Đồ án Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton

ong hệ thống xử lý nước thải. Sự kháng với các tác nhân beta – lactam được quan sát giữa vi khuẩn Klebsiella pneumoniae và E. coli trong bệnh viện ở Pháp, với kết quả quan sát sự kém nhạy cảm của E. coli với cefotaxim. Ba loại beta – lactamas được xác định là trung gian hình thành khả năng kháng với cefotaxim và các penicillin và các nhóm cephalosporin khác. Như vậy, cácnhóm beta – lactam này là những nhóm có hoạt phổ rộng. Chúng ta nhận thấy rõ ràng rằng cơ thể của mỗi thành viên trong cộng đồng có thể là nơi chứa đựng các vi khuẩn hội sinh có gen kháng kháng sinh. Điều này có thể gây khó khăn rất lớn khi điều trị các bệnh về nhiễm khuẩn bởi vì sự lan tràn các vi khuẩn gây bệnh được nhận những gen kháng thuốc từ những vi khuẩn không gây bệnh trong cơ thể. Đối với vi khuẩn Gram - âm, khả năng kháng là phổ biến cho bởi dạng trung gian TEM 1 beta – lactamas, dạng trung gian này chiếm hơn 80% trong tất cả các plasmid trung gian. Tại Edinburgh, thuộc nước Anh, khả năng kháng kháng sinh được theo dõi trong cơ thể con người, bao gồm khả năng kháng với ampicillin. Plasmid chứa dạng Tem 1 beta – lactamas đựơc mã hoá thông tin và được xem xét trong cộng đồng và người ta tin rằng nó là thủ phạm của những enzyme beta – lactamas hoatï phổ rộng. 2.5.6 Kết luận Qua những kết quả nghiên cứu trên đây cho thấy sự hiện diện của kháng sinh cũng như những dược phẩm và các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ con người khác trong môi trường gây ra những tác động nghiêm trọng đến hệ sinh thái và cuộc sống của con người. Kháng sinh là nhóm hợp chất đặc biết gây ra những ảnh hưởng xấu bởi vì khả năng của chúng có thể tạo thành t ính chất kháng kháng sinh của cộng đồng vi sinh vật. Kháng sinh xâm nhập vào môi trường từ nhiều nguồn khác nhau bao gồm theo các dòng chảy từ các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và các công ty dược phẩm, thất thoát từ các quá trình chăn nuôi, từ các chất thải của con người và động vật chứa kháng sinh. Tuy nhiên nồng độ kháng sinh không chỉ giới hạn trong môi trường nước tự nhiên. Những phát hiện gần đây cho thấy đã phân tích một số nồng độ của một số kháng sinh trong nước cấp. Điều đó cho chúng ta thấy khả năng tồn tại và lan truỳên rộng rãi của kháng sinh Điều đáng lo ngại nhất là các vi khuẩn kháng kháng sinh khi xâm nhập vào môi trường có thể lan truyền các mã di truyền kháng kháng sinh đến cộng đồng vi khuẩn, kết quả là sự thay đổi tính chất kháng kháng sinh của vi khuẩn trong môi trường tự nhiên có thể làm rối loạn hệ sinh thái và sẽ là hiểm hoạ đối với sức khoẻ con người. Ví dụ, khi con người có vết thương lập tức vết thương đó sẽ là mục tiêu tấn công của các loại vi khuẩn, khi các vi khuẩn kháng kháng sinh xâm nhập vào thì khả năng điều trị bằng các loại kháng sinh sẽ rất khó khăn và đôi khi không mang lại kết quả như mong muốn và khả năng có thể gây tử vong. Hiện nay, các bệnh nhiễm khuẩn vẫn là căn nguyên hàng đầu gây tử vong, hàng năm cướp đi sinh mạng khoảng 17 triệu người. Nhưng đến nay sự khởi phát tiềm tàng và tiến triển không ngừng của các vi khuẩn kháng thuốc