Kỹ thuật xử lý nước và nước thải bậc cao (Advanced Wastewater Treatment technologies)

1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC VÀ NƯỚC
THẢI BẬC CAO 4
1.1. Các kỹ thuật cao trong xử lý nước và nước thảiI 4
1.2. ng và s cn thit ca các k thut x c thi bc cao 4
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT MÀNG 6
2.1. K thut lc micro (Microfitration  MF) [12] 6
2.2. K thut lc ultra (Ultrfiltration  UF) 8
2.2.1. Gii thiu màng 8
2.2.2. Mt s m ca k thut Ultrafiltration 8
2.2.3. Nguyên lý hong ca màng lc Ultrafiltration 9
2.2.4. ng dng ca k thut lc ultra 9
2.3. K thut lc nano (Nanofiltration NF) 10
 lý lun khoa hc ca công ngh nano 10
2.3.2. Ch to vt liu nano 11
 trên xung(top-down) 11
 i lên (bottom  up) 11
2.3.3. ng dng công ngh nano vào công ngh lc 12
2.4. K thut thm thc (Reverse osmosis  RO) [3] 13
2.4.1. Hing thm thu 13
2.4.2. K thut thm thc 14
2.4.3. Nhu c dng k thut thm thc 14
2.4.4. ng dng ca k thut RO 15
2.5. K thun thm tách ED (Electro Dialysis) [3] 15
 ca k thun thm tách 15
2.5.2. Cu to và tính cht ci ion 16
2.5.3. ng dng và nhu c dng ED 16
2.5.4. K thun tho chiu EDR (Electro Dialysis Reversal) 17

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT OXI HÓA TĂNG CƯỜNG 18
3.1 Các k thut oxy hóa nâng cao không nh tác nhân ánh sáng (Advanced Non
Photochemical Oxidation Processes-ANPOS) [1] 20
3.1.1. Quá trình Fenton 20
ng th 21
2

3.1.1.2. Quá trình Fenton d th 24
n hóa 26
3.1.2. Các quá trình oxi  ozon: Peroxon và catazon 27
3.1.2.1. Quá trình Peroxon (O
3
/ H
2
O
2
) 27
3.1.2.2. Quá trình Catazon (O
3
/Cat) 29
ng th 29
3.1.2.2.2. Quá trình Catazon d th 30
n hóa 31
3.2. Các k thut oxi hóa nâng cao nh tác nhân ánh sáng 31
3.2.1. Quá trình quang Fenton 31
3.2.2. Các k thut quang xúc tác bán dn 33
3.2.2.1. Gii thiu v vt liu bán dn và xúc tác quang hóa 33
3.2.2.2. Tính cht xúc tác quang hóa ca TiO
2
36

3.2.2.3. Các yu t n quá trình quang xúc tác ca nano TiO
2
39
3.2.2.3.1. S tái kt hp l trng và electron quang sinh. 39
3.2.2.3.2. pH dung dch 41
3.2.2.3.3. Nhi 41
3.2.2.3.4. Các tinh th kim loi gn trên xúc tác 41
3.2.2.3.5. Pha tp (doping) ion kim loi vào tinh th TiO
2
42
3.2.2.3.6. Các cht dit gc hydroxyl 42
KẾT LUẬN 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO 44








3

MỞ ĐẦU
Hin nay, v ô nhic bit là ô nhing
i quan tâm ca toàn nhân loi.
c là nhân t quan trng nht quy nh s s   t. Cùng vi s
 kéo theo nhu cu s dng kê ca t chc y t th
gii hin nay có kho      gii thic s sinh hot vì có rt
nhiu ngu c b ô nhim d c th  c x lý ca các nhà máy công

nghi c thi sinh hot, c thi nông nghip (thuc tr sâu, thuc bo v thc
v c rò r t các bãi chôn lp cht thi r
 Vit Nam, nhiu khu, c m công nghip trên c c
nhng tiêu chun v     nh. Thc tr ng sinh
thái  mt s  ô nhim nghiêm trc bit là các c
cn vi các khu công nghip. Cùng vi s  i  t các khu, cm công nghip,
các làng ngh th công truyn th    phc hi và phát trin mnh m. Vic
phát trin các làng ngh có vai trò quan tri vi s phát trin kinh t - xã hi và gii
quyt vic làm  u qu v ng do các hong sn
xut làng ngh       ng. Hình th sn xut ca
làng ngh r  ng, có th    p tác xã hoc doanh nghip. Tuy nhiên, do
sn xut mang tính t phát, s dng công ngh th công lc hu, chp vá, mt bng sn
xut cht chi, vi    ng h thng x  c thc quan tâm, ý thc
bo v ng sinh thái ci dân làng ngh còn kém nên tình trng ô nhim môi
ng ti các làng ngh ngày càng trm trng.
Vì vy, mt yêu cu c t ra cho các nhà khoa hc và công ngh phi nghiên
cu các k thut cao x lý tri các cht ô nhing. 
 K thut x    c thi bc cao(Advanced Wastewater Treatment
technologies




