2. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
2.2. Phương pháp oxy hóa khử
Phương pháp oxy hóa khử là xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học bằng cách trao đổi các ion trong nước thải. Một chất có khả năng làm mất electron có chất oxy hóa mạnh, chất còn lại đóng vai trò là chất khử.
Phương pháp này chỉ được sử dụng khi không thể tách các tạp chất ô nhiễm ra khỏi nước thải mà cần đến sự hỗ trợ từ tác nhân hóa học. Nhờ vậy mà nhiều chất độc hại được chuyển thành chất ít độc hại hơn.
Để làm sạch nước tự nhiên và nước thải người ta có thể dùng các chất oxy hóa như Clo dạng khí và dạng lỏng, điclooxit, CaOCl2, Ca(ClO)2 và Na, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O2 , O3 ,MnO2 …
Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó oxy hóa hóa học chỉ được dùng để loại các tạp chất gây nhiểm bẩn trong nước mà không thể tách bằng phương pháp khác như khử xyanua hay hợp chất hòa tan của As (trang 175,[4]).
thường được dùng để tách hydrosunfua, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi chất thải.
Ví dụ: Quá trình tách xyanua ra khỏi nước thải được tiến hành ở môi trường kiềm (pH = 9 ). Xyanua có thể bị oxy hóa tới N2 và CO2 theo phương trình sau:
CN- + 2OH- + Cl2 → CNO- + 2Cl- + H2O
2CNO- + 4OH- + Cl2 → CO2 + 6Cl- +N2 + H2O
(trang 176,[4])
● Oxy hóa bằng hydro peoxit:
H2O2 được dùng để oxy hóa các nitrit, xyanua, phenol, các chất thải chứa lưu huỳnh và các chất nhuộm mạnh.
Trong môi trường axit H2O2 thể hiện rõ chức năng oxy hóa, còn trong môi trường kiềm là chức năng khử. Trong môi trường axit, H2O2 chuyển Fe2+
thành Fe3+, HNO2 thành HNO3, SO32- thành SO42- , CN- bị oxy hóa trong môi trường kiềm (pH = 9 – 12) thành CNO-.
Ngoài tính oxy hóa, người ta còn dùng tính khử của H2O2 để loại Clo ra khỏi nước:
H2O2 + Cl2 → O2 + 2HCl
H2O2 + NaClO → O2 + NaCl + H2O
● Oxy hóa bằng oxy không khí:
O2 trong không khí được dùng để tách Fe ra khỏi nước theo phản ứng: 4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH-
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+
O2 trong không khí còn được dùng để oxy hóa sunfua trong
nước thải của các nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ và hóa dầu. Quá trình oxy hóa hydrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra như sau:
Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng và mức oxy hóa sunfua và hydrosunfua tăng (trang 177, [4]).
● Oxy hóa bằng MnO2:
MnO2 được dùng để oxy hóa As3+ đến As5+ theo phản ứng sau: H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 → H3AsO4 + MnSO4 + H2O Khi tăng nhiệt độ (nhiệt độ tối ưu 70-80o) thì mức oxy hóa tăng. Quá trình oxy hóa này thường được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu MnO2 hoặc trong thiết bị có khuấy trộn với vật liệu đó (trang 178, [4]).
● Ozon hóa:
Oxy hóa bằng ozon cho phép các tạp chất nhiễm bẩn, màu, mùi vị lạ đối với nước, hay có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, H2S, các hợp chất của As, chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm, hiđrocacbon thơm, thuốc sát trùng.
Trong xử lý nước bằng ozon, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và xảy ra sự khử trùng đối với nước. Các vi khuẩn chết nhanh hơn so với xử lý nước thải bằng Clo vài nghìn lần.
Ozon có thể oxy hóa tất cả các chất vô cơ và hữu cơ.
Ví dụ: oxy hóa Fe2+, Mn2+ tạo thành kết tủa hyđroxit hay đioxit permanganat không tan:
2FeSO4 + H2SO4 + O3 → Fe2(SO4)3 + O2 + H2O MnSO4 + O3 + 2H2O → H2MnO3 + O2 + H2SO4
2H2MnO3 + 3O3 → 2HMnO4 + 3O2 + H2O Oxy hóa NH3 trong môi trường kiềm như sau:
NH3 + 4O3 → NO3- + 4O2 + H+ + H2O
● Làm sạch bằng khử:
Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để xử lý các hớp chất thủy nagan, crom, asen. Trong phương pháp này, hợp chất thủy ngân vô cơ được khử đến thủy ngân kim loại và tách ra khỏi nước nhờ lắng, lọc hoặc kéo tụ.
hợp chất của chúng có thể dùng sunfat sắt, hydroxit natri, bột sắt, H2S, bột nhôm,…
Phương pháp phổ biến để khử asen là cho nó lắng dưới dạng các hợp chất khó tan, còn các hợp chất chứa crom hóa trị 6 người ta khử nó đến crom hóa trị 3 và cho nó lắng dưới dạng hydroxit trong môi trường kiềm. Chất khử có thể là than hoạt tính, sunfat sắt, bisunfat natri, hydro, dioxit lưu huỳnh, các phế thải hữu cơ. Khử bằng dung dịch bisunfat natri:
4 H2CrO4 + 6NaHSO3 + 3H2SO4 → 2Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 10H2O
Để lắng Cr(III), người ta ứng dụng tác chất kiềm Ca(OH)2, NaOH (giá trị pH tối ưu là pH = 8 – 9,5):
Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3
Sử dụng sunfat sắt sẽ thu được kết quả tốt. Trong môi trường axit
2CrO3 + 6FeSO4 + 6H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + 6H2O
Trong môi trường kiềm
2Cr2O3 + 6FeSO4 + 6Ca(OH)2 + 6 H2O → 2Cr(OH)3 + 6Fe(OH)3 + 6CaSO4
Có thể lắng Cr(III) bằng axetat bari (Cr(VI) lắng dưới dạng cromat bari). Ưu điểm của phương pháp này là có thể xử lý đồng thời Cr(VI) và ion SO42-.