Khảo sát đánh giá khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước sông kim ngưu của một số phương pháp truyền thống và đề xuất giải pháp xử lý phù hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Thị Bích Phƣơng

KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG
NƢỚC SÔNG KIM NGƢU CỦA MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ PHÙ HỢP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Thị Bích Phƣơng

KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG
NƢỚC SÔNG KIM NGƢU CỦA MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ PHÙ HỢP

Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

2


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ này đƣợc hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa Môi Trƣờng,
khoa Hóa học – trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên Hà Nội.
Tôi xin giành những lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS.TS Trần Hồng
Côn đã tin tƣởng giao đề tài, tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Trần Hồng Côn đã cho tôi nhiều ý kiến quý
báu trong thời gian làm thực nghiệm vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Hóa, đặc biệt là trong bộ môn
Hóa Môi Trƣờng đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị và bạn bè trong phòng phân tích Hóa Môi
Trƣờng, đặc biệt là các bạn Trần Phƣơng Nhật Thủy – University of science and
technology of Ha Noi – Undergraduate School đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời
gian vừa qua.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong thời
gian học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 10 tháng 08 năm 2015
Học viên

Lê Thị Bích Phƣơng

3


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 7

CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN ................................ Error! Bookmark not defined.
1.1. Vai trò quan trọng của nước trong đời sống ............... Error! Bookmark not defined.
1.2. Giới thiệu về sông Kim Ngưu ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Lịch sử sông Kim Ngưu ....................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Điều kiện khí tượng, thủy văn lưu vực sông Kim Ngưu ....... Error! Bookmark not
defined.
1.2.3. Hiện trạng ô nhiễm sông Kim Ngưu ...................... Error! Bookmark not defined.
1.3. Một số phương pháp thông dụng xử lý nước thải sinh hoạt ..... Error! Bookmark not
defined.
1.3.1. Keo tụ hóa học ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Xử lý bằng phương pháp sinh học ....................... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................ Error! Bookmark not defined.
2.1.

Mục tiêu, nội dung nghiên cứu ................................. Error! Bookmark not defined.

2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu ............................................. Error! Bookmark not defined.
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Hóa chất ............................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Dụng cụ ................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Thiết bị .................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3. Phương pháp xác định một số chỉ tiêu của nước thải .. Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Xác định TSS. ....................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Xác định chỉ số COD bằng phương pháp bicromat. ............ Error! Bookmark not
defined.
2.3.3. Xác định nồng độ Amoni trong nước thải bằng phương pháp Nessler. ........ Error!
Bookmark not defined.
2.3.4. Xác định Nitrat bằng phương pháp Brucine .......... Error! Bookmark not defined.

2.3.5. Xác định hàm lượng Nitrit trong nước thải ............ Error! Bookmark not defined.
2.3.6. Xác định Photphat bằng phương pháp so màu vanađat ..... Error! Bookmark not
defined.

1


2.3.7. Xác định Coliform bằng phương pháp đếm khuẩn lạc ......... Error! Bookmark not
defined.
2.4. Lấy mẫu và bảo quản mẫu .......................................... Error! Bookmark not defined.
2.5. Xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ hóa học .... Error! Bookmark not defined.
2.5.1. Keo tụ bằng phèn nhôm ........................................ Error! Bookmark not defined.
2.5.2. Keo tụ bằng PAC .................................................. Error! Bookmark not defined.
2.6. Xử lý nước sông Kim Ngưu bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí .............. Error!
Bookmark not defined.
2.6.1. Chuẩn bị sinh khối ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.6.2. Xử lý sinh học hiếu khí .......................................... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...... Error! Bookmark not defined.
3.1. Một số chỉ tiêu nước sông Kim Ngưu .......................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Xử lý nước sông Kim Ngưu bằng phèn nhôm và PAC Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Hiệu suất xử lý TSS, độ đục của phèn nhôm và PAC ......... Error! Bookmark not
defined.
3.2.2. Hiệu suất xử lý COD của phèn nhôm và PAC ....... Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Hiệu suất xử lý Amoni của phèn nhôm và PAC ..... Error! Bookmark not defined.
3.2.4. Hiệu suất xử lý Nitrit của phèn nhôm và PAC ....... Error! Bookmark not defined.
3.2.5. Hiệu suất xử lý Nitrat của phèn nhôm và PAC ...... Error! Bookmark not defined.
3.2.6. Hiệu suất xử lý Photphat của phèn nhôm và PAC . Error! Bookmark not defined.
3.2.7. Hiệu suất xử lý Coliform của phèn nhôm và PAC .. Error! Bookmark not defined.
3.3. Tốc độ lắng bùn trong xử lý nước sông Kim Ngưu bằng phèn nhôm và PAC ..... Error!

