Kết Quả Thí Nghiệm Xác Định Giá Trị Hiệu Điện Thế Và Cường Độ Dòng

200cm2 và 300cm2 thì tốn điện năng tiêu thụ hơn so với trường hợp diện tích bảng điện cực là 100cm2 (40Wh và 55Wh so với 27,5Wh). Bên cạnh đó, trên thực tế, nếu chúng ta sử dụng tỉ lệ S/V là 8,33 cm2/L và 12,5 cm2/L thì lượng điện cực mà chúng ta sẽ tốn hơn so với tỉ lệ S/V là 4,17 cm2/L là 2 và 3 lần. Như vậy, bên cạnh việc tốn nhiều điện năng hơn - chi phí vận hành cao hơn thì khi sử dụng diện tích bảng điện cực là 300cm2 sẽ tốn nhiều điện cực hơn - giá thành của bể keo tụ điện hóa họat động theo mẻ lúc này cũng sẽ cao hơn.

Mặt khác, sự chênh lệch về mặt hiệu suất khi vận hành bể keo tụ điện hóa với diện tích bảng điện cực là 100cm2 so với diện tích bảng điện cực là 200cm2 và 300cm2 là tương đối cao. Cụ thể thì sự chênh lệch hiệu suất này lần lược là: so với diện tích bảng điện cực là 200cm2 (thấp hơn) SS (3,17%); COD (7,23%); BOD5 (8,11); TKN

(15,14%); Ptổng (7,46%) còn so với diện tích bảng điện cực là 300cm2 (thấp hơn) SS

(5,89%); COD (14,56%); BOD5 (28,16%); TKN (28,12%); Ptổng (13,9%). Tuy nhiên,

nếu so sánh sự chênh lệch về mặt hiệu suất này với sự chênh lệnh về điện năng tiêu thụ và diện tích các bảng điện cực như ở trên cộng với ưu điểm của bể USBF là có khả năng chịu tải nạp cao nên bể keo tụ điện hóa đặt trước nó không cần phải có hiệu suất quá cao. Do đó, việc sử dụng bảng điện cực có diện tích 100cm2 (tỉ lệ S/V là 4,17cm2/L) cho bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ là phù hợp nhất.

4.2.4 Kết quả thí nghiệm xác định giá trị hiệu điện thế và cường độ dòng điện (thí nghiệm 5)

Qua thí nghiệm 1; 2; 3 và 4, chúng tôi đã lần lượt xác định được rằng Al làm cực tan, thời gian lưu 45 phút, khoảng cách giữa hai điện cực 2cm, diện tích bảng điện cực 100cm2 hay tỉ lệ S/V là 4,17cm2/L là tốt nhất cho bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ. Do đó, trong thí nghiệm 5 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 và diện tích bảng điện cực 100cm2, 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:

4.2.4.1 Đặc điểm của nước thải đầu vào

Nước được thu vào lúc 9h35 sáng, tối đêm trước trời có mưa, nước thải thu được màu đỏ đậm, mỡ tương đối ít, mực nước trong kênh dẫn nơi thu mẫu là khoảng 0,45m.

4.2.4.2 Hiện tượng xảy ra trong quá trình thí nghiệm

Từ thí nghiệm này trở về sau chúng tôi sẽ sử dụng thuật ngữ “mật độ dòng điện”

thay thế cho thuật ngữ hiệu điện thế và cường độ dòng điện.

Mật độ dòng được tính bởi công thức:

i = I / S (A/m2)

Trong đó, i: mật độ dòng diện (A/m2) I: cường độ dòng điện (A)

S: diện tích bảng điện cực (m2)

Lý do, chúng tôi sử dụng thuật ngữ “mật độ dòng điện” thay thế cho thuật ngữ hiệu điện thế và cường độ dòng điện là do mật độ dòng điện phụ thuộc vào 2 yếu tố đó là cường độ dòng điện và diện tích bảng điện cực. Trong khi đó, chúng tôi đã xác định được diện tích bảng điện cực là 100cm2 ở thí nghiệm 4 và cố định giá trị này cho tất cả các thí nghiệm còn lại nên việc sử dụng thuật ngữ này là hoàn toàn hợp lí.

