ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP FENTON XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Ứng dụng công nghệ Fenton trong xử lý nước thải sẽ mang lại hiệu suất cao và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn tồn tại một số nhược điểm nhất định có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình xử lý. Cùng Envico tìm hiểu nội dung sau đây để hiểu hơn về phương pháp này nhé ! 

Phương pháp oxy hóa bậc cao

Phương pháp oxy hóa bậc cao (AOP) là một nhóm các quy trình xử lý nước và khí thải bằng cách sử dụng các gốc hydroxyl (OH) để oxy hóa và phân hủy các chất ô nhiễm ô nhiễm. Gốc hydroxyl là một chất oxy hóa mạnh có khả năng phá vỡ cấu trúc của các chất hữu cơ, biến chúng thành các chất đơn giản và an toàn hơn như CO2, H2O và các ion vô cơ.

Oxy hóa bậc cao được chia thành 4 phương pháp là phân hủy quang hóa, ozon, Fenton và điện hóa. 

• Phân chia quảng hóa hóa: Sử dụng tia UV kết hợp với chất xúc tác như TiO2 để tạo ra gốc OH, hiệu quả cao trong quá trình xử lý các hợp chất cơ sở có cấu trúc vòng benzen.
• Ozon: Ozon (O3) là một chất oxy hóa mạnh trực tiếp oxy hóa các chất hữu cơ, hiệu quả cao trong khử trùng và khử mùi.
• Fenton: Sử dụng H2O2 và Fe2+ để tạo gốc OH, xử lý các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp
• Điện hóa học: Dùng dòng điện để tạo ra bản gốc OH trên điện cực, xử lý các chất hữu cơ đơn giản.

Trong các phương pháp Envico vừa nêu trên thì Fenton phương pháp phổ biến và được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý nước thải. Mời bạn đọc cùng tham khảo chi tiết về phương pháp Fenton. 

Phương pháp Fenton

Phản ứng Fenton là một phản ứng oxy hóa hóa học sử dụng hydro peroxide (H2O2) và ion sắt (II) (Fe2+) để tạo ra gốc hydroxyl (OH) . Cơ chế oxy hóa của quá trình Fenton đã được nghiên cứu trong hơn 100 năm. Nghiên cứu cho thấy quá trình Fenton Research bao gồm hơn 20 phản ứng hóa học và phản ứng tổng hợp cốt lõi cốt lõi có thể thực hiện qua phương pháp:

  Fe2+ ​​+ H2O2 + H+ -> Fe3+ + OH- + OH.

Gốc hydroxyl có tính oxi hóa cao được hình thành từ phản ứng phản ứng của H2O2 với Fe2+ dưới tác dụng của axit mạnh có thể nhanh chóng phá hủy cấu trúc hầu hết các loại chất ô nhiễm cơ học thành carbon dioxide và nước. Dựa trên quy tắc này, quy trình Fenton được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý các loại nước hữu ích.

Hình 1: Cơ chế phản hồi của quá trình fenton

Quy trình phương pháp Fenton xử lý nước thải

• Điều chỉnh độ pH:

pH là yếu tố thì ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp Fenton. Nhân tố này ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ hoạt động của ion Fe2+ , quyết định hiệu quả oxy hóa và khử độc tố ô nhiễm.

Đối với phản ứng Fenton đồng thể, độ pH lý tưởng dao động từ 2 đến 4 , và độ tối ưu là pH= 2.8. Tuy nhiên, việc điều chỉnh độ pH từ mức độ thấp lên mức trung tính sau đó để loại bỏ Fe và H2O2 dư có thể gặp khó khăn, ảnh hưởng đến chi phí và thời gian xử lý.

Trong các trường hợp sử dụng các chất xúc tác khác như sắt Goethite hoặc các chất sắt mang, quá trình này được gọi là Fenton dị thể. Mức độ pH thích hợp ở quá trình này cao hơn, dao động từ 5 đến 9.

• Phản ứng oxi hóa:

Ở giai đoạn này, gốc *OH hoạt tính được hình thành và các chất hữu cơ được oxy hóa. Cơ chế hình thành gốc *OH vẫn đang được nghiên cứu, nhưng theo quá trình Fenton, phản ứng giữa Fe2+ và H2O2 được cho là nguyên nhân chính. Bản gốc *OH này tấn công các hợp chất hữu cơ trong nước, phá vỡ cấu trúc phân tử và chuyển đổi chúng thành các chất có khối lượng phân tử thấp hơn, dễ dàng phân hủy sinh học. 

