Quá trình Fenton Mục lục GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP FENTON …………………………… Phần I: Cơ sở lý thuyết ………………………………………………… I Quá trình Fenton …………………………………………………… Quá trình Fenton đồng thể ……………………………………… Quá trình Fenton dị thể ………………………………………… II Các trình Fenton cải tiến ……………………………………… Fenton điện hoá ………………………………………………… Quang Fenton …………………………………………………… 12 Fenton-HA ……………………………………………………… 13 III Những nhân tố ảnh hưởng đến trình Fenton ………………… 17 Ảnh hưởng độ pH ………………………………………… 17 Ảnh hưởng tỉ lệ Fe2+/H2O2 loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+) … 18 Ảnh hưởng anion vô ……………………………… 19 Phần II: Ứng dụng phương pháp Fenton ……………………… 21 Ứng dụng Fenton xử lý nước thải dệt nhuộm ………… 21 Ứng dụng Fenton xử ký nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu 27 Ứng dụng Fenton xử lý nước ric bãi rác ………………… 30 Ứng dụng công nghệ Fenton vào xử lý nước thải Việt Nam …… 37 KẾT LUẬN ……………………………………………………………… 39 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………… 40 Quá trình Fenton GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP FENTON Các qui dịnh chất lượng nước ngày trở lên khắt khe nhiều thập kỷ gần Cùng với xu hướng gia tăng vấn đề đáng lo ngại mơi trường vấn đề đáng ý cần làm nước thải chứa hợp chất hữu tan, chất mà có độc tính khó phân hủy sinh học? thời gian gần có nhiều nỗ lực để giảm thiểu lượng tính độc dịng thải công nghiệp xử lý sinh học nước thải xem lựa chọn kinh tế so với phương pháp khác Tuy nhiên nhiều dòng thải chứa chất hữu độc hại khó phân hủy sinh học phương pháp lại tỏ khơng hiệu Ơxi hóa nâng cao (AOPsAdvanced Oxidation Processes) trường hợp lại lựa chọn hợp lý AOPs phương pháp tạo lượng lớn chất trung gian có hoạt tính cao, quan trọng gốc hydroxyl có khả ơxi hóa hầu hết chất nhiễm hữu Trong AOPs trình Fenton trình kiểu Fenton (Fenton- like processes) biết đến phương pháp hiệu không đắt cho trình làm nước nước thải Phương pháp Fenton cổ điển cơng trình nghiên cứu J.H Fenton cơng bố vào năm 1894 tạp chí hội hóa học Mỹ Trong phương pháp tổ hợp H2O2 muối sắt Fe+2 sử dụng làm tác nhân ơxi hóa hiệu cho nhiều đối tượng hợp chất hữu mang tên tác nhân Fenton Q trình Fenton có ưu việt chỗ tác nhân H 2O2 muối sắt tương đối rẻ có sẵn, đồng thời khơng độc hại dễ vận chuyển, dễ sử dụng hiệu ôxi hóa nâng cao cao nhiều so với sử dụng H 2O2 Áp dụng trình Fenton để xử lý nước xử lý nước thải dẫn đến khống hóa hồn tồn chất hữu thành CO 2, H2O ion vô Tuy nhiên điều kiện phải sử dụng nhiều hóa chất làm cho chi phí xử lý cao Do nhiều trường hợp nên áp dụng trình Fenton để phân Quá trình Fenton hủy phần, chuyển chất hữu khó phân hủy sinh học thành chất có khả phân hủy sinh học nhằm áp dụng thuận lợi trình xử lý sinh học tiếp sau NHĨM THỰC HIỆN Q trình Fenton PHẦN I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Quá trình Fenton: Quá trình Fenton cổ điển nói chung có hiệu cao khoảng pH 2-4, cao pH khoảng 2,8 Do điều kiện xử lý nước thường gặp (pH 5-9) q trình xảy khơng hiệu Đã có nhiều nghiên cứu dạng cải tiến phương pháp Fenton để tránh pH thấp trình photon-Fenton, Fenton điện hóa … Ngồi cịn phát sinh vấn đề cần tách ion sắt sau xử lý Những nghiên