NGHIÊN cứu ĐÁNH GIÁ xử lý COD của nước THẢI SINH HOẠT BẰNG bể lọc SINH học HIẾU KHÍ GIÁ THỂ sợi ĐAY
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.62 MB, 60 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN CNSH
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ
XỬ LÝ COD CỦA NƯỚC THẢI SINH
HOẠT BẰNG BỂ LỌC SINH HỌC
HIẾU KHÍ GIÁ THỂ SỢI ĐAY
GVHD: ThS. Nguyễn Mộng Nghi
SVTH : Nguyễn Thị Kim Ngân
MSSV : 14070003
LỚP : 17SH02
Bình Dương – 2018
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp, lời đầu tiên em xin trân trọng gửi đến quý
Thầy Cô khoa Công Nghệ Sinh Học lời cảm ơn chân thành nhất!
Trong suốt thời gian học tập ở trường được sự dìu dắt tận tình của các Thầy Cơ
khoa Cơng Nghệ Sinh Học và các Thầy Cô khác của trường Đại Học Bình Dương đã
truyền đạt cho em nhiều kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu về chuyên môn
trong nhiều lĩnh vực khác. Sự tận tụy, chân thành, say mê, sự quyết tâm của Thầy Cô là
động lực giúp em cố gắng trau dồi thêm kiến thức và vượt qua những khó khăn trong
học tập cũng như trong thời gian tốt nghiệp.
Tiếp sau đó, em xin gửi lời cảm ơn đến Cơ ThS.Nguyễn Mộng Nghi đã tận tình
hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Những lúc khó khăn đã
có Cơ bên cạnh ủng hộ và động viên em.
Ngoài ra, em xin cảm ơn Trường Đại Học Bình Dương đã cho em mơi trường
học tập và làm việc tốt. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Thanh
Phong – Giám đốc của Xí Nghiệp Xử Lý Nước Thải Thủ Dầu Một đã nhiệt tình giúp
đỡ, cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp
của mình.
Sau cùng em xin cảm ơn gia đình đã cho em mơi trường học tập tốt và tạo mọi
điều kiện tốt nhất để em được học tập. Gia đình cịn là chỗ dựa tinh thần vững chắc của
em trong suốt con đường học vấn. Đồng thời cũng xin cản ơn tất cả các bạn bè đã gắn
bó, đồng hành và giúp đỡ em trong suốt thời gian qua, cũng như trong suốt quá trình học
tập.
Xin chúc tất cả mọi người lời chúc sức khỏe và thành công trong cuộc sống!
Bình Dương, ngày tháng
năm 2018
Trân trọng
Nguyễn Thị Kim Ngân
I
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ I
MỤC LỤC ..................................................................................................................... II
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... V
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...........................................................................................VI
DANH MỤC VIẾT TẮT .......................................................................................... VIII
TĨM TẮT ....................................................................................................................IX
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................... 1
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................... 2
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................ 2
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................................ 3
1.5. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI ............................................................................................... 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ......................................................................................... 4
2.1. NƯỚC THẢI SINH HOẠT ................................................................................. 4
2.1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt ............................................................ 4
2.1.2. Đặc tính của nước thải sinh hoạt .................................................................. 4
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ............................. 7
2.2.1. Công nghệ xử lý nước thải bằng bùn vi sinh hiếu khí (bể Aerotank) .......... 8
2.2.2. Cơng nghệ xử lý nước thải dạng mẻ (SBR).................................................. 9
2.2.3. Công nghệ xử lý nước thải bằng màng sinh học MBR .............................. 10
2.2.4. Cơng nghệ xử lý nước thải bằng mương oxy hóa....................................... 11
2.2.5. Công nghệ xử lý nước thải bằng lọc sinh học hiếu khí .............................. 13
2.3. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ ................ 14
2.3.1. Lọc sinh học có lớp vật liệu khơng ngập trong nước ................................. 14
II
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
2.3.2. Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước ............................................ 15
2.3.3. Vi sinh vật trong xử lý bằng lọc sinh học hiếu khí ..................................... 16
2.3.4. Giá thể vi sinh trong xử lý bằng lọc sinh học hiếu khí ............................... 17
a. Giá thể vi sinh dạng hạt ................................................................................ 19
b. Giá thể vi sinh dạng sợi ................................................................................ 20
2.4. QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT HIỆN NAY....................... 22
2.4.1. Công ty TNHH công nghệ MT nhiệt đới .................................................... 22
2.4.2. Công ty TNHH cơng nghệ MT Việt-Envi .................................................. 24
2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ............................. 26
2.5.1. Trong nước.................................................................................................. 26
2.5.2. Ngoài nước.................................................................................................. 27
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 28
3.1. MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ................................................................................. 28
3.2. VẬT LIỆU ......................................................................................................... 30
3.3. PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU ............................................................................ 31
3.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU ................................................ 31
3.5. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM ............................................................................... 31
3.5.1. Giai đoạn thích nghi .................................................................................... 31
3.5.2.Giai đoạn tăng tải ......................................................................................... 32
3.6. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .................................................................. 32
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ............................................................... 35
4.1. GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI............................................................................... 35
4.1.1. Tải trọng 0.2 kgCOD/m3.ngày .................................................................... 35
a. Hiệu suất xử lý COD .................................................................................... 35
b. pH ................................................................................................................. 36
4.2. GIAI ĐOẠN TĂNG TẢI TRỌNG .................................................................... 37
III
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
4.2.1. Hiệu suất xử lý COD .................................................................................. 37
a. Tải trọng 0.5 kgCOD/m3.ngày...................................................................... 37
b. Tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày ........................................................................ 38
c. Tải trọng 1.5 kgCOD/m3.ngày...................................................................... 39
4.2.2. pH................................................................................................................ 41
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 43
5.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................ 43
5.2. KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 44
PHỤ LỤC 1: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ..................................................................... 45
PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM ................................................ 50
IV
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Đặc tính nước thải sinh hoạt theo ước tính của tổ chức Y tế thế giới – WHO
......................................................................................................................................... 5
Bảng 2.2: Đặc trưng nước thải sinh hoạt của công ty xử lý nước cấp TP.HCM ..............
