Đồ án Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Viện Khoa Học Công Nghệ & Quản Lý Môi Trường ---ooo 0 ooo--- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN XỬ LÝ NƯỚC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA NÂNG CAO NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………..................................... ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………………………………………......…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẤT Tên viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt ASIATECH Asia Technology Công ty phát triển công nghệ và môi trường Á Đông AOP Advanced oxydation process Quá trình oxy hóa nâng cao ANOP Advenced Non-Photochemical Process Quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng APO Advenced Photochemical Process Quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng BTNMT Bộ tài nguyên môi trường BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học HTXLNT Hệ thống xử lý nước thải PAC Polymer Aluminium Clorid Poly nhôm clorua POP Persistent Organic Polution Chất hữu cơ khó phân hủy QCVN Quy chuẩn Việt Nam TOC Total Organic Carbon Tổng cacbon hữu cơ TSS Total Suspended Solid Tổng chất rắn lơ lửng DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Nội dung Trang Bảng 3.1 Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp 14 Bảng 3.2 Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao 15 Bảng 3.3 Những hợp chất hữu cơ bị oxy hóa bởi tác nhân *OH đã nghiên cứu 19 Bảng 3.4 Mức độ loại bỏ các Clobenzen khi áp dụng hệ O3/xúc tác đồng thể 22 Bảng 5.1 Thông số đầu vào HTXL nước thải Cty 28 28 Bảng 5.2 Hiệu quả xử lý của phương pháp Fenton 37 Bảng 5.3 Hiệu quả xử lý của phương pháp Catazon 43 DANH MỤC CÁC HÌNH Tên bảng Nội dung Trang Hình 2.1 Sơ đồ chung công nghệ dệt nhuộm 10 Hình 2.2 Giản đồ nhuộm cellulose bằng thuốc nhuộm hoạt tính 11 Hình 5.1 Đồ thị thể hiện phương trình đường chuẩn độ màu 28 Hình 5.2 Đồ thị thể hiện tương quan giữa hiệu quả xử lý COD và pH trong quá trình Fenton 29 Hình 5.3 Đồ thị thể hiện pH tối ưu trong quá trình Fenton 30 Hình 5.4 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa lượng phèn và hiệu qua xử lý COD, độ màu trong quá trình Fenton 31 Hình 5.5 Đồ thị thể hiện lượng phèn tối ưu trong quá trình Fenton 32 Hình 5.6 Đồ thị thể hiện tương quan giữa hiệu quả xử lý COD, độ màu và lượng H2O2 sử dụng trong quá trình Fenton 33 Hình 5.7 Đồ thị thể hiện lượng H2O2 tối ưu trong quá trình Fenton 34 Hình 5.8 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của lượng xúc tác dị thể MnSO4 sử dụng trong quá trình Fenton. 35 Hình 5.9 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của xúc tác Oxalic trong quá trình Fenton. 36 Hình 5.10 Đồ thị thể hiện tương quan giữa hiệu quả xử lý và pH sơ bộ của quá trình Catazon. 37 Hình 5.11 Đồ thị thể hiện pH tối ưu của quá trình Catazon 38 Hình 5.12 Đồ thị thể hiện hiệu quả xử lý khi thay đổi lượng phèn sắt trong quá trình Catazon 39 Hình 5.13 Đồn thị thể hiện tỷ lệ phèn sắt/ phèn nhôm tối ưu trong quá trình Catazon. 40 Hình 5.14 Đồ thị thể hiện thời gian sục khí ozon tối ưu trong quá trình Catazon. 41 Hình 5.15 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của xúc tác lên hiệu quả xử lý COD, xử lý độ màu trong quá trình Catazon. 41 Hình 5.16 Đồ thị thể hiện tương quan giữa hiệu quả xử lý và lượng chất trợ keo tụ PAC trong quá trình Catazon. MỤC LỤC CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường là chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới. Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường ô nhiễm do các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra. Điển hình như các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược ,luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu lớn của Việt Nam. Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhưng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta. Ngành dệt may thu hút nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang phát triển không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta. Hầu hết các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đã có hệ thống xử lý nước thải tuy nhiên nước thải đầu ra chưa đạt QCVN 13: 2008/BTNMT. Nguyên nhân do trong thành phần chứa một số hợp chất khó phân hủy nên hiệu quả xử lý không triệt để, chi phí cao. Nhận thấy tính cấp thiết của việc xử lý nước thải dệt nhuộm đạt tiêu chuẩn, với giá thành hợp lý trước khi thải ra môi trường nên đề tài “ Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hoá nâng cao” được tiến hành. Nội dung nghiên cứu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hoá nâng cao ( Fenton, Peroxon, Catazon ). Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton như độ pH, tỉ lệ Fe2+/H2O2, ảnh hưởng của anion vô cơ. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình peroxon như các anion vô cơ, pH và độ kiềm, tỉ lệ H2O2/O3,… Mục đích nghiên cứu . Tiến hành các thí nghiệm thực tế như xác định pH, lượng H2O2, lượng Fe2+…đi đến xác định các yếu tố tối ưu cho quá trình xử lý của từng phương pháp và đưa ra so sánh tổng quan về hiệu quả xử lý của các phương pháp tính hiệu quả về mặt công nghệ và kinh tế. Đối tượng nghiên cứu Nước thải dệt nhuộm. Phạm vi nghiên cứu Nước thải Xí nghiệp nhuộm, thuộc Tổng công ty 28, bộ Quốc Phòng. Phương pháp nghiên cứu 1.6.1. Phương pháp thí nghiệm thực nghiệm Đề tài thực hiện nghiên cứu thực nghiệm từ PTN có đủ dụng cụ, thiết bị, hóa chất cần thiết. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu, phương pháp phân tích mẫu nước thải dưa trên tiêu chuẩn đánh giá QCVN 13:2008/BTNMT.Tiến hành thí nghiệm được lặp lại nhiều lần để lấy kết quả tin cậy. 1.6.2. Phương pháp xử lý số liệu Kết quả thí nghiệm và khảo sát được nhập vào phần mềm Microsoft word, Excel, để xử lý đưa ra bảng biểu, đồ thị, bản vẽ tìm các kết quả nghiên cứu tin cậy và tối ưu. 1.6.3. Phương pháp tổng hợp tài liệu Các tài liệu liên quan đề tài của nhóm được thu thập từ sách, báo, internet, thư viện… được tổng hợp so sánh, phân tích, tích đánh giá. 1.6.4. Phương pháp chuyên gia. Đề tài thực hiện do hướng dẫn của giảng viên có chuyên môn nhằm đánh giá về mặt khoa học đề tài. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHUỘM 2.1 Quy trình công nghệ Tùy theo quy mô của cơ sở dệt nhuộm tính chất của nguyên liệu, tính chất của sản phẩm, trình độ công nghệ mà các công đoạn dệt nhuộm tại các cơ sở khác nhau nhiều hay ít. Công nghệ dệt nhuộm được trình bày trong hình 2.1 Dệt vải Làm Bóng Chuẩn bị nhuộm (Rủ hồ, nấu,tẩy) Nhuộm In bông Hình 2.1 Sơ đồ chung công nghệ dệt nhuộm 2.2 Đặc tính nguồn thải Trong công nghệ dệt nhuộm dùng rất nhiều nước phục vụ cho các công đoạn sản xuất bình quân 50-300m3/tấn sp. Trong đó nguồn ô nhiễm chính xuất phát từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy. Với từng loại vải thì người ta có thể sử dụng thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán hay thuốc nhuộm hoạt tính và với mỗi loại thuốc nhuộm lại yêu cầu môi trường khác nhau è tính chất nước thải cũng khác nhau. Nước thải tẩy dệt: có pH dao động từ 9-12, hàm lượng chất hữu cơ cao COD từ 1000-3000mg/l do thành phần các chất tẩy gây nên. Độ màu của nước thải ở giai đoạn ban đầu có thể lên đến 10000 Pt-Co, hàm lượng cặn lơ lửng khoảng 200mg/l nồng độ này giảm ở những giai đoạn cuối. Thành phần của nước thải bao gồm: thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất oxy hoá cellulose, xút, chất điện ly,… Nước thải nhuộm: không ổn định và khá đa dạng thay đổi trong ngay cả một nhà máy