[Chia sẻ] Top 5+ Phương pháp khử cadimi trong nước thải 2024

Cadimi (Cd) là một kim loại nặng độc hại có thể gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng cho môi trường và sức khỏe con người. Nước thải nhiễm cadimi là một vấn đề môi trường cấp bách cần được giải quyết triệt để. Vì vậy, việc phát triển các phương pháp khử cadimi trong nước thải trở thành một ưu tiên quan trọng trong ngành xử lý nước thải.

Cadimi là gì?

Cadimi là một kim loại nặng trong bảng hệ thống hóa học, có ký hiệu Cd và số nguyên tử 48. Nó là một chất độc hại cho sức khỏe con người và môi trường tự nhiên. Cadimi thường được tìm thấy trong môi trường do hoạt động công nghiệp, sản xuất, và sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm công nghiệp như pin, mạ vàng, thuốc nhuộm, và phân bón. Sự tiếp xúc dài hạn với cadimi có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như độc tính gan, thận, và phổi, cũng như ảnh hưởng đến hệ thống huyết quản và hệ thần kinh.

Cadimi có tính mềm, dẻo và dễ uốn, có thể cắt bằng dao. Nó có nhiệt độ nóng chảy 320,9°C và nhiệt độ sôi 765°C. Do đó, việc khử cadimi từ nước thải trở thành một ưu tiên quan trọng trong công tác bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Tác hại của cadimi đối với môi trường và sức khỏe con người

Cadimi là một chất độc hại có thể gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng, bao gồm:

• Gây ô nhiễm nguồn nước: Nước thải nhiễm cadimi có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước, gây hại cho các sinh vật thủy sinh và con người sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm.
• Gây ô nhiễm đất: Cadimi trong bùn thải có thể ngấm xuống đất, ảnh hưởng đến chất lượng đất và gây hại cho các cây trồng.
• Gây ngộ độc cadimi: Khi con người tiếp xúc trực tiếp với cadimi hoặc sử dụng nước, thực phẩm bị ô nhiễm cadimi, có thể dẫn đến ngộ độc cadimi với các triệu chứng như buồn nôn, nôn mửa, tiêu chảy, đau bụng, chuột rút,…
• Gây ung thư: Cadimi được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) xếp vào nhóm chất gây ung thư ở người.
• Gây các bệnh về xương khớp: Cadimi có thể tích tụ trong xương, gây ra các bệnh về xương khớp như loãng xương, viêm khớp,…

Phương pháp khử Cadmium trong nước thải

Trong nỗ lực ngăn chặn ô nhiễm Cadmium trong nước thải công nghiệp, các kỹ thuật khử Cadmium đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ kim loại nặng này khỏi nguồn thải. Trong số các phương pháp khử Cadmium, phương pháp hấp phụ đem lại hiệu quả cao và chi phí đầu tư thấp, bằng cách sử dụng các vật liệu hấp phụ có sẵn trong tự nhiên.

Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ là một trong những cách tiếp cận hiệu quả và tiết kiệm chi phí để loại bỏ cadimi khỏi nguồn thải nước. Thay vì sử dụng các phương pháp xử lý phức tạp và tốn kém, phương pháp này tận dụng các vật liệu có sẵn trong tự nhiên, giúp giảm thiểu chi phí đầu tư. Quá trình hấp phụ còn cho thấy sự linh hoạt trong thiết kế và vận hành, đồng thời có thể tạo ra nước thải chất lượng cao đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường.

Một trong những điểm mạnh của phương pháp hấp phụ là khả năng sử dụng các vật liệu hấp phụ có sẵn trong tự nhiên như than hoạt tính, nhôm hoạt tính, silica gel, và alumin silicat. Nhờ tính chất hấp phụ cao, các vật liệu này có khả năng hấp thụ cadimi từ nước thải một cách hiệu quả, giúp loại bỏ kim loại nặng này ra khỏi môi trường.

Tuy nhiên, phương pháp hấp phụ cũng có thể gặp phải các vấn đề phản ứng đối nghịch, khi quá trình xử lý không thể tiêu hóa hoàn toàn cadimi và tạo ra dư thừa các chất hấp phụ. Điều này yêu cầu sự kiểm soát cẩn thận trong thiết kế và vận hành của hệ thống xử lý nước thải để đảm bảo hiệu quả cao nhất.

Trong tổng thể, phương pháp hấp phụ đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm cadimi và bảo vệ môi trường, đồng thời cung cấp một giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho các quá trình xử lý nước thải.

