Fenton trong xử lý nước thải sinh hoạt

Hệ thống xử lý nước thải có tên tiếng anh là Waste water treatment system là hệ thống được hình thành bởi nhiều công nghệ và hóa chất khác nhau nhằm giải quyết các vấn đề có trong nước thải. Từ đó tạo thành một hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh. Hệ thống xử lý nước thải tốt là hệ thống xử lý nước thải được thiết kế để phù hợp với sự thay đổi của nhu cầu xử lý nước thải, có thể tồn tại lâu, bền nhằm tránh tốn kém chi phí trong việc thay thế hoặc nâng cấp thiết bị. Một hệ thống xử lí nước thải chuẩn, cần xử lý được những vấn đề sau: Thứ nhất: Xử lý được những thành phần độc hại có trong nước thải, đáp bảo chất lượng nước thải theo BYT (QCVN về nước thải) Thứ hai: Chi phí xây dựng, lắp đặt hợp lý nhưng vẫn đảm bảo chất lượng nước thải. Thứ ba: Nâng cấp dễ dàng khi có thay đổi về chất lượng nước sau này Thứ tư: Tùy ý thêm lượng hóa chất xử lý nước thải

Trang 1

Ozone–UV Radiation–Hydrogen

Peroxide Oxidation Technologies

Kỹ thuật oxi hoá

(AOTs).advanced

oxidation technologies

Trang 2

Qu á trình O3/UV/H2O2

 áp dụng các tác chất (ozone and/or

hydrogen peroxide) and/or UV radiation.

 Áp dụng trong xử lý nước để phân hủy

từng chất ô nhiễm riêng hoặc hỗn hợp

chất hữu cơ (COD) và nâng cao khả năng phân hủy sinh học của nước thải.

 Nâng cao hiệu quả Khử Fe–Mn, đông tụ– keo tụ–lắng, oxi hoá sinh học hoặc phân

Trang 3

Khả năng áp dụng AOT theo COD (WAO, wet air oxidation SCWAO, supercritical wet air oxidation).

Trang 4

Thế oxi hoá khử

Trang 5

Hằng số tốc độ phản ứng giữa gốc hidroxyl

và chất hữu cơ trong nước

Trang 6

Ozon h óa

quá trình oxi hoá được gọi chung là quá trình ozon hoá.

hoặc với các tác chất khác như:

hydrogen peroxide, UV, xúc tác, sóng siêu âm, than hoạt tính

Trang 7

Sự hình thành O 3

Ozon – có hoạt tính rất cao trong cả nước lẫn khí.

Trang 8

C ấu trúc cộng hưởng của phân

tử ozon.

Trang 9

Trong môi trường axit

Trang 10

Phản ứng trực tiếp của ozon với chất hữu cơ (A) Cơ chế Criegge B) Thay thế điện tích của mạch vòng và thêm vào vị trí:1,3 (C) Thay thế hạt nhân.

Trang 11

Phản ứng của ozon với hydroxyl và ion hydroperoxide

hoặc với ion nitrit

Trang 12

Sơ đồ cơ chế phân hủy ozon ttrong nước P=chất hoạt hóa (e.g.,one, methanol) S=Chất thối rửa or ức chế (i.e., t-

butanol, carbonate ion) I=chất khơi mào (e.g., hydroxyl ion and hydroperoxide ion)

Trang 13

Động học phản ứng và hấp phụ

Trang 14

kD, kL - hằng số tốc độ phản ứng và hệ số truyền khối của ozon trong nước

Ha <0.3 ph ản ứng rất yếu ,

Ha >3 ph ản ứng nhanh

Trang 15

DM - hệ số khuếch tán của cấu tử M trong nước

Trang 16

Hằng số tốc độ phản ứng giữa Ozone và chất hữu

cơ trong nước

AHOK=absolute rate constant by homogeneous kinetics;

CHOK=competitive homogeneous kinetics;

AHEK=absolute rate constant by heterogeneous kinetics;

CHEK=competitive heterogeneous kinetics

EX=by extrapolation of values at lower pH.

Trang 17

Hydrogen Peroxide Oxidation

Trang 18

Các thí nghiệm về động học AOP Ozone,Hydrogen Peroxide, và UV

CMBPR=completely mixed batch photoreactor;

CSTR=continuous stirred tank photoreactor;

Trang 19

Hydrogen Peroxide Oxidation

hydroxyl, hình thành từ quá trình thủy

ozone ho ặc Fe2+, ho ặc quang hoá

Trang 20

UV Radiation

 UV radiation cũng là quá trình oxi hoá hoá học tiêu

biểu: tia phóng xạ và các gốc tự do hình thành sẽ tiến hành phân hủy bậc cao các chất ô nhiễm cực nhỏ

and/or khử trùng

 UV có thể tác động đến các chất trong nước theo hai cách: quang phân trực tiếp hoặc gián tiếp (e.g., free radical oxidation)

