Kết Quả Loại Bỏ P Tổng Trong Nước Thải Thủy Sản

Nồng độ Ptổn g đầu vào: 17,23 (mg/L)

8,00

7,00

Nồng độ Ptổng còn lại sau xử lý (mg/

6,00

5,00

4,00

3,00

2,00

1,00

0,00

1 2 3

Khoảng cách giữa hai điện cực (cm)

Hình 4.14. Kết quả loại bỏ Ptổng trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các khoảng cách giữa hai điện cực

4.2.2.4 Các nhận xét và giải thích:

+ Nồng độ SS, COD, BOD5, TKN, Ptổng của nước đầu ra tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa hai điện cực. Điều này đồng nghĩa với việc hiệu suất xử lý các chỉ tiêu trên tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai điện cực. Điển hình nhất là SS, khi tăng khoảng cách giữa hai điện cực thì hiệu suất xử lý chỉ tiêu cũng giảm theo 1cm (83,59%); 2cm (81,16%); 3cm (71,51%).

=> Tốc độ sinh ra bọt khí ở cực âm và ion Al3+ bị thủy phân thành Al(OH)3 ở

cực dương phụ thuộc vào thời gian di chuyển của electron từ cực dương sang cực âm và OH- di chuyển từ cực âm sang cực dương trong môi trường nước thải. Nếu thời gian này càng ngắn thì các phản ứng điện phân sinh ra Al(OH)3 và bọt khí sẽ diễn ra càng mạnh mẽ hơn. Khi đó, quá trình keo tụ và tuyển nổi sẽ diễn ra càng mạnh mẽ hơn và hiệu suất xử lý cũng sẽ tốt hơn.Trong khi đó, thời gian di chuyển của electron và OH- trong nước thải lại phụ thuộc khoảng cách của hai điện cực. Do đó, hiệu suất xử lý các chỉ tiêu SS, COD, BOD5, TKN, Ptổng tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai điện cực.

+ Với 45 phút thì khối lượng của điện cực Fe tăng nhẹ (1cm là 60mg; 2cm là 40mg; 3cm là 30mg). Trong khi đó khối lượng của điện cực Al thì giảm mạnh (1cm là 850mg; 2cm là 770mg; 3cm là 450mg). Như vậy, khoảng cách giữa hai điện cực tỉ lệ nghịch với sự tăng khối lượng của điện cực sắt và giảm khối lượng của điện cực nhôm.

=> Lượng nhôm đã mất đi này chính là những Al3+ đã di chuyển vào trong

nước thải và phần lớn các ion này đã bị thủy phân vào tạo thành chất keo tụ là Al(OH)3. Một phần các ion Al3+ còn lại và các ion kim loại khác hay các chất ô nhiễm khác trong nước thải sẽ di chuyển tới cực âm và bám vào cực sắt trong quá trình phản ứng điện phân xảy ra và làm tăng khối lượng cực sắt lên. Tuy nhiên, trong nước thải thủy sản

hàm lượng các ion kim loại là không cao. Do đó, lượng các chất này bám vào là không đáng kể và cực sắt chỉ tăng khối lượng rất ít.

+ Với hiệu suất xử lý SS là 81,16%, COD 46,48%, BOD 46,91%, TKN 27,23% và P tổng 67,79% thì 2cm là khoảng cách giữa hai điện cực tốt nhất cho bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ để giảm tải nạp cho bể USBF.

=> Bên cạnh hiệu suất đạt được là khá cao như trên, thì với khoảng cách giữa hai điện cực là 2cm nước thải đầu ra của bể keo tụ điện hóa có nồng độ SS là 99,83 < 150 (mg/L) và BOD5 là 378 < 500 (mg/L) và tỉ lệ BOD5:N:P là 100: 30,2: 1 rất phù hợp cho quá trình xử lý sinh học bằng bể USBF. Còn về mặt kinh tế thì với thời gian này thì lượng điện năng tiêu thụ là 27,5 Wh (1,14 Wh/lít nước thải = 1,14 kWh/m3). (*)

Thực ra, với khoảng cách 1cm thì hiệu suất xử lý các chỉ tiêu hóa lý mới là cao nhất SS 84,59%; COD 51,59%; BOD5 51,12%; TKN 34,31% và P tổng 74,13%.

