Công nghệ Fenton là gì? Các phương pháp fenton xử lý nước 

Công nghệ Fenton là một trong những phương pháp oxi hóa tiên tiến được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, đặc biệt hiệu quả với các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Với cơ chế phản ứng giữa hydrogen peroxide và ion sắt, quá trình Fenton tạo ra các gốc hydroxyl mạnh mẽ có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm. Bài viết Thiết bị ngành nước Song Phụng sẽ giúp bạn hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của công nghệ Fenton và ứng dụng thực tế trong xử lý nước.

Công nghệ Fenton là gì?

Công nghệ Fenton là phương pháp xử lý nước thải sử dụng phản ứng oxy hóa bậc cao để phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và có độ màu cao trong nước thải. Phương pháp này sử dụng gốc tự do hydroxyl (*OH) được tạo ra từ phản ứng giữa hydro peroxide và ferrous ion.

Gốc *OH có thời gian sống rất ngắn nhưng lại có khả năng oxy hóa gần như tất cả các hợp chất hữu cơ, kể cả các chất khó phân hủy sinh học. Quá trình này giúp chuyển hóa các chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại như CO₂, H₂O, hoặc các acid hữu cơ và acid vô cơ dễ phân hủy hơn, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý và giảm thiểu tác động môi trường.

Nguyên tắc hoạt động của công nghệ Fenton dựa trên phản ứng oxy hóa cao cấp giữa ion sắt (Fe²⁺) làm xúc tác và hydrogen peroxide (H₂O₂) trong môi trường axit (pH từ 2 đến 4, tối ưu khoảng 2.8). Khi Fe²⁺ tác dụng với H₂O₂, sẽ sinh ra các gốc hydroxyl tự do (*OH) có tính oxy hóa rất mạnh, có khả năng phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử thành các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp hơn hoặc thành các sản phẩm vô cơ như CO₂ và H₂O.

Quy trình của công nghệ Fenton trong xử lý nước thải

Quy trình xử lý nước thải bằng công nghệ Fenton gồm các giai đoạn chính sau:

Giai đoạn 1: Điều chỉnh pH

Giai đoạn đầu tiên của quy trình Fenton là điều chỉnh pH nước thải về mức phù hợp nhằm tối ưu hiệu quả phản ứng oxy hóa. Trong hệ Fenton đồng thể (dùng Fe²⁺ và H₂O₂), pH lý tưởng là khoảng 2,8, vì ở mức này ion Fe²⁺ tồn tại ở dạng hòa tan và dễ tạo gốc *OH. Nếu pH cao, sắt sẽ kết tủa, làm giảm hiệu quả xử lý. Nếu dùng xúc tác rắn chứa sắt như goethite, cát phủ sắt…, thì phải tăng pH trong khoảng 5–9.

Giai đoạn 2: Phản ứng oxi hóa

Sau khi điều chỉnh pH, giai đoạn tiếp theo là phản ứng oxi hóa, trong đó gốc hydroxyl hoạt tính được hình thành và tham gia phản ứng oxi hóa chất hữu cơ. Đây là giai đoạn then chốt của quy trình Fenton, khi gốc *OH tham gia vào quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ. Cơ chế tạo ra gốc *OH hiện nay vẫn chưa được thống nhất. Gốc hydroxyl sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong quá trình fenton trong xử lý nước thải, chuyển các chất hữu cơ từ dạng cao phân tử thành các phân tử có khối lượng phân tử thấp.

Giai đoạn 3: Trung hòa và keo tụ

Giai đoạn cuối cùng của phương pháp Fenton là trung hòa pH và keo tụ. Sau khi quá trình oxi hóa hoàn tất, cần điều chỉnh pH của dung dịch lên cao hơn để thực hiện kết tủa các ion sắt (Fe3+) mới hình thành. Sự chuyển đổi này dẫn đến hình thành kết tủa Fe(OH)3, cùng lúc thực hiện các cơ chế keo tụ và đông tụ. Các kết tủa này có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ, đặc biệt là các hợp chất cao phân tử.

Cuối cùng, các hạt keo sẽ lắng xuống đáy bể trong giai đoạn lắng, và nước thải thu được sẽ có nồng độ chất hữu cơ thấp hơn. Để hoàn tất quy trình xử lý, các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử nhỏ hơn có thể được xử lý bằng các phương pháp khác, đảm bảo rằng nguồn nước đầu ra đạt tiêu chuẩn an toàn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp fenton

Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp Fenton trong xử lý nước thải bao gồm:

