Crom là nguyên tố hóa học được sử dụng trong sản xuất nhiều loại hàng hóa và vật liệu như hợp kim, thuộc da, sơn, bột màu, chất bảo quản gỗ.. Mặc dù được sử dụng nhiều trong các ứng dụng công nghiệp nhưng sự có mặt crom trong nước dưới dạng các ion crom 3 và crom 6 ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người trong đó crom 6 được đánh giá là chất gây ung thư. Bài viết này giúp bạn tìm hiểu các phương pháp loại bỏ crom khỏi nước, đánh giá lợi ích và hạn chế của từng phương pháp khi liên quan đến các ngành và quy trình khác nhau.

Phương pháp loại bỏ crom trong nước bằng kết tủa hóa học

Kết tủa hóa học là phương pháp tách trong đó chất kết tủa hóa học được thêm vào nước để đẩy các ion gây ô nhiễm ra khỏi nước trong đó có ion crom sau đó có thể loại bỏ chúng bằng một số phương pháp tách vật lý. Các chất kết tủa dùng để tách crom bao gồm canxi hydroxit, natri hydroxit (xút), magie oxit hoặc canxi/magie cacbonat. Kết tủa hóa học là phương án xử lý tiết kiệm, đơn giản và phổ biến để loại bỏ crom.

Phương pháp kết tủa hóa học rất hiệu quả loại bỏ crom hóa trị 3 (crom 3) nhưng sẽ phức tạp hơn một chút để loại bỏ crom hóa trị 6 (crom 6) vì cần phải có bước khử bổ sung như phải thêm một số loại chất khử như natri bisulfate, natri metabisulfate, sắt sunfat hoặc khí sunfur dioxit SO₂ để khử nó thành crom 3.

Khi áp dụng phương pháp kết tủa hóa học loại bỏ crom trong nước cần xem xét một số yếu tố như: Độ PH, loại và số lượng chất kết tủa. PH đóng vai trò đặc biệt quan trọng khi cần giảm crom 6 là do phản ứng khử crom rất nhạy cảm với PH và sẽ diễn ra nhanh hơn trong môi trường axit.

Phương pháp loại bỏ crom bằng trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình hóa lý nhằm loại bỏ có chọn lọc các chất gây ô nhiễm khỏi dung dịch bằng cách trao đổi hiệu quả các ion có điện tích tương tự. Loại bỏ crom bằng trao đổi ion là sự lựa chọn tuyệt vời cho các cơ sở muốn thu hồi và tái sử dụng crom từ chất thải. Nhựa cation axit mạnh, nhựa cation axit yếu hoặc nhựa chelat có thể loại bỏ crom hóa trị 3. Crom hóa trị 6 có thể loại bỏ bằng nhựa anion bazo mạnh.

Phương pháp loại bỏ crom bằng keo tụ tạo bông

Keo tụ tạo bông là công nghệ xử lý nước được sử dụng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Quá trình này bao gồm việc thêm các chất keo tụ vào nước như PAC, PAM nhằm kết dính các hạt nhỏ thành các hạt lớn lắng xuống và có thể loại bỏ nhờ quá trình lọc sau đó. Phương pháp keo tụ tạo bông có thể loại bỏ các vật liệu hữu cơ, màu sắc, mùi, các hạt lơ lửng và kim loại nặng bao gổm cả crom. Thông thường quá trình keo tụ tạo bông được sử dụng để giảm lượng crom và các kim loại nặng khác, có thể ức chế hiệu suất xử lý sinh học như phương pháp thường được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị.

Các yếu tố cần xem xét khi thiết kế hệ thống xử lý nước sử dụng keo tụ tạo bông là loại hóa chất keo tụ, kích thước và công suất, kích thước và nồng độ hạt cũng như thời gian tiếp xúc.

Loại bỏ crom bằng phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là công nghệ khai thác lực hút phân tử để thu giữ các chất gây ô nhiễm từ nước. Hấp phụ bao gồm truyền nước qua một số loại môi trường hấp phụ xốp, các chất gây ô nhiễm bị thu hút bởi vật liệu hấp phụ nên nó liên kết với bề mặt của vật liệu trong khi dòng nước chảy qua. Hấp phụ có hiệu quả trong việc tách và loại bỏ crom và các kim loại nặng khác khi nồng độ chất ô nhiễm kim loại nặng ở mức tương đối thấp. Vật liệu dùng để hấp phụ có nhiều loại như than hoạt tính, đất sét, zeolite, rêu than bùn thậm chí cả chất thải nông nghiệp như vỏ quả óc chó, hoặc vỏ trấu.

