Xem mẫu
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
7. Chuyển ion B qua bề mặt phân chia pha đến mặt trong
màng biên.
8. Khuếch tán ion B qua màng.
9. Khuếch tán ion B vào trong dòng lỏng.
( trang 103, [11]).
• Các chất trao đổi ion (nhựa trao đổi ion ):
Các chất có khả năng trao đổi ion được gọi là các ionit. Tùy theo
loại trao đổi mà nhựa có tên là cationit hay anionit. Ngoài ra do khả năng trao
đổi với các ion H+ hay có nhóm OH- mà nó sẽ có tính axit hay bazơ. Nhìn chung
cấu tạo của các chất trao đổi ion gồm hai phần: phần gốc và phần mang nhóm
ion được trao đổi.
Một số chất trao đổi ion: zeolic, silicagen, than đá,…( trang 37,
[3]).
II.8. Thẩm thấu ngược:
Là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới một áp suất
cao hơn áp suất thẩm thấu ( trang 153, [13]).
• Cơ chế của quá trình:
Có nhiều cơ chế giải thích quá trình thẩm thấu ngược. Một trong
những cơ chế đó giải thích như sau: màng bán thấm không có khả năng hòa
tan. Nếu như chiều dày của lớp phân tử nước bị hấp phụ bằng hoặc lớn hơn
một nửa đường kính mao quản của màng thì dưới tác dụng của áp suất chỉ có
nước sạch đi qua, mặc dù kích thước của nhiều ion nhỏ hơn kích thước cuả
phân tử nước. Lớp hiđrat của các ion này cản trở không cho chúng đi qua mao
quản của màng. Kích thước màng hiđrat của các ion khác nhau sẽ khác nhau.
Nếu chiều dày của lớp phân tử nước bị hấp phụ nhỏ hơn nửa đường kính mao
quản thì các chất hòa tan sẽ chui qua màng cùng với nước.
Ưu điểm của phương pháp thẩm thấu ngược là:
_ Không có pha chuyển tiếp trong tách tạp chất cho phép tiến
hành quá trình với chi phí năng lượng thấp.
_ Có thể tiến hành quá trình ở nhiệt độ phòng không có bổ sung
hoặc bổ sung ít hóa chất.
_ Đơn giản trong kết cấu ( trang 159, [13]).
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 47
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Nhược điểm của phương pháp thẩm thấu ngược:
_ Năng suất, hiệu quả làm sạch và thời gian làm việc của màng
lọc giảm khi nồng độ chất tan trên bề mặt màng lọc tăng (trang 105, [11]).
_ Quá trình hoạt động dưới áp suất cao, do đó cần có vật liệu đặc
biệt làm kín thiết bị.
Thẩm thấu ngược được ứng dụng rộng rãi để tách muối khỏi
nước trong hệ thống cấp nước nhà máy nhiệt điện và các ngành công nghiệp
khác ( như công nghiệp bán dẫn, đèn hình, dược…). Những năm gần đây,
phương pháp này được sử dụng để làm sạch một số nước thải công nghiệp và
đô thị (trang 159, [13]).
II.9. Siêu lọc:
_ Cả siêu lọc và thẩm thấu ngược đều phụ thuộc vào áp suất,
động lực của quá trình và đòi hỏi màng cho phép một số cấu tử thấm qua, giữ
lại một số cấu tử khác.
_ Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được
sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm
thấu nhỏ ( như vi khuẩn, tinh bột, protêin, đất sét,…). Còn thẩm thấu ngược
thường được sử dụng để khử các vật liệu có khối lượng phân tử thấp và có áp
suất thẩm thấu cao.
_ Siêu lọc thường được sử dụng để khử đất sét, vi sinh vật, các
chất thực vật, tách nước cho bùn .
_ Cơ chế của quá trình siêu lọc hoàn toàn khác so với cơ chế của
quá trình thẩm thấu ngược. Chất tan bị giữ trên màng lọc vì kích thước phân tử
của chúng lớn hơn đường kính lỗ xốp hoặc do ma sát phân tử với thành lỗ xốp
của màng. Quá trình này phức tạp hơn nhiều.
