Ngày từng ngày, chúng ta càng có rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp khác nhau để xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, phụ thuộc vào yếu tố kỹ thuật và mức độ phù hợp. Trong số các phương pháp này, phương pháp hấp phụ kết hợp và oxi hóa bậc cao – phương pháp Fenton đang thu hút sự quan tâm của các hệ thống xử lý hợp chất hữu cơ độc hại.
1/ Công nghệ Fenton là gì?
Công nghệ Fenton là trong những phương pháp điển hình của dạng phản ứng oxy hóa bậc cao trong xử lý nước thải. Các quá trình oxy hóa cao cấp hoặc nâng cao được mô tả là quá trình phân hủy oxy hóa, phụ thuộc vào gốc tự do hydroxyl *OH được tạo ra trong quá trình xử lý, có thời gian ngắn. Gốc hydroxyl là một trong những tác nhân oxy hóa mạnh nhất hiện nay, có khả năng oxy hóa mọi hợp chất hữu cơ mà không kén chọn, thậm chí là các chất khó phân hủy, chuyển đổi chúng thành các hợp chất vô cơ (khoáng hóa) không độc hại như CO2, H2O hoặc các acid hữu cơ mạch ngắn, các acid vô cơ dễ phân hủy hơn.
Công nghệ này thường được áp dụng trong việc xử lý nước thải có nồng độ COD khó phân hủy và độ màu cao. Quá trình oxy hóa có thể được sử dụng tại bước xử lý bậc cao để loại bỏ COD và độ màu còn lại hoặc được sử dụng tại bước xử lý hóa học đầu tiên (trước khâu xử lý sinh học) để tăng tỉ lệ BOD/COD.
Fenton là phương pháp công nghệ oxy hóa chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, có khả năng khử màu hiệu quả. Phản ứng fenton hỗ trợ giảm nồng độ COD, giúp cho quá trình xử lý nước thải trở nên hiệu quả hơn. Nguyên lý hoạt động của công nghệ Fenton là sử dụng ion sắt xúc tác Hydrogen peroxide (H2O2) để oxi hóa các chất hữu cơ cao phân tử lớn. Khi ion sắt tác dụng với H2O2, sẽ tạo ra các gốc OH tự do có tính oxi hóa mạnh, góp phần trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải.
Các bể phản ứng fenton được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong ngành dệt nhuộm. Nước thải từ các nhà máy dệt nhuộm thường chứa nhiều chất hữu cơ và có độ màu cao, gây ảnh hưởng đến môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Sử dụng công nghệ Fenton để xử lý nước thải trong ngành dệt nhuộm có thể giúp loại bỏ các chất độc hại và đảm bảo an toàn cho môi trường. Bên cạnh đó, việc xử lý nước thải bằng công nghệ Fenton còn giúp tăng tính kinh tế và sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn, đóng góp vào bảo vệ môi trường và phát triển bền vững của ngành công nghiệp.
2/ Quy trình của công nghệ Fenton trong xử lý nước thải
Phương pháp Fenton là một phương pháp xử lý nước gồm ba giai đoạn chính.
Giai đoạn thứ nhất của phương pháp là điều chỉnh pH để tạo điều kiện phù hợp cho quá trình. pH có ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy chất hữu cơ. Trong phương pháp Fenton, pH thích hợp cho quá trình này là từ 2-4, và tối ưu nhất là ở mức 2.8. Tuy nhiên, nếu sử dụng các chất xúc tác khác như quặng sắt Goethite, cát chứa sắt hoặc sắt trên chất mang, thì phải tăng pH lên khoảng 5-9.
Giai đoạn thứ hai của phương pháp Fenton là giai đoạn phản ứng oxi hóa, trong đó sẽ hình thành gốc *OH hoạt tính và phản ứng oxi hóa chất hữu cơ. Cơ chế hình thành gốc *OH hiện nay vẫn chưa được thống nhất. Gốc *OH sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng ôxi hóa các hợp chất hữu cơ trong bể phản ứng fenton với môi trường nước cần xử lý, chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân tử thành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp.
Giai đoạn cuối cùng của phương pháp Fenton là trung hòa và keo tụ. Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa, cần nâng pH dung dịch lên để thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành. Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp phụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.
Cuối cùng, các nông keo được hình thành sẽ lắng xuống đáy trong giai đoạn lắng. Các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp hơn sẽ được xử lý bổ sung bằng các phương pháp khác để đảm bảo quá trình xử lý nước thải được hoàn tất hiệu quả.
Kết thúc phản ứng fenton, lượng chất hữu cơ trong nước thải sẽ được phân giải dần, tạo ra nguồn nước ít độc hại hơn.
Tổng quát, phương pháp Fenton là một phương pháp hiệu quả trong việc xử lý nước và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
3/ Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng Fenton
Trong quá trình hoạt động, phản ứng fenton phải chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Dưới đây là một số yếu tố ảnh hưởng mà bạn không nên bỏ qua.
