<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCMVIỆN XÂY DỰNG</b>

<b>BÁO CÁO</b>

<b>KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP</b>

<b>TÌM HIỂU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢICHĂN NI LỢN ĐÃ QUA HẦM KHÍ SINH HỌC</b>

<b>BẰNG KEO TỤ ĐIỆN HĨA</b>

<i><b>Chun ngành: Kỹ thuật Mơi trường</b></i>

<b>Sinh viên thực hiện: Lê Tấn Tài</b>

Tô Khánh Tân

<b>Giáo viên hướng dẫn: ThS: Nguyễn Văn Trung</b>

<i><b>Lớp: MG18 (2018 – 2022)</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...3

2.1. Nước thải chăn nuôi lợn và phương pháp xử lí...3

2.1.1. Khái niệm và đặc tính nước thải chăn nuôi lợn 2.1.2. Một số công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam 6 2.2. Xử lí nước thải bằng keo tụ điện hóa...8

2.2.1.Giới thiệu chung về keo tụ điện hóa...8

2.2.2.Đặc điểm của keo tụ điên hóa...9

2.2.3. Cơ chế keo tụ điện hóa...10

2.2.4. Ưu vaf nhược điểm của keo tụ điện hóa...13

CHƯƠNG 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...15

3.1. Đối tượng nghiên cứu...15

3.2. Phương pháp nghiên cứu...15

3.2.1. Hệ thống keo tụ điện hóa...15

3.2.2. Phương pháp phân tích mẫu...17

3.2.3. Phương pháp xử lý số liệu...18

CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...18

4.1. Đặc điểm nước ni lợn thải ra sau hầm khí sinh học...19

4.2. Kết quả khảo sát keo tụ điện hóa nước thải với cặp điện cực (+)Al|Al(-) 4.2.1. Ảnh hưởng của pH 4.2.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện 4.2.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý 4.2.4. Ảnh hưởng khoảng cách giữa hai điện cực CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...35

5.1. Kết luận

<b> 5.2 Kiến nghị</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>DANH MỤC CÁC BẢNG</b>

<b>Bảng 2.1. Thành phần nước thải ở một số trang trại lợn </b>

<b>Bảng 3.1. Phương pháp phân tích thơng số COD, NH</b><small> 4</small>-N, pH

<b>Bảng 4.1. Đặc điểm nước thải nuôi lợn sau hầm KSH</b>

<b>Bảng 4.2. Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH với cặp điện cực (+)Al|Al(-)Bảng 4.3. Hiệu quả keo tụ điện hóa với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các pH khác nhau Bảng 4.4. Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của cường độ dòng điện với cặp điện</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>DANH MỤC CÁC HÌNH</b>

<b>Hình 2.1. Mơ hình điện hóa cơ bản</b>

<b>Hình 2.2. Sơ đồ các phản ứng chính q trình điện hóaHình 3.1. Hệ thống điện hóa</b>

<b>Hình 3.2. Vị trí lấy mẫu</b>

<b>Hình 4.1. Màu sắc của mẫu nước thải ni lợn sau KSH</b>

<b>Hình 4.2. Hiệu quả xử lý với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các pH khác nhau.</b>

<b>Hình 4.3. Hiệu quả xử lý với cặp điện cực (+)Al|Al(-) với cường độ dịng điện khác</b>

<b>Hình 4.4. Hiệu quả xử lý với cặp điện cực (+)Al|Al(-) với thời gian xử lý khác nhauHình 4.5. Hiệu quả xử lý nước thải với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các khoảng cách </b>

giữa hai điện cực

<b>Hình 4.6. Nước thải sau xử lý </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>Hình 4.7. Bơng cặn tạo ra sau xử lý với điện cực. </b>

<b>DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT</b>

<b>BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi Trường</b>

<b>COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxi hóa học)KSH Khí sinh học</b>

<b>NTCNL Nước thải chăn nuôi lợn</b>

<b>PCU Platinum Cobalt Unit (đơn vị đo màu theo Pt-Co)PTN Phịng thí nghiệm</b>

<b>QCVN Quy Chuẩn Việt Nam</b>

<b>SS Suspended Solids (Chất rắn lơ lửng)TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam</b>

<b>ThN Thí nghiệm TP Tổng Photpho</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU11.1. ĐẶT VẤN ĐỀ</b>

Trong những năm gần đây, ngành chăn ni đã và đang có sự tăng trưởng nhanh cả về quy mơ và giá trị, đóng góp quan trọng vào việc phát triển kinh tế nông nghiệp và nơng thơn ở nước ta. Trong đó, đặc biệt ngành chăn ni lợn đang có những dịch chuyển nhanh chóng từ chăn ni nơng hộ sang chăn ni trang trại, công nghiệp; từ chăn nuôi nhỏ lẻ lên chăn ni quy mơ lớn. Từ đó đáp ứng cơ bản nhu cầu thực phẩm ngày càng cao của cả nước.

Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại, thì ngành chăn nuôi cũng đang nảy sinh rất nhiều vấn đề về chất lượng môi trường, đe dọa sức khỏe của cộng đồng dân cư địa phương và ảnh hưởng đến cả hệ sinh thái tự nhiên.

Hiện nay, ở Việt Nam nước thải chăn nuôi lợn (NTCNL) chủ yếu được xử lý bằng hầm khí sinh học (KSH). Tuy nhiên, do tính chất đặc trưng của nước thải chăn ni, sau giai đoạn này các thành phần gây ô nhiễm có thể vẫn cịn ở mức khá cao. Do đó việc xử lý tiếp nước thải sau hầm KSH trước khi thải ra môi trường là hết sức cần thiết. Có nhiều phương pháp kỹ thuật có thể được triển khai nghiên cứu và ứng dụng, tùy thuộc quy mô. Một trong số đó là giải pháp xử lý NTCNL bằng phương pháp keo tụ điện hóa.

Phương pháp này được đặc trưng bởi thiết bị đơn giản, dễ dàng hoạt động, giảm hoặc khơng sử dụng hóa chất, cũng như giảm lượng chất kết tủa. Keo tụ điện hóa đã được chứng minh là một phương pháp hiệu quả cho xử lý nhiều loại nước thải. Nó đã được thử nghiệm thành công trong xử lý nước thải đô thị, nước thải dệt nhuộm, nước thải gia cầm, nước rỉ rác, nước thải chế biến , nước thải nhà hàng, nước thải dệt nhuộm, nước thải nhà máy dầu ô liu, và nước thải giấy tái chế [1]. Mặc dù có một con số nghiên cứu khoa học ấn tượng về xử lý nước thải công nghiệp bằng keo tụ điện hóa. Tuy nhiên, lại khá ít nghiên cứu được thực hiện trên đối tượng xử lý là nước thải chăn nuôi, cụ thể là NTCNL sau hầm KSH sử dụng q trình keo tụ điện hóa, đặc biệt là các nghiên cứu về xác định các điều kiện tốt nhất cho quá trình xử lý này.

<i>Xuất phát từ những lý do trên, chúng tơi đã chọn đề tài “Tìm hiểu khả năng xửlý nước thải chăn nuôi lợn đã qua hầm khí sinh học bằng keo tụ điện hóa” làm đề tài</i>

khóa luận tốt nghiệp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>11.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU</b>

Lắp đặt, vận hành hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa dạng mẻ quy mô PTN.

Đánh giá hiệu quả xử lý NTCNL với cặp điện cực (+)Al|Al(-) ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau gồm: pH, cường độ dịng điện , khoảng cách giữa bản cực, thời gian xử lý.

Xác định điều kiện hiệu quả nhất để xử lý nước thải bằng cặp điện cực (+)Al|Al(-)

<b>21.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU</b>

Quy mô nghiên cứu: nghiên cứu được thực hiện ở quy mô PTN. Phạm vi thời gian thực nghiệm: từ ngày 20/05/2022 đến 10/06/2022.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU</b>

<b>12.1. Nước thải chăn ni lợn và các phương pháp xử lí</b>

<b>1.1.12.1.1. Khái niệm và đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn1.1.2a. Khái niệm</b>

Nước thải chăn nuôi bao gồm nước rửa chuồng, nước tắm, nước tiểu vật nuôi. Với chăn ni lợn, nói riêng, nếu trung bình lượng thải ra 25 lít/con lợn/ngày thì tổng lượng nước thải hàng năm lên đến 85 triệu m<small>3</small>, một lượng nước thải đáng kể [2].

<b>1.1.3b. Đặc tính nước thải chăn ni lợn</b>

Với chăn ni tập trung, và mật độ chăn ni cao có thể dẫn đến tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm cũng tăng cao. Bao gồm:

<i>- Chất hữu cơ:</i>

Trong chất rắn của nước thải thì hợp phần chất hữu cơ cở 70 - 80%, bao gồm các hợp chất hydrocacbon, chất béo, proxit, axit amin và môt số dẫn xuất của chúng có trong thức ăn thừa và phân. Thành phần vô cơ khoảng 20 - 30% gồm muối clorua, SO4<small>2-</small>, cát, đất,..

