Fenton (FBR) là một công nghệ xử lý nước thải chủ yếu sử dụng khả năng oxy hóa của các chất oxy hóa mạnh để xử lý các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O, đây là công nghệ được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.

Công nghệ này sử dụng chất xúc tác là Ion sắt, để Hydrogen peroxide (H2O2, còn được gọi là oxy già) oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải. Trong đó, quá trình oxy hóa tiên tiến (AOPs, Advance Oxidation Processes) có hiệu quả nhất trong việc sản xuất gốc hydroxyl (•OH, Hydroxyl radicals) – có khả năng oxy hóa cao, chỉ sau flo.

Hệ thống áp dụng công nghệ FBR – Fenton.

Tuy nhiên, công nghệ Fenton truyền thống tồn tại một số nhược điểm như tiêu hao nhiều hóa chất và lượng bùn thải khá nhiều. Để khắc phục các nhược điểm trên, các nhà nghiên cứu đã phát triển ra một dạng công nghệ xử lý Fenton mới ưu việt hơn được gọi là Fenton hóa lỏng (FBR – Fenton).

So sánh giữa Fenton truyền thống và FBR – Fenton:
 

Đặc điểm	Fenton truyền thống	FBR - Fenton
Lượng hóa chất	Sử dụng nhiều hóa chất.	Lượng hóa chất cần sử dụng giảm hơn 50% so với Fenton truyền thống.
Lượng bùn	Lượng bùn thải cao.	Lượng bùn thải giảm hơn 60% so với Fenton truyền thống
Chi phí xử lý	Mất nhiều chi phí để xử lý bùn thải.	Tiết kiệm nhiều chi phí trong việc xử lý bùn.

1. Phạm vi áp dụng và cơ chế xử lý:

Phạm vi áp dụng:

 

Phạm vi áp dụng các cấp độ xử lý nước thải.

Quá trình xử lý:

• Xử lý hóa lý (xử lý cấp 1): để loại bỏ dầu mỡ, chất rắn lơ lửng,… Ngày nay có các công nghệ phổ biến như tuyển nổi DAF, keo tụ tạo bông, kết tủa,…
• Xử lý vi sinh thứ cấp (xử lý cấp 2): để loại bỏ các COD có khả năng phân hủy vi sinh, các chất vô cơ có khả năng làm ảnh hưởng đến việc oxy hóa của xử lý cấp 3.
• Xử lý tiên tiến (xử lý cấp 3): trong giai đoạn này còn lại đa số là các CODs không thể bị phân hủy vi sinh. Để xử lý những chất hữu cơ khó phân hủy này thì cần dùng đến công nghệ oxy hóa tiên tiến (AOPs – Advance Oxidation Process). Tùy theo điều kiện thực tiễn và tiềm lực kinh tế của từng chủ đầu tư để lựa chọn các gốc oxy hóa phù hợp.

 

Khả năng Oxy hóa CHC giữa các gốc oxy hóa khác nhau.

2. Cơ chế xử lý nước thải của công nghệ Fenton truyền thống:

Ưu điểm của Fenton truyền thống là có khả năng oxy hóa mạnh các chất hữu cơ CODs của gốc •OH được sản sinh trong quá trình xử lý nước thải (khả năng oxy hóa chất hữu cơ cực cao, chỉ đứng sau Florine).

•OH là góc oxy hóa không chọn lọc, có khả năng oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO2 và H2O. Dưới đây là hai phản ứng xảy ra trong hai môi trường acid (1) và môi trường trung tính (2):

 

Quá trình phân hủy chất hữu cơ bao gồm 3 phản ứng là Hydroxylation, Dehydrogenation và Oxy hóa khử.

Có thể giải thích đơn giản là quá trình phản ứng Hydroxy của các chất hữu cơ mạch vòng dẫn tới sự phân chia nhỏ phân tử thành các phân tử cấu thành nhỏ hơn như các acid béo carboxylic, dicarboxylic (là các acid hữu cơ chứa 1 hoặc 2 gốc (-COOH)) dẫn đến tích lũy acid oxalic, formic và cuối cùng dẫn đến khoáng hóa hoàn toàn thành CO2.

Trong Fenton truyền thống, Fe2+ hoạt động như chất xúc tác được tái sinh bởi phản ứng (3):

 

Phản ứng giữa Fe3+ và H2O2 được gọi là phản ứng Fenton dị thể (phản ứng sản sinh ra HO2). Tuy nhiên, HO2 không phải là một chất oxy hóa mạnh, không có khả năng oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ. Nhưng nó có tác dụng lan truyền phản ứng Fenton nhờ việc cung cấp thêm Fe2+ tái sinh bằng phản ứng (4):

 

Tuy nhiên có 1 điều lưu ý là phản ứng (3) và (4) xảy ra chậm hơn phản ứng (1). Dẫn đến vấn đề là sau phản ứng Fenton truyền thống lượng Fe3+ đều chuyển hóa thành bùn Fe(OH)3 kết tủa.