Khi sử dụng kết hợp thẩm thấu ngược và siêu lọc có thể làm đậm
đặc và phân tách các chất hòa tan hữu cơ và vô cơ trong nước thải. Ví dụ theo
sơ đồ dưới đây, thì sau quá trình siêu lọc ta nhận được phần đậm đặc chứa các
chất hữu cơ, còn trong quá trình thẩm thấu ngược sẽ nhận được phần đậm đặc
của các chất vô cơ và nước sạch.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 48
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Nước thải
Phần đậm đặc chứa
Siêu lọc
Nước chứa các các chất hữu cơ
chất vô cơ
Phần đậm đặc chứa
Thẩm thấu ngược
Các chất vô cơ
Nước không có muối
Sơ đồ kết hợp siêu lọc và thẩm thấu ngược ( trang 159-160, [13]).
II.10. Thẩm tách và điện thẩm tách ( TT và ĐTT ):
Phép thẩm tách là quá trình phân tách chất rắn bằng sử dụng
khuếch tán không bằng nhau qua màng.
Điện thẩm tách được thực hiện bằng cách đặt các màng có tính
chọn lọc với cation và anion luân phiên nhau dọc theo dòng điện. Khi đưa dòng
điện vào, các cation được gắn điện đi qua màng trao đổi cation về một hướng,
còn các anion sẽ đi qua màng trao đổi ion về một hướng khác.
Kết quả là muối giảm trong khoang của một cặp màng và tăng
trong khoang bên cạnh. Nước khi đó có thể đi qua một số màng cho đến khi đạt
đến độ mặn cần thiết theo yêu cầu.
Phương pháp thẩm tách đã được dùng để thu hồi axit, muối kim
loại và các hydroxit.
Phương pháp điện thẩm tách đã được nghiên cứu như một
phương pháp khử nitơ trong nước thải nông nghiệp, nó cũng được ứng dụng
rộng rãi để làm ngọt nước. Phương pháp này cũng đã được dùng để thu hồi
các axit, lignin từ nước thải của sản xuất giấy, crôm từ nước thải của mạ điện (
trang 161-162, [13]).
II.11. Các phương pháp điện hóa :
Người ta sử dụng quá trình oxy hóa cực anot và khử của catot,
đông tụ điện,…để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hòa tan và phân tán lớn.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 49
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
_Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên điện cực khi cho dòng
điện một chiều đi qua nước thải.
_ Các phương pháp điện hóa cho phép lấy từ nước thải các sản
phẩm có giá trị bằng các sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, tự động hóa mà
không cần sử dụng các tác nhân hóa học. Các phương pháp này còn được
dùng để xử lý nước thải chứa nhiều xyanua trong công nghệ mạ điện.
_ Nhược điểm chính của các phương pháp này là tiêu hao năng
lượng điện nặng lớn.
Tuy nhiên, việc làm sạch nước thải bằng các phương pháp này
có thể tiến hành gián đoạn hoặc liên tục.
II.11.1. Oxy hóa của anot và khử của catot:
_ Trong thùng điện phân, trên điện cực dương diễn ra quá trình
oxy hóa điện hóa ( các ion cho anot điện tử ), còn trên catot điện cực âm diễn ra
sự kết hợp các điện tử ( phản ứng khử ), ( trang 106, [11] ).
_ Các quá trình này được nghiên cứu để làm sạch nước thải khỏi
các tạp chất xyanua, sunfoxyanua, các amin, alcol, các alđêhit, hợp chất nitơ,
thuốc nhuộm azo, sunfit, mecaptan,…. Trong quá trình oxy hóa điện hóa, các
chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn thành CO2 , NH3 và nước hay tạo
thành các chất không độc và đơn giản hơn để có thể tách bằng các phương
pháp khác.
_ Anot được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau ( Pt,
titan, thép không gỉ, than,….).