cứu trình Fenton dị thể xảy xúc tác rắn Goethite giải vấn đề đồng thời tiến hành q trình Fenton pH trung tính 1.Q trình Fenton đồng thể Thơng thường qui trình oxi hóa Fenton đồng thể gồm giai đoạn: • Điều chỉnh pH phù hợp • Phản ứng oxi hóa Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy hình thành gốc •OH hoạt tính phản ứng oxi hóa chất hữu Cơ chế hình thành gốc •OH xét cụ thể sau Gốc •OH sau hình thành tham gia vào phản ứng ơxi hóa hợp chất hữu có nước cần xử lý: chuyển chất hữu từ dạng cao phân thành chất hữu có khối lượng phân tử thấp CHC (cao phân tử) +•HO → CHC (thấp phân tử) +CO2 +H2O+ OH• Trung hịa keo tụ Sau xảy q trình oxi hóa cần nâng pH dung dịch lên >7 để thực kết tủa Fe3+ hình thành: Fe3+ + 3OH- →Fe(OH)3 Quá trình Fenton Kết tủa Fe(OH)3 hình thành thực chế keo tụ, đông tụ, hấp phụ phần chất hữu chủ yếu chất hữu cao phân tử • Q trình lắng: Các bơng keo sau hình thành lắng xuống khiến làm giảm COD, mầu, mùi nước thải Sau trình lắng chất hữu cịn lại (nếu có) nước thải chủ yếu hợp chất hữu có khối lượng phân tử thấp xử lý bổ sung phương pháp sinh học phương pháp khác Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl •OH động học phản ứng Fenton: * Phản ứng H2O2 chất xúc tác Fe+2 Mặc dù tác nhân Fenton biết hàng kỷ chế phản ứng Fenton tranh cãi, chí có ý kiến trái ngược Hệ tác nhân Fenton cổ điển hỗn hợp gồm ion sắt hóa trị (thơng thường dùng muối FeSO4) hydro peroxit H2O2, chúng tác dụng với sinh gốc tự •OH, cịn Fe2+ bị oxi hóa thành Fe3+ theo phản ứng: Fe2+ + → H2O2 Fe3+ + •OH + OH – Phản ứng gọi phản ứng Fenton ông người mơ tả q trình Phản ứng Fenton tiếp tục nghiên cứu nhiều tác giả sau này, nghiên cứu cho thấy ngồi phản ứng phản ứng q trình Fenton cịn có xảy phản ứng khác Tổng hợp lại bao gồm: Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + •OH + Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + •HO2 + H+ • OH + Fe2+ → OH - + Fe3+ • + H2O2 → H2O + • OH HO2 OH – (1) (2) (3) (4) Quá trình Fenton Fe2+ + • Fe3+ + HO2 → • → HO2 Fe3+ Fe2+ HO2 - + + H+ +O2 (5) (6) Những phản ứng chứng tỏ tác dụng sắt đóng vai trị chất xúc tác Q trình chuyển Fe3+ thành Fe2+ mô tả phản ứng (2) xảy chậm, số tốc độ k nhỏ so với phản ứng (1) sắt tồn sau phản ứng chủ yếu dạng Fe3+ Theo Walling, C (1975) gốc tự •OH sinh có khả phản ứng với Fe2+ H2O2 quan trọng khả phản ứng với nhiều chất hữu (RH) tạo thành gốc hữu có khả phản ứng cao, từ phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi: OH + Fe2+ → OH - + Fe3+ OH + H2O2 → H2O + • + RH → • • • • OH R + HO2 H2 O Các gốc •R oxy hóa Fe2+ , khử Fe3+ dimer hóa Tuy nhiên nói chế phản ứng Fenton, đặc biệt tạo thành hợp chất trung gian hình thành gốc hydroxyl nhiều tranh cãi Kremer (1999) cho sản phẩm trung gian phức chất Fe2+.H2O2 hydrat hóa ion FeO2+ thuận lợi mặt nhiệt động tác nhân ơxi hóa khử FeO 2+ gốc hydroxyl, mặt khác ông cho chất trung gian Fe2+.H2O2 tham gia trực tiếp vào q trình oxi hóa Tuy nhiên tuyệt đại đa số trí cao với cớ chế phản ứng Fenton xảy theo phản ứng (1)-(6) nêu thừa nhận vai trò gốc hydroxyl tạo phản ứng Fenton Quá trình Fenton * Phản ứng H2O2 chất xúc tác Fe3+: Phản ứng (2) xảy xem phản ứng phân hủy H 2O2 chất xúc tác Fe3+ tạo