Nước thải chế biến cà phê là chất màu nâu sẫm bao phủ một số lượng lớn các sắc tố dai dẳng được gọi là melanoidin có độc tính cao, bền vững và không phân hủy sinh học, tạo ra mùi khó chịu. Phương pháp keo tụ điện hóa với điện cực nhôm xử lý tốt độ màu này. Với độ màu đầu vào 18900 Pt-Co, pH 6, cường độ dòng điện 2,5 A, độ dẫn điện 2 mS/cm, thời gian phản ứng từ 20 phút, hiệu suất xử lý đạt 97,37%.
Từ khóa: Keo tụ điện hóa, nước thải chế biến cà phê, điện cực nhôm
Đặt vấn đề:
Nước thải chế biến cà phê thường có màu nâu sẫm bao phủ một số lượng lớn các sắc tố dai dẳng được gọi là melanoidin có độc tính cao, ngoan cố và không phân hủy sinh học (Gengec et al.2012). Nước thải chế biến cà phê vào các nguồn tiếp nhận tạo ra mùi khó chịu gây ra hiện tượng phú dưỡng. Bản chất nhiều màu sắc của nước thải chế biến cà phê làm giảm độ sâu và ngăn ánh sáng mặt trời xâm nhập vào các phần sâu hơn của các vùng nước, dẫn đến khử oxy như một tác động tiêu cực bên ngoài. Việc xả thải không phù hợp góp phần đáng kể vào ô nhiễm đất và axit hóa, ức chế sự nảy mầm của hạt và gây thiếu mangan trong đất, gián tiếp gây thiệt hại cho cây trồng nông nghiệp. Nói chung, nước thải chế biến cà phê phải chịu điều trị chính, điều trị thứ cấp và điều trị đại học để loại bỏ các chất hữu cơ. Xử lý sinh học truyền thống có những hạn chế lớn như sản xuất bùn sinh khối không kiểm soát được với đặc tính lắng dao động, bùn tích tụ, nhạy cảm với tải sốc, không có khả năng loại bỏ các chất độc hại (Khansorthong & Hunsom, 2009) và khả năng lọc kém.
Nước thải từ quá trình chế biến cà phê có nồng độ ô nhiễm rất cao như độ màu, COD, BOD, SS và độ pH thấp. Công nghệ xử lý bậc 1 đang áp dụng tại nhà máy là công nghệ xử lý hóa lý 2 bậc và công nghệ sinh học gồm quá trình thiếu khí Anoxic với quá trình hiếu khí Aerotank, lắng để xử lý chất hữu cơ, nitơ. Trong quá trình hoạt động, xử lý hóa lý 02 bậc tiêu tốn rất nhiều hóa chất và sinh ra lượng bùn thải lớn dẫn đến chi phí xử lý cao.
Công nghệ keo tụ điện hóa được biết đến là công nghệ xử lý bậc 1 hiệu quả thông qua quá trình tạo bông, tuyển nổi do chất keo tụ sinh ra từ điện cực cathode và khí H2 sinh ra từ điện cực anode. pH của nước thải được tăng lên do ion OH- tạo ra trong quá trình điện hóa do đó giúp hạn chế sử dụng hóa chất điều chỉnh pH cho nước thải đặc biệt là nước thải chế biến cà phê có độ pH thấp. Để giúp Doanh nghiệp tìm ra giải pháp giảm chi phí xử lý bậc 1 nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý, đề tài “Nghiên cứu xử lý bậc 1 nước thải chế biến cà phê bằng phương pháp keo tụ điện hóa” được đề xuất thực hiện. Do đó, việc nghiên cứu tìm kiếm một phương pháp xử lý tiên tiến hơn, tiết kiệm chi phí và hiệu quả hơn trong việc xử lý các chỉ tiêu để đáp ứng các quy định môi trường ngày càng nghiêm ngặt là rất cần thiết. Điều này đã dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của phương pháp keo tụ điện hóa trong việc xử lý các loại nước thải khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu
Nước thải đầu vào
Nước thải đầu vào được lấy tại bể điều hòa của Nhà máy chế biến cà phê URC, Bình Dương có độ màu dao động từ,….Pt-Co đến,…. Pt-Co.
Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
Dụng cụ và thiết bị
Thiết bị sử dụng: Các thiết bị được sử dụng trong quá trình nghiên cứu gồm có: Máy cấp điện một chiều DC REGULATED POWER SUPPLY, với hiệu điện thế đầu ra tối đa là 30V và cường độ dòng điện 60A; Máy đo pH/EC/TSS/ Độ màu cầm tay. Ngoài ra, các dụng cụ khác như: Cốc 500 ml, pipet, và một số dụng cụ khác trong phòng thí nghiệm phục vụ cho thí nghiệm và phân tích.
Hóa chất
H2SO4 1N và NaOH 1N được sử dụng để điều chỉnh pH. Độ dẫn điện được điều chỉnh bằng muối NaCl 99%.
Quy trình thực nghiệm
Mô hình thực nghiệm
Mô hình thí nghiệm được thiết kế theo dạng mẻ. Mô hình thí nghiệm gồm bể phản ứng hình hộp chữ nhật làm bằng vật liệu Acrylic (Mica) có kích thước dài x rộng x cao = 15 cm x 15 cm x 16,5 cm. Điện cực nhôm được sử dụng trong nghiên cứu. Mỗi loại điện cực gồm 02 tấm, mỗi tấm có kích thước 100mm x 170 mm, dày 5 mm đặt song song, có thể điều chỉnh khoảng cách. Dòng điện một chiều được cấp trực tiếp vào 02 tấm điện cực nhờ máy cấp điện 1 chiều (DC power supply). Hiệu điện thế và cường độ dòng điện có thể điều chỉnh và hiển thị trên máy.
Quy trình thực nghiệm
Các thí nghiệm được thực hiện trong mô hình dạng mẻ, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa như pH, cường độ dòng điện, độ dẫn điện. Các yếu tố ảnh hưởng được khảo sát gồm pH từ 5 - 8, cường độ dòng điện từ 1A - 3A, độ dẫn điện từ 1 mS/cm - 7 mS/cm và thời gian phản ứng cố định 15 phút.
Hiệu quả xử lý độ màu được đánh giá theo thời gian phản ứng thay đổi trong khoảng 5 - 30 phút và bước nhảy là 5 phút. pH, cường độ dẫn điện và độ dẫn điện được chỉnh về giá trị thích hợp đã xác định trong các thực nghiệm trước đó.
Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy
.jpg)
Kết quả và thảo luận
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH
pH là một thông số chính trong phản ứng điện hóa, nó ảnh hưởng đến độ dẫn điện của dung dịch, độ hòa tan điện cực, các loại hydroxit và thế điện hóa của các chất ô nhiễm. pH ảnh hưởng đến quá trình hình thành bông cặn Al(OH)3. Trong nghiên cứu này, pH được thay đổi lần lượt từ 5 đến 8 với bước nhảy 1. Các yếu tố còn lại được ổn định gồm cường độ dòng điện 2,5 A, độ dẫn điện 2 mS/cm, thời gian phản ứng 15 phút và khoảng cách giữa các điện cực là 2,5 cm
Kết quả khảo sát tại Hình 3.1 cho thấy ở pH = 6 hiệu quả xử lý độ màu đạt cao nhất. Khi tiếp tục tăng pH lên 7, 8 thì hiệu quả xử lý độ màu giảm dần do trong quá trình điện hóa ion OH- được sinh ra tại cathode, làm tăng hàm lượng ion OH-, dẫn đến hình thành ion Al(OH)4- làm giảm hiệu quả xử lý.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của cường độ dòng điện
Hình 1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước thải chế biến cà phê
.png)
Hàm ượng ion Nhôm tan vào nước để tạo bông, xử lý độ màu được quyết định bởi cường độ dòng điện. Cường độ dòng điện càng cao thì lượng ion Al3+ sinh ra càng nhiều và điện năng tiêu thụ trong quá trình keo tụ điện hóa cũng tăng. Cường độ dòng điện trong nghiên cứu này được thay đổi lần lượt từ 1A đến 3 A với bước nhảy là 0,5A. Các yếu tố còn lại được ổn định gồm pH = 6, độ dẫn điện 2 mS/cm, thời gian phản ứng là 15 phút và khoảng cách giữa các điện cực là 2,5 cm.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi tăng cường độ dòng điện hiệu suất xử lý độ màu đạt hiệu quả. Tuy nhiên, khi tăng cường độ dòng điện lên 3A hiệu suất xử lý giảm cho thấy lượng ion Al3+ tan ra từ anode đã dư là tái ổn định bông cặn.
