Các phương pháp trao đổi ion và ứng dụng trong xử lý nước

• Tác giả: Nguyệt Nga
• Cập nhật: 29-08-2023
• Tham vấn chuyên môn: Nguyễn Văn Thưởng

Một trong những cách xử lý nước thải được ứng dụng phổ biến là phương pháp trao đổi ion. Khái niệm này có thể bạn đã nghe nhiều lần nhưng có thực sự hiểu rõ về nó hay chưa? Qua bài viết sau, Toàn Á JSC sẽ cung cấp cho bạn những thông tin cần thiết để bạn hiểu rõ hơn về phương pháp này nhé.

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 quá trình xử lý nước thải, phương pháp này 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 citric và nước thải rửa. Tiếp theo chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về ứng dụng thu hồi của từng loại.

Thu hồi axit citric

Xử lý nước thải xi mạ cũng sử dụng biện pháp vì thành phần trong nước thải này có chứa nhiều axit crômic. Biện pháp này dùng để xử lý kim loại nặng.

Tại các bể xi mạ, nước thải axit crômic vào cột lọc trao đổi ion resin cation (RH mạnh) và khử các kim loại nặng như Fe, Cr3+, Al,... Nước thải sau khi đi qua cột resin cation có thể tuần hoàn ngược lại bể xi mạ hoặc bể dự trữ.

Vì hàm lượng Crôm đi qua bể xi mạ tương đối cao, khoảng 105 - 120kg CrO3/m3. Vì thế, để quá trình trao đổi được diễn ra hiệu quả, bạn nên pha loãng nước thải có chứa axit crômic.

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.