KHẢO sát một số yếu tố ẢNH HƯỞNG đến KHẢ NĂNG xử lý nước THẢI CHĂN NUÔI lợn đã QUA hầm KHÍ SINH học BẰNG KEO tụ điện hóa

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA MÔI TRƯỜNGKhóa Luận Tốt Nghiệp Cử Nhân Khoa Học Môi Trường KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN ĐÃ QUA HẦM

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA MÔI TRƯỜNG

Khóa Luận Tốt Nghiệp Cử Nhân Khoa Học Môi Trường

KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN ĐÃ QUA HẦM KHÍ SINH HỌC BẰNG KEO TỤ ĐIỆN HÓA

Nguyễn Ngọc Hướng

Khóa 37 (2013 – 2017)

Huế, 5/2017

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA MÔI TRƯỜNG

Khóa Luận Tốt Nghiệp Cử Nhân Khoa Học Môi Trường

KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN ĐÃ QUA HẦM KHÍ SINH HỌC BẰNG KEO TỤ ĐIỆN HÓA

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Ngọc Hướng

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Khắc Liệu

Huế, 5/2017BẢN CHỈNH SỬA SAU KHI CHẤM

Lời cảm ơn

Để hoàn thành khóa luận này, trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo PGS.TS Phạm Khắc Liệu đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong Khoa Môi Trường, trường Đại Học Khoa Học Huế

đã truyền đạt cho tôi kiến thức, những kinh nghiệm quý báu trong suốt bốn năm học vừa qua, cũng như trong thời gian thực hiện khóa luận Đặc biệt, tôi xin cảm ơn chị Phạm Thị Thanh (Học viên cao học khóa 2015) đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài khóa luận

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi

về cả vật chất và tinh thần, để tôi hoàn thành được đề tài khóa luận tốt nghiệp này

Huế, tháng 5/2017.

Sinh viên Nguyễn Ngọc Hướng

TÓM TẮT

Hầm khí sinh học (KSH) được biết đến như là một trong những phương phápthích hợp nhất để xử lý chất thải động vật, nhất là nước thải chăn nuôi lợn ở cácvùng nông thôn ở Việt Nam Tuy nhiên, nước thải sau hầm KSH vẫn còn chứa hàm

lượng lớn chất rắn lơ lửng, hợp chất hữu cơ và chất dinh dưỡng, có thể làm suygiảm chất lượng nước nguồn tiếp nhận Trong khóa luận này, việc xử lý COD, SS,màu, TP, NH4-N chứa trong nước thải chăn nuôi lợn sau hầm KSH bằng phươngpháp keo tụ điện hóa đã được nghiên cứu Nước thải đầu vào có chứa COD vớinồng độ dao động từ 393 – 749 mg/L, SS từ 94 – 438 mg/L, màu từ 2100 – 5840PCU, TP từ 27,8 – 50,2 mg/L và NH4-N từ 220,4 – 346,9 mg/L Hai cặp điện cực(+)Al|Al(-) và (+)Fe|Al(-) đã được thử nghiệm Đối với mỗi cặp điện cực, đã tiếnhành khảo sát ở các điều kiện khác nhau, bao gồm: pH, cường độ dòng điện, thờigian xử lý và khoảng cách giữa hai bản cực Kết quả cho thấy với cặp điện cực(+)Al|Al(-) hiệu quả xử lý tốt nhất thu được ở pH = 6, cường độ dòng điện 2,5 A,thời gian xử lý 25 phút, khoảng cách giữa hai bản cực là 1,5 cm Hiệu quả xử lýCOD đạt khoảng 80%, SS và màu trên 90% và TP gần như 100% Riêng NH4-N,hiệu quả xử lý không đáng kể chỉ khoảng 10% Với cặp điện cực (+)Fe|Al(-), hiệuquả xử lý tốt nhất thu được ở pH = 8, cường độ dòng điện 2,5 A, thời gian xử lý 35phút, khoảng cách giữa hai bản cực là 1,5 cm Tuy nhiên hiệu suất xử lý màu, SS,NH4-N thấp hơn khoảng 10% so với cặp điện cực (+)Al| Al(-).

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i Tóm tắt ii Mục lục iii

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vii

Danh mục các chữ viết tắt viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.2.1 Mục tiêu tổng quát 1

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1

1.3 Các nội dung nghiên cứu 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Nước thải chăn nuôi lợn và các phương pháp xử lý 3

2.1.1 Khái niệm và đặc tính nước thải chăn nuôi lợn 3

2.1.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam 5

2.2 Xử lý nước thải bằng keo tụ điện hóa 7

2.2.1 Giới thiệu chung về keo tụ điện hóa 7

2.2.2 Đặc điểm của phương pháp keo tụ điên hóa 7

2.2.3 Cơ chế keo tụ điện hóa 8

2.2.4 Ưu, nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa 11

Chương 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

3.1 Đối tượng nghiên cứu 13

3.2 Phương pháp nghiên cứu 13

3.2.1 Hệ thống thí nghiệm keo tụ điện hóa 13

3.2.2 Bố trí thí nghiệm 14

3.2.3 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 15

3.2.4 Phương pháp phân tích mẫu 16

3.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 17

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18

4.1 Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn sau hầm khí sinh học 18

4.2 Kết quả khảo sát keo tụ điện hóa nước thải với cặp điện cực (+)Al|Al(-) 19

4.2.1 Ảnh hưởng của pH 19

4.2.2 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện 21

4.2.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý 23

4.2.4 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai bản cực 24

4.3 Kết quả khảo sát keo tụ điện hóa nước thải với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) 26

4.3.1 Ảnh hưởng của pH 26

4.3.2 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện 28

4.3.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý 30

4.3.4 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai bản cực 32

4.4 So sánh hai cặp điện cực ở điều kiện thí nghiệm tốt nhất 33

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

5.1 Kết luận 39

5.2 Kiến nghị 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

PHỤ LỤC 42

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần nước thải ở một số trang trại lợn khu vực phía Bắc 4

Bảng 3.1 Mô tả bố trí các dãy thí nghiệm 14

Bảng 3.2 Thông tin các đợt lấy mẫu 16 Bảng 3.3 Tóm tắt các phương pháp phân tích mẫu 17 Bảng 4.1 Đặc điểm nước thải nuôi lợn sau hầm KSH 18 Bảng 4.2 Các điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH với cặp điện cực

Bảng 4.8 Các điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách

giữa hai bản điện cực với cặp điện cực (+)Al|Al(-) 25

Bảng 4.9 Hiệu quả keo tụ điện hóa với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các khoảng cách

giữa hai bản cực khác nhau 25

Bảng 4.10 Các điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH với cặp điện cực

(+)Fe|Al(-) 26

Bảng 4.11 Hiệu quả keo tụ điện hóa với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) ở các pH

khác nhau 27

Bảng 4.12 Các điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của cường độ dòng điện

với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) 28

Bảng 4.13 Hiệu quả keo tụ điện hóa với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) ở các cường độ

Bảng 4.16 Các điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách

giữa hai bản cực với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) 32

Bảng 4.17 Hiệu quả keo tụ điện hóa với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) ở các khoảng

cách giữa hai bản cực khác nhau 32

Bảng 4.18 Các điều kiện thí nghiệm xác định cặp điện cực tốt nhất 33 Bảng 4.19 Hiệu quả keo tụ điện hóa với hai cặp điện cực (+)Al|Al(-) và (+)Fe|Al(-)

ở các điều kiện thí nghiệm tốt nhất 33

Bảng 4.20 Lượng điện năng tiêu thụ và chi phí xử lý ở mỗi cặp điện cực 37 Bảng 4.21 So sánh ưu, nhược điểm của hai cặp điện cực 38

Hình 2.1 Mô hình điện hóa cơ bản 7 Hình 2.2 Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình điện hóa 9

Hình 3.1 Hình ảnh hệ thống thí nghiệm keo tụ điện hóa 13

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí mỗi dãy thí nghiệm 15

Hình 3.3 Vị trí lấy mẫu nước thải - Hồ sinh học số 1 sau hầm KSH 15

Hình 4.1 Màu sắc của mẫu nước thải nuôi chăn lợn sau hầm KSH 18

Hình 4.2 Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các pH khác nhau 20

Hình 4.3 Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các cường độ dòng điện khác nhau 22

Hình 4.4 Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các thời gian xử lý khác nhau 24

Hình 4.5 Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các khoảng cách giữa hai bản cực khác nhau 26

Hình 4.6 Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) ở các pH khác nhau 27

Hình 4.7 Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) ở các cường độ dòng điện khác nhau 29

Hình 4.8 Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) ở các thời gian xử lý khác nhau 31

Hình 4.9 Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Fe|Al(-) ở các khoảng cách giữa hai bản cực khác nhau 33

Hình 4.10 Hiệu quả xử lý nước thải của hai cặp điện cực ở điều kiện thí nghiệm tốt nhất 34

Hình 4.11 Nước thải sau xử lý với hai cặp điện cực 35

Hình 4.12 Lượng bông cặn tạo ra sau xử lý với hai cặp điện cực 35

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

APHA American Public Health Association (Hiệp Hội Y Tế

Cộng Đồng Hoa Kỳ)

BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxi hóa học)

PET Polyethylene terepphthalate (nhựa PET)

PTN Phòng thí nghiệm

SS Suspended Solids (Chất rắn lơ lửng)

Chương 1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi đã và đang có sự tăng trưởngnhanh cả về quy mô và giá trị, đóng góp quan trọng vào việc phát triển kinh tế nôngnghiệp và nông thôn ở nước ta Trong đó, đặc biệt ngành chăn nuôi lợn đang cónhững dịch chuyển nhanh chóng từ chăn nuôi nông hộ sang chăn nuôi trang trại,công nghiệp; từ chăn nuôi nhỏ lẻ lên chăn nuôi quy mô lớn Từ đó đáp ứng cơ bảnnhu cầu thực phẩm ngày càng cao của cả nước.

Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại, thì ngành chăn nuôi cũng đangnảy sinh rất nhiều vấn đề về chất lượng môi trường, đe dọa sức khỏe của cộng đồngdân cư địa phương và ảnh hưởng đến cả hệ sinh thái tự nhiên

Hiện nay, ở Việt Nam nước thải chăn nuôi lợn (NTCNL) chủ yếu được xử lýbằng hầm khí sinh học (hầm KSH) Tuy nhiên, do tính chất đặc trưng của nước thảichăn nuôi, sau quá trình này các thành phần gây ô nhiễm môi trường vẫn còn ở mứcrất cao Do đó việc tiếp tục xử lý nước thải sau KSH trước khi thải ra môi trường làhết sức cần thiết Có nhiều giải pháp kỹ thuật được triển khai nghiên cứu và ứngdụng, tùy theo quy mô Một trong số đó là giải pháp xử lý NTCNL bằng phươngpháp keo tụ điện hóa

Phương pháp này được đặc trưng bởi thiết bị đơn giản, dễ dàng hoạt động,giảm hoặc không sử dụng hóa chất, cũng như giảm lượng chất kết tủa Keo tụ điệnhóa đã được chứng minh là một phương pháp hiệu quả cho xử lý nhiều loại nướcthải Nó đã được thử nghiệm thành công trong xử lý nước thải đô thị, nước thải dệtnhuộm, nước thải gia cầm, nước rỉ rác, nước thải chế biến , nước thải nhà hàng,nước thải dệt nhuộm, nước thải nhà máy dầu ô liu, và nước thải giấy tái chế

[ CITATION Bon \l 1033 ] Mặc dù có một con số nghiên cứu khoa học ấn tượng về xử lýnước thải công nghiệp bằng keo tụ điện hóa Tuy nhiên, lại khá ít nghiên cứu đượcthực hiện trên đối tượng xử lý là nước thải chăn nuôi, cụ thể là NTCNL sau hầmKSH sử dụng quá trình keo tụ điện hóa, đặc biệt là các nghiên cứu về xác định cácđiều kiện tốt nhất cho quá trình xử lý này

Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài “Khảo sát một số yếu tố

ảnh hưởng đến khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn đã qua hầm khí sinh học bằng keo tụ điện hóa” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Tìm được điện cực thích hợp nhất cho xử lý nước thải sau khi qua hầmKSH

1.3 CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Lắp đặt, vận hành hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ điệnhóa dạng mẻ quy mô PTN

- Đánh giá hiệu quả xử lý NTCNL với hai cặp điện cực (+)Al|Al(-) và (+)Fe|Al(-) ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau gồm: pH, cường độ dòng điện, thời gian

xử lý, khoảng cách giữa hai bản cực

- Ở các điều kiện tốt nhất nhất đã xác định được, tiến hành so sánh hiệu quả

xử lý nước thải giữa hai cặp điện cực (+)Al|Al(-) và (+)Fe|Al(-)

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Quy mô nghiên cứu: nghiên cứu được thực hiện ở quy mô PTN

- Phạm vi thời gian: từ ngày 20/2/2017 đến 30/4/2017

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 2.1.1 Khái niệm và đặc tính nước thải chăn nuôi lợn

2.1.1.1 Khái niệm

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng, nướctắm vật nuôi Chỉ tính riêng với chăn nuôi lợn, nếu trung bình lượng nước thải ra 25lít/con lợn/ngày thì lượng nước thải ra một năm khoảng 85 triệu m3, một con sốđáng kể [2]

2.1.1.2 Đặc tính nước thải chăn nuôi lợn

Khi chăn nuôi tập trung, mật độ chăn nuôi tăng cao dẫn đến tải lượng vànồng độ chất ô nhiễm cũng tăng cao Cụ thể:

- Chất hữu cơ:

Trong thành phần chất rắn của nước thải thì thành phần hữu cơ chiếm 70 80% gồm các hợp chất hydrocacbon, proxit, axit amin, chất béo và các dẫn xuất củachúng có trong phân và thức ăn thừa Chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muốiclorua, SO42-

Nitơ và phốtpho:

Hàm lượng nitơ, phốtpho trong nước thải tương đối cao do khả năng hấp thụkém của vật nuôi Khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theophân và nước tiểu Theo thời gian và sự có mặt của oxy mà lượng nitơ trong nướctồn tại ở các dạng khác nhau NH4-N, NO2-, NO3-

Phốtpho được sinh ra trong quá trình tiêu thụ thức ăn của vật nuôi, lượngphốtpho chiếm 0,25 – 1,4%, và một ít trong nước tiểu, xác chết của vật nuôi Trongnước thải chăn nuôi phốtpho chiếm tỉ lệ cao, tồn tại ở các dạng orthophotphat(HPO42-, H2PO4, PO43-), metaphotphat (hay polyphotphat PO43-) và photphat hữu cơ

- Vi sinh vật:

Vi khuẩn điển hình như: E.coli, Streptococcus sp, Salmonella sp, Shigenla

sp, Proteus, Clostridium sp…đây là các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết

lỵ Các loại virus có thể tìm thấy trong nước thải như: corona virus, poio virus,

aphtovirus…và ký sinh trùng trong nước gồm các loại trứng và ấu trùng, ký sinh

trùng đều được thải qua phân, nước tiểu và dễ dàng hòa nhập vào nguồn nước[ CITATION Ngu \l 1033 ]

Theo kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi của Viện Công nghệMôi trường Hà Nội [ CITATION Việ \l 1033 ] cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở một sốtrại lợn khu vực phía Bắc là rất cao

Bảng 2.1 Thành phần nước thải ở một số trang trại lợn khu vực phía Bắc [ CITATION

Việ \l 1033 ]

pH T

( 0 C)

COD (mg/L)

TN (mg/L)

NH 4 -N (mg/L)

TP (mg/L)

SS (mg/L)

(Viện Công nghệ Môi trường Hà Nội, 2012)

Từ số liệu trong bảng 1.1 thấy rằng, nước thải chăn nuôi có thành phần ônhiễm rất cao, các thông số phân tích hầu hết có giá trị vượt nhiều lần so với Quychuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT, cột B)

2.1.1.3 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường

Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi phát triển với tốc độ rất nhanh,đặc biệt là chăn nuôi lợn do nhu cầu về thịt lợn của người tiêu dùng tăng mạnh Bêncạnh đấy là việc phát sinh ra các vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng

Nồng độ chất hữu cơ cao trong NTCNL khi xảy ra quá trình phân hủy sẽ làmgiảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước, gây thiếu ôxy cho các quá trình hô hấp của

hệ thủy sinh vật Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi trường phân hủy yếmkhí sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động xấu đến hệ sinh tháitrong vùng Khi các hệ sinh vật nước bị suy giảm sẽ gây mất cân bằng sinh thái, cảntrở quá trình tự làm sạch của sông, ao hồ Con người, động vật, thực vật gián tiếp sửdụng nguồn nước này cũng sẽ bị tác động và ảnh hưởng xấu Nhiều khu vực chănnuôi nước thải vẫn không qua hệ thống xử lý hoặc xử lý không triệt để mà thải trựctiếp ra môi trường bên ngoài (kênh rạch, sông, ao hay cống thoát nước chung củakhu vực) Gây ô nhiễm môi trường nước, không khí và đất trầm trọng [ CITATION Ngu2 \l 1033 ]

Ngoài ra, trong phân gia súc, gia cầm còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi trùnghoặc trứng giun sán Chúng sẽ là nguồn gây bệnh cho con người cũng như nhữngđộng vật khác

Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nướcngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gầnchuồng nuôi

Quá trình chuyển hóa urê trong nước tiểu động vật cũng góp phần đáng kểtrong việc gây ô nhiễm môi trường nước

Trong nước, nồng độ NO3- cao có thể gây độc hại cho con người Do trong

hệ tiêu hóa, ở điều kiện thích hợp NO3- chuyển thành NO2- có thể hấp thu vào máukết hợp với hồng cầu, ức chế chức năng vận chuyển ôxy của hồng cầu [ CITATION Ngu2 \l 1033 ]

2.1.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam

2.1.2.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi trên thế giới

Việc xử lý NTCNL đã được nghiên cứu triển khai ở các nước phát triển từcách đây vài chục năm Các công nghệ áp dụng cho xử lý nước thải chăn nuôi có tảitrọng ô nhiễm cao trên thế giới chủ yếu là các phương pháp sinh học do chúng cótính bền vững, thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên Ở các nước phát triển, quy

mô trang trại hàng trăm hecta, trong trang trại ngoài chăn nuôi lợn quy mô lớn (trên10.000 con lợn), phân lợn và chất thải lợn chủ yếu làm phân vi sinh và năng lượngbiogas cho máy phát điện, nước thải chăn nuôi được sử dụng cho các mục đíchnông nghiệp [ CITATION Ngu \l 1033 ]

Công nghệ đất ngập nước là công nghệ xử lý nước thải áp dụng các điều

kiện tự nhiên, thân thiện môi trường Công nghệ đất ngập nước đạt được những kếtquả tốt trong việc xử lý COD, BOD5, TSS, hiệu suất đạt được khá cao (trên 90%) Tuy nhiên, các thành phần dinh dưỡng như N, P, hệ thống vẫn chưa xử lý được triệt

để và cần phải có thời gian lưu nước dài Ngoài ra, công nghệ này còn có nhượcđiểm là đòi hỏi diện tích đất lớn, mà điều này chắc chắn là không mong muốn đốivới các chủ trang trại, thậm chí là bất khả thi trong tình hình áp lực về đất đai hiệnnay [ CITATION Ngu16 \l 1033 ]

Phương pháp kết tủa struvite với nồng độ MgSO4 1000 – 1500 mg/L, trongmôi trường kiềm có thể loại bỏ đồng thời cả amoni và phosphat Hiệu suất loại bỏphosphat cao nhất đạt được tại giá trị pH khoảng 9, trong khi đó, hiệu suất loại bỏamoni cao nhất đạt được tại giá trị pH khoảng 11 Ưu điểm của phương pháp này là

có thể tạo ra sản phẩm phân bón Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp là lượngMgSO4 sử dụng quá lớn, làm tăng chi phí xử lý [ CITATION Ngu16 \l 1033 ]

Ngoài ra, xử lý P trong NTCNL bằng phương pháp keo tụ đã được sử dụng

phổ biến, dựa trên nguyên tắc kết tủa phôtphat (đơn và một phần loại trùng ngưng)với các ion nhôm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp và chúngđược tách dưới dạng chất rắn

10Ca2+ + 6PO43- + 2OH- Ca10(PO4)6(OH)2

Al3+ + HnPO43-n AlPO4 + nH+

Fe3+ + HnPO43-n FePO4 + nH+Các hóa chất keo tụ phổ biến là muối nhôm Al2(SO4)3, vôi Ca(OH)2, muối sắtFeSO4, FeCl2 và ZrCl4 Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này đó là làm tăng chiphí do phải xử lý lượng bùn kết tủa và chi phí hóa chất sử dụng [ CITATION Ngu16 \l

1033 ]

Kỹ thuật phân hủy yếm khí từ lâu đã được áp dụng để xử lý NTCNL Phương

pháp này cho thấy hiệu quả xử lý và kinh tế hơn các phương pháp truyền thống như

sử dụng vùng đất ngập nước, chôn lấp hoặc hóa lý, hệ thống hiếu khí Nhìn chung,việc sử dụng phương pháp sinh học yếm khí đã làm giảm thiểu đáng kể BOD5,COD và SS trong nước thải chăn nuôi Tuy nhiên, các thành phần gây ô nhiễm môitrường như N, P vẫn còn ở mức cao và cần phải được xử lý tiếp trước khi thải ramôi trường [ CITATION Ngu16 \l 1033 ]

Một số mô hình xử lý hiếu khí và thiếu khí kết hợp đã được nghiên cứu áp

dụng trong việc xử lý nước thải chăn nuôi như hệ thống aeroten, hệ aeroten hoạtđộng gián đoạn SBR, hệ thiếu khí kết hợp hiếu khí, yếm khí kết hợp hiếu khí (AO)

và hệ yếm khí, thiếu khí kết hợp hiếu khí (A2O) Qua các kết quả nghiên cứu nhậnthấy nhược điểm của các phương pháp là khi tải lượng chất ô nhiễm đầu vào tăngcao thì nước thải sau xử lý không giảm được triệt để chất ô nhiễm Ngoài ra, việctách bùn rất khó thực hiện, đặc biệt là khi nồng độ bùn hoạt tính trong bể lớn, vàbùn dễ bị rửa trôi gây xáo trộn mật độ vi sinh trong bể, ảnh hưởng đến hiệu suất xử

lý [ CITATION Ngu16 \l 1033 ]

2.1.2.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi tại Việt Nam

Hiện nay có thể nói ở nước ta chưa có quy trình hoàn thiện nào được công bố

để xử lý nước thải chăn nuôi đạt tiêu chuẩn xả thải NTCNL từ các trang trại chủyếu mới chỉ được xử lý bằng hầm KSH và hồ sinh học Các phương pháp này mớichỉ xử lý được chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng, tuy nhiên yêu cầu thời gian lưu dài(20 – 30 ngày) và sử dụng diện tích đất lớn [ CITATION Ngu16 \l 1033 ]

Một nghiên cứu về hiệu quả xử lý NTCNL bằng hầm KSH quy mô hộ giađình ở Thừa Thiên Huế cho thấy việc sử dụng hầm KSH để xử lý NTCNL đã làmgiảm đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm Trung bình, COD giảm 84,7%, BOD5 giảm76,3%, SS giảm 86,1%, VSS giảm 85,4%, TKN giảm 11,8%, TP giảm 7,0% vàFecal coliform giảm 51,2% Tuy nhiên, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thảiđầu ra vẫn còn khá cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24:2009/BTNMT, cột B,TCN 678 - 2006) Đặc biệt đáng quan tâm là nồng độ các chất dinh dưỡng ở cácmẫu này rất cao, tiềm ẩn nguy cơ gây phú dưỡng khi xả thải vào các vực nước mặt

Do dó việc tiếp tục xử lý nước thải sau hầm KSH là hết sức cần thiết [ CITATION Phạ \l

1033 ]

Ngoài ra, các phương pháp xử lý khác như phương pháp sử dụng thực vậtthủy sinh, yếm khí UASB, yếm khí tiếp xúc, lọc sinh học, xử lý hiếu khí bằngaeroten đã được một số tác giả quan tâm nghiên cứu và tỏ ra có hiệu quả nhưnghầu hết mới chỉ dừng lại ở thực nghiệm, đề xuất về lý thuyết hoặc ứng dụng nếu cóchỉ ở qui mô nhỏ lẻ [ CITATION Ngu16 \l 1033 ]

