Nghiên Cứu Phản Ứng Fenton Dị Thể Xử Lý Chất Hữu Cơ Trong Nước Thải Làng Bún Phú Đô, Hà Nội

Vì vậy để khắc phục nhược điểm trên nguồn sắt được sử dụng làmxúc tác đã có nhiều công trình nghiên cứu thay thế bằng quặng sắt goethite-FeOOH, cát có chứa sắt, hoặc sắt trên chất mang

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI - 2016

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả trong báo cáo này là sự thật và nhữngtrích dẫn, tài liệu sử dụng trong báo cáo đã được trích dẫn và cám ơn đầy đủ.Nếu có vấn đề gì xảy ra, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội ngày 16 tháng 05 năm 2016

Sinh viên

Phạm Hương Giang

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc cô Đoàn Thị Thúy Ái cùngcác thầy cô trong Bộ môn Hóa đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quátrình thực hiện đề tài.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ủy Ban Nhân Dân quận Nam Từ Liêm,phòng Tài nguyên môi trường cùng một số đơn vị khác đã giúp tôi thực hiện

đề tài này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và những người

đã khích lệ tôi trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cám ơn!

Hà Nội ngày 16 tháng 05 năm 2016

Sinh viên

Phạm Hương Giang

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG ix

MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

2.1 Cơ sở lý thuyết 3

2.1.1 Quá trình Fenton 3

2.1.2 Ứng dụng của phản ứng Fenton 15

2.2 Hiện trạng phát sinh và xử lý nước thải tại một số làng nghề tại Việt Nam 22

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 Đối tượng nghiên cứu 27

3.2 Phạm vi nghiên cứu 27

3.3 Phương pháp nghiên cứu 27

3.3.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 27

3.3.2 Phương pháp thống kê 27

3.3.3 Phương pháp so sánh 27

3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 28

3.3.5 Phương pháp đánh giá hiện trạng nước thải 28

3.4 Nội dung nghiên cứu 28

3.4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và hiện trạng phát sinh, xử lý nước thải tại làng bún Phú Đô, Hà Nội 28

3.4.2 Đánh giá khả năng xử lý nước thải làng bún Phú Đô bằng phương

pháp Fenton dị thể 28

3.4.3 Xây dựng mô hình xử lý nước thải bằng phương pháp Fenton dị thể quy mô hộ gia đình 30

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 31

4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và hiện trạng phát sinh, xử nước thải tại làng bún Phú Đô, Hà Nội 31

4.1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội 31

4.1.2 Hiện trạng phát sinh, xử nước thải tại làng bún Phú Đô, Hà Nội 34

4.2 Đánh giá khả năng xử lý nước thải làng bún Phú Đô bằng phương pháp Fenton dị thể 40

4.2.1 Khảo sát điều kiện xử lý nước thải của phản ứng Fenton dị thể 40

4.2.2 Đánh giá khả năng xử lý nước thải làng bún Phú Đô bằng phản ứng Fenton dị thể 46

4.3 Xây dựng mô hình xử lý nước thải làng bún Phú Đô bằng phản ứng Fenton dị thể quy mô hộ gia đình 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

5.1 Kết luận 53

5.2 Đề xuất, kiến nghị 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical oxygen Demand)

COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

DO Lượng oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các

sinh vật trong nước (Dessolved Oxygen)QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCCP Tiêu chuẩn cho phép

UBND Ủy ban nhân dân

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Quá trình Fenton 5

Hình 2: Quá trình Fenton điện hóa 8

Hình 3: Sơ đồ công nghệ nhà máy xử lý nước rác tại bãi chôn lấp rác Song Nguyên áp dụng phương pháp Fenton 17

Hình 4: Biểu đồ phần trăm phân hủy DOC ở pH = 3, 5 và 7 20

Hình 5: Vị trí làng bún Phú Đô 31

Hình 6: Sơ đồ sản xuất bún 33

Hình 7: Nước sau khi ngâm bún được nối vòi chảy trực tiếp ra đường ống nước thải của làng 35

Hình 8: Bể biogas tại cơ sở sản xuất chưa đạt tiêu chuẩn 36

Hình 9: Trạm xử lý đã hoàn toàn ngưng hoạt động 37

Hình 10: Hệ thống xử lý bị bỏ hoang 37

Hình 11: Nước thải từ quá trình ép bún 38

Hình 12: Mương chung cuối làng bị ô nhiễm 39

Hình 13: Ao làng trở thành nơi chứa rác và bị ô nhiễm nặng nề 39

Hình 14: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu Fe3O4 tới hiệu suất xử lý COD .41

Hình 15:Ảnh hưởng của thể tích H2O2 tới hiệu quả xử lý COD 43

Hình 16: Ảnh hưởng của môi trường pH 44

Hình 17: Hiệu quả xử lý của vật liệu thu hồi sau khi xử lý 45

Hình 18: Ứng dụng phản ứng Fenton vào xử lý mẫu nước thải 47

Hình 19: Mẫu nước thải MN2 được xử lý bằng vật liệu được thu hồi 48

Hình 20: Mô hình xử lý nước thải đề xuất 49

Hình 21: Bể lắng 51

Hình 22: Bể phản ứng 52

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Vị trí lấy mẫu 38

Bảng 2: Đặc trưng của nước thải làng bún Phú Đô 38

Bảng 3: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu Fe3O4 tới hiệu suất xử lý COD 40

Bảng 4: Ảnh hưởng của thể tích H2O2 tới hiệu quả xử lý COD 42

Bảng 5: Khảo sát ảnh hưởng của môi trường pH 44

Bảng 6: Hiệu quả xử lý của vật liệu thu hồi sau khi xử lý 45

Bảng 7: Ứng dụng phản ứng Fenton dị thể vào xử lý mẫu nước thải thực tế .46

Bảng 8: Hiệu suất xử lý COD của vật liệu được thu hồi 48

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Làng nghề là một nét đẹp trong nền văn hóa Việt Nam Tuy nhiêntheo thời gian, công nghệ phát triển nhưng người dân vẫn giữ những tập tụcsản xuất xưa cũ, lạc hậu đã dẫn đến hệ quả nghiêm trọng Các làng nghề dầntrở thành điểm nóng môi trường với các vấn đề tồn tại như: nước thải sản xuấtchưa được xử lý, chất thải rắn còn tồn đọng chiếm diện tích, ảnh hưởng tớimôi trường và sức khỏe con người, khí thải …

