Các phương pháp xử lý nước ô nhiễm

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào






PHẦN III:


CÁC PHƯƠNG
PHÁP XỬ LÝ
NƯỚC Ô NHIỄM





Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
31

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Trong thành phần nước ô nhiễm có chứa nhiều loại tạp chất nhiễm bẩn có
tính chất khác nhau: từ các loại chất không tan, đến các chất ít tan và những
hợp chất tan trong nước. Xử lý nước ô nhiễm là loại bỏ các tạp chất đó, làm
sạch nước và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa vào tái sử dụng. Để đạt
được những mục đích
đó chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp
chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp ( trang 93, [15]).

Thông thường có các phương pháp xử lý sau:

_ Xử lý bằng phương pháp sinh học.
_ Xử lý bằng phương pháp hóa lý.
_ Xử lý bằng phương pháp hóa học.
I. Các phương pháp sinh học:
Thực chất của biện pháp sinh học để xử lý nước thải là sử dụng khả
năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bền hữu cơ trong
nước thải. Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm
nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận
được các chất làm vật liệu để xây dựng tế
bào, sinh trưởng và sinh sản nên
sinh khối được tăng lên.
Phương pháp này thường được sử dụng để làm sạch các loại có chứa
các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo. Do vậy, chúng
thường được dùng sau khi loại các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải.
Đối với các chất hữu cơ có trong nước thải thì phương pháp này dùng để
khử các hợp chất sunfit, muối amoni nitrat - tức là các chất chưa bị oxy hóa
hoàn toàn. Sản ph
ẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn
sẽ là CO
2
, H
2
O, N
2
, SO
4
2-
,…Các nghiên cứu cho thấy vi sinh vật có thể phân
hủy tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng
hợp nhân tạo ( trang 38-39, [3]).

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học gồm các phương pháp sau:
_ Phương pháp hiếu khí.
_ Phương pháp kỵ khí.
_ Phương pháp thiếu khí.
Tùy điều kiện cụ thể như địa hình, tính chất và khối lượng nước thải, khí
hậu, mặt b
ằng nơi cần xử lý, kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người
ta sẽ chọn một trong những phương pháp trên hay kết hợp với nhau ( trang 80,
[11]).
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
32

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Các phương pháp này có những ưu điểm sau:
_ Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ tương đối
rộng.
_ Hệ thống có thể tự điều chỉnh theo phổ các chất nhiễm bẩn và nồng
độ của chúng.
_ Thiết kế và trang thiết bị đơn giản.
Đồng thời chúng cũng có những nhược điể
m sau:
_ Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém.
_ Phải có chế độ công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh.
_ Các chất hữu cơ khó phân hủy cũng như các chất vô cơ có độc tính
ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch. Các chất có độc tính tác động
đến quần thể sinh vật nói chung và trong bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất xử lý
của quá trình.
_ Có thể phải làm loãng nước thả
i có nồng độ chất bẩn cao, như vậy sẽ
làm tăng lượng nước thải và cần diện tích mặt bằng rộng.

Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được dùng phổ biến rộng rãi và
tỏ ra rất thích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ
phân hủy ( trang 298-299, [1]).
I.1.
Các phương pháp hiếu khí:
a. Nguyên tắc:
Phương pháp hiếu khí dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi
sinh phân hủy ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các loại vi sinh hiếu khí
oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước.

Chất hữu cơ + O
2

vi sinh vật
H
2
O + CO
2
+ Năng
lượng.

Chất hữu cơ + O
2

vi sinh vật
Tế bào mới.

Tế bào mới + O
2

vi sinh vật
H
2
O + CO
2
+ NH
3
.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
33

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào

Tổng cộng: Chất hữu cơ + O
2


H
2
O + CO
2
+ NH
3
+
…
Trong phương pháp hiếu khí amoniac cũng được loại bỏ bằng oxy
hóa nhờ vi sinh tự dưỡng ( quá trình nitrit hóa ).

2 NH
4

+
+ 3 O
2

Nitrosomonas
2 NO
2
-
+ 4 H
+
+ 2 H
2
O +
Năng lượng.

2 NO
2
-
+ O
2

Nitrobacter
2 NO
3
-



Tổng cộng: NH
4

+
+ 2 O
2



Vi sinh
NO
3
-
+ 2 H
+
+ H
2
O +
Năng lượng.
( giảm pH )
Điều kiện thích hợp cho quá trình là: pH= 5,5 - 9,0, oxy hòa tan lớn hơn
hoặc bằng 0,5 mg/l, nhiệt độ 5-40
0
C.
b. Kỹ thuật xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí:
¾ Kỹ thuật bùn hoạt tính:
Đây là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị và
công nghiệp. Theo cách này, nước thải được đưa ra bộ phận chắn rác, loại rác,
chất rắn được lắng, bùn được tiêu hủy và làm khô.
Một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính là phương pháp
“thông khí tăng cường” gần đây được sử dụng tại nhiều nước phát triển dưới
tên gọi là “mương oxy hóa”. Trong hệ thống này có thể bỏ qua các giai đọan
lắng bước một và tiêu hủy bùn. Tuy nhiên quá trình này lại cần biện pháp thông

khí kéo dài với cường độ cao hơn.
¾
Ao ổn định nước thải:
Phương pháp xử lý sinh học đơn giản nhất là kỹ thuật “ổn định
nước thải”. Đó là một loại ao chứa nước trong nhiều ngày phụ thuộc vào nhiệt
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
34

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
độ, oxy được tạo ra qua hoạt động tự nhiên của tảo trong ao. Cơ chế xử lý
trong ao ổn định chất thải bao gồm cả hai quá trình hiếu khí và kị khí.
_ Ao ổn định chất thải hiếu khí: là loại ao cạn cỡ 0,3-0,5m được
thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều nhất làm phát
triển tảo do hoạt động quang hợp để tạo oxy. Đi
ều kiện không khí bảo đảm từ
mặt ao đến đáy ao.
_ Ao ổn định chất thải kỵ khí: là loại ao sâu không cần oxy hòa tan
cho hoạt động vi sinh. Ở đây các loại vi sinh kỵ khí và vi sinh tùy nghi dùng oxy
từ các hợp chất như nitrat, sunfat để oxy hóa chất hữu cơ thành mêtan và CO
2
.
Như vậy các ao này có khả năng tiếp nhận khối lượng lớn chất hữu cơ và
không cần quá trình quang hợp tảo. Ao ổn định chất thải tùy nghi là loại ao hoạt
động theo cả quá trình kỵ khí và hiếu khí. Ao thường sâu từ 1-2m, thích hợp
cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi. Ban ngày khi có ánh sáng, quá
trình xảy ra trong ao là hiếu khí. Ban đêm ở lớp đáy ao quá trình chính là kỵ khí.
Ao ổn định chất thải tùy nghi thường được sử dụng nhiều h
ơn hai
loại trên. Ngoài ba loại ao trên, theo phương pháp “ ao ổn định chất thải ” người
ta còn kết hợp với các loại ao nuôi cá, ao thủy thực vật ( ao rau muống, lục bình