Fe2+ để sau tiếp tục xảy theo phản ứng (1) hình thành gốc hydroxyl theo phản ứng Fenton Tuy nhiên tốc độ ban đầu phản ứng ơxy hóa tác nhân H2O2 / Fe3+ chậm nhiều so với tác nhân Fenton H2O2 / Fe2+ Nguyên nhân trường hợp Fe 3+ phải khử thành Fe2+ trước hình thành gốc hydroxyl Như tổng thể trình Fenton xem khơng phụ thuộc vào trạng thái hóa trị hai hay ba ion sắt 2.Quá trình Fenton dị thể: Nhược điểm quan trọng trình Fenton đồng thể phải thực pH thấp, sau xử lý phải nâng pH lên > để tách ion Fe 3+ khỏi nước thải sau xử lý nước vôi dung dịch kiềm nhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa, sau phải qua thiết bị lắng lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo lượng bùn kết tủa chứa nhiều sắt Vì để khắc phục nhược điểm nguồn sắt sử dụng làm xúc tác có nhiều cơng trình nghiên cứu thay quặng sắt Goethite (α-FeOOH), cát có chứa sắt, sắt chất mang Fe/SiO 2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolit… q trình xảy giống trình Fenton khảo sát nên gọi trình kiểu Fenton hệ dị thể Fenton dị thể phát Ravikumar et al.(1994) cho thấy H2O2 ơxi hóa chât nhiễm hữu pentaclorophenol tricloroetylene có mặt cát có chứa sắt tự nhiên Tiếp theo có số nghiên cứu sử dụng hỗn hợp H2O2 quặng sắt loại goethite (α-FeOOH) làm tác nhân ơxi hóa để xử lý nước thải chứa chất hữu độc hại Nước thải sau khỏi thiết bị phản ứng không cần xử lý tách kết tủa Fe(OH) sắt nằm thành phần quặng goethite dị thể Người ta thử nghiệm Quá trình Fenton thêm với oxit sắt ba γ-FeOOH, hematite (α-Fe2O3), magnetite (Fe3O4) …tuy nhiên tốt số có Goethite Goethite khống sản có sẵn thiên nhiên, thu tổng hợp từ feric nitrat kali hydroxit nhiệt độ cao Dạng ion sắt chất mang thử nghiệm cho thấy kết làm mầu thuốc nhuộm hiệu sử dụng hệ H 2O2 có mặt xúc tác Fe/MgO Cơ chế q trình dị thể kiểu Fenton xảy phản ứng với H 2O2 quặng sắt loại goethite (α-FeOOH) xảy theo khả : Phản ứng Fenton khởi đầu việc sinh Fe(II) nhờ có mặt H2O2 xảy tượng khử - hòa tan goethite sau xảy tái kết tủa Fe(III) trở goethite Q trình biểu diễn theo bước sau: α-FeOOH(s) + 2H+ + ½ H2O2 → FeII + 1/2O2 +2H2O FeII + H2O2 → Fe(III) Fe(III) + H2O+OH- → α-FeOOH(s) + 2H+ + • HO +OH- Đây cách tiếp cận tương đối đơn giản thực chất trình trình Fenton đồng thể với khởi đẩu xảy khử hòa tan Fe (II) vào dung dịch * Một số ưu điểm đáng ý trình Fenton dị thể Goethite: - Chất xúc tác sử dụng thời gian dài mà khơng cần phải hồn ngun thay thế, đồng thời tách dễ dàng khỏi khối phản ứng Trong q trình Fenton đồng thể, ion sắt hịa tan tách khỏi khối phản ứng cách đơn giản q trình lắng lọc, có cách dùng kiềm để keo tụ kết tủa, sau lắng lọc, sinh khối lượng lớn bùn keo tụ chứa nhiều sắt Quá trình Fenton - Tốc độ hình thành gốc hydroxyl tăng theo độ tăng pH khoảng từ 5-9, Fenton đồng thể tốc độ giảm mạnh pH tăng - Hiệu oxi hóa xúc tác goethithe khơng bị ảnh hưởng đáng kể nông độ cacbonat vô II Các trình Fenton cải tiến: 1.Quá trình Fenton điện hóa: Q trình Fenton điện hóa (E.Fenton) q trình Fenton sử dụng tác nhân phản ứng sinh q trình điện hóa • H2O2 tạo q trình điện hóa theo chế sau: Ở anốt xảy oxi hóa nước tạo oxi phân tử theo phương trình : 2H2O -4e →O2 + 4H+ Chính oxi phân tử lại bị khử