Phú Đô là một làng sản xuất bún thuộc huyện Từ Liêm, Hà Nội cũng

là một điểm nóng về vấn đề ô nhiễm môi trường Hiện nay Phú Đô có khoảnghơn 200 hộ làm bún với sản lượng khá cao, trung bình mỗi hộ sản xuất 1,5 tạbún mỗi ngày, thậm chí có hộ lên tới 1 tấn bún/ngày Do vậy, lượng nước thải

do hoạt động sản xuất tạo ra là vô cùng lớn, tuy nhiên cả làng lại không hề ápdụng biện pháp xử lý nước thải nào Cho đến nay đã có một vài công trìnhnghiên cứu về nước thải ở Phú Đô đồng thời ở cuối làng cũng có một hệthống xử lý nước thải tại hồ chứa ở cuối làng nhưng hiện nay hệ thống nàycũng đã tạm dừng hoạt động Như vậy, nước thải sản xuất bún (với nồng độchất hữu cơ rất cao lại chủ yếu là tinh bột) trong quá trình đi từ các hộ giađình đến hồ chứa và cuối cùng là đổ ra sông Nhuệ đã bị lên men ôi chua vàbốc mùi hôi thối gây ô nhiễm môi trường Bên cạnh đó, người dân trong thônchưa có ý thức cao về bảo vệ môi trường nên họ cho rằng nếu xử lý như vậyrồi đổ ra Sông Nhuệ thì dân ở khu vực bên cạnh không phải chịu nước thải ônhiễm chứ họ không được gì cả Chính vì lý do đó mà dù đã được đầu tư hệthống xử lý nước thải và thường xuyên bị kiểm tra về vấn đề môi trường nhưnghiện trạng xử lý nước thải của làng bún Phú Đô vẫn chưa được cải thiện

Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu về xử lý nước thải, tôi nhậnthấy quá trình Fenton đồng thể có hiệu quả cao trong khoảng pH 2-4, cao nhất

ở pH khoảng 2,8 Do đó trong điều kiện xử lý nước thường gặp (pH 5-9) quá

phương pháp Fenton để tránh được pH thấp như quá trình photon-Fenton,Fenton điện hóa … Nhược điểm quan trọng nhất của quá trình Fenton đồngthể là phải thực hiện ở pH thấp, sau khi xử lý phải nâng pH lên > 7 để táchcác ion Fe3+ ra khỏi nước thải sau xử lý bằng nước vôi hoặc dung dịch kiềmnhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa, sau đó phải qua thiết bị lắnghoặc lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo ra một lượng bùn kết tủa chứa rấtnhiều sắt Vì vậy để khắc phục nhược điểm trên nguồn sắt được sử dụng làmxúc tác đã có nhiều công trình nghiên cứu thay thế bằng quặng sắt goethite(-FeOOH), cát có chứa sắt, hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2,Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolit… quá trình này xảy ra cũng giống như quá trìnhFenton đã khảo sát ở trên nên gọi là quá trình kiểu Fenton hệ dị thể.

Vì những lý do trên, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu phản ứng Fenton dị

thể xử lý chất hữu cơ trong nước thải làng bún Phú Đô, thành phố Hà Nội” nhằm nghiên cứu và đưa ra mô hình xử lý nước thải sản xuất bún quy

mô hộ gia đình để giải quyết vấn đề ô nhiễm nước thải tại làng nghề Phú Đô

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

- Hiện trạng phát sinh nước thải tại làng bún Phú Đô, thành phố Hà Nội

- Phản ứng Fenton dị thể xử lý chất hữu cơ trong nước thải làng búnPhú Đô, Hà Nội

- Xây dựng mô hình xử lý nước thải sản xuất quy mô hộ gia đình tại làngbún Phú Đô

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

độ các chất bẩn như cặn lơ lửng, các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học Tuynhiên đối với các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học các các công nghệ trênchưa đảm bảo được hiệu quả xử lý

Giải pháp oxy hóa các chất khó phân hủy sinh học được tính đến trong

xử lý nước thải được đặt tên là oxy hóa bậc cao (AOPs- Advanced OxidationProcesses) Giải pháp này đòi hỏi tạo ra một chất trung gian có hoạt tính cao,

có khả năng oxy hóa hiệu quả các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, trong

xứ lý nước thải đó là các gốc hydroxyl tự do ( •OH) Trong việc áp dụng giảipháp này (AOPs), quá trình Fenton và các quá trình kiểu Fentom ( Fenton –like processes) được cho là giải pháp có hiệu quả cao Công trình nghiên cứu nàyđược J.H Fenton công bố vào năm 1894 trong tạp chí hội hóa học ở Mỹ Quátrình này dùng tác nhân là tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ làm tác nhân oxy hóa,thực tế đã chứng minh hiệu quả xử lý và kinh tế của phương pháp này khá cao

Từ đầu những năm 70 người ta đã đưa ra một quy trình áp dụng nguyêntắc phản ứng Fenton để xử lý ô nhiễm nước thải mà theo đó hydro peroxitphản ứng với sắt (II) sunfat sẽ tạo ra gốc tự do hydroxyl có khả năng phá hủycác 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

Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 vàhydro peroxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra gốc tự do •OH, còn Fe2+

bị oxi hóa thành Fe3+ theo phản ứng:

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + •OH + OH

-Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi rất nhiều tác giả saunày Các nghiên cứu đã cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng chính thìtrong quá trình Fenton còn có xảy ra các phản ứng khác Tổng hợp lại baogồm những phản ứng sau:

•OH + RH → H2O + •R → oxy hóa tiếp các chất khác (8)Tuy cơ chế hình thành gốc hydroxyl vẫn còn nhiều tranh cãi, tuyệt đại

đa số đều nhất trí cao với cơ chế quá trình Fenton xảy ra theo các phản ứng(1) - (7) nêu trên và thừa nhận vai trò của gốc hydroxyl tạo ra trong quá trìnhnày (Neyens và Baeyens, 2003)

Hình 1: Quá trình Fenton

Thông thường quy trình oxi hóa Fenton đồng thể gồm 4 giai đoạn:

Điều chỉnh pH phù hợp: Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởngtới tốc độ phản ứng và nồng độ Fe2+, từ đó ảnh hưởng lớn đến hiệu quả phânhủy các chất hữu cơ, pH thích hợp cho quá trình là từ 2 – 4, tối ưu nhất là ởmức 2,8 Đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm giảm thiểu khó khăn khiđưa pH về mức thấp rồi sau đó lại nâng pH lên mức trung tính để tách khử Fe,

H2O2 dư

Phản ứng oxi hóa: Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hìnhthành gốc •OH hoạt tính và phản ứng oxi hóa chất hữu cơ Cơ chế hình thànhgốc •OH hiện nay chưa thống nhất, theo Fenton thì sẻ có phản ứng:

Fe2+ + H2O2  Fe3+ + •OH- + OH

-Gốc •OH sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng oxi hóa các hợpchất hữu cơ có trong nước cần xử lý, chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân tửthành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp

CHC (cao phân tử) + •HO  CHC (thấp phân tử) + CO2 + H2O + OH

- Trung hòa và keo tụ: Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa cần nâng pHdung dịch lên lớn hơn 7 để thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành:

Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3

Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông

tụ, hấp phụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử

 Quá trình lắng: Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống làmgiảm nồng độ COD, màu, mùi có trong nước thải Sau quá trình lắng các chấthữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ cókhối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung bằng phương pháp sinh họchoặc bằng các phương pháp khác.

2.1.1.2 Quá trình Fenton dị thể

Nhược điểm chủ yếu của quá trình Fenton đồng thể là phải thực hiện ở

pH thấp, sau đó phải nâng pH của nước thải sau xử lý lên trên 7 bằng nướcvôi hoặc dung dịch kiềm nhằm chuyển các ion Fe3+ vừa hình thành từ chuỗiphản ứng trên sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa để tách chúng ra khỏi dung dịchnhờ quá trình lắng hoặc lọc, tạo ra một lượng bùn sắt khá lớn

Để khắc phục nhược điểm trên, đã có nhiều công trình nghiên cứu thaythế xúc tác sắt dạng dung dịch (muối sắt) bằng quặng sắt goethite (-FeOOH),cát có chứa sắt hoặc sắt trên các loại chất mang khác nhau như Fe/SiO2,Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolite (Lin và Gurol, 1996; Ravikumar vàGurol, 1994) Quá trình này xảy ra cũng giống như quá trình Fenton đã đề cập

ở trên nên gọi là quá trình kiểu Fenton hệ dị thể

Cơ chế quá trình dị thể kiểu như Fenton xảy ra với H2O2 trên quặng sắtloại goethite (α-FeOOH) có thể xảy ra theo cơ chế đơn giản nhất như sau (Lu,2000):

- Phản ứng Fenton được khởi đầu bằng việc sinh ra Fe2+ nhờ sự có mặtcủa H2O2 xảy ra hiện tượng khử - hòa tan goethite:

-FeOOH(r) + 2H+ + ½ H2O2  Fe2+ + 1/2O2 + 2H2O (9)

- Sau đó, xảy ra sự tái kết tủa Fe3+ về goethite:

Fe2+ + H2O2  Fe3+ + •OH + OH- (1)

Fe3+ + H2O + OH-  α-FeOOH(r) + 2H+ (10)

Theo cơ chế trên, trên khía cạnh nào đó thì quá trình dị thể cũng tương

tự như quá trình Fenton đồng thể với khởi đầu là xảy ra sự khử và hòa tan

Fe2+ vào dung dịch

Một số ưu điểm đáng chú ý của quá trình Fenton dị thể trên goethitetheo Lin và Gurol, 1996:

- Chất xúc tác này có thể sử dụng trong một thời gian dài mà không cầnphải hoàn nguyên hoặc thay thế, đồng thời có thể tách ra dễ dàng khỏi khốiphản ứng Trong quá trình Fenton đồng thể, ion sắt hòa tan không thể tách rakhỏi khối phản ứng một cách đơn giản bằng quá trình lắng lọc, chỉ có cáchdùng kiềm để keo tụ và kết tủa, sau đó lắng và lọc, sinh ra một khối lượng lớnbùn keo tụ chứa nhiều sắt

- Tốc độ hình thành gốc hydroxyl tăng theo độ tăng pH trong khoảng từ5-9, trong khi đó Fenton đồng thể tốc độ giảm mạnh khi pH tăng

- Hiệu quả oxi hóa xúc tác của goethite không bị ảnh hưởng đáng kểbởi nồng độ cacbonat vô cơ

2.1.1.3 Quá trình Fenton cải tiến

Từ phản ứng Fenton ban đầu, các nhà khoa học trong và ngoài nước đã

có các công trình nghiên cứu và tìm ra những cải tiến giúp phản ứng Fentontrở nên ưu việt hơn Do đó, quá trình Fenton cải tiến và đang thu hút sự quantâm lớn trong ngành xử lý nước từ những năm 1990

 Quá trình Fenton điện hóa:

Cho tới nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu về phản ứng Fentonđiện hóa như: Nguyễn Thị Lê Hiền, Phạm Thị Minh nghiên cứu về: Xử lýmetyl đỏ bằng phương pháp điện hóa năm 2009; Phạm Thị Minh, Nguyễn Thị

Lê Hiền, Đinh Thị Mai Thanh nghiên cứu về: Xử lý công gô đỏ bằng hiệuứng Fenton điện hóa năm 2010; Phạm Thị Minh, Nguyễn Thị Lê Hiền cócông trình nghiên cứu về sử dụng catot graphit/Ppy(oxit)/Ppy xử lý nước thảibằng phương pháp Fenton điện hóa năm 2012

Quá trình Fenton điện hóa (E.Fenton) là quá trình Fenton sử dụng cáctác nhân phản ứng sinh ra trong quá trình điện hóa

H2O2 được tạo ra trong quá trình điện hóa theo cơ chế sau:

Ở anot xảy ra sự oxi hóa nước tạo ra oxi phân tử theo phương trình:

2H2O - 4e  O2 + 4H+

Chính oxi phân tử này lại bị khử ở catot để tạo thành H2O2 theophương trình:

O2 + 2H+ + 2e  H2O2

Ion Fe2+ có thể bổ sung vào hệ hoặc có thể tự tạo ra khi điện phân nếu

sử dụng điện cực anot hòa tan điện hóa (anot hoạt động) là sắt, khi nhườngđiện tử, sắt sẽ hòa tan tạo ra các ion Fe2+ vào dung dịch, làm điện cực hy sinhtrong quá trình điện phân Theo Trần Mạnh Trí và Trần Mạnh Trung (2006)đặc điểm quan trọng của qúa trình Fenton điện hóa chính là ở chỗ khi phảnứng Fenton xảy ra giữa Fe2+ và H2O2 theo phương trình (1) sẽ tạo ra Fe3+, chính

Fe3+ này tiếp tục bị khử thành Fe2+ trực tiếp trên catot theo phương trình sau:

Fe3+ + e  Fe2+

Do đó quá trình Fenton được liên tục tiếp diễn nhờ các quá trình điệncực xảy ra như đã mô tả trên

Hình 2: Quá trình Fenton điện hóa

Hình trên cho thấy quá trình Fenton điện hóa bao gồm 2 chu trình: chutrình oxi hóa – khử các ion sắt và chu trình oxi hóa nước và khử oxi trên cácđiện cực Trong quá trình Fenton điện hóa tùy theo cách đưa nguồn ion Fe2+

vào hệ còn phân biệt 2 quá trình: quá trình Fenton catot và quá trình Fentonanot (Rodgers và cộng sự, 1999)

Quá trình Fenton anot:

Trong quá trình này, nguồn ion Fe2+ không phải đưa vào hệ, điện cựcsắt được sử dụng làm anot và là nguồn cung cấp Fe2+, vì vậy cực anot bị mòndần và trở thành điện cực hy sinh trong quá trình điện hóa Điện cực graphitdùng làm catot để thực hiện quá trình khử oxi thành H2O2 Vì vậy trong quátrình này, tác nhân Fenton (Fe2+/H2O2) được sinh ra bằng con đường điện hóa

ở trên điện cực anot và catot Trong quá trình Fenton anot thiết bị phản ứngđiện hóa gồm 2 ngăn riêng biệt, giữa 2 ngăn nối bằng cầu nối là muối điện ly

Quá trình Fenton anot ưu việt hơn Fenton cổ điển vì:

Quá trình Fenton anot thực hiện trong điều kiện trung tính Độ pH củanước xử lý khi đi ra cũng có thể được trung hòa bằng cách kết hợp các dungdịch anot và catot ở 2 ngăn của thùng điện phân

Không cần thêm Fe2+ vào hệ xử lý vì chúng được sinh ra liên tục nhờ sửdụng điện cực hy sinh là sắt Điều này có ý nghĩa thực tế rất quan trọng vì nếu

sử dụng muối Fe2+ như quá trình Fenton cổ điển sẽ gặp nhiều vấn do chúng rất

dễ hút nước và dễ bị oxi hóa khi bảo quản, hoặc nếu dùng muối Fe3+ chúng cótính ăn mòn và oxi hóa rất mạnh