). Để tăng cường hiệu quả xử lý nước thải, ta nên kết nối các loại ao với nhau.
I.2.
Các phương pháp thiếu khí ( anoxic ):
Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrit hóa sẽ xảy ra. Oxy
được giải phóng từ nitrat sẽ oxy hóa chất hữu cơ và nitơ sẽ được tạo thành.
NO
3
-

vi sinh
NO
2
-
+ O
2

O
2

Chất hữu cơ
N
2
+ CO
2
+ H
2
O
Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitrit hóa sẽ
xảy ra khi không tiếp tục thông khí. Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh
giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrit sẽ xảy ra. Theo nguyên tắc trên,

phương pháp thiếu khí ( khử nitrit hóa ) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước
thải.
I.3.
Các phương pháp kỵ khí:
Phương pháp xử lý kỵ khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ có trong
phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh vật kỵ khí.
Hai cách xử lý yếm khí thông dụng là:
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
35

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
_ Lên men acid thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân
( như acid béo, đường ) thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng
thành khí cacbonic.
_ Lên men metan: Phân hủy các chất hữu cơ thành metan ( CH
4
)
và khí cacbonic ( CO
2
). Việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH, pH
tối ưu cho quá trình từ 6,8-7,4. Thí dụ về phản ứng metan hóa:

CH
3
COOH
Methanosarcina
CH
4
+ CO
2

2 CH
2
(CH
2
)COOH
M.Suboxydans
CH
4
+ 2CH
3
COOH
+C
2
H
5
COOH + CO
2

+ 2 H
2
O + CO
2



Các phương pháp kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải công
nghiệp và chất thải từ chuồng trại chăn nuôi ( trang 80-84, [11]).
II. Các phương pháp hóa lý:

Làm sạch sinh học chỉ được ứng dụng trong trường hợp cần loại ra

khỏi nước các chất hữu cơ, nếu các chất bẩn có nguồn gốc vô cơ thì phương
pháp này không phù hợp. Các phương pháp hóa lý được ứng dụng để xử lý
nước thải gồm lọc, đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu
ngược, siêu lọc, thẩm tách và điệ
n thẩm tách,…Các phương pháp này được
ứng dụng để loại ra khỏi nước thải các hạt phân tán lơ lửng ( rắn và lỏng ), các
khí tan những chất vô cơ và hữu cơ hòa tan.
Việc ứng dụng các phương pháp hóa lý để xử lý nước thải có những
ưu điểm sau:
_ Có khả năng loại các chất độc hữu cơ không bị oxy hóa sinh học;
_ Hiệu quả xử lý cao hơn;
_ Kích thước hệ thố
ng xử lý nhỏ hơn;
_ Độ nhạy đối với sự thay đổi tải trọng thấp hơn;
_ Có thể tự động hóa hoàn toàn;
_ Không cần theo dõi hoạt động của sinh vật;
_ Có thể thu hồi các chất khác nhau.
II.1.
Lọc qua song chắn rác ( xử lý sơ bộ ):
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
36

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Đối tượng xử lý là rác thải loại lớn ( như: giẻ, rác, vỏ đồ hộp, các
mẫu đá, gỗ và các vật thải khác ), chúng thường được tách ra để khỏi gây tắc
nghẽn đường ống. Người ta dùng lưới làm bằng các thanh kim loại được đặt
nghiêng một góc 60÷75
0
. Rác thải được lấy ra bằng cào cơ giới. Đối với rác có
kích cỡ nhỏ hơn người ta có thể dùng rây ( trang 29, [3]).

Đây là hình thức xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình là loại tất cả
các tạp vật có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước
thải như làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm
bảo an toàn và đi
ều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước tự nhiên
lẫn nước thải ( trang 74, [13]).

II.2.
Lắng tụ:
Được dùng để lắng các tạp chất tan thô ra khỏi nước thải ( sinh
hoạt và công nghiệp ). Lắng tụ diễn ra dưới tác dụng của trọng lực. Để lắng
người ta sử dụng bể lắng cát, bể lắng và bể lắng trong.
• Bể lắng cát:
Được dùng để loại sơ bộ chất bẩn khoáng và hữu cơ ( 0,2-
0,25mm ) ra khỏi nước thải. Bể lắng cát ngang là hồ ch
ứa có tiết diện ngang là
tam giác hoặc hình thang. Chiều sâu bể lắng cát 0,25-1m. Vận tốc chuyển động
của nước không quá 0,3m/s. Bể lắng cát dọc có dạng hình chữ nhật, tròn, trong
đó nước chuyển động theo dòng từ dưới lên với vận tốc 0,05m/s.
• Bể lắng ngang:
Bể lắng ngang là bể hồ chứa hình chữ nhật, có hai hay nhiều
ngăn hoạt động đồng thời. Nước chuyển động từ
đầu này đến đầu kia của bể.
Chiều sâu của bể lắng H=1,5-4 m, chiều dài L=( 8-12 )xH, chiều
rộng B=3-6 m. Bể lắng ngang được ứng dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn
15000m
3
/ngày đêm. Hiệu quả bể lắng 60%.
• Bể lắng đứng:
Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ ( hoặc tiết diện vuông ) có đáy

chóp. Nước thải được cho vào theo ống trung tâm. Sau đó nước chảy từ dưới
lên trên vào các rãnh chảy tràn. Như vậy, quá trình lắng cặn diễn ra trong dòng
đi lên, vận tốc nước là 0,5-0,6m/s. Chiều cao vùng lắng 4-5m.
• Bể lắng hướng tâm:
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
37

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Bể lắng hướng tâm là bể lắng tròn. Nước trong đó chuyển động từ
tâm ra vành đai. Vận tốc nước nhỏ nhất là ở vành đai. Loại bể lắng này được
ứng dụng cho lưu lượng nước thải lớn hơn 20.000m
3
/ngày đêm.
• Bể lắng dạng bảng:
Ở bên trong bể lắng dạng bảng có các bản đặt nghiêng và song
song với nhau. Nước chuyển động giữa các bản, còn cặn trượt xuống vào bình
chứa.
• Bể lắng trong:
Bể lắng được sử dụng để làm sạch tự nhiên và để làm trong nước
thải công nghiệp. Người ta thường sử dụng bể lắng trong với lớp cặn l
ơ lửng
trong đó người ta cho nước với chất đông tụ đi qua đó ( trang 87-89, [11]).
II.3.
Lọc:
Lọc được dùng để xử lý nước thải, để tách các loại tạp chất nhỏ ra
khỏi nước thải mà bể lắng không lắng được. Trong các loại phin lọc thường có
các loại phin lọc dùng vật liệu lọc dạng tấm hoặc dạng hạt. Vật liệu dạng tấm có
thể làm bằng tấm thép có đục lỗ hoặc lưới bằng thép không gỉ, nhôm, niken,
đồng, thau,… và cả các loại vải khác nhau ( th
ủy tinh, amiăng, bông, len, sợi

