Phương pháp xử lý niken trong nước thải hiệu quả và bền vững

Niken là một kim loại nặng có mặt trong nhiều loại nước thải công nghiệp. Nếu không xử lý niken trong nước thải đúng cách có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Vì vậy, việc tìm ra các phương pháp xử lý niken trong nước thải vô cùng quan trọng. Cùng Môi Trường Song Phụng tìm hiểu chi tiết về các phương pháp xử lý niken bên dưới.

Niken là gì và tại sao nó lại xuất hiện trong nước thải?

Niken (Ni) là một kim loại nặng, có tính chất chống ăn mòn và được dùng trong ngành công nghiệp. Niken là thành phần quan trọng có trong các hợp kim, mạ kim loại và sản xuất pin.

Vậy tại sao niken lại xuất hiện trong nước thải? Có một số lý do như sau:

• Xi mạ: Nước thải phát sinh từ bể mạ trong quá trình mạ niken, nơi dung dịch chứa niken có thể bị rò rỉ và thải ra ngoài.
• Sản xuất pin: Niken là thành phần chính bên trong các loại pin như pin lithium-ion. Niken có thể xuất hiện trong quá trình sản xuất và tái chế pin.
• Khai thác mỏ: Việc khai thác mỏ niken và các quá trình chế biến cũng là tác nhân phát sinh nước thải chứa niken, gây ô nhiễm môi trường.

Tác hại của niken trong nước thải đối với môi trường và con người

Dưới đây là những tác hại của niken trong nước thải:

• Ô nhiễm nguồn nước: Niken trong nước thải gây ô nhiễm các nguồn nước ngọt, gây hại đến hệ sinh thái thủy sinh.
• Ảnh hưởng đến sức khỏe: Tiếp xúc với niken trong thời gian dài gây ung thư, bệnh về gan, thận và hô hấp.
• Tác động đến đất: Niken làm giảm chất lượng đất, gây ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng.

• Nguy cơ đối với động vật: Niken tích tụ bên trong cơ thể động vật, gây tổn hại đến chuỗi thực phẩm.
• Đe dọa đa dạng sinh học: Sự gia tăng niken trong môi trường làm giảm đa dạng sinh học, gây mất cân bằng sinh thái.

Quy định tiêu chuẩn về nồng độ niken trong nước thải tại Việt Nam

Tiêu chuẩn niken trong nước thải được quy định rõ trong QCVN 40:2011/BTNMT:

• Đối với nước thải xả ra nguồn nước sinh hoạt, hàm lượng niken không vượt quá 0,2 mg/L.
• Đối với nước thải xả ra nguồn nước không dùng cho sinh hoạt, hàm lượng niken tối đa là 0,5 mg/L.

>>> Đọc thêm: Tại sao cần xử lý nitrat trong nước và cách thực hiện

Chi tiết quy trình xử lý niken trong nước thải 

Dưới đây là quy trình xử lý niken trong nước thải chi tiết nhất:

Chuẩn bị hệ thống xử lý

Hệ thống xử lý niken trong nước thải gồm có:

• Đường chảy có cửa chắn rác.
• Bể lắng cát.
• Bể điều hòa nồng độ.
• Bể keo tụ tạo bông.
• Bể lắng.
• Bể trung hòa.

Giai đoạn 1: Tiến hành lọc thô và ổn định nước thải

• Cửa chắn rác: Nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp sẽ được đưa vào hệ thống đường chảy đã được quy định sẵn. Cửa chắn rác có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất thô có kích thước lớn, tránh tắc nghẽn.
• Bể lắng cát: Sau khi loại bỏ rác thô, nước thải sẽ được đưa sang bể lắng cát để các hạt cát và tạp chất có kích thước lớn hơn 2mm sẽ lắng đọng xuống đáy.
• Bể điều hòa nồng độ: Nước thải sẽ tiếp tục đưa sang bể điều hòa. Bể có nồng độ pH và dòng chảy được ổn định, chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý tiếp theo.