4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC VÀ NƯỚC
THẢI BẬC CAO
1.1. Các kỹ thuật cao trong xử lý nước và nước thải
Nhng k thut t hin trong thp k gc t 
x c thi. Công ngh x lý c thi bc cao c  Bt k

quá trình thit k nào  to ra c thi có chng cao  c thi ng
t c bi các quá trình x lý th cp hoc bao gn không có trong x
lý th c. Ni bt là k thut lc bng màng, k thut kh trùng bng bc x t ngoi,
k thut phân hy khoáng hóa cht ô nhim hng các quá trình oxy hóa nâng cao
1.2. Đối tượng và sự cần thiết của các kỹ thuật xử lý nước và nước thải bậc cao
Hóa cht bo v thc vt bao gm thuc tr sâu, thuc dit c, thuc tr nm là
nhng hóa ch c hi, bn vng và khó phân h   ng. Vi nh c
sn xut nông nghi    ng hóa cht bo v ng hóa
cht bo v thc v   c, ngm xu t thâm nhp vào ngun nc mt,
sông ngòi, ao h, lan truyn vào nhng mc ng  u.
c thi dt nhum là s tng hc thi phát sinh t tt c n h
si, nu ty, ty trng, làm bóng si, nhum in và hoàn tt. Theo phân tích ca các
chuyên gia, trung bình mt nhà máy dt nhum s dng m, trong
   c s d    n sn xut chim 72,3%, ch yu là
n nhum và hoàn tt sn phm. Xét hai yu t c thi và thành
phn các cht ô nhi  c thi, ngành dt nhum nht
trong s các ngành công nghip. Các cht ô nhim ch yc thi dt nhum
là các hp cht h   y, thuc nhum, các cht hong b mt, các hp
cht halogen h  - Adsorbable Organohalogens), mung
 ng cht rn, nhi  cao (thp nht là 40°C) và pH cc thng
kic thi ln. Trong s các cht ô nhic thi dt nhum, thuc
nhum là thành phn khó x lý nhc bit là thuc nhum azo không tan  loi thuc
nhuc s dng ph bin nht hin nay, chim 60-70% th phng, các
cht màu có trong thuc nhum không bám dính ht vào si vi trong quá trình nhum
mà bao gi   i m    nh tn t  c th ng thuc
nhu    n nhum có th  n 50% tng thuc nhuc s
5

d uc thi dt nhu màu cao và
n cht ô nhim ln.

c thiên nhiên, ngoài vic có mt có các cht gây ô nhim k trên, luôn có mt
ca các cht gây ô nhim có trong t t h
    n c     i theo mùa, theo vùng
lãnh th. Các cht h      n ng vi clo s dng khi x lý ngun
c mt hoc ng cung cp cho sinh hot và các nhu cu khác ca cuc sng.
Kt qu là bên cc sc sau x lý có sn phm
ph khác, ch yu là cht h        m:
triclorometan (cloroform), dibromoclorometan, bromodiclorometan và tribromometan
(bromoform). Các ch u gây hi cho sc khi.
Theo d báo ca các nhà khoa hc v  gii s thic
 mt thách thc mt ra cho các nhà khoa hc và
công ngh là phi tìm các công ngh hu hiu x lý tri các cht ô nhic,
c bit là các cht h     có th thu lc sch t các ngun thi
khác nhau.
c nhng yêu cu và thách tht ra cho ngành x c
thi. Nh    c, vt lý, hóa lý hoc thc áp
d          n ti trong thi gian dài trong công
ngh x c thi truyn th sc gii quyt các yêu cu
i trên. Vì th cn mt k thut cao cho x c thi.







