Nước thải nhiễm kim loại nặng (As, Pb, Hg, Cd, Cr, Ni, Cu, Zn...) chủ yếu đến từ công nghiệp xi mạ, luyện kim, điện tử, khai khoáng, dệt nhuộm. Các kim loại này độc hại, khó phân hủy và có nguy cơ tích tụ sinh học cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường.

Dưới đây là các giải pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng hiệu quả nhất.

1. Phương pháp Kết tủa hóa học

🔹 Nguyên lý: Dùng hóa chất tạo kết tủa kim loại dưới dạng hydroxide, sulfide hoặc carbonate.
🔹 Hóa chất sử dụng:

• Xút (NaOH), Vôi (Ca(OH)₂): Tạo kết tủa kim loại hydroxide (pH 9-11).

• Na₂S, H₂S: Tạo kết tủa kim loại sulfide (hiệu quả hơn hydroxide).

• Na₂CO₃: Tạo kết tủa kim loại carbonate (dùng cho Pb, Cu).

✅ Ưu điểm: Hiệu quả cao, dễ vận hành.
⚠ Nhược điểm: Phải kiểm soát pH chặt chẽ, tạo nhiều bùn thải.

2. Phương pháp Trao đổi ion

🔹 Nguyên lý: Dùng nhựa trao đổi ion hấp phụ kim loại nặng.
🔹 Ứng dụng: Xử lý Cr, Cu, Zn, Ni, Pb... trong nước thải có nồng độ thấp.
🔹 Công nghệ sử dụng:

• Nhựa cation (-COOH, -SO₃H) hấp phụ kim loại dương.

• Nhựa anion (-NH₂, -NR₃⁺) hấp phụ anion kim loại.

✅ Ưu điểm: Tái sử dụng được kim loại, phù hợp với nước thải có tải lượng thấp.
⚠ Nhược điểm: Nhựa dễ bị bão hòa, cần tái sinh bằng hóa chất.

3. Phương pháp Hấp phụ

🔹 Nguyên lý: Dùng vật liệu có khả năng hấp phụ mạnh để giữ kim loại nặng.
🔹 Vật liệu phổ biến:

• Than hoạt tính (hấp phụ Pb, Cd, Cr).

• Tro bay, bentonite, zeolite (hấp phụ As, Hg, Cu).

• Graphene oxide, nano Fe₃O₄ (công nghệ tiên tiến, hiệu quả cao).

✅ Ưu điểm: Đơn giản, chi phí thấp, không tạo bùn thải.
⚠ Nhược điểm: Cần thay thế vật liệu khi bão hòa.

4. Phương pháp Điện hóa (Electrocoagulation & Electrolysis)

🔹 Nguyên lý: Dùng dòng điện để kết tủa hoặc khử kim loại trong nước.
🔹 Ứng dụng: Xử lý Cr(VI), Cu, Zn, Ni, Cd, Pb.
🔹 Công nghệ:

• Điện đông tụ (Electrocoagulation): Tạo bông keo Fe(OH)₃/Al(OH)₃ để kéo kim loại xuống đáy.

• Điện phân (Electrolysis): Dùng cực âm (cathode) để khử ion kim loại về dạng rắn.

✅ Ưu điểm: Hiệu quả cao, ít hóa chất.
⚠ Nhược điểm: Chi phí điện năng lớn, cần bảo trì điện cực.

5. Phương pháp Màng lọc (UF/RO/EDI)

🔹 Nguyên lý: Dùng màng lọc kích thước 0.001 - 0.0001 µm để loại bỏ ion kim loại.
🔹 Công nghệ:

• Lọc siêu lọc (UF): Loại bỏ kim loại kết tủa.

• Thẩm thấu ngược (RO): Loại bỏ 99% ion kim loại.

• Khử ion bằng điện (EDI): Xử lý sâu kim loại nặng.

✅ Ưu điểm: Tạo nước sạch đạt tiêu chuẩn cao.
⚠ Nhược điểm: Chi phí đầu tư và bảo trì cao.

6. Quy trình xử lý nước thải nhiễm kim loại nặng tối ưu

📌 Sơ đồ công nghệ đề xuất:

➡ Song chắn rác (loại bỏ rác thô)
➡ Bể điều hòa (ổn định lưu lượng, nồng độ kim loại)
➡ Keo tụ - Tạo bông (Dùng PAC, Polymer)
➡ Kết tủa hóa học (Dùng NaOH, Na₂S)
➡ Bể lắng hóa lý (Tách bùn chứa kim loại)
➡ Hấp phụ (than hoạt tính, zeolite) (Loại bỏ kim loại còn sót)
➡ Màng RO hoặc EDI (nếu cần tái sử dụng nước)
➡ Khử trùng UV/Cl (Loại bỏ vi khuẩn)
➡ Xả thải đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT

7. Tiêu chuẩn xả thải kim loại nặng (QCVN 40:2011/BTNMT)

Kim loại	Cột A (Tái sử dụng)	Cột B (Xả vào nguồn nước tự nhiên)
Asen (As)	0.05 mg/L	0.1 mg/L
Chì (Pb)	0.1 mg/L	0.5 mg/L
Thủy ngân (Hg)	0.005 mg/L	0.01 mg/L
Cadimi (Cd)	0.05 mg/L	0.1 mg/L
Crom VI (Cr⁶⁺)	0.05 mg/L	0.1 mg/L
Crom tổng (Cr)	0.2 mg/L	1.0 mg/L
Đồng (Cu)	0.2 mg/L	2.0 mg/L
Kẽm (Zn)	0.5 mg/L	3.0 mg/L
Niken (Ni)	0.2 mg/L	1.0 mg/L

✅ Lưu ý: Giá trị theo Cột A áp dụng cho nước tái sử dụng, Cột B áp dụng cho nước xả thải ra môi trường.

8. Giải pháp tối ưu chi phí và vận hành

✔ Kết hợp nhiều phương pháp để đạt hiệu quả cao nhất.
✔ Tái chế kim loại từ bùn thải để giảm ô nhiễm, tăng giá trị kinh tế.
✔ Tự động hóa hệ thống để giảm nhân công, tiết kiệm chi phí vận hành.