Nghiên cứu xử lý crom, niken trong nước thải mạ bằng phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc thực vật

Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn
cô giáo - Thạc sỹ Bùi Thị Vụ đã giao đề tài và tận tình
hướng dẫn,giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Bộ môn
Môi Trường - Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng đã tạo
điều kiện, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và
làm thực nghiệm.
Em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã
giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian học tập và
làm khóa luận.
Hải phòng, ngày 10 tháng 7 năm
2011
Sinh viên
V ũ Th ị Qu ỳnh

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

1


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
COD
QCVN
VLHP 1
VLHP 2

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

Chú giải
Nhu cầu oxi hoá học
Quy chuẩn Việt Nam
Vật liệu hấp phụ 1
Vật liệu hấp phụ 2

2


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

MỤC LỤC

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

3

Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

4


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, vấn đề bảo vệ môi trường đã trở thành một vấn
đề trọng tâm, thu hút sự chú ý của nhiều quốc gia và tổ chức trên thế giới. Sự
phát triển của ngành công nghiệp, nhu cầu về nước ngày càng trở nên thiết yếu.
Lượng nước thải ra từ các quá trình sản xuất cũng như trong sinh hoạt đã đưa
vào môi trường nước tự nhiên một lượng lớn các chất ô nhiễm. Trong các loại
nước thải công nghiệp thì nước thải chứa kim loại nặng được chú ý hơn cả, vì
chúng là tác nhân gây hại cho nguồn nước, gây tác hại nghiêm trọng đến sức
khỏe con người và hủy hoại môi sinh mạnh mẽ.
Hiện tại, chúng ta đang tập trung phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ,

trong đó kỳ vọng đặc biệt vào ngành gia công kim loại. Do vậy, nhu cầu gia
công mạ kim loại ngày càng lớn và cũng từ đó việc xử lý chất thải trong gia
công mạ - một yếu tố có nhiều khả năng phá hủy môi trường, là hết sức cần thiết
và cần được giải quyết triệt để.
Nước thải phát sinh trong quá trình mạ kim loại chứa hàm lượng các kim
loại nặng rất cao và là độc chất đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe
con người. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật
có thể bị chết hoặc thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính
hoặc tích tụ sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu về dài. Do đó,
nước thải từ các quá trình xi mạ kim loại, nếu không được xử lý, qua thời gian
tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ
thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng, như viêm loét da, viêm đường hô
hấp, eczima, ung thư,...
Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm xử lý các ion kim loại nặng
ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ,
phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học,…
Trong đó, phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi và cho kết quả rất khả

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

5


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

thi. Một trong những vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại đang được nhiều
người quan tâm là các phụ phẩm nông nghiệp như: vỏ trấu, bã mía, lõi ngô,…

Hướng nghiên cứu này có nhiều ưu điểm là sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ
kiếm, không làm nguồn nước bị ô nhiễm thêm. Mặt khác, Việt Nam là một
nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào song việc nghiên cứu sử dụng
chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm ứng dụng trong xử lý nước thải
còn ít được quan tâm.
Chính vì những lý do trên, đề tài: “Nghiên cứu xử lý Crom, Niken trong
nước thải mạ bằng phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc thực
vật” đã được lựa chọn trong quá trình nghiên cứu.

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

6


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về về ngành công nghiệp mạ
1.1.1. Sơ lược về ngành công nghiệp mạ [7]
- Mạ điện là quá trình điện kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những
tính chất cơ, lý, hóa,… đáp ứng được các yêu cầu mong muốn. Về nguyên tắc
vật liệu nền có thể là kim loại, hợp kim, chất dẻo, gốm, sứ hoặc composit tương
ứng với sự đa dạng các lớp mạ: kim loại, hợp kim hoặc kết hợp kim loại - gốm,
kim loại - chất dẻo,…
Công nghệ xử lý bề mặt (xi mạ) thường bao gồm các công đoạn sau:
- Bề mặt của vật liệu cần mạ phải được làm sạch để lớp mạ có độ bám dính cao.
Để làm sạch bề mặt trước hết phải tẩy rửa lớp mỡ bảo quản trên bề mặt bằng

cách tẩy rửa với dung môi hữu cơ hoặc dung dịch kiềm nóng. Dung môi thường
sử dụng là loại hydrocacbon đã được clo hoá như tricloetylen, percloetylen.
Dung dịch kiềm thường là hỗn hợp của xút, soda, trinatri photphat,
popyphotphat, natri silicat và chất hoạt động bề mặt (tạo nhũ).
- Hoạt hoá bề mặt của vật liệu mạ bằng cách nhúng chúng vào dung dịch axit
loãng (H2SO4, HCl), nếu mạ với dung dịch chứa xianua (CN) thì chúng được
nhúng vào dung dịch natri xianua.
- Giai đoạn mạ được tiến hành sau đó, dung dịch mạ ngoài muối kim loại còn
chứa axit hoặc kiềm đối với trường hợp mạ có chứa xianua.
Sau từng bước, vật liệu mạ đều được tráng rửa với nước. Một số dung dịch mạ
có các thành phần chủ yếu sau:
+ Dung dịch chì: axit + muối chì (II) dạng borflorua hoặc silicoflorua.
+ Dung dịch chì - thiếc: axit, muối chì, thiếc (II) dạng borflorua.
+ Dung dịch đồng hun: dung dịch xianua trong đó đồng nằm trong phức xianua
và thiếc trong phức hydroxo. Ngoài ra dung dịch còn chứa xianua tự do (NaCN).
+ Dung dịch cadimi: axit + cadimi dạng muối sunfat. Thông dụng hơn là dung
dịch cadimi dạng phức xianua và xianua tự do.
+ Dung dịch Crom: axit Cromic và axit sunfuric.
+ Dung dịch vàng: dung dịch xianua, vàng nằm trong phức NaAu(CN) 2 và
xianua tự do. Có thể sử dụng phức vàng - sunfit.
+ Dung dịch đồng: axit + đồng sunfat hoặc đồng borflorua.
Vũ Thị Quỳnh – MT1101