6

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT MÀNG
K thut lc b   nh  ng quát là các k thut s dng màng

bán th    thc hi       u
vào thành hai phn: ph c th     n b chn l   a
màng. Ph c th    c sch, phn b cn li không qua màng là phn
cha các cht ô nhim cn x lý. Màng lc chính là mt rào cn chn lc, cho v
 t khác qua.
S khác nhau gia k thut lc bng màng và k thut lc truyn thng là  ch,
vi công ngh lc truyn thng, vt li ng sp xp thành lp v dày nhnh,
  ng góc vi lp vt liu lc và cht b chn li s c gi trong lp vt liu
l n m     lc lp vt liu l ly các cht b cn này,
quá trình lc s b dng l    i k thut lc bng màng, cht b chn li
c gi trên b mt màng lc chy ngang trên b m
b mt s t làm sch và quá trình lc liên tc. K thut lc truyn thc
gi là k thut l     u thng vuông góc vi vt liu lc
(perpendicular flow), k thut lc bc gi là công ngh l
theo chiu dc màng lc (crossflow).
Màng lc bán thm là thành phn quy nh quan trng trong k thut lc bng
    c hình hc các l xp ca màng bán thm có th tách ra khi
c các phn t c khác nahu  m phân t hoc ion, k c nhng cht
hòa tan hay không hòa tan, chc hn hoc virut. Các k thut
lc bng màng ph bin nht hin nay bao gm:
- K thut lc micro (Microfitration  MF)
- K thut lc ultra (Ultrfiltration  UF)
- K thut lc nano (Nanofiltration  NF)
- K thut thm thc (Reverse osmosis  RO)
- K thun thm tách ((Electro Dialysis  ED)
2.1. Kỹ thuật lọc micro (Microfitration – MF) [12]
K thut lc micro (MF) là mt quá trình  tách vt liu c dng keo
và l  t các dung dch. K thut này  c áp dng bng cách s dng
màng. Màng lc Micro c phân loi c l lc, và c có
7

ng kính l nm trong khong 0,1 n 10m. Màng vi lc nói chung là  xp  t
qua các phân t có trong dung dch ngay c khi các phân t rt ln.  vy, màng vi lc
có th c s dng  kh trùng các dung dch bi vì nó có th c l 0,3m
là ng kính ca vi khun nh nht Pseudomonas diminuta.
Nh m cn thit cho vic lc màng micro có hiu qu:
- Kích c l ng nht
- M l
-  mng ca lp ho ng hoc lp   ng kính ti thiu
Tt c các màng MF hin ti có th c phân loi ra thành: "tortuous-pore" or
"capillarypore". Cu trúc "capillarypore" c phân bit thông qua mao mch hình tr
thng, trong khi "tortuous-pore" cu trúc ging  mt ming bt bin vi mt mng
i các l liên kt quanh co vi nhau. Các màng "tortuous-pore" là ph bin nht và
bao gm các màng cellulose n hình và hu ht tt c các polyme khác. Màng
"capillarypore" hi  c sn xut  i bi NUclepore Corp. và Poretics
Corp. Chúng là các polyme có spolycarbonate hoc màng polyester.
Các màng polyme chim th yu trong th c vi lc. Các công
ty kinh doanh k thut vi lc trên th gic màng polyme vi s ng nhiu
   ng vt li  . Nylon, polysulfone, và poJyvinylidene florua là
polymer  c s dng,   Polypropylene c s dng rng rãi trong quá
trình lc Micro.
Mt s màng vi lc m  là màng gm da trên nhôm (Alcoa-Ceraver), màng
hình thành trong quá trình oxi hóa anot nhôm (Anotec), và màng carbon (GFT). Thy
tinh c s dng  mt loi vt liu màng. Zirconium oxide t  gi
vào mt ng carbon xp. Màng kim loi c thiêu kt t thép không g, bc, vàng, bch
kim, và niken,  và ng.
Ứng dụng kỹ thuật MF trong xử lý nước: m ln nht ca k thut lc micro là có
th kh trùng mà không cn clo. Mt nghiên cu g ÚC  ra rng màng
vi lc có th loi b vi rút t b mt cht ô nhim. Mc dù vi rút nh t nhiu so vi
c ca l mao quc hp th trên các ht

 l c loi b bi màng lc. Tuy nhiên, vn còn có nhng lo ngi v cht
ng sau khi x lý nên vic ng dng k thut này vn còn trong nghiên cu.
8

2.2. Kỹ thuật lọc ultra (Ultrfiltration – UF)
2.2.1. Giới thiệu màng
   k thut       ng
                 
- 
   ra
ngoài.
           

      há
 
2.2.2. Một số đặc điểm của kỹ thuật Ultrafiltration
              
 
            

     
            
  
                
 

Hình 1  
9

2.2.3. Nguyên lý hoạt động của màng lọc Ultrafiltration

            
  

 

Hình 2: Nguyên lý hong ca màng UF
2.2.4. Ứng dụng của kỹ thuật lọc ultra
* Lọc nước biển, nước muối (thủy sản, hóa chất)
           