tổng hợp ). Tấm lọc cần có trở lực nhỏ, đủ bền và dẻo cơ học, không bị trương
nở và bị phá hủy ở điều kiện lọc ( trang 95, [15]).
Vật liệu lọc dạng hạt là cát thạch anh, than cốc, sỏi, đá nghiền thậm
chí cả than gỗ ( trang 95, [15]).
Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặ
t riêng. Quá
trình lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất của cột chất lỏng hay áp suất
cao trước vách vật liệu lọc hoặc chân không sau lớp lọc.
Các phin lọc làm việc sẽ tách các phần tử tạp chất phân tán hoặc lơ
lửng khó lắng khỏi nước. Các phin lọc làm việc không hoàn toàn dựa vào
nguyên lí cơ học. Khi nước qua lớp lọc dù ít hay nhiều cũng tạo ra lớp màng
trên mặt các hạt vật li
ệu lọc, màng này là màng sinh học. Do vậy, ngoài tác
dụng tách các phần tử tạp chất phân tán ra khỏi nước, các màng sinh học cũng
biến đổi các chất hòa tan trong nước thải nhờ quần thể các vi sinh vật có trong
màng sinh học.
Chất bẩn và màng sinh học sẽ bám vào bề mặt vật liệu lọc dần dần
bít các khe hở của lớp lọc làm cho dòng chảy bị chậm lại hoặc ngưng chảy. Do
đó, trong quá trình làm việc, người ta ph
ải rửa phin lọc, lấy bớt màng bẩn phía
trên, và cho nước thải đi từ dưới lên trên để tách màng bẩn ra khỏi vật liệu lọc (
trang 96-97, [15]).
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
38

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
II.4.
Đông tụ và keo tụ:
a. Đông tụ:
Hỗn hợp phân tán nhỏ được loại ra khỏi nước bằng phương pháp

đông tụ. Đông tụ là phương pháp xử lý nước bằng tác chất nhằm hình thành
các phân tử lớn từ các phân tử nhỏ. Phần tử các chất đục mang điện tích âm.
Việc loại các chất này nhờ các chất đông tụ là tạo thành muối từ các chất kiềm
và axit yếu. Chất đông tụ
trong nước tạo thành các bông hydroxit kim loại, lắng
nhanh trong trường trọng lực. Các bông này có khả năng hút các hạt keo và hạt
lơ lửng kết hợp với chúng. Các chất này tham gia vào phản ứng trao đổi với ion
nước và hình thành các tạp chất có phối trí phức tạp ( trang 51, [11]).
Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy
ra theo các giai đoạn sau:
Me
3+
+ HOH ↔ Me(OH)
2+
+ H
+

Me(OH)
2+
+ HOH ↔ Me(OH)
2
+
+ H
+

Me(OH)
2
+
+ HOH ↔ Me(OH)
3

+ H
+

⇒ Me
3+
+ 3HOH ↔ Me(OH)
3
+ 3H
+
( trang 120,
[13]).
Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối nhôm
hoặc muối sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Đây là hai loại hóa chất rất thông dụng
trong xử lý nước cấp nhất là xử lý nước sinh hoạt ( trang 138, [20]).
Các muối nhôm gồm có: Al
2
(SO
4
)
3
.18 H
2
O, NH
4
Al(SO
4
)
2
.12 H
2

O,
NaAlO
2
. Al
2
(OH)
5
Cl, KAl(SO
4
)
2
.12 H
2
O, Trong đó được sử dụng rộng rãi nhất là
Al
2
(SO
4
)
3
vì Al
2
(SO
4
)
3
hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp, hoạt động có hiệu
quả cao trong khoảng pH= 5÷7,5 ( trang 121, [13] ).
_ Trong phần lớn các trường hợp, người ta dùng hỗn hợp NaAlO
2

và
Al
2
(SO
4
)
3
theo tỉ lệ ( 10:1 )÷( 20:1 ). Phản ứng xảy ra như sau:
6NaAlO
2
+ Al
2
(SO
4
)
3
+ 12 H
2
O ↔ 8 Al(OH)
3
↓ + 3
Na
2
SO
4
Việc sử dụng hỗn hợp này cho phép tăng hiệu quả của quá trình làm
trong nước, tăng khối lượng và tốc độ lắng của các bông keo tụ, mở rộng
khoảng pH tối ưu của môi trường.
Al
2

(OH)
5
Cl có độ axit thấp dùng làm sạch nước có độ kiềm yếu nhờ
phản ứng:
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
39

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Al
2
(OH)
5
Cl + Ca(HCO
3
)
2
→ 4 Al(OH)
3
↓ +CaCl
2
+
2CO
2
↑
Các muối sắt Fe
2
(SO
4
)
3

. 2 H
2
O, Fe
2
(SO
4
)
3
. 3 H
2
O, FeSO
4
. 7 H
2
O và
FeCl
3
cũng thường được dùng làm chất đông tụ ( trang 121, [13]).
Dùng FeCl
3
để loại photphat:
FeCl
3
+ 6 H
2
O + PO
4
3-
→ FePO
4

+ 3 Cl
-
+ 6 H
2
O
Tạo bông keo qua phản ứng:
FeCl
3
+ 6 H
2
O → Fe(OH)
3
↓ + 3 HCl
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 6 H
2
O → 2 Fe(OH)
3
↓ + 3 H
2
SO
4
Các muối sắt thường được dùng làm chất đông tụ vì có nhiều ưu
điểm hơn so với các muối nhôm do:
_ Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp.

_ Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn.
_ Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng của
thành phần muối.
_ Có thể khử được mùi vị khi có H
2
S.
Nhưng các muối sắt có nhược điểm là chúng tạo thành các phức hòa
tan nhuộm màu qua phản ứng của các cation sắt với một số chất hữu cơ ( trang
285, [13] ).
Trong quá trình tạo bông keo của hiđroxit nhôm hoặc sắt, người ta
thường thêm các chất trợ đông như: tinh bột, các ete, xenlulozơ,…, với liều
lượng 1-5mg/l, hay chất trợ đông tụ tổng hợp nhất là polyarylamit nhằm giảm
liề
u lượng chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ và nâng cao tốc độ lắng của các
bông keo ( trang100, [15]).
b. Keo tụ:
Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao
phân tử vào nước. Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ sự kết hợp diễn ra
không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử
chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng.
c. Keo tụ điện hóa:
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
40

