nghiên cứu xử lý kênh nước đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao điện cực sắt ozone quy mô phòng thí nghiệm

Vì thế định hướng “Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao quy mô phòng thí nghiệm” được hình thành và sẽ giải quyết được phần nào nỗi lo tái ô nhiễm của dòng

TÓM TẮT i

ABSTRACT ii

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6 Tính mới của nghiên cứu 3

7 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Tổng quan về kênh nước Đen 4

1.1.1 Giới thiệu về kênh nước Đen 4

1.1.2 Tình trạng chất lượng nước của kênh nước Đen 5

1.2 Các phương pháp xử lý 6

1.2.1 Phương pháp cơ học 6

1.2.2 Phương pháp hóa lý 7

1.2.3 Phương pháp sinh học 8

1.3 Giới thiệu về quá trình oxy hóa nâng cao 9

1.3.1 Định nghĩa 9

1.3.2 Phân loại 10

1.3.3 Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxy hóa hiện nay 12

1.3.4 Các nghiên cứu, ứng dụng 12

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của điện cực oxy hóa khử 14

1.4.3 Nghiên cứu về điện hóa trên thế giới 14

1.4.4 Nghiên cứu điện hóa ở Việt Nam 18

1.5 Phương pháp kết hợp keo tụ điện hóa và oxy hóa nâng cao 19

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Địa điểm, phương pháp và mô hình nghiên cứu 21

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 21

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 22

2.1.3 Mô hình thí nghiệm 22

2.2 Tiến hành thí nghiệm 23

2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích 24

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu 24

2.3.2 Phương pháp phân tích 24

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 24

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Xác định khoảng cách điện cực 26

3.2 Nồng độ COD 26

3.3 Độ pH 32

3.4 Độ đục 34

3.5 Độ màu 36

3.6 TSS 38

3.7 Phosphat 40

3.8 So sánh với nghiên cứu khác 43

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 45

KẾT LUẬN 45

KIẾN NGHỊ 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

PHỤ LỤC 47

Hình 1.1 Mô hình nghiên cứu 15

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo bể điện hóa 20

Hình 2.1 Địa điểm lấy mẫu 21

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm 22

Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm 23

Hình 3.1 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 15 phút 27

Hình 3.2 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 30 phút 28

Hình 3.3 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 45 phút 28

Hình 3.4 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 5 phút 29

Hình 3.5 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 10 phút 30

Hình 3.6 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 15 phút 31

Hình 3.7 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 25 phút 31

Hình 3.8 Biểu đồ thể hiện giá trị pH ứng với thời gian lắng 15 phút 32

Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện giá trị pH ứng với thời gian lắng 30 phút 33

Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện giá trị pH ứng với thời gian lắng 45 phút 33

Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện giá trị độ đục ứng với thời gian lắng 15 phút 34

Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện giá trị độ đục ứng với thời gian lắng 30 phút 35

Hình 3.13 Biểu đồ thể hiện giá trị độ đục ứng với thời gian lắng 45 phút 35

Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện giá trị độ màu ứng với thời gian lắng 15 phút 36

Hình 3.15 Biểu đồ thể hiện giá trị độ màu ứng với thời gian lắng 30 phút 37

Hình 3.16 Biểu đồ thể hiện giá trị độ màu ứng với thời gian lắng 45 phút 37

Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện giá trị TSS ứng với thời gian lắng 15 phút 38

Hình 3.18 Biểu đồ thể hiện giá trị TSS ứng với thời gian lắng 30 phút 38

Hình 3.19 Biểu đồ thể hiện giá trị TSS ứng với thời gian lắng 45 phút 39

Hình 3.20 Biểu đồ thể hiện giá trị PO43- ứng với thời gian lắng 15 phút 40

Hình 3.21 Biểu đồ thể hiện giá trị PO43- ứng với thời gian lắng 30 phút 40

Hình 3.22 Biểu đồ thể hiện giá trị PO 3- ứng với thời gian lắng 45 phút 41

Hình 1: Lấy mẫu tại hiện trường 53

Hình 2: Mô hình nghiên cứu 53

Hình 3: Lắng sau khi sục ozone và điện hóa 54

Hình 4: Mẫu COD trước khi đem nung 54

Hình 5: Mẫu COD trước và sau khi chuẩn độ 55

Hình 6: Điện cực sau quá trình nghiên cứu 55

Hình 7: Máy đo pH 56

Hình 8: Máy quang phổ AL450 56

Hình 9: Thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều 57

Bảng 1.1 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa 10

Bảng 1.2 Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng 11

Bảng 1.3 Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng 11

Bảng 1.4 Nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải đầu vào và đầu ra bể keo tụ điện hóa – 2 bể USBF với tổng thời gian lưu 8h 19

Bảng 2.1 Thông số đầu vào của kênh nước Đen 22

Bảng 2.2 Các thông số và phương pháp phân tích 24

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm khoảng cách giữa 2 điện cực 26

Bảng 3.2 Nồng độ COD qua các thời gian sục và thời gian lắng 26

Bảng 3.3 So sánh 2 phương pháp xử lý 44

Bảng 1: Nồng độ COD tại các thời gian lắng 47

Bảng 2: pH tại các thời gian lắng 48

Bảng 3: Độ màu tại thời gian lắng 49

Bảng 4: Độ đục tại các thời gian lắng 50

Bảng 5: Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) tại các thời gian lắng 51

Bảng 6: Nồng độ phosphat (PO43-) tại các thời gian lắng 52

AOPs : Advanced Oxydation Processes

BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường

BOD: Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand)

COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

EC : Electrocoagulation

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TNHH MTV: Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

TP.HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh

TSS: Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)