 ---
cát -> Than -
* Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh



                 
 0,4  
   
*Thu hồi dầu/ mỡ và xử lý nước thải

  
10

nà
         


* Màng UF bảo vệ màng RO
               
      

            

2.3. Kỹ thuật lọc nano (Nanofiltration –NF)
2.3.1. Cơ sở lý luận khoa học của công nghệ nano
 
-         , 1 µm
3

10
12
 , các     các này 
      .  thì 
và các  , v (quantum
dot)                 
 
-  
, 
 () 
  
- , n
             
   .  ,            
        
              (   nm
 ) , l
 .
              13, các  
             
sóng                
  

11

 , d
             hình thành  
,   phát sinh 
theo và khi  kích thích,  
  .
2.3.2. Chế tạo vật liệu nano
              
(top-down       bottom-up      
            
    
2.3.2.1. Phương pháp từ trên xuống(top-down)
Nguyên lý: D    và          
                 
        
       

                

                
 
nh.  


        
       
2.3.2.2. Phương pháp từ dưới lên (bottom – up)
Nguyên lý: H             
    

                 
,  
  -lý.
12

* : L
pha                
 (,  ,     
   ,  
       - ) (
    màng nano máy tính.
*    : L          

                  
               
, sol-gelpha khí (
   
: L
    ,  pha khí
   
2.3.3. Ứng dụng công nghệ nano vào công nghệ lọc nước
       than
              
                -
 
  


  3).

13








( Hình 3:  Màng lọc Micro và Màng lọc Nano)
 
  
       
        

Al
2
O
3
           -     
-   
2.4. Kỹ thuật thẩm thấu ngược (Reverse osmosis – RO) [3]
2.4.1. Hiện tượng thẩm thấu

Khi cho dung dch tip xúc vi dung môi qua mt màng bán thm (màng bán thm
ch         c  dung dch s 
n mng thm thu dng l t
n trng thái cân bng: trong m   thi gian có bao nhiêu phân t dung môi
chuyn t dung môi sang dung dy nhiêu phân t dung môi t dung dch
sang dung môi.






Màng
bán thm
P
dd

h
dd
dm
Màng lọc
Micro
Virus
Vi khun
Huyn phù
Ions 
tr
c
Inos 
tr

Màng lọc
Nano
c
Ions 
tr
Inos 
tr
Virus
Vi khun
Huyn phù
14

Ti thm cân bng ta có:
P
dung dch
+ áp sut ct dung dch cao h = P
dung môi
* Vy áp sut thm thu là áp sut c t lên dung d hing thm thu dng
li.
- Hi ng thm th  y ra khi 2 dung dch có n khác nhau tip xúc qua
màng bán thm
 
- i vi dung dch chn ly:
 
2.4.2. Kỹ thuật thẩm thấu ngược
Khi cho dung dc thi tip xúc vc sch qua màng bán th
các phân t c chuyn dch theo chi c li t dung d c th  c
sch. Kt qu các tp chc th li còn phía kia ca màng
s c sch. Muu này ct lên dung dc thi mt áp sut ln
u so vi áp sut thm th c s c li t c thi

c sch và ta s c tp ch c sch.
Trong k thut thm thng áp sut vào cao khong 10 atm ÷ 100
 c các phân t ion cht tan có ng kính t 10
-6
cm ÷ 10
-7

cm.
2.4.3. Những điều cần lưu ý khi sử dụng kỹ thuật thẩm thấu ngược
-  thi gian sng ca màng bán thc lâu cn phi tinh ch  c thi
   m th c. (lc ultra)
- u chnh giá tr  c hing kt ti (ví d kt
t  n s chuyn dch ca các phân t dung môi.
-  c các tp cht  dng huyn phù, các phân t h n, dng keo.
- Kh ng dùng NaOCl)
- Kh các cht có kh  
- Nhi t-45
o
C
15

2.4.4. Ứng dụng của kỹ thuật RO
- u ch c sch
- Tách NaCl t c bi c ngt
-  c hi t c thi
2.5. Kỹ thuật điện thẩm tách ED (Electro Dialysis) [3]
2.5.1. Cơ sở của kỹ thuật điện thẩm tách
* Cu to ca thit b ED
- Máy gn cng là Ti m Pt), gia hai n ct liên
tii cation (ch i anion (ch cho

 c t 1 máy có th có 300  500 c i.
* Nguyên lý hong
-    n mt chi   ng d c, các ion (cation, anion)
chuyn v n cc trái di ion. T 
qua hay b gi li ta nhng khoang tách muc sch) và
các khoang thu mui (có n mui, tp cht cao). T c sch ta có th
 lý, t các khoang thu mui, muc gp li, loi ra.











