Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt xám tại chỗ bằng vật liệu laterit (đá ong

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn dƣới hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Chữ ký Khƣơng Thị Hải Yến i LỜI CÁM ƠN Tác giả xin trân trọng cám ơn PGS.TS Phạm Thị Minh Thƣ, PGS.TS Nguyễn Thị Kim Cúc thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp, gia đình giúp đỡ đóng góp ý kiến cho Luận án tiến sĩ Tác giả xin cám ơn TS Nguyễn Thị Hằng Nga nhiệt tình giúp đỡ suốt trình làm luận án Cảm ơn trƣờng Đại Học Thủy Lợi nơi NCS theo học tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập nghiên cứu; cảm ơn trƣờng Cao đẳng Xây dựng Cơng trình Đơ thị nơi NCS công tác giúp đỡ nhiều việc xây dựng vận hành mơ hình thí nghiệm, thực nghiệm xét nghiệm mẫu nƣớc Đặc biệt, luận án cơng trình tác giả dành tặng cha – ngƣời thầy đồng hành tác giả suốt trình thực nghiên cứu nhƣng đột ngột mà chứng kiến thành mà tác giả nỗ lực đạt đƣợc Do thời gian nghiên cứu có hạn nên luận án khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy cơ, nhà khoa học, bạn đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 1.3.2 1.4 Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Những đóng góp 1.5.1 Tính luận án 1.5.2 Giá trị khoa học 1.5.3 Giá trị thực tiễn 1.6 Cấu trúc luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nƣớc thải xám 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải xám 1.1.3 Các cơng trình nghiên cứu nƣớc xử lý nƣớc thải xám 10 1.2 Đá ong ứng dụng đá ong lĩnh vực xử lý nƣớc thải 13 1.2.1 Sơ lƣợc đá ong (laterit) 13 1.2.2 Khoáng vật đá ong có ích cho q trình xử lý số chất nhiễm có nƣớc thải 15 1.2.3 Những cơng trình nghiên cứu nƣớc ứng dụng đá ong lĩnh vực xử lý nƣớc thải 21 1.3 Kỹ thuật xếp lớp đa tầng 27 1.3.1 Khái niệm chung 27 iii 1.3.2 Các cơng trình nghiên cứu kỹ thuật xếp lớp đa tầng đƣợc thực phịng thí nghiệm 28 1.3.3 Các cơng trình thực tiễn ứng dụng kỹ thuật xếp lớp đa tầng lĩnh vực xử lý nƣớc thải 33 CHƢƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI XÁM BẰNG ĐÁ ONG THEO KỸ THUẬT XẾP LỚP ĐA TẦNG 38 2.1 Cơ sở khoa học nghiên cứu xử lý nƣớc thải xám đá ong theo kỹ thuật xếp lớp đất đa tầng 38 2.1.1 Quá trình hấp phụ 38 2.1.2 Quá trình phân hủy sinh học 45 2.2 Vật liệu nghiên cứu 53 2.2.1 Đá ong tự nhiên (VL1) 53 2.2.2 Đá ong biến tính nhiệt (VL2) 55 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 58 2.3.1 Lấy bảo quản mẫu nƣớc thải 58 2.3.2 Bố trí thí nghiệm 59 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI XÁM BẰNG ĐÁ ONG THEO KỸ THUẬT XẾP LỚP ĐA TẦNG 71 3.1 Tính chất nƣớc thải xám nhà cao tầng địa bàn thành phố Hà Nội 71 3.2 Kết nghiên cứu mơ hình xếp lớp đa tầng quy mơ phịng thí nghiệm 75 3.2.1 Sự di chuyển của dòng nƣớc qua lớp đá ong 75 3.2.2 Xác định hệ số tốc độ phân hủy chất hữu (qua thông số BOD5, COD) chuyển hóa nitơ (qua thơng số NH4+-N) theo số lớp đá ong hệ thống xếp lớp đa tầng 94 3.3 Kết nghiên cứu mơ hình thử nghiệm (pilot) xử lý chỗ nƣớc thải sinh hoạt xám nhà B5 – Yên Thƣờng 103 3.3.1 Xác định số lƣợng lớp vật liệu cần thiết để xử lý nƣớc thải sinh hoạt xám nhà B5 - Yên Thƣờng 103 3.3.2 Xác định kích thƣớc mơ hình thực nghiệm (pilot) theo lƣu lƣợng nƣớc thải sinh hoạt xám cần xử lý 104 3.3.3 Q trình khởi động mơ hình thử nghiệm (pilot) 105 3.3.4 Kết nghiên cứu mơ hình thử nghiệm xử lý chỗ nƣớc thải xám cho nhà B5 – Yên Thƣờng 106 iv 3.4 Giải pháp công nghệ xử lý nƣớc thải xám đá ong theo kỹ thuật xếp lớp đa tầng 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 Kết luận 116 Kiến nghị 117 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ thoát nƣớc nhà cao tầng Hình 1.2: Cơng trình xử lý nƣớc thải xám Jordan 