Phương pháp sinh học

Trong nỗ lực loại bỏ cadimi từ nước thải, các phương pháp sinh học đã được nghiên cứu và áp dụng một cách rộng rãi. Cả hiếu khí và kỵ khí đều được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng này. Trong số các phương pháp, xử lý bùn hoạt tính, lọc sinh học, ổn định phân hủy kỵ khí, và hấp thụ sinh học đã được đánh giá và phát triển.

Một nghiên cứu của nhóm nghiên cứu do Fariba Mohsenzadeh và các cộng sự tiến hành vào năm 2014 đã tập trung vào việc loại bỏ ion cadimi bằng ba loài nấm Trichoderma khác nhau (T. asperellum, T. harzianum và T. tomentosum) ở các điều kiện pH và nồng độ cadimi khác nhau. Cụ thể, nghiên cứu đã tiến hành trong môi trường lỏng chứa chiết xuất từ khoai tây và dextrose.

Ba loài nấm được thử nghiệm đã được nuôi cấy trong môi trường nước thải chứa cadimi với các điều kiện khác nhau, và sau hai tháng, lượng cadimi còn lại trong môi trường đã được đo đạc bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử. Kết quả cho thấy rằng cả ba loài nấm đều có khả năng giảm lượng cadimi một cách hiệu quả, với khả năng loại bỏ lên đến 76,17%.

Nghiên cứu này đã chứng minh sức mạnh của phương pháp sinh học, đặc biệt là sự ứng dụng của các loài nấm Trichoderma, trong việc loại bỏ cadimi từ nước thải, đồng thời mở ra cơ hội cho việc phát triển các giải pháp xử lý nước thải an toàn và hiệu quả hơn trong tương lai.

Phương pháp keo tụ

Phương pháp keo tụ là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để loại bỏ cadmium từ nước thải. Trong môi trường nước thải, hàm lượng cadmium có thể cao đến 1 mg/L ở pH = 8 và giảm xuống còn 0,05 mg/L ở pH = 10 – 11. Để giảm hàm lượng cadmium xuống dưới 0,08 mg/L, ta có thể sử dụng sự kết hợp giữa cadmium và hidroxit sắt.

Tuy nhiên, cadmium không thể keo tụ được nếu trong nước thải còn chứa cyanua, do đó việc loại bỏ cyanua là bước cần thiết trước khi tiến hành khử cadmium. Trong trường hợp này, sử dụng chất oxy hóa như H2O2 (peroxide) là lựa chọn phù hợp, giúp oxy hóa cyanua và tạo ra cadmium oxide.

Dưới đây là kết quả của quá trình keo tụ cadmium hydroxide:

Việc loại bỏ cyanua trước khi khử cadmium giúp tăng hiệu suất của quá trình keo tụ và đảm bảo rằng nước thải được xử lý một cách hiệu quả và an toàn.

Tuyển nổi áp lực (Floatation)

Trong các hoạt động nghiên cứu hiện đại, kỹ thuật tuyển nổi áp lực đang được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải. Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm quan trọng, bao gồm tiêu thụ năng lượng thấp, yêu cầu không gian nhỏ để thực hiện, ít tạo ra bùn thải, và quá trình hoạt động có khả năng chọn lọc.

Trong nghiên cứu của nhóm tác giả Mohammad Hossein Salmani và đồng nghiệp vào năm 2013, họ đã tiến hành tối ưu hóa các tham số của quá trình tuyển nổi ion để loại bỏ cadimi từ nước thải mô phỏng ở quy mô phòng thí nghiệm. Phương pháp này bao gồm việc kết hợp ion Cd2+ với sodium dodecyl sulfate (SDS), sau đó áp dụng quá trình tuyển nổi với etanol dưới dạng bọt.

Các thí nghiệm được thực hiện trong bể tuyển nổi ở điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm là 27°C, pH được điều chỉnh về 4 và thời gian xử lý là 120 phút. Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ tốt nhất đạt được ở tỷ lệ kim loại thu được là 3:1 trong 60 phút, với tốc độ dòng 150 mL/phút đạt 84%. Đồng thời, loại bỏ cadimi tối đa đạt 92,1% khi etanol được thêm vào bể tuyển nổi với nồng độ 0,4%, áp dụng với các điều kiện đã nêu trên.

Như vậy, phương pháp tuyển nổi áp lực đã chứng minh là một giải pháp hiệu quả trong việc loại bỏ cadimi từ nước thải, mang lại kết quả cao và tiết kiệm năng lượng.

