Các xu hướng và chiến lược ứng dụng ozone trong các vấn đề môi trường (Phần 1)

CHIẾN LƯỢC Ô NHIỄM, XÃ HỘI HIỆN ĐẠI VÀ THÂN THIỆN VỚI MÔI TRƯỜNG

Dân số thế giới ngày càng tăng cùng với nhu cầu công nghiệp ngày càng phát triển đã đặt ra vấn đề bảo vệ môi trường và là yếu tố cốt yếu của một số quá trình công nghiệp, nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững của xã hội hiện đại. Để kết hợp các hoạt động công nghiệp với bảo tồn môi trường (phát triển bền vững), có xu hướng ở hầu hết các quốc gia áp dụng luật môi trường cứng nhắc trong đó Công nghệ xanh nổi tiếng đóng vai trò quan trọng. Trong bối cảnh này, các quy trình hóa học, trong đó công nghệ tốt nhất hiện có (BAT) không dẫn đến chi phí quá cao và mong muốn đạt được hiệu suất mà không có tác động đáng kể, được ưu tiên thay thế cho các quy trình cổ điển.

Chiến lược thân thiện với môi trường này giảm thiểu (hoặc thậm chí loại bỏ) việc sử dụng hoặc tạo ra các chất độc hại trong thiết kế, sản xuất và ứng dụng các sản phẩm hóa chất.  Từ những xem xét trên, rõ ràng Hóa học Môi trường đóng một vai trò quan trọng trong việc giám sát và kiểm soát trạng thái của môi trường, do đó tạo điều kiện cho việc khám phá và phát triển các công nghệ hấp dẫn về môi trường và do đó, là “sản phẩm xanh”.

Mục tiêu của bài báo này là trình bày vai trò của hóa học môi trường trong việc đạt được các chiến lược thân thiện với môi trường và thảo luận về tiềm năng ứng dụng ozone đối với một số loại nước thải công nghiệp có chứa các chất ô nhiễm khó kiềm chế.

Kiểm soát và khắc phục ô nhiễm

Ô nhiễm nước là một vấn đề lớn của xã hội hiện đại. Do đó, quá trình tái chế nước là một nhu cầu ngày càng tăng đối với nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt với chi phí nước ngày càng tăng và các hạn chế về môi trường. Một số hoạt động hoàn thiện công nghiệp, chẳng hạn như bản mạch in, quá trình hấp và tẩy trắng bột gỗ, tạo ra một lượng lớn nước rửa bị nhiễm một số hợp chất vô cơ và hữu cơ khác nhau.

Tùy thuộc vào chất lượng nước, yêu cầu cuối cùng và khía cạnh kinh tế, một số quy trình phù hợp hơn những quy trình khác để xử lý nước thải. Tách vật lý các chất rắn lơ lửng, dầu và mỡ và xử lý sinh học đã được chứng minh là các hệ thống rất kinh tế và đáng tin cậy trong các trường hợp nước thải đô thị, nước chế biến thực phẩm và nông trại. Tuy nhiên, có những trường hợp hiệu quả của các phương pháp xử lý này giảm đi ( ví dụ: các chất hòa tan cần phân tách vật lý, các hợp chất khó kiềm chế, các chất độc hại để xử lý sinh học), và do đó, các quá trình hóa học khác nhau được sử dụng như một chất kết dính để thực hiện xử lý nước thải hiệu quả hơn. Các công nghệ nước thải cổ điển dựa trên sự chuyển pha chỉ đơn thuần là tập trung các chất ô nhiễm, sau đó phải được loại bỏ trong một bước xử lý tiếp theo.

Theo Luck et al., chân không và bay hơi nhiệt cho phép thu hồi nước có độ tinh khiết cao trong một số trường hợp nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng và tốn kém để vận hành. Hiệu quả của thẩm thấu ngược phụ thuộc vào loại màng và số lượng giai đoạn, nhưng các vấn đề tắc nghẽn do kết tủa muối có thể xảy ra và các phân tử hữu cơ có khối lượng mol thấp cho thấy tính thấm cao.

Một cách tiếp cận khá sáng tạo để kiểm soát ô nhiễm trong nước thải được cung cấp bởi một quy trình tích hợp, trong đó hiệu quả của việc kết hợp các phương pháp xử lý sinh học và hóa lý được thiết kế đặc biệt để mang tính hiệp đồng chứ không phải phụ gia. Một ví dụ điển hình của quy trình tích hợp là sự kết hợp của quá trình oxy hóa hóa học với xử lý bùn hoạt tính, trong đó quy trình trước đây được sử dụng để cung cấp sự chuyển hóa các chất ô nhiễm khó phân hủy thành các chất trung gian dễ phân hủy sinh học hơn, do đó tránh được chi phí cao của quá trình khoáng hóa tổng thể.

Quá trình oxy hóa hóa học được coi là một công nghệ hoàn chỉnh để phân hủy một số chất hữu cơ nhằm đáp ứng các quy định về độc tính cũng như giảm tổng lượng carbon hữu cơ (TOC), do đó bao gồm một trong số ít các quy trình có thể tiêu diệt các chất hữu cơ độc hại và độc hại tại chỗ. Bên cạnh đó, quá trình oxy hóa hóa học có thể có lợi hơn so với các công nghệ xử lý hiện có khác, hoạt động bằng cách chuyển các vấn đề (vận chuyển và chôn lấp) hoặc chuyển vấn đề sang cơ quan tiếp nhận khác (tước khí).

