Nghiên cứu áp dụng phương pháp fenton dị thể để loại bỏ phẩm màu hữu cơ trong nước bằng vật liệu tro bay biến tính

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG

TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận: “
bỏ

c u

ẩm màu ữu c tr

d

ớc bằ

e t

d t

vật ệu tr bay b ế tí

”.

2. Sinh viên thực hiện: Đàm Thị Thúy Nga – Lớp 58E – KHMT
3. Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Lê Khánh Toàn
ThS. Đặng Thế Anh
4. Mục tiêu nghiên cứu
4.1.

ct uc u

:

Sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền làm vật liệu dùng để xử lý nƣớc
thải.
4.2.

ct uc t :

- Biến tính tro bay thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao.
- Sử dụng vật liệu tro bay biến tính làm chất xúc tác cho quá trình Fenton dị
thể xử lý chất màu hữu cơ trong nƣớc.
5. Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng quy trình biến trong nƣớc tính tro bay thành vật liệu có hoạt tính
xúc tác cao.
- Xử lý chất hữu cơ trong nƣớc bằng phƣơng pháp Fenton sử dụng xúc tác là
tro bay biến tính trong các điều kiện khác nhau.
- Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nƣớc.
6. Kết quả đạt đƣợc
- Điều kiện biến tính tro bay thành vật liệu xúc tác là sử dụng 0,5g FeCl3,
nung xúc tác trong 3 giờ ở nhiệt độ 500ºC.
- Xác định đƣợc một số điều kiện tối ƣu để xử lý chất hữu cơ trong nƣớc
bằng phƣơng pháp Fenton:
+ Thời gian phản ứng tốt nhất : 90-120 phút


+ pH=2
+ Tỷ lệ Fe2+/H2O2 : 0,5/0,1
- Ứng dụng phƣơng pháp Fenton để xử lý COD trong nƣớc thải dệt nhuộm
đạt hiệu quả trên 75%, hiệu quả xử lý cao nhất lên đến 95,83%.
- Đề xuất giải pháp kỹ thuật để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm sử dụng phƣơng

pháp Fenton dị thể.


LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian học tập và rèn luyện tại trƣờng Đại học Lâm Nghiệp và để
hoàn thành chƣơng trình đào tạo khóa học 2013 – 2017, đƣợc sự nhất trí của
Khoa Quản lý Tài ngun rừng và Mơi trƣờng – trƣờng Đại học Lâm Nghiệp,
tôi đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp: “
Fenton d th
biế tí

c u

lo i bỏ phẩm màu hữu c tr

d
ớc bằng vật liệu tro bay

”. Để đạt đƣợc kết quả này tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các đơn

vị đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong suốt q trình nghiên cứu và thực hiện đề
tài.
Lời đầu tiên cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ban giám
hiệu trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, khoa QLTNR&MT, Ban giám đốc Trung
tâm thí nghiệm thực hành khoa QLTNR&MT cùng các quý thầy, cơ giáo đã
giảng dạy tơi trong suốt q trình học tập tại trƣờng.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới GVHD Ths. Lê Khánh
Toàn và Ths. Đặng Thế Anh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, tạo điều
kiện cho tơi trong suốt q trình thực hiện và hồn thiện đề tài này.
Cuối cùng tơi xin chân thành cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình và

bạn bè đã quan tâm giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu
đề tài.
Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng do thời gian có hạn và bản thân cịn nhiều
hạn chế về mặt chun mơn và thực tế nên đề tài không tránh khỏi những
thiếu sót. Kính mong nhận đƣợc sự góp ý từ q thầy cơ và bạn bè đề tài
nghiên cứu đƣợc hồn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm

!
Hà Nội, ngày 01 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Đàm Thị Thúy Nga


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
Đ T VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................... 3
1.1. Tổng quan về vật liệu tro bay..................................................................... 3
1.1.1. Nguồn gốc, đặc điểm của tro bay ............................................................ 3
1.1.2. Tác hại của tro bay khi thải ra ngồi mơi trƣờng .................................... 3
1.1.3. Cơng dụng của tro bay ............................................................................ 5
1.2. Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm............................................................ 9
1.2.1. Thành phần và đặc tính của nƣớc thải dệt nhuộm .................................. 9
1.2.2. Một số nhóm thuốc nhuộm thƣờng dùng .............................................. 10
1.2.3. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm .................................. 11

1.3. Tổng quan về phƣơng pháp Fenton ........................................................ 14
1.3.1. Quá trình Fenton trong xử lý nƣớc thải ................................................ 14
1.3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton ......................................... 15
1.3.3. Những ƣu, nhƣợc điểm của quá trình Fenton ....................................... 18
1.3.4. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nƣớc thải ................................ 18
1.3.5. Các nghiên cứu về động học phản ứng Fenton ..................................... 20
1.3.6. Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan đến Fenton 21
CHƢƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................... 23
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 23
2.1.1. Mục tiêu chung:..................................................................................... 23
2.1.2. Mục tiêu cụ thể: ..................................................................................... 23
2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 23
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 23
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 23


2.4.1. Phƣơng pháp thu thập và kế thừa tài liệu. ............................................. 23
2.4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm .................................................................... 24
2.4.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu..................................................................... 31
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................... 33
3.1. Biến tính tro bay thành vật liệu xúc tác ................................................... 33
3.1.1. Quy trình biến tính tro bay .................................................................... 33
3.1.2. Thành phần và cấu trúc bề mặt của vật liệu biến tính ........................... 34
3.2. Xử lý phẩm màu trong nƣớc bằng phƣơng pháp Fenton dị thể ............... 36
3.2.1. Xây dựng đƣờng chuẩn của phẩm màu DB108 .................................... 36
3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian nung biến tính vật liệu ................... 37
3.2.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng FeCl3 trong ngâm tẩm tro bay .................. 38
3.2.4. Ảnh hƣởng của nồng độ hydropeoxit(H2O2) ....................................... 39
3.2.5. Ảnh hƣởng của pH ................................................................................ 40

3.2.6. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ tới hiệu quả xử lý ............................ 41
3.2.7. Ảnh hƣởng của các ion cản trở ............................................................. 42
3.2.8. Áp dụng các điều kiện với lƣợng nƣớc thải lớn .................................... 43
3.2.9. Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu biến tính .................................. 43
3.3. Xử lý chỉ tiêu COD của nƣớc thải dệt nhuộm bằng vật liệu tro bay biến
tính ................................................................................................................... 44
3.3.1. Đánh giá đặc trƣng của nƣớc nhiễm phẩm màu hữu cơ ....................... 44
3.3.2. Kết quả xử lý nƣớc nhiễm phẩm màu hữu cơ bằng phƣơng pháp Fenton
sử dụng vật liệu tro bay biến tính .................................................................... 45
3.4. Đề xuất giải pháp xử lý nƣớc nhiểm phẩm màu hữu cơ bằng phƣơng pháp
Fenton .............................................................................................................. 47
CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ .................................. 49
4.1. Kết luận .................................................................................................... 49
4.2. Tồn tại ...................................................................................................... 49
4.3. Kiến nghị .................................................................................................. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AOPs