Ưu điểm của việc loại bỏ crom bằng phương pháp hấp phụ là chi phí vận hành thấp, kỹ thuật đơn giản. Tuy nhiên khả năng hấp phụ và tái sinh hạn chế nên chỉ phù hợp đối với nước có nồng độ crom tương đối thấp.

Loại bỏ crom bằng phương pháp khử điện hóa

Khử điện hóa là phương pháp xử lý phổ biến để loại bỏ crom 6 trong nước. Quá trình này đưa dòng điện vào các điện cực kim loại khiến chúng hòa tan và giải phóng các ion và dung dịch. Các ion sau đó bị oxy hóa và quá trình khử crom 6 thành crom 3. Sự khử điện hóa có thể theo sau một phản ứng kết tủa riêng biệt hoặc sự kết tủa có thể xảy ra đồng thời tùy thuộc vào thiết kế hệ thống. Quá trình này được kết hợp với bước lọc sau đó.

Khử điện hóa có nhiều ưu điểm như phản ứng diễn ra ở độ PH trung tính, sử dụng tối thiểu hóa chất. Tuy nhiên hiệu suất loại bỏ crom có thể bị ảnh hưởng nếu thiết kế lò phản ứng kém, thời gian phản ứng không đủ và tốc độ trộn không đạt yêu cầu. Ngoài ra diện tích bề mặt của điện cực kim loại và vật liệu làm điện cực đều có tác động đến hiệu suất loại bỏ crom (sắt và nhôm thường cho hiệu quả loại bỏ crom cao nhất)

Loại bỏ crom bằng màng lọc

Lọc màng là một quá trình phân tách vật lý trong đó chất lỏng được đưa qua màng lọc bán thấm để phân tách các chất dựa trên kích thước lỗ lọc. Màng có các lỗ lọc có kích thước cụ thể giúp giữ lại các chất gây ô nhiễm mục tiêu đồng thời cho phép chất lỏng và các hạt nhỏ hơn chảy qua. Các loại màng lọc thường được sử dụng để tách crom bao gồm siêu lọc UF, lọc nano NF, thẩm thấu ngược RO và điện phân.

Trong một số trường hợp sử dụng nhiều loại màng lọc theo trình tự để tối đa hóa hiệu suất và tuổi thọ của màng đồng thời đạt hiệu quả loại bỏ crom cao. Lọc màng cũng là sự lựa chọn tốt cho các cơ sở muốn thu hồi crom và có thể tái sử dụng.

Sử dụng phương pháp lọc màng chi phí vận hành cao, yêu cầu bảo trì và chi phí thay thế màng lọc thường cao.

Làm thế nào lựa chọn phương pháp loại bỏ crom trong nước phù hợp

Yếu tố lớn nhất ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp loại bỏ crom trong nước là loại crom có trong nước vì crom tồn tại ở các trạng thái oxy hóa khác nhau trong nước.

Crom 3 xuất hiện tự nhiên và cũng có thể có mặt trong nước thải và quá trình sản xuất bắt nguồn từ nhiều hoạt động sản xuất công nghệp. Crom 3 chỉ tan trong nước một chút và có thể được tách ra một cách hiệu quả thông qua hấp phụ, trao đổi và lọc màng.

Crom 6 thường được tìm thấy trong nước thải của ngành thuộc da và một số ngành công nghiệp khác. Crom thường tồn tại dưới dạng cromat hoặc dicromat, crom 6 có độc tính cao và dễ dàng liên kết với các hạt lơ lửng. Do những đặc tính này hầu hết để loại bỏ crom 6 trong nước đều cần công đoạn khử sau đó. Crom 6 đầu tiên được khử thành crom 3 sau đó thực hiện một hoặc nhiều bước để loại bỏ. Phương pháp loại bỏ crom 6 phổ biến bao gồm kết tủa hóa học, keo tụ tạo bông, khử hóa học, khử điện hóa và xử lý sinh học, trao đổi ion.

Ngoài ra để lựa chọn phương pháp loại bỏ crom cần căn cứ vào thành phần nào có trong nước và ở nồng độ nào, độ PH, nhiệt độ và tốc độ dòng chảy. Ngoài ra cần xem xét đến các ưu tiên khác nhau như khả năng thu hồi, tái sử dụng, không gian sẵn có, yêu cầu kỹ năng vận hành, đầu tư vốn và chi phí vận hành dài hạn.