Hệ thiết bị được thiết kế phục vụ nghiên cứu gồm 3 cột ống nhựa đại diện cho 3 mơ đun với các điều kiện thí nghiệm khác nhau. Cột ống được sử dụng trong nghiên cứu là loại ống nhựa acrylic trong suốt, đường kính ống = 90 mm, chiều dài ống L = 2000 mm và độ dày thành ống W = 3 mm. Các mô đun trong nghiên cứu được thiết kế với chiều cao cột nước là 4 m, vì vậy hai cột ống với chiều dài mỗi cột là 2 m sẽ được ghép lại với nhau bằng mặt bích được gia cơng từ nhựa mica có sử dụng keo dán, tổng cộng cần 6 ống kích thước 90×3×2000 cho 3 mô đun. Đáy của các cột có bố trí thêm van xả nước thải, phục vụ cho quá trình thay nước cũng như lau dọn vệ sinh sau các lần tiến hành thí nghiệm.
Máy thổi khí sử dụng trong hệ thí nghiệm là model XU125D6 của Đức với các thông số kỹ thuật: áp suất thổi khí 1,3 bar; lưu lượng thổi khí là 2,7 m3/phút và
công suất tiêu thụ là 50W. Lưu lượng kế đo dịng khí sử dụng trong hệ thí nghiệm là loại có van điều tiết, model DK 800-6 với dải đo dao động từ 50 –500 lít/giờ.
25
1.5.2.3 Ảnh hưởng của phương pháp sục khí đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ
Ảnh hưởng của phương pháp sục khí đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ đã được nêu rõ trong “Hiện trạng ô nhiễm chất hữu cơ trên các sông nội đô thành phố Hà
Nội và giải pháp kỹ thuật sục khí cưỡng bức nhằm giảm ơ nhiễm chất hữu cơ” [25]
Đồ thị thể hiện xu hướng diễn biến của nồng độ chất hữu cơ trong nước thải thí nghiệm trên mơ đun 1 được thể hiện trên hình 1.8.
Hình 1.8: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mơ đun 1
Phương trình thể hiện mối tương quan giữa giá trị COD trong nước thải và thời gian sục khí của tầng mặt và tầng đáy trong mơ đun 1 lần lượt có dạng:
y = -6,426ln(x) + 60,465 và y = -5,257ln(x) + 68,621 Trong đó: y đặc trưng cho nồng độ giá trị COD
x là thời gian tiến hành sục khí.
Cả hai đường xu thế diễn biến DO đều cho thấy chiều hướng giá trị COD giảm dần theo thời gian sục khí; độ tin cậy của đường xu thế diễn biến tại tầng mặt đạt được trong mô đun 1 là khá cao với R2 = 0,9111, tầng đáy chỉ đạt R2 = 0,6277.
Đường xu thế diễn biến COD của tầng mặt nằm phía dưới đường xu thế diễn biến của tầng đáy chứng tỏ giá trị COD tại tầng mặt có chiều hướng giảm nhanh hơn (hệ số a trong phương trình xu thế tại tầng mặt là là -6,426 và tầng đáy là -5,257) và
đồng nghĩa với khả năng xử lý chất hữu cơ xảy ra tốt hơn tại tầng mặt. Tầng mặt y = -6,426ln(x) + 60,465 R² = 0,9111 Tầng đáy y = -5,257ln(x) + 68,621 R² = 0,6277 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 0 10 20 30 40 50 CO D (m g/ l)
Thời gian sục khí (giờ)
26
Dựa trên đường xu thế có thể thấy sau 12 tiếng sục khí, hiệu quả xử lý chất hữu cơ tại tầng mặt đạt khoảng 51% và tại tầng đáy là 38%. Sau 48 tiếng sục khí, hiệu quả xử lý chất hữu cơ đạt được ở tầng mặt và tầng đáy lần lượt là 60% và 46%. Có thể thấy q trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra ở hai tầng trong mô đun 1 là rất chậm bởi giá trị COD nước thải đầu vào là khá thấp, tuy vậy sau 48 tiếng xử thì giá trị COD ở cả hai tầng mặt và đáy đều đạt yêu cầu chất lượng nước mặt quy định
trong QCVN 08:2015/BTNMT – Cột B2. Cả hai đường xu thế cũng dự báo nếu tiếp tục sục khí lâu hơn thì giá trị COD cũng có chiều hướng giảm thêm nhưng khơng nhiều, q trình xảy ra sẽ chậm hơn so với các thời điểm ban đầu.
Hình 1.9: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mơ đun 2
Diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mơ đun 2 và 3 được thể hiện trên các hình 1.9 và hình 1.10.
Phương trình tương quan giữa giá trị COD và thời gian sục khí của tầng mặt và tầng đáy trong mô đun 2 lần lượt là:
y = -6,665ln(x) + 60,142 và y = -6,385ln(x) + 64,922.
Độ tin cậy của hai đường xu thế đạt được là tương đối cao, lần lượt là R2 =
0,8649 đối với tầng đáy và R2 = 0,8896 đối với tầng mặt. Cũng như mô đun 1, đường xu thế diễn biến giá trị COD của tầng mặt trong mơ đun 2 nằm phía dưới đường xu thế diễn biến của tầng đáy với hệ số a trong phương trình xu thế tương
Tầng mặt y = -6,665ln(x) + 60,142 R² = 0,8896 Tầng đáy y = -6,385ln(x) + 64,922 R² = 0,8649 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 0 10 20 30 40 50 CO D (m g/ l)
Thời gian sục khí (giờ)
27
ứng là -6,665 nhỏ hơn so với tầng đáy là -6,385. Như vậy trong mơ đun 2, q trình hòa tan phân hủy chất hữu cơ trong nước xảy ra tốt hơn tại tầng mặt tương tự như trong mô đun 1.
Đường xu thế cho thấy sau 48 tiếng sục khí, hiệu quả xử lý chất hữu cơ đạt được tại tầng mặt và tầng đáy lần lượt là 62% và 55%, giá trị COD thu được đảm bảo yêu cầu đối với chất lượng nước mặt quy định tại QCVN 08:2015/BTNMT – Cột B2. Giá trị COD ở cả hai tầng cũng sẽ có chiều hướng giảm nhưng rất chậm nếu tiếp tục tăng thời gian sục khí thêm.
Hình 1.10: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mơ đun 3
Đối với mơ đun 3, phương trình xu thế diễn biến COD theo thời gian sục khí của tầng mặt và tầng đáy lần lượt là:
y = -7,357ln(x) + 59,214 và y = -7,174ln(x) + 65,227
Với độ tin cậy tương ứng là 0,8485 (tầng mặt) và 0,821 (tầng đáy). Tương tự như kết quả đã nêu trong mô đun 1 và 2, đường xu thế diễn biến COD của tầng mặt trong mơ đun 3 nằm phía dưới đường xu thế diễn biến của tầng đáy với hệ số a trong phương trình xu thế lần lượt là -7,357 đối với tầng mặt và tầng đáy là -7,174.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải thí nghiệm trên mơ đun 3 cũng xảy ra tốt hơn tại tầng mặt so với tầng đáy. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ sau 48 tiếng sục
Tầng mặt y = -7,357ln(x) + 59,214 R² = 0,8485 Tầng đáy y = -7,174ln(x) + 65,227 R² = 0,821 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 0 10 20 30 40 50 CO D (m g/ l)
Thời gian (giờ)
28
khí đạt 66% tại tầng mặt và 58% tại tầng đáy. Giá trị COD sẽ tiếp tục giảm nhưng diễn ra rất chậm hơn nếu tiến hành sục khí lâu hơn.
Tiến hành so sánh các đường xu thế biến đổi giá trị COD theo thời gian trên cùng một tầng nước giữa các mô đun với nhau, xu thế thay đổi của giá trị COD mẫu nước tại tầng mặt thí nghiệm trong 3 mơ đun được thể hiện trên hình 1.11
Hình 1.11: Diễn biến giá trị COD tầng mặt theo thời gian của hệ sục khí
Hệ số tương quan R2 của đường xu thế diễn biến COD theo thời gian sục khí trên cả 3 mô đun đều đạt giá trị khả quan. Đường xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian của mơ đun 3 có độ cong lớn hơn và nằm dưới cùng so với đường xu thế của hai mô đun cịn lại, ngồi ra hệ số a trong phương trình xu thế của mơ đun 3 cũng thấp hơn (hệ số a = -7,357 so với a = -6,665 trong mô đun 2 và a = -6,426
trong mô đun 1) cho thấy khả năng phân hủy chất hữu cơ tầng mặt trong mô đun này tối ưu hơn so với hai mô đun 1 và 2. Đường xu thế của hai mô đun 1 và 2 nằm rất sát nhau, tuy nhiên hệ số a phương trình xu thế của mơ đun 2 có giá trị nhỏ hơn so với mơ đun 1, điều đó chứng tỏ mức độ phân hủy hợp chất hữu cơ trong nước (diễn ra tại tầng mặt) của mô đun 2 tốt hơn so với mô đun 1.
