Xử lý nước thải chứa axit

Nước thải có tính axit là nước thải có giá trị pH nhỏ hơn 6. Theo loại và nồng độ axit khác nhau, nước thải có tính axit có thể được chia thành nước thải axit vô cơ và nước thải axit hữu cơ; nước thải axit mạnh và nước thải axit yếu; nước thải axit đơn và nước thải axit đa; nước thải axit nồng độ thấp và nước thải axit nồng độ cao. Thông thường, nước thải có tính axit, ngoài việc chứa một số axit, thường còn chứa các ion kim loại nặng và muối của chúng cùng các chất độc hại khác. Nước thải có tính axit đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm nước thải mỏ, thủy luyện kim, cán thép, xử lý axit bề mặt thép và kim loại màu, công nghiệp hóa chất, sản xuất axit, thuốc nhuộm, điện phân, mạ điện, sợi nhân tạo và các ngành công nghiệp khác. Nước thải có tính axit phổ biến nhất là nước thải axit sulfuric, tiếp theo là nước thải axit clohydric và axit nitric. Mỗi năm, Trung Quốc thải ra gần một triệu mét khối nước thải axit công nghiệp, nếu xả trực tiếp mà không qua xử lý, nó sẽ ăn mòn đường ống, gây hại cho cây trồng, gây hại cho cá, làm hư hại tàu thuyền và phá hoại môi trường. Nước thải axit công nghiệp phải được xử lý để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải quốc gia trước khi xả thải, nước thải axit có thể được tái chế và tái sử dụng. Khi xử lý axit thải, có thể lựa chọn các phương pháp bao gồm xử lý bằng muối, phương pháp cô đặc, phương pháp trung hòa hóa học, phương pháp chiết xuất, phương pháp nhựa trao đổi ion, phương pháp tách màng, v.v.

1. Tái chế muối

Phương pháp gọi là kết tủa bằng muối là sử dụng một lượng lớn nước muối bão hòa để kết tủa hầu hết các tạp chất hữu cơ trong axit thải. Tuy nhiên, phương pháp này sẽ tạo ra axit clohydric và ảnh hưởng đến việc thu hồi và sử dụng axit sulfuric trong axit thải, vì vậy phương pháp kết tủa các tạp chất hữu cơ trong axit thải bằng dung dịch natri bisunfat bão hòa đã được nghiên cứu.
Axit thải chứa axit sulfuric và nhiều tạp chất hữu cơ khác nhau, chủ yếu là một lượng nhỏ axit 6-chloro-3-nitrotoluene-4-sulfonic và các đồng phân khác của axit 6-chloro-3-nitrotoluene-4-sulfonic được tạo ra từ toluen trong quá trình sunfon hóa, clo hóa và nitrat hóa. Phương pháp kết tủa bằng muối sử dụng một lượng lớn nước muối bão hòa để kết tủa hầu hết các tạp chất hữu cơ trong axit thải. Phương pháp tái chế bằng kết tủa muối không chỉ loại bỏ được các tạp chất hữu cơ khác nhau trong axit thải mà còn thu hồi được axit sulfuric để đưa vào chu trình sản xuất, tiết kiệm chi phí và năng lượng.

2. Phương pháp rang

Phương pháp nung được áp dụng cho các axit dễ bay hơi như axit clohydric, được tách ra khỏi dung dịch bằng cách nung để đạt được hiệu quả thu hồi.

3. Phương pháp trung hòa hóa học

Phản ứng axit-bazơ cơ bản H+(aq) + OH-(aq) = H2O cũng là cơ sở quan trọng trong xử lý nước thải chứa axit. Các phương pháp xử lý nước thải chứa axit phổ biến bao gồm trung hòa và tái chế, trung hòa lẫn nhau nước thải axit-bazơ, trung hòa bằng thuốc, trung hòa bằng lọc, v.v. Trong những ngày đầu, một số doanh nghiệp sắt thép ở Trung Quốc chủ yếu sử dụng phương pháp trung hòa axit-bazơ để xử lý nước thải từ quá trình tẩy gỉ bằng axit clohydric và axit sulfuric, sao cho giá trị pH đạt tiêu chuẩn xả thải. Natri cacbonat (natri cacbonat), natri hydroxit, đá vôi hoặc vôi được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình trung hòa axit-bazơ, thường sử dụng vôi vì rẻ và dễ sản xuất.

