Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật để tái sử dụng nước thải sinh hoạt ngay tại nguồn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.12 MB, 135 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
----------------------------
NGUYỄN XUÂN HOÀN
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐỂ TÁI SỬ DỤNG
NƯỚC THẢI SINH HOẠT NGAY TẠI NGUỒN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TP. Hồ Chí Minh - năm 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
----------------------------
NGUYỄN XUÂN HOÀN
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐỂ TÁI SỬ DỤNG
NƯỚC THẢI SINH HOẠT NGAY TẠI NGUỒN
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI
MÃ SỐ: 62.85.06.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1.
PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
2.
TS. Ngô Hoàng Văn
TP. Hồ Chí Minh - năm 2010
LỜI CAM KẾT
Tôi tên : Nguyễn Xuân Hoàn
Sinh ngày : 05 tháng 11 năm 1972,
Nơi sinh : Thái Bình
Đơn vị công tác : Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh,
Bộ Công thương
Địa chỉ : Số 12, Nguyễn Văn Bảo, Phường 4, Quận Gò Vấp, TP. HCM
Tác giả đề tài : “Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật để tái sử dụng nước
thải sinh hoạt ngay tại nguồn”
Thuộc chuyên ngành : Công nghệ môi trường nước và nước thải
Mã số : 62.85.06.01
Xin cam kết : Đề tài này là đề tài hoàn toàn mới, chưa ai nghiên cứu và
công bố trước công chúng những nội dung cũng như các kết quả trùng
với nội dung nghiên cứu của tác giả thuộc đề tài này. Nội dung đề tài
gồm hai phần chính, thứ nhất; nghiên cứu xử lý ammonium nồng độ thấp
trong nước thải sinh hoạt bằng phương pháp oxy hóa thiếu khí kết hợp
anammox và thứ hai; nghiên cứu khả năng tái sử dụng nước thải sinh
hoạt để dùng trong đô thị.
Đề tài đã được tác giả tiếp cận từ rất lâu và được thông qua trước
Hội đồng bảo vệ đề cương Nghiên cứu sinh vào tháng 5 năm 2005 tại
Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP. HCM. Chuyên
ngành nước và nước thải cũng thuộc lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu mà
tác giả đã nghiên cứu và giảng dạy.
Những kết quả nghiên cứu trong đề tài đã được áp dụng thực tế
mang lại hiệu quả thiết thực, giúp môi trường phát triển bền vững.
LỜI CÁM ƠN
Tác giả xin chân thành cám ơn thầy PGS. TSKH. Ngô Kế
Sương thầy TS. Ngô Hoàng Văn đã hết lòng giúp đỡ và tạo điều
kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận án.
Xin gửi lời cám ơn sâu sắc nhất tới lãnh đạo Viện Môi trường
và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP. HCM, đặc biệt thầy GS. TS.
Lâm Minh Triết, thầy PGS. TS. Nguyễn Văn Phước, thầy PGS. TS.
Đinh Xuân Thắng, TS. Lê Đức Trung đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo,
giành nhiều thời gian trao đổi để tác giả hoàn thành công trình này.
Xin cám ơn thầy PGS. TS. Nguyễn Phước Dân, Trưởng khoa
Môi trường, Đại học Bách khoa TP. HCM đã cung cấp tài liệu
chuyên ngành, trao đổi kinh nghiệm chuyên môn, đồng thời góp ý
những ý kiến quý báu giúp tác giả xác định hướng nghiên cứu một
cách đúng đắn.
Xin chân thành cám ơn thầy TS. Tạ Xuân Tề, Hiệu trưởng
trường Đại học Công nghiệp TP.HCM (đơn vị công tác của tác
giả), Ban giám hiệu, Lãnh đạo các đơn vị cùng toàn thể các đồng
nghiệp trường ĐH Công nghiệp TP. HCM đã động viên, giúp đỡ,
tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả có nhiều thời gian hoàn thành
công trình nghiên cứu này.
Xin chia sẻ niềm vinh dự này cùng vợ, con và gia đình, hậu
phương vững chắc đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên tinh thần,
giúp tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu của mình.
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
1. Tính cần thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp luận nghiên cứu .............................................4
2.1. Mục tiêu nghiên cứu .........................................................................................4
2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................4
2.3. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................4
3. Tính mới và tính khoa học của đề tài ......................................................................5
4. Ý nghĩa kinh tế xã hội .............................................................................................6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................7
1.1. Các hình thức tái sử dụng lại nước thải ...............................................................8
1.1.1. Tái sử dụng nước thải trong đô thị ..............................................................8
1.1.2. Tái sử dụng nước thải trong nông nghiệp .................................................10
1.1.3. Tái sử dụng nước thải trong sản xuất công nghiệp ...................................12
1.1.4. Tái sử dụng nước thải để tái tạo cảnh quan ...............................................14
1.1.5.
