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
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (853.02 KB, 80 trang )
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................................................................................................................1
CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN.................................................................................3
1.1. Vai trò quan trọng của nước trong đời sống..................................................................3
1.2. Giới thiệu về sông Kim Ngưu..........................................................................................4
1.2.1. Lịch sử sông Kim Ngưu...........................................................................................4
1.2.2. Điều kiện khí tượng, thủy văn lưu vực sông Kim Ngưu...........................................5
1.2.3. Hiện trạng ô nhiễm sông Kim Ngưu.........................................................................5
1.3. Một số phương pháp thông dụng xử lý nước thải sinh hoạt.........................................8
1.3.1. Keo tụ hóa học.........................................................................................................8
1.3.2. Xử lý bằng phương pháp sinh học.........................................................................13
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM........................................................................... 16
2.1.
Mục tiêu, nội dung nghiên cứu..................................................................................16
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu...............................................................................................16
2.1.2. Nội dung nghiên cứu...............................................................................................16
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.........................................................................................16
2.2.1. Hóa chất..................................................................................................................16
2.2.2. Dụng cụ...................................................................................................................17
2.2.3. Thiết bị.....................................................................................................................17
2.3. Phương pháp xác định một số chỉ tiêu của nước thải..................................................17
2.3.1. Xác định TSS..........................................................................................................17
2.3.2. Xác định chỉ số COD bằng phương pháp bicromat...............................................17
2.3.3. Xác định nồng độ Amoni trong nước thải bằng phương pháp Nessler.................19
2.3.4. Xác định Nitrat bằng phương pháp Brucine...........................................................21
2.3.5. Xác định hàm lượng Nitrit trong nước thải.............................................................23
2.3.6. Xác định Photphat bằng phương pháp so màu vanađat.......................................25
2.3.7. Xác định Coliform bằng phương pháp đếm khuẩn lạc..........................................27
2.4. Lấy mẫu và bảo quản mẫu............................................................................................30
2.5. Xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ hóa học.....................................................30
2.5.1. Keo tụ bằng phèn nhôm.........................................................................................30
2.5.2. Keo tụ bằng PAC.....................................................................................................31
i
2.6. Xử lý nước sông Kim Ngưu bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí......................31
2.6.1. Chuẩn bị sinh khối..................................................................................................31
2.6.2. Xử lý sinh học hiếu khí............................................................................................32
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................... 33
3.1. Một số chỉ tiêu nước sông Kim Ngưu...........................................................................33
3.2. Xử lý nước sông Kim Ngưu bằng phèn nhôm và PAC.................................................35
3.2.1. Hiệu suất xử lý TSS, độ đục của phèn nhôm và PAC............................................36
3.2.2. Hiệu suất xử lý COD của phèn nhôm và PAC........................................................38
3.2.3. Hiệu suất xử lý Amoni của phèn nhôm và PAC.....................................................39
3.2.4. Hiệu suất xử lý Nitrit của phèn nhôm và PAC........................................................40
3.2.5. Hiệu suất xử lý Nitrat của phèn nhôm và PAC.......................................................40
3.2.6. Hiệu suất xử lý Photphat của phèn nhôm và PAC.................................................41
3.2.7. Hiệu suất xử lý Coliform của phèn nhôm và PAC..................................................42
3.3. Tốc độ lắng bùn trong xử lý nước sông Kim Ngưu bằng phèn nhôm và PAC.............43
3.4. Tối ưu hóa nồng độ phèn nhôm và PAC trong xử lý nước sông Kim Ngưu................46
3.5. Xử lý nước sông Kim Ngưu bằng phương pháp vi sinh hiếu khí.................................47
3.5.1. Hiệu suất loại bỏ COD bằng phương pháp vi sinh hiếu khí..................................48
3.5.2. Hiệu suất loại bỏ amoni bằng phương pháp vi sinh hiếu khí.................................49
3.6. Thảo luận.......................................................................................................................49
3.7. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước sông Kim Ngưu............................................53
KẾT LUẬN........................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 57
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 59
ii
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
iii
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
iv
KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
COD
TSS
PAC
v
vi
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
3
chƣa qua xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn môi trƣờng là 3.110.000 m /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
3
sông chính tiếp nhận khoảng 370.000 – 400.000 m nƣớc thải sinh hoạt và thêm vào đó
3
khoảng 100.000 m 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
1
sở sản xuất có hệ thống xử lý nƣớc thải; lƣợng rác thải sinh hoạt chƣa đƣợc thu gom
3
khoảng 1.200 m /ngày đang đƣợc xả vào các khu đất ven sông, hồ, kênh, mƣơng
trong nội thành; còn nƣớc thải sinh hoạt, mặc dù chiếm hơn 50% trong tổng lƣợng
nƣớc thải của thành phố nhƣng hầu hết chƣa qua xử lý và đƣợc thải trực tiếp vào các
sông, hồ gây ô nhiễm nghiêm trọng[8, 9].
