Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải khác nhau, trong đó xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học được ứng dụng chủ yếu để xử lý nước thải công nghiệp. Các phương pháp hóa học bao gồm trung hòa nước thải chứa axit và kiềm, đông tụ keo hay keo tụ - kết bông, oxy hóa khử. 

1. Phương pháp kết tủa nước thải 

Cơ chế của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng, sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng cặn. 

Trước đây người ta thường dùng phương pháp kết tủa để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ và thứ cấp.

Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này được liệt kê trong bảng bên dưới. Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thường nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 - 90% TSS, 40 - 70% BOD5, 30 - 60% COD và 80 - 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ loại được 50 - 70% TSS, 30 - 40 % chất hữu cơ. 

2. Phương pháp trung hòa 

Nước thải sản xuất của nhiều lĩnh vực công nghiệp có chứa axit hoặc kiềm. Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực ở các công trình thoát nước và tránh cho các quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và trong hồ, sông, không bị phá hoại, người ta phải trung hòa các loại nước thải đó. Trung hòa còn được tiến hành với mục đích làm cho một số muối kim loại nặng lắng xuống và tách khỏi nước thải. 

Phương châm đầu tiên là phải tính đến khả năng trung hòa lẫn nhau giữa các loại nước thải chứa axit và kiềm, hoặc khả năng dự trữ kiềm của nước thải sinh hoạt và nước sông. Thực tế được coi là đã trung hòa nếu hỗn hợp có pH 6,5 - 8,5. 

Quá trình trung hòa được thực hiện trong các bể trung hòa kiểu làm việc liên tục hoặc gián đoạn theo chu kỳ. Về cấu tạo các loại bể này có thể kết hợp với các bể lắng. Khi điều kiện địa phương thuận lợi, nước thải sau khi đã trung hòa có thể cho lắng ở các hồ lắng tập trung, các hồ này có thể tích để trữ được lượng cặn trong vòng 10 - 15 năm. Phải dựa trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để chọn biện pháp lắng (bể lắng trong hoặc hồ lắng,...) 

3. Phương pháp oxy hóa khử 

Phương pháp oxy hóa khử thường được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp có chứa các chất bẩn vô cơ độc hại. 

Các chất bẩn trong nước thải công nghiệp, có thể phân ra hai loại: vô cơ và hữu cơ. Các chất hữu cơ thường là đạm, mỡ, đường, các hợp chất chứa phenol, chứa nitơ,... Đó là những hợp chất có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật, có thể dùng phương pháp sinh hóa để xử lý nước thải. Đa số các chất vô cơ là những chất và những nguyên tố không thể xử lý bằng phương pháp sinh hóa được.

Những ion kim loại nặng: đồng, chì, kẽm, niken, coban, sắt, mangan, crom,... không thể xử lý bằng phương pháp vi sinh vật, cũng không loại khỏi nước ở dạng cặn kết tủa được, chỉ có một phần hấp thụ vào bùn hoạt tính. Nhiều chất như thủy ngân, asen, xyanua,... là những chất rất độc, không những không xử lý được bằng phương pháp sinh hóa mà còn tiêu diệt những vi sinh vật có lợi - một tác nhân quan trọng để xử lý nước thải.

Vì vậy để xử lý nước thải công nghiệp chứa các chất bẩn vô cơ độc hại trên đây, người ta thường dùng phương pháp hóa học hoặc hóa lý. Thông dụng nhất là phương pháp oxy hóa - khử. Quá trình oxy hóa - khử cũng được để xử lý các chất thải độc hại. 

4. Phương pháp oxy hóa 

Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước sẽ chuyển thành các chất không độc hại, các chất có màu sẽ bị oxy hóa thành các chất không màu. Tuy nhiên, quá trình này phải sử dụng một lượng tác nhân hóa học rất lớn, do đó chúng ta chỉ sử dụng phương pháp oxy hóa khi các phương pháp khác không có tác dụng.