Advanced oxidation Processes
Oxy hóa nâng cao

COD

Chemical oxigen demand
Nhu cầu oxi hóa học

SEM

Scanning electron microscope
Kính hiển vi điện tử quét

EDX

Engery dispersive X-ray spectroscopy
Phổ tán xạ năng lƣợng tia X

DB 108

Direct Blue 108
Phẩm màu xanh dƣơng

KVNC

Khu vực nghiên cứu

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

STT

Số thứ tự

POPs

Persistent Organic Pollutant
Chất ơ nhiễm hữu cơ khó phân hủy

FA

Fly ash
Tro bay trƣớc khi biến tính

FA-Fe(III) Tro bay sau khi biến tính bằng FeCl3
dd

Dung dịch


\DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1. Đặc tính nƣớc thải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội.............. 9
Bảng 1.2. Một số đặc tính của phẩm nhuộm DB 108 ..................................... 11
Bảng 2.1 Khảo sát thời gian nung biến tính vật liệu ...................................... 27
Bảng 2.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Fe3+ trong tro bay biến tính ............... 27
Bảng 2.3.Ảnh hƣởng của nồng độ H2O2 ........................................................ 28
Bảng 2.4. Xác định ảnh hƣởng của pH ........................................................... 28
Bảng 2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ ................................................... 29
Bảng 2.6. Khảo sát ảnh hƣởng của các ion cản trở ......................................... 29
Bảng 2.7. Xử lý nƣớc nhiễm phẩm màu bằng phƣơng pháp Fenton sử dụng
tro bay biến tính............................................................................................... 30
Bảng 3.1.Thành phần nguyên tố của tro bay sau biến tính ............................. 35
Bảng 3.2. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn ...................................................... 36

Bảng 3.3. Kết quả COD của mẫu nƣớc phẩm trƣớc và sau xử lí.................... 45
Bảng 3.4. Kết quả COD của mẫu nƣớc thải trƣớc và sau xử lí ...................... 46
Bảng 3.5. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm
......................................................................................................................... 46


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1. Quy trình biến tính tro bay .............................................................. 33
Hình 3.2. Ảnh SEM mẫu tro bay.(a)ban đầu, (b)tinh chế ............................... 34
Hình 3.3. Ảnh SEM của mẫu tro bay sau biến tính FA-Fe(III) ở các kích
thƣớc: (a) 4µ, (b) 10µ, (c) 20µ. ....................................................................... 34
Hình 3.4. Phổ EDX của tro bay sau khi biến tính ........................................... 35
Hình 3.5. Đƣờng chuẩn của phẩm màu DB 108 ............................................. 36
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của điều kiện biến tính tới hiệu quả xử lý độ màu ....... 37
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối đƣợc sử dụng để ngâm tẩm với tro
bay ................................................................................................................... 38
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nồng độ H2O2 tới hiệu quả xử lý độ màu ............. 39
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của pH tới hiệu quả xử lý độ màu ................................ 40
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới hiệu quả xử lý độ màu...................... 41
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của các ion cản trở tới hiệu quả xử lý độ màu ở thời
gian khuấy 120 phút ........................................................................................ 42
Hình 3.12. Sự biến động hiệu suất xử lý độ màu với khối lƣợng lớn ở các thời
gian khuấy khác nhau ...................................................................................... 43
Hình 3.13. Sự biến động hiệu suất xử lý độ màu khi tái sử dụng xúc tác ...... 44
Hình 3.14. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải dệt nhuộm ................................ 47


ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc đã, đang và
sẽ tiếp tục đem đến những sự đổi thay kỳ diệu trong chất lƣợng đời sống của

con ngƣời. Tuy nhiên, cùng với đó tình trạng ô nhiễm môi trƣờng đang là một
vấn đề đáng báo động, làm ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng sinh thái,
đời sống sinh hoạt của con ngƣời.
Ở Việt Nam, những ngành cơng nghiệp trọng điểm, giữ những vị trí then
chốt, chiến lƣợc quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Tuy
nhiên, do đặc thù sản xuất, mỗi ngành cơng nghiệp trên lại có những ảnh
hƣởng tiêu cực nhất định tới môi trƣờng. Nhƣ ngành dệt nhuộm, vấn đề điển
hình nhất là nƣớc thải, trong khi bài toán nan giải của ngành nhiệt điện lại
nằm ở vấn đề chất thải rắn - tro bay. Tìm lời giải cho bài toán nƣớc thải, tro
bay là những yêu cầu cấp thiết, và cũng là những bài toán nan giải của các
nhà quản lý, khoa học của nƣớc nhà.
Về mặt nguyên lý và kỹ thuật, để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm, ngƣời ta có
thể dùng nhiều kỹ thuật khác nhau nhƣ: phƣơng pháp cơ học, phƣơng pháp
hóa học, phƣơng pháp hóa – lý, và sử dụng phƣơng pháp sinh học. Một trong
những công nghệ cao nổi bật trong những năm gần đây là cơng nghệ phân hủy
khống hóa chất ô nhiễm hữu cơ trong nƣớc và nƣớc thải dựa trên q trình
oxi hóa nâng cao (Advanced oxidation Processes_AOPs). Kỹ thuật oxy hóa
tiên tiến này đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngồi nƣớc chú ý bởi nó có
khả năng xử lý hoặc tiền xử lý nhiều nguồn thải chứa phẩm màu - đối tƣợng
khơng hoặc khó phân hủy sinh học, khó xử lý bằng các kỹ thuật thơng
thƣờng. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của kỹ thuật oxy hóa nằm ở vấn đề chi phí
hóa chất. Một trong những hƣớng đi ƣu tiên, gần đây đƣợc nhiều nhà khoa
học quan tâm, nghiên cứu là phát triển một số hệ vật liệu rẻ tiền có khả năng
ứng dụng làm xúc tác cho các q trình Fenton dị thể góp phần vào việc khắc
phục nhƣợc điểm cơ bản của kỹ thuật Fenton đồng thể. Theo hƣớng này, một
số nghiên cứu đã thành công với bùn đỏ, pyrit, tro bay…
1


Q trình Fenton là phƣơng pháp oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy

sinh học. Phƣơng pháp Fenton là một cơng cụ khử màu hiệu quả. Chính vì
vậy em đã tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghi
e t

d t

vật ệu tr bay b ế tí

bỏ

ẩm màu ữu c tr

c u

d
ớc bằng

” với mong muốn đƣa ra một phƣơng pháp xử lý

nƣớc thải đạt hiệu quả cao, phù hợp với thực tiễn.

