Quá Trình Oxy Hóa Nâng Cao (AOPs) Là Gì?

Cơ Chế, Ứng Dụng Và Tầm Quan Trọng Trong Xử Lý Môi Trường

Trong bối cảnh hiện nay, ô nhiễm môi trường đang trở thành một trong những vấn đề nan giải nhất trên toàn cầu. Sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp, đô thị hóa và gia tăng dân số kéo theo lượng nước thải sinh hoạt, công nghiệp và y tế ngày càng lớn. Các hợp chất hữu cơ bền vững, kim loại nặng, vi sinh vật gây bệnh… thường xuất hiện trong nước thải với nồng độ cao, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Trước thực trạng đó, nhu cầu ứng dụng các công nghệ xử lý nước tiên tiến, hiệu quả và thân thiện với môi trường ngày càng cấp thiết. Trong số các giải pháp hiện đại, quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) được xem là một trong những công nghệ nổi bật nhất với khả năng phân hủy triệt để các chất ô nhiễm hữu cơ bền vững mà các phương pháp truyền thống không xử lý được.

Quá trình oxy hóa nâng cao là gì?

Quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs) là một tập hợp các phương pháp xử lý môi trường, đặc biệt là xử lý nước, dựa trên việc tạo ra các gốc hydroxyl tự do (•OH). Đây là những chất oxy hóa có khả năng phản ứng mạnh mẽ với hầu hết các hợp chất hữu cơ, giúp phân hủy chúng thành các chất vô hại như CO₂ và H₂O.

Khác với các phương pháp xử lý truyền thống như lắng, lọc, hấp phụ hay sinh học – vốn chỉ có thể loại bỏ một phần chất ô nhiễm – AOPs có thể phá vỡ các liên kết hóa học bền vững trong các hợp chất hữu cơ như thuốc trừ sâu, dược phẩm, thuốc nhuộm, phenol…

Một số tác nhân phổ biến được sử dụng trong AOPs bao gồm:

• Ozone (O₃)
• Hydrogen peroxide (H₂O₂)
• Tia cực tím (UV)
• Chất xúc tác bán dẫn như titan dioxide (TiO₂)

Những tác nhân này, khi được kết hợp đúng cách, sẽ sinh ra lượng lớn gốc •OH để tiến hành quá trình oxy hóa mạnh mẽ.

Nguyên lý hoạt động của AOPs

Nguyên lý cốt lõi của AOPs là tạo ra gốc hydroxyl tự do (•OH) – một trong những chất oxy hóa mạnh nhất được biết đến trong hóa học. Gốc •OH có thể phản ứng với gần như mọi hợp chất hữu cơ, biến chúng thành CO₂, H₂O và các ion vô cơ.

Các cơ chế phản ứng cơ bản:

1. UV/H₂O₂:
   • H₂O₂ + UV → 2•OH
2. O₃/H₂O₂ (Peroxone):
   • O₃ + H₂O₂ → •OH + O₂
3. TiO₂/UV (Photocatalysis):
   • TiO₂ + hv (UV) → e⁻ + h⁺
   • h⁺ + H₂O → •OH
4. Fenton:
   • Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + •OH + OH⁻

Các phản ứng này đều có điểm chung là tạo ra gốc hydroxyl, từ đó oxy hóa các chất ô nhiễm một cách mạnh mẽ, nhanh chóng và triệt để.

Các loại công nghệ oxy hóa nâng cao phổ biến

 Oxy hóa bằng Ozone (O₃)

• Ozone là chất oxy hóa mạnh, có khả năng phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ.
• Khi kết hợp với UV hoặc H₂O₂, hiệu quả xử lý tăng lên đáng kể.
• Phù hợp với xử lý nước có chứa vi sinh vật, hợp chất thơm, màu.

UV/H₂O₂

• Tạo gốc •OH thông qua chiếu UV lên H₂O₂.
• Ứng dụng nhiều trong xử lý nước cấp, nước uống.
• Hiệu quả cao với vi khuẩn, virus, thuốc trừ sâu.