t
nước thải t ong tầng nước ngầm ....................................................15
1.2. Tình hình tái sử dụng nước thải .........................................................................16
1.2.1. T ên thế giới ..............................................................................................16
1.2.1.1. Tại ingapore ................................................................................16
1.2.1.2. Tại Nhật ản .................................................................................17
1.2.1.3. Tại Pháp ........................................................................................17
1.2.1.4. Tại Ital .........................................................................................18
1.2.1.5. Tại Is ael ........................................................................................19
1.2.1.6. Tại Vương quốc Anh .....................................................................19
1.2.1.7. Tại Úc ............................................................................................20
1.2.1.8. Tại Hoa Kỳ ....................................................................................22
1.2.2. Tình hình tái sử dụng nước thải ở Việt Nam ............................................23
1.2.3. Một số công nghệ xử lý nước thải hiện h u ..............................................25
1.2.3.1. T ạm xử lý nước thải tập t ung ình Hưng Hòa ...........................25
1.2.3.2. T ạm xử lý nước thải khu dân cư T ung ơn ................................27
1.2.3.3. T ạm xử lý nước thải khu dân cư Tân Qu Đông .........................28
1.2.3.4. T ạm xử lý nước thải khu dân cư ven sông Tân Phong ................28
1.3. Tiềm năng tái sử dụng nước thải ........................................................................30
1.3.1. Nhu cầu tái sử dụng nước thải ..................................................................30
1.3.2. S cạn kiệt nguồn nước ngọt .....................................................................30
1.3.3. S suy thoái chất lượng nguồn nước .........................................................31
1.4. Về công nghệ xử lý ammonium .........................................................................34
1.4.1. Công nghệ A/O .........................................................................................34
1.4.2. Công nghệ A2/O .......................................................................................36
1.4.3. x h a ammonium
ng kết hợp nit ate hóa - khử nit ate h a t ên giá thể
..........................................................................................................................37
1.4.4. Khử ammonium
ng hồ th c vật thủ sinh .............................................38
1.4.5. Khử ammonium
ng phương pháp h a học ............................................39
1.4.6. Khử ammonium
ng phương pháp lọc màng ..........................................40
1.4.7. Khử ammonium
ng phương pháp ốc hơi ............................................42
CHƯƠNG 2. CƠ Ở LÝ THUYẾT .........................................................................43
2.1. Xử lý ammonium ...............................................................................................43
2.1.1. x h a ammonium t ong điều kiện thiếu khí ..........................................45
2.1.2. Oxy hóa ammonium t ong điều kiện kỵ khí ..............................................46
2.1.3. Khử ammonium trong nước thải sinh hoạt
ng phương pháp anammox 49
2.2. Tái sinh và tái sử dụng nước thải .......................................................................51
2.2.1. Hệ thống tái sử dụng nước thải .................................................................51
2.2.2. Một số yêu cầu về chất lượng nước tái sinh ..............................................53
2.2.2.1. Các phương pháp phân tích chỉ tiêu chất lượng ............................53
2.2.2.2. Độ mặn ...........................................................................................55
2.2.2.3. Chlorua ...........................................................................................56
2.2.2.4. Hợp chất nitơ ..................................................................................56
2.2.2.5. Một số chỉ tiêu cơ ản t ong nước thải sau xử lý ..........................57
2.2.3. Cơ sở xâ d ng tiêu chu n chất lượng nước tái sinh .................................57
2.2.3.1. Chất lượng nước tái sử dụng t ong nông nghiệp............................57
2.2.3.2. Chất lượng nước tái sử dụng d ng lại ở đô thị ..............................62
2.2.3.3. Tiêu chu n chất lượng nước tái sử dụng .......................................64
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ NỘI UNG THỰC NGHIỆM .................................. 66
3.1. Mô hình ể thiếu khí kết hợp anammox ............................................................67
3.1.1. Quá trình anammox ...................................................................................68
3.1.2. Thiết kế và tạo mô hình .............................................................................69
3.2. Mô hình tái sử dụng nước thải sinh hoạt ............................................................70
3.2.1. Mô hình 1: Lọc cát - than nối tiếp ............................................................73
3.2.2. Mô hình 2: Lõi lọc tinh nối tiếp ...............................................................74
3.3. Các êu cầu đặt a khi thiết kế mô hình .............................................................75
3.4. Qu hoạch h a th c nghiệm ...............................................................................76
3.4.1. Phân tích tác động của các nhân tố ...........................................................76
3.4.2. Mô hình h a th c nghiệm .........................................................................81
3.5. Xác định các thông số động học .........................................................................83
3.5.1. Công thức iểu diễn tốc độ tăng t ưởng của tế ào ..................................83
3.5.2. Công thức iểu diễn tốc độ sử dụng chất dinh dưỡng ..............................87
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ IỆN LUẬN ..............................................................88
4.1. Kết quả th c nghiệm mô hình ể thiếu khí kết hợp anammox ..........................88
4.1.1. Oxy hóa ammonium trong v ng thiếu khí ................................................89
4.1.1.1. Các thông số vận hành ..................................................................89
4.1.1.2. Kết quả thí nghiệm ........................................................................89
4.1.2. Oxy hóa ammonium trong v ng kỵ khí ....................................................97
4.1.2.1. Các thông số vận hành ..................................................................97
4.1.2.2. Kết quả thí nghiệm ........................................................................97
4.2. Th c nghiệm mô hình tái sinh nước thải sinh hoạt sau xử lý ậc 2 ................101
4.2.1. Mô hình 1: Lọc cát – than nối tiếp ..........................................................101
4.2.2. Mô hình 2: Cột lọc tinh nối tiếp ..............................................................103
4.3. Ứng dụng phương t ình Monod tính độ giảm chất ô nhiễm t ong nước thải theo
thời gian .........................................................................................................104
4.3.1. Quá t ình thiếu khí ..................................................................................104
4.3.2. Quá t ình kỵ khí ......................................................................................105
4.4. Tính kinh tế ......................................................................................................105
4.5. Qu t ình công nghệ đề xuất ............................................................................106
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .....................................................................................107
1. Kết luận ...............................................................................................................107
2. Đề nghị ................................................................................................................107
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................108
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BAC (Biological Activated Carbon) – Carbon hoạt tính sinh học
BOD5 (Biochemical Oxygen Demand) – Nhu cầu ox sinh h a
COD (Chemical Oxygen Demand) – Nhu cầu ox h a học
CEFINEA – T ung Tâm Công Nghệ Môi T ường – Viện Môi T ường và Tài
Nguyên
C
TIA – T ung tâm k thuật môi t ường đô thị và khu công nghiệp – Đại học
Xây d ng Hà Nội
DO (Dissolved Oxygen) – Oxy hòa tan
FAO (Food and Agriculture Organization) – Tố chức Nông Lương thế giới
MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) – Chất ắn lơ lửng t ong
N-NH4+ – Ammonium nitrogen
N-NO2- – Nitrite nitrogen
N-NO3- – Nitrate nitrogen
RBC (Rotating Biological Contactors) – Guồng tiếp xúc sinh học
SS (Suspendid Solids) – Chất ắn lơ lửng
SBR (Sequencing Batch Reactor) – Hệ xử lý hoạt động nối tiếp
TP. HCM – Thành Phố Hồ Chí Minh
TCVN – Tiêu chu n Việt Nam
TDS (Total Dissolved Solids) – Tổng chất ắn hòa tan
TKN (Total Kjeldahl Nitrogen – Tổng nitơ theo Kjeldahl
TP (Total Phosphorus – Tổng phốt pho
TSS (Total Suspendid Solids) – Tổng chất ắn lơ lửng
TOC (Total Organic Carbon) – Tổng ca on h u cơ
UASB (Uflow Anaerobic Sludge Blanket) – Đệm bùn kỵ khí chả ngược
VS (Volatile Solid) – Chất ắn a hơi
WHO (World Health Organization) – Tố chức Y tế Thế giới
n lỏng
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
ảng 1.1. Thành phần và tính chất nước thải t ước và sau xử lý (Nhà nghỉ mát Ana
Manda a, Đà lạt ...............................................................................................24
ảng 1.2. Chất lượng nước qua mỗi công đoạn sau xử lý .......................................26
ảng 1.3. Một số thông số thiết kế khi sử dụng công nghệ A/
.............................36
ảng 1.4. Một số thông số thiết kế khi sử dụng công nghệ A2/
...........................37
ảng 2.1. Tiêu chu n thải đối với các chất dinh dưỡng t ong nước thải sinh hoạt .44
ảng 2.2. Độ giảm các chất ô nhiễm khi a khỏi hệ thống ......................................50
ảng 2.3. Giới hạn một số kim loại t ong nước thải sau xử lý d ng tưới tiêu .........58
ảng 2.4. Tiêu chu n kim loại của nước thải sau xử lý c thể tái sử dụng t ong nông
nghiệp ở 1 số nước ..........................................................................................59
ảng 2.5. Tiêu chu n kim loại của nước thải sau xử lý t ong nông nghiệp .............60
ảng 2.6. Nồng độ các chất ô nhiễm lớn nhất d ng t ong nông nghiệp ................61
ảng 2.7. Tiêu chu n nước tái sử dụng t ong nông nghiệp của một số nước ...........62
ảng 2.8. Tiêu chu n ắt uộc đối với nước tái sử dụng t ong đô thị của một số
nước ................................................................................................................63
ảng 2.9. ảng tiêu chu n chất lượng nước tái sử dụng ..........................................64
ảng 3.1. Đối tượng sử dụng nước tái sinh d a t ên chất lượng êu cầu .................67
ảng 3.2. Thành phần tính chất nước vào mô hình ..................................................67
ảng 3.3. Thành phần và tính chất nước đầu vào mô hình tái sử dụng ....................71
ảng 3.4. Đặc tính k thuật của cát thạch anh và Than hoạt tính .............................73
ảng 3.5. Các thông số và qu cách cột lọc tinh .......................................................74
ảng 3.6. ảng qu hoạch nghiên cứu ài toán 1 ếu tố ...........................................76
ảng 3.7. ảng các công đoạn tính phương sai .........................................................77
ảng 3.8. ảng qu hoạch nghiên cứu tác động của ài toán 2 ếu tố .....................78
ảng 3.9. Phương pháp tính phương sai của qu hoạch nghiên cứu 2 ếu tố ...........78
ảng 3.10. ảng qu hoạch nghiên cứu 3 ếu tố.......................................................80
ảng 3.11. Cách tính phương sai của phương pháp ô vuông La tinh ........................80
ảng 3.12. Thông số đặc t ưng quá t ình ox h a thiếu khí và anammox ...............83
ảng 4.1.
chu ển h a N-NH4 với thời gian lưu 10h (tương đương 2,4 l/h ........89
ảng 4.2. ảng đánh giá độ sai số của kết quả nghiên cứu ......................................91
ảng 4.3.
chu ển h a N-NH4 với thời gian lưu 12h (tương đương 2,0 l/h ........92
ảng 4.4. ảng đánh giá độ sai số của kết quả nghiên cứu .......................................93
ảng 4.5.