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về vật liệu tro bay
1.1.1. Nguồn gốc, ặc

m của tro bay

Tro bay (fly ash - FA) là những hạt tro rất nhỏ bị cuốn theo khí từ ống
khói của các nhà máy nhiệt điện do đốt nhiên liệu than. Chúng là vật liệu phế
thải, nếu không đƣợc thu gom, tận dụng sẽ gây ơ nhiễm mơi trƣờng. Chính vì
vậy, các chun gia trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam đang tập trung nghiên
cứu để tận dụng loại phế thải sẵn có này nhằm tạo ra các sản phẩm mới đáp
ứng các yêu cầu chất lƣợng và hạn chế ô nhiễm môi trƣờng. [26]
Tro bay là phụ phẩm của các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu khống
(than đá). Cơng nghệ đốt than ở các nhà máy nhiệt điện phổ biến nhất là đốt
bằng lị đốt kiểu tầng sơi, tập trung hầu hết ở miền Bắc. Phần hạt tro mịn bay
theo dịng khí thải bị lắng lại trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện gọi là “tro bay”,
phần hạt lớn rơi xuống đáy lò gọi là “tro đáy”, (tại Nhà máy nhiệt điện Phả
Lại: 20% tro đáy lò và 80% tro bay tại ESPs. Nguồn gốc tro xỉ nhiệt điện gắn
liền với sự tồn tại và phát triển của các nhà máy nhiệt điện đốt than.[27]
Tro bay là một loại “puzzolan nhân tạo” bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3
(chiếm khoảng 84%)… là những tinh cầu tròn, siêu mịn, độ lọt sàn từ 0,05 –
50 nanomet (1 nanomet = 1x10-9m) tỉ diện 300 – 600m2/kg. [28]
Xử lý tro, xỉ thải của các nhà máy nhiệt điện chạy than đang là vấn đề
“nóng”. Tuy nhiên, đây khơng hẳn là một bài tốn chƣa có lời giải bởi đã có
những mơ hình thành cơng trên thực tế.
1.1.2. T c

của tr bay k

t ả ra

à mô tr ờ g

Theo thống kê, riêng Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại (lớn nhất miền Bắc)

mỗi năm thải ra khoảng 1 triệu tấn xỉ than. Dự kiến đến năm 2015, tổng trữ
lƣợng xỉ than đƣợc thải ra từ các Nhà máy nhiệt điện đốt than lên đến 5 triệu
tấn/năm. Với việc Quảng Ninh đƣợc xác định là trung tâm nhiệt điện của cả
3


nƣớc nên vấn đề quản lý và sử dụng hiệu quả nguồn xỉ than cần đƣợc đặc biệt
chú trọng. Việc chơn lấp xỉ than khơng chỉ là sự lãng phí lớn mà cịn gây ơ
nhiễm mơi trƣờng.
Theo báo cáo của 2 Nhà máy nhiệt điện lớn là Phả Lại và ng Bí, một
năm sử dụng khoảng trên 4 triệu tấn than (chủ yếu là than cám 5 của Mạo
Khê và Hòn Gai) và thải ra khoảng trên 1,1 triệu tấn tro xỉ/năm. Những năm
trƣớc đây, xỉ than của các Nhà máy chỉ một phần nhỏ đƣợc nhân dân trong
vùng tận dụng để đóng gạch cịn phần lớn khơng bán đƣợc phải thải trực tiếp
ra các hồ chứa. Vì vậy, các hồ chứa xỉ ln trong tình trạng đầy ngập và có
nguy cơ hết chỗ chứa. Với các lị hơi trong hệ thống máy phát điện chạy bằng
hơi nƣớc thì than là nguồn nguyên liệu chính. Ngƣời ta nghiền nhỏ than trƣớc
khi cho vào lị hơi. Tro xỉ than chính là các chất vô cơ không cháy đƣợc và
các tạp chất khác trong than.
Cũng giống nhƣ Nhiệt điện ng Bí, Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại đang
tìm phƣơng án để nâng sức chứa của các hồ xỉ trƣớc nguy cơ các hồ chứa xỉ
đầy ngập. Không chỉ vậy, Nhà máy này cịn đang phải đối mặt với nguy cơ
chƣa tìm đƣợc địa điểm phù hợp để làm hồ chứa xỉ mới. Qua tìm hiểu đƣợc
biết ngay từ những năm 80, nƣớc ta đã có những nghiên cứu đánh giá tác
động mơi trƣờng của xỉ than. Và gần đây, các chuyên gia Nhật Bản cũng đã
có những nghiên cứu và đều đi đến khẳng định nếu xỉ than không đƣợc tái chế
sẽ gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Nguyên nhân là bởi sự hiện diện
của các thành phần kim loại nặng và các tạp chất khác trong xỉ than. Chính vì
vậy, xung quanh các hồ chứa xỉ than chất lƣợng nƣớc ngầm, hoạt động sản
xuất nông nghiệp, cảnh quan của khu vực lân cận bị ảnh hƣởng không

nhỏ.[22]
Tro bay và xỉ than chứa nhiều hóa chất và kim loại nặng nhƣ asen (thạch
tín, As), chì (Pb), thủy ngân(Hg), kẽm (Zn), nikel (Ni), đồng (Cu), mangan
(Mn), cadmi (Cd), crom (Cr) và selen (Se) ở dạng vết và cả chất phóng xạ
uranium. Asen đã đƣợc chứng minh là gây ung thƣ da, ung thƣ bàng quang và
4


ung thƣ phổi, trong khi chì gây thiệt hại đến hệ thần kinh. Ngồi việc gây tốn
hàng nghìn ha đất để chứa và chơn lấp thì tro xỉ than cịn là nguồn gây ô
nhiễm môi trƣờng đặc biệt nghiêm trọng cho đất, nƣớc và khơng khí.
Mặc dù tro xỉ đƣợc xem là chất thải không nguy hại, nhƣng việc tồn tại
lâu dài tại các bãi chứa với số lƣợng lớn sẽ gây ra nhiều vấn đề môi trƣờng
nghiêm trọng. Một điều đáng chú ý nữa là việc thải tro xỉ dạng ƣớt mặc dù
hạn chế đƣợc bụi nhƣng lại gây tác động môi trƣờng nghiêm trọng hơn việc
thải tro xỉ dạng khô, do sự thẩm thấu của các thành phần kim loại nặng ra môi
trƣờng.
Giải pháp tạm thời trƣớc mắt của nhà máy là phủ bạt các bãi thải và tƣới
nƣớc liên tục để tránh tro bay phát tán ra xung quanh thì giải pháp lâu dài, căn
cơ là phải tái sử dụng triệt để nguồn tro và và xỉ than của nhà máy để sản xuất
vật liệu xây dựng thân thiện với mơi trƣờng. Khuyến khích ngƣời sản xuất và
ngƣời sử dụng tăng tái sử dụng tro xỉ than để làm giảm lƣợng tồn đọng của
nó. Các bãi thải chôn lấp xỉ than và tro bay, các hồ chứa… cần phải đƣợc rà
sốt cấp thời để tìm ra giải pháp căn cơ thay vì chỉ phủ bạt và tƣới nƣớc nhƣ
những ngày qua, nhằm tránh các hiểm họa đang đe doạ môi trƣờng và sức
khoẻ ngƣời dân.[28]
Sử dụng tro bay (một loại chất thải đang cần xử lý) để xử lý hiệu quả các
nguồn thải khó xử lý, chứa các loại phẩm màu. Điều này góp phần giải quyết
đồng thời hai vấn đề môi trƣờng lớn ở hai ngành cơng nghiệp quan trọng và
hồn tồn đi theo định hƣớng ƣu tiên của Nhà nƣớc trong khía cạnh sử dụng

hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trƣờng.[29]
1.1.3. Cô

d

của tr bay

Ứng dụng tro bay trong một số lĩnh vực công nghiệp trên thế giới nhƣ sử
dụng trong lĩnh vực xây dựng (vật liệu điền lấp, bê tông, xi măng,…), dùng
trong nông nghiêp , làm chất hấp phụ, dùng công nghiệp gia công chất dẻo..
1.1.3.1. Tro bay sử dụng trong lĩnh vực xây dựng

5


- Tro bay dùng làm vật liệu điền lấp: Tro bay có thể dùng để phục hồi và cải
tạo các vùng đất yếu bởi các hoạt động khác. Tro bay đƣợc sử dụng cho phát
triển các cơng trình cơng cộng nhƣ cơng viên, bãi đậu xe, sân chơi,... Tro bay
có độ bền đầm nén tƣơng đƣơng hoặc lớn hơn đất nên thƣờng đƣợc sử dụng
trong các lĩnh vực bồi đắp đất.[7]
- Tro bay trong bê tông: Tro bay cải thiện độ bền và kết cấu của bê tông dẫn
đến tăng tuổi thọ của đƣờng. Thơng thƣờng, tro bay có thể thay thế từ 15 đến
30% xi măng portland. Hiện nay, tro bay đƣợc ứng dụng rộng rãi trong xây
dựng với các mục đích khác nhau nhƣ làm phụ gia cho bê tông xi măng, làm
độn cho bê tông asphalt. Một số cơng trình xây dựng nổi tiếng trên thế giới đã
sử dụng tro bay trong bê tông nhƣ đập Puylaurent ở Pháp, cây cầu Great Belt
East nối Copenhagen (Đan Mạch) với những vùng đất của trung tâm châu
Âu,...
- Tro bay làm đƣờng xá: Tro bay có thể đƣợc sử dụng để xây dựng đƣờng và
đê kè. Việc sử dụng này có nhiều lợi thế hơn so với các phƣơng pháp thông

thƣờng nhƣ tiết kiệm đất trồng trọt, tránh tạo ra các vùng trũng, giảm chi phí,
làm giảm nhu cầu đất để xử lý / lắng đọng tro bay.
- Gạch không nung từ tro bay: Tro bay cũng là phế liệu thân thiện môi trƣờng.
Gạch tro bay đƣợc tạo thành từ tro bay, cát và xi măng, trong đó tro bay là
chất độn chính và cát là chất độn thứ hai. Cịn xi măng làm chất kết dính tất cả
các ngun liệu với nhau. Ở Đức, tro bay đƣợc ứng dụng để sản xuất gạch xây
nhà. Các khối gạch này đƣợc tạo ra từ hỗn hợp của tro xỉ, tro bay, đá vôi và
nƣớc đƣợc ép thành khuôn.
- Sản phẩm gạch ốp lát từ tro bay: Gạch ốp lát có thể đƣợc sản xuất từ tro bay.
Gạch ốp lát gồm hai lớp: lớp măt và lớp nền. Lớp mặt là hỗn hợp gồm nhựa
men, xi măng, bôt tro bay và đôlômit . Lớp nền là hỗn hợp gồm tro bay bán
khô, xi măng và bụi mỏ đá.
- Làm vật liệu cốt nh : Nhiều công nghệ đã đƣợc phát triển để sản xuất cốt
liệu nhân tạo từ tro bay. Cốt liệu từ sản phẩm tro bay có thể đƣợc sử dụng cho
6


một loạt các ứng dụng trong ngành công nghiệp xây dựng, bao gồm thành
phần xây dựng, thành phần bê tông đúc sẵn, bê tơng trộn sẵn cho các tịa nhà
cao tầng,…
1.1.3.2. Tro bay dùng trong nông nghiệp
Một ứng dụng trực tiếp của tro bay là một tác nhân cải tạo đất nơng
nghiệp. Phần lớn các loại cây trồng thích hợp với môi trƣờng pH là 6,5- 7 cho
sự phát triển. Việc bổ sung tro bay kiềm cho đất chua có thể làm tăng độ pH.
Phần lớn các nghiên cứu đã chứng tỏ khả năng của tro bay làm tăng độ pH
của đất có mơi trƣờng axit bằng sử dụng tro bay loại C, tức là tro bay với hàm
lƣợng CaO cao (> 15%).
Tro bay có thể cải taọ đất và nâng cao khả năng giữ ẩm, đơ phì nhiêu cho
đất. Nó cải thiện sự hấp thu nƣớc và chất dinh dƣỡng của cây trồng, giúp sự
phát triển của rễ cây và kết dính đất , dầu khống và cacbohydrat dựtrữ để sử

dụng khi cần thiết, bảo vệ thực vật các bệnh tật từ đất gây ra, và giải độc đất
bị ô nhiễm. Năng suất cây trồng cũng tăng lên, nhƣ các thí nghiệm trên lạc,
hƣớng dƣơng, hạt lanh và hạt có dầu khác đã minh chứng.
Nhiều nghiên cứu báo cáo về hiệu quả của tro bay tới độ bền của đất nhƣ
cải thiện độ bền cắt và độ bám dính của đất. Mặt khác, một số nghiên cứu cho
thấy việc kết hợp giữa vôi và tro bay vào đất đã làm tăng sự ổn định cho đất
so với ổn định đất chỉ bằng tro bay hoặc vôi riêng rẽ.
1.1.3.3. Tro bay làm chất hấp phụ
Trong những năm gần đây, việc sử dụng tro bay đã thu hút rất nhiều
trong công nghiệp, việc sử dụng này sẽ giảm bớt gánh nặng về mơi trƣờng và
nâng cao lợi ích kinh tế. Tính khả thi kỹ thuật của việc sử dụng tro bay làm
chất hấp phụ giá rẻ cho các quá trình hấp phụ khác nhau để loại bỏ các chất ô
nhiễm trong khơng khí và nƣớc đã đƣợc xem xét.
Có thể dùng tro bay để thay thế than hoạt tính thƣơng mại hoặc zeolit
cho việc hấp phụ các khí NOx, SOx, các hợp chất hữu cơ, thủy ngân trong
khơng khí, các cation, anion, thuốc nhuộm và các chất hữu cơ khác trong
7