Trang 21

Loại tia và năng lượng tạo thành

Cơ chế phản ứng quang hóa hóa học

Trang 22

Cơ chế gián tiếp

Chất nhạy quang (PS)

Trang 23

Cơ chế gián tiếp

Trang 24

Động học quang hoá

 Động học của phản ứng quang hóa học phụ thuộc các yếu tố cường độ và bước sóng của tia bức xạ, con đường quang học của tia, bản chất của chất cần chiếu sáng và dung dịch chứa nó

 Ví dụ, trong bể quang hoá học, tốc độ phân hủy chất bởi quang phân trực tiếp:

V - thể tích bình phản ứng

- hàm số hấp phụ

Trang 25

Values of Quantum Yields and Molar Absorption Coefficients or Different Water Pollutants and Oxidants in Water

Trang 26

Sơ đồ thiết bị quang hoá dạng vành khuyên.

Trang 27

Tổ hợp : O3/H2O2, UV/H2O2, và O3/UV

Trang 28

Sơ đồ quá trình oxi hoá O3/UV/H2O2

1: direct ozonation

2: direct photolysis

3: free radical oxidation

4: Qua đường trung gian nếu M là chất ức chế 5: Qua đường trung gian nếu M là chất hoạt hóa.

Trang 29

Động hoá học

Phản ứng trực tiếp (photolysis,

ozonation, reactions with hydrogen peroxide) and free radical oxidation

Trang 30

Cơ chế phản ứng của hệ O3/H2O2/UV: phương trình phản ứng và hằng số tốc độ

Trang 31

N ước đối lưu –ng ăn tiếp xúc ozon

Trang 32

Thiết bị xử lý nước với ozon hoá sơ bộ và các bước ozon hoá trung gian

1: Ngăn tiền ozon hoá 2: Bể cân bằng

3: Ngăn đông tụ C=coagulant)

4: Keo tụ 5: Lắng 6: Máy ozon

7: Ngăn ozon hoá 8 Lọc than hoạt tính

9: KHử trùng (D=chất khử trùng)

Trang 33

Thử nghiệm AOP với Ozone, Hydrogen Peroxide,

and/or UV Radiation với các chất hữu cơ trong nước

Trang 34

Thử nghiệm AOP với Ozone, Hydrogen Peroxide,

and/or UV với các chất hữu cơ trong nước

Trang 35

BR=batch reactor; SBBC=semibatch bubble column;

SBBPR=semibatch bubble photoreactor; CBPR=continuous bubble photoreactor system;SBPR=semibatch photoreactor; BPR=batch

photoreactor; SBBT=semibatch bubble tank; CFPR=continuous flow photoreactor; CFCB=continuous flow bubble column; ST=continuous flow stirred tank; SBR=semibatch stirred reactor; SFC=stopped flow cell.

Trang 36

QUÁ TRÌNH OXI HOÁ NÂNG CAO (Advanced oxidation processes AOP)

Là quá trình sử dụng gốc *OH tạo ra

từ phản ứng chứ không phải do tác nhân oxi hoá bên ngoài

*OH là chất oxi hóa mạnh - thế oxi hoá là +2,8 V Có khả năng oxi hoá nhiều chất hữu cơ R đến sản phẩm cuối cùng là chất vô cơ

Trang 39

ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH OXI HOÁ NÂNG CAO

(Advanced oxidation processes AOP)

Do đó phù hợp đối với xử lý nước thải

Trang 40

Các QUÁ TRÌNH OXI HOÁ NÂNG CAO (Advanced oxidation processes AOP)

Fenton O3/ UV Quang hoá ozon

H2O2/Fe 2+ (Fe 3+ )/UV Quang

Fenton H2O2/UV Quang hoá peroxit

H2O2/Fe 3+ -oxalat Quang

Fenton TiO2/UV Quang xúc tác bán dẫn

Trang 41

QUÁ TRÌNH OXI HOÁ NÂNG CAO phi quang hóa

năng lượng

-Nguồn sản sinh *OH là O3 , H2O2

Trang 43

Trang 44

 Hiệu quả khử màu tăng theo nhiệt độ

Trang 45

Trang 46

Trang 47

QUÁ TRÌNH OXI HÓA

FENTON

ĐỊNH NGHĨA:

Hệ tác nhân Fenton là một hỗn hợp gồm các ion

oxi hóa mạnh

Fe 2+ + H 2 O 2  Fe 3+ + * OH + OH

Trang 48

-ƯU ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

Ưu điểm:

sẵn, không độc hại, dễ vận chuyển, dễ sử dụng

dụng một mình

Khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành

Trang 49

ƯU ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

Phạm vi ứng dụng

Áp dụng quá trình Fenton để phân hủy từng

phần, chuyển các chất hữu cơ không thể hoặc khó phân hủy sinh học thành các chất dễ phân hủy sinh học nhằm áp dụng thuận lợi cho quá trình sinh học kế tiếp