Na
+

Na
+

Na
+

Cl
2

OH
-

Cl
-

Cl
-

C
C
C
A
A
1
2
3
4
5
6
H
2

Na
+

Na
+

Na

+

H
+

Cl
-

─
+
16

   c sch)
3,5: Khoang tách mui
2.5.2. Cấu tạo và tính chất của màng trao đổi ion
a) Cu t   i ion là loi màng rt m    c cu to
  nh     t mng, gm khung polyme tng hp (polystiren)
c gn vi các nhóm ch    i v   i cation là nhóm
sunfonat (- SO
3

 i vi ion là nhóm amin bc 4 (-N
+
R
3
). Các nhóm
 n này có tác d y các ion cùng du và hút các ion cùng d
b) Tính cht c i ion
- Màng m
-  c, không thc ngay c khi có áp sut cao

- Bn  nhi i 45 ÷ 46
o
C
- Không b  i trong khong (pH: 0 ÷ 10)
- Có th tái s dng li các dung dch mui có n cao
200 ÷ 30000 ppm
2.5.3. Ứng dụng và những điều cần lưu ý khi sử dụng ED
a) ng dng
- Làm ngc bin
- Làm sc
- X c cp cho np
- Tách, ch bin sa, x c thi công nghip
b) Chú ý
- Khi ho ng lâu: n  tp cht trong khoang thu mu    n
ng kt ta trên màng: CaSO
4
, CaCO
3
, bít l    n tr, cn tr s di
chuyn ca các ion v n cc.
- S  ng ca tp ch    phân cc n    n quá
n phân.
17

- Trong dung dc do s  n ca H
+
(H
2
O)
2H

2

2


Lúc này trong dung dch s 

n dn mt s phn ng hóa hc
(kt ta các hidroxit kim loi, cacbonat, ) cn chú ý kim tra pH, gi pH nh.
2.5.4. Kỹ thuật điện thẩm tách đảo chiều EDR (Electro Dialysis Reversal)
    m trên c      i ti
pháp này bng cách liên t o chiu c     n thm
o chiu EDR.
     i s  i liên tc chin bên ngoài
ng chuyng ca các cation và các anion trong dung d i
liên tc. Vì vy các hi tích t mui trên b mt màng, s phân cc nng
, s kt ta làm bít các l màng s c giu.
Có th  g pháp EDR là m c ci tin, hoàn chnh c
ED. Hi      c ng dng rng rãi trong vic làm sch, làm
ngc,

18

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT OXI HÓA TĂNG CƯỜNG
(Advanced Oxidation Processes- AOPs)
Mt trong nhng công ngh cao ni lên trong thi gian g phân
hy khoáng cht ô nhim hc thi da trên các quá trình oxi hóa
nhng quá trình phân hy oxi
hóa da vào gc t do hong hydroxyl
*
OH c to ra ngay trong quá trình x .
Gc hydroxyl là mt tác nhân oxy hóa mnh nht trong s c bit
t n nay, vi th oxy hóa 2,8V, ch ng sau Flo (3,03V), nó khó kh 
hy oxi hóa không chn la mi hp cht hy bin thành các hp
ch    c h  
2
, H
2
     Vi nhng tác nhân oxy hóa
khác nhau (bng 1)  to ra gc hydroxyl, thc hin quá trình oxy hóa gián tip thông
qua gc hydroxyl vì vy các quá trình này gi là các quá trình nâng cao hay các quá trình
oxi hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes  AOPs)
Bng1 : Mt s h phn ng to ra gc OH
˙

