Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bột mì bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng

Bài viết Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bột mì bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng trình bày về hướng ứng dụng bãi lọc ngầm trong xử lý nước thải bột mì, một trong những loại nước thải khó xử lý với hàm lượng chất dinh dưỡng cao đòi hỏi biện pháp xử lý tốn kém nhiều chi phí. Nghiên cứ xây dựng hai mô hình để đối chứng với đối tượng nghiên cứu là Sậy.

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỘT MÌ BẰNG MƠ HÌNH BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY DỊNG CHẢY ĐỨNG Tạ Trung Kiên, Nguyễn Kim Hương, Trần Ngọc Yến Anh, Nguyễn Ngọc Đạt Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn TĨM TẮT Nghiên cứu trình bày hướng ứng dụng bãi lọc ngầm xử lý nước thải bột mì, loại nước thải khó xử lý với hàm lượng chất dinh dưỡng cao đòi hỏi biện pháp xử lý tốn nhiều chi phí Nghiên xây dựng hai mơ hình để đối chứng với đối tượng nghiên cứu Sậy Các kết nghiên cứu cho thấy, hiệu xuất xử lý nước thải bãi lọc trồng dòng chảy đứng tốt Hiệu xử lý đạt 90% COD, 88% tiêu N, 86% P, 94% SS pH đầu ổn định từ 6,8 7,1 Với mơ hình trồng Sậy, chất lượng nước đầu đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A Tuy nhiên với hàm lượng COD đầu vào lớn 500 mg/l nên sau qua hệ thống hàm lượng COD khơng đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A Mơ hình trồng Sậy cho phép đạt hiệu xuất xử lý cao nhiều so với mơ hình khơng trồng Sậy Từ khoá: chất dinh dưỡng cao, hiệu xuất xử lý, nước thải bột mì, sậy ĐẶT VẤN ĐỀ Mơ hình bãi lọc ngầm trồng dòng chảy đứng hệ thống sinh học ứng dụng rộng rãi giới Một số vùng khô, thiếu nước mơ hình cịn xem nhân tố sống cho việc tái tạo nguồn nước ngầm nước tưới tiêu cho nông nghiệp Bãi lọc ngầm trồng không chuyển đổi đơn giản hệ thống đất ngập nước mà tăng cường phì nhiêu cho vùng đất nơng nghiệp Mục đích hệ thống tăng suất trồng tăng độ màu mỡ cho vùng đất nông nghiệp khô hạn, vùng đất nông nghiệp bị ngập nước Sự kết hợp hệ thống thực vật phân bố bề mặt hệ thống góp phần lớn việc nâng cao hiệu suất xử lý Các vi sinh vật hệ thống nước thải đóng vai trị quan trọng việc phân hủy chuyển hóa chất hữu cơ, N, phosphore Thực vật bề mặt đóng vai trò hấp thu chất thải phân hủy chuyển hóa, nhiều hợp chất vơ có chứa N phosphore Một lồi thực vật sử dụng để nghiên cứu cỏ Sậy NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu - Thu thập tài liệu tính chất nước thải tinh bột mì tìm hiểu số công nghệ xử lý nước thải tinh bột mì áp dụng 601 - Thu thập tài liệu liên đến chế xử lý nước thải bãi lọc ngầm dòng chảy đứng - Xây dựng mơ hình thí nghiệm vận hành mơ hình, phân tích tiêu nước thải tinh bột mì đầu vào đầu - Phân tích tiêu nước thải tinh bột mì lấy từ hồ sinh học sở sản xuất tinh bột mì Tuyết Ngân huyện Trảng Bom, Đồng Nai - Xử lý học nước thải tinh bột mì phương pháp keo tụ tạo để giảm tiêu COD, SS trước cho nước thải vào mơ hình 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp luận Nước thải bột mì loại nước thải có hàm lượng COD, SS, N, P cao biện pháp xử lý hiệu tốn chi phí Biện pháp sử dụng bãi lọc ngầm sinh học nhằm hướng đến biện pháp xử lý hiệu tiết kiệm chi phí phù hợp với xu hướng phát triển bền vững 2.2.2 Phương pháp cụ thể Phương pháp thu thập tài liệu Tổng hợp, thu thập tài liệu báo cáo có liên quan đến giải pháp sử dụng bãi lọc ngầm xử lý nước thải Tham khảo, kế thừa kết quả, tài liệu nghiên cứu có liên quan đến hướng đề tài Phương pháp xây dựng mơ hình đối chứng - Xây dựng mơ hình thí nghiệm để đánh giá mức độ hiệu tính ứng dụng mơ hình thí nghiệm - Phân tích so sánh mẫu thí nghiệm mẫu đối chứng 2.3 Mơ hình nghiên cứu Mơ hình thí nghiệm gồm có hai mơ hình: - Một mơ hình khơng trồng Sậy (mơ hình đối chứng) - Một mơ hình có trồng Sậy Cả hai mơ hình đào sâu xuống mặt đất với chiều dài 2m, chiều rộng 0,5m, độ sâu 0,6m hệ thống bao bọc lớp bạc ni lông chống thấm - Mặt đáy hệ thống ngiêng 1% hướng thu nước - Nước thải dẫn vào theo hai ống nhựa PVC đục lỗ, lỗ cách thành 10cm cách 30cm, ống dài 180cm - Hai ống đục lỗ đặt hệ thống mục đích ln làm thơng khí cho tồn hệ thống tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển - Đầu thu nước ống nhựa PVC có lớp sỏi lớn để tránh đất, sỏi lọt vào ống gây tắt nghẽn ống thu 602 - Từ mặt đáy hệ thống phủ lớp đá sỏi kích thước 2-3cm với độ dày lớp đá 15cm.trên lớp đá sỏi phủ thêm lớp đá mi với kích thước 1-1,5cm với độ dày 10cm, lớp đá mi phủ thêm lóp cát vói dộ dày 10cm, lớp cát lớp cát pha đất với tỷ lệ 3đất/2cát với độ dày 10cm, lớp lớp đất dày 10cm - Hệ thống có thùng chứa nước thải chứa định lượng 20 lít nước thải từ thùng chứa phân phối đến hai ống dẫn nước đục lỗ vào hệ thống KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Các tiêu nước thải đầu vào đầu hai mơ hình so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT cột A giá trị C ĐỐI CHỨNG 7.3 7.2 7.1 6.9 6.8 6.7 6.6 6.5 TRỒNG SẬY Đầu vào pH pH Chỉ tiêu pH Đầu 7.2 7.1 6.9 6.8 6.7 6.6 6.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Đầu vào Đầu 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy Ngaøy (A) (B) Hình Đồ thị biểu diễn biến thiên pH đầu vào đầu mơ hình Nhận xét: Qua bảng đồ thị hình cho thấy pH đầu vào đầu nước thải hai mô hình dao động khoảng 6,6 - 7,2 pH đầu hai mơ hình khơng chênh lệch nhiều 250 250 200 200 150 Đầu vào 100 Đầu Tiêu chuẩn 50 Hàm lượng SS (mg/l) Hàm lượng SS (mg/l) Chỉ tiêu SS 150 Đầu vào Đầu 100 Tiêu chuẩn 50 0 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy (A) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy (B) Hình Đồ thị biểu diễn biến thiên hàm lượng SS đầu vào đầu mơ hình 603 Hiệu xuất xử lyù SS % 100 80 93.12 91.61 93.34 85.33 91.27 94.33 90.89 92.78 94.67 92.28 92.56 92.26 78.29 60 44.13 43.67 43.89 40 45.46 45.55 44.65 46.72 45.97 45.87 47.13 46.78 46.44 Có trồng Sậy 46.77 Không trồng Sậy 20 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy Hình Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý mơ hình Nhận xét: Qua đồ thị hình cho thấy hiệu xuất xử lý SS hai mơ hình có chênh lệch nhiều Hiệu xuất xử lý SS mơ hình đối chứng cao đạt 47,13% thấp so với mơ hình có trồng Sậy 94,67% Hiệu xuất xử lý SS mơ hình có trồng Sậy tăng mạnh phát triển rễ Sậy góp phần làm tăng khả kết dính hạt keo đất từ làm cho đất kết dính chặt giảm rửa rôi hạt đất theo hướng nước chảy Ngoài với lan rộng sâu lớp đất rễ Sậy làm tăng lượng oxy vùng