Electro Contaminant Removal (ECR) System

  1. Tổng quan hệ thống ECR
  2. Buồng phản ứng ECR
  3. Các phản ứng diễn ra trong buồng phản ứng
  4. Tỷ lệ loại bỏ chất ô nhiễm
  5. ECR Models

1. Tổng quan hệ thống ECR

Hệ thống loại bỏ chất gây ô nhiễm trong nước bằng phương pháp điện phân (ECR) là giải pháp xử lý nước thải độc quyền của Trident Water Systems (TWS). Nguyên lý của thiết bị là chỉ sử dụng kỹ thuật Electrocoagulation (EC) mà không cần sử dụng bất kỳ hóa chất nào khác. ECR là một giải pháp thay thế cho các quá trình xử lý hóa học, hóa lý thông thường, hỗ trợ rất nhiều cho công trình xử lý nước thải bằng vi sinh (trong một vài trường hợp có thể thay thế các bể sinh học). Hệ thống này được thiết kế để loại bỏ phần lớn các chất gây ô nhiễm từ nước thải, bao gồm COD, BOD, kim loại nặng, màu, dầu khí, và nhiều loại chất gây ô nhiễm khác. Hiệu quả cao đạt được mà không cần sử dụng hóa chất.

ECR dựa trên các nguyên tắc khoa học liên quan đến phản ứng của các chất gây ô nhiễm nước đối với điện trường mạnh và các phản ứng oxy hóa và khử do điện gây ra. Dòng điện cung cấp lực điện động (emf) để điều khiển các phản ứng hóa học. Khi các phản ứng được thúc đẩy hoặc cưỡng bức xảy ra, các nguyên tố hoặc hợp chất sẽ tiếp cận trạng thái ổn định nhất. Nói chung, trạng thái ổn định này là trạng thái mà chất rắn ít keo, ít nhũ hóa hoặc ít hòa tan hơn so với nguyên tố hoặc hợp chất ở trạng thái cân bằng bình thường trong nước. Khi đạt trạng thái nói trên, các chất gây ô nhiễm hình thành các thực thể kỵ nước như kết tủa hoặc tách pha, dễ dàng được loại bỏ bằng các kỹ thuật tách thứ cấp (lắng, tuyển nổi,…).


2. Buồng phản ứng ECR

Buồng phản ứng ECR chứa một loạt các tấm kim loại mỏng được đặt song song với nhau. Nước thải cần xử lý được đưa vào từ đáy buồng và được phân tán đều đi qua các tấm thép khi mực nước dâng lên. Dòng điện trực tiếp (DC) được đưa vào buồng phản ứng bằng cách gắn các cực dương (+) và âm (-) tại các điện cực (phần nhô ra của điện cực nằm ngoài ngăn phản ứng). Nước thải lúc này hoạt động như một dung dịch truyền dẫn dòng điện, cho phép dòng điện một chiều tự do đi di chuyển khắp buồng phản ứng. Các điện cực phản ứng với dòng điện bằng cách giải phóng các ion kim loại tích điện vào nước với nồng độ khoảng 0,04 kg/m3. Các electron trong buồng phản ứng trung hòa các hạt mang điện tích trong dòng vào, khiến chúng bị kéo ra khỏi huyền phù và tồn tại dưới dạng bùn.

Hệ thống ECR của TWS đã được sử dụng để XLNT của nhiều ngành công nghiệp, bao gồm Dệt may, Dầu khí, Thực phẩm và Đồ uống, Ô tô và nhiều ngành khác.


3. Các phản ứng diễn ra trong buồng phản ứng

EC xảy ra trong ngăn phản ứng tạo ra một số kết quả điện hóa riêng biệt một cách độc lập. Những phản ứng quan sát được có thể được là:

  • Tạo hạt từ sự khử cực dương (anot) của các ion kim loại để trở thành hạt nhân mới, tạo ra các phức chất lớn hơn, ổn định, không hòa tan, kết tủa như các oxit kim loại phức tạp.
  • Phá vỡ sự bền vững của nhũ tương do các ion oxy và hydro được hình thành tại chỗ sẽ liên kết vào các vị trí thụ thể nước của các phân tử dầu, tạo ra một phức chất không tan, tách dầu, bùn khoan, thuốc nhuộm, mực, … khỏi nước.
  • Sự tạo phức halogen khi các ion kim loại tự liên kết với clo trong phân tử hydrocarbon clo hóa (PCB, DDT) dẫn đến một phức hợp lớn không hòa tan, tách thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, clo hóa PCB, … khỏi nước.
  • Tẩy trắng (bleaching) bằng các ion oxygen tạo ra trong ngăn phản ứng, sẽ oxy hóa thuốc nhuộm, xyanua, vi khuẩn, vi rút, biohazards, v.v…
  • Sự hình thành điện tử (Electron flooding) trong nước giúp loại bỏ hiệu ứng phân cực của phức chất nước, cho phép các vật liệu dạng keo kết tủa. Sự gia tăng của các electron phá hủy tế bào vi khuẩn, nang bào và virus;
  • Quá trình oxi hóa – Sự khử thúc đẩy quá trình phản ứng tới điểm cuối trong buồng điện phân, với tốc độ nhanh chóng hơn nhiều lần so với các phản ứng diễn ra trong tự nhiên.
  • EC làm tăng pH, thường tăng 1.

