Hệ thống xử lý nước nhiễm kim loại gồm những thành phần nào?

Nước nhiễm kim loại là một vấn đề nghiêm trọng trong các nhà máy và xí nghiệp sản xuất. Để giải quyết tình trạng ô nhiễm này, hệ thống xử lý nước thải đã được phát triển với các phương pháp hiệu quả như kết tủa hóa học, hấp phụ, trao đổi ion, điện hóa và sinh học. Hãy cùng tìm hiểu về những thành phần quan trọng trong hệ thống này.

Phương pháp kết tủa hóa học

Kết tủa hóa học là quá trình trong đó khi chúng ta thêm các hợp chất vào nước thải, các chất này tương tác với các kim loại nặng để tạo thành kết tủa. Để thực hiện phương pháp này, chúng ta dựa vào tính tan của các chất. Các chất kết tủa được hình thành và loại bỏ khỏi nước bằng phương pháp lắng hoặc lọc.

Trong quá trình kết tủa, để tăng khả năng loại bỏ các kim loại nặng, chúng ta có thể thêm các chất kết dính như phèn, muối sắt, hay polyme hữu cơ. Cần lưu ý rằng, tuỳ thuộc vào độ pH, các kết tủa hydroxit kim loại sẽ hình thành ở các mức pH khác nhau.

Phương pháp hấp thụ

Phương pháp hấp phụ là một phương pháp khác. Cơ chế hoạt động của phương pháp này dựa trên việc sử dụng các vật liệu có diện tích bề mặt lớn và cấu trúc xốp để hấp phụ các ion kim loại nặng trong nước lên bề mặt của vật liệu. Các vật liệu này có thể là than hoạt tính, than bùn, các vật liệu vô cơ như oxit sắt, oxit mangan, xỉ, tro, cũng như các chất liệu polymer sinh và hóa học.

Phương pháp hấp phụ có hai cơ chế hoạt động gồm:

• Phương pháp hấp phụ vật lý: Sự tương tác dựa trên lực hút tĩnh điện giữa các tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ (gọi là hấp phụ vật lý) và các ion kim loại nặng.
• Phương pháp hấp phụ hóa học: Sự kết hợp giữa phản ứng của các ion kim loại nặng và các nhóm chức của các tâm hấp phụ.

Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion là một phương pháp xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc của trao đổi ion. Trong quá trình này, nhựa hữu cơ tổng hợp ionit, nhóm chức trao đổi ion và các chất cao phân tử có gốc hidrocacbon được sử dụng để xử lý nước thải chứa kim loại nặng. Các ion không mong muốn trong nước sẽ được thay thế bằng các ion khác không gây độc tính. Phương pháp này thường được thực hiện trong cột trao đổi ion sử dụng vật liệu hạt nhựa Cation hoặc hạt nhựa trao đổi Anion, hoặc cả hai loại vật liệu đồng thời.

Phương pháp điện hóa

Phương pháp điện hóa trong xử lý nước thải nhúng các điện cực vào để tách kim loại bằng cách cho dòng điện 1 chiều chạy qua. Sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực trong bình điện phân tạo ra một dòng điện định hướng. Trong quá trình này, các cation di chuyển về catot và anion di chuyển đến anot. Sau đó, khi điện áp đủ mạnh, các phản ứng sau xảy ra:

• Anot: Quá trình oxi hóa anion OH- xảy ra trên bề mặt anot theo phương trình Mr ne = Mn+.
• Ở Catot: Cation và H+ di chuyển về phía bề mặt catot khi dòng điện đi qua dung dịch. Khi cation trong dung dịch có tính oxy hóa lớn hơn H+, electron của catot sẽ được cation thu về và hình thành kim loại kết dính lên điện cực hoặc ion có độc tính ít hơn.

Phương trình phản ứng có thể được biểu diễn như sau: Mn+ + me = M n-m (n>m); hoặc Mn+ + ne = Mr

Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học là một phương pháp xử lý nước nhiễm kim loại bằng cách sử dụng vi sinh vật để hấp thụ kim loại nặng vào cơ thể của chúng. Các vi sinh vật như tảo, nấm, vi khuẩn được đưa vào nước để tiếp xúc và hấp thụ kim loại nặng. Ngoài ra, một số loại thực vật như cỏ Vetiver, cải xoong, dương xỉ cũng được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong nước.

Cơ chế hấp thụ:

• Giai đoạn 1: Tích tụ và sinh khối – giúp giảm nồng độ kim loại nặng trong nước thải.
• Giai đoạn 2: Vi sinh vật lắng xuống đáy bùn hoặc hình thành các mảng nổi trên bề mặt nước. Sau đó, loại bỏ các mảng nổi đó ra khỏi mặt nước để tiến hành xử lý tiếp hoặc loại bỏ chúng.

>>> Xem thêm: Xây dựng hệ thống lọc nước giếng khoan bằng cát

Việc áp dụng hệ thống xử lý nước nhiễm kim loại với các thành phần trên là một bước tiến quan trọng để giảm thiểu tác động của nước thải chứa kim loại nặng đến môi trường và sức khỏe con người. Các phương pháp này đã được chứng minh là hiệu quả và đóng góp quan trọng vào việc bảo vệ nguồn nước và môi trường xung quanh.