Xử lý nước thải bằng phương pháp Peroxone

Quá trình oxy hóa nâng cao
Các quá trình oxy hóa nâng cao AOPs là một trong những công nghệ cao được phát triển trong khoảng 20 năm trở lại đây. AOPs là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào các gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra “in situ” ngay trong quá trình xử lý.
Gốc *OH là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong các tác nhân oxy hóa từ trước tới nay, có khả năng oxy hóa không lựa chọn với mọi hợp chất hữu cơ, cả những chất khó phân hủy hoặc không phân hủy sinh học, biến chúng thành những hợp chất vô cơ như CO2, H2O, các axit vô cơ…
Các tác nhân oxy hóa thông thường như H2O2, O3, có thể nâng cao khả năng oxy hóa của chúng bằng các phản ứng hóa học khác nhau để tạo gốc *OH, thực hiện quá trình oxy hóa gián tiếp thông qua gốc *OH.

Một số quá trình oxy hóa nâng cao được ứng dụng trong công nghệ xử lý nước và nước thải.
1. Quá trình Fenton
Quá trình Fenton (hay phản ứng Fenton) là phản ứng giữa ion Fe2+với H2O2 sinh ra các gốc tự do *OH, còn Fe2+ bị ion hóa thành Fe3+.

Fe2+ + H207 -> Fe3+ + *OH + OH- (1)

Fe3+ + 3OH- -> Fe(OH)3 (2)

Gốc *OH oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, phân hủy chúng thành các chất vô cơ hoặc các chất có phân tử lượng thấp hơn, có khả năng phân hủy sinh học.
Theo phương trình (1), phải có ion Fe2+ để tạo ra gốc *OH, trong điều kiện pH thấp mới tồn tại ion Fe2+, hiệu quả nhất là pH ≈ 3, còn trong điều kiện pH cao sẽ tạo thành Fe3+ và kết tủa Fe(OH)3 (phương trình 2), phản ứng Fenton sẽ xảy ra rất chậm.
2.Quá trình Peroxone
Quá trình oxy hóa của ozone vói sự có mặt của H2O2 được gọi là quá trình Peroxone hoặc Perozone. Sự khác nhau giữa quá trình Ozone và Peroxone là ở quá trình Ozone thực hiện oxy hóa các chất ô nhiễm trực tiếp bằng phân tử O3 trong nước, còn quá trình Peroxone thực hiện oxy hóa chất ô nhiễm gián tiếp thông qua gốc *OH.
Cơ chế phản ứng tạo gốc *OH từ hệ O3/H2O2 theo phương trình (3).

H202 + 3O3 -> 2 *OH + 3O2 (3)

Phản ứng (3) cho thấy, quá trình Peroxone có thể tiến hành trong điều kiện pH trung tính. Hiệu quả phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ của hệ O3/H2O2 cao hơn nhiều so với tác dụng oxy hóa của O3 đơn vì có tác nhân *OH được sinh ra trong quá trình phản ứng.
2.Quá trình Cataione đồng thể
Quá trình Catazone là quá trình đưa vào hệ O3/H2O2 các chất xúc tác để nâng cao hoạt tính oxy hóa của ozone.
Chất xúc tác kiềm:
Cơ chế tạo gốc tự do hydroxyl *OH trong môi trường nước vói chất xúc tác kiềm OH- như sau [4]:

H2O2 + 3O3 → 2*OH + 3O2 (4)

Chất xúc tác kim loại :
Cho vào hệ O3/H2O2 các lon kim loại chuyển tiếp có tác dụng nâng cao hoạt tính oxy hóa của ozone.
Đối với xúc tác sắt Fe2+: Cho vào hệ O3/H2O2 dung dịch FeSO4 sẽ tạo gốc *OH và tạo thành Fe3+. Trong trường họp này Fe2+ là chất tham gia phản ứng và bị tiêu hao trong quá trình phản ứng:

H2O2 + 3O3 -» 2 * OH + 3O2 (5)

Đối với xúc tác nhôm Al3+: Cho vào hệ dung dịch phèn nhôm Ab(SO4)3. Cơ chế phản ứng có thể như sau: Trong môi trường nước, Al3+ tạo thành Al(OH)3 kết tủa và các bông keo này hấp phụ một phần COD và chất màu trong nước, làm nồng độ COD cao hơn trong nước. Khi có O3 kết hợp với H2O2 sẽ tạo ra gốc *OH và xảy ra phản ứng phân hủy chất hữu cơ trong nước, do trong các bông keo có nồng độ chất hữu cơ rất cao nên tốc độ phản ứng tăng mạnh, giảm nồng độ chất hữu cơ và tiếp tục quá trình hấp phụ chất hữu cơ vào bông keo và quá trình phân hủy COD và màu nước thải tiếp diễn.
Quá trình Cataione dị thể
Quá trình Catazone dị thể là quá trình đưa vào hệ O3/H2O2 các chất xúc tác rắn là các oxit kim loại chuyển tiếp hoặc than hoạt tính.
Cơ chế quá trình Cataione xúc tác dị thể
Theo Legube et ai. (1999), cơ chế phản ứng Catazon dị thể có thể xảy ra theo 2 khả năng sau đây:
+ Chất xúc tác chỉ đóng vai trò như một chất hấp phụ Me-OH, ozone và gốc hydroxyl tạo ra từ sự phân huy ozon sẽ là tác nhân oxy hóa.
+ Chất xúc tác có thể tác dụng vói cả ozon và chất hữu cơ hấp phụ trên bề mặt, đúng nghĩa với bản chất của quá trình xúc tác.