Nghiên cứu loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp keo tụ điện hóa

Mục tiêu đề tài Đánh giả khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm nhu SS, COD, pH, d6 đục của nước thải thủy sản bằng phương pháp keo tụ điện hóa... Từ những ưu điểm của phương pháp này, tôi

KHOA CONG NGHE

LUAN VAN TOT NGHIEP DAI HOC

NGHIEN CUU LOAI BO CHAT RAN LO LUNG TRONG NUOC THAI CHE BIEN THUY SAN BANG PHUONG PHAP KEO TU DIEN HOA

MSSV: 2064024

Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 32

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học

BỘMÔNCÔNGNGHỆHÓAHỌC -

Cần thơ, ngày 17 tháng 08 năm 2010

PHIẾU DANG KY DE TAI LUAN VAN TOT NGHIỆP

3 Địa điểm thực hiện

Phòng thí nghiệm Kỹ thuật môi trường — Bộ môn Kỹ thuật Môi trường — Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên — Trường Đại học Cần Thơ

Nguồn nước thải: Công ty thủy sản Bình An - Khu Công nghiệp Trá Nóc

4 Cán bộ hướng dẫn

Lê Hoàng Việt - Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường — Khoa Môi trường và Tài

nguyên Thiên nhiên — Trường Đại học Cần Thơ

5 Mục tiêu đề tài

Đánh giả khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm nhu SS, COD, pH, d6 đục của

nước thải thủy sản bằng phương pháp keo tụ điện hóa

- Nghiên cứu và thực hiện phương pháp keo tụ điện hóa

- Kết luân và kiến nghị

7, Kinh phí dự trà: 2.000.000Ä

Lê Hoàng Việt Trần Quốc Trạng

DUYET CUA HOI DONG LUAN VAN TÓT NGHIỆP

Trước hết, con xin cảm ơn cha mẹ đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho con học

tập, luôn quan tâm và động viên con những luc con gap kho khan

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hoàng Việt, đã tận tình hướng dan va

truyện đạt những ý kiến hết sức quỷ báu Thầy đã cho em những buổi trao đổi hết sức thú vị, giúp cho em có khả năng quan sát và nhận định tông quan hơn về lĩnh vực mình đã nghiên cứu

Em xin gởi lời chỉ ân sâu sắc đến đến quy Thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa

học, đã giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho em frong suốt quá trình làm luận

văn cũng như trong thời gian học tập tại trường để em có thể hoàn thành khóa học này! Em xin chân thành cam on Thay Truong Chi Thanh, Thay Nguyén Minh Trí đã nhiệt tình giúp đổ và có những ỷ kiến quan trọng giúp em trong suốt quá

trình thực biện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn Thây Huỳnh Long Toản — Trưởng phòng thí

nghiệm Xứ lý nước đã tạo điều kiện tối ẩa cho em duoc nghiên cứu tại Phong thí

nghiệm và hướng dẫn tận tình để em hoàn thành quá trình nghiên cứu

Tuy có nhiều có găng nhưng trong quá trình thực hiện luân văn tốt nghiệp nhưng không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhân được những ý kiến đóng góp từ quí Thầy Cô và các bạn để luân văn được hoàn thiện hơn

Trần Quốc Trạng

TOM TAT

Xử lý nước thải là một trong những việc làm để bảo vệ nguồn nước, nhăm loại bỏ hay hạn chế các tác động xấu đến môi trường của các hợp chất gây ô nhiễm, sao cho khi thải ra sông hỗ, không làm ô nhiễm nguồn nước Hầu hết hệ thống xử lý nước thải đêu có công đoạn xử lý sinh học Tuy nhiên nước thải trước khi vào bể lọc sinh học phải có hàm lượng chất răn lơ lửng không được quả 150 mg/L Vì vậy, trước khi vào bề xử lý sinh học nước thải cân được xử lý sơ bộ Thông thường người ta thường dùng bể lắng sơ cấp, nếu thiết kế chỉnh bê lắng sơ cấp có thể loại bỏ được 50 — 70 % chat ran lo lửng

Vấn đề hiện nay là khi các nhà máy mở rộng và tăng công suất sản xuất thì lượng nước thải tạo ra cũng tăng lên Tuy nhiên, hầu hết các nhà máy khi xây dung đêu không chừa đất cho viêc mở rộng hệ thống xử lý nước thải Khi đó, việc

xử lý sơ bộ nước thải sẽ gặp rất nhiễu khó khăn Một bể lăng sơ cấp nếu được thiết kê chính xác thì phải mất nhiễu diện tích đất và thời gian lưu cũng không dưới 1,5 giờ Để giải quyết vấn đê này cần phải có một phương pháp xử lý thay thé được bể lăng sơ cấp mà không mắt nhiêu diện tích đất và thời gian xử lý Từ

đó, đề tài “Nghiên cứu loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước thải thủy sản bằng phương pháp keo tụ điện hóa” ãã được thực hiện

Từ các thí nghiệm phân tích và tính toán nhân thấy rằng, với cực dương là

nhôm, mật độ dòng điện 120 A/m? sau 70 phút có thể loại bỏ được 50 -70% chất

ran lo lung Dién nang tiéu thu khoang 1,89 kWh/m? nuéc thai

Với những nội dung chỉnh của đê tài, tôi mong sẽ cung cấp đây đủ các kiến thức cơ bản liên quan đến để tài

Phiếu đăng ký đề tài tốt nghiệp

2.1 Tổng quan về nước thải s- - - xxx SE VY kEvEEEE+EEEEEEESEEEEEEESErkrkrkrkrkrkrered 5 2.1.1 Ph&n loai nue that cccccccccessesesccceeesccseeeessesceseesenseseesessenssesseneeeeeseses 6

2.1.2 Thanh phan va đặc tính của nước thải . ¿-¿- 5+ + sex vsszce2 10 2.1.3 Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng nước thải - - 11 2.1.4 Thanh phan va dic tinh cia nwoéc thai thy san wo cece 14

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải -cc LH SH neo 15 2.2.1 Phương pháp xử lý lý hỌC HH ngư 15 2.2.2 Phương pháp xử lý hóa hỌC - c ch sa 16 2.2.3 Phuong phap xử lý hóa Ỉý ĐH HS HH TH ng kh ng ven 17 2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa .- - 5s c2 18

2.3.2 Các quá trình trong phương pháp keo tụ điện hóa s22 20 2.3.3 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa 22

2.3.4 Các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa . - 23

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện + - 1v 3 ve cgEsrkrkrkered 25

3.2 Đối tượng thí nghiệm ¿kẻ St SE E3 E3 EEEE SE SE E1 SE Hành rời 25

3.3 BG tri thí nghiệm - - - 1s E315 1E KT T1 Tưng 26 3.3.1 Thí nghiệm định hướng ¿25t tt SxEE2EEEESEvEEtrxrrrrrersrrrrrred 26 3.3.2 Thí nghiệm 1: Xác định thời gian lưu tốt nhất ¿2 + s55: 26 3.3.3 Thí nghiệm 2: Xác định mật độ dòng tốt nhất ¿- 5 c5: 27 3.3.4 Thí nghiệm 3: Xác định thể tích tối đa có thể xử lý . ¿- 5 27 3.3.5 Thí nghiệm 4: Xác định thể tích tỗi đa có thể xử lý -: 27 3.3.6 Thí nghiệm 5: Xác định loại điện cực tốt nhất -. ¿5-5 s xxx: 27

