Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước thải làng nghề cơ kim khí trên địa bàn Hà Nội mở rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TR Ư Ờ N G ĐH K HO A HỌC T ự NH IÊN
c a — —
NGHIÊN CÚtJ XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI LÀNG NGHÈ
C ơ KIM KHÍ TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI M Ở RỘNG
Mã số : QM T.09.02
Chủ trì đề tài: PGS. TS. Nguyễn Đình Bảng
Các cán bộ tham gia: PGS.TS. Nguyễn Văn Nội
ThS. Trịnh Xuân Đại
ThS. Phạm Thanh Hương
CN. Nguyễn M ạnh Hà
CAI HỌC QUỐC GIA HẢ NÔI
TRUNG TẨM THÔNG TIN THƯ VIỆN
0 0 0 6 0 0 0 0 - ^
rlà Nội - 20 í 0
MỞ ĐÀU
MỤC LỰC
Trang
1
PHÀN l TỎNG QUAN 3
1. Hiện trạng sản xuất và tình hình xử lý nước thải tại các làng nghề cơ kim
khí trên địa bàn Hà Nội mở rộng 3
1.1. Hiện trạng sản xuất tại các làng nghề cơ kim khí 3
1.2 Đặc trưng môi trường và tình hình x ử lý nước thải tại các làng nghề cơ 4
kim khi
2. Tình hình nghiên cứu xử lý kim loại nặng trên thế giói và Việt Nam 5
2.1 Tinh hình nghiên cứu trên thế giới 5
2.2 Tinh hình nghiên cứu trong nước 8
3. Một số phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải làng nghề cơ 8
kim khí
3.1. Các phương pháp x ử lý kim loại nặng trong nước thải mạ điện 8

3.2. Lựa chọn phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải mạ điện 10
4. Xử lý các kim loại nặng trong nước thải mạ điện bàng biện pháp kết họp: 10
Phương pháp khử - kết tủa và phương pháp hấp phụ
4.1. Ưu, nhược điểm của phương pháp khử- kết tủa 10
4.2. Ưu, nhược điểm của phương pháp hấp phụ 11
4.3. Ưu điểm khi kết hợp cả 2 phương pháp: Khử - kết tủa và hấp phụ 11
PHẢN II NGHIÊN CỨU KÉT HỢP HAI PHƯƠNG PHÁP: KHƯ -KÉT 12
TỦA VÀ HẤP PHỤ, XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI
LÀNG NGHÈ C ơ KIM KHÍ
1. Nghiên cứu xử lý kim loại nặng bằng phương pháp khử -kết tủa 12
ỉ. 1. Nghiên cứu xử lý kim loại nặng bằng kỹ thuật khử - kết tủa hydroxyl kim 12
loại kết hợp VỚI việc sử dụng chất trợ keo tụ
1.2. Nghiên cứu xử lý kim loại nặng bằng kỹ thuật kết tủa Cacbonat 19
1.3. Kết luận 23
2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng bởi các vật liệu hấp phụ có 25
nguồn gốc tự nhiên
2.1. Nghiên cứu hấp phụ các kim loại nặng bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ 25
rong tảo biển
2.2. Nghiên cứu hấp phụ các kìm loại nặng bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ 33
than bùn
2.3. Nghiên cứu hấp phụ các kim loại nặng bằng vật liệu hấp phụ chế tạo iừ 45
vỏ trấu
2.4. Nghiên cứu hấp phụ kim loại nặng bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ 54
bentonit
2.5. Kết luận 61
3. Nghiên cứu xử lý các kim loại nặng trong nước thải mạ điện bằng biện 63
o */ • ■ o o • » o •
pháp kết hợp: Khử - kết tủa và hấp phụ
3.1. Nghiên cứu qui trình x ử lý các kim loại nặng trong nước thải mạ điện 63
bằng biện pháp kết hợp hai phương pháp: khử- kết tủa và hấp phụ

3.2. Đ ề xuất quy trình x ử lý kết hợp hai phương pháp: khử- kết tủa và 68
hấp phụ
4. Thử nghiệm xử lý kim loại nặng trong nước thải làng nghề cơ kim khí 71
Phùng Xá-Thạch Thất -H à Nội
4.1. Giới thiệu về cụm công nghiệp cơ khí Phùng Xả-Thạch Thất Hà Nội 71
4.2. Giới thiệu về thiết bị xử lý nước thải mạ điện ^
4.3. Kết quả vận hành thiết bị xử lý nước thải mạ điện tại cụm cõng nghiệp,
làng nghề cơ kim khỉ xã Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Nội
PHÀN III. ĐÁNH GIÁ KÉT QUẢ THựC HIỆN NHIỆM v ụ CỦA ĐÈ TÀI 78
1. Những kết quả chính đạt được 78
2. Đánh giá hiệu quả - Khả năng ứng dụng 78
TÀT LIỆU THAM KHẢO 79
PHỤ LỤC 82
M ơ ĐÀU
Hà Nội sau khi mở rộng đã trở thành một trong số các thủ đô có diện tích và
dân số vào loại lớn nhất trên thế giới. Việc mở rộng Hà Nội không chì làm cho dân sô,
diện tích của Hà Nội gia tăng một cách cơ học, mà còn cho ca cấu kinh tế, văn hóa, xã
hội của thủ đô có những thay đổi đáng kể. Một trong những nét thay đổi đó là sô
lượng, tính đa dạng của các làng nghề truyền thống - một nét rât đặc trưng cho cơ câu
kinh tế, văn hóa gắn liền với lịch sử phát triển của cộng đồng người Việt nói chung và
người Tràng An, Hà Nội nói riêng.
Theo số liệu thống kê, khi sát nhập vào Hà Nội, tỉnh Hà Tây - một trong các
tỉnh có số lượng làng nghề lớn nhất Việt Nam, đã đóng góp cho Hà Nội trên 200 làng
nghề truyền thống. Cùng với các làng nghề truyền thống của Hà Nội cũ, hiện nay Hà
Nội mở rộng có khoảng 260 làng nghề truyền thống (trong số gần 2000 làng nghề nói
chung). Như vậy, Hà Nội mở rộng đã trở thành địa phương có số lượng làng nghề
truyền thống lớn nhất cả nước.
Tính đa dạng của các làng nghề Hà Nội cũng là một nét rất đặc trưng. Hiện nay
Hà Nội có gần như đủ các loại làng nghề tiêu biểu cùa Việt Nam như: chế biến nông
sản, thực phẩm, thủ công mỹ nghệ (mây tre đan, thêu, trạm khảm, gốm sứ, đồ gỗ ),

dệt nhuộm, cơ kim khí
Sự phát triển của các làng nghề truyền thống đã góp phần đáng kể vào sự phát
triển kinh tế, văn hóa, du lịch của Hà Nội. Đặc biệt trong những năm gần đây, được sự
quan tâm cùa Đảng và nhà nước, các nghề thủ công truyền thống đã được khôi phục và
phát triển mạnh mẽ. Sự phát triển này đã góp phần giải quyết công ăn việc làm, nâng
cao thu nhập cho những người nông dân. qua đỏ đã làm thay đổi rõ nét bộ mặt nông
thôn Việt Nam. Nhiều làng nghề của Hà Nội đã trở thành những điểm đến hấp dẫn đối
với các du khách nước ngoài, nhờ vậy đã góp phần vào việc phát triển ngành kinh tế
du lịch của địa phương, đồng thời cũng để bạn bè quốc tế hiểu biết hữn về Việt Nam
và con người Việt Nam.
Bên cạnh những đóng góp tích cực đó, một vấn đề hết sức bức xúc hiện nay do
sản xuất của các làng nghề thủ công gây ra là vấn đề ô nhiễm môi trường. Các chất
thải từ quá trình sản xuất tại các làng nghề như bụi, khí thải, chất thải rắn. đặc biệt là
nước thải chứa nhiều chất độc hại với hàm lượng cao gấp nhiều lẩn tiêu chuẩn cho
phép, mà hầu như không được xử lý đã xả thẳng vào môi trường gâv ành hưởng lớn
đến sức khoẻ, đời sống và sinh hoạt của người dân. Đây thực sự là một thách thức lớn
đối với Hà Nội sau khi mở rộng.
Nhằm góp phần vào việc xử lý nước thãi sản xuất tại các làng nghề của Hà Nội.
trong phạm vi một đề tài thuộc chương trình chung về nhiệm vụ bao vệ mói trườno cúa
1
ĐHQCiHN; chúng tõi đã chọn va cụnn nương cho đề tài là: “Nghiên cứu xứ lý kim
loại nặng trong nước thải làng nghề cơ kim khi trên địa bàn Hà Nội mở rộng '.
Định hướng nghiên cứu của đề tài là: nghiên cứu tìm ra một phương pháp hữu
hiệu, khả thi, phù hợp cho việc xử lý kim loại nặng trong nước thài của làng nghề cơ
kim khí. Qua đó xây dựng được một mô hình xử lý dưới dạng pilot, tiến hành thử
nghiệm xử lý nước thải tại một làng nghề cơ kim khí tại Hà Nội.
Chúng tôi rất mong được ĐHQGHN và các cơ quan hữu quan cùa Hà Nội quan
tâm để có thể mở rộng mô hình xử lý này cho các làng nghề cơ kim khí của Hà Nội và
cả nước.
2