11 Hình 1.3: Xây dựng bể lọc để xử lý nƣớc thải xám Ấn Độ [18] 11 Hình 1.4: Sơ đồ xử lý nƣớc thải xám nhà B23-ĐH Cần Thơ 13 Hình 1.5: Đá ong tự nhiên 14 Hình 1.6: Cấu trúc khơng gian tinh thể Bruxit 16 Hình 1.7: Cấu trúc không gian tinh thể Gibbsit 17 Hình 1.8: Cấu trúc không gian tinh thể Boehmit 17 Hình 1.9: Cấu trúc khơng gian tinh thể lepidocrokit goethite 18 Hình 1.10: Cấu trúc khơng gian tinh thể montmorillonit 20 Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo hệ thống xếp lớp đa tầng 27 Hình 1.12: Sự chuyển động dòng nƣớc qua đơn vị đất [42] 29 Hình 1.13: Mối quan hệ tải trọng thủy lực thời gian lƣu nƣớc [39] 32 Hình 1.14: Hệ thống xếp lớp đa tầng xử lý nƣớc thải xám Nhật [45] 34 Hình 1.15: Sơ đồ hệ thống xếp lớp đa tầng Nhật Bản [46] 34 Hình 1.16: Hệ thống xếp lớp đa tầng xử lý nƣớc thải sinh hoạt Thái Lan [45] 35 Hình 1.17: Xử lý nƣớc thải sinh hoạt nƣớc sông Philipin Indonesia [46] 35 Hình 2.1: Quá trình hấp phụ đá ong [48] 39 Hình 2.2: Điểm tích điện khơng khống vật 6,6 39 Hình 2.3: Sơ đồ biểu diễn cấu trúc lớp kép đánh dấu khác thể bề mặt Zeta 40 Hình 2.4: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir; tg  =1/qmax 44 Hình 2.5: Sự phụ thuộc C f / q C f 44 Hình 2.6: Các trạng thái tồn amoni theo pH 47 Hình 2.7: Ảnh hƣởng pH đến dạng tồn sắt 48 Hình 2.8: Ảnh hƣởng nồng độ oxi đến trình phân hủy nitơ 50 Hình 2.9: Kết đo XRD mẫu đá ong khu vực Thạch Thất, Hà Nội 54 Hình 2.10: Sắt tập trung cao chiếm hầu hết hạt sét đá ong 55 Hình 2.11: Vi cấu trúc đá ong 55 Hình 2.12: Vật liệu đá ong tự nhiên (VL1) 55 Hình 2.13: Đƣờng cong DSC nung nóng laterit (đá ong) đến 13000C [62] 56 Hình 2.14: Cấu trúc bề mặt đá ong trƣớc sau nung (Ảnh chụp SEM – đợ phóng đại 25.000 lần) 58 Hình 2.15: Vật liệu đá ong nung biến tính nhiệt (VL2) 58 Hình 2.16: Mơ hình xếp lớp đất đa tầng quy mơ phòng thí nghiệm 60 Hình 2.17: Mơ hình MSL6 60 Hình 2.18: Mơ hình MSL3 60 Hình 2.19: Hệ thống phân phối 60 vi Hình 2.20: Mơ hình thử nghiệmMSL6-PL 61 Hình 2.21: Mặt cắt mơ hình thử nghiệm MSL6-PL 62 Hình 3.1: Mô dòng nƣớc di chuyển các lớp đá ong 75 Hình 3.2: Dịng nƣớc di chuyển mơ hình thí nghiệm 75 Hình 3.3: Sự thay đổi nồng độ BOD5 trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTNB 78 Hình 3.4: Sự thay đổi nồng độ BOD5 trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTPL 78 Hình 3.5: Sự thay đổi nồng độ COD trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTNB 81 Hình 3.6: Sự thay đổi nồng độ COD trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTPL 81 Hình 3.7: Sự thay đổi nồng độ NH4+-N trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTNB 82 Hình 3.8: Sự thay đổi nồng độ NH4+-N trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTPL 83 Hình 3.9: Sự thay đổi nồng độ NO2 N trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTNB 84 Hình 3.10: Sự thay đổi nồng độ NO2 N trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTPL 84 Hình 3.11: Sự thay đổi nồng độ NO3 N trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTNB 86 Hình 3.12: Sự thay đổi nồng độ NO3 N trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTPL 86 Hình 3.13: Sự thay đổi nồng độ T-N trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTNB 87 Hình 3.14: Sự thay đổi nồng độ T-N trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTPL 87 Hình 3.15: Ảnh hƣởng pH đến hấp phụ ion bề mặt đá ong 89 Hình 3.16: Cơ chế cân điện tích việc keo tụ chất rắn lơ lửng 89 Hình 3.17: Sự thay đổi nồng độ PO43 P trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTNB 90 Hình 3.18: Sự thay đổi nồng độ PO43 P trƣớc sau xử lý qua mô hình thí nghiệm NTPL 90 Hình 3.19: Sự chuyển hóa hấp thụ PO43 P vi sinh vật [15] 92 Hình 3.20: Sự