MỤC LỤC
TÓM TẮT .......................................................................................................................i
ABSTRACT .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................ x
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.

Đặt vấn đề ..........................................................................................................1

2.

Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2

3.

Phạm vi nghiên cứu............................................................................................ 2

4.

Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 3

6.

Tính mới của nghiên cứu ...................................................................................3


Định nghĩa................................................................................................ 9

1.3.2.

Phân loại ................................................................................................ 10

1.3.3.

Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxy hóa hiện nay ............12

1.3.4.

Các nghiên cứu, ứng dụng .....................................................................12

1.4. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa trong xử lý nước thải .................14
v


1.4.1.

Khái niệm điện hóa ................................................................................14

1.4.2.

Nguyên lý hoạt động của điện cực oxy hóa khử ...................................14

1.4.3.

Nghiên cứu về điện hóa trên thế giới .....................................................14

2.4. Phương pháp xử lý số liệu ...............................................................................24
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 26
3.1. Xác định khoảng cách điện cực .......................................................................26
3.2. Nồng độ COD ..................................................................................................26
3.3. Độ pH ...............................................................................................................32
3.4. Độ đục ..............................................................................................................34
3.5. Độ màu .............................................................................................................36
3.6. TSS ...................................................................................................................38
3.7. Phosphat ...........................................................................................................40
3.8. So sánh với nghiên cứu khác ...........................................................................43
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 45
KẾT LUẬN ...............................................................................................................45
KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 46
PHỤ LỤC .....................................................................................................................47
vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Mô hình nghiên cứu........................................................................................ 15
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo bể điện hóa ...............................................................................20
Hình 2.1 Địa điểm lấy mẫu............................................................................................ 21
Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm. ....................................................................................... 22
Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm............................................................................................. 23
Hình 3.1 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 15 phút. ...................................27
Hình 3.2 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 30 phút. ...................................28
Hình 3.3 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 45 phút. ...................................28
Hình 3.4 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 5 phút. .................................29
Hình 3.5 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 10 phút. ............................... 30
Hình 3.6 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 15 phút. ............................... 31


viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa. ...........................................10
Bảng 1.2 Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng. ....................11
Bảng 1.3 Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng. ............................... 11
Bảng 1.4 Nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải đầu vào và đầu ra bể keo tụ
điện hóa – 2 bể USBF với tổng thời gian lưu 8h. .......................................................... 19
Bảng 2.1 Thông số đầu vào của kênh nước Đen. .......................................................... 22
Bảng 2.2 Các thông số và phương pháp phân tích ........................................................ 24
Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm khoảng cách giữa 2 điện cực ..........................................26
Bảng 3.2 Nồng độ COD qua các thời gian sục và thời gian lắng ..................................26
Bảng 3.3 So sánh 2 phương pháp xử lý .........................................................................44
Bảng 1: Nồng độ COD tại các thời gian lắng. ............................................................... 47
Bảng 2: pH tại các thời gian lắng. .................................................................................48
Bảng 3: Độ màu tại thời gian lắng .................................................................................49
Bảng 4: Độ đục tại các thời gian lắng ...........................................................................50
Bảng 5: Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) tại các thời gian lắng. .........................................51
Bảng 6: Nồng độ phosphat (PO43-) tại các thời gian lắng. ............................................52

ix


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AOPs : Advanced Oxydation Processes
BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường
BOD: Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand)
COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

Điều hành Chương trình chống ngập nước TP vận chuyển, nạo vét rác thải, khơi thông
dòng chảy, góp phần làm sạch đẹp tuyến kênh đen. Nhưng cũng đâu lại vào đấy, kênh
nước Đen hằng ngày vẫn phải tiếp nhận rác của người dân thả xuống.
Vì vậy, yêu cầu cấp bách được đặt ra là ngoài việc nâng cao ý thức của người
dân sống dọc hai bên bờ kênh phải có phương pháp xử lý nguồn nước đạt yêu cầu chất
lượng.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ để đáp ứng trước những thách
thức ngày càng cao của môi trường, các nhà khoa học và công nghệ đã tiến hành nhiều
công trình nghiên cứu theo hướng tìm các công nghệ cao để hỗ trợ cho các công nghệ
truyền thống. Các công nghệ cao thường gặp là: công nghệ lọc bằng màng, công nghệ
khử trùng nước bằng bức xạ tử ngoại và công nghệ khoáng hóa chất ô nhiễm hữu cơ
bằng quá trình oxy hóa nâng cao. Trong số đó, công nghệ dựa vào quá trình oxy hóa
nâng cao là công nghệ được nghiên cứu và áp dụng nhiều nhất trong thời gian gần đây.
Các quá trình oxy hóa nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân hủy oxy hóa
dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl OH* được tạo ra tại chỗ ngay trong quá trình xử
lý. Gốc hydroxyl là một trong những tác nhân oxy hóa mạnh nhất được biết từ trước
đến nay, có khả năng phân hủy không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó
phân hủy nhất, biến chúng thành các hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hóa) không
độc hại như CO2, H2O, các acid vô cơ… Từ các tác nhân oxy hóa thông thường như
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