Sông Kim Ngƣu vốn là một nhánh tách ra từ sông Tô Lịch, dài khoảng 7,7 km,
kéo dài từ cầu Kim Ngƣu (đầu đƣờng Trần Khát Chân và phố Lò Đúc) cho đến cuối
địa phận phƣờng Yên Sở (quận Hoàng Mai). Sông có chiều rộng từ 20 – 40 m, sâu 3 –
3
4 m, lƣu lƣợng nƣớc thải hằng ngày tiếp nhận khoảng 400.000 m nƣớc thải.
Các nguồn nƣớc thải vào sông Kim Ngƣu bao gồm chủ yếu là nƣớc thải sinh
hoạt, bên cạnh đó là nƣớc thải công nghiệp có nguồn gốc từ các ngành khác nhau nhƣ
chế biến thực phẩm, hóa chất, da giày,… của các nhà máy, xí nghiệp; nƣớc thải bệnh
viện và dịch vụ trong thành phố[9].
Với thành phần, tính chất các chất ô nhiễm ngày càng đa dạng, phức tạp và độc
hại thì lƣợng nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý cũng là một nguy cơ và thách thức lớn đối
với chất lƣợng nƣớc sông Kim Ngƣu nói riêng và nƣớc mặt nói chung. Trên cơ sở đó
tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài luận văn: “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”.
2
CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN
1.1. Vai trò quan trọng của nƣớc trong đời sống
Hơn 70% diện tích của Trái Đất đƣợc bao phủ bởi nƣớc. Lƣợng nƣớc trên trái đất
3
có vào khoảng 1,38 tỉ km . Trong đó, 97,4% là nƣớc mặn ở các đại dƣơng trên thế
giới; phần còn lại, 2,6% là nƣớc ngọt tồn tại chủ yếu ở dạng băng tuyết đóng ở hai cực
3
và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nƣớc trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km ) là có thể
sử dụng làm nƣớc uống.
Nƣớc đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Con ngƣời, động
vật, thực vật, các sinh vật sống trên Trái Đất đều cần nƣớc để sinh sống và phát triển.
Nƣớc chiếm 74% trọng lƣợng trẻ sơ sinh, 55-60% cơ thể nam trƣởng thành, 50% cơ
thể nữ trƣởng thành và cơ thể của chúng ta cần khoảng 2,5 lít nƣớc mỗi ngày để duy
trì cơ thể khỏe mạnh. Tất cả các quá trình trao đổi chất phức tạp trong cơ thể không thể
xảy ra nếu không có nƣớc. Trong cơ thể, dịch khớp, dịch tiêu hóa, máu,... đều đƣợc
hình thành từ nƣớc.
Trong sản xuất công nghiệp, nƣớc cũng đóng vai trò rất quan trọng. Ngƣời ta ƣớc
tính rằng 15% lƣợng nƣớc trên thế giới đƣợc sử dụng vào công nghiệp nhƣ: các nhà
máy điện, sử dụng nƣớc để làm mát hoặc nhƣ một nguồn năng lƣợng; dùng để sản
xuất nƣớc ngọt, bia, rƣợu; dùng trong công nghiệp hóa chất; dùng trong sản xuất giấy;
sản xuất đạm,...
Ngoài các chức năng trên, nƣớc còn là chất mang năng lƣợng (hải chiều, thủy
năng), chất mang vật liệu và tác nhân điều hòa khí hậu, thực hiện các chu trình tuần
hoàn vật chất trong tự nhiên. Có thể nói sự sống của con ngƣời và mọi sinh vật trên
trái đất đều phụ thuộc vào nƣớc.
Nƣớc là tài nguyên quan trọng nhƣng không phải là vô tận. So với các dạng sống
khác (động vât, thực vật, vi sinh vật), con ngƣời có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng
nƣớc trên cả hai mặt tích cực và tiêu cực. Việc xả thải của con ngƣời (phân, nƣớc,
3
rác,...) vào tự nhiên làm cho nguồn nƣớc bị ô nhiễm. Do đó điều kiện sống của các
sinh vật trong nƣớc bị suy giảm hoặc không còn nên cơ chế tự làm sạch nƣớc của
thiên nhiên không còn. Vì vậy nguồn nƣớc ngọt vốn đã khan hiếm nay lại càng thiếu
trầm trọng hơn, con ngƣời đang thực sự đối mặt với nguy cơ thiếu nƣớc trong tƣơng
lai không xa.
1.2. Giới thiệu về sông Kim Ngƣu
1.2.1. Lịch sử sông Kim Ngƣu
Kim Ngƣu (chữ Hán Việt 金金) có nghĩa là trâu vàng. Theo truyện cổ dân gian, trâu
vàng ở bên Tàu khi nghe thấy tiếng chuông đồng đen của thiền sƣ Nguyễn Minh
Không ở nƣớc Nam thì tƣởng là tiếng trâu mẹ gọi liền chạy sang. Đƣờng nó chạy lún
xuống thành sông Kim Ngƣu. Đến phía Tây thành Thăng Long thì tiếng chuông dứt,
Trâu Vàng liền xới đất tung lên để tìm mẹ làm đất chỗ đó thụt xuống, thành hồ Kim
Ngƣu, tức Hồ Tây.
Sông Kim Ngƣu cổ, theo Trần Quốc Vƣợng, là một phân lƣu của sông Tô Lịch.
Nó lấy nƣớc từ Tô Lịch ở ô Cầu Giấy, chảy theo hƣớng Tây-Đông tới Đội Cấn và lại
lấy nƣớc từ Tô Lịch khi tới ô Thụy Chƣơng (Thụy Khê), chảy theo hƣớng Bắc-Nam
(đoạn này còn gọi là sông Ngọc Hà), chảy qua Ngọc Khánh, Giảng Võ, Hào Nam, ô
Chợ Dừa, Xã Đàn, Kim Liên, ô Cầu Dền, ô Đông Mác, Yên Sở, rồi hợp lƣu trở lại ở
Văn Điển. Đến lƣợt mình, Kim Ngƣu lại có các phân lƣu là sông Trung Liệt (tách ra
tại Hào Nam), sông Sét và sông Lừ (đều tách khỏi Kim Ngƣu tại khu vực Kim Liên,
Phƣơng Liệt), v.v...
Sông Kim Ngƣu xƣa là một tuyến giao thông đƣờng thủy. Ngày nay, sông Kim
Ngƣu là một trong bốn con sông nội đô (sông Tô lịch, sông Lừ, sông Sét và sông Kim
Ngƣu) đã đƣợc kè bờ và đảm nhận chức năng tiêu thoát nƣớc chính cho thủ đô. Sông
khoảng 7,7 km, kéo dài từ cầu Kim Ngƣu (đầu đƣờng Trần Khát Chân và phố Lò Đúc)
cho đến cuối địa phận phƣờng Yên Sở (quận Hoàng Mai). Sông có chiều rộng từ 20 –
40
m, sâu 3 – 4 m, lƣu lƣợng nƣớc thải hằng ngày tiếp nhận khoảng
3
400.000m [9].
4
1.2.2.
Điều kiện khí tƣợng, thủy văn lƣu vực sông Kim Ngƣu
Khí hậu của Hà Nội nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng là khí hậu nhiệt
đới gió mùa ẩm, với hai màu rõ rệt: mùa hè nóng, mƣa nhiều, từ tháng 4 đến tháng 10
với tổng lƣợng mƣa bằng 85% của cả năm và màu đông lạnh, mƣa ít, từ tháng 11 đến
tháng 3 năm sau[9].
Nằm trong vùng nhiệt đới, Hà Nội quanh năm tiếp nhận đƣợc lƣợng bức xạ rồi
dào và có nhiệt độ cao. Do chịu ảnh hƣởng của biển, Hà Nội có độ ẩm và lƣợng mƣa
khá lớn[9].