quanh rễ Sậy tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển, vi sinh vật góp phần lớn việc phân hủy chất rắn lơ lửng giữ đất Loại bỏ chất rắn lơ lửng nước thải góp phần làm giảm COD, N, P Chỉ số N ĐỐI CHỨNG Tiêu chuẩn Đầu vào TRỒNG SẬY Đầu 30 30 25 25 20 15 10 5 Tiêu chuẩn 35 HÀM LƯỢNG N (MG/L) HÀM LƯỢN N (MG/L) 35 10 11 12 13 NGÀY (A) Đầu vào Đầu 20 15 10 5 10 11 12 13 NGÀY (B) Hình Đồ thị biểu diễn biến thiên hàm lượng N đầu vào đầu mơ hình 604 Hiệu xuất xử lý N % 100 80 60 74.79 71.89 72.88 70.01 88.37 85.26 84.36 84.85 80.54 87.42 86.66 82.2 82.07 Có trồng Saäy 38.55 40 41.24 28.37 20 26.28 37.67 33.48 21.33 33.65 37.96 30.42 36.25 27.72 22.58 Không trồng Sậy 0 10 15 20 25 30 35 Ngaøy 40 45 50 55 60 Hình Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý N mơ hình Nhận xét: Qua đồ thị hình dễ dàng nhận thấy khác biết hiệu xuất xử lý hai mơ hình Rõ ràng hiệu xuất xử lý N mơ hình trơng lớn nhiều so với mơ hình đối chứng, chênh lệch tới 62,68% chênh lệch lớn hiệu xuất xử lý hai mơ hình do: Trong mơ hình bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng lớp vật liệu lọc mơ hình (trừ lớp đất, đất pha cát, cát) thống khí để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển lớp vật liệu bên lớp đất, cát - Ở mô hình đối chứng lớp đất, cát khơng thống khí nên khơng tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển Do q trình nitrate hóa xảy lớp đất khơng đáng kể chất rắn lơ lửng loại bỏ nên N giảm phần Lớp vật liệu lọc bên lớp đất, cát thoáng khí nên q trình nitrate hóa xảy phần nhiều lớp vật liệu này, vận tốc chảy nước thải lớp vật liệu nhanh so với lớp đất cát nên thời gian tiếp xúc nước thải vi sinh vật hiếu khí bám bề mặt lớp vật liệu ngắn dẫn đến hiệu xử lý N chưa cao Hiệu xuất xử lý N mơ hình đối chứng 41,24% - Ở mơ hình trồng Sậy lượng oxy hòa tan lớp đất nhiều, hệ vi sinh vật hiếu phát triển mạnh giúp trình nitrate hóa xảy lớp đất tốt cộng với thời gian tiếp xúc nước thải với vi sinh vật hiếu khí lớp đất lâu nên hiệu q trình nitrate hóa cao nhiêu so với lớp vật liệu bên lớp đất, cát Hiệu xuất xử lý mơ hình trồng Sậy đạt tới 88,37% Chỉ tiêu P Hàm lượng phosphore nước thải đầu vào từ 6,1-8,4 (mg/l) 605 ĐỐI CHỨNG Tiêu chuẩn TRỒNG SẬY Đầu vào Đầu 2 Tiêu chuẩn 10 HÀM LƯỢNG P (MG/L) HÀM LƯỢNG P (MG/L) 10 10 11 12 13 Đầu vào Đầu 2 NGÀY 10 11 12 13 NGÀY (A) (B) Hình Đồ thị biểu diễn biến thiên hàm lượng P đầu vào đầu mơ hình Hiệu xuất xử lý phosphore % 100 86.57 82.73 80 73.12 60 54.35 49.76 64.68 40 43.21 45.12 40.26 36.65 34.23 44.73 81.27 78.57 75.59 52.56 49.56 47.16 85.28 81.08 77.9 72.13 46.43 44.67 47.56 43.94 Có trồng Sậy 20 0 10 15 20 25 30 35 Ngaøy 40 45 50 55 60 Hình Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý P mơ hình Nhận xét: Qua đồ thị hình cho thấy chênh lệch hiệu xuất xử lý P hai mơ hình nhiều - Ở mơ hình đối chứng hiệu xuất xử lý P cao, cao 52,56% (ở ngày 25) ngày sau hiệu xử lý không tăng ổn định, dao động khoảng từ 43-47% - Ở mơ hình trồng Sậy hiệu xuất xử lý P tăng nhanh 30 ngày đầu, từ 54,35% đến 86,57%, 30 ngày sau hiệu xuất xử lý bắt đầu giảm dần 72,13% Giai đoạn 30 đầu hiệu xuất xử lý P tăng mạnh nhu cầu tăng sinh khối Sậy giai tăng nên hấp thu phần dạng P dễ tan Chỉ tiêu COD 606 ĐỐI CHỨNG TRỒNG