Sơ Đồ Phương Pháp Điện Hoá Học (Nguồn: Trịnh Lê Hùng, 2006)

nước ta thì khu vực đồng bằng sông Cửu Long là nơi có sản lượng xuất khẩu thủy hải sản cao nhất nước ta. Chỉ 6 tháng đầu năm 2010 khu vực này đã đóng góp hơn 530 triệu USD cho tổng giá trị xuất khẩu thủy sản của cả nước [12].

Tuy nhiên, trong những năm gần đây mặt hàng cá tra, basa philê xuất khẩu của đồng bằng sông Cửu Long thường bị các công ty Mỹ kiện về việc bán phá giá và mặt hàng này liên tục bị áp đặt “thuế chống bán phá giá” vào thị trường này. Theo ông Nguyễn Việt Thắng, Chủ tịch Hội nghề cá Việt Nam cho rằng: “quyết định này của Mỹ đã gây ảnh hưởng lớn đến người nuôi cá tra, basa ở đồng bằng sông Cửu Long” [13]. Trước vấn đề này, rất khó khăn cho các công ty, xí nghiệp chế biến thủy hải sản ở đồng bằng sông Cửu Long có quy mô vừa và nhỏ xây dựng và vận hành một hệ thống xử lý nước thải đúng kỹ thuật. Bởi vì, lợi nhuận của họ thu được là rất bấp bênh và phụ thuộc rất lớn vào thị trường Mỹ. Trong khi đó, các công ty có quy mô lớn thì có khả năng xây dựng hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh nhưng họ liên tục mở rộng quy mô hay nâng cao công suất hoạt động nên các hệ thống xử lý này luôn nằm trong tình trạng quá tải.

Bên cạnh đó, việc chế biến các mặt hàng cá tra, cá basa philê xuất khẩu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long thường là theo mùa vụ và theo đơn đặt hàng. Vào mùa vụ do thừa nguyên liệu nên đại đa số các nhà máy phải hoạt động hết công suất. Điều này làm cho hệ thống xử lý nước thải của các công ty trong giai đoạn này luôn trong tình trạng quá tải dẫn đến chất lượng nước thải đầu ra không đạt QCVN (cụ thể là QCVN 11: 2008/BTNMT). Vào mùa thiếu nguyên liệu (nghịch mùa) các nhà máy phải hoạt động cầm chừng, không ổn định hoặc phải sử dụng nguồn nguyên liệu khác để sản xuất ra mặt hàng khác. Điều này đã ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả hoạt động của hệ thống xử lý nước thải. Bởi vì, các hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy thủy hải sản thường áp dụng phương pháp sinh học, mà việc hoạt động của các nhà máy không ổn định như thế thì lượng nước thải được thải ra hằng ngày là không ổn định cả về lưu lượng lẫn chất lượng. Do vậy, tình trạng này đã ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng hoạt động của các vi sinh vật trong hệ thống dẫn đến chất lượng nước thải đầu ra không đạt theo QCVN 11: 2008/BTNMT.

Với những vấn đề của các công ty, xí nghiệp và hiện trạng của các hệ thống xử lý nước thải như hiện tại, thì nguy cơ các nguồn nước mặt ở đồng bằng sông Cửu Long bị ô nhiễm do nước thải thủy sản là rất cao. Bên cạnh đó, vấn đề quản lý và xử lý nước

thải thủy sản ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long là hết sức bức thiết nhưng hiện nay vẫn chưa có giải pháp triệt để.

Như vậy, việc cần làm ngay vào thời điểm này là phải tiến hành nghiên cứu và tìm ra một công nghệ xử lý nước thải thủy sản mới vừa có thể đáp ứng được tình hình kinh tế của các doanh nghiệp mà vẫn đảm bảo chất lượng nước đầu ra của hệ thống. Bên cạnh đó, cũng cần có những phương pháp cải tạo hoặc nâng cao công suất cho các hệ thống cũ hay các hệ thống bị quá tải.