4. Phương pháp chiết xuất

Chiết lỏng-lỏng, còn được gọi là chiết dung môi, là một quá trình sử dụng sự khác biệt về độ hòa tan của các thành phần trong nguyên liệu lỏng trong dung môi thích hợp để đạt được sự tách biệt. Trong xử lý nước thải chứa axit, cần phải cho nước thải chứa axit và dung môi hữu cơ tiếp xúc hoàn toàn, để các tạp chất trong axit thải được chuyển vào dung môi. Các yêu cầu đối với chất chiết là: (1) đối với axit thải phải trơ, không phản ứng hóa học với axit thải và không hòa tan trong axit thải; (2) Các tạp chất trong axit thải có hệ số phân bố cao trong chất chiết và axit sulfuric; (3) Giá thành rẻ và dễ kiếm; (4) Dễ tách tạp chất, tổn thất nhỏ khi chiết. Các chất chiết phổ biến bao gồm benzen (toluen, nitrobenzen, clorobenzen), phenol (diphenol thô creosote), hydrocacbon halogen hóa (tricloroetan, dicloroetan), isopropyl ete và N-503.

5. Phương pháp nhựa trao đổi ion

Nguyên tắc cơ bản của việc xử lý chất thải lỏng axit hữu cơ bằng nhựa trao đổi ion là một số loại nhựa trao đổi ion có thể hấp thụ axit hữu cơ từ dung dịch axit thải và loại trừ axit vô cơ và muối kim loại để đạt được sự phân tách các axit và muối khác nhau.

6. Phương pháp tách màng

Đối với chất lỏng thải có tính axit, các phương pháp xử lý bằng màng như thẩm tách và điện phân cũng có thể được sử dụng. Quá trình thu hồi axit thải bằng màng chủ yếu dựa trên nguyên lý thẩm tách, được thúc đẩy bởi sự chênh lệch nồng độ. Toàn bộ thiết bị bao gồm màng thẩm tách khuếch tán, tấm phân phối chất lỏng, tấm gia cường, khung tấm dẫn dòng chất lỏng, v.v., và đạt được hiệu quả tách bằng cách phân tách các chất trong chất lỏng thải.

7. Phương pháp kết tinh làm lạnh

Phương pháp kết tinh làm lạnh là phương pháp làm giảm nhiệt độ dung dịch và kết tủa chất tan. Phương pháp này được sử dụng trong quá trình xử lý axit thải, trong đó các tạp chất trong axit thải được làm lạnh để thu hồi dung dịch axit đạt yêu cầu và có thể tái sử dụng. Ví dụ, axit sulfuric thải ra từ quá trình rửa acyl của nhà máy cán thép chứa một lượng lớn sắt(II) sunfat, được xử lý bằng quá trình cô đặc-kết tinh và lọc. Sau khi loại bỏ sắt(II) sunfat bằng phương pháp lọc, axit có thể được đưa trở lại quá trình tẩy gỉ thép để tiếp tục sử dụng.

Kết tinh làm lạnh có nhiều ứng dụng công nghiệp, được minh họa ở đây bằng quy trình tẩy gỉ trong gia công kim loại. Trong quá trình gia công thép và cơ khí, dung dịch axit sulfuric thường được sử dụng để loại bỏ gỉ sét trên bề mặt kim loại. Do đó, việc tái chế axit thải có thể giảm đáng kể chi phí và bảo vệ môi trường. Kết tinh làm lạnh được sử dụng trong công nghiệp để thực hiện quy trình này.

8. Phương pháp oxy hóa

Phương pháp này đã được sử dụng từ lâu, nguyên tắc là phân hủy các tạp chất hữu cơ trong axit sulfuric thải bằng chất oxy hóa trong điều kiện thích hợp, để chúng có thể được chuyển hóa thành carbon dioxide, nước, oxit nitơ, v.v., và tách ra khỏi axit sulfuric, nhờ đó axit sulfuric thải có thể được tinh chế và thu hồi. Các chất oxy hóa thường được sử dụng là hydro peroxide, axit nitric, axit perchloric, axit hypochlorous, nitrat, ozon, v.v. Mỗi chất oxy hóa đều có ưu điểm và nhược điểm riêng.