chu ển h a N-NH4 với thời gian lưu 14h (tương đương 1,7 l/h .........94
ảng 4.6. ảng đánh giá độ sai số của kết quả nghiên cứu ......................................96
ảng 4.7. Kết quả phân tích nước thải sau khi a khỏi v ng kỵ khí với thời gian lưu
12h (tương đương 2,0 l/h ...............................................................................98
ảng 4.8. ảng đánh giá độ sai số của kết quả nghiên cứu ....................................100
ảng 4.9. Nước tái sinh sau quá t ình lọc cát – than nối tiếp so sánh với tiêu chu n
chất lượng nước tái sử dụng đề xuất ..............................................................101
ảng 4.10. Nước tái sinh sau quá t ình lọc màng nối tiếp so sánh với tiêu chu n chất
lượng nước tái sử dụng đề xuất .....................................................................103
ảng 4.11. Nồng độ chất dinh dưỡng và sinh khối tính theo phương t ình Monod
t ong ể hiếu khí ............................................................................................104
ảng 4.12. Nồng độ chất dinh dưỡng và sinh khối tính theo phương t ình Monod
t ong ể kỵ khí .............................................................................................. 105
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ – ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1. ơ đồ hệ thống phân phối k p nước tái sử dụng t ong khu v c ở hin uku,
Tokyo, Japan .....................................................................................................9
Hình 1.2. ơ đồ công nghệ hệ thống tái sinh, tái sử dụng nước thải sinh hoạt .........16
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống tái sử dụng nước thải sau xử lý tại công viên l mpic ...21
Hình 1.4. Công nghệ xử lý nước thải tại t ạm xử lý ình Hưng Hòa .......................26
Hình 1.5. Công nghệ xử lý nước thải khu dân cư T ung ơn ...................................27
Hình 1.6. Công nghệ xử lý nước thải khu dân cư Tân Qu Đông ............................28
Hình 1.7. Công nghệ xử lý nước thải khu dân cư Tân Phong ....................................29
Hình 1.8. ơ đồ công nghệ A/ xử lý ammonium ...................................................35
Hình 1.9. ơ đồ công nghệ A2/ xử lý ammonium .................................................36
Hình 2.1. ơ đồ xử lý ammonium kết hợp xử lý chất ô nhiễm ..................................51
Hình 2.2. Hệ thống tái sử dụng nước kh p kín .........................................................51
Hình 2.3. Hệ thống mở gián tiếp ...............................................................................52
Hình 2.4. Hệ thống mở bổ cập dòng .........................................................................53
Hình 3.1. Mô hình khử ammonium
ng phương pháp thiếu khí kết hợp anammox 69
Hình 3.2. ơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt t ạm Lê Lai ............................71
Hình 3.3. ơ đồ công nghệ tái sử dụng nước thải sinh hoạt .....................................72
Hình 3.4. Mô hình lọc cát – than nối tiếp .................................................................73
Hình 3.5. Mô hình cột lọc tinh nối tiếp .....................................................................75
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ chất dinh dưỡng đến tốc độ tăng t ưởng của vk 84
Đồ thị 4.1. S chu ển h a N-NH4 với thời gian lưu 10h ...........................................90
Đồ thị 4.2. S chu ển h a N-NH4 với thời gian lưu 12h ..........................................93
Đồ thị 4.3. S chu ển h a N-NH4 với thời gian lưu 14h ...........................................95
Đồ thị 4.4. Quá trình oxy hóa N-NH4 t ong điều kiện kỵ khí với thời gian lưu 12h 99
Hình 4.1. Qu t ình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt .......................................106
1
MỞ ĐẦU
Tính cần thiết của đề tài
1.
của
T
c
a
c
của
p
a
thì
p
c thì
[21]. Theo
dân
Ở
(trong khi
của
c c
c
ở
.S
cô
p
pp
của cô
c c
p
ạ
a
mang t
cq
ở
c ; p
cc
c p
ĩa
c
c
c
3
ù
ùa
c
c
c
ủ
c
c
ý óp p
c. V
: “N
x
c
c p
m3
c do p
c
c
c
c c
c ạc
p p
c
ậ , cô
.
c p
3
c
cc
c p ủ
q ac
c
ca
gánh thêm p
q
ạ của
cô
c
c c
ạ
ạ
p
p
ẳ
ạ
.
c c
c có
ô,
c
ạ của
c
n
,
c pc
p
ạc
ở
ạ của
x
c
c
và
ở
ạ
c
ó
c
c
c
c c
c
p
ô
x
c ạc c
c
c
,
ô
c
của c c
c
ô
ù
làm cho môi
c nên
ạ
c
c
ạ
c
Do
ậ c
c c
p
.
c
c
và
p à
ạ cô
cho
c a
có
c
ý
V
c c
a
p
c
c
c p
c
c
2
p p có
x
ý
p p
),
p
ô
cq a
a
ù
p
ậ .
a
ó
p
có
ô
x
cô
q a
c
ẩ
ý
a
c
c
ạ
c
ýc
c
p
c
có
c
ạ
c
có
c ạ
c
ô
a
ô
q a
ngay
óa
c
c
,
q
c c p. Ở
ởc c
a
q
ý
là c c c
c,
c ủ
a
ô
ý
cx
ậ ý
c
c
cc p
c
ý
c
pc
c
cp c
ax
của
ạ
a x
c
a
c
ĩ
ý
p px
c
ac c
a q a
c x
của c c c t gây ô
a
a
c ạ ô
c c
c
p
c
p ó. Do ậ
a.
a
óp
i
ý
liên quan
x
ạ c
c
ax
é
c cp
cc ủ
x
c
p
ủ
p p
c
c
ạ chung cho các
c
cập
ậ ,
x
c
c c ủ
c
ủ
ý
c c
c
các
ạ
và
ở ô
ậ
p
có
ô
ạ
a toilet
d
…; c
c
c
c
c
q a
c ù
ù
ac
có c
c, c
của
ý
cô
ô
q
vai trò
p
ạ
cho c
V
x
c
ập
ô
c
các c
ùng và
c
ý ạ c
c
c
c
cc
c
c ta h
ở
c c
cô
Ở
sau k
c
c
c a x
c
dân. Ngoài ra p
ý ậc a
c
của
p
c
cx
c
ạ
c
c
c a cô
a
x
cq
ạc
c
cô
ở
p còn
c
ẩ
c
ậ c
c
ạ gây nên
c c
c
3
c
ậ
cô
ô
,c c
p pp
c
ý
c, x
c
ô
q a
ú
c
óa cô
c
c
cô
c
ô
ó
cx
ý
c óp p
ô
c
ậ
c
c
c,
ạ
c p
ừa ô
c…
óp p
ô
c
ó
c
c
ó c
c
nói riêng.
c
ỏ
a c
c
x
p
x
“ạ a
ý
c
c
ạ
p
a
ậ
c
ậ
ạ
c
c
p
a
ô
c
c
p
p
ý
p p
c
c
ô
ập
c
ạ B
ạ
lâu dài còn giúp ạ
c
ẩ p
ý
ô
x
c
c
c
c
q
c p cho
ô
ạ
x
c
c cc
c
a
c ạc
c
? P
này! N
sạ
c
c ngay ạ
ẳ
thiên
ừ
c
c
ô
c
p
ạ
,
BOD5 = 150 – 300 mg/l; SS = 250 – 550 mg/l; COD = 430 –
pc
quan tâm là
ừ
c
a
ạ
c c
q
c
a
a
c ùng
q
ô
a
c
p a
a ẻ
cc p
c ạp
ậ
c c a
,
ẩ
ạ
c a
c
p
, hàm
ý
a
c
a
p
ù
ỏ cô
ammonium
cx
. Nó có
nitrate thành nitrite gây
c
ở ạ
ô
c
a
c
ạ thì khô
chi phí
pa a
é
x có
c
a
ạ
ó
ô
úp
ỏc c
ạ
ỏ
x
ý
q
4
Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.
Mục tiêu nghiên cứu
2.1.
N
c
p
p p
anoxic) v
a a
Oxidation – anammox
p oxy hóa ammonium
x (Anaerobic Ammonium
p
ammonium
c
ạ.
N
c
c
ti m n ng
s d ng và xây d ng quy
s
it
ạ
c
c
N
c
ra,
q a
ạ p c
c c
c
c
c
ạ
ạ p
N
c
c
x
c cc
c
c
c
c cp
c
N
2.3.
c c
ạ
ạ ừ ó
ừ
c
c
x
ạ
ýa
c
p
pa a
c
c
c
x
ạt.
c
ậ
x
q
c
c
Phương pháp nghiên cứu
c
p
c
ạ
p
ô
của
c
ó
c
oxy hóa ammonium
có
c
ở
ạ
của
p px
q
a
c
c c
c
:
a
ý
c
a
c
c
c
N
c
p p
c
công n
c tái s d ng cho m t
các
c c
c
iv in
.
c các
N
ng
xu t công ngh tái
Nội dung nghiên cứu
2.2.
ng
nh ch t l
ạ,
x
ý
c
p
có
ó c
c
x
c c
c
của cô
a
ý
c
ậ V
p ý v
c
p
ậ
ạ
cô
p ù
q a
p
q
c
5
cq a
ú
c
c
cô
p
ạ
c
a c
p
V
-
ậ
p
ý
:
ỏa
c c
ậ
c
a
a
a
p
q a
c cq
c ẩ
c
cô
c c
c
c
x
ý
c
c
a
ạ
ạ
V
Nam.
-
Các quá trình,
ở
-
c c
ô
x
ý
q
ừa
q
của
cô
q
và
N
-
c
N
c
c
P
ạ
ạ
x
ậ
ô
x
c c cc
ý
X
ởp
c
ý
c
ô
q
hi
c
ạ ởq
ôp
c
x c
p
-
c c
:
a trong
-
c của
q
c
c
x
ý a
ỗ
a
p
c
ạ
cô
.
Tính mới và tính khoa học của đề tài
3.
-
N
c th i sinh hoạt sau x lý bậc 2 có th s d ng t t trong nông nghi p
a
ho c nuôi tr ng thủy s n khi hàm l
cho th y các quá trình x
ammonium. Gi i quy t v n
anammox
-
≤
lý thông th
này, ph
ng không loại bỏ
c nhi u
c coi là hi u qu và kinh t .
c th i sau x lý p
c
p
ô
… là
thi t,
]. Th c t
ng pháp h thi u khí k t h p kỵ khí
Tái s d ng n
c
[
q a
a
c bi t tại các n i khan hi m n
các m c
nh h
ch
c
a
ng úng và h t s c c n
c ng t. Hi n nay nhi u n
c trên th
6
gi i ang tri n khai áp d ng, trong khi tại n
m c. Vì th
c quan tâm úng
c ta ch a
tài có ý nghĩa khoa h c và th c ti n cao.
Ý nghĩa kinh tế xã hội
4.
-
ạ
P
ạ
có
a
c
é
ô
ừ
c
ừ
p ó
c
a
ô
p
c
p
ý
c
c
ạ
p
c
a
p
a . Nó
c
c
ở
c
c
c
ởc
p
a
c
cx
,
c
-
ô
ĩa
ở
óp p
-
c
c
ô
ở
c
c ạc p
ạ
của
c
X
mua 1m3
ậ
c a.
ca c
x
q
c
a ạ
ủ
ạ
c .
ô
-
c
P
ẩ
x
a
q
trình cô
có
ca
p ù
c a
ỗ
p a
c ạ
c trên t
ở
x
c của
ạ
ô
n 1.200.000 m3
c
bá
ẫ
a
c
cô
X
p
c
ạ
c
3
ủ
q
c
c ạc
-
cc
p
ỏ c
x
ở
ý, song
c
c
ô
c
p
ạ c ủ
c c
vì khi
c
c
7
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Sự thiếu hụt nước ngày càng trở nên nghiêm trọng, các quy định và chính sách
về môi trường đã kích thích sự phát triển sâu hơn đối với các chương trình tái sử
dụng nguồn nước tr ng th p niên g n đây
h
Lazarova và Asano [38], [44], vi c
tái sử dụng các nguồn nước khác nh u tr ng điều ki n kinh tế ch ph p và ã h i
chấp nh n, các kế h ạch tái sử dụng nguồn nước hi u quả nhất chính là vi c sử
dụng nguồn nước thải sinh hoạt sau ử lý (th y ch lượng nước có sẵn) dùng cho
tưới tiêu, phục hồi môi trường sống, l u rử , d i t il t và tr ng công nghi p Lợi
ích chính tr ng vi c sử dụng nguồn nước thải sinh hoạt đã qu
ử lý là bả tồn
được nguồn nước tự nhiên cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường
Quỹ ài trợ Nghiên cứu Môi trường nước sau khi tiến hành khả sát và quản
lý kế h ạch phục hồi nguồn nước không uống được trên phạm vi t àn c u đã đư r
65 kế h ạch tái sử dụng nguồn nước tr ng nông nghi p, thành thị và công nghi p ở
cả các nước phát triển lẫn các nước đ ng phát triển tại các vùng thu c vành đ i
thiếu hụt nước và có nguy cơ thiếu hụt nước [44]. Cơ sở thành công ch kế h ạch
này chính là sự sắp ếp thể chế đúng đắn, ước lượng giá bán và chi phí vừ phải
cũng như kế h ạch thông tin liên lạc, v n đ ng, tuyên truyền. Các bá cá c
WHO g n đây [38], [60], [63] cho thấy lượng nước tái sử dụng ở Israel, Australia
và Tunesia sẽ thỏ mãn tương ứng được 25%, 11% và 10% tổng nhu c u nước sử
dụng. Nhằm đáp ứng nhu c u sử dụng lượng nước sẽ tăng gấp 4 l n hi n n y tại
Sudan và năm 2010, 150% và năm 2012 tại ây B n Nh và đặc bi t lượng nước
sử dụng tại Ai C p có thể tăng gấp 10 l n và năm 2025, các quốc gi vùng rung
Đông đ ng có kế h ạch tăng đáng kể năng lực ử lý nước thải nhằm đáp ứng mục
tiêu tăng nguồn nước tái sử dụng lên từ 50 đến 0% tổng lượng nước thải
Qu n điểm chung tr ng tái sử dụng nước thải c
h u hết các nước trên thế giới là
8
-
ăng sử dụng nước thải nhằm phát triển bền v ng Đó là qu n điểm phổ biến
và qu n trọng nhất đối với vùng khô hạn và ở các nước phát triển đ ng có nhu
c u sử dụng nước rất c .