nƣớc. Wang và Wu [14] đã nghiên cứu điều tra và cho thấy rằng thành phần
cacbon chƣa cháy trong tro bay đóng một vai trị quan trọng trong khả năng
hấp phụ. Có nhiều báo cáo nghiên cứu sử dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ
để loại bỏ các ion kim loại độc hại, chất gây ô nhiễm trong không khí , các
hợp chất hữu cơ và vơ cơ , và hấp phụ thuốc nhuộm trong nƣớc thải.
1.1.3.4. Tro bay dùng công nghiệp gia công chất dẻo
Tro bay là vật liệu phế thải của quá trình sản xuất điện năng từ các nhà
máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu than đá. Với thành phần chủ yếu là các oxit
kim loại nhƣ oxit silic, oxit nhơm,… kích thƣớc hạt mịn và giá thành rẻ, ngoài
những ứng dụng hết sức hiệu quả trong các ngành xây dựng, tro bay bay cịn
có một tiềm năng lớn trong lĩnh vực làm chất độn cho polyme.

Trong số các nhựa nhiệt dẻo thì PE và PP đƣợc sử dụng phổ biến nhất.
D.C.D. Nath và cộng sự đã chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở PP gia cƣờng
bởi một hàm lƣợng lớn tro bay (60%) có kích thƣớc hạt 5-60μm bằng phƣơng
đúc phun ở 210ºC. Theo các tác giả, trong điều kiện khí quyển, nhóm OH
hoặc ion trên bề mặt kim loại hoặc oxit kim loại nhƣ tro bay có vai trị quan
trọng trong hình thành các liên kết vật lý giữa bề mặt tro bay với nền polyme.
Vật liệu polyme compozit sử dụng tro bay làm chất độn và vải đay làm
chất gia cƣờng. Sau khi xử lý, vải đay đƣợc chuyển vào chất nền để cán thành
tấm. Các tấm đƣợc sấy khô ở nhiệt độ và áp suất cụ thể. Số lƣợng tấm đƣợc sử
dụng theo độ dày yêu cầu. Vật liệu polyme/tro bay compozit sử dụng vải đay
gia cƣờng để thay thế vật liệu gỗ trong nhiều sản phẩm nhƣ cửa chớp, vách
ngăn, gạch lát nền, tấm tƣờng, trần,…
Tro bay cùng với các phụ gia khác nhƣ bột kim loại và với chất dẻo đƣa
vào cao su tái sinh để chế tạo tấm lát đƣờng ngang xe lửa. M. Hossain và các
cộng sự nghiên cứu của trƣờng Đại học Kansas đã công bố kết quả sử dụng
cao su tái chế từ lốp ô tơ để làm lớp asphalt trải đƣờng có sử dụng phụ gia tro
bay. Đây là cơng trình rất có giá trị về khoa học mơi trƣờng, khi cơng trình

8


này đƣợc áp dụng thì một lƣợng lớn lốp ơ tô phế thải đƣợc sử dụng để thay
thế nhựa đƣờng và nhƣ vậy sẽ làm giảm giá thành xây dựng.
Nhiều nghiên cứu đánh giá khả năng gia cƣờng của tro bay tới tính chất
vật liệu cao su.Tro bay có thể thay thế các chất độn truyền thống nhƣ clay,
canxi cacbonat hoặc sử dụng kết hợp với than đen. Mặt khác, tro bay có giá
thành rất thấp nên tro bay làm giảm giá thành của sản phẩm. Nhiều sản phẩm
cao su đã sử dụng tro bay làm chất độn gia cƣờng hoặc làm chất độn thay thế
chất thông thƣờng đã đƣợc chế tạo.[7]
1.2. Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm

1.2.1. T à

ầ và ặc tí

của

ớc t ả dệt

uộm

Ngành dệt nhuộm sử dụng một lƣợng nƣớc thải lớn để sản xuất và đồng
thời thải ra một lƣợng nƣớc thải đáng kể cho môi trƣờng. Nguồn nƣớc thải
bao gồm từ các công đoạn chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm và hoàn tất.
Trong q trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại đƣợc sử dụng để sản
xuất tạo màu gây ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng trong thời gian dài. Thành
phần nƣớc thải phụ thuộc vào : đặc tính của vật liệu nhuộm , bản chất của
thuốc nhuộm, các chất phụ trợ và các hóa chất khác đƣợc sử dụng. Đặc tính
của nƣớc thải dệt nhuộm nói chung đều chứa các loại hợp chất tạo màu hữu
cơ, do đó có các chỉ số pH, DO, BOD, COD... rất cao.
Bảng 1. 1. Đặc tính nƣớc thải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội
Tên cơ sở

Độ pH

Độ màu

COD(mg/l)

BOD(mg/l)

Dệt Hà Nội

9-10

250-500

230-500

90-120

Dệt kim Thăng Long

8-12

168

440-500

132

Dệt nhuộm Vạn Phúc

8-11

750

380-890

120

Dệt nhuộm Dƣơng Nội

8-11

750

380-890

106

Để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra ngồi mơi trƣờng cần tuân thủ nghiêm
ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ô nhiễm môi trƣờng có trong nƣớc thải sau
khi sản xuất hoặc chế biến các sản phẩm công nghiệp.

9


1.2.2.

