Nghiên cứu xử lý nước thải khó phân hủy sinh học bằng công nghệ Fenton điện hóa xúc tác Fe3O4/Mn3O4 - NCS. Nguyễn Đức Đạt Đức

Đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu xử lý nước thải khó phân hủy sinh học bằng công nghệ Fenton điện hóa xúc tác Fe3O4/Mn3O4  
Ngành:    Kỹ thuật môi trường
Mã số ngành: 62520320
Họ và tên NCS: Nguyễn Đức Đạt Đức
Tập thể hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Tấn Phong
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM
Những nội dung chính của luận án
Vật liệu Fe3O4/Mn3O4 là một chất xúc tác tốt cho quá trình Fenton dị thể. Nó có hoạt tính xúc tác tốt hơn nhiều loại vật liệu khác như Fe3O4 hay Mn3O4, đồng thời vật liệu này bền và có từ tính mạnh nên có thể tách khỏi nước nhanh chóng và tái sử dụng được.
Trong luận án này, vật liệu Fe3O4/Mn3O4 được nghiên cứu áp dụng làm chất xúc tác cho quá trình Fenton điện hóa để xử lý 3 loại nước thải khó phân hủy sinh học bao gồm: nước thải dệt nhuộm, nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan, và nước thải thuốc bảo vệ thực vật nhằm mục tiêu nâng cao hiệu quả xử lý, giảm lượng hóa chất, giảm lượng bùn thải, tái sử dụng được chất xúc tác, vận hành đơn giản.
Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm trên mô hình này đã tìm được điều kiện xử lý tối ưu như sau: pH = 3.8; hàm lượng xúc tác = 1.1 g/l, tương ứng tải trọng chất xúc tác = 1.96 kg/kg COD, mật độ dòng điện = 17.0 mA/cm2, khoảng cách điện cực 4 cm, tốc độ thổi khí = 0.5 lít/phút, thời gian xử lý = 90 phút, điện cực sử dụng than chì. Hiệu suất xử lý tối ưu của COD và độ màu trong điều kiện này lần lượt là: 93.2% và 99.6%, tương ứng với nồng độ COD = 56 mg/l và độ màu = 16.0 Pt – Co đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (cột A).
Đối với nước thải cà phê hòa tan, điều kiện xử lý tối ưu của công nghệ này được xác định là: pH = 3.7; hàm lượng xúc tác = 0.5 g/l tương ứng với tải trọng chất xúc tác = 1.47 kg/kg COD, mật độ dòng điện 19.6 mA/cm2, khoảng cách điện cực 4 cm, tốc độ thổi khí = 0.5 lít/phút, thời gian xử lý = 60 phút, điện cực sử dụng than chì. Hiệu suất xử lý tối ưu của COD, độ màu, TOC lần lượt là 87.9%, 97.7% và 93.3%, tương ứng với giá trị COD = 42 mg/l, độ màu = 19 Pt – Co và TOC = 6.82 mg/l đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (cột A).
Tương tự với nước thải thuốc bảo vệ thực vật, điều kiện xử lý tối ưu được xác định là: pH = 3.8; hàm lượng xúc tác = 1.3 g/l tương ứng tải trọng chất xúc tác = 5.0 kg/kg COD, mật độ dòng điện = 13.4 mA/cm2, khoảng cách điện cực 2 cm, tốc độ thổi khí = 0.5 lít/phút, thời gian xử lý = 150 phút, điện cực anốt kim cương pha tạp boron. hiệu suất xử lý của COD, và IMI lần lượt là 98.2% và 99.8%, tương ứng với giá trị COD = 6 mg/l, và IMI = 0.043 mg/l đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (cột B).
Kết quả nghiên cứu trên 3 loại nước thải cho thấy công nghệ này đạt hiệu quả xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học cao, giá trị pH đã được nâng cao hơn các quá trình Fenton điện hóa truyền thống. Vật liệu Fe3O4/Mn3O4 sau xử lý có độ hòa tan thấp (khoảng 0.1% sau mỗi chu kỳ), mức độ ổn định của vật liệu cao, thất thoát vật liệu sau mỗi mẻ ít (khoảng 0.4% sau mỗi chu kỳ).
Luận án cũng đề xuất được quy trình xử lý nước thải áp dụng công nghệ Fenton điện hóa xúc tác Fe3O4/Mn3O4 để xử lý 3 loại nước thải này.
Tóm lại, vật liệu Fe3O4/Mn3O4 có thể sử dụng làm chất xúc tác cho công nghệ Fenton điện hóa để xử lý nước thải khó phân hủy sinh học với hiệu quả xử lý cao, pH quá trình cao hơn các phương pháp truyền thống, ít sử dụng hóa chất, giảm lượng bùn thải, thời gian xử lý ngắn, có thể tái sử dụng chất xúc tác.