Untitled TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TẬP 20, SỐ M2 2017 57 Tóm tắt–Mô hình pilot công suất 20m3/ngày đặt tại trạm bơm Hòa Phú được xây dựng và thử nghiệm để đánh giá khả năng loại bỏ amm[.]
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, TẬP 20, SỐ M2-2017 57 Ứng dụng lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa ozone để xử lý ammonia, sắt carbon hữu hòa tan nước sơng Sài Gịn Lê Ngọc Kim Ngân, Nguyễn Phước Dân Tóm tắt–Mơ hình pilot cơng suất 20m3/ngày đặt trạm bơm Hòa Phú xây dựng thử nghiệm để đánh giá khả loại bỏ ammonia, sắt, DOC (Dissolved Organic Carbon – carbon hữu hòa tan) nước sơng Sài Gịn cơng nghệ lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa ozone nhằm cải thiện chất lượng nước phục vụ cho thành phố Hồ Chí Minh Nghiên cứu nhằm giảm thiểu nhu cầu Clo khử trùng từ giảm thiểu nguy hình thành sản phẩm phụ khử trùng Tính chất nước sử dụng thí nghiệm có nồng độ ammonia 0,52 ± 0,19 mg N-NH4+/l, sắt 0,14 ± 0,06 mg/l, DOC 3,14 ± 0,45 mg/l Bể lọc sinh học nhỏ giọt có kích thước dài 0,5m; rộng 0,2m; cao 2,0m thiết kế inox mica Giá thể sinh học sử dụng nghiên cứu lấy từ lọc sợi tổng hợp thường sử dụng cho bể cá có độ dày 30 mm Mơ hình tiền ozone hóa với cột tiếp xúc ozone kích thước dài 0,6m; rộng 0,5m; cao 2,0m, thời gian tiếp xúc 15 phút, nồng độ ozone 0,5 mg/l Mơ hình tiến hành nghiên cứu hai trường hợp theo tải trọng thủy lực: m3/m2.h khơng xử lý tiền oxy hóa ozone m3/m2.h có xử lý tiền oxy hóa ozone (tuần hồn theo tỉ lệ 1:1) Hiệu xử lý có xử lý tiền oxy hóa ozone ammonia, sắt, DOC đạt 58%, 25%, 22% Khi khơng có tiền oxy hóa ozone hiệu xử lý đạt 52% ammonia, 19% sắt 9% DOC Kết cho thấy hiệu trình lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa ozone tốt so với vận hành lọc sinh học khơng tiền oxy hóa ozone Từ khóa— Lọc sinh học nhỏ giọt, nước sơng Sài Gịn, THMs, tiền oxy hóa ozone, Bài nhận ngày 04 tháng 10 năm 2016, chấp nhận đăng ngày 01 tháng 12 năm 2017 Lê Ngọc Kim Ngân, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQGHCM, (Email: lengockimngan2013@gmail.com) Nguyễn Phước Dân, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQGHCM, (Email: nguyen_phuoc_dan@yahoo.com) ĐẶT VẤN ĐỀ o áp lực gia tăng dân số, áp lực phát triển kinh tế xã hội nguồn nước thô thành phố Hồ Chí Minh ngày nhiễm nghiêm trọng với gia tăng hàm lượng ammonia1, sắt, chất hữu hoạt động người, làm suy giảm chất lượng nước cấp [13] Ở nồng độ thấp 0,5 – 5,0 mgN/l, ammonia xác định chất ô nhiễm đáng kể cho nước thô, ảnh hưởng đến hiệu khử trùng clo Sắt thường có hàm lượng nhỏ nước mặt, nhiên chúng gây mùi khó chịu, kết tủa nâu đỏ làm đục nước tượng kết tủa đường ống Sự oxi hóa khử q trình quan trọng để xác định ô nhiễm ammoni, sắt, DOC (Dissolved Organic Carbon – Cacbon hữu hòa tan) Sắt bị oxi hóa mức thấp (2 mg/l) cho q trình chuyển hóa, nên kết thu khả quan Kết vận hành cho thấy có dao động ammonia nguồn nước đầu vào lớn mùa mưa mùa khơ (có thời điểm ammonia lên đến 0,85mg/l) dẫn đến nồng độ ammonia sau bể lọc sinh học dao động lớn Hiệu suất q trình chuyển hóa ammonia sau qua dịng tuần hồn dịng ozone đạt hiệu cao hơn, cắt mạch phân tử hữu không phân huỷ thành hữu dể phân huỷ sinh học Ở tải trọng m3/m2.h thất nitơ 32% (tương ứng với N-Nitrate dòng 0,21 mg/l) lớn so với tải trọng m3/m2.h 16% (tương ứng nồng độ N-Nitrate dịng 0,14 mg/l) Điều giải thích lớp màng sinh học đủ dày để xảy trình khử nitrat điều kiện thiếu khí lớp sâu màng vi sinh Ở tải trọng m3/m2.h có tuần hồn dịng ozone hố làm tăng hàm lượng DO nước, tăng cường trình nitrate hố hạn chế q trình khử nitrate lớp sâu màng lọc Do nói nitơ bị thất thoát chủ yếu