- Việc thêm sắt vào môi trường nước thải có ảnh hưởng lớn đến quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong đó. Điều này được giải thích bởi sự hình thành gốc hydroxyl – một chất có tính oxy hóa cao – được tạo ra từ sự phối hợp giữa sắt và hydrogen peroxide (H2O2). Tuy nhiên, nồng độ sắt không phải là càng nhiều thì càng tốt. Khi nồng độ sắt trong bển fenton tăng lên, sự phân hủy các chất hữu cơ cũng tăng đáng kể. Tuy nhiên, sau một ngưỡng nào đó, hiệu quả của quá trình phân hủy không tăng thêm. Việc lựa chọn liều lượng tối ưu của xúc tác sắt là rất quan trọng và phải được thực hiện dựa trên đặc tính của nước thải và phản ứng Fenton. Thông thường, liều lượng sắt được đo bằng tỷ lệ phần trăm với hydrogen peroxide, và tỷ lệ này thường dao động từ 1 phần sắt trên 1-10 phần H2O2.
- Có thể sử dụng các muối Fe2+ hoặc Fe3+ để xúc tác phản ứng trong hầu hết các ứng dụng. Tuy nhiên, việc sử dụng sắt II được ưa chuộng hơn nếu lượng hệ chất Fenton thấp. Các muối sắt chloride hoặc sulfat cũng có thể được sử dụng. Việc tái tuần hoàn sắt sau phản ứng có thể được thực hiện bằng cách tăng pH, tách riêng các bông sắt và tái axit hóa bùn sắt. Nếu lượng H2O2 nhiều, phản ứng sẽ bắt đầu xúc tác nhanh chóng.
- Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Fenton. Với nhiệt độ bể phản ứng fenton thấp hơn 200°C, tốc độ phản ứng sẽ tăng, nhưng khi nhiệt độ vượt quá 400-500°C, hiệu suất sử dụng của H2O2 sẽ giảm do sự phân hủy tăng. Việc thêm H2O2 vào phản ứng cần được thực hiện tuần tự có kiểm soát để điều chỉnh sự gia tăng nhiệt độ, đồng thời cần điều hòa nhiệt độ để đảm bảo an toàn.
- pH cũng là yếu tố ảnh hưởng quan trọng. pH tối ưu cho phản ứng Fenton nằm trong khoảng 3-6, và sự giảm pH được thực hiện tuần tự thông qua thêm xúc tác FeSO4 và H2O2. Nếu pH quá cao, hiệu suất phản ứng sẽ giảm do sắt chuyển đổi thành dạng keo hydroxit, trong khi pH quá thấp sẽ làm giảm hiệu suất phản ứng nhưng đỡ hơn so với pH cao. Việc giảm pH được giám sát cẩn thận để đảm bảo phản ứng diễn ra theo đúng tiến độ.
- Thời gian phản ứng trong phương pháp Fenton phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó liều lượng xúc tác và mức độ ô nhiễm của nước thải là hai yếu tố quan trọng nhất. Đối với việc oxy hóa phenol đơn giản, thời gian phản ứng thường nằm trong khoảng 30-60 phút. Tuy nhiên, đối với các dòng nước thải phức tạp hoặc đậm đặc hơn, quá trình phản ứng có thể kéo dài trong vài giờ. Trong trường hợp này, phương pháp phản ứng theo từng bậc, tức là thực hiện từng bước với sự thêm vào vừa đủ lượng sắt và H2O2, sẽ là phương pháp hiệu quả và an toàn hơn so với việc đổ tất cả các hóa chất vào cùng một lúc.
4/ Ứng dụng phương pháp Fenton trong xử lý ô nhiễm
Phương pháp Fenton là một phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường đã được sử dụng để xử lý các loại ô nhiễm khác nhau, bao gồm các hợp chất hữu cơ và vô cơ.
Các ứng dụng của phương pháp Fenton trong xử lý ô nhiễm bao gồm:
- Xử lý nước thải: Phương pháp Fenton được sử dụng để xử lý nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy xi măng, và các hoạt động khai thác mỏ
- Xử lý đất và nước ngầm: Phương pháp Fenton có thể được sử dụng để xử lý đất và nước ngầm ô nhiễm bởi các kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ.
- Xử lý chất thải công nghiệp: Phương pháp Fenton có thể được sử dụng để xử lý chất thải từ các nhà máy sản xuất đồ gốm, thuốc trừ sâu, và các chất hoá học khác.
- Xử lý các chất ô nhiễm khác: Phương pháp Fenton cũng đã được sử dụng để xử lý các chất ô nhiễm khác như benzen, dioxin, PCB và các hợp chất khác.
Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp Fenton cần phải cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo tính hiệu quả và an toàn cho môi trường và con người. Việc áp dụng phương pháp này cần phải tuân thủ các quy định và hướng dẫn của các cơ quan quản lý môi trường để đảm bảo việc xử lý ô nhiễm được thực hiện một cách đúng đắn và an toàn. Chính vì thế, để nâng cao hiệu quả cũng như trách các vi phạm không đáng có khi sử dụng công nghệ fenton trong xử lý nước thải, bạn cần có sự tư vấn từ những đơn vị chuyên môn như Công ty giải pháp môi trường HANA của chúng tôi. Liên hệ ngay:
Hotline: 0985.99.4949
Địa chỉ: 20/6 Nguyễn Văn Dung, P.6, Q. Gò Vấp, TP. HCM
Email: mail@moitruonghana.com