ột số

óm t uốc

uộm t

ờ

dù

- Thuốc nhuộm trực tiếp: là những hợp chất màu hịa tan trong nƣớc, có

khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu: tơ xenlulozo, giấy… nhờ lực háp
phụ trong môi trƣờng nƣớc. Ƣu điểm của nhóm thuốc nhuộm này là rẻ và dễ
sử dụng. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của chúng là khi nhuộm màu đậm thì hiệu
suất bắt màu thấp, thành phần có chứa gốc azo (-N=N-) độc hại, khó phân hủy
nên chỉ đƣợc sử dụng ở các cơ sở sảm xuất nhỏ lẻ, các làng nghề truyền
thống..
- Thuốc nhuộm axit: là hợp chất hữu cơ đều thuộc nhóm azo,
antraquinon, azin… Các thuốc nhuộm loại này thƣờng đƣợc dùng để sử dụng
nhuộm trực tiếp với sợi động vật: len, tơ tằm, sợi poliamit trong mơi trƣờng
axit.
- Thuốc nhuộm hoạt tính: là hợp chất màu mà phân tử chúng có chứa các
nhóm nguyên tử có thể liên kết trực tiếp với xơ dệt trong quá trình nhuộm.
Phân tử chứa các nhóm monoazo, diazo, antraquinon, -SO3Na, -COONa…
Do chứa các gốc halogen hữu cơ nên tăng tính độc khi thải ra mơi trƣờng, có
khả năng tích lũy sinh học nên có tác động tiềm ẩn cho sức khỏe con ngƣời và
động vật.
- Thuốc nhuộm bazo: là các hợp chất mang màu cất tạo từ muối clorua,
oxalat hoặc muối kép của bazo hữu cơ.
- Thuốc nhuộm hoàn nuyên: chủ yếu đƣợc sử dụng để nhuộm chỉ, vải sợ
bông, lụa visco. Thuốc nhuộm hoàn nguyên phần lớn dựa vào hai họ mang
màu là indigoit và antraquinon. Các loại thuốc nhuộm này thƣờng không tan
trong nƣớc và kiềm, rất bền màu trong môi trƣờng thực tế.
- Thuốc nhuộm azo không tan: còn đƣợc gọi là thuốc nhuộm lạnh, thuốc
nhuộm đá… Chúng là các hợp chất có chứa nhóm azo trong phân tử nhƣng
khơng có mặt các nhóm có tính tan nên khơng hịa tan trong nƣớc. Thuốc
nhuộm azocó ƣu điểm là rẻ, bền màu trong khoảng pH rộng, bền với nhiệt khi
phơi sáng và oxy, dễ sử dụng, khó bị phân hủy bởi vi sinh vật, đa dạng về
10

màu sắc so với màu tự nhiên. Chính vì vậy, các hợp chất màu azo đƣợc sử
dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp nhƣ nhuộm, in, thực
phẩm…[6]
- Thuốc nhuộm DB 108:
Bảng 1.2. Một số đặc tính của phẩm nhuộm DB 108
Tên gọi: Direct Blue 108
Công thức phân tử:

Công thức cấu tạo:

C34H19Cl2N4Na3O11S3
Khối lƣợng phân tử: 895,61
Mã số đăng ký CAS:
1324-58-9
λmax= 638
1.2.3.

ột số

xử lý

ớc t ả dệt

uộm

1.2.3.1. Phương pháp vật lý
- Phƣơng pháp lọc: Các kỹ thuật lọc thông thƣờng là quá trình tách chất rắn ra
khỏi nƣớc khi cho nƣớc đi qua vật liệu lọc có thể giữ cặn và cho nƣớc đi qua.
Các kỹ thuật lọc thông thƣờng không xử lý đƣợc các tạp chất tan nói chung và
thuốc nhuộm nói riêng.[6].

- Phƣơng pháp lắng: đây là phƣơng pháp cơ học, sử dụng bể lắng. Tuy nhiên,
phƣơng pháp này ít đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm do hiệu quá
xử lý không cao.
1.2.3.2. Các phương pháp sinh học
Cơ sở của phƣơng pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân hủy
các hợp chất hữu cơ trong nƣớc thải. Phƣơng pháp sinh học đạt hiệu quả cao
trong xử lý nƣớc thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học với pH,
nhiệt độ, chủng vi sinh thích hợp và khơng chứa các chất độc làm ức chế vi
sinh. Tuy nhiên nƣớc thải xƣởng nhuộm chứa thuốc nhuộm rất bền vi sinh
hầu nhƣ không bị phân hủy sinh học. Vì vậy việc xử lý sinh học thì thời gian
xử lý dài.
11


Xử lý sinh học có thể là xử lý vi sinh hiếu khí hoặc yếm khí tùy thuộc
vào sự có mặt hay khơng có mặt oxi. Q trình yếm khí xảy ra sự khử cịn q
trình hiếu khí xảy ra sự oxi hóa các chất hữu cơ. Q trình yếm khí có thể
chạy với tải lƣợng hữu cơ lớn, loại bỏ một lƣợng lớn các chất hữu cơ đồng
thời tạo ra khí sinh học, tiêu tốn ít năng lƣợng. Lƣợng bùn thải của q trình
yếm khí rất thấp. Tuy nhiên, hiệu quả khử màu của q trình này khơng cao
(đối với thuốc nhuộm axit là 80 – 90 %, thuốc nhuộm trực tiếp là 81 %).
Ngƣợc lại, quá trình hiếu khí có hiệu suất cao trên 85 % nhƣng nó lại tiêu tốn
năng lƣợng cho sục khí và tạo lƣợng bùn thải lớn [15].
1.2.3.3. Một số phương pháp hóa lý
- Phƣơng pháp hấp phụ: Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc dùng để phân hủy các
chất hữu cơ khơng hoặc khó phân hủy sinh học. Trong công nghệ xử lý nƣớc
thải dệt nhuộm, thƣờng dùng chúng để khử màu nƣớc thải dệt nhuộm hịa tan
và thuốc nhuộm hoạt tính.
Cơ sở của q trình là sự hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn (chất hấp
phụ), sau đó giải hấp để tái sinh chất hấp phụ. Các chất hấp phụ thƣờng đƣợc

sử dụng là than hoạt tính, than nâu, đất sét, magie cacbonat. Trong số đó, than
hoạt tính hấp phụ hiệu quả nhất là do có bề mặt riêng lớn 400 - 1500 m2/g.
Ngồi ra ngƣời ta cịn dùng xenlulo biến tính và lignoxenlulo để hấp phụ
thuốc nhuộm axit và thuốc nhuộm cation. Các vật liệu thiên nhiên nhƣ lõi
ngô, mạt cƣa, thân cây mía, trấu, … cũng đƣợc thử nghiệm khả năng hấp phụ
thuốc nhuộm.
Phƣơng pháp này có nhiều ƣu điểm nhƣng nằm trong chính bản chất của
nó là chuyển chất màu từ pha này sang pha khác và đòi hỏi thời gian tiếp xúc,
tạo một lƣợng thải sau hấp phụ, không xử lý triệt để chất ô nhiễm nên không
đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý thuốc nhuộm [6].
- Phƣơng pháp keo tụ - tạo bông: Hiện tƣợng keo tụ là hiện tƣợng các hạt keo
cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thƣớc và khối
lƣợng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong một thời gian đủ ngắn.
12


Phƣơng pháp keo tụ đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý nƣớc thải dệt
nhuộm chứa các thuốc nhuộm phân tán và không tan. Đây là phƣơng pháp
khả thi về mặt kinh thế tuy nhiên nó khơng xử lý đƣợc tất cả các loại thuốc
nhuộm:
+ Thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hồn ngun
keo tụ tốt nhƣng khơng kết lắng dễ dàng, bông cặn chất lƣợng thấp.
+ Thuốc nhuộm hoạt tính rất khó xử lý bằng các tác nhân keo tụ thơng
thƣờng và cịn ít đƣợc nghiên cứu.
Bên cạnh đó phƣơng pháp keo tụ cũng tạo ra một lƣợng bùn thải lớn và
không làm giảm tổng chất rắn hịa tan nên gây khó khăn cho tuần hồn
nƣớc[6].
- Các phƣơng pháp điện hóa: Phƣơng pháp này dựa trên cơ sở q trình oxi
hóa/ khử xảy ra trên các điện cực. Ở anot, nƣớc và các ion clorua bị oxi hóa
dẫn đến sự hình thành O2, O3, Cl2 và các gốc là tác nhân oxi hóa các chất hữu

cơ trong dung dịch. Q trình khử điện hóa các hợp chất hữu cơ nhƣ thuốc
nhuộm, ở catot, kết hợp với phản ứng oxi hóa điện hóa và q trình tuyển nổi,
keo tụ điện hóa dẫn đến hiệu suất xử lý màu và khống hóa cao. Phƣơng pháp
điện hóa với điện cực nhôm hoặc sắt là công nghệ xử lý hiệu quả độ màu,
COD, BOD, TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng. Nghiên cứu cho thấy hiệu
suất xử lý các loại nƣớc thải từ xƣởng nhuộm chứa nhiều loại thuốc nhuộm
khác nhau có khả năng đạt tới 90%. Đây là phƣơng pháp đƣợc chứng minh
hiệu quả đối với việc xử lý độ màu, COD, BOD, TOC, kim loại nặng, chất rắn
lơ lửng của nƣớc thải dệt nhuộm. Tuy nhiên phƣơng pháp điện hóa có giá
thành cao do tiêu tốn năng lƣợng và kim loại làm điện cực [6].
1.2.3.4. Phương pháp hóa học
Một số phƣơng pháp hóa học dùng để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm là: phƣơng
pháp trung hòa, kết tủa, oxy hóa, oxy hóa nâng cao... Các phƣơng pháp đều sử
dung hóa chất để xử lý chất hữu cơ trong nƣớc thải. Hiện nay phƣơng pháp

13


đang đƣợc chú trong nghiên cứu và cho hiệu quả nhất là phƣơng pháp oxy
hóa nâng cao - phƣơng pháp Fenton.
1.3. Tổng quan về phƣơng pháp Fenton
1.3.1. Quá trình Fenton trong xử lý nƣớc thải
Trong xử lý nƣớc thải, nó đƣợc đặt tên là oxi hóa nâng cao (AOPsAdvanced Oxidation Processes). Giải pháp này đòi hỏi tạo ra một chất trung
gian có hoạt tính cao, có khả năng oxi hóa hiệu quả các chất hữu cơ khó phân
hủy sinh học, trong xử lý nƣớc thải đó là gốc hydroxyl tự do (OH•). Trong
việc áp dụng giải pháp này (AOPs), quá trình Fenton và các quá trình kiểu
Fenton (Fenton – like processes) đƣợc cho là giải pháp hiệu quả cao. Cơng
trình nghiên cứu này đƣợc J. H. Fenton công bố vào năm 1894 trong tạp chí
Fe2+ làm tác nhân oxi hóa, thực tế đã chứng minh hiệu quả xử lý và kinh tế
của phƣơng pháp này khá cao. Nhƣợc điểm của nó là, việc oxi hóa có thể dẫn

tới khống hóa hoàn các chất hữu cơ thành CO2, H2O, các ion vơ cơ và do vậy
phải sử dụng nhiều hóa chất sau xử lý làm cho chi phí xử lý cao. Vì vậy,
chuyển các chất khó phân hủy sinh học thành có khả năng phân hủy sinh học
rồi tiếp tục dùng các quá trình xử lý sinh học tiếp sau[1].
Hiện nay ngƣời ta đã nâng cao hiệu quả của phƣơng pháp bằng nhiều
cách: H2O2/ than đá, H2O2 và xúc tác cùng với kim loại chuyển tiếp, phƣơng
pháp Fenton có vịng chelat trung gian và Cu(II)/ axit hữu cơ/H2O2. Trong
suốt quá trình xử lý bằng photo-Fenton chúng ta chỉ có thể quan sát đƣợc sự
biến đổi màu chứ khơng nhìn thấy sự phân hủy sinh học. Chúng ta có thể kết
hợp giữa phƣơng pháp oxy hóa bằng Fenton với xử lý sinh học để khử triệt để
màu và COD trong nƣớc thải cơng nghiệp dệt.
Phƣơng pháp Fenton có thể xử lý axit blue 74( nhóm thuốc nhuộm
indigoid), axit orange 10( hợp chất màu azo) và axit violet 19( thuốc nhuộm
triarylmethane). Quá trình khử màu diễn ra trong suốt q trình oxy hóa. Chỉ
với tỉ lệ khối lƣợng thuốc nhuộm : H2O2 là 1:0,5 mà sự khử màu có thể lên

14


đến 96,95 và 99 đối với axit blue 74, axit orange 10 và axit violet 19. Sự loại
màu thì dễ dàng hơn so với sự khử COD. [23]
Trong các kĩ thuật đang đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm nhƣ
keo tụ, hấp phụ; kĩ thuật sinh học yếm khí, hiếu khí; ozon hóa, oxi hóa nâng
cao… thì các kĩ thuật Fenton dị thể sử dụng tác nhân oxi hóa (OH•) là kĩ thuật
thích hợp để xử lý phẩm màu hữu cơ có cấu trúc bền, độc hại với hiệu quả
cao, không yêu cầu các thiết bị đặc biệt; đặc biệt với một số loại phẩm màu
không bị phân hủy sinh học, khó loại bỏ bằng các phƣơng pháp hóa lý thơng
thƣờng
1.3.2. Các yếu tố ả

ở

ế q trình Fenton

a, Ảnh hưởng của độ pH
Trong phản ứng Fenton, độ pH ảnh hƣởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và
hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ. Nhìn chung, mơi trƣờng axit rất thuận lơi
cho q trình tạo gốc hydroxyl tự do OH•, trong khi ở mơi trƣờng pH cao, quá
trình kết tủa Fe3+ xảy ra nhanh hơn quá trình khử, làm giảm nguồn tạo ra Fe3+,
trở thành yếu tố hạn chế tốc độ phản ứng.
Nhiều nghiên cứu đã cho thấy pH tối ƣu của phản ứng Fenton trong
khoảng 3-6 (4-4,5 là tốt nhất). Khi pH tăng cao trên 6, hiệu suất phản ứng sụt
giảm do sự chuyển đổi của sắt từ ion sắt II thành dạng keo hydroxit sắt III.
Dạng sắt III hydroxide xúc tác phân hủy H2O2 thành oxy và nƣớc mà không
tạo nên gốc hydroxyl. Khi pH nhỏ hơn 3, hiệu suất phản ứng cũng sụt giảm
nhƣng đỡ hơn.
Mặt khác, pH còn liên hệ với tiến triển của phản ứng. Ví dụ nhƣ pH nƣớc
thải ban đầu là 6. Trƣớc tiên, pH giảm do thêm xúc tác FeSO4. Sau đó, pH
giảm nhiều hơn khi thêm H2O2, sự giảm cứ tiếp tục dần dần đến một mức nào
đó (tùy vào nồng độ xúc tác). Ngƣời ta cho là sự giảm này do quá trình phân
hủy các chất hữu cơ thành axit hữu cơ. Sự thay đổi pH thƣờng xuyên đƣợc
giám sát để đảm bảo rằng phản ứng đang phát triển theo đúng tiến độ. Nếu
không xảy ra sự giảm pH, điều đó có thể có nghĩa là phản ứng bị cản trở.
15