Trong khi đó, ở Việt Nam công nghệ USBF đã xuất hiện với rất nhiều những ưu điểm trong việc xử lý nước thải. Tuy nhiên, công nghệ này chỉ mới áp dụng rộng rãi cho việc xử lý nước thải sinh hoạt như: khách sạn Novotel Phan Thiết - Bình Thuận, resort Aquaba Mũi Né - Bình Thuận, khu Du lịch Sinh Thái An Viên - Nha Trang,… Hiệu quả xử lý cụ thể của một số chỉ tiêu như sau: SS 85%; COD 91%; BOD5 91%; N 84%; và P 80% (Nguyễn Hàn Mộng Du, 2006).

Công nghệ USBF được cải tiến từ qui trình bùn hoạt tính cổ điển. Công nghệ này kết hợp ba quá trình thiếu khí, hiếu khí và lắng trong một đơn vị xử lý nước thải. Đây chính là điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính cổ điển, thường tách rời ba quá trình trên nên tốc độ và hiệu quả xử lý không cao. Với sự kết hợp này khi sử dụng bể USBF sẽ tiết kiệm chi phí cho quá

trình xây dựng và vận hành hệ thống. Do đó, việc nghiên cứu việc áp dụng công nghệ này để xử lý nước thải thủy sản là một việc hoàn toàn phù hợp. Bên cạnh đó, để giảm tải nạp cho bể USBF thì bể keo tụ điện hóa là một lựa chọn rất khả quan. Bể keo tụ điện hóa là một công nghệ giao thoa ưu điểm của 3 phương pháp: tuyển nổi điện phân, keo tụ - tạo bông và điện phân hóa học (Hold, Barton và Mitchell, 2004). Do sử dụng dòng điện một chiều và kim loại (nhôm và sắt) làm cực tan nên không cần phải tốn chi phí mua hóa chất cho việc vận hành bể này.

Bên cạnh đó, giá bám sẽ được bổ sung vào ngăn hiếu khí của bể USBF. Việc làm này sẽ làm tăng mật độ vi sinh vật trong ngăn hiếu khí. Khi đó chất lượng nước thải đầu ra sẽ được cải thiện hơn và thể tích của bể USBF sẽ được giảm đáng kể.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 154 trang tài liệu này.

Với những vấn đề hiện tại của các công ty, xí nghiệp và các hệ thống xử lý nước thải. Hệ thống kết hợp bể keo tụ điện hóa và USBF hứa hẹn sẽ giải quyết được bài toán

trên. Đó là lý do đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” đã được chúng tôi thực hiện.

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Tuỳ theo bản chất của các phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia chúng thành phương pháp lý học, phương pháp hoá học, phương pháp sinh học. Một hệ thống xử lý hoàn chỉnh thường kết hợp đủ các thành phần kể trên. Tuy nhiên, tuỳ theo tính chất của nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta có thể cắt bớt một số công đoạn (Lê Hoàng Việt, 2002).

Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” là một đề tài kết hợp hai phương pháp xử lý:

+ Phương pháp hoá học: phương pháp keo tụ điện hoá (electrocoagulation)

+ Phương pháp sinh học: công nghệ USBF(Upflow Sludge Blanket Filtration)

Do đó, ở phần lược khảo tài liệu này, chúng tôi sẽ tập trung vào các vấn đề của hai phương pháp này.

2.1. Phương pháp xử lý hoá học

Theo Lê Hoàng Việt (2002), xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học là đưa vào nước thải một hoá chất nào đó, hoá chất này tác dụng với các chất ô nhiễm trong nước thải để tạo thành các cặn lắng hay chất hoà tan không độc hại.

Cơ sở của các phương pháp hoá học là các quá trình hoá lý diễn ra giữa chất bẩn và các hoá chất thêm vào. Những phản ứng diễn ra có thể là các phản ứng oxi hoá - khử, các phản ứng tạo thành chất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ các chất độc hại (Trần Hiếu Nhuệ, 2001).

Các phương pháp hoá học thường được sử dụng trong xử lý nước thải là: keo tụ, hấp phụ, khử trùng, trung hoà, khử Chlor,… (Lê Hoàng Việt, 2002).

Bên cạnh đó, keo tụ điện hoá cũng là một phương pháp hoá học. Tuy nhiên, phương pháp này kết hợp với phương pháp lý học (dòng điện và các điện cực) nên có thể xem phương pháp này là một phương pháp hoá - lý.

2.1.1 Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa

2.1.1.1 Khái niệm

Keo tụ điện hoá là một phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải, trong đó dưới tác dụng của dòng điện thì các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽ bị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào

trong môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở cực âm (Hold, Barton và Mitchell, 2004).