7


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

+ Dung dịch đồng xianua (phức) và xianua tự do, dung dịch đồng dạng
polyphotphat và muối amoni.
+ Dung dịch niken: muối niken sunfat, clorua và axit yếu (axit boric) hoặc dung
dịch niken trên nền của axit amonisulfonic.
+ Dung dịch bạc: dung dịch bạc xianua hoặc dung dịch bạc thisunfat.
+ Dung dịch kẽm: phức kẽm xianua và xianua tự do hoặc kẽm sunfat, clorua với
axit boric hoặc muối amoni làm chất đệm.
Dây chuyền công nghệ chung của công nghệ xi mạ được thể hiện trong hình 1.1.
Vật cần mạ

Làm sạch cơ học

Dung môi

Bụi, gỉ

Mài nhẵn, đánh bóng ọc

Bụi kim loại

Hơi dung môi

Tẩy dầu, mỡ

Nước thải chứa dầu mỡ

Hơi, axit

Làm sạch bằng hoá học

và điện hoá

NaOH, HCl, H2SO4

Axit, kiềm

H2SO4, CrO3

Chất làm bóng
NiSO4
H3BO3

Zn(CN)2
ZnCl2
ZnO

NaCN
NaOH
H3BO3

H2SO4
NaCN

CuSO4
Cu(CN)2

Axit
Muội Au
Muội Ag

Mạ Crom

Mạ Niken

Mạ kẽm

Mạ đồng

Mạ vàng

Cr6+

Ni2+, axit

CN-, Zn2+, axit

Cu2+, axit

CN-, axit

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ và các dòng thải của quá trình mạ [2]

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

8


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

1.1.2. Hiện trạng nước thải ngành công nghiệp mạ tại Việt Nam [12]
a. Lưu lượng và thành phần, tính chất nước thải
Nước thải từ xưởng xi mạ có thành phần đa dạng về nồng độ và pH biến đổi
rộng từ rất axit 2 - 3 đến rất kiềm 10 - 11. Đặc trưng chung của nước thải ngành
mạ là chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tuỳ theo kim loại
của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũng tuỳ thuộc vào
loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố như xianua,
sunfat, amoni, cromat,… Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi mạ, phần chủ
yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bề mặt, … nên BOD, COD thường thấp và
không thuộc đối tượng xử lý. Đối tượng xử lý chính là các ion vô cơ mà đặc biệt
là các muối kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Fe,…
Trong nước thải sản xuất mạ nên tách riêng thành 3 dòng riêng biệt:
-

Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm.

-

Nước rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu
mỡ và xà phòng,…

-

Nước rửa loãng.

Để an toàn và dễ dàng xử lý, dòng axit cromic và dòng xianic nên tách riêng.
Chất gây ô nhiễm nước thải xi mạ có thể chia làm một số nhóm sau:
- Chất ô nhiễm độc như CN-, Cr (VI), F-,…

- Chất ô nhiễm làm thay đổi pH như dòng axit và kiềm.
- Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit, cacbonat và photphat.
- Chất ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, EDTA,…
Các cuộc khảo sát cho thấy các quá trình trong ngành xử lý kim loại khá đơn
giản và tương tự nhau. Nguồn chất thải nguy hại phát sinh từ quá trình làm mát,
lau rửa và đốt cháy dầu. Xử lý kim loại đòi hỏi một số hoá chất như axit
sunfuric, HCl, xút,… để làm sạch bề mặt kim loại trước khi mạ. Thể tích nước
thải được hình thành từ công đoạn rửa bề mặt, làm mát hay làm trơn các bề mặt
Vũ Thị Quỳnh – MT1101

9


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

kim loại khá lớn, gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng
đồng.
Đặc tính nước thải ngành xi mạ được thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần nước thải cơ sở xi mạ phụ tùng xe gắn máy [9]
Chỉ tiêu

Đơn vị

Nước thải
Nước thải
mạ Cr
ngâm NaOH

pH
5.47
3.64
11.49
TDS
mg/l
502
82.3
2370
Cl
mg/l
100
24
58
SO4
mg/l
400
25
38
Ni
mg/l
286
4.3
Cr
mg/l
39.6
Nguồn CEFINEA, 1996
b. Hiện trạng xử lý nước thải ngành công nghiệp mạ tại Việt Nam
Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ở nước ta cho thấy,
hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ kim loại có quy mô vừa và nhỏ, áp dụng công

nghệ cũ và lạc hậu, lại tập trung chủ yếu tại các thành phố lớn, như Hà Nội, Hải
Phòng, TP.HCM, Biên Hoà (Đồng Nai),... Trong quá trình sản xuất, tại các cơ
sở này (kể cả các nhà máy quốc doanh hoặc liên doanh với nước ngoài), vấn đề
xử lý ô nhiễm môi trường còn chưa được xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn
mang tính hình thức bởi việc đầu tư cho xử lý nước thải khá tốn kém và việc
thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêm minh.
Nước thải mạ thường gây ô nhiễm bởi các kim loại nặng, như Cr, Ni,... và độ
pH thấp. Phần lớn nước thải từ các nhà máy, các cơ sở xi mạ được đổ trực tiếp
vào cống thoát nước chung của thành phố mà không qua xử lý triệt để, đã gây ô
nhiễm cục bộ trầm trọng nguồn nước.
Kết quả khảo sát tại một số nhà máy cơ khí ở Hà Nội cho thấy, nồng độ chất
độc có hàm lượng các ion kim loại nặng, như Cr, Ni, Cu,... đều cao hơn nhiều so
với tiêu chuẩn cho phép; một số cơ sở mạ điện tuy có hệ thống xử lý nước thải
nhưng chưa chú trọng đầy đủ đến các thông số công nghệ của quá trình xử lý để
điều chỉnh cho phù hợp khi đặc tính của nước thải thay đổi. Tại TP.HCM, Bình
Dương và Đồng Nai, kết quả phân tích chất lượng nước thải của các nhà máy,
cơ sở xi mạ điển hình ở cả 3 địa phương này cho thấy, hầu hết các cơ sở đều
Vũ Thị Quỳnh – MT1101

