI) bởi các chất hấp phụ là AC, MWCNTs. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ của MWCNTs cao hơn tới 98% dung dịch Cr (VI) 100 ppb được hấp phụ, cho thấy khả năng hấp phụ vượt trội so với AC (Pillay và nnk., 2009). Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi các CNTs sẽ được thải ra môi trường nước và ô nhiễm. Để giải quyết vấn đề này, một chất hấp phụ thân thiện với môi trường, CNTs bất động bởi canxi alginate (CNTs/CA) đã được chuẩn bị và thử nghiệm để loại bỏ đồng (Li và nnk., 2010). Khả năng hấp phụ đồng của CNTs/CA có thể đạt được 67,9 mg/g ở nồng độ cân bằng đồng là 5 mg/L. Đây là một trong những phương pháp có hiệu quả lý lý cao, tuy nhiên chất thải của phương pháp lại gây ô nhiễm môi trường. 2.3.3. Hấp thụ bằng các chất sinh học Phương pháp hấp thụ sinh học có hiệu quả cao trong việc giảm các ion kim loại nặng và hao tốn ít chi phí. Các quá trình hấp thụ sinh học rất thích hợp để xử lý nước thải kim loại nặng loãng. Chất hấp thụ sinh học điển hình có thể được lấy từ ba nguồn như sau (Apiratikul và nnk., 156
  5. 2008): (1) sinh khối không sống như vỏ cây, lignin, tôm, nhuyễn thể, mực, vỏ cua, … (2) sinh khối tảo; (3) sinh khối vi sinh vật, ví dụ như vi khuẩn, nấm và nấm men. Các dạng nguyên liệu thực vật rẻ tiền, không sống khác nhau như vỏ khoai tây (Aman và nnk., 2008), mùn cưa (Kaczala và nnk., 2009), trấu gram đen (Saeed và nnk., 2005), vỏ trứng (Jai và nnk., 2007), vỏ hạt (Amudaa và nnk., 2009), vỏ trấu cà phê (Oliveira và nnk., 2008), gel pectin củ cải đường (Mata và nnk., 2009) và vỏ cam quýt (Schiewer và nnk., 2008), … đã được nghiên cứu rộng rãi như là chất hấp thụ sinh học tiềm năng cho kim loại nặng. Tảo, một sinh khối tự nhiên tái tạo sinh sôi nảy nở phổ biến và dồi dào ở các vùng ven biển trên thế giới đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà điều tra khi các sinh vật được thử nghiệm và sử dụng làm chất hấp phụ mới để hấp phụ các ion kim loại. Có một số lượng lớn các công trình nghiên cứu về sự hấp thụ sinh học kim loại sử dụng sinh khối tảo. Các báo cáo gần đây bao gồm sự hấp thu sinh học của Cu và Zn khi sử dụng macroalga xanh biển khô Chaetomorpha linum (Ajjabi và nnk., 2009), sự hấp thụ sinh học của Cu, Cd, Pb. Loại bỏ các ion kim loại khỏi nước thải bằng vi sinh vật đã được chỉ ra là có hiệu quả cao. Sự hấp thụ kim loại nặng trong dung dịch nước của vi khuẩn bao gồm Bacillus cereus (Pan và nnk., 2007), Escherichia coli (Souiri và nnk., 2009; Quintelas và nnk., 2009). Nấm và nấm men rất dễ phát triển, tạo ra năng suất sinh khối cao và đồng thời có thể được kiểm soát về mặt di truyền và hình thái. Chất hấp thụ sinh học từ nấm bao gồm Aspergillus niger (Amini và nnk., 2009; Tsekova và nnk., 2010), Rhizopus arrhizus (Aksu và nnk., 2007; Bahadir và nnk., 2007), Saccharomyces cerevisiae (Chen và nnk., 2008; Cojocaru và nnk., 2009), Lentinus edodes (Bayramoglu và nnk., 2008), ... Lê Đức Trung đã nghiên cứu dùng sản phẩm sơ chế từ khoáng thiên nhiên có công thức hóa học: Na2O. Al2O3. SiO2. yH2O; vỏ cua được lấy từ bã thải sau quy trình chế biến thịt cua để xử lý kim loại nặng (Lê Đức Trung và nnk., 2010). Nghiên cứu bước đầu cho thấy vỏ cua có trong bã thải ngành thủy sản (chitin thô) cũng là vật liệu hấp phụ có tiềm năng để xử lý kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp. Với hàm ẩm là 81% và thời gian trộn 180 phút, kích thước vỏ cua 0,3mm và tỷ lệ trộn là 10% theo khối lượng thì hiệu quả xử lý chì dạng linh động đạt 84,72%. Chất hấp thụ sinh học có nguồn gốc rộng rãi trong tự nhiên, chi phí thấp và hấp phụ nhanh chóng. Tuy nhiên, những nghiên cứu này vẫn đang trong giai đoạn lý thuyết và thử nghiệm. 