catốt để tạo thành H 2O2 theo phương trình: O2 + 2H+ +2e →H2O2 • Ion Fe2+ bổ sung vào hệ tự tạo điện phân sử dụng điện cực anốt hòa tan điện hóa (anốt hoạt động) sắt, nhường điện tử, sắt hòa tan tạo ion Fe 2+ vào dung dịch, làm điện cực hy sinh trình điện phân Đặc điểm quan trọng qúa trình Fenton điện hóa chỗ phản ứng Fenton xảy Fe 2+ H2O2 theo phương trình (1) tạo Fe3+, Fe3+ tiếp tục bị khử thành Fe2+ trực tiếp catot theo phương trình sau: Fe3++e →Fe2+ Do q trình Fenton liên tục tiếp diễn nhờ trình điện cực xảy mô tả Q trình Fenton Hình: q trình Fenton điện hóa Hình cho thấy q trình Fenton điện hóa bao gồm chu trình : chu trình oxi hóa – khử ion sắt chu trình oxi hóa nước khử oxi điện cực Trong trình Fenton điện hóa tùy theo cách đưa nguồn ion Fe 2+ vào hệ cịn phân biệt q trình: q trình Fenton Catốt trình Fenton Anốt - Quá trình Fenton anốt: Trong q trình này, nguồn ion Fe2+ khơng phải đưa vào hệ, điện cực sắt sử dụng làm anốt nguồn cung cấp Fe2+, cực anốt bị mòn dần trở thành điện cực hy sinh q trình điện hóa Điện cực graphít dùng làm catốt để thực trình khử oxi thành H 2O2 Vì trình này, tác nhân Fenton (Fe2+ /H2O2) sinh đường điện hóa điện cực anốt catốt Trong q trình Fenton anốt thiết bị phản ứng điện hóa gồm ngăn riêng biệt, ngăn nối cầu nối muối điện ly 10 Quá trình Fenton sinh học axit blue 74, axit orange 10 axit violet 19 Với hệ thống H 2O2/ Fe3+ gây ảnh hưởng lớn so với phương pháp Fenton cổ điển Ngoài điều chỉnh pH =3 tạo hiệu xử lý tốt cho loại thuốc nhuộm Phương pháp xử lý nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu Fenton[3] Dữ liệu quan trắc gần Mỹ Châu Âu cho thấy nồng độ thuốc trừ sâu nước bề mặt nước ngầm cao Tùy theo mục đích sử dụng mà thuốc trừ sâu sản phẩm liên quan xác định thuốc trừ sâu hữu cơ, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, chất diệt tảo, thuốc diệt động vật gặm nhấm, bao gồm chất điều hòa tăng trưởng sản phẩm phản ứng Ở U.K tiêu chuẩn thuốc trừ sâu sản phẩm liên quan bao gồm 0.03 microgam/L cho aldrin, dieldrin, heptachlor heptachlor epoxide, 0.10 microgam/l cho loại thuốc trừ sâu khác giới hạn tổng chúng 0.50 microgam/l Ở U.K dòng chảy mặt quan trọng có nồng độ thuốc trừ sâu 0.1 microgam/l để cung cấp làm nước uống cần xử lý Có thể sử dụng than hoạt tính để xử lý tùy thuộc loại thuốc trừ sâu mà dùng ozon Có thể thay phương pháp khác để loại bỏ ảnh hưởng thuốc trừ sâu, sử dụng Fenton quang Fenton Phương pháp Fenton xử lý thành công atrazine, 2,4- D alachlor Điều kiện tối ưu để xảy phản ứng pH = tỉ lệ thuốc trừ sâu : Fe(II) : H2O2 từ 1: 10: 10 đến 1:10:1000 Loại thuốc trừ sâu nước bề mặt mà Fenton xử lý chia thành nhóm: MCPA, mecoprop 2,4D Một loạt thử nghiệm diễn phịng thí nghiệm để xác định điều kiện tối ưu phản ứng: liều lượng, pH thời gian phản ứng với nước thơ có nồng độ thuốc trừ sâu 1.5 microgam/l 26 Q trình Fenton Sự oxy hóa Fenton diễn pH=3 với nước đề ion, cịn với nước thơ diễn pH= 3,4,5,6 pH điều chỉnh axit sunfuric 2M Nồng độ H2O2 ban đầu 1.53 mg/l 15.3 mg/l nồng độ Fe( muối sắt) 2.5 25 mg/l Sau 1, 2, 5, 10, 30, 60 phút, thêm vào 100 microlit methanol cho ml dung dịch để ngừng phản ứng Sự phân hủy thuốc trừ sâu nước đề ion: Phản ứng Fenton