NƯỚC THẢI NGUY HẠI VÀ QUÁ TRÌNH FENTON TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

1. Nước thải nguy hại là gì?

Nước thải nguy hại là những nguồn nước không được xử lý được thải ra từ các hoạt động sinh hoạt thường ngày, các hoạt động sản xuất, các ngành công nghiệp thải ra, nước mưa tồn đọng hoặc các nguồn nước thải từ cống thoát nước thải ra trôi theo nhiều dòng chảy đổ về các con sông, kênh lớn. Nước thải nguy hại không chỉ xuất phát từ các chất trong rác thải công nghiệp, thành phần hóa học từ các hộ gia đình, từ các ngành công nghiệp mà thành phần trong nước thải còn chứa nhiều chất thải từ vật lý, hóa học và sinh học.

Nước thải nguy hại từ quá trình sản xuất

Do không xử lý hoặc chưa xử lý kịp thời nên nước thải nguy hại có mùi hôi thối, khó chịu cho người nào hít phải, việc chưa kịp xử lý lâu ngày hình thành nhiều loại vi khuẩn có hại nhất là các loại vi khuẩn từ các ngành công nghiệp hóa học, vật lý hoặc sinh học khá độc hại.

2. Phân loại nước thải nguy hại

Từ các thành phần nguy hại có trong nước thải mà người ta đã phân loại thành hai nhóm gồm:

Nhóm có những chất chịu ô nhiễm từ vật lý và hóa học
Nhóm có những chất chịu ô nhiễm từ sinh học

Công việc tách nước thải giúp các đội xử lý nước thải nguy hại làm việc hiệu quả hơn và tìm ra các giải pháp ngăn ngừa và loại bỏ các nguồn nước nguy hiểm hơn. Hơn nữa, nhóm chất ô nhiễm hóa lý rất nguy hiểm và khó xử lý do nước thải chứa các thành phần độc hại như kim loại nặng (thủy ngân, chì…) từ ngành công nghiệp nặng. Các hạt hữu cơ (chất thải thực phẩm, mùn, v.v.); chất hữu cơ hòa tan (urê, fructoza, v.v.); chất rắn lớn (khử trùng, kim tiêm, v.v.); kem bôi da (sản phẩm giảm béo, chất kết dính, thuốc nhuộm tóc, v.v.) ; các chất độc hại (thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, v.v.). ..và rất nhiều chất thải vật lý, hóa học khác sẽ ảnh hưởng đến con người nếu không được xử lý kịp thời.

Thêm một phần nhỏ vào nhóm chất độc hại sinh học cũng là nhóm chất nguy hiểm nhất. Nếu không được xử lý kịp thời sẽ sản sinh ra nhiều loại vi khuẩn có hại như vi khuẩn, virus, xác động vật, động vật nguyên sinh và ký sinh trùng. Những vi khuẩn này nhân lên nhanh chóng và dễ dàng bay vào không khí nếu có người đi ngang qua.

Các thông số nguy hại thường xuất hiện trong các nguồn nước thải

Nhóm kim loại nặng bao gồm: asen; cadmium; chì; kẽm; niken; thủy ngân; crom hóa trị sáu; muối florua; xyanua. Nhóm thành phần nguy hại hữu cơ bao gồm: phenol, PCB, dioxin, dầu mỡ khoáng, hóa chất bảo vệ thực vật chứa clo và thành phần lân hữu cơ, khi các thông số này đạt ngưỡng mức quy định của bộ tài nguyên và môi trường sẽ được gọi là nước thải nguy hại.

3. Những ảnh hưởng và tác hại khi không xử lý nước thải nguy hại

Ảnh hưởng đến môi trường

Môi trường là nơi sinh sống chung của mọi quần thể sinh vật, bao gồm con người, động vật và thực vật. Nếu thiếu môi trường hoặc hệ sinh thái có bất kỳ tác động nào, dân số hiện có sẽ gặp khó khăn và gián đoạn, với nhiều hậu quả dưới dạng thiên tai. lụt.

Đặc biệt, nếu nguồn nước được xử lý kém và bị ô nhiễm bởi các chất độc hại có trong các chất thải vật lý và hóa học thì các loài sinh vật sống trong vùng nước trong khu vực sẽ bị chết. Các hiện tượng như Kuroshio và Red Tide, nguy hiểm hơn khi lượng nước thải đạt đến ngưỡng nghiêm trọng và rất nguy hiểm.

Ngoài nguồn nước bị ảnh hưởng thì các nhân tố quan trọng liên quan mật thiết với nước như môi trường đất và môi trường không khí cũng chịu tác động không nhỏ khi mà nguồn nước thải ngấm từ từ vào đất và phá hủy nơi ở của các loài sinh vật ở đây. Ngoài ra, đất bị ô nhiễm sẽ sản sinh ra nhiều loài vi khuẩn độc hại hơn, hoặc sẽ làm thay đổi cấu tạo của đất.

Ảnh hưởng đến sinh vật

Do chịu nhiều ảnh hưởng từ các hướng khác nhau, làm cho nguồn nước có tính độc cao, nhiều nguy cơ ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật sống gần nguồn nước thải, cần phải di dời đi nơi khác. Không chỉ các sinh vật sống trong đất và nước mà cả các sinh vật sống ở khu vực xung quanh cũng bị đe dọa.

Ảnh hưởng đến con người

Hiện nay, các công nghệ xử lý nước thải khác nhau đã xuất hiện ở nhiều nước trên thế giới và ở Việt Nam đã cho kết quả xử lý tốt, tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế như thiếu điều kiện xây dựng và lắp đặt. Vì vậy, người dân ở đó phải sống trong khu vực nước bị ô nhiễm.

Nếu sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm lâu ngày, sức khỏe của con người sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng như mắc các bệnh: Ung thư, bệnh về đường phổi, đột biến, thay đổi cấu trúc gen, bệnh truyền nhiễm,… Chưa kể đến những khu vực có người dân sống xung quanh nguồn nước thải phải liên tục ngửi thấy mùi hôi thối trong nước thải chưa xử lý.

4. Các tác hại tiềm ẩn có trong nước thải nguy hại

Tính ăn mòn: Gần các nhà máy thủy điện, nhà máy dầu khí có nhiều khu vực nước thải, khi nước thải từ quá trình sản xuất thải ra ngoài nguồn nước, lâu ngày sẽ sinh ra các chất độc hại trong nguồn nước. Vật liệu có tính axit có tính ăn mòn cao và có thể làm hỏng nhiều cấu trúc và hệ sinh thái xung quanh.

Có tính độc hại: Do nước thường xuyên chịu tác động từ các hoạt động của con người thải ra trong quá trình sản xuất nên lâu ngày các thành phần độc hại cũng tích tụ và sinh ra. Những chất độc hại này rất nguy hiểm và có thể đe dọa sức khỏe con người và động vật. Tùy thuộc vào mức độ độc hại, độc tính ở người có thể gây ra bệnh hô hấp nhẹ và trong trường hợp xấu nhất là thương tích nghiêm trọng hoặc tử vong.

Dễ lây nhiễm: Nguồn nước bị ô nhiễm và độc hại cũng kéo theo cái loại vi khuẩn mang mầm bệnh truyền nhiễm khác nhau có thể lây lan cho con người qua nhiều con đường như: Đường hô hấp, qua tiếp xúc trực tiếp, qua đường ăn uống,… mỗi chất thải được thải trực tiếp ra môi trường sẽ có những bệnh truyền nhiễm khác nhau.

5. Phương pháp sử dụng công nghệ xử lý nước thải nguy hại

– Khoản 19 Điều 3 Nghị định 40/2019/NĐ-CP có hiệu lực từ ngày 01/07/2019.

– Điều 37 Nghị định 38/2015/NĐ-CP.

Phương pháp sử dụng Fenton trong xử lý nước thải

Hiện nay, các quy trình sản xuất không ngừng phát triển, các khu công nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều, nồng độ các chất ô nhiễm ngày càng tăng cùng với lượng nước thải phát sinh. Việc tăng cường sử dụng máy móc thiết bị mới, kỹ thuật sản xuất mới, sử dụng nhiều loại hóa chất mới có hiệu suất cao đã làm cho nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải diễn biến phức tạp, làm gia tăng các loại nước thải và chất ô nhiễm khó xử lý, đặc biệt là chất hữu cơ là khó xử lý tăng lên gây phân hủy sinh học.

Thông thường các phương pháp xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi bao gồm xử lý hóa lý và xử lý sinh học. Chúng rất hiệu quả trong việc giảm nồng độ các chất gây ô nhiễm như chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ dễ phân hủy. Tuy nhiên, đối với các vật liệu hữu cơ khó phân hủy sinh học, các kỹ thuật trên không đảm bảo mức độ xử lý và hiệu quả cao. Một giải pháp khả thi là oxy hóa các vật liệu khó phân hủy sinh học.

Trong xử lý nước thải, chúng ta đang nói về Quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs). Giải pháp này đòi hỏi phải tạo ra các chất trung gian có hoạt tính cao, có khả năng oxy hóa hiệu quả các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, các gốc tự do hydroxyl (*OH) trong xử lý nước thải.

Khi áp dụng giải pháp này (AOP), quy trình Fenton và quy trình tương tự Fenton được cho là giải pháp rất hiệu quả. Công trình này, được hỗ trợ bởi JH Fenton, đã được xuất bản trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ vào năm 1894. Quá trình này sử dụng hỗn hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ làm chất oxi hóa. Nhược điểm của nó là quá trình oxy hóa có thể khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO2, nước và các ion vô cơ nên sau quá trình xử lý này phải sử dụng nhiều hóa chất, dẫn đến chi phí xử lý cao. Vì vậy, khi thích hợp, chỉ nên sử dụng quá trình phân hủy một phần Fenton để chuyển vật liệu không phân hủy thành vật liệu phân hủy sinh học và tiếp tục sử dụng các quá trình xử lý sinh học tiếp theo.

Quá trình Fenton trong xử lý nước thải

Thông thường quy trình oxi hóa Fenton đồng thể gồm 4 giai đoạn:

- Điều chỉnh giá trị pH hợp lý: Trong phản ứng Fenton, giá trị pH ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và nồng độ Fe2+, ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu suất phân hủy chất hữu cơ. Đối với quá trình, giá trị nằm trong khoảng từ 2 đến 4, là tối ưu nhất là 2,8. Nhiều công việc đã được thực hiện để giảm thiểu khó khăn trong việc loại bỏ Fe và H2O2 dư thừa bằng cách đưa độ pH xuống mức thấp và sau đó nâng độ pH lên mức trung tính. Khi sử dụng quặng sắt goethite (a-FeOOH), cát sắt hoặc các chất xúc tác khác như sắt hỗ trợ Fe/SiO2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính, Fe/zeolit, quá trình này được gọi là Fenton dị thể. Nghiên cứu cho thấy độ pH thích hợp trong trường hợp này cao hơn so với trường hợp thuần nhất, khoảng 5-9.

- Phản ứng oxy hóa: Trong giai đoạn phản ứng oxy hóa, các gốc *OH hoạt động được tạo ra và các chất hữu cơ bị oxy hóa. Cơ chế hình thành gốc *OH chưa thống nhất, và theo Fenton sẽ xảy ra phản ứng Fe2+ + H2O2 ----> Fe3+ + *OH + OH–. Khi các gốc *OH được sinh ra, chúng sẽ tham gia vào phản ứng oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước sau xử lý, chuyển hóa các chất hữu cơ có phân tử lượng cao thành các chất hữu cơ có phân tử lượng thấp. CHC (khối lượng phân tử cao) + *HO ------> CHC (khối lượng phân tử thấp) + CO2 + H2O + OH-

- Trung hòa và keo tụ: Sau quá trình oxi hóa, nên nâng pH của dung dịch lên >7 để Fe3+ mới tạo thành kết tủa: Fe3+ + 3OH- -----> Fe(OH)3 . Các kết tủa Fe(OH)3 mới tạo thành sẽ keo tụ, tạo bông và hấp phụ một phần các chất hữu cơ, chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.

- Quá trình lắng: Các bông keo lắng sau khi hình thành làm giảm COD, màu và mùi trong nước thải. Chất hữu cơ (nếu có) còn lại trong nước thải sau lắng chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng thấp, được xử lý tiếp bằng các quá trình sinh học hoặc các quá trình khác.

Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải

Ứng dụng của Phương pháp Fenton trong xử lý nước thải áp dụng cho các loại nước thải độc hại có chứa nhiều chất độc hại và chất hữu cơ khó phân hủy như nước rỉ bãi rác, nước thải bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu, nước và chất thải dệt nhuộm.

Nước rỉ rác từ bãi chôn lấp có hàm lượng ô nhiễm mạnh, BOD, COD, nitơ cao, trong đó có nhiều chất độc hại, khó phân hủy sinh học sinh ra từ rác thải. Xử lý sinh học có thể loại bỏ các thành phần hữu cơ có thể phân hủy sinh học, nhưng không thể xử lý một lượng lớn vật liệu không thể phân hủy sinh học. Phản ứng Fenton có thể phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ có trong nước thải khó xử lý. Nó có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng và không cần ánh sáng.

Công nghệ Fenton được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống xử lý nước thải hiện nay: