Ưu điểm nổi bật của cỏc phương phỏp húa học so với cỏc phương phỏp húa lý là biến đổi, phõn hủy chất ụ nhiễm (chất màu) thành cỏc chất dễ phõn hủy sinh học hoặc khụng ụ nhiễm chứ khụng phải chuyển chỳng từ pha này sang pha khỏc. So với phương phỏp vi sinh thỡ tốc độ xử lý chất thải bằng phương phỏp húa học nhanh hơn nhiều.
1.3.3.1. Khử húa học
Được ứng dụng trong trường hợp nước thải chứa cỏc chất dễ bị khử. Phương phỏp khử húa học hiệu quả với cỏc thuốc nhuộm azo nhờ phõn giải liờn kết azo tạo thành cỏc amin thơm khụng màu cú khản năng phõn giải vi sinh hiếu khớ tốt hơn thuốc nhuộm gốc.
Khử húa học trờn cơ sở natri bohidrid, xỳc tỏc bisunfit ỏp dụng với thuốc nhuộm tan trong nước như thuốc nhuộm trực tiếp, axit, hoạt tớnh chứa cỏc nhúm azo hoặc cỏc nhúm khử được và thuốc nhuộm phức đồng. Quy trỡnh này cú thể khử màu trờn 90 % [16].
1.3.3.2. Oxi húa húa học
Cỏc phương phỏp xử lớ hoỏ học được dựng khi xử lớ sinh học đạt hiệu quả thấp và cú thể sử dụng như là một bước tiền xử lớ sinh học, phương phỏp này được sử dụng khi nước thải chứa nhiều chất thải độc hại hoặc khụng thể phõn huỷ sinh học cũng như cỏc quỏ trỡnh phõn huỷ hoỏ học thụng thường, phương phỏp hoỏ học được sử dụng khi nồng độ chất ụ nhiễm cao.
Lĩnh vực ỏp dụng cụng nghệ oxi hoỏ là:
- Oxi hoỏ phõn huỷ sơ cấp nhằm mục tiờu giảm một phần chất hữu cơ, phõn huỷ cỏc chất
- Cú phõn tử lượng lớn thành nhỏ, biến cỏc chất khú phõn huỷ vi sinh thành xử lớ được.
- Giải độc cho nước thải trước phõn huỷ vi sinh. - Khoỏng hoỏ, giải độc hoàn toàn.
- Trong xử lớ nước cấp, oxi hoỏ là bước cuối cựng trong cụng nghệ xử lớ nhằm mục đớch sỏt trựng.
Đụi khi quỏ trỡnh oxi hoỏ bờn cạnh mặt tốt là giảm thành phần hữu cơ lại tăng độc tớnh cho nước (nhất là trường hợp dựng clo).
Khi lựa chọn chất oxi hoỏ cần quan tõm: - Chi phớ hoỏ chất
- Cụng nghệ sử dụng chất oxi hoỏ và khả năng phối hợp với cỏc cụng nghệ khỏc (vi sinh, hấp phụ , siờu lọc…).
- Hiệu quả xử lớ, khả năng gõy độc
Khi núi về chi phớ hoỏ chất , ta thấy oxi khụng khớ sẽ rẻ nhất. Tuy nhiờn nếu ỏp dụng ở nhiệt độ mụi trường, oxi khụng khớ (kể cả oxi tinh khiết) rất trơ, nú chỉ hoạt động khi cú xỳc tỏc, đú là hai trường hợp đó được chứng minh: một là trường hợp oxi hoỏ bằng cỏc kỹ thuật vi sinh, trong đú vi sinh đúng vai trũ xỳc tỏc, hai là trường hợp xỳc tỏc quang hoỏ.
Những nghiờn cứu khả năng sử dụng oxi ở nhiệt độ thấp khỏc (dựng xỳc tỏc phức) chưa mang lại kết quả thực tế. Cỏch thứ hai để sử dụng oxi là ỏp dụng ở nhiệt độ cao cú hoặc khụng cú xỳc tỏc.
Cỏc tỏc nhõn oxi hoỏ cú khả năng ỏp dụng ở nhiệt độ thường là: oxi (nếu ỏp dụng cỏc kỹ thuật vi sinh), clo và cỏc hợp chất clo, ozụn, H2O2, KMnO4 và oxi hoỏ điện hoỏ. Để cú thể so sỏnh chi phớ xử lớ với cỏc tỏc nhõn oxi hoỏ khỏc nhau cú thể đỏnh giỏ sơ bộ theo bảng sau:
Bảng 1.5 - So sỏnh chi phớ cỏc phương ỏn oxi hoỏ nhiệt độ thường [6] Chất oxi hoỏ SFr/kg đương lượng Hiệu suất trung bỡnh Phớ xõy dựng cơ bản (M.SFr/100kg/h) Phớ xử lớ SFr/kg COD O2-vi sinh < 1 - 2 - 6 1 - 3 Cl2 18 50 3 6,5 H2O2 45 55 3 12 O3 60 90 24 14 Điện hoỏ 10 56 10 6,1
(M.SFr = một triệu frank Thuỷ Sĩ, 1 SFr ≈ 12000 đồng Việt Nam - thỏng 8/2006).