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Keo tụ không có tác chất hay keo tụ điện hóa diễn ra bằng cách dẫn
nước qua các tấm nhôm được xếp cách nhau 10-20 mm. Bản chất của quá
trình là hòa tan anot của các tấm nhôm được nối lần lượt với các cực dương và
cực âm của nguồn điện có cường độ cao và hiệu điện thế thấp. Khi đó ion nhôm
sẽ chuyển vào nước và tạo thành hydroxit. Ưu điểm củ

a quá trình này là hình
thành và lắng nhanh các sợi bông dai và không cần điều chỉnh pH. Nhược điểm
của nó là chi phí điện năng cao.
Phương pháp này có thể được dùng để xử lý nước phù sa ở các tỉnh
thuộc đồng bằng Sông Cửu Long, nhưng do mạng lưới điện chưa được lắp đặt
đầy đủ và chi phí điện cao nên còn bị hạn chế.
II.5.
Tuyển nổi:
Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán
trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt
khí nổi lên trên bề mặt nước. Sau đó người ta tách bọt khí cùng các phần tử
dính ra khỏi nước. Thực chất đây là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt. Ngoài
ra, quá trình này còn để tách các chất hòa tan như các hoạt động bề mặt (trang
100, [15]).
Trong công nghiệp, tuyển nổi được áp dụng để
xử lý chất khoáng, tái
sinh nguyên liệu từ nước rửa, làm sạch nước thải, xử lý bùn và thu hồi khoáng
sản quí. Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được kết hợp với quá trình
keo tụ tạo bông, đặc biệt là đối với chất mùn và tảo sau quá trình keo tụ tạo
bông được tách ra khỏi nước bằng tuyển nổi ( trang 85, [20] ).
Phương pháp này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ
vào trong nước thải. Các b
ọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên trên
mặt nước. Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành
một lớp bọt chứa nhiều hạt bẩn ( trang 100, [15]).
Tuyển nổi bọt nhằm tách các hạt lơ lửng không tan và một số chất
keo hoặc hòa tan ra khỏi pha lỏng. Kĩ thuật này có thể dùng cho xử lý nước thải
đô thị và nhiều lĩnh vực công nghiệ
p như: chế biến dầu béo, dệt thuộc da, chế
biến thịt, v.v… ( trang 100, [15] ).

Ngoài ra, tuyển nổi ion và phân tử là một phương pháp mới để tách
các chất tan ra khỏi nước, được sử dụng trong những năm gần đây ( trang 74,
[10] ).
Hiệu suất của phương pháp tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước và
số lượng bong bóng khí, kích thước các tạp chất trong nước thải. Kích thước tối
ưu của bong bóng khí là 15 ÷ 30µm, kích thước h
ạt tạp chất là 0,2 ÷ 1,5µm (
trang 33, [3] ).
Có nhiều phương pháp tuyển nổi để xử lý nước thải:
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
41

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
1. Tuyển nổi từ sự tách không khí từ dung dịch;
2. Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ giới;
3.Tuyển nổi nhờ các tấm xốp;
4. Tuyển nổi bằng phương pháp tách phân đoạn bọt;
5. Tuyển nổi hóa học, sinh học và ion;
6. Tuyển nổi điện.
Phương pháp này có ưu điểm là hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụng
r
ộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành không lớn, hiệu quả xử lý cao, thiết bị đơn
giản, thu cặn có độ ẩm nhỏ và có thể thu hồi tạp chất trong cặn. Ngoài ra, nước
thải được xử lý bằng phương pháp tuyển nổi sẽ được thông khí, giảm được
hàm lượng chất hoạt động bề mặt, chất dễ bị oxy hóa.
[Tuyển nổi từ sự tách không khí từ dung dị
ch:
Phương pháp này được áp dụng để làm sạch nước thải chứa
hạt ô nhiễm rất mịn. Bản chất của phương pháp này là tạo dung dịch quá bão
hòa không khí. Khi giảm áp suất các bọt không khí sẽ tách ra khỏi dung dịch và

làm nổi chất bẩn.
Tùy thuộc vào biện pháp tạo dung dịch quá bão hòa, người ta
chia ra: tuyển nổi chân không, áp suất và bơm dâng ( trang 91, [11]).
[ Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ khí:
Sự phân tán khí trong máy tuyển nổi
được thực hiên nhờ bơm
turbin kiểu cánh quạt, đó là đĩa có cánh quay hướng lên trên. Thiết kế kiểu này
được ứng dụng để xử lý nước có nồng độ các hạt lơ lửng cao ( lớn hơn 2 g/l ).
Khi quay cánh quạt trong chất lỏng xuất hiện một số lượng lớn các dòng xoay
nhỏ và được phân tán thành các bọt khí có kích thước xác định, mức độ phân
tán càng cao bọt khí càng nhỏ quá trình càng hiệu quả. Tuy nhiên, nếu vận tốc
quay cao s
ẽ làm tăng đột ngột dòng chảy rối và có thể phá vỡ tổ hợp hạt - khí,
do đó làm giảm hiệu quả xử lý ( trang 92, [11]).
[ Tuyển nổi nhờ các tấm xốp:
Phương pháp này có ưu điểm là: kết cấu buồng nổi đơn giản,
chi phí năng lượng thấp. Khuyết điểm: các bọt mau bị bẩn và dễ bị bịt kín, khó
cho vật liệu có lỗ giống nhau
để tạo bọt khí nhuyễn và có kích thước bằng nhau.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
42

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc vào lỗ xốp, áp suất không khí, lưu
lượng không khí, thời gian tuyển nổi, mực nước trong thiết bị tuyển nổi ( trang
93, [11]).
[. Xử lý bằng phương pháp tách phân đoạn bọt ( tách bọt ):
Phương pháp tách phân đoạn bọt dựa trên sự hấp phụ chọn lọc
một hay nhiều chất tan trên bề mặt bọt khí n
ổi lên trên xuyên qua dung dịch.

Quá trình này ứng dụng để loại chất hoạt động bề mặt ra khỏi nước thải, nó
tương tự quá trình hấp phụ trên chất rắn.
Trong quá trình phân riêng, bọt tạo thành có nồng độ chất tan
hoạt động bề mặt khá cao. Việc tách nó ra khỏi bọt rất khó khăn. Vì vậy, trong
đa số các trường hợp nó là chất thải.
Như vậy, quá trình xử lý nước thải khỏi chất ho
ạt động bề mặt
bằng phương pháp tách bọt có nhược điểm:
_ Tạo thành chất ngưng giàu chất hoạt động bề mặt, bị phân hủy
chậm.
_ Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong nước thải tăng hiệu
quả xử lý giảm.
Do đó, người ta đề nghị phương pháp xử lý chất hoạt động bề
mặt kết h
ợp với phương pháp tách bọt rồi xử lý bức xạ, loại trừ hoàn toàn chất
thải dạng bọt.
Theo sơ đồ này, chất thải chứa chất hoạt động bề mặt được cho
liên tục vào tháp. Không khí cũng được sủi bọt vào thùng này. Bọt tạo thành
trong tháp được đưa qua thiết bị bức xạ, chiếu bằng tia γ. Nhờ đó, chất hoạt
động bề mặt bị
phân hủy còn bọt ngưng tụ.
Theo sơ đồ khác, bọt không đi ra khỏi tháp mà bị phân hủy ngay
trên đỉnh tháp bằng tia γ .
Phương pháp này cho phép xử lý nước thải có nồng độ chất
hoạt động bề mặt cao. Tuy nhiên, sự phân hủy hoàn toàn chất hoạt động bề
mặt thành H
2
O và CO
2
không kinh tế. Thích hợp nhất là phân hủy chúng thành

các chất dễ bị oxy hóa sinh học
[ Các phương pháp tuyển nổi khác:
Đó là tuyển nổi hóa học, sinh học và ion.
a. Tuyển nổi hóa học:
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
43

