Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp keo tụ điện hóa

Trong nghiên cứu này, nước thải của hoạt động chế biến thủy sản được nghiên cứu xử lý bằng phương pháp keo tụ điện hóa với các điện cực kim loại hòa tan. Mẫu nước thải nghiên cứu được lấy tại một số khu vực hoạt động chế biến thủy sản ở thành phố Đà Nẵng.

UED Journal of Sciences, Humanities & Education – ISSN 1859 - 4603 TẠP CHÍ KHOA HỌC Xà HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC Nhận bài: 10 – 01 – 2015 Chấp nhận đăng: 25 – 03 – 2015 http://jshe.ued.udn.vn/ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HĨA Nguyễn Thị Hường Tóm tắt: Nước thải hoạt động chế biến thủy sản thường chứa hàm lượng lớn chất hữu cần phải xử lý Trong nghiên cứu này, nước thải hoạt động chế biến thủy sản nghiên cứu xử lý phương pháp keo tụ điện hóa với điện cực kim loại hòa tan Mẫu nước thải nghiên cứu lấy số khu vực hoạt động chế biến thủy sản thành phố Đà Nẵng Các thông số ảnh hưởng đến hiệu tách loại COD mật độ dòng điện, pH dung dịch xử lý, tốc độ khuấy trộn khảo sát Kết nghiên cứu cho thấy, mật độ dòng 1mA/cm2 hiệu suất tách loại COD cao 80%; pH dung dịch tối ưu cho việc đảm bảo ổn định hệ keo, đạt hiệu suất tách COD cao; nhiệt độ từ 30 – 400C thực bơm lọc tuần hoàn nước thải cải thiện hiệu xử lý Từ khóa: keo tụ điện hóa; nước thải thủy sản; điện cực Al hòa tan; khử COD; hệ keo Giới thiệu Xử lý nước thải công nghiệp nói chung ln vấn đề nhà khoa học quản lý quan tâm chưa thể giải cách triệt để Việt Nam Do đặc thù công nghệ sản xuất, nước thải số ngành cơng nghiệp có mức độ nhiễm cao cần phải xử lý trước xả thải môi trường Trong nhiều hoạt động công nghiệp phát triển mạnh, hoạt động đánh bắt, chế biến thủy sản mang lại nhiều lợi nhuận cho thành phố ven biển Đà Nẵng Sản lượng đánh bắt hàng năm từ 37 – 40 nghìn Với 40 doanh nghiệp lớn, nhỏ đia bàn thành phố hoạt động lĩnh vực chế biến, xuất thủy hải sản giải cho 15.000 người lao động, tạo nguồn lợi lớn cho thành phố Đà Nẵng, làm sở để Thành phố Đà Nẵng phấn đấu trở thành trung tâm nghề cá mạnh nước [1] Tuy nhiên, phát triển nhanh hoạt động khai thác, chế biến thủy sản làm gia tăng ô nhiễm môi trường Nước thải thủy sản với đặc trưng nhu cầu oxi hóa hóa học (COD), nhu cầu oxi hóa sinh học (BOD), tổng chất rắn lơ lửng (TSS) cao đặc biệt mùi thối khó xử lý làm tăng * Liên hệ tác giả Nguyễn Thị Hường Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Email: huongdhsp1968@gmail.com Điện thoại: 0905888716 thêm nhiễm Có nhiều phương pháp xử lý nước thải thủy sản nghiên cứu phương pháp sinh học, keo tụ, tuyển nổi… song chưa thể xử lý triệt để [1] Việc lựa chọn phương pháp thích hợp vấn đề cần quan tâm Trong phương pháp này, phương pháp keo tụ điện hóa có nhiều ưu điểm kết hợp đồng thời hai trình keo tụ tuyển nên hiệu xử lý cao; trình dễ tự động hóa; có khả khử khuẩn, khử mùi Bài báo trình bày số kết thu sử dụng phương pháp keo tụ điện hóa xử lý nước thải công nghiệp chế biến thủy sản địa bàn thành phố Đà Nẵng Phương pháp xử lý cho kết khả quan Thực nghiệm Mẫu nước thải lấy khu Công nghiệp Thủy sản Thọ Quang, thành phố Đà Nẵng Điện cực anode cathode sử dụng Al mua thị trường Công ty VIJALCO Mẫu nhôm tẩy dầu mỡ, đánh bóng dung dịch HNO3 đậm đặc thời gian 1-2 phút, rửa trước lần điện phân Thể tích mẫu nước thải lít Để tăng khả dẫn điện dung dịch, 0,5 g/l NaCl thêm vào mẫu nước thải trước xử lý Khoảng cách hai điện cực cố định từ đến cm Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 5, số (2015), 7-10 | Nguyễn Thị Hường Nguồn điện chiều lấy từ chỉnh lưu loại LIOA Dùng điện trở chạy để điều chỉnh mật độ dịng điện Mạch điện phân thể Hình tách loại COD Hiệu suất tách loại COD thay đổi theo mật độ dòng điện thể Hỡnh 90 Hiệu suất tá ch loạ i COD (%) 80 70 60 50 40 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Mật độ dòng điện (A/dm ) Hình Sơ đồ mạch điện phân xử lý (1) ampe kế; (2) biến trở; (3) điện cực anode; (4) điện cực cathode; (5) dung dịch điện phân Nguyên tắc phương pháp keo tụ điện hóa tóm tắt sau: có dịng điện qua bình điện phân (với điện cực anode nhơm), phản ứng hịa tan anode nhôm sau: Al = Al3+ + 3e Đồng thời với q trình hịa tan Al giải phóng O2 theo phản ứng H2O = O2 + 4H+ + 4e- pH  OH- = O2 + H2O + 4e- pH > Ở cathode trình điện phân nước 2H2O + 2e = H2 + 2OH3+ Al sinh điện cực anode tạo thành dạng keo nhôm, keo tụ chất màu hữu dòng thải Đồng thời với q trình tạo keo nhơm khí O2, H2 hai điện cực [2] Phương pháp xác định số nhu cầu oxy hóa học (COD) xác định phương pháp permanganate kali Hiệu suất xử lý xác định công thức sau: H= CODt − CODs (%) CODt Với CODt, CODs nồng độ COD nước thải trước xử lý sau xử lý Chỉ tiêu COD lựa chọn để khảo sát, tìm điều kiện tối ưu trình điện phân xử lý Hiệu suất tách loại BOD5, TSS, độ đục, pH đánh giá sau có điều kiện tối ưu Mẫu nước thải gửi phân tích Phịng Mơi trường, Đài khí tượng Thủy văn khu vực III Đà Nẵng Kết quả, thảo luận Hình Quan hệ mật độ dịng điện hiệu suất tách COD Kết Hình cho thấy hiệu suất tách loại COD tăng dần tăng mật độ dòng điện Ở mật độ dòng A/dm2 cho hiệu suất cao Tiếp tục tăng mật độ dòng, hiệu suất tách loại COD lại giảm Điều giải thích sau: Ở mật độ dòng điện thấp, lượng ion Al3+ tạo đơn vị thời gian nhỏ, đồng thời lượng sản phẩm thủy phân sinh Al(OH)2+, kết tủa nhơm hydroxit nên số va chạm keo nhôm chất thải nhỏ Kết lượng chất thải bị keo tụ [2,3,4] Ở mật độ dịng điện cao, keo nhơm tạo nhiều nên hấp phụ nhanh chất bẩn dung dịch Ngoài ra, mật độ dịng điện cao điện trường dung dịch điện phân lớn (điện thùng điện phân cao) nên phân tử chất hữu bị phân cực mạnh Keo nhơm tích điện dương kích thước nhỏ di chuyển nhanh sang cathode tương tác tĩnh điện với đầu phân cực âm làm giảm độ bền tập hợp chúng nên hấp phụ keo tụ dễ dàng Sự khí mạnh làm tăng tốc độ khuếch tán phần tử tương tác [2,3] Tuy nhiên, tăng mật độ dòng anode lên cao (lớn 1A/dm2) hiệu suất tách loại COD giảm Hiện tượng giải thích: điện cực Al nhanh chóng cách điện tạo lớp Al2O3, giảm tạo thành keo nhơm Dung dịch nhanh chóng nóng lên lại làm tăng điện trở dung dịch Điện lượng chuyển qua mạch điện phân chủ yếu để thoát khí H2 O2 Như vậy, mật độ dịng điện làm việc 1,0A/dm2 cho hiệu suất tách loại COD lớn 3.2 Hiệu suất khử COD theo thời gian Mẫu nước thải xử lý điện phân với mật độ dòng 1,0 A/dm2, hiệu suất tách loại COD ghi lại theo thời gian điện phân Kết thể Hình 3.1 Mối quan hệ mật độ dịng điện hiệu suất u st t¸ ch lo¹ i COD (%) 100 90 80 ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 5, số (2015) , 7-10 Tóm lại, nhiệt độ làm việc từ 30 ÷ 40oC thích hợp cho keo tụ điện hóa với nhơm hịa tan anode cơng nghệ xử lý nước thải thủy sản chứa chất hữu HiƯu st t¸ ch lo¹ i COD (%) 100 Hình Sự thay đổi hiệu suất khử COD - thời gian (phút) 80 60 40 20 30 40 50 60 o NhiƯt ®é dung dÞch ( C) Kết Hình cho thấy thời gian điện phân cho hiệu suất cao khoảng 20 - 30 phút Tiếp tục điện phân, hiệu suất tách COD lại giảm Thời gian điện phân lớn tạo keo nhiều làm cho không gian va chạm keo chất thải hữu bị hạn chế Đồng thời tăng thời gian điện phân dung dịch tăng nhiệt độ, dung dịch dẫn điện kém, điện trở rơi tăng nhanh làm giảm hiệu suất dòng điện Vậy thời gian điện phân nằm khoảng thời gian định cho hiệu suất xử lý cao 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch Nhiệt độ yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến khả xử lý nước thải Mẫu nước thải chuẩn bị trên, tiến hành xử lý mật độ A/dm2 giá trị nhiệt độ khác Sự thay đổi hiệu suất tách COD theo nhiệt độ thể Hình Kết khảo sát cho thấy, hiệu suất xử lý tăng dần theo nhiệt độ Ở nhiệt độ 30oC ÷ 40oC cho hiệu suất cao Tuy nhiên, sau nhiệt độ tăng lên hiệu suất có xu hướng giảm Điều giải thích sau: Ở nhiệt độ thấp, di chuyển phần tử keo tụ sinh chất hữu chậm nên thời gian keo tụ điện hóa tăng đáng kể Tuy nhiên, nhiệt độ thấp độ hịa tan cấu tử thấp, chuyển động nhiệt giảm, định hướng tương tác tăng lên nên hấp phụ chất hữu với keo nhôm tăng Sự tăng nhiệt độ làm cho trình điện phân trình keo tụ diễn thuận lợi Tuy nhiên, tăng nhiệt độ dung dịch lớn 40oC, độ dẫn dung dịch có xu hướng giảm, hiệu suất hịa tan anode nhơm giảm Đồng thời, nhiệt độ cao hiệu ứng giải hấp phụ chất hữu bề mặt hạt keo nhôm tăng, chất ô nhiễm lại quay trở lại dung dịch Hình Sự thay hiệu suất tách loại COD theo nhiệt độ 3.4 Ảnh hưởng dòng chảy dung dịch Để đánh giá ảnh hưởng khuấy trộn đến hiệu suất xử lý, dung dịch nước thải bơm ngồi, chảy vào phễu lọc liên tục, sau quay trở lại bể điện phân với tốc độ 17 lít/phút Kết cho thấy, hiệu suất tách loại CDO cải thiện đáng kể từ 74% lên 88% Nguyên nhân chuyển động dung dịch làm tăng va chạm, tương tác hạt kéo nhôm với chất ô nhiễm dung dịch 3.5 Đánh giá đồng thời nhiều tiêu nước thải Sau có điều kiện xử lý tối ưu, thí nghiệm tiến hành với mẫu nước thải trên, kết sau xử lý xác định đồng thời thông số pH, COD, BOD, TSS Hiệu suất tách loại biểu diễn Bảng Kết phân tích đồng thời nhiều tiêu nước thải trước sau xử lý cho thấy rằng, hiệu suất khử BOD5, Nitơ tổng, TSS giảm đáng kể Riêng hàm lượng P tổng giảm không nhiều Như vậy, với thơng số tối ưu tìm được, áp dụng để xử lý nước thải thủy sản đạt hiệu suất cao Hình ảnh mẫu nước thải trước, sau xử lý thể Hình Hình Mẫu nước thải thủy sản trước (bên trái) sau (bên phải) xử lý phương pháp keo tụ điện hóa Bảng Hiệu suất xử lý nước thải điều kiện tối ưu Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp thử Giá trị Trước xử lý Sau xử lý Hiệu suất xử lý (%) Nguyễn Thị Hường COD mg/L BOD5 mg/L Nitơ tổng mg/L Phospho tổng pH TSS Độ đục mg/L mg/L NTU Kalipemanganat TCVN 6001-1:2008 SMEWW 