khi nhuộm những loại vải khác nhau. Cho đến nay hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm cũng chỉ đạt khoảng 70%, các chất nhuộm ở dạng nguyên thuỷ hoặc bị phân huỷ ngoài ra một số các chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất tạo môi trường cũng tồn tại trong thành phần nước thải nhuộm gây ra độ màu rất cao của nước thải nhuộm. Thành phần chính của nước thải nhuộm thường chứa các gốc như: RSO3Na, RSO3, N-OH, R-NH2, R-Cl…pH của nước thay đổi từ 2-14, độ màu rất cao có khi lên đến 50.000Pt-Co hàm lượng COD thay đổi từ 80-18.000mg/l. Mức độ gây ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm phụ thuộc vào chủng loại và số lượng thuốc nhuộm và công nghệ áp dụng. 2.3 Tìm hiểu quy trình công nghệ của Xí nghiệp dệt Cty 28 Tuỳ từng giai đoạn sản xuất mà tại nhà máy sử dụng những loại thuốc nhuộm khác nhau, trong giai đoạn nhóm tham gia lấy mẫu tại công ty loại thuốc nhuộm mà nhà máy đang sử dụng là thuốc nhuộm hoạt tính. Đây là loại thuốc nhuộm tan trong nước, có chứa một hoặc vài nguyên tử hoạt tính (khi nhuộm có thể tách ra khỏi thuốc nhuộm để thuốc nhuộm liên kết với xơ, trong điều kiện nhuộm có liên kết với xơ bằng liên kết hoá trị), độ bền giặt và bền ánh sáng kém. Mặt khác do có đủ gam màu, màu tươi thuần sắc, công nghệ nhuộm đa dạng nhưng không quá phức tạp nên nó được nhiều hãng trên thế giới áp dụng với nhiều thương phẩm khác nhau. Giản đồ nhuộm trình bày hình 2.2 NaCl 98oC NaOH TN 60oC thải bỏ 40oC Hình 2.2 Giản đồ nhuộm Cellulose bằng thuốc nhuộm hoạt tính Thuốc nhuộm hoạt tính chủ yếu dùng để nhuộm cellulose, len, tơ tằm. Dạng công thức tổng quát: S – R – T – X Trong đó S – là phần làm cho thuốc nhuộm có tính tan thường là nhóm -SO3Na R - phần mang màu của thuốc nhuộm, không ảnh hưởng đến mối liên kết giữa thuốc nhuộm và xơ. Nó quyết định màu sắc độ bền màu với ánh sáng và vài chỉ tiêu khác. T- nhóm mang nguyên tử hay nhóm phản ứng. Nó làm nhuiệm vụ liên kết thuốc nhuộm với xơ, và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền mối liên kết này, trước hết là bền màu với gia công ướt. Trong một số trường hợp nó quyết định tốc độ phản ứng. X- nguyên tử hay nhóm phản ứng. Trong điều kiện nhuộm nó tách khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo khả năng cho thuốc nhuộm phản ứng hoá học với xơ. Thuốc nhuộm hoạt tính tạo liên kết với xơ theo hai cơ chế phản ứng sau: phản ứng thế ái nhân và phản ứng công hợp ái điện tử. Phản ứng thế ái nhân: trường hợp thuốc nhuộm thuộc họ triazin, pymirazin S – R – T – X + CelO- à S – R – T – O – Cel + X- (2.1) ở pH 8-9 và nhiệt độ cao. Để phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận phải tiến hành loại X- vừa tạo thành. Ngoài phản ứng trên trong quá trình nhuộm còn xảy ra phản ứng thuỷ phân: S – R – T – X + OH à S – R – T – OH + X- (2.2) Khi nhiệt độ và pH tăng thì tốc độ phản ứng thuỷ phân nhanh hơn tốc độ gắn màu, làm thuốc nhuộm bị thuỷ phân dẫn đến độ tận trích giảm. Nhiệt độ và pH là hai yếu tố quan trọng trong kỹ thuật nhuộm. Phản ứng cộng hợp ái điện tử: thường xảy ra với thuốc nhuộm họ vinylsunfon: S – R - SO2 – CH2 –CH2 – OSO3H + NaOH à S – R - SO2 – CH = CH2 S – R - SO2 – CH = CH2 + Cell – O- à S – R - SO2 – CH2 – CH2 – Cell Nếu tăng pH thì thuốc nhuộm bị thuỷ phân. Đối với vải cotton nhuộm bằng thuốc nhuộm hoạt tính gồm hai giai đoạn: Giai đoạn 1: hấp thu thuốc nhuộm, thời gian 30 phút trong môi trường trung tính có thêm muối ăn. Dung dịch nhuộm gồm chất trợ, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly… lúc này thuốc nhuộm gắn đều trên xơ nhưng chưa gắn màu. Giai đoạn 2: gắn thuốc nhuộm lên xơ - sợi bằng các chất kiềm, còn gọi là giai đoạn nhuộm kiềm tính, lúc này đưa thêm tác nhân kiềm vào. Tuỳ loại thuốc nhuộm mà ta đưa tác nhân kiềm phù hơp. Phải chia làm hai giai đoạn vì thuốc nhuộm hoạt tính có ái lực với cellulose không cao. Do đó phải thuốc nhuộm nào có ái lực lớn mới nhuộm gián đoạn (tận trích). Muối ăn và các chất tương tự đưa vào giai đoạn đầu để tăng hàm lượng các chất bám vào xơ, tăng hiệu suất sử dụng thuồc nhuộm (đưa NaCl vào một thời gian nhất định sẽ nâng cao độ bền màu), sử dụng triệt để thuốc nhuộm đạt độ sâu màu cao. Khi có mặt kiềm thì thuốc nhuộm mới liên kết hoá học với xơ. Tùy từng loại thuốc nhuộm do các hãng chế tạo khác nhau mà thuốc nhuộm hấp phụ vào xơ đạt 75-95%. Nhưng thực tế chỉ đạt 65-75% phần còn lại bị thuỷ phân. CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO 3.1 Định nghĩa Các quá trình oxy hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra ngay trong quá trình xử lý. Gốc hydroxyl là tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong những tác nhân oxy hóa đã biết từ trước đến nay, có khả năng phân huỷ oxy hóa không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó phân huỷ nhất, biến chúng thành những hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hoá) không độc hại như CO2, H2O, axít vô cơ…từ những tác nhân oxy hóa thông thường như hydrogen peroxit, ozone, có thể nâng cao khả nâng oxy hoá của chúng bằng các phẩn ứng hoá học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là các quá trình oxy hoá nâng cao. Các quá trình oxy hóa nâng cao nổi lên trong những năm gần đây như một loại công nghệ cao có tầm quan trọng trong việc đẩy mạnh các quá trình oxy hóa, giúp phân huỷ nhiều loại hợp chất hữu cơ khó phân huỷ như hydrocacbon halogen hóa, hydrocacbon aromatic, các hoá chất bảo vệ thực vật, dioxin, furan, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt… Ngoài ra do tác dụng oxy hóa cực mạnh nên chúng có thể tiêu diệt được các loại vi khuẩn thông thường và những loại vi khuẩn như Campylobacter, Yersina, Mycrobacteria, Legionella, Cryptosporidium. Mặt khác tác nhân *OH không tạo ra các sản phẩm phụ gây ưng thư như các hợp chất chứa clor trihalometan (THM). Oxy hoá là quá trình trong đó electron được chuyển từ chất này sang chất khác. Điều này tạo ra một hiệu điện thế được tính bằng volt dựa trên hiệu điện thế điện cực hydro bằng 0. Mỗi tác nhân oxy hoá đều có một thế oxy hoá khác nhau và đại lượng này dùng để so sánh khả năng oxy hoá mạnh hay yếu của chúng. Bảng 3.1 Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp Tác nhân oxy hoá Thế oxy hoá, V Gốc hydroxyl Ozone Hydrogen peroxit Permanganat Hydrobromic axit Clo dyoxit Hypocloric axit Hypoiodic axit Clo Brom Iod 2,80 2,07 1,78 1,68 1.59 1,57 1.49 1.45 1.36 1.09 0.54 (Nguồn: Zhou, H. and Smith, D.H, 2001) Nhiều tác nhân oxy hoá mạnh là các gốc tự do trong đó gốc hydroxyl là tác nhân oxy hoá mạnh nhất có thế oxy hoá là 2,8V, cao gấp 1,52 lần ozone, gấp 2,05 lần Cl. Đặc tính của gốc tự do là trung hoà về điện trong khi các ion đều mang điện tích dương hoặc âm. Gốc tự do được tạo thành từ sự tách ra hai phần bằng nhau của liên kết electron. Các gốc tự do này không tồn tại sẵn như các tác nhân oxy hoá thông thường mà chỉ được sản sinh trong quá trình phản ứng với thời gian tồn tại rất ngắn chỉ khoảng vài phần nghìn giây nhưng liên tục sinh ra trong suốt quá trình phản ứng. 3.2 Phân loại Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ , dựa theo đặc tính quá trình sử dụng hay không sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV có thể phân loại quá trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm như bảng 3.2 Bảng 3.2 Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao Nhóm quá trình Quá trình Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng (Advanced Non-Photochemical Process- ANPO) Quá trình Fenton Quá trình Peroxon Quá trình Catazon Quá trình oxy hóa điện hóa Quá trình Fenton điện hóa Quá trình siêu âm Quá trình bức xạ năng lượng cao Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng (Advenced Photochemical Process- APO) Quá trình UV/ H2O2 Quá trình UV/ O3 Quá trình UV/ H2O2 + O3 Quá trình VUV/ H2O Quá trình quang Fenton Quá trình quang Fenton biến thể Quá trình quang xúc tác bán dẫn UV/TiO2 (Nguồn, US EPA, 1998;US EPA, 2001) 3.3 Tình hình nghiên cứu và áp dụng các quá trình oxy hóa nâng cao hiện nay Nhờ những ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POP), trong việc khử trùng an toàn và triệt để. Công nghệ dựa trên các quá trình oxy hóa nâng cao dựa trên gốc tự do Hydroxyl *OH được xem như chiếc “chìa khóa vàng” để giải bài toán thách thức cho nghành xử lý nước và nước thải hiện nay. Đó là lý do tại sao AOP được mệnh danh là quá trình xử lý nước của thế kỷ 21. 3.4 Cơ sở lý thuyết của quá trình Fenton Năm 1894 trong tạp chí của Hội hoá học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của tác giả J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxy hóa của axit malic bằng H2O2 đã tăng mạnh khi có mặt là các ion sắt. Sau đó tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng làm tác nhân oxy hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fenton” (Fenton reagent). 3.4.1 Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl *OH Thông thường qui trình oxi hóa Fenton đồng thể gồm 4 giai đoạn: Điều chỉnh pH phù hợp Phản ứng oxi hóa Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành gốc *OH hoạt tính và phản ứng oxi hóa chất hữu cơ. Cơ chế hình thành gốc *OH sẽ được xét cụ thể sau. Gốc *OH sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng ôxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước cần xử lý: chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp CHC (cao phân tử) +*HO ® CHC (thấp phân tử) +CO2 +H2O+ OH- (3.1) Trung hòa và keo tụ Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa cần nâng pH dung dịch lên >7 để thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành: Fe3+ + 3OH- ®Fe(OH)3 (3.2) 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 khiến làm giảm COD, mầu, mùi trong nước thải. Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung bằng phương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp khác. 3.4.2 Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl •OH và động học các phản ứng Fenton: * Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe2+ Mặc dù tác nhân Fenton đã được biết hàng thế kỷ nay nhưng cơ chế của phản ứng Fenton cho đến nay vẫn còn đang tranh cãi, thậm chí có ý kiến trái ngược nhau. Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (thông thường dùng muối FeSO4) và hydro 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 – (3.3) Phản ứng trên được gọi là phản ứng Fenton do ông là người đầu tiên đã mô tả quá trình này. Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi nhiều tác giả sau này, các nghiên cứu này cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng chính thì trong quá trình Fenton còn có xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại bao gồm: Fe2+ + H2O2 ® Fe3+ + *OH + OH – (3.4) Fe3+ + H2O2 ® Fe2+ + *HO2 + H + (3.5) *OH + Fe2+ ® OH - + Fe3+ (3.6) *OH + H2O2 ® H2O + *HO2 (3.7) Fe2+ + *HO2 ® Fe3+ + HO2 - (3.8) Fe3+ + *HO2 ® Fe2+ +O2 + H+ (3.9) Những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đóng vai trò là chất xúc tác. Quá trình chuyển Fe3+ thành Fe2+ như mô tả trong phản ứng (3.5) xảy ra rất chậm, hằng số tốc độ k rất nhỏ so với phản ứng (1) vì vậy sắt tồn tại sau phản ứng chủ yếu ở dạng Fe3+. Theo Walling, C. (1975) gốc tự do •OH sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2 nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi: *OH + Fe2+ ® OH - + Fe3+ (3.10) *OH +