xảy với thuốc trừ sâu có nồng độ 4.52 x 10 -5 M( 910 mg/l) pH = Tùy theo tài liệu mà tỉ lệ thuốc trừ sâu : Fe(II) : H 2O2 : :10 hay : 10: 10 Ta thấy rõ Sự phân hủy thuốc trừ sâu nước đề ion sử dụng phương pháp Fenton đồ thị Với tỉ lệ 1:1:10 để phân hủy 50% lượng thuốc trừ sâu phải 10 phút Còn với tỉ lệ 1:10:10 có 10s nồng độ thuốc trừ sâu cịn 0.5 mg/l sau phút Đồ thị phân hủy 2,4D, MCPA, mecoprop nước đề ion: 27 Quá trình Fenton Sự phân hủy thuốc trừ sâu nước bề mặt Ảnh hưởng Fenton đến chất lượng nước thể đồ thị Ảnh hưởng pH chuyển hóa DOC hồn tồn dễ dàng removal DOC(%) pH=3 có 85% chuyển hóa pH=7 8% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 pH biểu đồ phần trăm phân hủy DOC pH = 3, Tỉ lệ thuốc trừ sâu: Fe(II): H 2O2 = 1:10:10 lựa chọn để tiến hành thí nghiệm Sự ảnh hưởng pH đến nồng độ thuốc trừ sâu thể đồ thị Với pH=3 pH=7 chuyển hóa nồng độ thuốc trừ sâu khác Ngồi với chất khác chuyển hóa khơng giống 28 Q trình Fenton Sự phân hủy 2,4- D, MCPA mecoprop giá trị pH tỉ lệ thuốc trừ sâu: Fe(II): H2O2 1:10:10 Nói tóm lại, q trình xử lý Fenton, tỉ lệ thuốc trừ sâu : Fe(II): H2O2 quan trọng Khi tăng hàm lượng Fe(II) lên 10 lần làm tăng tốc độ phản ứng kết thúc chuyển hóa thuốc trừ sâu phút Sự chuyển hóa thuốc trừ sâu nước bề mặt phụ thuộc vào pH( pH=3 pH=7) Ở pH=7 chuyển hóa 16% mecoprop 34% MCPA Sự chuyển hóa DOC cao pH thấp, từ 50-87% Khi so sánh phân hủy thuốc trừ sâu nước đề ion nước bề mặt, khơng có khác rõ rệt ngoại trừ MCPA Ở pH=3 với tỉ lệ thuốc trừ sâu: Fe(II): H2O2 1:10:10 MCPA nước đề ion bị phân hủy phút nước bề mặt 10 phút Cịn với 2,4D mecoprop trường hợp có phút Tác nhân Fenton loại trừ với lượng nhỏ thuốc trừ sâu nước bề mặt với pH axit Sau 30 phút xử lý hỗn hợp loại thuốc trừ sâu nước bề mặt pH=3 nồng độ cịn lại 29 Quá trình Fenton loại nằm giới hạn phát hiện( 0.05microgam/l) Ở pH =5 khơng chuyển hóa hết nồng độ loại thuốc cịn lại nước đo ( 0.49 microgam/l cho 2,4D 0.3 microgam/l cho MCPA 0.34 microgam/l cho mecoprop) 3.Ứng dụng Fenton trình xử lý nước ric bãi chôn lấp:[5] Chôn lấp bước kế hoạch quản lý rác thải nhiên thời gian dài tạo chất độc hại cho môi trường Nước bao gồm nước mưa thấm qua lớp rác thân nước sẵn có bãi chơn lấp Nó bao gồm lượng lớn hợp chất hữu cơ, kim loại nặng muối vô Kết gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng không xử lý trước thải môi trường Phương pháp oxy hóa sử dụng để loại trừ ảnh hưởng chất có hại hợp chất hữu độc Fenton( H2O2/ Fe2+) áp dụng để xử lý nước từ bãi chơn lấp phía bắc Tây ban Nha Kết loại bỏ màu hồn tồn chuyển hóa khoảng 70% COD Việc lấp đầy bãi chôn lấp với rác thải đô thị công nghiệp quan trọng tuyệt đối cần thiết cho hệ thống quản lý rác thải châu Âu giới Một vấn đề nghiêm trọng mơi trường nước từ bãi chơn lấp chứa lượng lớn hợp chất hữu cơ, amoniac, muối vơ kim loại nặng Nước từ bãi chôn lấp loại nước thải bao gồm nhiều thành phần phức tạp Tùy thuộc vào loại chất thải rắn tuổi thọ bãi chôn lấp mà xác định nồng độ hợp chất hữu Nước bãi chơn lấp trẻ bao gồm lượng lớn axit béo bay tự do, COD, BOD, NH3-N alkalinity cao trong bãi chôn lấp tuổi thọ cao bãi trẻ xử lý sinh học bao gồm lượng lớn phân tử chất hữu độc hại Kết cho