Hình 2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu quả xử lý nước thải
.png)
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ dẫn điện
Độ dẫn điện là một yếu tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình keo tụ điện hóa, ảnh hưởng đến điệ năng tiêu thụ và hiệu quả xử lý thông qua các chất oxi hóa Cl2, HOCl, OCl- được tạo ra. Ngoài ra các chất này còn làm sạch bề mặt điện cực. Trong nghiên cứu này độ dẫn điện được điều chỉnh bằng NaCl. Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải chế biến cà phê tăng lên khi độ dẫn điện tăng. Hiệu quả cao nhất khi độ dẫn điện bằng 5 mS/cm. Tuy nhiên, mức độ tăng của hiệu suất không nhiều, tăng chỉ 1% so với hiệu quả xử lý tại 1 mS/cm.
Hiệu quả xử lý nước thải thời gian phản ứng
Khi khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng khi xử lý độ màu, các thông số vận hành được giữ cố định gồm pH 6 , cường độ dòng điện 2,5 A, độ dẫn điện 5 mS/cm và khoảng cách giữa các điện cực là 2,5 cm. Thời gian phản ứng được phân tích từ 5 phút đến 30 phút bước nhảy là 5 . Kết quả phân tích cho thấy, ở hình 3.4 khi tăng thời gian phản ứng hiệu quả xử lý độ màu tăng đạt khoảng 92,91% khi thời gian phản ứng 5 phút. Khi tăng thời gian phản ứng hiệu quả xử lý tiếp tục tăng nhưng chậm, đạt 97,37% sau 20 phút và sau đó giảm do ion Al3+ đã bị dư nên bông cặn tái ổn định khó lắng.
Hình 3. Hiệu quả xử lý độ màu theo thời gian phản ứng
.png)
Hiệu quả xử lý COD cũng được xác định tại thời gian phản ứng 20 phút. Kết quả cho thấy, hiệu quả xử lý COD rất cao, COD giảm từ 1689 mg/L xuống còn 223 mg/L, đạt 86,8%. Với đặc điểm của nước thải cà phê, khi độ màu được loại bỏ thì các chất hữu cơ cũng được loại bỏ theo qua bùn cặn lắng và tuyển nổi.
Kết luận
Kết quả nghiên cứu trên cho thấy, phương pháp keo tụ điện hóa xử lý rất hiệu quả độ màu và COD trong nước thải chế biến cà phê. Các thông số vận hành phù hợp gồm: pH 6, cường độ dòng điện 2,5A, độ dẫn điện 5mS/cm, thời gian phản ứng 20 phút. Với các điều kiện vận hành này, hiêu quả xử lý độ màu trên 97,37 %, COD khoảng 86,8%.
Tài liệu tham khảo:
Harold N. Ibarra-Taquez, Edison GilPavas Ernest R. Blatchley III, Miguel-Angel Gomez-García, Izabela Dobrosz-Gomez. Integrated electrocoagulation- electrooxidation process for the treatment of soluble coffee effluent: Optimization of COD degradation and operation time analysis;
Moussa, D.T.; El-Naas, M.H.; Nasser, M.; Al-Marri, M.J (2017). A Comprehensive Review of Electrocoagulation for Water Treatment: Potentials and Challenges. J. Environ. Manag, 186, 24-41;
Song, P.; Yang, Z.; Zeng, G.; Yang, X.; Xu, H.; Wang, L.; Xu, R.; Xiong, W.; Ahmad, K (2017). Electrocoagulation Treatment of Arsenic in Wastewaters: A Comprehensive Review. Chem. Eng. J, 317, 707-725;
Mahesh S, Thapaswini M R, Anitha S, Electrochemical Coagulation (ECC) of textile wastewaters – COD removal, Settleability & Filterability Aspects. International Journal of Advances in Management, Technology and Engineering, 2012;
Zayas P’erez Teresa, Geissler Gunther, Hernandez, and Fernando, Chemical oxygen demand reduction in coffee wastewater through chemical flocculation and advanced oxidation processes, Journal of Environmental Sciences, 2007, 19, pp 300-305;
S. Irdemez et al. (2006). The effects of current density and phosphate concentration on phosphate removal from wastewater by electrocoagulation using aluminum and iron plate electrodes. Separation and Purification Technology, 52 394 401.
