Công nghệ điện phân (Electrolysis) là một phương pháp tiên tiến để xử lý nước thải xi mạ chứa kim loại nặng như Cr⁶⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺… bằng cách sử dụng dòng điện để khử ion kim loại, kết tủa và loại bỏ tạp chất độc hại.

1️⃣ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

📌 Điện phân xử lý nước thải xi mạ hoạt động dựa trên hai cơ chế chính:

🔹 (1) Điện phân khử (Cathodic Reduction):
✅ Các ion kim loại nặng bị khử tại cực âm (cathode) và kết tủa dưới dạng kim loại rắn.
✅ Ví dụ:

$${\text{<span style="font-size: medium;"><span style="font-family: Arial;">Cr</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">6</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">3</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">-</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span>{\text{<span style="font-size: medium;"><span style="font-family: Arial;">Cr</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">3</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}$$$${\text{<span style="font-size: medium;"><span style="font-family: Arial;">Cu</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">-</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span>\text{<span style="font-size: medium;"><span style="font-family: Arial;">Cu</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">(</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><font\; face="Arial">rắn</font></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">)</span></span>$$🔹 (2) Oxy hóa tại cực dương (Anodic Oxidation):
✅ Chuyển hóa các chất ô nhiễm hữu cơ, cyanide (CN⁻), hoặc kim loại độc về dạng ít độc hơn.
✅ Ví dụ:

$${\text{<span style="font-size: medium;"><span style="font-family: Arial;">CN</span></span>}}^{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">-</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">C</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">N</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}$$​2️⃣ CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN

📌 Hệ thống điện phân xử lý nước thải xi mạ thường bao gồm:

✔ Bể điện phân (chứa nước thải và dung dịch điện ly).
✔ Cực dương (Anode) – thường làm bằng than chì, Titan phủ IrO₂/Pt để tránh bị ăn mòn.
✔ Cực âm (Cathode) – thường làm bằng thép không gỉ hoặc đồng để thu hồi kim loại.
✔ Nguồn điện một chiều (DC power supply) – điều chỉnh điện áp phù hợp.
✔ Hệ thống tách bùn và xử lý bùn thải – thu hồi kim loại hoặc xử lý an toàn.

3️⃣ ƯU & NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHÂN

✅ Ưu điểm:

✔ Xử lý hiệu quả kim loại nặng (Cr⁶⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺…).
✔ Giảm lượng hóa chất sử dụng so với phương pháp kết tủa hóa học.
✔ Có thể thu hồi kim loại có giá trị (đồng, kẽm, niken…).
✔ Không tạo ra quá nhiều bùn thải như kết tủa hóa học.
✔ Hiệu quả xử lý cao, vận hành đơn giản.

❌ Nhược điểm:

❌ Chi phí đầu tư ban đầu cao (hệ thống điện cực, nguồn điện).
❌ Tiêu tốn điện năng, đặc biệt với nước thải nồng độ cao.
❌ Đối với một số kim loại như Cr⁶⁺, cần kết hợp với hóa chất khử trước khi điện phân.

4️⃣ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI XI MẠ

📌 Các loại nước thải xi mạ có thể xử lý bằng điện phân:
🔹 Nước thải chứa Cr⁶⁺ từ quá trình mạ crom → Điện phân khử Cr⁶⁺ thành Cr³⁺.
🔹 Nước thải chứa Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ từ mạ niken, đồng, kẽm → Kết tủa kim loại dưới dạng rắn để thu hồi.
🔹 Nước thải có chứa cyanide (CN⁻) từ mạ điện → Điện phân oxy hóa cyanide thành CO₂ và N₂ vô hại.

5️⃣ QUY TRÌNH ĐIỆN PHÂN KẾT HỢP XỬ LÝ NƯỚC THẢI XI MẠ

🔸 Bước 1: Điều chỉnh pH (pH = 3-5) để tối ưu hiệu suất điện phân.
🔸 Bước 2: Khử Cr⁶⁺ thành Cr³⁺ bằng điện phân hoặc kết hợp hóa chất (NaHSO₃, FeSO₄).
🔸 Bước 3: Điện phân loại bỏ kim loại nặng tại cực âm.
🔸 Bước 4: Lắng tách bùn và kim loại kết tủa (có thể tái chế kim loại).
🔸 Bước 5: Lọc và hấp phụ than hoạt tính để loại bỏ kim loại còn sót.
🔸 Bước 6: Xả thải đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.