Trong nước thải đầu ra có SS là 81,67 < 150 (mg/L); BOD5 là 348 < 500 (mg/L) và tỉ lệ

BOD5:N:P là 100:29,6:1,3 thì phù hợp cho quá trình xử lý sinh học bằng bể USBF. Nhưng lượng điện năng tiêu thụ lại là 35Wh cao hơn nhiều so với 27,5Wh và 20Wh ở hai trường hợp khoảng cách giữa hai điện cực là 2cm và 3cm. Bên cạnh đó, nếu chọn giá trị này làm thông số vận hành thì sẽ rất tốn kém và khó khăn cho việc lắp đặt hệ điện cực vào bể hay thay thế, bảo trì điện cực. Bởi vì, nếu khoảng cách giữa hai điện cực là 1cm thì sẽ tốn điện cực gấp 2 lần khoảng cách 2 cm và gấp 3 lần khoảng cách 3cm. Như vậy, từ hai điều này chúng ta nhận thấy với khoảng cách giữa hai điện cực là 1cm thì không hợp lý về mục tiêu kinh tế mà chúng ta đã đề ra.(**)

Đối với khoảng cách giữa hai điện cự là 3cm thì hiệu suất xử lý các chỉ tiêu đạt cũng tương đối cao SS là 71,51%, COD 43,95%, BOD 43,73%, TKN 15,58% và P tổng 56,82%. Nước thải đầu ra có SS là 151 < 150 (mg/L); BOD5 là 400,67 < 500 (mg/L) và tỉ lệ BOD5:N:P là 100:32:1,9 thì phù hợp cho quá trình xử lý sinh học bằng bể USBF. Bên cạnh đó, lượng điện năng tiêu thụ trong trường hợp này chỉ là 20Wh và nếu chọn giá trị này làm khoảng cách giữa hai điện cực cho bể keo tụ điện hóa ngoài thực tế thì sẽ tốn ít chi phí cho việc mua và lắp đặt hệ điện cực hơn hai trường hợp còn lại là rất nhiều. Nhưng trong quá trình vận hành mô hình chúng tôi nhận thấy là ở trường hợp này (khoảng cách giữa hai điện cực là 3cm) thì bọt khí được sinh ra không thật sự mãnh liệt. Hiệu suất xử lý của thí nghiệm này và cả hai thí nghiệm trên đạt tương đối cao là do tính chất của nước thải là có nhiều mỡ, mảnh vụn của thịt cá. Do đó, hiệu suất xử lý của trường hợp này là không thật sự an toàn bằng hai trường hợp trên. (***)

Từ (*); (**); (***), chúng tôi quyết định chọn khoảng cách giữa hai điện cực là 2 cm cho vận hành bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ để giảm tải nạp cho bể USBF. Đồng thời chúng tôi sẽ cố định giá trị này cho các thí nghiệm còn lại.

4.2.3 Kết quả thí nghiệm xác định diện tích bảng điện cực hay tỉ lệ S/V (thí nghiệm 4)

Qua thí nghiệm 1; 2 và 3, chúng tôi đã lần lượt xác định được rằng Al làm cực tan, thời gian lưu 45 phút và khoảng cách giữa hai điện cực 2cm là tốt nhất cho bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ. Do đó, trong thí nghiệm 4 này chúng tôi đã sử dụng nhôm làm cực dương - sắt làm cực âm, thời gian lưu là 45 phút, khoảng cách giữa hai điện cực là 2cm, cùng với các điều kiện thí nghiệm như đã trình bày ở phần 3.4.2.1 - thí nghiệm 4, chúng tôi tiếp tục vận hành bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ và thu được một số kết quả sau:

4.2.3.1 Đặc điểm của nước thải đầu vào

Nước được thu vào lúc 7h sáng, tối đêm trước trời không mưa, nước thải có màu đỏ rất đậm, mỡ tương đối ít, mực nước trong kênh dẫn nơi thu mẫu là khoảng 0,46 m.

4.2.3.2 Hiện tượng xảy ra trong quá trình thí nghiệm

Với các điều kiện thí nghiệm như đã trình bày ở phần 3.4.2.1 – thí nghiệm 4. Chúng tôi tiến hành vận hành bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ và quan sát được các hiện tượng sau:

+ Với diện tích là 300cm2 (hay tỉ số S/V là 12,5 cm2/L) thì bọt khí xuất hiện mãnh liệt hơn so với diện tích là 100 cm2(hay tỉ số S/V là 4,17 cm2/L); 200 cm2(hay tỉ số S/V là 8,33 cm2/L). Tuy nhiên, biến điện dùng trong thí nghiệm diện tích là 300 cm2 thì nóng hơn rất nhiều so với 2 giá trị diện tích còn lại.

