I. Xử lý nước thải thuốc trừ sâu
Nghiên cứu tập trung vào việc xử lý nước thải chứa thuốc trừ sâu, đặc biệt là Imidacloprid, một hoạt chất phổ biến trong nông nghiệp. Nước thải từ quá trình sản xuất thuốc trừ sâu có chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và độc tính cao. Các phương pháp truyền thống như xử lý sinh học hoặc hóa lý có nhiều hạn chế, dẫn đến nhu cầu áp dụng công nghệ tiên tiến như công nghệ Fenton điện hóa để đạt hiệu quả cao hơn.
1.1. Thách thức trong xử lý nước thải công nghiệp
Nước thải từ sản xuất thuốc trừ sâu thuộc loại nước thải công nghiệp khó xử lý do chứa các hợp chất hữu cơ bền vững. Các phương pháp truyền thống như hấp phụ hoặc màng lọc chỉ cô lập chất ô nhiễm mà không phân hủy triệt để. Điều này đòi hỏi các công nghệ tiên tiến như quá trình oxy hóa bậc cao để giải quyết vấn đề.
1.2. Ứng dụng công nghệ Fenton điện hóa
Công nghệ Fenton điện hóa (EF) được áp dụng để xử lý nước thải thuốc trừ sâu. Quá trình này tạo ra các gốc OH• mạnh để oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên, EF có nhược điểm là hoạt động ở pH thấp và tạo nhiều bùn. Để khắc phục, nghiên cứu sử dụng xúc tác Fe3O4/Mn3O4 trong quá trình Fenton dị thể (HEF), giúp tăng hiệu quả và giảm chi phí.
II. Công nghệ Fenton và xúc tác Fe3O4 Mn3O4
Nghiên cứu sử dụng công nghệ Fenton kết hợp với xúc tác Fe3O4/Mn3O4 để xử lý nước thải thuốc trừ sâu. Fe3O4/Mn3O4 được tổng hợp bằng phương pháp tẩm, có khả năng tách ra dễ dàng sau phản ứng và tái sử dụng nhiều lần. Quá trình này đạt hiệu quả cao trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.
2.1. Tổng hợp và đặc tính xúc tác
Vật liệu xúc tác Fe3O4/Mn3O4 được tổng hợp bằng phương pháp tẩm, có cấu trúc bền vững và tính từ tính cao. Điều này giúp dễ dàng tách vật liệu khỏi dung dịch sau phản ứng. Mn3O4 có chu trình oxy hóa khử giữa Mn2+/Mn3+ = 1,51 V, đóng vai trò quan trọng trong quá trình Fenton.
2.2. Hiệu quả xử lý
Nghiên cứu chỉ ra rằng xúc tác Fe3O4/Mn3O4 đạt hiệu quả loại bỏ Imidacloprid lên đến 96,44% và TOC 97,98% trong điều kiện tối ưu. Kết quả này đáp ứng tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp, chứng minh tính ứng dụng cao của công nghệ này.
III. Tối ưu hóa quá trình xử lý
Nghiên cứu tiến hành tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton điện hóa như pH, lượng xúc tác, điện áp, khoảng cách điện cực và thời gian phản ứng. Sử dụng phần mềm MODDE 5.0 để lập kế hoạch thí nghiệm và xác định điều kiện tối ưu.
3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố
Các yếu tố như pH, lượng xúc tác Fe3O4/Mn3O4, điện áp và khoảng cách điện cực được khảo sát. Kết quả cho thấy điều kiện tối ưu là pH 7,2, lượng xúc tác 0,42 g/L, điện áp 19,6 V và khoảng cách điện cực 4 cm. Thời gian phản ứng tối ưu là 4 giờ.
3.2. Kết quả tối ưu hóa
Sau khi tối ưu hóa, hiệu quả loại bỏ Imidacloprid và TOC đạt trên 96%. Kết quả thực nghiệm gần như trùng khớp với dự đoán từ phần mềm MODDE 5.0, chứng minh độ tin cậy của mô hình.
IV. Ứng dụng và ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn trong việc xử lý nước thải công nghiệp chứa thuốc trừ sâu. Công nghệ này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm chi phí nhờ khả năng tái sử dụng xúc tác Fe3O4/Mn3O4.
4.1. Giảm thiểu ô nhiễm môi trường
Việc áp dụng công nghệ Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4/Mn3O4 giúp xử lý triệt để nước thải thuốc trừ sâu, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Kết quả nghiên cứu đáp ứng các tiêu chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp.
4.2. Tiết kiệm chi phí
Khả năng tái sử dụng xúc tác Fe3O4/Mn3O4 giúp giảm chi phí vận hành và bảo trì hệ thống xử lý. Điều này làm tăng tính khả thi của công nghệ trong các ứng dụng thực tế.
