Quy trình xử lý niken trong nước thải
Xử lý niken trong nước thải là một quá trình quan trọng nhằm loại bỏ kim loại nặng này ra khỏi nguồn nước trước khi xả ra môi trường. Niken có thể gây ra nhiều tác hại đến sức khỏe con người và động vật, bao gồm kích ứng da, các vấn đề về phổi và thận
Nguồn gốc phát sinh nước thải chứa niken
Nước thải chứa niken phát sinh chủ yếu từ trong qua trình sản xuất tại các nhà máy, xí nghiệp và tính chất của nước thải cũng như hàm lượng niken trong đó phụ thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ sử dụng, thành phần nguyên liệu, chất lượng sản phẩm, …
Nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất trong các xí nghiệp thường được chia ra làm 2 loại chính, bao gồm: nguồn nước thải từ quá trình mạ và nguồn nước thải từ quá trình làm sạch các bề mặt chi tiết.
Nguồn nước thải phát sinh từ quá trình mạ
Các dung dịch trong bể mạ có thể bị rò rỉ, sau đó bám vào những gá mạ vệ sinh và thải ra những chất bẩn, cặn theo dòng nước thải ra bên ngoài. Điều này sẽ làm phát sinh một lượng nước thải, tuy không lớn nhưng lại chứa nhiều chất ô nhiễm với nồng độ ô nhiễm cao như Ni2+, Cr6+, CN-,….
Nguồn nước thải phát sinh từ trong quá trình làm sạch các bề mặt chi tiết
Dầu mỡ từ quá trình bảo dưỡng, đánh bóng cơ học sẽ bám trên bề mặt kim loại và để đảm bảo được chất lượng của lớp mạ thì những chi tiết này trước khi được xi mạ cần phải được làm sạch. Những phương pháp làm sạch dầu mỡ hóa học thường được áp dụng là dùng dung môi tẩy rửa hoặc dùng điện hóa và quá trình tẩy rửa này sẽ phát sinh một lượng lớn nước thải. Tuy nhiên nồng độ các chất ô nhiễm lại nhỏ và phần lớn là các axit, kiềm và dung dịch.
Các phương pháp xử lý niken trong nước thải phổ biến
1. Phương pháp kết tủa hóa học
Đây là phương pháp phổ biến nhất để xử lý niken trong nước thải.
- Nguyên tắc: Dựa trên việc thêm các chất tạo kết tủa vào nước thải để phản ứng với niken, tạo thành các hợp chất không hòa tan, sau đó dễ dàng tách ra khỏi nước.
- Chất phản ứng thường dùng:
- NaOH (hydroxit natri): Tạo kết tủa niken hydroxit Ni(OH)₂ khi pH của nước thải được điều chỉnh lên mức kiềm (khoảng pH 9-11).
- Sulfua (Na₂S hoặc H₂S): Tạo kết tủa niken sulfua (NiS), một hợp chất khó tan hơn so với Ni(OH)₂.
- Ưu điểm: Phương pháp đơn giản, chi phí tương đối thấp và có thể loại bỏ niken hiệu quả.
- Nhược điểm: Kết tủa có thể chứa các tạp chất khác và cần xử lý thêm. Cần quản lý tốt pH để tránh phát sinh các vấn đề như kết tủa kém hoặc dư thừa hóa chất.
2. Phương pháp hấp phụ
- Nguyên tắc: Sử dụng các vật liệu có khả năng hấp phụ ion niken trong nước thải.
- Vật liệu hấp phụ thường dùng: Than hoạt tính, zeolite, bùn hoạt tính, hoặc các vật liệu hấp phụ chế tạo từ phế liệu công nghiệp.
- Ưu điểm: Phương pháp hiệu quả cho nước thải có nồng độ niken thấp.
- Nhược điểm: Vật liệu hấp phụ cần được thay thế hoặc tái sinh sau thời gian sử dụng, có thể tốn kém.
3. Phương pháp trao đổi ion
- Nguyên tắc: Dùng các chất trao đổi ion để thay thế ion niken bằng các ion không độc hại khác (thường là natri hoặc hydro).
- Thiết bị sử dụng: Các cột trao đổi ion chứa nhựa trao đổi ion (cationite) có khả năng hấp phụ các ion kim loại.
- Ưu điểm: Hiệu quả cao đối với các loại nước thải có nồng độ niken thấp.
- Nhược điểm: Chi phí cao hơn, cần có thiết bị chuyên dụng và quá trình tái sinh nhựa trao đổi ion cũng phức tạp.
4. Phương pháp điện hóa (điện phân)
- Nguyên tắc: Dùng dòng điện để khử ion niken thành kim loại niken tinh khiết bám vào điện cực.
- Ưu điểm: Có thể thu hồi niken tinh khiết để tái sử dụng.
- Nhược điểm: Chỉ hiệu quả khi xử lý nước thải có nồng độ niken cao và yêu cầu thiết bị phức tạp.