+ Với diện tích 100cm2 thì quá trình keo tụ bắt đầu diễn ra mạnh mẽ từ khoảng 18 phút, diện tích 200cm2 là khoảng 13 phút, còn 300cm2 là khoảng 10 phút.

+ Với thời gian lưu là 45 phút và diện tích bảng điện cực là 300cm2 thì nước thải đầu ra không còn màu đỏ đậm mà chuyển sang màu sẫm.

4.2.3.3 Kết quả thí nghiệm

Sau khi thực hiện thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu lý hóa như đã trình bày ở phần 3.4.2.1 – thí nghiệm 4 chúng tôi thu được các kết quả sau đây:

Bảng 4.4. Kết quả các thí nghiệm xác định diện tích của điện cực

Chỉ tiêu

Đơn vị	Đầu vào	Đầu ra
Đơn vị	Đầu vào	100 cm2	200 cm2	300 cm2
pH	-	6,87	6.90	6,96	6,98
Độ dẫn điện	mS	2,76	2,38	2,40	2,33
SS	mg/L	735	271,00	247,67	227,67
COD	mg/L	1835	980,17	847,67	735,67
BOD5	mg/L	1200	647,00	549,67	472,33
TKN	mg/L	168	130,30	104,87	83,00
Ptổng	mg/L	25,15	14,18	12,31	10,69
ĐNTT	Wh	0	27,5	30	40
Fe tăng	g	0	0,055	0,09	0,14
Al giảm	g	0	0,6	0,75	0,95

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 154 trang tài liệu này.

Nồng độ SS đầu vào: 735 (mg/L)

300,00

250,00

Nồng độ SS còn lại sau xử lý (mg/

200,00

150,00

100,00

50,00

0,00

100/4,17 200/8,33 300/12,5

Diện tích bảng điện cực (cm2) hay tỉ số S/V (cm2/L)

Hình 4.15. Kết quả loại bỏ SS trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các diện tích bảng điện cực hay tỉ số S/V

N ồng độ COD đầu vào: 1835 (mg/L)

1200,00

N ồng độ C OD còn lại sau xử lý (m

1000,00

800,00

600,00

400,00

200,00

0,00

100/4,17 200/8,33 300/12,5

D iệ n tích bảng điệ n cự c (cm2 ) hay tỉ s ố S/V (cm2 /L)

Hình 4.16. Kết quả loại bỏ COD trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các diện tích bảng điện cực hay tỉ số S/V

N ồng độ BOD 5 đầu vào: 1200 (mg/L)

700,00

600,00

N ồng độ BOD5còn lại sau xử lý (mg/

500,00

400,00

300,00

200,00

100,00

0,00

100/4,17 200/8,33 300/12,5

D iệ n tích bảng điệ n cực (cm2 ) hay tỉ số S/V (cm2 /L)

Hình 4.17. Kết quả loại bỏ BOD5 trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các diện tích bảng điện cực hay tỉ số S/V

N ồng độ TKN đầu vào: 168 (mg/L)

140,00

120,00

N ồng độ T KN còn lại sau xử lý (m

100,00

80,00

60,00

40,00

20,00

0,00

100/4,17 200/8,33 300/12,5

D iệ n tích bảng điệ n cự c (cm2 ) hay tỉ s ố S/V (cm2 /L)

Hình 4.18. Kết quả loại bỏ TKN trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các diện tích bảng điện cực hay tỉ số S/V

N ồng độ Ptổ n g đầu vào: 25,15 (mg/L)

16,00

14,00

N ồng độ Ptổ ng còn lại sau xử lý (mg

12,00

10,00

8,00

6,00

4,00

2,00

0,00

100 200 300

D iệ n tích bảng điệ n cự c (cm2 ) hay tỉ s ố S/V (cm2 /L)

Hình 4.19. Kết quả loại bỏ Ptổng trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các diện tích bảng điện cực hay tỉ số S/V

4.2.3.4 Các nhận xét giải thích

+ Khi quan sát các biểu đồ và bảng ở phần 4.2.3.3, chúng ta nhận thấy rằng nồng độ SS, COD, BOD5, TKN, Ptổng trong nước thải đầu ra đều giảm mạnh khi tăng diện tích của bảng điện cực hay tỉ số S/V. Bên cạnh đó, qua các thí nghiệm thì chúng ta cũng có thể nhận thấy điện cực nhôm càng lớn thì bị tan càng nhiều. Cụ thể là sau thời gian lưu 45 phút điện cực nhôm có diện tích là 100cm2 bị tan đi là 600mg; 200cm2 là 750mg; 300cm2 là 950mg. Như vậy, hiệu suất xử lý các chỉ tiêu tỉ lệ thuận với lượng nhôm bị tan trong quá trình vận hành. Điều này đồng nghĩa với việc hiệu suất xử lý bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ tỉ lệ thuận với diện tích của các bảng điện cực hay tỉ lệ S/V.