PHẦN I TỎNG QUAN
1. Hiện trạng sản xuất và tình hình xử lý nước thải tại các làng nghề cơ kim khí
trên địa bàn Hà Nội mở rộng
1.1. Hiện trạng sản xuất tại các làng nghề cơ kim khí
Sau khi Hà Nội mở rộng, cùng với một số làng nghề cơ kim khí của Hà Nội cũ
như gò hàn Tây Mỗ, rèn Xuân Phương, Từ Liêm, sắt xây dựng Dục Tú, Đông Anh
Hà Nội còn tiếp nhận thêm các làng nghề cơ khí điển hình của Hà Tây như: rèn Đa Sỹ
- Kiến Hưng, Hà Đông, cơ khí, gia còng kim loại Liễu Nội, Khánh Hà, Thường Tín, tái
chế, chế tạo, gia công, mạ kim loại Phùng Xá, Thạch Thất, gia công chế tạo kim loại
Thanh Thủy, Thanh Oai
Sản xuất tại các làng nghề cơ kim khí rất phong phú, bao gồm từ khâu tái chế
sắt phế liệu như đúc, cán thép đến khâu gia công, chế tạo ra các sản phẩm (rèn, hàn,
cắt, mạ ). Sản phẩm của làng nghề cũng rất đa dạng, bao gồm từ những sản phẩm đơn
giản như các công cụ lao động cày, cuôc, xẻng ; dụng cụ gia đình như dao, kéo, ô
khóa, cửa hoa, cửa xếp ; phụ tùng xe đạp, xe máy ; đến những sản phẩm lớn như: sẳt
thép xây dựng, máy móc công cụ nhỏ Hoạt động sản xuất của các làng nghề cơ kim
khí đã mang lại hiệu quả kinh tế cao cho địa phương, tạo công ăn việc làm và thu nhập
cho người dân, đóng góp đáng kể vào sự tăng trưởng kinh tế của làng nghề.
về quy mô sàn xuất: tíoạt động sản xuất tại các làng nghề chủ yếu là nhỏ lẻ theo
quy mô hộ gia đình. Tuy nhiên, hiện nay do tính chất của ngành nghề cơ kim khí và
nhu cầu của thị trường đòi hòi nên đã xuất hiện một số xưởng sản xuất tư nhân với vài
chục lao động, doanh thu hàng năm của các xưởng cơ khí nhỏ này lên tới hàng chục tỉ
đồng.
về mặt bằng sản xuất: hiện nay tại phần lớn các làng nghề cơ kim khí chú yếu
vẫn sản xuất theo quy mô hộ gia đình, nhỏ lẻ, nên nơi sản xuất thường nằm lẫn trong
khu dân cư. Theo chủ trương của thành phố, hiện nay một vài tàng nghề đã được chọn
làm thí điểm cho việc tập trung sản xuất thành một khu vực riêng, tách khòi khu vực
sinh sống của người dân. Điển hình nhất cho mô hình này là cụm công nghiệp cơ khí
Phùng Xá, Thạch Thất. Hà Nội. Cụm công nghiệp cơ khí này được xây dựng từ năm
2006, đến nay đã quy tụ được trên 300 hộ, cơ sở sản xuất cơ khí của xã với gần 6000

lao động trong và ngoài xã tham gia. Đây là một mô hình tốt để phát triển sản xuất và
tránh được những tác động xấu về môi trường đối với người dân. Nhưng rất tiếc là do
những khó khăn về quỹ đất, về quy hoạch, về tài chính nên tốc độ triển khai xây dựng
những cụm công nghiệp tại các làng nghề còn rất chậm, hậu quà là số cụm công
nghiệp dạng này ở Hà Nội còn rất ít.
3
Vẽ trang thiẻt bỊ va phương tien san xuat: hiện nay sản xuât tại các làng nghê cơ
kim khí chủ yếu vẫn là sản xuất thủ công, bán cơ giới, các máy móc, thiêt bị sản xuât
phần lớn đã cũ, lạc hậu nên năng suất lao động, chất lượng sản phâm chưa cao và thiêu
tính ổn định.
1.2 Đặc tricng môi trường và tình hình xử lý nước thải tại các làng nghê cơ kim khi
Như đã nêu trên, với trang thiết bị và phương tiện sản xuất hầu hết đã cũ và lạc
hậu hoặc đã quá hạn sử dụng được khấu hao từ các nhà máy, xí nghiệp thải ra; với
nguồn nguyên liệu chủ yếu là sắt, thép phế liệu, nên quá trình sản xuất, gia công, tái
chế kim loại tại các làng nghề đã tác động xấu đến môi trường xung quanh, ảnh hưởng
đến sực khỏe và sinh hoạt cùa người dân sống tại làng nghề. Ảnh hường này càng
nghiêm trọng hơn khi các cơ sở sản xuất nằm xen kẽ trong khu dân cư.
Một số tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường tại các làng nghề cơ kim khí
như:
- Khí thải: các loại khí thài độc hại như c o , C 0 2, S02, NOx, hơi axit, kiềm
phát sinh từ việc đốt, nấu kim loại, từ quá trình hàn, cắt, mạ điện
- Bụi: lượng bụi chủ yếu phát tán từ các lò nung, gia công, vận chuyển nguyên
liệu, sản phẩm.
- Chất thải rắn: chủ yếu là tro, xi than, rỉ sắt, vụn kim loại thải ra trong quá trình
nấu, cán, rèn kim loại.
- Tiếng ồn: hầu hết các công đoạn trong quâ trình gia công kim loại đề gây ra
tiếng ồn như các khâu: đột, dập, cán, rèn kim loại.
- Nhiệt thừa: các lò nấu, nung, ủ thép luôn phát tán một lượng nhiệt lớn ra môi
trường xung quanh, làm cho nhiệt độ tại các khu vực sản xuất tăng cao.
- Nước thải: chủ yếu do các xưởng mạ điện thải ra, ngoài ra còn do nước thải

phát sinh từ khâu cán, rèn kim loại, Trong thành phần của nước thải mạ điện chứa hàm
lượng lớn các kim loại nặng như Cr(VI), Cr(III), Zn(II), Ni(II), Fe(III) Ngoài ra còn
có các hóa chất độc hại như CN, dầu mỡ
Mặc dầu mức độ ô nhiễm môi trường tại các làng nghề cơ kim khí trên địa bàn
Hà Nội mở rộng là khá nghiêm trọng, nhưng cho đến nay, hầu như tất cả các làng nghề
đều chưa có một biện pháp xử lý nào (trừ một vài nơi như cụm công nghiệp Phùng Xá,
Thạch Thất đã xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung, nhưng hoạt động cầm chứng,
không ổn định, nước thải sau xử ỉý vẫn chưa đạt được các tiêu chuẩn cho phép). Nước
thài, khí thải, bụi, chất thải rẳn cứ tự do thải ra môi trường xung quanh làm ảnh hưởng
đến sức khỏe cộng đồng. Các bệnh về mắt, về đường hô hấp, đường ruột, bệnh ngoài
da gia tâng trong cộng đồng dân cư sống tại đây. Nhiều dòng sông chảy qua các làng
nghề như sông Nhuệ, sông Đáy cũng bị ô nhiễm nặng nề. Các loại thủy sinh như tóm,
4
cá, không thê sông trong mõi trương nươc cua các dòng sông này. Nguôn nước sông
dùng để tưới tiêu trong nông nghiệp cũng bị ảnh hưởng.
Để giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm môi trường tại các làng nghề cơ kim khí
trên địa bàn Hà Nội mở rộng, cần có những giải pháp đồng bộ, toàn diện như quy
hoạch tập trung các khu vực sản xuất tách rời khỏi khu dân cư, đầu tư thêm trang thiết
bị, đổi mới quy trình sản xuất, giáo dục ý thức bảo vệ môi trường cho người dân, xây
dựng các trạm xừ lý nước thải, khí thải, bã thài rắn, tăng cường biện pháp thanh kiểm
tra môi trường thường xuyên
Trong khuôn khổ cùa một đề tài nghiên cứu khoa học, chúng tôi chỉ tập trung
vào việc nghiên cứu đề xuất một mô hình xử lý các kim loại nặng trong nước thải sản
xuất tại các làng nghề cơ kim khí tại Hà Nội.
2. Tình hình nghiên cứu xử lý kim loại nặng trên thế giói và Việt Nam
2.1 Tinh hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy có thể tách loại kim
loại nặng trong nước và nước thải bằng các phương pháp khác nhau như kết tủa, keo
tụ, trao đổi ion, hấp phụ, điện thẩm tách.
Trong các phương pháp trên, phương pháp kết tủa bằng các tác nhân hóa học để

tạo ra các kết tủa ít tan như hydoxit kim loại nặng, các muối ít tan như cacbonat,
sunfua, photpat cũng như phương pháp keo tụ sử dụng các chất keo tụ vô cơ. hữu cơ
tổng hợp. Đây là hai phương pháp thường được sử dụng để tách sơ bộ âác kim loại
nặng. Tuy nhiên, hai phương pháp này chỉ tách được các kim loại nặng khi hàm lượng
của chúng trong nước lớn. Khi hàm lượng các kim loại nặng trong nước thải nhỏ thì
không thể thể tách loại triệt để được. Các phương pháp như trao đổi ion và điện thẩm
tách có thể tách được các kim loại khá tốt. Tuy nhiên, việc chế tạo nhựa trao đổi ion,
màng trao đồi ion (trong phương pháp điện thấm tách) đòi hỏi kỹ thuật cao. Do đó giá
thành của các vật liệu này còn khá đắt chỉ thích hợp với việc nghiên cứu xử lý nước
thải chứa kim loại nặng trong phạm vi phòng thí nghiệm.
Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới chú ý nhiều đến việc tách íoại các
kim loại nặng trong nước thải bằng phương pháp hấp phụ sừ dụng các vật liệu hấp
phụ nhân tạo và tự nhiên khác nhau. Phương pháp này cho phép xử lý nước thài
chứa một hay nhiều kim loại nặng khác nhau với hàm lượng thấp. Phương pháp hấp
phụ có nhiều un điểm như giá thành xử lý không cao; nguvên lý vận hành kỹ thuật
và trang thiết bị tương đối đơn giản. Đặc biệt, phương pháp hấp phụ không gây ô
nhiễm thứ cấp.
Đã có nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này. Trong các công trinh
nghiên cứu [1, 2, 3] và kết quả của nhiều đề tài khác, các tác già đã sử dụng than hoạt
5
tính đê tách loại kim loại nặng nhu crõm, tnuy ngân, cadimi, chì, asen, trong nước.
Các kết quả cho thấy than hoạt tính hấp phụ khá tốt hầu hết các kim loại nặng. Dung
lượng hấp phụ cùa than hoạt tính đối với các kim loại nặng là khá cao. Tuy nhiên, qui
trình chế tạo than hoạt tính khá phức tạp và giá thành sản xuất than hoạt tính là rất cao.
Trong khi quá trình giải hấp để tái sử dụng than hoạt tính không được nhiều lần, hiệu
suất xử lý của vật liệu tái sinh không cao. Do đó, hiệu quả kinh tế của qui trinh xử lý
các nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ sừ dụng than hoạt
tính là không cao và việc áp dụng cho qui mô công nghệ cũng bị hạn chế. Như vậy
chưa thực sự phù hợp trong điều kiện phát triển kinh tế hiện nay ờ Việt Nam.
Chính vì những hạn chế trên nên xu hướng hiện nay người ta thường sử dụng

các vật liệu hấp phụ được chế tạo từ các nguyên liệu tự nhiên hoặc các sản phẩm phế
thải của ngành công-nông nghiệp sẵn có, rẻ tiền để tách loại các kim toại nặng ra khỏi
các nguồn nước bị ô nhiễm [4, 5]. Nhóm các vật liệu hấp phụ này rất đa dạng và phô
biến như rong tảo biển, vỏ trấu, rơm rạ, bã chè, sơ dừa, khoáng sét, than bùn, chitosan,
tro bay
Kết quả nghiên cứu trong công trình [6] và nhiều công trình khác cho thấy có
thể sử dụng than bùn để tách loại nhiều kim loại nặng khác nhau như đồng, kẽm,
niken, crôm, chì, cadimi, thuỷ ngân Hiệu quả xử [ý của các vật liệu chế tạo từ than
bùn đối với các kim loại nặng này là khá cao, có thể đạt khoảng 30 - 100% tuỳ thuộc
vào từng kim loại nặng và qui trình chế tạo vật liệu khác nhau. Theo tác giả Leslie
(1974), nghiên cửu xừ lý các kim loại nặng bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ than bùn,
hiệu suất tách loại là rất cao đạt trên 99% đối với các kim loại nặng như cađimi, crôm,
đồng, sắt, chì, niken và đạt tới 98,9% đối với kẽm. Tương tự các kết quá nghiên cứu
của nhóm tác giả Zhipei (1984) xừ lý kim loại nặng trong nước thải trên các loại than
bùn khác nhau của Trung Quốc cho thấy hiệu suất tách loại cũng khá cao: 30-100%
chì, 34-98% cađimi, 21,2-96,4% niken và 17-96,9% kẽm. Như vậy khả năng sử dụng
than bùn chế tạo vật liệu hấp phụ để xừ lý các nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng là rất
cao. Một mặt do hiệu suất tách loại kim loại nặng cùa vật liệu này là khá cao. Mặt
khác nó ý nghĩa thực tiễn rất lớn do tính phổ biến của nguồn nguyên liệu than bùn ở
các vùng nhiệt đới như Việt Nam.
Trong công trình [7] và nhiều công trình nghiên cứu khác, các tác già đã nghiên
cứu sử dụng rong tảo biển để hấp phụ các kimloại nặng như Cu, Cd. Ni, Pb, Zn Kết
quả cho thấy rong tảo biển sau khi được xử lý hóa học có khả năng hấp phụ rất tổt các
kim loại nặng. Dung lượng hấp phụ rất cao. Hiệu suất xử lý kim loại nặng bằng các vật
liệu chế tạo từ rong tào biển đều đạt trên 95%. Khả nãng hấp phụ các kim loại này
cũng giảm theo thứ tự Pb > Cd > Cu > Ni > Zn. Tuy nhiên, các vật liệu chế tạo từ rone
tảo biển có độ bền cơ học kém. Chính vì thế việc tái sử dụng chúng là khó khăn. Do đó
6
ae co thè sư dụng rong tao biẻn trong việc xư lý các nguồn nước ô nhiễm kim loại
nặng dưới dạng vật liệu hấp phụ, chúng ta cần tiến hành nghiên cứu sâu hơn các qui