NGUYỄN THỊ KIM HUY1, NGUYỄN THỊ LÝ THY1, HUỲNH THỊ NGỌC HÂN1*
1 Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. Hồ Chí Minh
Email: han.htn_mt@hcmunre.edu.vn, điện thoại: 0984202040
Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 19 (Kỳ 1 tháng 10) năm 2024
Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu giải pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) bền vững cho Việt Nam thông qua tích hợp công nghệ vi sinh (phân hủy sinh học) và nhiệt phân. Trước áp lực gia tăng rác đô thị và yêu cầu phát triển kinh tế tuần hoàn, phương pháp này được đề xuất nhằm tận dụng tài nguyên từ rác, giảm chôn lấp và phát thải.
Nếu ở Kỳ 1, độc giả đã thấy những định hướng chiến lược và công nghệ xanh mở ra lối đi mới cho nông nghiệp Việt, thì đến Kỳ 2, điểm nhấn lại nằm ở những giải pháp cụ thể. Từ phòng thí nghiệm, nhiều nghiên cứu khoa học đã bước ra thực tiễn, đồng hành cùng doanh nghiệp, tạo nên các mô hình thành công: từ công nghệ bảo quản mới, chế biến cà phê hiện đại, đến kinh tế tuần hoàn phụ phẩm tôm và nâng tầm sản phẩm truyền thống như nước mắm. Đây chính là những hạt nhân giúp nông sản Việt gia tăng giá trị và chinh phục thị trường quốc tế.
Cao chloroform của Bí kỳ nam (Hydnophytum formicarum Jack.) được sắc ký cột với các hệ dung môi có độ phân cực khác nhau và kết hợp với kỹ thuật sắc ký lớp mỏng để thực hiện quá trình phân lập và tinh sạch các hợp chất. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân và kết hợp so sánh với tài liệu tham khảo. Ba hợp chất được tinh sạch và xác định cấu trúc bao gồm luteolin (1), quercetin (2) và quercitrin (3).
Hoạt tính xua đuổi hiệu quả của p-menthan-3,8-diol (PMD) đã được chứng minh là hiệu quả an toàn cho sức khỏe, tuy nhiên, hợp chất này vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Đã có một số công trình nghiên cứu khảo sát tổng hợp PMD chủ yếu sử dụng xúc tác acid H2SO4 loãng với các điều kiện phản ứng khác nhau về thời gian và nhiệt độ.
Cháy nổ trong sinh hoạt dân dụng vẫn là một vấn đề nhức nhối tại Việt Nam, gây ra những thiệt hại nặng nề về người và tài sản do sự bất cẩn hoặc lỗi thiết bị điện. Các hệ thống cảnh báo cháy truyền thống thường có độ trễ cao, chỉ phản ứng khi cháy đã xảy ra rõ ràng, dễ gây báo động giả và thiếu khả năng cảnh báo từ xa.
Khu vực đảo Palawan (Philippine), Sempoma SABAH (Malaysia) nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa, mùa khô rõ rệt. Tại Palawan, trung bình năm nhiệt độ không khí 28,50C, độ ẩm trung bình 58,4%, tổng lượng mưa 2.920 mm, tổng số giờ nắng trong khoảng 2,180 - 2,307h, nhiệt độ nước biển 29,30C và độ muối nước biển 33,3‰.