......................................................................................................................................... 6
Bảng 2.3: Thành phần nước thải sinh hoạt của xí nghiệp xử lý nước thải Thủ Dầu Một
......................................................................................................................................... 6
Bảng 3.1: Thành phần nước thải sinh hoạt của xí nghiệp xử lý nước thải Thủ Dầu Một
....................................................................................................................................... 30
Bảng 3.2: Phương pháp xác định các chỉ tiêu ...................................................................
....................................................................................................................................... 31
Bảng 3.3: Bảng vận hành tăng tải trọng............................................................................
....................................................................................................................................... 32
V
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 2.1: Cơ chế hoạt động của bể Aerotank................................................................. 8
Hình 2.2: Cơng nghệ xử lý sinh học dạng mẻ (SBR) ..................................................... 9
Hình 2.3: Cơng nghệ màng MBR ................................................................................. 10
Hình 2.4: Cơng nghệ mương oxy hóa .......................................................................... 11
Hình 2.5: Bể lọc sinh học hiếu khí ............................................................................... 13
Hình 2.6: Giá thể vi sinh hạt cát Mangan ..................................................................... 19
Hình 2.7: Giá thể vi sinh hạt than hoạt tính .................................................................. 19
Hình 2.8: Giá thể vi sinh sợi nhựa PE .......................................................................... 20
Hình 2.9: Giá thể vi sinh sợi Đài Loan ........................................................................ 20
Hình 2.10: Giá thể vi sinh sợi đay ................................................................................ 21
Hình 2.11: Quy trình xử lý nước thải của Cơng ty TNHH cơng nghệ MT nhiệt đới .......
....................................................................................................................................... 22
Hình 2.12: Quy trình xử lý NTSH của Công ty TNHH công nghệ MT Việt-Envi ..........
....................................................................................................................................... 24
Hình 3.1: Mơ hình thí nghiệm bể lọc sinh học giá thể sợi đay..................................... 28
Hình 3.2: Mơ hình thí nghiệm thực tế bể lọc sinh học giá thể sợi đay ........................ 29
Hình 3.3: Giá thể sợi đay .............................................................................................. 30
Hình 4.1: Hiệu suất xử lý COD ở giai đoạn thích nghi (0.2 kgCOD/m3.ngày)............ 35
Hình 4.2: pH ở giai đoạn thích nghi (0.2 kgCOD/m3.ngày) ......................................... 36
Hình 4.3: Hiệu suất xử lý COD ở tải trọng 0.5 kgCOD/m3.ngày ................................. 37
Hình 4.4: Hiệu suất xử lý COD ở tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày .................................... 38
Hình 4.5: Hiệu suất xử lý COD ở tải trọng 1.5 kgCOD/m3.ngày ................................. 39
Hình 4.6: pH ở giai đoạn tăng tải (0.5 kgCOD/m3.ngày, 1 kgCOD/m3.ngày, 1.5
kgCOD/m3.ngày) ........................................................................................................... 41
VI
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
PHỤ LỤC 2
Hình 1: Nước thải đầu vào (a) và nước thải đầu ra (b) ................................................. 50
Hình 2: Máy nung COD HI 839800 (a) và máy đo pH – MP20 (b) ............................ 50
VII
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
DANH MỤC VIẾT TẮT
AS
Bùn hoạt tính - Activated sludge
BF
Giá thể sinh học - Biofringe
BOD
Nhu cầu oxy sinh hóa - Biochemcial oxygen demand
COD
Nhu cầu oxy hóa học - Chemical oxygen demand
DNBF
Khử nitrat hóa - Denitrification
DO