Mức độ mà các chất hữu cơ khó phân hủy có thể được coi là: (i) sự phân hủy chính, khi xảy ra sự thay đổi cấu trúc trong hợp chất mẹ, do đó cho phép nó bị loại bỏ dễ dàng hơn bằng các quá trình khác ( ví dụ: xử lý sinh học, hấp phụ, Vân vân.); (ii) sự suy giảm có thể chấp nhận được, liên quan đến sự phân hủy của hợp chất gốc ở mức độ giảm độc tính của nó; (iii) sự phân huỷ cuối cùng, bước cuối cùng bao gồm quá trình khoáng hoá hợp chất hữu cơ (sự chuyển hoá của nó thành các chất vô cơ như CO 2 và H 2 O).

Theo tài liệu, một chất oxy hóa được chấp nhận với môi trường phải có các đặc điểm sau: (i) khả năng phản ứng đối với hợp chất đích; (ii) không tạo ra hoặc để lại các sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình phản ứng; (iii) sẵn có nhanh chóng, và (iv) mua rẻ hợp lý. Do đó, các chất ôxy hóa được sử dụng phổ biến nhất cho các ứng dụng môi trường trong kiểm soát ô nhiễm là ôzôn, hydrogen peroxide, clo, clo điôxít, natri và canxi hypoclorit, và thuốc tím.

Sự kết hợp của các quy trình hóa học và sinh học để xử lý nước thải có thể dẫn đến một lựa chọn rẻ hơn để xử lý nước thải độc hại, trong đó mỗi quy trình bị ảnh hưởng bởi các thông số riêng biệt của nó. Vì vậy, quá trình oxy hóa hóa học sẽ bị ảnh hưởng bởi số lượng toàn cầu của các chất hữu cơ có thể oxy hóa, tốc độ phản ứng giữa chất oxy hóa và các hợp chất hữu cơ và các điều kiện hóa học như pH và nhiệt độ, trong khi các quá trình sinh học chủ yếu bị ảnh hưởng bởi pH, sự xuất hiện của các chất độc hại, khả năng oxy hóa khử và sự hiện diện của ôxy. Trong cách tiếp cận này, có rất nhiều cách kết hợp có thể được sắp xếp cho loại điều trị này và đối với mỗi cách điều trị đều có một cách thiết lập tối ưu. Ngoài ra, những thay đổi trong thành phần của nước thải đầu vào dễ dàng giải quyết các thông số thay đổi trong từng giai đoạn.

Quy trình oxy hóa nâng cao, AOP

Quá trình oxy hóa bao gồm việc sử dụng gốc hydroxyl, HO ?? – E º = 2,80 V, là chất oxy hóa chính tạo nên Các quá trình oxy hóa nâng cao nổi tiếng (AOP). AOP là một công nghệ thay thế đầy hứa hẹn trong việc kiểm soát ô nhiễm đối với một số loại nước thải bị ô nhiễm khác nhau và hiệu suất của các hệ thống AOP kết hợp khác nhau, chẳng hạn như, O3 / H2O2 , UV / H2O2 , Fe2+ / H2O2 (thuốc thử Fenton), UV / O3 , UV / TiO2 (xúc tác quang không đồng nhất), v.v., đã được một số tác giả thảo luận trong tài liệu. Một đánh giá gần đây về các công nghệ thay thế để xử lý nước thải liên quan đến việc áp dụng một số hệ thống AOP khác nhau đã được báo cáo bởi Gogate và Pandit.

Trong trường hợp đặc biệt của AOP liên quan đến ứng dụng ozone, các báo cáo tài liệu đã chỉ ra một số cân nhắc liên quan đến xử lý nước thải. Ví dụ, trong trường hợp của hệ thống dựa trên ozone ( ví dụ O3/ H2O2 ; O3 / UV), phải đảm bảo rằng O2 không bị suy giảm trong quá trình phản ứng, vì HO ?? 2 / Ơ ?? ?? các gốc được giải phóng trong các phản ứng tạo gốc peroxyl khác nhau tạo ra các gốc HO · do phản ứng nhanh của O ?? ?? với O3 .

Hệ thống O3 / H2O2 là một trong những hệ thống thực tế nhất vì nó chỉ liên quan đến việc thêm hydro peroxit vào một dung dịch ozon hóa. Trong trường hợp này, hệ thống phun nhiều tầng là một phát minh gần đây khác, được báo cáo là mang lại kết quả tốt hơn nhiều so với hoạt động thông thường. Ngoài việc sử dụng các lò phản ứng nối tiếp, việc bổ sung hydrogen peroxide hoặc ozone có thể được điều chỉnh theo các bước tăng dần tùy thuộc vào nồng độ của các chất ô nhiễm còn lại cũng như các sản phẩm oxy hóa.

Theo quy luật, hiệu quả AOP phụ thuộc vào bản chất hóa học của nước thải đầu ra được xử lý, chẳng hạn như, độ pH, độ đục, nhu cầu oxy hóa học (COD) và sự hiện diện của các chất khử gốc. Một dự án nhằm đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế của AOP đối với một mức chất gây ô nhiễm có thể chấp nhận được đã được mô tả bởi Luck et al.

Nguồn: scielo.br

Xem thêm:

Các xu hướng và chiến lược ứng dụng ozone trong các vấn đề môi trường (Phần 2)

Các xu hướng và chiến lược ứng dụng ozone trong các vấn đề môi trường (Phần 3)

Các xu hướng và chiến lược ứng dụng ozone trong các vấn đề môi trường (Phần 4)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.