Tối ưu hóa xử lý nước cấp sinh hoạt bằng phương pháp keo tụ điện hóa với điện cực nhôm

Đạt

• Hóa chất, thiết bị và mô hình thí nghiệm .1 Hóa chất thiết bị
• Phương pháp nghiên cứu

Thuyết minh: Nguồn nước đầu vào được lấy từ sông Sài Gòn - khu vực dọc bờ sông đường Nguyễn Văn Hưởng, phường Thảo Điền, quận 2. Mẫu nước sau khi đem về phòng thí nghiệm sẽ được phân tích một số các chỉ tiêu đầu vào cơ bản như: pH, độ đục, màu sắc, Amoni, Clo dư tự do, Nitrat, Nitrit, Pecmanganat, Sắt, Sunphat, TDS, TSS, Coliforms. Các chỉ tiêu chưa đạt QCVN 01-1:2018/BYT sẽ được dùng để phân tích và đánh giá hiệu suất xử lý, đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số vận hành khi thực hiện thí nghiệm phương pháp keo tụ điện hóa với điện cực nhôm, từ đó lấy số liệu chạy tối ưu hóa bằng phần mềm Design Expert.

Sau khi hoàn thành việc tối ưu hóa, tiến hành lặp lại nghiên cứu ở điều kiện đã tối ưu hóa cho các loại nước sông khác nhau, bao gồm sông Sài Gòn, sông Nhà Bè, sông Đồng Nai, sông Vàm Cỏ, sông Tiền ; phân tích toàn bộ chỉ tiêu như ban đầu để đối chiếu xác thực, so sánh kết quả phân tích với QCVN 01-1:2018/BYT để đánh giá hiệu suất xử lý và kết luận khả năng áp dụng vào xử lý nước cấp thực tế. Hai tấm điện cực nhôm với kích thước 6 x 3 x 0,3cm đã được cố định bên trong Beaker 1000ml chứa mẫu nước và có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng để thực hiện các thí nghiệm khác nhau. Tiến hành thay đổi khoảng cách điện cực, cường độ dòng điện và thời gian phản ứng cho phù hợp với yêu cầu của thí nghiệm, sau đó dùng pipet để hút nước đã xử lý đem đi phân tích các chỉ tiêu cần thiết và ghi nhận kết quả.

- Chuẩn độ dung dịch đã hấp thụ bằng H2SO4 0,02N, dừng chuẩn độ khi dung dịch chuyển từ màu vàng (xanh) sang màu tím hồng. - Phân phối 10 ml môi trường LB vào mỗi ống nghiệm, bỏ ngược ống Durham vào mỗi ống và loại bỏ hoàn toàn bọt khí trong ống Durham, sau đó vô trùng bằng nồi hấp ở 121˚C trong 15 phút. - Cấy lần lượt 1ml mẫu tại mỗi nồng độ pha loãng vào ống nghiệm chứa môi trường, mỗi độ pha loãng được cấy lặp lại 3 lần.

- Trộn đều mẫu đã cấy với môi trường, tránh tạo bọt khí, mỗi lần pha loãng, đổi pipet mới (hoặc đầu tip mới nếu sử dụng pipet tự động). - Chuyển 1ml dung dịch sau khi quan sát thấy dương tính tại thử nghiệm giả định vào ống nghiệm chứa 10 ml môi trường BGLB có ống Durham. Sắt và nhôm là phổ biến điện cực được sử dụng để xử lý nước thải do tính sẵn có, dễ dàng tìm kiếm, chi phí thấp, và hòa tan tốt.

Design – Expert cung cấp các thử nghiệm so sánh, sàng lọc, mô tả đặc tính, tối ưu hóa, thiết kế thông số mạnh mẽ, thiết kế hỗn hợp và thiết kế kết hợp. - Nội dung 1: Ảnh hưởng của các thông số vận hành đến khả năng xử lý ô nhiễm của quá trình keo tụ điện hóa sử dụng điện cực Nhôm (Al). + Phân tích các chỉ tiêu cơ bản đầu vào và đầu ra của các mẫu nước sông Sài Gòn, sông Nhà Bè, sông Đồng Nai, sông Vàm Cỏ, sông Tiền.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Ảnh hưởng của các thông số vận hành đến khả năng xử lý ô nhiễm của quá trình keo tụ điện hóa sử dụng điện cực Nhôm (Al)

Hiệu suất xử lý sẽ giảm dần về hai phía, khoảng cách hai điện cực quá xa hoặc quá gần nhau thì hiệu quả xử lý càng giảm. Tổn thất điện áp là sự mất điện áp trong quá trình dòng điện truyền từ một điểm đến điểm khác trong một mạch điện. Tổn thất điện áp làm giảm dòng điện và làm cho năng lượng được truyền đi quá trình đó bị giảm.

Đây là lí do tại sao trong các mạch điện, các điện cực thường được đặt gần nhau để giảm thiểu tổn thất điện áp và tăng hiệu suất của hệ thống mạch điện. Ngoài ra, nồng độ các chất ô nhiễm và vi sinh vật có thể khác nhau trong nước sông, vì vậy, không phải cứ đặt hai điện cực ở càng gần nhau càng tốt. Khoảng cách giữa hai điện cực cần phải được tinh chỉnh phù hợp để đạt được hiệu quả cao nhất trong việc keo tụ và loại bỏ chất ô nhiễm.