trình tạo vật liệu như quá trình lưới hóa rong tảo biển bàng phương pháp hóa học đe
tăng độ bền cơ lý của vật liệu, hoặc tạo ra các vật liệu composit của rong tảo biển với
các vật mang như dung dịch slicagel tạo ra các vật liệu hấp phụ dạng viên hay màng.
Việc ứng dụng nguồn nguyên liệu vỏ trấu, rơm rạ trong xử lý kim loại nặng
chưa được quan tâm nhiều trên thế giới. Nhóm tác giả trong công ừình [8,9] và một so
công trình khác đã tiến hành nghiên cứu hấp phụ các kim loại nặng Cr(VI), Zn(II) và
Pb(II) bàng vật liệu hấp phụ biến tính từ vỏ trấu và rơm, rạ. Ket quà cho thấy dung
lượng hấp phụ cực đại của các vật liệu này đối với Cr(VI) tà 0,45mmol/g ở pH=2 và
0,06mmol/g đối với Zn(II) ở pH=4. Ưu điểm của nguyên liệu vò trấu, rơm rạ là được
sử dụng ngay như vật liệu hấp phụ sau khi được biến tính bằng phương pháp hóa học
mà không phải qua bước tạo viên phức tạp do độ bền cơ lý cùa các vật liệu này khá
cao. Tuy nhiên hiệu suất xử lý của các vật liệu chế tạo từ vỏ trấu và rơm, rạ đổi với các
kim loại nặng là chưa cao, cần phải tìm các biện pháp biến tính thích hợp để nâng cao hiệu
suất xử lý.
Trong những năm gần đây, một nguồn nguyên liệu tự nhiên khá phổ biến khác
đó là khoáng sét như bentonit cũng được quan tâm nghiên cứu nhiều trên thế giới. Tuy
nhiên phần lớn các nghiên cứu đó chỉ sử dụng khoáng sét trong xử lý môi trường dưới
dạng tự nhiên, hoặc được biến tính bằng các muối amin hữu cơ bậc bốn thành các vật
liệu hấp phụ khoáng sét hữu cơ để xử lý các nguồn nước ô nhiễm chất hữu cơ như
nước thải dệt nhuộm hoặc các nguồn nước ô nhiễm dầu. Các kết quà nghiên cứu trên
cho thấy hiệu suất xử lý của vật liệu chế tạo từ bentonit là khá cao. Tuy nhiên, việc
ứng dụng khoáng sét trong xử lý kim loại nặng còn hạn chế. Bước đầu nhóm tác giả
[10] đã tiến hành nghiên cửu biến tính bề mặt của bentonit để làm vật liệu hấp phụ các
ion kim loại nặng trong dung dịch nước. Chúng tôi tiến hành nghiên cứu qui trình chế
tạo vật liệu thích hợp từ nguồn nguyên liệu này để xử lý các nguồn nước thải ô nhiễm
kim loại nặng và đạt hiệu suất cao.
Qua các công trình nghiên cứu trên thế giới, chủng ta có thể thấy được ưu
điểm nổi bật của phương pháp hấp phụ xử lý các kim loại nặng từ dung dịch nước
bang các vật liệu hẩp phụ được chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ
phẩm công, nông nghiệp là qui trình chế tạo vật liệu không phức tạp, giá thành vật

liệu rè, khả năng hấp phụ kim loại nặng là khá tốt nếu được xử lý thích hợp. Chúng
có thể hấp phụ đồng thời nhiều kim loại khác nhau với hiệu suất khác nhau. Mặt
khác sau khi hấp phụ có thể tiến hành giải hấp. thu hồi các kim loại nặng. Đồng Thời,
vật liệu hấp phụ cố thể tái sinh lại và được sư dụng nhiều lần. Như vậy sẽ làm giảm
chi phí xử lý đồng thời tránh được ô nhiễm thứ cấp. Hiệu quà kinh tế mà phương
7
pháp hấp phụ sử dụng các vật liệu hâp phụ này là rất lớn và có ý nghĩa thực tiễn cao.
2.2 Tinh hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, các nhà Khoa học tại các Trường, Viện nghiên cứu cũng đã có
nghiên cứu xử lý các kim loại nặng như asen, chì, cadimi, crôm trong nước, nước
thải bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Trong nhiều năm qua, tại Khoa Hóa - ĐHKHTN - ĐHQGHN, chúng tôi đã tiến
hành nghiên cứu phương pháp hấp phụ các kim loại nặng bàng các vật liệu hấp phụ
chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên và phế thài công - nông nghiệp khác nhau như
than bùn, rong tảo biển, vỏ trấu, rơm rạ, lõi ngô, bentonit, tro bay. Những kết quả
nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, bước đẩu đã cho thấy có khả năng sử dụng các vật
liệu hấp phụ này để tách loại các kim loại nặng trong dung dịch nước. Ví dụ như than
bùn được xử lý hóa học bằng axit có khả năng xử lý nhiều kim loại nặng khác nhau
như crom, đồng, niken [31], hiệu suất đạt khoảng 54-95% ở các pH khác nhau. Một
khó khăn khi sử dụng than bùn chế tạo vật liệu để hấp phụ các kim loại nặng trong
thực tế xử lý môi trường đó là phải tạo được vật liệu dạng viên để có thể đưa vào cột
hấp phụ mà vật liệu vẫn đạt được dung lượng hấp phụ cao. Ket quả nghiên cứu hấp
phụ chì bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vò trấu [32] cho thấy dung lượng hấp phụ khá
cao, đạt tới 37 mg/g. Nhìn chung các kết quả khảo sát ban đầu này cũng cho thấy hạn
chế của việc sử dụng các vật liệu này để xử lý kim loại nặng là dung lượng hấp phụ và
độ bền cơ lý của các vật liệu tự nhiên này còn thấp. Vì vậy để có thể sử dụng các vật
liệu tự nhiên này cần phải tiếp tục nghiên cứu xử lý, biến tính chúng để đạt được các
yêu cầu của VLHP: Dung lượng hấp phụ và độ bền cơ lý cao.
3. Một số phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải làng nghề cơ kim khí
Các kim loại nặng là tác nhân gây ô nhiễm chính trong nước thải làng nghề cơ kim khí.

Lượng nước thải tại các làng nghề cơ kim khí lại được phát sinh chủ yếu từ khâu mạ
điện. Trong nước thải mạ điện ỉuôn chứa một lượng lớn các kim loại nặng với hàm
lượng cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. Vì vậy việc xử lý kim loại nặng
trong nước thải làng nghề cơ kim khi cũng chính là xử lý kim loại nặng trong nước
thải mạ điện. Dưới đây chúng tôi chỉ nêu ra các phương pháp chính để xư lý kim loại
nặng trong nước thải mạ điện
3.1. Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải mạ điện
Có nhiều phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước, nước thài. Một số
phương pháp xử lý kim loại nặng tiêu biểu như:
- Phương pháp kết tủa hóa học: Bầng các tác nhân kết tủa khác nhau để tạo ra
các kết túa như các hydroxyt kim loại hoặc các muối ít tan như: Cacbonnat, sunfua.
8
photphat, sunfat trong phương pháp này người ta có thê sử dụng thêm các chât keo
tụ, trợ keo tụ hoặc chất đồng kết tủa để tãng hiệu quả xử lý.
- Phương pháp hấp phụ: Trong phương pháp này người ta sử dụng các vật liệu
hấp phụ (VLHP) có diện tích bề mặt riêng lớn, trên đó có các trung tâm hoạt động, có
khả năng lưu giữ các ion kim loại nặng trên bề mặt VLHP. Việc lưu giữ các ion kim
loại nặng có thể do lực tương tác giữa các phân tử (lực Vandecval - hấp phụ vật lý),
cũng có thể do sự tạo thành các liên kết hỏa học, tạo phức chất giữa ion kim loại với
các nhóm chức (trung tâm hoạt động) có trên bề mặt VLHP (hấp phụ hóa học), cũng
có thể theo cơ chế trao đổi ion
Các vật liệu hấp phụ có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ. Chúng có thể được
chế tạo từ các nguyên liệu sằn có trong tụ nhiên hoặc có thể được tổng hợp từ các chất
khác nhau. Trong đề tài này chúng tôi quan tâm đến các VLHP được chế tạo từ các
nguồn khoáng tự nhiên như bentonit, than bùn hoặc từ các chất, phế thải sẵn có
trong tự nhiên nhu vỏ trấu, rong tảo biển
- Phương pháp trao đổi ion: Đây là phương pháp khá phổ biến sử dụng các chất
có khả năng trao đổi ion (ionit) với các cation kim loại nặng để giữ, tách các ion kim
loại khỏi dung dịch nước. Sau đó các ion kim loại được tách khỏi ionit bời các dung
dịch rửa giải khác nhau. Hiện nay có nhiều toại ionit được bán trên thị trường, chủ yếu

