TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO I. Khái niệm về quá trình oxy hóa bậc caoII. Phân loại các quá trình oxi hóa bậc caoIV. Một số ứng dụng của quá trình oxy hóa bậc cao trong xử lý nước thải
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO 

Việc xử lý các chất ô nhiễm này đang là một vấn đề nan giải. Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống như: phương pháp cơ học, phương pháp sinh học, phương hóa lý,… đều không xử lý được hoặc xử lý không triệt để các chất ô nhiễm này.

Do đó sự tồn đọng của chúng trong môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và động vật kể cả khi chúng chỉ hiện diện với hàm lượng nhỏ.

Để có thể giải quyết triệt để các chất thải khó phân hủy mà các phương pháp xử lý truyền thống không áp dụng được, phương pháp oxy hóa bậc cao đã chứng tỏ hiệu quả và ưu điểm của nó.

I. Khái niệm về quá trình oxy hóa bậc cao

Các quá trình oxy hóa bậc cao hay oxy hóa nâng cao được định nghĩa 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 với thời gian rất ngắn.

Gốc hydroxyl là một trong các tác nhân oxy hóa mạnh nhất được biết đến, có khả năng oxy hóa không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại chất khó phân hủy, biến chúng thành những hợp chất vô cơ (khoáng hóa) không độc hại như CO2, H2O hay dễ phân hủy hơn như các acid hữu cơ mạch ngắn, các acid vô cơ…

Để xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ khó phân hủy, quá trình oxy hóa tiên tiến AOPs ( Advanced Oxidation Processes ) ngày càng được sử dụng phổ biến trên các công trình công bố về xử lý nước thải.

Phương pháp này chủ yếu dựa trên các phản ứng hóa học của các chất oxy hóa mạnh như O3, Fenton(hỗn hợp FeSO4 + H2O2 ), xúc tác quang hóa TiO2 + UV, … Đặc điểm của những chất oxy hóa này là trong điều kiện cụ thể, sẽ sinh ra gốc *OH(hydroxyl) tự do hoạt động rất mạnh có khả năng phân hủy những chất có cấu trúc bền vững.

*
Quá trình oxy hóa bâc cao

I.1 Vai trò của quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp oxy hóa bậc cao 

Nhiều loại nước thải công nghiệp có chứa các hợp chất hữu cơ không thể xử lý bằng sinh học trực tiếp hoặc có tính độc hại và ngăn cản quá trình phát triển của vi sinh, do đó phải dung các chất oxy hóa để oxy hóa trước các hợp chất này và các chất gây màu, mùi, trước khi cho nước thải vào xử lý bằng vi sinh. Vai trò của quá trình oxy hóa này trong các công trình xử lý bao gồm:

*
Vai trò quá trình oxy hóa bậc cao trong xử lý nước thải

– Biến đổi chất khó phân hủy bằng vi sinh thành chất dễ phân hủy do thay đổi cấu trúc liên kết của các hợp chất này.

– Biến đổi các chất không thể phân hủy hay độc hại thành chất có thể phân hủy được do thay đổi cấu trúc liên kết, hoặc thành phần của các hợp chất này, biến chúng thành các hợp chất ít hoặc không còn gây độc hại.

– Oxy hóa triệt để, biến các hợp chất cacbon hữu cơ thành CO2.

I.2 Sự cần thiết của các công nghệ xử lý bậc cao trong xử lý nước thải 

Những nước sản xuất nông nghiệp lúa nước chủ yếu như ở Việt Nam, lượng hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng ngày càng tăng, trung bình khoảng 4-5 kg/ha.năm, nên lượng hóa chất bảo vệ thực vật tan trong nước, ngấm xuống đất xâm nhập vào nguồn nước mặt, sông ngòi, ao hồ và lan truyền vào các mạch nước ngầm, tích lũy ngày càng nhiều.

Bạn đang xem: Quá trình oxy hóa là quá trình

Trong số này, được chú ý nhiều nhất là những chất hữu cơ bền vững (Persistent Organic Pollutants – POPs ), là những chất không bị phân hủy trong môi trường theo thời gian, thậm chí khi di chuyển từ vùng này sang vùng khác, có thể rất xa với nguồn xuất phát ban đầu vẫn không bị biến đổi.