2.4. Hấp thụ bằng màng lọc Filtration 2.4.1. Hấp thụ bằng màng lọc Ultrafiltration (UF) Ultrafiltration (UF) là một kỹ thuật màng hoạt động ở áp suất thấp để loại bỏ vật liệu hòa tan và keo. Vì kích thước lỗ rỗng của màng UF lớn hơn kim loại hòa tan ions ở dạng ion ngậm nước hoặc có trọng lượng phân tử thấp, các ion này sẽ dễ dàng đi qua màng UF. Phương pháp sử dụng màng lọc MEUF được Scamehorn giới thiệu vào những năm 1980 để loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan và các ion kim loại đa hóa trị khỏi các dòng nước (Landaburu-Aguirre và nnk., 2009). MEUF đã được chứng minh là một kỹ thuật tách hiệu quả để loại bỏ các ion kim loại khỏi nước thải. Kỹ thuật tách này dựa trên việc bổ sung các chất hoạt động bề mặt vào nước thải. Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong dung dịch đủ để liên kết các ion kim loại để tạo thành các cấu trúc chất hoạt động bề mặt kim loại lớn. Các ion kim loại có thể được giữ lại bởi màng UF với kích thước lỗ nhỏ. Để có được khả năng lưu giữ cao nhất, các chất hoạt động bề mặt cần có điện tích ngược lại với các ion cần loại bỏ. Natri dodecyl sulfate (SDS), 157
  6. một chất hoạt động bề mặt anion, thường được chọn trong phương pháp MEUF. Khả năng loại bỏ kim loại của MEUF phụ thuộc vào đặc tính, nồng độ của kim loại và chất hoạt động bề mặt, pH dung dịch, cường độ ion và các thông số liên quan đến hoạt động của màng. Landaburu- Aguirre đã điều tra việc loại bỏ kẽm khỏi nước thải tổng hợp của MEUF bằng cách sử dụng SDS. Họ phát hiện ra rằng hiệu quả lên đến 99% khi tỷ lệ mol bề mặt trên kim loại (S/M) trên 5 (Landaburu-Aguirre và nnk., 2009). Retentate là dung dịch đậm đặc của chất hoạt động bề mặt và kim loại nặng được giữ lại bởi màng. Vì chất hoạt động bề mặt có thể chiếm một phần lớn chi phí vận hành, điều cần thiết là phải thu hồi và tái sử dụng chất hoạt động bề mặt. Vì nếu chất hoạt động bề mặt và kim loại nặng không được xử lý, chúng sẽ gây ô nhiễm thứ cấp. Li và cộng sự đã thử nghiệm chelation, tiếp theo là UF để tách Cd hoặc Zn trong MEUF và tái sử dụng SDS. Trong phương pháp sử dụng các tác nhân chelating, EDTA ở pH 4,4 để tách các ion kim loại nặng (90,1% cho Cd, 87,1% cho Zn) và thu hồi SDS (65,5% cho Cd2þ, 68,5% cho Zn). Với SDS được sử dụng trong MEUF, việc loại bỏ các ion kim loại nặng là 90,3% cho Cd, 89,6% cho Zn. Trong phương pháp sử dụng các tác nhân axit, H2SO4 ở pH 1.0 là phương pháp tốt nhất để tách các ion kim loại nặng (98.0% cho Cd, 96.1% cho Zn) và phục hồi SDS (58.1% cho Cd, 54.3% cho Zn) (Li và nnk., 2009). PEUF cũng đã được đề xuất như một phương pháp khả thi để tách nhiều loại ion kim loại. PEUF sử dụng polymer hòa tan trong nước cho các ion kim loại phức tạp và tạo thành một đại phân tử, có trọng lượng phân tử cao hơn trọng lượng phân tử bị cắt ra khỏi màng. Các đại phân tử sẽ được giữ lại khi chúng được bơm qua màng UF. Sau đó, xử lý để thu hồi các ion kim loại và tái sử dụng tác nhân polymer. Mối quan tâm chính của các nghiên cứu PEUF trước đây là tìm polyme phù hợp. Những lợi thế của các phương pháp này bao gồm khả năng loại bỏ cao, tính chọn lọc liên kết cao và các chất cô đặc kim loại tập trung