2.1.1.2 Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hoá

Theo Ramesh Babu, Bhadrinarayana, Meera Sheriffa Begum Anantharaman (2006), phương pháp keo tụ điện hóa có các đặc điểm sau đây:

+ Dòng điện được sử dụng trong phương pháp keo tụ điện hóa là dòng điện một chiều.

+ Các điện cực dương được sử dụng thường là bằng nhôm hoặc sắt. Tùy vào giá trị pH và đặc tính của nước thải ở từng trường hợp cụ thể mà xác định xem điện cực nào là cực dương, điện cực nào là cực âm.

+ Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vận hành của bể có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau.

+ Hệ thống điện cực được đặt ngập trong nước thải, để đảm bảo khả năng tiếp xúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất.

+ Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầu vào liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải chỉ được nạp một lần (theo mẻ).

Theo Hold, Barton và Mitchell (2004), keo tụ điện hóa là phương pháp giao thoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân, keo tụ.

2.1.1.3 Điện hóa học

2.1.1.3.1 Khái niệm về phương pháp điện hoá học

Điện hoá học là phương pháp làm sạch các tạp chất hoà tan hoặc phân tán trong nước thải nhờ tác dụng của dòng điện một chiều khi xảy ra quá trình oxi hoá ở cực dương và quá trình khử ở cực âm (Trịnh Lê Hùng, 2006).

Cực dương Cực âm

(anot) + (catot) –

Ion (-) Ion (+)

Hình 2.1. Sơ đồ phương pháp điện hoá học (Nguồn: Trịnh Lê Hùng, 2006)

2.1.1.3.2 Nguyên lý của quá trình điện hoá học

Theo Agustin, Sengpracha và Phutdhawong (2008), khi có 2 điện cực cùng nhúng trong một dung dịch chất điện li và cho dòng điện một chiều đi qua thì:

+ Tại cực dương (anot): các ion âm sẽ cho electron, nghĩa là xảy ra phản ứng oxi hoá điện hoá.

+ Tại cực âm (catot): các ion dương sẽ nhận electron, nghĩa là xảy ra phản

ứng khử.

Cực dương: A → An+ + ne-

Cực âm: 2H2O + 2e- → 2OH- + H2

Theo Trịnh Lê Hùng (2006), dưới tác dụng của dòng điện và các electron, các ion, và trong quá trình oxi hoá điện hoá, các hợp chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, NH3 và nước, hay tạo thành các chất đơn giản hơn và không độc hại, có thể tách ra bằng các phương pháp khác. Quá trình điện phân được nghiên cứu để loại bỏ các tạp chất xyanua, sunfoxyanua, ancol, các andehyt, hợp chất nitơ (như các amin, phẩm nhuộm azo), sunfit, mecaptan,… ra khỏi nguồn nước.

Các ví dụ: . Theo Trịnh Lê Hùng, (2006)

+ Oxi hoá phenol nhờ oxi sinh ra trong quá trình điện phân: 2H+ + 2e- → H2

4OH- - 4e- → 2H2O + O2

C6H5OH + 7 O2 → 6CO2 + 3H2O

+ Các hợp chất halogen hữu cơ độc hại sẽ được chuyển thành các hợp chất hữu cơ ít độc hại hơn khi không còn liên kết với halogen:

RCl + 2e- + H+ → R-H + Cl-

+ Oxi hoá ở anot của xyanat xảy ra theo phản ứng sau: CNO- + 2H2O → NH+4 + CO2-3

+ Hoặc oxi hoá đến mức tạo thành khí nitơ:

2CNO- + 4OH- - 6e- → N2 + 2CO2 + 2H2O

+ Trường hợp bổ sung thêm NaCl, thì khí Cl2 được giải phóng ở anot sẽ oxi hoá xyanua:

2Cl- - 2e- → Cl2

CN- + 2OH- + Cl2 → 2Cl- + H2O + CNO-

2CNO- + 4OH- + 3Cl2 → 2CO2 + N2 + 6Cl- + 2H2O

+ Sunfoxyanua được phân huỷ theo phản ứng sau:

CNS- + 10OH- - 8e- → CNO- + SO2-4 + 5H2O

+ Khử Crom hoá trị VI (Cr2O72-):