1


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

hydrogen peroxyde, Ozone… có thể nâng cao khả năng oxy hóa của chúng bằng các

Thiết lập mô hình thí nghiệm

Tiến hành lắp ráp và bố trí mô hình thí nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu.
Thực hiện thí nghiệm, nghiên cứu thực tế xử lý quy mô phòng thí nghiệm.
-

Thực hiện thí nghiệm

Chạy mô hình thí nghiệm để hệ thống hoạt động ổn định và phát huy hiệu quả xử lý,
đồng thời tìm ra nguyên nhân và điều chỉnh các sai sót trong quá trình thiết lập mô
hình.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

2


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

-

Thu mẫu phân tích

Lấy mẫu và tiến hành thực hiện thí nghiệm phân tích để có số liệu nhằm phân tích và
đánh giá số liệu.
-


tại Phòng thí nghiệm cấp thoát nước – Khoa môi trường.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

3


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Tổng quan về kênh nƣớc Đen

1.1.1. Giới thiệu về kênh nƣớc Đen [1]
Thành phố Hồ Chí Minh có diện tích 2.086km2 gồm 19 quận với diện tích hơn
180 và 5 huyện. Khu vực nội thành Thành phố Hồ Chí Minh có 5 hệ thống kênh rạch
chính với tổng chiều dài khoảng 55 km đảm nhận chức năng tiêu thoát nước cho khu
vực nội thành, bao gồm:
-

Hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Hệ thống kênh Tân Hoá – Lò Gốm
Hệ thống kênh Tàu Hũ – kênh Đôi – kênh Tẻ
Hệ thống kênh Bến Nghé
Hệ thống kênh Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật.


Có nhiều nghĩa trang đan xen với khu dân cư trong khu vực, đặc biệt là nghĩa
trang khu vực Bình Hưng Hòa chiếm một khu vực lớn nằm ở Đông Bắc.
1.1.2. Tình trạng chất lƣợng nƣớc của kênh nƣớc Đen
Từ nhiều năm nay, người dân sống quanh khu vực Kênh nước đên phải sống
chung với ô nhiễm. Rác thải ngập dưới kênh, chất đống hai bên bờ bốc mùi hôi thối
nồng nặc...
Ngay ống cống thoát nước của kênh tại giao lộ Tân Kỳ Tân Quý - đường số 19,
rác đặc cứng. Những túi ni lông, vải vụn, thùng xốp nổi dập dềnh trên mặt nước. Dọc
bờ kênh còn có một số người thu mua ve chai thường tập kết đồ phế thải, họ giặt, phơi
bao ni lông càng làm tăng thêm độ ô nhiễm môi trường.
Người dân sống ven kênh Nước Đen (phường Bình Hưng Hòa A, quận Bình
Tân) đang phải chịu đựng mỗi ngày vì hàng đống rác thải trôi lềnh bềnh trên kênh;
chất đống bên bờ kè kênh... Thậm chí, không hiếm xác động vật trôi dập dềnh. Những
ngày trời mưa hoặc nắng nóng, mùi nước hôi thối bốc lên, theo gió tỏa đi khắp nơi;
ruồi, nhặng sinh sôi, bu bám thức ăn rất mất vệ sinh. “Chúng tôi phải đeo khẩu trang
suốt ngày để bán hàng cho khách vì nước kênh hôi quá. Trẻ em, người lớn tuổi nơi đây
dễ bị các bệnh về đường hô hấp” - một người dân bán quán nước tại khu phố 3,
phường Bình Hưng Hòa A cho biết.
Để tận dụng triệt để “nguồn lợi” từ những vỏ nhựa, chai lọ… trôi nổi trên tuyến
kênh đen, nhiều người thu mua ve chai đã tranh thủ vớt số rác thải này để kiếm tiền.
Bà Tứ, một người mua ve chai dạo tại phường Bình Hưng Hòa, quận Bình Tân thừa
nhận, việc lượm lặt phế thải trên dòng kênh không dễ do mùi hôi thối hoặc có thể trượt
chân té xuống kênh nhưng thu nhập từ điểm đen này cũng đem lại khoảng vài chục
ngàn mỗi lần vớt.
Hai bờ Ấp Chiến Lược, đoạn giao với kênh Nước Đen, là nơi họp chợ của
nhiều hộ dân. Rác sau họp chợ được người dân gom đổ đống trên bờ, hoặc tiện tay vứt
xuống dòng kênh. Lượng rác dồn về đoạn kênh Nước Đen (khu Cống hộp giao với
đường Tân Kỳ Tân Quý) dày đặc.
Theo kết quả phân tích nước kênh Đen của nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng

liên hệ với địa phương tổ chức thu gom, vớt rác trên toàn kênh”.
1.2.

Các phƣơng pháp xử lý [2]

1.2.1. Phƣơng pháp cơ học
Phương pháp xử lý cơ học thường là giai đoạn đầu tiên trong dây chuyền công nghệ xử
lý nước thải (giai đoạn tiền xử lý), có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải tất cả các vật có
thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý cho các
giai đoạn sau, cụ thể:
- Loại bỏ hoặc cắt nhỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải
như mảnh gỗ, nhựa, gạc bông, giẻ rách, vỏ hoa quả…
- Loại bỏ cặn nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại…
- Loại bỏ phần lớn dầu mỡ.
a. Song chắn rác, lưới chắn rác
Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây các
thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon… được
giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng
nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

6


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm


a. Keo tụ
Là quá trình dính kết các hạt keo chứa trong nước thải do chuyển động nhiệt, do
xáo trộn và kết quả của quá trình này là từ các hạt keo rất bé tạo nên tổ hợp có kích
thước lớn hơn và dễ dàng lắng xuống đáy. Các chất keo tụ thường được ứng dụng
trong xử lý nước thải là phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) và phèn sắt (FeSO4.7H2O).
Phương pháp keo tụ có thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạo
bông cặn, các bông cặn lớn lắng xuống và kéo theo các chất phân tán không tan gây ra
màu.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

b. Tuyển nổi
Là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia
của hai pha: khí - nước và hình thành hỗn hợp "hạt rắn - bọt khí" nổi lên trên mặt nước
và sau đó được loại bỏ đi.
c. Hấp phụ
Là quá trình thu hút hay tập trung các chất bẩn trong nước thải lên bề mặt của chất hấp
phụ. Các chất hấp phụ thông dụng trong kỹ thuật xử lý nước thải bao gồm: than hoạt
tính, than xương, đất hoạt tính (bentonit), silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi
ion.
d. Trao đổi ion
Thường được ứng dụng để xử lý các kim loại nặng có trong nước thải bằng

Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí. Trong số những
quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất.
- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình
bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng
nitrate hoá với màng cố định.
b. Phương pháp xử lý sinh học kị khí
Phương pháp này sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện
không có oxy. Quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hoá phức
tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Một cách tổng quát,
quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
- Thủy phân: Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra,
các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành
các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo). Quá trình
này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ
phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
- Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan
thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2,
NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.
- Acetic hoá: Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa
thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới.
- Methane hóa: Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Acetic, H2,
CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới. Trong
3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, CO2 hầu như không giảm, CO2 chỉ giảm
trong giai đoạn methane.
Tóm lại, bản chất của xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là phân huỷ các chất
ô nhiễm hữu cơ nhờ vi sinh vật. Tuỳ thuộc vào bản chất cung cấp không khí, các
phương pháp phân huỷ sinh học có thể phân loại xử lý hiếu khí hoặc kỵ khí. Để đạt

Bảng 1.1 Khả n ng ox hóa của một s tác nh n ox hóa.
Tác nhân oxy hóa

Thế oxy hóa (V)

Gốc hydroxyl

2,80

Ozone

2,07

Hydrogen peroxyt

1,78

Permanganat

1,68

Hydrobromic axit

1,59

Clo dioxyt

1,57

Hypocloric axit

10


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm



ác quá tr nh oxy hóa nâng cao kh ng nh tác nhân ánh sáng

Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình không
nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng và chúng được liệt kê
ở bảng 2.2
Bảng 1.2 Các quá tr nh ox hóa n ng cao kh ng nhờ tác nh n ánh sáng.
TT