3.4 Phương pháp và phương tiện phân tích cv vs 27

Chương 4 KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN .-. 5-2-5 s sece+esrsrsrsrreced 30

4.1 Thí nghiệm 1: Xác định thời gian lưu (T) tốt nhất - - - - s2 30 4.2 Thí nghiệm 2: Xác định mật độ dòng (MĐD) tốt nhất - 5-5 55 sẻ 31

4.3 Thí nghiệm | - L1 11191111191 10v tk ng gà 32 4.4 Thí nghiệm 4| - - + c - 991911911918 111911111 1 KT kh 34 4.5 Thí nghiệm 5: - - c9 9911919190919 19119151 1811 1k kh 35 4.6 Nhận xét chung ‹ c1 11111111111 1101 ty nh tk kg ng tk kh 38 4.7 Thảo luận chung - - - c9 1S 1 TS TT kh 39

Chương 5 KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - 2 2 2 s+s+£scszersecee 40

5.1 KẾT luận -.- ¿1à v3 1113151171131 1111111 111111ET1111111e 1 TT E0 kg 40 5.1.1 Vẫn đề kỹ thuật - S1 Sàn TS ven 40 5.1.2 Vẫn để kinh tẾ -. - ¿22 xxx 233 SE 1111111 Trrrrrkro 40 5.2 Kiến nghị - - - kS1 S111 111111111111 111 1 TT TT TT nà HH, 40 Tài liệu tham khảo - 2 22222 E3 2x 8x SE vevErvvvvrxrkrreererresrred 41

Sự phát triển nhanh của công nghiệp càng làm tăng thêm nguy cơ, rủi ro của ô

nhiễm môi trường Ô nhiễm nguồn nước là một trong những nguy cơ đó Việc thu

gom, xử lý các dòng nước thải công nghiệp được đặt ra hết sức cấp thiết nhằm loại

bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi đòng thải

Theo báo cáo môi trường quốc gia 2009 của Bộ Tài nguyên - Môi trường Việt Nam, khoảng 70% trong số hơn l triệu m” nước thải/ ngày từ các khu công nghiệp (KCN) được xả thắng ra các nguồn tiếp nhận không qua xử lý gây ra ô nhiễm môi

trường nước mặt [22]

Bảng 1.1 Ước tính tổng lượng nước thải và thải lượng các chất ô nhiễm trong

nước thải từ các KCN thuộc Đông bằng sông Cửu Long

(Nguồn: Trung tâm Công nghệ Môi trường (ENTEC), 2009)

Tình hình nước thải ở Đồng bằng sông Cửu Long cũng đang gây nhiều bức

xúc cho nhiều người dân Theo Viện Kinh tế và Qui hoạch Thuý sản (Bộ

NN&PTNT), các nhà máy chế biến thủy sản nằm trên địa bàn các tỉnh Đồng bằng

sông Cửu Long (ĐBSCL) hiện vẫn là một trong những "thủ phạm" gây ô nhiễm môi

trường Khu vực ĐBSCL hiện có 189 nhà máy chế biến thủy sản, tổng công suất

chế biến 1,2 triệu tấn/ năm Trong đó, số nhà máy tại TP Cần Thơ, tỉnh Cà Mau,

Kiên Giang, Tiền Giang, An Giang chiếm 53% tổng số nhà máy trong khu vực

Nhiều mẫu phân tích các chất thải rắn, lỏng, khí đã vượt quá giới hạn cho phép theo SVTH: Tran Quéc Trang

Tiêu chuẩn Việt Nam nhiều lần như màu, dầu mỡ, coliform, BOD , COD, phốt pho tông, nitơ tổng, mùi hôi đã ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người trực tiếp lao động và người dân Ngoài ra, hàng năm việc nuôi thủy sản ở ĐBSCL thải ra gần

500 triệu mét khối bùn thải và chất thải thủy sản Trong đó, chất thải nuôi cá tra, cá

ba sa đã trên 2 triệu tan/nam Nguồn chất thải độc hại này hiện vẫn chưa được xử lý

triệt để và vẫn thải vào sông rạch [23]

Chat ran trong nước thải có ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình xử lý Chất răn

trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng (SS), chất rắn có khả năng lắng, các

hạt keo và các chất rắn hòa tan Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải Khi vận tốc của dòng chảy bị giảm xuống (do nó chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được sẽ tạo thành độ đục của nước Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để

phân hủy làm giảm DO của nguồn nước Các cặn lắng sẽ làm đầy các bê chứa làm

giảm thể tích hữu dụng của các bể này Chính vì vậy, việc loại bỏ SS trong nước thải là một bước quan trọng trước những giai đoạn xử lý khác

Các phương pháp loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước thải: đông tụ và keo tụ,

hấp phụ, lắng tự nhiên, lọc, tuyên nỗi Ngoài ra thì chất rắn lơ lửng còn được tách

bằng cách lắng đưới tác dụng của lực ly tâm trong các xyclon thủy lực hoặc máy lọc

ly tam (Tran Văn Nhân - Ngô Thị Nga, 2002)

Quá trình keo tụ bằng hóa chất thường sử dụng muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng, ngoài ra còn dùng các sợi polyme để làm cầu nối cho các hạt keo (Trong đó dùng phố biến nhất là: Al;(SO,)s, vì nó hòa tan tốt trong nước)

Quá trình này thường đòi hỏi các quy trình xử lý thứ cấp tiếp theo như: pH thấp do

OH mất đi, còn lại H”; có nhiều kim loại hòa tan trong nước sau xử lý nên việc tái

sử dụng nước thải gặp nhiéu khé khan (Peter K Holt et al., 2004)

Ngoài ra, để giữ lại các chất hữu cơ không tan trong nước thải trước khi cho nước thải vào bể xử lý sinh học người ta còn dùng bể lắng sơ cấp Nếu thiết kế chính xác bê lắng SƠ cấp có thể loại bỏ được 50 — 70% chất rắn lơ lửng, 25 - 40% BOD Tuy nhiên biện pháp này tốn nhiều diện tích và mất thời gian (thời gian lưu khoảng 2h)

SVTH: Tran Quéc Trang

Bang 1.2 Các thông số thông dụng khi thiết kế bể lắng sơ cấp

và ứng dụng nhiều hơn Quá trình keo tụ điện hóa là một trong những phương pháp

xử lý nước thải có thể đáp ứng được những yêu cầu trên

Hình 1.1 Bế lắng sơ cấp [21] Hình 1.2 Thiết bị keo tụ điện hóa [19]

Keo tụ điện hóa là một phương pháp dựa trên cơ sở của quá trình điện hóa, theo đó cực dương bị ăn mòn để tạo ra các hoạt chất làm đông tụ vào dung dịch (cực dương thường là nhôm hoặc sắt) Kèm theo các phản ứng sinh khí oxy ở cực

dương và khí hydro ở cực âm Từ đó tạo ra hiệu ứng kép (keo tụ và tuyến nổi) để

loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong nước thải (Peter K Holt et al., 2004)

Từ những ưu điểm của phương pháp này, tôi đã thực hiện hiện đề tài ““ Nghiên

cứu quá trình loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện hóa”