<i>- Phốt pho và Nitơ:</i>

Hàm lượng phốt pho, nitơ có trong nước thải thường khá cao do khả năng của vật nuôi hấp thụ kém. Với thức ăn có chứa N và P, khi ăn thì chúng sẽ thải ra ngoài theo nước tiểu và phân. Theo thời gian với sự tác động của oxy, lượng nitơ trong nước chuyển hóa ở các dạng khác nhau NH4-N, NO<small>2</small>^-, NO<small>3</small>^-.

Phốt pho phát sinh ra trong quá trình tiêu thụ thức ăn, lượng phốt pho khoảng 0,26 – 1,55%, và tồn tại một ít trong nước tiểu, cũng như xác của vật nuôi. Trong nước thải do chăn nuôi thải ra thì phốt pho chiếm tỉ lệ khá cao, tồn

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

tại ở các dạng metaphotphat (hay polyphotphat PO<small>4</small>^3-), orthophotphat (H2PO<small>4</small>^-, HPO<small>4</small>^2-, PO<small>4</small>^3-), và phốt phat hữu cơ.

<i>- Vi sinh vật:</i>

<i>Các vi khuẩn điển hình như: E.coli, Shigenla sp, Proteus, Streptococcussp, Salmonella sp, Clostridium sp…đây là các vi khuẩn gây bệnh lỵ, tả, thươnghàn. “Các loại virus có thể tìm thấy trong nước thải như: corona virus, poiovirus, aphtovirus…và ký sinh trùng trong nước gồm các loại trứng và ấu trùng,ký sinh trùng đều được thải qua phân, nước tiểu và dễ dàng hịa nhập vào nguồn</i>

nước” [2].

Theo kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi của Viện Công nghệ Môi trường Hà Nội [3] cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở một số trại

Số liệu bảng 2.1 cho ta thấy rằng, nước thải chăn ni có chứa thành phần các chất gây ô nhiễm rất cao, các thành phần ơ nhiễm có giá trị vượt so với Quy chuẩn về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT, cột B) nhiều lần.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>1.1.4 c. Tác động nước thải chăn nuôi đối với môi trường</b>

Trong giai đoạn gần đây, ngành chăn nuôi với phát triển tốc độ khá nhanh, nhất là đối với nuôi lợn, do nhu cầu của người tiêu dùng về thịt lợn tăng mạnh. Từ đó, việc gây ra các vấn nạn về ô nhiễm môi trường ngày thêm nghiêm trọng.

Hàm lượng chất hữu cơ cao trong NTCNL khi quá trình phân hủy xảy ra, sẽ làm nồng độ ơxy hịa tan trong nước giảm xuống, gây ra sự thiếu ôxy cho hệ thủy sinh vật đối với q trình hơ hấp của chúng. “Q trình chất hữu cơ phân hủy sẽ tạo môi trường yếm khí, sinh ra một số chất độc hại và một số loài tảo độc gây tác động tiêu cực đến hệ sinh thái. Một khi các hệ thủy sinh vật bị suy giảm, chúng sẽ gây mất cân bằng sinh thái, có thể làm cản trở q trình tự làm sạch của ao, hồ sông, kênh rạch.... Động thực vật, con người trực hoặc gián tiếp sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị tác động xấu. Tại nhiều khu vực chăn nuôi, nước thải vẫn thải trực tiếp ra mơi trường bên ngồi(sơng, ao hồ, kênh rạch hay hệ thống thoát nước chung của khu vực) không qua hệ thống xử lý hoặc xử lý một cách không triệt để. Gây ô nhiễm mơi trường nước, khơng khí và đất trầm trọng” [4].

Ngồi ra, trong nước thải cịn có lẫn phân gia cầm, gia súc có chứa nhiều loại trứng giun sán, vi trùng, vi khuẩn,... Chúng có thể sẽ là nguồn bệnh cho con người cũng như những động vật khác.

