Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học
Tổng quan
Từ những năm 1500 TCN, Ấn Độ đã áp dụng các phương pháp cơ học đơn giản để xử lý nước thải Tuy nhiên, đến cuối thế kỷ 19, phương pháp hóa học mới được phát triển để làm sạch nước thải hiệu quả hơn thông qua các phản ứng hóa học Đây là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong các hệ thống xử lý nước thải hiện nay, với mục đích khử các chất hòa tan Phương pháp này được sử dụng trong các hệ thống khép kín, cũng như trong quá trình xử lý sơ bộ trước hoặc sau xử lý sinh học, nhằm đảm bảo nước thải được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường.
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học là việc áp dụng các kỹ thuật hóa học để loại bỏ các chất hòa tan trong nước Phương pháp này thường được sử dụng trong các hệ thống cấp nước khép kín và có thể được thực hiện trước hoặc sau xử lý sinh học Đây cũng là một phương pháp quan trọng để xử lý nước thải cuối cùng trước khi thải ra nguồn nước.
Các phương pháp hóa học: Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có
2 phương pháp chính: trung hòa, oxy hóa và khử.
Phương pháp này nhằm điều chỉnh pH của nước thải chứa axit vô cơ hoặc kiềm về mức 6.5 đến 8.5, trước khi xả thải vào nguồn nước hoặc chuyển giao cho quy trình xử lý tiếp theo.
Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng.
Phương pháp trung hòa là một kỹ thuật hiệu quả trong xử lý nước thải, thường được áp dụng cho nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải từ quá trình xi mạ.
II.1 Trung hòa bằng trộn lẫn chất thải
Định nghĩa: Trộn nước axit và nước kiềm trong thùng chứa có cánh khuấy hoặc khuấy trộn bằng không khí với vận tốc ở đường ống cấp vào bằng 20 đến 40 m/s.
Áp dụng khi nước thải của xí nghiệp là axit còn xí nghiệp gần đó có nước thải kiềm
Cả 2 loại nước thải đều không chứa các cấu tử gây ô nhiễm khác.
Trong ngành công nghiệp xi mạ, quy trình sản xuất bao gồm hai công đoạn chính Đầu tiên, bề mặt nguyên liệu cần được làm sạch, điều này dẫn đến việc tạo ra nước thải có tính kiềm mạnh.
– Tẩy gỉ kim loại => tạo nước thải có tính axit mạnh
Trong trường hợp này người ta trộn nước axit và nước kiềm trong thùng chứa có cánh khuấy với vận tốc đường ống cấp vào bằng 20 đến 40 m/s.
Hình 1: Bể Trung hòa nước thải
II.2 Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học
Trung hòa nước axit là quá trình sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2CO3, nước amoniac (NH4OH), CaCO3, MgCO3, đôlômit và xi măng Trong số các tác nhân này, sữa vôi với nồng độ 5 đến 10% Ca(OH)2 là lựa chọn rẻ nhất, tiếp theo là sôđa và NaOH dưới dạng phế thải Cần lưu ý rằng trong nước thải axit và kiềm thường chứa các ion kim loại, do đó cần xem xét khả năng hình thành cặn muối của các kim loại nặng.
Hình 2: Các tác nhân axit thường sử dụng
Áp dụng với các loại nước thải axit, có kim loại nặng:
- Nước chứa axit yếu (CH 3 COOH, H 2 CO 3 , HF, H 3 PO 4);
- Nước chứa axit mạnh (HCl, HNO ), muối canxi hòa tan tốt trong nước;
- Nước thải chứa axit mạnh (H2SO4, H2SO3), muối canxi ít hòa tan trong nước.
Trung hòa nước thải bằng axit sunfuric bằng sữa vôi tạo ra bã cặn là thạch cao
Thạch cao (CaSO4.2H2O) có độ hòa tan ít thay đổi theo nhiệt độ, dẫn đến hiện tượng lắng đọng thạch cao khi khuấy trộn trong dung dịch, gây tắc nghẽn ống dẫn Để khắc phục tình trạng này, cần rửa ống dẫn bằng nước sạch, thêm chất làm mềm như hexametaphotphat, hoặc tăng tốc độ dòng nước trung hòa nhằm giảm thiểu sự đóng cặn của thạch cao.
Bảng 1: Lượng tác nhân cần thiết để trung hòa nước thải chứa axit (kg/kg)
Bảng 2: Lượng tác nhân cần thiết để trung hòa nước thải chứa kiềm (kg/kg)
Bảng 3: Lượng tác nhân cần thiết để trung hòa nước thải chứa kim loại nặng (kg/kg)
Tính toán lượng tác nhân để trung hòa lượng nước thải Q (m3/h):
Tính toán lượng tác nhân để trung hòa nước axit có kim loại nặng:
B− lượng chất hoạt hóa trong thương phẩm (%) a – lượng tác nhân tiêu tốn riêng (kg/kg)
C- nồng độ axit hoặc kiềm (kg/m 3 )
C 1 , C 2 , …,C n – nồng độ kim loại nặng (kg/m 3 ) b 1 , b 2 , …,b n – lượng tác nhân tiêu tốn riêng tương ứng để tách các kim loại hóa học
Phương pháp này sử dụng phản ứng hóa học giữa chất thêm vào nước thải và các kim loại cần tách Khi đạt được độ pH thích hợp, sẽ hình thành hợp chất kết tủa, sau đó được tách ra khỏi nước thông qua quá trình lắng.
Các yêu cầu công nghệ:
Nước thải và các tác nhân hóa học cần được tiếp xúc ít nhất 5 phút, trong khi đối với nước thải axit chứa kim loại nặng, thời gian tiếp xúc cần kéo dài hơn 30 phút Thời gian lưu giữ nước thải trong bể lắng khoảng 2 giờ để đảm bảo quá trình xử lý hiệu quả.
