Mối tương quan giữa oxy hóa khử và nước thải

Đối với một số ngành công nghiệp đặc thù thì nước thải được xử lý theo phương pháp sinh học sẽ không xử lý triệt để những ion kim loại nặng: đồng, chì, niken, coban, sắt, mangan, crom,…, cũng không loại khỏi nước ở dạng cặn kết tủa được, chỉ một phần hấp phụ vào bùn hoạt tính. Nhiều chất như thủy ngân, xyanua,… là chất rất độc, không những không xử lý được bằng phương pháp sinh hóa mà còn ức chế và khử những vi sinh vật có lợi trong xử lý sinh hóa vì vậy oxy hóa khử là phương pháp thường được dùng để xử lý các nguồn nước thải có chứa các chất vô cơ độc hại.
Sử dụng các chất oxy hóa như clo ở dạng khí và hóa lỏng, ClO2, Ca(ClO3)2, Ca(ClO)2, NaMnO4, KMnO4, K2Cr2O7,… Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thánh các chất ít độc hại hơn và tách ra khỏi nước. Vì quá trình này chỉ dùng khi không thể tách các chất ô nhiễm ra khỏi nước bằng phương pháp khác như asen, xyanua.

Oxy hóa bằng clo

Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là những chất oxy hóa có thể lợi dụng để tách H2S, SO42-, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, cyanua ra khỏi nước thải.

Khi cho Clo tác dụng với nước, xảy ra các phản ứng sau:
Cl2 + H2O = HOCl + HCl
HOCl H++OCl-
Các nguồn cung cấp clo có hoạt tính còn có thể là clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit, clorat, dioxyl clo, clorat canxi được nhận theo pahn3 ứng sau:
Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O
Natri hypoclorit được tạo thành khi sục khí clo qua dung dịch kiềm:
2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O
Còn hypoclorit canxi được điều chế bằng clo hóa hydtoxyt canxi ở nhiệt độ 25 – 30oC:
2Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O
Trong đó natriclorat (NaClO3) là chất oxy hóa mạnh nên phân tách thành ClO2. Dioxyt clo là khí độc có màu vàng xanh, có mùi mạnh hơn clo.

Oxy hóa bằng H2O2

H2O2 được dùng để oxy hóa các nitrit, aldehit, phenol, xyanua, các chất thải và kiềm theo phản ứng sau:
2H+ + H2O2 + 2e => 2H2O
2OH- + H2O2 – 2e => 2H2O + 2O2-
Trong môi trường axit, H2O2 là chất oxy hóa còn trong môi trường kiềm là chất khử.

Oxy hóa bằng oxy trong không khí

Quá trình này được thực hiện bằng cách làm thoáng bằng dàn mưa, làm thoáng cưỡng bức để tách sắt ra khỏi nước cấp:
4Fe2+ + O2 + 2H2O => 4Fe3+ + 4OH-
Fe3+ + 3H2O => Fe(OH)3 + 3H+
Phương pháp này cũng được sử dụng để oxy hóa sunfua trong nước thải của các nhà máy giấy.

Ưu điểm

– Hiệu quả cao.
– Dễ dàng vận hành.

Nhược điểm

– Thời gian xử lý dài.
– Cần diện tích lớn.

Oxy hóa bằng MnO2

MnO2 thường được dùng để oxy hóa As3+ đến As5+ theo phản ứng:
H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 => H3AsO4 + MnSO4 + H2O
Quá trình này thường được thực hiện bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu MnO2 hoặc khuấy trộn nước thải với vật liệu MnO2.

Ozon hóa

Đây là phương pháp sử dụng ozon (O3) để khử các tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các vị lạ và mùi đối với nước. Phương pháp này có thể làm sạch phenol từ nước, H2S, các hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, cyanua, chất nhuộm.
Trong xử lý bằng ozon, các hợp chất hữu cơ và vô cơ đều bị phân hủy và xảy ra sự khử trùng đối với nước. Vi khuẩn bị chết nhanh hơn so với xử lý bằng clo.

Sự tác động của ozon xảy ra theo 3 hướng:

Oxy hóa trực tiếp với sự tham gia của một nguyên tử oxy.
Kết hợp toàn bộ phân tử ozon với chất bị oxy hóa tạo thành ozonua.
Tăng cường xúc tác của tác dộng oxy hóa trong không khí bị ozon hóa

Các chất hữu cơ và khoáng chất khi phản ứng oxi hóa tạo thành kết tủa của các nhóm OH-, H2MnO4 không tan:
FeSO4 + H2SO4 + O3 => Fe(SO4)3 + 3H2O + O2
MnSO4 + O3 +H2O => H2MnO3 + O2 + H2SO4
H2MnO3 + 3O3 => HMnO4 + 3O2 + H2O
NH3 + 4O3 => NO3 + 4O2 +H2O + H+

Ưu điểm của phương pháp này:

Làm giảm DO, COD, BOD trong nước
Khử màu, phenol, cyanua.
Không gây mùi.
Tránh nồng độ oxy hòa tan.
Không có sản phẩm phụ gây độc hại.
Tăng vận tốc lắng của cặn lơ lửng.
Liều lượng ozon khoảng 0,5 – 5 mg/l và không cần khâu định lượng như khi dùng clo.
Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH ít hơn so với sử dụng clo.