CHC (cao phân tử) + *OH –> CHC (thấp phân tử) + CO2 + H2O + OH-

• Trung hòa và keo tụ

Sau giai đoạn oxy hóa, cần thực hiện trung hòa và keo tụ bằng cách nâng cao độ pH lên trên 7 để kết nối tủ Fe3+ t hành Fe(OH)3. Kết quả tủ này sau đó tham gia vào các quá trình keo tụ, đông tụ và hấp phụ, tạo ra các bông keo từ các chất hữu cơ cơ cao phân tử.

• Nghe

Trong giai đoạn cuối cùng của phương pháp Fenton, các bông keo sẽ lắng xuống và làm giảm lượng COD trong nước thải. Màu sắc và mùi của nước thải cũng được xử lý hoàn toàn. Các chất hữu cơ còn lại, chủ yếu là các hợp chất có khối lượng tử tử thấp, có thể được xử lý bổ sung bằng các phương pháp học sinh học hoặc các phương pháp khác.

Ưu điểm của phương pháp Fenton trong xử lý nước thải

Ưu điểm

• Phương pháp Fenton có thể ứng dụng xử lý nhiều loại nước thải khác nhau, từ nước thải sinh hoạt đến nước thải công nghiệp.
• Hóa chất sử dụng phổ biến, dễ mua và tương đối tiền rẻ.
• Quá trình xử lý đơn giản, dễ thực hiện và kiểm soát.

Nhược điểm

• Phạm vi pH xử lý hẹp.
• Rủi ro cao và rủi ro liên quan đến việc xử lý, vận hành và bảo quản thuốc thử.
• Tạo ra lượng thải sắt lớn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phương pháp Fenton

Độ pH

• Độ pH của ảnh dịch dịch ảnh hưởng đến hoạt tính của sắt và các phản ứng phân hủy.
• pH thích hợp cho quá trình Fenton thường dao động từ 2 đến 4. pH quá cao hoặc quá thấp đều có thể làm giảm hiệu suất phân tích.
• Ngoài ra, pH còn liên quan đến quá trình phát triển của phản ứng trong quá trình Fenton. Việc giám sát thường xuyên thay đổi độ pH rất quan trọng để đảm bảo phản ứng diễn ra đúng tiến độ. 
• Đối với dòng nước thải có nồng độ COD cao ( 10g/lít ), việc điều chỉnh lại pH sau mỗi giai đoạn là rất cần thiết để giải khát trạng thái pH gây cản trở cho phản ứng Fenton.

Hình 3: Thang đo độ pH

Nồng độ ion sắt

• Chất sắt ảnh hưởng trực tiếp tới số lượng gốc *OH được tạo ra ra, do sắt ( Fe^2+ ) là xúc tác chính trong quá trình Fenton.
• Mức độ phân hủy của các chất hữu cơ thường tăng theo tỷ lệ nồng độ sắt, nhưng ở một ngưỡng nhất hiệu suất không tăng thêm mà có thể gây ra sự hình thành các chất béo có hại.

Các loại ion sắt

Trong hầu hết các ứng dụng, cả muối Fe^2+ và Fe^3+ đều có thể được sử dụng làm xúc tác. Phản ứng bắt đầu nhanh chóng khi có lượng H2O2 lớn. 

Tuy nhiên, khi lượng H2O2 ở mức thấp (dưới 10-25 mg/l), các nghiên cứu đã chỉ ra rằng muối sắt II (Fe^2+) thường được ưa chuộng hơn trong phương pháp Fenton. Cả sắt clorua và sunfat đều có thể được sử dụng trong quá trình này. Ngoài ra, còn có khả năng tái sinh tuần hoàn sắt sau phản ứng bằng cách tăng độ pH, phân tách riêng các hạt sắt và tái axit hóa burin sắt.

Hydro peroxide (H2O2) ở mức độ thấp

• Nồng độ H2O2 ảnh hưởng trực tiếp đến lượng * OH được tạo ra, do H2O2 là nguồn cung cấp hydro cho quá trình tạo gốc * OH .
• Một lượng lớn H2O2 có thể tạo ra nhiều gốc * OH hơn, tăng hiệu suất phân hủy. Tuy nhiên, nồng độ quá cao có thể gây ra hiện tượng quá oxy hóa, tạo ra các chất phụ có thể gây hại cho môi trường.

Thành phần của chất ô nhiễm

• Các chất hữu cơ có đặc tính khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến khả năng oxy hóa và phân hủy trong quá trình Fenton.
• Các chất hữu cơ khó phân hủy hơn có thể Đòi nồng độ sắt và H2O2 cao hơn để đạt được hiệu suất phân hủy mong muốn.