0
Trung bình hàng năm, nhiệt độ không khí khoảng 23 – 23,5 C
Độ ẩm tƣơng đối khá cao, độ ẩm tƣơng đối trung bình đạt 84%
Lƣợng mƣa trung bình 1.700 – 2.000 mm, lƣợng mƣa lớn nhất vào
tháng 7 và tháng 8
Hƣớng gió chủ yếu mùa hè là Nam và Đông Nam, tốc độ gió trung
bình đạt 2,2m/s. Mùa đông gió thƣờng có hƣớng Bắc và Đông Bắc, tốc độ
gió trung bình đạt 2,8m/s
1.2.3. Hiện trạng ô nhiễm sông Kim Ngƣu
Nƣớc thải của thành phố Hà Nội chủ yếu là nƣớc thải sinh hoạt (chiếm 54% tổng
lƣợng nƣớc thải của thành phố). Nƣớc thải sinh hoạt đổ vào sông Kim Ngƣu không
tập trung và hoàn toàn chƣa đƣợc sử lý. Nguồn nƣớc thải này giàu chất hữu cơ bao
gồm cả bùn bã, cellulose, chất hữu cơ hòa tan, không hòa tan hoặc ở dạng lơ lửng. Các
muối khoáng, các vi sinh vật gây bệnh và các chất thải rắn... là yếu tố gây ô nhiễm cho
thủy vực, đặc biệt là ô nhiễm chất hữu cơ, phú dƣỡng và ô nhiễm bởi tác nhân vi sinh;
mặt khác, nó còn gây ô nhiễm đất, ô nhiễm nƣớc ngầm thông qua quá trình thấm và
thẩm thấu[8, 9].
5
Hình 1.4. Nƣớc thải đƣợc xả vào sông Kim Ngƣu qua các họng cống
Chụp ngày 03/07/2015
Ngoài nƣớc thải sinh hoạt thì sông Kim Ngƣu còn tiếp nhận nƣớc thải công
nghiệp; nƣớc thải của các bệnh viện và các cơ sở dịch vụ chứa nhiều chất ô nhiễm
phần lớn chƣa qua xử lý cũng là yếu tố trực tiếp gây ô nhiễm nguồn nƣớc sông.
Một nguyên nhân nữa cũng đƣợc coi là thủ phạm gây ra tình trạng ô nhiễm đó là ý
thức vô trách nhiệm của không ít ngƣời dân sinh sống gần sông. Chúng ta có thể dễ
dàng bắt gặp những đống rác thải, phế thải to đùng của ngƣời dân đổ vô tội vạ xuống
sông.
6
Hình 1.5. Sông Kim Ngƣu đen ngòm với hàng ngàn họng cống ngày đêm xả
nƣớc thải chƣa qua xử lý vào sông.
Chụp ngày 03/07/2015
Chính những nguồn xả thải đó vào dòng sông làm cho sông Kim Ngƣu đã và đang
bị ô nhiễm nghiêm trọng, nƣớc đen, bốc mùi hôi thối rất khó chịu, gây bức xúc cho
hàng trăm nghìn ngƣời dân sống hai bên bờ sông từ nhiều năm nay.
So sánh với giá trị giới hạn cho phép về nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc mặt
loại B2 (QCVN 2008-BTNMT loại B2), có pH, TSS tại điểm lấy mẫu trên sông Kim
Ngƣu nằm trong giới hạn cho phép còn lại các chỉ tiêu khác đều vƣợt quá giới hạn cho
+
phép, đặc biệt là chỉ tiêu N-NH4 và Coloform.
+
Cụ thể, N-NH4 cao hơn 20,29 lần; Coliform cao hơn 130 lần; COD cao hơn 6,98 lần,
-
-
3-
N-NO2 cao hơn 3,4 lần, N-NO3 cao hơn 1,47 lần, P-PO4
cao hơn 2,98 lần so với
QCVN 08-2008BTNMT, cột B2. Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu này, hàm lƣợng
7
của một số kim loại nặng nhƣ As, Cr, Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, Co nhỏ hơn so với
QCVN 08-2008BTNMT, cột B2.