Tác nhân
Ưu điểm
Nhược điểm
H

2
O
2
+
Fe
2+
/ Fe/Fe
3+
-  
- , 
-   
-       

TiO
2
/ UV
-   
-     

- Khoáng hóa hoàn toàn các
 
-  
- ò
quá trình li tâm phân tách 
kém
H
2
O
2
/ UV

-     
  
2
O
2


˙

- 
-     

-       
19

cao
O
3
/ UV

-    
- 
 
- Giá thành cao
-   
3



        i lên trong nh      t

công ngh cao có tm quan trng trong viy mnh quá trình oxi hóa, giúp phân
hy nhiu loi hp cht h         
triclometan, benzen, toluen, nitrophenol, các hóa cht bo v thc vt, dioxin và furan,
thuc nhum, các cht bo v thc vt.
Ngoài ra, do tác dng oxy hóa cc mnh ca chúng so vi các tác nhân dit khun
truyn thng (các hp cht ca clo) nên gc hydroxyl ngoài kh   t các vi
khu: Eschrichia coli, coliform, còn dic các loi t bào vi khun
và virut gây bnh mà không th tiêu dit n mt khác
kh trùng bng gc hydroxyl li rt an toàn so vi kh trùng bng clo vì không to ra các
sn phm ph t h 
   o v  ng M (US Evironmental Protection Agency 
USEPA), dc tính ca quá trình có hay không có s dng ngung bc
x UV có th phân lo  ng 2):
- Nhóm các quá trình oxi hóa nâng cao không s dng tác nhân ánh sáng
(Advanced Non  Photochemical Oxidation Processes  ANPOs)
- Nhóm các quá trình oxi hóa nâng cao s dng tác nhân ánh sáng (Advanced
Photochemical Oxidation Processes  APOs).
Bảng2: Phân loi các quá trình oxy hóa nâng cao
ANPO
- H
2
O
2
/Fe
2+

- H
2
O
2

/Fe
3+

- H
2
O
2
/Fe
3+
-Oxalat
- H Fenton
- H kiu Fenton

20

- Mn
2+
/Axit oxalic/O
3
- O
3
/H
2
O
2

- O
3
/H
2

O
2
(xúc tác)
- n hoá
- Siêu âm
Bc x ng cao



- Peroxone
- Catazone
APO
-H
2
O
2
/Fe
2+
(Fe
3+
)/UV
- UV/H
2
O
2
/Fe
3+
-Oxalat
-TiO
2

/h/H
2
O
2

(TiO
2
/h/O
2
)
- O
3
/UV
- H
2
O
2
/UV

- Tia  hoc 
- Photo-Fenton


-Xúc tác quang hoá
- Calgon Perox-
Pure

và Rayox
3.1 Các kỹ thuật oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng (Advanced Non
Photochemical Oxidation Processes-ANPOS) [1]

3.1.1. Quá trình Fenton
   c phát hin l      a tác gi J.H.Fenton,
khi ông quan sát thy phn ng oxy hóa axit malic b   
mnh khi có mt ion s hp H
2
O
2
và mui Fe
2+
c s dng làm tác nhân
oxy hóa rt hiu qu cho nhing rng rãi các cht h
 
21

Quá trình Fenton nói chung có hiu qu cao trong khong pH 2-4, cao nht  pH
khong 2,8 (Pignatello, J.J.1992)u kin x ng gp (pH 5-9)
quá trình xy ra không hiu quu nghiên cu v các dng ci tin c
    c pH th    -    
Ngoài ra còn phát sinh mt v là cn tách ion st sau x lý. Nhng nghiên cu v quá
trình Fenton d th xy ra trên xúc tác r  i quyc v này,
ng thi có th tin hành quá trình Fenton ngay  pH trung tính.
3.1.1.1. Quá trình Fenton đồng thể
 ng qui trình oxi hóa ng th gn:
- u chnh pH phù hp
- Phn ng oxi hóa
n phn ng oxi hóa xy ra s hình thành gc

OH hot tính và phn ng
oxi hóa cht h hình thành gc


OH s c xét c th sau. Gc

OH sau khi
hình thành s tham gia vào phn ng ôxi hóa các hp cht hc cn x
lý: chuyn cht h dng cao phân t thành các cht hng phân t
thp
CHC
(cao phân t)
+

HO  CHC
(thp phân t)
+ CO
2
+ H
2
O + OH
-
(3.1)
- Trung hòa và keo t
Sau khi xy ra quá trình oxi hóa cn nâng pH dung d thc hin kt ta
Fe
3+
mi hình thành:
Fe
3+
+ 3 OH
-
 Fe(OH)
3

(3.2)
Kt ta Fe(OH)
3
mi hình thành s thc hi keo t, hp ph mt
phn các cht h, ch yu là các cht h .
- Quá trình lng:
Các bông keo sau khi hình thành s lng xung khin làm gim COD, mu, mùi
 c thi. Sau quá trình lng các cht hi (nc thi ch
yu là các hp cht h    ng phân t thp s c x lý b sung bng
  c hoc b   

22

Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl
•
OH và động học các phản ứng Fenton:
 Phn ng gia H
2
O
2
và cht xúc tác Fe
+2

M      c bit hàng th k     ca phn ng
n nay v m chí có ý kic nhau.
H tác nhân Fenton c n là mt hn hp gm các ion st hóa tr ng
dùng mui FeSO
4
và hydroperoxit H
2