=> Khi dòng điện đi từ điện cực dương sang điện cực âm thì các electron và ion Al3+ được sinh ra trên khắp mặt đối diện với điện cực âm của điện cực dương. Điều này được minh chứng bởi các mảng nhỏ bị ăn mòn khắp trên mặt điện cực nhôm (hình

– phụ lục 3). Do đó, diện tích bảng điện cực càng lớn thì lượng nhôm tan ra càng nhiều và các phản ứng điện phân sẽ diễn ra càng mạnh mẽ hơn sinh ra nhiều bọt khí và tạo thành nhiều Al(OH)3 hơn (bằng chứng là lượng nhôm tan luôn tăng khi tăng điện tích

của cực nhôm như đã trình bày ở trên). Trong khi đó, bọt khí và Al(OH)3 trong nước thải càng nhiều thì quá trình tuyển nổi và quá trình keo tụ càng diễn ra mạnh mẽ hơn - hiệu suất xử lý cũng sẽ cao lên. Điều này được minh chứng bởi diễn biến của hiệu suất xử lý SS như sau: 100cm2 là 63,13%; 200cm2 là 66,3%; 300cm2 là 69,02% (các chỉ tiêu còn lại xem ở phụ lục 1.1.3). Chính vì vậy mà hiệu suất xử lý của bể keo tụ điện hóa luôn tỉ lệ thuận với diện tích của bảng điện cực.

+ Bên cạnh việc lượng nhôm tan ra và hiệu suất xử lý tỉ lệ thuận với diện tích bảng điện cực, thì khối lượng điện cực sắt cũng tăng lên khi chúng ta càng tăng diện tích bảng điện cực. Cụ thể là sau thời gian lưu 45 phút khối lượng điện cực sắt có diện tích là 100cm2 tăng lên là 55mg; 200cm2 là 90mg; 300cm2 là 140mg.

=> Khi tăng diện tích bảng điện cực thì các phản ứng điện hóa diễn ra càng mạnh mẽ hơn. Điều này đồng nghĩa với việc có nhiều ion Al3+ được giải phóng vào môi trường nước thải hơn. Các ion Al3+ một phần sẽ bị thủy phân thành Al(OH)3, một phần sẽ di chuyển đến cực âm và bám vào đó. Bởi vì, lượng Al3+ được giải phóng vào môi

trường nước thải nhiều hơn bình thường nên cả hai quá trình trên điều diễn ra rất mạnh mẽ. Do đó, hiệu suất xử lý sẽ tăng lên, cực sắt cũng được bám vào nhiều hơn và khối lượng đã được tăng lên đáng kể.

+ Với hiệu suất xử lý SS 63,13%; COD 46,58%; BOD5 46,08%; TKN

22,44%; Ptổng 43,61%, chúng tôi quyết định chọn 100cm2 là diện tích của điện cực cho bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ. Điều này đồng nghĩa với việc tỉ lệ S/V phù hợp cho bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ là 4,17cm2/L.

=> Diện tích bảng điện cực là 200 cm2 và 300 cm2 có hiệu suất xử lý cao hơn

diện tích bảng điện cực là 100 cm2. Cụ thể là hiệu suất xử lý khi điện tích bảng điện cực 200cm2 là: SS 66,30%; COD 53,81%; BOD5 54,19%; TKN 37,58%; Ptổng 51,07% và

khi diện tích bảng điện cực 300cm2 là: SS 69,02%; COD 59,91%; BOD5 560,64%;

TKN 50,60%; Ptổng 57,51%. Bên cạnh đó, nồng độ SS và tỉ lệ BOD5/COD của hai trường hợp này lần lượt là: 200cm2 là 247,67 mg/L và 0,65 còn 300cm2 là 227,67mg/L và 0,64. Chúng ta nhận thấy rằng về mặt kỹ thuật thì hai trường hợp này điều có hiệu suất xử lý cao, nước thải đầu ra điều đạt yêu cầu đầu vào của bể USBF, nhưng nếu xét về mặt kinh tế thì 2 trường hợp này không tốt bằng trường hợp diện tích bảng điện cực là 100cm2 hay tỉ lệ S/V là 4,17cm2/L. Bởi vì, trường hợp diện tích bảng điện cực là