Bên cạnh đó, ứng với các cặp giá trị hiệu điện thế - cường độ dòng điện là: 24V - 1,6A; 18V - 1,4A; 15V - 1,1A thì mật độ dòng điện tương ứng là 160A/m2; 140A/m2; 110A/m2.

Với các điều kiện thí nghiệm như đã trình bày ở phần 3.4.2.1 - thí nghiệm 5. Chúng tôi tiến hành vận hành bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ và quan sát được các hiện tượng sau:

+ Với mật độ dòng điện là 160A/m2 thì quá trình sinh bọt khí diễn ra mãnh

liệt nhất.

+ Với mật độ dòng điện là 160A/m2 quá trình keo tụ bắt đầu diễn ra mạnh mẽ

là khoảng 20 phút, mật độ dòng điện 140A/m2 là khoảng 25 phút, mật độ dòng điện 110A/m2 diễn ra không thật sự mạnh mẽ.

+ Với mật độ dòng điện là 160A/m2 và thời gian lưu là 45 phút thì nước thải đầu ra có màu đỏ nhạt.

4.2.4.3 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 5 chúng tôi thu được các kết quả sau đây:

Bảng 4.5. Kết quả các thí nghiệm xác định giá trị dòng điện (U và I)

Chỉ tiêu

Đơn vị	Đầu vào	Đầu ra
Đơn vị	Đầu vào	110A/m2	140A/m2	160A/m2
pH	-	6,69	6,95	6,91	6,99
Độ dẫn điện	mS	2,37	2,33	2,27	2,16
SS	mg/L	697,50	250,93	176,00	116,83
COD	mg/L	1765,00	919,67	867,00	797,33
BOD5	mg/L	1147,00	581,67	551,33	516,33
TKN	mg/L	154,00	123,47	113,10	104,43
Ptổng	mg/L	29,27	15,65	14,60	12,12
ĐNTT	Wh	0	15	22,5	30
Fe tăng	g	0	0,02	0,61	0,13
Al giảm	g	0	0,32	0,42	0,74

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 154 trang tài liệu này.

N ồng độ SS đầu vào: 697,5 (mg/L)

300,00

N ồng độ SS còn lại sau xử lý (m

250,00

200,00

150,00

100,00

50,00

0,00

15-1,1/110 18-1,4/140 24-1,6 /160

Hiệ u điệ n thế và cư ờng độ dòng điệ n (V&A) hay mật độ dòng điệ n (mA/cm2 )

Hình 4.20. Kết quả loại bỏ SS trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các giá trị U&I hay mật độ dòng điện

Nồng độ COD đầu vào: 1765 (mg/L)

1000,00

900,00

Nồng độ COD còn lại sau xử lý (m

800,00

700,00

600,00

500,00

400,00

300,00

200,00

100,00

0,00

15-1,1/110 18-1,4/140 24-1,6/160

Hiệ u điệ n thế và cường độ dòng điệ n (V&A) hay mật độ dòng điệ n (mA/cm2 )

Hình 4.21. Kết quả loại bỏ COD trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các giá trị U&I hay mật độ dòng điện

N ồng BOD 5 đầu vào: 1147 (mg/L)

700,00

N ồng độ BOD5còn lại sau xử lý (mg/

600,00

500,00

400,00

300,00

200,00

100,00

0,00

15-1,1/110 18-1,4/140 24-1,6/160

Hiệ u điệ n thế và cường độ dòng điệ n (V&A) hay mật độ dòng điệ n (mA/cm2 )

Hình 4.22. Kết quả loại bỏ BOD5 trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các giá trị U&I hay mật độ dòng điện

N ồ ng độ TK N đầ u v à o : 1 5 4 (mg /L)

140,00 a

120,00 c

N ồ n g đ ộ T K N cò n lạ i sa u x ử lý

100,00

80,00

60,00

40,00

20,00

0,00

1 5 -1 ,1 /1 1 0 1 8 -1 ,4 /1 4 0 2 4 -1 ,6 /1 6 0

H iệ u điệ n thế v à cư ờ ng độ dò ng điệ n (V & A ) ha y mậ t độ dò ng điệ n (mA /cm 2 )

