Phương pháp khử trong xử lý nước thải chứa Crom

Phương pháp khử trong xử lý nước thải chứa Crom thường được ứng dụng đối với nước thải từ các nhà máy hóa chất. Trong các nhà máy xí nghiệp công nghiệp có thể tạo ra nước thải chứa crom hóa trị 6. Nồng độ cho phép của crom hóa trị 6 trong nước sông là 0,1 mg/l, crom hóa trị của 3 là 0,5 mg/l. Có sự khác nhau là do crom hóa trị 3 ít độc hơn crom hóa trị 6. Cơ sở của phương pháp hóa học để xử lý nước thải chứa crom là phản ứng khử để biến Cr6+ thành Cr3+, tiếp đó tách Cr3+ ở dạng hidroxit kết tủa.

1. Các phản ứng khử Cr6+ thành Cr3+

Những chất khử có thể là: natri sunfua Na2S; natri sunfit Na2SO3; natri bisunfit NaHSO3; polysun kit, sắt sunfat FeSO4, khí sunfurơ SO2, khói chứa SO2,…

- Những phản ứng khử Cr6+ thành Cr3+ được biểu thị như sau:

• Với natri sunfit: Cr2O7- +3S2- + 14H+  -- >2Cr3+ + 3S0 + 7H2O
• Với natri bisunfit: Cr2O72- + 3HSO3 + 5H+ --- >2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O
• Với sắt sunfat: Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ --- > 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

- Trong khi dung dịch nước natri sunfit bị thủy phân rất mạnh và tạo thành crom hidroxit kết tủa, do đó không cần phải cho thêm vôi:

S2- + 2H2O -- > H2S + 2OH-

- Nếu dùng natri sunfat và sắt sunfat thì phải cho thêm vôi sữa (hoặc một loại kiềm nào đó) để Cr3+ có thể lắng được:

Cr3+ +3OH- --- >Cr(OH)3

Có thể thấy trong các phương trình, để khử Cr6+ thành Cr3+, các phản ứng luôn luôn diễn ra trong môi trường axit-, tức là có mặt H+. Vì vậy để phản ứng diễn ra một cách triệt để người ta phải axit hóa nước thải cho tới pH = 2 – 4. Muốn vậy cần hợp nhất nước thải chứa axit với nước thải chứa crom trong cùng một mạng lưới thoát nước hoặc phải cho thêm axit vào.

Lượng hóa chất cần thiết theo lý thuyết có thể xác định theo công thức sau:

• Nếu dùng natri sunfua: 3(23.2 + 32)/52.2 =2,24
• Nếu dùng natri bisunfit: 3(23 + 1 +32 +16.3)/52,2 = 3,0
• Nếu dùng sắt sunfat: 6(56 +32 + 16.4 +14 +16.7)/52,2 = 16

- Trong đó:

• 52 – Nguyên tử lượng của crom;
• 23 – Nguyên tử lượng của natri;
• 32 – Nguyên tử lượng của lưu huỳnh;
• 1 – Nguyên tử lượng của hydro;
• 16 – Nguyên tử lượng của oxy;
• 56 – Nguyên tử lượng của sắt.

Như vậy để khử 1g Cr6+ thành  Cr3+ đòi hỏi 2,24g natri sunfit không ngậm nước (100%), 3g natri bisunfit không ngậm nước và 16 g sắt sunfat ngậm nước FeSO4.7H2O.

Để đạt hiệu quả khử Cr6+ thành Cr3+ trong thực tế phải tiêu hao 1,25 lần so với lý thuyết nếu dùng natri sunfit và sắt sunfat và 1,75 lần nếu dùng natri bisunfit.

Lượng axit cần thiết cho vào khi tiến hành axit hóa tùy thuộc vào loại axit và pH của nước thải để đảm bảo pH – 2 – 4.

Lượng kiềm cần thiết cho vào sẽ phải tiêu hao cho việc trung hòa axit tự do tức là tăng từ pH = 2 -4 cho tới pH = 7, rồi sau đó lại tăng pH = 9, ngoài ra phải tiêu hao cho quá trình liên kết Cr3+ thành hydroxit.

Khi dùng vôi, thì ngoài Cr(OH)3, cặn còn chứa thạch cao CaSO4, Ca(OH)2, CaO, CaCO3,… Sau khi làm khô sẽ chứa cặn vào hố chứa. Nếu muốn dùng cặn crom hydroxit để làm chất màu xanh thì nên dùng kiềm hoặc natri hoặc kali. Tuy nhiên những loại kiềm này không có khả năng keo tụ như vôi sữa và do đó việc lắng cặn kết tủa Cr(OH)3 sẽ khó khăn.

Dung tích và tính chất các loại cặn lắng tùy thuộc vào thành phần, tính chất nước thải, nồng độ crom, pH, liều lượng cũng như loại kiềm sử dụng.

2. Tóm tắt công nghệ xử lý nước thải chứa Crom

Đầu tiên, nước thải được điều hòa lưu lượng và nồng độ, sau đó nếu kiểm tra thấy pH>4 thì phải tiến hành axit hóa sao cho pH = 2 – 4 trước khi thực hiện phản ứng khử đồng thời cũng phải xác định nồng độ Cr6+ để tính lượng chất khử cần thiết.

Chất khử thường được chuẩn bị dưới dạng dung dịch 10% và cho vào bể phản ứng nhờ thiết bị định lượng. Lượng dung dịch cho vào phải đủ để khử hoàn toàn Cr6+ thành Cr3+. Thời gian khuấy trộn ở bể phản ứng thường dưới 30 phút. Sau đó nếu phản ứng khử đã kết thúc thì tiếp tục cho vôi sữa vào. Vôi sữa được chuẩn bị với nồng độ 2,5% theo hoạt tính CaO và cho vào với lượng sao cho pH=9. Tiếp tục khuấy trộn 3 – 5 phút và cuối cùng cho nước thải sang bể lắng. Thời gian lắng thường không quá 2h.

- Trong các phân xưởng mạ, nước thải thường được phân ra ba nhóm: nước thải chứa 5 – 10mg/l xianua, nước chứa 17 – 105 (đôi khi lớn hơn 105) mg/l crom (theo Cr6+) và nước thải chứa axit và kiềm.

Phương pháp khử trong xử lý nước thải được xem là bước cuối cùng trong hệ thống xử lý trước khi thải ra môi trường nhằm đảm bảo an toàn cho nguồn tiếp nhận. Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay vô cùng đa dạng về công nghệ, quy trình, để tham khảo thêm các phương pháp khác, Quý bạn đọc có thể truy cập vào mục XỬ LÝ NƯỚC THẢI của công ty Môi trường Hợp Nhất, xin cảm ơn.

Bài viết liên quan: Các Phương pháp Oxy hóa trong xử lý nước thải