Nồng độ oxy hịa tan - Dissolved oxygen
Aerotank
Bể sinh học hiếu khí
EPS
Polymer ngoại bào - Extracellular Polymeric Substances
HRT
Thời gian lưu nước - Hydraulic retention time
MBR
Bể lọc sinh học bằng màng - Membrane Bio-Reactor
MLSS
Tổng chất rắn lơ lửng trong hệ bùn lỏng –
Mixed liquor suspended solids
MLVSS
Tổng chất rắn bay hơi trong hệ bùn lỏng –
Mixed liquorvolatile suspended solids
NBF
Nitrat hóa - Nitrification
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
SBR
Bể phản ứng theo mẻ - Sequencing Batch Reactor
SRT
Thời gian lưu bùn - Sludge retention time
SS
Chất rắn lơ lửng - Suspended solids
TDS
Tổng chất rắn hòa tan - Total Dissolved Solids
TKN
Tổng Kjeldahl Nitrogen
TSS
Tổng chất rắn lơ lửng - Total suspended solids
VLR
Tải trọng thể tích - Lovumetric loading rates
VSS
Chất rắn lơ lửng bay hơi - Volatile suspended solids
OLR
Tải trọng hữu cơ - Organic Load Rate
SVI
Chỉ số thể tích bùn - Sludge Volume Index
Dung dịch chuẩn độ sắt (II) amoni sunfat (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O
FAS
KQĐ
(FAS) 0,025N
Không quy định
VIII
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
TÓM TẮT
Với mục tiêu nâng cao hiệu quả xử lý COD trong nước thải sinh hoạt cũng như
đánh giá một cách chính xác hơn khả năng ứng dụng của bể sinh học hiếu khí kết hợp
giá thể đệm sợi đay trong việc xử lý và có thể tái sử dụng nước thải sinh hoạt, đáp ứng
nhu cầu nước sạch cũng như đưa ra giải pháp cho những vấn đề ô nhiễm môi trường,
đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước đang ngày càng trở nên nghiêm trọng như hiện nay. Bên
cạnh đó, để có thể giảm chi phí trong q trình xử lý, cũng như có thể mở rộng phạm vi
ứng dụng những công nghệ mới và tiên tiến trong việc xử lý nước thải ở những nơi có
yêu cầu cao về thẩm mỹ, vệ sinh mơi trường và diện tích hạn chế.
Nên trong nghiên cứu này, bể sinh học hiếu khí kết hợp giá thể đệm sợi đay được
ứng dụng trong việc xử lý nước thải sinh hoạt để nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý
COD hay chất hữu cơ có trong nước thải với hy vọng có thể cải tiến hoặc giảm bớt chi
phí, năng lượng và hóa chất cho các bước xử lý hóa lý phía sau. Kết quả qua 70 ngày
nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý COD chạy ở các tải trọng 0.2 kgCOD/m3.ngày, 0.5
kgCOD/m3.ngày, 1 kgCOD/m3.ngày, 1.5 kgCOD/m3.ngày đạt được tương đối cao và ổn
định theo thời gian. Trong đó, hiệu quả xử lý đạt cao nhất là 94% ở tải trọng 1
kgCOD/m3.ngày đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải loại A so với QCVN 40:2011/BTNMT
cột A. Qua đó, bể sinh học hiếu khí kết hợp với giá thể đệm sợi đay cần được nghiên
cứu nhiều thêm nữa để có tính khả thi khi ứng dụng vào thực tế.
IX
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Những đơ thị lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng ngày càng
mở rộng, nhưng cơ sở hạ tầng lại phát triển không cân xứng, đặc biệt là hệ thống xử lý
nước thải vô cùng thô sơ. Với tốc độ đơ thị hóa nhanh và sự gia tăng dân số mạnh dẫn
đến việc hình thành nhiều khu dân cư tập trung và khu đô thị mới.
Hiện nay, nước thải sinh hoạt được xử lý bằng nhiều biện pháp khác nhau tuy
nhiên các biện pháp này tốn diện tích, giá thành xây dựng và vận hành cao, khả năng xử
lý các loại chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho) thấp, tải lượng ô nhiễm thấp và lượng bùn
thải tạo ra lớn. Vấn đề đặt ra là nghiên cứu tìm ra giải pháp mới có thể nâng cao hiệu
quả xử lý nhằm đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật đồng thời giải quyết vấn đề về môi
trường.
Việc xử lý nước thải sinh hoạt là một vấn đề rất quan trọng nhằm loại bỏ hết các
chất độc hại trước khi xả ra môi trường, bảo vệ con người và môi trường sinh thái. Trong
những năm gần đây, đã có nhiều cơng trình nghiên cứu và sử dụng các phương pháp
khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải như: phương pháp
hóa lý, phương pháp sinh học, phương pháp cơ học, phương pháp hoá học... Mỗi phương
pháp đều có những ưu điểm và hạn chế nhất định về mặt kỹ thuật cũng như mức độ phù
hợp với điều kiện kinh tế của từng quốc gia.
Hiện nay, công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thường dựa trên
hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn. Vi sinh vật trong bể xử lý nước thải
có 2 hình thức phát triển là sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính.
Với hình thức sinh trưởng lơ lửng, vi sinh phân tán sinh khối đồng đều trong
nước thải đang xử lý. Với hình thức sinh trưởng bám dính thì sinh khối kết thành màng
bám vào các vật liệu gọi là giá thể. Một trong những biện pháp chủ yếu trong việc nâng
cao hiệu quả xử lý nước thải là tăng cường mật độ vi sinh vật trong bể xử lý. Đối với xử
lý nước thải bằng sinh trưởng lơ lửng có một nhược điểm là khó duy trì được mật độ vi
sinh vật trong bể vì nước thải sau khi xử lý sinh học sẽ cuốn theo một lượng vi sinh vật.
1
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
Nhưng đối với sinh trưởng bám dính thì đã khắc phục được nhược điểm trên vì phần lớn
vi sinh vật sẽ bám trên giá thể nên ít bị cuốn trơi.
Nhưng vật liệu được sử dụng làm giá thể thường là các vật liệu trơ như cát, sỏi,
gốm hoặc chất dẻo. Tuy nhiên, các vật liệu này chiếm diện tích, dễ gây tắc nghẽn dịng
chảy. Nhằm tìm ra vật liệu ít chiếm diện tích, khơng gây tắc nghẽn, dễ tìm, trọng lượng
nhẹ. Sợi đay là một phế phẩm được người ta thải bỏ với đặc tính là nhẹ, dễ tìm phù hợp
để làm vật liệu cho bể lọc sinh học.
Một trong những nghiên cứu hiện nay, đó là mơ hình xử lý nước thải sinh hoạt
sử dụng công nghệ lọc hiếu khí kết hợp giá thể sợi đay. Nó được thiết kế giúp tăng sinh
khối cho bể, tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này cố
định trong nước và tiếp xúc với chất dinh dưỡng, từ đó giúp chuyển hóa các chất hữu cơ
ơ nhiễm có trong nước thải thành chất vơ cơ, các khí đơn giản và nước, giá thành của
giá thể thấp, tiết kiệm được nguồn chi phí, đơn giản và dễ thực hiện.
Những yêu cầu về kinh tế và kĩ thuật của các phương pháp xử lí ngày càng cao,
do đó đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD của nước thải sinh hoạt bằng bể
lọc sinh học hiếu khí giá thể sợi đay” được đưa ra nhằm hướng tới phương pháp xử lý
nước thải đơn giản, tiết kiệm được kinh phí vận hành, thân thiện với môi trường hoặc là
sản phẩm tái chế.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Đánh giá khả năng xử lý pH, COD của nước thải sinh hoạt bằng bể lọc sinh học
hiếu khí kết hợp với giá thể sợi đay.
So sánh hiệu quả xử lý pH, COD với QCVN 14:2008/BTNMT.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Thành phần tính chất của nước thải sinh hoạt
Tổng quan các cơng nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
Tìm hiểu về bể lọc sinh học hiếu khí với giá thể sợi đay và thiết kế mơ hình
Giai đoạn chạy thích nghi giữa bùn vi sinh với nước thải sinh hoạt
2
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
Giai đoạn chạy tải trọng và tăng tải với các tải trọng thích hợp sau:
0.2kgCOD/m3.ngày, 0.5 kgCOD/m3.ngày, 1 kgCOD/m3.ngày, 1.5 kgCOD/m3.ngày
Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt tốt nhất qua các chỉ tiêu của nước
thải như sau: pH, COD.
Kết luận và đưa ra kiến nghị về bài nghiên cứu.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tham khảo tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước: tiến hành thu thập, sưu tầm các
thông tin, tài liệu, số liệu về đối tượng nghiên cứu trên tất cả các nguồn như: sách báo,
giáo trình, tạp chí, internet… trong cũng như ngồi nước, từ đó lựa chọn và làm cơ sở
cho việc nghiên cứu.
Thiết kế và vận hành nghiên cứu mơ hình với quy mơ phịng thí nghiệm.
Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu.
Phương pháp phân tích, xử lý số liệu, vẽ đồ thị và viết báo cáo.
1.5. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Đề tài mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc ứng dụng bùn vi sinh kết hợp với
giá thể sợi đay làm tăng khả năng phát triển của vi sinh vật trong xử lý nước thải sinh
hoạt ở Việt Nam.
3
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. NƯỚC THẢI SINH HOẠT
2.1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của
cộng đồng dân cư như: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vui chơi giải trí,
cơ quan cơng sở. Các thành phần ơ nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước thải sinh
hoạt là BOD5, COD, Nitơ, Photpho. Một yếu tố gây ô nhiễm nghiêm trọng trong nước
thải sinh hoạt đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân.
Vì vậy nếu nguồn chất thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử
lý trước khi xả thải ra ngồi mơi trường. Các cơng nghệ xử lý nước thải truyền thống có
các nhược điểm như tốn diện tích, giá thành xây dựng và vận hành cao, khả năng xử lý
các loại chất dinh dưỡng (N, P) thấp, tải lượng ô nhiễm thấp và lượng bùn thải tạo ra
lớn. Để hạn chế các nhược điểm như trên, nhiều công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
mới được nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới.