Bookmark not defined.
3.4. Tối ưu hóa nồng độ phèn nhôm và PAC trong xử lý nước sông Kim Ngưu ........ Error!
Bookmark not defined.
3.5. Xử lý nước sông Kim Ngưu bằng phương pháp vi sinh hiếu khí Error! Bookmark not
defined.
3.5.1. Hiệu suất loại bỏ COD bằng phương pháp vi sinh hiếu khí . Error! Bookmark not
defined.
3.5.2. Hiệu suất loại bỏ amoni bằng phương pháp vi sinh hiếu khí Error! Bookmark not
defined.
3.6. Thảo luận ................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.7. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước sông Kim Ngưu ........... Error! Bookmark not
defined.

KẾT LUẬN ............................................................ Error! Bookmark not defined.

2


TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 8
PHỤ LỤC ............................................................... Error! Bookmark not defined.

3


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các hóa chất vô cơ đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong các quá trình keo
tụ và kết tủa trong xử lý nƣớc thải……………………………………………......10
Bảng 2.1. Kết quả đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn COD ………………………...19
Bảng 2.2. Cách pha dung dịch chuẩn NH4+ nồng độ từ 0 – 5mg/L………………20
Bảng 2.3. Kết quả đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn amoni ……………………….21

Bảng 2.4. Cách pha dung dịch chuẩn NO3- nồng độ từ 0 – 2mg/L……………….22
Bảng 2.5. Kết quả đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn nitrat ………………………...23
Bảng 2.6. Cách pha dung dịch chuẩn NO2- nồng độ từ 0-1mg/L...........................24
Bảng 2. 7. Kết quả đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn nitrit........................................25
Bảng 2. 8. Cách pha dung dịch chuẩn photphat nồng độ từ 0-18mg/L..................26
Bảng 2. 9. Kết quả đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn photphat.................................27
Bảng 2. 10. Thành phần các chất trong môi trƣờng nuôi cấy Endo........................28
Bảng 3. 1. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nƣớc sông Kim Ngƣu.....................34
Bảng 3. 2. Hiệu suất xử lý TSS của phèn nhôm và PAC.......................................36
Bảng 3. 3. Hiệu suất xử lý độ đục của phèn nhôm và PAC...................................37
Bảng 3. 4. Hiệu suất xử lý COD của phèn nhôm và PAC......................................38
Bảng 3. 5. Hiệu suất xử lý Amoni bằng phèn nhôm và PAC.................................39
Bảng 3. 11. Hiệu suất xử lý nitrit bằng phèn nhôm và PAC...................................40
Bảng 3. 12. Hiệu suất xử lý Nitrat của phèn nhôm và PAC...................................40
Bảng 3. 13. Hiệu suất xử lý photphat của phèn nhôm và PAC...............................41
Bảng 3. 14. Hiệu suất xử lý Coliformcủa phèn nhôm và PAC...............................42
Bảng 3. 15. pH của nƣớc sau khi xử lý keo tụ bằng phèn nhôm và PAC...............51

4


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Nƣớc thải đƣợc xả sôngKim Ngƣu qua các họng cống............................6
Hình 1.2. Sông Kim Ngƣu đen ngòm với hàng ngàn họng cống ngày đêm xả nƣớc
thải chƣa qua xử lý vào sông....................................................................................7
Hình 1. 3. Hiện tƣợng keo tụ và bông tụ (hạt màu sẫm là đã mất tính bền)............9
Hình 2.1. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ COD....................................................19
Hình 2.2. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ Amoni..................................................21
Hình 2.3. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ nitrat.....................................................23
Hình 2.4. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ nitrit....................................................25

Hình 2.5. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ photphat..............................................27
Hình 2.6. Quy trình lọc mẫu..................................................................................29
Hình 3.1. Hiệu suất xử lý TSS của phèn nhôm và PAC………………………....36
Hình 3.2. Hiệu suất xử lý độ đục của phèn nhôm và PAC………………………37
Hình 3.3. Hiệu suất xử lý COD của Alum và PAC……………………………...38
Hình 3.4. Hiệu suất xử lý Nitrat của phèn nhôm và PAC………………………..41
Hình 3.5. Hiệu suất xử lý phophat của Phèn nhôm và PAC……………………..42
Hình 3.6. Hiệu suất xử lý Coliform của phèn nhôm và PAC…………………....43
Hình 3.7. Sự phụ thuộc của bùn lắng vào thời gian khi xử lý bằng PAC………..44
Hình 3.8. Sự phụ thuộc của bùn lắng vào thời gian khi xử lý bằng phèn nhôm.....45
Hình 3.9. Nồng độ tối ƣu của phèn nhôm trong xử lý COD……………………..46
Hình 3.10. Nồng độ tối ƣu của PAC trong việc xử lý COD……………………..47
Hình 3.11. Hiệu xuất xử lý COD bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí…………48
Hình 3.12. Hiệu xuất xử lý Amoni bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí……….49
Hình 3.13. Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nƣớc sông Kim Ngƣu……………..53

5


KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

COD

Chemical Oxygen

Demand

Nhu cầu oxy hóa học

TSS

Total Suspended
Solids

Tổng chất rắn lơ lửng

PAC

Poly Alminiun
Chloride

Poly nhôm clorua

6


MỞ ĐẦU
Nƣớc thải sinh hoạt là một vấn đề quan trọng của những thành phố lớn và đông
dân cƣ, nhất là đối với các quốc gia đã phát triển. Riêng đối với các quốc gia đang
trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhƣ Việt
Nam, với trình độ khoa học công nghệ chƣa cao, hệ thống cống rãnh thoát nƣớc còn
trong tình trạng thô sơ, không hợp lý, không theo kịp đà phát triển dân số của các
thành phố lớn nhƣ: thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Nha Trang,
Đà Nẵng, … thì việc xử lý nƣớc thải sinh hoạt đang tạo nên sức ép lớn đối với môi
trƣờng. Tính đến năm 2005, cả nƣớc có 722 đô thị với tổng số dân trên 25 triệu ngƣời

(bằng 27% dân số cả nƣớc) với tổng lƣợng nƣớc thải sinh hoạt và sản xuất chƣa qua
xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn môi trƣờng là 3.110.000 m3/ngày[2, 9]. Lƣợng
nƣớc thải này đƣợc xả trực tiếp vào nguông nƣớc sông, hồ, biển ven bờ[2]. Mức độ ô
nhiễm nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm ở Việt Nam đang ngày càng trầm trọng, nều tình
trạng này không chấm dứt thì nguồn nƣớc mặt sẽ không còn sử dụng đƣợc trong thời
gian không xa.
Thủ đô Hà Nội là một trong những thành phố có tốc độ đô thị hóa cao nhất trong cả
nƣớc, là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa – xã hội của cả nƣớc, với tốc độ tăng
trƣởng cao về nhiều mặt nhƣ: công nghiệp và dịch vụ, cùng với tốc độ tăng dân số
nhanh ngày càng làm cho môi trƣờng ô nhiễm trầm trọng hơn. Hệ thống thoát nƣớc
của nội thành Hà Nội bao gồm nhiều kênh mƣơng và bốn con sông thoát nƣớc chính là
sông Tô Lịch, sông Kim Ngƣu, sông Lừ và sông Sét với tổng chiều dài gần 40 km
trong đó có 29,7 km là kênh mƣơng hở. Hệ thống sông, kênh mƣơng này bị bồi lắng,
thu hẹp ở nhiều đoạn do bị lấn chiếm, đổ rác thải bừa bãi, đặc biệt là rác thải xây dựng.
Theo báo cáo hiện trạng môi trƣờng thành phố Hà Nội năm 2005 thì hằng ngày hệ
thống cống thoát nƣớc và bốn con sông chính tiếp nhận khoảng 370.000 – 400.000 m3
nƣớc thải sinh hoạt và thêm vào đó khoảng 100.000 m3 nƣớc thải công nghiệp, dịch vụ
và bệnh viện. Vậy mà tổng lƣợng nƣớc thải công nghiệp đƣợc xử lý ở Hà Nội hiện nay
mới đạt 20 – 30%, mới chỉ có 5/31 bệnh viện có hệ thống xử lý nƣớc thải; 36/400 cơ
sở sản xuất có hệ thống xử lý nƣớc thải; lƣợng rác thải sinh hoạt chƣa đƣợc thu gom

7


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Đình Bảng (2004), Bài giảng chuyên đề “Các phương pháp xử lý nước,
nước thải”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.
2. Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng (2005), Báo cáo hiện trạng môi trường Quốc gia
năm 2005, Nhà xuất bản Hà Nội.

3. Đặng Kim Chi (1998), Hóa học môi trường, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội.
4. Trần Đức Hạ (2007), Xử lý nước thải đô thị, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật
Hà Nội.
5. Lƣơng Đức Phẩm (2011), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học,
NXB Giáo dục Việt Nam.
6. Nguyễn Văn Phƣớc (2008), Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp
bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.
7. Nguyễn Thị Thu Thủy (2012), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
8. Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội, Sở Tài nguyên Môi trƣờng và nhà đất (2003),
Báo cáo hiện trạng môi trường Thành phố Hà Nội 2003, Nhà xuất bản Hà
Nội.
9. Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội, Sở Tài nguyên Môi trƣờng và nhà đất (2005),
Báo cáo hiện trạng môi trường Thành phố Hà Nội 2005, Nhà xuất bản Hà
Nội.
Tiếng Anh
10. Aguilar, M, J. Saez, et al. (2002), “Nutrient removal and sludge production in the
coagulation–flocculation process”, Water Research 36(11), pp. 2910-2919.
11. American Public Health Associations, AWWA (2012) Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater, American Water Works Assn.

8


12. Cheng, W.P. (2002), “Comparison of hydrolysis/coagulation behavior of
polymeric and monomeric iron coagulants in humic acid solution”,
Chemosphere 47(9), pp.963-969.
13. Droste, R.L. (1997), Theory and practice of water and wastewater treatment,
Wiley New York etc.
14. Gebbie, P. (2001), Using Polyaluminium coagulants in water treatment, Proc.64th

AWIEO Conference.
15. Jeppsson, U. (1996), Modelling aspects of wastewater treatment processes, Lund
University.
16. Metcalf, L., H. P. Eddy, et al. (1972). Wastewater engineering: treatment,
disposal, and reuse, McGraw-Hill.
17. STANLEY E. MANAHAN (1999). Environmental Chemistry, Lewis Publisher,
Boca Raton, London, New York, Washington D.C.
18. Treatment, A. W (1995), Principles and Practices of Water Supply Operations,
Denver: AWWA.
19. Vallero, D (2003), Engineering the risks of hazardous wates, Butterworth –
Heinemann.
20. Vallero, D (2010), Environmental biotechnology: a biosystems approach,
Academic Press.
21. Westerhoff, G.P (1968), Coagulation in waste water treatment, Newark College of
Engineering.
22. Yan, M, D. Wang, et al (2007), “Relative importance of hydrolyzed Al (III)
species (Ala, Alb, and Alc) during coagulation with polyaluminum chloride: A
case study with the typical micro-polluted source waters”, Joumal of Colloid
and Interface Science 316(2), pp.482-489.
23. Yan, M, D. Wang, et al (2008), “Enhanced coagulation with polyaluminum
chlorides: role of pH/alkalinity and speciation”, Chemosphere 71(9),pp. 16651673.

9


24. Yang, Z., B. Gao, et al. (2010). “Coagulation performance and residual aluminum
speciation of Al2(SO4)3 and polyaluminum chloride (PAC) in Yellow River
water treatment”, Chemical Engineering Journal 165(1), pp.122-132.

10