Quá trình Fenton catot:

Trong quá trình này Fe2+ được đưa vào hệ từ đầu và H2O2 được sinh rangay trong hệ Tuy nhiên về sau không cần bổ sung Fe2+ vì Fe3+ sinh ra trongphản ứng Fenton sẽ được khử ngay trên catot trong quá trình điện phân Sựkhử Fe3+ để tạo ra Fe2+ và sự khử O2 để tạo H2O2 xảy ra đồng thời ở catot vớitốc độ gần như nhau Trong quá trình Fenton catot thiết bị phản ứng điện hóa

là một khối không có vách ngăn cách Điện cực anot được chế tạo bằng cácvật liệu trơ như platin, titan phủ màng mỏng platin, trong khi đó điện cực làmcatot là vật liện chứa cacbon (Rodgers và cộng sự, 1999)

Vì Fe2+ và H2O2 liên tục được sinh ra trong quá trình điện hóa với mộttốc độ kiểm soát được nên so với quá trình Fenton cổ điển thì Fenton catothiệu quả cao hơn, mức độ phân hủy các chất hữu cơ cũng hoàn toàn hơn

Những công trình nghiên cứu gần đây cho thấy cơ chế quá trình oxi hóađiện hóa phụ thuộc vào đặc tính điện hóa hoặc đặc tính hóa học của điện cựcanot sử dụng Theo Rodgers và cộng sự (1999) nếu sử dụng dioxit chì, quátrình oxi hóa xảy ra bằng cách chuyển e trực tiếp vào điện cực, không thôngqua gốc •OH trong khi đó quá trình oxi hóa xảy ra gián tiếp thông qua gốchydroxyl khi sử dụng anot là dioxit thiếc hoặc dioxit iridi.

 Quá trình quang Fenton

Trên thế giới và ở Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu về ứngdụng quá trình quang Fenton xử lý nước thải như A.N Módenes và cộng sự(2012) đã tiến hành xử lý nước thải dệt nhuộm dựa trên quá trình quangFenton sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời và đèn UV T.M Elmorsi và cộng sự(2010) đã tiến hành xử lý thuốc nhuộm Mordant red 73 Nghiên cứu của B.X.Vững, so sánh hoạt tính oxy hóa của các hệ oxy hóa nâng cao Fe3+/C2O42-,

H2O2/VIS, Fe2+/ H2O2, Fe2+/ H2O2/UV, UV/ H2O2 trên thuốc nhuộm IndantrenRed FBB (IRF)

Theo phản ứng (2): Fe3+ sau khi được tạo ra sẽ tiếp tục phản ứng với

H2O2 tạo thành Fe2+, lại tiếp tục tham gia phản ứng (1) Tuy nhiên vì hằng sốtốc độ của phản ứng (2) rất thấp (k=3,1*10-3 M-1s-1) so với phản ứng (1), k=63

M-1s-1 nên quá trình phân hủy H2O2 chủ yếu do phản ứng (1) thực hiện Vì thếtrong thực tế phản ứng xảy ra với tốc độ chậm dần lại sau khi toàn bộ Fe2+ đã

sử dụng hết cho phản ứng (1) và chuyển thành Fe3+ (Trần Mạnh Trí và TrầnMạnh Trung, 2006)

Các nghiên cứu gần đây cho thấy phản ứng (1) thậm chí cả phản ứng(2) nếu đặt dưới bức xạ của ánh sáng UV hoặc lân cận UV và ánh sáng khảkiến đều được nâng cao rõ rệt và nhờ đó có thể khoáng hóa dễ dàng các chất ônhiễm hữu cơ, ngay cả những chất hữu cơ khó phân hủy như các loại thuốctrừ sâu, diệt cỏ dại Quá trình này được gọi là quá trình quang Fenton, thựcchất là quá trình Fenton được nâng cao nhờ bức xạ của các photon ánh sáng

Bản chất quá trình quang Fenton:

Theo Trần Mạnh Trí và Trần Mạnh Trung (2006) trong những điềukiện tối ưu của quá trình Fenton tức khi pH thấp (pH<4), ion Fe3+ phần lớnnằm dưới dạng phức Fe3+ (OH)-

2+ Chính dạng này hấp thụ ánh sáng UVtrong miền 250< <400 nm rất mạnh, hơn hẳn so với ion Fe3+ Phản ứng khử

đó ngược lại Fe2+ sang Fe3+ bằng quá trình Fenton thông thường tạo thành mộtchu kỳ không dừng, đây chính là điểm khác biệt giữa quá trình Fenton thôngthường và quang Fenton

So với quá trình Fenton thông thường, quá trình quang Fenton xảy ratạo gốc •HO được phát triển rất thuận lợi Nếu tổ hợp 2 phương trình (1) và(7) sẽ được 2 gốc •HO tại thành từ một phân tử H2O2 Đó chính là lợi thế ưuviệt của quá trình quang Fenton Tốc độ khử quang hóa Fe3+ tạo ra gốc •HO và

Fe2+ phụ thuộc vào chiều dài của bước sóng ánh sáng bức xạ Bước sóng càngdài, hiệu suất lượng tử tạo gốc •HO càng giảm

 Fenton – axit humic

Những quá trình oxy hóa liên quan đến việc sản xuất gốc hydroxyl nóichung và quá trình Fenton nói chung cho hiệu quả rất cao trong việc phân hủycác hợp chất hữu cơ trong nước bề mặt nước ngầm hay nước thải côngnghiệp Tuy nhiên, pH tối ưu của quá trình nằm trong khoảng 3 nên làm hạnchế ứng dụng của nó trong lĩnh vực công nghệ môi trường Nguyên nhânchính của quá trình này là do sự kết tủa của Fe3+ ở pH cao làm hạn chế quá

trình tuần hoàn Fe3+/ Fe2+ Để giữ Fe ở trạng thái hòa tan, các nhà khoa học đã

và đang nghiên cứu sử dụng các chelat nhân tạo nhằm đẩy pH tối ưu của quátrình lên vùng trung tính Hợp chất humic là một trong các tác nhân được sửdụng nhiều trong các hệ thống Fenton cải tiến hiện nay

Hợp chất humic thường gặp trong tự nhiên có phân tử lượng lớn do kếtquả của sự biến đổi sinh học và hoá học của các vụn hữu cơ Hợp chất humicđược phân loại là axit humic (HA), axit fulvic (FA) cũng như humin theo tínhtan của chúng Axit humic có thể được sử dụng với chi phí tương đối thấp nhờ

sự điều chế kiềm từ than bùn hay than non, vì vậy nó rất sẵn có ở khắp mọinơi Bên cạnh chức năng là chelat sắt, tác dụng khác của các hợp chất humictrong hệ thống Fenton là khả năng là một chất hấp phụ các hợp chất hữu cơhydrophobic và là một chất khử