_ Catot được làm bằng Mo, hợp kim của Vonfram với sắt hay
niken, graphit, thép không gỉ,…
• Cơ chế oxy hóa của anot ( oxy hóa điện hóa ):
+ Oxy hóa anot của xyanua xảy ra theo phản ứng :
CNO- NH4+ CO32-
+ 2H2O → +
hay quá trình oxy hóa có thể dẫn đến sự tạo thành nitơ:
2CNO- 4OH- - 6e
+ → 2CO2 + N2 +
2H2O.
+ Quá trình phá hủy xyanua xảy ra do sự oxy hóa điện hóa ở anot
và oxy hóa bằng clo được giải phóng ở anot từ sự phân tách NaCl được mô tả
như sau :
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 50
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Cl- - 2e → Cl2
CN- 2OH- CNO- + 2Cl-
+ Cl2 + → +
H2O
2CNO- + 4OH- + 6Cl-
3Cl2 + → 2CO2 + N2 +
2H2O
+ Các sunfoxyanua được phân hủy theo sơ đồ sau :
CNS- + 10OH- CNO- SO42-
- 8e → + +
5H2O
_ Các ion sunfit ở pH=7 bị oxy hóa tới sunfit. Khi pH nhỏ hơn lưu
huỳnh có thể được tạo thành. Oxy hóa phenol khi có clorua trong nước ( khi
hàm lượng phenol không lớn ) xảy ra theo các phản ứng sau:
4 OH- - 4e → 2 H2O + O2
2 H+ + 2e → H2
2 Cl- - 2e → Cl2
Cl2 + H2O → HClO + HCl
OH- ClO-
HClO + → H2O +
12 ClO- → 4 HCO3-
+ 6 H2O - 12e + 8HCl +
3 O2
C6H5OH + 14 O → 6 CO2 + 3 H2O
• Cơ chế khử điện hóa:
Người ta ứng dụng quá trình khử điện khóa để loại các ion kim
loại ra khỏi nước thải với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô
nhiễm thành các hợp chất ít độc hơn hoặc về dạng dễ tách khỏi nước như cặn,
khí. Qúa trình này có thể được sử dụng để làm sạch nước thải ra khỏi các ion
kim loại nặng như: Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, As2+ và Cr2+. Quá trình khử của
catot đối với các kim loại nặng xảy ra như sau:
Men+ + ne → Me
Ở đây các kim loại bám trên catot và có thể thu hồi chúng.
_ Phản ứng khử hợp chất Crom:
Cr2O72- + 14 H+ + 12e → 2 Cr + 7 H2O
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 51
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
_ Để xử lý nước thải chứa một số, kim loại nặng, người ta tiến
hành quá trình làm sạch nước thải khỏi các ion Pb2+, Cd2+, Hg2+, Cu2+ bằng
quá trình khử trên catot được làm từ hỗn hợp cacbon và lưu huỳnh. Các ion này
lắng trên cực ở dạng sunfua hoặc bisunfua và có thể tách chúng bằng phương
pháp cơ học.
_ Quá trình khử NH4NO3 trên điện cực than chì xảy ra như
sau:
2 H+
NH4NO3 + + 2e → NH4NO2 +
H2O
NH4NO2 → N2 + 2 H2O ( trang 162-165,
[13] ).
II.11.2. Tuyển nổi điện:
Trong quá trình làm sạch nước thải bằng phương pháp này, việc
tách các hạt lơ lửng là nhờ các bọt khí tạo thành trong điện phân nước. Ở anot
là nhờ các bóng khí oxy, còn ở catot là hyđro. Khi sử dụng các điện cực tan (
sắt hoặc nhôm ) thì ở catot sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại. Kết quả là sẽ
có các cation ( sắt hoặc nhôm ) chuyển vào nước cùng với nhóm hyđroxyl tạo
thành hyđroxit là những chất keo tụ phổ biến trong thực tế xử lý nước thải. Do
đó, không gian các điện cực sẽ đồng thời diễn ra quá trình tạo bông keo tụ và
tạo bọt khí, tạo điều kiện để bọt khí bám vào bông cũng như quá trình keo tụ
chất bẩn, quá trình hấp phụ, dính kết,…, diễn ra mạnh, hiệu suất tuyển nổi cao
hơn ( trang 78-79, [10] ).