• Nồng độ ion sắt (Fe²⁺ hoặc Fe³⁺): Sắt đóng vai trò xúc tác quan trọng giúp tạo ra gốc hydroxyl (*OH). Tuy nhiên, không nên sử dụng quá mức, vì sau một ngưỡng nhất định, việc tăng thêm sắt không làm tăng hiệu quả phân hủy, thậm chí còn gây lãng phí và phát sinh bùn.
• Liều lượng hydrogen peroxide (H₂O₂): Hydrogen peroxide là chất cung cấp oxy cho phản ứng, tạo gốc *OH khi kết hợp với sắt. Tuy nhiên, H₂O₂ có thể bị phân hủy nhanh nếu được thêm vào quá nhiều hoặc quá đột ngột, gây thất thoát hóa chất và sinh nhiệt không kiểm soát. Do đó, cần bổ sung từ từ theo từng đợt nhỏ để đảm bảo phản ứng diễn ra đều và hiệu quả. Liều lượng H₂O₂ phải phù hợp với hàm lượng chất ô nhiễm để tránh dư thừa hoặc thiếu hụt gây giảm hiệu suất xử lý.
• Giá trị pH của nước thải: pH ảnh hưởng trực tiếp đến sự tồn tại và hoạt động của ion sắt trong phản ứng Fenton. Ở pH tối ưu khoảng 2,8–4, ion Fe²⁺ tồn tại ở dạng hòa tan, dễ tạo gốc *OH. Nếu pH cao hơn, sắt sẽ kết tủa thành Fe(OH)₃, làm giảm hiệu quả xúc tác; nếu pH quá thấp, phản ứng oxy hóa vẫn diễn ra nhưng không tối ưu. Đối với hệ Fenton dị thể (sử dụng sắt trên vật liệu rắn), pH có thể cao hơn, từ 5–9. Việc điều chỉnh pH phải được theo dõi kỹ bằng thiết bị đo chính xác trong suốt quá trình xử lý.
• Nhiệt độ phản ứng: Nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy tốc độ phản ứng Fenton; khi tăng nhiệt độ, tốc độ tạo gốc *OH cũng tăng. Tuy nhiên, ở nhiệt độ quá cao (trên 50–60°C), H₂O₂ sẽ bị phân hủy nhanh, làm giảm hiệu quả oxy hóa và gây nguy cơ mất an toàn do sinh nhiệt. Nhiệt độ lý tưởng thường là từ nhiệt độ phòng đến 40°C. Trong vận hành thực tế, hệ thống nên được kiểm soát nhiệt độ để tránh hiện tượng sôi, bốc mùi và mất ổn định.
• Thời gian phản ứng: Đối với các hợp chất hữu cơ đơn giản như phenol, thời gian xử lý hiệu quả chỉ khoảng 30–60 phút. Tuy nhiên, với các loại nước thải phức tạp hoặc có hàm lượng COD cao, quá trình có thể kéo dài từ 2–3 giờ. Trong những trường hợp này, nên áp dụng phương pháp cho hóa chất từng bước – nghĩa là thêm H₂O₂ và Fe²⁺ theo chu kỳ – để kiểm soát tốt hơn phản ứng và tránh hiện tượng sốc hóa chất.

Có thể bạn quan tâm:

• Vận hành hệ thống xử lý nước thải như thế nào để tối ưu?
• Công nghệ xử lý nước thải AO là gì?

Ứng dụng quá trình fenton trong xử lý nước thải

Phương pháp Fenton là một trong những kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường tiên tiến, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng oxy hóa mạnh mẽ của các gốc hydroxyl sinh ra trong quá trình phản ứng. Công nghệ này có thể xử lý hiệu quả nhiều loại ô nhiễm khác nhau, bao gồm cả hợp chất hữu cơ và vô cơ.

• Xử lý nước thải: Điển hình là các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy xi măng, và các hoạt động khai thác mỏ. Các loại nước thải này thường chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ bền vững và kim loại nặng khó xử lý. Quá trình Fenton giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp, giảm COD, màu sắc và độc tính của nước thải, đồng thời hỗ trợ quá trình loại bỏ kim loại nặng thông qua cơ chế kết tủa.
• Xử lý đất và nước ngầm: Fenton cũng được ứng dụng hiệu quả trong xử lý đất và nước ngầm ô nhiễm, đặc biệt là tại các khu vực bị tác động bởi hoạt động công nghiệp và sự cố tràn đổ hóa chất. Công nghệ này có thể oxy hóa và phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại như dầu mỏ, phenol, PAHs, BTEX, đồng thời hỗ trợ kiểm soát sự di chuyển của một số kim loại nặng trong môi trường đất và nước.
• Xử lý chất thải công nghiệp: Trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp như chế tạo đồ gốm, sản xuất thuốc trừ sâu, và tổng hợp các hóa chất hữu cơ khác, quá trình Fenton được sử dụng để xử lý dòng thải chứa nhiều chất ô nhiễm bền vững và độc hại, góp phần giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm lâu dài cho môi trường xung quanh.
• Xử lý các hợp chất ô nhiễm nguy hại khác: Ngoài ra, Fenton còn được ứng dụng để xử lý các hợp chất ô nhiễm nguy hại có độc tính cao như benzen, dioxin, PCB và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác. Đây đều là những chất gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái nếu không được xử lý triệt để.

Bài viết trên đây giới thiệu tới các bạn công nghệ Fenton trong quá trình xử lý nước thải. Việc sử dụng công nghệ này giúp xử lý những hợp chất gây hại đến sức khỏe lên đến 99%, hiệu quả vượt trội, thời gian thực hiện cũng rất nhanh chóng, phù hợp với những khu vực bị ô nhiễm nguồn nước với tần suất lớn. Nếu bạn muốn tìm một đơn vị sử dụng công nghệ fenton uy tín và chuyên nghiệp thì Song Phụng sẽ là sự lựa chọn tuyệt vời dành cho bạn. Hãy liên hệ đến chúng tôi thông qua website này, sẽ có nhân viên tư vấn cho bạn.

Tìm hiểu thêm:

• Công nghệ lọc nước RO: Ưu điểm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động
• Công nghệ plasma là gì? Ứng dụng thế nào trong xử lý nước thải?
• Công nghệ xử lý nước rỉ rác và những phương pháp hiệu quả khác