Đặc tính của nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi các cặn hữu cơ, các chất
hữu cơ hịa tan (thơng qua chỉ tiêu BOD5, COD), các chất dinh dưỡng (N, P), các vi
trùng gây bệnh (E.Coli, coliform,…).
2.1.2. Đặc tính của nước thải sinh hoạt
Thành phần nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:
-
Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết con người từ các phòng vệ sinh
-
Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã, dầu mỡ từ các nhà bếp
của các nhà hàng, khách sạn, các chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt từ các phòng
tắm, nước rửa vệ sinh sàn nhà…
Thành phần tính chất của nước thải sinh hoạt từ các khu phát sinh nước thải đều
giống nhau, chủ yếu là các chất hữu cơ, trong đó phần lớn các loại carbonhydrate,
protein, lipid là các chất dễ bị vi sinh vật phân hủy. Khi phân hủy thì vi sinh vật cần lấy
oxi hòa tan trong nước để chuyển hóa các chất hữu cơ trên thành CO2, N2, H2O, CH4 ,…
4
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
Chỉ thị cho lượng chất hữu cơ có trong nước thải có khả năng bị phân hủy hiếu khí bởi
vi sinh vật chính là chỉ số BOD5.
Chỉ số này biểu diễn lượng oxi cần thiết mà vi sinh vật phải tiêu thụ để phân hủy
lượng chất hữu cơ có trong nước thải. Như vậy chỉ số BOD5 càng cao cho thấy chất hữu
cơ có trong nước thải càng lớn, oxi hòa tan trong nước thải ban đầu bị tiêu thụ nhiều
hơn, mức độ ô nhiễm của nước thải cao hơn.
Nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai loại chính: nước đen và
nước xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, còn nước rửa, giặt, tắm là nước xám.
Phần lớn các chất ô nhiễm của nước thải sinh hoạt đều chứa trong nước đen: chất hữu
cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. Trong dòng nước đen từ các khu vệ sinh,
lượng cặn thải ra theo đầu người thường dao động trong khoảng 100-400g trọng lượng
ướt/người.ngày, tùy theo tập quán sinh hoạt và chế độ dinh dưỡng.
Bảng 2.1: Đặc tính nước thải sinh hoạt theo ước tính của tổ chức Y tế thế giới – WHO.
STT
Thông số
Đơn vị
Hàm lượng
1
pH
-
6.5-8.0
2
BOD5
Mg/l
250
3
COD
Mg/l
500
4
Tổng N
Mg/l
40
5
Tổng P
Mg/l
8
6
Cặn lơ lửng-SS
Mg/l
220
7
Tổng Coliform
MPN/100ml
107-108
(Nguồn: Tổ chức Y tế thế giới – WHO)
5
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
Bảng 2.2: Đặc trưng nước thải sinh hoạt của công ty xử lý nước cấp TP.HCM.
STT
Thông số
Đơn vị
Hàm lượng
1
pH
-
6.5 – 8.5
2
BOD5
Mg/l
250 – 400
3
COD
Mg/l
400 – 700
4
SS
Mg/l
300 – 400
5
Tổng Nito
Mg/l
60
6
Tổng Phopho
Mg/l
6.86
(Nguồn: Công ty xử lý nước cấp TP. Hồ Chí Minh)
Bảng 2.3: Thành phần nước thải sinh hoạt của xí nghiệp xử lý nước thải Thủ Dầu Một.
QCVN
Chỉ tiêu
Đơn vị
Đầu vào
pH
-
7,21
6–9
Màu
Pt/Co
438
50
SS
mg/l
125
45
COD
mg/l
268
67,5
BOD5
mg/l
91,5
27
N tổng
mg/l
58
18
P tổng
mg/l
3,5
3,6
Cl-
mg/l
86,3
KQĐ
40:2011/BTNMT, Cột A
(Nguồn: Xí nghiệp xử lý nước thải Thủ Dầu Một)
Nước thải sinh hoạt là một nhu cầu hàng ngày và không thể thiếu của con người.
Lượng nước này sau khi được con người sử dụng đã thay đổi về tính chất, chứa rất nhiều
thành phần gây ơ nhiễm: cặn bẩn, dầu mỡ, các chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học, thức
ăn, chất thải vệ sinh, các loại vi sinh vật gây bệnh.
Thành phần cần xử lý trong nước thải sinh hoạt là thành phần hữu cơ, cặn lơ lửng
và vi sinh vật. Nếu không được xử lý mà xả thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ra nguy
6
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
cơ gây phú dưỡng ở các thuỷ vực nước tĩnh và đây là nguồn gây ô nhiễm mùi rất lớn
đối với các khu tập trung đông dân cư.
Nước thải sinh hoạt có đặc trưng ơ nhiễm bởi các thành phần:
-
COD, BOD: sự khống hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây
thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng của hệ sinh thái môi trường
nước. Nếu ô nhiễm quá mức điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong q trình
phân hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm như: H2S, NH3, CH4,… làm cho nước có
mùi hơi thối và làm giảm pH của môi trường nước nơi tiếp nhận.