4500N:2012 TCVN 6202:2008 TCVN 6184:2011 TCVN 6625:2000 TCVN 6184:2008 Kết luận Đã tìm thông số tối ưu xử lý nước thải thủy sản phương pháp điện hóa: mật độ dịng điện phân 1A/dm2; nồng độ NaCl bổ sung 0,5g/l để tăng độ dẫn điện chống thụ động hóa điện cực, nhiệt độ điện phân 30-40oC, tốc độ dịng chảy 17 – 20 lít/phút thời gian điện phân 20 – 25 phút Phương pháp keo tụ điện hóa nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản thành phố Đà Nẵng đạt hiệu cao Đồng thời với giảm tiêu COD, tiêu môi trường khác BOD5, TSS, độ đục, pH thay đổi giảm đáng kể 70%, mùi nước thải giảm đáng kể, khơng cịn cảm nhận mùi thối Tài liệu tham khảo [1] Nhan Hồng Quang (2013), Đề tài “Điều tra đánh giá môi trường lao động sở chế biến 2340 502 78,50 1326 269 79,70 345,60 95,64 72,30 2,684 8,05 115,0 47,90 1,81 7,74 56,50 23,50 32,40 50,90 50,90 thủy, hải sản thành phố Đà Nẵng đề xuất hướng nghiên cứu cải thiện”, mã số NVKH2013/20/VBH Phân viện bảo hộ lao động Bảo vệ MT Miền Trung [2] A Attour, M Touati, M Tlili, M Ben Amor (2014) “Influence of operating parameters on phosphate removal from water by electrocoagulation using aluminum electrodes”, Separation and Purification Technology, pp 124-129 [3] A de Mello Ferreira (2012), “Removal of copper, zinc and nickel present in natural water containing Ca2+ and HCO3- ions by electrocoagulation”, Separation and Purification Technology, pp.109-117 [4] Mohamed Hasnain Isa, Ezerie Henry Ezechi, Zubair Ahmed, Saleh Faraj Magram, Shamsul Rahman Mohamed Kutty, Boron removal by electrocoagulation and recovery, Water research 51,2014, 113-123 RESEARCHING FISHERY WASTE WATER TREATMENT WITH ELECTROCOAGULATION Abstract: Fishery waste water often contains a high amount of organics that should be treated In this research, fishery waste water was treated via electrocoagulation with dissolved metal electrodes The samples were collected from some fishery processing sites in Da Nang city The parameters influencing the COD removal efficiency such as the current density, the solution pH, the stirring speed were investigated.The results showed that the highest COD removal efficiency obtained was above 80% with a current density of 1mA/cm2 The fact that the solution pH equalled was optimal for keeping the stabilization of the colloid and the high efficiency of the COD removal The temperature from 30oC to 40oC and the recycled filter pumping of the waste water could improve the efficiency of the treatment Key words: electrocoagulation; fishery waste water; dissolved Al electrode; COD removal; colloid 10 ... thải thủy sản đạt hiệu suất cao Hình ảnh mẫu nước thải trước, sau xử lý thể Hình Hình Mẫu nước thải thủy sản trước (bên trái) sau (bên phải) xử lý phương pháp keo tụ điện hóa Bảng Hiệu suất xử lý. .. thơng số tối ưu xử lý nước thải thủy sản phương pháp điện hóa: mật độ dòng điện phân 1A/dm2; nồng độ NaCl bổ sung 0,5g/l để tăng độ dẫn điện chống thụ động hóa điện cực, nhiệt độ điện phân 30-40oC,... phân 30-40oC, tốc độ dịng chảy 17 – 20 lít/phút thời gian điện phân 20 – 25 phút Phương pháp keo tụ điện hóa nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản thành phố Đà Nẵng đạt hiệu cao Đồng thời với giảm