So sánh khả năng xử lý chất hữu cơ của ba mô đun tại cùng một thời điểm là sau 8 tiếng sục khí nhận thấy hiệu suất xử lý (tầng mặt) của mô đun 3 đạt giá trị tốt nhất là 53%, các mô đun 2 và 1 lần lượt đạt 50% và 49%. Có thể thấy hiệu suất xử
Mơ đun 1 y = -6,426ln(x) + 60,465 R² = 0,9111 Mô đun 2 y = -6,665ln(x) + 60,142 R² = 0,8896 Mô đun 3 y = -7,357ln(x) + 59,214 R² = 0,8485 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 0 10 20 30 40 50 CO D (m g/ l)
Thời gian sục khí (giờ)
29
lý chất hữu cơ tại tầng mặt của ba mơ đun khơng có sự chênh lệch rõ rệt bởi lẽ giá trị COD đầu vào của nước thải hay thải lượng chất hữu cơ phải xử lý là không lớn. Như vậy, từ kết quả phân tích nêu trên có thể nhận định rằng khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ khi sục khí ở độ sâu 4 m với áp suất được tăng cường 0,4 atm tối ưu hơn so với các độ sâu sục khí thấp hơn tương ứng với lượng áp suất tăng cường nhỏ hơn.
Tương tự đối với tầng đáy, đồ thị mối tương quan giữa giá trị COD trong nước theo thời gian áp dụng cho 3 mô đun được thể hiện trên hình 1.12
Hình 1.12: Diễn biến giá trị COD tầng đáy theo thời gian của hệ sục khí
Các đường xu thế diễn biến giá trị COD tầng đáy theo thời gian của cả ba mô đun thực nghiệm cho kết quả với độ tin cậy ở mức tương đối trong đó mơ đun 1 có hệ số tương quan thấp nhất R2 = 0,6277. Cũng giống với kết quả thí nghiệm của tầng mặt, hệ số a trong phương trình xu thế diễn biến tại tầng đáy của mơ đun 3 vẫn đạt giá trị nhỏ nhất (a = -7,174), tiếp đó là mơ đun 2 (a = -6,385) và cuối cùng là mô đun 1 (a = -5,257). Đường xu thế của mô đun 3 và mô đun 2 nằm khá sát nhau và
cùng nằm thấp hơn so với mô đun 1. Điều này cho thấy giá trị COD thu được khi sục khí ở độ sâu lớn hơn với lượng áp suất sục khí được tăng cường nhiều hơn sẽ nhỏ hơn, đồng nghĩa với hiệu suất xử lý cao hơn.
Mô đun 1 y = -5,257ln(x) + 68,621 R² = 0,6277 Mô đun 2 y = -6,385ln(x) + 64,922 R² = 0,8649 Mô đun 3 y = -7,174ln(x) + 65,227 R² = 0,821 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 0 10 20 30 40 50 CO D (/ m g/ l)
Thời gian sục khí (giờ)
30
Sau khoảng 8 tiếng kể từ khi bắt đầu sục khí, hiệu suất xử lý đạt được tại 3 mô đun lần lượt là 37% tại mô đun 1, 44% tại mô đun 2 và 46% tại mô đun 3. Như vậy, tương tự như kết quả thí nghiệm tầng mặt, khả năng phân hủy chất hữu cơ tầng đáy khi sục khí ở độ sâu 4 m (áp suất tăng cường thêm 0,4 atm) là tối ưu hơn so với độ sâu sục khí 2 m (áp suất tăng cường 0,25 m) và độ sâu sục khí 0,25 m (áp suất tăng cường 0,025 atm).
1.5.2.4 Cơng nghệ sục khí ngầm được áp dụng trên thế giới
Cơng nghệ sục khí ngầm là cơng nghệ áp dụng sục khí cưỡng bức kiểu ống chữ U đã được áp dụng trên sơng San Joaquin (Mỹ). Cơng nghệ sục khí cưỡng bức ngầm là cơng nghệ áp dụng sục khí cưỡng bức kiểu ống chữ U (U-Tube) như mô tả
trong hình 3.18, đã được áp dụng trên sông San Joaquin (Mỹ). Việc áp dụng công nghệ sục khí cưỡng bức ngầm sẽ có ưu điểm là khơng làm ảnh hưởng đến các hoạt động khai thác mặt nước như cảnh quan và các hoạt động khai thác khác như hoạt động thể thao, giải trí dưới nước và giao thơng thủy.