Bên cạnh đó, nước thải chăn ni có thể thấm xuống đất vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nơng gần chuồng

Q trình urê trong nước tiểu chuyển hóa cũng góp phần khá nhiều trong việc làm ô nhiễm môi trường nước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Nồng độ NO<small>3</small>^- cao trong nước, sẽ gây độc hại cho con người: Do ở điều kiện thích hợp thì trong hệ tiêu hóa NO<small>3</small>^- sẽ chuyển thành NO<small>2</small>^- , nó có thể được hấp thu vào máu và kết hợp hồng cầu, gây ức chế chức năng hồng cầu vận chuyển ôxy [4].

<b>1.22.1.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi trên thế giới và ở ViệtNam</b>

<b>1.2.1a. Một số công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi trên thế giới</b>

Việc xử lý NTCNL đã được nghiên cứu triển khai ở nhiều nước có điều kiện phát triển từ khoảng vài chục năm. Các phương pháp trên thế giới sử dụng cho xử lý nước thải chăn nuôi với nồng độ ô nhiễm cao chủ yếu là các phương pháp sinh học, do các phương pháp này có tính thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên và bền vững. Tại các nước phát triển, với quy mơ trang trại rộng lớn (có thể hơn 10.000 con lợn), chất thải phân lợn chủ yếu làm phân vi sinh và sản xuất biogas cho máy việc phát điện, nước thải chăn nuôi có thể được sử dụng tiếp cho các mục đích nông nghiệp [2].

<i>Công nghệ đất ngập nước là phương pháp xử lý nước thải sử dụng các yếutố tự nhiên, thân thiện mơi trường. Cơng nghệ đất ngập nước có được những kết</i>

quả rất đáng kể trong xử lý các thông số TSS, COD, BOD<small>5</small>, đạt được hiệu suất khá cao (lên đến trên 90%) . Tuy nhiên, với các thành phần dinh dưỡng: P, N, nó vẫn chưa xử lý được tốt và cần có thời gian lưu nước kéo dài. Ngồi ra, phương pháp này cịn có điểm yếu là cần diện tích đất lớn, mà vấn đề này lại là điều các chủ trang trại không mong muốn, đôi khi là bất khả thi do diều kiện hạn chế về mặt bằng hiện nay [5].

<i>Phương pháp kết tủa struvite trong môi trường kiềm với nồng độ MgSO</i><small>4</small>

<i>1000 – 1500 mg/L ta có thể loại bỏ đồng thời cả amoni và phosphat. “Hiệu suất</i>

loại bỏ tại giá trị pH khoảng 9 đạt được với phosphat là cao nhất. Trong khi đó, tại giá trị pH khoảng 11 việc loại bỏ amoni đạt được hiệu suất cao nhất. Ưu điểm của phương pháp này là khi áp dụng có thể tạo ra phân bón như là sản phẩm phụ. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế là lượng MgSO<small>4 </small>sử dụng khá lớn, làm tăng giá thành xử lý” [5].

<i>Ngoài ra, với NTCNL xử lý P bằng phương pháp keo tụ đã được áp dụng</i>

phổ biến, nguyên tắc là dựa trên sự kết tủa phôtphat với các ion sắt, nhơm, canxi ình thành các muối tương ứng có độ tan thấp dẽ dàng được tách ở dạng chất rắn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

10Ca<small>2+</small> + 6PO4<small>3-</small> + 2OH<small>- </small> Ca<small>10</small>(PO<small>4</small>)<small>6</small>(OH)<small>2</small>

Al<small>3+</small> + H<small>n</small>PO4<small>3-n </small> AlPO<small>4</small> + nH<small>+</small>

Fe<small>3+</small> + H<small>n</small>PO<small>4</small>^3-n FePO<small>4</small> + nH<small>+</small>

Các chất muối nhôm Al<small>2</small>(SO4)<small>3</small>, vôi Ca(OH)<small>2</small>, muối sắt FeSO<small>4</small>, FeCl<small>2</small> và ZrCl<small>4</small> là các chất keo tụ phổ biến. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế là chi phí tăng do hóa chất sử dụng và phải xử lý bùn kết tủa phát sinh[5].

<i>Kỹ thuật phân hủy yếm khí đã được áp dụng từ lâu để xử lý NTCNL.Phương pháp này có hiệu quả xử lý và kết quả kinh tế tốt hơn các phương pháp</i>

truyền thống như chôn lấp, hóa lý, sử dụng vùng đất ngập nước, hệ thống hiếu khí. Nhìn chung, phương pháp sinh học yếm khí được sử dụng đã làm giảm thiểu đáng kể COD, BOD<small>5</small>và SS trong nước thải ra. Tuy nhiên, các hợp phần gây ô nhiễm như P, N vẫn có thể ở mức cao và phải được xử lý với các phương pháp khác trước khi thải ra mơi trường [5].

