Phản ứng Fenton Trong Xử Lý Nước Thải - Real Group

1. Giới thiệu

Sử dụng phản ứng oxy hóa để phá hủy các chất độc hại là một phương pháp xử lý ô nhiễm có hiệu quả cao. Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxy hóa axit malic bằng H2O2 đã được gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt. Sau đó, tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng làm tác nhân oxy hóa rất hiệu quả, có khả năng phá hủy các chất hữu cơ.

Trong một số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ sẽ chuyển hóa thành CO2 và nước. Hiện nay các quy định bảo vệ môi trường càng trở nên khắt khe hơn vì vậy phương pháp Fenton lại càng được chú trọng.

2. Phản ứng Fenton

Dùng cho phản ứng Fenton cần có xúc tác và chất oxy hóa. Chất xúc tác có thể là muối sắt hai hoặc sắt ba còn chất oxy hóa là hyđro peroxit. Phản ứng tạo ra gốc tự do hyđroxit diễn ra như sau:

• Fe2+ + H2O2 => Fe3+ + OH– + OH.
• Fe3+ + H2O2 => Fe2+ + HOO. + H+
•  2H2O2 => OH. + HOO. + H2O

Hình 1. Phản ứng Fenton

3. Quá trình Fenton trong xử lý nước thải TransAsia Tantec

Hình 2. Quá trình phản ứng Fenton ở nhà máy TransAsia TanTec

3.1. Giai đoạn điều chỉnh pH phù hợp

Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng và nồng độ Fe2+, từ đó ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ. pH thích hợp cho quá trình là từ 2 đến 4, tối ưu nhất là ở mức 2,8.

Bơm sắt (Fe) sẽ bơm định lượng theo chỉ số COD (Chemical Oxygen Demand) của nước thải. Tại bể axit hóa (Acification), bơm axit sẽ bơm định lượng vào bể để giảm độ pH của nước thải, duy trì ở mức từ 2 đến 4 trước khi đưa qua các bể tiếp theo.

Hình 3. Sắt (II)

3.2. Phản ứng oxi hóa

Nước thải sau khi được bơm sắt và có độ pH từ 2 đến 4 sẽ được bơm oxy già (H2O2) vào để tạo ra phản ứng oxy hóa.

Trong giai đoạn phản ứng oxy hóa, sự hình thành gốc  hoạt tính và phản ứng oxy hóa chất hữu cơ được diễn ra.

•  Fe2+ + H2O2 => Fe3+ + OH– + OH.

Gốc   sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước cần xử lý,  chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp.

• CHC (cao phân tử) + OH. => CHC (thấp phân tử) +  CO2 + H2O + OH–

3.3. Trung hòa và keo tụ

Sau khi xảy ra quá trình oxy hóa, vôi tôi (Canxi hydroxit) được van xả vào bể.

Mục đích chính khi cho vôi tôi vào đó là nâng pH dung dịch lớn hơn 7 để thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành.

• Fe3+ + 3OH– => Fe(OH)3

Kết tủa  mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp thụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.

Ngoài ra, vôi tôi còn có công dụng khử mùi hôi, khử trùng. Khi pH chạm ở mức 10, nước vôi làm cho hầu hết các liên kết peptit, liên kết este, … bị thủy phân và thay đổi cấu trúc phân tử hóa học, bẻ gãy các mạch liên kết làm giảm tính độc

3.4. Quá trình lắng

Quá trình cuối cùng trong phản ứng Fenton là quá trình lắng. Lúc này polymer anion sẽ được van xả vào bể.

Polymer anion giúp tạo quá trình keo tụ và kết bông. Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống  khiến làm giảm COD, màu, mùi trong nước thải. Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung bằng phương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp khác.

Hình 4. Polymer anion tạo quá trình keo tụ và kết bông

3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng Fenton:

• Nồng độ sắt
• Dạng sắt
• Nồng độ oxy già (H2O2)
• Nhiệt độ
• Nồng độ pH
• Thời gian phản ứng

Trên đây là quá trình phản ứng Fenton được nhà máy TransAsia TanTec sử dụng trong quá trình xử lý nước thải.

Cám ơn các bạn đã đọc bài ./.