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Trong quá trình xử lý nước có thể diễn ra các quá trình hóa học
với sự phát sinh các khí như: O
2
, CO
2
, Cl
2
,…Bọt của các khí này có thể kết dính
với các chất lơ lửng không tan và đưa chúng lên lớp bọt. Nhược điểm của
phương pháp này là tiêu hao nhiều tác chất.
b. Tuyển nổi sinh học:
Phương pháp này được ứng dụng để nén cặn từ bể lắng đợt I
khi xử lý nước thải sinh hoạt. Trong phương pháp này cặn được đun nóng bằng
hơi nước đến 35-55
0
C và nhiệt độ này được giữ cả ngày đêm. Do hoạt động
của các vi sinh vật, các bọt khí sinh ra và mang các hạt cặn lên lớp bọt, ở đó
chúng được nén và khử nước. Bằng cách này, trong vòng 5-6 ngày đêm độ ẩm
của cặn có thể giảm đến 80% và đơn giản hóa quá trình xử lý cặn tiếp theo.
c. Tuyển nổi ion:
Quá trình này được tiến hành như sau: người ta cho không khí và
chất hoạt động bề mặt vào nước thả

i. Chất hoạt động bề mặt trong nước tạo
thành các ion có điện tích trái dấu với điện tích của ion cần loại ra. Không khí ở
dạng bọt có trách nhiệm đưa chất hoạt động bề mặt cùng chất bẩn lên lớp bọt.
Phương pháp này có thể áp dụng để tách ra khỏi nước các kim
loại ( Mo, W, V, Pt, Ce, Re,…) quá trình hiệu quả khi nồng độ ion thấp 10
-3
-10
-2

mol.ion/l.
Trong trường hợp cần tiến hành đồng thời quá trình tuyển nổi và
oxi hóa chất ô nhiễm, nên bão hòa nước bằng không khí giàu oxi hoặc ozone.
Để hạn chế quá trình oxi hóa thì thay không khí bằng khí trơ ( trang 93, [11]).
[Tuyển nổi điện:
Biện pháp này dựa trên nguyên tắc: khi có dòng diện một chiều
qua nước thải, ở một trong các điện cực ( catot ) sẽ tạo ra khí hydro. Kết quả
nước thải khí được bão hòa bởi các bọt khí đó s
ẽ kéo theo các chất bẩn không
tan khác nổi lên bề mặt nước. Ngoài ra, nếu trong nước thải còn chứa nhiều
chất bẩn khác là các chất điện phân thì dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi các
thành phần hóa học và tính chất của trạng thái các tạp chất không tan do có các
quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hóa khử…. xảy ra.
Trong nhiều trường hợp những thay đổi có lợi cho qua trình xử
lý nước thải và trong những trườ
ng hợp khác cần phải điều khiển các quá trình
đó để đạt được hiệu suất xử lý một loại chất bẩn nào đó.
Khi sử dụng các điện cực tan ( sặt hoặc nhôm ) thì ở cực anot
sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại: Kết quả sẽ có các cation ( nhôm hoặc sắt
)chuyển vào nước. Những cation này sẽ cùng nhóm hydroxyl tạo thành hydroxit
là những chất keo tụ phổ biến trong thực tế xử lý n

ước thải. Do đó, trong không
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
44

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
gian các điện cực sẽ diễn ra quá trình tạo bông keo tụ và tạo các bọt khí, tạo
điều kiện để bọt khí bám vào bông cũng như quá trình keo tụ chất bẩn, quá
trình hấp phụ, kết dính…. diễn ra mạnh và hiệu suất tuyển nổi cao hơn.
Cường độ của tất cả quá trình quá trình phụ thuộc vào các yếu
tố sau:
_ Thành phần hóa học nước thải.
_ Vật li
ệu các điện cực ( tan hoặc không tan ).
_ Các thông số của dòng điện: điện thế, cường độ, điện trở
suất….
Đối với các trạm tuyển nổi điện có công suất lớn thì nên xây
dựng hai ngăn gồm một ngăn điện cực ( ngăn keo tụ ), và một ngăn tuyển nổi (
trang 78-81, [10]).
II.6.
Hấp phụ:
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước
thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ
khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất
này thường không phân hủy bằng con đường sinh học và thường có độc tính
cao. Nếu các chất này bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng ch
ất hấp phụ
không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lí hơn cả ( trang 132-133,
[13] ).
Trong xử lý nước thải công nghiệp, hấp phụ được ứng dụng để khử
độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất hữu cơ

vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, màu hoạt tính ( trang 33, [3] ).
Các chất hấp phụ
thường dùng là: than hoạt tính, đất sét, silicagen,
keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải sản xuất như: xỉ, mạt
sắt,…Trong số này, than hoạt tính là được dùng phổ biến nhất. Than hoạt tính
có hai dạng: hạt và bột đều được dùng để hấp phụ. Các chất hữu cơ, kim loại
nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ. Lượng chất này tùy thuộc vào khả
năng hấ
p phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước. Phương
pháp này có khả năng hấp phụ được 58-95% các chất hữu cơ và màu. Các
chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được tính đến là phenol, alkylbenzen, sunfonic
axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm. Đã có những ứng dụng dùng than hoạt
tính để hấp phụ thủy ngân và những thuốc nhuộm khó phân hủy, nhưng tốn
kém và làm cho quá trình không kinh tế
. Để loại bỏ các kim loại nặng, các chất
hữu cơ, vô cơ độc hại, người ta dùng than bùn để hấp phụ và nuôi bèo tây trên
mặt hồ ( trang 100, [15] ).
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
45

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Phương pháp hấp phụ có tác dụng tốt trong việc xử lý nước thải chứa
các chất hữu cơ, các kim loại nặng và màu. Để loại bỏ các kim loại nặng, các
chất vô cơ và hữu cơ độc hại hiện nay người ta có thể sử dụng than bùn hoặc
một số loại thực vật nước như lục bình.
Ưu điểm của phương pháp này là hi
ệu quả cao, có khả năng xử lý
nhiều chất trong nước thải và có thể thu hồi các chất này. Xử lý nước hấp phụ
có thể tái sinh, tức thu hồi và tận dụng chất thải; phân hủy và tiêu hủy chất thải
cùng với chất hấp phụ

II.7.
Trao đổi ion:
Trao đổi ion là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính
chất trao đổi ion chứa nó bằng các ion khác có trong dung dịch. Bằng cách này
người ta có thể loại đi một số ion trong dung dịch nước.
Phương pháp này được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải
khỏi các kim loại như: Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, Hg, Cd, V, Mn,…, cũng như các hợp
chất của asen, photpho, xyanua và các chất phóng xạ, khử muối trong nước
cấp, cho phép thu hồi các chất có giá trị
và đạt mức độ làm sạch cao. Vì vậy, nó
được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải.
• Cơ sở của quá trình trao đổi ion:
Trao đổi ion theo tỉ lệ tương đương và trong phần lơn các trường
hợp là phản ứng thuận nghịch. Phản ứng trao đổi ion xảy ra do hiệu số thế hóa
học của các ion trao đổi. Phương trình trao đổi tổng quát có dạng:( trang 143,
[13])
mA + R
m
B ↔ R
m
A + mB ( trang 37, [19]).
Quá trình trao đổi ion có thể tiến hành qua một số giai đoạn sau:
1. Vận chuyển các ion A từ trong dòng chất lỏng đến mặt ngoài
màng biên bao quanh hạt ionit.
2. Khuếch tán các hạt qua lớp biên.
3. Vận chuyển các ion qua bề mặt phân chia pha vào hạt
nhựa.
4. Khuếch tán ion A vào trong hạt đến bề mặt phân chia pha.
5. Phản ứng trao đổi ion A và B.
6. Khuếch tán ion B bên trong hạt đến bề mặt phân chia pha.

Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
46

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
7. Chuyển ion B qua bề mặt phân chia pha đến mặt trong
màng biên.
8. Khuếch tán ion B qua màng.
9. Khuếch tán ion B vào trong dòng lỏng.
( trang 103, [11]).
• Các chất trao đổi ion (nhựa trao đổi ion ):
Các chất có khả năng trao đổi ion được gọi là các ionit. Tùy theo
loại trao đổi mà nhựa có tên là cationit hay anionit. Ngoài ra do khả năng trao
đổi với các ion H
+
hay có nhóm OH
-
mà nó sẽ có tính axit hay bazơ. Nhìn chung
cấu tạo của các chất trao đổi ion gồm hai phần: phần gốc và phần mang nhóm
ion được trao đổi.
Một số chất trao đổi ion: zeolic, silicagen, than đá,…( trang 37,
[3]).
II.8.
Thẩm thấu ngược:
Là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới một áp suất
cao hơn áp suất thẩm thấu ( trang 153, [13]).
• Cơ chế của quá trình:
Có nhiều cơ chế giải thích quá trình thẩm thấu ngược. Một trong
những cơ chế đó giải thích như sau: màng bán thấm không có khả năng hòa
tan. Nếu như chiều dày của lớp phân tử nước bị hấp phụ bằng hoặc lớn hơn
một n

ửa đường kính mao quản của màng thì dưới tác dụng của áp suất chỉ có
nước sạch đi qua, mặc dù kích thước của nhiều ion nhỏ hơn kích thước cuả
phân tử nước. Lớp hiđrat của các ion này cản trở không cho chúng đi qua mao
quản của màng. Kích thước màng hiđrat của các ion khác nhau sẽ khác nhau.
Nếu chiều dày của lớp phân tử nước bị hấp phụ nhỏ hơn nửa đường kính mao
quản thì các ch
ất hòa tan sẽ chui qua màng cùng với nước.
Ưu điểm của phương pháp thẩm thấu ngược là:
_ Không có pha chuyển tiếp trong tách tạp chất cho phép tiến
hành quá trình với chi phí năng lượng thấp.
_ Có thể tiến hành quá trình ở nhiệt độ phòng không có bổ sung
hoặc bổ sung ít hóa chất.
_ Đơn giản trong kết cấu ( trang 159, [13]).
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
47

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Nhược điểm của phương pháp thẩm thấu ngược:
_ Năng suất, hiệu quả làm sạch và thời gian làm việc của màng
lọc giảm khi nồng độ chất tan trên bề mặt màng lọc tăng (trang 105, [11]).
_ Quá trình hoạt động dưới áp suất cao, do đó cần có vật liệu đặc
biệt làm kín thiết bị.
Thẩm thấu ngược được ứng dụng rộng rãi
để tách muối khỏi
nước trong hệ thống cấp nước nhà máy nhiệt điện và các ngành công nghiệp
khác ( như công nghiệp bán dẫn, đèn hình, dược…). Những năm gần đây,
phương pháp này được sử dụng để làm sạch một số nước thải công nghiệp và
đô thị (trang 159, [13]).
II.9.
Siêu lọc:

_ Cả siêu lọc và thẩm thấu ngược đều phụ thuộc vào áp suất,
động lực của quá trình và đòi hỏi màng cho phép một số cấu tử thấm qua, giữ
lại một số cấu tử khác.
_ Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được
sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm
thấu nhỏ ( như vi khuẩn, tinh bột, protêin,
đất sét,…). Còn thẩm thấu ngược
thường được sử dụng để khử các vật liệu có khối lượng phân tử thấp và có áp
suất thẩm thấu cao.
_ Siêu lọc thường được sử dụng để khử đất sét, vi sinh vật, các
chất thực vật, tách nước cho bùn .
_ Cơ chế của quá trình siêu lọc hoàn toàn khác so với cơ chế của
quá trình thẩm thấu ngược. Chất tan bị giữ trên màng lọc vì kích thướ
c phân tử
của chúng lớn hơn đường kính lỗ xốp hoặc do ma sát phân tử với thành lỗ xốp
của màng. Quá trình này phức tạp hơn nhiều.
Khi sử dụng kết hợp thẩm thấu ngược và siêu lọc có thể làm đậm
đặc và phân tách các chất hòa tan hữu cơ và vô cơ trong nước thải. Ví dụ theo
sơ đồ dưới đây, thì sau quá trình siêu lọc ta nhận được phần đậm đặc chứa các
chất hữ
u cơ, còn trong quá trình thẩm thấu ngược sẽ nhận được phần đậm đặc
của các chất vô cơ và nước sạch.




Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
48

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào

Nước thải

Phần đậm đặc chứa
Nước chứa các các chất hữu cơ
chất vô cơ
Phần đậm đặc chứa

Các chất vô cơ
Siêu lọc
Thẩm thấu ngược
Nước không có muối
Sơ đồ kết hợp siêu lọc và thẩm thấu ngược ( trang 159-160, [13]).
II.10. Thẩ
m tách và điện thẩm tách ( TT và ĐTT ):
Phép thẩm tách là quá trình phân tách chất rắn bằng sử dụng
khuếch tán không bằng nhau qua màng.
Điện thẩm tách được thực hiện bằng cách đặt các màng có tính
chọn lọc với cation và anion luân phiên nhau dọc theo dòng điện. Khi đưa dòng
điện vào, các cation được gắn điện đi qua màng trao đổi cation về một hướng,
còn các anion sẽ đi qua màng trao đổi ion về một hướng khác.
Kết quả là muối giả
m trong khoang của một cặp màng và tăng
trong khoang bên cạnh. Nước khi đó có thể đi qua một số màng cho đến khi đạt
đến độ mặn cần thiết theo yêu cầu.
Phương pháp thẩm tách đã được dùng để thu hồi axit, muối kim
loại và các hydroxit.
Phương pháp điện thẩm tách đã được nghiên cứu như một
phương pháp khử nitơ trong nước thải nông nghiệp, nó cũng được ứng dụng
rộng rãi
để làm ngọt nước. Phương pháp này cũng đã được dùng để thu hồi

các axit, lignin từ nước thải của sản xuất giấy, crôm từ nước thải của mạ điện (
trang 161-162, [13]).
II.11.
Các phương pháp điện hóa :
Người ta sử dụng quá trình oxy hóa cực anot và khử của catot,
đông tụ điện,…để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hòa tan và phân tán lớn.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
49

