Loại bỏ kim loại nặng trong nước thải bằng keo tụ – tạo bông

Một trong những phương pháp được ứng dụng phổ biến và hiệu quả trong giai đoạn xử lý hóa lý để loại bỏ kim loại nặng là keo tụ – tạo bông (Coagulation – Flocculation). Phương pháp này sử dụng các hóa chất keo tụ như phèn nhôm (Al₂(SO₄)₃), PAC (Poly Aluminium Chloride), hoặc phèn sắt (FeCl₃) để trung hòa điện tích của các hạt keo và ion kim loại nặng, sau đó dùng chất trợ keo tụ như polymer để hình thành các bông cặn lớn, dễ lắng và tách khỏi nước.

Kim loại nặng ảnh hưởng gì đến quá trình xử lý nước thải đạt chuẩn?

Trong xử lý nước thải công nghiệp cũng như một số loại nước thải đặc biệt khác, kim loại nặng như chì (Pb), Cadimi (Cd), Thủy ngân (Hg), Crom (Cr), Kẽm (Zn)… là những tác nhân ô nhiễm nguy hiểm, có khả năng tích lũy sinh học và gây độc lâu dài cho môi trường và sức khỏe con người. Do tính chất khó phân hủy và độc tính cao, việc loại bỏ hiệu quả kim loại nặng trong nước thải luôn là một thách thức lớn đối với các hệ thống xử lý.

– Kim loại nặng ảnh hưởng đến vi sinh vật trong hệ thống sinh học:

Phần lớn hệ thống xử lý nước thải hiện nay sử dụng công nghệ sinh học hiếu khí hoặc kỵ khí để loại bỏ chất hữu cơ COD, BOD, Amoni, Nitơ, Phốtpho… Tuy nhiên:

• Kim loại nặng có độc tính cao với vi sinh vật, làm ức chế quá trình phân hủy sinh học, đặc biệt là vi khuẩn Nitrat hóa, Phospho tích lũy.
• Các ion như Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Cr⁶⁺… có thể làm chết vi sinh vật hoặc ức chế Enzyme nội bào, dẫn đến giảm hiệu suất xử lý BOD, COD, Amoni.
• Tác động lâu dài khiến hệ vi sinh mất cân bằng, hệ bùn hoạt tính mất khả năng thích nghi.

Kết quả: Nước thải đầu ra không đạt QCVN, đặc biệt là các chỉ tiêu Amoni, COD,BOD, Nitơ tổng.

– Kim loại nặng gây kết tủa không kiểm soát và tắc nghẽn hệ thống:

• Kim loại nặng có thể tạo kết tủa với Hydroxide (OH⁻) hoặc Phosphate (PO₄³⁻) trong hệ thống → lắng không kiểm soát → gây tắc nghẽn bơm, đường ống, thiết bị trao đổi nhiệt, bể sinh học.
• Làm tăng hàm lượng cặn không mong muốn, ảnh hưởng đến hệ thống tách bùn, lọc hoặc khử trùng.

– Kim loại nặng làm tăng lượng bùn và chi phí xử lý bùn thải:

• Khi keo tụ – kết tủa kim loại nặng, lượng bùn sinh ra lớn và chứa độc chất, đòi hỏi xử lý đặc biệt, chi phí cao, không thể đổ thải như bùn sinh học thông thường.
• Bùn chứa kim loại nặng không thể dùng để làm phân compost hoặc chôn lấp trực tiếp.

– Kim loại nặng gây khó khăn trong khử trùng nước thải:

Một số ion kim loại có thể phản ứng với chất khử trùng (Cl₂, O₃) → làm giảm hiệu quả khử trùng hoặc sinh ra phụ phẩm độc hại (như Chlorinated Metal Complexes).

– Kim loại nặng làm nước thải không đạt chuẩn QCVN:

• Ngay cả khi các chỉ tiêu khác đạt, nếu kim loại nặng vượt ngưỡng QCVN, thì nước thải vẫn không được phép xả ra môi trường.
• Một số ngành đặc biệt như dệt nhuộm, xi mạ, điện tử có quy định ngưỡng rất thấp với Cr, Ni, Cd, Cu…

Bể keo tụ – tạo bông giúp loại bỏ kim loại nặng như thế nào?

Khi xử lý nước thải chứa kim loại nặng, bể keo tụ – tạo bông đóng vai trò then chốt trong việc chuyển hóa các ion kim loại khó tách thành dạng cặn dễ lắng.