1.2 Mục đích của đề tài

Đánh giá khả năng loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa Xem xét khả năng thay thế các phương pháp thường sử dụng (lắng

sơ cấp, keo tụ bằng hóa chất ) băng phương pháp xử lý này

SVTH: Tran Quéc Trang

1.3 Phạm vi của đề tài

Vì lý do thời gian thực hiện và điều kiện kinh tế hạn hẹp nên đề tài chỉ phan tích một số chỉ tiêu hóa lý cơ bản của nước thải trước và sau khi xử lý bằng phương

pháp keo tụ điện hóa Đó là các chỉ tiêu: SS, COD, pH, độ đục

SVTH: Tran Quéc Trang

Chương 2

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về nước thải

Trên bình diện toàn cầu, nước là một tài nguyên vô cùng phong phú nhưng chỉ

hữu dụng với con người khi nó ở đúng nơi, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất lượng

yêu cầu Hơn 99% trữ lượng nước trên thế giới nằm ở dạng không hữu dụng đối với

đa số mục đích của con người do độ mặn (nước biển), địa điểm, dạng ( băng hà) (Lê Hoàng Việt, 2003)

Các nguồn nước trong tự nhiên hoặc nước sử dụng cho bất kỳ một mục đích

nào cũng đều chứa một lượng tạp chất vô cơ và hữu cơ hòa tan Các hợp chất này,

tùy giới hạn hàm lượng hòa tan, có thể là các chất dinh đưỡng cho cây trồng va

động vật hoặc ngược lại là các chất độc hại Trong quá trình phát triển của nền nông

nghiệp, công nghiệp hiện đại cũng như tốc độ đô thị hóa như vũ bão hiện nay dẫn

tới việc sử dụng nước ngày càng nhiều và lượng nước thải ngày càng lớn Trong

nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ và thành phân vi sinh vật Nếu không

kiểm soát được nước thải, không xử lý thích hợp sẽ ảnh hưởng rất xấu đến môi trường sống nói chung Xét cho cùng ô nhiễm môi trường nước hiện nay trên thế giới đều đo hoạt động của con người, trong đó chủ yếu là từ nước thải (Lương Đức

Phẩm, 2007)

Theo Lâm Minh Triết và cộng sự (2006), để bảo vệ môi trường và duy trì các

điều kiện sống trong lành, các loại nước thải cần phải được kiểm soát và quản lý nghiêm ngặt Một hệ thống quản lý nước thải hiện đại cần phải xem xét đến các yếu t6 sau:

- _ Các nguồn phát sinh nước thải;

- _ Các công trình xử lý cục bộ nước thải ngay tại nguồn thải;

- _ Các hệ thống thu gom nước thải;

- _ Các phương tiện chuyển tải nước thải;

- Hệ thống xử lý nước thải tập trung ở cuối mạng lưới đường ống;

- _ Các công trình thải bỏ nước thải vào nguôn tiép nhận: sông, hô, biên

SVTH: Tran Quéc Trang

2.1.1 Phần loại nước thải

Người ta định nghĩa nước thải là dòng chất lỏng được thải ra sau quá trình sử

dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng (Trần Văn Nhân

Các thành phần cầu thành lượng của nước thải của một cộng đồng phụ thuộc

vào hệ thống thu gom nước thải mà cộng đồng đó đang sử dụng và có thể bao gồm các thành phần sau:

-._ Nước thải sinh hoạt: nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, khu

vực hoạt động thương mại, công sở, trường học và các cơ quan tương tự khác (T ran Van Nhan — Ngé Thi Nga, 2006);

Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

+ Nước thải nhiễm bẫn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh; + Nước thải nhiễm bắn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất

rửa trôi kế cả làm vệ sinh sàn nhà

- Nước thải công nghiệp: là lượng nước thải từ các nhà máy, lượng nước thải

phụ thuộc vào loại hình công nghiệp, biến thiên theo gid trong ngay, ca san xuất, mùa vụ sản xuất (Lê Hoàng Việt, 2003);

Có hai loại nước thải công nghiệp:

+ Nước thải công nghiệp qui ước sạch: là loại nước thải sau khi sử dụng để làm nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà;

+ Loại nước thải công nghiệp nhiễm bắn đặc trưng của công nghiệp đó và cần

xử lý cục bộ trước khi xả vào mạng lưới thoát nước chung hoặc vào nguồn nước tùy

theo mức độ xử lý (Lương Đức Phẩm, 2006)

- Nước thải là nước mưa: đây là loại nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt

đất và lôi kéo các chất cặn bã, dầu mỡ, khi đi vào hệ thống thoát nước (Lâm Vĩnh

Sơn);

- Nước thải đô thị: nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ

thống công thoát của một thành phố Đó là hỗn hợp các loại nước thải kể trên

SVTH: Tran Quéc Trang

Nếu tính gần đúng, nước thải đô thị gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt,

14% là các loại nước thâm, 36% là nước thải sản xuất

Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính chất đặc trưng của thành phố Khoảng 65-85% lượng nước cấp cho I nguồn trở thành nước thải Lưu lượng và hàm lượng các chất thải của nước thải đô thị thường dao động trong phạm vi rất lớn

Đề quản lý chất lượng môi trường được tốt, cũng như thiết kế, lựa chọn công

nghệ và thiết bị xử lý hợp lý, cần hiểu rõ bản chất của nước thải Tính chất vật lý,

thành phân hóa học và sinh học cùng nguồn gốc sinh ra của chúng được liệt kê trong bảng 2.1, các thành phân quan trọng của nước thải liên quan đến công nghệ

xử lý được trình bày trong bảng 2.2

Bảng 2.1 Các tính chất vật lý, hóa học và sinh học đặc trưng của nước thải và

nguồn gốc của chúng

Tính chất Nguôn phát sinh

=" Cac tinh chat vật lý

- Mau - _ Chất thải sinh hoạt và công nghiệp, sự phân

rã tự nhiên của chất hữu cơ

- Mùi - - Sự thối rửa chất thải và các chất thải công

nghiệp

- Chat ran - Cap nước cho sinh hoạt, các chất thải sinh

hoạt và sản xuất, xói mòn đất, dòng thấm, chảy vào hệ thống cống

- Nhiệt độ - _ Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

= Thanh phan hóa học

Nguồn gốc hữu cơ

- Cacbon hydrat - - Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản

xuất

- M6, dau, dau nhon - - Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản

xuất

- - Thuốc trừ sâu - _ Chất thải nông nghiệp

- Phenol - _ Chất thải công nghiệp

SVTH: Tran Quéc Trang

Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

Phân rã tự nhiên các chất hữu cơ

Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt, quá

trình thắm của nước ngầm

Cấp nước sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt, quá

trình thấm của nước ngâm, các chất làm mềm nước

Các chất thải công nghiệp

Các chất thải sinh hoạt và nông nghiệp Các chất thải công nghiệp

Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

Cấp nước sinh hoạt, nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Các chất thải công nghiệp

Phân hủy các chất thải sinh hoạt Phân hủy các chất thải sinh hoạt

Cấp nước sinh hoạt, sự thấm của nước sinh hoạt

Các dòng nước hở và nhà máy xử lý Các dòng nước hở và nhà máy xử lý Các chất thải sinh hoạt và nhà máy xử lý

Các chất thải sinh hoạt

(Nguồn: Trần Văn Nhân — Ngô Thị Nga, 2006)

SVTH: Tran Quéc Trang

Bảng 2.2 Cac chat ô nhiễm cần chú ý trong quá trình xử lý nước thải

Chat ran lơ lửng Tạo nên bùn lắng và môi trường yếm khí khi nước thải

chưa xử lý được thải vào môi trường Biểu thị bang

don vi mg/L

Các chất hữu cơ có thể

phân hủy bằng con

đường sinh học

Bao gồm chủ yếu là cacbon hydrat, protein và chất

béo Thường được đo bằng chỉ tiêu BOD và COD Nếu

thải chúng trực tiếp vào môi trường, quá trình phân hủy sinh học sẽ làm suy kiệt oxy hòa tan của nguồn nước

