Luận văn Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với bể USBF

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA KẾT HỢP VỚI BỂ USBF CBHD: LÊ HOÀNG VIỆT HUỲNH LONG TOẢN SVTH: NGUYỄN NGỌC ANH 1070933 NGUYỄN MINH TÙNG 1070984 Cần Thơ, tháng 11 năm 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG & TNTN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ----------o0o---------- Cần Thơ, ngày 16 tháng 8 năm 2010 PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NĂM HỌC: 2010 - 2011 1. Họ và tên: NGUYỄN MINH TÙNG MSSV: 1070984 Lớp Kỹ Thuật Môi Trường Khóa 33 2. Tên đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá ”. 3. Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi Trường & TNTN - Trường Đại học Cần Thơ. 4. Cán bộ hướng dẫn: LÊ HOÀNG VIỆT & HUỲNH LONG TOẢN 5. Mục tiêu của đề tài: Tìm ra các thông số vận hành tốt nhất cho bể keo tụ điện hoá để ứng dụng vào việc xử lý nước thải thuỷ sản. 6. Các nội dung thực hiện: Tìm ra các thông số thiết kế và vận hành thích tốt nhất cho bể keo tụ điện hoá như: khoảng cách giữa hai điện cực, diện tích tiếp xúc bề mặt của điện cực với nước thải, thời gian lưu thích hợp. Xác định sự tương quan giữa hiệu xuất xử lý của bể keo tụ điện hoá với hiệu điện thế và cường độ của dòng điện. Xác định khả năng bị ăn mòn của các điện cực và tiêu tốn điện năng. 7. Các yêu cầu hỗ trợ:  Mô hình bể keo tụ điện hoá.  Các thiết bị, phương tiện cần thiết để phân tích các chỉ tiêu. 8. Kinh phí dự trù thực hiện đề tài: 800.000VNĐ DUYỆT CỦA CBHD SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ Nguyễn Minh Tùng DUYỆT CỦA BỘ MÔN DUYỆT CỦA HĐ THI VÀ XÉT TN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG & TNTN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ----------o0o---------- Cần Thơ, ngày 16 tháng 8 năm 2010 PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NĂM HỌC: 2010 - 2011 1. Họ và tên: NGUYỄN NGỌC ANH MSSV: 1070933 Lớp Kỹ Thuật Môi Trường Khóa 33 2. Tên đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng bể USBF”. 3. Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi Trường & TNTN - Trường Đại học Cần Thơ. 4. Cán bộ hướng dẫn: LÊ HOÀNG VIỆT 5. Mục tiêu của đề tài: Tìm ra các thông số vận hành tốt nhất cho bể USBF để ứng dụng vào việc xử lý nước thải thuỷ sản. 6. Các nội dung thực hiện: Xác định hiệu suất xử lý của bể USBF. Tìm ra các thông số vận hành cho bể tốt nhất cho bể USBF. So sánh hiệu xuất xử lý của bể USBF có giá bám và bể USBF không có giá bám. 7. Các yêu cầu hỗ trợ:  Mô hình USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration)  Các thiết bị, phương tiện cần thiết để phân tích các chỉ tiêu. 8. Kinh phí dự trù thực hiện đề tài: 800.000VNĐ DUYỆT CỦA CBHD SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ Nguyễn Ngọc Anh DUYỆT CỦA BỘ MÔN DUYỆT CỦA HĐ THI VÀ XÉT TN Đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” SVTH: Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn Minh Tùng i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. Đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” SVTH: Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn Minh Tùng ii NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. Đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” SVTH: Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn Minh Tùng iii LỜI CẢM ƠN Sau 3 tháng thực hiện, cuối cùng đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” của chúng tôi đã hoàn thành đúng tiến độ. Qua đó, tất cả các mục tiêu của đề tài mà chúng tôi đã đề ra từ lúc đầu đều được hoàn thành. Trong quá trình thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu, chúng tôi cũng thu được các kết quả hết sức khả quan và đáng tin cậy. Để đạt được những kết quả này chúng tôi đã phải cố gắng làm việc rất nhiều kể từ khi bắt đầu thực hiện đề tài cho đến thời điểm cuối cùng. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn của gia đình, thầy cô và bạn bè. Nhân đây, chúng tôi xin gởi lời cám ơn đến: + Gia đình và những người thân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, khuyến khích và động viên chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. + Thầy Lê Hoàng Việt đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành tốt đề tài của mình. + Quý thầy cô trong Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường nói riêng và toàn thể thầy cô của Khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên nói chung đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho chúng tôi thực hiện đề tài. + Các nhân viên của Công ty Cổ Phần Thủy Sản Bình An đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thu mẫu nước thải. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng xin cảm ơn ban Giám Đốc của công ty đã tạo điều kiện cho chúng tôi thu mẫu nước thải của nhà máy trong suốt quá trình thực hiện đề tài. + Tất cả các bạn bè, đặc biệt là những người bạn làm luận văn cùng chúng tôi trong học kỳ này đã cùng nhau trao đổi kiến thức và giúp đỡ lẫn nhau trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài, tuy chúng tôi đã cố gắng hết sức để hoàn thành tốt đề tài nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên đề tài không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quí báu của quí thầy cô cùng các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn. Trân trọng! Sinh viên thực hiện Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Minh Tùng Đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” SVTH: Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn Minh Tùng iv TÓM TẮT ĐỀ TÀI Nước thải thủy sản là một loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học cao (Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng - Nguyễn Phước Dân, 2006). Do đó, nếu loại nước thải này được thải trực tiếp ra môi trường hoặc có xử lý nhưng chất lượng nước đầu ra không đạt QCVN 11: 2008/BTNMT thì khả năng gây ô nhiễm môi trường tiếp nhận là rất cao. Trong khi đó, việc xây dựng hệ thống và vận hành các hệ thống xử lý nước thải đúng kỹ thuật là rất khó khăn. Bởi vì, các công ty có qui mô vừa và nhỏ thì không có tiềm lực kinh tế nên không thể vận hành hệ thống đúng kỹ thuật một cách thường xuyên, còn các công ty lớn thì luôn mở rộng quy mô sản xuất nên các hệ thống luôn bị quá tải và hoạt động không tốt. Bên cạnh đó, các công ty sản xuất thủy hải sản xuất khẩu thường sản xuất theo đơn đặt hàng và theo mùa vụ nên ảnh hưởng rất lớn đến các hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Do vậy, nước thải đầu ra của các công ty này thường không đạt QCVN 11: 2008/ BTNMT. Các công nghệ xử lý nước thải hiện tại thì rất tốn kém chi phí cho việc xây dựng và vận hành hệ thống đúng kỹ thuật. Mặt khác, khả năng nâng cao công suất xử lý cho hệ thống khi nhà máy nâng cao công suất là rất hạn chế. Trong khí đó, công nghệ USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration – lọc dòng ngược bùn sinh học) hiện đang nổi lên như một phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt với hiệu suất rất cao. Bên cạnh đó, công nghệ này sử dụng diện tích đất ít hơn công nghệ bùn hoạt tính cổ điển do đã kết hợp được 3 quá trình thiếu khí (anoxic), hiếu khí (aerobic) và lắng trong một đơn vị xử lý nước thải. Vì thế, giá thành của công nghệ này là thấp hơn so với công nghệ bùn hoạt tính cổ điển. Trong khi đó, công nghệ EC (electrocoagulation - keo tụ điện hoá) cũng hứa hẹn là một đơn vị có khả năng giảm tải nạp cho bể USBF ở phía sau là rất tốt . Bởi những tính năng ưu việt của công nghệ này là không sử dụng hóa chất và chỉ sử dụng dòng điện một chiều cùng các điện cực bằng kim loại. Do đó, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu việc kết hợp hai công nghệ này vào cùng một hệ thống xử lý nước thải thủy sản, với mục đích là tìm ra được một quy trình xử lý nước thải thủy sản vừa phù hợp về mặt kinh tế mà vẫn đảm bảo về mặt kỹ thuật. Hơn thế nữa, chúng tôi còn nghiên cứu việc nâng cao công suất cho hệ thống bằng cách bổ sung giá bám vào ngăn hiếu khí của bể USBF. Đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” SVTH: Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn Minh Tùng v Trong quá trình nghiên cứu về đề tài của mình, chúng tôi thực hiện tổng cộng 8 thí nghiệm. Các kết quả thí nghiệm đã được chọn dưới đây là tốt nhất cả về kinh tế lẫn kỹ thuật: + Thí nghiệm 1: xác định kim loại làm điện cực cho bể keo tụ điện hóa. Sau khi xử lý và phân tích số liệu của thí nghiệm này, chúng tôi kết luận nhôm làm cực dương - sắt làm cực âm là cho kết quả tốt nhất. + Thí nghiệm 2: xác định thời gian lưu tốt nhất cho bể keo tụ điện hóa. Kết quả đạt được là để giảm tải nạp cho bể USBF thì 45 phút là thời gian lưu tốt nhất cho bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ. + Thí nghiệm 3: xác định khoảng cách giữa hai điện cực cho bể keo tụ điện hóa. Sau quá trình xử lý và phân tích số liệu của thí nghiệm này, chúng tôi nhận thấy rằng 2cm là khoảng cách giữa hai điện cực tốt nhất. + Thí nghiệm 4: xác định diện tích bảng điện cực cho bể keo tụ điện hóa (hay tỉ số S/V - tỉ số giữa diện tích bảng điện cực (S) với thể tích hữu dụng của bể keo tụ điện hóa (V)). Sau quá trình xử lý và phân tích số liệu của thí nghiệm này, chúng tôi nhận thấy rằng diện tích bảng điện cực là 100 cm2 (hay tỉ số S/V = 4,167 cm2/lít = 0,4167 m2/m3) là tốt nhất. + Thí nghiệm 5: xác định giá trị hiệu điện thế và cường độ dòng điện cho bể keo tụ điện hóa (hay mật độ dòng). Sau quá trình xử lý và phân tích số liệu của thí nghiệm này, chúng tôi nhận thấy rằng giá trị hiệu điện thế là 24V và cường độ dòng điện là 1,6A (hay mật độ dòng điện là 160 A/m2) là tốt nhất. + Thí nghiệm 6: xác định hiệu suất xử lý của bể USBF không giá bám và bể USBF có giá bám với tổng thời gian lưu là 10h sau khi được bể keo tụ điện hóa giảm tải nạp. Kết quả đạt được là hiệu suất xử lý của bể USBF không giá bám: SS 89.96%; COD 96,33%; BOD5 97,52%; TKN 89,34%; Ptổng 71,95%, bể USBF có giá bám SS 92,63%; COD 97,16%; BOD5 98,00%; TKN 92,69%; Ptổng 75,85%. Các chỉ tiêu SS, COD, BOD5, TKN đều đạt QCVN 11: 2008/BTNMT (cột A), riêng Ptổng thì đạt loại A trong QCVN 24: 2009/BTNMT (do QCVN 11: 2008/BTNMT không có quy định ngưỡng ô nhiễm tối đa của Ptổng nên chúng tôi so sánh với QCVN 24: 2009/BTNMT). + Thí nghiệm 7: xác định hiệu suất xử lý của bể USBF không giá bám và bể USBF có giá bám với tổng thời gian lưu là 8h sau khi được bể keo tụ điện hóa giảm tải Đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” SVTH: Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn Minh Tùng vi nạp. Kết quả đạt được là hiệu suất xử lý của bể USBF không giá bám: SS 76,39%; COD 94,68%; BOD5 95,48%; TKN 80,93%; Ptổng 67,80%, bể USBF có giá bám SS 82,26%; COD 95,83%; BOD5 96,57%; TKN 88,08%; Ptổng 72,93%. Các chỉ tiêu SS, COD, BOD5, TKN đều đạt QCVN 11: 2008/BTNMT (cột A), riêng P tổng thì đạt QCVN 24: 2009/BTNMT (cột A). + Thí nghiệm 8: xác định hiệu suất xử lý của bể USBF không giá bám và bể USBF có giá bám với tổng thời gian lưu là 7h sau khi được bể keo tụ điện hóa giảm tải nạp. Kết quả đạt được là hiệu suất xử lý của bể USBF không giá bám: SS 50,85%; COD 81,19%; BOD5 83,77%; TKN 51,82%; Ptổng 43,41%, bể USBF có giá bám SS 59,94%; COD 88,59%; BOD5 90,16%; TKN 46,02%; Ptổng 47,72%. Các chỉ tiêu SS (cả 2 bể), COD, TKN (bể USBF có giá bám) đạt QCVN 11: 2008/BTNMT cột (B). Qua 8 thí nghiệm, chúng tôi đã xác định được một số các thông số kỹ thuật cơ bản cho việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ kết hợp với bể USBF không giá bám và bể USBF có giá bám. Đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF” SVTH: Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn Minh Tùng vii MỤC LỤC Trang Phiếu đề nghị làm luận văn Nhận xét của cán bộ hướng dẫn ....................................................................................i Nhận xét của cán bộ phản biện .....................................................................................ii Lời cảm ơn ....................................................................................................................iii Tóm tắt đề tài ................................................................................................................iv Mục lục..........................................................................................................................vii Danh sách hình ..............................................................................................................xii Danh sách bảng .............................................................................................................xvi Danh sách phụ lục .........................................................................................................xvii Danh sách từ viết tắt......................................................................................................xx CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ........................................................................................1 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ...................................................................4 2.1 Phương pháp xử lý hoá học....................................................................................4 2.1.1 Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa....................................................4 2.1.1.1 Khái niệm .................................................................................................4 2.1.1.2 Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hoá ...........................................5 2.1.1.3 Điện hóa học ............................................................................................5 2.1.1.3.1 Khái niệm về phương pháp điện hoá học ........................................5 2.1.1.3.2 Nguyên lý của quá trình điện hoá học .............................................6 2.1.1.4 Tuyển nổi điện phân ................................................................................7 2.1.1.4.1 Khái niệm .........................................................................................7 2.1.1.4.2 Cơ chế của quá trình tuyển nổi điện phân ........................................7 2.1.1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi bằng phương pháp điện phân ................................................................................8 2.1.1.4.4 Các thông số kỹ thuật trong thiết kế và vận hành