– Cơ chế của quá trình keo tụ – tạo bông:

Keo tụ (Coagulation):

• Mục tiêu: Trung hòa điện tích các hạt keo (bao gồm ion kim loại hòa tan và các tạp chất khác) bằng hóa chất keo tụ như phèn nhôm (Al₂(SO₄)₃), PAC, phèn sắt (FeCl₃).
• Cơ chế: Các ion kim loại như Fe³⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺ thường tồn tại dưới dạng ion hoà tan hoặc phức chất trong nước. Khi thêm hóa chất keo tụ, các ion này phản ứng tạo thành Hydroxide kim loại không tan (Me(OH)ₓ) như:

Pb²⁺ + 2OH⁻ → Pb (OH)₂↓

• pH tối ưu: Thường nằm trong khoảng 6.5–9 để quá trình kết tủa kim loại đạt hiệu quả cao nhất.

Tạo bông (Flocculation):

• Mục tiêu: Kết dính các hạt keo đã trung hòa điện tích thành các bông bùn lớn hơn để dễ lắng.
• Cơ chế: Thêm polymer (như Polymer Anion hoặc Polymer Cation) để liên kết các bông nhỏ thành bông lớn, cuốn theo cả các ion kim loại đã kết tủa hoặc hấp phụ lên bề mặt bông.

Lắng và tách pha:

Sau khi tạo thành bông lớn, chúng được dẫn qua bể lắng, tại đây bông chìm xuống đáy và được tách khỏi dòng nước thải. Kim loại nặng lúc này nằm chủ yếu trong bùn lắng.

– Quá trình hoạt động của bể keo tụ – tạo bông để loại bỏ kim loại nặng:

Bước 1: Keo tụ

• Nước thải đầu vào thường chứa ion kim loại hòa tan (Cr⁶⁺, Cu²⁺, Pb²⁺…).
• Tại bể keo tụ sẽ khuấy nhanh, châm hóa chất keo tụ (PAC, phèn nhôm, phèn sắt) vào → tạo các Hydroxide như Al(OH)₃, Fe(OH)₃.
• Các Hydroxide này kết tủa hoặc hấp phụ ion kim loại, đồng thời trung hòa điện tích các hạt keo.

Bước 2: Tạo bông

• Dòng nước được dẫn sang bể khuấy chậm.
• Tại đây, thêm chất trợ keo tụ (Polymer – Anionic hoặc Cationic) để kết dính các hạt nhỏ lại thành bông lớn.
• Quá trình này cần khuấy nhẹ nhàng để không phá vỡ bông.

Bước 3: Lắng bông

• Dòng nước đi vào bể lắng.
• Các bông cặn nặng chứa kim loại được lắng xuống đáy, phần nước trong phía trên tiếp tục được xử lý hoặc xả thải.
• Bùn chứa kim loại nặng được hút định kỳ đưa đi xử lý chuyên biệt (chôn lấp, đóng rắn hoặc hóa rắn tùy quy định).

– Hóa chất sử dụng trong bể keo tụ – tạo bông:

Tên hóa chất	Chức năng	Ghi chú vận hành
PAC (Poly Aluminium Chloride)	Keo tụ chính	Hiệu quả cao, ít tạo bùn, pH hoạt động ~6.5–8.0
Phèn nhôm – Al₂(SO₄)₃	Keo tụ chính truyền thống	Tạo nhiều bùn, hoạt động tốt ở pH 6–7
Phèn sắt – FeCl₃, FeSO₄	Keo tụ – xử lý tốt Cr, As	Có thể làm nước màu vàng, hoạt động ở pH 5–7
Polymer – PAM (Anionic/Cationic)	Trợ keo tụ	Dùng sau keo tụ, liều lượng nhỏ, giúp tạo bông nhanh và lớn
NaOH, vôi (Ca(OH)₂)	Điều chỉnh pH	Giúp tối ưu hóa điều kiện kết tủa kim loại nặng

Keo tụ – tạo bông là một trong những giải pháp hiệu quả, kinh tế và dễ triển khai để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải. Bằng cơ chế trung hòa điện tích và kết dính các hạt ô nhiễm thành bông cặn lớn, phương pháp này giúp giảm đáng kể hàm lượng kim loại nặng, đảm bảo nước thải đầu ra đáp ứng quy chuẩn môi trường. Khi được kết hợp với các công đoạn xử lý bổ sung khác, keo tụ – tạo bông không chỉ nâng cao hiệu suất xử lý tổng thể mà còn góp phần quan trọng vào mục tiêu sản xuất sạch hơn và phát triển bền vững cho doanh nghiệp.

Nếu bạn có khó khăn trong vận hành bể keo tụ – tạo bông, hãy liên hệ BIOGENCY qua HOTLINE 0909 538 514 để được hỗ trợ nhanh nhất!

>>> Xem thêm: Cần quan tâm gì khi vận hành bể keo tụ tạo bông?