UBND: Ủy ban nhân dân

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây sự phát triển kinh tế gắn liền với bảo vệ môi trường

là chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới

Ở Việt Nam, việc xây dựng các khu đô thị, nhà máy xí nghiệp công nghiệp đã thải ra môi trường một lượng lớn nước thải không được xử lý Cùng với sự thiếu ý thức của người dân đã làm cho những con kênh bị ô nhiễm một cách nặng nề, bốc mùi hôi thối và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân xung quanh Trong đó, kênh nước Đen là một trong những kênh bị ô nhiễm bởi tác động của con người hiện nay Trong những năm qua, kênh nước Đen bị ô nhiễm nặng nề, người dân sống ven kênh Nước Đen (phường Bình Hưng Hòa A, quận Bình Tân) đang phải chịu đựng mỗi ngày vì hàng đống rác thải trôi lềnh bềnh trên kênh, chất đống bên bờ kè kênh Thậm chí, không hiếm xác động vật trôi dập dềnh Những ngày trời mưa hoặc nắng nóng, mùi nước hôi thối bốc lên, theo gió tỏa đi khắp nơi; ruồi, nhặng sinh sôi, bu bám thức ăn rất mất vệ sinh Được biết, UBND phường Bình Hưng Hòa thường xuyên phối hợp với Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị TP, Xí nghiệp Vận chuyển 1 và Trung tâm Điều hành Chương trình chống ngập nước TP vận chuyển, nạo vét rác thải, khơi thông dòng chảy, góp phần làm sạch đẹp tuyến kênh đen Nhưng cũng đâu lại vào đấy, kênh nước Đen hằng ngày vẫn phải tiếp nhận rác của người dân thả xuống

Vì vậy, yêu cầu cấp bách được đặt ra là ngoài việc nâng cao ý thức của người dân sống dọc hai bên bờ kênh phải có phương pháp xử lý nguồn nước đạt yêu cầu chất lượng

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ để đáp ứng trước những thách thức ngày càng cao của môi trường, các nhà khoa học và công nghệ đã tiến hành nhiều công trình nghiên cứu theo hướng tìm các công nghệ cao để hỗ trợ cho các công nghệ truyền thống Các công nghệ cao thường gặp là: công nghệ lọc bằng màng, công nghệ khử trùng nước bằng bức xạ tử ngoại và công nghệ khoáng hóa chất ô nhiễm hữu cơ bằng quá trình oxy hóa nâng cao Trong số đó, công nghệ dựa vào quá trình oxy hóa nâng cao là công nghệ được nghiên cứu và áp dụng nhiều nhất trong thời gian gần đây Các quá trình oxy hóa nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl OH* được tạo ra tại chỗ ngay trong quá trình xử

lý Gốc hydroxyl là một trong những tác nhân oxy hóa mạnh nhất được biết từ trước đến nay, có khả năng phân hủy không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó phân hủy nhất, biến chúng thành các hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hóa) không

hydrogen peroxyde, Ozone… có thể nâng cao khả năng oxy hóa của chúng bằng các phản ứng khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl Ngoài ra, công nghệ keo tụ điện hóa (EC) cũng đang dần dần

áp dụng vào việc xử lý nước thải khi nhu cầu về chất lượng nước uống đang gia tăng

và các quy định về môi trường liên quan đến nguồn nước xả thải ngày càng nghiêm ngặt Vì thế ngày nay phương pháp keo tụ điện hóa ngày càng phát triển vì phương pháp này hoàn toàn thân thiện với hệ sinh thái với hiệu quả xử lý cao và tốt hơn các phương pháp khác

Vì tính ưu việt và tầm quan trọng của hai công nghệ tiên tiến này mà ta có thể kết hợp hai phương pháp này với nhau để xử lý nước đạt hiệu quả tốt hơn

Vì thế định hướng “Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy

hóa nâng cao quy mô phòng thí nghiệm” được hình thành và sẽ giải quyết được phần

nào nỗi lo tái ô nhiễm của dòng kênh này cũng như làm cơ sở để nghiên cứu khả năng tái sử dụng nguồn nước khi áp dụng công nghệ xử lý tiên tiến này

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu phương pháp xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô phòng thí nghiệm nhằm tìm kiếm giải pháp xử

lý nước thải mới, góp phần cải thiện chất lượng môi trường

- Thiết lập mô hình thí nghiệm

Tiến hành lắp ráp và bố trí mô hình thí nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu Thực hiện thí nghiệm, nghiên cứu thực tế xử lý quy mô phòng thí nghiệm

- Thực hiện thí nghiệm

Chạy mô hình thí nghiệm để hệ thống hoạt động ổn định và phát huy hiệu quả xử lý, đồng thời tìm ra nguyên nhân và điều chỉnh các sai sót trong quá trình thiết lập mô hình

- Thu mẫu phân tích

Lấy mẫu và tiến hành thực hiện thí nghiệm phân tích để có số liệu nhằm phân tích và đánh giá số liệu

- Đánh giá kết quả

Mẫu nước được phân tích và đánh giá kết quả để xác định phương pháp xử lý đạt hiệu quả

- Phân tích số liệu và viết báo cáo thí nghiệm

Số liệu sau khi được tổng hợp thì bắt đầy tiến hành phân tích, biểu diễn, so sánh bằng các phần mềm phân tích, tính toán để người đọc có thể dễ dàng hiểu rõ đề tài nghiên cứu, thấy rõ hiệu quả của mô hình khi được chạy tại các điều kiện khác nhau cũng như điều kiện tối ưu khi áp dụng phương pháp vào mô hình thực tế Bài nghiên cứu được trình bày dưới dạng văn bản một cách khoa học, logic và trung thực để trình bày và báo cáo trước hội đồng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ứng dụng công nghệ mới trong xử lý nước kênh vì trước giờ người ta chỉ áp dụng cho nước thải công nghiệp

- Nâng cao chất lượng nước sau khi xử lý

- Tái tạo lại nguồn nước đáp ứng nhu cầu nước sạch cho các hộ gia đình vùng lũ thiếu nước

6 Tính mới của nghiên cứu

Sử dụng phương pháp oxy hóa nâng cao vào xử lý nước thải

7 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

- Từ tháng 7/2017 đến tháng 12/2017

- Địa điểm thực hiện đồ án: Tiến hành thí nghiệm với quy mô phòng thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm cấp thoát nước – Khoa môi trường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về kênh nước Đen

1.1.1 Giới thiệu về kênh nước Đen [1]

Thành phố Hồ Chí Minh có diện tích 2.086km2 gồm 19 quận với diện tích hơn

180 và 5 huyện Khu vực nội thành Thành phố Hồ Chí Minh có 5 hệ thống kênh rạch chính với tổng chiều dài khoảng 55 km đảm nhận chức năng tiêu thoát nước cho khu vực nội thành, bao gồm:

- Hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè

- Hệ thống kênh Tân Hoá – Lò Gốm

- Hệ thống kênh Tàu Hũ – kênh Đôi – kênh Tẻ

- Hệ thống kênh Bến Nghé

- Hệ thống kênh Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật

Độ dốc của phần lớn các kênh rạch này là rất nhỏ, đáy kênh thì bị lấp đầy bởi các vật chất lắng đọng từ nước thải đô thị và rác rưởi ném từ các hộ dân cư sinh sống trên

và ven kênh rạch cũng như các ghe xuồng buôn bán trên sông, do đó khả năng thoát nước rất kém Nét đặc trưng của hệ thống kênh rạch thành phố là bị ảnh hưởng mạnh bởi thuỷ triều, một vài kênh còn bị ảnh hưởng bởi nhiều hướng Kết quả là các chất ô nhiễm tồn đọng lại trong kênh và đang bị tích tụ dần Sự ô nhiễm nước và tích tụ bùn lắng trên các kênh rạch này không chỉ làm xấu cảnh quan đô thị, đặc biệt khu vực gần phía trung tâm thành phố, mà còn ảnh hưởng không tốt đối với sức khoẻ cộng đồng

Ngoài những hệ thống kênh rạch chính này thì cũng có những kênh khác chịu trách nhiệm thoát nước của thành phố, trong đó có kênh Đen

Kênh Đen chảy từ Đông sang Tây, qua quận Bình Tân bắt đầu từ đường Độc Lập và chấm dứt ở kênh 19/5 Đoạn chính của kênh dài 4.045m

Tuyến kênh có vùng hồi quy là 785 ha Vùng này nằm trong biên giới Hương

Lộ số 2, Hương Lộ số 14, đường Âu Cơ, đường Tân Kỳ Tân Quý và ở phía Đông Nam

là tỉnh lộ Bình Hưng Hòa

Kênh Đen tiếp nhận nước thải sinh hoạt từ 120.000 dân và gánh nặng này còn gia tăng với tốc độ đô thị hóa của khu vực này Ngoài nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp được đổ vào kênh Màu đen của kênh như là cái tên của nó được nhiều người biết đến “Kênh Đen”

Có nhiều nghĩa trang đan xen với khu dân cư trong khu vực, đặc biệt là nghĩa trang khu vực Bình Hưng Hòa chiếm một khu vực lớn nằm ở Đông Bắc

1.1.2 Tình trạng chất lượng nước của kênh nước Đen

Từ nhiều năm nay, người dân sống quanh khu vực Kênh nước đên phải sống chung với ô nhiễm Rác thải ngập dưới kênh, chất đống hai bên bờ bốc mùi hôi thối nồng nặc

Ngay ống cống thoát nước của kênh tại giao lộ Tân Kỳ Tân Quý - đường số 19, rác đặc cứng Những túi ni lông, vải vụn, thùng xốp nổi dập dềnh trên mặt nước Dọc

bờ kênh còn có một số người thu mua ve chai thường tập kết đồ phế thải, họ giặt, phơi bao ni lông càng làm tăng thêm độ ô nhiễm môi trường

Người dân sống ven kênh Nước Đen (phường Bình Hưng Hòa A, quận Bình Tân) đang phải chịu đựng mỗi ngày vì hàng đống rác thải trôi lềnh bềnh trên kênh; chất đống bên bờ kè kênh Thậm chí, không hiếm xác động vật trôi dập dềnh Những ngày trời mưa hoặc nắng nóng, mùi nước hôi thối bốc lên, theo gió tỏa đi khắp nơi; ruồi, nhặng sinh sôi, bu bám thức ăn rất mất vệ sinh “Chúng tôi phải đeo khẩu trang suốt ngày để bán hàng cho khách vì nước kênh hôi quá Trẻ em, người lớn tuổi nơi đây

dễ bị các bệnh về đường hô hấp” - một người dân bán quán nước tại khu phố 3, phường Bình Hưng Hòa A cho biết

Để tận dụng triệt để “nguồn lợi” từ những vỏ nhựa, chai lọ… trôi nổi trên tuyến kênh đen, nhiều người thu mua ve chai đã tranh thủ vớt số rác thải này để kiếm tiền

Bà Tứ, một người mua ve chai dạo tại phường Bình Hưng Hòa, quận Bình Tân thừa nhận, việc lượm lặt phế thải trên dòng kênh không dễ do mùi hôi thối hoặc có thể trượt chân té xuống kênh nhưng thu nhập từ điểm đen này cũng đem lại khoảng vài chục ngàn mỗi lần vớt

Hai bờ Ấp Chiến Lược, đoạn giao với kênh Nước Đen, là nơi họp chợ của nhiều hộ dân Rác sau họp chợ được người dân gom đổ đống trên bờ, hoặc tiện tay vứt xuống dòng kênh Lượng rác dồn về đoạn kênh Nước Đen (khu Cống hộp giao với đường Tân Kỳ Tân Quý) dày đặc

Theo kết quả phân tích nước kênh Đen của nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng Hòa, lấy mẫu vào buổi sáng ngày 29/12/2016, cho thấy các chỉ tiêu hóa lý đều cao hơn

so với quy chuẩn cho phép, cụ thể như hàm lượng amoni (NH4+) cao gấp 3 lần, BOD5cao gấp 1,5 lần, hàm lượng oxy hòa tan là 3mg/l mà trong khi hàm lượng cho phép nước mặt cho mục đích bảo vệ đời sống thủy sinh thì phải lớn hơn 4mg/l

Không những chịu mùi hôi thối, các hộ dân sống cạnh dòng kênh còn bị muỗi, côn trùng hoành hành mỗi khi trời tối Tình trạng ô nhiễm của kênh Nước Đen đã ảnh hưởng rất lớn đến đời sống sinh hoạt của người dân dọc hai bờ kênh

Nhiều hộ dân sống dọc bờ kênh phải hít đủ mùi khó chịu nên bị chứng viêm họng và các chứng bệnh ngoài da Đặc biệt là vào buổi trưa mùi hôi thối xông thẳng vào nhà Mọi sinh hoạt, ăn, uống của người dân đều bị ảnh hưởng

Được biết, UBND phường Bình Hưng Hòa thường xuyên phối hợp với Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị TP, Xí nghiệp Vận chuyển 1 và Trung tâm Điều hành Chương trình chống ngập nước TP vận chuyển, nạo vét rác thải, khơi thông dòng chảy, góp phần làm sạch đẹp tuyến kênh đen Tuy nhiên, thực tế việc phối hợp này còn thiếu nhịp nhàng

Ông Nguyễn Trí Trung, Giám đốc Trung tâm Y tế Dự phòng quận Bình Tân, cho biết: “Kênh Nước Đen hiện đang bị ô nhiễm nặng, sức khỏe của người dân bị ảnh hưởng là điều không thể tránh khỏi Hiện trung tâm đang tổ chức triển khai, cải tạo, tổng vệ sinh môi trường trên địa bàn toàn quận Riêng kênh Nước Đen, trung tâm sẽ liên hệ với địa phương tổ chức thu gom, vớt rác trên toàn kênh”