đã trở thành mối lo ngại về vấn đề môi trường cũng như sức khoẻ của cộng đồng. Việc xử lý để loại bỏ kháng sinh trong nước thải trở thành vấn đề cấp thiết. Chương 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Sơ lược về các phương pháp xử lý nước thông dụng. Các chất thải nguy hiểm trong quá trình thải rất đa dạng, chúng khác nhau về chủng loại, nồng độ, nguồn thải, lượng thải, có hoặc không có chất thải rắn. Chính vì vậy để xử lý nước thải thường phải áp dụng kết hợp vài phương pháp. Các phương pháp hay sử dụng nhất là: -Hấp thụ bằng than hoạt tính -Thổi khí -Xử lý sinh học -Trung hoà -Kết tủa hoá học -Oxi hoá hoá học -Khử hoá học -Lọc -Lắng 3.1.1 Hấp thụ bằng than hoạt tính Than hoạt tính được sử dụng rất hiệu quả để loại bỏ các chất hữu cơ nguy hiểm như: các chất thơm, halocacbon, thuốc trừ sâu, phenol,…nó còn có khả năng hấp thụ rất tốt các chất vô cơ như antimon, asen, brom, clo, coban, iot, thuỷ ngân, kẽm,… Có hai loại than hoạt tính hay dùng là than bột hoặc than vê viên. Trước khi xử lý nước thải bằng than hoạt tính, nước thải cần được xử lý sơ bộ tách các chất hựu cơ, tách dầu và các chất rắn lơ lửng bằng các phương pháp như thổi khí, xử lý sinh học… Than hoạt tính có thể sử dụng lại sau khi qua quá trình hoàn nguyên. 3.1.2 Thổi khí Phương pháp thổi khí thường dùng để xử lý sơ bộ nước thải (tách các chất dễ bay hơi) trước khi đưa vào xử lý bằng than hoạt tính hoặc xử lý sinh học. Có nhiều loại thiết bị thổi khác nhau như thiết bị sục khí, tháp đệm, tháp phun rỗng… Phương pháp thổi khí có nhược điểm là đưa các chất nguy hiểm dễ bay hơi vào không khí. 3.1.3 Xử lý sinh học Phương pháp xử lý sinh học là dùng các vi khuẩn ưa khí để phân huỷ các chất hữu cơ nguy hiểm với sự có mặt của oxy, tạo thành CO2, nước và các tế bào sinh học mới. Gồm các phương pháp cơ bản sau: -Bùn hoạt tính -Bể sinh học sục khí -Lọc tầng cố định kiểu tia -Tiếp xúc sinh học loại quay a. Phương pháp bùn hoạt tính Phương pháp bùn hoạt tính thường được sử dụng để xử lý các chất hữu cơ trong nước thải. Trong thiết bị xử lý bằng bùn hoạt tính, các vi khuẩn được giữ ở trạng thái lơ lửng và phân bố tương đối đều do sự khuấy trộn bằng khí nén hoặc cánh khuấy. Một quy trình công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính thường gồm các thiết bị: thiết bị điều chỉnh pH, bể lắng (xử lý sơ bộ), bể bùn hoạt tính (xử lý bằng sinh học), bể lắng cấp 2 (thu nước trong và tuần hoàn lại bùn hoạt tính), thiết bị lọc bùn (xử lý bùn của quá trình xử lý hất thải). Oxy cấn thiết cho quá trình sinh học được cấp vào bể xử lý sinh học bằng nhiều cách khác nhau như bơm sục khí, khuấy bề mặt nước thải… b. Bề sinh học sục khí Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong nước thải bằng phương pháp bể sinh học sục khí về cơ bản giống như bằng phương pháp bùn hoạt tính. Việc cấp oxy cho quá trình phân huỷ cũng được thực hiện bằng các phương pháp tương tự như phương pháp bùn hoạt tính. Sự khuấy trộn để giữ cho lượng oxy hoà tan lớn và tất cả các hạt rắn đều ở trạng thái lơ lửng. Bể sinh học sục khí được sử dụng để xử lý một số chất thải nguy hiểm. Ưu điểm của loại thiết bị này là chi phí vận hành