dùng để lọc nước sinh hoạt, nước cấp cho sinh hoạt, sản xuất.
- Phương pháp điện thẩm tách: Đây là một phương pháp khá hiện đại. Trong
phương pháp này việc tách các cation và anion dựa trên cơ sở của quá trình điện phân
và kết hợp với việc giữ các cation và anion bằng các màng trao đổi ion (màng trao đổi
cation và màng trao đổi anion) được đặt xen kẽ giữa
2 điện cực của bình điện phân.
Khi các cation, anion chuyển động về các điện cực trái dấu qua các màng trao đổi ion
chúng sẽ bị giữ lại tạo ra các khoang chứa nước sạch và các khoang chứa muối (gồm
các cation và anion). Phương pháp điện thẩm tách được sừ dụng nhiều để làm ngọt
nước biển, hoặc tách các cation và anion với quy mô phòng thí nghiệm.
Trên đây chúng tôi chi nêu ra một số phương pháp cơ bản để xử lý kim loại
nặng trong nước, nước thải. Ngoài các phương pháp trên còn có thể kể đến các phương
pháp khác như: phương pháp tách chất bang màng, phương pháp siêu lọc, phương
pháp vi lọc. phương pháp thẩm thấu ngược tuy nhiên theo chúníỉ tôi thì cả 4 phương
pháp đề cập ở trên là có khả năng ứng dụng ở các mức độ khác nhau trong quá trình xừ
lý kim loại nặng trong nước thải mạ điện. Việc chọn phương pháp nào phụ thuộc vào
yêu cầu xử lý, điều kiện vật chất, kinh phí đầu tư cho quá trình xù lý, tính kinh tế, hiệu
quà cùa quá trình xừ lý.
9
3.2. Lựa chọn phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải mạ điện
Việc lựa chọn phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải mạ điện dựa
vào các tiêu chí sau:
- Đối tuợng xử lý: Nước thải mạ điện chứa các ion kim loại nặng như Cr(VI),
Ni(II), Zn(II), Cu(II) ngoài ra còn có các hóa chất khác như C N '
- Yêu cầu xử lý: Nước sau khi xừ lý cần đạt quy chuẩn kỹ thuật quổc gia về
nước thải công nghiệp (QCVN 24: 2009/BTNMT). Ngoài ra cần quan tâm thêm đến
khả năng thu hồi, tái sử dụng lại các kim loại nặng có giá trị.
- Thiết bị xử lý không quá phức tạp, chi phí chế tạo thấp, cách vận hành đơn
giàn để người công nhân có thể sử dụng dễ đàng. Khả năng áp dụng vào thực tế cao.
- Các hóa chất, vật liệu sử dụng trong quá trình xử lý không đắt, dễ kiếm, không

gây độc hại tới môi trường và con người.
- Giá thành xử lý họp lý, càng thấp càng tốt.
- Từ những tiêu chí trên chúng tôi thấy chì có 2 phương pháp kết tủa và hấp phụ
là tương đối phù hợp với thực tế sản xuất và có khả năng áp đụng rộng rãi. Tuy nhiên
chúng tôi cho rầng để xử lý tốt được các kim loại nặng trong nước thải mạ điện thì
không thể chi sử dụng một phương pháp riêng lẻ mà nên kết hợp hài hòa cả 2 phương
pháp.
- Phương pháp khử - kết tủa được sừ dụng trước để tách loại một lượng lớn các
kim loại nặng, nhưng chỉ sử dụng một phương pháp này sẽ không thể tách loại hoàn
toàn các kiih loại nặng khi chúng có mặt chung trong nước thải vì độ tan của các
hydroxyt kim loại ở các pH khác nhau là khác nhau. Nếu sau khi kết tủa, chúng ta sử
dụng thêm phương pháp hấp phụ thi sẽ bảo đảm cho nước sau xử lý đạt được tiêu
chuẩn cho phép về nước thài công nghiệp. Phương pháp hấp phụ phù hợp với việc hấp
phụ lượng nhò còn lại của các ion kim loại nặng trong nước thải sau khi kết tủa.
4. Xử lý các kim loại nặng trong nước thải mạ điện bằng biện pháp kết họp:
Phưong pháp khử - kết tủa và phương pháp hấp phụ
4.1. Ưu, nhược điểm của phương pháp khử- kết tủa
+ Ưu điêm:
- Có khả năng tách loại lượng lớn các ion kim loại nặng dưới dạng kết tủa
hydroxyt hoặc các muối ít tan.
- Kỹ thuật xử lý đơn giản, dễ thao tác, có thể áp dụng rộng rãi ở các cơ sở
sản xuât.
- Giá thành xử lý thấp, đặc biệt nếu dùng tác nhân kết tủa là sữa vôi.
+ Nhược điém:
10
- Không thể tách loại hoàn toàn các kim loại nặng khi chúng có mặt đồng thời
trong nước thải vì pH kết tủa các hydroxyt kim loại khác nhau, đặc biệt là các
hydroxyt kim loại nặng lưỡng tính như Cr(OH)3, Zn(OH)2.
- Khó điều chỉnh chính xác pH của dung dịch do đó ảnh hường đến kết quả tách
các kim loại nặng.

- Dùng lượng tác nhân kết tủa (sữa vôi) thừa hay thiếu đều ảnh hường đến hiệu
quả xử lý.
4.2. ưu, nhược điểm của phương pháp hấp phụ
+ Ưu điểm:
- Có thể xử lý tốt các kim loại ở nồng độ thấp.
- Quy trình, thiết bị xử lý đơn giản.
- Vật liệu hấp phụ có thể tái sử dụng lại không gây ô nhiễm thứ cấp.
- Nếu dùng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên thì giá thành thấp, rẻ
tiền, dễ kiếm.
+ Nhược điếm:
- Không thể xử lý, hoặc xử lý không có hiệu quả khi nồng độ kim loại cao, đặc
biệt khi có mặt đồng thời nhiều ion kim loại khác sẽ tạo ra sự cạnh tranh hấp phụ làm
giảm hiệu quả xử lý.
4.3. Ưu điểm khi kết hợp cả 2 phương pháp: Khử - kết tủa và hấp phụ
- Tận dụng được ưu điểm của cả 2 phương pháp:
Phương pháp khử - kết tủa tho khả nãng xử lý nhanh, tốt khi nồng độ của các
ion kim loại trong nước thải mạ điện ban đẩu lớn (khoảng > 100mg/l).
Phuơng pháp hấp phụ: Xử lý triệt để khi nồng độ ion kim loại thấp < 10mg/l.
- Như vậy đối với nước thải mạ điện, việc xử lý được tiến hành như sau: Đầu
tiên khử Cr(VI) về Cr(III); sau đó lần lượt tiến hành kết tủa các hydroxyt kim loại
nặng Cr(OH)3, Zn(OH)i, Ni(OH)2. Lúc này nồng độ các ion kim loại còn lại trong
nước thải nhô cỡ 1 - 2 mg/l sẽ được hấp phụ nốt trên các vật liệu hấp phụ tự nhiên
khác nhau. Nước sau khi xử lý sẽ đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công
nghiệp (QCVN 24: 2009/BTNMT) được phép chảy vào dòng chảy chung.
Rõ ràng nếu kết hợp cà 2 phuơng pháp theo trình tự trên sẽ phát huy ưu điểm,
hạn chế được nhược điểm cùa từng phương pháp riêng lẻ.
11
PHẦN II NGHIÊN CỬU KÉT HỢP
HAI PHƯƠNG PHÁP: KHỬ - KÉT TỦA VÀ HÁP PHỤ
XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI LÀNG NGHÈ c ơ KIM KHÍ