5. Phương pháp màng lọc (lọc nano, siêu lọc)
- Nguyên tắc: Sử dụng các màng lọc có kích thước lỗ nhỏ để tách các ion niken ra khỏi nước thải.
- Ưu điểm: Hiệu quả cao, không cần dùng hóa chất.
- Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao, màng lọc cần bảo dưỡng và thay thế thường xuyên.
6. Phytoremediation (sinh học thực vật)
- Nguyên tắc: Sử dụng thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng để loại bỏ niken từ nước thải.
- Ưu điểm: Phương pháp tự nhiên, thân thiện với môi trường.
- Nhược điểm: Tốc độ xử lý chậm và yêu cầu diện tích lớn để trồng cây.
Quy trình xử lý niken trong nước thải
Để an toàn và tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý thì 2 dòng là dòng cyanide và dòng axit cromic sẽ được phân biệt, tách riêng.
Chất gây ra sự ô nhiễm của nước thải xi mạ có thể được chia thành vài nhóm như sau:
– Các chất ô nhiễm độc hại như Cr6+, cyanide CN–, F–, …
– Các chất ô nhiễm làm thay đổi nồng độ pH như dòng kiềm và axit.
– Các chất ô nhiễm làm hình thành các chất cặn lơ lửng như carbonat, phosphat và hydroxit
– Các chất ô nhiễm hữu cơ như là EDTA, dầu mỡ,…
Ngoài ra, người ta cũng có thể phân tách nước thải xi mạ thành các dòng như:
– Nước thải xi mạ chứa Cr6+
– Nước thải xi mạ chứa xianua
– Nước thải xi mạ chứa amoni
– Nước thải xi mạ chứa kẽm, nhôm
– Nước thải xi mạ chứa đồng, niken
Quy trình xử lý các dòng nước thải
- Xử lý crom trong nước thải
Dòng nước thải chứa kim loại crom sẽ được dẫn qua các song chắn rác. Sau khi qua các song chắn này, các tạp chất thô có trong nước thải sẽ bị giữ lại. Dòng nước này tiếp tục được dẫn qua bể lắng cát để các hạt cát, đất và có kích thước lớn hơn 2mm lắng xuống trước khi nó được đưa về hệ thống xử lý.
Tại bể điều hòa của hệ thống xử lý, lưu lượng và nồng độ các chất thải trong nước sẽ được ổn định trước khi được đưa đến bể oxi hóa – khử để khử Cr6+ xuống Cr3+ cho nó ít độc hại hơn. Cuối cùng dòng nước thải chứa Cr3+ sẽ được đưa về bể keo tụ để tạo kết tủa crom.
- Xử lý niken trong nước thải
Dòng nước thải chứa kim loại niken sẽ được dẫn qua các song chắn rác. Sau khi qua các song chắn này, các tạp chất thô có trong nước thải sẽ bị giữ lại. Dòng nước này tiếp tục được dẫn qua bể lắng cát để các hạt cát, đất và có kích thước lớn hơn 2mm lắng xuống trước khi nó được đưa về hệ thống xử lý. Tại bể điều hòa của hệ thống xử lý, lưu lượng và nồng độ các chất thải trong nước sẽ được ổn định trước khi đưa về bể keo tụ để tạo kết tủa niken.
- Xử lý nước thải chứa xyanua
Dòng nước thải chứa xyanua sẽ được dẫn qua các song chắn rác để loại bỏ đi các tạp chất thô có kích thước lớn trước khi dẫn qua bể lắng cát để lắng lại những hạt đất cát có trong đó. Tiếp đó, dòng nước thải này sẽ được đưa tới bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ xyanua. Chất oxy hóa thường được sử dụng ở đây là Clo, NaOCl, CaOCl2 và thuốc tím KmnO4. H2O2 hoặc là FeSO4. 7H2O để biến xyanua thành một hợp chất có màu xanh berlin hoặc xanh pruxo không tan, không độc.
- Xử lý kẽm trong nước thải
Dòng nước thải chứa kim loại kẽm sẽ được dẫn qua các song chắn rác. Sau khi qua các song chắn này, các tạp chất thô có trong nước thải sẽ bị giữ lại. Dòng nước này tiếp tục được dẫn qua bể lắng cát để các hạt cát, đất và có kích thước lớn hơn 2mm lắng xuống trước khi nó được đưa về hệ thống xử lý. Tại bể điều hòa của hệ thống xử lý, lưu lượng và nồng độ các chất thải trong nước sẽ được ổn định trước khi đưa về bể keo tụ để tạo kết tủa kẽm.
Các dòng nước thải xi mạ sau khi ra khỏi bể keo tụ tạo bông sẽ được dẫn về bể lắng để lắng cặn kết tủa (hình thành dưới ảnh hưởng của quá trình trọng lực). Phần bùn cặn sau lắng sẽ được đưa về bể chứa bùn trước khi mang đi xử lý. Phần nước trong sau khi lắng theo máng thu nước sẽ chảy về bể trung hòa để điều chỉnh lại nồng độ pH trong nước thải trước khi xả ra ngoài môi trường.
Bài Viết Liên Quan: