Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp fenton

Ngành dệt nhuộm phát thải lượng nước thải lớn chứa hàm lượng cao hợp chất hữu cơ khó phân hủy (COD 1.500–10.000 mg/L), thuốc nhuộm azo bền vững, cùng hóa chất độc hại như H2SO4, NaCl, kim loại nặng (Cr, Pb), gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng và đe dọa hệ sinh thái. Trong các công nghệ hiện nay, xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton được ưu tiên ứng dụng nhờ cơ chế oxy hóa mạnh bằng gốc ·OH sinh ra từ phản ứng H2O2 và Fe²⁺, phá vỡ cấu trúc phức tạp của thuốc nhuộm, chuyển hóa chất hữu cơ thành CO2 và H2O. Thực tế cho thấy, công nghệ này đạt hiệu suất loại bỏ COD cao 85–95%, độ màu trên 90%, đồng thời xử lý triệt để kim loại nặng nhờ quá trình keo tụ, phù hợp với đặc tính nước thải dệt nhuộm giàu tạp chất và cần giảm thiểu chi phí vận hành. Cùng ETM tìm hiểu chi tiết về phương pháp này trong nội dung dưới đây!

Phương pháp Fenton là gì?

Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton là công nghệ dựa trên phản ứng oxy hóa nâng cao, sử dụng hỗn hợp hydrogen peroxide (H₂O₂) và muối sắt hóa trị II (Fe²⁺) để tạo ra gốc hydroxyl tự do (·OH) – tác nhân oxy hóa mạnh, có khả năng phân hủy chất hữu cơ khó phân hủy thành CO₂, H₂O và các hợp chất vô cơ đơn giản. Khi Fe²⁺ phản ứng với H₂O₂ trong môi trường axit (pH 2–4), chuỗi phản ứng dây chuyền được kích hoạt, giải phóng lượng lớn gốc ·OH có khả năng cắt đứt liên kết bền vững của thuốc nhuộm azo, hợp chất hữu cơ phức tạp và trung hòa độc tính kim loại nặng thông qua cơ chế oxy hóa-khử.

Ưu điểm vượt trội của công nghệ này nằm ở hiệu suất xử lý cao (đạt 85–95% COD và trên 90% độ màu), khả năng đồng thời xử lý màu nước, chất hữu cơ và keo tụ kim loại, phù hợp với đặc thù nước thải dệt nhuộm giàu tạp chất. Tuy nhiên, phương pháp đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ pH, tỷ lệ H₂O₂/Fe²⁺ tối ưu và xử lý bùn sắt sau phản ứng, nhưng vẫn được đánh giá là giải pháp hiệu quả về chi phí và kỹ thuật so với các công nghệ truyền thống.

Quy trình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton

Quy trình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton được thực hiện qua các bước cơ bản sau:

Điều chỉnh pH: Nước thải được điều chỉnh về môi trường axit (pH 2–4) bằng H₂SO₄ để tạo điều kiện tối ưu cho phản ứng Fenton. Đây là bước quan trọng vì gốc ·OH chỉ được sinh ra hiệu quả trong môi trường axit.

Phản ứng Fenton: Bổ sung H₂O₂ và muối Fe²⁺ (thường dùng FeSO₄) vào bể phản ứng theo tỷ lệ tối ưu (thường 1:1–1:5 H₂O₂/Fe²⁺). Phản ứng xảy ra:
Fe2+ + H2O2→Fe3+ + ⋅OH + OH− 

Gốc ·OH oxy hóa chất hữu cơ (thuốc nhuộm azo, hợp chất phenol), phá vỡ cấu trúc mạch vòng, chuyển hóa thành CO₂, H₂O và các phân tử đơn giản. Thời gian phản ứng khoảng 30–120 phút, tùy vào nồng độ ô nhiễm.

Trung hòa và keo tụ: Sau phản ứng, pH được nâng lên 7–9 bằng NaOH/Ca(OH)₂. Lúc này, Fe³⁺ kết tủa dưới dạng Fe(OH)₃, hấp phụ chất ô nhiễm còn lại và kim loại nặng (Cr, Pb) thông qua cơ chế keo tụ.

Lắng: Hỗn hợp được chuyển sang bể lắng để tách bùn chứa Fe(OH)₃ và chất ô nhiễm đã được oxy hóa. Bùn thu hồi xử lý riêng, nước sau lắng có COD giảm 85–95%, độ màu giảm >90% 

Xử lý bùn: Bùn sắt được tách nước, ép khô và xử lý như chất thải rắn.

Xử lý bậc cao (nếu cần): Nước sau Fenton có thể kết hợp với phương pháp sinh học hoặc lọc để đạt tiêu chuẩn xả thải.

Phương pháp này có thể xử lý đồng thời chất hữu cơ, độ màu và kim loại nặng; chi phí thấp hơn công nghệ ozone hay UV. Tuy nhiên, kỹ sư cần kiểm soát chặt pH, tỷ lệ H₂O₂/Fe²⁺ và xử lý lượng bùn phát sinh.

Có nên xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton không?

Công nghệ Fenton được đánh giá cao nhờ sự đơn giản trong vận hành, có thể triển khai theo mẻ hoặc liên tục, phù hợp với quy mô từ nhỏ đến lớn. Nguyên liệu chính như H₂O₂ và muối sắt II (Fe²⁺) dễ tiếp cận, chi phí đầu tư thấp, giúp doanh nghiệp giảm áp lực tài chính. Đặc biệt, công nghệ này xử lý hiệu quả các hợp chất hữu cơ phức tạp, khó phân hủy sinh học như thuốc nhuộm azo, phenol, nhờ cơ chế oxy hóa mạnh bằng gốc ·OH. Tính linh hoạt của Fenton còn thể hiện ở khả năng kết hợp linh hoạt với quá trình sinh học, có thể ứng dụng làm tiền xử lý (phá vỡ cấu trúc chất khó phân hủy) hoặc hậu xử lý (loại bỏ dư lượng ô nhiễm sau sinh học), tùy vào đặc tính nước thải.

Tuy nhiên, lượng bùn sắt (Fe(OH)₃) sinh ra sau phản ứng chiếm 10–15% tổng chi phí vận hành do yêu cầu thu gom và xử lý chuyên biệt. Việc kiểm soát H₂O₂ cũng là thách thức vì hóa chất này dễ phân hủy, đòi hỏi liều lượng chính xác để tránh lãng phí. Ngoài ra, quá trình oxy hóa triệt để của Fenton chuyển hóa chất hữu cơ thành CO₂, H₂O và ion vô cơ, khiến các công đoạn xử lý sinh học sau đó thiếu cơ chất, buộc phải bổ sung dinh dưỡng (như N, P), làm tăng chi phí phát sinh.

Để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, Fenton nên được áp dụng như giai đoạn tiền xử lý, chuyên phân hủy một phần chất hữu cơ khó phân hủy thành dạng dễ tiếp cận cho vi sinh vật. Kết hợp với công nghệ sinh học ở giai đoạn sau, hệ thống vừa giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng, vừa đảm bảo xử lý triệt để ô nhiễm mà không gây tồn dư hóa chất độc hại. Cách tiếp cận này không chỉ cân bằng giữa chi phí và hiệu suất mà còn phù hợp với xu hướng phát triển bền vững trong quản lý môi trường công nghiệp.

Lời kết

Nhìn chung, với ưu điểm vượt trội như chi phí thấp, nguyên liệu dễ tiếp cận, hiệu suất xử lý COD và độ màu trên 90%, Fenton trở thành lựa chọn hàng đầu cho doanh nghiệp cần giải quyết ô nhiễm phức tạp. Tuy nhiên, phát sinh bùn sắt, yêu cầu kiểm soát pH chặt chẽ và nguy cơ lãng phí hóa chất nếu vận hành không tối ưu, đòi hỏi hệ thống cần kết hợp linh hoạt với các phương pháp khác.

Nếu Quý khách đang tìm đơn vị tư vấn, thiết kế, thi công trọn gói hệ thống xử lý nước thải, xử lý khí thải công nghiệp, hãy liên hệ ngay với ETM qua hotline 0923 392 868 để được tư vấn và nhận báo giá cạnh tranh ngay trong thời gian sớm nhất!