Nước thải Ni

10


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép: hàm lượng chất hữu cơ cao, chỉ tiêu về

kim loại nặng vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao động trong khoảng
320 – 885 mg/l do thành phần nước thải có chứa cặn sơn, dầu nhớt,....
Hơn 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không được xử lý. Chính
nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước mặt,
ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn và sông Đồng Nai. Ước tính,
lượng chất thải các loại phát sinh trong ngành công nghiệp xi mạ trong những
năm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm. Điều này cho thấy các khu vực ô
nhiễm và suy thoái môi trường ở nước ta sẽ còn gia tăng nếu không kịp thời đưa
ra các biện pháp hữu hiệu.
1.1.3. Ảnh hưởng của nước thải ngành xi mạ đến môi trường và con người
[8,9]
a. Ảnh hưởng đến môi trường
- Là độc chất đối với cá và thực vật nước
- Tiêu diệt các sinh vật phù du, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất lí hoá
của nước, tạo ra sự tích tụ sinh học đáng lo ngại theo chiều dài chuỗi thức ăn.
Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị
chết hoặc thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ
sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu về dài.
- Ảnh hưởng đến đường ống dẫn nước, gây ăn mòn, xâm thực hệ thống cống rãnh.
- Ảnh hưởng đến chất lượng cây trồng, vật nuôi canh tác nông nghiệp, làm thoái
hoá đất do sự chảy tràn và thấm của nước thải.
- Ảnh hưởng đến hệ thống xử lý nước thải, cần tách riêng nếu không sẽ ảnh
hưởng đến hoạt động của vi sinh vật khi thực hiện xử lý sinh học.
b. Ảnh hưởng đến con người
Xi mạ là ngành có mật độ gây ô nhiễm môi trường cao bởi hơi hóa chất, nước
thải có chứa các ion kim loại nặng, kim loại độc ảnh hưởng tới sức khỏe con
người gây nên nhiều căn bệnh khó chữa, nguy hiểm tới tính mạng. Nước thải từ
các quá trình xi mạ kim loại, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và
bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con
người và gây các bệnh nghiêm trọng, như viêm loét da, viêm đường hô hấp,

eczima, ung thư,...

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

11


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

Trong khuôn khổ của Đồ án này chỉ chú trọng vào tính chất gây ô nhiễm môi
trường của nước thải xi mạ do độc tính của Cr, Ni.
c. Độc tính của Crom
Nguyên tố Cr thuộc phân nhóm phụ nhóm VI trong bảng hệ thống tuần hoàn.
Các mức ôxi hóa bền của Crom là +3 và +6 ; các mức ôxi hóa kém bền là +1,
+2, +4, +5.
Cr là nguyên tố tương đối phổ biến trong tự nhiên, là kim loại màu trắng bạc, có
ánh kim và có nhiệt độ nóng chảy cao (t nc = 1875oC), nhiệt độ sôi cao (ts =
2197oC).
Ở nhiệt độ thường, Cr trơ với tác dụng của môi trường như không khí, hơi ẩm,
khí CO2...do Cr được bảo vệ bởi màng ôxit mỏng và bền trên bề mặt nên Cr
được ứng dụng nhiều trong công nghiệp.
Mặc dù Cr tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau, chỉ có Cr 3+ và Cr6+ gây ảnh
hưởng lớn đến sinh vật và con người.
Đường xâm nhập và đào thải
Cr xâm nhập vào cơ thể theo 3 đường: hô hấp, tiêu hóa và qua da. Cr 6+ được cơ
thể hấp thu dễ dàng hơn Cr3+ nhưng khi vào cơ thể Cr6+ sẽ chuyển thành dạng
Cr3+ .Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất cứ đường nào, Cr cũng được hòa tan

trong máu ở nồng độ 0.001mg/ml, sau đó được chuyển vào hồng cầu và sự hòa
tan ở hồng cầu nhanh hơn 10 - 20 lần. Từ hồng cầu, Cr được chuyển vào các tổ
chức và phủ tạng. Cr gắn với Sidero filing albumin và được giữ lại ở phổi,
xương, thận, gan, phần còn lại thì qua phân và nước tiểu. Từ các cơ quan phủ
tạng, Cr lại được hòa tan dần vào máu, rồi được đào thải qua nước tiểu từ vài
tháng đến vài năm. Do đó nồng độ Cr trong máu và nước tiểu biến đổi nhiều và
kéo dài.
Tác động đến sức khoẻ
Qua nghiên cứu người ta thấy Cr có vai trò sinh học như chuyển hóa glucose,
protein, chất béo ở động vật hữu nhũ. Dấu hiệu của thiếu hụt Cr ở người gồm có
giảm cân, cơ thể không thể loại đường ra khỏi máu, thần kinh không ổn định.
Tuy nhiên với hàm lượng cao Crom làm giảm protein, axit nucleic và ức chế hệ
thống men cơ bản.