khử nitrat hóa thành khí nitơ Kết cho thấy q trình chuyển hóa TNOx diễn nhiên khơng đáng kể, kết phù hợp với [3], họ cho thời gian vận hành dài khả chuyển hóa nitrate hạn chế màng sinh học dày vi khuẩn nằm sâu lớp giá thể làm hạn chế trình tiếp xúc oxy So sánh hiệu chuyển hóa TNOx hình tương tự nhau, TNOx gần không đổi suốt trình vận hành hai tải trọng, điều cho thấy tốc độ hiệu suất q trình nitrit hóa nitrat hóa ổn định, nhiên thất thoát nitơ diễn Sự thất nitơ mơ hình lọc sinh học xảy theo hướng sau (1) nitơ vào sinh khối tế bào (2) nitơ khử theo q trình khử nitrat thành khí nitơ (3) nitơ bị thất thoát bay Hiệu suất chuyển hóa ammonia vi sinh vật giá thể lọc sinh học hình tương ứng với trình chuyển ammonia thành nitrit nitrit thành nitrat tương đối cao ổn định Khả chuyển hóa cao cho thấy phát triển tốt vi sinh vật màng, có chuyển hóa đầy đủ phù hợp [4] Do khơng cần phải bổ sung chất dinh dưỡng hoạt động sống vi sinh vật dù nồng độ hợp chất hữu nước cấp thấp Loại bỏ sắt Hình biểu nồng độ sắt (II) sắt tổng đầu vào, sau lọc sinh học sau ozone tuong ứng 62 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, VOL 20, NO.M2-2017 tải trọng m3/m2.h m3/m2.h có tuần hồn tỉ lệ 1:1 Ở tải trọng m3/m2.h thể hiệu cao tải trọng m3/m2.h (hiệu suất 24,5% so với 19,6%) Hiệu khử sắt tải trọng m3/m2.h phù hợp với [8], hiệu trình lọc sinh học khử sắt không cao tải trọng lớn 0,1mg/l Khi có tuần hồn tiền oxy hóa ozone tải trọng m3/m2.h nồng độ đầu vào có tải trọng cao 0,2mg/l hiệu khử sắt tốt Tuy nhiên kết khử sắt tải trọng m3/m2.h lại khơng đạt ổn định mong đợi dao động nguồn nước sông đầu vào đồng thời bong tróc lớp màng vi sinh vật Cùng với chuyển hóa vi sinh oxy hóa ozone, làm tăng hiệu khử sắt, nguyên nhân khách quan giúp giảm lượng sắt tổng sắt (III) cịn bám dính màng sau bị oxy hóa từ sắt (II) 3m3/m2.h 0.3 8m3/m2.h Fe II (mgN/L) 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 16 24 31 36 52 91 141 156 Ngày 141 156 Ngày Fe II Vào Fe II Ra Fe Tổng (mgN/L) 1.2 3m3/m2.h 8m3/m2.h 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 16 24 31 36 52 91 Fe Tổng Vào Fe Tổng Ra Hình Nồng độ sắt (II) sắt tổng đầu vào, tương ứng tải trọng m3/m2.h m3/m2.h Loại bỏ DOC Ở tải trọng m3/m2.h nước đầu vào có nồng độ DOC vào khoảng 6,6 ± 1,0 mg/l, sau qua bể lọc sinh học giảm xuống ± mg/l, đạt hiệu suất ± 6% Ở tải trọng m3/m2.h nước đầu vào có nồng độ DOC vào khoảng 7,30 ± 0,85 mg/l, sau qua bể lọc sinh học giảm xuống 5,70 ± 0,83 mg/l, đạt hiệu suất 22 ± 14% Hình thể hiệu suất xử lý DOC hai tải trọng, ta nhận thấy tải trọng m3/m2.h có tuần hồn tiền oxy hóa ozone hóa hiệu suất xử lý cao so với m3/m2.h tuần hồn Qua q trình oxy hóa bậc cao (O3), chất hữu có cấu trúc phân tử phức tạp, khó phân hủy sinh học nước tác dụng gốc oxy hóa mạnh OH*, cắt mạch thành chất đơn giản chất có khả phân hủy sinh học nhiều kích thước phù hợp với khả tiêu thụ vi sinh vật dẫn đến hiệu q trình kết hợp tiền TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TẬP 20, SỐ M2-2017 63 hóa phân hủy sinh học, khơng dẫn tới cạnh tranh oxy [14] Tuy nhiên giới hạn nghiên cứu nên xem xét đến ảnh hưởng tiêu cực ozone dư nước vi sinh vật ozone hóa lọc sinh học nhỏ giọt hiệu so với trình đơn lẻ Điều phù hợp với nghiên cứu trước [10] Ở hai tải trọng DO cung cấp đầy đủ để xảy trình nitrat DOC (mg/L) 8m3/m2.h 3m3/m2.h DOC Vào DOC Ra 0 16 24 31 36 52 91 141 156 Ngày 141 156 Ngày Hiệu suất (%) 80 8m3/m2.h 3m3/m2.h 60 40 20 0 16 24 31 36 52 91 Hình Hiệu suất xử lý DOC tải trọng m3/m2.h khơng có tuần hồn m3/m2.h có tuần hồn tiền oxy hóa ozone THMFPs THMFP (μg/L) Hình cho thấy khả giảm thiểu THMFPs qua trình lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa ozone Hàm lượng THMFPs (Trihalomethane formation potential – tiềm hình thành THMs) hình thành giảm thiểu từ 1206 ± 113 μg/l xuống 485 ± 54 μg/l, hiệu giảm thiểu đạt dao động khoảng 60% Kết cho thấy hình thành THMFPs liên quan đến DOC Khả xử lý hiệu ammonia, sắt, DOC q trình lọc sinh học kết hợp tiền oxy hóa ozone làm giảm khả hình thành THMFPs Việc giảm thiểu hình thành THMFPs cho thấy mơ hình đạt hiệu tương đối việc giảm thiểu khả hình thành sản phẩm phụ khử trùng (DBPs) Thật thực tế, THMs hình thành sau khử trùng chlorine thấp nhiều so với THMFP, nồng độ phản ứng tối đa điều kiện đủ dài (7 ngày) 1400 1200 1000 800 600 400 THMFP Vào 200 THMFP Ra 30 55 80 105 130 Hình Khả giảm thiểu THMFP trình lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa ozone Ngày 64 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, VOL 20, NO.M2-2017 [4] KẾT LUẬN Mơ hình thí nghiệm lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa ozone quy mô pilot xây dựng, thử nghiệm đánh giá xử lý ô nhiễm nước sông Sài Gòn trạm bơm Hòa Phú Kết cho thấy trình lọc sinh học kết hợp tiền oxy hóa ozone mang lại hiệu loại bỏ ammonia, sắt DOC cao so với trình đơn lẻ Với tải trọng cao, kết hợp trình lọc sinh học nhỏ giọt tiền oxy hóa ozone cho thấy ổn định hiệu xử lý tốt so với trình đơn lẻ Qua làm giảm thiểu hình thành sản phẩm phụ khử trùng (DBPs) Việc đầu tư công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa ozone có ưu điểm đơn giản vận hành, chi phí đầu tư xây dựng quản lý vận hành thấp phù hợp với điều kiện Việt Nam LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu nằm nhiệm vụ phịng Thí nghiệm trọng điểm Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM: TX 2016 – 20 – 01 Ngoài nhóm nghiên cứu chân thành cảm ơn Tổng Cơng ty Cấp nước Sài Gòn Sở Khoa học Cơng Nghệ TP.HCM hỗ trợ kinh phí xây dựng mơ hình chi phí hóa chất Xin chân thành cảm ơn Trạm bơm Hòa Phú tạo điều kiện lắp đặt, vận hành mơ hình nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] A.G Tekerlekopoulou, D.V Vayenas, "Ammonia, iron and manganese removal from potable water using trickling filters," Desalination, Vol 210, pp 225-235, June 2007 Anu Matilainen, Mika Sillanpää, "Removal of natural organic matter from drinking water by advanced oxidation processes," Chemosphere, vol 80, no 4, pp 351-365, June 2010 Ben van den Akker, Mike Holmes, Nancy Cromar, Howard Fallowfield, "Application of high rate nitrifying trickling filter for potable water treatment," Water research, Vol 42, pp 4514-4524, Oct 2008 [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] B T T Loan, "Loại bỏ thành phần tiêu thụ chlorine nhằm giảm tiềm hình thành THMs tiền ozone hóa cho nhà máy nước Tân Tiệp," 2016 C N Chang, "Reducing the formantion of disinfection by products by pre-ozonation," Chemosphere, pp 21-30, 2002 D V Vayenas., S Pavlou and G Lyberatos, “"Development of a dynamic model describing nitritification and nitratification in trickling filters,” Water Research, Vol 31, N.5, pp 1135-1147, May 1997 Đ H T Sơn, "Khảo sát khả khử Ammonia, chất hữu tự nhiên, sắt mangan nước mặt bể lọc sinh học," 2014 G Dimitrakos michalakos, J Martinez nieva, D.V.Vayenas, "Removal of iron from potable water using a trickling filter," Water Research, vol 31, no 5, pp 991-996, May 1997 M a Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, Boston: McGraw-Hill, 2003 Pham Bien Vinh Tan, Nguyen Nhat Huy, Nguyen Phuoc Dan, "Water quality assessment for Saigon river water at Tan Hiep water treatment plant and application of biological actived carbon for water treatment," Development for sustainble