-
ạn hán và thiếu hụt nước ngọt, đặc bi t ở các khu vực khô hạn và sắp khô
hạn đang đ i hỏi m t lượng nước tối thiểu để duy trì các h ạt đ ng nông
nghi p và dự tr nguồn nước ch sinh h ạt.
-
ăng cường bả v môi trường kết hợp quản lý, kiểm s át nghiêm ngặt nguồn
nước thải là bi n pháp cấp bách đối với các nước công nghi p, vùng duyên hải
và các khu du lịch
i c tái sử dụng nguồn nước thải là bi n pháp h u hi u
mang tính cạnh tr nh g y gắt nhằm nâng c
hi u quả ử lý nước thải trên
qu n điểm kinh tế lẫn môi trường
-
Các yếu tố kinh tế ã h i như nh ng quy định, tiêu chu n, sự qu n tâm đến
sức khỏ c ng đồng, các chính sách ã h i và đ n b y kinh tế đ ng trở nên
ngày càng qu n trọng tr ng vi c phát triển các dự án tái sử dụng nguồn nước
thải (tăng chi phí nước uống để thúc đ y vi c tái sử dụng nguồn nước thải).
-
Bả v sức khỏ c ng đồng và giảm thiểu các r i r về môi trường là c n thiết
tr ng bất cứ chương trình tái sử dụng nước thải nà , nhất là ở các nước đ ng
phát triển, nơi mà người dân không được cung ứng đ y đ nước sạch
1.1 Các hình thức tái sử dụng lại nước thải
Sử dụng lại nước thải phục vụ cho các mục đích khác nhau đáp ứng các yêu
c u cho từng đối tượng sử dụng [20] được thể hi n trong phụ lục 1.4.
1.1.1
Tái sử dụng nước thải trong đô thị
Khu vực đô thị có tiềm năng sử dụng lại nước thải khá c , vi c tái sử dụng
nước thải đóng vai trò quan trọng trong quá trình kiểm soát lượng nước sử dụng và
giảm thiểu sự chuyển tải các chất ô nhiễm vào môi trường. M t lượng lớn nước sử
dụng trong đô thị không đ i hỏi chất lượng cao như là nước uống, ở m t số đô thị
phát triển lượng nước dùng làm nước uống ch chiếm 1% tổng lượng nước tiêu thụ,
vì thế h thống phân phối k p tách v i nước sinh hoạt và ăn uống khỏi v i nước tái
9
sử dụng) đã được dùng phổ biến, đặc bi t tr ng nh ng thành phố đông dân ở các
nước phát triển [ 1], [73]. H thống này giúp cho nước thải sau xử lý được coi là
nguồn nước chính thay thế trong điều ki n tài nguyên nước đang bị khan hiếm.
Nước thải sinh h ạt đô thị đã qu
ử lý có thể sử dụng lại tùy mức đ
ử lý)
và các vi c s u đây
-
Rử sạch đường phố, cứu hỏ , d i t il t, rử
-
Lưu gi m t ph n tr ng t ng nước ng m
-
Ngăn ngừ
-
, tưới vườn cây, công viên
âm nh p mặn
u n h àn nguồn nước tr ng khu vực góp ph n bả tồn tài nguyên nước
nh p và chu trình cấp nước uống nhưng đ i hỏi phải l ại bỏ tri t để các
chất gây ô nhiễm.
Ví dụ: Nhà máy ử lý nước thải
chi i Municip l, Shin uku,
ky [66], [6
triển kh i thực hi n thành công vi c tái sử dụng nước thải từ năm 1
đã
4, công suất
8.000 m3 ngày đ m lại lợi nhu n rất lớn và làm giảm áp lực đáng kể đối với các nhà
máy ử lý nước thải đô thị t p trung. Nước thải sau xử lý b c 2, qua lọc cát và khử
trùng để dùng d i rửa toilet cho 25 tòa cao ốc, m t ph n dùng cho vi c điều hòa lưu
lượng cho các con sông (hình 1.1).