Theo các nhà khoa học phản ứng ban đầu trong hệ thống là của Fe(III)

và H2O2 với nồng độ ban đầu của Fe(III) nhỏ hơn rất nhiều so với nồng độ của

H2O2 Bởi vậy, sự biến đổi của Fe(III) đã được cho rằng chính là yếu tố giớihạn của bước phản ứng tạo ra OH• trong toàn bộ quá trình Trong hệ thốngFenton không có HA, tốc độ của phản ứng đã giảm một cách đáng kể khi tăngdần pH, giá trị pH tối ưu của quá trình Fenton oxy hoá các hợp chất hữu cơphần lớn chúng nằm trong khoảng pH=2.5 - 3.5, khi dung dịch có pH=5-7 sẽxuất hiện sự kết tủa của Fe (III) dưới dạng Fe2O3.nH2O tuy nhiên điều nàykhông còn xảy ra ở các dung dịch có Fe(III) và chứa HA nồng độ khoảng 10-

100 mg/l

Hiệu quả xử lý của hệ thống Fenton cải tiến trong môi trường trung tính

đã được nghiên cứu với nhiều chất ô nhiễm khác nhau cho kết quả tương tựnhau và khá khả quan so với hệ thống Fenton thông thường Tại pH=3 tốc độcủa phản ứng chịu ảnh hưởng không đáng kể với sự có mặt của HA Phản ứngphân huỷ benzene tiến hành trong dung dịch không HA và có HA ở pH=3 cóhằng số tốc độ khác nhau không đáng kể, trường hợp không HA là K= (9.0 ±0.9).10-3 min-1 và trong trường hợp có HA, K = (12 ± 2.0)10-3min-1 Kết quảnày phù hợp với những tác động chậm do thêm HA và FA trong quá trình

phân huỷ trinitrotoluen trong hệ thống Fenton ở pH=3 đã được công bố năm

1998 Tuy nhiên, quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm ở pH=5-7 được tăng

tốc đáng kể nhờ sự có mặt của HA, đó là do HA đã tạo các phức hòa tan vớisắt, các phức này có khả năng hoạt hoá H2O2 Hiệu quả phân huỷ benzen sauthời gian phản ứng là 5 giờ tại pH=5 của hệ thống Fenton thường chỉ khoảng35%, còn hệ thống Fenton-HA là 95%, còn tại pH=6 hệ thống Fenton thường

là 30% trong khi đó của hệ thống Fenton cải tiến là 70%

Trong nghiên cứu của Voelker và Sulzberger (1996) tốc độ phân huỷ

H2O2 bởi phản ứng Fenton khi thêm FA ở pH=5 xảy ra rất tốt, trong khi hiệuquả không đáng kể ở pH=3 Tác giả cho rằng hợp chất Fe(II) - fulvate đượctạo nên ở pH=5 có khả năng phản ứng nhanh hơn với H2O2 so với các hợpFe(II)-aquo dẫn tới tốc độ sản xuất gốc OH• nhanh hơn và làm hiệu quả củatoàn bộ quá trình được tăng lên Hệ thống Fenton điều chỉnh cũng có thể áp

dụng được cho các hợp chất có xu hướng thấm ướt tốt HA.

Nồng độ ban đầu của Fe(III), HA và H2O2 có ảnh hưởng lớn đến tốc độphản ứng trong hệ thống Fenton cải tiến Các tác động này trong điều kiện cómặt của HA với nồng độ là 50 mg/l, tốc độ phản ứng trong các hệ thống khácnhau được so sánh dựa trên thời gian phản ứng cần thiết để phân huỷ 95%benzen Khi chỉ có HA và H2O2 hoặc Fe(III) và HA được thêm vào dung dịchphản ứng thì tốc độ phân huỷ benzen không dáng kể sau trong khoảng 24h,tốc độ phản ứng tăng lên cùng với sự tăng nồng độ của Fe(III) và H2O2.Nhưng do bản thân H2O2 hoạt động như là một chất phá huỷ gốc OH•, nêncần chọn nồng độ H2O2 hợp lý cho quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơtrong phản ứng Fenton

Tác động của nồng độ HA lên tốc độ phân hủy benzen được thể hiệntrong đồ thị Tại nồng độ HA=10mg/l, sau một giai đoạn chậm, phản ứng trởnên nhanh hơn mà không cần HA Nồng độ HA=10 mg/l đủ để giữ cho sắt tồntại trong dung dịch Mặt khác, tác động tích cực của HA lên phản ứng oxyhóa cũng tăng khi tăng nồng độ HA Nếu cho nồng độ HA là 50 hoặc 100 mg/

l, giai đoạn phản ứng chậm sẽ ngắn lại và 95% benzen bị phân hủy sau thờigian phản ứng là 5h so với 35% trong dung dịch không có HA Có kết quả

này là vì nhờ sự có mặt cả HA nên Fe(III) không bị kết tủa, không gây ảnhhưởng đến chu trình tuần hoàn Fe3+/Fe2+

2.1.1.4 Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton

Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng Fenton đã được rất nhiều nhàkhoa học đề cập đến trong công trình nghiên cứu của họ Tổng hợp lại, cácyếu tố có sự ảnh hưởng lớn đến phản ứng là: pH, ảnh hưởng của tỉ lệ Fe2+/

H2O2 và loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+), ảnh hưởng của các anion vô cơ

 Ảnh hưởng của độ pH

Trong phản ứng Fenton hệ đồng thể và quang Fenton, độ pH ảnh hưởngrất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ Nhìnchung, môi trường axit rất thuận lợi cho quá trình tạo gốc hydroxyl tự do •OHtheo phản ứng (1), trong khi ở môi trường pH cao, quá trình kết tủa Fe3+ xảy ranhanh hơn quá trình khử của phản ứng (2), làm giảm nguồn tạo ra Fe2+, trở thànhyếu tố hạn chế tốc độ phản ứng (Trần Mạnh Trí và Trần Mạnh Trung, 2006)

Nhiều nghiên cứu đã cho thấy phản ứng Fenton xảy ra thuận lợi khi pHnằm trong khoảng 3 - 4, đạt được tốc độ cao nhất khi pH nằm trong khoảnghẹp trên dưới 3 Một số thực nghiệm biểu hiện khi pH lớn hơn 4, tốc độ phảnứng oxi hóa chất hữu cơ chậm lại Theo các tác giả, nguyên nhân có thể là ởkhoảng pH lớn hơn 4, các chất trung gian hoạt động kém hơn gốc hydroxylhoặc chất trung gian không giải phóng ra gốc hydroxyl hoạt động (các phứchydroxo của sắt III) đã hình thành thay vì gốc hydroxyl

 Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe 2+ /H 2 O 2 và loại ion Fe (Fe 2+ hay Fe 3+ )

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 trưngbằng tải lượng COD Thường 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 sinhcác vấn đề như lượng sắt hydroxyl kết tủa quá nhiều, và bản thân H2O2 là yếu

tố ức chế vi sinh vật Theo kinh nghiệm, tỷ lệ mol/mol H2O2:COD dao độngkhá lớn, trong khoảng 0,5-3 : 1 đối với từng loại nước thải khác nhau (TrầnMạnh Trí và Trần Mạnh Trung, 2006)

Ngoài ra, tỷ lệ Fe2+ : H2O2 có ảnh hưởng đến sự tạo thành và sự tiêu haogốc hydroxyl theo các phương trình (1), (3) và (4), vì thế tồn tại một tỷ lệ