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

12


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

Cr6+ độc hơn Cr3+. Cr6+ vào nhóm 1, Cr3+ vào nhóm 3 đối với các chất gây ung
thư. Hít thở không khí có nồng độ Cr (ví dụ axit Cromic hay Cr(III) trioxit) cao
(>2μg/m3) gây kích thích mũi làm chảy nước mũi, hen suyễn dị ứng, ung thư
(khi tiếp xúc với Crom có nồng độ cao hơn 100-1000 lần nồng độ trong môi
trường tự nhiên). Ngoài ra Cr6+ còn có tính ăn mòn, gây dị ứng, lở loét khi tiếp
xúc với da.

d. Độc tính của Niken
Ni là nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nhóm VIII của bảng hệ thống tuần hoàn.
Niken có khối lượng nguyên tử là 58.7, có màu trắng bạc, dễ rèn, dễ cán mỏng,
dễ đánh bóng... Niken đơn chất có từ tính, bị nam châm hút như sắt.
Niken có nhiệt độ nóng chảy cao (tnc = 1453oC), là kim loại có hoạt tính hóa học
trung bình.
Ni được phân bố chủ yếu trong các khoáng vật và có mặt trong các tế bào động
thực vật. Ni có trong nước thải của một số nhà máy luyện kim và hóa chất có sử
dụng Ni, đặc biệt là nước thải của các cơ sở mạ Ni. Các hợp chất Ni sử dụng
trong công nghệ mạ điện là NiSO4 và Ni(NO3)2.
Ni là kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, tích tụ trong các
chất sa lắng, tích lũy trong cơ thể thực vật và một số loài thủy sinh. Ni có khả
năng hoạt hóa một số enzim trong cơ thể, tiếp xúc lâu với Ni có thể gây viêm da
và dị ứng. Khi vào cơ thể, Ni tan vào máu, kết hợp với albumin tạo thành hợp
chất protein kim loại. Ni tích lũy trong các mô và được đào thải ra ngoài qua
nước tiểu.
Nguy hiểm lớn nhất khi tiếp xúc với Ni là có thể mắc bệnh ung thư đường hô
hấp. Nhiễm độc Ni có thể chia làm hai trường hợp:
- Nhiễm độc cấp tính: sự phục hồi sau khi nhiễm độc cấp tính rất chậm, hậu quả
dẫn đến viêm phổi xơ hóa.
- Nhiễm độc mãn tính: nhiều nghiên cứu cho thấy những công nhân tinh chế Ni có
nguy cơ mắc ung thư xoang mũi, thanh quản và phổi. Ngộ độc Ni qua đường hô
hấp gây khó chịu, buồn nôn, đau đầu. Nếu kéo dài sẽ làm tăng nguy cơ gây bệnh ác
tính ở một số cơ quan khác như gây ung thư thanh quản, dạ dày và thận.
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải xi mạ [1,5,7]

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

13

Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

Phương pháp xử lý nước thải xi mạ phổ biến nhất là dùng phương pháp hoá học
rồi đến trao đổi ion, phương pháp chưng cất, phương pháp điện thẩm tách. Chọn
phương pháp nào là tuỳ chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật cho phép, điều kiện môi trường
địa phương, yêu cầu, mục đích dùng lại hoặc thải trực tiếp ra môi trường,…
Chọn phương pháp nào cũng phải bảo đảm chất lượng môi trường theo QCVN
24:2009.
1.2.1. Phương pháp kết tủa
Quá trình kết tủa thường được ứng dụng cho xử lý nước thải chứa kim loại nặng.
Kim loại nặng thường kết tủa ở dạng hydroxit khi cho chất kiềm hóa (vôi,
NaOH, Na2CO3,…) vào để đạt đến giá trị pH tương ứng với độ hoà tan nhỏ nhất.
Giá trị pH này thay đổi tuỳ theo kim loại. Độ hoà tan nhỏ nhất của Cr ở pH 7.5
và Zn là 10.2. Ở ngoài giá trị đó, hàm lượng hoà tan tăng lên.
Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại nặng có thể loại bỏ bằng quá trình
kết tủa hydroxit với chất kiềm hóa, hoặc dạng sulfide hay carbonat.
Một số kim loại như As hoặc Cd ở nồng độ thấp có thể xử lý hiệu quả khi cùng
kết tủa với phèn nhôm hoặc sắt. Khi chất lượng đầu ra đòi hỏi cao, có thể áp
dụng quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng khó lắng trong quá trình kết tủa.
Đối với Cr6+, cần thiết tiến hành khử Cr6+ thành Cr3+ và sau đó kết tủa với vôi
hoặc xút. Hoá chất khử thông thường cho xử lý nước thải chứa C là FeSO 4,
Na2S2O3 hoặc SO2. FeSO4, Na2S2O3 có thể ở dạng rắn hoặc dung dịch. SO 2 ở
dạng khí nén trong các bình chịu áp. Quá trình khử hiệu quả trong môi trường
pH thấp. Vì vậy các hoá chất khử sử dụng thường là các chất mang tính axit
mạnh. Trong quá trình khử, Fe2+ sẽ chuyển thành Fe3+. Nếu sử dụng Na2S2O3
hoặc SO2, ion SO32- chuyển thành SO42-.

Phản ứng tổng quát như sau:
Cr6+ + Fe2+ + H+  Cr3+ + Fe3+
Cr6+ + Na2S2O3 (hoặc SO2) + H+  Cr3+ + SO42Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3 
Trong phản ứng oxy hoá khử, ion Fe2+ phản ứng với Cr6+, khử Cr6+ thành Cr3+ và
oxy hoá Fe2+ thành Fe3+. Phản ứng xảy ra nhanh hơn ở pH nhỏ hơn 3. Axit có thể
được thêm vào để đạt pH thích hợp. Sử dụng FeSO 4 là tác nhân khử có điểm bất
lợi là khối lượng bùn sinh ra khá lớn do cặn Fe(OH) 3 tạo thành khi cho chất

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

14


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

kiềm hoá vào. Để thu được phản ứng hoàn toàn, cần thiết phải thêm lượng
FeSO4 dư, khoảng 2.5 lần so với hàm lượng tính toán trên lí thuyết.
Lượng axit cần thiết cho quá trình khử Cr6+ phụ thuộc vào độ axit của nước thải,
pH của phản ứng khử và loại hoá chất sử dụng.
Xử lý từng mẻ ứng dụng có hiệu quả kinh tế, khi nhà máy xi mạ có lưu lượng
nước thải mỗi ngày ≤ 100m3/ngày. Trong xử lý từng mẻ cần dùng hai loại bể có
dung tích tương đương lượng nước thải trong một ngày Q ngày. Một bể dùng xử
lý, một bể làm đầy.
Khi lưu lượng ≥ 100m3/ngày, xử lý theo mẻ không khả thi do dung tích bể lớn.
Xử lý dòng chảy liên tục đòi hỏi bể axit và khử, sau đó qua bể trộn chất kiềm
hoá và bể lắng. Thời gian lưu nước trong bể khử phụ thuộc vào pH, thường lấy
tối thiểu 4 lần so với thời gian phản ứng lý thuyết. Thời gian tạo bông thường

lấy khoảng 20 phút và tải trọng bể lắng không nên lấy ≥ 20m3/ngày.
Trong trường hợp nước rửa có hàm lượng Cr thay đổi đáng kể, cần thiết có bể
điều hoà trước bể khử để giảm thiểu dao động cho hệ thống châm hoá chất.
1.2.2. Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp này thường được ứng dụng cho xử lý nước thải xi mạ để thu hồi
Cr. Để thu hồi axit cromic trong các bể xi mạ, cho dung dịch thải axit cromic
qua cột trao đổi ion resin cation (RHmạnh) để khử các ion kim loại (Fe, Cr3+, Al,
…). Dung dịch sau khi qua cột resin cation có thể quay trở lại bể xi mạ hoặc bể
dự trữ. Do hàm lượng Cr qua bể xi mạ khá cao (105 - 120kg CrO 3/m3), vì vậy để
có thể trao đổi hiệu quả nên pha loãng nước thải axit cromic và sau đó bổ sung
axit cromic cho dung dịch thu hồi.
Đối với nước thải rửa, đầu tiên cho qua cột resin cation axit mạnh để khử các
kim loại. Dòng ra tiếp tục qua cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi cromat và
thu nước khử khoáng. Cột trao đổi anion hoàn nguyên với NaOH. Dung dịch
qua quá trình hoàn nguyên là hỗn hợp của Na 2CrO4 và NaOH. Hỗn hợp này cho
chảy qua cột trao đổi cation để thu hồi H2CrO4 về bể xi mạ. Axit cromic thu hồi
từ dung dịch đã hoàn nguyên có hàm lượng trung bình từ 4 - 6%. Lượng dung
dịch thu được từ giai đoạn hoàn nguyên cột resin cation cần phải trung hoà bằng
các chất kiềm hoá, các kim loại trong dung dịch kết tủa và lắng lại ở bể lắng
trước khi xả ra cống.

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

15


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

1.2.3. Phương pháp điện hóa
Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hoá khử để tách kim loại trên các điện cực
nhúng trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy
qua. Phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không
cần cho thêm hoá chất, tuy nhiên thích hợp cho nước thải có nồng độ kim loại
cao (> 1g/l)
1.2.4. Phương pháp sinh học
Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim
loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển khối như bèo tây, bèo tổ ong,
tảo,… Với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn
60 mg/l và phải có đủ chất dinh dưỡng (nitơ, phốtpho,…) và các nguyên tố vi
lượng cần thiết khác cho sự phát triển của các loài thực vật nước như rong tảo.
Phương pháp này cần có diện tích lớn và nước thải có lẫn nhiều kim loại thì hiệu
quả xử lý kém.
1.3. Xử lý nước thải xi mạ bằng phương pháp hấp phụ [2,3]
1.3.1. Khái niệm về hấp phụ
Hấp phụ là sự tích luỹ chất trên bề mặt phân tách pha. Đây là một phương pháp
nhiệt tách chất, trong đó các cấu tử xác định từ hỗn hợp lỏng hoặc khí được hấp
phụ trên bề mặt chất rắn, xốp. Trong đó:
- Chất hấp phụ là chất có bề mặt ở đó xảy ra sự hấp phụ.
- Chất bị hấp phụ là chất được tích luỹ trên bề mặt chất hấp phụ.
- Pha mang là hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ.
Quá trình giải hấp phụ là quá trình đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp
phụ. Khi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng tốc
độ giải hấp.
Quá trình hấp phụ xảy ra do lực tồn tại trên bề mặt và gần sát bề mặt trong các
mao quản. Tùy theo bản chất của sự tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ mà người ta phân chia thành chất hấp phụ vật lý và chất hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vanderwals giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề

mặt chất hấp phụ. Liên kết này yếu và dễ bị phá vỡ.
Hấp phụ hoá học gây ra bởi lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp phụ và
phân tử chất bị hấp phụ, tạo ra các hợp chất khá bền trên bề mặt. Liên kết này bền,

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

16


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

khó bị phá vỡ.
Thông thường, trong quá trình hấp phụ sẽ xảy ra đồng thời cả hai hình thức hấp
phụ trên. Trong đó hấp phụ hóa học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý
và phản ứng hóa học. Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, người ta
đưa ra một số chỉ tiêu sau đây:
- Hấp phụ vật lý có thể đơn lớp hoặc đa lớp, hấp phụ hóa học chỉ là đơn lớp
- Tốc độ hấp phụ: hấp phụ vật lý xảy ra ở nhiệt độ thấp, hấp phụ hóa học xảy ra
ở nhiệt độ cao hơn.
- Nhiệt hấp phụ: đối với hấp phụ vật lý, lượng nhiệt tỏa ra nằm trong khoảng từ
2 - 8 kcal/mol còn hấp phụ hóa học có lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn 22 kcal/mol
- Tính đặc thù: hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học, do đó ít mang
tính đặc thù rõ rệt. Hấp phụ hóa học mang tính đặc thù cao, nó phụ thuộc vào
khả năng tạo thành liên kết hóa học giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
Cân bằng hấp phụ: quá trình chất khí hoặc chất lỏng được hấp phụ trên bề mặt
là một quá trình thuận nghịch. Các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên
bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang. Theo thời gian,

lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di
chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ
bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
Tải trọng hấp phụ cân bằng biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị
khối lượng chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng, dưới các điều kiện nồng độ và
nhiệt độ cho trước, được thể hiện theo công thức sau:
q=

(Ci − C e ).V
m.1000

Trong đó:
q: tải trọng hấp phụ (mg/g)
V: thể tích dung dịch (ml)
m: khối lượng chất hấp phụ (g)
Ci: nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu
(mg/l)
Ce: nồng độ của chất hấp phụ trong pha mang tại thời điểm cân bằng
(mg/l)
1.3.2. Động học của quá trình hấp phụ
Vũ Thị Quỳnh – MT1101

17


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

Quá trình hấp phụ từ pha lỏng trên bề mặt của chất hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
- Chuyển chất từ pha lỏng đến bề mặt ngoài của hạt chất hấp phụ: chất hấp phụ
trong pha lỏng sẽ được chuyển dần đến bề mặt của hạt chất hấp phụ nhờ đối lưu.
Ở gần bề mặt hạt luôn có lớp màng giới hạn làm cho sự chuyển chất và nhiệt bị
chậm lại.
- Khuếch tán vào các mao quản của hạt: sự chuyển chất từ bề mặt ngoài của chất
hấp phụ vào bên trong diễn ra phức tạp. Với các mao quản đường kính lớn hơn
quãng đường tự do trung bình của phân tử thì diễn ra khuếch tán phân tử. Với
các mao quản nhỏ hơn thì khuếch tán Knudsen chiếm ưu thế. Cùng với chúng
còn có cơ chế khuếch tán bề mặt, các phân tử dịch chuyển từ bề mặt mao quản
vào trong lòng hạt, đôi khi giống như chuyển động trong lớp màng (lớp giới
hạn).
- Hấp phụ là bước cuối cùng diễn ra do tương tác của bề mặt chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Lực tương tác này là lực vật lý và khác nhau đối với các phân tử
khác nhau, tạo nên một tập hợp bao gồm các lớp phân tử nằm trên bề mặt, như
một lớp màng chất lỏng tạo nên trở lực chủ yếu cho giai đoạn hấp phụ, đồng
thời làm giảm độ tự do của các phân tử bị hấp phụ nên luôn kèm theo sự tỏa
nhiệt.
1.3.3. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ [4]
a. Mô hình động học
Sự tích tụ chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn gồm hai quá trình:
- Khuếch tán ngoài: khuếch tán các phân tử chất bị hấp phụ từ pha mang đến bề
mặt vật rắn
- Khuếch tán trong: khuếch tán các phần tử bị hấp phụ vào trong lỗ xốp.
Như vậy lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn sẽ phụ thuộc vào 2 quá trình
khuếch tán. Tải trọng hấp phụ sẽ thay đổi theo thời gian tới khi quá trình hấp
phụ đạt cân bằng.
Gọi tốc độ hấp phụ là biến thiên độ hấp phụ theo thời gian, ta có:
r=

dx
dt

Khi tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian
thì:

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

18


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

r=

dx
= β. (Ci – Ce) = k. (qm – qe)
dt

β: hệ số chuyển khối
Ci: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu (mg/l)
Ce: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t (mg/l)
k: hằng số tốc độ hấp phụ
qm: tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g)
qe: tải trọng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g)
b. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ tại

một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất hấp phụ trong dung dịch tại thời
điểm nào đó. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng tại một nhiệt độ
nào đó, bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho
trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ trong dung dịch. Lượng
chất bị hấp phụ được tính theo công thức:
m = (Ci – Ce).V.10-3
m: khối lượng chất bị hấp phụ (mg)
Ci: nồng độ đầu của chất bị hấp phụ (mg/l)
Ce: nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l)
V: thể tích dung dịch của chất bị hấp phụ (ml)
Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn. Phương trình
Langmuir được thiết lập với các giả thiết sau:
- Các phần tử được hấp phụ đơn lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ (tiểu phân
bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại mỗi trung tâm xác định).
- Sự hấp phụ là chọn lọc (mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân).
- Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tương tác qua lại với nhau.
- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lượng, tức sự hấp phụ xảy ra trên
bất kỳ chỗ nào thì nhiệt hấp phụ vẫn là một giá trị không đổi. Hay trên bề mặt
chất hấp phụ không có những trung tâm hoạt động.
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

19


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

qe = q m .

bCe
1 + b.Ce

qe: tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
qm: tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g)
b: hằng số chỉ ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp phụ
Khi b.Ce << 1 thì qe = Ce.b.C mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.
Khi b.Ce >>1 thì qe = Ce mô tả vùng hấp phụ bão hoà.
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa 2 giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu
diễn là một đoạn cong.
Để xác định các hằng số trong quá trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, ta có thể
sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình trên về phương trình
đường thẳng:
Ce
C
1
=
+ e
q e b.qm qm

Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce sẽ xác định các hằng số trong
phương trình Langmuir.

qe(mg/g)

Ce/qe

tgα

qm

Cm
N

0

Ce

Hình 1.2. Đường hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir tgα = 1/qm [4]

0

Ce

Hình 1.3. Sự phụ thuộc của Ce/qe vào
Ce
ON =

1
b.qm

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Frenundrich

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

20

Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

Đây là một phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ
hấp phụ hoá học hay vật lý. Các giả thiết của phương trình như sau:
- Do tương tác đẩy giữa các phần tử, phần tử hấp phụ sau bị đẩy bởi phần
tử hấp phụ trước, do đó nhiệt hấp phụ giảm khi tăng độ che phủ bề mặt.
- Do bề mặt không đồng nhất, các phần tử hấp phụ trước chiếm các trung
tâm hấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn hơn, về sau chỉ còn lại các trung tâm
hấp phụ có nhiệt hấp phụ thấp hơn. Phương trình này được biểu diễn bằng một
hàm mũ:
qe = k. Ce1/n
Ce: nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l)
qe: tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
k: dung lượng hấp phụ (ái lực chất hấp phụ đối với bề mặt chất hấp phụ)
hằng số này phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác
n: cường độ hấp phụ, hằng số này phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn >1
Phương trình Frenundrich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng
ban đầu và vùng giữa của vùng hấp phụ đẳng nhiệt.
Để xác định các hằng số, ta đưa phương trình trên về dạng đường thẳng:
lgqe = lgk + 1/nlgCe
qe(mg/g)

lgqe
tgβ

0

Hình 1.4. Đường đẳng nhiệt
Frendlich

Ce(mg/l) 0

lgCe

Hình 1.5. Sự phụ thuộc lgqe vào lgCe
OM=lgk

tgβ=1/n
1.3.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và giải hấp [2,4]
Hấp phụ là một quá trình phức tạp, nó chịu ảnh hưởng bởi một số yếu tố sau:

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

21


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

a. Ảnh hưởng của dung môi
Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh nghĩa là khi chất tan bị hấp phụ
càng mạnh thì dung môi bị hấp phụ càng yếu. Dung môi có sức căng bề mặt lớn
thì chất tan càng dễ bị hấp phụ. Chất tan trong dung môi nước bị hấp phụ tốt hơn

so với dung môi hữu cơ.
b. Độ xốp của chất hấp phụ
Khi kích thước mao quản trong chất hấp phụ giảm thì sự hấp phụ từ dung dịch
thường tăng lên. Nhưng đến một giới hạn nào đó, kích thước mao quản quá nhỏ
sẽ cản trở sự đi vào của chất bị hấp phụ.
c. Nhiệt độ
Khi tăng nhiệt đô sự phụ thuộc trong dung dịch giảm, tuy nhiên đối với những
cấu tử tan hạn chế, khi tăng nhiệt độ, độ tan tăng làm cho nồng độ của nó trong
dung dịch tăng lên, do vậy khả năng hấp phụ cũng có thể tăng lên.
d. pH của môi trường
Ảnh hưởng nhiều lên tính chất bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ trong
dung dịch, nên cũng ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ.
Ngoài ra còn có các yếu tố khác như: nồng độ của chất tan trong dung dịch, áp
suất đối với chất khí, quá trình hấp phụ cạnh tranh đối với các chất bị hấp phụ.
1.3.5. Một số vật liệu hấp phụ thường được sử dụng trong xử lý nước thải [3]
Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp
vì nó cho phép tách lọai đồng thời nhiều chất bẩn (bao gồm cả vô cơ và hữu cơ)
từ một nguồn nước bị ô nhiễm và tách loại tốt ngay khi chúng ở nồng độ thấp.
Bên cạnh đó, sử dụng phương pháp hấp phụ còn tỏ ra có ưu thế hơn các phương
pháp khác và giá thành xử lý thấp, thân thiện với môi trường. Vật liệu hấp phụ
có thể chế tạo từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, theo những phương pháp
khác nhau, đặc biệt nó có thể chế tạo bằng cách biến tính các chất thải gây ô
nhiễm môi trường như tro bay, than bùn, hay các phế thải nông nghiệp như vỏ
trấu, bã mía, vỏ đậu tương, lõi ngô, xơ dừa,…Điều này có ý nghĩa khi đem chất

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

22

Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

có khả năng gây ô nhiễm môi trường để xử lý ô nhiễm môi trường. Các loại vật
liệu hấp phụ thường được sử dụng có thể kể đến một số nhóm chất sau:
a. Nhóm khoáng tự nhiên
Bentonit
Bentonit là khoáng sét thuộc loại Alumino silicat, thành phần hóa học có
thể viết chung là Si8(Al3,33M0,68)O20 trong đó M là Ca, Mg, Na, K. Có 2 loại là
Bentonit kiềm (Na và K) và Bentonit kiềm thổ (Mg và Ca). Nhìn chung Bentonit
sử dụng hiệu quả đối với nước thải chứa chất không tan trôi nổi được tạo nên
chủ yếu bởi các chất hữu cơ, dầu, vi sinh vật.
Diatonit
Diatonit là khoáng vật tự nhiên có thành phần chủ yếu là Oxit silic. Khi
Diatonit chứa không dưới 90% SiO 2, không quá 2% Fe2O3, 3% các chất hữu cơ
và có độ ẩm 2% thì nó được sử dụng làm chất trợ lắng, trợ lọc và làm trong
nước, làm giảm độ cứng của nước sinh hoạt hoặc dùng để loại bỏ các chất phóng
xạ trong nước thải.
b. Nhóm nguyên liệu tự nhiên và các phế thải nông nghiệp
Bên cạnh các quá trình hấp phụ hóa học, ngày nay người ta đã và đang từng bước
nghiên cứu áp dụng các kết quả của quá trình hấp phụ sinh học. Phương pháp hấp
phụ sinh học là phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu tự nhiên, sinh khối thô
hoặc sinh khối thải ra từ các hoạt động nông nghiệp. Một vài dạng sinh khối có
thể hấp phụ chọn lọc đối với kim loại nặng. Bằng cách điều khiển đặc tính của
VLHP mà người ta có thể thu được nồng độ kim loại xác định trong quá trình hấp
phụ và giải hấp. Nước thải công nghiệp sau khi xử lý có thể đạt mức nồng độ các
ion kim loại cỡ ppm, đồng thời kim loại được thu hồi sau khi giải hấp.
Về khía cạnh thương mại, hấp phụ sinh học có thể cạnh tranh được với phương

pháp sử dụng nhựa trao đổi ion là phương pháp rất phổ biến hiện nay. Sức hấp
dẫn của hấp phụ sinh học chính là giá thành. VLHP sinh học có giá chỉ bằng

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

23


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

1/10 giá thành của nhựa trao đổi ion. Nếu như phương pháp nhựa trao đổi ion
được xem như là một kỹ thuật đã được phát triển từ khá lâu thì hấp phụ sinh học
vẫn đang ở giai đoạn phát triển đầu tiên và sẽ tiếp tục được hoàn thiện về
phương thức thực hiện để đạt được tính khả thi cao.
Một số VLHP sinh học có nguồn gốc từ phế thải nông nghiệp được nghiên cứu
và ứng dụng trong thực tế, bao gồm các vật liệu sau:
Rơm
Cũng được nghiên cứu làm vật liệu xử lý nước thải. Ở nhiệt độ phòng, sự hấp
phụ Cr3+ thay đổi theo pH. Hiệu suất hấp phụ Cr6+ thay đổi từ 100% ở pH = 1 - 3
đến 60-70% ở pH = 4 - 12.
Mạt cưa
Cu2+, Cr6+ được tách khỏi nước thải bằng cách hấp phụ trên mạt cưa. Ở pH thấp
loại bỏ được 99% Cr6+ sau 4h hấp phụ.
Vỏ đậu tương
Có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều kim loại nặng như đồng, kẽm và cả các
hợp chất hữu cơ. Khi so sánh với một số vật liệu tự nhiên khác (bã mía, vỏ trấu),
vỏ đậu tương thể hiện tiềm năng hấp phụ cao hơn hẳn đặc biệt đối với các ion

kim loại nặng. Vỏ đậu tương khi được xử lý với NaOH và lưới hóa bằng axit
citric, một gam vật liệu có thể tách loại tới 1.7 mol đồng (ứng với 108 mg/g)
Bã mía
Được đánh giá như phương tiện lọc chất bẩn từ nước và được ví như than hoạt tính
trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng: Cr6+, Ni2+, Cu2+,… bên cạnh khả năng tách
các ion kim loại nặng bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt với dầu.
c. Một số loại vật liệu hấp phụ khác
Zeonit
Là tên gọi một nhóm khoáng chất alumosilicat cấu trúc tinh thể, thành phần hóa
học chủ yếu gồm nhôm oxit và oxit silic sắp xếp theo một trật tự nào đó với tỉ lệ

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

24


Khóa luận tốt nghiệp
trường

Ngành Kỹ thuật Môi

nhất định. Trật tự sắp xếp và tỉ lệ Al:Si dẫn đến các loại zeolit khác nhau. Ngoài
thành phần hóa học chính kể trên zeolit còn tồn tại dưới dạng ion dương không
gắn vào vị trí cố định, nó linh động và có thể trao đổi được với ion khác nên
ngoài tính năng hấp phụ zeolit còn là chất trao đổi ion.
Zeolit được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật xúc tác với chức năng là chất hấp
phụ nhằm loại bỏ những tác nhân gây hại cho xúc tác, là xúc tác trực tiếp cho
một số quá trình hóa dầu.
Hiên nay, đang có xu hướng tổng hợp một số loại zeolit có giá thành rẻ từ các
nguyên liệu thải bỏ công nghiệp, đặc biệt là bã thải rắn từ quá trình đốt than đá.

Than hoạt tính
Than họa tính có thể dùng để tẩy màu, làm trong, khử mùi, tinh chế thực phẩm,
dầu mỡ, đồ uống. Ngoài ra một số loại than có tính đặc thù riêng: than dùng
trong y học, than hấp phụ kim loại, than dùng trong mặt nạ, than oxi hóa dùng
để xử lý chất phóng xạ. Phần lớn các loại than này đều được biến tính bề mặt để
tăng cường thêm các nhóm chức qua phản ứng oxi hóa hoặc tẩm một số xúc tác.
Chất hấp phụ polyme
Cùng với sự đòi hỏi về nhu cầu đa dạng của các chất hấp phụ trong kỹ thuật
người ta cố gắng chế tạo các chất hấp phụ trên cơ sở vật liệu polymer tổng hợp
có những đặc trưng tính chất có thể được ấn định cho từng mục đích cụ thể.
Chất hấp phụ polyme thường có dạng hình cầu, không tan trong nước, tùy thuộc
vào bản chất vật liệu polyme mà bề mặt của sản phẩm có độ phân cực rất khác
nhau. Chất hấp phụ polyme được sử dụng rất có hiệu quả trong xử lý các chất
hữu cơ đặc thù: phenol, chất hoạt động bề mặt, hấp phụ chất màu từ nước thải,
thu hồi protein.
Các phương pháp xử lý trên thông thường mắc phải một số nhược điểm chung là
sinh ra một số lượng bùn thải lớn do sử dụng khá nhiều hóa chất để khử Cr và
Ni, trung hòa và kết tủa; công nghệ phức tạp, phải kết hợp nhiều phương pháp
(sử dụng cả nhựa cation và anion mới có thể loại bỏ được Cr và Ni; tính không

Vũ Thị Quỳnh – MT1101

25