Những kỹ thuật xử lý nước thải truyền thống còn gặp nhiều hạn chế để đối phó với nhiều chất gây ô nhiễm khó chịu, vì thế việc nỗ lực khám phá thêm nhiều kỹ thuật tiên tiến là điều cần thiết. Các chất ô nhiễm hữu cơ như phenol dễ bay hơi, benzen, dẫn xuất benzen thường có độc tính cao và khả năng phân hủy sinh học thấp. Trong đó phương pháp Fenton cải thiện và loại bỏ tốt COD trong nước thải đáng kể, nó còn kết hợp với công nghệ màng lọc (màng NF) loại bỏ nhiều chất thải có hoạt tính dược phẩm.
1. Quy trình xử lý Fenton thông thường
Quá trình Fenton thông thường thuộc công nghệ oxy hóa nâng cao hiệu quả với sự phân hủy xúc tác của H2O2 bởi Fe2+ thành gốc OH. Những phản ứng gồm cộng hydroxyl và chuyển điện tử. Những lợi ích quan trọng của Fenton là sự đơn giản và phân hủy hiệu quả nhiều chất ô nhiễm, hơn thế nữa, cả Fe2+ và H2O2 đều dễ dàng thu được mà không gây hại đối với môi trường.
Hiện nay, Fenton thường ứng dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm, dược phẩm, nước rỉ rác, hóa chất. Công nghệ này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thuốc thử, pH, thời gian, nhiệt độ, nồng độ chất nhiễm và chất nền phản ứng.
Trong đó thuốc thử và pH được đánh giá là những yếu tố quan trọng nhất. Hiệu quả của quá trình để phân hủy hợp chất hữu cơ giảm ở pH cao và thấp. Tốc độ phản ứng còn phụ thuộc nhiều vào liều lượng sắt và mức độ khoáng hóa của nồng độ chất oxy hóa.
Cấu tạo của hệ thống Fenton thông thường gồm giai đoạn điều chỉnh axit, trộn chất xúc tác, phản ứng oxy hóa, trung hòa và phân tách chất lỏng – rắn. Vì thế ưu điểm của nó được nhiều người ưa chuộng vì hiệu suất cao, đơn giản, không độc hại vì H2O2 có thể phân hủy thành hợp chất an toàn hơn với môi trường.
2. Các quá trình Fenton hóa nâng cao
Dưới đây là một số quá trình Fenton hóa nâng cao trong xử lý nước thải.
2.1. Đối với quy trình Photo-Fenton
- Hình thành nhiều gốc OH hơn vì kết hợp giữa H2O2 và bức xạ UV với ion Fe2+/Fe3+. Sự quang phân trực tiếp của H2O2 tạo ra OH làm tăng tốc độ phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ.
- Chu trình oxy hóa khử F3+/Fe2+ làm giảm lượng chất xúc tác, giảm hình thành bùn sắt hơn. Ánh sáng mặt trời hoặc tia UV giúp tăng việc sử dụng H2O2 và phân hủy trên một số chất hữu cơ phân tử nhỏ.
2.2. Đối với quy trình Electro-Fenton
- Lợi thế của quy trình là tăng cường sản xuất H2O2 tại chỗ thông qua quá trình điện hóa giúp tăng hiệu suất phân hủy chất hữu cơ, giảm chi phí và rủi ro.
- Các ion sắt được tái sinh khi chúng bị khử trên điện cực âm nên giảm hiện tượng tạo cặn sắt.
- Quá trình điện cực Fenton phụ thuộc vào bản chất điện cực, pH, nồng độ chất xúc tác, chất điện ly, mức oxy hòa tan, mật độ dòng điện và nhiệt độ.
2.3. Quá trình Sono-Fenton
- Nhờ ứng dụng sóng siêu âm với thuốc thử Fenton mà nâng cao tốc độ oxy hóa tạo ra nhiều gốc OH để phân hủy chất hữu cơ.
- Sóng siêu âm cung cấp môi trường khuấy và chuyển khối để thúc đẩy việc khuếch tán chất phản ứng trong dung dịch và nâng cao hiệu quả phản ứng Fenton.
2.4. Fenton kết hợp cùng nhiều công nghệ khác
Với những thuộc tính nổi bật, Fenton ngày càng nhận được sự quan tâm trong lĩnh vực xử lý nước thải. So với những phương pháp đơn thuần, Fenton cải thiện và loại bỏ tốt COD trong nước thải đáng kể, nó còn kết hợp với công nghệ màng lọc (màng NF) loại bỏ nhiều chất thải có hoạt tính dược phẩm. Nếu như màng lọc thường nhạy cảm với tải trọng hữu cơ gây tắc nghẽn màng dẫn đến suy giảm dòng chảy thì Fenton có thể đảm bảo xử lý vấn đề này.
Mô hình SBR-Fenton cũng được phát triển để cải thiện khả năng loại bỏ TOC khi xử lý nước thải tái chế giấy, dệt may, dược phẩm. Dựa vào các phân tích kinh tế và công nghệ, việc kết hợp các công nghệ sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn so với xử lý đơn lẻ. Khi Fenton kết hợp cùng các công nghệ sinh học cho thấy chi phí vận hành khá thấp.
Tuy nhiên, quy trình Fenton cũng có nhiều hạn chế khi ứng dụng cho quy mô lớn, một trong những rào cản là việc hình thành bùn sắt chưa phân hủy gây ra nhiều vấn đề trong tái chế và ô nhiễm. Do đó mà để ngăn chặn những nhược điểm này, người ta không ngừng nghiên cứu quy trình Fenton tiên tiến hơn như kỹ thuật Fenton tầng sôi, Fenton điện hóa.
