Nghiên cứu xử lý nước thải phân tích chỉ tiêu cod phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng phương pháp điện hoá - Ngô Thị Thanh Diễm

2 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÂN TÍCH CHỈ TIÊU COD PHÁT SINH TỪ PHÒNG THÍ NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HOÁ Ngô Thị Thanh Diễm Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM Ngày gửi bài: 09/5/2016 Ngày chấp nhận đăng: 01/8/2016 TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu quá trình điện hoá xử lý nước thải sau khi phân tích chỉ tiêu COD từ phòng thí nghiệm môi trường (gọi tắt nước thải COD) với hàm lượng kim loại nặng nghiên cứu ban đầu bao gồm Hg, Ag và Cr lần lượt là 3.068 mg/L, 2.247 mg/L và 290 mg/L. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý tốt nhất khi cường độ dòng điện đạt 672 mA tương ứng với mật độ dòng điện chạy qua hệ đạt 6 mA/cm2, ở mức hiệu điện thế 30V, tốc độ khuấy trộn 100 vòng/phút và thời gian điện hoá là 8 tiếng. Phương pháp điện hoá xử lý nước thải COD vẫn cho kết quả nồng độ kim loại nặng sau xử lý cao: Hg = 355 mg/L, Ag = 238 mg/L và Cr = 55 mg/L, do đó cần thiết phải có phương pháp xử lý bậc hai để loại bỏ hoàn toàn kim loại nặng còn lại trong nước thải, tái chế tái sử dụng thành phần axit trong nước thải, xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường trước khi thải bỏ. Kết quả nghiên cứu cũng đã xác định được đơn giá xử lý 1 lít nước thải COD bằng phương pháp điện hoá là 1.100 VNĐ. Từ khóa: nước thải phân tích COD, điện hóa, loại bỏ kim loại nặng, kết tủa hóa học. STUDY WASTEWATER TREATMENT FROM COD TEST IN LABORATORY BY ELECTROCHEMICAL ABSTRACT This topic was studied to wastewater treatment from COD test in laboratory by using electrochemical deposition approach with the orginal concentration of heavy metal Hg of 3,068 mg/L, Ag of 2,247 mg/L and Cr of 290 mg/L. Achieving the best result with current of 672 mA, current density of 6 mA/cm2, overall cell voltage of 30V, intensity stir of 100 r/m and electrochemical time of 8 hours. The electrochemical still high heavy metal result after treatment, as concentration of Hg reduce down to 355 mg/L, Ag 238 mg/L and Cr 55 mg/L. Thus, it is nessessary for the secondary processing methods to completely remove the remaining heavy metals in waste water, recycling reusable components to meet environmental standards before discharge. The study results also identified the unit price of 1 liter of COD test wastewater treatment by electrochemical is 1,100 VND. Keywords: COD test wastewater, electrochemical, remove heavy metal, chemical precipitation. 1. GIỚI THIỆU CHUNG BOD và COD là hai thông số cơ bản để xác định nồng độ chất hữu cơ gây ô nhiễm nước và nước thải. BOD là lượng oxi cần thiết cho vi sinh vật sử dụng để oxi hoá các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học, trong khi đó COD là lượng oxy cần thiết để oxi hoá các hợp chất hữu cơ có trong nước. Ưu điểm chính của phân tích chỉ tiêu COD là cho kết quả nhanh, chính xác hơn so với chỉ tiêu BOD. Do đó, COD không chỉ thay thế cho chỉ tiêu BOD mà còn được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra chất lượng nước của tất cả các giai đoạn trong hệ thống xử lý nước thải. Thí nghiệm kiểm tra chỉ tiêu COD liên quan đến việc sử dụng các tác nhân hoá học chứa acid sulfuric (H2SO4), dichromate (Cr2O7 2- ), bạc (Ag+) và thuỷ ngân (Hg2+) cho vào trong nước thải, đun hoàn lưu và xác định lượng Cr2O7 2- còn lại bằng cách chuẩn độ với ion Fe2+ (FAS) hoặc bằng phương pháp so màu. Tác nhân Cr2O7 2- trong phương pháp phân tích COD oxi hoá hầu hết các hợp chất hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ acid đậm đặc. Một số chất hữu cơ, đặc biệt là các acid béo mạch thẳng, không bị oxi hoá nếu không có tác nhân xúc tác Ag + . Khi nồng độ chloride lớn hơn 2000mg/L là một trở ngại lớn, có thể khắc phục bằng cách thêm lượng dư ion Hg2+ để tạo thành phức chloride. Tuy số lượng phát sinh 3 không lớn nhưng nước thải sau khi được phân tích chỉ tiêu COD thường có nồng độ acid đậm đặc và hàm lượng kim loại nặng độc hại cao (Ag, Hg và Cr), nếu không có phương pháp xử lý phù hợp sẽ gây khó khăn trong việc lưu trữ cũng như gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nước thải COD từ các phòng thí nghiệm đã được quan tâm xử lý từ rất lâu ở các nước khác trên thế giới [13, 9, 18, 20, 21, 22, 26, 30] và Bảng 1 mô tả tóm tắt các mô hình và kết quả nghiên cứu xử lý nước thải phân tích COD từ các phòng thí nghiệm của một số tác giả ngoài nước. Bảng 1. Các nghiên cứu ngoài nước về tình hình xử lý nước thải COD Tác giả Nội dung nghiên cứu Kết quả đạt được Leong, Muttamara và cộng sự (2002) - Phương pháp kết tủa hoá học, trao đổi ion và hấp thụ bằng chitosan. - Nồng độ ban đầu: 375 mg/L Cr, 1740 mg/L Hg và 993 mg/L Ag. - Kết tủa hóa học: 2,34 mg/L Cr, 3,65 mg/L Hg và 1,89 mg/L Ag. - Trao đổi ion: 0,59 mg/L Cr, 3,92 µg/L Hg và 0,65 mg/L Ag, với vận tốc trao đổi 20mL/phút. - Cột Chitosan: 0,76 mg/L Cr, 6,04 mg/L Hg và 0,51 mg/L Ag, với HRT = 2-4 ngày. Orathai Chavaiparit cùng cộng sự (2007) - Hóa chất kết tủa hữu cơ: dithiocarbamates với liều lượng là 3,3g/g Hg và 1,53g/g Ag. - Nồng độ ban đầu: 201, 182, 46,4 và 138 mg/L cho Hg, Ag, Cr và Fe và nồng độ pH = 0,3. - Nồng độ kim loại nặng sau xử lý là 0,001, 0,07, 01 mg/L cho Hg, Ag, Cr và Fe là 0,3 mg/L. pH = 8,5. Anawat Pinisakul và Chinapong Kritayakornupong (2008) - Sử dụng pp điện hóa - Điện cực sắt - Các thông số tối ưu: pH = 3,0- 3,5; U = 10V; thời gian 4h. - Ag, Cr, Fe đạt tiêu chuẩn xả thải nhưng Hg vẫn còn cao. Dallago, Luccio và cộng sự (2008) - Phương pháp hóa lý - Sử dụng hóa chất kết tủa khác nhau: ion Cl-, Br-, I- và S- cho Hg, Ag và NaOH, NH4OH, NaHCO3 cho Cr và Fe. - Hiệu quả thu hồi Ag và Hg tốt nhất với việc sử dụng ion Cl- và S-. Cr và Fe được loại bỏ tốt nhất ở dạng kết tủa với dung dịch NaOH. Djaenudin dan Mindriany Syafila (2009) - Sử dụng pp điện hóa - Anode (platin): 1x1cm2 - Cathode (đồng): 1 x 3 cm2. - Khoảng cách tối ưu giữa hai điện cực là 5cm, U=6V  thu hồi 47,19% Ag. Qua Bảng 1 cho thấy việc sử dụng một số phương pháp như kết tủa hóa học, trao đổi ion, hấp thụ, màng lọc và điện hoá trong xử lý nước thải COD cũng đạt được kết quả như mong muốn. Tuy nhiên, nhược điểm các phương pháp này đều có chi phí đầu tư cao do tốn nhiều hóa chất và vận hành phức tạp. Vào những năm gần đây, đã có một số nghiên cứu xử lý theo hướng thu hồi bằng các phương pháp hiện đại hơn và ít gây ô nhiễm như phương pháp điện hoá, màng lọc. Đây là một bước tiến quan trọng có ý nghĩa rất tích cực trong việc bảo vệ môi trường và bảo vệ nguồn tài nguyên khoáng sản đang ngày càng cạn kiệt. Điện hoá để xử lý nước thải được áp dụng lần đầu tiên ở Anh năm 1889 [28]. Quá trình điện keo tụ và điện oxi hoá được sử dụng nhiều nhất trong việc xử lý nước thải chứa nhiều 4 hợp chất hữu cơ khó phân huỷ. Đối với nước thải chứa hàm lượng kim loại nặng người ta vẫn ưu tiên dùng phương pháp kết tủa, ưu điểm của phương pháp này rẻ, dễ vận hành tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của phương pháp kết tủa là tạo ra chất thải thứ cấp (bùn) cần phải tiếp tục xử lý trước khi thải ra môi trường [12]. Với tình hình tài nguyên khoáng sản đang ngày càng khan hiếm, việc xử lý nước thải theo hướng thu hồi các kim loại có giá trị rất có ý nghĩa đối với môi trường và nền kinh tế xã hội. Như vậy, phương pháp điện hoá rất thích hợp để xử lý các loại nước thải có nồng độ kim loại nặng cao, với nồng độ lớn hơn 1g/L [8]. Trong nước thải COD tồn tại các ion kim loại Hg, Ag và Cr ở nồng độ cao, nồng độ acid sulfuric đậm đặc là một môi trường điện ly rất thích hợp cho phương pháp điện hóa. Do đó, trong nghiên cứu này đã sử dụng phương pháp điện hóa với các điện cực trơ làm bằng titan để xử lý nước thải COD vừa thu hồi được các thành phần kim loại có giá trị kinh tế vừa xử lý được nước thải COD bảo đảm đạt tiêu chuẩn môi trường khi thải bỏ ra ngoài môi trường. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Thành phần nước thải Thành phần ô nhiễm trong nước thải đầu vào được mô tả trong Bảng 2 cho thấy, hàm lượng kim loại nặng trong nước thải cao, tương ứng 3.068 mg/L với Hg, 2.247 mg/L với Ag và Cr là 290 mg/L và nếu so sánh với QCVN 07:2009/BTNMT về quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại thì chúng đều vượt gấp nhiều lần so với ngưỡng và là những kim loại nặng độc hại được quy định rất nghiêm ngặt khi thải bỏ. Bảng 2. Thành phần kim loại nặng trong nước thải đầu 2.2. Mô hình nghiên cứu Mô hình thí nghiệm nghiên cứu là một hệ được mô tả như Hình 1, gồm có năm bộ phận: (1) thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, (2) điện cực trơ - titan, có kích thước 5cm x 10cm, (3) bể điện hoá, (4) ampe kế và (5) thiết bị khuấy từ. Hình 1. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu xử lý nước thải COD. 2.3. Nội dung nghiên cứu Chỉ tiêu Hàm lượng (mg/L) QCVN 07:2009/BTNMT Hg 3.068 2 Ag 2.247 5 Cr 6+ 290 5 pH 1,6 ≤ 2 hoặc ≥ 12,5 5 Quá trình điện hoá xử lý nước thải COD theo hướng thu hồi kim loại Hg, Ag được chia làm 2 giai đoạn khảo sát: - Giai đoạn 1: Thí nghiệm thăm dò các quá trình xảy ra trong bể điện hoá, gồm 2 thí nghiệm cơ bản: + Xây dựng đường đặc tính vôn – ampe kế của dung dịch COD thải. + Xác định mối quan hệ giữa I và d - Giai đoạn 2: Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi kim loại: + Khảo sát U khi thay đổi mật độ dòng điện. + Thời gian điện hóa. Sau mỗi mẻ xử lý tiến hành kiểm tra pH, nhiệt độ dung dịch. Lấy 10mL mẫu, lọc mẫu và pha loãng 10 lần trước khi phân tích các chỉ tiêu KLN gồm Ag, Hg và Cr [12]. Để đảm bảo thể tích làm việc của bể xử lý, sau khi lấy mẫu cần bổ sung thêm nước cất vào bể [3]. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thí nghiệm xác định đường đặc tính vôn-ampe kế của dung dịch COD thải Thí nghiệm được thực hiện bằng cách cố định khoảng cách giữa hai điện cực (d = 5 cm), điều chỉnh giá trị hiệu điện thế dao động: U = 5, 10, 15, 20, 25 và 30 V và sử dụng ampe kế mắc nối tiếp vào dòng diện để xác định cường độ dòng điện I chạy qua hệ. Kết quả thí nghiệm Hình 2 cho thấy khi tăng hiệu điện thế thì cường độ dòng điện cũng tăng theo. Hình 2: Biểu đồ xác định đường đặc tính vôn-ampe kế của nước thải COD. Quá trình điện hóa diễn ra nhanh và mãnh liệt hơn khi tăng giá trị hiệu điện thế. Tuy nhiên khi hiệu điện thế tăng cao thì sản phẩm bám trên các tấm điện cực không chắc, lỏng lẻo, dễ rơi trở lại trong dung dịch thải. Đây là thông số cơ bản ban đầu để lựa chọn hiệu điện thế và cường độ dòng điện tối ưu sử dụng cho mô hình điện hóa xử lý nước thải COD. 11.4 54.5 155.6 297.5 365.1 486.3 0 100 200 300 400 500 600 5 10 15 20 25 30 I (mA) U (V) 6 3.2. Thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa I và khoảng cách giữa các điện cực Hình 3: Biểu đồ xác định mối quan hệ giữa I và d. Tương tự thí nghiệm 1, thí nghiệm 2 được thực hiện bằng cách cố định hiệu điện thế giữa hai điện cực (lấy U = 15V), điều chỉnh khoảng cách giữa hai điện cực: d = 5, 10 và 15 cm và sử dụng ampe kế mắc nối tiếp vào dòng diện để xác định cường độ dòng điện I chạy qua hệ. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng khoảng cách giữa 2 tấm điện cực thì cường độ dòng điện có xu hướng giảm và cường độ dòng điện đạt cao nhất khi khoảng cách giữa 2 điện cực là 5 cm. Và nhận thấy khi điều chỉnh khoảng cách giữa các tấm điện cực thì cường độ dòng điện ít thay đổi, do đó tác giả bỏ qua yếu tố khoảng cách ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và lấy cố định khoảng cách giữa hai tấm điện cực là 5cm cho tất cả các thí nghiệm. 3.3. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình điện hoá kim loại Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện hóa xử lý dung dịch thải COD bao gồm: (1) mật độ dòng điện, (2) thời gian điện hóa và (3) tốc độ khuấy trộn. Bảng 3 xác định các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình điện hóa xử lý nước thải. Bảng 3: Thí nghiệm xác định hiệu quả của quá trình Dựa theo kết quả thí nghiệm Hình 3 cho thấy khi điều chỉnh khoảng cách giữa các tấm điện cực thì cường độ dòng điện ít thay đổi, do đó tác giả bỏ qua yếu tố khoảng cách ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và lấy cố định khoảng cách giữa hai tấm điện cực là 5cm cho tất cả các thí nghiệm. Với giá trị mật độ dòng điện i sử dụng trong mô hình dao động từ 2  10 mA/cm 2, các giá trị cường độ dòng điện I tương ứng sẽ được tính theo công thức I = i*S với i là mật độ dòng điện (mA/cm2) và S là tiết diện bản điện cực sử dụng (cm) được trình bày trong Bảng 4. Bảng 4: Cường độ dòng điện tính toán tương ứng với giá trị mật độ dòng điện chọn trước Thông số Giá trị Mật độ dòng điện, i (mA/cm2) 2 4 6 8 10 Cường độ dòng điện, I (mA) 168 336 504 672 840 166.7 159.7 157.2 150 155 160 165 170 5 10 15 I (m A ) d (cm) Thông số Giá trị Mật độ dòng điện, i (mA/cm2) 2 4 6 8 10 Thời gian, t (giờ) 2, 4, 6, 8 Tốc độ khuấy trộn, n (vòng/phút) Không khuấy trộn và có khuấy trộn: 100, 200vòng/phút 7 3041 2940 2736 2263 2237 2309 2201 2151 283 270 269 254 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 115 168 336 504 N ồ n g đ ộ K L N ( m g /L ) I (mA) Hg Ag Cr 3.3.