O
2
), chúng tác dng vi nhau sinh ra gc t do

OH,

HO
2
theo phn ng :
Fe
2+
+ H
2
O
2
 Fe
3+

+

OH + OH

(3.3.)
Fe
3+
+ H
2
O
2
 Fe

2+

+

HO
2
+ H
+
(3.4)

Ngoài hai phn ng trên là phn ng chính thì trong quá trình Fenton còn có xy ra các
phn ng khác. Tng hp li bao gm các phn ng sau:
Fe
2+
+ H
2
O
2
 Fe
3+

+

OH + OH

(3.5)
Fe
3+
+ H
2

O
2
 Fe
2+

+

HO
2
+ H
+
(3.6)

OH +

Fe
2+
 OH
-
+ Fe
3+
(3.7)

OH + H
2
O
2
 H
2
O +


HO
2
(3.8)
Fe
2+

+

HO
2
 Fe
3+
+ HO
2

-
(3.9)
Fe
3+

+

HO
2


Fe
2+
+O

2
+ H
+
(3.10)

Nhng phn ng trên chng t tác dng ca st xúc tác. Quá trình
chuyn Fe
3+
thành Fe
2+
 trong phn ng (3.6) xy ra rt chm, hng s t k
rt nh so vi phn ng (3.5) vì vy st tn ti sau phn ng ch yu  dng Fe
3+
.
Theo Walling, C. (1975) gc t do

OH sinh ra có kh  n ng vi Fe
2+
và
H
2
O
2
  ng nht là kh  n ng vi nhiu cht ho thành
các gc h     n ng cao, t   phát trin tip tc theo kiu dây
chui:


OH +

Fe
2+
 OH
-
+ Fe
3+
(3.11)

OH + H
2
O
2
 H
2
O +

HO
2
(3.12)


OH + RH 

R + H
2
O (3.13)
23

Các gc


R có th oxy hóa Fe
2+
, kh Fe
3+
hoc dimer hóa .
 trên,  phn c bit là s to thành các
hp ch      hình thành gc hydroxyl vn còn nhiu tranh cãi.
Kremer (1999) cho rng các sn phm trung gian có th là phc cht Fe
2+
.H
2
O
2
hydrat
hóa và ion FeO
2+
vì thun l   mt nhi ng và tác nhân ôxi hóa kh là FeO
2+

ch không phi gc hydroxyl, m  ng cht trung gian Fe
2+
.H
2
O
2
có
th tham gia trc tip vào quá trình oxi hóa. Tuy nhiên tuy u nht trí cao vi
c ch phn ng Fenton xy ra theo các phn ng (3.5)-(3.10a nhn
vai trò ca gc hydroxyl to ra trong phn ng Fenton.
 Phn ng gia H

2
O
2
và cht xúc tác Fe
3+
:
Phn ng (3.6) x    n ng phân hy H
2
O
2
bng cht xúc tác Fe
3+
và
to ra Fe
2+
   p tc xy ra theo phn ng (3.5) hình thành gc hydroxyl theo
phn ng Fenton. Tuy nhiên t   u ca phn ng ôxy hóa bng tác nhân H
2
O
2
/
Fe
3+
ch  t nhiu so vi tác nhân Fenton H
2
O
2
/ Fe
2+
. Nguyên nhân vì trong

ng hp này Fe
3+
ph c kh thành Fe
2+
c khi hình thành g  
vy v tng th  thuc gì vào trng thái hóa tr
hai hay ba ca các ion st [Safarzadeh-Amiri và cng s, 1996].
Những nhân tố ảnh hưởng
Ảnh hưởng độ pH
Trong phn    pH  ng rt l   phân hy và n 
Fe
2+
, t   n t  phn ng và hiu qu phân hy các hp cht h
Khi các ion Fe(II) và Fe(III)  tr    o phc vi phi t hu
 tn ti dng các phn t b thy phân hoc to phc vi các phi t
 pH cùa dung dch, n các ion st và các phi t h Nói
chung phn ng Fenton xy ra thun li khi pH t 3-c t cao nht khi nm
trong khong hi 3.
Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe
2+
: H
2
O
2
và loại ion Fe(Fe
2+
hay Fe
3+
)
T phn  H

2
O
2
ng thi n H
2
O
2
li còn ph
thuc vào n cht ô nhim cn x i giá tr COD. Theo Schwarzer t
l mol H
2
O
2
ng 0,5:1
24

), t l ca H
2
O
2
: COD là 1:1, tuy nhiên trong thc t còn
xy ra c phn ng (3.7) và (3.8) nên làm tiêu hao gc hydroxyl vc sinh ra. Do vy
n  H
2
O
2
và t l Fe
2+
: H
2

O
2
có   n s to thành và s mt mát gc
, vì th cn tn ti mt t l Fe
2+
: H
2
O
2
t
s dng. T l t   m trong khong rng, 0,3-ng
cht cn x     n ph  nh bng thc nghii vi tng c
th.
    trên, vic s dng ion Fe
2+
hay Fe
3+
không    n tác
dng xúc tác cho phn ng Fenton. Tuy nhiên, khi s dng H
2
O
2
vi ling thp (<
10-15mg/l H
2
O
2
) nên s dng Fe
2+
.