c
Nước tái sử dụng
ốc
Bể chứa
Nước thải
rung tâm tái sử dụng
rạm ử lý nước
thải t p trung
nh 1 1
ơđ h
Nguồn
tiếp ph n
rạm ử lý nước
thải tái sử dụng
`
h ng h n h
nướ
ử ụng
Shinjuku, Tokyo, Japan
ng h
10
Tuy nhiên, khi triển khai sử dụng lại nước thải tr ng đô thị c n đặc bi t qu n
tâm đến vi c bảo v sức khỏ c ng đồng d nước thải chứ nhiều vi sinh v t gây
b nh, để tránh gây ô nhiễm nước uống c n khử trùng m t cách kỹ lưỡng. Thêm vào
đó là các vấn đề có thể xảy ra trong tái sử dụng nước thải để d i rửa toilet như bít
đường ống, đóng rong rêu, cặn vì thế c n duy trì lượng chlorine dư. Hơn n a, nước
tái sử dụng còn có hàm lượng muối và các hợp chất h u cơ cao hơn so với nước
uống, có thể gây ăn mòn đường ống thể hi n rõ ở ph n giao nhau làm ống bít kín vì
lớp g oxit sắt (Fe2O3) [3]. Chống sự ăn mòn này bằng cách sử dụng chất bao ph bề
mặt đường ống (phương pháp ổn định nước) hoặc sử dụng các loại đường ống
chống ăn mòn.
1.1.2
Tái sử dụng nước thải trong nông nghi p
Sản uất nông nghi p là ngành sản uất sử dụng nước nhiều nhất, tiêu tốn 6 %
tổng lượng nước kh i thác và kh ảng 6% tr ng tổng lượng nước tiêu thụ [66],
[6
h
ước tính thì ở Châu hi và Châu
kh ảng 5% - 0% lượng nước ngọt
đ ng được dùng tr ng nông nghi p và đến năm 2025, lượng nước này sẽ tăng 1,2
l n [52], [53].
Nhu c u sử dụng nước c
cây trồng luôn th y đổi th
điều ki n khí h u,
lượng mư , nhi t đ , l ại cây trồng, gi i đ ạn tăng trưởng và nhiều yếu tố khác Sự
cung cấp nước c n ác định trên m t di n tích nhất định th
đ ng d cấp nước để đảm bả thỏ mãn nhu c u tưới
tưới ch cây trồng trước hết c n biết chất lượng c
từng mù h ặc sự d
i c sử dụng nước thải để
nước thải, đặc bi t là các ch
tiêu về nitơ, ph sph , k li và các nguyên tố vi lượng khác như kẽm, b , lưu huỳnh
là nh ng yếu tố không thể thiếu đối với cây trồng
hợp nh ng chất này không được vượt quá yêu c u c
uy nhiên, tr ng m t số trường
cây trồng, ph n dư lượng có
thể gây ô nhiễm ch lớp nước ng m mạch nông, vì thế vi c kiểm tr định kỳ các
chất dinh dưỡng tr ng nước thải là hết sức c n thiết
ái sử dụng lại nước thải đồng
thời phải đạt được các mục tiêu s u [ 5], [38]:
-
Ngăn ngừ sự gi tăng chất ô nhiễm ch môi trường tiếp nh n
11
-
iết ki m, bả tồn và phân phối hợp lý nguồn tài nguyên nước, đặc bi t đối với
nh ng khu vực thường ảy r khô hạn h y lượng mư hàng năm nhỏ
-
Giảm thiểu yêu c u sử dụng phân bón nhân tạ nhằm tiết ki m chi phí sản uất
cũng như tiêu tốn năng lượng
-
Giảm thiểu tr ng ả thải công nghi p tránh ô nhiễm nguồn nước mặt
-
Bả v đất trồng thông qu vi c nâng c
chất mùn và ngăn chặn sự sói m n
đất
-
Sử dụng lại các chất dinh dưỡng c n lại trong nước thải làm phân bón ch cây
trồng
Nước thải tái sử dụng c n được ử lý và giám định chất lượng khắt kh để đảm
bả phù hợp với các phương án sử dụng Nếu nh ng d ng nước thải có nguồn gốc
từ sản uất công nghi p h y nước thải đô thị, khi ử lý để tái sử dụng cũng c n lưu
ý thêm các ch tiêu qu n trọng khác như các hó chất đ c hại, muối và nh ng kim
l ại nặng vì chúng có thể làm th y đổi đặc tính c
trưởng c
đất, gây nhiễu l ạn sự tăng
cây trồng, đặc bi t là gây r sự tích tụ sinh học tr ng các sản ph m thực
ph m, ảnh hưởng đến đối tượng sử dụng
ái sử dụng nước thải ch nhu c u nông
nghi p phải được triển kh i, phân phối s ng s ng với các mù vụ cũng như phù hợp
với đặc tính c
từng l ại cây trồng vì chất dinh dưỡng tr ng nước rất c n thiết đối
với cây trồng như nitơ, k li, kẽm, b r n, sunfu … [44], [51
uy nhiên, quá nhiều
nitơ có thể gây r sự phát triển quá mức và trì h ãn đ chín c
cây trồng, giảm sức
kháng cự lại sinh v t gây hại, thương tổn cây chín làm ch vụ mù k m chất lượng
Trong khi đó b r n là nguyên tố c n thiết ch sự phát triển c
lượng b r n vượt mức sẽ trở nên đ c hại [
cây trồng nhưng
], [6
ơn n , vi c chăm sóc cây
trồng đúng mức sẽ khống chế được sự ảnh hưởng c
các muối gây r d vi c dùng
nước tái sử dụng [65
Ví dụ 1: Tại thành phố Kum m t , J p n thí nghi m dùng nước tái sử dụng
ch nh ng cánh đồng lú dưới nh ng điều ki n khác nh u chế đ tưới, bổ sung
phân bón) ch thấy năng suất lúa không đổi, lượng phân bón sử dụng giảm từ 50
đến 0% và lượng nước khai thác đạt 80 - 90%. [73], [76].
12
Ví dụ 2:
ương tự, năm 1 66 tại
ll h ss , l rid ,
Kỳ đã sử dụng
nguồn nước s u ử lý b c 2 B D, SS = 20mg l, tổng c lif rm 200 MPN/100ml)
ch mục đích tưới tiêu nông nghi p, đến năm 1
1, quá trình nghiên cứu chi tiết
ch thấy rằng h thống này rất thành công ch mục đích sản uất cỏ khô Ng ài
mục đích phục vụ nông nghi p, đất c n có khả năng l ại bỏ các ch tiêu SS, B D,
vi sinh v t, hàm lượng ph sph và các chất ô nhiễm khác
Ví dụ 3: Quy chế tái sử dụng nước tại Tunesia ban hành vào năm 1998 là nước
sau xử lý ch yếu dùng cho vi c tưới tiêu, m t ph n sử dụng cho sân golf, vườn cỏ.
Năm 1996 v n hành 49 nhà máy xử lý, năm 2001 v n hành 59 nhà máy và dự kiến
đến năm 2006 sẽ là 135 nhà máy, lượng nước được xử lý cũng gia tăng từ 116 tri u
m3 lên đến 200 tri u m3 tương ứng 10% tr lượng nước ng m. Trong đó th đô
Tunesia tiêu thụ khoảng 32% lượng nước tái sinh trong toàn quốc vào năm 2000
[22]. Chất lượng nước tái sử dụng được ghi nh n ở phụ lục 1 5
1.1.3
Tái sử dụng nước thải trong ản x ấ công nghi p
Lưu lượng nước thải công nghi p chiếm kh ảng 20% lượng nước ngọt t àn
c u, tr ng đó kh ảng 0% được sử dụng ch th y đi n, năng lượng nguyên tử, nhà
máy nhi t đi n và kh ảng 0 đến 40% dùng ch nh ng mục đích công nghi p khác
Dự bá nhu c u dùng nước đến năm 2025 tăng 1,5 l n [6
D đó, tái sử dụng
nước thải công nghi p không ch đ m lại lợi ích chung về môi trường mà c n góp
ph n giảm thiểu đáng kể nh ng chi phí sản uất, thu hồi được tài nguyên nước, đặc
bi t là giảm các chi phí liên qu n đến ử lý nước thải và ả thải và nguồn tiếp
nh n
Sử dụng lại nước thải đã qu
ử lý tr ng công nghi p đã tăng đáng kể từ năm
2000 và ngày càng trở nên phổ biến đối với nhiều lĩnh vực công nghi p, đặc bi t là
nh ng ngành công nghi p sử dụng nhiều nước như công nghi p giấy, chế biến th y
hải sản … uy nhiên, nước tái sử dụng thường ch dùng ch nh ng công đ ạn chế
biến thô, rử , ngâm nguyên v t li u, làm mát nồi hơi và các thiết bị gi nhi t khác,
rử máy móc, thiết bị, sàn nhà ... ( phụ lục 1.6).
13
Nh ng h thống truyền nhi t cũng là m t tiềm năng ch sử dụng lại nước thải
nhờ m t tr ng nh ng đặc tính qu n trọng c
nước là khả năng gi nhi t, nước có
thể nóng khi tiếp úc với v t thể nóng h ặc lạnh khi nó tiếp úc với nh ng v t thể
lạnh, điều này phù hợp với điều ki n biến đ ng lớn về nhi t đ
từ
0 0C vào mùa
đông đến g n 400C và mù h ), tr ng khi nhi t đ tr ng môi trường nước luôn d
đ ng từ 120C đến 00C qu nh năm tức là nhi t đ c
c
nước thấp hơn vào mùa hè và
hơn vào mù đông s với nhi t đ môi trường Dự và đặc tính này, các h
thống làm nóng và làm lạnh thông qu sự tr
đổi nhi t với nước được phát triển,
điều này giúp tiết ki m năng lượng từ 20 đến 0% [20 Nhờ nh ng tiến b tr ng
công ngh
ử lý nước thải đã đ m lại lợi ích vô cùng t lớn đối với nh ng ngành
công nghi p sản uất sử dụng lượng nước nhiều mà không đ i hỏi khắt kh về chất
lượng như công ngh làm lạnh thông qu sự tr
đổi nhi t tiêu thụ 20 đến 50%
lượng nước dùng tr ng các thiết bị nhi t) như h thống điều h
không khí, các trạm
năng lượng, lọc d u, tháp làm lạnh, hơi nước ấm tu n h àn h y nh ng quy trình
công nghi p khác Nh ng bi n pháp kỹ thu t h àn t àn có thể kiểm s át và khống
chế được sự lắng đọng cặn, quá trình ăn m n đường ống, thiết bị và nh ng vấn đề
sinh học khác
uy nhiên khi sử dụng l ại nước này c n lưu ý m t số ch tiêu, tiêu
chu n qu n trọng liên qu n đến quá trình truyền nhi t cũng như đ bền c
có thể th m khả tiêu chu n c
thiết bị
Kỳ như - phụ lục 1.7) Chất lượng nước tái sử
dụng có thể khác nh u tùy thu c và từng mục đích và yêu c u sử dụng, c n thiết có
thể ử lý b c h i, ử lý b c b th m chí bằng nh ng phương pháp đặc bi t nhằm đáp
ứng các nhu c u sử dụng đ dạng tr ng công nghi p
ái sử dụng h ặc tu n h àn nước thải đ m lại hi u quả kinh tế c
nhờ ứng
dụng kỹ thu t công ngh tiên tiến làm giảm chi phí sản uất, tạ r sản ph m công
nghi p r tiền
uy nhiên, mối l ngại tiềm tàng ảnh hưởng qu lại tr ng quá trình
tái sử dụng nước thải công nghi p là sự ăn m n thiết bị, phát triển sinh học, tích tụ
b n, d đó sẽ ảnh hưởng đến hi u quả và năng suất sản uất cũng như chất lượng
sản ph m và được thể hi n ở phụ lục 1.8.