Các phương pháp oxy hóa thường gặp: 

Phương pháp oxy hóa tiên tiến (AOP = Advanced Oxydation Processes): Trong quá trình oxy hóa, các chất hữu cơ trong nước thải, kể cả những loại thuốc nhuộm sẽ bị oxy hóa thành các chất không màu. Các chất oxy hóa mạnh thường là clo và các hợp chất của clo, hidro peroxit (H2O2), ozon, TiO2. Ngoài ra người ta cũng đã nghiên cứu oxy hóa bằng phản ứng Fenton. Đặc điểm chung của các chất oxy hóa mạnh là trong những điều kiện phản ứng cụ thể, sẽ sinh ra gốc OH tự do, có khả năng phân hủy các chất hữu cơ có cấu trúc bền vững. 

- Oxy hóa bằng clo: Là một phương pháp rẻ tiền. Tuy nhiên khi xử lý màu của nước thải thì đồng thời lại tạo ra các hợp chất hữu cơ chứa clo là những chất độc hại. 

- Oxy hóa bằng H2O2: Hydro peroxit hoạt hóa là một chất oxy hóa quan trọng được sử dụng để khử màu bằng biện pháp hóa học và loại bỏ thuốc nhuộm khỏi nước thải bởi oxy hóa vòng thơm của phân tử thuốc nhuộm. Chất oxy hóa này cần hoạt hóa bởi một số tác nhân, ví dụ như bức xạ tử ngoại (UV), các muối vô cơ như Fe2+, ozon hay siêu âm. 

- Oxy hóa bằng phản ứng Fenton: Đây là phương pháp sử dụng phản ứng giữa Fe2+ và H2O2 để tạo ra các tác nhân oxy hóa OH. Tác nhân này có khả năng phá vỡ cấu trúc các mạch dài và các nối đôi C=C, các nhân thơm và dị vòng làm mất màu thuốc nhuộm. 

- Phương pháp oxy hóa quang hóa: Đây là phương pháp được dùng để khử màu thuốc nhuộm và cho hiệu quả khá cao. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải có những trang thiết bị rất phức tạp và đắt tiền. 

- Phương pháp oxy hóa bằng ozon: Ozon là một chất không bền và dễ dàng tạo thành oxy phân tử và oxy nguyên tử O. Oxy nguyên chất là chất oxy hóa mạnh, có khả năng cắt đứt các mạch C=C. Tác dụng của oxy hóa trong thực tế tăng lên gấp bội vì không những tạo oxy nguyên tử O, trực tiếp tham gia phản ứng mà đồng thời còn tạo ra gốc OH. Vì vậy phương pháp này đã được áp dụng để xử lý màu của nước thải cũng như oxy hóa nhiều chất hữu cơ khác. 

5. Phương pháp khử 

Người ta xử lý nước thải chứa crom bằng phương pháp khử. Trong các nhà máy dệt nhuộm có thể tạo ra nước thải chứa crom hóa trị 6. Nồng độ cho phép của crom hóa trị 6 trong nước sông là 0,1mg/l, crom hóa trị 3 là 0,5mg/l. Có sự khác nhau là do crom hóa trị 3 ít độc hơn crom hóa trị 6. Cơ sở của phương pháp hóa học để xử lý nước thải chứa crom là phản ứng khử để biến Cr6+ thành Cr3+, tiếp đó tách Cr3+ ở dạng hidroxit kết tủa. 

Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học phù hợp để tác dụng với các chất bẩn có trong nước thải để tạo thành chất hòa tan không độc hoặc ít độc hại hơn, hoặc tạo ra chất lắng đọng dễ xử lý. Tùy thuộc vào thành phần và tính chất của nguồn nước thải mà chúng ta lựa chọn xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học hay các phương pháp khác.

*Bài viết có sự tham khảo từ Sách “Vận hành và bảo dưỡng các nhà máy xử lý nước thải tập trung” của Bộ Kế hoạch và Đầu tư, NXB Khoa học và Kỹ thuật.