global environment and water resources, p 121, 2017 R.Mosteo, N Miguel, "Evaluation of trihalomethane formation potential in funciton of oxidation processes used during the drinking water production process," Hazardous Materials, vol 172, no 2-3, pp 661-666, December 2009 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewate, AWWA APHA, 2005 Tran Cuong, Dang Huy Quoc Anh, Nguyen Phuoc Dan, Tran Tien Khoi, Phan Thanh Lam, Pham Tran Ngoc Tu, Nguyen Nhat Huy, "Study on the application of potassiumpermanate as a coagulation aid and an alternative pre- oxidant to chlorine for iron and mananese removal at Tan Hiep water treatment palnt," Journal of Science and Technology, vol 52, pp 66-73, 2005 USEPA, EPA Guidance Manual M-DBP Simultaneous Compliance., 1999 V N Trang, "Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình pilot Ozone/UV kết hợp với BAC để giảm thiểu hình thành DBPs nước cấp," 2011 Wataru Nishijima Gerald E Speitel Jr, "Fate of biodegradable dissolved organic carbon produced by ozonation on biological activated carbon," Chemosphere, vol 56, no 2, pp 113-119, July 2004 W., Boller, M., Gujer, "Operating experience with plastic media tertiary trickling filter for nitrification," Water Science and Technology, pp 201-213, 1986 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, TẬP 20, SỐ M2-2017 65 Application of pilot scale trickling filter couple with pre-ozonation for ammonia, iron and dissolved organic carbon removals from Saigon river water Le Ngoc Kim Ngan, Nguyen Phuoc Dan, Abstract— A pilot scale trickling filter and prein aquariums It run at hydraulic loading of ozonation contactor with capacity of about 20 m3/day m3/m2.h of raw water, and m3/m2.h, where 50% of was run at Hoa Phu Pump Station which takes raw total flow was the returned effluent of pre-ozonation water from Saigon River for drinking water supply The pilot scale pre-ozonation contactor which has the for Ho Chi Minh City The raw water contains 0.52 ± size of 0.6 m long x 0.6 m wide x 2.0 m high was 0.19 mg NH4+-N/l, 0.14 ± 0,06 mg/l total iron and 3.14 operated at contact time of 15 minutes and ozone ± 0.45 mg/l DOC The study aimed to using the pilot concentration of 0.5 mg/l The ammonia, iron and scale experiment to assess ammonia, iron and DOC removals at m3/m2.h were 58%, 25% and dissolved organic carbon (DOC) removals from 22%, respectively Whereas, it obtained ammonia, Saigon Water River for the sake of reducing chlorine iron and DOC removals of 52%, 19% and 9% DOC demand and thus mitigating risk from Disinfection respectively Thus, even though the experiment with By Products (DBPs) formation The size of the returned pre-ozonation effluent run at high trickling filter was 0.5 m long x 0.5 wide x 2m high hydraulic loading rate, the better performance was The bio-media was seven PE wool sheets with obtained as comparison to the experiment without return thickness of 30 mm that is widely used as filter cloth Keywords—Saigon River water, trickling filter, pre-ozonation, THM ... NGHỆ, TẬP 20, SỐ M2-2017 65 Application of pilot scale trickling filter couple with pre-ozonation for ammonia, iron and dissolved organic carbon removals from Saigon river water Le Ngoc Kim Ngan,... ammonia, iron and DOC removals at m3/m2.h were 58%, 25% and dissolved organic carbon (DOC) removals from 22%, respectively Whereas, it obtained ammonia, Saigon Water River for the sake of reducing... Abstract— A pilot scale trickling filter and prein aquariums It run at hydraulic loading of ozonation contactor with capacity of about 20 m3/day m3/m2.h of raw water, and m3/m2.h, where 50% of was