Trong vận hành trạm xử lý nước, việc kiểm soát độ cứng (Ca2+, Mg2+) gây cáu cặn hay xử lý triệt để kim loại nặng độc hại (Cr, Pb, Cu) luôn là một bài toán phức tạp. Thay vì sử dụng hóa chất tiêu hao lớn, các hệ thống cột lọc sử dụng hạt nhựa làm mềm nước đang giúp doanh nghiệp giải quyết triệt để vấn đề này, đồng thời thu hồi hóa chất xi mạ và cấp nước chuẩn cho nồi hơi. Quy trình ưu việt đó chính là phương pháp trao đổi ion. Vậy bản chất công nghệ này hoạt động ra sao?
Phương pháp trao đổi ion là gì?
Phương pháp trao đổi ion là quá trình tách các ion không mong muốn ra khỏi dung dịch có sẵn và thay thế bằng những ion khác. Nó được vận hành nhằm mục đích khử các muối, nitrat, khử màu, làm mềm nước và khử các kim loại nặng. Biện pháp này vô cùng quan trọng để giúp quá trình xử lý nước thải tiếp theo được diễn ra hiệu quả hơn.
Quá trình trao đổi ion có thể được hiểu là tách riêng các ion không mong muốn ra khỏi nước và thay thế bằng ion khác. Trong một thiết bị chuyên dụng có chứa cột trao đổi ion và quá trình này sẽ được diễn ra ở đó. Đây là quá trình tương tác hóa học đối với ion pha lỏng và ion pha rắn (hạt nhựa trao đổi ion).
Các phản ứng hóa học đổi chỗ (hay còn gọi là phản ứng thế) thực hiện cơ chế các ion pha rắn sẽ hấp thu các ion pha lỏng, qua đó các ion pha lỏng sẽ thay thế các ion có trên khung mang của ion pha rắn (chính là hạt nhựa trao đổi). Các chất tham gia vào trao đổi ion thường là chất vô cơ, hữu cơ.
Khi thực hiện, các kim loại như Pb, Zn, Cu, Hg, hợp chất As, P, CN các chất lỏng phóng xạ,… sẽ được tách ra khỏi nước thải để nước đầu ra được đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường.
Ưu nhược điểm của phương pháp trao đổi ion
Trong hệ thống xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được ứng dụng khá phổ biến.
Ưu điểm
- Thân thiện với môi trường.
- Không sử dụng bất kì hóa chất nào để xử lý nước thải.
- Mang lại chất lượng nước đầu ra hợp tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường.
Nhược điểm
- Về vấn đề chi phí đầu tư và vận hành tương đối cao. Vì thế các công trình lớn ít khi sử dụng phương pháp này.
- Nó có thể làm tăng nồng độ muối trong nước.
Ứng dụng của các phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion với cơ chế hoạt động linh hoạt thường được ứng dụng để xử lý nước lẫn ion kim loại, làm mềm nước, ngoài ra còn dùng để thu hồi axit cromic và nước thải rửa. Tiếp theo chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về ứng dụng thu hồi của từng loại.
Thu hồi axit cromic trong nước thải xi mạ
Xử lý nước thải xi mạ và tái sử dụng là một ứng dụng điển hình của phương pháp trao đổi ion, đặc biệt trong việc thu hồi axit cromic và loại bỏ các tạp chất kim loại nặng.
Tại các bể xi mạ, nước thải chứa axit cromic sẽ được dẫn qua cột lọc chứa hạt nhựa Cation axit mạnh (tồn tại ở dạng H+). Tại đây, hạt nhựa sẽ hấp thụ và khử các cation kim loại nặng tích tụ sinh ra trong quá trình mạ như Fe3+, Cr3, Al3+,… Phần nước sau khi đi qua cột lọc là axit cromic đã được tinh sạch, có thể tuần hoàn trực tiếp về bể xi mạ hoặc lưu tại bể dự trữ để tái sử dụng.
Tuy nhiên, cần đặc biệt lưu ý: hàm lượng Crom (CrO3) đi qua bể xi mạ thường rất đậm đặc, dao động ở mức 105 – 120 kg/m³. Với nồng độ và tính oxy hóa mạnh như vậy, hóa chất có thể làm phá vỡ cấu trúc của hạt nhựa trao đổi. Do đó, để hệ thống vận hành an toàn và đạt hiệu suất cao, dung dịch axit cromic bắt buộc phải được pha loãng trước khi đưa vào cột lọc.
Với nước thải rửa
Khi thực hiện phương pháp này, nước thải rửa sẽ cho qua cột resin cation axit mạnh để tiến hành khử các kim loại nặng có trong nước. Sau đó, nguồn nước đầu ra sẽ tiếp tục đi qua cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi hoàn toàn nước khử khoáng và crômat.
Tiếp theo là sử dụng dung dịch hoàn nguyên Na2CrO4 cùng với NaOH để đi qua cột trao đổi cation và thu hồi H2CrO4 về bể xi mạ. Cuối cùng từ dùng dịch hoàn nguyên sẽ thu hồi được axit crômic với hàm lượng trung bình từ 4 đến 6%. Lượng dung dịch sau khi được xử lý sẽ được trung hòa bằng các chất kiềm hóa. Những kim loại nặng trong dung dịch sẽ được kết tủa và lắng xuống bể lắng trước khi xả ra ngoài.
Đặc biệt, các tạp chất ở trạng thái ion trong nước có thể được khử triệt để. Nước sau khi được xử lý cho ra chất lượng rất tốt. Vì thế, phương pháp này cũng thường được ứng dụng để xử lý và cấp nước cho các nồi hơi.
Các phương pháp trao đổi ion
Các phương pháp trao đổi ion được áp dụng phổ biến hiện nay:
Sử dụng cột lọc trao đổi ion
Cột lọc trao đổi ion là loại cột có chức năng tách các hợp chất dạng ion ra khỏi dung dịch. Nó được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy khử muối, quy trình công nghiệp và nước uống. Nó đã được phát triển theo thời gian để cải thiện hiệu quả hoạt động của nó bằng cách làm cho nó nhỏ gọn hơn và ít tốn kém hơn khi vận hành.
Cột trao đổi ion sử được dụng để tách các ion ra khỏi dung dịch chứa chúng. Quy trình sử dụng loại cột này khá đơn giản: một hợp chất ion đi vào phần trên cùng của cột nơi nó phản ứng với bất kỳ cation nào có trong dung dịch.
Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động
Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục.
Trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh
Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn.
Trong đó, phương pháp trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến nhất.
Cần có một loại vật chất để làm chất trao đổi ion và xử lý khi vật chất này gặp nước. Bản thân của nó dùng ion của mình để trao đổi với các ion khác cùng dấu trong nước. Nếu như chất trao đổi ở dạng NaR, gặp nước chứa Ca2+ sẽ có phản ứng trao đổi như sau:
2NaR + Ca => CaR2 + 2Na => Ca2+ và Na+
Cuối cùng, Ca2+ đã bị hấp thụ trên chất trao đổi ion. Chất này sẽ thành dạng Ca2+, Na+ có trên chất trao đổi vào trong nước. Ca2+ đã bị khử đi.
Nói chung, các phương pháp trao đổi ion là rất quan trọng trong quá trình xử lý nước thải. Nó giúp loại bỏ, xử lý các kim loại lẫn trong nước, giúp đem lại nguồn nước sạch hơn. Liên hệ ngay với Toàn Á JSC qua hotline: 0913.543.469 để được hỗ trợ.
