Đề tài

NGHIÊN CỨU XỬ LÝNƯỚC THẢI BẰNG OZONE

ThS. NGÔ CHỈNH QUÂN

Trung tâmnhiệt đới Việt Nga – CNphía Nam

Hiện nay, đất nước ta đang mạnh mẽ bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Bên cạch sự phát triển

vượt bậc của kinh tế nói chung vàcông nghiệp nói riêng nổi lên một nguy cơ đáng lo ngại làsự ô nhiễm môi trường

ngày một trầm trọng, đe dọasự phát triển bền vững củachính nền kinh tế. Trong số các chất gây ô nhiễm, đáng quan

ngại nhất là các hợp chất vòng thơm ( HCT ) và các dẫn xuất clo của chúng ( DXCLHCT ). Các HCT thường rất bền

vững trong điều kiện tự nhiên vàrất khó xử lý bằng các phương pháp thông thường. Điều đó đặt ra nhiệm vụ cho

chúng tôi tìm một phương pháp thích hợp để xử lý chúng.

1. Vài nét về các phương pháp xử lý nước thải.

Hiện nay, để xử lý nước thải người ta thường áp dụng nhóm các phương pháp sau một cách độc lập hoặc kết

hợp :

- Phương pháp cơ học : Lắng cặn , gạt nổi , lọc … Phương pháp này áp dụng cho các chất ô nhiễm không tan,

có khối lượng riêng khác nước, hoặc ở dạng hạt có kích thước lớn.

- Phương pháp hóalý : Dùng hóachất để trung hòa, tạo huyền phù , tạo kết tủa, hấp phụ trao đổi … Phương

pháp thường áp dụng xử lý nước thải củacác nhà máy hóachất.

- Phương pháp sinh học : Phân hủy chất hữu cơ ( CHC ) nhờ vi khuẩn kỵ khí , hiếu khí, rong , tảo, nấm …

Phương pháp này thường đơn giản, hiệu quả tốt và chi phí thấp, do đó thướng được áp dụng khi xử lý nước bị ô

nhiễm bởi các chất hữu cơ.

Trong rất nhiều trường hợp, các phương pháp thông thường kể trên không hiệu quả. Với các loại nước thải

nhiễm các chất độc khó phân hủy, chẳng hạn thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ …, vi sinh vật hầu như không hoạt động

được, do vậy áp dụng phương pháp vi sinh tỏ ra rất ít hiệu quả. Để giải quyết vấn đề này, người ta đã áp dụng các

phương pháp oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes-AOPs).

1.1. Phương pháp oxy hóa dùng tác nhân oxy hóa là oxy không khí trong môi trường nước (Wet Air

Oxidation – WAO) và có thêmxúc tác (CWAO)

Bản chất của phương pháp này là oxy hóa CHC nhờ oxy hoặc không khí trong môi trường nước, ở nhiệt độ và

áp suất rất cao,có hoặc không có xúc tác. Thường nhiệt độ phải đạt 180-350

oC vàáp suất là 2-15MPa khi không có

xúc tác. Còn khi có xúc tác, các con số đó là 60-150

oC và vài MPa. Thời gian diễn ra phản ứng khá nhanh, thường

trong vòng 30-120 phút. Nhưng nhược điểm lớn của phương pháp là:

- Phải tiến hành ở nhiệt độ vàáp suất cao.

- Việc chọn lựa xúc tác thích hợp khá phức tạp.

1.2. Phương pháp oxy hóa dùng tác nhân là H2O2

H2O2

là một chất oxy hóa mạnh, Thế oxy hóacủa nó là 1,76. Trong nước nó phân ly theo phản ứng:

H2O2 + H2O « HO2¯ + H3O+ với pK=11,6 (1)

Nếu sử dụng H2O2 một cách độc lập thì hiệu quả phân hủy các CHC rất hạn chế. Hiệu quả đó tăng rất mạnh

khi kết hợp H2O2 với một số tác nhân khác như: Fe

2+, Fe

3+, ozone hoặc bức xạ cực tím ( ultraviolet - UV). Tổ hợp

Fe

2+/ H2O2 được gọi là tác nhân Fenton; còn Fe

3+/H2O2 – tác nhân tương tự Fenton. Xúc tác Fe

2+ có thể dùng ở

dạng muối tan (xúc tác đồng thề) hoặc ở dạng hấp phụ trên chất mang rắn (xúc tác dị thể).

Bảng 1: Thế oxy hóacủa một số chất:

Chất oxy hóa OH& Ozone H2O2 HClO2 HClO

Thế oxy hóa,v 2,76 2,07 1,76 1,64 1,49

Bản chất của phương pháp làsự hình thành gốc OH có khả năng oxy hóarất mạnh. thế oxy hóacủa nó là 2,76

V. Do vậy, quátrình phân hủy các CHC gây ô nhiễm có thể tiến hành ở nhiệt độ vàáp suất thường.

1.2.1. Phản ứng với tác nhân Fenton (H2O2

/ Fe

2+)

Cơ chế và động học của phương pháp oxy hóa với tác nhân Fenton như sau:

Đầu tiên xảy ra phản ứng tạo gốc OH&

Fe

2+ + H2O2 ® Fe

3+ + HO¯ + OH& với k2 = 76 mol

-1

s

-1

(2)

Sau đó xảy ra phản ứng phục hồi Fe2+

Fe

3+ + H2O2 ® Fe

2+ + H+ + HO2& với k3 < 3x10

-3 mol

-1

s

-1

(3)

Gốc OH tạo thành ở (2) sẽ đóng vai trò chính trong việc oxy hóa CHC. Ở nhiệt độ bình thường, phản ứng

thường xảy ra với tốc độ nhanh, hằng số tốc độ khoảng 10

7

-10

10

. Ở pH thấp, phản ứng (2) sẽ thuận lợi hơn, và phản

ứng oxy hóa CHC sẽ tốt hơn do số lượng gốc OH tăng hơn. Nói chung, phản ứng Fenton xảy ratốt ở pH < 4.

Với tác nhân tương tự Fenton (H2O2

/ Fe

3+), trước tiên xảy ra phản ứng khử Fe

3+ thành Fe

2+ (3), sau đó sẽ

xảy ra phản ứng Fenton như ở trên.

1.2.2. Dùng tác nhânH2O2

/UV hoặc Fenton/UV

Trong phương pháp H2O2

/UVcó thể thêm xúc tác là oxyt của một số kim loại chuyển tiếp. Khi dùng xúc tác

converted by Web2PDFConvert.com