1.3. Một số phƣơng pháp thông dụng xử lý nƣớc thải sinh hoạt
Nƣớc thải sinh hoạt là loại nƣớc thải đƣợc phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của
các cộng đồng dân cƣ nhƣ: khu vực đô thị, trung tâm thƣơng mại, khu vui chơi giải trí,
cơ quan công sở,... Các thành phần ô nhiễm chính đặc trƣng thƣờng thấy ở nƣớc thải sinh
hoạt là COD, nitơ, photpho và các chất hữu cơ nhƣ: protein, hydratcacbon, chất béo,...[4,
5]. Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nƣớc thải sinh hoạt đó là các loại mầm bệnh
đƣợc lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi sinh vật gây bệnh cho ngƣời bao
gồm các nhóm chính là virut, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán. Lƣợng nƣớc thải
sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của
ngƣời dân, có thể tính bằng 80% lƣợng nƣớc đƣợc cấp.
Nƣớc sông Kim Ngƣu tiếp nhận nƣớc mƣa, nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải công
nghiệp; trong đó chủ yếu là nƣớc thải sinh hoạt. Vì vậy mà nƣớc sông Kim Ngƣu bị ô
+
-
-
nhiễm nặng về hàm lƣợng chất hữu cơ (COD), nitơ (N-NH 4 , N-NO3 , N-NO2 ),
3-
photpho (P-PO4 ). Với các chất ô nhiễm nhƣ vậy thì các phƣơng pháp xử lý các chất
ô nhiễm trong nƣớc sông Kim Ngƣu tập trung vào các phƣơng pháp keo tụ và
phƣơng pháp vi sinh (phƣơng pháp vi sinh hiếu khí).
1.3.1. Keo tụ hóa học
Các hạt keo tìm thấy trong nƣớc thải đặc trƣng là có bề mặt mang điện tích âm.
Kích thƣớc của các hạt keo (khoảng 0,01 đến 1 µm ) nhƣ thế bản thân nó có lực hút
giữa các hạt với nhau nhỏ hơn nhiều các lực đẩy tĩnh điện[17]. Trong điều kiện ổn
định, chuyển động Brao (Brouwn) giúp cho các hạt ở trạng thái lơ lửng. Keo tụ là hiện
tƣợng tập hợp (tụ lại) của hạt keo có kích thƣớc nhỏ thành các tập hợp có kích thƣớc
lớn để chúng dễ lắng. Chất keo tụ có tác dụng trung hòa điện tích của hạt keo, chủ yếu
là các hợp chất tích điện dƣơng. Sau khi trung hòa điện tích các hạt keo có điều kiện
tiếp cận gần nhau (nhờ quá trình chuyển động) có thể tạo ra tập hợp lớn hơn[3, 17, 21].
8
Hình 1. 6. Hiện tƣợng keo tụ và bông tụ (hạt màu sẫm là đã mất tính bền)
Chỉ riêng chất keo tụ đã có khả năng tạo ra các tập hợp đủ lắng nhƣng do kích
thƣớc nhỏ nên chúng lắng chậm. Để tăng thêm kích thƣớc ngƣời ta sử dụng chất trợ
keo tụ để liên kết các tập hợp trên. Các tập hợp lớn hơn tạo thành có dạng xốp, trông
giống nhƣ bông. Chất trợ keo tụ đóng vai trò cầu nối giữa các tập keo tụ nhỏ lại với
nhau thành tập hợp lớn hơn, dễ lắng[17].
Với các hệ keo thông dụng trong nƣớc mặt (sông) có tích điện âm trên bề mặt thì có
thể sử dụng hầu nhƣ tất cả các chất tích điện dƣơng (ion dƣơng từ các muối) để keo tụ
nhƣng với hiệu quả rất khác nhau. Với các keo ƣa nƣớc, keo tụ xảy không theo cơ chế
trung hòa điện tích mà là phá vỡ lớp vỏ nƣớc của keo và cần tới lƣợng keo tụ lớn hơn
nhiều. Các thành phần anion trong nƣớc (ví dụ SO 24 trong MgSO4, Na2SO4) cũng là
chất keo tụ của hệ keo ƣa nƣớc. Muối có tính năng keo tụ tốt nhất là muối sunfat:
Al2(SO4)3 MgSO4, Na2SO4, (NH4)2SO4 vì nhóm SO 24 có tác dụng tốt nhất (đứng đầu
dãy Hoffmeister). Thực tiễn thì chỉ có muối nhôm (hóa trị +3), muối sắt (hóa trị +2,
+3) đƣợc sử dụng làm chất keo tụ do nó có hóa trị cao và giá thành hạ[17, 21].
