Hấp phụ là gì? Phân biệt hấp phụ và hấp thụ trong xử lý nước thải

Hấp phụ là một quá trình quan trọng trong xử lý nước thải, giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm khỏi nước. Tuy nhiên, khái niệm hấp phụ thường dễ bị nhầm lẫn với hấp thụ. Bài viết này của Thiết bị ngành nước Song Phụng sẽ giúp bạn hiểu rõ hấp phụ là gì, đồng thời phân biệt chính xác giữa hấp phụ và hấp thụ, từ đó áp dụng đúng trong các giải pháp xử lý nước thải hiện đại.

Hấp phụ là gì?

Hấp phụ (adsorption) là quá trình mà các phân tử, nguyên tử hay ion từ thể khí hoặc lỏng bám vào bề mặt của chất rắn. Đây là quá trình bề mặt xảy ra khi có sự tương tác giữa các chất trong dung dịch và bề mặt chất rắn làm cho các chất bị giữ lại trên bề mặt này.

Một ví dụ quen thuộc về quá trình hấp phụ là việc sử dụng than hoạt tính để loại bỏ màu và mùi khó chịu trong nước thải dệt nhuộm, hoặc ứng dụng zeolite để xử lý kim loại nặng trong nước thải công nghiệp. Quá trình hấp phụ có thể là thuận nghịch (chất bị hấp phụ có thể tách ra khỏi bề mặt) hoặc không thuận nghịch (chất bị hấp phụ liên kết chặt chẽ với bề mặt), tùy thuộc vào loại chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.

Sự khác biệt giữa hấp phụ và hấp thụ trong xử lý nước thải

Mặc dù tên gọi khá tương đồng và cả hai đều được ứng dụng trong xử lý nước, hấp phụ (adsorption) và hấp thụ (absorption) là hai hiện tượng vật lý và hóa học hoàn toàn khác nhau:

Tiêu chí	Hấp phụ	Hấp thụ
Khái niệm	Quá trình mà các phân tử bám vào bề mặt của chất khác mà không thấm sâu vào bên trong.	Quá trình mà một chất xâm nhập vào thể tích của chất khác, hòa tan hoặc phân tán trong đó.
Vị trí xảy ra	Xảy ra chỉ trên bề mặt của vật liệu.	Xảy ra trong toàn bộ thể tích của vật liệu.
Tính chất	Liên quan đến sự tương tác bề mặt.	Liên quan đến việc thấm sâu vào vật liệu.
Loại tương tác	Liên quan đến lực vật lý (lực Van der Waals) hoặc liên kết hóa học trên bề mặt.	Thường liên quan đến các tương tác vật lý và hóa học trong khối lượng vật liệu.
Tốc độ quá trình	Thường xảy ra nhanh hơn vì chỉ xảy ra trên bề mặt.	Thường xảy ra chậm hơn, cần thời gian để chất thấm vào bên trong vật liệu.
Ví dụ	Sự hấp phụ của các chất ô nhiễm lên bề mặt của than hoạt tính trong quá trình làm sạch nước hoặc không khí.	Nước hấp thụ muối, tạo thành dung dịch muối; khí CO2 hấp thụ vào nước, tạo thành axit cacbonic.

Trong xử lý nước thải, hấp phụ được ứng dụng rộng rãi hơn nhờ khả năng kiểm soát và tái sinh vật liệu hấp phụ dễ dàng, mang lại hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.

Phân loại hấp phụ

Hấp phụ được phân thành hai loại chính dựa trên bản chất liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.

• Hấp phụ vật lý (Physical Adsorption – Van der Waals) là sự tương tác yếu giữa các phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ. Xảy ra nhanh chóng, không chọn lọc, có thể tái sinh dễ dàng bằng cách thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất. Ví dụ như hấp phụ hơi nước hoặc khí CO₂ trên bề mặt silica gel.
• Hấp phụ hóa học (Chemisorption): Dựa trên liên kết hóa học giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tính chọn lọc cao, nhưng khó tái sinh, thường xảy ra ở nhiệt độ cao hơn. Ví dụ hấp phụ kim loại nặng bằng vật liệu chức năng hóa (chứa nhóm -COOH, -OH).

Ngoài ra, có thể phân loại theo tính chất của vật liệu như:

• Hấp phụ nội sinh: Sử dụng các hệ thống tự nhiên như đất, trầm tích để hấp phụ chất ô nhiễm.
• Hấp phụ nhân tạo: Sử dụng các vật liệu kỹ thuật được chế tạo đặc biệt như than hoạt tính, nhôm hoạt tính, zeolite.

 

>>> Tìm đọc: Cách xử lý nước giếng đào có mùi hôi hiệu quả nhanh chóng

Các loại vật liệu hấp phụ sử dụng trong xử lý nước thải

Lựa chọn vật liệu hấp phụ phù hợp là yếu tố then chốt quyết định hiệu quả xử lý. Một số loại vật liệu được sử dụng phổ biến hấp phụ sử dụng trong xử lý nước thải như:

• Than hoạt tính (Activated Carbon) được làm từ gáo dừa, tre, than đá hoặc gỗ. Diện tích bề mặt lớn (500–1500m²/g) hấp phụ hiệu quả cao với thuốc nhuộm, hợp chất hữu cơ, thuốc trừ sâu.
• Zeolite là khoáng tự nhiên có cấu trúc vi mô dạng lưới. Hiệu quả cao với ion kim loại nặng như Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, có khả năng trao đổi ion.
• Silica gel có cấu trúc xốp, thích hợp để hấp phụ hơi ẩm hoặc các khí. Ít được dùng trong nước thải công nghiệp nhưng hiệu quả trong không khí.
• Vật liệu biến tính sinh học dùng vỏ trấu, mùn cưa, bã mía sau khi biến tính hóa học nên thân thiện với môi trường, giá rẻ.
• Nhựa trao đổi ion (Ion Exchange Resins) là polymer có khả năng trao đổi ion. Dùng trong xử lý nước DI (deionized), kim loại nặng nhưng vật liệu này khó tái sinh hơn zeolite hoặc than hoạt tính.

>>> Tìm hiểu: Các phương pháp và quy tringf xử lý nước thải sơn

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Hiệu quả của quá trình hấp phụ trong xử lý nước thải chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố:

• Diện tích bề mặt chất hấp phụ: Diện tích bề mặt càng lớn, số lượng vị trí hấp phụ càng nhiều, dẫn đến khả năng hấp phụ càng cao.
• Nhiệt độ và pH: Nhiệt độ cao thường làm giảm hiệu quả của hấp phụ vật lý, nhưng có thể tăng hiệu quả của hấp phụ hóa học. pH có ảnh hưởng mạnh mẽ đến trạng thái ion hóa của chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ.
• Thời gian tiếp xúc: Cần đảm bảo thời gian tiếp xúc đủ để đạt được trạng thái cân bằng hấp phụ giữa chất ô nhiễm và vật liệu hấp phụ, thường dao động từ vài phút đến vài giờ.
• Nồng độ chất ô nhiễm: Nồng độ chất ô nhiễm càng cao, hiệu suất hấp phụ ban đầu thường nhanh hơn, nhưng vật liệu hấp phụ cũng dễ bị bão hòa hơn.
• Loại và cấu trúc chất bị hấp phụ: Các hợp chất có phân tử lớn hoặc có độ phân cực mạnh thường có xu hướng hấp phụ tốt hơn.
• Sự có mặt của các ion cạnh tranh: Các ion khác có trong nước thải (ví dụ: Na⁺, Ca²⁺) có thể cạnh tranh với chất ô nhiễm mục tiêu để chiếm giữ các vị trí hấp phụ trên bề mặt vật liệu, làm giảm hiệu suất xử lý.

Ứng dụng thực tế của hấp phụ

Hấp phụ là một công nghệ quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành xử lý nước và khí thải:

• Xử lý nước thải dệt nhuộm: Loại bỏ hiệu quả phẩm màu, chất hoạt động bề mặt bằng than hoạt tính hoặc vỏ trấu biến tính, giúp nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải.
• Xử lý nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng: Sử dụng zeolite, nhựa trao đổi ion hoặc các vật liệu nano để hấp phụ các kim loại nặng độc hại như Pb²⁺, Cd²⁺, Cr⁶⁺, bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.
• Xử lý nước thải y tế và hóa chất: Loại bỏ các dược phẩm, hóa chất tồn dư khó phân hủy bằng các phương pháp sinh học thông thường.
• Làm sạch nước cấp và nước sinh hoạt: Than hoạt tính được sử dụng để loại bỏ mùi, màu, thuốc trừ sâu và các chất hữu cơ hòa tan, đảm bảo nguồn nước uống an toàn.
• Kết hợp với các công nghệ khác: Hấp phụ thường được kết hợp với các công nghệ màng lọc, oxy hóa nâng cao (AOPs) hoặc xử lý sinh học để tăng cường hiệu quả xử lý tổng thể.

Hấp phụ là gì được hiểu quá trình quan trọng, phổ biến trong xử lý nước thải nhờ khả năng loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và kim loại nặng. Việc lựa chọn đúng loại vật liệu và điều kiện vận hành giúp tối ưu hiệu quả xử lý và giảm chi phí. Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực môi trường, Thiết bị ngành nước Son Phụng luôn sẵn sàng tư vấn, thiết kế và cung cấp các hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ hấp phụ, phù hợp với nhu cầu thực tế của doanh nghiệp, đảm bảo đạt chuẩn môi trường, phát triển bền vững. 

Dành cho bạn:

• Dịch vụ rửa màng RO lưu động tại Thiết bị ngành nước Song Phụng
• So sánh máy lọc nước ro và ion kiềm loại nào tốt?