Ba quá trình chính xảy ra trong quá trình đông tụ điện hóa (EC):
(a) Phản ứng điện phân ở bề mặt điện cực

(b) Hình thành các chất keo tụ trong pha lỏng

(c) Hấp phụ các chất ô nhiễm hòa tan hoặc keo trên chất đông tụ, và loại bỏ bằng cách lắng hoặc tuyển nổi.

Sự phức tạp vốn có của các quá trình trên, và cả sự hiện diện của các quá trình thứ cấp, làm cho quá trình đông tụ điện hóa khá phức tạp trong tự nhiên. Các điện cực được sử dụng điện cực nhôm hoặc thép.

Phản ứng chính tại các điện cực là:

Al → Al3+(aq) + 3e (anode)
3H2O + 3e → 3/2H2 + 3OH (cathode)

Trong khi đó, nếu điện thế anot đủ cao, các phản ứng thứ cấp cũng có thể xảy ra, chẳng hạn như oxy hóa trực tiếp các hợp chất hữu cơ và các ion Cl có trong nước thải:

2Cl → Cl2 + 2e

Clo là một chất oxy hóa mạnh có thể oxy hóa cùng lúc các hợp chất hữu cơ và thúc đẩy các phản ứng điện cực. Ngoài ra, cực catot có thể bị ăn mòn bởi các ion OH được tạo ra trong quá trình hình thành H2 ở pH cao:

2Al + 6H2O + 2OH → 2Al (OH)4- + 3H2

Các ion Al3+ (aq) và OH- được tạo ra bởi các phản ứng tại điện cực ở trên sẽ phản ứng tạo thành các loại khác nhau như Al(OH)2+, Al(OH)2+ , Al2(OH)24+ , Al(OH)4 và các loại polymer như Al6(OH)153+ , Al7(OH)174+, Al8(OH)204+ , Al13O4(OH)247+ , Al13(OH)345+ , cuối cùng biến đổi thành Al(OH)3.

Mặt khác, các ion sắt tạo ra có thể tạo thành các phức hydroxit sắt với các ion hydroxit và các loại polymer, tùy thuộc vào pH. Đó là: FeOH2+ , Fe(OH)2+ , Fe2(OH)24+ , Fe(OH)4- , Fe(H2O)2+ , Fe(H2O)5OH2+ , Fe(H2O)4(OH)2+ , Fe(H2O)8(OH)24+ , Fe2(H2O)6(OH)42+ , cuối cùng biến đổi thành Fe(OH)3.


 4. Tỷ lệ loại bỏ chất ô nhiễm

ECR có khả năng loại bỏ phổ rộng các chất gây ô nhiễm trong nước thải. Bảng dưới đây cung cấp tỷ lệ loại bỏ một số chất gây ô nhiễm có thể đạt được khi sử dụng ECR:

 

EC Test Results

STT

Chất gây ô nhiễm

Ước tính tỷ lệ loại bỏ chất ô nhiễm (%)

2Aluminum74 – 99
4Ammonia50 – 60
5Arsenic37 – 97
6Bacteria99
8Benzene99
9BOD84 – 99
16COD63 – 95
17Coliform99
18Color93
22DDT (Pesticide)99
27Fluoride62 – 70
30H2S86
31Iron89 – 99
32Lead99
35Manganese80-95
41Nitrate43 – 78
42Nitrite43
43Nitrogen TKN72 – 95
44NTU99
47Petroleum Hydrocarbons99
49Phosphate36 – 99

Xem bảng tổng hợp hiệu quả loại bỏ 49 chất ô nhiễm trong nước thải tại đây.


5. ECR Models

Các model ECR hoàn toàn được thiết kế và sản xuất tại Singapore. Các model ECR có nhiều kích cỡ khác nhau cho công suất xử lý khác nhau. Thiết bị được lắp ráp ở dạng module, cho phép chủ sở hữu có thể dễ dàng điều chỉnh nếu có sự biến động về lưu lượng nước thải.

Hãy liên hệ với Phukhaco để có được giải pháp tối ưu cho nước thải công nghiệp.

 

Tin liên quan

Xử lý nước thải dệt nhuộm hiệu quả, tiết kiệm chi phí