thấy loại nước có giá trị COD cao, BOD thấp, NH3-N alkalinity cao Phương pháp xử lý sinh học 30 Q trình Fenton sử dụng để loại trừ số lượng lớn chất hữu có khả phân hủy sinh học, hầu hết rác thải lại bao gồm nhiều chất ngăn chặn, kìm hãm độc trình xử lý sinh học phương pháp ngưng tụ, đơng tụ, oxy hóa hóa học lọc màng lại áp dụng Theo truyền thống, phân hủy hợp chất hữu chuyển hóa nitrogen thực phương pháp AOPs AOPs sử dụng để làm tăng khả phân hủy sinh học rác thải bao gồm loại hợp chất hữu khác mà khó phân hủy sinh học độc cho vi sinh vật Tác nhân Fenton với kết hợp H 2O2 muối sắt II AOPs Phản ứng Fenton có khả phân hủy hồn tồn chất hữu loại nước rác khác Nó tiến hành nhiệt độ bình thường khơng có u cầu ánh sáng Tác nhân có hiệu rõ ràng, dễ dàng lưu kho an toàn Việc sử dụng Fenton để làm giảm BOD COD nước bãi chơn lấp đề cập tài liệu nhiên cần ý trường hợp nước chứa hợp chất đặc biệt Trong phương pháp này, trình Fenton nghiên cứu cho việc xử lý nước rác từ bãi chôn lấp chất thải sinh hoạt Cantabiria (miền Bắc Tây Ban Nha) phương pháp riêng lẻ, kèm với phương pháp khác Thành phần trung bình nước rác cho bảng sau: 31 Quá trình Fenton Thơng số Giá trị Đơn vị Nước rác ban đầu Nước rác sau tiền xử lý sinh học Thủ tục thí nghiệm: Các thí nghiệm tiến hành bình thủy tinh hình trụ lít Sử dụng khuấy từ để đảo trộn hoàn toàn Rất nhiều thí nghiệm thực sau: • Nc rỏc c lc vi cỏi lc 0,45 àm ã 0,75 lít nước rác đưa vào thiết bị phản ứng, pH điều chỉnh H2SO4 95-97% Gía trị ban đầu pH 3-3,5 phản ứng oxi hóa Fenton xảy hiệu điều kiện mơi trường axit • Nồng độ Fe2+ điều chỉnh viêc thêm lượng cần thiết FeSO4.7H2O • Thêm vào dung dịch dung dịch H2O2 35% • Sau phản ứng, q trình trung hịa thực sử dụng dung dịch NaOH 2M để kết tủa ion Fe3+ • Ở giai đoạn cuối trình xử lý Fenton, bùn đặc lắng 32 Quá trình Fenton Hình: tiến trình xử lý nước rác phương pháp Fenton Liều lượng H2O2 giới hạn tỉ lệ H2O2:COD 10-16 (mg/l:mg/l) H2O2:Fe nằm tromg dải 62-32 Khi tỉ lệ H2O2:COD cao xảy viêc khống hóa hồn tồn hợp chất hữu Sự xử lý nước ric Fenton Hình biểu diễn lượng TOC COD xử lý bước trình nước ric bãi rác xử lý phản ứng Fenton 33 Quá trình Fenton Hình biểu diễn giảm TOC COD hệ thống xử lý nước ric (t= 120 phút) Ở dòng TOC giảm đáng kể (94%) TOC giảm đáng kể sau giai đoạn điều chỉnh pH (77%) Mục đích điều chỉnh từ pH 8-9 (pH ban đầu) đến pH nhỏ 4, sau khoảng thời gian ngắn, để hình thành kết tủa COD giảm hơn, 71% , đạt sau toàn thời gian xử lý Trong trường hợp này, phản ứng Fenton có vai nhằm giảm COD (63%) Hàm lượng COD trình Fenton biều diễn biểu đồ 3, H 2O2 bị phá huỷ hoàn toàn kết thúc phản ứng Hàm lượng COD trình Fenton 34 Q trình Fenton Nếu q trình lọc ban đầu khơng thực hiện, giá trị hàm lượng COD cuối cao 9% trình lọc tiến hành Mặc dù q trình Fenton thực có mặt cặn, q trình lọc có tác động tích cực xử lý tổng thể Nếu nước ric sau xử lý thải vào nước bề mặt sử dụng lại ví dụ cho nơng nghiệp, cần giảm độ màu Màu phân tích bước sóng 436 nm theo tiêu chuẩn ISO 7887:1994 Lượng giảm 63% sau phản ứng Fenton 97% cuối trình xử lý tổng thể Xử lý nước rác qua xử lý sinh học sơ Hình biểu diễn hàm lượng TOC COD sau giai đoạn trình xử lý, nước nước ric