<i>“Một số mơ hình xử lý thiếu khí kết hợp và hiếu khí đã được nghiên cứu áp</i>

dụng trong với nước thải chăn nuôi như hệ aeroten, hệ aeroten hoạt động gián đoạn SBR, hệ thiếu khí kết hợp hiếu khí, yếm khí kết hợp hiếu khí (AO) và hệ yếm khí, thiếu khí kết hợp hiếu khí (A2O). Với các kết quả nghiên cứu cho thấy nhược điểm của các phương pháp là khi hàm lượng chất ô nhiễm vào cao thì nước thải sau xử lý khơng thể giảm được đến mức phù hợp chất ơ nhiễm. Ben cạnh đó, việc tách bùn thường khá khó thực hiện, nhất là khi nồng độ bùn hoạt tính trong hệ lớn, và bùn có thể dễ bị rửa trơi gây xáo trộn mật độ vi sinh trong bể, ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý” [5].

<b>1.2.2b. Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi tại Việt Nam</b>

Cho đến nay ở nước ta, có thể nói chưa có quy trình xử lý nước thải chăn ni hồn thiện nào được cơng bố có thể đạt tiêu chuẩn xả thải. NTCNL từ trang trại phần lớn mới chỉ được xử lý qua hầm KSH và bằng hồ sinh học. Các phương pháp này chủ yếu xử lý được chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ, tuy nhiên thời gian lưu yêu cầu khá dài (20 – 30 ngày) và diện tích đất sử dụng khá lớn [5].

“Một nghiên cứu về hiệu quả xử lý NTCNL bằng hầm KSH quy mô hộ gia đình cho thấy việc sử dụng hầm KSH để xử lý NTCNL đã làm giảm đáng kể nồng độ các chất ơ nhiễm. Trung bình, COD giảm 85%, BOD5 giảm 76,5%, SS giảm 86,4%, VSS giảm 85,5%, TKN giảm 119%, TP giảm 7,1% và Fecal coliform giảm 51,2% Tuy nhiên, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu ra

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

vẫn còn khá cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24:2009/BTNMT, cột B, TCN 678 - 2006). Đặc biệt đáng quan tâm là nồng độ các chất dinh dưỡng ở các mẫu này rất cao, tiềm ẩn nguy cơ gây phú dưỡng khi xả thải vào các vực nước mặt. Do dó việc tiếp tục xử lý nước thải sau hầm KSH là hết sức cần thiết” [6].

Ngoài ra, các phương pháp xử lý khác có thể được sử dụng như phương pháp dùng thực vật thủy sinh, lọc sinh học, xử lý hiếu khí bằng aeroten, yếm khí UASB, yếm khí tiếp xúc... đã được nghiên cứu và chúng chứng tỏ có hiệu quả khá; nhưng hầu hết các nghiên cứu mới chỉ ở giai đoạn thực nghiệm, đề xuất quy trình về lý thuyết.

Do đó, có thể thấy rằng, một thực trạng ở nước ta là vấn đề xử lý nước thải ô nhiễm này thường chỉ bằng các biện pháp chưa hiệu quả, đơn lẻ, và không bền vững hoặc bị bỏqua. Phần lớn các hệ xử lýhiện nay được áp dụng một cách đối phó, chưa đạt tiêu chuẩn xả thải. Khi sử dụng những phương pháp đơn giản: chỉ phù hợp cho xử lý nguồn thải có tải lượng ơ nhiễm thấp. Có thể nói các mơ hình xử lý nước thải chăn nuôi tại nước ta hiện nay chỉ mới đạt mức làm giảm tải lượng ô nhiễm chứ chưa đạt được cácquy chuẩn, tiêu chuẩn thải theo quy định đối với ngành chăn ni.

Nhìn chung, việc quản lý NTCNL đang gặp nhiều khó khăn. Vì vậy cần có nhiều biện pháp tích cực kết hợp để quản lý và khắc phục vấn đề do chất thải chăn ni gây ra đối với mơi trường.

<b>22.2. Xử lí nước thải bằng keo tụ điện hóa</b>

<b>2.12.2.1 Giới thiệu chung về keo tụ điện hóa</b>

Trong những năm gần đây, keo tụ điện hóa (Electrocoagulation) đã được nghiên cứu như là một kỹ thuật thay thế cho các quy trình xử lý nước thải truyền thống. Kỹ thuật này là một phương pháp dựa trên sự keo tụ, tạo bông của các chất ơ nhiễm ở dạng nhũ tương hoặc hồ tan trong mơi trường nước, ở đó dịng điện tác động làm các điện cực dương (anot hòa tan, thường là nhơm hoặc sắt) sẽ bị hịa tan và tạo ra các chất có khả năng gây keo tụ (cation Al<small>3+</small> hoặc Fe <small>3+</small>) vào trong dung dịch nước thải, các phản ứng điện phân cũng sẽ tạo ra các bọt khí xuất hiện ở cực âm catot [7].

Kỹ thuật keo tụ điện hóa đã được áp dụng cho một số loại nước thải: dệt nhuộm, nước rỉ bãi rác, huyền phù sét và nước rỉ axit của đất bị nhiễm kim loại nặng. Các kết quả xử lý nước thải đã cho thấy rằng quá trình keo tụ điện hóa hiệu

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

quả để loại bỏ một loạt các chất gây ô nhiễm: tải trọng hữu cơ và kim loại độc hại như đồng, crôm, thủy ngân, chì, cadmium và một số trường hợp để loại bỏ tảo và vi sinh vật, làm giảm độ đục và màu của nước thải [7].

Một mơ hình điện hóa cơ bản thường bao gồm nguồn điện, các điện cực và bình phản ứng như hình 2.1

<b>Hình 2.1. Mơ hình điện hóa cơ bản.</b>

<b>2.22.2.2 Đặc điểm của phương pháp keo tụ điên hóa</b>

Phương pháp keo tụ điện hóa có một số các đặc điểm quan trọng sau đây: - Dòng điện một chiều được sử dụng trong phương pháp này.

- Các điện cực anot thường được làm bằng nhơm hoặc sắt.

- Cường độ dịng điện, thời gian điện phân,và hiệu suất xử lý có mối quan hệ với nhau rất chặt chẽ.

- Hệ thống điện cực được đặt trong nước thải, đảm bảo khả năng tiếp xúc giữa các ion hòa tan và các dung dịch là tốt nhất.

- Hệ keo tụ điện hố có thể hoạt động theo cách: nạp nước thải vào liên tục hoặc hoạt động theo dạng mẻ (thải chỉ được nạp một lần).

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

- Keo tụ điện hóa là phương pháp kết hợp giữa ba q trình: điện hóa hòa tan, keo tụ, điện phân tuyển nổi.

<b>2.32.2.3. Cơ chế keo tụ điện hóa2.3.1 a.Cơ chế q trình chung</b>

Như ta đã biết, cơ chế chung của q trình điện hóa: áp dụng dòng điện một chiều, ở catot và anot q trình oxi hóa và khử sẽ xảy ra. Các quá trình xảy ra ở hai cực anot và catot như sau [9]:

Ở

anot: Tại anot q trình oxi hóa anion hoặc OH<small>-</small> hoặc kim loại xảy ra - Khi thế phóng điện của ion OH<small>-</small> (trong cặp OH<small>-</small>/O<small>2</small>), anion cao hơn thế phóng điện kim loại anot, thì anot sẽ hịa tan ra (q trình này được ứng dụng trong keo tụ điện hóa).

M– ne = M<small>n+</small>

- Với trường hợp ngược lại, thì khi đó ở anot sẽ xảy ra q trình oxi hóa của OH<small>-</small>, anion và anot khơng tan.

- Trật tự phóng điện của các anion như sau: anion Br<small>-</small>, Cl<small>-</small> , S<small>2-</small>, I<small>-</small>,... sau đó mới đến OH<small>-</small> và các anion có oxi ở vị trí cuối cùng.

- Anot có thể làm bằng các vật liệu khơng hịa tan, và có tính chất dẫn điện như: chì, graphit...

Ở catot:

Khi có dịng điện qua dung dịch: thì cation và H<small>+</small> sẽ điện di về catot. Khi thế phóng điện cation cao hơn của H<small>+</small> thì cation sẽ nhận electron của catot tạo thành tạo thành kim loại kết tủa ở điện cực.

M<small>m+</small> + ne = M<small>m-n</small> ( m>n) M<small>n+</small> + ne = M Và 2H<small>3</small>O<small>+</small> + 2e = H<small>2</small> + 2H<small>2</small>O

Catot có thể bằng sắt, nhôm hay niken, từ than chì (graphit), molipden, hợp kim của vonfram, thép khơng rỉ, và một số các kim loại khác.