Hình 1.13: Sơ đồ thiết bị sục khí cưỡng bức kiểu ống chữ U
31
Với công nghệ này dịng khơng khí được đưa vào nước sông với áp lực cao hơn do vậy khả năng hịa tan ơ xy trong nước sơng cũng tăng lên, duy trì được thời gian và qng đường đủ dài để ơ xy có thể trao đổi nhiều hơn với nước sơng. Cơng nghệ U-Tube có thể nâng hiệu quả xâm nhập ô xy vào môi trường nước đến 95 % lượng ôxy được cấp, lưu lượng cấp ơxy có thể đạt từ 5.000 đến 40.000 lbs/ngày (tương đương từ 2,3 tấn O2/ngày đến 18,1 tấn O2/ngày) cho 1 hệ thống. Chi phí xây dựng cho hệ thống xử lý tùy theo kiểu ống chữ U được áp dụng dao động từ 500.000 USD đến 2.000.000 USD và chi phí để cung cấp 1kg O2 vào nước sông hằng năm dao động từ 0,5 USD đến 0,7 USD. [21]
Hình 1.14: Mặt cắt mô tả hệ thống xử lý nước U-Tube trên sơng
32
Hình 1.15: Mặt bằng mơ tả hệ thống xử lý nước U-Tube trên sông
Nguồn: Jones & Stokes, 2004 [33]
1.6 Tổng quan về năng lượng mặt trời
1.6.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Việt Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2 chiếm khoảng 2.000 – 5.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE. Cường độ bức xạ mặt trời ởcác vùng phía Bắc ước tính khoảng 4 kWh/m2. [28]
Năng lượng mặt trời có thể được khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Có bốn dạng công nghệ năng lượng mặt trời hiện đang có mặt trên thị trường Việt Nam. Đó là cơng nghệ năng lượng mặt trời quy mơ hộ gia đình, quy mô thương mại sử dụng cho các khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, quân đội và các trung tâm dịch vụ, cho làng mạc như đèn công cộng, âm thanh, tivi và trạm cho sạc pin. Tuy nhiên tại Việt Nam, các tấm pin quang điện (Photo-voltaic: PV)
33
dùng trong năng lượng mặt trời đều được nhập khẩu trong khi thành phần khác của hệ thống thì được sản xuất trong nước.
Ở Việt Nam, các ứng dụng năng lượng mặt trời đã phát triển nhanh chóng kể từ những năm 90. Một vài dự án điện mặt trời lớn ở Việt Nam như: Dự án điện mặt trời nối lưới đầu tiên ở Việt Nam trên nóc tịa nhà Bộ Cơng Thương. Dự án có cơng suất 12kWp gồm 52module x 230Wp (Hình 1.2), Trung tâm Hội nghị Quốc gia Mỹ Đình với tổng cơng suất 154KW (Hình 1.3), dự án thử nghiệm “Ứng dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió cung cấp điện cho quần đảo trường sa” với 4.093 tấm pin mặt trời công suất 220wp/tấm…
Hình 1.16: Dàn pin NLMT trên nóc nhà Bộ Cơng Thương
34
Hình 1.18: Dàn pin NLMT trên đảo Trường Sa
1.6.2 Ứng dụng hệ thống sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Hệ thống sục khí tại Việt Nam đang được ứng dụng cho việc xử lý ô nhiễm
CHC và nuôi tôm. Áp dụng hệ thống sục khí dùng pin năng lượng mặt trời có thể đáp ứng cho nhu cầu sử dụng điện năng lớn của việc nuôi tôm và đem lại nhiều hiệu quả tích cực.
Theo báo cáo tham luận "Cơ hội đầu tư năng lượng tái tạo cho ngành tôm" của Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) tại hội nghị “Thúc đẩy đầu tư năng lượng tái tạo cho ngành tôm Việt Nam” diễn ra tại Bạc Liêu mới đây, Việt Nam được đánh giá có tiềm năng bức xạ mặt trời cao với tổng bức xạ năng lượng mặt trời (NLMT) đến bề mặt trái đất theo chiều ngang trung bình (GHI - Global Horizontal Irradiation) là 04 kWh/m2/ngày tại khu vực miền Bắc và 4,2 - 5 kWh/m2/ngày tại khu vực miền Trung, miền Nam. Ứng dụng những lợi thế đó vào