thấp, tạo ít bùn, nhưng có nhược điểm là thời gian lưu lớn hơn so với phương pháp bùn hoạt tính. c. Lọc tầng cố định kiểu tia Phương pháp này khác biệt so với hai phương pháp bùn hoạt tính và bể sinh học sục khí là các vi khuẩn không ở trạng thái lơ lửng mà bám vào các lớp vật liệu, tạo thành lớp màng sinh học. Các lớp lọc tầng cố định được hình thành từ các lớp vật liệu đệm khác nhau như đá vụn, đệm nhân tạo từ gỗ, chất dẻo… Các vật liệu đệm này trong quá trình hoạt động sẽ tạo ra lớp màng sinh học do các vi khuẩn bám trên bề mặt. Khi nước thải đi qua lớp đệm này, các chất hữu cơ sẽ bị các lớp màng sinh học phân huỷ d. Tiếp xúc sinh học loại quay Thiết bị tiếp xúc sinh học loại quay xử lý các chất hữu cơ trong nước thải giống như thiết bị lọc tầng cố định. Thiết bị này được hình thành từ nhiều đĩa tròn, có đường kính lớn làm bằng polystyren hoặc PVC đặt sát nhau, lắp vào trục mặt nằm ngang, quay chậm và gập khoảng 40% trong bề mặt nước thải. Khi đó các màng sinh học được hình thành trên bề mặt tiếp xúc của đĩa sẽ thực hiện quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong nước thải bám trên đĩa quay. 3.1.4 Xử lý bằng phương pháp hoá học Các quá trình hoá học được sử dụng để xử lý các chất thải nguy hiểm trong nước thải là: -Trung hoà -Kết tủa hoá học -Oxi hoá hoá học -Khử hoá học a. Phương pháp trung hoà Phương pháp này được sử dụng để trung hoà nước thải có tính axit hoặc kiềm cao trước khi thải ra ngoài hoặc trước khi tiếp tục xử lý bằng phương pháp hoá học hoặc sinh học. Các chất hay sử dụng để trung hoà nước thải axit là: -Đá vôi CaCO3 -Sữa vôi Ca(OH)2 -Xut NaOH -Hydroxit magie Mg(OH)2 Hoá chất hay sử dụng để trung hoà nước thải kiềm cao là axit sunphuric, axit clohydric b. Phương pháp kết tủa hoá học Kết tủa hoá học hay được sử dụng để xử lý các kim loại nặng trong nước thải thông qua việc điều chỉnh độ pH để thu được các hydroxit kim loại kết tủa. Các hoá chất hay dùng để điều chỉnh pH là sữa vôi, xut và hydroxit – magie. Các hydroxit kim loại kết tủa ở thể keo có kích thước rất nhỏ, nếu không có các chất trợ lắng (tạo bông lắng) thì chúng không thể lắng được. Các hoá chất tạo bông lắng hay dùng là các muối kim loại như Fe2(SO4)3, FeSO4, FeCl3, Al2(SO4)3 và các polyme. Việc lựa chọn các chất trợ lắngn phù hợp và chế độ làm việc cần được xác định qua thực nghiệm. Trong trường hợp độ pH của nước thải sau khi xử lý các kim loại nặng cao hơn độ pH cho phép thì cần điều chỉnh lai pH bằng cách bổ sung thêm axit sunphuric. c. Phương pháp oxi hoá hoá học Phương pháp này thường được dùng để xử lý xyanua, các hợp chất có chứa lưu huỳnh, các chất hữu cơ, phenol, thuốc trừ sâu trong nước thải. Các chất oxi hoá thường được sử dụng là oxy không khí, ozon (O3), clo (Cl2), natri hypoclorit (NaCLO), Clo dioxit (ClO2), hydro peroxit (H2O2). Tuỳ theo từng đối tượng cụ thể mà phải xử lý độ pH tới các giá trị khac nhau với sự bổ sung các hoá chất như xut, sữa vôi, axit clohydric Dây chuyền công nghệ xử lý chất thải bằng phương pháp oxi hoá hoá học thường gồm một vài thiết bị phản ứng có cánh khuấy (tương ứng theo yêu cầu của từng giai đoạn trong quá trình). Thời gian lưu, độ pH và