thay đổi nồng độ T-P trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTNB 92 Hình 3.21: Sự thay đổi nồng độ T-P trƣớc sau xử lý qua mơ hình thí nghiệm NTPL 93 Hình 3.22: Đẳng hấp phụ P đá ong 25oC pH = 93 vii Hình 3.23: Mối quan hệ nồng độ BOD5 số lớp đá ong có mơ hình 96 Hình 3.24: Mối quan hệ nồng độ COD số lớp đá ong có mơ hình 97 Hình 3.25: Mối quan hệ lnC0C số lớp đá ong có mơ hình 100 Hình 3.26: Cơ chế làm việc hệ thống MSL với đá ong làm vật liệu 102 Hình 3.27: Sự biến đổi nồng độ NH4+-N, NO2-, NO3- giai đoạn khởi động mơ hình pilot 106 Hình 3.28: Độ pH nƣớc thải xám trƣớc sau xử lý qua mơ hình thử nghiệm 107 Hình 3.29: Nồng độ hiệu suất xử lý BOD5 nƣớc thải xám qua mơ hình thử nghiệm 107 Hình 3.30: Nồng độ hiệu suất xử lý COD nƣớc thải xám qua mơ hình thử nghiệm 108 Hình 3.31: Nồng độ hiệu suất xử lý NH4+-N nƣớc thải xám qua mơ hình thử nghiệm 109 Hình 3.32: Nồng độ hiệu suất xử lý T-N nƣớc thải xám qua mơ hình thử nghiệm 109 Hình 3.33: Nồng độ hiệu suất xử lý PO43 P nƣớc thải xám qua mơ hình thử nghiệm 111 Hình 3.34: Nồng độ T-P nƣớc thải xám trƣớc sau xử lý 111 Hình 3.35: Nồng độ TSS nƣớc thải xám trƣớc sau xử lý 112 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đặc điểm nƣớc thải xám theo nguồn thải [11], [2] Bảng 1.2: Tính chất nƣớc thải xám số nƣớc giới Bảng 1.3: Chất lƣợng nƣớc thải xám trƣớc sau xử lý [8] 10 Bảng 1.4: Chất lƣợng nƣớc thải xám sau xử lý qua cát lọc hỗn hợp đất [14] 12 Bảng 1.5: Thay đổi tính chất nƣớc thải xám theo thời gian Hà Lan [19] 12 Bảng 1.6: Thành phần nguyên tố laterit [7] 14 Bảng 1.7: Hiệu xử lý số chất nhiễm nƣớc thải [43] 30 Bảng 1.8: Hiệu suất xử lý (%) chất ô nhiễm theo tải trọng thủy lực [43] 31 Bảng 2.1: PZC số oxit khoáng vật [47] 40 Bảng 2.2: Công thức tỷ lệ thành phần chất hữu có nƣớc thải [54] 46 Bảng 2.3: Các bƣớc phân hủy chất hữu điều kiện kỵ khí 49 Bảng 2.4: Thành phần khoáng vật học đá ong [35], [7] 53 Bảng 2.5: Thành phần hóa học đá ong dùng nghiên cứu [33] 54 Bảng 2.6: Phƣơng pháp tiêu chuẩn phân tích thơng số nhiễm 66 Bảng 3.1: Tính chất nƣớc thải xám nhà cao tầng địa bàn TP Hà Nội [3] 71 Bảng 3.2: So sánh mức độ đậm đặc nƣớc thải xám 72 Bảng 3.3: So sánh chất lƣợng nƣớc thải xám với QCVN 14:2008/BTNMT chất lƣợng nƣớc thải đô thị 72 Bảng 3-4: Tỷ lệ (C/N) tối ƣu với nhiều loại chất hữu khác đƣợc sử dụng cho trình khử nitơ [15] 73 Bảng 3.5: Tính chất nƣớc thải xám nguyên pha loãng đầu vào 76 Bảng 3.6: Độ pH nƣớc thải xám trƣớc sau xử lý qua mơ hình MSL 77 Bảng 3.7: Nồng độ hiệu suất trung bình xử lý BOD5 qua mơ hình MSL 78 Bảng 3.8: Nồng độ hiệu suất trung bình xử lý COD qua mơ hình MSL 80 Bảng 3.9: Nồng độ hiệu suất xử lý NH4+-N qua mơ hình MSL 82 Bảng 3.10: Nồng độ NO2 N trƣớc sau xử lý qua mơ hình MSL 84 Bảng 3.11: Nồng độ NO3 N trƣớc sau xử lý qua mơ hình MSL 85 Bảng 3.12: Nồng độ T-N trƣớc sau xử lý qua mơ hình MSL 86 Bảng 3.13: Nồng độ PO43 P trƣớc sau qua lớp đá ong 90 Bảng 3.14: Nồng độ T-P trƣớc sau qua lớp đá ong 92 Bảng 3.15: Đẳng hấp phụ P bề mặt đá ong 93 Bảng 3.16: Khả hấp phụ P số loại vật liệu 94 Bảng 3.17: Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu (ks) qua lớp đá ong 98 Bảng 3.18: Hệ số tốc độ chuyển hóa amoni (NH4+-N) qua lớp đá ong 99 Bảng 3.19: Nồng độ hiệu suất xử lý nƣớc thải xám nhà B5-Yên Thƣờng 106 Bảng 3.20: Hiệu suất xử lý T-N MSL6-PL với số công nghệ xử lý nƣớc thải Việt Nam [1], [5], [80] 110 Bảng 3.21: So sánh tính chất nƣớc thải xám trƣớc sau xử lý MSL6-PL với QCVN 14:2008 (BTNMT) QCVN 08:2008/BTNMT 113 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A2O Cơng nghệ mƣơng oxi hóa tuần hồn BGBL Mơi trƣờng tăng sinh (Brilliant Green Bile Lactose Broth) BOD5 C0 Nhu cầu oxy hóa sinh học sau ngày (Biological Oxygen Demand) (mg/L) Nồng độ chất ô nhiễm ban đầu (mg/L) COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand) (mg/L) Cra Nồng độ chất ô nhiễm nƣớc thải xám đầu (mg/L) Ct Nồng độ chất ô nhiễm thời điểm t (mg/L) Cvào Nồng độ chất ô nhiễm nƣớc thải xám đầu vào (mg/L) DSC Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential scanning calorimetry) ĐVT Đơn vị tính HRT Thời gian lƣu nƣớc (giờ) IEP Điểm đẳng nhiệt JICA K Văn phòng hợp tác quốc tế Nhật Bản (The Japan International Cooperation Agency) Tốc độ chuyển hóa nitơ (lớp-1) Kbh Hệ số bão hòa ks Hệ số tốc độ phân hủy sinh học chất hữu (lớp-1) LVL Lớp vật liệu MBR Công nghệ màng lọc sinh học (Membrane Bio Reactor) MPN Mật độ tế bào vi khuẩn lớn (most probable number) MSL Xếp lớp đa tầng (Multi Soil Layering) (mg/L) MSLn Hệ thống có n lớp đá ong NH4+-N Nồng độ Amoni quy nồng độ nitơ (mg/L) NMXLNT Nhà máy xử lý nƣớc thải - Tổng nồng độ nitrit quy nồng độ nitơ (mg/L) - NO3 -N Tổng nồng độ nitrat quy nồng độ nitơ (mg/L) NTNB Nƣớc thải xám nguyên NTPL Nƣớc thải xám pha loãng PO43 P POP Tổng hàm lƣợng Phốt phát nƣớc thải quy nồng độ phốt (mg/L) Các chất hữu khó phân hủy PZC Điểm điện tích khơng (point of zero charge) QCVN Quy chuẩn Việt Nam NO2 -N x Workshop, Chicago, 9-10 January 1980, pp 115-127 [63] R Criegee, H Pilz u H Flygare, "Über die Autoxydation von Ketonen," Ber dtsch Chem Ges., p 72, 1799 [1939] [64] K.Sato et al, "Wastewater treatment processes and mechanisms of organic matter, phosphorus and Nitrogen removal in a Multi Soil Layering system: Soil Sollution for a Changing World," in World Congress of Soil Science, 2010 [65] P Gray, J F Griffiths and K Hasegawa, Nonisothermal decomposition of methyl nitrate: Anomalous reaction order and activation energies and their correction, 9th ed.: International Journal of Chemical Kinetics, Sep 1981, vol 13 [66] Wada.S-I, Umegaki.U, "Major ion and electrical potential distribution in soil under electrokinetic remediation," Technoll Environ Sci., vol 35, pp 2151-2155, 2001 [67] Nguyen Thi Hang Nga, "Mineralogy of Laterite Samples from Viet Nam and Their Use as Flocculating Agents for the Removal of Clay Suspensions," Journal of the Faculty of Agriculture," Kyushu University, vol 58(1), pp 167-173, 2013 [68] R Pattnaik, "Studies in waste water processing in biofilters," Ph.D Thesis 2001 [69] Carlson Silverstein, "Effect of molecular size and charge on biofilm sorption of organic matter ," Water Research, vol 32, pp 1580-1592, 1998., [70] H.M.K Essandoh , "Effecticien of soil aquifer treatment in the removal of wastewater of contaminants and endocrine disruptor," pH.D thesis 2010 [71] T.Pfeiffer, R.Malone, "Nitrification performance of a propeller-washed bead clarifier supporting a fluidized sand biofilter in a recirculating warmwater fish system," Aquacultural Engineering, vol 34, pp 311-321, 2006 [72] Masunaga T., Sato K., "Shirahama M., Kudo H., Wakatsuki T., "Characteristics of wastewater treatment using a multi-soil-layering system in relation to wastewater contamination levels and hydraulic loading rates," Soil Sci Plant Nutr, vol 53, pp 215–217 [73] W.W Eckenfelder, "General concepts of biological treatment, Manual of Treatment Processes," Environmental Science Services, vol 1, 1969 [74] Idelovitch E and Micheal M., "Soil aquifer treatment: a new approach to an old method of waster reuse," Journal of Water Pollution Control Federation," vol 56(8), pp 943-963, 1984 [75] Zedler, J.B and Callaway, J.C., "Evaluatig the progress of engineer tidal wetland," Ecological engineering, vol 15, pp 211-225, 1985 [76] Belser, L.W., "Population ecology of Rev.Microbiol, vol 33, pp 309-333, 1979 nitrification