I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc kết hợp các quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs) để xử lý nước thải dệt nhuộm, một vấn đề cấp bách trong ngành công nghiệp dệt may tại Việt Nam. Ngành dệt may đóng góp đáng kể vào nền kinh tế nhưng cũng gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là từ nước thải dệt nhuộm. Các phương pháp xử lý truyền thống như sinh học, hóa lý, và màng lọc thường không hiệu quả trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Do đó, công nghệ oxy hóa bậc cao được đề xuất như một giải pháp tiên tiến để xử lý triệt để các chất ô nhiễm này.
1.1. Vấn đề ô nhiễm từ nước thải dệt nhuộm
Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ độc hại, làm tăng độ màu và nhu cầu oxy hóa học (COD). Các phương pháp xử lý truyền thống không thể loại bỏ hoàn toàn các chất này do tính chất khó phân hủy của chúng. Điều này dẫn đến việc phát sinh mùi hôi, bùn thải, và tiêu tốn năng lượng. Việc xử lý không triệt để còn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước, không khí, và đất, đe dọa sức khỏe con người.
1.2. Giải pháp từ quá trình oxy hóa bậc cao
Quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs) dựa trên việc tạo ra các gốc tự do hydroxyl (●OH) có khả năng oxy hóa mạnh, giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Các phương pháp như ozone, peroxone (O3 + H2O2), và kết hợp với xúc tác FeOOH được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu quả xử lý. Nghiên cứu này nhằm tìm ra phương pháp và điều kiện vận hành tốt nhất để xử lý độ màu và COD trong nước thải dệt nhuộm.
II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
Nghiên cứu được thực hiện thông qua các thí nghiệm với 5 phương pháp khác nhau: O3, O3 + H2O2, O3 + FeOOH, H2O2 + FeOOH, và O3 + H2O2 + FeOOH. Mỗi phương pháp được đánh giá dựa trên hiệu suất xử lý độ màu và COD. Các thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện khác nhau về lưu lượng khí, tỷ lệ hóa chất, và pH để xác định điều kiện tối ưu.
2.1. Phương pháp Ozone riêng biệt
Phương pháp O3 được thử nghiệm với các lưu lượng khí khác nhau. Kết quả cho thấy lưu lượng 1 L/phút là tối ưu, trong khi lưu lượng cao hơn làm giảm hiệu suất xử lý. Hiệu suất xử lý độ màu và COD đạt được ở mức 95% sau 60 phút.
2.2. Phương pháp Peroxone O3 H2O2
Phương pháp Peroxone kết hợp O3 và H2O2 cho hiệu suất xử lý cao nhất với tỷ lệ mol O3/H2O2 là 3:1. Tỷ lệ này được xác định là tối ưu, trong khi tỷ lệ cao hơn làm giảm hiệu suất do dư thừa H2O2.
2.3. Phương pháp kết hợp xúc tác FeOOH
Phương pháp O3 + FeOOH và H2O2 + FeOOH được thử nghiệm với các liều lượng xúc tác khác nhau. Kết quả cho thấy liều lượng 50 mg/L FeOOH là tối ưu. Hiệu suất xử lý cao nhất đạt được ở pH = 2, và giảm dần khi pH tăng.
III. Kết quả và đánh giá
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý độ màu và COD của các phương pháp được sắp xếp theo thứ tự: H2O2 + FeOOH < O3 < O3 + FeOOH < O3 + H2O2 < O3 + H2O2 + FeOOH. Phương pháp kết hợp O3, H2O2, và FeOOH cho hiệu suất cao nhất, đạt được sự loại bỏ triệt để các hợp chất khó phân hủy.
3.1. Phân tích vật liệu FeOOH
Các phân tích SEM-EDX, XRD, và FTIR xác nhận tính chất của vật liệu FeOOH, cho thấy nó là một xúc tác hiệu quả và thân thiện với môi trường. Kết quả này hỗ trợ việc ứng dụng rộng rãi FeOOH trong các quá trình oxy hóa bậc cao.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu
Nghiên cứu này cung cấp một tiền đề quan trọng cho việc ứng dụng công nghệ oxy hóa bậc cao trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Kết quả cho thấy khả năng loại bỏ hiệu quả các hợp chất khó phân hủy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.
