đánh giá hiệu quả tiền xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa sử dụng năng lượng mặt trời

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ĐIỆN HÓA SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊ HOÀNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI:

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN

BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ĐIỆN HÓA

SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LÊ HOÀNG VIỆT

Sinh viên thực hiện

DOÃN THỊ NGỌC MAI - 1110836 ĐÀO TẤN PHƯƠNG - 1110852

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, Ngày tháng năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

đó, chúng tôi đã nhận được sự hỗ trợ, động viên rất nhiều từ gia đình, thầy cô và bạn bè Nhân đây chúng tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến:

Gia đình chúng tôi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để hỗ trợ, động viên chúng tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Thầy Lê Hoàng Việt đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kinh nghiệm quý báo cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành tốt đề tài

Quý thầy cô trong khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên nói chung, thầy cô

bộ môn Kỹ thuật Môi trường nói riêng đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian qua

Quý thầy cô trong khoa Công nghệ nói chung, thầy cô bộ môn Kỹ thuật điện nói riêng đã tận tình giúp đỡ trong thời gian thực hiện đề tài

Các bạn lớp Kỹ thuật Môi Trường K37, đặc biệt là những bạn làm luận văn cùng chúng tôi đã chia sẽ, hỗ trợ và động viên chúng tôi trong suốt thời gian làm luận văn

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã cố gắn hoàn thành tốt đề tài nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót Kính mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

Doãn Thị Ngọc Mai Đào Tấn Phương

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

tổng Ni-tơ và phốt-pho với nồng độ cao nên biện pháp xử lý có hiệu quả là xử lý sinh học, do đó công đoạn xử lý sơ bộ phải loại bỏ dầu mỡ cao, đầu ra chất rắn lơ lửng đạt yêu cầu để vào công đoạn xử lý sinh học Một trong những công nghệ được sử dụng phổ biến hiện nay để xử lý nước thải thủy sản là bể tuyển nổi có hiệu suất cao và chiếm ít diện tích xây dựng, tuy nhiên tiêu tốn năng lượng trong quá

trình vận hành nên đề tài: “Đánh giá hiệu quả tiền xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa sử dụng năng lượng mặt trời” được tiến hành

nhằm xử lý nước thải, bảo vệ môi trường khỏi tác động từ quá trình chế biến thủy sản Đồng thời góp phần tìm ra phương pháp xử lý sơ bộ thích hợp, khả thi về mặt

kỹ thuật – kinh tế cho cơ sở chế biển thủy sản, giải quyết vấn đề tiêu tốn năng lượng trong quá trình vận hành bể tuyển nổi bằng việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

Đề tài được tiến hành với 4 thí nghiệm định hướng xác định các thông số cho thí nghiệm chính thức trên mô hình bể tuyển nổi điện phân và sử dụng nguồn điện một chiều từ pin mặt trời Các thông số ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện hóa được lựa chọn dựa trên 2 tiêu chí là hiệu suất loại bỏ chất ô nhiểm cao và lợi ích về

,

lượt là 83,2 %; 76,8%; 68,28%; 66,92% và 71,36% Sau quá trình tuyển nổi DO trong nước tăng lên, nếu sau đó là biên pháp xử lý sinh học hiếu khí giúp giảm chi phí vận hành Trong thí nghiệm chính thức, điện năng tiêu thụ cũng được đo đạt để tính toán lượng điện tiêu thụ cho hệ thống

Từ kết quả thí nghiệm trên, nhận thấy rằng xử lý sơ bộ bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa có hiệu quả cao, nước thải đầu ra đạt yêu cầu để vào hệ thống xử lý sinh học Ngoài ra, đề tài cũng cho thấy năng lượng mặt trời có thể được sử dụng thay cho điện lưới trong hệ thống xử lý nước thải

Từ khóa: Tuyển nổi điện hóa, nước thải thủy sản, năng lượng mặt trời

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan luận văn được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu của chúng tôi và các số liệu, kết quả nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn nào trước đây

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện

Doãn Thị Ngọc Mai Đào Tấn Phương

MỤC LỤC

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ii

LỜI CẢM TẠ iii

TÓM TẮT ĐỀ TÀI iv

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH BẢNG ix

DANH SÁCH HÌNH x

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT xi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 Thành phần và tính chất nước thải thủy sản 3

2.1.1 Quy trình sản xuất 3

2.1.2 Thành phần tính chất nước thải thủy sản 7

2.2 Phương pháp tuyển nổi 7

2.2.1 Khái niệm tuyển nổi 7

2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình tuyển nổi 7

2.3 Các loại bể tuyển nổi và ưu nhược điểm của chúng 8

2.3.1 Tuyển nổi theo trọng lượng riêng 8

2.3.2 Tuyển nổi bằng khí 8

2.4 Tuyển nổi điện phân 10

2.4.1 Khái niêm tuyển nổi điện 10

2.4.2 Cơ chế quá trình tuyển nổi điện 11

2.4.3 Các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân 11

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân 11

2.4.5 Quá trình tuyển nổi điện kết hợp keo tụ điện hóa 12

2.5 Năng lượng mặt trời 15

2.5.1 Sơ lược về năng lượng mặt trời 15

2.5.2 Bức xạ năng lượng mặt trời 15

2.5.3 Pin mặt trời 15

2.6 Các nghiên cứu ứng dụng quá trình keo tụ điện hóa 18

2.6.1 Trong nước 18

2.6.2 Ngoài nước 19

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊM CỨU 21

3.1 Phạm vi nghiên cứu 21

3.2 Địa điểm, thời gian và phương tiện nghiên cứu 22

3.2.1 Mô tả mô hình thí nghiệm 22

3.2.2 Phương tiện thí nghiệm 24

3.3 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 25

3.3.1 Bố trí thí nghiệm 25

3.3.2 Phương pháp thực hiện thí nghiệm 27

3.4 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu 28

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

4.1 Quy trình chế biến và thành phần nước thải công ty cổ phần thủy sản Mekong 31

4.1.1 Quy trình sản xuất của công ty cổ phần thủy sản Mekong 31

4.1.2 Thành phần, tính chất nước thải của công ty cổ phần thủy sản Mekong 33

4.2 Thí nghiệm định hướng xác định các thông số thích hợp cho quá trình xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa 34

4.2.1 Thí nghiệm xác định góc nghiêng điện cực thích hợp 34

4.2.2 Thí nghiệm xác định diện tích điện cực thích hợp 37

4.2.3 Thí nghiệm xác định khoảng cách điện cực thích hợp 40

4.2.4 Thí nghiệm xác định thời gian lưu thích hợp 43

4.3 Thí nghiệm đánh giá hiệu quả tiền xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa sử dụng năng lượng mặt trời 46

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

5.1 Kết luận 50

5.2 Kiến nghị 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC A: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN 54

PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ ĐO ĐỘ ĐỤC VÀ COD THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG CHO QUA TRÌNH TUYỂN NỔI ĐIỆN HÓA 55

PHỤ LỤC C: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU 60

PHỤ LỤC D 64 PHỤ LỤC E: KHỐI LƯỢNG NHÔM TRƯỚC VÀ SAU KHI TUYỂN NỔI 68

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần chất ô nhiễm trong nước thải chế biến thủy sản 7 Bảng 2.2 Thống kê một số ứng dụng tuyển nổi điện phân kết hợp keo tụ điện hóa với một số loại nước thải 19 Bảng 3.1 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu 29 Bảng 4.1 Thành phần nước thải của công ty cổ phần thủy sản Mekong 33 Bảng 4.2 Độ đục và nồng độ COD nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi

với góc nghiêng điện cực khác nhau 35 Bảng 4.3 Độ đục và COD nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi với

diện tích điện cực khác nhau 38 Bảng 4.4 Độ đục và COD nước thải thủy sản thí nghiệm tuyển nổi

xác định khoảng cách điện cực 41 Bảng 4.5 Độ đục và COD của nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi

của thí nghiệm xác định thời gian lưu 43 Bảng 4.6 Nồng độ nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi bằng

phương pháp tuyển nổi điện hóa 46

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Quy trình chế biến tổng quát cá tra fillet đông lạnh 4

Hình 2.2 Quy trình chế biến tôm đông lạnh 5

Hình 2.3 Quy trình chế biến surimi 6

Hình 2.4 Bể tuyển nổi điện phân 10

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 16

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải thủy sản áp dụng quá trình hóa lý kết hợp sinh học hiếu khí 21

Hình 3.2 Mô hình bể tuyển nổi điện phân 23

Hình 3.3 Các thành phần của mô hình thí nghiệm 23

Hình 3.4 Điện cực bằng nhôm 24

Hình 3.5 Hố thu gom nước thải tập trung của công ty cổ phần thủy sản mekong 24

Hình 3.6 Các bước tiến hành thí nghiệm 26

Hình 4.1 Quy trình sản xuất cá tra, các basa đông lạnh của Công ty cổ phần thủy sản Mekong 32

Hình 4.2 Bọt khí sinh ra ở những góc nghiêng điện cực khác nhau 35

Hình 4.3 Độ đục của nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi với góc nghiêng điện cực khác nhau trong 3 ngày thí nghiệm 36

Hình 4.4 Nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi thay đổi theo góc nghiêng điện cực 36

Hình 4.5 Nồng độ COD của nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi theo góc nghiêng điện cực 37

Hình 4.6 Độ đục nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi với diện tích điện cực khác nhau 38

Hình 4.7 Độ đục của nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi thí nghiệm xác định diện tích điện cực thích hợp 39

Hình 4.8 Nồng độ COD của nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi của thí nghiệm xác định diện tích điện cực qua 39

Hình 4.9 Bọt khí sinh ra trong thí nghiệm định hướng xác định khoảng cách điện cực 40

Hình 4.10 Độ đục nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi bằng phương pháp tuyển nổi điện phân ở các khoảng cách điện cực khác nhau 41

Hình 4.11 Độ đục của nước thải thủy sản trước và sau tuyên nổi

thí nghiệm xác định khoảng cách điện cực 42 Hình 4.12 Nồng độ COD trước và sau tuyển nổi của thí nghiệm

xác định khoảng cách điện cực 42 Hình 4.13 Độ đục nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi bằng phương pháp tuyển nổi điện phân ở các thời gian lưu khác nhau 44 Hình 4.14 Nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi

với thời gian lưu khác nhau 44 Hình 4.15 Nồng độ COD của nước thải thủy sản trước và sau tuyển nổi

bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa ở các thời gian lưu khác nhau 45 Hình 4.16 Nước thải thủy sản trước và sau quá trình tuyển nổi điện hóa 47 Hình 4.17 Nồng độ các chỉ tiêu trong nước thải thủy sản trước và sau quá trình tuyển nổi điện hóa 47

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Đồng bằng sông Cửu Long có tiềm năng lớn để phát triển nông nghiệp, đặc biệt là nuôi trồng, đánh bắt thuỷ sản Trong những năm qua, sản lượng thủy sản nuôi trồng, khai thác của vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) liên tục tăng, trong đó riêng sản lượng thủy sản nuôi chiếm hơn 65% tổng sản lượng thủy sản nuôi của cả nước (Đỗ Văn Thông, 2012) Sản lượng thủy sản tăng nhanh đã thúc đẩy sự phát triển của các cơ sở chế biến thủy sản xuất khẩu, góp phần phát triển kinh tế nước nhà và giải quyết vấn đề việc làm cho nhiều công nhân Bên cạnh các lợi ích, loại hình chế biến này cũng tạo nên những tác động xấu đến môi trường

Nguồn gây ô nhiễm chính của các cơ sở chế biến thủy sản là nước thải từ quá trình

tổng Ni-tơ và phốt-pho cao Nồng độ ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào nguyên liệu thô (tôm, cá, mực, cua,…) và lượng nước tiêu thụ trong quá trình sản

20-25 m3/tấn sản phẩm, thuỷ sản đông lạnh hỗn hợp: 4-6 m3/tấn sản phẩm) Đặc biệt nước thải từ chế biến cá da trơn có nồng độ dầu và mỡ cao từ 250 đến 830 mg/L Còn nồng độ phốt-pho của nước thải chế biến tôm có thể lên đến trên 120

mg/L (Nguyễn Thế Đồng, 2011) Khi các chất hữu cơ trong nước thải phân hủy sẽ

tạo ra các sản phẩm mùi rất khó chịu gây ô nhiễm về mặt mỹ quan, ảnh hưởng đến đời sống của các thuỷ sinh vật trong vùng và chất lượng cuộc sống cũng như sức khỏe của người dân sống xung quanh khu vực Vì vậy, để tránh ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Nước thải từ công nghiệp chế biến thủy sản chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nên phương pháp xử lý sinh học áp dụng có hiệu quả cao Tuy nhiên, đối với nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao đòi hỏi công đoạn xử lý sơ bộ

Theo Nguyễn Thế Đồng (2011) công nghệ được áp dụng bao gồm: (1) mương tách

mỡ và bể tuyển nổi áp lực khí hoà tan; (2) kết hợp quá trình keo tụ/tạo bông và tuyển nổi áp lực khí hoà tan; (3) tuyển nổi siêu nông kết hợp keo tụ Công đoạn xử

lý sơ bộ được đề xuất ứng dụng trước khi đưa vào công đoạn xử lý sinh học là bể tuyển nổi có hiệu quả xử lý đối với nước thải chế biến thủy sản Ngoài ra, tuyển nổi còn giảm đáng kể lượng dầu mỡ có trong nước thải tránh gây giảm hiệu quả của công đoạn xử lý sinh học

Hiện nay, tiền xử lý nước thải bằng bể tuyển nổi để loại bỏ chất rắn lơ lửng, dầu và

mỡ được ứng dụng rộng rãi Nguyên lý hoạt động của bể tuyển nổi khá đơn giản: quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu (Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 1999)

Nhiều nghiên cứu cho thấy, bể tuyển nổi xử lý hiệu quả loại nước thải chứa nhiều chất rắn lơ lửng, dầu mỡ Theo Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga (1999) có nhiều loại

tuyển nổi như: tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch, tuyển nổi nhờ phân tán khí qua tấm xốp, tuyển nổi điện phân và một số phương pháp tuyển nổi khác Đề tài này chỉ nghiên cứu đến phương pháp tuyển nổi điện phân để xử lý nước thải thủy sản ở quy mô phòng thí nghiệm Việc xử lý sơ bộ bằng bể tuyển nổi đối với nước thải chế biến thủy sản có hiệu suất cao và chiếm ít diện tích xây dựng, tuy nhiên

trong quá trình vận hành tiêu tốn nhiều năng lượng nên đề tài: “Đánh giá hiệu quả tiền xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa sử dụng năng lượng mặt trời” được tiến hành nhằm xử lý nước thải, bảo vệ môi trường khỏi tác

động từ quá trình chế biến thủy sản Đồng thời góp phần tìm ra phương pháp xử lý

sơ bộ thích hợp, khả thi về mặt kỹ thuật – kinh tế cho cơ sở chế biển thủy sản, giải quyết vấn đề tiêu tốn năng lượng trong quá trình vận hành bể tuyển nổi bằng việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

Đề tài được tiến hành: chế tạo mô hình bể tuyển nổi điện phân và hệ cấp điện từ năng lượng mặt trời, sau đó vận hành hệ thống với các thông số kỹ thuật trong khoảng cho phép và đưa ra thông số thích hợp để vận hành

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI THỦY SẢN

Ngành chế biến thủy sản là một trong những ngành gây tác động tiêu cực đến môi trường Một trong những nguồn gây ô nhiễm của loại hình này đó là nước thải từ quá trình sản xuất Nước thải sản xuất trong chế biến thủy sản chiếm 85-90% tổng lượng nước thải, chủ yếu từ các công đoạn: rửa trong xử lý nguyên liệu, chế biến, hoàn tất sản phẩm, vệ sinh nhà xưởng và dụng cụ, thiết bị, và nước thải sinh hoạt

(Nguyễn Thế Đồng, 2011)

Tùy thuộc vào loại hình chế biến, quy mô sản xuất, sản phẩm, nguyên liệu đầu vào, mùa vụ, công nghệ sản xuất, trình độ tổ chức quản lý sản xuất…trong đó yếu tố kỹ thuật, công nghệ và tổ chức quản lý gây ảnh hưởng khác nhau đến môi trường

2.1.1 Quy trình sản xuất

Mỗi nhà máy chế biến khác nhau về công nghệ tùy thuộc nguyên liệu đầu vào, mặt hàng xuất khẩu và yêu cầu chất lượng khác nhau như nhà máy chế biến cá tra, cá basa hay tôm đông lạnh, đa phần đều có nguồn nguyên liệu đầu vào cố định Dưới đây là quy trình chế biến cá tra, cá basa fillet đông lạnh, tôm và một số sản phẩm khác

Mặt hàng chủ yếu là sản phẩm đông lạnh, các nhà máy chế biến thủy sản đều có quy trình sản xuất gần tương tự nhau Quy trình chế biến cá tra fillet đông lạnh được trình bày ở hình 2.1 Đối với quy trình chế biến tôm công đoạn rửa tôm và ngâm tôm tạo ra nước dịch tôm, nước thải có thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm cao Trong quá trình chế biến tôm, một số công ty sử dụng dung dịch tri-pô-ly-phốt-phát để ngâm tôm và sau đó dung dịch này được thải bỏ vì thế nước thải thường có nồng độ phốt-pho cao Quy trình chế biến tôm đông lạnh được trình bày ở hình 2.2 Ngoài ra, còn có surimi là một cách nói thông dụng được dùng để gọi tắt tên của các sản phẩm giả cua hoặc các sản phẩm đặc biệt khác Surimi còn được gọi là chả cá,

là một loại protein trung tính, được chế biến qua nhiều công đoạn rửa, nghiền và

định hình lại cấu trúc (Nguyễn Thế Đồng, 2011) Quy trình chế biến surimi được

trình bày ở hình 2.3

Quy trình công nghệ chế biến cá tra fillet đông lạnh

Hình 2.1 Quy trình chế biến tổng quát cá tra fillet đông lạnh

(Nguyễn Thế Đồng, 2011)

Cắt tiết Ngâm 2- Ngâm 3 Fillet - Cân

Rửa 2 Lạng da - Cân Rửa 1

Sửa cá - chỉnh hình Rửa 3

Kiểm tra - cân Tạo hình hoàn chỉnh Rửa 4

Quay bóng Cân – phân loại Rửa 5 Đông IQF

cá, nhớt, mỡ, vây,…

Công nghệ chế biến tôm đông lạnh

Lọc

Vào khuôn

Cấp đông Nguyên Liệu

Công nghệ chế biến Surimi

Hình 2.3 Quy trình chế biến surimi

Mạ băng tái đông

Bao PE, vào hộp

2.1.2 Thành phần tính chất nước thải thủy sản

Nước thải chế biến thủy sản chứa nhiều thành phần như chất rắn lơ lửng, không dễ lắng bao gồm các chất khoáng vô cơ (đá, sạn, ), các mảnh vụn chứa thịt, xương, vảy cá,…tập trung chủ yếu ở khâu tiếp nhận và xử lý nguyên liệu đầu vào Các chất hữu cơ dạng keo từ quá trình xử lý nguyên liệu trước xếp khuôn – cấp đông như: máu, mỡ, thịt, nhớt cá,…là những chất hữu cơ khó lắng tạo độ màu cho nước và dễ

phân hủy sinh học gây mùi khó chịu (Nguyễn Thế Truyền, 2003)

Bảng 2.1 Thành phần chất ô nhiễm trong nước thải chế biến thủy sản

Chỉ tiêu Đơn vị

Nồng độ

Tôm đông lạnh

Cá da trơn (cá tra – basa)

Thủy sản đông lạnh hổn hợp

(Theo Tổng cục Môi trường, 2009; trích lại từ Nguyễn Thế Đồng et al., 2011)

2.2 PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI

2.2.1 Khái niệm tuyển nổi

Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) tuyển nổi là quá trình tách các hạt rắn trong pha lỏng khi khối lượng riêng của các hạt này nhỏ hơn khối lương riêng của nước, quá trình này được tăng cường bằng cách thổi khí vào nước, các hạt lơ lửng sẽ lớn dần lên nhờ bám vào các bọt khí và nổi lên phía trên do tỷ trọng của bọt khí và cặn bám lên đó nhỏ hơn tỷ trọng của nước

2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình tuyển nổi

Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) thực chất của quá trình này là loại bỏ các tạp chất trong nước thải bằng cách làm cho chúng có thể nổi lên mặt nước Trong quá trình tuyển nổi người ta cho những bọt khí li ti, phân tán và bão hòa trong nước, những chất bẩn sẽ bị các hạt khí bám vào và nổi lên mặt nước, rồi được loại khỏi nước Theo Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ (2002) quá trình tuyển nổi là sự kết dính giữa bọt khí và các hạt, khi lực nổi của tập hợp bọt khí và hạt đủ lớn sẽ cùng nhau nổi lên

trên mặt nước, sau đó tập hợp lại thành lớp bọt chứa hàm lượng các hạt tạp chất cao hơn ban đầu

2.3 CÁC LOẠI TUYỂN NỔI VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CHÚNG

Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) bể tuyển nổi được chia thành

2 nhóm chính: (1) bể tuyển nổi theo trong lượng riêng, (2) bể tuyển nổi bằng khí

2.3.1 Tuyển nổi theo trọng lượng riêng (hay “bẫy dầu mỡ”)

Nước thải chứa dầu mở được cho qua một loại bể, trong bể này dầu mỡ sẽ nổi lên

trên do nhẹ hơn nước, sau đó được loại bỏ bằng các thanh gạt (Lê Hoàng Việt &

Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

thải

dung dịch, tuyển nổi với việc thổi khí qua lớp vật liệu xốp, tuyển nổi hóa học, tuyển nổi điện, tuyển nổi với việc phân tách không khí bằng cơ giới Sơ lược về mỗi loại bể và ưu nhược điểm riêng

Tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch

Biện pháp này được sử dụng rộng rãi với nước thải có chất bẩn nhỏ do nó tạo ra bọt khí nhỏ Bản chất của biện pháp này là tạo ra một dung dịch bảo hòa không khí, sau

đó không khí được tách ra từ dung dịch ở dạng bọt khí nhỏ và kéo theo chất bẩn lên

trên mặt nước (Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ, 2002)

Tuyển nổi chân không

Nước thải được bão hòa không khí ở áp suất khí quyển trong buồng thông khí sau

đó cho qua buồng tuyển nổi với áp suất giữ khoảng 225 – 300 mmHg bằng bơm chân không

Ưu điểm: tạo bọt khí và kết dính với các hạt chất bẩn xảy ra trong môi trường yên tĩnh, năng lượng tiêu hao ít

Nhược điểm: không thích hợp đối với nước thải có nồng độ chất rắn lơ lửng cao, phải có thiết bị tuyển nổi kín và bố trí cào cơ giới bên trong Cấu tạo phức tạp, quản

lý bảo dưỡng khó khăn

Tuyển nổi không áp lực

Không khí được dẫn vào ống hút máy bơm từ máy nén khí Hỗn hợp khí - nước được tạo thành trong máy bơm và được đẩy vào bể hở - kiểu bể lắng ngang Tại đây, không khí nổi lên và kéo theo chất bẩn lên mặt nước

Nhược điểm: khó điều chỉnh không khí và kích thước bọt khí lớn

Tuyển nổi áp lực

Nước thải được bơm lên thùng áp lực rồi vào ngăn tuyển nổi hở Không khí được dẫn vào ống hút của máy nén khí, qua bồn tạo áp do áp suất tăng lên không khí hòa tan nhiều vào nước

Ưu điểm: có thể điều chỉnh độ bão hòa trong một khoảng rộng với hiệu suất mong muốn Cho phép xử lý nước thải với nồng độ tạp chất lơ lửng tới 4 – 5 g/L và hơn nữa

Nhược điểm: phải bơm toàn bộ khối lượng nước thải, áp lực bơm bằng với áp suất khi thực hiện bão hòa Vì vậy biện pháp này chỉ sử dụng khi lưu lượng nước thải ít

Tuyển nổi với trạm bơm bằng khí nén

Nước được bão hòa không khí dưới áp lực cao rồi lại bị tách không khí ra hạ áp lực xuống như tuyển nổi áp lực

Ưu điểm: tiêu hao năng lượng ít hơn tuyển nổi áp lực và tuyển nổi phân tán cơ giới 2-4 lần

Nhược điểm: ngăn tuyển nổi phải đặt cao

Tuyển nổi điện phân

Tuyển nổi loại này có hệ điện cực đặt dưới đáy bể Dòng điện một chiều sẽ điện phân dung dịch nước thải tạo ra các bọt khí, những bọt khí này bám vào chất rắn lơ lửng tạo một lực đẩy hạt chất rắn nổi lên mặt nước tạo thành lớp váng và được loại

bỏ nhờ hệ thống thanh gạt váng (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Ưu điểm: không gây xáo trộn khi phóng thích các bọt khí, hiệu suất tuyển nổi cao

Có thể điều chỉnh lượng khí và thời gian lưu dễ dàng Lượng ô-xy sinh ra góp phần ô-xy hóa các chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải

Nhược điểm: đối với nước thải có độ nhớt cao các bọt khí (ô-xy, hy-đro, Clo) bị giữ lại dưới lớp váng gây sự cố trong vận hành Trong quá trình vận hành tiêu tốn năng lượng và phải thay điện cực

Tuyển nổi nhờ phân tán khí qua tấm xốp

Theo Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ (2002) không khí đi qua tấm xốp bọt khí nhỏ lại bám vào chất bẩn và đẩy nổi lên mặt nước

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, ít tốn điện năng và diện tích

Nhược điểm: lỗ xốp dễ bị nghẹt, khó chọn vật liệu cho lỗ rỗng giống nhau

Các phương pháp tuyển nổi khác

Ngoài những phương pháp trên, còn có một vài phương pháp tuyển nổi khác: tuyển nổi hóa học, sinh học và ion (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

Tuyển nổi hóa học: diễn ra các quá trình hóa học tạo ra các khí khác nhau O2, CO2,

Tuyển nổi sinh học: dùng để nén bùn từ bể lắng đợt 1 khi xử lý nước thải sinh hoạt

Nhờ vào hoạt động của vi sinh vật, các bọt khí tạo ra và lôi các hạt cặn nổi lên trên (Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ, 2002)

Tuyển nổi ion: cho không khí và chất hoạt động bề mặt vào nước thải, chất hoạt

động trong nước sẽ tạo thành những ion có điện tích trái dấu với điện tích ion cần loại bỏ Không khí ở dạng bọt sẽ đưa chất hoạt động bề mặt cùng chất bẩn lên lớp bọt

Nghiên cứu này chỉ áp dụng trên bể tuyển nổi điện phân Do đó, chỉ có bể tuyển nổi điện phân là được trình bày chi tiết

2.4 TUYỂN NỔI ĐIỆN PHÂN

2.4.1 Khái niệm về tuyển nổi điện

Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) tuyển nổi điện là phương pháp dựa trên cơ sở

sự điện ly của nước tạo thành những dòng khí rất nhỏ, các điện cực sử dụng được đặt ở đáy bể

Trịnh Lê Hùng (2006) cho rằng quá trình điện phân sinh ra các bọt khí, đó là do quá trình điện phân nước đi kèm tạo ra khí oxy và hyđro ở các điện cực anode và cathode Khi các bóng khí này nổi lên, gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên

bề mặt nước Khi sử dụng các điện cực hòa tan thì xảy ra đồng thời việc tạo bông keo tụ và các bọt khí, các bông sẽ nổi lên trên và có thể tuyển nổi được

Các phản ứng xảy ra ở hai điện cực trong bể tuyển nổi điện phân:

Ở cathode: 4H2O + 4e- 2H2 + 4OH (2.2)

2.4.2 Cơ chế quá trình tuyển nổi điện

Trong bể này có đặt một hệ thống các điện cực ở đáy bể Dòng điện một chiều sẽ điện phân dung dịch nước thải tạo nên các bọt khí Các bọt khí tạo thành trong quá trình điện phân nước sẽ nổi lên và bám vào các hạt chất rắn lơ lửng, tạo lực nâng chúng lên bề mặt tạo thành lớp váng để sau đó loại bỏ chúng bằng thanh gạt (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Ngoài ra, nếu trong nước thải chứa nhiều chất bẩn khác là các chất điện phân thì khi dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi thành phần và tính chất của nước Trạng thái các tạp chất không tan do các quá trình điện ly, phân cực, ô-xy hóa khử,…diễn ra Trong nhiều trường hợp quá trình đó có lợi cho xử lý nước thải và một số thì không nên cần điều khiển các quá trình đó để đạt hiệu suất xử lý một chất bẩn nào đó (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

2.4.3 Các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân

Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) các thông số ảnh hưởng đến thiết kế bể tuyển nổi điện phân là:

Thời gian tuyển nổi xác định bằng thực nghiệm: 0,3 – 0,75 h

Khoảng cách giữa hai tấm điện cực: 15 – 20 mm

Chiều dày mỗi tấm điện cực: 6 – 10 mm

Khoảng cách từ hai tấm điện cực ngoài cùng tới tường: 100 mm

Ngoài ra chiều cao của lớp nước công tác, chiều cao các điện cực cũng ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng hiệu suất quá trình tuyển nổi điện phân:

Kích thước và số lượng các bọt khí từ các bể tuyển nổi điện phân khoảng 100µm và

(Wang et al., 2010)

Hiệu quả xử lý của bể tuyển nổi điện phân cũng ảnh hưởng bởi thành phần hóa học của nước thải đầu vào, các loại nước thải chứa nhiều kim loại nặng, nhiều dầu mỡ thì hiệu suất xử lý sẽ cao

Theo Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) các yếu tố như: pH, loại chất điện phân, cường độ dòng điện, thời gian lưu cũng ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân

2.4.5 Quá trình tuyển nổi điện phân kết hợp keo tụ điện hóa

Phương pháp này có thể coi như là phương pháp kết hợp giữa keo tụ điện hóa và tuyển nổi, vì khi sử dụng các điện cực tan (sắt hoặc nhôm) thì ở anode sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại Kết quả sẽ có các cation kim loại (sắt hoặc nhôm) chuyển vào nước Những cation đó sẽ cùng nhóm hydroxyl tạo thành hydroxide là những chất keo tụ phổ biến trong thực tế xử lý nước thải (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

Keo tụ - tạo bông

Keo tụ và tạo bông là quy trình xử lý có tầm quan trọng trong các hệ thống xử lý nước và nước thải, trong đó các chất rắn lơ lửng sẽ được tạo điều kiện kết lại với nhau tạo thành các bông cặn, đến khi đủ lớn sẽ lắng xuống và sau đó được loại bỏ ra ngoài bằng công đoạn lắng Sử dụng quá trình keo tụ - tạo bông có thể loại bỏ được các chất hữu cơ, kim loại nặng và có thể cải thiện được độ màu của nước thải (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) keo tụ tạo bông là phương pháp xử lý nước có

sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và người

ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng hay tuyển nổi Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta có thể tách được hoặc giảm đi các

thể cải thiện độ đục, độ màu của nước

Keo tụ điện hóa

Keo tụ điện hóa là phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải, trong đó dưới tác dụng của dòng điện các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽ bị ăn

môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở cực âm (gốc: Hold et al., 2004 trích dẫn lại theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014 )

Nghiên cứu của Holt et al, (2004) cho rằng keo tụ điện hóa là phương pháp giao

thoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân và keo tụ

Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hóa

Theo Babu et al,.(2006) phương pháp keo tụ điện hóa có những đặc điểm sau:

một chiều

tạo chất keo tụ) Tùy vào pH và tính chất nước thải ở từng điều kiện cụ thể

để quyết định kim loại cho cực dương và cực âm

có liên hệ chặt chẽ với nhau

và chất bẩn là tốt nhất

 Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầu vào liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải chỉ được nạp một lần (theo mẻ)