Tác dụng của các chất keo tụ là trung hòa các lớp điện tích, nén lớp vỏ ion của các
hạt keo để chúng tiến lại gần nhau và tạo ra tập hợp lớn[17].
Tác dụng khác là chính bản thân chất keo tụ tạo ra các chất lắng và khi lắng nó sẽ
cuốn theo các hạt keo. Đó là hiện tƣợng keo tụ theo cơ chế lắng lôi cuốn[17].
9
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
Tên gọi
Phèn
Nhôm clorua
Canxi
hyđroxit
Sắt (III)
clorua
Sắt (III)
sunfat
Sắt (II)
sunfat
Natri
aluminat
Keo tụ với muối nhôm
+3
Muối nhôm là các loại muối chứa ion nhôm hóa trị dƣơng 3 (Al ). Trong kỹ thuật
xử lí nƣớc, muối nhôm đƣợc sử dụng hầu hết là nhôm sunphat [Al 2(SO4)3.14 H2O],
nó còn đƣợc gọi là phèn đơn. Trong phèn, thành phần có tác dụng thật sự để keo tụ chỉ
là Al
+3
và chỉ chiếm 9% khối lƣợng của sản phẩm. Chất lƣợng của chất keo tụ dạng
nhôm đƣợc đánh giá thông qua hàm lƣợng nhôm oxit (Al 2O3) trong đó và bằng 1,88
của lƣợng ion nhôm[3, 16, 17].
Nƣớc trong tự nhiên phần lớn có độ pH từ 5,5 đến 8,5 nên các hạt huyền phù tích
điện âm. Khi đƣa Al
3+
vào nƣớc nằm trong khoảng pH đó, lập tức xảy ra quá trình
thuỷ phân (quá trình hydrat hoá đã xảy ra trƣớc đó vì muối nhôm đƣa vào nƣớc dƣới
+2
dạng dung dịch 5 – 10%), tạo ra các phức chất Al(OH)2 , Al(OH) , Al(OH)3[3, 21].
10
Al
3+
+ H2O
Al(OH)
2+
Al(OH)2
Các phức này lại liên kết với nhau qua cầu oxy, hydroxyl tạo ra các dimer, trimer
hoặc polymer có độ dài khác nhau. Tỉ lệ giữa các cấu tử hình thành phụ thuộc vào pH
của môi trƣờng, pH càng cao thì quá trình thuỷ phân càng triệt để, tức là tăng các cấu
tử chứa nhiều nhóm chức OH. Ở vùng pH cao hơn 8,5, cấu tử Al(OH)4 (aluminat)
chiếm ƣu thế, thấp hơn 5,0 thì dạng chính là Al
3+
(pH < 4 trong nƣớc phèn) và ở pH
thấp hơn 5,7 Al(OH)3 không tồn tại. Trong vùng pH xảy ra keo tụ, tất cả các dạng của
hợp chất nhôm đều tích điện dƣơng kể cả dạng nhôm hydroxit không tan do điểm
đẳng điện của nó khá cao (khoảng 8 – 9)[3, 17].
3+
Trong quá trình thuỷ phân muối nhôm có hình thành proton (Al +3H2O →Al(OH)3
+
+ 3 H ) , nó làm giảm độ pH của nƣớc và tiêu hao kiềm, chủ yếu là bicarbonat.
Nƣớc
có độ kiềm cao thì ít thay đổi pH vì khả năng đệm của hệ lớn và ngƣợc lại. Nồng độ
+
proton sinh ra do thuỷ phân tỉ lệ thuận với liều lƣợng của ion nhôm (khoảng 8 mol H /1
kg phèn). Trong quá trình keo tụ với muối nhôm trong môi trƣờng nƣớc có tồn tại ít nhất
3+
2+
là 5 monomer: Al , AlOH , Al(OH)2 , Al(OH)3 và Al(OH)4 và hình thành
Al2 (OH)42 ,
nhiều loại polymer có hàm lƣợng đáng kể là
Al13(OH)534 ,
(OH)174 ,
Al13(OH)724 ,
Al7
Al3 (OH)54 . Các polymer mới tạo thành có hóa trị cao nên khả năng trung
hòa điện tích bề mặt của hạt keo rất lớn[17, 21].
Keo tụ với poly nhôm clorua.
Từ một số hợp chất của nhôm có thể sản xuất ra dạng polymer nhôm, đó là hợp chất
hóa học có phân tử lƣợng khá lớn, trong đó các nguyên tử nhôm nối với nhau qua
nguyên tử oxy hay nhóm hydroxyl[14, 22]. Ngoài các thành phần trên, nhôm polymer
còn chứa cả thành phần ion clorua ( Cl ). Nhôm polymer đƣợc nhiều hãng sản xuất và
11
cung ứng, cũng đƣợc một vài cơ sở ở Việt Nam sản xuất, chúng có tên gọi chung là
PAC (Polyaluminum Chloride).
So với keo tụ bằng phèn nhôm, PAC có những đặc điểm khác sau:
PAC là các polyme tan có chứa Al, O, H, Cl , SO
2
4
sử dụng trực tiếp
đƣợc cho quá trình keo tụ. Nó có thể đƣợc coi là sản phẩm ở bƣớc sát cuối
cùng của quá trình keo tụ nếu nguyên liệu sử dụng là muối nhôm.
+
Độ axit của nó rất thấp do quá trình thuỷ phân (hình thành ion H ) đã đƣợc
thực hiện trong quá trình chế tạo polymer trƣớc đó.
Hàm lƣợng Al2O3 trong PAC đạt khoảng 30 – 36 % trong khi loại phèn
nhôm có chất lƣợng cao nhất đạt khoảng 15 %.
Do không phải trải qua bƣớc hình thành polymer (bƣớc rất chậm) nên tốc
độ keo tụ lớn và bƣớc tạo ra kết tủa Al(OH) 3 vô định hình cũng rất thuận lợi,
nhất là trong điều kiện nhiệt độ không cao.
Do trong cấu trúc phân tử polymer có chứa sẵn các anion SO
2
4
, Cl với
mật độ khá lớn nên khi phân ly mạng polyme có mật độ điện tích dƣơng cao,
khả năng hấp phụ (do mạch dài, tƣơng tác hoá học lớn) và trung hoà các hạt
huyền phù mang điện tích âm rất tốt.
Trong môi trƣờng pH cao (có thể đến 9,0) quá trình hình thành aluminat từ
polymer chậm nên nó vẫn có khả năng keo tụ trong khi phèn nhôm không có
đƣợc khả năng ấy. Trong vùng pH thấp (dƣới 5,5) nó cũng giống phèn nhôm
không có khả năng keo tụ do cả nó lẫn các hạt huyền phù đều tích điện dƣơng.
Do quá trình tan chậm nên lƣợng nhôm Al(III) tồn dƣ thấp, nƣớc sau xử lý
chứa
ít nhôm, phù hợp hơn với tiêu chuẩn cho phép đối với nƣớc sinh hoạt.
Đối với các nguồn nƣớc chứa nhiều chất hữu cơ nhƣ nƣớc thải thì hiệu quả keo tụ
của PAC không cao, khi đó nên bổ sung thêm một tỉ lệ nhất định phèn để tăng hiệu quả
keo tụ. Phèn và PAC có thể trộn lẫn trƣớc khi pha thành dung dịch mà không sợ bị
hỏng. Bổ sung phèn có tác dụng tăng cƣờng lƣợng sunfat, thành phần có tác dụng keo
tụ hiệu quả các dạng keo ƣa nƣớc[3, 14, 17, 22].
12
1.3.2. Xử lý bằng phƣơng pháp sinh học
Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học đƣợc ứng dụng để xử lý các chất hữu
cơ hòa tan có trong nƣớc thải cũng nhƣ một số chất ô nhiễm khác nhƣ H 2S, sunfit,
amonia, nitơ,... dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật (bao gồm quá trình sinh
trƣởng và phát triển của các vi sinh vật) để phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm có trong
nƣớc thải[1]. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để
sinh trƣởng và phát triển[1, 5]. Tùy thuộc vào cơ chế của quá trình phân hủy ngƣời ta
chia phƣơng pháp xử lý sinh học thành hai loại:
-
Xử lý sinh học kỵ khí: sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều
kiện không có oxy.