1.2 Các phương pháp xử lý [2]

1.2.1 Phương pháp cơ học

Phương pháp xử lý cơ học thường là giai đoạn đầu tiên trong dây chuyền công nghệ xử

lý nước thải (giai đoạn tiền xử lý), có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải tất cả các vật có thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý cho các giai đoạn sau, cụ thể:

- Loại bỏ hoặc cắt nhỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải như mảnh gỗ, nhựa, gạc bông, giẻ rách, vỏ hoa quả…

- Loại bỏ cặn nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại…

- Loại bỏ phần lớn dầu mỡ

a Song chắn rác, lưới chắn rác

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác Tại đây các thành phần có kích thước 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 dẫn 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

b Bể lắng cát

Tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều so với trọng lượng riêng của nước thải như xỉ, than, cát, … ra khỏi nước thải Chúng không có lợi đối với quá trình làm trong, xử lý sinh hóa nước thải và xử lý cặn bã cũng như không có lợi đối với các công trình thiết bị công nghệ trên trạm xử lý Cát từ bể lắng cát được đưa

đi phơi khô ở sân phơi và sau đó thường được sử dụng lại nhằm mục đích xây dựng

c Bể lắng

Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi chứa trong nước thải

Để xử lý nước thải của một dạng công nghiệp, sử dụng một số loại công trình đặc biệt như bể vớt mỡ, bể vớt dầu… và để loại bỏ các tạp chất nhỏ không hòa tan trong nước thải công nghiệp cũng như khi cần xử lý ở mức độ cao có thể ứng dụng bể lọc, lọc cát…

Theo cấu tạo và hướng dòng chảy, người ta phân ra các loại bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng ly tâm

1.2.2 Phương pháp hóa lý

Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học Thực chất của phương pháp xử lý 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 Phương pháp xử lý hóa lý bao gồm các phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, tuyển nổi, keo tụ, oxy hóa-khử…Phương pháp hóa lý được sử dụng

để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có một số ưu điểm như:

- Không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật

- Có thể thu hồi các chất khác nhau

a Keo tụ

Là quá trình dính kết các hạt keo chứa trong nước thải do chuyển động nhiệt, do xáo trộn và kết quả của quá trình này là từ các hạt keo rất bé tạo nên tổ hợp có kích thước lớn hơn và dễ dàng lắng xuống đáy Các chất keo tụ thường được ứng dụng trong xử lý nước thải là phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) và phèn sắt (FeSO4.7H2O)

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 và kéo theo các chất phân tán không tan gây ra màu

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 kim loại nặng đi qua cột nhựa trao đổi cation, khi đó các cation kim loại nặng được được thay thế bằng các ion hydro (hoặc Na+) của nhựa trao đổi Khử kim loại nặng trong nước thải bằng phương pháp trao đổi ion cho ta nước thải đầu ra có chất lượng rất cao

1.2.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, ammonia, nitơ… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển Có 2 phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học:

a Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

Phương pháp này sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá Tốc độ quá trình oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được

sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể

phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định

b Phương pháp xử lý sinh học kị khí

Phương pháp này sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy Quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hoá phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Một cách tổng quát, quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

- Thủy phân: 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

- 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

- Acetic hoá: Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa

thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới

- Methane 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

Tóm lại, bản chất của xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là phân huỷ các chất

ô nhiễm hữu cơ nhờ vi sinh vật Tuỳ thuộc vào bản chất cung cấp không khí, các phương pháp phân huỷ sinh học có thể phân loại xử lý hiếu khí hoặc kỵ khí Để đạt được hiệu quả phân huỷ sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ cao cần bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết như nitơ, photpho và có thể một vài nguyên tố hiếm

1.3 Giới thiệu về quá trình oxy hóa nâng cao [7]

1.3.1 Định nghĩa

Các quá trình oxy hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra ngay trong quá trình xử lý

Gốc hydroxyl *OH là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong số các tác nhân oxy hóa được biết từ trước đến nay, có khả năng phân hủy oxy hóa không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó phân hủy nhất, biến chúng thành những hợp chất

vô cơ (còn gọi là khoáng hóa) không độc hại như CO2, H2O, axit vô cơ…Từ những tác nhân oxy hóa thông thường như hydrogen, peroxyt, ozone có khả năng nâng cao khả năng oxy hóa của chúng bằng các phản ứng hóa học khác nhau để tạo ra hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là oxy hóa nâng cao

Thế oxy hóa của gốc hydroxyl *OH là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxy hóa thường gặp Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp được trình bảy ở bảng sau:

Bảng 1.1 Khả n ng ox hóa của một s tác nh n ox hóa

Gốc hydroxylOzone Hydrogen peroxyt

Permanganat Hydrobromic axit

Clo dioxyt Hypocloric axit Hypoiodic acid Clo Brom Iod

2,80 2,07 1,78 1,68 1,59 1,57 1,49 1,45 1,36 1,09 0,54 Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện Mặt khác, các gốc này không tồn tại

có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng

1.3.2 Phân loại

Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính của quá trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có thể phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm:

 ác quá tr nh oxy hóa nâng cao kh ng nh tác nhân ánh sáng

Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng và chúng được liệt kê

Siêu âm

6 H2O và năng lượng

cao

H2O nlc *OH + *H ( 1-10 Mev)

Bức xạ năng lượng cao

 ác quá tr nh oxy hóa nâng cao nh tác nhân ánh sáng

Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ

năng lượng bức xạ tia cực tím UV, bao gồm các quá trình được trình bày ở bảng 2.3

Bảng 1.3 Các quá tr nh oxy hóa n ng cao nhờ tác nh n ánh sáng

TT Tác nh n phản ứng Phản ứng đặc trƣng Tên quá tr nh

1 H2O2 và năng lượng

photon UV

H2O2 hv 2*OH ( = 220 nm)

UV/H2O2

2 O3 và năng lượng

photon UV

O3 + H2O hv 2*OH (= 253,7 nm)

UV/O3

3 H2O2/O3 và năng

lượng photon UV

H2O2 +O3 + H2O hv 4*OH + O2 ( = 253,7 nm)

1.3.3 Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxy hóa hiện nay

Nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (POP) quá trình oxy hóa nâng cao dựa trên gốc tự

do *OH được xem như một “chìa khóa vàng” để giải các bài toán đầy thách thức của thế kỷ cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay Đó là lý do tại sao ngày nay các quá trình AOP còn được mệnh danh là các quá trình xử lý nước của thế kỷ 21

1.3.4 Các nghiên cứu, ứng dụng

 Trên thế giới

- Vella et al.(1993) đã tiến hành nghiên cứu phân hủy Tricloetylen (TCE) trong

nước với nồng độ pha chế 10mg/l bằng quá trình Fenton Phản ứng thực hiện ở giữa 3,9 và 4,2 với tỷ lệ mol Fe2+

: H2O2 bằng 0,2 và sử dụng liều lượng H2O2 là 53 và 75 mg/l Kết quả cho thấy khi thí nghiệm với H2O2 53 mg/l hoặc cao hơn, trên 80% TCE

bị phân hủy sau 2 phút

- Hunter (1996) đã nghiên cứu xử lý 1,2,3- Triclopropan với nồng độ ban đầu là

150 mg/l và cho thấy điều kiện xảy ra tốt nhất khi pH từ 2,0 đến 3,3 Khi tăng nồng độ

Fe2+ có khả năng làm tăng tốc độ phân hủy 1,2,3- Triclopropan

- Xử lý clorofooc trong nước ngầm ở Commerce City, Colordo, USA với nồng

độ 33,4 mg/l đã được Zappi et al 1992 nghiên cứu bằng hệ O3/H2O2 Với lượng ozonene liên tục cho vào thiết bị phản ứng dung tích 1lít với lượng 3mg/l Kết quả là trong vòng 20 phút khoảng 90% clorofooc được xử lý

- Khi nghiên cứu quá trình Peroxon với đối tượng thuốc diệt cỏ, Ku et al 1999

đã tiến hành phân hủy monocrotophos pha trong nước đã loại bỏ các ion Kết quả thấy sau 20 phút đã phân hủy được trên 95% thuốc diệt cỏ

 Ở i t a

- Trung tâm công nghệ hóa học và môi trường (Liên hiệp các Hội khoa học kỹ thuật Việt Nam) đã nghiên cứu và áp dụng thành công công nghệ ECHEMTECH xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu tại Công ty thuốc trừ sâu Sài Gòn Nhờ áp dụng quá trình công nghệ cao Fenton vào xử lý nước thải kết hợp với phương pháp sinh học, hiệu quả phân hủy các loại thuốc bảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu, trừ cỏ, gốc clo hữu

cơ, phosphat hữu cơ đạt trên 97-99%

- Viện di truyền Nông nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu ra hoạt chất C1, C2 với tác nhân Fenton để làm sạch nước và khử mùi hôi của nước C1 là loại bột khi hòa lẫn trong nước sẽ tạo nên sự tăng đột ngột độ pH và tất cả các kim loại nặng đang hòa tan

sẽ chuyển sang kết tủa C2 giúp lắng nhanh các chất kết tủa đang lơ lửng, tác nhân Fenton là chất ôxy hóa nhanh làm nước sạch thêm và mất mùi, cho nước đảm bảo tưới tiêu và sinh hoạt

- Trần Mạnh Trí và các đồng tác giả 2005 đã nghiên và đưa vào áp dụng hệ

O3/H2O2 để xử lý nước thải sản xuất bột giấy từ gỗ cây keo lai Kết quả đã có thể xử lý giảm được 98-99% so với độ màu ban đầu

- GS.TS Trần Mạnh Trí đã sử dụng quá trình Peroxon kết hợp với lọc trên giá thể FLOCOR, hấp thụ trên than hoạt tính, lọc qua cát để xử lý thuốc bảo vệ thực vật tồn đọng Bằng phương pháp này, các chất hữu cơ độc hại, khó phân hủy sẽ bị phân hủy thành các chất vô hại như CO2, H2O hoặc các axit vô cơ phân tử thấp Nước sau khi xử

lý loại bỏ hết thuốc bảo vệ thực vật được quay trở lại tiếp tục tái sử dụng để pha loãng lượng thuốc bảo vệ thực vật cần tiêu hủy tạo thành một chu trình khép kín, không có nước thải ra ngoài Hiện nay, công nghệ này đang được triển khai áp dụng tại Trạm môi trường xanh Bến Lức - Long An với chi phí 14.600 đồng/kg thuốc bảo vệ thực vật

1.4 Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa trong xử lý nước thải [3]

1.4.1 Khái niệm điện hóa

Điện hóa học là lĩnh vực lý thuyết của hóa học nghiên cứu sự chuyển hóa tương

hỗ giữa hóa năng và điện năng, nghĩa là nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa phản ứng hóa học và dòng điện

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của điện cực oxy hóa khử

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

Điện cực kim loại hoạt động theo nguyên lý:

dd

n

M ne M 

Trong đó, chất khử chính là kim loại làm điện cực

Ngoài ra, còn một loại điện cực thứ hai mà trong đó cả hai dạng oxy hoá và khử liên hợp đều ở dạng hoà tan trong dung dịch

Ví dụ: Mn2+ + 12 H2O = MnO42- + 8 H3O+ + 5e

Trong trường hợp này, người ta nhúng một điện cực trơ (ví dụ: Pt, grafit) vào dung dịch có chứa đồng thời cả hai dạng oxy hóa và khử liên hợp trên Điện cực trơ không có khả năng tan vào dung dịch, nó chỉ có tác dụng chuyển electron Trong hệ cũng xảy ra hai quá trình:

- Dạng khử va chạm với điện cực, nhường electron cho điện cực

- Dạng oxy hóa sẽ nhận electron từ điện cực

Khi trạng thái cân bằng thiết lập, trên bề mặt điện cực cũng xuất hiện lớp điện tích kép Giá trị của lớp điện tích kép có thể âm hay dương phụ thuộc vào khả năng nhường nhận electron của cặp oxy hóa - khử và nồng độ của chúng trong dung dịch

Thế kim loại và thế oxy hóa - khử đều đặc trưng cho khả năng nhường nhận electron của cặp oxy hóa - khử

1.4.3 Nghiên cứu về điện hóa trên thế giới

 ết h p t trư ng v o quá tr nh o tụ đi n h a trong xử o i hất rắn

(giấm) để điều chỉnh pH và làm chất điện phân với hàm lượng axit là 150ml/L (15%)

và cường độ dòng điện tối đa là 1,2A với hiện điện thế tối đa là 30V Các tấm điện hóa thí nghiệm được chọn làm từ sắt (Fe) thành 2 đơn cực anot và catot với kích thước từng tấm điện cực (130 x 50 x 4 mm) và khoảng cách giữa 2 tấm là 50mm DC (Direct Current – dòng điện 1 chiều) được thay đổi trong khoảng 0,5 – 1 A và chạy trong khoảng 30 – 480 phút với bộ nguồn là máy DC Power Suply (LODESTAR 8107; 30V/10A) và điều chỉnh không đổi ở 0,2A, 0,5A và 1,0A Ba nam châm vĩnh cữu có

độ mạnh thế cực khác nhau (NdFeB 0,55T; SmCo 0,16T và AlNiCo 0,08T) sẽ được dùng trong thí nghiệm này, các nam châm vĩnh cữu này là 1 khối lập thể làm từ đất hiếm có kích thước (50 x 50 x 20 mm) Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa từ trường với quá trình EC đã cải thiện quá trình loại bỏ chất rắn lơ lửng hơn so với chỉ 1 quá trình

EC Chất rắn lơ lửng và độ đục được loại bỏ với hiệu suất tối đa từ 81,25% - 92,3% trong mô hình kết hợp, trong khi đó quá trình EC chỉ đạt cao nhất trong khoảng 75,16% - 89,3%

Mô hình được đặt trong một bể chứa hình trụ làm bằng thủy tinh (với dung tích 2L) và cánh khuấy (cánh quạt nhựa có ∅ 3cm) với tốc độ khuấy không đổi Nam châm được gắn dưới tấm kính Sau 30’ chạy mô hình, pH, độ đục và hiệu quả loại bỏ chất rắn lơ lửng sẽ được khảo sát để xem xét sự ảnh hưởng

Hình 1.1 Mô hình nghiên cứu

Trong bài báo này báo cáo giai đoạn sơ bộ của mô hình từ trường kết hợp công nghệ keo tụ điện hóa cho việc loại bỏ chất rắn lơ lửng trong xử lý nước thải Để tìm hiểu ảnh hưởng của từ trường trường và keo tụ điện hóa EC, nghiên cứu 4 giá trị SS (Suspended Solid – chất rắn lơ lửng) phụ thuộc vào các giá trị: cường độ dòng điện (DC) hiện tại (i); thời gian (t); độ lớn của từ trường (B); và nồng độ (C)

 ng ụng o tụ đi n h a trong xử nướ v nướ th i

Keo tụ điện hóa (EC) là một công nghệ kết hợp các chức năng và lợi thế của keo tụ thông thường, tuyển nổi và điện hóa trong xử lý nước và nước thải Từng chức năng cơ bản của công nghệ này đã được nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên, sự đánh giá định lượng các cơ chế tương tác giữa các công nghệ trong cùng một hệ thống EC thì lại không có

EC đã được biết đến vào những năm 1909 Tuy nhiên với lượng tiêu thụ điện và chi phí đầu tư lớn nên không được phổ biến tại thời điểm đó Cho đến khi nhu cầu về chất lượng nước uống đang gia tăng và các quy định về môi trường liên quan đến nguồn nước xả thải ngày càng nghiêm ngặt Vì thế ngày nay phương pháp keo tụ điện hóa ngày càng phát triển vì phương pháp này hoàn toàn thân thiện với hệ sinh thái với hiệu quả xử lý cao và tốt hơn các phương pháp khác

 Thu ết minh c ng nghệ:

Điện phân là quá trình oxy hóa – khử xảy ra khi áp một dòng điện vào dung dịch điện phân EC được dựa trên sự rã ra của vật liệu điện cực được dùng làm anot Điều này gọi là “loại bỏ anot” để tạo các ion kim loại làm bông keo tụ trong dung dịch tại vị trí đó Dễ hiểu hơn, hệ thống EC bao gồm anot và catot làm bằng các miếng kim loại và được đặt chìm trong dung dịch (nước thải) cần xử lý Điện cực thường được làm từ nhôm, sắt hoặc thép không gỉ (Stainless Steel – SS) bởi vì kim loại thì rất rẻ, dễ kiếm, có sẵn và không độc hại Do đó, các kim loại này đã được dùng để làm nguyên liệu chính sử dụng làm điện cực trong các hệ thống EC Hệ thống EC có thể có một hoặc nhiều cặp anot – catot và có thể được kết nối đơn cực hay lưỡng cực

Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống EC là vật liệu làm điện cực, cường độ dòng điện áp dụng, thời gian xử lý, dung dịch hóa học, bao gồm giá trị pH ban đầu và các thành phần hóa học trong nước thải cần được loại bỏ Nhiệt

độ nước thải, loại muối được sử dụng để nâng độ dẫn điện, có mặt của các chất clorua, khoảng cách giữa các điện cực, thụ động của anot và tốc độ dòng cũng tác động trong việc loại bỏ các chất có trong nước thải Lợi thế thông thường của EC bao gồm về khía cạnh kinh tế (đầu tư tương đối thấp, bảo dưỡng, năng lượng và chi phí xử lý thấp), giảm đáng kể số lượng bùn sinh ra, bùn có chất lượng tốt hơn (lượng nước trong bùn ít hơn, bông bùn to hơn và lắng tốt và ổn định hơn), tương tự và hiệu quả hơn, không cần

bổ sung hóa chất, dễ tự động hóa, thiết bị đơn giản và nhỏ gọn (có thể xử lý phân tán), điều kiện về pH thuận lợi hơn và hiệu quả hơn khi pH trung hòa và sự góp mặt của electroflotation (EF) (là loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ nước thông qua sự phát điện tích từ các bong bóng nhằm hút các chất thải và kéo chúng lên bề mặt nước thải để dễ thu gom

EC được áp dụng để xử lý nước thải trong các ngành da thuộc, dệt nhuộm và nước thải có màu; nước thải ngành công nghiệp giấy; nước thải chứa dầu mỡ, nước thải từ ngành công nghiệp thực phẩm; nước thải từ các ngành công nghiệp khác thậm chí là xử lý nước thải có chứa kim loại nặng

Ngoài ra EC còn xử lý được nước bề mặt và nguồn nước tự nhiên khác (sông, suối, ao hồ): Nước bề mặt thường sẽ chứa một số loài tảo (chiếm nhiều nhất là cyanobacteria, microcystis aeruginosa) Các nghiên cứu bởi EC được thực hiện với mật độ tế bào ban đầu được sử dụng trong các thí nghiệm đã được duy trì ở mức 1,2 × 109-1,4× 109 tế bào/l Nhôm được cho là một vật liệu điện cực tuyệt vời cho ứng dụng này so với sắt (nước không bị có màu và hiệu quả loại bỏ đáng kể hơn) Điều thú vị là việc loại bỏ tảo được tăng tốc đáng kể khi gia tăng nhiệt độ trong nước Sau cùng, tảo hoàn toàn được loại bỏ khi thực hiện với giá trị dòng điện thấp và EEC: 10 A/m2 và 0,4 kWh/m3 tương ứng Như vậy, kết quả đã được đề ra nhằm chỉ ra hiệu quả của EC trong việc loại bỏ tảo phù hợp với những quan điểm về kỹ thuật và kinh tế Nhôm (Al) được cho là nguyên liệu làm điện cực phù hợp cho quá trình giảm độ cứng và loại bỏ

vi khuẩn, tảo và các vi khuẩn tự dưỡng từ 2 loại nước thô khác nhau (nước dùng làm mẫu có nguồn gốc từ một con sông và từ 1 hồ)

EC còn hiệu quả trong việc làm giảm nồng độ axit humic Và hiệu quả tốt hơn khi kết hợp với điện trường (EM) để xử lý Quá trình xử lý tốt nhất của EM và EC khi làm việc có pH trung hòa và thời gian xử lý là 10 phút thì hiệu suất loại bỏ axit humic đạt tới 96% - 100% Ngoài ra còn một số nghiên cứu trong việc sử dụng EC vào việc loại bỏ thuốc trừ sâu từ nguồn nước, và hiệu quả trong việc xử lý nước bị ô nhiễm bởi thủy ngân

Thông thường, các thực nghiệm được thực hiện trên EC để xác định các thông

số vận hành chủ yếu cho các lớp hoặc các dòng bị ô nhiễm Công nghệ này giảm lượng điện tiêu thụ và giảm thông lượng xả thải một cách tối đa nhất Phương pháp này hầu như cần rất ít về các cơ chế hóa học và vật lý cơ bản, ít cải thiện thiết kế hệ thống, ít phải điều khiển quá trình và tối ưu hóa những nguyên lý hóa lý cơ bản

Thực tế là EC đang được áp dụng rất thành công cho nước bị ô nhiễm, điều đó cho thấy tiềm năng của keo tụ điện hóa còn chưa thực sự được hiểu hết Cần rõ hơn các thông tin cơ bản liên quan đến hóa lý Từ điện hóa, bề mặt và mặt phân tách hóa học và hóa lỏng đều là các phương pháp được đưa ra dựa trên các nguyên lý cơ bản

Sự thoát khí H2 phải được kiểm soát trong khu phản ứng catot và điện cực quá thế của khí hydro Đồng thời, anot sẽ phải thực hiện một số quá trình cơ bản với hiệu suất cao nhất Gồm một phần bị ăn mòn để cung cấp các ion keo tụ đa năng cho dung dịch tại

hữu cơ bởi oxy hóa từng phần hay một phần oxy hóa, cần tạo ra oxy có hiệu suất cao nhất nhưng vẫn kiểm soát được số lượng Sau cùng có thể đạt được bằng cách giới hạn vùng điện cực khí oxy Các chất xúc tác điện oxy hóa có sẵn cho quá trình oxy hóa ở

vị trí các điểm nông Có thể đạt được bởi sự ghép lại của các điện cực hay sự sắp xếp nhiều điện cực đồng nhất Ngoài ra, sự hiện diện của các chất có hoạt tính ăn mòn thay thế ở nồng độ thấp có thể hữu ích cho việc cải thiện hiệu quả quá trình keo tụ điện hóa

và hấp thụ/phụ dung dịch có thể điều chỉnh tối ưu cho các quá trình liên quan

1.4.4 Nghiên cứu điện hóa ở Việt Nam

Keo tụ điện hóa là một phương pháp điện hóa học 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 mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong môi trường nước thải, k m theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở cực âm (Hold, Barton và Mitchell, 2004) Theo Hold, Barton và Mitchell (2004), EC là phương pháp giao thoa của ba quá trình: điện hóa học, tuyển nổi điện phân, keo tụ

Phương pháp keo tụ điện hóa có các đặc điểm sau:

- Dòng điện một chiều

- Các điện cực dương là kim loại hòa tan có khả năng tạo chất keo tụ

- Tùy vào pH và đặc điểm của nước thải ở từng trường hợp cụ thể mà chọn kim loại làm điện cực dương

- 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 hóa 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)

ử nướ th i th s n

- Ảnh hưởng của điện cực: dùng Al làm điện cực dương thì hiệu quả xử lý COD

và SS đều tốt hơn so với Fe

- Thời gian phản ứng chọn 45 phút 120 phút thì hiệu quả cao hơn nhưng tốn chi phí nhiều hơn so với 45 phút thì vừa đạt hiệu quả vừa phải

- Khoảng cách giữa hai điện cực và diện tích điện cực được lựa theo tiêu chí kỹ thuật và tính kinh tế thì khoảng cách 2 cm giữa hai điện cực là tốt nhất vời diện tích lựa chọn là 100 cm2

Bảng 1.4 N ng độ các chất nhiễm có trong nước thải đầu vào và đầu ra ể keo

tụ điện hóa – 2 ể US F với tổng thời gian lưu h [2]

- Xử lý sinh học: Bể USBF với tổng thời gian lưu là 12h

- Xử lý bậc 3: Hấp thụ bằng than hoạt tính (bao gồm lớp sỏi 10cm, lớp cát 5cm, lớp than 55cm) với thời gian lưu là 30 phút có lưu lượng 2,7 L/h

ử nướ ng nhi rs nic

- Dùng điện cực sắt với hiệu điện thế 24V, khoảng cách điện cực 1cm với thời gian lưu là 25 phút và dùng lọc cát Kết quả: nồng độ As từ 102 g/L xuống còn

5 g/L đạt quy chuẩn As trong nước uống QCVN 01:2009/BYT

1.5 Phương pháp kết hợp keo tụ điện hóa và oxy hóa nâng cao [9]

Với yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng nước thải sau khi xử lý và yêu cầu về tái sinh nguồn nước để đáp ứng nhu cầu thiếu nước sạch Vì thế, sự kết hợp giữa hai phương pháp keo tụ điện hóa và oxy hóa nâng cao sẽ giải quyết được các vấn đề mà các phương pháp khác không giải quyết được

- Công nghệ điện hóa: Bản điện cực được thiết kế bằng inox 316, cường độ

dòng điện áp vào bản điện cực dao động từ 5-50A/m2

, phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào hệ thống xử lý Thời gian nước cần xử lý trong bể điện hóa là 20 giây Các bản cực được sắp xếp so le (dạng ziczac) để đảm bảo tất cả nước đi qua bể điện hóa đủ thời gian phản ứng cần thiết Khoảng cách tối thiểu giữa hai bản điện cực là 2cm, nhưng không quá 2,5cm vì xa quá sẽ giảm hiệu quả xử lý đối với hàm lượng sắt nhỏ

Hình 1.2 Sơ đ cấu tạo bể điện hóa

- Công nghệ oxy hóa sâu: Nguyên lý của công nghệ oxy hóa sâu là dựa trên

mức độ hoạt động cao của gốc OH* tự do Gốc OH* này được xem như là một trong những chất oxy hóa mạnh nhất được áp dụng trong xử lý nước Để sản xuất được gốc OH* tự do nội tại trong hệ thống, cần tích hợp các công nghệ liên quan đến công nghệ điện hóa (sản xuất ra OH-) và máy sản xuất O3 Cụ thể, O3 được sản xuất từ máy sản xuất Ozone được cấp vào hệ thống xử lý thông qua bộ trộn khí (ejector) Ozone được hút tự động vào hệ thống nhờ áp suất âm của bộ trộn khí khi có dòng nước đi qua Lượng Ozone sản xuất khoảng 1-3 gr/giờ (phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào)

 Do cấu tạo của cụm xử lý dựa trên nguyên lý oxy hóa sâu, nên sẽ không có lượng Ozone dư thừa với nồng độ Ozone áp dụng dưới 3g/giờ Cụm xử lý được chế tạo bằng inox 304, nên không bị ảnh hưởng bởi Ozone Nước sau khi ra khỏi cụm xử

lý sẽ không còn Ozone tồn lưu nên không gây hư hại cho các thiết bị khác

Cơ chế sinh ra OH* phản ứng xảy ra được thể hiện theo các phản ứng sau:

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Địa điểm, phương pháp và m h nh nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện quy mô phòng thí nghiệm tại phòng thực hành Cấp thoát nước

Nghiên cứu được thực hiện theo mẻ với thời gian sục khí: 5, 10, 15, 25 phút ứng với thời gian lắng lần lượt là 15, 30, 45 phút Kết quả trên cho thấy sự chênh lệch hiệu suất xử lý COD, độ màu, độ đục, TSS, phosphat trong khoảng thời gian sục khí 5-

25 phút cũng như thời gian lắng trong suốt quá trình điện hóa 25 phút và cường độ dòng điện 6A

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Mẫu nước được lấy trực tiếp từ kênh nước Đen tại 5 địa điểm khác nhau:

Hình 2.1 Địa điểm lấy mẫu

Mẫu nước có thông số đầu vào như sau:

Bảng 2.1 Thông s đầu vào của kênh nước Đen

COD (mg/l) pH

Độ đục (FAU)

Độ màu (Pt-Co)

TSS (mg/l)

Phosphat (mg/l)

Chú thích

(1) Bể chứa nước mẫu (25 x 25 x 13 cm)

(2) Bể keo tụ điện hóa (25 x 25 x 13 cm)

(3) Bể lắng (25 x 25 x 13 cm)

(4) Máy phát ozone

(5) Hệ thống điện hóa (EC)

- Máy phát ozone có công suất là 1 gO3/h Lưu lượng dòng khí là 38l/phút Điện năng tiêu thụ là 36W/h Công nghệ ozone âm (công nghệ plasma)

- Hệ thống điện hóa bao gồm: Thiết bị chuyển dòng điện xoay chiều AC thành dòng một chiều DC (220V 12V – 6A); 2 bản cực bằng sắt kích thước 200mm

x 100mm x 1mm: 1 bản được nối với cực dương của DC, bản còn lại được nối với cực âm của DC, khoảng cách giữa 2 bản là 100mm

2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu

Mẫu được lấy vào buổi sáng và buổi chiều trên cầu của đường Ấp Chiến Lược, mẫu được lấy lên có màu xám đậm hay nhạt là tùy thuộc vào trời có mưa hay không,

có mùi hôi, có nhiều hạt nhỏ li ti Mẫu nước được lấy ở giữa kênh cách mặt nước 3m bằng ca nhựa sạch, sau đó đựng mẫu trong can nhựa 20 lít, ghi nhãn và chuyển về phòng thí nghiệm Mẫu được bảo quản ở tủ lạnh phòng thí nghiệm với nhiệt độ 4oC

Đun hoàn lưu kín, định phân bằng FAS

Tủ nung COD 150oC Standard

method 2012

3 Độ đục FAU Đo ở mục 386 của

thiết bị

Máy quang phổ AL450

Standard method 2012

4 Độ màu Pt - Co Đo ở mục 204 của

thiết bị

Máy quang phổ AL450

Standard method 2012

5 TSS mg/l Cân khối lượng Tủ nung 105oC Standard

- Nhập dữ liệu: Dữ liệu được nhập vào phần mềm Microsoft Excel một cách chính xác, khoa học bằng các lệnh cơ bản

- Xử lý dữ liệu: Dữ liệu được xử lý thành các tổ hợp dữ liệu khác nhau để thuận tiện cho việc đánh giá, nhận xét phần nghiên cứu bằng các hàm Microsoft Excel

cơ bản như: tính giá trị trung bình (AVERAGE), tính độ lệch chuẩn (STDEV), công thức các phép tính cơ bản, vẽ đồ thị, biểu đồ…

- Vẽ đồ thị: Dựa vào các tổ hợp sau khi xử lý số liệu để vẽ đồ thị bằng các lệnh

cơ bản có trong Microsoft Excel Đồ thị được biểu diễn sao cho thấy được sự so sánh, tổng hợp các dữ liệu, người xem có thể đánh giá được chủ thể khi nhìn vào đồ thị

Số liệu nghiên cứu được phân tích, đánh giá chủ yếu dựa vào hiệu suất xử lý COD của mẫu nước kênh với thời gian sục Ozone và thời gian lắng khác nhau So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý giữa thời gian sục Ozone và thời gian lắng