cao để tái sử dụng, v.v. Tuy nhiên chúng sẽ tạo ra ô nhiễm thứ cấp nếu không được xử lý triệt để 2.4.2. Hấp thụ bằng phương pháp thẩm thấu ngược Quá trình thẩm thấu ngược (RO) sử dụng màng bán thấm, cho phép dòng nước đi qua, đồng thời loại bỏ các chất gây ô nhiễm. RO là một trong những kỹ thuật có thể loại bỏ một loạt các kim loại hòa tan khỏi nước. Nó chiếm hơn 20% khả năng khử muối của thế giới (Shahalam và nnk., 2002). RO là một lựa chọn xử lý nước thải ngày càng phổ biến trong kỹ thuật hóa học và môi trường. Các ion Cu và Ni đã được loại bỏ thành công bằng quá trình RO và khả năng loại bỏ của hai ion tăng lên đến 99,5% bằng cách sử dụng Na2EDTA (Mohsen-Nia và nnk., 2007). Dialynas và Diamadopoulos đã áp dụng hệ thống phản ứng sinh học màng quy mô thí điểm kết hợp với RO và họ nhận thấy hiệu quả loại bỏ kim loại nặng rất cao (Dialynas và nnk., 2009). Hạn chế lớn nhất của RO là tiêu thụ điện năng cao do phải tiến hành bơm với áp suất cao. Năm 2008, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã bàn giao và đưa vào vận hành thiết bị xử lý nước biển thành nước ngọt đáp ứng tiêu chuẩn của Bộ Y tế về nước sinh hoạt công suất 300 lít nước ngọt/h cho ngư dân Đà Nẵng. Thiết bị làm việc dựa trên nguyên lý RO với màng lọc của Mỹ. Dưới áp lực phù hợp, nước biển sẽ được tách thành phần nước ngọt sạch và hàm lượng hoà tan thấp thẩm thấu qua màng. Nước có hàm lượng chất rắn hoà tan cao sẽ được dẫn ra ngoài. Tiếp đó, nước ngọt sẽ được dẫn qua hệ thống tia cực tím UV và vào bồn chứa sử dụng. Toàn bộ thời gian xử lý trong vòng 2 phút. 158
  7. 2.4.3. Hấp thụ bằng màng lọc Nanofiltration (NF) Nanofiltration (NF) là quá trình trung gian giữa UF và RO. NF là một công nghệ để loại bỏ các ion kim loại nặng như niken (Murthy và nnk., 2008), crom (Muthukrishnan và nnk., 2008), đồng (Cséfalvay và nnk., 2009; Ahmad và nnk., 2010) và asen (Nguyen và nnk., 2009; Figoli và nnk., 2010) từ nước thải. Figoli đã nghiên cứu loại bỏ asen hóa trị năm khỏi nước tổng hợp bằng hai màng NF (NF90 và N30F). Họ phát hiện ra rằng sự gia tăng pH và giảm nhiệt độ dẫn đến hiệu quả loại bỏ As càng cao hơn (Figoli và nnk., 2010). Murthy và Chaudhari đã cống hiến rất nhiều trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng bằng màng NF. Họ đã báo cáo việc áp dụng màng polyamide NF tổng hợp để loại bỏ các ion niken từ nước thải (Murthy và nnk., 2008). Kết quả loại bỏ của niken là 98% và 92% đối với nồng độ ban đầu lần lượt là 5 và 250 mg/L. Màng NF (nanofilter) là loại màng có kích thước lỗ nhỏ. Phân tử lượng bị chặn từ 200- 500. Đặc tính màng là: kích thước lỗ xốp
  8. aluminium, sắt sunfat và clorua sắt, dẫn đến việc loại bỏ hiệu quả các hạt nước thải và tạp chất bằng cách trung hòa điện tích của các hạt. El Samrani đã điều tra việc loại bỏ kim loại nặng bằng cách keo tụ bằng clorua sắt và polyaluminium clorua (PAC). Họ đã thấy hiệu quả loại bỏ kim loại nặng của phương pháp này là khá cao (El Samrani và nnk., 2008). Keo tụ là một trong những phương pháp hiệu quả để xử lý nước thải, nhưng đối tượng chính của quá trình đông tụ chỉ là các chất keo kỵ nước và các hạt lơ lửng. Để loại bỏ cả kim loại nặng hòa tan và các chất không hòa tan bằng cách đông tụ, nhóm natri xanthogenate đã được ghép thành polyethyleneimine (Chang và nnk., 2007). Loại chất đông tụ này là một polyelectrolyte lưỡng tính. Khi độ pH của mẫu nước thấp hơn, các chất keo có điện tích âm có thể