fenton trong xử lý nước thải

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

Đánh giá khả năng xử lý một số loại nước thải của hệ Fenton

GVHD: PGS TS Nguyễn Văn Phước HVTH: Phan Châu Đạt

Lê Thị Phương Thu

Lê Thị Thanh Hoa Bùi Mai Thục Quyên Nguyễn Minh Tuấn

Mục lụcPhần I: Cơ sở lý thuyết

1 Quá trình Fenton

2 Các quá trình Fenton cải tiến

3 Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton

Phần II: Ứng dụng của phương pháp Fenton

1 Ứng dụng của Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm

2 Ứng dụng của Fenton trong xử lý nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu

3 Ứng dụng của Fenton trong xử lý nước rỉ rác

Phần III: Một số quy trình công nghệ

KẾT LUẬN

Tài liệu tham khảo

GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP FENTON

Quá trình Fenton có ưu việt ở chỗ tác nhân

H 2 O 2 và muối sắt tương đối rẻ và có sẵn, đồng thời không độc hại và dễ vận chuyển, dễ sử dụng trong khi hiệu quả ôxi hóa nâng cao cao hơn rất nhiều so với chỉ sử dụng H 2 O 2 Áp dụng quá trình Fenton để xử lý nước và xử lý nước thải có thể dẫn đến khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO 2 , H 2 O và các ion vô cơ

PHẦN I :

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl •OH

2 Quá trình Fenton dị thể

• Thay thế xúc tác thông thường bằng quặng sắt

Goethite (α-FeOOH), cát có chứa sắt, hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO 2 , Fe/TiO 2 , Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolit…

• Cơ chế quá trình dị thể kiểu như Fenton xảy ra

phản ứng với H 2 O 2 trên quặng sắt loại goethite

• (α-FeOOH) α-FeOOH(s) + 2H + + ½ H 2 O 2 → Fe II + 1/2O 2 +2H 2 O

• Fe II + H 2 O 2 → Fe (III) + •HO +OH -

• Fe (III) + H 2 O+OH - → α-FeOOH(s) + 2H +

II Các quá trình Fenton cải tiến

1 Quá trình Fenton điện hóa

H 2 O 2 được tạo ra trong quá trình điện hóa theo cơ chế:

• Ở anốt xảy ra sự oxi hóa nước tạo ra oxi phân tử theo

• Fe 2+ và H 2 O 2 sẽ tạo ra Fe 3+ , chính Fe 3+ này tiếp tục bị khử

thành Fe 2+ trực tiếp trên catod theo phương trình sau:

Fe 3+ +e →Fe 2+

2 Quá trình quang Fenton

Trong điều kiện tối ưu của quá trình Fenton: pH thấp (pH<4), ion Fe 3+ phần lớn nằm dưới dạng phức [Fe 3+

(OH) -]2+ Dạng này hấp thu ánh sáng UV trong miền 250< λ<400 nm rất mạnh, hơn hẳn so với ion Fe 3+ Phản ứng khử [Fe 3+ (OH) -]2+ trong dung dịch bằng quá trình quang hóa học cho phép tạo ra một số gốc

3 Fenton – HA

• Hợp chất humic là một trong các tác nhân được sử dụng

nhiều trong các hệ thống Fenton cải tiến (fenton – HA)

• Hợp chất humic được phân loại là acid humic (HA), acid

fulvic (FA)

• Các hợp chất humic trong hệ thống fenton có khả năng

hấp phụ các hợp chất hữu cơ hydrophobic và là một chất khử

• Quá trình phân hủy các chất ô nhiễm ở pH=5-7 được

tăng tốc đáng kể nhờ sự có mặt của HA, đó là HA đã tạo các phức hoà tan với sắt, các phức này có khả năng hoạt hoá H 2 O 2

• Hiệu quả phân hủy benzene sau thời gian phản ứng là 5

giờ tại pH = 5 của hệ thống Fenton thường khoảng 35%, còn hệ thống Fenton – HA là 95%, còn tại pH=6 hệ thống fenton thường là 30% trong khi đó hệ thống Fenton cải tiến là 70%

III Những nhân tố ảnh hưởng tới

6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

7 Ảnh hưởng của các anion vô cơ

Phần II:

Ứng dụng của phương pháp Fenton

trong xử lý nước thải

1 Ứng dụng của Fenton

trong xử lý nước thải dệt nhuộm

- Oxy hóa sử dụng Fenton là một phương pháp khả thi trong việc loại bỏ màu hoàn toàn của nước thải dệt nhuộm

- Quá trình xử lý này phụ thuộc rất nhiều vào thông số

và cần được kiểm tra trước khi dùng để xử lý các loại thuốc nhuộm khác nhau.