Fe2+: H2O2 tối ưu khi sử dụng Tỷ lệ tối ưu này nằm trong khoảng rộng,khoảng 0,5-14:10 (mol/mol), tùy theo đối tượng chất cần xử lý và do đó cầnphải xác định bằng thực nghiệm khi áp dụng vào từng đối tượng cụ thể

 Ảnh hưởng của các anion vô cơ

Một số anion vô cơ thường có mặt trong nước thải cũng có thể làmgiảm hiệu quả của quá trình Fenton hệ đồng thể, đặc biệt trong nước thải dệtnhuộm vì quá trình nhuộm sử dụng rất nhiều hóa chất phụ trợ có nguồn gốc

vô cơ Những anion thường gặp nhất bao gồm cacbonat (CO32-), bicacbonat(HCO3- ), Clorit (Cl- ) do chúng có khả năng “tóm bắt” các gốc hydroxyl •OHlàm tiêu hao số lượng gốc hydroxyl, giảm khả năng tiến hành phản ứng oxyhóa Một số anion khác thể tạo thành những phức chất không hoạt động với

Fe3+ như các gốc sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), hydrophotphat (H2PO4-) do vậycũng khiến hiệu quả của quá trình Fenton giảm đi (Trần Mạnh Trí và TrầnMạnh Trung, 2006) Ảnh hưởng trên có thể coi là không đáng kể đối với quátrình Fenton hệ dị thể

2.1.2 Ứng dụng của phản ứng Fenton

Ứng dụng quá trình trong xử lý nước thải hiện nay ứng dụng quá trìnhphenton chủ yếu xứ lý nước thải độc hại, chứa nhiều chất độc, chất hữu cơkhó phân hủy như nước rỉ rác, nước thải bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu, nướcthải dệt nhuộm

2.1.2.1 Ứng dụng trong xử lý nước rỉ rác

Nước thải rỉ rác từ bãi chôn lấp rác có thành phần ô nhiễm nặng,lượng BOD, COD, Nitơ cao, ngoài ra còn nhiều chất độc hại, khó phân hủysinh học sinh ra từ rác thải Phương pháp xử lý sinh học có thể loại trừ cácthành phần hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, nhưng không thể xử lý xử

lý được lượng lớn các chất khó phân hủy sinh học Phản ứng Fenton có khảnăng phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ trong các loại nước rác khó xử lý Nó

có thể tiến hành ở nhiệt độ bình thường và không có yêu cầu nào về ánh sáng

Do vậy, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về phản ứng Fenton xử lý nước

rỉ rác như : Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Cường Trường Đại học Bách khoathành phố Hồ Chí Minh có công trình: ‘‘nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lýCOD khó phân hủy sinh học trong nước rác bằng phản ứng Fenton’’ hay VănHữu Tập và cộng sự năm 2008 có nghiên cứu về ‘‘kết hợp keo tụ và Fenton

xử lý các thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn’’ vớihiệu suất xử lý COD nghiên cứu được lên đến 90%

Hình 3: Sơ đồ công nghệ nhà máy xử lý nước rác tại bãi chôn lấp rác

Song Nguyên áp dụng phương pháp Fenton

2.1.2.2 Ứng dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm là loại nước thải khó xử lý, nhiệt độ cao, lượngBOD lớn, đặc biệt là COD (lượng chất hữu cơ khó phân hủy sinh học cao) và

độ màu, do sử dụng các loại phẩm nhuộm trong quá trình sản xuất Có rấtnhiều cách để xử lý nước thải dệt nhuộm ví dụ như đông tụ, keo tụ, lọc mànghay hấp phụ bằng than hoạt tính tuy nhiên trong nhiều trường, các chất độchại, chỉ chuyển từ dạng ô nhiễm này sang dạng ô nhiễm khác, không được xử

ta chỉ có thể quan sát được sự biến đổi màu chứ không nhìn thấy sự phân hủysinh học Chúng ta có thể kết hợp giữa phương pháp oxy hóa bằng Fenton với

xử lý sinh học để khử triệt để màu và COD trong nước thải công nghiệp dệt

Phương pháp Fenton có thể xử lý axit blue 74 (nhóm thuốc nhuộmindigoid), axit orange 10 (hợp chất màu azo) và axit violet 19 (thuốc nhuộmtriarylmetan) Quá trình khử màu diễn ra trong suốt quá trình oxy hóa Chỉ với

tỉ lệ khối lượng thuốc nhuộm : H2O2 là 1:0.5 mà sự khử màu có thể lên đến96,95% và 99% đối với axit blue 74, axit orange 10 và axit violet 19 Sự loạimàu thì dễ dàng hơn so với sự khử COD

Như đã nêu ở phần trước, phản ứng quang Fenton được ứng dụng rấtnhiều vào xử lý nước thải dệt nhuộm Một số nghiên cứu đó là : A.N.Módenes và cộng sự (2012), đã tiến hành xử lý nước thải dệt nhuộm dựa trênquá trình quang Fenton sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời và đèn UV Kết quảcho thấy tại các điều kiện tối ưu pH=3, nồng độ H2O2 và Fe2+ tối ưu lần lượt là6g/l và 0,05g/l cho hiệu quả loại bỏ COD và độ màu đạt giá trị cao nhất trong

khoảng 88–98% trong 90 phút phản ứng Chi phí tính toán để xử lý cho 1m3

nước thải là 6,85$ và 17,95$ đối với nguồn sáng là ánh sáng mặt trời và đèn

UV Ngoài ra, T.M Elmorsi và cộng sự (2010) đã tiến hành xử lý thuốcnhuộm Mordant red 73, kết quả cho thấy hiệu quả xử lý màu của thuốcnhuộm đạt 99% chỉ trong 15 phút phản ứng Nghiên cứu của B.X Vững là Sosánh hoạt tính oxy hóa của các hệ oxy hóa nâng cao Fe3+/C2O42-, H2O2/VIS,

Fe2+/H2O2, Fe2+/H2O2/UV, UV/ H2O2 trên thuốc nhuộm Indantren Red FBB(IRF) cho thấy ở điều kiện thực nghiệm tối ưu, hiệu suất chuyển hóa và hiệusuất loại bỏ COD của hệ Fenton/UV là 100% và 86,3% sau 21 phút xử lýdung dịch IRF 50ppm

2.1.2.3 Ứng dụng trong xử lý nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu

Cho tới nay, đã có rất nhiều nghiên cứu áp dụng phản ứng Fenton để xử

lý nước bề mặt nhiêm thuốc trừ sâu như Trung tâm công nghệ hóa học và môitrường (Liên hiệp các Hội khoa học kỹ thuật Việt Nam) đã nghiên cứu và ápdụng thành công công nghệ ECHEMTECH ( kết hợp phản ứng Fenton vàphương pháp sinh học) xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu tại Công tythuốc trừ sâu Sài Gòn, Viện di truyền Nông nghiệp Việt Nam đã thử nghiệmứng dụng công nghệ sử dụng hoạt chất C1, C2 với tác nhân Fenton để làmsạch nước sông Tô Lịch