Giai đoạn 2: Thực hiện tách niken ra khỏi nước thải

• Bể keo tụ tạo bông: Nước thải sau khi ổn định sẽ được chuyển vào bể keo tụ tạo bông. Tại bể này sẽ xảy ra các phản ứng keo tụ xảy ra và ion Niken (Ni2+) sẽ tiến hành kết tủa và liên kết thành các bông cặn lớn.
• Bể lắng: Nước thải có chứa các bông cặn Niken sẽ được dẫn vào bể lắng. Nhờ trọng lực, các bông cặn sẽ lắng đọng xuống đáy bể, giúp tách Niken ra khỏi nước thải.

Giai đoạn 3: Xử lý nước thải đạt chuẩn và thải ra môi trường

• Bể trung hòa: Niken sau khi đã được tách ra sẽ được đưa vào bể trung hòa để điều chỉnh lại độ pH đến mức tiêu chuẩn.
• Xả nước thải: Khi nước thải đã đạt chuẩn, nó sẽ được thải ra môi trường hoặc được tái sử dụng.
• Xử lý bùn cặn: Lượng Niken và bùn cặn lắng đọng lại trong quá trình lọc sẽ được thu gom và mang đi xử lý chuyên biệt.

>>> Tìm hiểu thêm: Mẹo hay cách xử lý nước ao bị thối cho ao cá sạch khỏe

5 Phương pháp để xử lý niken trong nước thải hiện nay

Hiện nay, có 5 phương pháp chính được ứng dụng để loại bỏ niken khỏi nước thải như sau:

Phương pháp hóa học (Kết tủa)

Phương pháp hoá học (kết tủa) được thực hiện bằng việc cho thêm chất hóa học vào nước thải để tạo ra các hợp chất không tan. Từ đó, chúng ta có thể dễ dàng loại bỏ niken qua quá trình lắng đọng.

Phương pháp trao đổi ion

Quá trình xử lý niken trong nước thải này sử dụng nhựa trao đổi ion, một loại vật liệu có khả năng hấp phụ và thay thế các ion không mong muốn trong nước. Cụ thể, nhựa trao đổi ion có chứa các nhóm chức mang điện tích, cho phép chúng liên kết với ion niken trong nước thải. Khi nước thải đi qua lớp nhựa, các ion niken bị giữ lại trên bề mặt nhựa và được thay thế bằng các ion khác, thường là natri (Na⁺) hoặc hydro (H⁺), tùy vào loại nhựa sử dụng. Điều này giúp làm giảm đáng kể hàm lượng niken trong nước, từ đó hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người.

Phương pháp này có ưu điểm là hiệu suất loại bỏ ion niken cao, có thể tái sinh nhựa trao đổi ion để sử dụng nhiều lần, giảm chi phí vận hành. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả lâu dài, cần kiểm soát nồng độ niken trong nước đầu vào và tiến hành tái sinh nhựa đúng quy trình.

Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ là một kỹ thuật phổ biến trong xử lý niken trong nước thải, đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ các kim loại nặng như niken. Quá trình này dựa trên nguyên lý các ion niken trong nước bị hút và giữ lại trên bề mặt của các vật liệu hấp phụ, giúp làm sạch nước thải một cách hiệu quả.

Một số vật liệu hấp phụ thường được sử dụng bao gồm than hoạt tính, zeolite, silica gel, oxit kim loại và một số loại polymer chuyên dụng. Trong đó, than hoạt tính là vật liệu phổ biến nhờ có diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ mạnh và giá thành hợp lý. Khi nước thải chứa ion niken đi qua lớp than hoạt tính, các ion này bị giữ lại trên bề mặt lỗ xốp của than, từ đó làm giảm nồng độ niken trong nước.

Phương pháp này có nhiều ưu điểm như dễ thực hiện, chi phí vận hành thấp và hiệu suất xử lý cao. Tuy nhiên, hiệu quả hấp phụ có thể bị ảnh hưởng bởi nồng độ niken trong nước, pH, nhiệt độ và thời gian tiếp xúc. Ngoài ra, sau một thời gian sử dụng, vật liệu hấp phụ sẽ bão hòa và cần được tái sinh hoặc thay thế để đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải lâu dài.

>>> Tìm đọc: Tại sao nước ao có màu xanh và ảnh hưởng đến thủy sản?