Chiết suất dung môi (Solvent Extraction)

Phương pháp Chiết suất dung môi, hay còn được gọi là Solvent Extraction, là một kỹ thuật phổ biến được áp dụng để loại bỏ các ion kim loại từ nước thải. Quá trình này giúp loại bỏ hiệu quả các kim loại nặng bằng cách sử dụng các dung dịch sulfat. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng axit photphoric hữu cơ là một chất chiết suất dung môi hiệu quả nhất trong việc loại bỏ cadimi. Dưới điều kiện tối ưu, phương pháp chiết suất dung môi có khả năng loại bỏ đến 99,7% lượng cadimi trong nước thải.

Kết hợp công nghệ sinh học để xử lý nước thải chứa cadmium hiệu quả

Xử lý nước thải chứa cadmium đòi hỏi các phương pháp hiệu quả và bền vững, và việc kết hợp công nghệ sinh học là một lựa chọn được ưa chuộng. Sau khi loại bỏ hoàn toàn cadmium, công nghệ sinh học được áp dụng để xử lý các chất hữu cơ còn lại trong nước thải, cũng như loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, amoniac, nitơ, thông qua hoạt động của vi sinh vật.

• Phương Pháp Kỵ Khí: Sử dụng vi sinh vật kỵ khí trong môi trường yếm khí.
• Phương Pháp Hiếu Khí: Sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong môi trường cung cấp oxy liên tục.

Công Nghệ Sinh Học Phổ Biến:

• Aerotank – Xử Lý Bùn Hoạt Tính Hiếu Khí
• SBR – Xử Lý Sinh Học Theo Từng Mẻ
• UASB – Công Nghệ Sinh Học Kỵ Khí
• Trickling Filter – Lọc Sinh Học

Men Vi Sinh trong Xử Lý Nước Thải:

Việc sử dụng men vi sinh là một phương pháp phổ biến và hiệu quả trong xử lý nước thải. Các loại men vi sinh được chia thành dạng lỏng và dạng bột, phù hợp với các loại nước thải khác nhau. Men vi sinh giúp tăng cường khả năng xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy và cung cấp các vi khuẩn có lợi cho quá trình xử lý chất thải.

Các Dòng Men Vi Sinh Phổ Biến:

• Microbe-Lift IND: Xử Lý BOD, COD, TSS
• Microbe-Lift N1: Xử Lý Nitơ, Amoni
• Microbe-Lift BIOGAS: Giảm COD, BOD, TSS, Kỵ Khí

Việc kết hợp công nghệ sinh học trong xử lý nước thải chứa cadmium không chỉ giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm mà còn đảm bảo tính bền vững và thân thiện với môi trường.

Xem thêm: Vi sinh vật xử lý nước thải: hiệu quả và ứng dụng

Quy chuẩn hàm lượng Cadmium theo quy chuẩn Quốc tế và QCVN 40:2011/BTNMT

Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế đã xếp cadimi vào nhóm I – tức là có bằng chứng đủ chắc chắn về khả năng gây ung thư cho con người, trong khi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) xếp cadimi vào nhóm B1 – có thể gây ung thư cho con người theo các nghiên cứu. Cadimi cũng được chứng minh là gây rối loạn chức năng thận, suy phổi, tổn thương xương và tăng huyết áp ở người. Sử dụng quá liều cadimi có thể dẫn đến tràn protein trong nước tiểu và làm gián đoạn chuyển hóa kali.

Các tổ chức y tế quốc tế đã đề ra các tiêu chuẩn nồng độ cadimi tối đa cho nước uống và nước sinh hoạt. Ví dụ, Tổ chức Y tế Thế giới, EPA và Liên minh Châu Âu đặt mức nồng độ tối đa cho nước sinh hoạt là 0,005 mg/L. Trong khi đó, EPA đặt giới hạn xả cho phép của nồng độ cadimi trong nước thải đầu ra là 2 mg/L.

Tiêu chuẩn IS 10500 của Ấn Độ cũng thiết lập các giới hạn cho phép của cadimi trong nước. Nó đặt giới hạn từ 1,0 đến 2,0 mg/L cho nước thải công nghiệp và 0,003 mg/L cho nước uống.

Theo Quy chuẩn Việt Nam QCVN 40:2011/BTNMT, hàm lượng cadimi cho nước cấp và nước sinh hoạt không được vượt quá 0,05 mg/L. Đối với nước thải công nghiệp, hàm lượng cadimi không được vượt quá 0,1 mg/L.

Kết Luận

Việc khử cadimi trong nước thải là một phần quan trọng của quá trình xử lý nước thải hiện đại. Bằng cách áp dụng các phương pháp và công nghệ tiên tiến, cùng việc tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và quy định pháp lý, chúng ta có thể giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm cadimi và bảo vệ môi trường và sức khỏe của cộng đồng.