Hình 4.23. Kết quả loại bỏ TKN trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các giá trị U&I hay mật độ dòng điện

Nồng độ Ptổn g đầu vào: 29,27 (mg/L)

18,00

16,00

Nồng độ Ptổng còn lại sau xử lý (mg/

14,00

12,00

10,00

8,00

6,00

4,00

2,00

0,00

15-1,1/110 18-1,4/140 24-1,6 /160

Hiệu điện thế và cường độ dòng điện (V&A) hay mật độ dòng điện (mA/cm2)

Hình 4.24. Kết quả loại bỏ Ptổng trong nước thải thủy sản

của bể keo tụ điện hóa ứng với các giá trị U&I hay mật độ dòng điện

4.2.4.4 Các nhận xét và giải thích

+ Nồng độ SS, COD, BOD5, TKN, Ptổng trong nước thải đầu ra đều giảm khi tăng mật độ dòng điện trong quá trình vận hành mô hình. Điều này đồng nghĩa với hiệu suất xử lý của bể keo tụ điện hóa tỉ lệ thuận với mật độ dòng điện. Điển hình nhất là SS, chỉ tiêu này có hiệu suất xử lý rất chênh lệch giữa 3 giá trị mật độ dòng điện. Cụ thể là với các mật độ dòng điện là 110A/m2; 140A/m2; 160A/m2 thì hiệu xuất xử lý SS lần lượt là 64,02%; 74,77%; 83,25%.

=> Mật độ dòng điện càng lớn thì tốc độ của các phản ứng điện phân diễn ra càng mạnh mẽ. Chính vì vậy mà lượng ion Al3+ được sinh ra và di chuyển vào môi trường nước thải càng nhiều. Bằng chứng là khi tăng mật độ dòng điện từ 110A/m2 lên 140A/m2 và 160A/m2 thì khối lượng cực nhôm giảm tương ứng là 320mg; 420mg và 740mg. Lượng nhôm này mất đi chính là những ion Al3+ đã di chuyển vào trong môi trường nước thải và bị thủy phân thành Al(OH)3. Nhôm tan càng nhiều thì tạo được

nhiều Al3+, từ đó sẽ tạo ra nhiều Al(OH)3 và quá trình keo tụ diễn ra mạnh mẽ hơn =>

hiệu suất xử lý cũng sẽ tăng lên. Do đó, hiệu suất xử lý của của bể keo tụ điện hóa tỉ lệ thuận với mật độ dòng điện.

+ Với hiệu suất xử lý SS 83,25%, COD 54,83%, BOD5 54,98%, TKN

32,19%, Ptổng 58,58%, chúng tôi quyết định chọn mật độ dòng điện là 160 A/m2 cho việc vận hành bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ.

=> Hiệu suất xử lý của bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ ứng với 3 giá trị mật độ dòng điện lần lượt là 110A/m2 (SS 64,02%, COD 47,89%, BOD5 49,29%, TKN 19,83%, Ptổng 46,54%) và 140A/m2 (SS 74,77%, COD 50,88%, BOD5 51,93%,

TKN 26,56%, Ptổng 50,13%) và 160A/m2 (SS 83,25%, COD 54,83%, BOD5 54,98%,

TKN 32,19%, Ptổng 58,58%). Chúng ta nhận thấy rằng hiệu suất xử lý các chỉ tiêu khi vận hành bể keo tụ điện hóa với mật độ dòng điện là 160A/m2 cao hơn hiệu suất xử lý của hai giá trị mật độ dòng điện còn lại giống như ta đã phân tích ở trên. Đồng thời,

nước thải đầu ra trong trường hợp này (mật độ dòng 160A/m2) có: nồng độ SS là 116,83mg/L, tỉ số BOD5/COD là 0,64 rất thích hợp cho việc xử lý bằng bể USBF - phù hợp về mặt kỹ thuật. Còn về mặt kinh tế thì tuy với mật độ dòng điện là 160 mA/cm2

thì lượng điện năng tiêu thụ là lớn nhất (30Wh so với 15Wh và 22,5Wh - khoảng

1,25Wh/lít nước thải tương đương với khoảng 1,25 kWh/m3 nước thải), nhưng giá trị này là hoàn toàn có thể chấp nhận được.