SẬY Đầu vào Đầu HÀM LƯỢNG COD (MG/L) HÀM LƯỢNG COD (MG/L) Tiêu chuẩn 1000 800 600 400 200 NGÀY 10 11 12 13 Tiêu chuẩn Đầu vào Đầu 1000 800 600 400 200 (A) NGÀY 10 11 12 13 (B) Hình Đồ thị biểu diễn biến thiên COD đầu vào đầu mơ hình Hiệu xuất xử lý COD % 100 89.3 80 81.32 85.77 88.83 86.26 83.34 89.52 89.29 88.48 71.44 60 45.94 40 20 90.85 88.75 84.68 44.23 35.36 45.74 41.67 42.89 45.94 42.09 47.12 46.73 44.33 45.83 Có trồng Sậy Không trồng Saäy 30.7 0 10 15 20 25 30 Ngaøy 35 40 45 50 55 60 Hình Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý COD mơ hình Nhận xét: Qua đồ thị hình cho thấy hiệu xuất xử lý COD hai mơ hình có chênh lệch ổn định Hiệu xuất xử lý COD mơ hình trồng Sậy cao 90,85%, mơ hình đối chứng hiệu xuất xử lý cao 45,94% KẾT LUẬN Kết thí nghiệm cho thấy xử lý nước thải tinh bột khoai mì mơ hình bãi lọc ngầm trồng dịng chảy đứng tỏ hiệu Hiệu xử lý nước thải tinh bột mì hệ thống cao 90% COD, 88% nitrogen, 86% phosphore, 94% SS, pH đầu ổn định từ 6,8-7,1 Các kết nghiên cứu cho thấy, hiệu xuất xử lý nước thải bãi lọc trồng dòng chảy đứng tốt Hệ thống làm việc ổn định, dao động chất lượng nước đầu khơng lớn Với mơ hình trồng Sậy, chất lượng nước đầu đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A, giá trị C theo SS, pH, nitrogen, phosphore Tuy nhiên với hàm lượng COD đầu vào lớn 500 mg/l nên sau qua hệ thống hàm lượng COD không đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A, giá trị C Mơ hình có trồng Sậy cho phép đạt hiệu xuất xử lý cao nhiều so với mơ hình khơng trồng Sậy 607 Với kết đạt trên, mơ hình bãi lọc ngầm trồng dịng chảy đứng đem vào ứng dụng thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Donald S Brown, James F Kreissl, Robert A Gearheart, Andrew P Kruzic, William C Boyle) Manual_Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters [2] Lê Văn Khoa – Đất Ngập Nước – Nhà Xuất Bản Giáo Dục [3] Nguyễn Đức Lượng – Công Nghệ Sinh Học Môi Trường - Tập 1: Công Nghệ Xử Lý Nước Thải – Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Việt Anh – Xử Lý Nước Thải Bằng Bãi Lọc Trồng Cây - Lý Thuyết Và Thực tiễn -Trung Tâm Kỹ Thuật Môi Trường Độ Thị Và Khu Công nghiệp [5] Phạm Hồng Nga – Ứng Dụng Phương Pháp Đầm Lầy Nhân Tạo Cho Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp – Trang Tin Xúc Tiến Thong Mại-Bộ Nông Nghiệp Và Phát Triển Nông Thôn [6] Trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội – xử lý nước thải sinh hoạt bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng điều kiện Việt Nam – CEETIA [7] Wetlands For Industrial Wastewater Treatment At The Savannah River Site – Weston 608 ... định Hiệu xuất xử lý COD mơ hình trồng Sậy cao 90,85%, mơ hình đối chứng hiệu xuất xử lý cao 45,94% KẾT LUẬN Kết thí nghiệm cho thấy xử lý nước thải tinh bột khoai mì mơ hình bãi lọc ngầm trồng dòng. .. đến chế xử lý nước thải bãi lọc ngầm dòng chảy đứng - Xây dựng mơ hình thí nghiệm vận hành mơ hình, phân tích tiêu nước thải tinh bột mì đầu vào đầu - Phân tích tiêu nước thải tinh bột mì lấy... ràng hiệu xuất xử lý N mơ hình trơng lớn nhiều so với mơ hình đối chứng, chênh lệch tới 62,68% chênh lệch lớn hiệu xuất xử lý hai mơ hình do: Trong mơ hình bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng