nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp điện hóa điện cực inox 304

Để xử lý nước thải chế biến thủy sản ngoài các phương pháp hóa lý, sinh học em đã chọn xử lý nước thải chế biến thủy sản với đề tài nghiên cứu: “ Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủ

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá: Ý thức thực hiện:

Nội dung thực hiện:

Hình thức trình bày:

Tổng hợp kết quả:

Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

Tp, HCM ngày , tháng 01 , năm 2017 GVHD

TS THÁI PHƯƠNG VŨ

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Phần đánh giá: Ý thức thực hiện:

Nội dung thực hiện:

Hình thức trình bày:

Tổng hợp kết quả:

Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

Tp, HCM ngày , tháng 01 , năm 2017 GVPB

TS HUỲNH THỊ NGỌC HÂN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABTRACT iii

MỤC LỤC vi

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ix

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

6 Đóng góp khoa học, kinh tế và xã hội của nghiên cứu 2

7 Tính mới của nghiên cứu 3

8 Thời gian và địa điểm thực hiện nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về ngành thủy sản tại Việt Nam (Mục 2.1/15/[5]) 4

1.2 Thành phần, tính chất nước thải ngành thủy sản 4

1.3 Các vấn đề ô nhiễm môi trường đối với ngành chế biến thủy sản 5

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải thủy sản (Mục 3.1/47/[3]) 6

1.4.1 Phương pháp xử lý cơ học 6

1.4.2 Phương pháp xử lý hóa lý 9

1.4.3 Phương pháp xử lý hóa học 10

1.4.4 Phương pháp xử lý sinh học 10

1.5 Tổng quan về phương pháp điện hóa 13

1.5.1 Khái niệm 13

1.5.2 Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hóa 13

1.5.3 Nguyên lý hoạt động của điện cực oxy hóa khử 13

1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 15

1.6 Nghiên cứu điện hóa trên Thế Giới 16

1.6.1 Xử lý chất thải trong công nghiệp chế biến thực phẩm bằng phương pháp điện hóa 16

1.6.2 Loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp điện giải 17

1.6.3 Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp điện hóa 17

1.6.4 Xử lý nước thải thuộc da bằng phương pháp điện hóa 17

1.7 Nghiên cứu điện hóa ở Việt Nam 18

1.7.1 Xây dựng mô hình “ cụm xử lý” cải tiến nước tại các trạm cấp nước 18

1.7.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa 19

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 21

2.1 Đối tượng thực nghiệm 21

2.2 Quy trình thực hiện thí nghiệm 22

2.3 Vật liệu, thiết bị nghiên cứu 25

2.4 Phương pháp nghiên cứu: 28

2.4.1 Phương pháp phân tích: 29

2.4.2 Phương pháp xử lý số liệu: 34

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 35

3.1 Hiện tượng xảy ra trong quá trình thí nghiệm 35

3.2 Kết quả thí nghiệm 44

3.2.1 Kết quả COD 44

3.2.2 Kết quả tổng Photphos 50

3.2.3 Kết quả TSS 56

3.2.4 Kết quả tổng N 61

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP 62

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 65

1 Kết luận 65

2 Kiến nghị 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 67

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần nước thải chế biến thủy sản 5

Bảng 1.2 Nồng độ các CÔN có trong nước thải đầu vào và đầu ra 20

Bảng 2.1 Thành phần nước thải chế biến thủy sản công ty Hoàng Cầm 22

Bảng 2.2 Tóm tắt cách thức tiến hành thí nghiệm 23

Bảng 2.3 QCVN 11:2015/BTNMT 28

Bảng 2.4 Các thông số và phương pháp phân tích 29

Bảng 3.1 Nồng độ COD qua các thời gian điện hóa – lắng khác nhau, mg/l 44

Bảng 3.2 Nồng độ tổng P qua các thời gian điện hóa – lắng khác nhau, mg/l 50

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Kim ngạch xuất khẩu thủy sản của Việt Nam (từ năm 2008 – 2011) 34

Hình 1.2 Sơ đồ xử lý sắt bằng ôzôn 18

Hình 1.3 Sơ đồ xử lý sắt bằng xúc tác 19

Hình 2.1 Công ty TNHH thương mai sản xuất Hoàng Cầm 21

Hình 2.2 Ống dẫn nước thải đầu vào từ bể chứa 21

Hình 2.3 Các bước tiến hành thí nghiệm 22

Hình 2.4 Mô hình bể chạy nước thải 26

Hình 2.5 Điện cực inox 304 26

Hình 2.6 Biến áp 27

Hình 2.7 Lắp mô hình thử nghiệm 27

Hình 2.8 Mô hình thí nghiệm 28

Hình 3.1 Hiện tượng sủi bọt khí tại bảng điện cực nối với cực âm nguồn điện 35

Hình 3.2 Nước thải sẫm màu khi bắt đầu điện hóa 35

Hình 3.3 CÔN được loại bỏ nhờ hình thành bông cặn (05/09/2017) 36

Hình 3.4 CÔN được loại bỏ nhờ hình thành bông cặn (14/09/2017) 36

Hình 3.5 Sau thời gian điện hóa cặn được hình thành và làm nước trong hơn 37

Hình 3.6 Nước thải sau thời gian điện hóa 15p, lắng 45p (08/09/2017) 38

Hình 3.7 Nước thải sau thời gian điện hóa 30p, lắng 30p (07/11/2017) 38

Hình 3.8 Tiến hành rửa điện cực bằng nước cấp (15/09/2017) 39

Hình 3.9 Bảng điện cực dương bị ăn mòn sau thời gian điện hóa (18/09/2017) 40

Hình 3.10 Bảng điện cực dương bị ăn mòn sau thời gian điện hóa (08/11/2017) 40

Hình 3.11 Giá trị pH với mỗi thời gian điện hóa khác nhau 41

Hình 3.12 Giá trị pH với thời gian điện hóa 15p 42

Hình 3.13 Giá trị pH với thời gian điện hóa 30p 42

Hình 3.14 Giá trị pH với thời gian điện hóa 45p 43

Hình 3.15 Giá trị pH với thời gian điện hóa 60p 44

Hình 3.16 Hiệu suất xử lý COD theo từng nồng độ khác nhau 45

Hình 3.17 Hiệu suất xử lý COD (%) với thời gian điện hóa 15p 46

Hình 3.18 Hiệu suất xử lý COD (%) với thời gian điện hóa 30p 47

Hình 3.19 Hiệu suất xử lý COD (%) với thời gian điện hóa 45p 48

Hình 3.20 Hiệu suất xử lý COD (%) với thời gian điện hóa 60p 49

Hình 3.21 Hiệu suất xử lý tổng P theo từng nồng độ khác nhau 51

Hình 3.22 Hiệu suất xử lý tổng P (%) ở thời gian điện hóa 15p 52

Hình 3.23 Hiệu suất xử lý tổng P (%) ở thời gian điện hóa 30p 53

Hình 3.24 Hiệu suất xử lý tổng P (%) ở thời gian điện hóa 45p 54

Hình 3.25 Hiệu suất xử lý tổng P (%) ở thời gian điện hóa 60p 55

Hình 3.26 Giá trị TSS với mỗi tải khác nhau 56

Hình 3.27 Giá trị TSS với thời gian điện hóa 15p 57

Hình 3.28 Giá trị TSS với thời gian điện hóa 30p 58

Hình 3.29 Giá trị TSS với thời gian điện hóa 45p 59

Hình 3.30 Giá trị TSS với thời gian điện hóa 60p 59

Hình 3.31 Giá trị tổng N với các tải trọng khác nhau 61

Hình 5.1 Mô hình xây dựng bể điện hóa 63

Hình 5.2 Chi tiết bể điện hóa 63

EC Electrocoagulation – Điện hóa

EEC Electrical Energy Consumption – Tiêu thụ năng lượng điện

EMC Electrode Material Consumption – Tiêu thụ vật liệu điện cực

G Gauss (Đơn vị đo cường độ từ trường)

KMnO4 Kali Pecmanganat

QCVN Qui chuẩn Việt Nam

TSS Total Suspendid Solids – Tổng chất rắn lơ lửng

UV Ultraviolet (tia cực tím)

V Volt (đơn vị đo hiệu điện thế)

và kéo theo nhiều hệ lụy nghiêm trọng khác

Việt Nam đang thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, bên cạnh sự phát triển các ngành kinh tế trọng điểm thì với lợi thế về đường bờ biển dài, có nhiều hệ thống sông ngòi nước ta cũng chú trọng thúc đẩy sự phát triển của ngành chế biến thủy sản nhằm mục đích phục vụ nhu cầu trong nước lẫn xuất khẩu sang các nước khác trên Thế giới

Tuy nhiên, đi kèm với sự gia tăng sản phẩm, góp phần phát triển kinh tế thì vấn

đề ô nhiễm môi trường từ quá trình chế biến thủy sản cũng đang được quan tâm hàng đầu Do đặc thù tính chất của ngành chế biến thủy sản là dùng một lượng lớn nước trong quá trình chế biến nên lượng nước thải phát sinh cũng khá lớn Để tránh tình trạng ô nhiễm môi trường nước từ hoạt động chế biến thủy sản ra môi trường thì các công ty, nhà máy cần xây dựng cho mình các hệ thống xử lý nước thải nhằm đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt quy chuẩn và không làm ảnh hưởng đến đời sống của con người cũng như hệ thủy sinh xung quanh nhà máy, công ty

Để xử lý nước thải chế biến thủy sản ngoài các phương pháp hóa lý, sinh học em

đã chọn xử lý nước thải chế biến thủy sản với đề tài nghiên cứu: “ Nghiên cứu xử lý

nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp điện hóa”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu giải pháp mới cho xử lý nước thải chế biến thủy sản

- Xác định thời gian điện hóa – thời gian lắng tối ưu cho quá trình xử lý

- Xác định được khoảng nồng độ thích hợp cho phương pháp xử lý

- Đánh giá hiệu quả xử lý các thông số COD, tổng P, TSS, pH…

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về thành phần, tính chất và phương pháp xử lý nước thải chế biến thủy sản

- Tổng quan về các phương pháp xử lý hiện tại và phương pháp điện hóa

- Thiết kế và lắp đặt mô hình nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm

- Chạy mô hình với các thời gian điện hóa – thời gian lắng và nồng độ COD khác nhau

- Tiến hành thí nghiệm, phân tích đánh giá hiệu quả xử lý các thông số như COD,

pH, tổng P, tổng N, TSS bằng phương pháp điện hóa

- Tổng hợp số liệu, tính toán, vẽ biểu đồ các kết quả thông số

- So sánh, đánh giá hiệu quả của mô hình ứng với các nồng độ tải trọng đầu vào khác nhau

- Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý

- Kết luận và kiến nghị

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thực nghiệm: Vận hành mô hình xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp điện hóa quy mô PTN

- Phương pháp phân tích mẫu: Phân tích, đánh giá các chỉ tiêu: COD, tổng P, TSS, pH, tổng N

- Phương pháp xử lý số liệu: Phương pháp phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu Từ

số liệu thô, tính toán hiệu quả xử lý, tính trung bình, độ lệch chuẩn Vẽ đồ thị so sánh hiệu quả xử lý trên phần mềm Microsoft Excel

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: Nước thải chế biến thủy sản tại công ty TNHH thương mại sản xuất Hoàng Cầm

Địa chỉ: 109A, Hồ Học Lãm, phường An Lạc, quận Bình Tân, Tp.HCM

Vật liệu thí nghiệm: Điện cực inox 304

6 Đóng góp khoa học, kinh tế và xã hội của nghiên cứu

Về mặt khoa học: Từ trước đến nay, xử lý nước thải chế biến thủy sản luôn được

áp dụng bằng phương pháp xử lý sinh học nên đề tài nghiên cứu mang hướng đổi mới, tìm ra các phương pháp xử lý mới có thể xử lý được nguồn nước thải chế biến thủy sản

và mang lại hiệu quả cao Mặt khác, góp phần vào cải tiến giai đoạn tiền xử lý cho hệ thống, hạn chế được khối lượng công trình xây dựng

Về mặt kinh tế: Giảm liều lượng sử dụng hóa chất các các bể keo tụ tạo bông,

hoặc thay thế áp dụng cho bể tuyển nổi nhưng vẫn xử lý tốt phần nào hàm lượng chất

ô nhiễm có trong nước Từ đó mang lại hiệu quả kinh tế cao cho công ty

Về mặt xã hội: Phương pháp điện hóa mang lại hiệu quả chất lượng nước đầu ra

tốt, đáp ứng được nhu cầu xả thải của nhà máy, đạt quy chuẩn kiểm định và đảm bảo

vệ sinh, an toàn cho môi trường

7 Tính mới của nghiên cứu

Là hệ thống công nghệ đang được nghiên cứu và áp dụng nhiều nơi trên thế giới, tuy nhiên tại Việt Nam vẫn còn khá xa lạ và không được phổ biến rộng rãi Nghiên cứu này góp phần đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản bằng phương pháp điện hóa

8 Thời gian và địa điểm thực hiện nghiên cứu

Từ tháng 8/2017 đến tháng 12/2017

Địa điểm: Xưởng cấp thoát nước trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM; 236B Lê Văn Sỹ, phường 1, quận Tân Bình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về ngành thủy sản tại Việt Nam (Mục 2.1/15/[5])

Việt Nam là một trong 10 nước xuất khẩu thủy sản hàng đầu trên thế giới, ngành thủy sản hiện tại chiếm 4% GDP, 8% xuất khẩu và 9% lực lượng lao động (khoảng 3,4 triệu người) của cả nước Nhóm hàng chủ đạo trong xuất khẩu thủy sản của Việt Nam

là cá tra, cá basa, tôm và các động vật thân mềm như mực, bạch tuộc, nghêu, sò,… Trong vòng 20 năm qua ngành thủy sản luôn duy trì tốc độ tăng trưởng ấn tượng từ 10-20% (INEST, 2009) Biểu đồ thể hiện kim ngạch xuất khẩu thủy sản của Việt Nam

từ năm 2008 đến 2011được trình bày trong Hình 1.1

Hình 1.1 Kim ngạch xuất khẩu thủy sản của Việt Nam (từ năm 2008 – 2011) 1.2 Thành phần, tính chất nước thải ngành thủy sản

Với các nguyên liệu tương đối phong phú trong quá trình chế biến cùng với điều kiện của nước ta nên thành phần các chất thải trong nước thải thủy sản cũng rất đa dạng Nước thải thủy sản có thể chia thành ba nguồn khác nhau: nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt

Cả 3 loại nước thải trên đều có tính chất gần tương tự nhau Trong đó nước thải sản xuất có mức độ ô nhiễm cao hơn cả Nước thải của phân xưởng chế biến thuỷ sản

có hàm lượng COD dao động trong khoảng từ 300 – 3000mg/l, giá trị điển hình là

1500 mg/l, hàm lượng BOD5 dao động từ 300 – 2000mg/l, giá trị điển hình là 1000mg/l

Trong nước thường có các vụn thuỷ sản và các vụn này dễ lắng, hàm lượng chất rắn lơ lững dao động từ 200 – 1000mg/l, giá trị thường gặp là 500mg/l Nước thải thuỷ sản cũng bị ô nhiễm chất dinh dưỡng với hàm lượng Nitơ khá cao từ 50 – 200mg/l, giá trị điển hình là 30mg/l Ngoài ra, trong nước thải của ngành chế biến thuỷ hải sản có chứa các thành phần hữu cơ mà khi bị phân huỷ sẽ tạo ra các sản phẩm trung gian của

sự phân huỷ các acid béo không bảo hoà, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ công nhân làm việc Đối với các công ty thủy sản có sản xuất thêm các sản phẩm khô, sản phẩm đóng hộp thì trong dây chuyền sản xuất sẽ có thêm các công đoạn nướng, luộc, chiên thì trong thành phần nước thải sẽ có chất béo, dầu

Mức độ ô nhiễm của nước thải từ quá trình chế biến thuỷ sản (CBTS) thay đổi rất lớn phụ thuộc vào nguyên liệu thô (tôm, cá, cá mực, bạch tuộc, cua, nghiêu, sò), sản phẩm, thay đổi theo mùa vụ, và thậm chí ngay trong ngày làm việc Thành phần nước thải của một số loại hình chế biến thủy sản được trình bày trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần nước thải chế biến thủy sản

(Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2009)

1.3 Các vấn đề ô nhiễm môi trường đối với ngành chế biến thủy sản

Một số tác động đặc trưng của ngành chế biến thuỷ sản gây ảnh hưởng đến môi trường có thể kể đến như sau:

 Ô nhiễm không khí: mùi hôi phát sinh từ việc lưu trữ các phế thải trong quá

trình sản xuất, khí thải từ các máy phát điện dự phòng Trong các nguồn ô nhiễm không khí, mùi là vấn đề chính đối với các nhà máy chế biến thủy sản

 Chất thải rắn: phát sinh chủ yếu từ quá trình chế biến bao gồm các loại đầu

vỏ tôm, vỏ nghêu, da/mai mực, nội tạng mực và cá,

 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 16 biến, hoàn tất sản phẩm, vệ sinh nhà xưởng và dụng cụ, thiết bị, và nước thải sinh hoạt Trong các nguồn phát sinh ô nhiễm, nước thải là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường bởi phát sinh thể tích nước thải lớn với nồng độ ô nhiễm cao nếu không được xử lý thích hợp

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải thủy sản (Mục 3.1/47/[3])

1.4.1 Phương pháp xử lý cơ học

Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học với mục đích loại bỏ các thành phần chất rắn có kích thước lớn không hòa tan hoặc các chất dạng keo trong nước nhằm hạn chế khả năng tắc nghẽn đường ống, hư hại các thiết bị bơm, lọc và làm giảm hiệu quả

xử lý các công trình phía sau

+ Loại bỏ các vật nổi lơ lửng có kích thước lớn: nhựa, túi nilong, lá cây, giẻ, gỗ…

+ Loại bỏ các loại hạt cặn: cát, sỏi, các tạp chất từ các loại nước thải, kim loại, thủy tinh…

+ Loại bỏ các váng dầu mỡ, các chất nổi trên bề mặt có tỉ trọng thấp so với môi trường

+ Được bố trí đầu tiên trong quy trình công nghệ xử lý nước thải Do đó phương pháp xử lý cơ học hay còn được gọi là quá trình xử lý sơ bộ hay xử lý bậc

+ Hỗ trợ cho các quá trình xử lý hoá lý hoặc sinh học phía sau…

Một số công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:

a) Song chắn rác

Nước thải dẩn vào HTXL trước hết phải qua song chắn rác Tại đây các thành phần có kích thước rác lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon được giữ lại Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẩn Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải

Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình

và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25mm Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác SCR cũng có thể đặc cổ định hoặc di động

SCR được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 450 -

600 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 750 – 850 nếu làm sạch bằng máy Tiết diện của song chắn rác có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp Song chắn rác tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bị bởi các vật giữ lại Do đó, thông dụng hơn cả là thanh có thiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy Vận tốc nước chảy qua song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,6 – 1 m/s Vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0,75-1 m/s nhằm đẩy rác qua khe của song Vận tốc cực tiểu nhằm tránh phân hủy các chất thải rắn

b) Bể thu và tách dầu mỡ

Bể thu dầu: Được xây dựng trong khu vực bãi đỗ và cầu rửa ô tô, xe máy, bãi

chứa dầu và nhiên liệu, nhà giặt tẩy của khách sạn, bệnh viện hoặc các công trình công cộng khác, nhiệm vụ đón nhận các loại nước rửa xe, nước mưa trong khu vực bãi đỗ xe

Bể tách mỡ: Dùng để tách và thu các loại mỡ động thực vật, các loại dầu có

trong nước thải Bể tách mỡ thường được bố trí trong các bếp ăn của khách sạn, trường học, bệnh viện xây bằng gạch, BTCT, thép, nhựa composite và bố trí bên trong nhà, gần các thiết bị thoát nước hoặc ngoài sân gần khu vực bếp ăn để tách dầu mỡ trước khi xả vào hệ thống thoát nước bên ngoài cùng với các loại nước thải khác

c) Bể điều hòa

Là công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải để khắc phục các vấn đề có thể xảy ra do sự biến động của lưu lượng và chất lượng nước thải vào Như vậy để đảm bảo cho các công trình xử lý làm việc ổn định, cần xây dựng bể điều hòa, khi hệ

số không điều hòa k ≥ 1,4

Dùng để duy trì sự ổn định của dòng thải, khắc phục những vấn đề vận hành do

sự dao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý

d) Bể lắng

Tùy theo mức độ xử lý nước thải mà ta có thể dùng bể bể lắng như một công cụ

xử lý sơ bộ trước khi đưa nước thải tới những công trình xử lý phức tạp hơn Cũng có thể sử dụng bể lắng như công trình xử lý cuối cùng, nếu điều kiện vệ sinh cho phép tùy theo công dụng của bể lắng trong dây truyền công nghệ mà người ta phân biệt bể lắng đợt I và bể lắng đợt II

+ Bể lắng đợt I: đặt trước công trình xử lý sinh học dùng để giữ lại các chất hữu

cơ không tan trong nước thải trước khi cho nước thải vào các bể xử lý sinh học

và loại bỏ các chất rắn có khả năng lắng (tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước) và các chất nổi (tỉ trọng bé hơn tỉ trọng nước) Nếu thiết kế chính xác bể lắng sơ cấp có thể loại bỏ 50 -70% chất rắn lơ lửng, 25 - 40% BOD của nước thải

+ Bể lắng đợt II: đặt sau công trình xử lý sinh học

Phân loại bể lắng:

Căn cứ vào chiều nước chảy phân biệt các loại: bể lắng ngang, đứng, radian

Căn cứ vào theo chế độ làm việc phân biệt bể lắng hoạt động liên tục và bể lắng hoạt động gián đoạn:

+ Bể lắng hoạt động gián đoạn: thực chất là một bể chứa mà ta cứ việc xả

nước thải vào đó và cho đứng yên trong một khoảng thời gian nhất định Nước

đã được lắng tháo ra và cho lượng nước mới vào Bể lắng kiểu này áp dụng trong trường hợp lượng nước thải ít và chế độ thải không đều VD: nước thải

từ xí nghiệp giặt là…

+ Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải cho chảy qua bể liên tục

- Căn cứ theo chiều nước chảy trong bể người ta phân biệt lắng ngang, lắng đứng, lắng ly tâm:

+ Bể lắng ngang: nước chảy theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể Công

suất >15000 m3/ngày

+ Bể lắng đứng: nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng, công suất

<20000m3/ngày

+ Bể lắng ly tâm: nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể hoặc có thể ngược

lại Công suất > 20000m3/ngày

Trong trường hợp thứ nhất gọi là bể lắng ly tâm và trường hợp thứ 2 gọi là bể lắng hướng tâm Ngoài ra còn có loại bể lắng trong đó quá trình lắng nước được lọc qua tầng cặn lơ lửng – gọi là bể lắng trong

1.4.2 Phương pháp xử lý hóa lý

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thải Các công trình tiêu biểu của việc áp dụng phương pháp hóa học bao gồm:

a) Bể keo tụ tạo bông

Quá trình keo tụ tạo bông được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo có kích thước rất nhỏ (10"7

-10"8 cm) Các chất này tồn tại ở dạng phân tán và không thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian Để tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời gian lắng của chúng thì thêm vào nước thải một số hóa chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer, Các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: Ah(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)3Cl, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O; phèn sắt: Fe2(SO4>.2H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3 hay chất keo tụ không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp

Phương pháp keo tụ có thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạo bông cặn, các bông cặn lớn lắng xuống thì những bông cặn này có thể kéo theo các chất phân tán không tan gây ra màu

b) Bể tuyển nổi

Tuyển nổi là phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại bỏ các tạp chất không tan, khó lắng Trong nhiều trường hợp, tuyển nổi còn được sử dụng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt

Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và cũng được áp dụng trong trường quá trình lắng xảy ra rất chậm và rất khó thực hiện Các chất lơ lửng như dầu, mỡ sẽ nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng của các bọt khí tạo thành lớp bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban đầu Hiệu quả phân riêng bằng tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong bóng khí Kích thước tối

ưu của bong bóng khí là 15 - 30.10-3mm

c) Hấp phụ

Là quá trình thu hút hay tập trung các chất bẩn trong NT lên trên bề mặt của chất

hấp phụ Các chất hấp phụ thông dụng trong kỹ thuật xử lý nước thải bao gồm: than hoạt tính, than xương, đất hoạt tính, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, silicagel…

d) Trao đổi ion

Thường được ứng dụng để xử lý các kim loại nặng có trong nước thải bằng cách cho nước thải chứa KLN đi qua cột trao đổi cation, khi đó các cation KLN được thay thế bằng các ion hydro ( hoặc Na+) của nhựa trao đổi Khử KLN trong nước thải bằng phương pháp này cho chất lượng nước đầu ra rất cao

1.4.3 Phương pháp xử lý hóa học

 Trung hòa: Để trung hòa nước thải có độ kiềm hoặc axit cao

 Khử trùng: Để loại bỏ các VSV gây bệnh, các ci khuẩn, virus, các mầm bệnh có khả năng gây nguy hại đến nhân tố sử dụng, chứa nguồn nước đặc biệt là con người và môi trường nước

 Các quá trình khác: Sử dụng nhiều loại hóa chất khác nhau để đạt được mục tiêu nhất định nào đó

1.4.4 Phương pháp xử lý sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của VSV trong môi trường nước, chúng có khả năng phân hóa các HCHC

Các CHC sau khi bị phân hóa sẽ tạo thành nước, các chất khí đơn giản, chất vô

cơ và hình thành tế bào mới

Thường được chia làm hai loại:

 Phương pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy

 Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục

Vị trí: Thường được bố trí ở vị trí trung tâm của quy trình công nghệ xử lý nước thải

Xử lý sinh học còn được gọi là xử lý bậc hai và đóng vai trò chính

Chức năng: Loại bỏ hoặc ổn định chất hữu cơ và đôi khi cả vô cơ ở dạng phân tán nhỏ,

dạng keo cũng như hòa tan ra khỏi nước thải ; loại bỏ hoặc ổn định các thành phần dinh dưỡng như N, P… Phương pháp này dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật chúng sử dụng các chất ô nhiễm trong nước thải làm nguồn thức ăn như carbon, hydro, nito, photpho, lưu huỳnh, kali, natri, canxi…

Để thực hiện quá trình oxy hoá sinh học, các chất hữu cơ hòa toan, cả chất keo tụ

và chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3 giai đoạn chính như sau:

 Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào vi sinh vật

 Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào

 Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp

tế bào mới

Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hảm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các yếu tố vi lượng

a) Xử lý sinh học kị khí

Quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Tuy nhiên phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

VSV + Chất hữu cơ  CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới

Một cách tổng quát quá trình phân hủy kị khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử: Trong giai đoạn

này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo) Quá trình này xảy ra chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính

dễ phân hủy của cơ chất Chất béo thủy phân rất chậm

 Giai đoạn 2: Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các

chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có

thể làm pH giảm xuống 4

 Giai đoạn 3: Acetate hóa: Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai

đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới

 Giai đoạn 4: Methan hóa: Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ

khí Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa,

CO2 hầu như không giảm, CO2 chỉ giảm trong giai đoạn methane

Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin…trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acid, carbohydrate thành đường đơn và chất béo thành các acid béo

Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2 Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic và lactic acid

Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate Vi sinh vật chuyển hóa methan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines, và CO

Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lí kị khí thành:

 Quá trình xử lý kị khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kị khí, quá trình xử lý bằng lớp bùn kị khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)

 Quá trình xử lý kị khí với vi sinh vật sinh trường dạng dính bám như quá trình lọc ki khí

b) Xử lý sinh học hiếu khí

Xử lí bằng quy trình dùng bùn hoạt tính, bể aerotank thông thường, bể aerotank làm thoáng theo bậc, hấp thụ, làm thoáng, mương oxy hóa, hồ sinh học hiếu khí…

Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có oxy Quá trình

xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

 Oxy hóa các chất hữu cơ :

1.5 Tổng quan về phương pháp điện hóa

1.5.1 Khái niệm

Keo tụ điện hóa là một phương pháp trong xử lý nước thải, trong đó dưới tác dụng của dòng điện thì các điện cực dương ( thường được sử dụng là Al, Fe) sẽ bị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ ( cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ sinh ra bọt khí tại các cực âm

Keo tụ điện hóa là phương pháp giao thoa của 3 quá trình: điện hóa học, tuyển

nổi điện phân và keo tụ (Theo Hold, Barton và Mitchell, 2004)

1.5.2 Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hóa

Theo Ramesh Babu, Bhadrinarayana, Meera Sheriffa Begum Anantharaman (2006) phương pháp keo tụ điện hóa có các đặc điểm sau đây:

+ Dòng điện được sử dụng trong phương pháp keo tụ điện hóa là dòng điện một chiều

+ Các điện cực dương được sử dụng thường là bằng nhôm hoặc sắt Tùy vào giá trị

pH và đặc tính của nước thải ở từng trường hợp cụ thể mà xác định xem điện cực nào là cực dương, điện cực nào là cực âm

+ Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vận hành của

bể có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau

+ Hệ thống điện cực được đặt ngập trong nước thải, để đảm bảo khả năng tiếp xúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm 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)

1.5.3 Nguyên lý hoạt động của điện cực oxy hóa khử

 Nguyên lý hoạt động: (Mục 1/1/[9])

Nước thải đầu vào cho vào bể một lần với thể tích đã được xác định Nước thải phải làm ngập các hệ điện cực ở trong bể

Theo Hold, Barton và Mitchell (2004), khi cho dòng điện một chiều đi qua các

điện cực thì tại cực dương sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại Do đó, các điện cực dương được làm bằng nhôm hoặc sắt thì quá trình này sẽ giải phóng ra các cation (Fe3+hoặc Al3+ ) Các cation này sẽ di chuyển vào trong môi trường nước thải Những cation (Fe3+ hoặc Al3+) sẽ kết hợp cùng với nhóm hidroxyl và tạo thành các hidroxit (Al(OH)3, Fe(OH)3) là những chất keo tụ phổ biến trong xử lý nước thải Các chất keo

tụ này sẽ tác dụng vào các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước và liên kết với nhau tạo

thành bông cặn có kích thước lớn hơn (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

Bên cạnh đó, việc các phản ứng điện phân đã xảy ra và tạo ra các bọt khí tại cực

âm Các bọt khí này thường là khí H2 và chúng có xu hướng đi lên mặt thoáng của bể keo tụ điện hoá Trên đường đi của các bọt khí này chúng sẽ bám vào các bông keo đã được tạo ra ở trên và mang chúng theo lên mặt thoáng của bể Trong khi đó, các bông keo có kích thước lớn và nặng hơn thì sẽ lắng xuống phía dưới đáy bể Trên quỹ đạo lắng của các bông cặn này chúng sẽ va chạm và kết cụm với các bông cặn khác, như

thế quá trình lắng sẽ diễn ra tốt hơn (Lê Hoàng Việt, 2002)

Điện cực kim loại: là hệ thống gồm một thanh kim loại nhúng vào dung dịch muối của nó

 Cơ chế xử lý chất hữu cơ trên điện cực: (Mục 2.1/2/[9])

Cơ chế xử lý chất hữu cơ trên điện cực

- Oxy hóa xảy ra ở cực dương của điện cực sắt, mỗi nguyên tử sắt trên cực dương đều bị oxy hóa thành các ion sắt

Tại cực dương:

Fe → Fe2+ +2e-

Do đó, các nguyên tử kim loại trong mạng tinh thể đi vào dung dịch như ion, để lại các electron trên kim loại Các electron này di chuyển về phía khu cực âm qua kim loại

- Ở các cực âm, các điện tử được hấp thụ bởi các ion hydro Các ion H+ được lấy

từ nước

H2O → H+ + OH

-Tại cực âm:

H+ + e- → H Các nguyên tử hydro trên bề mặt sắt làm giảm oxy hoà tan

4H + O2→ 2H2O

Do đó, phản ứng tổng thể tại cực âm của các quá trình điện hóa có thể được viết như sau:

4H+ +O2 + 4e- → 2H2O 2H2O +2e- → H2↑ + OH-

- Phản ứng oxi hóa tổng thể có thể được viết bằng phản ứng nhân ở cực dương và thêm phản ứng tại cực âm để làm cân bằng số điện tử bị mất và thu được

Phản ứng tổng thể:

2Fe + 4H+ +O2 → 2Fe2+ + 2H2O Các ion sắt bị oxy hóa thêm bởi oxy hòa tan trong nước để tạo ra Fe3+

2Fe2+ + O2 + H2O → 2 Fe3+

+ 2OHCác ion sắt tạo ra, kết hợp với OH- trong nước tạo ra các phức hợp với quá trình biến đổi phức tạp FeOH2+

-,Fe(OH)2,Fe2(OH)42,Fe(OH)4,Fe(H2O)5OH2, ,

) (

)

(H2O 4 OH 2

Fe Fe(H2O)8(OH)24, Fe2(H2O)6(OH)42

Biến đổi cuối cùng thành Fe(OH)3↓

Các bọt khí sinh ra ở cực âm có xu hướng đi lên mặt thoáng của bể keo tụ điện hoá Trên đường đi của các bọt khí này chúng sẽ bám vào các chất rắn lơ lửng, bông bùn đã được tạo ra ở cực dương khi giải phóng các ion và mang chúng theo lên mặt thoáng của bể Quá trình này đi kèm với việc cô đặc bùn ở bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ

Như vậy cơ chế để xử lý chất hữu cơ là dựa vào phản ứng điện phân tại bề mặt điện cực, sự hình thành chất keo tụ trong pha nước(Fe3+), các chất ô nhiễm hòa tan

và huyền phù trong nước bám dính vào Fe(OH)3↓ và loại bỏ bằng lắng cặn

1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

- Vật liệu điện cực ( thường là kim loại sắt, nhôm, thép, than trắng, inox)

- Cường độ dòng điện áp vào bảng điện cực

- Thời gian điện hóa

- Tính chất của nước cần xử lý

Thông thường, cường độ dòng điện áp vào điện cực trong quá trình điện phân là 10-150 A/m2 , thời gian xử lý khoảng 5-60 phút đối với nước thải ( thường là ít hơn

30 phút) và pH gần trung tính ( Trang 1/[9])

Theo Nguyễn Ngọc Dung (1999)

 Đối với ion Al 3+

thì:

+ Độ pH: độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân Khi pH < 4,5 thì không xảy ra quá trình thuỷ phân Thông thường Al3+ đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5 - 7,5

+ Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước cao, tốc độ keo tụ xảy ra nhanh chóng, hiệu quả keo tụ đạt được càng cao Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng Al3+ vào khoảng

20 – 40oC, tốt nhất là 35 – 40oC

+ Độ đục: độ đục của nước cũng ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ Độ đục càng cao thì hiệu quả keo tụ càng rõ rệt Ngoài ra, một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như: thành phần các ion có trong nước, các hợp chất vô cơ - hữu cơ,…

 Đối với ion Fe 3+

1.6 Nghiên cứu điện hóa trên Thế Giới

1.6.1 Xử lý chất thải trong công nghiệp chế biến thực phẩm bằng phương pháp điện hóa (Mục 2.5.3/53/[8])

Tác giả đưa ra các phương pháp để xử lý chất thải trong ngành chế biến thực phẩm như phương pháp sinh học ( Trang 10/[8]); phương pháp vật lý ( Trang 52/[8]) trong đó sử dụng hình thức keo tụ tạo bông và phương pháp điện hóa (EC)

Điện hóa đã được tiến hành điều tra về khả năng có thể làm giảm hàm lượng BOD hòa tan có trong nước thải Và nghiên cứu đã được chứng minh được rằng lượng chất hữu cơ trong các loại nước thải thực phẩm, các dòng nước thải chế biến cá đã được giảm Trong quá trình thử nghiệm, khi có dòng điện truyền qua nước thải sẽ làm mất ổn định các chất gây ô nhiễm và kết dính các chất gây ô nhiễm để dễ dàng tách bằng lắng, lọc Ngoài ra, một lượng nhỏ các chất ô nhiễm vẫn còn hòa lẫn và trôi nổi trên bề mặt

Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng BOD5 giảm nhưng không nhiều như dự kiến ban đầu trước khi thử nghiệm thí điểm được tiến hành Các thử nghiệm bổ sung

đã được thực hiện tại chỗ trên một loạt các mẫu được lấy, tuy nhiên, những lần chạy này dường như vẫn không đạt hiệu quả như dự kiến mong muốn ban đầu pH đã được thay đổi để tối ưu hóa cho quá trình, nhưng BOD5 chỉ giảm từ 21% - 33% Ngoài ra,

do kim loại điện cực (nhôm) được sử dụng trong quá trình này, sự hiện diện của kim loại trong dung dịch đã sử dụng và các chất rắn tách ra tạo ra mối quan tâm cho việc phục hồi sản phẩm phụ

Chi phí vốn ban đầu và chi phí hoạt động dự kiến là không hợp lý (lần lượt là 140.000 đô la Mỹ và 40.000 đô la Mỹ), nhưng không thể dễ dàng đạt được mức giảm của BOD5 như mong đợi Từ đó, rút ra rằng thời gian duy trì điện hóa dài là cần thiết

để làm cho hiệu quả giảm BOD5 được tốt hơn

Từ kết quả mà nghiên cứu đạt được, cho thấy hiệu quả xử lý chỉ tiêu BOD5 tương đối thấp khi được xử lý bằng phương pháp điện hóa Nhận định ban đầu có thể thấy phương pháp điện hóa không thích hợp để xử lý cho chỉ tiêu BOD5, do đó có thể tiến hành đánh giá các chỉ tiêu khác như TSS, độ đục, tổng P… để đánh giá toàn diện khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm mà phương pháp điện hóa mang lại

1.6.2 Loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp điện giải [7]

Bài báo này đã nghiên cứu hiệu quả của quá trình điện hóa học trong việc loại bỏ màu sắc từ nước thải dệt thực tế bằng cách sử dụng các điện cực nhôm và sắt trong một lò phản ứng nhiệt lượng với 150L Lò phản ứng được thiết kế để hoạt động theo các chế độ lô và liên tục Nước thải thực tế chứa 90% thuốc nhuộm phân tán và 10% thuốc nhuộm phản ứng

Việc xử lý các chất thải này được dễ dàng hơn bằng cách sử dụng các điện cực của sắt chứ không phải là nhôm Độ pH ban đầu tối ưu là 10 đối với cả điện cực nhôm

và sắt Bằng cách sử dụng các điện cực sắt, hiệu quả giảm màu cực đại và hiệu quả giảm COD lần lượt đạt 96% và 65% trong 90 phút phản ứng Tương tự như vậy, bằng cách sử dụng điện cực nhôm, hiệu quả khử màu tối đa đạt 90% và hiệu quả giảm COD đạt 51% trong 120 phút phản ứng Trong trường hợp pH ban đầu hơi khác với 10, thời gian cần thiết để đạt 90% hiệu quả khử màu dao động từ gấp đôi đến gấp ba so với thực nghiệm

Từ thực nghiệm đã chứng minh được phương pháp điện hóa là công nghệ nên lựa chọn khi áp dụng xử lý loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm

1.6.3 Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp điện hóa

Nghiên cứu của Zarouala, Azzia, Saiba và Chainetb (2005) về xử lý nước thải

dệt nhuộm bằng phương pháp EC đã đạt được kết quả: hiệu suất xử lý COD đạt từ 84 – 100%

1.6.4 Xử lý nước thải thuộc da bằng phương pháp điện hóa

Nghiên cứu của Moh Faiqun Ni’am, Fadil Othman, Johan Sohaili và Zulfa Fauzia (2006) về việc xử lý nước thải thuộc da bằng phương pháp EC đã đạt được kết

quả: hiệu suất xử lý SS 92,3%, độ đục 81,25%

Nghiên cứu của Ramesh Babu, Bhadrinarayana, Meera Sheriffa Begum và Anantharaman (2007) về việc xử lý nước thải thuộc da bằng phương pháp EC đã đạt

được kết quả: hiệu suất xử lý TSS 72%, BOD5 63%, COD 68%, Crôm 76%

1.7 Nghiên cứu điện hóa ở Việt Nam

1.7.1 Xây dựng mô hình “ cụm xử lý” cải tiến nước tại các trạm cấp nước nông thôn dựa trên công nghệ ôxy hóa sâu [6]

Báo cáo này đánh giá hiệu quả của cụm xử lý dự kiến, chế tạo dựa theo các công trình nghiên cứu đã công bố

Hai mô hình thí nghiệm được thực hiện song song gồm: Hệ thống thứ nhất là hệ thống xử lý sắt bằng ozone như thể hiện trong Hình 1.2 Hệ thống bao gồm một thùng chứa nước nhiễm sắt với nồng độ 4 mg/l, được pha từ hóa chất FeSO4.7H2O, là nước đầu vào cho hệ thống xử lý Nước đầu vào được một bơm công suất 0,167 l/s bơm từ trên xuống để vào hệ thống xử lý được chế tạo bằng acrylic, đường kính ống 90 mm, cao 800 mm (hình trụ đứng, thể tích là 5,1 L) Ống này được lắp một ống sục ozone từ dưới lên với công suất sản xuất ozone là 1g/h (0,28 mg/s, tiêu thụ điện năng 20Wh) nhằm oxy hóa hết lượng sắt có trong nước cần xử lý Nước sau khi đi bể oxy hóa (thời gian lưu nước là 30 s) được dẫn vào bể lắng theo các thời gian khác nhau là 1, 5, 20,

40, 60 phút; sau đó được lọc bằng cột lọc 10 inch, kích thước lỗ lọc là 5 µm Nước sau khi qua cột lọc được thu mẫu và phân tích nồng độ sắt

Hình 1.2 Sơ đồ xử lý sắt bằng ôzôn

Hệ thống thí nghiệm thứ hai (Hình 1.3) là hệ thống xử lý sắt bằng xúc tác được lắp đặt tương tự như hệ thống đầu Ở hệ thống thứ 2, cột oxy hóa được thay bằng cột

xúc tác bằng acrylic (đường kính là 90 mm và chiều cao 1000 mm) Bên trong cột xúc tác là các hạt xúc tác cao 800 mm chứa 50% Fe2O3 – là thành phần chính của chất xúc tác Tốc độ dòng chảy qua cột xúc tác là 10, 20, 30 m3/m2/h Nồng độ sắt trong nước, thời gian lắng, lọc và thu mẫu thực hiên giống như trong thí nghiệm 1 Ngoài ra, còn

bổ sung thí nghiệm nước sau cột xúc tác sẽ được lọc ngay (không lắng)

Hình 1.3 Sơ đồ xử lý sắt bằng xúc tác

Cả hai phương pháp xử lý đều đạt kết quả xử lý rất cao trên 90% so với nồng độ sắt ban đầu Đảm bảo nước có chất lượng rất tốt cho người sử dụng Tuy nhiên, cả hai phương pháp đều không thể xử lý sắt đạt tiêu chuẩn cấp nước nếu nồng độ sắt trong nước cao hơn 3 mg/L

Phương pháp điện hóa áp dụng để xử lý hàm lượng sắt trong nước cấp đạt hiệu quả rất cao, tuy nhiên vẫn còn mặc hạn chế nếu hàm lượng sắt vượt 3mg/l Cần nghiên cứu bổ sung các hệ thống xử lý đi kèm, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý

1.7.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa [2]

a Nước thải thủy sản

Các thông số nghiên cứu:

Kim loại điện cực dương: Nhôm (Al)

Khoảng cách điện cực: 2cm ( Kết hợp kinh tế và kỹ thuật)

Diện tích điện cực: 100 cm2

Thời gian phản ứng: 45 phút

Bảng 1.2 Nồng độ các CÔN có trong nước thải đầu vào và đầu ra

b Nước ngầm ô nhiễm Arsenic

Nghiên cứu được tiến hành với điện cực sắt, hiệu điện thế 24V, khoảng cách giữa hai điện cực là 1cm, thời gian điện hóa 25 phút, sau điện hóa qua lọc cát và thu nước sau xử lý

Kết quả nghiên cứu: Nồng độ As trong nước giảm từ 102µg/l xuống còn 5µg/l đạt theo QCVN 01:2009/BYT

Phương pháp điện hóa mang lại hiệu quả cao trong việc loại bỏ các kim loại nặng trong nước Là phương pháp cần được nghiên cứu và áp dụng phổ biến hơn trong quy trình công nghệ xử lý nước thải và nước cấp

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng thực nghiệm

Nguyên liệu: Nước thải chế biến thủy sản từ công ty TNHH thương mại sản xuất

Hoàng Cầm

Địa chỉ công ty: 109A, Hồ Học Lãm, phường An Lạc, quận Bình Tân, Tp.HCM

Hình 2.1 Công ty TNHH thương mại sản xuất Hoàng Cầm

Nguyên liệu sản xuất của công ty: Mực

Vị trí lấy mẫu: Ống dẫn nước thải từ bể chứa lên hệ thống xử lý

Đặc điểm nước thải: Có mùi tanh, nước đen, còn nhiều cặn lớn trong nước

Hình 2.2 Ống dẫn nước thải vào hệ thống xử lý

Bảng 2.1 Thành phần nước thải chế biến thủy sản công ty TNHH thương mại sản

(Nguồn: Công ty TNHH thương mại sản xuất Hoàng Cầm)

2.2 Quy trình thực hiện thí nghiệm

Hình 2.3 Các bước tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Đọc tài liệu

Bước 6: Phân tích số liệu

và viết báo cáo

Bước 2: Thiết lập mô hình

 Thuyết minh:

Bước 1: Tiến hành đọc các tài liệu liên quan, tìm hiểu khái niệm, cơ chế, nguyên lý

điện hóa, tham khảo tình hình áp dụng điện hóa trong xử lý nước thải trong và ngoài nước

Bước 2: Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị, xây dựng mô hình thí nghiệm

Mô hình: NT chế biến thủy sản  Bể điện hóa  Lắng  Phân tích mẫu

Nhiệm vụ của bước này là tạo mô hình để thực hiện thí nghiệm, nghiên cứu quá trình

xử lý thực tế quy mô phòng thí ngiệm

Bước 3: Thực hiện thí nghiệm theo mô hình đã tạo dựng ở bước 2 Lấy mẫu ở cuối mô

hình và đem phân tích ở bước 4

Bước 4: Tiến hành các thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu, thông số trong nước thải như

pH, COD, tổng N, tổng P, TSS

Bước 5: Kết quả thu được sẽ được phân tích, đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình,

đưa ra kết luận và ghi nhận vào phần kết quả nghiên cứu

Bước 6: Tổng hợp, viết bài báo cáo: Số liệu thí nghiệm sau khi được tống hợp thì tiến

hành phân tích, biểu diễn so sánh sao cho ngời đọc có thể dễ dàng so sánh, đánh giá kết quả nghiên cứu thấy được hiệu quả của mô hình như thế nào Sau đó tổng hợp trình bày dưới dạng văn bản một cách khoa học, logic và trình bày trước hội đồng

Bảng 2.2 Tóm tắt cách thức tiến hành thí nghiệm

(phút)

Thời gian lắng (phút)

Ban

đầu

Pha loãng

2 lần

Pha loãng

độ mẫu ban đầu, mẫu pha loãng 2 lần và mẫu pha loãng 4 lần

Chạy mô hình với lần lượt các nồng độ tải trọng khác nhau Sử dụng hai bảng điện cực inox 304 có kích thước L×B×S= 20cm×10cm×3mm, khoảng cách giữa hai bản cực là 2cm Điện cực âm được nối với dây âm của biến áp, điện cực dương được nối với dây dương của biến áp, ghim phích cắm

Tiến hành thử nghiệm mô hình với các thời gian điện hóa 15, 30, 45, 60 phút Sau khi điện hóa kết thúc, nước thải được cho qua bể lắng, với thời gian lắng khảo sát

là 15, 30, 45 phút

Nước thải sau khi lắng ở các khoảng thời gian trên, được lấy để tiến hành thí nghiệm phân tích hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm và đo pH của mô hình

2.3 Vật liệu, thiết bị nghiên cứu

Bể chạy nước thải được làm bằng nhựa mica, bể có kích thước:

L×B×H= 25cm×15cm×15cm

Hình 2.4 Mô hình bể chạy nước thải

Bảng điện cực được sử dụng làm bằng inox 304 với kích thước:

L×B×S= 20cm×10cm×3mm

Được cố định bằng các ống nhựa có đường kính 18mm

Khoảng cách giữa hai bảng điện cực là 2cm

Hình 2.5 Điện cực inox 304

Thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều 12V, 6A

2.4 Phương pháp nghiên cứu:

 Theo thời gian:

Chạy mô hình với những thời gian điện hóa và thời gian lắng khác nhau rồi so sánh kết quả thu được trên từng nồng độ mẫu để xác định phương án xử lý hiệu quả

COD mg/L Đun hoàn lưu kín, định

phân bằng FAS

Bộ phản ứng phân hủy COD 150oC

Standard method 2012

TSS mg/L Cân khối lượng Tủ nung 105oC Standard

method 2012

TKN mg/l Chưng cất – định phân

Macro - Kjeldahl

Bếp phá mẫu Nitơ, máy chưng cất đạm

tự động

Standard method 2012

 Chỉ tiêu COD

a Thiết bị và dụng cụ

- Ống đun COD: Ống thủy tinh bosilicate có nắp chịu nhiệt, dung tích 10ml, đường kính ống 19 – 20mm

- Bộ phản ứng COD (Block heater): Thiết bị đun mẫu ở nhiệt độ 150oC ± 2oC có các lỗ

để ống COD vafcos nắp đậy lò phá mẫu Thiết bị này được kiểm tra nhiệt độ trước mỗi lần sử dụng và ghi vào phiếu kiểm tra thiết bị Đọc hướng dẫn sử dụng bộ phản ứng COD trước khi dùng

- Buret

- Erlen 50ml

- Pipet các loại và các dụng cụ khác của PTN

- Rửa ống COD, nắp bằng dung dịch H2SO4 20%, sau đó tráng lại bằng nước cất

- Dùng pipet hút chính xác 2,5ml mẫu thử cho vào ống COD Tiếp tục hút chính xác 1,5ml K2Cr2O7 0,01667M cho vào ống

- Cẩn thận cho 3,5ml H2SO4 reagent chảy dọc thành ống (Lưu ý phản ứng tỏa nhiệt mạnh nên cần đặt ống COD trong chậu nước và hút trực tiếp tại tủ hút)

- Đậy nắp và lắc ống COD thật đều Nhớ đeo gang tay, khẩu trang và mắt kính bảo hộ khi lắc mẫu Làm tương tự cho mẫu trắng (thay mẫu thử bằng nước cất)

- Đặt các ống COD mẫu và 1 ống mẫu trắng vào tủ sấy được chỉnh ở nhiệt độ 150oC, trong 2h Lấy ống COD ra, để nguội đến nhiệt độ phòng và đổ lần lượt các ống ra erlen để chuẩn độ, them một ít nước cất để tráng sạch ống nghiệm

- Thêm 2-3 giọt chỉ thị Feroin và định phân bằng dung dịch Fe2+ 0,10M

- Kết thúc chuẩn độ khi dung dịch chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ, ghi thể tích Fe2+ đã dùng (Đôi khi có thể màu xanh lục xuất hiện trở lại trong vài phút)

- Tương tự, chuẩn độ 2 mẫu trắng, ghi lại thể tích Fe2+ đã dùng để tính kết quả COD

 Chỉ tiêu tổng Photphos

a Thiết bị và dụng cụ

- Máy quang phổ hấp thu phân tử: Bước song 690nm, chiều dài cuvet 1cm Thiết bị này được kiểm tra trước mỗi lần sử dụng và ghi vào biểu mẫu phiếu kiểm tra thiết bị Đọc kĩ hướng dẫn sử dụng

- Bếp đun, muỗng cân hóa chất, erlen, pipet, bình định mức và các dụng cụ khác trong PTN

b Thuốc thử và hóa chất

- Dung dịch chỉ thị phenolphthalein

- Dung dịch strong acid

- Dung dịch natri hydroxit (NaOH 6N)

- Dung dịch acid sulfuric dễ phân hủy

- K2S2O8 tinh thể rắn

- Dung dịch ammonium molydate I

- Dung dịch stannous chloride I

c Tiến hành thí nghiệm

- Rửa tất cả dụng cụ bằng axit HCl 1:1, sau đó tráng lại nhiều cất bằng nước cất

- Cho mẫu vào erlen: Mẫu đầu vào pha loãng 5 lần, hút 10ml

Mẫu đầu ra pha loãng 2 lần, hút 25ml Mẫu trắng hút 20ml

-Cho vào mỗi erlen 2 – 3 giọt phenolphtalein, 1ml axit dễ phân hủy, 0,5g K2S2O8

- Đặt lên bếp đun cho bay hơi còn khoảng 5ml thì lấy xuống, để nguội

- Cho thêm vào erlen 5ml nước cất, rồi chuyển dung dịch qua BĐM

- Tiếp tục thêm vào BĐM 3 giọt phenolphthalein, rồi cho NaOH 6N vào đến khi xuất hiện màu hồng, cho vài giọt dung dịch strong axit vào mất màu hồng

- Thêm nước cất đến vạch 25ml

- Thêm 2ml dung dịch ammonium molydate I và 5 giọt SnCl2, lắc đều

- Chờ từ 8 – 10 phút rồi đem đi đo quang, ở bước sóng 690nm

Lưu ý: Phức chỉ bền màu từ 8 – 12 phút

 Chỉ tiêu TSS

a.Thiết bị và dụng cụ

Giấy lọc TSS; Tủ nung; Bộ hút chân không; Bình hút ẩm; Cân

b Tiến hành thí nghiệm

- Làm khô giấy lọc ở nhiệt độ 103 ÷ 105oC trong 1 giờ

- Làm nguội giấy lọc trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong 1 giờ)

- Cân m1 Lọc mẫu có dung tích xác định đã được xáo trộn đều qua giấy lọc đã cân

- Làm bay hơi nước trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 ÷ 105oC

- Làm nguội giấy lọc trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong 1 giờ) Cân m2