-
SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận gây điều kiện yếm khí.
-
Nhiệt độ: nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường không gây ảnh hưởng đến đời sống
của thủy sinh vật.
-
Vi khuẩn gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như: tiêu chảy,
ngộ độc thức ăn, vàng da,…
-
N, P: là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ trong nước quá cao
dẫn tới hiện tượng phú dưỡng hóa, đó là sự phát triển bùng phát của các loại tảo,
làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và gây chết
các thủy sinh vật, trong khi đó ban ngày nồng độ oxy rất cao do q trình hơ hấp
của tảo thải ra.
-
Màu: màu đục hoặc đen gây mất thẩm mĩ.
-
Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
Vấn đề ô nhiễm nước thải ngày càng được quan tâm, do nguồn nước ngày càng
cạn kiệt vì bị sử dụng một cách khơng ý thức, khơng chỉ vậy chúng cịn bị ơ nhiễm do
sự thiếu ý thức của con người. Để hạn chế sự ô nhiễm, cũng như nâng cao hiệu quả xử
lý nước thải, ngày nay đã có nhiều sự kết hợp giữa những phương pháp xử lý mới và cũ
để ngày càng nâng cao hiệu quả xử lý nước thải có hiệu quả hơn. Trước đây bùn vi sinh
hiếu khí và bể lọc sinh học là những biện pháp đã được sử dụng trong xử lý nước thải.
Tuy nhiên, ngày càng có nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy hơn trong nước thải, do
đó những biện pháp cũ khơng thể xử lý triệt để các chất ơ nhiễm trong nước thải. Vì thế
7
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
cần những cơng nghệ mới, có thể sẽ hồn thiện hơn trong q trình xử lý nước thải. Các
cơng nghệ đó có thể kể đến là: MBBR, SBR, MBR,….đã được nghiên cứu cũng như
ứng dụng rộng rãi, do khả năng xử lý tốt các chất hữu cơ khó phân hủy, cũng như chất
lượng nước sau xử lý tốt hơn, đạt tiêu chuẩn xả thải.
2.2.1. Công nghệ xử lý nước thải bằng bùn vi sinh hiếu khí (bể Aerotank)
Hình 2.1: Cơ chế hoạt động của bể Aerotank
Bể Aerotank là bể phản ứng sinh học hiếu khí bằng cách thổi khí và khuấy đảo
cơ học làm cho vi sinh vật tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng.
Bể bùn hoạt tính là bể bùn có hình chữ nhật dài trên mặt bằng. Nước thải chảy
vào bể được hòa trộn với bùn hoạt tính tuần hồn. Để cung cấp oxy cho vi sinh vật –
bùn hoạt tính và khuấy trộn thành hỗn hợp, người ta dùng thiết bị khuấy trộn bằng khơng
khí nén hoặc cơ khí.
Ngun lý hoạt động:
Aerotank là quy trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo, các chất hữu cơ dễ bị phân
hủy sinh học được vi sinh vật hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng để sinh trưởng
và phát triển. Qua đó thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ ô nhiễm của
nước thải giảm xuống. Khơng khí trong bể Aerotank được tăng cường bằng các thiết bị
cấp khí: máy sục khí bề mặt, máy thổi khí.
Quy trình phân hủy được mô tả như sau:
Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí H2O + CO2 + Sinh khối mới
Các hệ thống bể bùn hoạt tính:
8
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
-
Bể bùn hoạt tính truyền thống
-
Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định
-
Bể bùn hoạt tính thơng khí kéo dài
-
Bể bùn hoạt tính thơng khí cao có khuấy đảo hồn chỉnh
-
Bể bùn hoạt tính chọn lọc
Ưu điểm:
-
Hiệu quả xử lý BOD cao lên đến 90%
-
Giảm thiểu tối đa mùi hôi
-
Loại bỏ được Nitơ trong nước thải
-
Vận hành đơn giản, an tồn
-
Thích hợp với nhiều loại nước thải
Nhược điểm:
-
Thể tích cơng trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng
-
Chi phí xây dựng cơng trình và thiết bị lớn
-
Tiêu tốn chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao, khơng có khả năng thu
hồi năng lượng
-
Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ
-
Xử lý nước thải chỉ ở tải trọng không cao lắm
2.2.2. Công nghệ xử lý nước thải dạng mẻ (SBR)
Hình 2.2: Cơng nghệ xử lý sinh học dạng mẻ (SBR)
SBR được dùng để xử lý nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, đặc biệt là
những khu vực đặc trưng có lưu lượng nước thải thấp và biến động. Công nghệ SBR
cho hiệu quả xử lý đầu ra đạt chuẩn, nhưng sự vận hành SBR rất khó khăn.