Chính vì vậy có thể thấy rằng ở nước ta, một thực trạng là vấn đề xử lýnguồn nước thải ô nhiễm này thường bị bỏ qua hoặc bằng các biện pháp đơn lẻ,không hiệu quả và bền vững Hầu hết các hệ thống hiện nay được triển khai mộtcách đối phó, không đạt tiêu chuẩn thải, khi sử dụng những công nghệ đơn giản chỉphù hợp cho xử lý những nguồn nước thải có tải trọng ô nhiễm thấp vào áp dụngvới nguồn nước thải đặc thù này Nói cách khác các mô hình xử lý nước thải chănnuôi hiện nay tại nước ta mới đạt ở mức làm giảm tải trọng ô nhiễm chứ chưa đạtđược các tiêu chuẩn thải theo quy định của ngành chăn nuôi.

Nhìn chung, việc quản lý NTCNL đang gặp nhiều khó khăn Vì vậy cần cónhiều biện pháp tích cực kết hợp để quản lý và khắc phục vấn đề môi trường do chấtthải chăn nuôi gây ra

2.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG KEO TỤ ĐIỆN HÓA

2.2.1 Giới thiệu chung về keo tụ điện hóa

Trong những năm gần đây, keo tụ điện hóa (Electrocoagulation) đã đượcnghiên cứu như là một kỹ thuật thay thế cho các quy trình xử lý nước thải truyềnthống Kỹ thuật này là một phương pháp dựa trên sự keo tụ, tạo bông của các chất ônhiễm ở dạng nhũ tương hoặc hoà tan trong môi trường nước, trong đó dưới tácdụng của dòng điện thì 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+) vàotrong môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọtkhí ở cực âm [ CITATION Ngu1 \l 1033 ]

Kỹ thuật keo tụ điện hóa đã được áp dụng cho một số loại nước thải: dệtnhuộm, nước rỉ bãi rác, huyền phù sét và nước rỉ axit của đất bị nhiễm kim loạinặng Các kết quả xử lý nước thải đã chỉ ra rằng quá trình keo tụ điện hóa hiệu quả

để loại bỏ một loạt các chất gây ô nhiễm: tải trọng hữu cơ và kim loại độc hại nhưđồng, crôm, thủy ngân, chì, cadmium và một số trường hợp để loại bỏ tảo và vi sinhvật, làm giảm độ đục và màu của nước thải [ CITATION Ngu1 \l 1033 ]

Một mô hình điện hóa cơ bản thường bao gồm nguồn điện, các điện cực vàbình phản ứng như hình 2.1

Hình 2.1 Mô hình điện hóa cơ bản.

2.2.2 Đặc điểm của phương pháp keo tụ điên hóa

Theo Ramesh Babu [ CITATION RRa \l 1033 ], phương pháp keo tụ điện

hóa có các đặc điểm sau đây:

- Dòng điện được sử dụng trong phương pháp keo tụ điện hóa là dòng điệnmột chiều

- Các điện cực dương được sử dụng thường là bằng nhôm hoặc sắt Tùy vàogiá trị pH và đặc tính của nước thải ở từng trường hợp cụ thể mà xác định xem điệncực nào là cực dương, điện cực nào là cực âm

- Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vậnhành 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 tiếpxúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất

- Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầuvào liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải chỉ được nạp một lần (theomẻ)

- Keo tụ điện hóa là phương pháp giao thoa giữa ba quá trình: điện hóa học,keo tụ, tuyển nổi điện phân

2.2.3 Cơ chế keo tụ điện hóa

2.2.3.1 Cơ chế chung

Cơ chế chung của quá trình điện hóa như ta đã biết là sử dụng dòng điện mộtchiều, quá trình oxi hóa và khử sẽ xảy ra ở catot và anot Theo [ CITATION LýT \l

1033 ], các quá trình xảy ra ở hai cực anot và catot như sau:

Ở anot : Trên anot xảy ra quá trình oxi hóa anion hoặc OH- hoặc chất làmanot

- Nếu thế phóng điện của anion và OH- (cặp OH-/O2) lớn hơn thế cân bằngcủa kim loại làm anot thì anot sẽ tan ra (quá trình này sẽ được ứng dụng trongphương pháp đông tụ điện hóa)

- Anot thường làm bằng các vật liệu không hòa tan, và có tính chất điện phânnhư: graphit, macnetit, dioxyt chì, dioxyt mangan,

Ở catot:

Khi cho dòng điện đi qua dung dịch thì cation và H+ sẽ tiến về bề mặt catot.Nếu thế phóng điện của cation lớn hơn của H+ thì cation sẽ thu electron của catotchuyển thành các ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực.

Mn+ + me = Mn-m ( n >m)

Mn+ + ne = M

Ngược lại thì: 2H3O+ + 2e = H2 + 2H2O

Catot thường được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hayniken, từ than chì (graphit), thép không rỉ, và các kim loại khác được phủ lớpmolipden, vonfram hay hợp chất của chúng

Có thể được tóm tắt quá trình loại bỏ chất ô nhiễm bằng điện hóa qua cácbước sau, chúng được cụ thể hóa trong hình 2.2

(1) Oxy hóa điện cực anot và giải phóng các cation kim loại vào trong dungdịch

(2) Các electron di chuyển và tạo dòng điện, tạo ra sự di chuyển của các ionđiện tích và chất keo bẩn theo hướng ngược lại làm mất ổn định của điện tích trongdung dịch

(3) Sự va chạm và tương tác giữa các phần tử di chuyển tạo ra sự keo tụ.(4) Sự hút bám các chất rắn, chất keo và các chất bẩn khác ở các thành phầnkeo tụ, tạo thành các cặn lớn hơn

(5) Sự phân tách các bông cặn bởi quá trình lắng hoặc tuyển nổi do các bọtkhí hydro tạo ra từ catot

Hình 2.2 Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình điện hóa.