qua xử lý sinh học sơ Sự giảm TOC COD nước ric tiền xử lý sinh học TOC giảm 96% dòng Một lần nữa, điều chỉnh pH giai đoạn dẫn tới giảm đáng kể TOC (80%) COD loại bỏ tăng lên đến 69% Trong trường họp này, phản ứng Fenton quan trọng làm 35 Quá trình Fenton giảm COD 68% Hàm lượng COD suốt trình Fenton biểu diễn hình Cuối phản ứng khơng phát lượng H2O2 dư Sự giảm TOC COD nước ric tiền xử lý sinh học Khi trình lọc ban đầu không tiến hành, nồng độ COD cuối tăng 15 % Trong thí nghiệm màu sắc phân tích sau phản ứng oxy hóa đạt mức độ giảm trung bình 89% (phân tích hấp thụ bước song 436 nm theo tiêu chuẩn ISO 7887:1994) Sự khử gần hoàn toàn (99%) sau giai đoạn trung hoà Hiệu suất trình Fenton xử nước ric bãi rác đánh giá qua việc sử dụng bể phản ứng theo mẻ, cho thấy hợp chất hữu nước ric bị oxy hóa thành cơng phản ứng Fenton Nghiên cứu rút kết luận sau: - Sự xử lý nước ric (COD= 3100-1800 mg/l) sử dụng lượng hoá chất 30000 mg/l H2O2 (H2O2/COD = 16) 500 mg/l Fe2+ Lượng COD lớn xử lý khoảng 71% giá trị ban đầu ngược lại hàm lượng TOC xử lý khoảng 94% 36 Quá trình Fenton - Đối với nước ric qua xử lý sinh học sơ sử dụng 15000 mg/l H2O2 (H2O2/COD = 10) 500 mg/l Fe2+ COD xử lý 69% TOC 96% - Có thể nói q trình lọc q trình trung hồ giai đoạn có hiệu đặc biệt xử lý nước ric, mặt khác q trình oxy hố Fenton đạt đến kết tốt xử lý nước ríc qua xử lý sinh học sơ - Sau q trình trung hồ kết tủa, màu xử lý hồn tồn nồng sắt cịn lại nhỏ mg/l 4.Ứng dụng công nghệ Fenton vào xử lý nước thải Việt Nam Với tình trạng nhiễm nước Việt Nam nay, phương pháp Fenton số sở ứng dụng xử lý nước thải Có thể đưa số dẫn chứng cụ thể sau: * Trung tâm cơng nghệ hóa học môi trường ( Liên hiệp Hội khoa học kỹ thuật Việt Nam) nghiên cứu áp dụng thành công công nghệ ECHEMTECH xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu Công ty thuốc trừ sâu Sài Gịn Nhờ áp dụng q trình cơng nghệ cao Fenton vào xử lý nước thải kết hợp với phương pháp sinh học, hiệu phân hủy loại thuốc bảo vệ thực vật thuốc trừ sâu, trừ cỏ, gốc clo hữu cơ, photpho hữu đạt 97-99% Cơng nghệ áp dụng xử lý loại nước thải ô nhiễm chất hữu bền vững, khó khơng thể phân hủy sinh học nước thải dệt nhuộm, hóa chất Sở khoa học công nghệ môi trường thành phố Hồ Chí Minh lấy mẫu kiểm tra xác nhận chất lượng nước thải đạt loại A theo TCVN 5945-1995, dư lượng thuốc trừ sâu nước thải sau xử lý nhỏ 0.01 ppm sở cấp chứng nhận cho phép đưa hệ thống xử lý nước thải vào hoạt động 37 Quá trình Fenton Hệ thống xử lý nước thải Công ty thuốc trừ sâu Sài Gòn hoạt động ổn định từ năm 2001 đến * Viện di truyền Nông nghiệp Việt Nam thử nghiệm ứng dụng công nghệ xử lý làm nước sông, kênh, rạch bị ô nhiễm lâu năm xử lý nước thải đường cống chảy kênh rạch Hiện tượng nước bị ô nhiễm nặng ảnh hưởng tới sinh hoạt môi trường sống người dân nỗi xúc từ lâu, đặc biệt gần phát nước sông Tô Lịch nguyên nhân làm rau ăn Thanh Trì bị nhiễm độc Trước tình hình Viện di truyền Nông nghiệp Việt Nam nghiên cứu hoạt chất C1, C2 với tác nhân Fenton để làm nước khử mùi hôi nước C1 loại bột hòa lẫn nước tạo nên tăng đột ngột độ pH tất kim loại nặng hòa tan chuyển sang kết tủa C2 giúp lắng nhanh chất kết tủa lơ lửng, tác nhân Fenton