 O₃/H₂O₂ – Quy trình Peroxone

• Sự kết hợp mạnh mẽ giữa ozone và hydrogen peroxide.
• Hiệu quả với các hợp chất hữu cơ bền vững.
• Ứng dụng trong xử lý nước thải bệnh viện, công nghiệp nặng.

. TiO₂/UV – Quang xúc tác

• Sử dụng TiO₂ dưới ánh sáng UV để tạo e⁻ và h⁺, sinh ra •OH.
• TiO₂ không bị tiêu hao, có thể tái sử dụng.
• Xử lý hiệu quả các chất màu, thuốc nhuộm, dược phẩm.

. Phản ứng Fenton và Fenton cải tiến

• Sử dụng Fe²⁺ và H₂O₂ để sinh ra •OH.
• Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền, dễ vận hành.
• Nhược điểm: tạo bùn sắt cần xử lý.

Ưu điểm và nhược điểm của quá trình oxy hóa nâng cao

Ưu điểm:

• Khả năng phân hủy triệt để các chất hữu cơ bền vững.
• Không tạo ra sản phẩm phụ độc hại (nếu kiểm soát tốt).
• Có thể áp dụng cho cả xử lý sơ cấp, thứ cấp và nâng cao.
• Hiệu quả với cả vi sinh vật, thuốc trừ sâu, dược phẩm.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư và vận hành cao.
• Yêu cầu thiết bị chuyên dụng, giám sát liên tục.
• Một số phương pháp tạo ra phụ phẩm cần xử lý tiếp (Fe³⁺, bùn).
• Đòi hỏi kỹ thuật viên có trình độ để vận hành an toàn.

Ứng dụng thực tế của công nghệ AOPs

Trong xử lý nước thải công nghiệp:

• Dệt nhuộm: xử lý màu, thuốc nhuộm azo.
• Giấy: loại bỏ lignin, chất hữu cơ.
• Hóa chất: phân hủy chất hữu cơ độc hại.

 Nước thải y tế:

• Loại bỏ kháng sinh, vi khuẩn, virus.
• An toàn sinh học cao, tránh lây nhiễm chéo ra môi trường.

Xử lý nước uống:

• Loại bỏ vi khuẩn, mùi, vị và thuốc trừ sâu.
• Đảm bảo nước đạt chuẩn WHO.

Ứng dụng trong không khí:

• Xử lý khí VOC, formaldehyde trong nhà máy.
• Kết hợp với hệ thống lọc HEPA hoặc carbon.

 Vai trò của ozone trong các quy trình AOPs

Ozone là một trong những chất oxy hóa mạnh nhất và đóng vai trò quan trọng trong nhiều quy trình AOPs:

• Là nguồn tạo gốc •OH khi kết hợp với UV hoặc H₂O₂.
• Có thể oxy hóa trực tiếp các chất hữu cơ, vi sinh vật.
• Không để lại dư lượng nguy hiểm, phân hủy thành O₂.
• Ứng dụng: xử lý nước thải, nước cấp, khử trùng hồ bơi, chế biến thực phẩm.

Tương lai của công nghệ AOPs tại Việt Nam

Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức về môi trường, đặc biệt tại các khu công nghiệp, đô thị lớn. Công nghệ AOPs có tiềm năng ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm phức tạp.

Triển vọng:

• Được ưu tiên trong các dự án xử lý nước thải công nghiệp có chỉ số ô nhiễm cao.
• Kết hợp với hệ thống tự động hóa, IoT giúp giảm chi phí và kiểm soát tốt hơn.
• Cần hỗ trợ từ chính sách để khuyến khích doanh nghiệp đầu tư.

CÔNG TY CỔ  PHẦN CÔNG NGHỆ VÀ XÂY DỰNG CƯỜNG THỊNH 

• 📍 Địa chỉ: Số 51 ngách 51 ngõ 97 đường văn cao, Ba Đình, Hà Nội 

• ☎️ Hotline: 0974 844 211

• 🌐 Website: https://cuongthinhjsc.com.vn/

• 📦 Giao hàng toàn quốc – Lắp đặt tận nơi – Bảo hành chính hãng