Những chất này ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người và động vật, gây ung thư, tổn thương hệ thần kinh, rối loạn sinh sản, gây dị tật, quái thai, phá hủy hệ miễn dịch dẫn đến tử vong.

Do tác hại và hậu quả của các chất ô nhiễm hữu cơ nói chung đến môi trường sống và sức khỏe cộng động cũng như qua thực tế kiểm chứng nên ngày nay, danh mục các chất ô nhiễm đã được mở rộng thêm ( trong đó chủ yếu là những chất ô nhiễm hữu cơ khó bị phân hủy ) trong khi giới hạn nồng độ chất ô nhiễm cho phép lại giảm xuống thấp.

Cụ thể theo Quy chuẩn Việt Nam mới nhất QCVN 08:2008/BTNMT quy định về chất lượng nước mặt sử dụng cho mục đích sinh hoạt, bảo tồn thủy sinh, tưới tiêu, thủy…. hiện nay ở Việt Nam đã trở nên khắt khe hơn.

Vì thế, một thách thức mới đặt ra cho các nhà khoa học và công nghệ là phải tìm các công nghệ hữu hiệu xử lý triệt để các chất ô nhiễm trong nước, đặc biệt các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy để có thể thu lại nguồn nước sạch từ các nguồn nước thải khác nhau, quay về phục vụ cho sinh hoạt hoặc sản xuất và các quá trình oxy hóa bậc cao đang được ưu tiên nghiên cứu và ứng dụng.

I.3 Nguyên tắc chung của quá trình xử lý nước thải bằng quá trình oxi hóa bậc cao

Các quá trình oxy hóa bậc cao được định nghĩa 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 (in situ). Gốc hydroxyl là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong số tác nhân oxy hóa được biết từ trước đến nay, có khả năng oxy hóa không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại chất khó phân hủy, biến chúng thành những hợp chất vô cơ (khoáng hóa) không độc hại như CO2, H2O, các axit vô cơ,…

*
Nguyên tắc chung quá trình oxy hóa bậc cao trong xử lý nước thải

Từ những tác nhân oxy hóa thông thường như H2O2, O3, có thể nâng cao khả năng oxy hóa của nó bằng các phản ứng hóa học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là quá trình oxy hóa được nâng cao hay gọi tắt là các quá trình hóa bậc cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs).

Do tác dụng oxi hóa cực mạnh của chúng so với các tác nhân diệt khuẩn truyền thống (các hợp chất của Clo) nên các gốc hydroxyl ngoài khả năng tiêu diệt các vi khuẩn thông thường như Escherichia coli, Colifom còn tiêu diêt các tế bào vi khuẩn và virut gây bệnh mà clo không thể tiêu diệt nổi như Campylobacter, Yersina, Mycobacteria, Legionella, Cryptosporidium,…

Mặt khác, khử trùng bằng gốc hydroxyl *OH lại rất an toàn so với khử trùng bằng clo vì không tạo ra các sản phẩm phụ gây ung thư như các chất hữu cơ chứa trihalometan ( THMs ).

Xem thêm: Sự Kiện Nào Đánh Dấu Bác Hồ Trở Thành Người Cộng Sản? ? Nguyễn Ái Quốc

II. Phân loại các quá trình oxi hóa bậc cao

Dựa theo đặc tính của quá trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV có thể phân loại các quá trình oxy hóa bậc cao thành hai nhóm như sau:

Nhóm các quá trình oxy hóa bậc cao không nhờ tác nhân ánh sáng (Advanced Non – Photochemical Oxidation Process – ANPO)Nhóm các quá trình oxy hóa bậc cao nhờ tác nhân ánh sáng ( Advanced Photochemical Oxidation Process – APO)
*
Phân loại quá trình oxy hóa bậc cao

Một số phương pháp oxy hóa bậc cao đã và đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam bao gồm: Fenton, Peroxon, quang Fenton, O3, Peroxon(H2O2).