chất ơxy hóa nhanh làm nước thêm mùi, cho nước đảm bảo tưới tiêu sinh hoạt 38 Quá trình Fenton KT LUN Nhìn chung công tác quản lý môi trờng Việt Nam nhiều hạn chế, đặc biệt việc xử lý nớc thải sở sản xuất, ảnh hởng lớn đến sức khoẻ ngời, loại động thực vật thuỷ sinh gây ô nhiễm môi trờng Do việc tìm giải pháp để khắc phục giảm thiểu tác động cần thiết Fenton coi công cụ hữu hiệu việc xử lý chất hữu độc khó phân hủy Quá trình Fenton u điểm phơng pháp khác chỗ tác nhân H 2O2 muối sắt tơng đối rẻ có sẵn, đồng thời không độc hại dƠ vËn chun, dƠ sư dơng vµ hiƯu oxy hoá nâng cao cao nhiều so với phơng pháp khác Tuy nhiên để sử dụng cách hiệu phải tính đến nhiều yếu tố kèm Phơng pháp Fenton thờng đợc sử dụng để xử lý nớc thảI dệt nhuộm, thuốc trừ sâu, nớc ríc bÃi chôn lấp Bài tiểu luận đà đề cập đến hiểu biết trình xử lý nứơc thải phơng pháp Fenton Tuy nhiên điều kiện thời gian kinh nghiệm thân hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Mong thầy bạn đóng góp ý kiến để tiểu luận hoàn thiện NHểM THC HIN Tài liƯu tham kh¶o A Papadopoulos 1*, D Fatta2, A Mentzis1- Study on the use of Fenton’s Reagent for the treatment of refractory organics contained in the textile wastewater- School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens- 2006 39 Quá trình Fenton A Georgi, A Schierz, F-D Kopinke- Activation of hydrogen peroxide by complexes of iron (III) with humic acid for chemical degradation of organic compounds in water- UFZ Centre for Environmental Research Leipzig- Halle GmbH, Department of Environmental Technology-2000 J MacAdam*, S.A Parsons, P Hillis- Treatment of a pesticide contaminated surface water with Fenton’s – School of Water Sciences, Cranfield University-2006 N Kulik, Y Panova, M Trapido- The Fenton chemistry and its combination with coagulation for treatment of dye solutions – Department of Chemical Engineering, Technical University of Technology-2004 J Prousek*, E Palackova, S Priesolova, L Markova, A Alevova- Fenton and Fenton- like AOPs for wastewater treatment: From laboratory- to- plantscale application- Department of Environment Engineering Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak Technical University-2004 O Primo, M.J Rivero, I Ortiz- Fenton Process for the treatment of landfill leachate-Department of Chemical Engineering, University of Cantabria, Avda.de los Castros s/n, 39005 Santander Spain-2005 Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung- Các trình oxy hoá nâng cao xử lý nớc nớc thải Cơ sở khoa học ứng dụng- Nhà xuất khoa häc vµ kü thuËt- 2005 Khoa hoc.com.vn 40 ... hydroxyl Phương pháp oxy hóa Fenton có ảnh hưởng mạnh phân hủy COD hợp chất màu azo thấp indigoid triarylmethane 23 Quá trình Fenton Để xác định lại ảnh hưởng phương pháp Fenton, tiến hành phương pháp. .. biết đến phương pháp hiệu không đắt cho trình làm nước nước thải Phương pháp Fenton cổ điển cơng trình nghiên cứu J.H Fenton công bố vào năm 1894 tạp chí hội hóa học Mỹ Trong phương pháp tổ hợp... thuộc loại thuốc trừ sâu mà dùng ozon Có thể thay phương pháp khác để loại bỏ ảnh hưởng thuốc trừ sâu, sử dụng Fenton quang Fenton Phương pháp Fenton xử lý thành công atrazine, 2,4- D alachlor