Trang 50

CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỦA FENTON

tác Fe2+ (FeSO4), sau đó thêm từ từ H2O2

mào tạo thành gốc OH*

Trang 51

Trang 52

Fe 2+

Phản ứng (1), (2) và (3) chứng tỏ Fe đóng vai trò là chất xúc tác

Trang 53

cơ (RH) tạo thành gốc hưu cơ có khả năng phản ứng cao

OH * + RH  R * + H 2 O

hóa theo các phản ứng sau:

R * + Fe 2+  Fe 3+ + RH

R * + Fe 3+  Fe 2+ + “sản phẩm”

R * + R *  “sản phẩm” (dimer)

Trang 54

Fe3+ sẽ phản ứng với H2O2 tạo ra Fe2+ để sau

Tuy nhiên tốc độ oxi hóa bằng tác nhân

H2O2/Fe2+

Trang 55

xảy ra theo kiểu sau:

Trang 56

Theo Gallard và De Laat, phản ứng của hệ

phẩm trung gian sau:

Fe 3+ + H 2 O 2  Fe III (HO 2 ) 2+ + H +

Trang 57

Fe 3+

Trang 58

KHẢ NĂNG OXI HÓA CỦA GỐC

Trang 59

Trang 60

Dạng chuyển đổi electron:

* OH + [Fe(CN 6 )] 4-  [Fe(CN 6 )] 3- + OH

-Dạng tương tác giữa các gốc: 2 gốc hidroxyl

or với gốc khác tạo ra s/p bền hơn

* OH + * OH  H 2 O 2

Trong quá trình Fenton xử lý nước thải, các điều kiện của phản ứng được ưu tiên xảy ra theo 2 cơ

Trang 61

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHẢN ỨNG FENTON

Ảnh hưởng của pH

trình phân hủy các chất hữu cơ thành axit hữu cơ

Trang 62

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHẢN ỨNG FENTON Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe 2+ /H 2 O 2 và loại ion

Trang 63

Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe 2+ /H 2 O 2 và loại ion Fe 2+

hay Fe 3+

Tỷ lệ Fe2+/ H2O2 tối ưu: 3  1/10 mol/mol

tác dụng xúc tac của quá trình Fenton

Trang 64

Ảnh hưởng của các anion vô cơ

 Các ion như CO32-, HCO3-, Cl- sẽ tóm bắt gốc

OH * + CO 3 2-  CO 3 * + HO - (k= 4,2 x 108

mol-.s-)

OH * + HCO 3 -  HCO 3 * + HO - (k= 1,5 x 107

mol-.s-)

Trang 65

Ảnh hưởng của các anion vô cơ

cho phản ứng

 Các ion SO42-, NO3-, H2PO4- có thể tạo thành các

hiệu quả quá trình Fenton

Trang 66

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Khi nhiệt độ < 200C

Trang 67

tác và mức độ ô nhiễm của nước thải

30  60 phút

phản ứng mất vài giờ

Trang 68

ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG FENTON TRONG XỬ LÝ Ô

NHIỄM

Phản ứng fenton được ứng dụng để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau:

Nước thải dệt nhuộm, Nước thải giấy, nước thải lọc dầu,Các ngành hóa chất độc hại

Trang 69

Kiểm soát sự ăn mòn: Phân hủy dư lượng

clorine và hợp chất lưu huỳnh tạo ra các axit ăn mòn

Khử COD, BOD: Oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

nitrit, hydrazin, carbonyl sunphit, và các hợp

chất lưu huỳnh

Trang 70

Trang 71

ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG

FENTON

Hầu hết các hợp chất hữu cơ đều bị oxi hóa bởi gốc OH *

với tốc độ nhanh hơn so với ozon

Hằng số tốc độ phản ứng (mol - s - ) của gốc OH * so với ozon

Trang 72

QUÁ TRÌNH OXI HOÁ NÂNG CAO quang hóa

-UV có trong ánh sáng mặt trời or phát ra từ đèn thủy ngân, bước sóng 200-280nm, có

khả năng phân hủy một phần CHC, thuốc

nhuộm

Trang 73

- Tia tử ngoại có bước sóng < 280nm

- Quá trình quang phân gồm 5 giai đoạn:

2 Quang phân H 2 O 2 : H 2 O 2 + UV - 2 * OH

3 Phân hủy CHC bởi *OH: CHC + * OH - chất trung gian

Trang 75

Trang 76

H ệ H2O2/O3/UV

 Bổ sung H2O2 vào hệ O3/UV s ẽ tăng

học của nước thải

Trang 77

Trang 79

*-Quang hóa trên TiO 2

 TiO2 là chất bán dẫn (độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện)

Định dạng
Số trang	79
Dung lượng	1,14 MB