Các mâm bệnh Các bệnh truyền nhiễm có thể lây nhiễm từ các vi sinh

vật gây bệnh trong nước thải Thông số quản lý là

MPN (Most Probable Number, số khả hữu)

Các dưỡng chất Ni tơ và phốt pho cần thiết cho sự phát triển của sinh

vật Khi được thải vào nguồn nước, nó có thể làm gia tăng sự phát triển của các sinh vật ngoài mong đợi Khi thải ra với số lượng lớn trên mặt đất nó có thê gây ô

nhiễm nước ngầm

Các chất ô nhiễm nguy

hại

Các hợp chất hữu cơ hay vô cơ có khả năng gây ung

thư, biến dị, thai di dạng hay gây độc cấp tính

Các chất hữu cơ khó

phân hủy

Không thê xử lý bằng phương pháp thông thường Ví

dụ như: các nông dược, phenol

Kim loai nang Có trong nước thải thương mại và công nghiệp và cần

loại bỏ khi tái sử dụng nước thải Một số ion kim loại

ức chê các quá trình xử lý sinh học

Nhiệt năng Làm giảm khả năng bảo hòa oxy trong nước và thúc

đây sự phát triển của thủy sinh vật

lon hydrogen Có khả năng gây hại cho thủy sinh vật

(Lê Hoàng Việt, 2003)

SVTH: Tran Quéc Trang

2.1.2 Thành phần và đặc tính của nước thải

Các chất chứa trong nước thải bao gồm: các chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật

- Các chất hữu cơ: các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 50- 60% tong cac chat gom các chất hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật, rau, quả, hoa,

giấy và các chất hữu cơ động vật: chất thải bài tiết của người và động vật, xác

động vật Các chất hữu cơ trong nước thải theo đặc tính hóa học gồm chủ yếu là protein (40-60%), cacbon hydrat (25-50%), các chất béo, dầu mỡ (10%) Urê cũng

là chất hữu cơ quan trong trong nước thải sinh hoạt Nông độ các chất hữu cơ thường được xác định thông qua chỉ tiêu BOD và COD Bên cạnh các chất trên, trong nước thải còn có chứa các liên kết hữu cơ tổng hợp: các chất hoạt tính bề mặt

mà điển hình là chất tây tông hợp (Alkyl benzen sunfonat - ABS) rất khó xử lý bằng phương pháp sinh học và gây nên hiện tượng sủi bọt trong các trạm xử lý nước thải cũng như trên bề mặt các nguồn tiếp nhận nước thải (Lâm Minh Triết và cộng sự, 2006)

Dựa vào đặc điểm dé bi phân hủy do vi sinh vật trong nước, ta có thê phân các

chất hữu cơ thành hai nhóm:

Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy: đó là các hợp chất protein, cacbon hydrat,

chất béo nguồn gốc động vật và thực vật Các hợp chất này chủ yếu làm suy giảm

oxy hòa tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất

lượng nước cấp sinh hoạt;

Các chất hữu cơ khó bị phân hủy: các loại chất này thuộc các chất hữu cơ có vòng thơm (hydrocacbua của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo

hữu cơ, phốt pho hữu cơ Hầu hết chúng là các hợp chất có độc tính đối với sinh

vật và con người Chúng tồn lưu lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật gây độc tích lũy, ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống (Lương Đức phẩm, 2006)

- Các chất vô cơ: các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40-42% gồm chủ yếu: cát, đất sét, các axit, bazơ vô cơ, đầu khoáng ( Lâm Mimh Triết và cộng sự, 2006) Các lon vô cơ có nồng độ cao trong tự nhiên, đặc biệt là nước biến Trong nước thải có một lượng lớn các chất vô cơ tủy thuộc vào nguồn nước thải Ngoài ra, trong nước thải công nghiệp còn có thể chứa các ion vô cơ có độc tính cao như: Hg,

Pb, Cd, As, Sb, Cr Những chất này thường được gọi là kim loại nặng (Lương

Đức phẩm, 2007)

SVTH: Tran Quéc Trang

10

2.1.3 Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng nước thải

Có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước thải như: hàm lượng chất

ran, pH, oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD), nito, phốt pho, nhiệt độ, độ màu, độ đục, mùi và các thành phần vi sinh của

nước thải

Sau đây tôi chỉ trình bày một số chỉ tiêu cơ bản nhất để đánh giá chất lượng

của một loại nước thải

2.1.3.1 Hàm lượng chất rắn

Chat rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả năng lắng, các hạt keo và chất rắn hòa tan Tổng các chất ran (Total solid, TS) trong nước

thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ từ 105 -

105°C Các chất bay hơi ở nhiệt độ này không được coi là chất răn Tổng các chất

ran duoc biéu thi bang don vi mg/L (Lé Hoàng Việt, 2001 )

Theo kích thước của hạt rắn, tổng hạt rắn được chia làm các loại: Chất rắn lơ

lửng, chất rắn keo và chất răn hòa tan như hình 2.1 Để xác định được hàm lượng

chất răn lơ lửng thường dùng giấy lọc bằng sợi thủy tỉnh Whatmann GF/C có kích thước lỗ khoảng 1,2 micrometter (um)

—Chat rn tan—k— Chat ran keg ——ye— Chit ran lo lung

Kich thude hat, pm

Hình 2.1 Phân loại chất rắn trong nước thải

(Trân Văn Nhân - Ngô Thị Nga, 2006) Chất rắn lơ lửng: là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải Khi vận

tốc của dòng chảy bị giảm xuống (do nó chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được sẽ tạo thành

độ đục (turbidity) của nước Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân hủy làm giảm DO của nguồn nước Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa làm giảm thể

tích hữu dụng của các bể này (Lê Hoàng Việt, 2003)

SVTH: Tran Quéc Trang

Il

Chất rắn lơ lửng SS (Suspended Solid) 14 phan trọng lượng khô tính bằng

miligam của phân còn lại trên giấy lọc khi lọc một lít mẫu nước qua phếu sây khô ở

103 — 105°C tới khi có trọng lượng không đổi, đơn vị là rnmg/L (Nguyễn Thị Thu

Thủy, 2003)

Các chất răn hòa tan: không lọc được bao gồm các hạt keo và các chất hòa tan

Các hạt keo có kích thước từ 0,001 - 1 mm, các hạt keo này không thẻ loại bỏ bằng

phương pháp lắng cơ học Các chất hòa tan có thê là phân tử hoặc ion của chất hữu

cơ hay vô cơ (Lê Hoàng Việt, 2003)

Chat ran bay hoi VS (Volatile Solid): 14 phan mat di khi nung 6 550°C trong

một thời gian nhất định Phần mất đi là chất rắn bay hơi, phần còn lại là chất rắn không bay hơi (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2003)

2.1.3.2 Oxy hoa tan DO (Dissolved Oxygen)

Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nước thải là hàm lượng oxy hòa

tan, vì oxy không thể thiếu đối với tất cả các sinh vật trên cạn cũng như dưới nước

Khi thải các chất thải sử dung oxy vào nguồn nước, quá trình oxy hóa chúng sẽ làm giảm hàm lượng oxy trong các nguồn nước này, thậm chí còn đe dọa sự sống của các loài cá cũng như sinh vật sống trong nước này (Trần Văn Nhân — Ngô Thị Nga,

2006)