bị đông tụ bởi nó, nhưng ion Ni cation không thể được loại bỏ nhiều. Khi độ pH của mẫu nước cao hơn, độ đục giảm và hiệu quả loại bỏ Ni tăng lên. Ngày nay, nhiều loại chất như PAC, polyferric sulfate (PFS) và polyacrylamide (PAM), được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Có thể nhận thấy liều tối ưu của PAC tìm được là 200 mg/L và hiệu suất khử tương ứng cho các nguyên tố Zn, Cu, Pb và Cd là 99%, 97,5%, 78,3% và 69,4%. Sự có mặt của bentonite (mang điện tích âm trong nước) làm tăng khả năng keo tụ của PAC. Qua khảo sát về nồng độ bentonite để cho PAC keo tụ, trong trường hợp mẫu nước thải nghiên cứu, ở nồng độ bentonite bằng 20 mg/L là thích hợp cho quá trình keo tụ với PAC (Trần Đức Hạnh, 2010). Nói chung, sự đông tụ không thể xử lý hoàn toàn nước thải kim loại nặng (Chang và Wang, 2007). Do đó, Plattes và cộng sự đã sử dụng các quá trình kết tủa, đông tụ bằng cách sử dụng clorua sắt để loại bỏ vonfram khỏi nước thải công nghiệp. Loại bỏ vonfram được tìm thấy là hiệu quả nhất (98-99%) trong điều kiện axit (pH < 6) (Plattes và nnk., 2007). 2.6. Tuyển nổi Tuyển nổi là quá trình tách các tạp chất rắn không tan hoặc tan có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền bằng cách sử dụng các chất hoạt động bề mặt hoặc các chất thấm ướt. Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ để tách gọi là tuyển nổi tự nhiên. Tuyển nổi đã được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Tuyển nổi đã được sử dụng để tách kim loại nặng khỏi pha lỏng bằng cách sử dụng phụ kiện bong bóng, có nguồn gốc từ hoạt động chế biến khoáng sản. (DAF), ion flotation và precipitation flotation là các quá trình chính để loại bỏ các ion kim loại khỏi dung dịch. DAF là cho phép các bong bóng không khí siêu nhỏ bám vào các hạt lơ lửng trong nước, tạo thành các chất kết tụ và nổi lên trong nước, tích tụ ở bề mặt nơi chúng có thể được loại bỏ dưới dạng bùn (Lundh và nnk., 2000). DAF đã được nghiên cứu rộng rãi để loại bỏ kim loại nặng trong những năm 1990 (Waters, 1990; Tua và nnk., 1997; Tessele và nnk., 1998). Ion flotation đã được cho là một phương pháp đầy hứa hẹn để loại bỏ các ion kim loại nặng từ nước thải. Quá trình ion hóa flotation bằng cách sử dụng các chất hoạt động bề mặt và sau đó loại bỏ chúng bằng bọt khí (Polat và nnk., 2007). Yuan đã điều tra tiềm năng của ion flotation để loại bỏ cadmium, chì và đồng khỏi dung dịch nước loãng. Việc loại bỏ P, Cu và Cd có thể đạt lần lượt là 89,95%, 81,13% và 71,17% (Yuan và nnk., 2008). Polat và Erdogan đã thực hiện phương pháp ion flotation để loại bỏ Cu, Zn, Cr và Ag khỏi nước thải. SDS và hexadecyltrimethyl ammonium bromide đã được sử dụng làm chất thu gom. Ethanol và methyl isobutyl carbinol đã được sử dụng làm bọt. Loại bỏ kim loại đạt khoảng 74% trong điều kiện tối ưu ở độ pH thấp (Polat và nnk., 2007). 160
  9. 2.7. Xử lý điện hóa Các phương pháp điện hóa liên quan đến việc mạ các ion kim loại trên bề mặt cation và có thể phục hồi kim loại ở trạng thái kim loại nguyên tố. Các công nghệ xử lý nước thải điện hóa cần chi phí và tiêu hao năng lượng điện lớn, vì vậy chúng chưa được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, với các quy định môi trường nghiêm ngặt liên quan đến việc xả nước thải, các công nghệ điện hóa lại có tầm quan trọng trên toàn thế giới (Wang và nnk., 2007). Electrocoagulation (EC) là phương pháp tạo ra các chất đông tụ tại chỗ bằng cách hòa