I. Xử lý nước thải.

Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



- Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau qua

các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga hay hố người.

- Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên. Ở những thành phố hiện

đại, nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát riêng.



Hình 4. Nước mưa

gây ngập úng ở các đô thị.



- Nước thải đô thị: nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống

thoát của một thành phố. Đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên.

I.3. Vai trò của việc xử lý nước thải.

Nền văn minh của nhân loại càng phát triển, các đô thị mọc lên và được mở rộng

một cách nhanh chóng. Vì vậy, nước thải sinh hoạt và chất thải công nghiệp từ các thành

phố gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với môi trường nước và ngày càng trở thành vấn đề cấp

bách mang tính chất xã hội và chính trị của cộng đồng. Bản thân nước thải chứa nhiều tạp

chất khác nhau, trong đó có rất nhiều các virut, vi khuẩn gây bệnh như tả, lị, thương hàn…

chất độc gây chết nhiều sinh vật, nếu đi vào cơ thể con người, sẽ tích tụ lại trong cơ thể và

gây bệnh. Nhiều công ty, xí nghiệp không xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường đã

phải chịu sự trừng phạt của pháp luật.

Vì vậy, xử lý nước thải sẽ góp phần phát triển kinh tế, tiết kiệm nguồn nước sạch mà

hơn hết nó góp phần bảo vệ sức khỏe cho con người, giữ cho môi trường thêm sạch đẹp.



Hình 5. Hệ thống xử lý

nước thải công nghiệp.



Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



10



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



Các phương pháp xử lý nước thải bao gồm: Cơ học, hóa lý, hóa học và sinh học.

I.4. Xử lý nước thải bằng điện phân.

Sử dụng các quá trình oxi hóa anot và khử của catot để làm nước thải khỏi các tạp

chất hòa tan và phân tán. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng

điện một chiều đi qua nước thải. Phương pháp này có sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản,

tự động hóa mà không cần sử dụng các tác nhân hóa học nhưng lại tiêu hao điện năng lớn.

Phương pháp này có thể tiến hành gián đoạn hoặc liên tục.

I.4.1. Oxi hóa anot và khử của catot.

Xét sơ đồ bể điện phân sau:



Hình 6. Sơ đồ bể điện phân

1. Thân bể

2. Anot

3. Catot

4. Màng.



Các quá trình đã được nghiên cứu để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua,

ancol sunfo xyanua, các amin, andehit, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm azo, sunfit…Trong quá

trình oxi hóa, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO 2, NH3 và H2O tạo

thành các chất không độc và đơn giản hơn để có thể tách ra bằng phương pháp khác.

Anot thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện

phân như graphit, macnetit (Fe3O4), PbO2…Catot được làm bằng molipden, hợp kim của

vonfram với sắt hay niken; từ than chì, thép không gỉ và các kim loại khác được phủ lớp

molipden, vonfram hay hợp chất của chúng.

Quá trình được tiến hành trong bể điện phân có hoặc không có màng.

I.4.1.1.Khử độc xyanua.

I.4.1.1.1. Oxi hóa của anot.

Nước thải của các nhà máy chế tạo máy, chế tạo dụng cụ, luyện kim đen và luyện

kim màu, công nghiệp hóa chất…ngoài chứa các xyanua đơn giản (KCN, NaCN) còn có

các xyanua phức của kẽm, đồng, sắt và các kim loại khác.

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



11



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng

2CNO- + 2H 2 O → NH + + CO3

4



Oxi hóa anot của xyanua:



Quá trình oxi hóa cũng có thể dẫn đến sự tạo thành nitơ:

2CNO - + 4OH - -6e → N 2 ↑ + 2CO 2 ↑ + 2H 2O



Phương pháp này có hiệu quả xử lý gần 100%.

I.4.1.1.2. Kỹ thuật oxi hóa bằng NaOCl mới sinh.

Trong kỹ thuật này, NaOCl mới sinh do quá trình điện phân dung dịch NaCl không có

màng ngăn sẽ oxi hóa CN- theo phản ứng:

CN - + ClO − ⇔ CNO- + Cl2CNO- + 3ClO − + 2H 2O ⇔ 2CO 2 ↑ + 3Cl - + 2OH −



Phương pháp này có ưu điểm là không cần thêm hóa chất từ bên ngoài nên nước sau khi xử

lý nên có thể quay lại quá trình sản xuất từ ban đầu.

I.4.1.2. Khử kim loại nặng.

Các quá trình khử của catot được ứng dụng để loại các ion kim loại ra khỏi nước thải

với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô nhiễm thành các hợp chất ít độc hơn

hoặc về dạng dễ tách ra khỏi nước như cặn, khí. Quá trình này có thể được sử dụng để làm

sạch nước thải ra khỏi các ion kim loại nặng như Pb 2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, As3+ và Cr6+. Quá

trình khử của catot đối với ion kim loại xảy ra như sau: Me n+ + ne → Men. Ở đây, các kim

loại lắng lên catot và có thể thu hồi chúng.

Ví dụ: Quá trình khử hợp chất crom đã đạt đến mức độ làm sạch cao: nồng độ của

chúng từ 1000 tới còn 1g/ml. Năng lượng tiêu tốn cho làm sạch vào khoảng 0,12 kWh/m 3.

Trong điện phân nước thải chứa H2Cr2O7, giá trị tối ưu pH vào khoảng 2. Phản ứng khử xảy

2ra theo phương trình sau: Cr2O 7 + 14H + + 12e → 2Cr + 7 H 2O



Để xử lý nước thải chứa một số kim loại nặng, người ta tiến hành quá trình làm sạch

nước thải ra khỏi các ion Hg2+, Pb2+, Cd2+, Cu2+ bằng quá trình khử trên catot được làm từ

hỗn hợp C và S. Các ion này lắng trên cực ở dạng sunfua hoặc bisunfua và được tách ra

bằng phương pháp cơ học.

Cũng có thể sử dụng các phản ứng khử tách chất gây ô nhiễm bằng cách chuyển

chúng sang pha khí. Ví dụ: Khử NH4NO3 trên điện cực than chì, quá trình xảy ra như sau:

NH4NO3 + 2H+ + 2e → NH4NO2 + H2O

NH4NO2 → N2↑+ 2H2O

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



12



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



I.4.2. Tuyển nổi bằng điện.

Tuyển nổi: là phương pháp được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc

lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp, quá

trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt.

Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc, tuyển nổi thường được sử dụng để khử các

chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử

được hoàn toàn vác hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm, trong một thời gian ngắn. Khi các hạt đã

nổi lên trên bề mặt, chúng có thể được thu gòm bằng bộ phận vớt bọt.

Trong quá trình làm sạch nước thải bằng phương pháp này, việc tách hạt lơ lửng là

nhờ các bọt khí được tạo thành trong điện phân nước. Ở cực anot là các bóng khí oxi, trên

catot là hidro. Khi các bóng khí này nổi lên gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên bề

mặt nước. Khi sử dụng các điện cực hòa tan, xảy ra đồng thời việc tạo thành các bông đông

tụ và các bọt xảy ra mãnh liệt hơn.

Hình 7. Sơ đồ hệ thống thiết bị

tuyển nổi một điện ngăn

1. Thân thiết bị

2. Điện cực.



II. Điện phân sản xuất.

II.1. Sản xuất các chất vô cơ.

II.1.1. Điện phân nóng chảy.

- Phương pháp điện phân nóng chảy được dùng để điều chế các kim loại hoạt động

mạnh như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al,…

+ Nhôm được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al 2O3 nguyên chất ở

2000oC với criolit (criolit, một mặt tăng tính dẫn điện của chất lỏng điện phân, tiết kiệm

năng lượng, mặt khác, nó có khối lượng riêng nhỏ hơn nhôm, nổi lên trên và ngăn cản

nhôm bị oxi hóa trong không khí).

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



13



Phương pháp phân tích hóa lý



Điện phân- Đặc điểm và ứng dụng



0



Catot: 2Al3+ + 6e → 2Al

3

Anot: 3O 2- → O 2 + 6e

2



dpnc

→

Hay: Al2O3  4Al + 3O2↑

criolit



Hình 8. Sơ đồ thùng điện

phân Al2O3 nóng chảy.



+ Các kim loại kiềm được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hidroxit hoặc muối

clorua của chúng trong điều kiện không cho sản phẩm tiếp xúc với không khí. Riêng kim

loại kiềm thổ, thực tế chỉ điện phân muối clorua.

dpnc

2MOH  2M +1/2 O2↑ + H2O↑ (M = Na, K,…)

→

dpnc

2MClx  2M + xCl2 (x = 1,2)

→

Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaOH.

NaOH → Na + + OH -



Catot: 2Na + + 2e → 2Na



1

2



Anot: 2OH → O 2 ↑ + H 2 O + 2e



1

2



Hay: 2NaOH → 2Na + O 2 ↑ + H 2O

Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaCl.

NaCl → Na + + Cl1

Catot: Na + + 1e → Na

Anot: Cl- → Cl2 ↑ + 1e

2

1

dpnc

→

Hay: NaCl  Na + Cl 2 ↑

2



II.1.2. Điện phân dung dịch.

Dùng để điều chế các kim loại hoạt động trung bình và yếu: Fe, Cu, Ag,… và nước

trong dung dịch đóng vai trò để các cation và anion di chuyển về các điện cực, đôi khi tham

gia vào phản ứng điện cực. Tuy nhiên, thực tế người ta ít dùng điện phân, thay vào đó là

nhiệt luyện.

- Một lượng lớn xút, khí clo, khí oxi, khí hidro, các hợp chất chứa oxi của clo

(hypoclorit, clorat) được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch.

+ Xút và khí clo được sản xuất từ nguyên liệu vô cùng rẻ là muối ăn.

Hồ Thị Ngọc Lan- Hóa 3A



14