Trong quy trình sản xuất bột giấy, quá trình nấu bột hóa, có trên 50% các thành phần của nguyên liệu bị hòa tan vào dịch nấu và tạo thành các dung dịch có màu nâu sẫm hoặc màu đen, mùi khó chịu, được gọi là dịch đen. Dịch đen đối với hoạt động nấu kiềm sunfat có thành phần chất vô cơ khoảng 30 đến 35% (gồm NaOH tự do, Na₂S, Na₂CO₃,  Na₂SO₄, Al₂O₃, Cao...) và thành phần chất hữu cơ 65 -70% chủ yếu là lignin hòa tan vào dịch kiềm... Dịch đen, mặc dù đã được chưng bốc, thu hồi, tuy nhiên lượng thu hồi không đạt 100%, do đó còn lẫn trong nước thải làm các chỉ số pH, độ màu, BOD₅, COD trong nước thải phân xưởng bột tăng cao [1].

Ozone được sử dụng rộng rãi để xử lý nước vì khả năng oxy hóa mạnh. Quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ của ozone có thể diễn ra theo hai con đường: (1) Oxy hóa trực tiếp bằng phân tử ozone hòa tan trong nước, (2) oxy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl khi phân hủy ozone trong nước. Trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước và nước thải, tốc độ phản ứng của các phân tử ozone chậm và hạn chế (E0 = 2,07V), trong khi tốc độ phản ứng của các gốc hydroxyl (E0 = 2,80V) diễn ra nhanh và không chọn lọc [2]. Phản ứng (1) trình bày về phản ứng của tác chất là phân tử ozone tạo thành sản phẩm là hai gốc hydroxyl [2]. 3O₃+ OH^-+ H^+  → 2OH + 4O₂ (1)

Tuy nhiên, hiệu quả xử lý nước của ozone bị hạn chế vì độ hòa tan của ozone trong nước tương đối thấp và thời gian phân hủy của ozone trong nước ngắn. Do đó, phương pháp sử dụng các bong bóng nano/micro siêu nhỏ (MNBs – Micro nano bubbles) có nhiều tiềm năng trong ứng dụng xử lý nước. MNBs là các hạt bong bóng có kích thước nhỏ, tốc độ truyền khối nhanh và thời gian tồn tại tương đối dài giúp cải thiện đáng kể nồng độ khí và đảm bảo ổn định nguồn ozone trong nước [3,4,5]. Bọt ozone siêu nhỏ (MNBs) là những bong bóng có đường kính từ hàng chục nanomet đến hàng chục micromet [6,7]. MNBs có vận tốc bay lên thấp hơn đáng kể so với các bong bóng bình thường và bề mặt tích điện âm của MNBs hạn chế quá trình kết tụ của chúng lại với nhau [8,9]. Do đó, các bọt ozone siêu nhỏ có khả năng tồn tại trong nước trong khoảng thời gian dài. Các hạt bong bóng MNBs có bán kính từ 150 – 200 µm, có khả năng tồn tại trong hai tuần và những cụm bong bóng nano có thể tăng cường độ ổn định của chúng [10,11]. Bên cạnh đó, MNBs có áp suất bên trong cao và diện tích bề mặt riêng lớn nên các bọt ozone siêu nhỏ có thể cải thiện tốc độ truyền khối từ bong bóng vào pha khí, vì vậy nồng độ ozone hòa tan vào nước tăng lên đáng kể.

Nghiên cứu trình bày quá trình xử lý màu trong nước thải sản xuất bột giấy bằng công nghệ ozone bọt mịn. Sự ảnh hưởng của các yếu tố như các phương pháp tạo ra các bọt ozone siêu nhỏ, nồng độ ban đầu của màu nước thải, pH dung dịch, độ mặn của dung dịch và những kết quả thu được bằng cách xây dựng phương trình động học bậc một được tiến hành làm rõ trong nghiên cứu này. Kết quả từ nghiên cứu suy ra được phương pháp ozone bọt mịn chứa nhiều tiềm năng do tình hiệu quả và an toàn trong quá trình xử lý nước thải. Bên cạnh đó, các yếu tố pH dung dịch và độ mặn của dung dịch không ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý chất màu.

Từ khóa: ozone bọt mịn, điều kiện phản ứng, chất ô nhiễm hữu cơ, động học phản ứng, xử lý nước thải.

(Nguồn: Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số 49 - Tháng 9/2022)​