cường độ khuấy là các yếu tố quan trọng để thực hiện quá trình. Cũng tương tự như giai đoạn cuối của phương pháp kết tủa hoá học, nếu như độ pH của nước thải không đạt tiêu chuẩn thải thì phải dùng hoá chất để điều chỉnh lại độ pH. d. Phương pháp khử hoá học Phương pháp này thường được khử Crôm hoá trị 6 độc sang Crôm hoá trị 3 kết tủa ít độc và các kim loại khác như thuỷ ngân, chì trong nước thải. Các hoá chất hay dùng để khử là: -Dioxit lưu huỳnh và các muối của chúng, SO2, NaHSO3, Na2SO3 -Natri dihionit Na2S2O4 -Một số các ion kim loại khác cũng được nghiên cứu để khử Cr+6 trong môi trường axit. Trong trường hợp xử lý các kim loại hoà tan trong nước thải, dây chuyền công nghệ xử lý bao gồm thiết bị phản ứng thực hiện quá trình khử hoá, thiết bị điều chỉnh pH, thiết bị tạo bông lắng, thiết bị lắng và thiết bị lọc. 3.2 Các phương pháp oxi hoá tiên tiến (AOPs) 3.2.1 Giới thiệu chung Một trong những công nghệ cao nổi lên trong thời gian gần đây là công nghệ phân huỷ khoáng hoá chất ô nhiễm hữu cơ trong nước và nước thải dựa trên các quá trình oxi hoá nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Các quá trình oxi hoá nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân huỷ oxi hoá dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra in situ ngay trong quá trình xử lý. Gốc hydroxyl là một tác nhân oxi hoá mạnh nhất trong số các tác nhân oxi hoá được biết từ trước đến nay, có khả năng phân huỷ oxi hoá không lựa chọn mọi hợp chất hữu cơ , dù là loại khó phân huỷ nhất, biến chúng thành những hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hoá) không độc hại như CO2, H2O, các axit vô cơ,… Từ những tác nhân oxi hoá thông thường như hydrogen peroxit, ozon, có thể nâng cao khả năng oxi hoá của chúng bằng các phản ứng hoá học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxi hoá gián tiếp thông qua gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là các quá trình oxi hoá nâng cao hy gọi tắt là các quá trình oxi hoá nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Các quá trình oxi hoá nâng cao đã nổi lên những năm gần đây như là một loại công nghệ cao có tầm quan trọng trong việc đẩy mạnh quá trình oxi hoá, giúp phân huỷ nhiều lọi chất hữu cơ ô nhiễm khác nhau trong nước và không khí. Các quá trình oxi hoá nâng cao rất thích hợp và đạt hiệu quả cao để phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ (POPs) như hydrocacbon halogen hoá (trihalometan – THM, tricloroetan, tricloroetylen,…), các hydrocacbon aromatic (benzen, toluen, etylbenzen, xylen – BTEX), polyclorbiphenyl (PCB), nitrophenol, các hoá chất bảo vệ thực vật, dioxin và furan, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt… Ngoài ra, do tac dụng oxi hoá cực mạnh của chúng so với các tác nhân diệt khuẩn truyền thống (các hợp chất của clo) nên các gốc hydroxyl ngoài khả năng tiêu diệt triệt để các vi khuẩn thông thường như Escherichia coli, Coliform còn diệt được các loại tế bào vi khuẩn và virus gây bệnh mà clo không thể diệt nổi như Campylobacter, Yersina, Mycobacteria, Nigionella, Cryptosporidium,… Mặt khác, khử trùng bằng các gốc hydroxyl *OH lại rất an toàn so với khử trùng bằng clo vì không tạo ra các sản phẩm phụ gây ung thư như các chất hữu cơ chứa clor trihalometan (THM). 3.2.2 Những ưu việt của quá trình phân huỷ oxi hoá bằng gốc tự do hydroxyl *OH 3.2.2.1 Những hạn chế của quá trình oxi hoá hoá học bằng các tác nhân oxi hoá thông thường Trong công nghệ xử lý nước và nước thải truyền thống, thường sử dụng các chất oxi hoá thông dụng sau đây: Clo (Cl2) Clo là chất oxi hoá hoá học tốt được sử dụng để khử Fe2+ trong nước ngầm hoặc nước mặt, trong khử trùng nước sau xử lý. Vì clo là chất oxi hoá tương đối mạnh, rẻ tiền và dễ sử dụng nên được dùng rất phổ biến trong ngành xử lý nước và nước thải cho đến ngày nay. Tuy vậy, nhược điểm chính của clo là trong quá trình khử sắt và khử trùng bằng clo đã tác dụng với các chất hữu cơ thiên nhiên (NOM), tạo ra những phụ phẩm là các chất hữu cơ chứa clo (THM) gây nguy cơ ung thư cho người sử dụng . Ngoài ra, clo chỉ có khả năng khử trùng một số rất hạn chế loại vi khuẩn như E. coli, không có khả năng diệt các vi khuẩn hoặc virus truyền bệnh nguy hiểm như Giardia và Cryptosporidium. Kali pecmanganat (KMnO4) Kali pecmanganat là chất oxi hoá được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Đó là chất oxi hoá mạng hơn clo, có thể làm việc trong khoảng pH rộng, nhưng đắt tiền. Ngoài ra, nhược điểm đáng kể của kali pecmanganat khi sử dụng trong xử lý nước là tạo ra mangan dioxit trong quá trình oxi hoá, chất này kết tủa và do vậy phải tách ra bằng cách lọc hoặc lắng, gây tăng thêm chi phí. Hydrogen peroxit (H2O2) Hydrogen peroxit là chất oxi hoá mạnh hơn clo và kali pecmanganat và được sử dụng rất phổ biến trong xử lý nước thải để phân huỷ các chất hữu cơ và khử màu của nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm. Ngoài ra, ưu điểm của hydrogen peroxit là không ra chất độc hoặc chất có màu trong quá trình sử dụng. Tuy vậy, khả năng oxi hoá của hydrogen peroxit không đủ mạnh để khoáng hoá hoàn toàn chất ô nhiễm hữu cơ như yêu cầu đòi hỏi. Ozon (O3) Ozon là chất oxi hoá mạnh nhất trong số các chất oxi hoá thông dụng kể trên, được sử dụng để khử trùng, phân huỷ các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm, khử mùi hôi, khử sắt hoặc mangan trong nước sinh hoạt. Ưu điểm của ozon là tự phân huỷ, không để lại các phụ phẩm lạ và nguy hiểm trong nước sau khi phản ứng. Tuy vậy, ozon hoà tan kém trong nước và là hợp chất không bền, thời gian sống chỉ vài phút. Vì vậy, để có thể đạt được số lượng ozon hoà tan đủ lớn cho quá trình oxi hoá, phải đưa vào một lượng ozon lớn. Ngoài nhược điểm nói trên, khi sử dụng ozon làm chất oxi hoá trong xử lý nước và nước thải là phải sản xuất ozon tại chỗ, ngay trong dây chuyền xử lý. 3.2.2.2 Những ưu điểm của quá trình phân huỷ oxi hoá bằng gốc tự do hydroxyl *OH Gốc hydroxyl *OH và khả năng oxi hoá của nó. Oxi hoá là quá trình trong đó eletron được chuyển từ một chất này sang một chất khác. Điều này tạo ra một hiệu thế được biểu thị bằng volt (V) dựa trên hiệu thế điện cực hydro bằng 0. Mỗi chất (tác nhân) oxi hoá đều có một thế oxi hoá khác nhau và đại lượng này được dùng để so sánh khả năng oxi hoá mạnh hay yếu của chúng. Khả năng oxi hoá của các