Để có cơ sở khoa học cho việc kết hợp giữa hai phương pháp khử kết tủa và hấp
phụ trong xừ lý kim loại nặng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu riêng từng phương
pháp. Từ các kết quả thu được có thể tìm ra những điều kiện tối ưu cũng như khả năng
tách loại của từng phương pháp, qua đó có thể tận dụng được những ưu điểm cùa từng
phưomg pháp đóng góp vào biện pháp xử lý chung. Dưới đây là các bước trong quá
trình nghiên cứu:
1. Nghiên cứu xử lý kim loại nặng bằng phương pháp khử -kết tủa
1.1. Nghiên cứu xử lý kim loại nặng bằng kỹ thuật khử - kết tủa hydroxyt kim loại
kết hợp với việc sử dụng chất trợ keo tụ
ỉ. ì . 1. Giới thiện chung ve phương pháp kêt quả hydroxyt kim loại
Nguyên tắc chung của phương pháp kết tủa là thêm một tác nhân tạo kết tủa vào
dung dịch nước, điều chỉnh pH cùa môi trường để chuyển ion cần tách về dạng hợp
chất ít tan, tách ra khỏi dung dịch dưới dạng kết tủa.
Một dạng hợp chất ít tan thường được sử dụng để tách các kim loại nặng ra khỏi
dung dịch là kết tủa hydroxyt kim loại nặng.
Đại lượng quan trọng quyết định đến độ tan của hyựroxyt kim loại nặng là tích
số tan cùa hydroxyt kim loại nặng (T). Đa số tích số tan của hydroxyt kim loại nặng
nằm trong khoảng từ 10'14 đến 10'30.
Với quá trình kết tủa hydroxyt kim loại nặng pH cùa dung dịch nước có ảnh
hưởng rất mạnh. Bằng việc tính toán lý thuyết kết hợp với làm thực nghiệm chúng ta
có thể biết được giá trị pH cần thiết để xử lý kim loại nặng trong nước thải bàng
phương pháp kết tủa hydroxyt kim loại nặng.
Xuất phát từ phương trình sau:
Mn+ + nOH" ^ M(OH)n ị
ờ đây n là hóa trị của các cation kim loại (n có thể bàng 2 hoặc 3).
[M n+] [OHT = T M(0H)n
Từ đó người ta có thể tính được nồng độ ion kim loại còn lại trong dung dịch tại
các pH khác nhau.
12
hoặc lg [Mn+] = lg TM(OH)n - n(pH - 14)

Trong dung địch nước thải ngoài ion kim loại nặng cần tách còn các ion kim
loại khác cũng có thể tạo kết tủa hydroxyt hoặc các anion có khả năng phản ứng với
các ion kim loại làm sai lệch so với tính toán lý thuyết vì vậy chúng ta cần kiềm chứng
bằng thực nghiệm để điều chỉnh cho phù hợp .
Ngoài ra có một số ion kim loại có thể tạo thành các hydroxyt kim loại
lưỡng tính ví dụ như Cr3+, Al3+ các hydroxyt này có thể tan cả trong môi trường
axit và môi trường kiềm. Vì vậy việc chọn khoảng pH thích hợp cho các kim loại
này là hết sức quan trọng, nó bảo đảm cho việc tách các kim loại dưới dạng
hydroxyt được triệt để.
Trong nước thải mạ điện thường có các ion kim loại nặng như Zn(II), Ni(II),
Cr(III) ngoài ra có thể có Cu(II), Fe(III) và các anion khác như sunfat, clorua,
cyanua Tùy thuộc vào dòng thái của các xưởng mạ khác nhau mà thành phân của
nước thải cũng sẽ khác nhau.
Nước thải cùa xưởng mạ kẽm và mạ niken thường chứa các ion kim loại nặng
như Zn2+, Ni2+ ngoài ra còn Fe3+ Nước thài của xưởng mạ Crom lại chứa chú yếu [à
Cr(VI), ngoài ra có thể có Cr(III), Fe(III) Để tiến hành xừ lý các kim loại nặng trong
nước thải mạ điện, trước hết người ta phải khử Cr(VI) về Cr(III) bàng các chất khử
khác như FeS04 Na2SƠ3 hoặc NaHSC>3 Sau đó tiến hành kết tủa các hydroxyt cùa
Cr(III), Ni(II), Zn(II) bàng cách tăng dần pH của dung dịch do việc thêm vào dung
dịch nước thài các chất tạo kết tủa như NaOH hoặc Ca(OH)2 (sữa vôi) [11,12,13,14, ]
Trong sổ các kết tủa tạo thành cần chú ý có hydroxyt Cr(III), Cr(OH)3 là
hydroxyt lưởng tính điển hình nên cần khống chế pH sao cho độ tan Cr(III) là nhò
nhất, nhưng đồng thời cũng phải kết tủa tốt các hydroxyt niken. kẽm Một điều cần
quan tâm nữa là các kết tủa hydroxyt kim loại nặng thường hay ở trạng thái keo khó
lắng, lọc, do đó chúng ta có thể kết hợp với quá trình đông keo tụ bàng các chất trợ
keo tụ như phèn nhôm. Poly alumin clorua (PAC). .
/. 1.2. Kháo sát quá trình khư Cr(VỊ) về Cr(III) bằng FeSOj
Quá trình khừ Cr(VI) xuống Cr(III) bằng F eS 04 được tiến hành theo
phản ứng sau:
L J Ị Qrt( pW-|4)

13
6FeS04 + 2K2C r04 +8H2S 04 = 3Fe2(S04)3+Cr2(S0 4)3 + 2K2S04 + 8H20
Fe2(S 04)3 + Cr2(S 04)3 + 12NaOH = 2Fe(OH)4,+ 2C r(0H )ị+ 6Na2S04
Như vậy sau khi khử Cr(VI) về Cr(III) bằng FeS04 trong môi trường axit (pH=
2 đến 2,5), nếu ta tăng pH lên sẽ xảy ra đồng thời với việc tạo thành kết tủa Cr(OH)3
và Fe(OH)3 Cr(OH)3 sẽ cộng kết với Fe(OH)3 làm tăng hiệu quả xử lý Cr(III). Việc
kết tủa cả hai hydroxyt này sẽ tiêu tốn một lượng OH'(NaOH) làm cho pH của dung
dịch sau xử lý sẽ giảm xuống. Đẻ bảo đảm không hòa tan kết tủa Cr(OH)3 thì pH sau
khi xử lý phải nằm trong khoảng pH = 7 ,5 -8 (theo tính toán lý thuyết), do đó chủng
tôi đã tiến hành kết tủa Cr(OH)3 ở pH từ 9 đến 9,5.
a, Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol Fe(II)/Cr(VI) đến quá trình khứ Cr(VỈ) băng
Fe(ỈI)
Cách tiến hành:
Lấy vào cốc lOOml dung dịch K2Cr04 có nồng độ Cr(VI) là 100mg/l, thêm vào
một lượng FeS04.7H20 thích hợp từ 135mg đến 182mg ứng với tỷ lệ mol Fe(II)/Cr(VI)
tử 2,5 đến 3,4. Điều chinh pH từ 2 đến 2,5. Khuấy dung dịch trong vòng 30 phút. Xác
định nồng độ Cr(VI) còn lại trong dung dịch bàng phương pháp trắc quang với thuốc thử
diphenylcacbazit. Kết quả được ghi trong bảng 3 và hình 6
Bảng 3. Ảnh hưởng cùa tỳ lệ moỉ Fe(II)/Cr(VỊ) đến hiệu suất xử lý Crom
Lưạng
FeS04.7H20 (mg)
134 139
144
150 155 160 166
171
176
182
Tỷ lệ mol
Fe(II)/Cr(VI)
2,5 2,6