Phương pháp điện hóa

Phương pháp điện hóa là một kỹ thuật tiên tiến trong xử lý niken trong nước thải chứa kim loại nặng, đặc biệt là niken. Phương pháp này hoạt động dựa trên nguyên lý điện phân, sử dụng dòng điện một chiều để khử các ion niken hòa tan trong nước, chuyển chúng thành kim loại rắn có thể thu hồi hoặc xử lý sau. Trong quá trình điện phân, nước thải được đưa vào một bể chứa có gắn cực dương (anode) và cực âm (cathode). Khi dòng điện chạy qua, các ion niken di chuyển về cực âm và bị khử thành kim loại rắn, bám lên bề mặt điện cực hoặc lắng xuống đáy bể dưới dạng bùn kim loại.

Phương pháp xử lý niken trong nước thải này có ưu điểm hiệu suất loại bỏ ion niken cao, có thể thu hồi kim loại để tái sử dụng, giảm thiểu chất thải thứ cấp. Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí đầu tư thiết bị cao, tiêu thụ nhiều điện năng và cần kiểm soát chặt chẽ các thông số như cường độ dòng điện, pH và thành phần nước thải để đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu.

Công nghệ màng lọc (UF, RO)

Công nghệ màng lọc, sử dụng màng siêu lọc (UF) hoặc thẩm thấu ngược (RO), là một phương pháp hiệu quả để xử lý niken trong nước thải. Các màng lọc này có khả năng loại bỏ các ion niken và các tạp chất khác khỏi nước thải, giúp làm sạch nước và bảo vệ môi trường.

Màng siêu lọc (UF) hoạt động bằng cách sử dụng áp suất để đẩy nước qua màng bán thấm, giữ lại các hạt lớn hơn như vi khuẩn, virus và các chất rắn lơ lửng. Màng thẩm thấu ngược (RO) có lỗ lọc nhỏ hơn nhiều, có khả năng loại bỏ cả các ion hòa tan, bao gồm cả niken, tạo ra nước tinh khiết hơn.

Ưu điểm và nhược điểm khi xử lý niken trong nước thải

Dưới đây là những ưu và nhược điểm khi xử lý niken trong nước thải:

Ưu điểm

• Hiệu quả cao: Loại bỏ niken hiệu quả, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường.
• Thân thiện với môi trường: Không tạo ra các sản phẩm phụ độc hại, chủ yếu dùng phương pháp vật lý, hóa học hoặc sinh học.
• Tính linh hoạt: Áp dụng đối với nhiều loại nước thải từ công nghiệp đến sinh hoạt.
• Chi phí thấp: So với những phương pháp xử lý khác, chi phí xử lý niken thấp hơn.

Nhược điểm

• Yêu cầu kỹ thuật cao: Các phương pháp này cần được thiết kế, vận hành và bảo trì chuyên môn.
• Tốn thời gian: Quá trình xử lý có thể kéo dài, đặc biệt đối với phương pháp sinh học.
• Ô nhiễm thứ cấp: Một số phương pháp có thể tạo gây ô nhiễm khí thải hoặc nước thải sau xử lý.

Các câu hỏi thường gặp

Nồng độ niken trong nước thải bao nhiêu là nguy hại?

Nồng độ niken trong nước thải nguy hại khi vượt quá 0,5 mg/L theo QCVN 40:2011/BTNMT. Mức độ niken cao gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động vật thủy sinh.

Làm sao để kiểm tra niken trong nước thải?

Để kiểm tra niken, chúng ta có thể sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) hoặc phổ phát xạ plasma (ICP-OES) tại các phòng thí nghiệm môi trường.

Xử lý niken trong nước thải là một trong những vấn đề quan trọng giúp bảo vệ con người, hệ sinh thái và tối ưu hóa chi phí. Việc áp dụng công nghệ tiên tiến, kết hợp các phương pháp hóa học, sinh học, và điện hóa, sẽ giúp đạt được hiệu quả xử lý cao nhất. Ngoài ra Môi Trường Song Phụng chuyên cung cấp các thiết bị ngành nước chất lượng và dịch vụ thay cát lọc hồ bơi cao đáp ứng nhu cầu hệ thống lọc nước gia đình và cả công nghiệp.