bacterial," Anual [77] Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp theo công nghệ A/O.: 124 NXB Xây dựng, 2016 [78] Bộ tài nguyên môi trƣờng , Quy chuẩn quốc gia QCVN 08:2008/BTNMT - Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc mặt, 2008 [79] Khƣơng Thị Hải Yến, Phạm Thị Minh Thƣ, Nguyễn Thị Kim Cúc, Nguyễn Thị Hằng Nga, "Nghiên cứu khả loại bỏ chất hữu nƣớc thải xám hệ thống xếp lớp đất đa tầng," Tạp chí Cấp nước, vol 1, pp 30-35, 2015 [80] Khƣơng Thị Hải Yến, Phạm Thị Minh Thƣ, Nguyễn Thị Kim Cúc, Nguyễn Thị Hằng Nga, "Nghiên cứu khả xử lý amoni nƣớc thải xám hệ thống xếp lớp đất đa tầng," in Hội nghị khoa học thường niên kỷ niệm 55 năm thành lập Đại học Thủy Lợi, 2014, pp 301-303 [81] Chia-Chun Ho and Pei-Hao Wang, "Efficiency of a Multi-Soil-Layering System on Wastewater Treatment Using Environment-Friendly Filter Materials," Int J Environ Res Public Health," vol 12(3), pp 3362–3380, March 2015 [82] R.S Yost et al, "Nutrient and management support system (NuMass)," Soil science, 2007 [83] R Criegee, H Pilz, H Flygare, Ber dtsch Chem Ges., 1799 [1939] 125 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: Hình ảnh mơ hình thí nghiệm xếp lớp đa tầng hệ thống thử nghiệm pilot MSL6-PL Mơ hình MSL Mơ hình MSL4 Mơ hình MSL5 Mơ hình MSL6 Mơ hình MSL7 Mơ hình MSL6, MSL7 126 Phân phối nƣớc vào mơ hình thí nghiệm Thu nƣớc thải xám Đƣờng ống thu nƣớc thải xám Hệ thống pilot MSL6-PL 127 PHỤ LỤC B Gia công vật liệu đá ong 128 PHỤ LỤC C Bảng C1: Sự thay đổi nồng độ BOD5 qua mơ hình thí nghiệm NTNB Nồng độ BOD5 (mg/L) Ngày Hiệu suất xử lý (%) CBOD5 vào MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 15/4/13 90.10 25.23 18.00 15.67 13.70 12.34 72.00 80.02 82.61 84.79 86.30 20/4/13 72.01 15.93 11.05 9.05 8.77 7.67 77.88 84.66 87.44 87.82 89.35 25/4/13 86.09 17.00 8.78 9.43 7.55 7.35 80.25 89.80 89.05 91.46 91.46 30/4/13 70.53 15.48 8.24 7.08 8.05 6.28 78.06 88.32 89.96 91.10 91.10 5/5/13 66.06 16.65 8.24 7.08 8.30 6.47 74.80 87.53 89.28 90.20 90.20 10/5/13 70.13 17.59 9.16 7.88 8.55 6.67 74.92 86.93 88.76 90.49 90.49 15/5/13 72.16 14.42 9.45 9.07 7.56 5.90 80.02 86.90 87.43 91.83 91.83 20/5/13 102.00 23.72 9.63 9.11 9.05 7.06 76.74 90.56 91.07 93.08 93.08 25/5/13 65.04 17.23 9.40 8.89 9.18 7.16 73.50 85.55 86.33 88.99 88.99 30/5/13 80.06 17.76 9.18 8.35 7.90 7.16 77.81 88.53 89.57 91.06 91.06 4/6/13 68.15 14.01 8.67 6.73 6.36 5.27 79.44 87.28 90.13 92.27 92.27 9/6/13 76.24 14.24 9.86 9.33 7.04 5.49 81.32 87.07 87.77 92.80 92.80 14/6/13 72.00 14.71 10.32 9.77 6.29 4.90 79.56 85.66 86.44 93.19 93.19 19/6/13 70.43 16.06 11.54 9.92 10.09 6.59 77.19 83.61 85.91 85.67 90.64 24/6/13 67.36 14.42 12.12 10.42 10.21 6.93 78.59 82.01 84.53 84.85 89.72 29/6/13 83.10 21.71 15.30 13.16 10.21 8.74 73.87 81.59 84.17 87.72 89.48 4/7/13 84.05 19.82 17.82 15.33 10.32 9.23 76.42 78.80 81.77 87.72 89.02 9/7/13 84.41 19.23 16.48 14.17 9.02 8.56 77.22 80.48 83.21 89.32 89.86 TB 76.66 17.51 11.29 10.02 8.79 7.21 77.20 85.29 86.97 89.69 90.60 9.9 3.3 3.3 2.7 1.8 1.7 2.6 3.5 2.8 2.7 1.7 STDEV 129 Bảng C2: Sự thay đổi nồng độ BOD5 qua mơ hình thí nghiệm NTPL Ngày Nồng độ BOD5 (mg/L) CBOD5 vào MSL3 MSL4 Hiệu suất xử lý (%) MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 15/4/13 45.0 15.70 12.30 10.80 9.40 9.10 65.11 72.67 76.00 79.11 79.78 20/4/13 37.0 8.80 7.30 7.20 6.90 6.10 76.22 80.27 80.54 81.35 83.51 25/4/13 35.0 9.20 8.90 8.60 7.80 7.50 73.71 74.57 75.43 77.71 78.57 30/4/13 41.2 9.10 7.60 7.10 6.80 6.40 77.91 81.55 82.77 83.50 84.47 5/5/13 35.0 9.40 8.20 7.50 7.10 6.60 73.14 76.57 78.57 79.71 81.14 10/5/13 39.0 12.20 9.30 8.10 7.10 6.80 68.72 76.15 79.23 81.79 82.56 15/5/13 38.0 9.30 8.70 8.50 7.90 