tan điện hoặc các ion nhôm hoặc sắt từ các điện cực nhôm hoặc sắt. Việc tạo ion kim loại diễn ra ở cực dương và khí hydro được giải phóng khỏi cực âm. Khí hydro có thể giúp loại bỏ các hạt này ra khỏi nước (Chen, 2004). Heidmann và Calmano đã nghiên cứu hiệu suất của một hệ thống EC với các điện cực nhôm để loại bỏ Zn, Cu, Ni, Ag và Cr. Nồng độ ban đầu từ 50 mg/L đến 5000 mg/L Zn, Cu, Ni và Ag không hiệu quả trog việc loại bỏ, khi nồng độ ban đầu cao hơn thì tỷ lệ loại bỏ cao các ion Cr, Zn, Cu, Ni và Ag bị thủy phân và đồng kết tủa dưới dạng hydroxit (Heidmann và nnk., 2008). Electroflotation (EF) là một quá trình phân tách rắn/lỏng loại bỏ ô nhiễm bề mặt của nước bởi các bong bóng nhỏ của khí hydro và oxy được tạo ra từ quá trình điện phân nước. EF có nhiều ứng dụng trong việc loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải công nghiệp. Belkacem đã sử dụng kỹ thuật EF với các điện cực nhôm. Nghiên cứu của họ đã chứng minh rằng tỷ lệ loại bỏ đạt 99% (Belkacem và nnk., 2008). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng đều có thể được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng, Tuy nhiên mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải thực hiện bằng kết tủa hóa học được ứng dụng rộng rãi vì phương pháp này có quy trình đơn giản, dễ thực hiện và ít tốn kém chi phí. Tuy nhiên, phương pháp này thường được dùng để xử lý nước thải nồng độ các ion kim loại nặng cao và nó không hiệu quả khi nồng độ ion kim loại thấp. Bên cạnh đó, sự kết tủa hóa học có thể tạo ra một lượng lớn bùn cần được xử lý. Trao đổi ion là phương pháp được áp dụng rộng rãi cho việc loại bỏ của kim loại nặng khỏi nước thải. Tuy nhiên, nhựa trao đổi ion phải được tái sinh bằng thuốc thử hóa học khi chúng dần cạn kiệt và quá trình tái sinh có thể gây ô nhiễm thứ cấp nghiêm trọng cho môi trường. Và để xử lý một lượng lớn nước thải có chứa kim loại nặng ở nồng độ thấp bằng phương pháp này rất tốn kém chi phí, cho nên không được sử dụng ở quy mô lớn. Hấp phụ là một phương pháp để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải nồng độ thấp. Việc sử dụng AC làm chất hấp phụ gây tốn kém chi phí rất lớn, do đó nhiều loại chất hấp phụ chi phí thấp đã được phát triển và thử nghiệm để loại bỏ các ion kim loại nặng. Tuy nhiên, sự hấp phụ phụ thuộc vào loại chất hấp phụ. Hấp thụ sinh học kim loại nặng từ dung dịch nước là một quá trình tương đối mới đã được chứng minh là rất hiệu quả cho việc loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải. Công nghệ màng có thể loại bỏ các ion kim loại nặng, nhưng một số vấn đề như chi phí cao, quy trình phức tạp, khó vận hành đã dẫn đến việc sử dụng phương pháp này trong việc loại bỏ kim loại nặng còn rất hạn chế. Sử dụng phương pháp xử lý nước thải keo tụ tạo bông, lượng bùn sản xuất ra có đặc tính lắng và khử nước bùn tốt. Nhưng phương pháp này cần tiêu thụ nhiều hóa chất và tạo ra khối lượng bùn lớn, gây tốn kém chi phí và mất thời gian xử lý về sau. 161