2.2.3.2 Cơ chế với điện cực sử dụng Fe hoặc Al làm anot

Theo Holt [ CITATION Hol \l 1033 ], khi cho dòng điện một chiều đi qua

các điện cực thì tại cực dương sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại Do đó, các điện

cực dương được làm bằng nhôm hoặc sắt thì quá trình này sẽ giải phóng ra cáccation (Fe3+ hoặc Al3+) Các cation này sẽ di chuyển vào trong môi trường nước thải.

Những cation (Fe3+ hoặc Al3+) sẽ kết hợp cùng với nhóm hidroxyl và tạothành các hidroxit (Al(OH)3, Fe(OH)3) là những chất keo tụ phổ biến trong xử lýnước thải Các chất keo tụ này sẽ tác dụng vào các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước

và liên kết với nhau tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn [ CITATION Trầ \l

1033 ]

Bên cạnh đó, việc các phản ứng điện phân đã xảy ra và tạo ra các bọt khí tạicực âm Các bọt khí này thường là khí H2 và chúng có xu hướng đi lên mặt thoángcủa bể keo tụ điện hoá Trên đường đi của các bọt khí này chúng sẽ bám vào cácbông keo đã được tạo ra ở trên và mang chúng theo lên mặt thoáng của bể

Trong khi đó, các bông keo có kích thước lớn và nặng hơn thì sẽ lắng xuốngphía dưới đáy bể Trên quỹ đạo lắng của các bông cặn này chúng sẽ va chạm và kếtcụm với các bông cặn khác, như thế quá trình lắng sẽ diễn ra tốt hơn [ CITATIONLêH \l 1033 ] Nước thải sau xử lý sẽ được thu hồi sau các quá trình này (lắng vàtuyển nổi)

 Các phản ứng điện phân xảy ra ở các điện cực

 Các phản ứng chính:

Các điện cực làm bằng sắt hoặc nhôm sinh ra các chất keo tụ vào trongnước Khi cho dòng điện một chiều đi từ cực dương sang cực âm, dưới tác dụngcủa dòng điện thì anot sắt và nhôm sinh ra các cation hòa tan theo công thức (1) và(2):

Xảy ra quá trình oxi hoá Al, Fe tạo thành ion Fe2+ (hoặc Fe3+) và Al3+

Fe (rắn) → Fen+ (dung dịch) + ne(1)

-Al (rắn) → -Al3+ (dung dịch) + 3e(2)

-Khi phản ứng điện hóa xảy ra ở môi trường lỏng, điện cực sắt có thể hòa tanthành Fe2+ hoặc Fe3+, riêng điện cực nhôm chỉ tạo thành Al3+ Fe2+ có thể bị oxy hóatiếp thành Fe3+ theo công thức (3) nếu thế oxy hóa khử và pH phù hợp Để đạt tốc độphản ứng thích hợp, cần có oxy và pH trung tính hoặc kiềm

4Fe2+ (dung dịch) + 10H2O + O2 → 4Fe(OH)3 (rắn) + 8H+

2H+ + 2e- → H2↑ (5)

Ở pH cao, nhôm hòa tan thành aluminat:

2Al + 6H2O + 2OH-(dung dịch) → 2[Al(OH)4]-(dung dịch) + 3H2↑ (6)

- pH trên bề mặt catot tăng do sự hình thành OH- theo công thức (4) hoặc bởiquá trình tiêu thụ ion/ proton H+ theo công thức (5)

- Quá trình khử kim loại xảy ra ở catot

 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc vận hành bể keo tụ điện hóa

Theo Trần Hiếu Nhuệ [ CITATION Trầ \l 1033 ], các yếu tố ảnh hưởng đếnquá trình hoạt động của bể keo tụ điện hoá:

- Độ pH: đối với cực tan là nhôm thì khi pH < 4,5 thì không xảy ra quá trìnhthủy phân Khi pH > 7,5 làm cho muối kiềm kém tan ít đi và hiệu quả keo tụ bị hạnchế Trong trường hợp này thì hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5 -7,5.Đối với trường hợp cực tan là sắt thì phản ứng xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kếttủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 - 6,5

- Vật liệu các điện cực (tan hoặc không tan): tốt nhất là các điện cực dươngbằng nhôm hay sắt, còn điện cực âm thì là kim loại khác nhôm hoặc sắt và phảiđứng sau nhôm hoặc sắt trong dãy điện hóa

- Mật độ dòng tỷ lệ với số lượng phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt điệncực Mật độ dòng được xác định theo công thức (7):

J = 2 S I (mA/cm2) (7)

Trong đó:

I: cường độ dòng diện qua điện cực (mA)S: diện tích diện cực (cm2)

J: đại lượng đặc trưng cho tốc độ phản ứng điện hóa, mật độ dòng

- Thời gian phản ứng hoặc điện tích thêm vào trên một đơn vị thể tích tỷ lệvới lượng bông cặn sinh ra trong hệ thống điện hóa và các phản ứng khác xảy ratrong hệ thống

- Thế điện hóa quyết định loại phản ứng xảy ra trên bề mặt điện cực

- Nồng độ ô nhiễm ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý (các loại nước thải cóthành phần như dầu, mỡ cao thì hiệu suất xử lý cao)

- Nồng độ anion: như sulphate hoặc flouride, ảnh hưởng đến cấu trúc củahydroxit bởi vì chúng có thể thay thế các ion hydroxit trong quá trình kết tủa

- Nhiệt độ: đối với cực tan là nhôm thì nhiệt độ của nước cao, tốc độ keo tụxảy ra nhanh chóng, hiệu quả keo tụ đạt được càng cao Độ đục của nước càng cao,thì ảnh hưởng của nước càng rõ rệt Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng cực tan là

nhôm vào khoảng 20 - 400C, tốt nhất là 35 - 400C Đối với cực tan là sắt thì khithuỷ phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ, vì vậy nhiệt độ của nước gần bằng 00C vẫn

có thể dùng phèn sắt làm chất keo tụ

- Các thông số khác: như điều kiện thủy động và khoảng cách các điện cực,

có thể ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý và lượng điện tiêu thụ

2.2.4 Ưu, nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa

2.2.4.1 Ưu điểm:

Theo Holt [ CITATION Hol \l 1033 ], phương pháp keo tụ điện hoá có các

ưu điểm sau:

- Thiết bị dùng trong bể keo tụ điện hóa rất đơn giản, dễ dàng vận hành

- Bông cặn được hình thành dễ dàng, có khả năng cô đặc bùn tốt

- Có thể loại bỏ nhiều thành phần khác nhau trong nước thải như: chất rắn lơlửng nhỏ, độ màu, độ đục, kim loại nặng… có trong nước thải

- Có thể loại bỏ khoảng 95-99% các kim loại nặng trong nước thải

- Bọt khí sinh ra trong quá trình tuyển nổi nâng theo các chất lơ lửng, bôngcặn lên bề mặt bể để loại bỏ dễ dàng bằng các thiết bị gạt váng

- Có thể loại bỏ được các ion hòa tan trong nước thải và tạo thuận lợi cho quátrình keo tụ

- Không sử dụng hóa chất nên không gây dư thừa hóa chất rồi tốn hóa chấtkhác để trung hòa

- Thiết bị điện cực của điện hóa hay bị thụ động sau thời gian phản ứng

- Keo tụ điện hóa là quá trình dị thể, tốc độ phản ứng phụ thuộc nhiều vàothành phần dung dịch và mật độ dòng điện Dung dịch dẫn điện kém nên tiêu tốnnăng lượng và chất dẫn điện

Chương 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu trong khóa luận này là NTCNL đã qua hầm KSH từtrang trại chăn nuôi lợn Agri (quy mô 6000 con) ở huyện Quảng Điền, tỉnh ThừaThiên Huế

3.2.1 Hệ thống thí nghiệm keo tụ điện hóa

Hệ thống thí nghiệm keo tụ điện hóa quy mô PTN sử dụng trong khóa luận được

mô tả ở hình 3.1

Hình 3.1 Hình ảnh hệ thống thí nghiệm keo tụ điện hóa.

- Một số bộ phận và thiết bị chính của hệ thống thí nghiệm như sau:

+ Bể phản ứng là cốc thủy tinh thể tích 1L (trong đó thể tích nước thải thínghiệm là 800 mL)

+ Các bản cực được chế tạo với kích thước đồng nhất 9 cm x 2,5 cm x 0,2mm

+ Máy khuấy từ Wisestir MSH - 20A, tốc độ khuấy tối đa là 1.500vòng/phút Khi bắt đầu keo tụ điện hóa, tiến hành khuấy với tốc độ 300 – 450 vòng/phút trong 10 – 15 phút đầu nhằm khuấy trộn, phân bố đều các cấu tử keo tụ trongcốc, đồng thời phá vỡ sự ổn định của các hệ keo trong nước thải Sau đó tắt máykhuấy, để quá trình keo tụ, tạo bông diễn ra tự nhiên và quá trình lắng, tuyển nổiđược hiệu quả

+ Bộ điều chỉnh dòng điện: được chế tạo theo đơn đặt hàng tại Trường CaoĐẳng Công Nghiệp Huế, hiệu điện thế tối đa là 35 V Nguyên tắc điều chỉnh: thayđổi giá trị hiệu điện thế thông qua việc sử dụng nút xoay trên thiết bị để điều chỉnhcường độ dòng điện đến giá trị cần khảo sát

3.2.2 Bố trí thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: pH, cường độ dòngđiện (hay chính là mật độ dòng điện), thời gian xử lý, khoảng cách giữa hai bản cựcđến hiệu quả xử lý

AnotCatot

Nguồn điện

Máy điều chỉnh Tốc độ khuấy

Máy điều chỉnh

cường độ dòng điện

Ống hút mẫusau xử lý

- Các dãy thí nghiệm theo từng yếu tố khảo sát được mô tả tóm tắt ở bảng3.1.

Bảng 3.1 Mô tả bố trí các dãy thí nghiệm Yếu tố khảo sát Các mức giá trị thay đổi thí nghiệm khác Các điều kiện

- Lặp lại 2-3 lần cho mỗi thí nghiệm và lấy giá trị trung bình

- Ở mỗi dãy thí nghiệm, sử dụng cùng một mẫu nước thải đầu vào – là

NTCNL sau hầm KSH đã để lắng tự nhiên ít nhất 12h, gạn lấy phần trên

- Mỗi dãy thí nghiệm được bố trí theo sơ đồ ở hình 3.2

TN 1 3

TN 2 2

TN 3 1

TN 1 3

TN 2 2

TN 3 1

TN 1 3

TN 2 2

TN 3 1

Yếu tố khảo sát

Giá trị Giá trị

Giá trị Giá trị

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí mỗi dãy thí nghiệm.

3.2.3 Lấy mẫu và bảo quản mẫu

3.2.3.1 Mẫu nước thải đầu vào thí nghiệm

- Các mẫu nước thải được lấy theo TCVN 5999:1995 [ CITATION Tiê \l 1033 ]

- Mẫu nước thải đầu vào lấy tại hồ sinh học số 1 sau hầm KSH Vị trí lấymẫu được mô tả ở hình 3.3

Hình 3.3 Vị trí lấy mẫu nước thải – Hồ sinh học số 1 sau hầm KSH.

- Thời gian lấy mẫu: đã có 5 đợt lấy mẫu với thời gian và điều kiện thời tiếtcho ở bảng 3.2

Bảng 3.2 Thông tin các đợt lấy mẫu

Đợt 1 (21/2/2017)

Đợt 2 (2/3/2017)

Đợt 3 (12/3/2017)

Đợt 4 (21/3/2017)

Đợt 5 (27/3/2017)

Thời tiết Trời nắng Trời mưa nhỏ Trời râm Trời nắng Trời mưa nhỏ

- Mẫu được chứa trong chai nhựa PET (30 Lít), được bảo quản lạnh trongquá trình vận chuyển và lưu giữ trong tủ lạnh ở PTN

- Đối với một dãy thí nghiệm (xác định giá trị tốt nhất với một thông số),mẫu nước thải được lấy cùng ngày, cùng giờ và cùng địa điểm được sử dụng

3.2.3.2 Mẫu nước thải sau thí nghiệm xử lý

- Ở tất cả các thí nghiệm, mẫu nước thải sau xử lý được để lắng 10 phút,trước khi được hút ra bằng ống bóp cao su thông qua ống nhựa đã đặt sẵn ở trongcốc (nhằm hạn chế quá trình khuấy trộn khi lấy mẫu) Thể tích mẫu lấy ra là 300mL.

- Mẫu sau đó được lưu giữ trong các ống nhựa ly tâm và được bảo quảntrong tủ lạnh

3.2.4 Phương pháp phân tích mẫu

- Các thông số đều được phân tích theo các phương pháp tiêu chuẩn củaAPHA tại PTN Môi trường cơ sở, Khoa Môi trường (trừ thông số màu được đo tạiPTN trường Cao Đẳng Công Nghiệp Huế)

- Phương pháp phân tích các thông số được mô tả ở bảng 3.3

Bảng 3.3 Tóm tắt các phương pháp phân tích mẫu

Thông

Tài liệu tham khảo

pH Đo thế dùng điện cực thủytinh - ECO Sense pH100A của nhà sảnHướng dẫn

xuất

COD Bicromat - Trắc quang

(SMEWW 5220 D)

- SpectrophotometerGENESYS 10S UV-VIS

- Máy phân hủy mẫuVELP ECO 25

[ CITATION APH \l 1033 ]

NH 4 -N Trắc quang với thuốc thử

OPP

- SpectrophotometerGENESYS 10S UV-VIS

[ CITATION Jot \

l 1033 ]

TP

Phương pháp Persulfat(SMEWW4500.P.B&E:2012

)

- SpectrophotometerGENESYS 10S UV-VIS

- Bếp đun

[ CITATION APH \l 1033 ]

- Sử dụng máy đo màu HI

83099, Hãng HANNAINSTRUMENTS

Hướng dẫncủa nhà sảnxuất

3.2.5 Phương pháp xử lý số liệu

- Các số liệu thu nhận từ thí nghiệm được xử lý, tính toán bằng phần mềm

MS Excel

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 ĐẶC ĐIỂM NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU HẦM KHÍ SINH HỌC

Về cảm quan, tất cả các mẫu nước thải sau hầm KSH từ trangtrại Agri đều có màu đen sẫm, mùi hôi Hình 4.1 cho thấy, màu sắcđen sẫm của một mẫu nước thải đầu ra sau hầm KSH

Hình 4.1 Màu sắc của mẫu nước thải nuôi lợn sau hầm KSH.

Kết quả phân tích các mẫu NTCNL sau hầm KSH lấy về làmđầu vào thí nghiệm keo tụ điện hóa được trình bày ở bảng 4.1

Bảng 4.1 Đặc điểm nước thải nuôi lợn sau hầm KSH

Khoảng giá trị

TB ± s (n = 8)

QCVN 40:2011/

BTNMT (Cột B)

QCVN 62:2016/ BTNMT (Cột B)

Ghi chú:

TB: giá trị trung bình; s:độ lệch chuẩn; KQĐ: Không quy định

QCVN 40:2011/BTNMT : Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 62:2016/BTNMT: Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi.

Nhận xét: Nhìn chung, nước thải đầu ra sau hầm KSH có hàm lượng chất ô

nhiễm cao Các thông số cơ bản của nước thải sau hầm KSH đều vượt các giá trịquy định trong quy chuẩn nhiều lần, cụ thể như sau:

So với QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)

+ Nồng độ COD vượt hơn 3 lần

+ Nồng độ chất dinh dưỡng cao, vượt 30 lần (đối với NH4-N) và vượt gần 6lần ( đối với TP)

+ Hàm lượng chất rắn lơ lửng vượt 2 lần và màu vượt 23 lần

So với QCVN 62:2016/BTNMT (cột B)

+ Nồng độ COD và SS vượt không đáng kể (lần lượt là 1,6 lần và 1,4 lần).+ Các thông số khác (màu, TP, NH4-N) không được quy định trong quychuẩn nhưng có nồng độ ô nhiễm khá cao Kết quả so sánh cho thấy, nước thải đầu

ra của hầm KSH không đủ tiêu chuẩn thải vào môi trường Với nồng độ chất ônhiễm cao, nước thải này sẽ góp phần làm suy giảm chất lượng môi trường củanguồn tiếp nhận Trong đó, nguy cơ gây phú dưỡng nguồn nước là rất lớn

4.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT KEO TỤ ĐIỆN HÓA NƯỚC THẢI VỚI CẶP ĐIỆN CỰC (+)Al|Al(-)

4.2.1 Ảnh hưởng của pH

pH dung dịch là một thông số chính trong phản ứng điện hóa Nó ảnh hưởngđến độ dẫn điện của dung dịch, độ hòa tan điện cực, các loại hydroxit và thế điệnhóa của các chất ô nhiễm Các cation, hydroxit nhôm làm cho các chất bẩn mất ổnđịnh Các loại bông cặn keo tụ hiệu quả được hình thành trong môi trường pH acid,trung tính và kiềm yếu

Để tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH lên quá trình xử lý Cácđiều kiện khảo sát được trình bày ở bảng 4.2

Bảng 4.2 Các điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH với cặp điện cực

Bảng 4.3 Hiệu quả keo tụ điện hóa với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các pH

COD SS Màu TP NH4-N

Từ hình 4.2, ta thấy rằng khi tăng pH từ 4 lên 7, hiệu suất xử lý COD, SS,

TP, NH4-N đều có xu hướng tăng và đạt giá trị tốt nhất tại pH = 6, sau đó giảm dần

ở pH = 7 Mặc khác, hiệu suất xử lý màu tăng khi pH tăng từ 4 lên 5, sau đó giảmdần ở pH 6 và 7, tuy nhiên mức giảm không đáng kể

Điều này có thể được giải thích như sau: Trong môi trường axit, nhôm bị hòatan và tồn tại dưới dạng ion Al3+ và Al(OH)2 theo các phản ứng (8) và (9):

3H+ + Al(OH)3 = Al3+ + 3H2O (8)

Al3++ 2H2O → Al(OH)2+ + 2H+ (9)

Cơ chế keo tụ trong môi trường axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép [ CITATION BDW \l

1033 ] Do vậy, để đạt hiệu quả keo tụ tốt nhất thì phải cần một lượng rất lớn ion Al3+

và Al(OH)2+