Trong trường hợp chất ụ nhiễm là những chất bền, khú oxi hoỏ, phương phỏp xử lớ chỳng là hấp phụ hhoặc phõn huỷ bằng những tỏc nhõn oxi hoỏ mạnh khụng truyền thống như oxi hoỏ pha lỏng ở nhiệt độ, ỏp suất cao hoặc oxi hoỏ bằng cỏc gốc tự do •OH ( cỏc phương phỏp oxi hoỏ tiờn tiến AOPs).
Cỏc phương phỏp oxi húa hoỏ học cú thể chia thành hai nhúm: -Cỏc phương phỏp oxi hoỏ tryền thống.
-Cỏc phương phỏp oxi hoỏ tiờn tiến (AOPs)
a. Cỏc phương phỏp oxi hoỏ truyền thống
Là cỏc phương phỏp sử dụng húa chất cú tớnh oxi hoỏ. Khi đú sẽ xảy ra cỏc phản ứng oxi húa để lại bỏ cỏc chất ụ nhiễm. Cỏc tỏc nhõn oxi hoỏ thường được sử dụng phổ biến là:
-Clo (Cl2): Đõy là tỏc nhõn oxi hoỏ mạnh, rẻ tiền, dễ sử dụng, cú thể được sử dụng hiệu quả trong xử lớ nước thải cũng như để tiệt trựng. Tuy nhiờn, nhược điểm chớnh của Clo là khả năng oxi húa thấp. Do đú cần liều lượng lớn và cú thể tạo ra cỏc sản phẩm phụ là cỏc chất cơ clo.
-Hydropeoxit (H2O2): Là một tỏc nhõn oxi hoỏ đa mục đớch, được sử dụng với nhiều hệ thống lớn. Cú thể sử dụng riờng hoặc kết hợp với cỏc chất xỳc tỏc khỏc (muối sắt sunfat hoặc muối Al3+, Cu2+…). Ưu điểm cơ bản của H2O2 là một chất oxi hoỏ rẻ, cường độ oxi hoỏ cao, dễ vận dụng, tan trong nước, khụng tạo ra chất độc
hoặc chất màu trong cỏc sản phẩm phụ. H2O2 cú thể được sử dụng với bức xạ cực tớm tăng hiệu quả xử lớ.
-Kalipemanganat (KMnO4): là tỏc nhõn oxi hoỏ mạnh nhưng tương đối đắt. Thường được sử dụng để oxi hoỏ phenol và cỏc chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. Oxi hoỏ bằng KMnO4 thường tạo ra MnO2 kết tủa nờn phải lọc để loại bỏ, do đú làm tăng chi phớ xử lớ.
-Ozon: Là chất oxi hoỏ cú hoạt tớnh cao và độ hoà tan trong nước gấp nhiều lần oxy. Ozon cú khả năng oxi hoỏ rất cao, dễ dàng nhường oxi nguyờn tử hoạt tớnh cho cỏc tạp chất hữu cơ được sử dụng hiệu quả trong nhiều ứng dụng như loại bỏ màu, diệt trựng, loại bỏ mựi vị và cỏc chất hữu cơ. Hiệu quả khử màu cũn cao hơn Cl2 hay H2O2, khú khăn nhất trong ỏp dụng phương phỏp xử lớ này là phải cú một thiết bị sản xuất ra ozụn an toàn, chi phớ cho phương phỏp này cũng rất cao.
b. Cỏc phương phỏp oxi hoỏ tiến tiến
Cỏc quỏ trỡnh oxi hoỏ tiờn tiến được định nghĩa là cỏc quỏ trỡnh oxi húa dựa trờn sự sử dụng cỏc gốc tự do rất hoạt động (đặc biệt là gốc hydroxyl •OH). Gốc •OH là một tỏc nhõn oxi hoỏ mạnh, rất khụng bền, oxi hoỏ khụng chọn lọc, dễ dàng oxi hoỏ hầu hết cỏc hợp chất hữu cơ, ngay cả cỏc hợp chất ankenyl halogenua và cỏc aryl halogennua, phản ứng rất mạnh ở nhiệt độ thường. Cú 2 nhúm phương phỏp oxi hoỏ tiờn tiến: nhúm cỏc phương phỏp hoỏ học khụng kết hợp với quang học như phương phỏp ozụn hoỏ ở pH cao, phương phỏp oxi hoỏ bằng hỗn hợp O3/H2O2, phương phỏp oxi hoỏ bằng hệ Fenton (H2O2/Fe2+). Nhúm cỏc phương phỏp quang hoỏ bao gồm: phương phỏp oxi hoỏ bằng O3/UV, phương phỏp oxi hoỏ bằng H2O2/UV hoặc bằng O3/ H2O2/UV…