Trong quá trình keo tụ điện hóa, điện cực cần phải được đặt trong khoảng cách tối ưu với nhau, giữa các điện cực cần phải tạo ra điện trường đủ mạnh để có thể diệt khuẩn và loại bỏ các tạp chất trong nước. Hiệu suất xử lý tăng liên tục theo sự gia tăng mật độ dòng điện, nhưng khoảng gia tăng càng lúc càng giảm và không còn đáng kể. Khi mật độ dòng điện tăng, năng lượng cung cấp cho dung dịch nước tăng lên, làm cho các ion OH- được tạo ra nhanh hơn dẫn đến hiệu quả xử lý tốt hơn.

Bên cạnh đó, nếu mật độ dòng điện quá thấp, hiệu quả xử lý sẽ giảm và thời gian xử lý sẽ lâu hơn. Mật độ dòng điện tối ưu cần phải được điều chỉnh tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau như cường độ dòng điện, loại điện cực được sử dụng và tính chất nước. Nói chung, để đạt được hiệu quả tốt nhất trong quá trình keo tụ điện hoá, mật độ dòng điện phải được điều chỉnh sao cho phù hợp với điều kiện cụ thể của từng ứng dụng khác nhau.

Hiệu suất xử lý tăng liên tục theo sự gia tăng thời gian phản ứng, nhưng khoảng gia tăng càng lúc càng giảm và không còn đáng kể. Trong quá trình keo tụ điện hóa, nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm đã cho thấy hiệu quả xử lý tỷ lệ thuận với sự gia tăng thời gian phản ứng. Ngoài ra, theo công thức E = UIt, thời gian phản ứng tỷ lệ thuận với mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống (t là thời gian phản ứng).

Tối ưu hóa các thông số vận hành bằng phần mềm Design Expert

Tuy nhiên, VIF lớn hơn 1 cho thấy có hiện tượng đa cộng tuyến và VIF càng cao thì mối tương quan giữa các yếu tốcàng mạnh. Con số này để đo lường mức độ mong muốn toàn diện của một mẫu hoặc một bộ tham số, giúp xác định mức độ tốt nhất hoặc tối ưu trên các tiêu chí đã xác định trước.

1:2018/BYT

- Vị trí lấy mẫu: Bến phà Bình Khánh, đường Huỳnh Tấn Phát, Phú Xuân, Nhà Bè, thành phố Hồ Chí Minh. - Vị trí lấy mẫu: Bến phà Mỹ Lợi, Bình Đông, Gò Công, tỉnh Tiền Giang. - Vị trí lấy mẫu: Bến phà du lịch Mỹ Tho, đường Hoàng Sa, phường 4, thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang.

Nhận xét: Kết quả phân tích mẫu đối chiếu với các sông ở các địa điểm khác nhau cho thấy, phần lớn các chỉ tiêu đều thỏa QCVN 01-1:2018/BYT, ngoại trừ chỉ tiêu Coliforms vượt và vẫn còn tồn tại một lượng nhỏ TSS, nhưng không quá đáng kể. Theo quy định hiện hành, nước cấp sau xử lý vẫn cần tồn tại dư lượng Clo để đảm bảo quá trình xử lý đạt chuẩn. Vì vậy, nước sau quá trình keo tụ điện hóa vẫn sẽ được cung cấp một lượng Clo để khử hoàn toàn các ô nhiễm còn sót lại, với liều lượng thấp hơn rất nhiều so với các quá trình truyền thống thông thường.

Chi phí vận hành của bất kỳ quy trình nào là một yếu tố rất quan trọng giúp xác định liệu nó có được sử dụng hay không. Để một công nghệ keo tụ được lựa chọn trong số tất cả các công nghệ khác, nó không chỉ phải có tỷ lệ loại bỏ chất ô nhiễm cao mà còn phải đủ kinh tế để có tỷ lệ lợi ích trên chi phí tốt, để xác định chi phí xử lý nước tính bằng đơn vị tiền tệ cho mỗi lít nước thải được keo tụ. Hóa đơn tiền điện mà mọi người phải trả hàng tháng tùy thuộc vào lượng kilowatt mỗi giờ đã được sử dụng trong thời hạn thanh toán.

Để bắt đầu ước tính chi phí vận hành keo tụ điện hóa, sẽ cần có điện năng tiêu thụ. Các phương trình được sử dụng giống như các phương trình được sử dụng cho dòng điện một chiều. Sự khác biệt là các thuật ngữ như điện áp và dòng điện là các giá trị hiệu dụng tương đương của các biến đó.

Để đo điện áp bằng đồng hồ vạn năng, phép đo phải được thực hiện song song và để đo dòng điện, nó phải được thực hiện nối tiếp. Nếu điều này không được thực hiện đúng cách, hoặc đồng hồ vạn năng không được cấu hình chính xác, hiện tượng đoản mạch sẽ xảy ra và cầu chì sẽ bị cháy. Để tính thời gian cần một mét khối nước thải để xử lý, phải tính đến tỷ lệ nghịch của dòng chảy.