Tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải từ quá trình sản xuất thuốc bảo vệ thực vật bằng công nghệ Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4-Mn3O4

Bài viết Tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải từ quá trình sản xuất thuốc bảo vệ thực vật bằng công nghệ Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4-Mn3O4 được thực hiện nhằm làm rõ quá trình tối ưu hóa các thông số vận hành công nghệ Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4-Mn3O4 để xử lý nước thải thuốc bảo vệ thực vật.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải từ quá trình sản xuất thuốc bảo vệ thực vật bằng công nghệ Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4-Mn3O4 Hóa học & Môi trường Tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải từ quá trình sản xuất thuốc bảo vệ thực vật bằng công nghệ Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4-Mn3O4Nguyễn Đức Đạt Đức1*, Nguyễn Thị Chi Nhân2, Lê Minh Thành1, Nguyễn Tấn Phong1*1 Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh;2 Trường Đại học Văn Lang.*Email: ducndd@hufi.edu.vn, phongnt@hufi.edu.vnNhận bài: 02/11/2022; Hoàn thiện: 18/11/2022; Chấp nhận đăng: 14/12/2022; Xuất bản: 20/12/2022.DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.VITTEP.2022.200-208 TÓM TẮT Nước thải từ quá trình sản xuất thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) chứa nhiều hợp chất hữu cơkhó phân hủy sinh học, độc hại với con người và môi trường sống. Các công nghệ xử lý nướcthải truyền thống như là xử lý sinh học, hóa lý không thể đáp ứng được tiêu chuẩn xả thải hiệnhành. Trong nghiên cứu này, quá trình Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4-Mn3O4 được áp dụngđể xử lý nước thải thuốc BVTV. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc 2 được sử dụng đểkhảo sát 3 thông số đặc trưng của quá trình là: pH, hàm lượng Fe3O4-Mn3O4 và hiệu điện thế.Nước thải giả định được tổng hợp từ thuốc Confidor 200SL với nước cất để có hàm lượngImidacloprid (IMI) 25.3  2.1 mg/L. 97.2% IMI bị loại bỏ ứng với nồng độ IMI 0.71 ± 0.2 mg/Lđược xác định ở điều kiện: hiệu điện thế 19.5 V, hàm lượng chất xúc tác 0.41 g/L, pH = 4.3 và tỉlệ Fe3O4:Mn3O4 là 1:1, thời gian xử lý 210 phút. Sự ổn định và quá trình thu hồi chất xúc táccũng được khảo sát cho thấy tiềm năng ứng dụng của công nghệ này rất lớn.Từ khóa: Fenton điện hóa; Fe3O4-Mn3O4; Imidacloprid; Thuốc bảo vệ thực vật. 1. MỞ ĐẦU Nước thải từ quá trình sản xuất thuốc BVTV có mùi khó chịu, COD rất cao và hầu như khôngthể phân hủy sinh học, đây là một nguồn thải có nguy cơ gây độc cho nguồn nước, sinh vật vàcon người. Thành phần các chất gây ô nhiễm trong nước thải chủ yếu là các chất hữu cơ thuộcnhóm halogen, benzen cấu trúc các mạch cacbon vòng khó phân hủy sinh học [1]. Các phươngpháp xử lý truyền thống như là xử lý hóa lý, xử lý sinh học chưa thể giải quyết triệt để dư lượngthuốc BVTV trong nguồn nước thải này. Trong khi đó, quá trình oxy hóa bậc cao đang đượcnghiên cứu trong thời gian gần đây đã thể hiện được khả năng loại bỏ tạp chất hữu cơ hòa tan,đặc biệt là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học rất tốt với chi phí đầu tư và vận hành thấp. Quátrình này tạo ra gốc OH có tính oxy hóa cực mạnh để oxy hóa các loại chất hữu cơ khó phânhủy trong nước. Tuy thời gian tồn tại của các gốc OH là rất ngắn, cỡ 10-9 giây nhưng các gốcOH có thể oxy hóa các chất hữu cơ với hằng số tốc độ phản ứng rất lớn, từ 106 đến 109 L.mol-1 -1 .s [2]. Quá trình Fenton điện hóa được quan tâm nghiên cứu nhiều trong thời gian gần đây vìkhả năng xử lý chất ô nhiễm khó phân hủy sinh học tốt, ít sử dụng hóa chất và ít tạo bùn dư. Quátrình này diễn ra như sau: tại anode, H2O được điện phân thành O2 (1). Sau đó, O2 sẽ di chuyểnđến cathode tạo H2O2 (2). Phản ứng Fenton trong hệ thống bắt đầu khi H2O2 kết hợp ion sắt trongdung dịch tạo ra gốc •OH (3) [3]. Chất hữu cơ khó phân hủy trong nước được khoáng hóa do khảnăng oxy hóa mạnh của gốc •OH. Một số vật liệu xúc tác khác đã được nghiên cứu để thay thếnguồn Fe2+ đã được thực hiện cho thấy hiệu quả cao và ổn định [3]. Trong đó, Fe3O4-Mn3O4được biết đến làm một chất xúc tác tiềm năng cho phản ứng Fenton vì khả năng xúc tác tốt, độctính thấp, từ tính cao [4]. Hơn nữa, Fe3O4-Mn3O4 còn giúp sự khử Fe3+ tạo ra Fe2+ với tốc độ nhanhhơn để tăng tốc độ xử lý chất ô nhiễm. Mặt khác, Fe3O4-Mn3O4 có thể sử dụng trong một thời giandài mà không cần chất hoàn nguyên hoặc thay thế, đồng thời có thể dễ dàng tách ra khỏi dung dịchnhờ lực từ. 2 H2O → O2 + 4H+ + 4e- (1)200 N. Đ. Đ. Đức, …, N. T. Phong, “Tối ưu hóa quá trình xử lý nước … với xúc tác Fe3O4-Mn3O4.”Nghiên cứu khoa học công nghệ O2 + 2H+ + 2e- → H2O2 (2) 2+ 3+ - Fe + 2H2O2 → Fe + OH + •OH (3) Một số nghiên cứu trước đây đã áp dụng công nghệ Fenton điện hóa với một số chất xúc tácdị thể cho thấy hiệu quả xử lý tốt. Năm 2020, N.D.D Đức và cộng sự đã sử dụng công nghệFenton điện hóa với xúc tác Fe3O4-Mn3O4 đã loại bỏ 98.5 IMI trong nước [4]. Ngoài ra, năm2012, L. Xu đã sử dụng công nghệ Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4-CeO2 loại bỏ 79.2% 4-chlorophenol [5], năm 2013, N. Kishimoto sử dụng bùn giàu sắt đã loại bỏ 70% 1,4-dioxanetrong 120 phút [6] ...