Có thể tóm lược q trình chính loại bỏ chất ơ nhiễm bằng điện hóa qua hình 2.2

(1). Oxy hóa anot và giải phóng các ion kim loại vào dung dịch.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

(2). Electron dịch chuyển và tạo ra dòng điện, các ion điện tích và chất keo bẩn theo hướng ngược lại trong dung dịch.

(3). Sự thủy phân, va chạm và tương tác giữa các phần tử dichj chuyển tạo ra sự keo tụ.

(4). Sự thu hút các chất keo và các chất bẩn khác hình thành keo tụ, tạo thành các cặn lớn hơn.

(5). Sự tách ra của các bông cặn do quá trình lắng hoặc nổi do các bọt khí hydro thốt ra từ catot.

<b>Hình 2.2. Các phản ứng chính trong bình phản ứng điện hóa.</b>

<b>2.3.2b. Cơ chế với điện cực sử dụng Fe hoặc Al làm anot</b>

Theo Holt [10]: “khi cho dòng điện một chiều đi qua các điện cực thì tại cực dương sẽ diễn ra q trình hịa tan kim loại. Do đó, các điện cực dương được làm bằng nhơm hoặc sắt thì quá trình này sẽ tạo ra các cation (Fe<small>3+</small> hoặc Al<small>3+</small>). Các cation này sẽ di chuyển vào trong môi trường dung dịch thải”.

Các cation (như Fe<small>3+</small> hoặc Al<small>3+</small>) thủy phân và sẽ cùng với nhóm OH<small>-</small> kết hợp và tạo ra các hidroxit (Al(OH)<small>3</small>, Fe(OH)<small>3</small>), chúng là những tác nhân keo tụ

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

phổ biến trong quá trình xử lý nước thải. Các chất keo tụ này sẽ tạo bông kết hợp thu hút vào các bông keo nhỏ trong nước và liên kết với nhau tạo ra các bơng cặn lớn hơn về kích thước [11].

Thêm vào đó, các phản ứng điện phân cũng tạo ra các bọt khí tại cực âm. Chúng này thường là bọt khí H<small>2</small> và có xu hướng nổi lên bè mặt thoáng của dung dịch. Trên đường đi, chúng sẽ bám vào các bông keo đã được tạo ra ở trên và chuyển chúng lên mặt dung dịch.

Trong khi đó, các bơng cặn với kích thước lớn hơn và nặng thì sẽ sa lắng xuống ở dưới đáy bình. Trên đường đi của các bông sa lắng này chúng sẽ va chạm và kết dính với các bơng cặn khác tạo bơng to hơn, và như thế q trình tạo bông, sa lắng sẽ diễn ra hiệu quả hơn [12]. Nước thải sau xử lý sẽ được thu hồi sau các quá trình này (lắng và tuyển nổi).

❖ Một số phản ứng điện phân diễn ra ở điện cực

<i>• Các phản ứng chính:</i>

Các điện cực làm bằng sắt hoặc nhôm sinh ra các chất keo tụ vào trong nước. Khi cho dòng điện một chiều đi từ cực dương sang cực âm, dưới tác dụng của dịng điện thì anot sắt và nhơm sinh ra các cation hịa tan theo cơng thức (1) và (2):

Xảy ra q trình hịa tan Al, Fe tạo thành ion Fe<small>2+</small> (hoặc Fe<small>3+</small>) và Al<small>3+</small>

Fe (rắn) → Fe<small>n+</small> (dung dịch) + ne<small>-</small> (1) Al (rắn) → Al<small>3+</small> (dung dịch) + 3e<small>-</small> (2)

Khi phản ứng điện hóa xảy ra ở mơi trường lỏng, điện cực sắt có thể hịa tan thành Fe<small>2+</small> hoặc Fe<small>3+</small>, riêng điện cực nhơm chỉ tạo thành Al<small>3+</small>. Fe<small>2+</small> có thể bị oxy hóa tiếp thành Fe<small>3+</small> theo cơng thức (3) nếu thế oxy hóa khử và pH phù hợp. Để đạt tốc độ phản ứng thích hợp, cần có oxy và pH trung tính hoặc kiềm.

4F

e <small>2+</small>^(dungd ịch) + 10H<small> 2</small>O + O<small>2</small> → 4Fe(OH)<small>3</small> (rắn) + 8H<small>+</small> (3)

<i>• Các phản ứng phụ:</i>

Bên cạnh các sản phẩm sắt và nhơm hịa tan, các phản ứng điện hóa khác cũng xuất hiện ở trong hệ thống điện hóa. Chúng bao gồm:

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

- Sự hình thành hydro ở catot theo công thức (4) – (6).

Ở pH cao, nhôm tan thành aluminat

2Al + 6H<small>2</small>O + 2OH<small>-</small>  2[Al(OH)<small>4</small>]<small>-</small> + 3 H<small>2</small>

- pH trên bề mặt catot tăng do sự hình thành OH<small>-</small> theo cơng thức (4) hoặc bởi quá trình tiêu thụ ion/ proton H<small>+</small> theo cơng thức (5).

- Q trình khử kim loại xảy ra ở catot.

❖ Một số yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động keo tụ điện hóa

Theo Trần Hiếu Nhuệ [11], một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hố:

- “pH: với điện cực tan là nhơm: với pH < 4,5 sẽ khơng xảy ra q trình thủy phân. Với pH > 7,5: muối kiềm sẽ kém tan ít đi và làm cho hiệu quả keo tụ có thể bị hạn chế. Lúc này, hiệu quả keo tụ với dung dịch có pH = 5,5 -7,5 là đạt cao nhất. Đối với điện cực tan là Fe: khi pH > 3,5 phản ứng xảy ra và khi pH = 5,5 - 6,5 quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng.

- Vật liệu làm điện cực (cả tan và cả không tan): điện cực dương bằng nhơm hay sắt là tốt nhất, cịn điện cực âm thì là kim loại nhơm hoặc sắt hoặc kim loại đứng sau nhôm hoặc sắt trong dãy điện hóa”.

- Mật độ dịng tỷ lệ với số lượng phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực. Mật độ dịng được xác định theo cơng thức:

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

- Thời gian phản ứng hoặc điện tích thêm vào trên một đơn vị thể tích tỷ lệ với lượng bông cặn sinh ra trong hệ điện hóa và các phản ứng khác xảy ra trong hệ thống.

- Thế điện hóa quyết định loại phản ứng xảy ra trên bề mặt điện cực. - Nồng độ ô nhiễm ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý.

- Nồng độ anion: như sulphate hoặc flouride, ảnh hưởng đến hydroxit bởi vì chúng có thể thay thế các ion hydroxit trong quá trình kết tủa.

- Nhiệt độ: “đối với cực anot nhôm nếu nhiệt độ của nước cao, tốc độ keo tụ có thể được tăng lên, hiệu quả keo tụ có thể sẽ càng cao. Độ đục của dung dịch càng cao, thì ảnh hưởng sẽ càng rõ nét. Nhiệt độ dung dịch thích hợp khi dùng cực nhơm là cở 20 - 40<small>0</small>C, tốt nhất khoảng 35 - 40<small>0</small>C . Đối với anot sắt thì quá trình thuỷ phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ, do đó, ở mơi trường lạnh: nhiệt độ gần bằng 0<small>0</small>C vẫn có thể dùng anot sắt làm điện cực keo tụ”[11].

- Các thông số khác: như điều kiện thủy động và khoảng cách các điện cực, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý và lượng điện tiêu thụ.

<b>2.4 2.2.4. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp keo tụ bằng điện hóa2.4.1Ưu điểm:</b>

Phương pháp điện hố keo tụ có một số ưu điểm sau:

- Thiết bị sử dụng keo tụ điện hóa khá đơn giản, tương đối dễ vận hành. - Bông keo tụ được tạo thành dễ dàng, có tính năng cơ đặc tạo bùn tốt. - Có thể tách loại ra nhiều thành phần trong nước thải như: độ màu, chất rắn lơ lửng, kim loại nặng, độ đục, ….

- Có thể làm loại đi khoảng 94-99% nồng độ kim loại nặng có trong thành phần nước thải.

- Bọt khí tạo ra trong quá trình nổi lên kéo theo các chất rắn lơ lửng, có thể loại đi bằng thiết bị gạt, hớt váng.

- Khơng thêm hóa chất vào nên tiết kiệm hóa chất, thân thiện mơi trường. - Ít chất thải, dễ tự động hóa...

<b>2.4.2 Nhược điểm:</b>

- Hiện tại có ít nghiên cứu về lĩnh vực này.

</div>