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện Với cùng một chất điện ly (dung dịch thải COD), cùng một nồng độ ban đầu, cùng khoảng cách điện cực, và cùng một thời gian điện phân, cường độ dòng điện chỉ phụ thuộc chủ yếu vào hiệu điện thế trên hai điện cực. Hiệu quả khử các kim loại tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện hay mật độ dòng điện sử dụng trong hệ. Hình 4: Ảnh hưởng của mật độ đòng điện đến hiệu quả điện hóa. Mật độ dòng điện càng lớn, lượng ion chuyển về các điện cực càng nhiều, phản ứng trên bề mặt các điện cực xảy ra càng nhanh, lượng kim loại bám trên cathode càng nhiều và màu của dung dịch nhạt hơn so với ban đầu. Tuy nhiên, mật độ dòng tăng cao đồng thời oxi giải phóng tại anode hoà tan vào trong dung dịch càng nhiều, khả năng phá vỡ các cặn kết tủa bám trên cathode càng lớn và giảm hiệu quả thu hồi kim loại và phát sinh nhiều nhiệt. Căn cứ vào kết quả thí nghiệm cho thấy, ứng với thời gian điện hoá 2 giờ cho hiệu quả khử ion kim loại đạt tốt nhất khi i là 6 mA/cm2 tương ứng với cường độ dòng điện đạt 672 mA và U là 30V. 3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian điện hoá Thời gian điện phân liên quan đến hiệu suất khử của các ion kim loại và là cơ sở xác định hiệu quả của quá trình khử, thu hồi kim loại Ag-Hg. Vì hạn chế của thiết bị điện hoá cũng như an toàn trong phòng thí nghiệm, thí nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian điện hóa chỉ được khảo sát từ 2 – 8 tiếng, khoảng cách giữa hai lần khảo sát là 2 tiếng và xem xét hiệu suất khử trong mỗi mốc thời gian để xác định thời gian điện phân tối ưu và điện năng tiêu thụ thấp nhất. Dựa trên kết quả thí nghiệm Hình 5a,5b,5c,5d cho thấy thấy thời gian điện hóa tối ưu là 8 tiếng, ứng với hiệu điện thế là 30V, cường độ dòng điện sử dụng là 672 mA (i = 6 mA/cm2), khi đó hiệu suất xử lý đạt được 88% với Hg, 89% với Ag, và 81% với Cr. Như vậy, thời gian điện hoá liên quan đến hiệu suất khử của các ion kim loại. Với cùng nồng độ chất điện ly (nước thải COD), thời gian phản ứng càng dài, lượng kim loại bám trên cathode càng nhiều và hiệu quả khử KLN càng lớn. 8 1950 355 670 1002 238 224 290 55 52 0 500 1000 1500 2000 2500 0 100 200 N ồ n g đ ộ K L N ( m g /L ) Tốc độ khuấy trộn (vòng/phút) Hg Ag Cr Hình 5a: Ảnh hưởng của thời gian điện hóa đến hiệu quả xử lý ứng với giá trị U = 15V, I = 168 mA. Hình 5b: Ảnh hưởng của thời gian điện hóa đến hiệu quả xử lý ứng với giá trị U = 20V, I = 336 mA. Hình 5c: Ảnh hưởng của thời gian điện hóa đến hiệu quả xử lý ứng với giá trị U = 25V, I = 504 mA. Hình 5d: Ảnh hưởng của thời gian điện hóa đến hiệu quả xử lý ứng với giá trị U = 30V, I = 672mA. 3.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn Cường độ khuấy trộn ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, khả năng thoát khí, tốc độ dịch chuyển của các ion điện ly, phân bố các ion trên bề mặt điện cực, Dựa trên kết quả đã khảo sát ở các thí nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số cường độ dòng điện, hiệu điện thế và thời gian điện hóa, thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chế độ khuấy trộn đến quá trình điện hóa được thực hiện với ba điều kiện: (1) không khuấy trộn, (2) khuấy trộn 100 vòng/phút, và (3) khuấy trộn 200 vòng/phút. Kết quả thí nghiệm Hình 6 cho thấy, hiệu quả khử kim loại phụ thuộc vào tốc độ khuấy trộn. Khi tăng tốc độ khuấy trộn thì hiệu quả khử kim loại trong dung dịch thải COD tăng. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm cũng cho thấy khi cường độ khuấy trộn tăng quá cao (n = 200 vòng/phút), khả năng dính bám của kim loại kết tủa trên cathode giảm và nồng độ kim loại nặng bị rơi trở lại dung dịch cao làm tăng nguy cơ ô nhiễm trở lại của nước thải COD (Hg = 670 mg/L, Ag = 224 mg/L và Cr = 52 mg/L). Điều này xảy ra do khi chuyển động mạnh hơn, 3041 2954 2590 1905 2237 1904 1740 1201 283 270 234 190 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 2 4 6 8 N ồ n g đ ộ K L N ( m g /L ) Thời gian điện hoá (giờ) Hg Ag Cr 2940 1310 1130 2309 433 375 420 270 259 155 160 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 2 4 6 8 N ồ n g đ ộ K L N ( m g /L ) Thời gian điện hoá (giờ) Hg Ag Cr 2736 2201 415 405 405 269 221 230 155 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 2 4 6 8 N ồ n g đ ộ K L N ( m g /L ) Thời gian điện hoá (giờ) Hg Ag Cr 2263 1600 355 2151 360 295 238 254 201 114 55 0 500 1000 1500 2000 2500 2 4 6 8 N ồ n g đ ộ K L N ( m g /L ) Thời gian điện hoá (giờ) Hg Ag Cr Hình 6: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến thời gian điện hóa. 9 các dòng xoáy sẽ cản trở sự di chuyển của các ion đến bề mặt điện cực, giảm khả năng hấp thụ trên bề mặt điện cực và tăng khả năng hòa tan oxi vào trong dung dịch cản trở sự hình thành kết tủa trên điện cực. Căn cứ quá trình khảo sát cho thấy, tốc độ khuấy trộn tối ưu để xử lý dung dịch thải COD là 100 vòng/phút. Kết quả nghiên cứu bước đầu cũng được tác giả so sánh với một số nghiên cứu khác cùng phương pháp được trình bày ở Bảng 5, cho thấy phương pháp điện hoá xử lý nước thải COD của nhóm sử dụng trong nghiên cứu với điện cực trơ làm bằng titan cho hiệu quả khử KLN với hiệu suất cao hơn so với các nghiên cứu khác. Mặc dù nước thải sau xử lý vẫn còn cao so với QCVN 07:2009/BTNMT nhưng đã giảm thiểu một lượng rất đáng kể KLN trong nước thải ban đầu và tạo điều kiện cho phương pháp xử lý kế tiếp để giảm chi phí cũng như sự an toàn trong quá trình vận hành hệ thống. Ngoài ra, do nhược điểm lớn nhất của phương pháp kết tủa hoá học hay một số phương pháp vật lý khác khi xử lý nước thải có KLN lớn là tạo ra chất thải thứ cấp (bùn) và cần phải tiếp tục xử lý trước khi thải ra môi trường, do đó chi phí xử lý sẽ cao hơn rất nhiều. Với tình hình tài nguyên khoáng sản đang ngày càng khan hiếm, việc xử lý nước thải chứa KLN lớn bằng phương pháp điện hoá theo hướng thu hồi các kim loại có giá trị rất có ý nghĩa đối với môi trường và nền kinh tế xã hội. Bảng 5. So sánh kết quả nghiên cứu với một số nghiên cứu đã công bố Kết quả so sánh Anawat Pinisakul và Chinapong Kritayakornupong (2008) Djaenudin dan Mindriany Syafila (2009) Cross and McWilliams (1979) Nhóm nghiên cứu - Sử dụng điện cực tan: sắt - Xác định các thông số tối ưu: pH = 3,0-3,5; U = 10V; thời gian 4h. - Ag, Cr, Fe đạt tiêu chuẩn xả thải nhưng Hg vẫn còn cao. - Sử dụng điện cực trơ bằng platin làm anode 1x1cm 2 - Điện cực tan cathode bằng đồng 1 x 3cm2. - Khoảng cách tối ưu giữa hai điện cực là 5cm, U = 6V - Hiệu quả khử Ag 47,19%. - Sử dụng điện cực carbon (anode) và điện cực