7.40 75.53 77.11 77.63 79.21 80.53 20/5/13 46.3 9.30 8.50 8.10 7.90 7.20 79.91 81.64 82.51 82.94 84.45 25/5/13 37.1 9.50 8.90 8.60 8.30 7.30 74.39 76.01 76.82 77.63 80.32 30/5/13 37.0 9.50 8.70 8.30 8.10 7.30 74.32 76.49 77.57 78.11 80.27 4/6/13 33.3 8.40 7.50 7.30 7.20 6.90 74.77 77.48 78.08 78.38 79.28 9/6/13 36.0 8.90 7.20 6.50 5.80 5.60 75.28 80.00 81.94 83.89 84.44 14/6/13 39.0 13.00 10.30 9.90 8.50 7.60 66.67 73.59 74.62 78.21 80.51 19/6/13 35.0 15.00 12.20 10.40 8.90 7.50 57.14 65.14 70.29 74.57 78.57 24/6/13 26.0 11.80 10.80 9.50 8.70 7.40 54.62 58.46 63.46 66.54 71.54 29/6/13 37.0 13.00 12.20 10.10 8.80 7.80 64.86 67.03 72.70 76.22 78.92 4/7/13 39.0 11.50 10.90 10.70 8.80 8.10 70.51 72.05 72.56 77.44 79.23 9/7/13 38.0 13.00 12.50 11.50 8.90 8.40 65.79 67.11 69.74 76.58 77.89 TB 37.4 10.9 9.6 8.8 7.9 7.3 70.5 74.1 76.1 78.5 80.3 STDEV 4.4 2.3 1.8 1.5 1.0 0.8 7.0 6.2 5.0 3.9 3.1 130 Bảng C3: Sự thay đổi nồng độ COD qua mơ hình thí nghiệm NTNB Ngày Nồng độ COD (mg/L) Hiệu suất xử lý (%) CCOD vào MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 15/4/13 125.3 69.50 57.40 65.00 36.24 28.98 44.54 48.13 48.13 71.08 76.88 20/4/13 132.5 79.38 55.40 69.20 37.74 30.66 40.09 47.77 47.77 71.52 76.86 25/4/13 158.4 66.60 68.60 56.70 45.76 36.68 57.95 64.20 64.20 71.11 76.84 30/4/13 129.8 61.80 62.28 57.80 50.94 38.22 52.38 55.46 55.46 60.75 70.55 5/5/13 121.6 64.33 61.74 55.00 50.77 38.36 47.08 54.75 54.75 58.23 68.44 10/5/13 129.0 77.20 67.50 68.40 50.60 40.04 40.17 46.99 46.99 60.78 68.97 15/5/13 132.8 84.50 66.78 68.70 51.94 39.90 36.36 48.26 48.26 60.88 69.95 20/5/13 127.2 71.96 67.14 58.50 49.43 38.50 43.41 53.99 53.99 61.13 69.72 25/5/13 119.7 72.94 66.96 59.30 49.60 40.18 39.05 50.45 50.45 58.56 66.43 30/5/13 147.3 78.26 70.80 60.20 51.60 40.46 46.87 59.13 59.13 64.97 72.53 4/6/13 125.4 86.58 67.80 66.60 49.10 37.24 30.96 46.89 46.89 60.85 70.30 9/6/13 140.3 60.97 70.40 46.90 45.93 37.38 56.54 66.57 66.57 67.26 73.35 14/6/13 149.3 63.57 71.80 48.90 47.09 38.50 57.41 67.24 67.24 68.45 74.20 19/6/13 129.6 63.31 74.80 48.70 49.93 40.32 51.15 62.42 62.42 61.47 68.89 24/6/13 124.0 73.58 73.40 56.60 49.60 36.96 40.64 54.34 54.34 59.98 70.18 29/6/13 152.9 76.44 84.94 58.80 46.43 41.50 50.01 61.54 61.54 69.64 72.86 4/7/13 154.7 83.98 87.52 64.60 51.94 45.71 45.70 58.23 58.23 66.42 70.45 9/7/13 155.3 89.57 88.45 68.90 51.10 44.62 42.33 55.64 55.64 67.10 71.27 TB 136.4 73.6 70.2 59.9 48.1 38.6 45.7 52.6 55.7 64.5 71.6 STDEV 13.1 9.0 7.2 9.2 4.5 4.0 7.5 6.8 6.8 4.6 3.1 131 Bảng C4: Sự thay đổi nồng độ COD qua mơ hình thí nghiệm NTPL Ngày Nồng độ COD (mg/L) CCOD vào MSL3 Hiệu suất xử lý (%) MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 15/4/13 48.2 40.57 30.50 28.70 21.70 20.70 15.84 36.72 40.46 54.98 57.05 20/4/13 53.0 38.70 29.10 27.70 22.60 21.90 26.98 45.09 47.74 57.36 58.68 25/4/13 66.0 48.15 36.20 34.30 27.40 26.20 27.05 45.15 48.03 58.48 60.30 30/4/13 68.3 49.34 37.10 34.60 30.50 27.30 27.76 45.68 49.34 55.34 60.03 5/5/13 65.0 47.35 35.60 34.30 30.40 27.40 27.16 45.23 47.23 53.23 57.85 10/5/13 69.0 51.60 38.80 37.50 30.30 28.60 25.21 43.77 45.65 56.09 58.55 15/5/13 71.0 51.74 38.90 37.10 31.10 28.50 27.13 45.21 47.75 56.20 59.86 20/5/13 68.0 51.34 38.60 37.30 29.60 27.50 24.50 43.24 45.15 56.47 59.56 25/5/13 64.0 49.61 37.30 37.20 29.70 28.70 22.49 41.72 41.88 53.59 55.16 30/5/13 74.4 49.88 37.50 35.40 30.90 28.90 32.96 49.60 52.42 58.47 61.16 4/6/13 62.7 48.81 36.70 33.90 29.40 26.60 22.15 41.47 45.93 53.11 57.58 9/6/13 66.8 49.08 36.90 35.20 27.50 26.70 26.53 44.76 47.31 58.83 60.03 14/6/13 75.0 51.34 38.60 35.90 28.20 27.50 31.55 48.53 52.13 62.40 63.33 19/6/13 69.3 51.47 38.70 37.40 29.90 28.80 