9
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
SBR có thể bao gồm một hoặc nhiều bể phản ứng. Xử lý nước thải bằng sinh học,
mỗi bể có 5 bước vận hành cơ bản hoặc 5 giai đoạn, đó là: lầm đầy (fill), phản ứng
(react), lắng (settle), xả nước thải (decant) và xả bùn (desuldge).
Ưu điểm:
-
Không cần tốn diện tích để xây dựng
-
Loại bỏ được chất dinh dưỡng N và P
-
Khả năng loại bỏ sự phát triển của những vi sinh vật bông bùn dạng sợi bằng
cách kiểm sốt chu trình vận hành
Nhược điểm:
-
Do hệ thống hoạt động theo mẻ, nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng
thời với nhau.
-
Công suất xử lý thấp (do hoạt động theo mẻ).
-
Người vận hành phải có kỹ thuật cao.
2.2.3. Công nghệ xử lý nước thải bằng màng sinh học MBR
MBR
Hình 2.3: Cơng nghệ màng MBR
MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio-Reactor (Bể phản ứng sinh học bằng
màng) có thể định nghĩa là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc
màng. MBR là sự kết hợp giữa công nghệ lọc màng và bể phản ứng sinh học – như là
một công đoạn trong quy trình xử lý nước thải có thể thay thế (trong vài trường hợp)
10
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
cho vai trò tách cặn của bể lắng bậc hai, do vậy có thể lược bỏ bể lắng bậc hai, bể khử
trùng và vận hành với nồng độ MLSS cao hơn – tiết kiệm diện tích bể sinh học.
Ưu điểm:
-
Loại bỏ cả chất hữu cơ, dinh dưỡng và cặn lơ lửng, đầu ra sạch vi sinh
-
Chất lượng nước sau xử lý tốt hơn, ổn định hơn công nghệ vi sinh truyền thống
-
Nước sau xử lý có thể tái sử dụng
Nhược điểm:
-
Chi phí vận hành cho MBR rất cao, thêm vào đó là tình trạng tắc nghẽn màng
qua thời gian xử lý
Dù màng được làm từ bất kì loại vật liệu nào, tính chất của màng đều phải có khả
năng chịu đựng áp suất lớn để tách các thành phần trong dung dịch như chất lơ lửng,
dung mơi, chất hịa tan. Có nhiều cách phân loại màng, nhưng phổ biến nhất vẫn là dựa
vào kích thước màng lọc:
-
Microfiltration – MF: màng vi lọc có kích thước lỗ màng 0.1-1µm
-
Ultrafiltration – UF: màng siêu lọc có kích thước lỗ màng 0.002-0.05 µm
-
Nanofiltration – NF: màng lọc nano có kích thước lỗ màng 2-5nm
-
Reverse Osmosis – RO: màng lọc thẩm thấu ngược có kích thước lỗ màng <1nm
2.2.4. Cơng nghệ xử lý nước thải bằng mương oxy hóa
Hình 2.4: Cơng nghệ mương oxy hóa
11
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
Là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh có dạng vịng hình chữ
O làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính lơ lửng trong
nước thải chuyển động tuần hồn liên tục trong mương.
Có hai dạng mương oxy hóa: một dạng được xây bằng bê tông cốt thép và một
dạng mương đào trong đất. Với mương đào trong đất thì mặt trong ốp đá, lát xi măng
hoặc nhựa đường. Nếu mương được làm bằng vật liệu không phải là bê tông cốt thép thì
tại chỗ đặt các thiết bị làm thống cũng phải xây bằng bê tông cốt thép để đảm bảo độ
bền và độ ổn định.
Nguyên lý hoạt động:
Mương oxy hóa hoạt động dựa trên sự phát triển sinh học dạng lơ lửng gọi là bùn
hoạt tính duy trì trong môi trường giàu oxy. Sự phát triển sinh học này rất nhanh giúp
phá hủy chất hữu cơ có trong nước thải đầu vào. Sự phá hủy các chất hữu cơ bằng bùn
hoạt tính gây ra khối lượng tế bào chết lớn, làm tăng khối lượng chất rắn bùn hoạt tính.
Ưu điểm:
-
Hiệu quả xử lý BOD5, Nitơ, Phospho cao, quản lý đơn giản, thể tích lớn, ít bị ảnh
hưởng bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượng của nước xử lý
-
Chi phí vận hành thấp do sử dụng ít điện năng so với bể bùn hoạt tính thông
thường
-
Độ tin cậy, tính an tồn cao, ít bị shock cho bùn sinh học
-
Bùn sinh ra ít hơn bể bùn hoạt tính thơng thường do thời gian lưu dài
-
Có thể xử lý đồng thời chất hữu cơ và dinh dưỡng.
Nhược điểm:
-
Mương oxy hóa u cầu diện tích đất lớn nên chỉ phù hợp ở những nơi đất rộng
hoặc các vùng nông thơn có giá trị đất rẻ.
12
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
2.2.5. Công nghệ xử lý nước thải bằng lọc sinh học hiếu khí
Hình 2.5: Bể lọc sinh học hiếu khí
Là cơng trình nhân tạo, q trình sử dụng các vi sinh vật bám dính trên các bề
mặt vật liệu lọc để oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện có sự tồn tại của oxy.