Ảnh hưởng các anion vô cơ
Mt s c ngc th làm gim
hiu qu c    c bi  c thi dt nhum vì trong quá trình
nhum s dng rt nhiu hóa cht tr có ngun g  . Nh    ng
gp nht là nhng ion cacbonat, bicacbonat, ion clo, nhng ion này s tác dng vi gc
hydroxyl làm t ng gc hydroxyl, làm mt kh n hành phn ng oxy hóa
ho    to thành nhng phc cht không ho ng vi    c
 m hiu qu ca phn ng Fenton.
3.1.1.2. Quá trình Fenton dị thể
 m ln nht c    ng th là phi thc hin  pH thp,
sau khi x lý ph tách các ion Fe
3+
ra khc thi sau x lý bng
c vôi hoc dung dch kim nhm chuyn sang dng keo Fe(OH)
3
kt ti
qua thit b lng hoc l tách bã keo Fe(OH)
3
, to ra mng bùn kt ta cha
rt nhiu st. Vì v  khc ph  m trên trong nhiu công trình nghiên cu
ngun st c thay th bng qung st Goethite (-FeOOH), cát có cha st, hoc st
trên cht mang Fe/SiO
2
, Fe/TiO
2
, Fe/than hot tính, Fe
gio sát  trên nên gi là quá trình kiu Fenton d th.
Fenton d th c phát hi u tiên bi Ravikumar et al.(1994) cho thy H
2
O

2

có th ôxi hóa các cht ô nhim henol và tricloroetylene khi có
mt cát có cha st t nhiên. Tit s nghiên cu s dng hn hp H
2
O
2

và qung st loi goethite (- x c thi cha các
25

cht hc hi. c thi sau khi ra khi thit b phn ng không cn x lý tách kt
ta Fe(OH)
3
vì st nm trong thành phn qung goethite d th     
nghim thêm vi các oxit s   -FeOOH, Fe
2
O
3
, Fe
2
Si
4
O
10
(OH)
2
tuy nhiên tt
nht trong s này ch có Goethite. Goethite là mt khoáng sn có sn trong thiên nhiên.
Dng ion st trên chc th nghim cho thy kt qu làm mt mu

thuc nhum rt hiu qu khi s dng h H
2
O
2
có mt xúc tác Fe/MgO.
 quá trình d th kiy ra phn ng vi H
2
O
2
trên qung st
loi goethite (-FeOOH) xy ra theo hai kh  sau:
1-Phn c khu bng vic sinh ra Fe(II) nh s có mt ca H
2
O
2

xy ra hi ng kh - hòa tan goethite. S  y ra s tái kt ta Fe(III) tr v
goethite. Quá trình này có th c biu dic sau:
-FeOOH
(s)
+ 2H
+
+ 1/2 H
2
O
2
 Fe
II
+ 1/2O
2

+ 2H
2
O (3.14)
Fe
II
+ H
2
O
2
 Fe
(III)
+

HO + OH
-
(3.15)
Fe
(III)
+ H
2
O + OH
-
 -FeOOH(s) + 2H
+
(3.16)
  t cách tip c  n vì thc ch
ng th vi khu là xy ra s kh và hòa tan Fe
(II)
vào dung dch.
2- Phân hy H

2
O
2
trên b mt xúc tác,  ng hp này có th xy ra hàng
lot phc trên b mt to thành gc hydroxyl

OH và gc

HO
2
, mt s phn ng quan
trng nht trong s :

(III)
OH + H
2
O
2

2
O
2
)
S
(3.17)
(H
2
O
2
)

S

(II)
+ H
2
O +

HO
2
(3.18)

(II)
+ H
2
O
2

(III)
OH +

OH (3.19)


HO
2

+
+

O

2
-
(3.20)

(III)
OH +

HO
2
/O
2
-

(II)
+ H
2
O/OH
-
+ O
2
(3.21)
   ng hp này thc s là phn ng d th trên b mt xúc tác,
 i quá trình kh và hòa tan geothite.