Loại thuốc trừ sâu trong nước bề mặt mà Fenton có thể xử lý được chiathành 3 nhóm: MCPA, mecoprop và 2,4D Một loạt các thử nghiệm đã diễn ratrong phòng thí nghiệm để xác định điều kiện tối ưu của phản ứng: liều lượng,

pH và thời gian phản ứng với nước thô có nồng độ thuốc trừ sâu là 1.5microgam/l Phương pháp Fenton đã xử lý rất thành công atrazine, 2,4- D vàalachlor Điều kiện tối ưu để xảy ra phản ứng là pH=3 và tỉ lệ thuốc trừ sâu :Fe(II) : H2O2 từ 1: 10: 10 đến 1:10:1000

Ảnh hưởng của Fenton đến chất lượng nước đã được thể hiện trên đồthị dưới đây Ảnh hưởng của pH đối với sự chuyển hóa DOC là hoàn toàn dễdàng ở pH=3 có 85% chuyển hóa cho đến pH=7 là 8%

Hình 4: Biểu đồ phần trăm phân hủy DOC ở pH = 3, 5 và 7

Như vậy, trong quá trình xử lý bằng Fenton, tỉ lệ thuốc trừ sâu: Fe(II):

H2O2 là rất quan trọng Khi tăng hàm lượng Fe(II) lên 10 lần thì sẽ làm tăngtốc độ phản ứng và kết thúc sự chuyển hóa thuốc trừ sâu chỉ trong 5 phút

Sự chuyển hóa thuốc trừ sâu trong nước bề mặt còn phụ thuộc vào pH(pH=3 và pH=7) Ở pH=7 chuyển hóa được 16% mecoprop và 34% MCPA

Sự chuyển hóa DOC cao hơn ở pH thấp, từ 50-87%

2.1.2.4 Ứng dụng công nghệ Fenton vào xử lý nước thải ở Việt Nam

Với tình trạng ô nhiễm nước như ở Việt Nam hiện nay, phương phápFenton đã được một số cơ sở ứng dụng trong xử lý nước thải Có thể đưa ramột số dẫn chứng cụ thể sau:

Trung tâm công nghệ hóa học và môi trường (Liên hiệp các Hội khoahọc kỹ thuật Việt Nam) đã nghiên cứu và áp dụng thành công công nghệECHEMTECH xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu tại Công ty thuốc trừsâu Sài Gòn ECHEMTECH là công nghệ áp dụng quá trình Fenton vào xử lýnước thải kết hợp với phương pháp sinh học, hiệu quả phân hủy các loại thuốcbảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu, trừ cỏ, gốc clo hữu cơ, photpho hữu cơ đạt trên 97-99% Công nghệ này cũng có thể áp dụng xử lý các loại nước thải

ô nhiễm bởi các chất hữu cơ bền vững, khó hoặc không thể phân hủy sinh họcnhư nước thải dệt nhuộm, hóa chất

Trần Mạnh Trí và các đồng tác giả (2005) đã nghiên và đưa vào ápdụng hệ O3/H2O2 để xử lý nước thải sản xuất bột giấy từ gỗ cây keo lai Kếtquả đã có thể xử lý giảm được 98-99% so với độ màu ban đầu.

GS.TS Trần Mạnh Trí đã sử dụng quá trình Peroxon kết hợp với lọctrên giá thể FLOCOR, hấp thụ trên than hoạt tính, lọc qua cát để xử lý thuốcbảo vệ thực vật tồn đọng Bằng phương pháp này, các chất hữu cơ độc hại,khó phân hủy sẽ bị phân hủy thành các chất vô hại như CO2, H2O hoặc cácaxit vô cơ phân tử thấp Sau khi xử lý loại bỏ hết thuốc bảo vệ thực vật đượcquay trở lại tiếp tục tái sử dụng để pha loãng lượng thuốc bảo vệ thực vật cầntiêu hủy tạo thành một chu trình khép kín, không có nước thải ra ngoài Hiệnnay, công nghệ này đang được triển khai áp dụng tại Trạm môi trường xanhBến Lức - Long An với chi phí 14.600 đồng/kg thuốc bảo vệ thực vật

Năm 2006, nhóm nghiên cứu của Viện Môi trường Tài nguyên phốihợp với Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh đã thử nghiệm và đưa ra một môhình xử lý mới (PGS.TS Nguyễn Văn Phước và cộng sự, 2006) bằng cáchđưa nước thải qua bể lọc sinh học kị khí với vật liệu đệm là xơ dừa Sau đónước thải được tiếp tục đưa qua bể bùn hoạt tính và cuối cùng là bể oxy hóa.Tại đây tiếp tục dùng hệ chất Fenton để oxy hóa các chất hữu cơ trong nướcthải Kết quả cho thấy nước thải qua bể lọc kỵ khí, COD giảm dần Quá trìnhkiềm hóa giảm 30-50% COD, quá trình sinh học xử lý 94,8% COD còn lại.Tiếp đến quá trình hóa học xử lý triệt để các chất ô nhiễm, nước sau xử lý đạttiêu chuẩn nước thải công nghiệp

Kết quả nghiên cứu oxy hóa cấp tiến nước thải giấy nhà máy giấy BãiBằng sau xử lý sinh học của Đào Sỹ Đức và cộng sự năm 2009 cho thấy quátrình Fenton có khả năng loại bỏ đến 92% màu ở nồng độ Fe2+ là 0,1-0,15 g/l,nồng độ H2O2 là 0,13g/l ở pH = 3 sau thời gian 30 phút Thêm vào đó, nếutiến hành thử nghiệm trên khi chiếu ánh sáng mặt trời và ánh sáng đèn sợi đốtthì có thể cải thiện đáng kể hiệu quả xử lý màu, lên tới 99% sau thời gian 40phút Điều này một lần nữa khẳng định vai trò của ánh sáng trong việc tái tạo

Fe2+ từ Fe3+ và tạo ra các gốc tự do hydroxyl mới do đó hiệu suất xử lý đã tăngcao

Trong một nghiên cứu khác về xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp chấtthải rắn Thủy Phương (Thừa Thiên Huế) là loại nước rỉ rác cũ do bãi chôn lấp

đã hoạt động từ năm 1999 (Trương Quý Tùng và cộng sự, 2009) Nguồn nước

rỉ rác phát sinh ở đây có hàm lượng lớn chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (tỷ

lệ BOD5/COD < 0,13) nên việc xử lý nguồn nước rỉ rác này chỉ dựa vào hệthống ao sinh học đơn thuần như hệ thống hiện hữu thì chưa thể đáp ứng đượccác tiêu chuẩn xả thải Với mức độ ô nhiễm như trên, nếu xử lý nước rỉ rácbãi rác Thủy Phương bằng phản ứng Fenton hệ đồng thể thì có thể loại bỏđược 58% lượng chất hữu cơ nhưng hiệu quả này chỉ đạt được ở ngưỡng nồng

độ Fe2+ và H2O2 đưa vào khá cao (tương ứng là 350mg/l và 1050mg/l), do đóquá trình UV – Fenton gián đoạn đã được áp dụng thử nghiệm Ảnh hưởngcủa các yếu tố vận hành về thời gian lưu, pH, nồng độ tác chất Fenton vàCOD ban đầu đến hiệu quả xử lý COD và màu của nước rỉ rác cũng đã đượcchỉ ra Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình UV – Fenton có thể loại bỏ đến71% COD (COD đầu vào lên tới 2000mg/L) và 90% màu của nước rỉ rác banđầu ở pH khoảng 3 với nồng độ H2O2 = 125 mg/l, nồng độ Fe2+ = 50 mg/l(thấp hơn rất nhiều so với khi áp dụng hệ Fenton truyền thống) sau thời gian