Những dòng nƣớc thải đậm đặc (10g/l COD) cần oxy hóa nhiều bậc và điều
chỉnh lại pH sau mỗi giai đoạn để ngăn ngừa pH thấp làm cản trở phản ứng.
b, Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 và tỷ lệ Fe2+: H2O2
Tốc độ phản ứng Fenton tăng khi nồng độ H2O2 tăng, đồng thời nồng độ

H2O2 cần thiết lại phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý, đặc trƣng
bằng tải lƣợng COD. Theo kinh nghiệm, tỷ lệ mol/mol H2O2 : COD thƣờng
0,5 – 1:1. Thƣờng thì hiệu quả xử lý sẽ tăng khi nồng độ H2O2 và Fe tăng, tuy
nhiên khi nồng độ các tác nhân Fenton quá cao có thể phát sinh các vấn đề
nhƣ: lƣợng sắt hydroxide kết tủa quá nhiều và bản thân H2O2 là yếu tố ức chế
vi sinh vật.
Ví dụ về một chuỗi phản ứng :
Chất nền -> A -> B -> C -> D -> CO2
Với A, B, C, D đại diện cho các chất trung gian bị oxy hóa. Mỗi sự
chuyển đổi trong chuỗi này có tốc độ phản ứng riêng, và đôi khi chất trung
gian tạo ra lại là một chất ô nhiễm không mong đợi. Những chất này đòi hỏi
phải đủ lƣợng H2O2 để đẩy phản ứng lên trên điểm đó. Điều này có thể quan
sát đƣợc khi tiền xử lý một nƣớc thải hữu cơ phức tạp để giảm tính độc. Khi
liều lƣợng H2O2 bắt đầu tăng dần, sự khử COD có thể xảy ra với ít hoặc
khơng có sự thay đổi độc tính cho đến khi đạt một ngƣỡng mà trên ngƣỡng
đó, việc thêm H2O2 sẽ làm giảm nhanh chóng độc tính nƣớc thải.
Tỷ lệ Fe2+ : H2O2 nằm trong khoảng 0,3 -1 : 10 mol/mol.
Việc sử dụng ion Fe2+ hay Fe3+ khơng ảnh hƣởng gì đến tác dụng xúc tác
cho phản ứng Fenton. Tuy nhiên, khi sử dụng H2O2 với liều lƣợng thấp (< 1015 mg/l H2O2) nên sử dụng Fe2+ sẽ tiết kiệm đƣợc hóa chất.
c, Ảnh hưởng của nồng độ sắt
Nếu khơng có sắt, sẽ khơng có sự hình thành gốc hydroxyl. Chẳng hạn
nhƣ, H2O2 đƣợc thêm vào nƣớc thải có tính phenol ( nồng độ phenol khơng
giảm vì phản ứng phá hủy phenol cần xúc tác sắt). Khi nồng độ sắt tăng, sự
loại trừ phenol tăng đến điểm mà tại đó, nếu có thêm sắt vào nữa thì hiệu quả
16


cũng không tăng. Khoảng liều lƣợng tối ƣu cho xúc tác sắt thay đổi tùy theo
loại nƣớc thải và là đặc trƣng của phản ứng Fenton. Liều lƣợng sắt cũng có
thể diễn tả dƣới dạng liều lƣợng H2O2. Khoảng điển hình là 1 phần Fe trên 110 phần H2O2.

Đối với hầu hết các ứng dụng, muối Fe2+ hay Fe3+ đều có thể dùng xúc
tác phản ứng. Phản ứng bắt đầu xúc tác nhanh chóng nếu H2O2 nhiều. Tuy
nhiên, nếu lƣợng hệ chất Fenton thấp (dƣới 10-25 mg/l H2O2), các nghiên cứu
cho thấy sắt II đƣợc ƣa chuộng hơn. Mặt khác, muối sắt chloride hay sulfat
đều có thể đƣợc sử dụng. Cũng có khả năng tái tuần hồn sắt sau phản ứng
bằng cách tăng pH, tách riêng các bông sắt và tái axit hóa bùn sắt.
d, Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tốc độ phản ứng Fenton tăng cùng với sự gia tăng nhiệt độ, nhất là khi
nhiệt độ nhỏ hơn 20ºC. Tuy nhiên, khi nhiệt độ lớn trên khoảng 40-50ºC, hiệu
suất sử dụng của H2O2 giảm do sự phân hủy H2O2 tăng (tạo thành oxy và
nƣớc). Hầu hết các ứng dụng của phản ứng Fenton xảy ra ở nhiệt độ 20-40ºC.
Khi xử lý chất thải ô nhiễm nặng, việc thêm H2O2 phải tiến hành tuần tự có
kiểm sốt để điều chỉnh sự gia tăng nhiệt độ (nhất là khi lƣợng H2O2 lớn hơn
10-20g/l). Điều hòa nhiệt độ quan trọng còn bởi lý do an toàn.
e, Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Thời gian cần thiết để hoàn thành một phản ứng Fenton phụ thuộc vào
nhiều yếu tố trên, đáng chú ý nhất là liều lƣợng xúc tác và mức ô nhiễm của
nƣớc thải. Đối với sự oxy hóa phenol đơn giản (<250 mg/l), thời gian phản
ứng điển hình là 30-60 phút. Đối với các dòng thải phức tạp hoặc đậm đặc
hơn, phản ứng có thể mất vài giờ. Trong trƣờng hợp này, thực hiện phản ứng
theo từng bậc (nhiều bƣớc), thêm cả vừa sắt và H2O2 sẽ hiệu quả hơn, an toàn
hơn là cho tất cả hóa chất vào ngay từ đầu.
Việc xác định điểm kết thúc phản ứng cũng khá khó khăn. Sự hiện diện
của dƣ lƣợng H2O2 sẽ cản trở q trình phân tích nƣớc thải. Dƣ lƣợng H2O2
có thể bị khử bằng cách tăng pH đến 7-10, hoặc trung hòa với dung dịch
17