Hg-Ag hay còn gọi là hỗn hống (cathode). - Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả thu hồi Hg thấp khoảng 50 - 60% nhưng khả năng thu hồi Ag 90%. - Điện cực trơ anode và cathode, kích thước 5x10cm - Các thông số tối ưu: U = 30V, d = 5cm, t = 8 tiếng - Hiệu quả khử: 88% Hg, 89% Ag và 81% Cr. 4. KẾT LUẬN Phương pháp điện hóa có thể áp dụng để xử lý nước thải COD theo hướng thu hồi kim loại và tái sử dụng nước thải chứa axit sau khi đã được loại bỏ kim loại nặng. Kết quả đề tài bước đầu đưa ra những kết luận sau: - Hiệu quả xử lý tốt nhất khi hiệu điện thế 30V, cường độ dòng điện đạt 672 mA (mật độ dòng điện i = 6 mA/cm), tốc độ khuấy trộn 100 vòng/phút và thời gian điện hóa là 8 tiếng. - Phương pháp điện hoá xử lý nước thải COD cho hiệu suất xử lý cao, 88% với Hg, 89% với Ag và 81% với Cr. Tuy nhiên, kết quả nồng độ KLN sau xử lý vẫn còn cao Hg = 355 mg/L, Ag = 238 mg/L và Cr = 55 mg/L, vượt so với quy chuẩn cho phép theo QCVN 07: 2009/BTNMT. Do đó, cần thiết xử lý bậc hai tiếp theo bằng phương pháp trung hoà kết tủa nước thải COD sau xử lý điện hoá, xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường trước khi thải bỏ. - Đơn giá xử lý 1 lít nước thải COD bằng phương pháp điện hoá là 1.100 VNĐ. Vì hạn chế của thiết bị thí nghiệm nên một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thí nghiệm không được thực hiện hoàn chỉnh. Dựa trên kết quả nghiên cứu bước đầu, tác giả cũng đề xuất 10 hướng nghiên cứu tiếp theo để có thể đưa ra một phương pháp xử lý hiệu quả và an toàn như sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của điện cực thuỷ ngân đến hiệu quả quá trình điện hóa nâng cao năng suất thu hồi thuỷ ngân; - Nghiên cứu quy trình hoàn chỉnh tách riêng biệt hỗn hợp hai kim loại Hg và Ag sau khi xử lý nước thải COD bằng phương pháp điện phân. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Ngọc Châu (2005), Báo cáo Khảo sát, đánh giá hiện trạng xử lý chất thải chứa kim loại nặng từ các cơ sở, xí nghiệp vừa và nhỏ trên địa bàn TPHCM, nghiên cứu khả năng thu hồi tái sử dụng kim loại, Sở Khoa học và Công nghệ TPHCM, TPHCM. 2. DONRE (2009), Báo cáo Quy hoạch tổng thể QLCTCN & NH của TPHCM năm 2009, Phòng QLCTR - Sở Tài nguyên và Môi trường TPHCM, TPHCM. 3. Kreskov (1990), Cơ sở hoá học phân tích - Tập 2, Nhà xuất bản Đại học và Giáo dục chuyên nghiệp Hà Nội, Hà Nội. 4. Loan (1999), Nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý nước thải xi mạ, Sở Khoa học Công nghệ TPHCM, TPHCM. 5. Nguyễn Thị Phương Loan (2009), Khu công nghiệp sinh thái - Kinh nghiệm và khả năng áp dụng, Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ và Quản lý Môi trường, TPHCM. 6. Nguyễn Đình Tuấn (1997), Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải, khí thải một số cơ sở công nghiệp trọng điểm ở TPHCM, Đại học Quốc gia TPHCM - IER - CEFINEA. 7. Đinh Phạm Thái (1997), Lý thuyết các quá trình luyện kim điện hóa, Nhà xuất bản Giáo dục. 8. Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 9. Aslam, S. and O. L. Walker (1982), "Recycling of Mercury and Silver from COD Tests", Journal (Water Pollution Control Federation), 54(7), pp. 1148-1151. 10. Bush, K. J. and H. Diehl (1979), "Recovery of silver from laboratory wastes." Journal of Chemical Education, 56(1), pp: 54-62. 11. Chavalparita O and Ongwandeeb M (2007), "Removal of Heavy Metals from COD Analysis Wastewater With an Organic Precipitant”. 12. Chen, J. P. (2005), “Electrolysis, physicochemical treatment processes (Chapter 10)”, Handbook of Environmental Engineering Series, Humana Press,Totowa, New York. 13. Cross, W. H. and R. McWilliams (1979), Removal, recovery and reuse of Silver and mercury from COD Wastewater, Presented at tje 117th Annual Am.Chemical Society Convention, Honolulu, Hawaii, New York. 14. Dallago, R. M., M. D. Luccio, et al. (2008), "Extraction and reocovery of silver and mercury from COD-Test residues using physico-chemical methods", Eng.sanit.ambient, 13(2), pp. 121-125. 15. David, M. A. (1994), Removing heavy metal from wastewater, Engineering Research Center Report, University of Marylands, New York. 16. Dean, R. B., R. T. Williams, et al. (1971), "Disposal of mercury wastes from water laboratories", Journal Name: Environ. Sci. Technol., 5, pp: 1044-1045. 17. Djaenudin dan Mindriany Syafila (2009), Recovery of silver from spent COD test solution using electrolysis method, Environmental Engineering - ITB Master, Kelompok Keahlian Rekayasa Air dan Limbah Cair FTSL ITB, Malaysia. 18. Durst, C. N. and W. R. Knocke (1985), "Recovery of Silver from COD Waste Solutions”. 11 19. Glinka L.N (1988), Hoá học đại cương - Tập 2, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội, Hà Nội. 20. Gould, J. P., M. Y. Masingale, et al. (1984), "Recovery of Silver and Mercury from COD Samples by Iron Cementation”, Journal (Water Pollution Control Federation), 56(3), pp. 280-286. 21. Hendrickson, K. J., M. M. Benjamin, et al. (1984), "Removal of Silver and Mercury from Spent COD Test Solutions", Journal (Water Pollution Control Federation), 56(5), pp. 468-473. 22. Leong, S. T., S. Muttamara, et al. (2002), "Assessment of Treatment Alternatives for Laboratory COD Wastewater: a Practical Comparison with Emphasis on Cost and Performance", Environmental Monitoring and Assessment, 74(1), pp. 11-25. 23. Lee, C. W. and K. W. Fung (1981), "Recovery of silver and mercury from dental amalgam waste", Resource Recovery and Conservation, 5(4), pp: 363-371. 24. Michael D.LaGrega, Phillip L.Buckingham, et al. (2001), Hazardous waste management, McGraw Hill Inc, New York. 25. Pinisakul, A. and C. Kritayakornupong (2008), "Heavy metals removal from COD wastewater by Electrochemical treatment process", Thammasat Int.J.Sc.Tech., 13(4), pp: 14-24. 26. R.Holm, T. (1996), “Treatment of spent Chemical Oxygen Demand Solutions for safe Disposal”, Waste Management and Research Center, University of Illinois. 27. Rajeshwar, K., J. G. Ibanez, et al. (1994), "Electrochemistry and the environment", Journal of Applied Electrochemistry, 24(11), pp: 1077-1091. 28. Strokach, P. P. (1975), Electrochem. Ind. Process. Bio. 55. 29. Simonsson D (1997), "Electrochemistry for a cleaner environment", Chemical Society Reviews, 26(3), pp: 181-190. 30. Wang, J.-R. (2005), "Recovery and Reuse of Silver from Waste Liquid of COD sub(Cr) Tests", Industrial Water & Wastewater, 36(3), pp: 16-18. 31. Wang, L. K., Y.-T. Hung, et al. (2007), “Electrochemical Wastewater Treatment Processes”, Advanced Physicochemical Treatment Technologies, Humana Press, 5, pp: 57-106.