Phương pháp oxy hóa tiên tiến (AOPs) là tập hợp các kỹ thuật xử lý nước thải dựa trên việc tạo ra các gốc hydroxyl ($<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}$\cdot OH$\cdot OH$) có tính oxy hóa cực mạnh. Các gốc này có khả năng phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, dược phẩm, thuốc trừ sâu và các chất ô nhiễm nguy hại khác trong nước thải.

1. Nguyên lý của AOPs

Các phương pháp AOPs hoạt động bằng cách tạo ra gốc hydroxyl ($<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}$\cdot OH$\cdot OH$), có thế oxy hóa cao ($<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2.8</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">V</span></span>}$+2.8 V$+2.8V$), mạnh hơn cả clo và ozone, giúp phá vỡ cấu trúc của các hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm đơn giản hơn như $\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">C</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}$CO_2CO2​, ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}$H_2OH2​O và các ion vô cơ.

Cơ chế chính:       chất oxy hóa → .OH → phân hủy chất ô nhiễm2. Các phương pháp oxy hóa tiên tiến phổ biến

(1) Ozone hóa (O₃)

• Nguyên lý: Ozone là chất oxy hóa mạnh, có thể tự phân hủy hoặc kết hợp với hydrogen peroxide (H₂O₂) hoặc tia UV để tạo gốc $<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}$\cdot OH$\cdot OH$.
• Phản ứng chính: $${\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">3</span></span>}}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}$$
• Ứng dụng: Xử lý màu, thuốc trừ sâu, dược phẩm, vi khuẩn, và hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

(2) Quá trình Fenton (Fe²⁺/H₂O₂)

• Nguyên lý: Dùng ion sắt $\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">F</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}$Fe^{2+}Fe2+ và hydrogen peroxide để tạo gốc $<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}$\cdot OH$\cdot OH$.
• Phản ứng chính: $$\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">F</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">F</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">3</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span><span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}}^{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">-</span></span>}$$
• Ưu điểm: Hiệu quả cao, chi phí thấp.
• Nhược điểm: Cần điều chỉnh pH về khoảng 3-4, tạo ra bùn chứa Fe³⁺.

(3) Quá trình Fenton cải tiến (Photo-Fenton, Electro-Fenton)

• Photo-Fenton (UV/Fe²⁺/H₂O₂): $$\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">F</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">3</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">h</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\nu </span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">F</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span><span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}$$
• Electro-Fenton: Sử dụng điện cực để liên tục tái tạo $\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">F</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}$Fe^{2+}Fe2+ từ $\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">F</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">3</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}$
• Ứng dụng: Xử lý chất hữu cơ khó phân hủy, chất độc hại trong nước thải công nghiệp.

(4) Quá trình UV/H₂O₂

• Nguyên lý: Sử dụng tia UV để phân hủy H₂O₂, tạo gốc $<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}$\cdot OH$\cdot OH$.
• Phản ứng chính: $${\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">h</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\nu </span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}$$
• Ưu điểm: Không tạo bùn, hiệu quả cao.
• Nhược điểm: Chi phí cao, yêu cầu hệ thống UV phù hợp.

(5) Quá trình TiO₂/UV (Quang xúc tác)

• Nguyên lý: TiO₂ khi được chiếu tia UV sẽ tạo ra gốc $\cdot OH$.
• Phản ứng chính: $$\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">T</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">i</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">h</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\nu </span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">e</span></span>}}^{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">-</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">h</span></span>}}^{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}$$$${\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">h</span></span>}}^{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">2</span></span>}}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\to </span></span><span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">\cdot </span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">O</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">H</span></span>}}^{<span\; style="font-size:\; medium;"><span\; style="font-family:\; Arial;">+</span></span>}$$
• Ứng dụng: Xử lý thuốc trừ sâu, dược phẩm, chất hữu cơ phức tạp.

3. Ứng dụng của AOPs trong xử lý nước thải

• Nước thải y tế, bệnh viện (chứa dược phẩm, kháng sinh, vi sinh vật kháng thuốc).
• Nước thải công nghiệp (dệt nhuộm, dược phẩm, hóa chất, thuốc trừ sâu).
• Xử lý nước ngầm và nước cấp (loại bỏ các chất ô nhiễm vi lượng như kim loại nặng, chất hữu cơ độc hại).

4. Ưu và nhược điểm của AOPs

Ưu điểm

✅ Phá hủy triệt để các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.
✅ Không tạo bùn thứ cấp.
✅ Hiệu quả cao trong xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao.

Nhược điểm

❌ Chi phí vận hành cao do sử dụng hóa chất, điện năng, tia UV.
❌ Một số phương pháp cần kiểm soát pH và bổ sung chất xúc tác.
❌ Khả năng ứng dụng quy mô lớn vẫn đang được nghiên cứu.