Oxy hoa tan trong nước không tác dụng với nước về mặt hóa học Khi nhiệt độ tăng, khả năng hòa tan oxy trong nước giảm, khi áp suất tăng, khả năng oxy hòa tan vào nước cũng tăng Thông thường nồng độ oxy bảo hòa trong nước ở điều kiện tới

hạn là 8 mg/L (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2003)

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

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hết các hợp

chất hữu cơ có trong nước (gồm cả chất hữu cơ dễ phân hủy và khó phân hủy sinh

học) bằng chất oxy hóa mạnh

COD cao, thé hién nong độ chất hữu cơ trong nước cao, tạo điều kiện dễ dang

cho các loại vi sinh vat phát triển Nước bị nhiễm bẩn (có độ oxy hóa cao) làm giảm

hiệu quả của các quá trình xử lý và tốn nhiều hóa chất trong công tác khử trùng

Ty 18 BOD/COD nam trong khoảng 0.5 — 0.7 Các loại nước thải công nghiệp đặc thù có tý lệ này khác nhau (Trần Minh Hải, 2005)

SVTH: Tran Quéc Trang

12

2.1.3.4 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (Biochemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là lượng oxy cần cho vi khuẩn để phân hủy chất

hữu cơ có khả năng oxy hóa sinh hóa dưới điều kiện hiếu khí Trong quá trình phân

hủy này, chất hữu cơ được dùng làm thức ăn cho vi khuẩn và giải phóng năng

lượng

Chất hữu cơ phân hủy đến sản phẩm cuối cùng là nước và cacbonic

Chất hữu cơ + O; + vi khuẩn —> CO; + H;O (Trần Minh Hải, 2005)

BOD là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxy hóa các chất hữu

cơ BOD tính bằng miligam hoặc bằng gam, dùng để oxy hoá các chất hữu cơ nhờ

vi khuẩn hiếu khí ở điều kiện 20C, đơn vị tính là mg/L

Trong thực tế người ta không thê xác định lượng oxy cân thiết để phân huỷ

hoàn toàn chất hữu cơ vì như thế tốn quá nhiều thời gian (mất 20 ngày), mà chỉ xác

định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20°C (ký hiệu BOD;) Chỉ tiêu

này đã được chuẩn hóa và sử dụng ở hầu khắp các nước trên thế giới (Trần Văn Nhân —- Ngô Thị Nga, 2006)

2.1.3.5 pH

pH là đại lượng toán học biểu thị nồng độ hoạt tính ion HỈ trong nước, pH

được sử dụng để đánh giá tính axit hay tính kiềm của dung địch (nước) pH có ý

nghĩa rất quan trọng trong xử lý nước cấp Thông số này cần được giám sát trong

các quá trình như: keo tụ, làm mềm nước, khử trùng, khử sắt và các kim loại

khác.Trong xử lý nước thải pH được giám sát và điều chỉnh ở môi trường tôi ưu có

lợi cho sự tham gia của v1 sinh vật trong xử lý sinh học ( Tran Minh Hải, 2005 )

2.1.3.6 Độ đục (Turbidity)

Độ đục là thước đo khả năng truyền ánh sáng của nước Độ đục tạo nên do các hạt keo và chất răn lơ lửng còn sót lại trong nước thải hấp thụ ánh sáng

Người ta thấy rằng không có mối quan hệ giữa độ đục và chất rắn lơ lửng

trong nước thải chưa xử lý Tuy nhiên, giữa độ đục và chất rắn lơ lửng trong nước

thai sau bé lang thir cap cua hé thong bùn hoạt tính có mối quan hệ mật thiết theo phương trình sau:

SS (mg/L) = (2,3+2,4) x NTU (Lê Hoàng Việt, 2003)

SVTH: Tran Quéc Trang

13

2.1.4 Thành phần và đặc tính của nước thải thủy sản

Theo Lâm Minh Triết (2006), Công nghiệp chế biến thủy sản là một trong

những ngành công nghiệp phát triển khá mạnh ở khu vực phía Nam Bên cạnh

những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế - xã hội, ngành công nghiệp này cũng phát

sinh nhiều vẫn đề môi trường bức xúc cần phải giải quyết,trong đó ô nhiễm do nước thải và xử lý nước thải công nghiệp là một trong những mối quan tâm hàng đầu Nguyên liệu của ngành công nghiệp này rất phong phú và đa dạng, từ các loại thủy sản tự nhiên cho đến loại thủy sản nuôi Công nghệ chế biến cũng khá đa dạng tùy theo từng mặt hàng nguyên liệu và đặc tính loại sản phẩm (thủy sản tươi sống đông lạnh, thủy sản khô, thủy sản luộc cấp đông Do phong phú và đa dạng về loại nguyên vật liệu và sản phẩm nên thành phần và tính chất nước thải công nghiệp chế biến thuỷ sản cũng hết sức đa dạng và phức tạp Trong quy trình công nghệ chế biến các loại thủy sản, nước thải chủ yếu sinh ra từ công đoạn rửa sạch và sơ chế nguyên liệu Trong nước thải thường chứa nhiều mảnh vụn thịt và ruột của các loại thủy sản, các mảnh vụn này thường dễ lăng và dễ phân hủy gây nên các mùi hôi tanh Ngoài ra trong nước thải còn thường xuyên có mặt các loại vảy cá và mỡ cá Nông độ các chất ô nhiễm trong nước thải thay đôi theo định mức sử dụng nước và

có khuynh hướng giảm dân ở những chu kỳ rửa sau cùng

Một cách tổng quát, nước thải công nghiệp chế biến thủy sản nhìn chung là có các thành phần ô nhiễm vượt quá tiêu chuẩn nước thải cho phép nhiều lần Trong

khi đó, lưu lượng nước thải tính trên một đơn vị sản phẩm là khá lớn, thường từ 30

— 80 z” nước thải cho một tấn sản phẩm thành phẩm Đây là một trong những ngành công nghiệp có tải lượng ô nhiễm cao, cần phải có các biện pháp xử lý thích

hợp đề kiễm soát ô nhiễm đo nước thải, trong đó xử lý nước thải là một trong những

yêu cầu hết sức cần thiết

Với các chủng loại nguyên liệu tương đối phong phú cùng với điều kiện của

nước ta nên thành phần 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 sản xuất phát sinh chủ yếu từ khâu rửa nguyên

liệu trong quá trình tiếp nhận và sơ chế sản phẩm Đây là loại nước thải có nông độ ô nhiễm cao nhất

- Nước thải vệ sinh công nghiệp: đây là loại nước được dùng cho rửa sàn nhà

mỗi ngày, ngoài ra còn từ việc rửa thiết bị, máy móc

SVTH: Tran Quéc Trang

14

- Nước thải sinh hoạt: nước thải từ việc tăm giặt, vệ sinh của toàn bộ công nhân, cán bộ trong xí nghiệp

Bảng 2.3 Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải thủy sản [18]

2.2 Cac phương pháp xử lý nước thải

Nước thải nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải xử lý

bằng những phương pháp thích hợp khác nhau Một cách tông quát, các phương pháp xử lý nước thải được chia thành các loại sau:

- Phuong phap xt ly ly hoc;

trộn, bể lắng, bể tuyên nổi, bê lọc

Trường hợp khi mức độ cần thiết làm sạch nước thải không cao lắm và các

điều kiện vệ sinh cho phép thì phương pháp lý học giữ vai trò chính trong trạm xử

lý Trong những trường hợp khác phương pháp xử lý lý học chỉ là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi xử lý sinh học (Lê Hoàng Việt, 2003)