2,7
2,8
2,9 3,0
3,1
3,2
3,3
3,4
Nông độ
Cr(VI) còn lại
(mg/1)
21,1
18,4 17,3 5,7 4,5
1,6
1.3
0,5
0,4
0,4
Hiệu suât (%)
78.9 81,6
82,7
94.3 95,5
98.4
98.7
99,5 99.6
99.6
14
Tỷ lệ mol Fe(II)/Cr(VT)
Hĩnh 6. Đồ thị biểu diễn ánh hưởng của tỷ lệ moỉ Fe(II)/Cr(VI) đến hiệu suất khử
Cr(VI) thành Cr(IIỈ)
Nhận xét:

- Khi tỷ lệ mol Fe(II)/Cr(VI) > 3,2 thì hiệu suất xử lý Crom đạt khá cao 99% và
nồng độ Cr(VI) còn lại trong dung dịch là 0,5mg/l.
b. Kháo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến quả trình kết tủa Cr(OH)3
Cách tiến hành:
Lẩy lOOml dung dịch K2Cr04 có nồng độ Cr(VI) bằng 100mg/l và pH= 2,5 vào
5 cốc thủy tinh có dung tích 500ml. Thêm vào mỗi cốc Í7lmg FeS04.7H20 đã được
nghiền nhỏ ( tỷ lệ mol Fe(II)/Cr(VI) = 3,2) Khuấy dung dịch 30 phút. Sau đó đưa pH
của các mẫu dung dịch lên các giá trị pH lần lượt là: 8,0; 8,5; 9,0; 9,5; 10. Khuấy dung
dịch trong khoảng 30 phút. Đe lắng, lọc lấy nước lọc. Xác định nồng độ Crom còn lại
trong nước lọc bằng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử AAS . Kết quả được
ghi trong bảng 4 và hình 7.
Bảng 4. Anh hướng của pH dung dịch đến quá trình kết tủa Cr(OH)3
pH
8,0
8,5 9,0
9,5
10
Nồng độ Crom còn lại (mg/1)
1.2
0.6
0.4
0.5
0,8
Hiệu suầt (%)
98,8
99,4
99,6
99,5
99,2
15

pH
Hình 7. Đồ thị biếu diễn ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình kết tủa Cr(0H)3
Nhận xét:
- Khi tăng pH của dung dịch từ 8 đến 10 chủng ta thấy: Hiệu suất tách Crom
tăng dần khi tăng đần từ 98,8% ở pH = 8 đến 99,8% ở pH = 9. Sau đó khi tiếp tục tăng
pH của dung dịch lên lớn hơn 9 (từ 9 đến 10) thì hiệu suất tách Crom lại giảm dần
xuống đến 99,2% ờ pH = 10. pH = 9 của dung dịch thi hiệu suất tách Crom đạt hiệu
suất cao nhất bàng 99,6%.
1.1.3. Anh hường của pH đên việc kết tủa các hydroxyt kim loại nặng bằng NaOH
Cách tiến hành:
Lấy lOOml dung dịch Ni(II) có nồng độ 100mg/l vào cốc thủy tinh. Thêm dần
dung dịch NaOH IM vào cho đến các giá trị pH trong khoảng từ 9 đến 11, khuấy dung
dịch trong vòng 30 phút. Đe lắng lọc lấy nước lọc, xác định nồng độ Ni(II) còn lại
trong nước lọc. Kết quả được đưa ra trong bàng 5.và hình 8
Bang 5. Anh hưởng của pH đên việc kêt tua Ni(OH)2 báng NaOH
STT
pH
Nông độ Ni(II) còn lại (mg/1)
1
9
1,5
2
9,5
1,0
3
10
0.8
4
10,5
0.6

5
11
0.2
ỉ 6
€ 1.6
ậ)
E 1.4
«. 1.2
1 I
ỡ 0.8
Ị 0.6
<©• 0.4
1 “
*0 -
z 0
9
//Ỉrt/ỉ 5. Đo thị biểu diễn ành hường cùa pHđến việc kết tủa Ni(OH)2 bằng NaOH
Nhận xét:
- Đổi với Ni(II) khi tăng pH của dung dịch bang cách thêm NaOH thì lượng
Ni(II) đi vào kết tùa tăng dần, nồng độ Ni(II) trong dung dịch giảm từ lOOmg/1 xuống
còn lmg/1 ở pH = 9,5 đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B và 0,2mg/l ở pH=l 1
đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 24: 2009/BTNMT).
1.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của chất keo tụ đến quá trình tách kết tủa hydroxyt kim loại nặng
Trong quá trình xừ lý kim loại nặng bàng phương pháp kết tủa hydroxyt kim
loại nặng với tác nhân kết tủa là NaOH (hoặc khử kết tủa đổi với Cr(VI), các hydroxyt
kim loại nặng tách ra thường ở dạng keo khó lắng. Nhầm tăng khã năng kết tủa của kết
tủa, người ta thường thêm chất keo tụ.
Trong thí nghiệm này. chúng tôi kháo sát ảnh hưởng cùa lượng chất keo tụ PAC
(Polyaluminclorua) đen thời gian lang của kết tủa hydroxyt loại nặng.
Cách tiến hành:

Lấy 400ml dung dịch K2Cr04 có nồng độ Cr(VI) bằng I00mg/1. thêm vào dung
dịch 684mg FeS04 .7Hi0 đã được nghiền nhò (đảm bào tv lệ mol Fe(II)/Cr(VI) = 3.2).
Điều chinh pH của dung dịch đến pH = 9 bàng dung dịch NaOH IM, sau đó thêm
nước cất vào đến thể tích chung là 500ml. Thêm vào dung dịch một lượng PAC nhất
định. Khuấy dung dịch trong vòng 30 phút. Đe lấng sau 4 giờ xác định thể tích cặn kết
tủa và phần nước lọc. Kết quả được ghi trong bang
6 .
pH
17 H — -^ Õ C GiA HA NO!
ị ' PƯNG ĨÁM t h ô n g tin thư viện
L OOOỐOOOQ/íny.
Bảng 6. ảnh hưởng của nồng độ PAC đến quá trình lổng tách kết lùa hydroxyt
kim loại nặng
STT
Nồng độ PAC (mg/ỉ)
Thể tích các pha sau 4h (ml)
pH Ghi chú
Pha dung dịch
Pha cặn kêt tủa
1
0
100 400
7,5 Độ đục cao
2
150
350
150
6,9
3 180
370 130 6,9

4
210 380
120
6,9
Nhận xét:
- Các kết tủa của hydroxyt kim loại nặng (Cr(OH)3 và Fe(OH)3) tạo thành ở
dạng keo khó lắng, lọc (mẫu 1).
Khi thêm chất keo tụ PAC với nồng độ từ 150 - 210 mg/1 vào dung dịch thì kết
tủa hydroxyt kim loại nặng lắng nhanh hcm (các mẫu 2, 3, 4) dễ tách hơn. Giá trị pH
cùa dung dịch có giảm chút ít nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép (pH = 6,9)
Vậy để tăng nhanh tốc độ lắng khi xử lý các kim loại nặng bàng phương pháp
kết tùa hydroxyt nên sử dụng thêm chất keo tụ PAC với nồng độ khoảng 200mg/l
1.1.5. Đe xuất sơ 'đồ công nghệ xừ lý nước thài mạ điện bằng phương pháp kết tủa
hydroxyt sử dụng sắt (II) sunfat và NaOH
Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu thu được trong các phần trên {phần 1.1,2,
ỉ. 1.3, 1.1.4) và qua khảo sát các nguồn nước thải chủ yếu ở cơ sờ mạ điện, chúng tôi
đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ điện bằng phương pháp kết tủa hydroxyt
như sau:
18
Hình 9. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải H1Ọ điện bằng phương pháp kết tủa hydroxyt
1.2. Nghiên cứu xử lý kim loại nặng bằng kỹ thuật kết tủa Cacbonat
1.2.1. Giới thiệu kỹ thuật kết tủa kim loại nặng bằng soda Na2COỉ
Soda Na2CC>3 là một hóa chất thông dụng, khá phổ biến, dễ thao tác, sử dụng
nên cũng thường được dùng làm tác nhân kết tủa các kim loại nặng, canxi, magie khỏi
nước thải.
Khi sừ dụng soda làm tác nhân kết tủa thì ngoài dạng kết tùa cacbonat kim loại
(chủ yếu là CaCC>3 và MgCC>3) chúng ta sẽ thu được các kết tủa ờ dạng các cacbonat
bazơ hoặc hydroxyt của các kim loại nặng. Tùy thuộc vào độ thùv phân cùa các ion
kim loại nặng mà dạng cacbonat bazơ hoặc hydroxyt chiếm ưu thế. Vì vậy độ tan cùa
các kết tủa này cũng thay đổi tùy thuộc vào pH cùa dung dịch. Để có thế thu được