tác nhân oxi hoá được thể hiện qua thế oxi hoá và được sắp xếp theo thứ tự trình bày trên bảng 9 Bảng 9: Khả năng oxi hoá của một số tác nhân oxi hoá. Tác nhân oxi hoá Thế oxi hoá, V Gốc hydroxyl Ozon Hydrogen peroxit Permanganat Hydrobromic axit Clo dioxit Hypocloric axit Hypoiodic axit Clo Brom Iod 2,80 2,07 1,78 1,68 1,59 1,57 1,49 1,45 1,36 1,09 0,54 Nhiều tác nhân oxi hoá mạnh đều là các gốc tự do, trong số đó, gốc hydroxyl *OH là tác nhân oxi hoá mạnh nhất. Thế oxi hoá của gốc hydroxyl *OH là 2,80 V, cao nhất trong số các tác nhân oxi hoá thường gặp. Nếu so với clo, thế oxi hoá của gốc hydroxyl *OH cao gấp 2,05 lần và so với ozon, thế oxi hoá của gốc hydroxyl *OH cao gấp 1,52 lần. Đặc tính của gốc tự do là trung hoà về điện trong khi các ion đều mang điện tích dương hoặc âm. Gốc tự do được tạo thành từ sự tách ra hai phần bằng nhau của liên kết 2 electron, ví dụ như khi quang phân H2O2 sẽ thu được 2 gốc *OH như sau: HO : OH + hv à HO* + *OH Mỗi gốc *OH đều không mang điện, hai gốc HO* có thể kết hợp trở lại thành HOOH cũng không mang điện. Ký hiệu * cho biết là gốc tự do và biểu thị một electron lẻ đôi. Gốc tự do này không tồn tại sẵn như những tác nhân oxi hoá thông thường mà chỉ được sản sinh in situ ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài phần nghìn giây (micro second) nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng. Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl *OH Một khi gốc tự do được hình thành, lập tức xảy ra hàng loạt các phản ứng kế tiếp theo kiểu dây chuỗi với những gốc hoạt động mới. Vì vậy, sự hình thành gốc hydroxyl được xem như khơi mào cho hàng loạt các phản ứng xảy ra kế tiếp trong dung dịch. Vì phản ứng của gốc hydroxyl xảy ra không chọn lựa, nên trong quá trình đó tạo ra nhiều sản phẩm trung gian khác nhau, khó tiên đoán tất cả những sản phẩm oxi hoá trung gian có thể tạo ra trong quá trình. Gốc hydroxyl *OH có thể tác kích với các chất ô nhiễm theo các kiểu sau đây: Phản ứng cộng với các hợp chất không no mạch thẳng hoặc vòng thơm, tạo ra gốc mới hydroxylat hoạt động: *OH + CH2 = CH2 à *CH2 – CH2(OH) Phản ứng tách hydrogen từ các hợp chất no hoặc không no, tạo thành nước và gốc mới hoạt động: *OH + CH3 – CO – CH3 à *CH2COCH3 + H2O Phản ứng trao điện tử tạo ra gốc ion mới hoạt động: *OH + CH3 – S – C6H5 à [CH3 – S – C6H5]+* + OH Quá trình phản ứng tiếp tục phát triển nhờ các gốc tự do mới sinh ra theo kiểu phản ứng dây chuỗi cho đến khi vô cơ hoá (khoáng hoá) hoàn toàn hoặc dây chuỗi bị đứt. Mục đích mong muốn cuối cùng của quá trình oxi hoá các chất ô nhiễm trong nước và nước thải là để vô cơ hoá (khoáng hoá), tức chuyển hoá các chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản và không độc hại. Cụ thể là chuyển: -Cacbon trong phân tử chất ô nhiễm thành CO2 -Hydrogen trong phân tử chất ô nhiễm thành H2O -Photpho trong phân tử chất ô nhiễm thành photphat hoặc photphoric axit. -Sunfua trong phân tử chất ô nhiễm thành sunfat -Nitơ trong phân tử chất ô nhiễm thành nitrat -Halogen trong phân tử chất ô nhiễm thành halogen axit -Các hợp chất vô cơ tạo thành trạng thái oxi hoá cao hơn như Fe2+ thành Fe3+. Đặc điểm