Cr2O72- + 14H+ + 12e- → 2Cr + 7H2O

+ Khử NH4NO3:

NH4NO3 + 2H+ + 2e- → NH4NO2 + 2H2O NH4NO2 → N2 + 2 H2O

Hiệu suất của phương pháp điện hoá học này phụ thuộc vào các yếu tố như: mật độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo năng lượng,…

2.1.1.4 Tuyển nổi điện phân

2.1.1.4.1 Khái niệm

Tuyển nổi điện phân là phương pháp được thực hiện dựa trên cơ sở sự điện ly của nước tạo thành những dòng khí rất nhỏ (Nguyễn Thị Thu Thuỷ, 2000).

2.1.1.4.2 Cơ chế của quá trình tuyển nổi điện phân

Theo Lê Hoàng Việt (2002), phương pháp này thì các điện cực sẽ được đặt ở dưới đáy bể. Dòng điện một chiều sẽ điện phân dung dịch nước thải tạo nên các bọt khí. Các bọt khí oxi được tạo nên ở các điện cực dương và khí hidro tạo ra ở cực âm sẽ nổi lên và bám vào các hạt chất rắn lơ lửng tạo lực nâng chúng lên bề mặt tạo thành lớp váng để sau đó loại bỏ chúng bằng thanh gạt.

Ngoài ra, nếu trong nước thải có nhiều chất bẩn khác là các chất điện phân thì khi dòng điện đi qua sẽ thay đổi thành phần hóa học và tính chất của nước. Trạng thái các tạp chất không tan do các quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxi hóa khử,…diễn ra. Trong nhiều trường hợp những quá trình đó có lợi cho quá trình xử lý nước thải và trong một số trường hợp khác cần phải điều khiển các quá trình đó để đạt được hiệu suất xử lý một loại chất bẩn nào đó (Trần Hiếu Nhuệ, 2001).

Khi sử dụng các điện cực bằng nhôm hay sắt là cực dương thì ở cực dương sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại. Kết quả là các cation kim loại (Fe3+ hoặc Al3+) sẽ di chuyển trong môi trường nước thải. Những cation đó sẽ kết hợp cùng với nhóm hidroxyl và tạo thành các hidroxit (Al(OH)3, Fe(OH)3) là những chất keo tụ phổ biến

trong xử lý nước thải. Do đó, trong không gian các điện cực sẽ đồng thời diễn ra các quá trình tạo bông keo tụ và tạo các bọt khí. Hiện tượng này sẽ tạo điều kiện để các bọt khí bám vào bông cũng như làm cho quá trình keo tụ chất bẩn, quá trình hấp thụ, kết dính,… diễn ra mạnh và hiệu suất tuyển nổi cao hơn (Trần Hiếu Nhuệ, 2001).

Cặn

Nước ra

Nước Điện cực

vào

Ống thu bùn Hình 2.2. Bể tuyển nổi điện phân (Nguồn: Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

2.1.1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân

Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001), các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi bằng phương pháp điện phân:

+ Thành phần hóa học của nước thải: các loại nước thải có thành phần như dầu, mỡ, chất rắn lơ lửng cao thì quá trình tuyển nổi sẽ đạt được hiệu suất cao.

+ Vật liệu các điện cực: (tan hoặc không tan) tốt nhất là các điện cực dương bằng nhôm hay sắt.

+ pH: nước thải có giá trị pH nằm trong khoảng thích hợp với cực dương làm bằng sắt là từ 3.5 - 6.5, còn pH thích hợp với cực dương làm bằng nhôm là 5.5 - 7.5.

+ Các thông số của dòng điện: điện thế, cường độ, điện trở suất,…

Ngoài ra, còn có các yếu tố khác như: thành phần các kim loại (đặc biệt là kim loại nặng) có trong nước thải, độ đục, độ màu,…

2.1.1.4.4 Các thông số kỹ thuật trong thiết kế và vận hành bể tuyển nổi điện phân

Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001), các thông số kỹ thuật cần thiết cho việc thiết kế và vận hành bể tuyển nổi điện phân là:

+ Thời gian tuyển nổi xác định bằng thực nghiệm: t = 0,3 - 0,75h.

+ Khoảng cách giữa hai tấm điện cực: 15 - 20 mm.