-
Xử lý sinh học hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều
kiện cung cấp oxy liên tục.
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh
hóa. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân
tán nhỏ trong nƣớc thải cần di chuyển vào bên trong tế bào sinh vật theo ba giai đoạn
chính nhƣ sau:
-
Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật.
Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ do
sự chênh lệch nồng độ bên ngoài và bên trong tế bào.
-
Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lƣợng và tổng hợp tế
bào mới.
Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lƣợng
các tạp chất và mức độ ổn định của lƣu lƣợng nƣớc thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi
điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là
chế độ thủy động, hàm lƣợng oxy trong nƣớc thải, nhiệt độ, pH, dinh dƣỡng và
nguyên tố vi lƣợng[6].
13
Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học có hai loại là xử lý sinh học kỵ khí và
xử lý sinh học hiếu khí, tùy vào chất lƣợng nƣớc thải mà ta chọn phƣơng pháp xử lý
phù hợp. Nƣớc sông Kim Ngƣu có hàm lƣợng COD không cao, amoni tƣơng đối
cao,...(so với QCVN08-2008BTNMT), loại nƣớc thải nhƣ thế này thì xử lý bằng vi
sinh hiếu khí là phù hợp.
Xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí
Nguyên tắc của phƣơng pháp là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất
hữu cơ có trong nƣớc thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH,... thích hợp[1]. Thực
chất quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ
đồ:
+
(CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4 + H2S + tế bào sinh vật +… + ΔH
+
Trong điều kiện hiếu khí, NH 4 và H2S bị phân hủy nhờ quá trình Nitrat hóa,
sunfat hóa bởi vi sinh vật dị dƣỡng:
+
-
+
NH4 + 2O2 → NO3 + 2H + H2O + ΔH H2S + 2O2 →
2-
+
SO4 + 2H + ΔH
Khi xử lý hiếu khí, các chất bẩn phức tạp nhƣ protein, chất béo, tinh bột,… sẽ bị
phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, axit béo, các
axit hữu cơ, các đƣờng đơn,… Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị
phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các hiđrocacbon đơn giản hơn bởi quá trình
hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO2 và nƣớc[5, 6].
Ngoài quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ, các vi sinh vật còn sử dụng các hợp
chất hữu cơ để sinh trƣởng và phát triển tạo thành các tập hợp lớn các vi sinh vật nên
đƣợc gọi là quá trình sinh khối. Lƣợng các vi sinh vật trong quá trình phát triển sẽ
tăng dần, đƣợc tích tụ lại tạo thành khối “bùn hoạt tính”. Do đó, hệ thống xử lý nƣớc
thải bao gồm các sinh khối ở dạng huyền phù, tồn tại lơ lửng và chuyển động cùng
nƣớc thải còn đƣợc gọi là phƣơng pháp bùn hoạt tính[1].
14
Điều kiện, các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí
Bảo đảm cung cấp liên tục, đủ oxi sao cho lƣợng oxi hòa tan trong nƣớc (DO)
không nhỏ hơn 2 mg/L.
Bảo đảm đủ các chất dinh dƣỡng để vi sinh vật phát triển. Đối với nƣớc thải có
hàm lƣợng N, P thấp cần bổ sung một lƣợng tƣơng ứng các muối amoni và phốt phát
theo tỉ lệ BOD : N : P = 100 : 5 : 1.
Nồng độ các chất độc hại nhƣ kim loại nặng và một số chất độc hại khác cần
khống chế dƣới mức quy định.
Giá trị pH của nƣớc thải từ 6,5 ÷ 8,5 là giá trị tối ƣu cho sự phát triển của vi sinh
vật.
Nhiệt độ không đƣợc dƣới 6°C và không vƣợt quá 40-50°C.
Nồng độ muối vô cơ không quá 10 g/L.
Nồng độ của các hợp chất hữu cơ trong nƣớc thải không đƣợc quá cao, đặc biệt là
các chất độc hại có thể phá hủy tế bào của vi sinh vật. Nếu nƣớc thải có hàm lƣợng
các chất hữu cơ cao (thƣờng giá trị COD hoặc BOD > 5000 mg/L) và tồn tại cả ở dạng
tan và ít tan thì cần phải tiến hành xử lý kị khí trƣớc khi xử lý hiếu khí.
15
