Tác giả Mengmeng Kang và cộng sự [32] đã chế tạo vật liệu nội điện phân Fe-C với chất độn là bột sinh học từ vỏ dừa, bentonite, ammonium oxalate và bột niken. Hiệu suất loại bỏ COD và loại bỏ hàm lượng dầu có trong nước thải dầu với nồng độ ban đầu 100g/L là 79,82% và 91,68%, sau 100 phút, ở các điều kiện tối ưu: Tỷ lệ khối
lượng Fe:C là 5:1; hàm lượng bentonite 20%; nhiệt độ nung 900°C; thời gian nung 2 giờ; hàm lượng amoni oxalate 1,5% và hàm lượng niken là 6,78%.
Ngành công nghiệp giấy và bột giấy tạo ra một lượng lớn nước thải màu trong các quy trình nghiền, tẩy trắng và làm giấy. Nước thải từ giai đoạn rửa và tẩy bột giấy còn được gọi là nước thải nghiền ở giai đoạn giữa, rất khó xử lý do có độc tính và hàm lượng màu cao. Mingyou Liu và các cộng sự [34] đã ứng dụng vật liệu nội điện phân Fe-C để xử lý nước thải nghiền ở giai đoạn giữa. Các kết quả cho thấy có hiệu quả rõ rệt trong việc loại bỏ màu ở các điều kiện tối ưu. Các ion Fe2+ được tạo ra trong quá trình nội điện phân cùng với chất oxy hóa H2O2 có vai trò tương tự như phương pháp Fenton, giúp tăng cường loại bỏ COD và độ màu của nước thải.
Weiwei Ma và cộng sự [53] đã kết hợp vật liệu nội điện phân Fe-C với màng sinh học MEBR loại bỏ các hợp chất phenolic trong nước thải khí hóa than (CGW). Kết quả cho thấy quá trình tích hợp đã cải thiện tính ổn định cấu trúc của bùn hoạt tính và đa dạng sinh học của cộng đồng các vi sinh vật. Đặc biệt màng sinh học MEBR làm giảm sự thụ động, kéo dài tuổi thọ làm việc của vật liệu Fe-C. Hiệu suất loại bỏ hàm lượng COD là 86,5%, các hợp chất phenolic là 88,3%.
Khả năng phản ứng của natri persulfate (PS) trong quá trình khử màu của methyl cam (MO) trong môi trường nước sử dụng vật liệu Fe-C đã được Peng Li và các cộng sự [37] nghiên cứu. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy MO đã được nghiên cứu như: nồng độ natri persulfate, pH, tỷ lệ khối lượng Fe:C, nồng độ MO ban đầu và nhiệt độ. Hiệu suất khử màu MO đạt đến 91,27% trong điều kiện pH = 3, tỷ lệ khối lượng Fe:C = 3:1, PS thêm 10 mM và nồng độ MO ban đầu 0,61 mM.
Zemeng Yang và các cộng sự [63] đã ứng dụng vật liệu nội điện phân Fe-C để nghiên cứu sự phân hủy của thuốc nhuộm azo điển hình Sunset Yellow (SY) trong môi trường nước. Tác giả đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy SY như: thời gian, pH, tỷ lệ khối lượng Fe/C. Kết quả với nồng độ ban đầu của SY bằng 500 mg/L hiệu suất phân hủy SY đạt 99,0% ở điều kiện thời gian 90 phút, pH=6, tỷ lệ khối lượng Fe:C=1:1. Ngoài ra, ion sunfat có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình nội điện phân của vật liệu Fe-C. Kết quả nghiên cứu động học chỉ ra rằng quá trình nội điện phân của vật liệu Fe-C tuân theo phương trình động học bậc hai. Vật liệu Fe-C có thể
loại bỏ các hợp chất vòng mạch alkyl và vòng benzen một cách hiệu quả trong các điều kiện tối ưu.
Ruihong Yang và các cộng sự [42] đã chế tạo vật liệu Fe-C-Al bằng phương pháp nung yếm khí ở nhiệt độ cao với tỷ lệ số mol Fe:C:Al là 3:1:1 để xử lý nước thải nhà máy lọc dầu. Các điều kiện tối ưu để xử lý nước thải nhà máy lọc dầu bằng vật liệu Fe-C-Al là pH=3, thời gian phản ứng là 80 phút và nồng độ phụ gia NaSO4 0,05 mol/L. Động học quá trình xử lý nước thải nhà máy lọc dầu tuân theo phương trình động học bậc ba.
Yan Wang và cộng sự [60] đã kết hợp vật liệu Fe-C với H2O2 để tiền xử lý nước thải dệt nhuộm. Hiệu suất xử lý COD là 77,65% sau 186 phút, khi nồng độ H2O2, pH ban đầu và khối lượng Fe-C lần lượt là 8,88 g/L; 1,5 và 837 g/L. Phổ UV-Vis chỉ ra rằng sự thay đổi màu xanh đáng kể ở bước sóng 220 nm, do các hợp nhất hydrocarbon thơm đã bị phân hủy.
Zhenchao Zhang [64] đã nghiên cứu phương pháp nội điện phân, fenton và keo tụ để xử lý nước thải ô nhiễm dầu. Kết quả cho thấy: Đối với phương pháp nội điện phân điều kiện tối ưu để xử lý nước thải ô nhiễm dầu là: pH=3; khối lượng Fe-C là 50 mg/L; tỷ lệ khối lượng của Fe:C là 2:3, thời gian phản ứng là 60 phút. Đối với quá trình oxy hóa Fenton, thời gian phản ứng là 90 phút, khối lượng H2O2 là 12 mg/L, với tỷ lệ mol H2O2 : Fe2+ là 30, pH=3. Đối với quá trình keo tụ pH, khối lượng cation polyacrylamide, tốc độ trộn và thời gian lần lượt là 4; 3,2 mg/L; 150 vòng/phút và 30 giây. Hiệu suất xử lý COD trong nước thải chứa dầu đối với phương pháp nội điện phân, fenton, keo tụ lần lượt là 56,95%, 46,23%, 30,67%. Kết hợp cả 3 phương pháp thì hiệu suất loại bỏ COD đạt 85,23%, trong đó sự đóng góp của từng phương pháp là 68,45% (nội điện phân), 24,07% (oxy hóa Fenton), 7,48% (keo tụ). Như vậy phương pháp nội điện phân là phương pháp hiệu quả nhất xử lý nước thải ô nhiễm dầu.
Jingang Huang và các cộng sự [24] đã kết hợp giữa phương pháp keo tụ, nội điện phân với sự bổ sung tại chỗ hydro peroxide để xử lý nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp. Kết quả hiệu suất loại bỏ COD, tổng hàm lượng carbon hữu cơ và độ màu lần lượt là 79,2%, 79,6% và 90,8%. Ngoài ra, tỷ lệ BOD5/COD trong nước thải tăng từ 0,03 lên 0,31. Các kết quả chỉ ra rằng quá trình kết hợp giữa phương pháp keo tụ, nội điện phân là một cách hiệu quả và kinh tế để loại bỏ các chất hữu cơ và cải thiện khả năng phân
hủy sinh học. Việc bổ sung thêm H2O2 đã thúc đẩy ăn mòn sắt (Fe2 +/Fe3+) và gây ra hiệu ứng đomino, tăng cường khả năng loại bỏ nước rỉ rác.
Thuốc nhuộm anthraquinone (X-BR) là chất gây ô nhiễm rất phổ biến trong số các chất thải dệt nhuộm và việc xử lý các chất thải này đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Lei Qin và các cộng sự [26] đã kết hợp phương pháp nội điện phân với màng sinh học (MBR) xử lý thành công nước thải nhuộm X-BR màu xanh dương. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng của các ion sắt được giải phóng từ vật liệu nội điện phân đã tác dụng lên màng sinh học, do đó, kiểm soát ion sắt là yếu tố quan trọng khi kết hợp nội điện phân với màng sinh học.
Tác giả Wang Yu-ping và cộng sự [52] đã sử dụng vật liệu Fe-C để loại bỏ các dẫn xuất naphthalene là natri 2-naphthalenesulfonate, 2-naphthol,2,7- đihyđroxynaphthal trong môi trường nước, kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ TOC là 42,8%. Với tỉ lệ Fe:C trong khoảng 2:1 đến 4:1. Feng Ju và cộng sự [18] đã ứng dụng vật liệu này nghiên cứu loại bỏ 98,2% Cu và 32,5% EDTA (Ethylene Diamine Tetracetic Acid) trong nước thải chứa phức Cu-EDTA trong điều kiện pH bằng 3, thời gian phản ứng 40 phút. Tương tự Run-hua Chen và cộng sự [43] cho kết quả nồng độ TOC giảm từ 200 mg/L xuống 40,66 mg/L và nồng độ Cu (II) còn lại giảm từ 60 mg/L ban đầu xuống còn 1,718 mg/L khi sử dụng phương pháp nội điện phân để xử lý nước thải chứa phức Cu-EDTA.
Một số kết quả xử lý bằng phương pháp nội điện phân đối với các loại chất thải khác nhau được tập hợp trong bảng 1.8.
Bảng 1.6. Tổng hợp kết quả ứng dụng nội điện phân trong xử lý nước thải TT Chất thải Phương pháp Hiệu quả xử lý Nguồn
1 Nước thải giấy và bột giấy
Nội điện phân +
oxi hóa Fenton 92,1% độ màu [34]
2 Nước thải
dược phẩm
Nội điện phân + oxi hóa Fenton
COD và BOD5 dưới
90mg/L và 15mg/L [56] 3 Nước thải chứa dầu Nội điện phân 79,82% - 91,68%
TT Chất thải Phương pháp Hiệu quả xử lý Nguồn
4 Nước thải chứa
phức Cu-EDTA Nội điện phân
98,2% Cu và 32,3%
EDTA [18]
5 Nước rỉ rác Nội điện phân +
hydro peroxide 79,2% COD [24]
6 Nước thải
thuốc trừ sâu
Nội điện phân +
than sinh học 64% COD [33]
7
Phenolic trong nước thải khí hóa
than
Nội điện phân + màng sinh học
(MEBR)
86,5% COD và
88,3% phenolic [53]
8 Methyl cam Nội điện phân +
Persulfate 76,03% methyl cam [37] 9 Nitrobenzene Nội điện phân +
hydro peroxide 97,72% nitrobenzene [39] 10 Dinitrođiazophenol Nội điện phân COD 86,65% [21] 11 Axit bromoamin Nội điện phân +
sinh học hiếu khí
81,2÷96,6% COD
[27]
12 Naphtalen Nội điện phân 48,9÷92,6% TOC [52]
13 p-nitrophenol Nội điện phân 95% COD và
89% TOC [48]
14 Ciprofloxacin Nội điện phân + vi sinh
90% ciprofloxacin
[29]
15 Nước thải
dệt nhuộm Nội điện phân
90% độ màu
và 50% COD [61]
16 Nước nhiễm mặn Nội điện phân 62,69% COD, 81,2
% Nitơ tổng [58] 17 Vùng đất
nhiễm mặn Nội điện phân
96,97% N H +4-N 84,62% photpho tổng
TT Chất thải Phương pháp Hiệu quả xử lý Nguồn
18 Nước thải
acrylonitril Nội điện phân
68,8% COD và
73,9% acrylonitrile [16] 19 Dầu đá phiến Nội điện phân
và axit hóa
61% dầu, 78,38%
COD, 97,64% phenol [55] Ở Việt Nam việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi điện phân mới chỉ bắt đầu. Nhóm tác giả Vũ Duy Nhàn [8], [9] đã bước đầu khảo sát xử lý nước thải thuốc nổ bằng vật liệu nội điện phân, cho thấy hiệu quả xử lý cao của vật liệu này đối với nước thải nhiễm TNT (Trinitrotoluen). Để đạt giá trị sức điện động cao của cặp vi pin, nhóm này đã bổ sung đồng kim loại bên cạnh bột sắt. Tác giả Nguyễn Nhị Trự và Lê Quang Hân [11] đã nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật nội điện phân sắt-cacbon để xử lý thuốc nhuộm trong nước thải ngành dệt nhuộm, kết quả trên đã cho thấy sự khả thi trong việc ứng dụng vật liệu nội điện phân trong xử lý độ màu, COD của nước thải chứa thuốc nhuộm, hiệu quả càng cao tương ứng với thời gian phản ứng càng dài. Tác giả Đỗ Trà Hương và cộng sự đã sử dụng vật liệu Fe-C [4] phân hủy xanh metylen (MB), các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy MB của vật liệu Fe-C đã được nghiên cứu như: pH, thời gian, khối lượng vật liệu Fe-C, nồng độ đầu MB, tốc độ lắc đến hiệu suất phân hủy MB. Kết quả cho thấy tại giá trị pH=4, thời gian lắc 150 phút, tốc độ lắc 200 vòng/phút, khối lượng vật liệu Fe-C là 0,05 g, ở nhiệt độ phòng (~ 25oC), nồng độ MB ban đầu bằng 192,59 mg/L thì hiệu suất phân hủy MB là 96%. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào ứng dụng vật liệu nội điện phân để xử lý nước thải cốc hóa.