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
_Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên điện cực khi cho dòng
điện một chiều đi qua nước thải.
_ Các phương pháp điện hóa cho phép lấy từ nước thải các sản
phẩm có giá trị bằng các sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, tự động hóa mà
không cần sử dụng các tác nhân hóa học. Các phương pháp này còn được
dùng để xử lý nước thải chứ
a nhiều xyanua trong công nghệ mạ điện.
_ Nhược điểm chính của các phương pháp này là tiêu hao năng
lượng điện nặng lớn.
Tuy nhiên, việc làm sạch nước thải bằng các phương pháp này
có thể tiến hành gián đoạn hoặc liên tục.
II.11.1.
Oxy hóa của anot và khử của catot:
_ Trong thùng điện phân, trên điện cực dương diễn ra quá trình
oxy hóa điện hóa ( các ion cho anot điện tử ), còn trên catot điện cực âm diễn ra
sự kết hợp các điện tử ( phản ứng khử ), ( trang 106, [11] ).
_ Các quá trình này được nghiên cứu để làm sạch nước thải khỏi
các tạp chất xyanua, sunfoxyanua, các amin, alcol, các alđêhit, hợp chất nitơ,
thuốc nhuộm azo, sunfit, mecaptan,…. Trong quá trình oxy hóa điện hóa, các
chất trong nước thải bị

phân rã hoàn toàn thành CO
2
, NH
3
và nước hay tạo
thành các chất không độc và đơn giản hơn để có thể tách bằng các phương
pháp khác.
_ Anot được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau ( Pt,
titan, thép không gỉ, than,….).
_ Catot được làm bằng Mo, hợp kim của Vonfram với sắt hay
niken, graphit, thép không gỉ,…
• Cơ chế oxy hóa của anot ( oxy hóa điện hóa ):
+ Oxy hóa anot của xyanua xảy ra theo phản ứng :
CNO
-
+ 2H
2
O → NH
4
+
+ CO
3
2-
hay quá trình oxy hóa có thể dẫn đến sự tạo thành nitơ:
2CNO
-
+ 4OH
-
- 6e → 2CO
2

+ N
2
+
2H
2
O.
+ Quá trình phá hủy xyanua xảy ra do sự oxy hóa điện hóa ở anot
và oxy hóa bằng clo được giải phóng ở anot từ sự phân tách NaCl được mô tả
như sau :
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
50

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Cl
-
- 2e → Cl
2
CN
-
+ Cl
2
+ 2OH
-
→ CNO
-
+ 2Cl
-
+
H
2

O
2CNO
-
+ 3Cl
2
+ 4OH
-
→ 2CO
2
+ N
2
+ 6Cl
-
+
2H
2
O
+ Các sunfoxyanua được phân hủy theo sơ đồ sau :
CNS
-
+ 10OH
-
- 8e → CNO
-
+ SO
4
2-
+
5H
2

O
_ Các ion sunfit ở pH=7 bị oxy hóa tới sunfit. Khi pH nhỏ hơn lưu
huỳnh có thể được tạo thành. Oxy hóa phenol khi có clorua trong nước ( khi
hàm lượng phenol không lớn ) xảy ra theo các phản ứng sau:
4 OH
-
- 4 e → 2 H
2
O + O
2
2 H
+
+ 2 e → H
2
2 Cl
-
- 2 e → Cl
2
Cl
2
+ H
2
O → HClO + HCl
HClO + OH
-
→ H
2
O + ClO
-
12 ClO

-
+ 6 H
2
O - 12e → 4 HCO
3
-
+ 8HCl +
3 O
2
C
6
H
5
OH + 14 O → 6 CO
2
+ 3 H
2
O
• Cơ chế khử điện hóa:
Người ta ứng dụng quá trình khử điện khóa để loại các ion kim
loại ra khỏi nước thải với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô
nhiễm thành các hợp chất ít độc hơn hoặc về dạng dễ tách khỏi nước như cặn,
khí. Qúa trình này có thể được sử dụng để làm sạch nước thải ra khỏi các ion
kim loại nặng như: Pb
2+
, Sn
2+
, Hg
2+
, Cu

2+
, As
2+
và Cr
2+
. Quá trình khử của
catot đối với các kim loại nặng xảy ra như sau:
Me
n+
+ ne → Me
Ở đây các kim loại bám trên catot và có thể thu hồi chúng.
_ Phản ứng khử hợp chất Crom:
Cr
2
O
7
2-
+ 14 H
+
+ 12e → 2 Cr + 7 H
2
O
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
51

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
_ Để xử lý nước thải chứa một số, kim loại nặng, người ta tiến
hành quá trình làm sạch nước thải khỏi các ion Pb
2+
, Cd

2+
, Hg
2+
, Cu
2+
bằng
quá trình khử trên catot được làm từ hỗn hợp cacbon và lưu huỳnh. Các ion này
lắng trên cực ở dạng sunfua hoặc bisunfua và có thể tách chúng bằng phương
pháp cơ học.
_ Quá trình khử NH
4
NO
3
trên điện cực than chì xảy ra như
sau:
NH
4
NO
3
+ 2 H
+
+ 2e → NH
4
NO
2
+
H
2
O
NH

4
NO
2
→ N
2
+ 2 H
2
O ( trang 162-165,
[13] ).
II.11.2.
Tuyển nổi điện:
Trong quá trình làm sạch nước thải bằng phương pháp này, việc
tách các hạt lơ lửng là nhờ các bọt khí tạo thành trong điện phân nước. Ở anot
là nhờ các bóng khí oxy, còn ở catot là hyđro. Khi sử dụng các điện cực tan (
sắt hoặc nhôm ) thì ở catot sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại. Kết quả là sẽ
có các cation ( sắt hoặc nhôm ) chuyển vào nước cùng với nhóm hyđroxyl tạo
thành hyđroxit là những chất keo tụ phổ biến trong thực t
ế xử lý nước thải. Do
đó, không gian các điện cực sẽ đồng thời diễn ra quá trình tạo bông keo tụ và
tạo bọt khí, tạo điều kiện để bọt khí bám vào bông cũng như quá trình keo tụ
chất bẩn, quá trình hấp phụ, dính kết,…, diễn ra mạnh, hiệu suất tuyển nổi cao
hơn ( trang 78-79, [10] ).
II.11.3.
Đông tụ điện:
Để làm sạch nước thải công nghiệp chứa các tạp chất phân tán
trong nước có độ bền cao, người ta tiến hành quá trình điện phân với việc sử
dụng điện cực bằng Al. Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra quá trình hòa tan
các điện cực, dẫn đến các cation nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hydrôxyl
tạo thành hydrôxit của các kim loại đó ở dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra
mãnh liệt.

Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị gọn và điều khiển đơn
giản không sử dụng tác nhân hóa học, ít nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện tiến
hành quá trình làm sạch, không có các chất độc; bùn cặn có tính chất hóa học
và cấu trúc tốt. Nhưng phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn kim loại và
chi phí điện năng cao.
Phương pháp đông tụ điện
được ứng dụng nhiều trong công
nghệ thực phẩm, hóa chất, giấy, bột giấy, lọc nước phù sa, phẩm màu phân tán.
III. Các phương pháp hóa học:
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
52

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa,
oxy hóa và khử. Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hóa học
nên là phương pháp đắt tiền. Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để
khử các chất hòa tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín. Đôi khi các
phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công
đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thả
i lần cuối để thải vào nguồn
nước ( trang169, [13] ).
III.1.
Phương pháp trung hòa:
Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa pH về
khoảng 6,5 ÷ 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ
xử lý tiếp theo.
Trung hòa nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác
nhau:
_Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm:
Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của xí nghiệp là axit

còn xí nghiệp g
ần đó có nước thải là kiềm: Cả hai loại nước thải này đều không
chứa các cấu tử gây ô nhiễm khác ( trang 169, [13]).
_ Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học:
Để trung hòa nước axit , có thể sử dụng các tác nhân hóa học như
NaOH, KOH, Na
2
CO
3
, nước amoniac NH
4
OH, CaCO
3,
MgCO
3
, đolomit (
CaCO
3
. MgCO
3
) và xi măng. Tác nhân rẻ nhất là sữa vôi 5 đến 10% Ca(OH)
2
,
tiếp
đó là sođa và NaOH ở dạng phế thải . Đôi khi người ta sử dụng các chất
thải khác nhau của sản xuất để trung hòa nước thải.
Để trung hòa nước thải kiềm người ta sử dụng các axit khác nhau
hoặc khí thải mang tính axit như CO
2
,SO

2
, NO
2
,…(trang 169, [13] ).
_ Trung hòa nước thải bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung
hòa:
Người ta thường dùng các vật liệu như manhêtit (MgCO
3
), đolomit ,
đá vôi, đá hoa,…và các chất thải rắn như xỉ, xỉ tro làm vật liệu lọc. Quá trình
trung hòa được tiến hành trong các thiết bị lọc - trung hòa đặt nằm ngang hoặc
đứng. Các thiết bị lọc này dùng để trung hòa nước axit có nồng độ không vượt
quá 1,5mg/l và không chứa muối của kim loại nặng.
_ Trung hòa bằng các khí axit :
Để trung hòa nước thải kiềm, trong những năm gần đây, người ta
đã dùng khí thải chứa CO
2
,SO
2
, NO
2
,… Việc sử dụng khí axit không những cho
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
53

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải
khỏi các cấu tử độc hại.
Việc sử dụng CO
2

để trung hòa nước thải kiềm có nhiều ưu điểm với
việc dùng H
2
SO
4
hay HCl và cho phép giảm rất đáng kể chi phí cho quá trình
trung hòa. Do độ hòa tan CO
2
kém nên mức nguy hiểm do oxy hóa quá mức
các dung dịch được trung hòa cũng giảm xuống, các ion CO
3
2-
được tạo thành
có ứng dụng nhiều hơn so với ion SO
4
2-
, Cl
-
, ngoài ra tác động ăn mòn và độc
hại của ion CO
3
2-
trong nước nhỏ hơn các ion

SO
4
2-
, Cl
-
(trang 174,[13]).

III.2. Phương pháp oxy hóa và khử:
Để làm sạch nước tự nhiên và nước thải người ta có thể dùng các
chất oxy hóa như Clo dạng khí và dạng lỏng, điclooxit, CaOCl
2
, Ca(ClO)
2
và Na,
KMnO
4
, K
2
Cr
2
O
7
, H
2
O
2
, O
2
, O
3
,MnO
2
…
Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải chuyển
thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một
lượng lớn các tác nhân

hóa học, do đó oxy hóa hóa học chỉ được dùng để loại
các tạp chất gây nhiểm bẩn trong nước mà không thể tách bằng phương pháp
khác như khử xyanua hay hợp chất hòa tan của As (trang 175,[13]).
III.2.1. Oxy hóa bằng Clo :
Clo và các chất chứa Clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất,
thường được dùng để tách hydrosunfua, hydrosunfit, các hợp chất chứa
metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi chất thải.
Ví dụ: Quá trình tách xyanua ra khỏi nước thải được tiến hành ở môi
trường kiềm (pH = 9 ). Xyanua có thể b
ị oxy hóa tới N
2
và CO
2
theo phương
trình sau:
CN
-
+ 2 OH
-
+ Cl
2
→ CNO
-
+ 2Cl
-
+ H
2
O
2CNO
-

+

4 OH
-


+

Cl
2
→ CO
2
+ 6Cl
-
+ N
2
+ H
2
O
( trang 176,[13])
III.2.2. Oxy hóa bằng hydro peoxit:
H
2
O
2
được dùng để oxy hóa các nitrit, xyanua, phenol, các chất
thải chứa lưu huỳnh và các chất nhuộm mạnh.
Trong môi trường axit, H
2
O

2
thể hiện rõ chức năng oxy hóa, còn
trong môi trường kiềm là chức năng khử. Trong môi trường axit, H
2
O
2
chuyển
Fe
2+
thành Fe
3+
, HNO
2
thành HNO
3
, SO
3
2-
thành SO
4
2-
, CN
-
bị oxy hóa trong
môi trường kiềm ( pH= 9÷12 ) thành CNO
-
.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
54

Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào
Ngoài tính oxy hóa, người ta còn dùng tính khử của H
2
O
2
để loại
Clo ra khỏi nước:
H
2
O
2
+ Cl
2
→ O
2
+ 2 HCl
H
2
O
2
+ NaClO → O
2
+ NaCl + H
2
O
III.2.3. Oxy hóa bằng oxy không khí:
_ O
2
trong không khí được dùng để tách Fe ra khỏi nước theo
phản ứng:

4 Fe
2+
+ O
2
+ 2 H
2
O → 4 Fe
3+
+ 4 OH
-



Fe
3+
+ 3 H
2
O → Fe(OH)
3
↓ + 3 H
+

_ O
2
trong không khí còn được dùng để oxy hóa sunfua trong
nước thải của các nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ và hóa dầu. Quá trình oxy
hóa hydrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra như sau:
S
-2
→ S → S

n
O
6
2-
→ S
2
O
3
2-
→ SO
3
2-
→ SO
4
2-
Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng và mức oxy hóa sunfua và
hydrosunfua tăng ( trang 177, [13] ).
III.2.4. Oxy hóa bằng MnO
2
:
MnO
2
được dùng để oxy hóa As
3+
đến As
5+
theo phản ứng sau:
H
3
AsO

3
+ MnO
2
+ H
2
SO
4
→ H
3
AsO
4
+
MnSO
4
+ H
2
O
Khi tăng nhiệt độ ( nhiệt độ tối ưu 70-80
0
) thì mức oxy hóa tăng.
Quá trình oxy hóa này thường được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp
vật liệu MnO
2
hoặc trong thiết bị có khuấy trộn với vật liệu đó ( trang 178, [13] ).
III.2.5. Ozon hóa:
Oxy hóa bằng ozon cho phép các tạp chất nhiễm bẩn, màu, mùi vị
lạ đối với nước, hay có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ,
H
2
S, các hợp chất của As, chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm,

hiđrocacbon thơm, thuốc sát trùng.
Trong xử lý nước bằng ozon, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và
xảy ra sự khử trùng đối với nước. Các vi khuẩn chết nhanh hơn so với xử lý
nước thải bằng Clo vài nghìn lần.
Ozon có thể oxy hóa tất cả các chất vô cơ và hữu cơ.
Đề tài nghiên cứu khoa học Trang
55