Phương pháp trao đổi ion trong xử lý nước thải

Xử lý nước thải là một bài toán khó của các công ty, doanh nghiệp, nhà máy, xí nghiệp sản xuất vì sự thay đổi và biến đổi liên tục của thực trạng ô nhiễm môi trường. Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nước thải với nhiều ưu/nhược điểm riêng biệt và cách xử lý hiệu quả cao.

Bên cạnh đó, phương pháp trao đổi ion trong xử lý nước thải ngày càng trở nên thông dụng vì những ứng dụng vượt trội của nó đối với nguồn nước thải đa dạng khác nhau.

Vai trò của hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ trao đổi ion

Trao đổi ion có ưu điểm vượt trội như làm sạch nước, tách hoàn toàn các kim loại nặng ra khỏi nước như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn,… cùng các hợp chất của asen, xyanua, photpho, chất phóng xạ.

Bản chất của công nghệ trao đổi trong ion xử lý nước thải: 

Xử lý nước thải bằng phương pháp trao đổi ion thực chất là quá trình các ion trong hợp chất rắn trao đổi trực tiếp với ion cùng diện tích trong dung dịch tiếp xúc với nhau, các chất sau khi hình thành được gọi là ionit và không tan trong nước. Khi đó, các chất trao đổi ion có khả năng trao đổi các ion dương từ dung dịch điện ly (cation) nên chúng mang tính acid.

Đồng thời, các chất có thể trao đổi với ion âm (anionit) nên chúng mang tính kiềm. Và khi ionit trao đổi trực tiếp với cation và anionit thì chúng được gọi là ionit lưỡng tính. Các chất tham gia trao đổi ion thường là chất hữu cơ, chất vô cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo.

Trao đổi ion trong xử lý nước thải
Trao đổi ion trong xử lý nước thải

Quá trình trao đổi ion trong xử lý nước thải diễn ra như thế nào?

Tại thời điểm này xảy ra các phản ứng hóa học gồm phản ứng thế giữa ion pha lỏng và ion pha rắn với các hạt nhựa trao đổi ion. Các cation và Anion chỉ được hình thành trong điều kiện một ion hòa tan trong nước. Nhờ vậy mà các ion có thể chọn lọc và thay thế dựa trên đặc điểm điện năng của chúng. Và quá trình thay thế ion chỉ xảy ra khi cho dung dịch tiếp xúc trực tiếp với hạt nhựa trao đổi ion.

Vậy các hạt nhựa trao đổi ion là gì? Chúng được chia thành 2 phần gồm chất trao đổi ion và nhóm ion hoạt tính. Các hạt nhựa có hình dạng viên nhỏ, xốp, có cấu tạo từ các cao phân tử, polyme hữu cơ (polystyrene), hình thành lưới hydrocacbon có thể liên kết tĩnh điện với số lượng lớn các nhóm ionizable.

Vì những điểm tích cực trên mà hệ thống trao đổi ion được sử dụng phổ biến nhất.

Đặc điểm của các hạt nhựa trao đổi ion:

Các hạt nhựa trao đổi ion dương gồm R-Na, RH, R-NH4,…. R- là các anion có gốc cationit không hòa tan trong nước. Các cation hòa tan thường là Ca2+, Mg2+ có khả năng trao đổi dễ dàng với cation dễ hòa tan của cationit (Na+, H+, NH4+). Khi đó, cation được cationit được giữ lại trong nước và catin dễ hòa tan được giải phóng vào nguồn nước.

Công nghệ trao đổi ion xử lý các nguồn nước thải nào?

Dùng để thu hồi axit crômic

Đây là cách xử lý nước thải tại bể xi mạ có chứa nhiều axit crômic. Đây là giai đoạn xử lý qua cột trao đổi resin cation khử kim loại nặng. Dung dịch xử lý có thể tuần hoàn ngược lại bể xi mạ để tiếp tục xử lý mẻ tiếp theo.

Ngoài ra, vì bể xi mạ có hàm lượng crôm cao vì thế để quá trình trao đổi ion hiệu quả nên pha loãng nước thải chứa acid crômic.

Dùng để xử lý nước thải rửa

Hệ thống trao đổi ion có cột resin nên cho cation axit mạnh để tiến hành khử kim loại nặng. Dòng nước đầu ra phải tiếp xúc với cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi hoàn toàn lượng cromat và thu hồi nước khử khoáng.

Sau đó sử dụng dung dịch hoàn nguyên Na2CrO4 và NaOH đi qua cột trao đổi cation để thu hồi hoàn toàn H2CrO4 vào bể xi mạ. Nhờ vậy có thể thu hồi axit crômic với hàm lượng từ 4 – 6%. Lượng dung dịch sau xử lý được trung hòa bằng các chất kiềm, kim loại nặng được kết tủa và lắng xuống bể lắng.

Dùng để xử lý nước cấp

Không chỉ ứng dụng xử lý nước thải, người ta còn ứng dụng phương pháp trao đổi ion trong việc xử lý nước thải sinh hoạt. Nhờ vậy mà nguồn nước được khử muối, làm mềm nước, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại và ion kim loại.

Các phương pháp trao đổi ion:

  • Trao đổi ion bằng lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục
  • Trao đổi ion bằng lớp nhựa đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn

Ứng dụng của công nghệ trao đổi ion trong xử lý nước thải

Công nghệ trao đổi ion được dùng để xử lý nước thải trong một số ngành:

Ưu điểm của công nghệ trao đổi ion

  • Xử lý hiệu quả chất lơ lửng cùng nhiều chất độc hại trong nước
  • Chi phí sử dụng thấp
  • Ít tiêu hao năng lượng
  • Cách xử lý an toàn và thân thiện với môi trường
  • Thích hợp để xử lý nguồn nước có tải trọng ô nhiễm không ổn định

Công ty môi trường Hợp Nhất luôn sãn sàng phục vụ như cầu xử lý nước thải của quý doanh nghiệp, liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn chi tiết nhất!