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa

Mật độ dòng điện

Rincón (2011) cho rằng: mật độ dòng điện trực tiếp ảnh hưởng khả năng keo tụ và tốc độ sinh khí Ngoài ra, mật độ dòng điện cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình hòa tan kim loại làm thay đổi khối lượng các điện cực Hàm lượng kim loại hòa tan phụ thuộc vào số lượng điện đi qua trong bể

Mật độ dòng điện được tính bởi công thức:

i = I/S (A/m2) (2.3) Trong đó: i: mật độ dòng điện

I: cường độ dòng điện

S: diện tích bản điện cực

M =

F

It n

A (2.4)M: lượng chất được hình thành (g)

t: thời gian điện phân (s)

I: cường độ dòng điện (A)

n: hệ số tỷ trọng trao đổi của electron trong phương trình ô-xy hóa hoặc khử ở điện cực

F: điện tích của một mol electron, F=95600 (C/mol)

A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được (g)

Theo Babu et al,.(2006) điện năng tiêu thụ có thể được tính theo công thức:

E = (U*I)/(1000*Q) (2.5) Trong đó: E là điện năng tiêu thụ (Wh)

U là hiệu điện thế của dòng điện (V)

I là cường độ dòng điện (A)

Ảnh hưởng của độ dẫn điện

Theo Rincón (2011) khi độ dẫn điện thấp hiệu quả xử lý sẽ giảm Điều này sẽ gia tăng chi phí xử lý trong khi hiệu quả của điện cực bị hạn chế

Wang et al,.(2010) cho rằng trong quá trình xử lý để tăng tính dẫn điện của nước thì

quả xử lý Ngoài ra, ion này còn có tác dụng khử trùng nước (Rincón, 2011)

Ảnh hưởng của vật liệu làm điện cực

Vật liệu làm điện cực trong quá trình này là kim loại có khả năng hòa tan như: Al,

Fe, Cu,… hoặc hỗn hợp của chúng Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu làm điện cực

Theo Nguyễn Ngọc Anh & Nguyễn Minh Tùng (2010) hiệu quả xử lý nước thải thủy sản khi dùng nhôm (Al) làm anode cao hơn so với sử dụng sắt làm anode Tumsri & Chavalparit (2011) cho rằng hiệu quả xử lý nước thải với việc sử dụng điện cực nhôm (Al) làm anode hiệu quả hơn so với sử dụng đồng (Cu)

Ưu nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa

Rincón (2011) trích dẫn tài liệu của Rajeshwar và Ibanez (1997), đưa ra một số ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm

Trong quá trình điện phân, các hạt keo có kích thước nhỏ và đồng nhất được tạo ra, chúng dễ dàng di chuyển trong chất tải tạo điều kiện cho đông tụ Chuyển động như vậy tránh được rung động cơ học, nếu không kiểm soát được chuyển động này sẽ phá hủy các chất đã được kết lại sau khi chúng hình thành

Không bắt buộc dùng hóa chất khi vận hành Tuy nhiên cần theo dõi để thay điện cực do quá trình điện phân điện cực bị ăn mòn

Hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ cao, hiệu suất lên đến 90% nếu hệ thống được thiết kế tốt, tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học sau

Lượng điện tiêu thụ dễ dàng tính toán và kiểm soát

Trong quá trình vận hành, không cần thường xuyên kiểm tra pH

Thời gian phản ứng ngắn Tạo bùn ít hơn so với biện pháp thông thường

Hiệu quả cao hơn các công nghệ khác

Nhược điểm

Nồng độ các ion Al, Fe, có thể tăng lên trong nước thải

Cần kiểm soát pH nếu sử dụng Al, Fe làm điện cực

Các hydroxide không hòa tan được có thể bám lên các điện cực làm giảm hiệu quả

xử lý

Chi phí đầu tư khá cao, mặc dù chi phí vận hành ít hơn so với những phương pháp khác

2.5 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2.5.1 Sơ lược về năng lượng mặt trời

Theo Hoàng Dương Hùng (2008) mặt trời là một khối khí hình cầu với đường kính

đối lưu, trung gian và lõi) hợp thành một khối cầu khí khổng lồ Tại trung tâm của

K Do nhiệt độ cao nên các chất không thể giữ trạng thái bình thường (gồm nguyền tử và phân tử) Nó trở thành plasma, hạt nhân chuyển động tách biệt với electron, các hạt nhân tự do và va chạm với nhau tạo thành vụ nổ nhiệt hạch

KWh, tức chưa đầy một phần triệu giây năng lượng mặt trời giải phóng tương

đương tổng số điện năng trái đất sản xuất trong một năm

2.5.2 Bức xạ năng lượng mặt trời

Bức xạ mặt trời

Những bức xạ mặt trời hầu như không liên quan đến phản ứng hạt nhân (dưới 3%) Các bức xạ bản chất điều là sóng và khác nhau ở bước sóng Đặc trưng của bức xạ

một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung dãy 0,38 – 0,78 μm và vùng nhìn thấy của quang phổ

Theo Đặng Đình Thống & Lê Danh Liên (2006) thì mật độ dòng năng lượng mặt trời ngoài khí quyển Trái Đất là không đổi Phần năng lượng Mặt Trời trên một đơn

vị diện tích vuông góc với tia mặt trời ngoài khí quyển là hằng số mặt trời, ký hiệu

Inc=1353 W/m2

Các chùm bức xạ khi truyền qua lớp khí quyển trái đất bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ôzôn, không khí, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ còn một phần năng lượng truyền tới Trái đất (Hoàng Dương Hùng, 2008) Trong những ngày quang đãng

Yếu tố cơ bản xác định cường độ bức xạ mặt trời tại một thời điểm trên mặt đất là quảng đường nó đi qua Thất thoát năng lượng trên quãng đường gắn liền với tán

xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý

Cường độ ánh sáng mặt trời trên mặt đất phụ thuộc vào 2 yếu tố: góc nghiêng của tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài đường đi của tia sáng trong khí quyển (hay là góc giữa phương từ điểm quan sát đến mặt trời và mặt phẳng đi ngang điểm đó)

2.5.3 Pin mặt trời

Hiện nay, nguồn năng lượng mặt trời được ứng dụng rộng rãi nhưng chủ yếu ở 2 lĩnh vực: năng lượng mặt trời biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ tế bào quang điện bán dẫn gọi là pin mặt trời và sử dụng dưới dạng nhiệt năng

Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời đa dạng nhưng ở đây chỉ đề cập đến pin năng lượng mặt trời và một số công thức tính toán khi sử dụng

Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý biến đổi bức xạ năng lượng mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

(Hoàng Dương Hùng, 2008) Khi nhận được bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng lượng photon hv

- h+, tức là đã tạo ra

một hiệu điện thế Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang điện trong (Đặng Đình

Thống & Lê Danh Liên, 2006)

Cấu tạo Pin mặt trời là các sillic tinh thể chia ra 3 loại:

kém hơn đơn tinh thể

tinh thể Hiệu suất thấp nhất

mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện

 Tính toán hệ nguồn Pin mặt trời

Tính phụ tải điện yêu cầu:

Tổng điện cấp cho các tải bằng tổng tất cả các điện năng của tải:

Eng= P1.τ1+P2.τ2+ +Pnτn = i

n

i i

P.

1



Ti: các tải được cấp điện Tính lượng năng lượng mặt trời cần thiết cấp

Năng lượng cần cấp hằng ngày cho giàn Pin

1



(2.8)

η3 = hiệu suất nạp/phóng điện của bộ acquy.v.v

Tính công suất giàn pin mặt trời Wp (peak watt)

Ta tính trường hợp giàn pin mặt trời đủ cấp điện liên tục cho một năm Khi đó cường độ bức xạ mặt trời dùng để tính là cường độ bức xạ hàng ngày trung bình của tháng thấp nhất

phẳng ngang thì công suất giàn pin mặt trời được tính ra peak watt (Wp)

E

m Wh E

) (



(2.9)

(2.10)(2.10)

Tính số modul mắc song song và nối tiếp

Trước hết cần lựa chọn loại module thích hợp có những đặc trưng cơ bản

Dung lượng acquy tính theo ampe giờ Ah

Phụ thuộc vào hiệu điện thế làm việc của hệ V, số ngày cần dự trữ năng lượng D,

0,7) và được tính theo công thức sau:

DOS Vx

D E

V là hiệu điện thế làm việc của hệ thống nguồn, v là hiệu điện thế mỗi acquy, số

Ah Tổng số bình acquy: n =

v

V C

2.6 CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH KEO TỤ ĐIỆN HÓA

Tuyển nổi điện phân kết hợp keo tụ điện hóa được ứng dụng trong nhiều loại nước thải khác nhau Nghiên cứu trong và ngoài nước đã áp dụng với nhiều loại nước thải khác nhau

Hiê ̣u quả xử lý nước thải dê ̣t nhuô ̣m của hai phương pháp đông tụ điện hóa và oxi hóa bằng hợp chất Fenton (Nguyễn Thi ̣ Hường, 2009)

Ứng dụng dòng điện xoay chiều trong xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ điện hóa (Hồ Văn Khánh, 2004)

2.6.2 Ngoài nước

Ngoài những nghiên cứu trong nước, trên thế giới phương pháp tuyển nổi điện phân kết hợp keo tụ điện hóa cũng được nghiên cứu và ứng dụng

Bảng 2.2 Thống kê một số ứng dụng tuyển nổi điện phân kết hợp keo tụ điện hóa

với một số loại nước thải

Tác giả Đề tài nghiên cứu Điều kiện thí nghiệm Hiệu suất loại bỏ

Saleem et al.,

(2011)

Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước thải tái sử dụng cho thủy lợi và trồng trọt

Dalvand et al.,

(2011)

Loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm, với sự tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành quá trình tuyển nổi điện hóa giống như một công nghệ sạch

Butler et al.,

(2011)

Keo tụ điện hóa trong

xử lý nước thải (sử dụng nhôm làm điện cực)

pH = 7 NaCl= 2500 mg/L

Dầu mỡ: 99% COD: 88%

SS: 98%

Othman et al.,

(2006)

Tăng cường loại bỏ chất rắn lơ lửng từ

Tumsri &

Chavalparit

(2011)

Đánh giá hiệu quả loại

bỏ tảo bằng keo tụ điện hóa

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Theo Nguyễn Thế Đồng et al., (2011) đối với nước thải chế biến thủy sản chứa

nhiều chất hữu cơ nên công nghệ xử lý áp dụng bao gồm công nghệ lọc yếm khí kết hợp hồ sinh học, công nghệ sinh học hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng hay kết hợp kỵ khí và hiếu khí; hay quá trình hóa lý (keo tụ/tạo bông hay tuyển nổi kết hợp keo tụ) kết hợp với quá trình sinh học hiếu khí

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản áp dụng quá trình hóa

lý kết hợp sinh học hiếu khí

(Nguyễn Thế Đồng, 2011) Đối với nước thải từ quá trình chế biến thủy sản đặc biệt là chế biến cá da trơn có hàm lượng dầu, mỡ cao nên trong quy trình công nghệ cần có bước xử lý sơ bộ nhằm loại bỏ dầu và mỡ trước khi đưa vào hệ thống xử lý sinh học Công nghệ được

đề xuất bao gồm mương tách mỡ, bể tuyển nổi khí hòa tan, bể keo tụ/tạo bông Trong giới hạn đề tài này chỉ nghiên cứu công đoạn xử lý hóa lý với bể tuyển nổi điện phân nhằm góp phần làm đa dạng công đoạn xử lý sơ bộ cho các xí nghiệp lựa chọn áp dụng trong hệ thống xử lý

nhận

3.2 ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN

Các thí nghiệm tuyển nổi được tiến hành tại phòng thí nghiệm Xử lý Nước, các chỉ tiêu phân tích tại phòng thí nghiệm (PTN) Xử lý Chất thải rắn, PTN Xử lý Nước thải, PTN Hóa Kỹ thuật Môi trường của bộ môn Kỹ thuật Môi trường, khoa Môi trường và TNTN, trường đại học Cần Thơ, trong khoảng thời gian từ 8/2014 đến 12/2014

3.2.1 Mô tả mô hình thí nghiệm

Chuẩn bị hệ cấp điện mặt trời sử dụng trong thí nghiệm gồm:

động điều hòa quá trình nạp cho ắc-quy và quá trình ắc-quy cấp điện cho tải + Solar: đèn xanh báo hiệu tính hiệu sạc

+ Load: đèn vàng báo hiệu có thiết bị tiêu thụ điện năng

+ Full: báo đầy bộ tích điện

+ Normal: ắc-quy có thể chịu tải

+ Empty: bộ sạc sẽ tự ngắt để bảo vệ ắc-quy không bị cạn, hao tuổi thọ bình

dụng bình ắc-quy chì khô 12V 12A Dùng để trữ điện sử dụng cho tải trong những ngày mưa

công suất và hiệu điện thế tương thích với bộ điều khiển

Chế tạo mô hình bể tuyển nổi với kích thước theo tỉ lệ rộng : dài là 1: 3, dài × rộng

× cao là 41 cm × 12 cm × 30 cm Tiến hành lắp đặt ống dẫn nước thải đầu vào, đầu

ra, giá đặt điện cực và điện cực Mô hình được chế tạo với quy mô phòng thí nghiệm nên cần nhỏ, gọn nhưng vẫn đảm bảo tỉ lệ dài : rộng trong khoảng cho phép, ngoài ra với kích thước đó giúp giảm chi phí và thuận tiện cho quá trình chuyên chở

nước thải

Các thiết bị khác hổ trợ cho quá trình vận hành mô hình gồm: nhôm, dây điện, đèn 12V 5W, máy biến áp, máy đo điện

Hình 3.2 Mô hình bể tuyển nổi điện phân

Các thành phần chủ yếu của mô hình thí nghiệm đƣợc thể hiện ở hình 3.3

Hình 3.3 Các thành phần của mô hình thí nghiệm

Bình ma-ri-ốt

Thanh gạt ván

Bể tuyển nổi điện phân

Panel

ắc quy

3.2.2 Phương tiện thí nghiệm

Điện cực

Trong thí nghiệm đánh giá hiệu quả tiền xử lý nước thải bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa (TNĐH) dùng nhôm (Al) làm điện cực (âm và dương)

Hình 3.4 Điện cực bằng nhôm

Nguyên liệu thí nghiệm

Nước thải lấy từ cống chung của công ty cổ phần thủy sản Mekong

Hình 3.5 Hố thu gom nước thải tập trung của công ty cổ phần thủy sản mekong

(Ảnh: 30/08/2014) Thời gian lấy mẫu: sáng lấy từ 7h – 8h hoặc chiều 14h – 15h tùy vào ngày sản xuất của công ty

Điểm lấy nước thải

Đặc điểm cảm quan: nước thải có màu đỏ (nhiều máu), nhiều cặn lơ lửng, đặc biệt nhiều dầu mỡ có thể quan sát dễ dàng

3.3 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

gian cũng như chi phí phân tích

Các thông số từ thí nghiệm định hướng sẽ được cố định và tiến hành thí nghiệm đánh giá hiệu quả tiền xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa

Chuẩn bị giá đặt điện cực và điện cực: gia công giá đặt điện cực bằng mica trong, điện cực bằng nhôm (Al) sao cho phù hợp với thí nghiệm, lắp dây điện nối các điện cực và tiến hành cách điện cho thiết bị

Hình 3.6 Các bước tiến hành thí nghiệm

Góc nghiêng điện cực tốt nhất

Thí nghiệm 3: xác định khoảng cách điện

Thí nghiệm 4: xác định thời gian lưu

 Cố định HĐT U=12V, KCĐC và DTĐC

từ thí nghiệm trên

phút, 30 phút

Thời gian lưu tốt nhất

Sử dụng các thông số từ thí nghiêm trên,

cố định và tiến hành thí nghiệm đánh giá hiệu quả tiền xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp tuyển nổi điện hóa

Khoảng cách điện cực tốt nhất

Thí nghiệm 1: xác định góc nghiêng điện

Thí nghiệm 2: xác định diện tích điện cực

3.3.2 Phương pháp thực hiện thí nghiệm

a/ Giai đoạn chuẩn bị

Phân tích thành phần nước thải đầu vào (từ khâu tiếp nhận nguyên liệu, cắt tiết,

b/ Giai đoạn vận hành

Nước thải lấy về phòng thí nghiệm thực hiện một số công việc sau:

Tiến hành đo độ mặn và độ dẫn điện, độ kiềm (ankalinity) trong nước, nếu cần có thể bổ sung vôi cho nước thải

Đo độ đục và DO của nước thải đầu vào để so sánh với nước sau tuyển nổi

Nước thải trước khi được tuyển nổi cần lọc bớt cặn có kích thước lớn (vãy cá, nội tạng, ) để tránh làm nghẹt ống dẫn nước thải, đồng thời tăng hiệu quả tuyển nổi

c/ Các thí nghiệm được tiến hành trong quá trình vận hành mô hình

Thí nghiệm định hướng xác định góc nghiêng đặt điện cực

khoảng cách điện cực (KCĐC) d=1 cm, thời gian lưu θ=30 phút và hiệu điện thế U=12 V Góc nghiêng điện cực (GNĐC) trong quá trình tuyển nổi thay đổi ở 3 mức

45o, 60o và 90o

Mỗi góc nghiêng là một nghiệm thức, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần

Nước sau tuyển nổi được đo độ đục, độ dẫn điện, độ mặn và phân tích chỉ tiêu COD, sau đó ghi nhận lại, chọn ra nghiệm thức tốt nhất (có độ đục thấp nhất,hiệu suất loại COD cao) Góc nghiêng đó được chọn để tiến hành trong các thí nghiệm tiếp theo

Thí nghiệm định hướng xác định diện tích điện cực

1cm, TGL là 30 phút Diện tích bản điện cực (DTBĐC) sử dụng trong thí nghiệm

hành

Mỗi giá trị diện tích (S) là một nghiệm thức, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần

Trong quá trình vận hành, điện năng tiêu thụ ứng với từng DTBĐC được theo dõi,

đo đạc và ghi nhận Nước sau tuyển nổi được đo độ đục, COD, sau đó ghi nhận lại, chọn ra nghiệm thức tốt nhất (có độ đục thấp nhất, hiệu suất loại COD cao) và kinh

tế nhất Diện tích đó được chọn để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo

Thí nghiệm định hướng xác định khoảng cách giữa các điện cực

Từ thí nghiệm xác định GNĐC, DTBĐC tốt nhất từ thí nghiệm trước, TGL là 30 phút Khoảng cách giữa các bản điện cực (KCĐC) được thay đổi ở 3 mức: 1 cm, 2

cm, 3 cm (Dalvand et al., 2011) Khoảng cách điện cực càng tăng trong khoảng từ

1-3 cm thì hiệu suất xử lý giảm từ 98,59-90,43% sau 30 phút với cùng hiệu điện thế