Tác nh n phản ứng

Phản ứng đặc trƣng

Tên quá tr nh

1

H2O2 và Fe2+

H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH- + *OH

Fenton

5

H2O và năng lượng
siêu âm

6

H2O và năng lượng
cao



Oxy hóa điện
hóa

nlsa
H2O 
*OH + *H

Siêu âm

(20- 40 kHz)
nlc
 *OH + *H
H2O 

( 1-10 Mev)

Bức xạ năng
lượng cao

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

2

O3 và năng lượng
photon UV

3

4

hv
 4*OH + O2
H2O2 +O3 + H2O 

lượng photon UV

(  = 253,7 nm)

H2O2/Fe3+ và năng

TiO2 và năng lượng
photon UV

UV/O3

(  = 253,7 nm)


bán dẫn

h+ + H2O  *OH + H+
h+ + OH-  *OH + H+
1.3.3. Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxy hóa hiện nay
Nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (POP) quá trình oxy hóa nâng cao dựa trên gốc tự
do *OH được xem như một “chìa khóa vàng” để giải các bài toán đầy thách thức của
thế kỷ cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay. Đó là lý do tại sao ngày nay các
quá trình AOP còn được mệnh danh là các quá trình xử lý nước của thế kỷ 21.
1.3.4. Các nghiên cứu, ứng dụng
 Trên thế giới
- Vella et al.(1993) đã tiến hành nghiên cứu phân hủy Tricloetylen (TCE) trong
nước với nồng độ pha chế 10mg/l bằng quá trình Fenton. Phản ứng thực hiện ở giữa
3,9 và 4,2 với tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 bằng 0,2 và sử dụng liều lượng H2O2 là 53 và 75
mg/l. Kết quả cho thấy khi thí nghiệm với H2O2 53 mg/l hoặc cao hơn, trên 80% TCE
bị phân hủy sau 2 phút.
- Hunter (1996) đã nghiên cứu xử lý 1,2,3- Triclopropan với nồng độ ban đầu là
150 mg/l và cho thấy điều kiện xảy ra tốt nhất khi pH từ 2,0 đến 3,3. Khi tăng nồng độ
Fe2+ có khả năng làm tăng tốc độ phân hủy 1,2,3- Triclopropan.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

12


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

nước thải ra ngoài. Hiện nay, công nghệ này đang được triển khai áp dụng tại Trạm
môi trường xanh Bến Lức - Long An với chi phí 14.600 đồng/kg thuốc bảo vệ thực
vật.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

1.4.

Giới thiệu về phƣơng pháp keo tụ điện hóa trong xử lý nƣớc thải [3]

1.4.1. Khái niệm điện hóa
Điện hóa học là lĩnh vực lý thuyết của hóa học nghiên cứu sự chuyển hóa tương
hỗ giữa hóa năng và điện năng, nghĩa là nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa phản ứng
hóa học và dòng điện.
1.4.2. Nguyên lý hoạt động của điện cực oxy hóa khử
Điện cực kim loại: là hệ thống gồm một thanh kim loại nhúng vào dung dịch
muối của nó.
Điện cực kim loại hoạt động theo nguyên lý:
n
M dc  nedc  M dd

Trong đó, chất khử chính là kim loại làm điện cực.

Mẫu nước thải được chuẩn bị từ sữa bột với nồng độ 700mg/L và sử dụng axit axetic
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

14


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

(giấm) để điều chỉnh pH và làm chất điện phân với hàm lượng axit là 150ml/L (15%)
và cường độ dòng điện tối đa là 1,2A với hiện điện thế tối đa là 30V. Các tấm điện hóa
thí nghiệm được chọn làm từ sắt (Fe) thành 2 đơn cực anot và catot với kích thước
từng tấm điện cực (130 x 50 x 4 mm) và khoảng cách giữa 2 tấm là 50mm. DC (Direct
Current – dòng điện 1 chiều) được thay đổi trong khoảng 0,5 – 1 A và chạy trong
khoảng 30 – 480 phút với bộ nguồn là máy DC Power Suply (LODESTAR 8107;
30V/10A) và điều chỉnh không đổi ở 0,2A, 0,5A và 1,0A. Ba nam châm vĩnh cữu có
độ mạnh thế cực khác nhau (NdFeB 0,55T; SmCo 0,16T và AlNiCo 0,08T) sẽ được
dùng trong thí nghiệm này, các nam châm vĩnh cữu này là 1 khối lập thể làm từ đất
hiếm có kích thước (50 x 50 x 20 mm). Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa từ trường với
quá trình EC đã cải thiện quá trình loại bỏ chất rắn lơ lửng hơn so với chỉ 1 quá trình
EC. Chất rắn lơ lửng và độ đục được loại bỏ với hiệu suất tối đa từ 81,25% - 92,3%
trong mô hình kết hợp, trong khi đó quá trình EC chỉ đạt cao nhất trong khoảng
75,16% - 89,3%.
Mô hình được đặt trong một bể chứa hình trụ làm bằng thủy tinh (với dung tích
2L) và cánh khuấy (cánh quạt nhựa có ∅ 3cm) với tốc độ khuấy không đổi. Nam châm
được gắn dưới tấm kính. Sau 30’ chạy mô hình, pH, độ đục và hiệu quả loại bỏ chất
rắn lơ lửng sẽ được khảo sát để xem xét sự ảnh hưởng.


EC đã được biết đến vào những năm 1909. Tuy nhiên với lượng tiêu thụ điện và
chi phí đầu tư lớn nên không được phổ biến tại thời điểm đó. Cho đến khi nhu cầu về
chất lượng nước uống đang gia tăng và các quy định về môi trường liên quan đến
nguồn nước xả thải ngày càng nghiêm ngặt. Vì thế ngày nay phương pháp keo tụ điện
hóa ngày càng phát triển vì phương pháp này hoàn toàn thân thiện với hệ sinh thái với
hiệu quả xử lý cao và tốt hơn các phương pháp khác.
 Thu ết minh c ng nghệ:
Điện phân là quá trình oxy hóa – khử xảy ra khi áp một dòng điện vào dung
dịch điện phân. EC được dựa trên sự rã ra của vật liệu điện cực được dùng làm anot.
Điều này gọi là “loại bỏ anot” để tạo các ion kim loại làm bông keo tụ trong dung dịch
tại vị trí đó. Dễ hiểu hơn, hệ thống EC bao gồm anot và catot làm bằng các miếng kim
loại và được đặt chìm trong dung dịch (nước thải) cần xử lý. Điện cực thường được
làm từ nhôm, sắt hoặc thép không gỉ (Stainless Steel – SS) bởi vì kim loại thì rất rẻ, dễ
kiếm, có sẵn và không độc hại. Do đó, các kim loại này đã được dùng để làm nguyên
liệu chính sử dụng làm điện cực trong các hệ thống EC. Hệ thống EC có thể có một
hoặc nhiều cặp anot – catot và có thể được kết nối đơn cực hay lưỡng cực.
Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống EC là vật liệu làm
điện cực, cường độ dòng điện áp dụng, thời gian xử lý, dung dịch hóa học, bao gồm
giá trị pH ban đầu và các thành phần hóa học trong nước thải cần được loại bỏ. Nhiệt
độ nước thải, loại muối được sử dụng để nâng độ dẫn điện, có mặt của các chất clorua,
khoảng cách giữa các điện cực, thụ động của anot và tốc độ dòng cũng tác động trong
việc loại bỏ các chất có trong nước thải. Lợi thế thông thường của EC bao gồm về khía
cạnh kinh tế (đầu tư tương đối thấp, bảo dưỡng, năng lượng và chi phí xử lý thấp),
giảm đáng kể số lượng bùn sinh ra, bùn có chất lượng tốt hơn (lượng nước trong bùn ít
hơn, bông bùn to hơn và lắng tốt và ổn định hơn), tương tự và hiệu quả hơn, không cần
bổ sung hóa chất, dễ tự động hóa, thiết bị đơn giản và nhỏ gọn (có thể xử lý phân tán),
điều kiện về pH thuận lợi hơn và hiệu quả hơn khi pH trung hòa và sự góp mặt của
electroflotation (EF) (là loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ nước thông qua sự phát điện
tích từ các bong bóng nhằm hút các chất thải và kéo chúng lên bề mặt nước thải để dễ
thu gom.

đạt tới 96% - 100%. Ngoài ra còn một số nghiên cứu trong việc sử dụng EC vào việc
loại bỏ thuốc trừ sâu từ nguồn nước, và hiệu quả trong việc xử lý nước bị ô nhiễm bởi
thủy ngân.
Thông thường, các thực nghiệm được thực hiện trên EC để xác định các thông
số vận hành chủ yếu cho các lớp hoặc các dòng bị ô nhiễm. Công nghệ này giảm
lượng điện tiêu thụ và giảm thông lượng xả thải một cách tối đa nhất. Phương pháp
này hầu như cần rất ít về các cơ chế hóa học và vật lý cơ bản, ít cải thiện thiết kế hệ
thống, ít phải điều khiển quá trình và tối ưu hóa những nguyên lý hóa lý cơ bản.
Thực tế là EC đang được áp dụng rất thành công cho nước bị ô nhiễm, điều đó
cho thấy tiềm năng của keo tụ điện hóa còn chưa thực sự được hiểu hết. Cần rõ hơn
các thông tin cơ bản liên quan đến hóa lý. Từ điện hóa, bề mặt và mặt phân tách hóa
học và hóa lỏng đều là các phương pháp được đưa ra dựa trên các nguyên lý cơ bản.
Sự thoát khí H2 phải được kiểm soát trong khu phản ứng catot và điện cực quá thế của
khí hydro. Đồng thời, anot sẽ phải thực hiện một số quá trình cơ bản với hiệu suất cao
nhất. Gồm một phần bị ăn mòn để cung cấp các ion keo tụ đa năng cho dung dịch tại
điểm quá thế thấp nhất, một phần cần cho hiệu quả xúc tác điện oxy hóa thành các chất
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

17


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

hữu cơ bởi oxy hóa từng phần hay một phần oxy hóa, cần tạo ra oxy có hiệu suất cao
nhất nhưng vẫn kiểm soát được số lượng. Sau cùng có thể đạt được bằng cách giới hạn
vùng điện cực khí oxy. Các chất xúc tác điện oxy hóa có sẵn cho quá trình oxy hóa ở
vị trí các điểm nông. Có thể đạt được bởi sự ghép lại của các điện cực hay sự sắp xếp


s n

Ảnh hưởng của điện cực: dùng Al làm điện cực dương thì hiệu quả xử lý COD
và SS đều tốt hơn so với Fe.
Thời gian phản ứng chọn 45 phút. 120 phút thì hiệu quả cao hơn nhưng tốn chi
phí nhiều hơn so với 45 phút thì vừa đạt hiệu quả vừa phải.
Khoảng cách giữa hai điện cực và diện tích điện cực được lựa theo tiêu chí kỹ
thuật và tính kinh tế thì khoảng cách 2 cm giữa hai điện cực là tốt nhất vời diện
tích lựa chọn là 100 cm2.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

18


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

Bảng 1.4 N ng độ các chất nhiễm có trong nƣớc thải đầu vào và đầu ra ể keo
tụ điện hóa – 2 ể US F với tổng thời gian lƣu h. [2]
Ch tiêu

Đơn vị

Đầu vào

Keo tụ

mg/L

1391

695

37.00

29.00

BOD5

mg/L

935

525

23.73

18.00

TKN

mg/L

100.8

66.5


Xử lý bậc 3: Hấp thụ bằng than hoạt tính (bao gồm lớp sỏi 10cm, lớp cát 5cm,
lớp than 55cm) với thời gian lưu là 30 phút có lưu lượng 2,7 L/h.

-

-

nướ r rá đ t o i

nướ ng

nhi

rs nic

Dùng điện cực sắt với hiệu điện thế 24V, khoảng cách điện cực 1cm với thời
gian lưu là 25 phút và dùng lọc cát. Kết quả: nồng độ As từ 102 g/L xuống còn
5 g/L đạt quy chuẩn As trong nước uống QCVN 01:2009/BYT.
Phƣơng pháp kết hợp keo tụ điện hóa và oxy hóa nâng cao [9].

Với yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng nước thải sau khi xử lý và yêu cầu về
tái sinh nguồn nước để đáp ứng nhu cầu thiếu nước sạch. Vì thế, sự kết hợp giữa hai
phương pháp keo tụ điện hóa và oxy hóa nâng cao sẽ giải quyết được các vấn đề mà
các phương pháp khác không giải quyết được.
- Công nghệ điện hóa: Bản điện cực được thiết kế bằng inox 316, cường độ
dòng điện áp vào bản điện cực dao động từ 5-50A/m2, phụ thuộc vào chất lượng nước
đầu vào hệ thống xử lý. Thời gian nước cần xử lý trong bể điện hóa là 20 giây. Các
bản cực được sắp xếp so le (dạng ziczac) để đảm bảo tất cả nước đi qua bể điện hóa đủ
thời gian phản ứng cần thiết. Khoảng cách tối thiểu giữa hai bản điện cực là 2cm,
nhưng không quá 2,5cm vì xa quá sẽ giảm hiệu quả xử lý đối với hàm lượng sắt nhỏ