dạng kết tủa dễ lắng lọc (ít bị keo) nhưng vẫn bảo đảm tốt việc tách loại các kim loại
nặng khỏi dung dịch nước thài chúng ta cần khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình kết tủa kim loại nặng khi sử dụng soda như nồng độ soda, pH của dung dịch
Nước thải mạ điện, đặc biệt là nước thài cùa phân xưởna mạ Crôm. Crôm ở
dạng Cr(VỈ) trong dung dịch có pH thấp khoána pH = 2 ^ 4 vì vậy trước hết người ta
phải khử Cr(VI) xuống Cr(III) bằng các chất khử như NaHSO]. Na2C 0 5 hoặc FeS04
19
Trong chuyên đề này chúng tôi sử dụng Natri hydrosuníit NaHS03 để khử
Cr(VI) về Cr(III) trong môi trường axit theo phản ứng sau:
2Cr042‘ + 3HSO3' + 7HT" = 2Cr3+ + 3S042' + 5H20
hoặc 2Cr042‘ + 3S 032' + 10H+ = 2Cr3+ + 3S042_ + 5H20
Sau khi khử Cr(VI) về Cr(III), chúng tôi tiến hành điều chinh pH cùa dung dịch
nước thải về pH » 9 -ỉ- 9,5 bằng soda để kết tủa cùng với Ni(II) và Zn(II) dưới dạng
cacbonat bazơ hoặc hydroxyt,
1.2.2. Khảo s á t quá trình khử Cr(VI) về Cr(Iỉl) bằng NaHSOJ
Cách tiến hành:
Lấy vào cốc lOOml dung dịch K2Cr04 có nồng độ Cr(VI) là 100mg/l, thêm vào
lượng NaHS03 thích hợp từ 28mg đến 38mg ứng với tỷ lệ mol Sunftt/Cr(VI) từ 1,4
đến 1,9.
Điều chỉnh đến pH = 3,6 khuấy dung dịch trong 15 phút. Xác định nồng độ
Cr(VI) còn lại trong dung dịch. Kết quả được ghi trong bảng 7 và hình 10.
Bảng 7. Anh hường của tỳ lệ mol sunfit/Cr(VI) đến hiệu suất khử Cr(VI) về Cr(III)
Lượng NaHSOí (mg)
28 30 32
34
36 38
Tỷ lệ moi Sunfit/Cr(VI)
1,4
1,5
1,6 1,7

1,8
1,9
Nồng độ Cr(VI) còn lại (mg/1)
7,1
4,3
1,2
0,6
\
0,4 0,4
Hiệu suất (%) 92,9
95,7
98,8
99,4
99,6 99,6
'3.
c 6
, ọ
o
ề 4
ẫ 2
"5-
SP
.<§ 0
z 1.2 1.4 1.6 1.8 2
Ty Ịê mol Sunfit/Cr(VI)
Hình 10. Đỗ thị biêu diên ánh hưởng cùa tỷ lệ moỉ simfìt/Cr(VỈ) đến hiệu suất khứ
Cr(VI) về Cr(III)
20
Nhận xét:
- Khi dùng suníĩt hoặc hydrosuníĩt natri để khử Cr(VI) xuống Cr(III) cần phải

tiến hành trong môi trường axit pH w 3,0
- Khi tăng tỷ lệ mol sunfĩt/Cr(VI) từ 1,4 đến 1,9 thì hiệu suất khừ Cr(VI) và
Cr(III) tăng lên. Tỷ lệ thích hợp nhất là 1,8
1.2.3. Khào sát ành hưởng của pH dung dịch đến quá trình khứ Cr(VI) về Cr(III) bằng
NaHSOỉ
Cách tiến hành:
Lấy lOOml đung địch K2C1O 4 có nồng độ Cr(VI) bằng 100mg/l. Thêm vào
dung dịch 36mg NaHS03 (đảm bảo tỳ lệ mol NaHS03/Cr(VỈ) = 1,8). Điều chinh pH
của dung dịch để có giá trị pH trong khoảng từ 2 đến 4. Khuấy dung dịch khoảng 15
phút. Xác định nồng độ Cr(VI) còn lại trong dung dịch. Kết quả được ghi trong bàng 8.
Bảng 8. Ảnh hưởng cùa pH dung dịch đến quá trình khử Cr(VỊ) vế Cr(IIl)
bằng NaHSO}
pH
2,0 2,5
3,0 3,5
4,0
Nồng độ Cr(VI) còn lại (mg/1)
0,3 0,4
0,4
0,5 0,6
Hiệu suất (%) 99,7
99,6
99,6 99,5 99,4
pH
Hình 11. Đồ thị kháo sát ảnh hưởng cùa pH dung dịch đến quá trình khứ CrCVỊ) về
Cr(ỈII) bằng NaHSO3
Nhận xét:
Trong môi trường axit có pH từ 2 đến 4 hiệu suất khử Cr(VI) về Cr(III) bàno
NaHS03 đều khá cao (>99%) và có tăng lên khi giảm pH từ 4 đên 2, tuy nhiêm sự tăng
21

này không nhiều nên có thể sừ dụng ngay dung dịch mạ Crom (thường có pH ~ 3,5) để
tiến hành khử Cr(VI) về Cr(III) bằng NaHSƠ3. Việc giảm pH xuống đến pH = 2 tuy có
làm tăng hiệu suất khừ lên một chút (từ 99,5% đến 99,7%) nhưng lại tiêu tốn một
lượng axit H2SO4 và sau đó đến giai đoạn kết tủa lại mất một lượng NaOH đê trung
hòa đến pH = 9, do đó về mặt kinh tế là không có lợi.
I.2.4. Khảo sát quá trình kết tủa các kim loại nặng bằng soda Na2COJ
Cách tiến hành:
Lấy lOOml dung dịch N1SO4 có nồng độ Ni(II) là 100mg/l vào cốc thủy tinh,
thêm dần dung dịch Na2C 03 IM vào cho đến các giá trị pH trong khoảng trừ 9,0 đến
II. Khuấy dung dịch trong vòng 30 phút. Để lắng, lọc lấy nước lọc, xác định nồng độ
Ni(II) còn lại trong nước lọc bàng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
Kết quả được ghi trong bảng 9 và hình 12.
Bảng 9. Anh hưởng của pHđến việc kết tủa Ni(II) bằng Na2COj
pH 9,0 9,5
10 10,5
11,
Nồng độ Ni (II) còn lại (mg/1)
1,6 1,2
, 1,0
0,8 0,6
Ị
_
Ị
11.5
Hình 12. Đồ thị biêu diễn ảnh hưởng của pH đến kết tủa Ni(IỈ) bằng NữiCOỉ
Nhận xét:
- Đối với Ni(II) khi tăng pH của dung dịch bàng cách thêm soda thi lượng
Ni(II) đi vào kết tủa tăng dần. Nồng độ Ni(II) trong dung dịch giám từ 100mg/l xuống
còn lmg/1 ở pH = 10 và xuống còn 0,5mg/l ờ pH = 11.
pH

22