25.73 44.16 46.03 56.85 58.44 24/6/13 67.0 48.55 36.50 36.70 29.70 26.40 27.54 45.52 45.22 55.67 60.60 29/6/13 69.5 50.94 38.30 36.30 27.80 26.60 26.71 44.89 47.77 60.00 61.73 4/7/13 70.3 51.07 38.40 37.40 31.10 29.30 27.35 45.38 46.80 55.76 58.32 9/7/13 70.6 50.81 38.20 37.80 30.60 28.60 28.03683 45.89 46.46 56.66 59.49 TB 66.6 48.9 36.8 35.3 28.8 27.0 26.3 42.0 46.8 56.6 59.3 STDEV 6.7 3.6 2.7 2.9 2.7 2.3 3.7 2.8 2.9 2.4 1.9 132 Bảng C5: Sự thay đổi nồng độ NH4+-N qua mơ hình thí nghiệm NTNB Ngày Nồng độ NH4+-N (mg/L) CNH4+-N vào MSL3 Hiệu suất xử lý (%) MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 15/4/13 8.80 2.83 2.39 1.29 0.74 0.59 67.84 72.89 85.36 91.61 93.27 20/4/13 10.55 2.75 2.31 1.25 0.66 0.53 73.97 78.09 88.17 93.75 94.99 25/4/13 7.24 2.42 2.09 1.13 0.49 0.39 66.58 71.10 84.39 93.28 94.61 30/4/13 9.24 2.30 2.02 1.09 0.49 0.39 75.16 78.16 88.21 94.73 95.78 5/5/13 7.46 2.09 1.61 0.87 0.38 0.30 71.98 78.36 88.31 94.95 95.95 10/5/13 7.57 2.30 1.54 0.83 0.46 0.37 69.68 79.65 89.01 93.99 95.18 15/5/13 8.13 2.71 1.76 0.95 0.36 0.29 66.71 78.33 88.30 95.56 96.44 20/5/13 14.60 2.17 1.69 0.91 0.41 0.33 85.12 88.44 93.76 97.20 97.76 25/5/13 9.80 2.34 1.76 0.95 0.36 0.29 76.15 82.02 90.29 96.32 97.04 30/5/13 7.82 1.76 1.28 0.69 0.36 0.29 77.45 83.57 91.13 95.38 96.29 4/6/13 8.83 2.26 1.65 0.89 0.33 0.26 74.47 81.30 89.90 96.27 97.00 9/6/13 7.35 3.03 2.06 1.11 0.46 0.37 58.72 72.04 84.90 93.81 95.03 14/6/13 7.57 2.26 2.17 1.17 0.50 0.40 70.22 71.41 84.56 93.37 94.68 19/6/13 6.90 2.75 2.02 1.09 0.60 0.48 60.21 70.77 84.21 91.36 93.07 24/6/13 6.79 3.40 2.64 1.43 0.64 0.52 49.91 61.10 79.00 90.52 92.40 29/6/13 9.58 5.08 3.78 2.04 0.89 0.72 46.92 60.53 78.69 90.66 92.50 4/7/13 8.58 4.72 3.52 1.90 1.18 0.94 45.01 58.91 77.81 86.27 88.98 9/7/13 10.02 3.94 3.19 1.72 1.07 0.86 60.72 68.13 82.79 89.35 91.45 TB 8.71 2.84 2.19 1.18 0.58 0.46 66.49 74.16 86.04 93.24 94.58 STDEV 1.85 0.91 0.69 0.37 0.25 0.20 11.02 8.27 4.46 2.81 2.26 133 Bảng C6: Sự thay đổi nồng độ NH4+-N qua mơ hình thí nghiệm NTPL Nồng độ NH4+-N (mg/L) Ngày Hiệu suất xử lý (%) CNH4+-N vào MSL MSL MSL MSL MSL7 MSL MSL MSL MSL MSL7 15/4/13 3.59 0.69 0.65 0.57 0.47 0.44 80.78 81.90 84.13 86.91 87.70 20/4/13 3.91 0.67 0.63 0.49 0.42 0.39 82.86 83.88 87.47 89.26 89.90 25/4/13 2.95 0.59 0.57 0.43 0.31 0.29 80.03 80.71 85.45 89.51 90.14 30/4/13 3.77 0.56 0.55 0.42 0.31 0.29 85.16 85.42 88.87 91.78 92.28 5/5/13 3.05 0.51 0.44 0.37 0.24 0.23 83.25 85.55 87.85 92.12 92.59 10/5/13 3.09 0.56 0.42 0.32 0.29 0.27 81.88 86.41 89.65 90.62 91.18 15/5/13 3.32 0.66 0.48 0.42 0.23 0.22 80.11 85.53 87.34 93.07 93.48 20/5/13 5.43 0.53 0.46 0.38 0.26 0.24 90.24 91.53 93.00 95.21 95.50 25/5/13 4.00 0.57 0.48 0.35 0.23 0.22 85.75 88.00 91.25 94.25 94.60 30/5/13 3.19 0.43 0.35 0.28 0.23 0.22 86.52 89.03 91.23 92.79 93.22 4/6/13 3.60 0.55 0.45 0.29 0.21 0.20 84.74 87.52 91.95 94.17 94.52 9/6/13 3.00 0.74 0.56 0.35 0.29 0.27 75.33 81.33 88.33 90.33 90.91 14/6/13 3.09 0.55 0.59 0.38 0.32 0.30 82.21 80.91 87.71 89.65 90.27 19/6/13 2.82 0.67 0.55 0.47 0.38 0.36 76.23 80.48 83.32 86.52 87.33 24/6/13 2.77 0.83 0.72 0.46 0.41 0.39 70.07 74.03 83.41 85.21 86.10 29/6/13 3.91 1.24 1.03 0.87 0.57 0.54 68.28 73.65 77.74 85.42 86.29 4/7/13 3.50 1.15 0.96 0.70 0.75 0.71 67.14 72.57 80.00 78.57 79.86 9/7/13 3.65 0.96 0.87 0.76 0.68 0.64 73.70 76.16 79.18 81.37 82.49 TB 3.48 0.69 0.60 0.46 0.37 0.34 79.68 82.48 86.55 89.26 89.91 STDEV 0.62 0.22 0.19 0.16 0.16 0.15 6.56 5.55 4.47 4.54 4.26 134 PHỤ LỤC D: Tính hàm lƣợng cặn hấp phụ lớp hạt tuổi thọ hệ thống MSL6-PL  Theo kết nghiên cứu đƣợc chấp nhận thực tế Trịnh Xuân Lai [77] có: - Hệ số sinh cặn vi khuẩn dị dƣỡng khử BOD yH = 