SVTH: Tran Quéc Trang

15

2.2.2 Phương pháp xử lý hóa học

Phương pháp xử lý hóa học sử dụng các phản ứng hóa học để xử lý nước thải

Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp các công trình xử lý lý học Mặc dù có

hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hóa học thường đắt và đặc biệt thường tạo

Kết tủa Tách phốt pho và nâng cao hiệu quả của việc tách cặn lơ lửng

& bé lang bac I Hấp phụ Tách các chất hữu cơ không được xử lý bằng phương pháp hóa

học thông thường hoặc bằng phương pháp sinh học Nó cũng được sử dụng để tách kim loại nặng, khử chlorme của nước thải trước khi xả vào nguồn

Khử trùng Phá hủy các vi sinh vật gây bệnh

BrCl,

Phá hủy cac vi sinh vật gây bệnh

Khử trùng bằng

2.2.3 Phương pháp xử lý hóa lý

2.2.3.1 Đông tụ và keo tụ

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể

tách được các chất gây nhiễm bắn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn

có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán

liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng Việc khử các

hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hòa điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ (coagulation) còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ (flocculation) (Trần Văn Nhân — Ngô Thị Nga, 2006)

Theo Tran Trung Việt và Trần Thị Mỹ Diệu (2006), Các muối nhôm thường

dùng làm chất dong tu la: Al,(SO,4)3.18H,0, NaAlO,, Al(OH)2Cl, Kal(SO,)2.12H,0,

NHaAlI(SO¿);.12H;O Thường sulfat nhôm làm chất đông tụ vì hoạt động hiệu quả

ở pH =Š5- 7.5, tan tốt trong nước, sử dụng dạng khô hoặc dạng dung dịch 50% và

giá thành tương đối rẽ

Các muối sắt được dùng làm chất đông tụ: Fe(SO);.2H;O , Fe(SO,);.3H;O,

FeSO,.7H,O va FeCl; Hiéu qua lang cao khi sử dụng dạng khô hay dung dịch 10 — 15% Muối sắt có khoảng pH hiệu quả rộng hơn các muỗi nhôm

2.2.3.2 Tuyến nỗi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng đề tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt dộng

bề mặt Trong xử lý nước thải, các quá trình tuyến nổi thường được dùng để khử các chát lơ lửng, làm đặc bùn sinh học Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có

thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn (Tran Minh

Hai, 2005)

Ngodi ra, trong phuong pháp xử lý này còn có các phương pháp xử lý như:

hấp phụ; điện hóa (oxy hóa — khử, đông tụ điện, tuyến nỗi điện) Phương pháp

điện hóa sẽ được trình bày trong phân 2.3

SVTH: Tran Quéc Trang

17

2.2.2.3 Phương pháp xử lý sinh học

Theo Lê Hoàng Việt,( 2003) Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của VSV có khả năng phân hoá những hợp

chất hữu cơ

Các quá trình sinh học có thể diễn ra trong các khu vực tự nhiên, hoặc các bể

nhân tạo được thiết kế và xây dựng đề phục vụ cho việc xử lý một loại nước thải nào đó

Các chất hữu cơ trong nước khi vào ao hỗ, song rạch sẽ là nguồn thứ ăn cho vi

sinh vật dị đưỡng Vi sinh vật đị dưỡng này phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản và tạo nên năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào của chúng Các quá trình vi sinh trong xử lý nước thai

hữu cơ như sau:

(COHNS) + VK hiểu khí —> CO; + H;S§ + NH; + NH¿ + sản phẩm khác + Q (COHNS) + VK hiếu khí + Q———> C;H;O;N (tế bào vi khuẩn mới)

4 (COHNS: chất hữu cơ, C;H;O¿N: tế bào vi khuẩn, Q: Năng lượng)

Hầu hết các hệ thống xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học hiện nay đều sử

dụng bể bùn hoạt tỉnh, yêu cầu đầu vào phải có SS < 150 mg/L (Lê Hoàng Việt,

các phụ gia tối thiểu là một biện pháp bền vững cho việc xử lý nước Keo tụ điện

SVTH: Tran Quéc Trang

T8

hĩa là một phương pháp phù hợp với những yêu cầu nay (Peter Holt, Geoffrey

Barton and Cynthia Mitchell, 2006)

Keo tụ điện hĩa là một quá trình kết hợp các quá trình: oxy hĩa cực anode và

khử của cathode, đơng tụ điện, tuyển nỗi điện để làm sạch nước thải khỏi các tạp

chất hịa tan và phân tán.Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi

cho dịng điện một chiều đi qua nước thải (Trần Văn Nhân - Ngơ Thị Nga, 2006)

Keo tụ điện hĩa (EC: Electrocoagulation) là một phương pháp dựa trên cơ sở của quá trình điện hĩa, theo đĩ cực dương bị ăn mịn để tạo ra các hoạt chất làm đơng tụ vào dung dịch (cực dương thường là nhơm hoặc sắt Kèm theo các phản ứng sinh khí hydro ở cực âm và oxy ở cực dương Từ đĩ tạo ra hiệu ứng kép (keo tụ

và tuyến nổi) để loại bỏ các chất gây ơ nhiễm trong nước thải (Trần Văn Nhân - Ngơ Thị Nga, 2006)

EC khơng phải là một cơng nghệ mới, nĩ đã được phát hiện qua hang tram năm nay và được ứng dụng liên tục Nĩ đã được sử dụng ở hàng loạt các nhà mày ở các nước vào thế kỷ 19, tuy nhiên đến khoảng 1930, các nhà máy như vậy đã bỏ hoang do chỉ phí vận hành khá cao và trong lúc này đã cĩ nhiều lựa chọn thay thế như là dùng các hĩa chất keo tụ Thời gian gần đây đã cĩ sự quan tâm trở lại với việc xử lý nước dựa trên cơng nghệ EC với một số lượng khá lớn Với khả năng loại

bỏ được một lượng lớn các chất gầy ơ nhiễm, cùng với sự đơn giản vốn cĩ về thiết

kế và hoạt động, EC đang được xem xét như là một cơng nghệ xử lý điện hĩa chỉ phí thấp (Peter K Holt, Geofffey W Barton, Cynthia A Mitchell, 2004) Các bơng

keo hình thành bởi EC tương đối lớn, chứa ít nước, do đĩ ơn định hơn Khơng cần

phải bố sung hĩa chất trong EC, cĩ thể dễ dàng kết hợp với các biện pháp xử lý thơng thường (Chen et al, 2000; Mollah et al, 2001, 2004.)