II.11.3. Đông tụ điện:
Để làm sạch nước thải công nghiệp chứa các tạp chất phân tán
trong nước có độ bền cao, người ta tiến hành quá trình điện phân với việc sử
dụng điện cực bằng Al. Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra quá trình hòa tan
các điện cực, dẫn đến các cation nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hydrôxyl
tạo thành hydrôxit của các kim loại đó ở dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra
mãnh liệt.
Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị gọn và điều khiển đơn
giản không sử dụng tác nhân hóa học, ít nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện tiến
hành quá trình làm sạch, không có các chất độc; bùn cặn có tính chất hóa học
và cấu trúc tốt. Nhưng phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn kim loại và
chi phí điện năng cao.
Phương pháp đông tụ điện được ứng dụng nhiều trong công
nghệ thực phẩm, hóa chất, giấy, bột giấy, lọc nước phù sa, phẩm màu phân tán.
III. Các phương pháp hóa học:
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 52
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa,
oxy hóa và khử. Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hóa học
nên là phương pháp đắt tiền. Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để
khử các chất hòa tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín. Đôi khi các
phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công
đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn
nước ( trang169, [13] ).
III.1. Phương pháp trung hòa:
Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa pH về
khoảng 6,5 ÷ 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ
xử lý tiếp theo.
Trung hòa nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác
nhau:
_Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm:
Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của xí nghiệp là axit
còn xí nghiệp gần đó có nước thải là kiềm: Cả hai loại nước thải này đều không
chứa các cấu tử gây ô nhiễm khác ( trang 169, [13]).
_ Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học:
Để trung hòa nước axit , có thể sử dụng các tác nhân hóa học như
NaOH, KOH, Na2 CO3 , nước amoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3 , đolomit (
CaCO3 . MgCO3 ) và xi măng. Tác nhân rẻ nhất là sữa vôi 5 đến 10% Ca(OH)2 ,
tiếp đó là sođa và NaOH ở dạng phế thải . Đôi khi người ta sử dụng các chất
thải khác nhau của sản xuất để trung hòa nước thải.
Để trung hòa nước thải kiềm người ta sử dụng các axit khác nhau
hoặc khí thải mang tính axit như CO2 ,SO2, NO2,…(trang 169, [13] ).
_ Trung hòa nước thải bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung
hòa:
Người ta thường dùng các vật liệu như manhêtit (MgCO 3 ), đolomit ,
đá vôi, đá hoa,…và các chất thải rắn như xỉ, xỉ tro làm vật liệu lọc. Quá trình
trung hòa được tiến hành trong các thiết bị lọc - trung hòa đặt nằm ngang hoặc
đứng. Các thiết bị lọc này dùng để trung hòa nước axit có nồng độ không vượt
quá 1,5mg/l và không chứa muối của kim loại nặng.
_ Trung hòa bằng các khí axit :
Để trung hòa nước thải kiềm, trong những năm gần đây, người ta
đã dùng khí thải chứa CO2 ,SO2, NO2,… Việc sử dụng khí axit không những cho
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 53
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải
khỏi các cấu tử độc hại.
Việc sử dụng CO2 để trung hòa nước thải kiềm có nhiều ưu điểm với
việc dùng H2SO4 hay HCl và cho phép giảm rất đáng kể chi phí cho quá trình
trung hòa. Do độ hòa tan CO2 kém nên mức nguy hiểm do oxy hóa quá mức
các dung dịch được trung hòa cũng giảm xuống, các ion CO32- được tạo thành
có ứng dụng nhiều hơn so với ion SO42- , Cl- , ngoài ra tác động ăn mòn và độc
hại của ion CO32- trong nước nhỏ hơn các ion SO42- , Cl- (trang 174,[13]).