60 phút Một điểm đáng lưu ý là khả năng phân hủy sinh học của nước thảisau quá trình xử lý đã tăng lên đáng kể, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,15mg/l lên0,46mg/l Nghiên cứu này tiến hành vào năm 2009, khi mà nước rỉ rác ở bãirác Thủy Phương đã trở nên già hóa và chứa nhiều chất hữu cơ bền vững, đã

mở ra một hướng đi còn chưa phổ biến cho cách giải quyết triệt để vấn đề môitrường gây ra bởi nước rỉ rác cũ tại Việt Nam

2.2 Hiện trạng phát sinh và xử lý nước thải tại một số làng nghề tại Việt Nam

Theo số liệu thống kê gần đây nhất, Việt Nam có 1450 làng nghề, phân

bố tại 54 tỉnh thành trên cả nước Trong đó, số làng nghề tái chế nông sản tạimiền bắc là 134, tại miền trung là 42 và tại miền nam là 21 Đặc điểm chungcủa hầu hết các làng nghề là chưa tự xử lý được lượng nước thải phát sinh

trong quá trình sản xuất và sinh hoạt, gây ảnh hưởng lớn đến môi trường vàđời sống người dân.

Các làng nghề này thường kết hợp với chăn nuôi để tận dụng phụ phẩmtrong nông nghiệp Vì vậy, không chỉ nước thải từ hoạt động sản xuất mànước thải, chất thải từ chăn nuôi cũng đang tác động đến môi trường sống

Tại Hà Nội, qua phân tích nước thải cho thấy, các làng nghề chế biếnnông sản thực phẩm có chỉ tiêu quan trắc vượt tiêu chuẩn cho phép cao nhấtđến 9.200 lần so với quy chuẩn

Theo Việt Anh (2016) và báo cáo môi trường các làng nghề (2016) tathấy được thông số về chất lượng nước ở một số làng nghề như sau:

Làng bún Phú Đô (phường Phú Đô, quận Nam Từ Liêm) hiện trungbình sản xuất 50 tấn bún/ngày, cung cấp cho gần một nửa thị trường Hà Nội

Cả thôn có 205 hộ sản xuất và trên 250 hộ kinh doanh bún Hàng ngày bụibẩn, dầu rửa bát, xà phòng, nước thải sản xuất bún… thải ra cống tiêu nước

đổ thẳng ra sông Nhuệ Theo kết quả khảo sát của Viện Khoa học và Côngnghệ môi trường – Đại học Bách khoa Hà Nội, thì mẫu nước thải tại hệ thốngcống chung cuối làng có chứa hàm lượng BOD vượt tiêu chuẩn cho phép từ 3– 4 lần, cặn lơ lửng, chất hữu cơ, nitơ, phốt pho trong nước thải rất cao gây ônhiễm môi trường nước nghiêm trọng

Làng nghề sản xuất bún, bánh và dịch vụ xóm Chùa (xã Phú Nham,huyện Phù Ninh, Phú Thọ) có 70 hộ làm nghề, trong đó có 24 hộ làm bún,bánh Số hộ tham gia sản xuất không nhiều nhưng do quy trình sản xuất cònlạc hậu, nước thải với hàm lượng tinh bột lớn không được xử lý triệt để khiếnmôi trường xung quanh bị ảnh hưởng nghiêm trọng Một số ít hộ tự xử lýbằng cách xây hầm biogas, xây bể lắng còn đa phần thải trực tiếp ra kênhmương nên tiềm ẩn rất nhiều nguy cơ ô nhiễm do nước thải, chất thải từ làmnghề thải ra

Tại làng nghề nấu rượu Phú Lộc (Cẩm Giàng, Hải Dương), toàn bộnước thải của gần 200 hộ làm nghề nấu rượu, bánh đa và chất thải chăn nuôiđược xả thẳng xuống ao, rồi đổ ra kênh trung thủy nông chảy ngang qua thôn,

không qua bất cứ công đoạn xử lý nào Nước của hệ thống kênh mương luôn

có màu trắng đục Nhiều ao trong làng trở thành nơi chứa nước thải, rác thảicùng với bùn, cỏ dại và bèo tây ken dày đặc, mùi hôi thối nồng nặc

Còn ở làng nghề làm bánh đa Tống Buồng (Kinh Môn, Hải Dương), từnhiều năm nay, toàn bộ nước thải sau khi sản xuất bánh đa không qua xử lý

mà được thải trực tiếp ra hệ thống thoát nước chung của làng Qua phân tíchmôi trường nước mặt của Trung tâm Quan trắc và Phân tích môi trường tỉnhcho thấy hàm lượng COD vượt từ 12-15 lần, TSS vượt từ 2-3 lần, Coliformvượt từ 11-19 lần, Amoni vượt từ 12-16 lần, Photphat vượt từ 26-31 lần tiêuchuẩn cho phép Các hộ sản xuất chủ yếu bằng phương pháp thủ công truyềnthống, chất thải qua ngâm gạo và sản xuất bánh đa được thải trực tiếp ra môitrường tự nhiên

Làng nghề bánh, bún Huỳnh Dương (Diễn Châu, Nghệ An), từ nhiềunăm nay tình trạng nước thải chưa qua xử lí của những hộ làm bún, được thảitrực tiếp ra môi trường, khiến cả làng phải hứng chịu mùi hôi thối, nhất là vàomùa hè oi bức như hiện nay Ảnh hưởng tới đời sống, sức khỏe cũng như hoạtđộng sản xuất của hàng nghìn hộ dân xung quanh Không chỉ ảnh hưởng tớisức khỏe, cuộc sống của người dân, trong những năm gần đây, vấn đề ônhiễm đã làm cho hơn 2.500 m2 lúa không gieo cấy được, hoặc gieo cấy thìchậm phát triển, thu hoạch năng suất thấp

Tại làng bún Khắc Niệm (Bắc Ninh) theo thống kê hiện có hơn 300 hộ

làm bún Mỗi ngày có hàng nghìn mét khối nước thải chưa qua xử lý xả ra hệthống cống, rãnh đang khiến môi trường nước bị ô nhiễm trầm trọng Toàn bộđoạn kênh dài 7km đổ vào sông Sào Khê đã bị ô nhiễm nghiêm trọng Khôngnhững vậy, hệ thống mương xuống cấp, khiến các chất thải ứ đọng, tắc nghẽn

và tràn ra đường bốc mùi hôi thối Kết quả phân tích chất lượng nước thải tại

đây của Chi cục Bảo vệ môi trường tỉnh Bắc Ninh cho thấy, các chỉ tiêuCOD, BOD, hàm lượng coliform đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 20 - 30lần Hiện tại, cả xã mới có khoảng hơn 100 trong số hơn 300 hộ chăn nuôixây dựng bể biogas nên lượng chất thải chăn nuôi thải xuống cống rãnh vẫn