Bể lọc sinh học hiếu khí bao gồm các phần như sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ
thống phân phối nước trên toàn bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ
thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc.
Nguyên lý hoạt động:
Để tạo hiếu khí cho q trình xử lý, từ phía dưới của đáy sẽ khơng cho khí đi qua
lớp vật liệu lọc thơng khí tự nhiên hoặc thổi khí bằng máy cấp khí. Nước thải được phân
phối trong bể lọc sinh học và tiếp xúc với lớp màng sinh học.
Bể lọc sinh học hiếu khí dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh
học, oxy hóa các chất ơ nhiễm trong nước thải. Các màng sinh học là tập thể các vi sinh
vật hiếu khí, kị khí tùy nghi. Các vi khuẩn hiếu khí được tập trung ở lớp ngoài của màng
sinh học. Theo thời gian lớp màng sinh học dày lên oxy trong nước khuếch tán vào trong
màng sẽ giảm xuống hình thành khu vực yếm khí bên trong màng có thể bị thiếu chất
nền và chúng sẽ chuyển sang phân hủy nội bào.
Các hệ thống lọc sinh học hiếu khí:
-
Lọc nhỏ giọt
-
RBC (Roltating Biological Contactor – đĩa quay sinh học)
13
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
-
Lọc sinh học ngập nước (đệm cố định, đệm dãn nở)
Ưu điểm:
-
Mật độ vi sinh vật trong bể cao hơn so với phương pháp xử lý sinh học khơng có
vật liệu lọc
-
Quần thể VSV được cố định trên vật liệu lọc cho phép chống lại sự thay đổi tải
trọng với nước thải
-
Kết hợp với việc loại bỏ dưỡng chất (N, P) thơng qua q trình Nitrat hóa và khử
Nitrat
-
Chiếm ít diện tích vì khơng cần bể lắng sau khi xử lý, tiết kiệm được diện tích
của hệ thống xử lý
-
Đơn giản, dễ dàng cho việc vận hành
-
Nhược điểm:
Nhu cầu DO trong bể cao hơn so với phương pháp xử lý sinh học khơng có vật
liệu lọc. Do đó phải sục khí nhiều hơn và gây ra tốn điện năng
-
Khơng thể xử lý các chất ơ nhiễm có khả năng hấp thụ thấp và tốc độ phân hủy
sinh học chậm
-
Nếu vận hành khơng tốt sẽ gây ra q trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện
yếm khí chiếm ưu thế hơn trong q trình hiếu khí. Khi đó xuất hiện mùi hơi do
sinh ra khí H2S được sinh ra trong q trình yếm khí
2.3. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ
2.3.1. Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước
Lọc nhỏ giọt là bể lọc sinh học với loại vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước.
Các loại vật liệu lọc có độ rộng và diện tích bề mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là
lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước đi đến vật liệu lọc chia thành các dòng hoặc hạt
nhỏ thành lớp mỏng qua khe hở của lớp vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng lọc sinh
học ở trên bề mặt lớp vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu
khí và kị khí các chất hữu cơ có trong nước. Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra
khí CO2 và nước, phân hủy kỵ khí sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật mang,
14
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
bị nước cuốn theo. Trên bề mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới.
Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh
vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kỵ khí cũng như hiếu khí của nước thải
được xử lý.
Ưu điểm:
-
Giảm việc trông coi
-
Tiết kiệm năng lượng
Nhược điểm:
-
Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn với cùng một tải lượng khối
-
Dễ bị tắc nghẽn
-
Rất nhạy cảm với nhiệt độ
-
Không khống chế được quá trình thơng khí, dễ bốc mùi
-
Chiều cao hạn chế
-
Bùn dư không ổn định
-
Khối lượng vật liệu tương đối nặng nên giá thành xây dựng cao
2.3.2. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước
Trong quá trình làm việc, lọc có thể khử BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3-,
lớp vật liệu lọc có thể giữ lại cặn lơ lửng, để khử tiếp tục BOD, NO3-, P người ta đặt 2
lọc nối tiếp. Giàn phân phối khí của lọc sau khi ở giữa lớp vật liệu với độ cao sao cho
lớp vật liệu nằm ở vùng thiếu khí để khử NO3- và P. Ở lọc này nước và khơng khí cùng
chiều đi từ dưới lên và cho hiệu quả xử lý cao.
Lọc sinh học với vật liệu nổi ít bị tróc màng sinh học bám quanh các hạt vật liệu,
mặt dù tốc độ thơng gió lớn, hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước ra khỏi lọc đều nhỏ
hơn 20mg/l. Do đó có thể khơng bố trí bể lắng 2 trong hệ thống xử lý.
Kỹ thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh tập trung ở màng sinh học
có hoạt tính mạnh hơn bùn hoạt tính.
15
NGUYỄN THỊ KIM NGÂN-14070003