III.2. Phương pháp oxy hóa và khử:
Để làm sạch nước tự nhiên và nước thải người ta có thể dùng các
chất oxy hóa như Clo dạng khí và dạng lỏng, điclooxit, CaOCl2, Ca(ClO)2 và Na,
KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O2 , O3 ,MnO2 …
Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải chuyển
thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một
lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó oxy hóa hóa học chỉ được dùng để loại
các tạp chất gây nhiểm bẩn trong nước mà không thể tách bằng phương pháp
khác như khử xyanua hay hợp chất hòa tan của As (trang 175,[13]).
III.2.1. Oxy hóa bằng Clo :
Clo và các chất chứa Clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất,
thường được dùng để tách hydrosunfua, hydrosunfit, các hợp chất chứa
metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi chất thải.
Ví dụ: Quá trình tách xyanua ra khỏi nước thải được tiến hành ở môi
trường kiềm (pH = 9 ). Xyanua có thể bị oxy hóa tới N2 và CO2 theo phương
trình sau:
CN- + 2 OH- + Cl2 → CNO- + 2Cl- + H2O
2CNO- + 4 OH- 6Cl- + N2 + H2O
+ Cl2 → CO2 +
( trang 176,[13])
III.2.2. Oxy hóa bằng hydro peoxit:
H2O2 được dùng để oxy hóa các nitrit, xyanua, phenol, các chất
thải chứa lưu huỳnh và các chất nhuộm mạnh.
Trong môi trường axit, H2O2 thể hiện rõ chức năng oxy hóa, còn
trong môi trường kiềm là chức năng khử. Trong môi trường axit, H2O2 chuyển
Fe2+ thành Fe3+ , HNO2 thành HNO3, SO32- thành SO42-, CN- bị oxy hóa trong
môi trường kiềm ( pH= 9÷12 ) thành CNO-.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 54
- Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Ngoài tính oxy hóa, người ta còn dùng tính khử của H2O2 để loại
Clo ra khỏi nước:
H2O2 + Cl2 → O2 + 2 HCl
H2O2 + NaClO → O2 + NaCl + H2O
III.2.3. Oxy hóa bằng oxy không khí:
_ O2 trong không khí được dùng để tách Fe ra khỏi nước theo
phản ứng:
4 Fe2+ 4 Fe3+ 4 OH-
+ O2 + 2 H2O → +
Fe3+ 3 H+
Fe(OH)3 ↓ +
+ 3 H2O →
_ O2 trong không khí còn được dùng để oxy hóa sunfua trong
nước thải của các nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ và hóa dầu. Quá trình oxy
hóa hydrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra như sau:
S-2 → S → SnO62-→ S2O32- → SO32- → SO42-
Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng và mức oxy hóa sunfua và
hydrosunfua tăng ( trang 177, [13] ).
III.2.4. Oxy hóa bằng MnO2:
MnO2 được dùng để oxy hóa As3+ đến As5+ theo phản ứng sau:
H3AsO3 + M n O2 + H2SO4 → H3AsO4 +
MnSO4 + H2O
Khi tăng nhiệt độ ( nhiệt độ tối ưu 70-800 ) thì mức oxy hóa tăng.
Quá trình oxy hóa này thường được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp
vật liệu MnO2 hoặc trong thiết bị có khuấy trộn với vật liệu đó ( trang 178, [13] ).
III.2.5. Ozon hóa:
Oxy hóa bằng ozon cho phép các tạp chất nhiễm bẩn, màu, mùi vị
lạ đối với nước, hay có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ,
H2S, các hợp chất của As, chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm,
hiđrocacbon thơm, thuốc sát trùng.
Trong xử lý nước bằng ozon, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và
xảy ra sự khử trùng đối với nước. Các vi khuẩn chết nhanh hơn so với xử lý
nước thải bằng Clo vài nghìn lần.
Ozon có thể oxy hóa tất cả các chất vô cơ và hữu cơ.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 55
nguon tai.lieu . vn