  10. Tuyển nổi có lợi thế hơn so với các phương pháp khác như tính chọn lọc kim loại cao, thời gian lưu giữ thấp, chi phí vận hành nhỏ và sản xuất bùn tập trung hơn (Rubio và nnk., 2002). Nhưng những nhược điểm như chi phí vốn ban đầu, chi phí bảo trì và vận hành cao. Kỹ thuật xử lý nước thải kim loại nặng bằng phương pháp điện hóa có ưu điểm là thực hiện nhanh chóng và dễ kiểm soát, sử dụng ít hóa chất, mang lại hiệu quả xử lý caot và tạo ra ít bùn. Tuy nhiên, các công nghệ điện hóa liên quan cần vốn đầu tư ban đầu cao và nguồn cung cấp điện lớn, điều này làm hạn chế sự phát triển của phương pháp này. Mặc dù tất cả các phương pháp trên có thể được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong nước thải, tuy nhiên cần lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp tùy tính chất của từng loại nước thải (nồng độ kim loại ban đầu, thành phần của nước thải, ...) và điều kiện có sẵn (vốn và chi phí, vận hành, …). Đồng thời cần quan tâm đến tác động của phương pháp xử lý đối với môi trường sau này. 4. KẾT LUẬN Ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải là một trong những vấn đề môi trường được quan tâm trên toàn thế giới. Để xử lý môi trường cũng như đáp ứng các quy định môi trường ngày càng nghiêm ngặt, rất nhiều các công nghệ xử lý như kết tủa, keo tụ tạo bông, trao đổi ion, màng lọc filtration, thẩm tách điện, keo tụ tạo bông, điện hóa, tuyển nổi, … đã được thực hiện và cải tiến để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải, nhằm giảm chi phí và thời gian vận hành và đạt được hiệu quả xử lý cao, mang lại sự bền vững cho môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Fenglian Fu, Qi Wang., (2011). Removal of Heavy Metal Ions from Wastewaters: A Review. Journal of Environmental Management, 92, 407. http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.11.011 2. Agoubordea, Navia., (2009). Heavy metals retention capacity of a non-conven- tional sorbent developed from a mixture of industrial and agricultural wastes. 167(1-3):536-44. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.01.027. Epub 2009 Jan 16. 3. Barakat, M.A., Schmidt, E., (2010). Polymer-enhanced ultrafiltration process for heavy metals removal from industrial wastewater. Desalination 256, 90-93. 4. Ennigrou, D.J., Gzara, L., Ben Romdhane, M.R., Dhahbi, M., (2009). Cadmium removal from aqueous solutions by polyelectrolyte enhanced ultrafiltration. Desalination 246, 363-369. 5. Erikson, P., (1988). Nanofiltration extends the range of membrane filtration. Environmental Progress (Vol. 7, No. 1) 6. Fu, F.L., Chen, R.M., Xiong, Y., (2006). Application of a novel strategydcoordination polymerization precipitation to the treatment of Cu-containing wastewaters. Sep. Purif. Technol. Desalination 52, 388-393. 7. Kang, K.C., Kim, S.S., Choi, J.W., Kwon, S.H., (2008). Sorption of Cu and Cd onto acid- and base- pretreated granular activated carbon and activated carbon fiber samples. J. Ind. Eng. Chem. 14, 131-135. 8. Matlock, M.M., Henke, K.R., Atwood, D.A., (2002). Effectiveness of commercial reagents for heavy metal removal from water with new insights for future chelate designs. J. Hazard. Mater. 92, 129-142. 9. Wang, L.K., Hung, Y.T., Shammas, N.K., (2007). Advanced physicochemical treatment technologies. In: Handbook of Environmental Engineering, vol. 5. Humana, New Jersey. 10. Trần Đức Hạ (2009). Bảo vệ và Quản lý Tài nguyên nước. NXB Khoa học và Kỹ thuật 11. Trần Đức Hạ (2009). Ứng dụng kỹ thuật màng để xử lý nước cấp cho dân cư vùng ven biển và hải đảo. Tạp chí Tài nguyên và Môi trường 2009, 18, 47-53 12. Nguyễn Minh Kỳ, Trần Thị Tuyết Nhi, Nguyễn Hoàng Lâm (2017). Nghiên cứu xử lý nước thải dân cư bằng công nghệ màng lọc sinh học MBR. Tạp chí khoa học trường Đại học Cần Thơ, 52, 72-79 162
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2