Nhiệt độ hoạt động

• Thông thường, tăng nhiệt độ cao sẽ cung cấp nhanh hơn quá trình phản ứng. Tuy nhiên, cần phải chú ý đến công việc duy trì nhiệt độ trong khoảng thời gian phù hợp để tránh sự phân ly không mong muốn của hydrogen peroxide .
• Khi nhiệt độ tăng lên, tốc độ phản ứng Fenton cũng sẽ tăng theo, đặc biệt là khi nhiệt độ dưới 200°C . Tuy nhiên, khi nhiệt độ cao hơn khoảng 40 – 500°C , hiệu suất sử dụng H2O2 sẽ giảm khả năng phân hủy H2O2 tăng lên, tạo thành oxy và nước. 
• Thông thường, các ứng dụng của phản ứng Fenton diễn ra ở nhiệt độ từ 20-400°C . Khi xử lý chất thải ô nhiễm nặng, việc bổ sung H2O2 phải được thực hiện tự động hàng tuần và có kiểm soát để điều chỉnh tốc độ tăng nhiệt, đặc biệt là khi lượng H2O2 lớn hơn 10-20g/lít . Điều này cũng rất quan trọng vì lý do an toàn.

Thời gian phản hồi

• Thời gian phản hồi quá ngắn không thể đủ để đạt được hiệu suất phân hủy mong muốn trong phương pháp Fenton, trong khi thời gian quá dài có thể gây ra sự phân hủy không mong muốn của hydrogen peroxide.
• Đối với công việc oxy hóa phenol đơn giản ở nồng độ 250 mgl , thời gian phản ứng thông thường là từ 30 đến 60 phút. Tuy nhiên, đối với các loại nước thải phức tạp hoặc đặc hơn, thời gian phản ứng có thể kéo dài trong một khoảng thời gian.

Ứng dụng phương pháp Fenton trong xử lý nước thải ô nhiễm

• Xử lý nước thải công nghiệp:

• • Quá trình Fenton và các biến thể của nó được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong việc loại bỏ các chất hữu cơ gây hại như phenol, dioxin, PCBs … 
  • Sự hoạt động của quá trình Fenton được ứng dụng cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau như công nghiệp hóa chất, công nghiệp dệt may và công nghiệp sản xuất giấy.

Hình 4: Ứng dụng phương pháp Fenton xử lý nước thải công nghiệp

• Xử lý nước thải sinh hoạt:

• • • Phương pháp Fenton cũng có thể được áp dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt để loại bỏ các chất hữu cơ gây hại và vi khuẩn gây bệnh.
    • Ở các khu vực nông thôn hoặc cơ sở hạ tầng tầng cơ sở, việc áp dụng quá trình Fenton có thể giúp cải thiện chất lượng nước thải và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

• Xử lý nước thải từ các nguồn ô nhiễm đặc biệt:

• • • Fenton phản ứng có thể được ứng dụng trong xử lý nước thải từ các nguồn ô nhiễm đặc biệt như nước thải từ bệnh viện, nhà sản xuất chất hóa học và các khu vực ô nhiễm nặng.
    • Việc áp dụng quá trình Fenton cùng với các biến thể như Fenton mở rộng và Fenton dị dịch có thể tăng cường hiệu suất loại bỏ các chất độc hại từ các nguồn ô nhiễm này.

• Xử lý nước thải có chứa loại kim loại nặng:

• • Quá trình Fenton cũng được sử dụng để loại bỏ các loại nặng từ nước thải, như cadmium , thủy tinh , thủy ngân và asen .
  • Sự phát triển của các biến thể như Fenton dị có thể tăng cường khả năng hấp thụ phụ và loại bỏ loại nặng từ nước thải một cách hiệu quả hơn.

Tóm lại, quy trình Fenton là một phương pháp xử lý nước thải tiên tiến sử dụng phản ứng oxi hóa mạnh để loại bỏ các chất hữu cơ gây ô nhiễm nhiễm trùng. Quy trình này có nhiều ưu tiên vượt trội so với các phương pháp xử lý thông thường, nhưng vẫn còn một số chế độ nhất định. Evico hy vọng những thông tin trên đã cung cấp những thông tin hữu ích cho bạn đọc, cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết !

CÔNG TY CỔ P HẦ N CÔNG Hồng MÔI TRƯỜNG ENVICO

Địa chỉ : Lầu 3, Tòa nhà Đông Dương, 4 Nguyễn Đình Chiểu, P. ĐaKao, Quận 1, Tp. HCM

Hotline : 0909 794 445 (Mr.Huy)

Điện thoại:  (028) 66 797 205

Email : admin@envico.vn

Trang web:  Congnghemoitruong.net 

Fanpage :  Môi trường công nghệ Envico