0,64 kg cặn/kg BOD - Hệ số sinh cặn vi khuẩn tự dƣỡng yA = 0,24 kg cặn/kg NH4+-N đƣợc oxi hoá  Chất lƣợng nƣớc đầu vào: BOD = 60 mg/L; NH4+-N = 10 mg/L lƣợng cặn sinh là: 60.0,64 + 10.0,24 = 0,58 (𝑘𝑔 𝑐ặ𝑛 𝑣𝑖 𝑠𝑖𝑛𝑕/𝑘𝑔 𝑐𝑕ấ𝑡 𝑛ề𝑛) 60 + 10  Hằng số phân huỷ cặn hô hấp nội bào [55]: - Đối với vi sinh dị dƣỡng heterotrophic γh = 0,2 /ngày; - Đối với vi sinh tự dƣỡng autohophic γa = 0,1 /ngày ysinh 𝑐ă𝑛 =  Hằng số tổng: γ𝑡ổ𝑛𝑔 = 60.0,2+10.0,1 60+10 = 0,185 /𝑛𝑔à𝑦  Hệ số sinh cặn cuối theo thời gian thời gian lƣu cặn θx 𝑦sinh 𝑐ă𝑛 𝑦𝑐ă𝑛 = + γ𝑡 ổ𝑛𝑔 θ𝑥  Gọi cặn sinh ngày đầu NH4+-N g = 0,01 kg NH4+-N, BOD = kgBOD/m3  Với tải trọng thuỷ lực 2.000 lít/m2.ngày, thời gian tính cho θx ngày thì: - Lƣợng cặn sinh BOD ngày là: 2m3.0,06 kgBOD/m3 = kg/ngày - Lƣợng cặn sinh NH4+-N ngày là: 2m3.0,01 kg/ngày = kg/ngày - Tổng lƣợng cặn sinh chất NH4+-N là: G = 0,12+0,02 = kg/ngày  Lƣợng cặn sinh ra: 𝑦 𝑎 = ysinh 𝑐ă𝑛 𝐺 = sinh 𝑐ă𝑛 G 1+ γ𝑡ổ𝑛𝑔 θ𝑥 - Trong ngày θx =1 ngày: 𝑎 = ysinh 𝑐ă𝑛 𝐺 = - 0,14 = 0,16 kg/ngày Sau 30 ngày θx = 30 ngày: 𝑎 = ysinh 𝑐ă𝑛 𝐺 = - 0,58 1+ 0,185.1 0,58 1+ 0,185.30 0,14 = 0,012 kg/ngày Tổng cặn phát sinh sau 30 ngày: 𝐴 = ysinh 𝑐ă𝑛 𝐺 = 0,58 1+ 0,185.1 + 0,58 1+ 0,185.2 + ⋯+ 0,58 1+ 0,185.30 0,14 kg/ngày 𝐴 = ysinh 𝑐ă𝑛 𝐺 = 0,489 + 0,42 + ⋯ + 0,012 0,14 = kg/ngày 135 0,06 0,12 0,02 0,14 A = 1,36 kg cặn, cặn nƣớc thải có tỷ trọng 1,1 sau tháng cặn chiếm thể tích lỗ rỗng là: 1,36 𝑘𝑔 = 1,23 𝑙í𝑡 1,1 Theo kết cấu xếp lớp (6 lớp đá ong, lớp dày 5cm) nên chiếm 51,7% thể tích, cịn lại 48,3% thể tích hạt Độ rỗng lớp hạt d = 1-3mm 40% Nhƣ vậy, 1m3 hạt tích rỗng là: Vrỗng = 40%.1m3 = 400 lít Bể lọc cao 0,6m nên thể tích lỗ rỗng là: 0,6.400 = 240 lít  Độ rỗng cịn lại cần 1m3 cần 100 lít nên 0,6m3 cần 60 lít Với tải trọng thuỷ lực 2.000 lít/m2.ngày độ rỗng lại đủ để chứa cặn khoảng thời gian là: 240 − 60 T= = 146 𝑡𝑕á𝑛𝑔 = 12,1 𝑛ă𝑚 1,23 136 PHỤ LỤC E: - Với đơn vị đá ong có kích thƣớc 30x15x5 cm; hệ thống có kích thƣớc LxBxH = 0,95x0,5x0,68 đƣợc bố trí bên lớp đá ong; khoảng cách lớp đá ong nhƣ mô tả mục 2.3.2.2 thể tích đá ong tự nhiên có hệ thống MSL6-PL là: Vđá ong = nxhx(B-0,05)x(L-0,05) ( m3 ) Trong đó: n số lớp đá ong có hệ thống (lớp) h chiều dày lớp đá ong (m) B chiều rộng hệ thống MSL6-PL (m) L chiều dài hệ thống MSL6-PL (m) Thay số có: Vđá ong = nxhx(B-0,05)x(L-0,05) =6x0,05x(0,5-0,05)x(0,95-0,05) = 0,12 (m ) - Trong đá ong thành phần khống vật có chứa nhóm –O-H-O-H-O Boehmite chiếm 14-16% đá ong khu vực Thạch Thất – Hà Nội (Bảng 2.4) Chọn tỷ lệ 15% tỷ lệ tính tốn Thể tích khống vật Boehmite là: Vboehmite = 15%* Vđá ong = 15%*0,12 = 0,018 (m ) - Với trọng lƣợng riêng đá ong lấy trọng lƣợng riêng đá đặc nguyên khai 2,75 tấn/m3 Khối lƣợng Boehmite hệ thống là: Mboehmite = 2,75*0,018 = 0,05 (tấn) = 0,05*1000 = 50 (kg) - Với tải trọng thủy lực m3/m2.ngày lƣu lƣợng nƣớc phân phối vào hệ thống MSL6-PL là: Q = 2*(0,95*0,5) = 2*0,475 = 0,95 (m3/ngày) - Với nồng độ amoni đầu trung bình 8,71 mg/L, nồng độ amoni đầu yêu cầu theo QCVN 14:2008/BTNMT kể tính cho cột A mg/L hàm lƣợng amoni cần giảm là: Mamoni = 8,71 – = 2,71 (mg/L) - Số lƣợng amoni cần loại bỏ ngày là: Mamoningày = 2,71*0,95*1000/1.000.000 = 0,00257 (kg/ngày) 137 - Khối lƣợng amoni cần loại bỏ năm là: Mamoninăm = 0,00257*365 = 0,94 (kg/năm) - Tính số lƣợng oxi cung cấp cho phản ứng (2-18): NH4+ + 1,86O2 + 1,98HCO3- → 0,020 C5H7NO2 + 0,98 NO3- + 1,88H2CO3 + 1,04H2O (2-18) - Theo phản ứng gam nitơ chất cho electron NH4+ cần 2x32/14 = 4,57 gam oxi để nhận electron giải phóng tƣơng ứng hay để loại bỏ kg nitơ NH4+ cần 4,57 kg oxi để nhận electron Giả sử toàn số oxi lấy từ liên kết –O-H-O-H-O Boehmite thithì số năm hệ thống MSL6-PL trì việc cung cấp oxi là: T = 50/4,57 = 10,9 (năm) 138