- Vôi sử dụng dạng sữa vôi hoặc dạng bột Nghiền nhỏ vôi tới thành phần: 60 đến 70% các hạt 5 ÷ 10 μm và 30 ÷ 40% các hạt 10 đến 100 μm.
Sơ đồ trạm trung hòa nước thải bằng bổ sung tác nhân:
Hình 3: Sơ đồ trạm trung hòa nước thải bằng bổ sung tác nhân
4 Bể dung dịch tác nhân;
5 Bộ phận định lượng;
10 Thiết bị lọc chân không;
11 Kho chứa cặn bã đã tách nước;
Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp trung hòa nước thải:
Các điều kiện cơ bản:
- Lưu lượng nước thải cần xử lý;
- Loại nước thải cần xử lý (chứa kiềm hoặc axit);
- Chất lượng nước thải;
- Hóa chất trung hòa dễ tìm, khả năng xử lý cao, rẻ tiền;
- Tiết kiệm chi phí tối ưu.
Chỉ tiêu khi lựa chọn chất trung hòa:
- An toàn và dễ thực hiện trong quá trình định lượng, lưu trữ
- Lượng cặn tạo ra, phương pháp xử lý cặn;
- Phản ứng phụ, quá trình tạo cặn, ăn mòn và phát nhiệt;
- Xác định mức độ nguy hại khi sử dụng quá liều hoặc thiếu liều.
Tổng kết về phương pháp trung hòa:
Phương pháp trung hòa là một kỹ thuật hiệu quả để điều chỉnh độ pH, loại bỏ kim loại nặng và xử lý cặn trong nước Phương pháp này nổi bật với những ưu điểm như tính đơn giản và dễ sử dụng, giúp người dùng dễ dàng áp dụng trong thực tiễn.
Rẻ tiền, nguyên vật liệu dễ kiếm;
Xử lý được cùng lúc nhiều kim loại, hiệu quả xử lý cao;
Xử lý được nước thải đối với các nhà máy có quy mô lớn.
Nhược điểm Với nồng độ kim loại cao thì phương pháp này xử lý không triệt để;
Tạo ra bùn thải cặn, kim loại;
Tốn chi phí vận chuyển, chôn lấp khi đưa bùn thải đi xử lý;
Khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa là OH- thì khó điều chỉnh pH đối với nước thải chứa kim loại lưỡng tính Zn.
II.3 Trung hoà nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hoà.
Nước thải chứa axit chủ yếu phát sinh từ hoạt động sản xuất công nghiệp tại các nhà máy và xí nghiệp, nơi quá trình sản xuất tạo ra sản phẩm và thành phẩm.
- Các ngành sản xuất công nghiệp nhẹ
- Nước thải từ quá trình sản xuất thép, cán thép
- Nước thải có axit được sinh ra từ các ngành dược phẩm
- Nguồn gốc từ các doanh nghiệp, công ty chế biến thuốc bảo vệ thực vật
- Các đơn vị sản xuất phân bón
- Các đơn vị trực tiếp sản xuất hóa chất
- Nước thải có tính axit có nguồn gốc từ các đơn vị khai thác khoáng sản
- Nguồn gốc từ các doanh nghiệp sử dụng phốt pho, sản xuất đạn dược, pháo hoa
- Nguồn gốc từ khai thác mỏ và lọc hóa dầu cũng chứa nhiều loại axit nguy hiểm
Người ta dùng các thiết bị lọc để trung hòa nước thải chứa axit có nồng độ axit không vượt quá 1.5mg/l và không chứa muối kim loại nặng.
Những axit thường gặp trong nước thải: HNO3, HCl, H2SO4,…
Trong quá trình lọc, các vật liệu như manhetit (MgCO3), đôlômit, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chát thải rắn như xỉ và xỉ tro thường được sử dụng làm lớp vật liệu lọc Những vật liệu này có kích thước cục từ 30-80mm và có thể được tiến hành trong thiết bị lọc-trung hòa đặt nằm ngang hoặc đứng.
Hình 4: Bể trung hòa nước thải có tính axit
Phương pháp này dựa trên các phản ứng hóa học nhằm trung hòa các chất axit trong nước thải, do đó có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị và quá trình xử lý.
- Diện tích lọc của thiết bị lọc.
- Thời gian làm việc của thiết bị lọc.
- Chiều dài của thiết bị lọc.
- Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và vật liệu lọc.
- Góc nghiêng của thiết bị lọc.
- Trở lực trong thiết bị lọc.
Chiều cao lớp vật liệu lọc để trung hòa nước thải chứa HNO3 và HCl thường được lựa chọn từ 1-1.5m, trong khi đối với nước thải chứa H2SO4, chiều cao này là từ 1-2m Nước thải có thể được dẫn đi từ trên xuống hoặc từ dưới đi lên.
Khi lọc nước thải chứa HCl và HNO3 qua lớp đá vôi, tốc độ lọc thường được chọn trong khoảng 0.5-1m/h Đối với nước thải có chứa tới 0.5% H2SO4, tốc độ lọc được khuyến nghị là từ 0.6-0.9m/h, trong khi với nồng độ 2% H2SO4, tốc độ lọc nên được điều chỉnh xuống còn 0.35m/h.
Chiều cao lớp vật liệu lọc nên từ 0,85 đến 1,2m, với vận tốc tối đa không vượt quá 5m/s và thời gian tiếp xúc tối thiểu là 10 phút Đối với thiết bị lọc ngang, vận tốc nước thải qua thiết bị được khuyến nghị từ 1 đến 3m/s.
II.4 Trung hòa bằng các khí axit