Tóm tắt các kết quả đạt được trong các thí nghiệm về bể keo tụ điện hóa

Sau quá trình thực hiện 5 thí nghiệm về bể keo tụ điện hóa, chúng tôi tiến hành phân tích các chỉ tiêu lý hóa của nước thải đầu vào, đầu ra và xử lý số liệu rồi phân tích chúng dựa trên hai yếu tố là phải vừa đảm bảo về mục tiêu kinh tế và mục tiêu kỹ thuật mà chúng tôi đã đề ra. Cuối cùng chúng tôi đã đạt được một số kết quả sau đây:

+ Kim loại làm điện cực: nên dùng nhôm (Al) làm cực dương và sắt (Fe) làm

cực âm.

+ Thời gian lưu nước phù hợp nhất là 45 phút.

+ Khoảng cách giữa hai điện cực thích hợp nhất là 2 cm.

+ Diện tích bảng điện cực là 100 cm2 đối với 24 lít nước thải => tỉ số của diện

tích bảng điện cực với thể tích nước thải là: S/V = 100/24 = 4,167 cm2/lít tương đương với 0,4167 m2/m3. Trong đó, cột nước trong bể cao khoảng 940 cm = 0.94m.

+ Mật độ dòng điện: 160 A/m2.

Với các điều kiện như trên thì các thí nghiệm của chúng tôi đạt các kết quả

sau đây:

+ Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu hóa lý như sau: SS 83,25%, COD 54,83%,

BOD5 54,98%, TKN 32,19%, Ptổng 58,58%.

+ Điện năng tiêu thụ: khoảng 1,25Wh/lít nước thải => khoảng 1,25 kWh/m3

nước thải.

+ Lượng nhôm tiêu tốn: khoảng 490 - 950 mg/24 lít nước thải <=> 20,4

mg/L – 39,6mg/L <=> 20,4 g/m3 – 39,6 g/m3.

4.3 Kết quả thí nghiệm trên bể USBF có giá bám và bể USBF không có giá bám

Sau khi vận hành xong bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ và cơ bản xác định được các thông số vận hành phù hợp nhất để giảm tải nạp cho bể USBF. Chúng tôi đã tiến hành vận hành bể USBF có giá bám và bể USBF không có giá bám với nước thải đầu vào là nước thải đầu ra của bể keo tụ điện hóa hoạt động với các thông số thích hợp nhất mà chúng tôi đã xác định được.

4.3.1 Kết quả thí nghiệm với tổng thời gian lưu 10h (thí nghiệm 6)

4.3.1.1 Đặc điểm của nước thải đầu vào

Nước được thu vào lúc 8h sáng, tối đêm trước trời có mưa, nước thải thu được màu đỏ tương đối đậm, mỡ tương đối nhiều, mực nước trong kênh dẫn nơi thu mẫu là khoảng 0,43 m.

4.3.1.2 Hiện tượng xảy ra trong quá trình thí nghiệm

Với các điều kiện thí nghiệm như đã trình bày ở phần 3.4.2.2 - thí nghiệm 6. Chúng tôi tiến hành vận hành bể USBF có giá bám và bể USBF không có giá bám và quan sát được các hiện tượng sau:

+ Bùn trong ngăn lắng ở cả 2 bể đều nén tốt. Tuy nhiên, bùn trong ngăn lắng của bể USBF có giá bám gia tăng về chiều cao chậm hơn bùn trong ngăn lắng của bể USBF không có giám bám.

+ Thời gian đạt tới sự ổn định của bể USBF có giá bám lâu hơn bể USBF không giá bám.

+ Sau tổng thời gian lưu 10h, nước đầu ra của hai bể đều chứa ít chất rắn lơ lửng và nước rất trong.

Hình 4.25. Nước thải đầu vào và nước thải đầu ra

của bể keo tụ điện hóa và hai bể USBF (tổng thời gian lưu 10h)

4.3.1.3 Kết quả thí nghiệm

Sau khi thực hiện thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu lý hóa như đã trình bày ở phần 3.4.2.2 – thí nghiệm 6 chúng tôi thu được các kết quả sau đây :