Việc làm sạch nước thải bằng phương pháp điện hĩa cĩ thể tiến hành gián

đoạn hoặc liên tục (Trần Văn Nhân - Ngơ Thị Nga, 2006) Phần lớn các thiết kế sử

dụng quá trình liên tục, cĩ một nguồn cấp nước thải ơn định và hoạt động trong trạng thái ơn định Một lợi thế cơ bản của quá trình này là các chất làm đơng cơ bản

được tạo ra liên tục và 6n định, đĩ là một lợi thế lớn về thiết kế và hoạt động Mặt

khác các lị phản ứng cũng hoạt động gián đoạn với một lượng nước thải xác định

được đưa vào xử lý Nhưng cĩ một bất lợi (bắt nguồn từ thiết kế và phương thức

hoạt động) là các điều kiện trong lị thay đơi theo thời gian Sự năng động này được thê hiện trong khả năng loại bỏ các chat ran lo lửng từ nước thải (Pefer K Họi, Geoffrey W Barton, Cynthia A Mitchell, 2004)

SVTH: Tran Quéc Trang

19

2.3.2 Các quá trình trong phương pháp keo tụ điện hóa

2.3.2.1 Đông tụ điện

Để làm sạch nước thải công nghiệp chứa các tạp chất gây ô nhiễm có độ bền cao, người ta tiến hành quá trình điện phân với việc sử dụng các anode hòa tan (nhôm hoặc sắt) Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra quá trình hòa tan kim loại Các cation kim loại gặp các nhóm hydroxyl trong nước sẽ tạo thành các hydroxyt kim loại không tan dạng bông cặn có độ nhớt cao ( Tran Văn Nhân - Ngô Thị Nga,

2006)

Néu anode là nhôm thì tại đây xảy ra quá trình oxy hóa AI thành AI ,

Al-3e =Al* (Fatih Ilhan — Ugur Kurt, 2007)

AlOH) +H,O — Al(OH), +H

AI(OH),` +H,O -> Al(OH), + H

AI +3H,O— Al(OH); + 3H”

(Peter Holt, Geoffrey Barton and Cynthia Mitchell, 2006)

Nếu anode là sắt thì tại đây xảy ra quá trình oxy hóa Fe thanh Fe”*

Fe — 2e —› Fe”

Fe** + 20H — Fe(OH), Fe”'+ 10HạO + O; — 4Fe(OH); + 8H”

(Moh Faiqun Ni’am1, Fadil Othman, Johan Sohaili, Zulfa Fauzia, 2006)

Các hydroxyt kim loại này lắng xuống với một vân tốc chậm kèm theo nó là các chất rắn lơ lửng Ngoài ra các cation còn có tác dụng trung hòa điện tích của hạt

keo, làm giảm lực đây giữa các hạt keo, từ đó làm tăng khả năng tiếp xúc và kết lại

với nhau của các hạt keo (Trần Văn Nhân — Ngô Thị Nga, 2006)

SVTH: Tran Quéc Trang

20

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống thiết bị đông tụ bằng điện

1 Bề điều lưu; 2 Thùng chuẩn bị dung dịch; 3 Nguồn điện một chiều;

4 Bé dong tu bằng điện; 5 Bề lắng; 6 Thiết bị tách nước

(Trân Văn Nhân —- Ngô Thị Nga, 2006)

2.3.2.2 Tuyến nỗi điện

Với biện pháp này, khi dòng điện một chiều qua nước thải, ở các điện cực sẽ tạo ra khí hydro (cathode) và oxy (anode) ( Trần Hiếu Nhuệ, 2001 )

Tại anode xảy ra quá trình điện phân gốc OH

4OH -4e — O;| +2H;O

(Peter K Holt, Geoffrey W Barton, Cynthia A Mitchell, 2004)

Ở cathode 18 qua trình điện phân nước

2HO+2e —› HỆ+2OH

(Moh Faiqun Ni’am1, Fadil Othman, Johan Sohaili, Zulfa Fauzia, 2006)

Khi các bong bóng khí nỗi lên mặt nước sẽ kéo theo các hạt keo lơ lửng cùng nỗi lên mặt nước Khi sử dụng các điện cực hòa tan, xảy ra đồng thời việc tạo thành các bông đông tụ và các bọt xảy ra mãnh liệt hơn

SVTH: Tran Quéc Trang

21

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống thiết bị tuyến nỗi điện một ngăn

1 Thân thiết bị; 2 Điện cực

(Trân Văn Nhân —- Ngô Thị Nga, 2006)

2.3.2.3 Oxy hóa của anode và khử của cathode

EC cũng có khả năng xử lý nước bằng phương pháp oxy hóa, làm phân hủy

một số hợp chất như: nitrit, sulfua , xianua, sulfite, cromat va ion florua

Trên cực dương (anode): các 1on cho điện tử nghĩa là phản ứng oxy hóa điện

hóa xảy ra, còn trên cực âm (cathode) xảy ra quá trình nhân điện tử, nghĩa là ở đây

phản ứng khử xảy ra (Trần Văn Nhân — Ngô Thị Nga, 2006)

Các quá trình này đã được nghiên cứu dé 1am sạch nước thải khỏi các tạp chất

xyanua, sulfoxyanua, cac amin, alcol, các aldehit, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm azo,

sulñt, mecaptan Trong quá trình oxy hóa điện hóa, các chất trong nước thải bị

phân rã hoàn toàn tạo thành CO;, NH¿ và nước hay tạo thành các chất không độc và

đơn giản hơn để có thé tach ra bằng các phương pháp khác

Anot thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện phân như: graphit, macnetic (FezO4a), dioxyt chì, dioxyt mangan và dioxyt ruteni (Ru) phu lên nén titan

Cathode duoc làm bằng molipden, vonfram hay hop chất của ching (Tran Van Nhan — Ngé Thi Nga, 2006)

2.3.3 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa

Keo tụ điện hóa là một phương pháp xử lý kết hợp của các quá trình đông tụ

điện và tuyển nổi điện Do đó, keo tụ điện hóa có nhiều ưu điểm hơn các biện pháp

xử lý thông thường

SVTH: Tran Quéc Trang

22

2.3.3.1 Ưu điểm

- Thiết bị gọn và dễ đàng điều khiến và tự động hóa Ít nhạy cảm với sự thay

đổi điều kiện tiến hành quá trình xử lý (nhiệt độ, pH)

- Không cần thêm hóa chất: khi cần thiết chỉ cần thêm muối để tăng độ dẫn

điện của nước thải, một số nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả của EC không thay đôi khi thay đôi độ mặn của nước thải (Essadki et al, 2007 và Damien 1992 )

- Theo Kannan et al (2006) va Persin va Rumeau (1989), phwong phap keo tu điện hóa có chi phí xử lý thấp hơn phương pháp đông tụ hóa chất

- Bùn hình thành bởi EC cũng có xu hướng như bùn của đông tụ hóa chất,

ngoại trừ bùn của EC có xu hướng nhiều hơn, ít thấm nước, ôn định hơn Do đó, có thể tách ra nhanh hơn nhờ phương pháp lọc Nhờ vậy làm giảm thời gian và chỉ phí

xu ly bin (Larue va Vorobiev, 2003)

- Nước thải xử lý bằng EC có hàm lượng kim loại hòa tan ít hơn so với

phương pháp hóa chât Điêu này thuận lợi cho việc tái sử dụng nước (Persir ef

Rumeau, 1989)

- Theo Cenkin et Belevtsev (1985), Qua trinh EC cé kha nang loai bo cac hat

keo có kích thước nhỏ, bởi vì trong điện trường các hạt keo chuyển động nhanh

hơn, qua đó tăng hiệu quả keo tụ

- Quá trình EC tránh sử dụng các hóa chất và do đó không cần phải trung hòa các hóa chất dư thừa và không có khả năng gây ra ô nhiễm thứ cấp gây ra bởi các

hóa chất bô sung [20]

- Quá trình được điều khiến bằng điện, không có bộ phận truyền động, do đó

chi phí bảo tri thap [20]

2.3.3.2 Nhược điểm

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là tiêu hao nhiều kim loại và chỉ

phí điện năng cao (Trần Văn Nhân — Ngô Thị Nga, 2006)

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

Theo Z Zaroual, M Azzi, N Saib va E Chainet (2005), hiéu qua cua qua trình

keo tụ điện hóa phụ thuộc vào các yếu tố:

- - Thời glan xử lý;

- - Mật độ dòng điện;

- _ Kim loại dùng làm điện cực;

SVTH: Tran Quéc Trang

23

- _ Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải;

- Khoảng cách giữa hai điện cực

2.3.5 Các công trình nghiên cứu về keo tụ điện hóa

2.3.5.1 Hiéu quả xử lý nước thải dệt nhuộm của hai phương pháp đông tụ điện

hóa và oxy hóa bằng hợp chất fenton

Do Nguyễn Thị Hường, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng thực hiện Được đăng trong tạp chí Khoa học và Công nghệ , Đại học Đà Nẵng năm

2009

Phương pháp nghiên cứu của đề tài: Bình điện phân có thể tích 500 zm/, điện

cực Al được mua ở thị trường Chế độ điện phân: mật độ dòng anode 0,5mA/dm’, ty

lệ dién tich anode:cathode = 2:1; khay trộn bằng may khuấy từ với tốc độ 1000 vong/phiit; ham long NaCl bé sung 14 0,5 g/L

Kết quả: sau khoảng thời gian 25 phút, hàm lượng COD gần như tách được

Phương pháp nghiên cứu của đề tài: thí nghiệm được thực hiện với 0.6 lít nước

thải; anode và cathode được làm bằng nhôm và sắt, được bố trí song song nhau và cách nhau 6,5cm; diện tích của điện cực là (9cm x 5 cm) 45 cm”, mật độ dòng điện

từ 348 — 631 A/m’

Kết quả: sau 30 phút xử lý thì hiệu suất loại bỏ COD đạt được 45% đối với

anode là nhôm và 33% đối với anode là sắt

SVTH: Tran Quéc Trang

24

Chương 3

PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện

Địa điểm thực hiện: đề tài được thực hiện tại Phòng Thí Nghiệm Xử Lý Nước

- Bộ môn Kỹ thuật môi trường - Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên -

Trường Đại học Cân Thơ

Thời gian thực hiện: Học kỳ Ì năm học 2010 — 2011

3.2 Đối tượng thí nghiệm

Nước thải thí nghiệm là nước thải lẫy từ đường dẫn nước thải của Công ty cổ

phần thủy sản Bình An (BIANEISHCO) từ 8h — 9h mỗi buổi sáng

Đặc điềm nước thải: có mùi tanh, màu đỏ nhạt, nhiêu chât lơ lửng và váng

Dia chi: L6 2.17 KCN Trà Nóc 2, Phường Phước Thới, Quận Ô Môn, TP

SVTH: Tran Quéc Trang

25

3.3 Bồ trí thí nghiệm

Sau khi tham khảo tài liệu, tôi quyết định tiến hành thí nghiệm bằng phương

pháp loại dần (vì lý do thời gian và kinh phí có giới hạn nên không thê tiến hành

bằng phương pháp tổ hợp) với các yếu tố thay đổi là: loại điện cực; thời gian lưu;

mật độ dòng và thể tích nước thải

Các thông số cô định trong quá trình thí nghiệm:

- - Theo Trần Văn Nhân —- Ngô Thị Nga (2002), khoảng cách tốt nhất giữa hai

điện cực là từ 1,5 — 2 cm Chọn cỗ định khoảng cách giữa hai điện cực là 2

cm;

- Cédinh nong độ muối là 1 mg/L

3.3.1 Thí nghiệm định hướng

Từ ngày 16 — 22/8/2010, tôi đã thực hiện một số thí nghiệm định hướng nhằm

xác định thời gian xử lý có hiệu quả để giảm bớt các biến số trong thí nghiệm Thí nghiệm không phân tích số liệu mà chỉ đánh giá bằng cảm quan (độ đục, chất rắn lơ lửng) Thí nghiệm với Š Ÿ/? nước thải, anode là nhôm, khoảng cách giữa hai điện cực

là 2 cm, cỗ định mật độ đòng 140 A⁄”, nồng độ muối là 1 mg/L Sau khi tiến hành

thí nghiệm và quan sát, tôi nhận thấy khoảng 90 phút thì nước bắt đầu trong hơn lúc đầu và nhìn thấy ít chất răn lơ lửng hơn, vì vậy tôi quyết định chọn thời gian khảo sát quanh 90 phút (70 - 110 phút)

Làm tương tự với thí nghiệm xác định mật độ dòng, tôi xác định được mật độ dòng tốt nhất là 140 A⁄ và quyết định khảo sát mật độ dòng quanh 140 A/⁄/

cm

P2

Hình 3.4 Nước thải đầu vào Hình 3.5 Nước sau xử lý 90 phút

SVTH: Tran Quéc Trang

26

3.3.2 Thí nghiệm 1: Xác định thời gian lưu tốt nhất

Tiến hành thí nghiệm với 5 lít nước thải với anode là nhôm; cỗ định mật độ

dòng 140 A/m: bố trí 3 lần lập lại, một nhân tố là thời gian với ba cấp độ 70, 90 và

110 phút để xác định thời gian lưu tốt nhất; Theo dõi các chỉ tiêu: pH; SS; COD; độ

đục; điện năng tiêu thụ; lượng kim loại hòa tan

3.3.3 Thí nghiệm 2: Xác định mật độ dòng tốt nhất

Tiến hành thí nghiệm với 5 // nước thải với anode là nhôm; cố định thời gian lưu tốt nhất (vừa xác định ở TN]); bố trí 3 lần lập lại, một nhân tổ là mật độ đòng

với ba cấp độ 120 — 140 — 160 Am“ nhằm xác định mật độ dòng tốt nhất Vì theo

Khemis et coll (2005) thì mật độ dòng tốt nhất là trong khoảng từ 100 — 300 Ai

Theo dõi các chỉ tiêu: pH; 5S; COD; độ đục; điện năng tiêu thụ; lượng kim loại hòa

tan

3.3.4 Thí nghiệm 3: Xác định thế tích tối đa có thể xử lý

Tiến hành thí nghiệm với 10 /# nước thải, anode là nhôm, cố định mật độ dòng

tốt nhất vừa xác định ở TN2; bố trí 3 lần lập lại, một nhân tố là thời gian với ba cấp

độ 70, 90 và 110 phút nhằm xác định thê tích tối đa có thê xử lý Theo dõi các chỉ

tiêu: pH; SS; COD; độ đục; điện năng tiêu thụ; lượng kim loại hòa tan

3.3.5 Thí nghiệm 4: Xác định thể tích tối đa có thể xử lý

Tiến hành thí nghiệm với 10 /# nước thải với anode là nhôm, cô định mật độ

dòng tốt nhất vừa xác định ở TN2; bố trí 3 lần lập lại, một nhân tố là thời gian với

hai cấp độ 70 và 90 phút nhằm xác định thẻ tích tối đa có thể xử lý Theo dõi các

chỉ tiêu: pH; SS; COD; độ đục; điện năng tiêu thụ; lượng kim loại hoa tan

3.3.6 Thí nghiệm 5: Xác định loại điện cực tốt nhất

Tiến hành thí nghiệm với 15 /⁄ nước thải; cố định mật độ dòng xác định được

ở TN2; thay đổi lần lược hai kim loại làm anode là nhôm và sắt; bố trí 3 lần lập lại,

một nhân tố là thời gian với bốn cấp độ 50, 70, 90 và 110 nhằm xác định loại kim

loại tốt nhất để làm anode Theo dõi các chỉ tiêu: pH; SS; COD; độ đục; điện năng tiêu thụ; lượng kim loại hòa tan

SVTH: Tran Quéc Trang

27