chung của việc oxi hoá các chất bằng các tác nhân oxi hoá thường dùng là không thể xảy ra với mọi chất và không thể xảy ra triệt để, trong khi đó, đặc trưng quan trong của gốc *OH là hầu như không chọn lựa khi phản ứng với các chất khác nhau để oxi hoá và phân huỷ chúng. Có thể kể ra một số hợp chất hữu cơ dưới đây đều bị oxi hoá dễ dàng bởi gốc *OH (bảng 10): Bảng 10: Những hợp chất hữu cơ bị oxi hoá bởi gốc *OH đã được nghiên cứu Nhóm Hợp chất Axit Focmic, gluconic, lactic, malic, propionic, tactaric Alcohol Benzyl, tert-butyl, etanol, etylen glycol, glyxerol, iso-propanol, metanol, propenediol Aldehyd Axetaldehyd, benzaldehyd, focmaldehyd, glyoxal, iso-butyraldehyd, tricloroaxetaldehyd Aromatic Benzen, clorobenzen, clorophenol, creozot, diclorophenol, hydroquinon, p-nitrophenol, phenol, toluen, triclorophenol, xylen, trinitrotoluen Amin Anilin, amin vòng, dietylamin, dimetylfocmamid, EDTA, propandiamin, n-propylamin Thuốc nhuộm Antraquinon, diazo, monoazo Eter Tetrahydrofuran Keton Dihydroxyaxeton, metyl-etyl-keton Hằng số động học phản ứng giữa gốc *OH và các chất hữu cơ. Mặt khác, về tốc độ phản ứng, hầu như tất cả các chất hữu cơ đều bị gốc *OH oxi hoá với tốc độ nhanh hơn so với ozon – một chất oxi hoá mạnh nhất trong số các chất oxi hoá thông dụng – từ hàng nghìn đến hàng tỷ lần. (Bảng 11) Bảng 11: Hằng số tốc độ phản ứng (M-1 s-1) của gốc *OH so với ozon Hợp chất O3 *OH Các alcohol Các aldehyd Các alkan Các aromatic Các cacboxylic axit Các alken clo hoá Các keton Các chất hữu cơ chứa N Các olefin Các phenol Các chất hữu cơ chứa S 10-2 đến 1 10 10-2 1 đến 102 10-3 đến 10-2 10-1 đến 103 1 10 đến 102 1 đến 450x103 103 10 đến 1,6x103 108 đến 109 109 106 đến 109 108 đến 1010 107 đến 109 109 đến 1011 109 đến 1010 108 đến 1010 109 đến 1011 109 đến 1010 109 đến 1010 3.2.3 Các quá trình tạo ra gốc *OH Do gốc tự do *OH có khả năng oxi hoá rất mạnh, tốc độ phản ứng oxi hoá rất nhanh và không chọn lựa khi phản ứng với các hợp chất khác nhau, nhiều công trình nghiên cứu trong mấy thập kỷ qua là tìm kiếm các quá trình tạo ra gốc *OH trên cơ sở các tác nhân oxi hoá thông thường như ozon, hydrogen peroxit thông qua phản ứng hoá học (H2O2/Fe2+, O3/H2O2, O3/xúc tác), hoặc nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV (O3/UV, H2O2/UV, O3 + H2O2/UV, H2O2/VUV, TiO2/UV) và các nguồn năng lượng cao (siêu âm, tia Gamma, tia X, chùm electron). Các quá trình oxi hoá nâng cao trên cơ sở gốc hydroxyl đã được nghiên cứu áp dụng vào xử lý nước vànước thải cho đến nay có thể thống kê như sau (bảng 12): Bảng 12: Các quá trình oxi hoá nâng cao dựa vào gốc *OH TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình 1 H2O2 và Fe2+ H2O2 + Fe2+ à Fe3+ + OH- + *OH Fenton 2 H2O2/Fe3+ (ion) và năng lương photon UV Fe3+ (ion) + H2O hv *OH + Fe2+ + H+ (l > 300 nm) H2O2 + Fe2+ à Fe3+ + OH- + *OH Quang Fenton 3 H2O2/Fe3+ (phức) và năng lương photon UV Fe3+ (phức) hv Fe2+ + gốc (phức) H2O2 + Fe2+ hv Fe3+(phức) + OH- + *OH (l = 300 – 500 nm) Quang Fenton biến thể 4 H2O với anot Fe và năng lượng điện hoá ½ O2 + H2O năng lượng điện hoá 2*OH Fenton điện hoá 5 H2O2 và O3 H2O2 + 2O3 à 2*OH + 3O2 Peroxon 6