 

Phản ứng kết tủa bùn sắt.

Ngoài ra, trong quá trình Fenton truyền thống còn xảy ra các phản ứng không mong muốn (5) và (6). Dẫn tới việc làm giảm lượng •OH, làm suy yếu quá trình phân hủy chất hữu cơ.

 

3. Những lưu ý khi áp dụng công nghệ Fenton:

Các ion vô cơ thường gặp trong nước thải như Phosphat, Chlorine và Nitrat là những tác nhân làm giảm hiệu suất sử dụng hóa chất. Dưới đây là các phản ứng không mong muốn trong Fenton dưới sự có mặt của các ion vô cơ:

• Các hiệu ứng tiêu cực ảnh hưởng bởi sự có mặt của ion các chất vô cơ (theo thứ tự giảm dần):

 

• Sự có mặt phosphate dẫn đến việc kết tủa phosphate sắt, từ đó làm giảm sự hiện diện Fe2+ trong phản ứng (1).
• Sự ảnh hưởng của Cl- (Ion Clorua) có hai nguyên nhân chính: một là phức hợp clorua làm ức chế phản ứng (1), hai là oxy hóa. Nguy hiểm hơn là dẫn tới sự hình thành gốc Hypochorite bởi phản ứng giữa Cl- và •OH:

 

• Ngoài ra, •OH còn bị hạn chế bởi các phản ứng sau:

4. Công nghệ Fenton cải tiến (FBR – Fenton):

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động:

Công nghệ FBR – Fenton có cấu tạo gồm một bể hình trụ đứng chứa nước thải, bên trong có chứa giá thể. Phía trên bể là nơi bơm nước thải đầu vào, thoát nước, hoàn lưu nước và bùn, đồng thời dùng để bổ sung hóa chất vào bể.

 

Sơ đồ cấu tạo của công nghệ FBR - Fenton.

Nguyên lý cơ bản trong Fenton cải tiến là thực hiện đồng thời hai quá trình phản ứng Đồng thể (Fe2+/H2O2) và Dị thể (FeOOH/H2O2) thay vì một phản ứng đồng thể như Fenton truyền thống.

 

Sơ đồ xử lý của FBR - Fenton.

Vì đồng thời diễn ra hai quá trình phản ứng nên lượng dùng Fe2+ giảm dẫn tới lượng dùng NaOH giảm.

5. Ưu nhược điểm và lợi ích của FBR – Fenton:

Ưu điểm:

• Tính linh hoạt cao, nước thải sau xử lý có chất lượng ổn định: trong quá trình vận hành, khi nồng độ COD thay đổi chỉ cần tăng giảm lượng hóa chất Fe2+ và H2O2 sử dụng.
• Vận hành đơn giản: hệ thống được điều khiển tự động, khi tính chất nước thải thay đổi, chỉ cần điều chỉnh lại lượng cấp hóa chất tự động.
• Tính oxy hóa mạnh: bằng các nghiên cứu khoa học và kinh nghiệm xử lý đã chứng minh FBR – Fenton có thể xử lý được rất nhiều chất ô nhiễm như BTEX, Chlorobenzen, Aldehyde,…
• Giảm chi phí vận hành: giảm tiêu hao hóa chất và giảm đến hơn 60% lượng bùn thải sau quá trình nếu so sánh với công nghệ Fenton truyền thống. Cho đến thời điểm hiện tại, FBR – Fenton đã được chứng minh là một trong những công nghệ tiên tiến bậc nhất thế giới, góp phần tiết kiệm chi phí vận hành khi xử lý nước thải có COD hòa tan mà không thể phân hủy vi sinh ở nồng độ thấp.

Nhược điểm:

• Gặp khó khăn trong việc xử lý các ion vô cơ như Phosphat, Chlorine và Nitrat.
• Gốc •OH bị hạn chế bởi những ion Cl-, có thể gây ức chế phản ứng và tạo nên chất độc hại không mong muốn.

6. Ứng dụng:

 

Công nghệ FBR-Fenton tại nhà máy giấy Zhengloong Bình Dương.

(Nguồn: tailieumoitruong.org)

Công nghệ FBR – Fenton được áp dụng hầu hết ở các nhà máy sản xuất có phát sinh chất thải giàu COD hòa tan (loại CODs không thể xử lý vi sinh hoặc hóa lý); chủ yếu trong sản xuất công nghiệp như dệt nhuộm, ngành giấy, hóa chất, xỉ mạ, mỹ phẩm, sản xuất da giày, dược phẩm,…

Thành Tài

Xem thêm Công nghệ Lồng quay sinh học trong xử lý nước thải (Link)

---------------------

Công ty TNHH Xây Dựng- Công Nghệ Môi Trường Nano

Hotline: 0941 777 519 (Mr. Nhân)
Email: nanoentech@gmail.com
Facebook: https://www.facebook.com/nanoentech