• Phương 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 quá trình oxy hóa

• Khi lượng H 2 O 2 tăng quá cao thì không làm tăng

sự phân hủy thuốc nhuộm Với nồng độ H 2 O 2 cao

sẽ có sự cạnh tranh giữa chất nền và H 2 O 2 để phản ứng với gốc hydoxyl

2 Phương pháp xử lý nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu bằng Fenton

• Phương pháp Fenton đã xử

lý rất thành công atrazine,

2,4- D và alachlor Điều kiện

tối ưu để xảy ra phản ứng là

• Tỉ lệ thuốc trừ sâu : Fe(II): H 2 O 2 rất quan trọng Khi tăng hàm lượng Fe(II) lên 10 lần sẽ làm tăng tốc độ phản ứng.

• Sự chuyển hóa thuốc trừ sâu trong nước bề mặt còn phụ

thuộc vào pH Ở pH=7 chuyển hóa được 16% mecoprop

và 34% MCPA Sự chuyển hóa DOC cao hơn ở pH thấp,

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Biểu đồ phần trăm phân hủy DOC ở pH = 3, 5 và 7

(Tỉ lệ thuốc trừ sâu: Fe(II):H 2 O 2 = 1:10:10 )

Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải

sản xuất thuốc trừ sâu

Máy ép bùn

Chôn lấp

3 Ứng dụng phương pháp Fenton trong quá trình xử lý nước rỉ rác của bãi chôn lấp

• Chôn lấp là một bước trong

kế hoạch quản lý rác thải Tuy nhiên nếu trong một thời gian dài nó có thể tạo ra các chất độc hại cho môi trường

• Nước rỉ rác bao gồm nước

mưa thấm qua các lớp rác và bản thân nước sẵn có trong bãi chôn lấp Nó bao gồm một lượng lớn hợp chất hữu cơ, kim loại nặng và muối vô cơ

Thông số Đơn vị Giá trị

Nước rác ban đầu Nước rác sau tiền XLSH

pH   7.98 7.61 Conductivity mS/cm 9.11 7.23

• Ở dòng ra TOC đã giảm đi đáng kể (94%)

COD giảm 71% sau toàn bộ thời gian xử lý

Hình biểu diễn sự giảm TOC và COD trong hệ thống xử lý nước rác (t= 120 phút)

Sự giảm TOC và COD trong nước rác tiền xử lý sinh học

• TOC giảm 96% tại dòng ra COD được loại bỏ tăng

lên đến 69%

• Sự xử lý nước rác (COD = 3100-1800 mg/l) và sử

dụng lượng hoá chất là 30000 mg/l H 2 O 2 (H 2 O 2 /COD = 16) và 500 mg/l Fe 2+ Lượng COD lớn nhất có thể xử lý khoảng 71% giá trị ban đầu nhưng ngược lại hàm lượng TOC được xử lý khoảng 94%.

• Đối với nước rác đã qua xử lý sinh học sơ bộ sử

dụng 15000 mg/l H 2 O 2 (H 2 O 2 /COD = 10) và 500 mg/l Fe 2+ thì COD xử lý được 69% và TOC là 96%.

Sơ đồ hệ thống xử lý nước rò rỉ

từ bãi chôn lấp mới.

SCR

Keo tụ khử cặn

Hồ sinh học

Bùn tuần hoàn

Oxy hoá Lắng 2

Bể chứa

thiết bị thổi khí

Bùn hoạt tính

Sơ đồ quy trình công nghệ

hệ thống xử lý nước rác cũ

SCR

thiết bị thổi khí

khí hay nitrat hoá, denitrat hoá)

Chôn lấp tại bãi rác

Thải ra nguồn

bể oxy hoá

thiết bị

xử lý bùn

thiết bị trộn hoá chất

Công nghệ xử lý nước rác Đông Thạnh

của Công ty CTA

Hồ

sinh vật

(tảo)

Bể tuyển nổi hoá học

Bể oxy hoá Fenton

Lắng

Chất lượng nước rỉ rác qua hệ thống xử lý

của CTA (CEFINEA, 2003)

Thông số Đầu vào Đầu ra TCVN-NT loại B

Tài liệu tham khảo

• 1 A Papadopoulos 1*, D Fatta2, A Mentzis1- Study on the

use of Fenton’s Reagent for the treatment of refractory organics contained in the textile wastewater- School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens- 2006

• 2 N Kulik, Y Panova, M Trapido- The Fenton chemistry

and its combination with coagulation for treatment of dye solutions – Department of Chemical Engineering, Technical University of Technology-2004

• 3 PGS TS Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng

– Giáo trình kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp – Nhà xuất bản xây dựng.

• 4 Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung – Các quá trình oxy

hóa nâng cao trong xử lý nước và nước thải Cơ sở khoa học

và ứng dụng – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2005.

• 5 Võ Chí Cường - Đề cương luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu

động học phản ứng Fenton trong xử lý nước rò rỉ từ bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị