Nghiên cứu xử lý nước thải chứa kim loại nặng cr ni bằng mùn cưa kết hợp với hệ thống đất ngập nước nhân tạo

LỜICAMĐOAN Têntôilà:ChửThịThùy Linh Mã số học viên: 138440301020Lớp:21KHMT21 Chuyênngành:Khoa họcMôitrường Mãsố:60520320 Khóahọc:21đợt2 Tơixi nc a m đoan q u yể n l uậ nvă n đ ợ c c h ín ht t h ự c hi ệ n dư is ự h n g dẫnc ủ a T S B ù i T h ị K i m A n h v P G S T S B ù i Q u ố c L ậ p v i đ ề t i n g h i ê n c ứ u luận văn“Nghiên cứu xử lý nước thải chứa kim loại nặng (Cr, Ni) mùncưakếthợpvớihệthốngđấtngậpnướcnhântạo” Đây đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với đề tài luận văn nàotrước đây, khơng có chép luận văn Nội dung luậnvăn thể theo quy định, nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu sửdụngtrongluậnvănđềuđượctríchdẫnnguồn Nếu xảy vấn đề với nơi dung luận văn này, tơi xin chịu hồn tồn tráchnhiệmtheoquyđịnh./ NGƯỜIVIẾTCAM ĐOAN LỜICẢMƠN Lờiđ ầ u t i ê n c ủ a l u ậ n v ă n n y t ô i x i n c h â n t h n h c ả m n T S B ù i T h ị K i m Anh,phịngThủysinhhọcMơitrường,ViệnCơngnghệMơitrườngvàPGS.TS Bùi Quốc Lập,bộmơnKhoahọcMơitrường,trườngĐạihọcThủyLợi Thầy Cơ tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thựchiệnluận văn Tơicũngxinchân thànhcảm ơncácanhchịphịngThủy sinhhọcM ô i trường, Viện Công nghệ Môi trường, nhiệt tình bảo tạo điềukiệncho tơi suốt qtrìnhlàmluậnvăn Dùđãcónhiềucốgắng,songdonănglựccịnhạnchế nêntrong luậnvănnà ycủatơichắcchắnkhơngthểtránhkhỏithiếusót.Tơimongnhậnđượcýkiến đóng góp Thầy Cơ bạn để luận văn hồn chỉnhhơn Tôixinchânthànhcảmơn! HàNội,ngày01tháng06năm2015 Họcviêncaohọc ChửThị Thùy Linh MỤCLỤC MỞĐẦU DANHMỤCHÌNH DANHMỤCBẢNG CHƯƠNG 1:TỔNGQUANCÁCVẤNĐỀNGHIÊNCỨU 1.1 Tổngquanvềkimloạinặng 1.1.1 Nguồngốcphátsinhkimloạinặngvàảnhhưởngcủanóđốivớimơi trường 1.1.2 Cácphươngphápxử lýônhiễmkimloạinặng 11 1.2 Kháiquátvềsử dụngmùncưatrongxửlýnướcthảichứakimloạinặng 17 1.2.1 Quátrìnhthủyphânmùncưa 18 1.2.2 Tình hìnhsửdụng cáchợp chấthữu cơkhácnhauđể làmnguồnCacbonvàchấtkhửtrongxửlýnướcthảichứaKLNvàgiàusunfat 20 1.2.3 Sửdụngmùncưanhưchấthấpphụsinhhọcđểxử lýnước 21 1.3 Tìnhhìnhnghiêncứuởnướcngồi 22 1.3.1 Sửdụngmùncưađểxử lýKLN 22 1.3.2 Sửdụngcôngnghệđấtngậpnướcnhântạo(Constructedwetland) .24 1.4 TìnhhìnhnghiêncứuởViệtNam 25 1.4.1 SửdụngmùncưađểxửlýKLN .25 1.4.2 Tìnhhìnhsử dụngcơngnghệđấtngậpnướcnhântạođểxử lýKLN2 CHƯƠNG2:VẬT LIỆUVÀPHƯƠNG PHÁPNGHIÊNCỨU 28 2.1 Vậtliệunghiêncứu 28 2.1.1 Mùncưa 28 2.1.2 Thựcvậtthủysinh: CâySậy 28 2.1.3 Đá,cát,sỏi .29 2.2 Địađiểmnghiêncứu 29 2.3 Phươngphápnghiêncứu 29 2.3.1 Phươngphápđiềutra,khảosát 29 2.3.2 Nghiêncứukếthừacáctàiliệuliênquan .30 2.3.3 Phươngphápphântíchđánhgiátrongphịngthínghiệm .30 2.3.4 Sử dụng phương pháp bố trí thí nghiệm logic để đánh giá ảnh hưởngcủacácyếutốliênquanđếnhiệuquảxử lýkimloạinặng 31 2.3.5 Thiết kế hệ modul xử lý xác định thơng số cơng nghệ quytrình 33 CHƯƠNG 3:KẾT QUẢVÀTHẢOLUẬN .40 3.1 Hàm lượng KLN nước thải làng nghề kim khí Phùng Xá, ThạchThất,HàNội 40 3.2 KếtquảnghiêncứuquátrìnhthủyphâncủamùncưatrongPTN .41 3.2.1 SựbiếnđộngcủaCODtrongmôitrường 38 3.2.2Hàm lượng rượuetylic,methanol, axeticaxittheothời gianthínghiệm39 3.3 KhảnăngxửlýơnhiễmCr,NitrongnướccủamùncưaởquymơPTN .40 3.3.1 Thí nghiệm so sánh hiệu xử lý đá vôi, mùn cưa hỗn hợp đávôi mùncưa 40 3.3.2 Đánh giá khả xử lý hỗn hợp Cr, Ni đá vơi mùn cưa theo thờigianthínghiệm 45 3.3.3 Xác địnhliềulượng mùncưatronghệxửlý .50 3.4 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chứa Cr, Ni mùn cưa phối hợp vớithựcvậtthủysinhởquimôpilot .53 3.4.1 Nhu cầuoxihóahọc(COD–ChemicalOxygenDemand) 53 3.4.2 HiệuquảloạibỏSO 42 55 3.4.3 HiệuquảloạibỏCr6+ 57 3.4.4 HiệuquảxửlýCr3+ 59 3.4.5 HiệuquảloạibỏNi2+ 61 KẾTLUẬN 63 TÀILIỆUTHAM KHẢO .69 DANHMỤCHÌNH Hình1.1: Sơđồdâychuyềncơng nghệmạđiện Hình1.2:Thànhphầncủagỗ 17 Hình1.3:Cơngthứchóahọccủaxelulơ 18 Hình1.4:Tácdụngcủatừngenzymtrongxenlulơ 18 Hình1.5:Qtrìnhthủyphânxenlulơ 19 Hình1.6NướcthảiADMtrướcxửlý(năm1995)vàsauxử lý 24 Hình2.1:Câysậy(Phragmitesaustralis) 28 Hình2.2:Hìnhảnhngunliệuđầuvào 31 Hình2.3:Sơđồhệthốngkếthợpđávơivàmùncưa 34 Hình3.1:Hìnhảnhmùncưatrướcvàsau2thángthủyphân 38 Hình 3.2:Đồ thị thể biến động COD q trình phân hủy xenlulơ trongcácthínghiệm 39 Hình 3.4: Hiệu suất xử lý Cr3+ở nồng độ 20 mg/l (CT1) 35 mg/l (CT2) theo thờigianthínghiệm 42 Hình 3.5: Hiệu suấtxử lý Ni2+ở nồng độ 20mg/l (CT1) 35mg/l (CT2) theo thờigianthínghiệm 43 Hình 3.6: Hiệu suất xử lý Cr6+,Cr3+, Ni theo nồng độ thời gian thí nghiệm từ 0.5đến8h 48 Hình 3.7: Hiệu suất xử lý Cr6+,Cr3+, Ni theo nồng độ thời gian thí nghiệm từ 10hđến72h 49 Hình3.8:HiệusuấtxửlýCr6+,Cr3+,Ni2+theoliềulượngmùncưa 51 Hình3.9:HàmlượngCODbiếnđộngtheothờigiantạicácchặngcủabểxử lý 53 Hình3.10:Hàmlượngsunfatbiếnđộngtheothờigiancủahệthốngxử lý 55 Hình3.11:HàmlượngCr6+biếnđộngt h e o thờigiantạicácchặngcủabểxử lý 58 Hình3.12:HàmlượngcủaCr3+b i ế n độngt h e o thờigiantạicácchặng 60 Hình3.13:HàmlượngcủaNi2+biếnđộngt h e o thờigiantạicácchặng 62 DANHMỤCBẢNG Bảng1.1Khử kimloạinặngtrongbểvớibùnhoạttính 13 Bảng3.1KếtquảkhảosátnướcthảilàngnghềPhùngXá 36 Bảng3.2Kếtquảphântíchsảnphẩmcảaqtrìnhtraođổichất 40 Bảng3.3HiệuquảloạibỏhỗnhợpCr,Nitheothờigianthínghiệm 45 Bảng 3.4 Khả loại bỏ Cr, Ni hỗn hợp đá vôi mùn cưa theo liều lượngmùncưa 51 MỞĐẦU Tínhcấpthiếtcủa đềtài Ô nhiễm kim loại nặng (KLN) đất nước vấn đề trầm trọngđối với nhiều nước giới Việt Nam Điều thu hútsự quan tâm đặc biệt nhà khoa học loại ô nhiễm phức tạp, ngàycàng phổ biến tiềm ẩn nhiều nguy sống sinh vật nói chung vàcủaconng ườ in ói ri ê n g Tạ iV iệ t N a m, n ướ c t i c mộ t số ngànhc ông n gh i ệ p nhưmạđiện,luyệnkim,sơn,khaithácchếbiếncrôm,thuộcda,khaithácmỏ…chứa nhiều kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường Đặc biệt, nước thải sốlàng nghề kim khí chứa hàm lượng KLN, sulfat, nitrat, amoni…rất cao Cả nướccó khoảng 1450 làng nghề 100% làng nghề điều tra gây ô nhiễmmôi trường Các làng nghề sử dụng lượng lớn hoá chất thải môi trường khốilượng nước thải khôngn h ỏ có độ độc hại cao, chứa nhiều kim loạinặng như: F e , Cr, Ni, Zn, CN Cụ thể, ngày làng nghề kim khí Phùng Xá, Thạch Thất, HàNội ước tính thải khoảng 5000m 3nước thải loại Các loại nước thải cóhàmlượngCr,Ni,Pb,Cd,COD,sulfat,nitrate,amonivượtTCCP nhiềulần[6] Hiệnc ó n h i ề u p h n g p h p đ ợ c p d ụ n g đ ể x l ý n c t h ả i n h i ễ m KL N nhưhóahọc,hóalývàsinhhọc.MặcdùxửlýnướcthảinhiễmKLNbằngcácphương pháp hóa học vàhóa lý (kết tủa hóa học, oxy hóa-khử, trao đổi ion, keo tụtạo cặn, hấp phụ, xử lý điện hóa, sử dụng màng,…) đạt tiêu chuẩn mơi trườngcho phép phương pháp có chi phí xử lý cao sử dụng hóa chất,vậtliệuđắttiền,đồngthờitạoralượngcặnlớntừkếttủakimloạivàhóachấttồnd ưgânhiễmthứcấpchomơitrường.Trongnướcthảicủacáccơsởtrênngồihàm lượng KLN cao cịn có hợp chất hữu cơ, ion sulfat, nitrate, amoni,…lẫntrongnướcvàphươngpháphóalýkhóloạibỏtạp chấtnày.Cácphươngpháphốhọc phù hợp để xử lý kim loại nguồn nước thải cơng nghiệp hiệu quảcủa phương pháp đạt cao nước có nồng độ cao kim loại cần xử lý Tuynhiên, thực tế tồn sử dụng phương pháp Đó là,dothànhphầnơnhiễmcủacácdịngthảirấtphứctạp,tồntạinhiềuyếutốcảntrở, nên hiệu xử lý không triệt để Do vậy, thực tế, sau xử lý biệnpháphóahọclạiphảicầnđếncácbiệnphápxửlýbổsungnhằmloạibỏnốtlượngkim loại cịn dư lại nước sau xử lý Do nồng độ dư kim loại trongnước nhỏ nên việc loại bỏ nốt vơ khó khăn Các phương pháp hóa họckhơngcịntácdụngtrongkhicácbiệnphápsinhhọccóthểmanglạihiệuquả Sử dụng phương pháp sinh học (sử dụng thực vật thủy sinh, vật liệu hấp phụsinh học vi sinh vật đặc hiệu) để xử lý ô nhiễm KLN có nhiều ưu điểm dễứng dụng, chi phí thấp thân thiện với mơi trường Phương pháp đượcnhiều nước quan tâm nghiên cứu ứng dụng xử lý nước thải ô nhiễm KLNnhư Nhật Bản, Đức, Thái Lan, Trung Quốc, Trong nghiên cứu này, mùn cưa từcác trình chế biến gỗ sử dụng với hai mục đích hấp phụ chuyểnhóasinhhọcKLNtrongnướcthải Chính vậy, em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải chứa kimloại nặng (Cr, Ni) mùn cưa kết hợp với hệ thống đất ngập nước nhân tạo”đểnghiêncứutrongluậnvănthạcsỹcủamình,đâylàmộtđốitượngnghiêncứurấtmới Việt Nam giới Có thể kết hợp mùn cưa với hệ thống đất ngậpnướcnhântạođểlàmtănghiệuquảxửlýkimloạinặngcótrongnướcthải Mụcđíchcủađềtài - ĐánhgiáhiệntrạngơnhiễmCr,Ni, trongnướcthảicủalàngnghềcơkimkhí PhùngXá,ThạchThất,HàNội - Nghiên cứu quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chứa Cr, Ni mùn cưa phốihợpvớithựcvậtthủysinh Cáctiếpcậnvàphươngphápnghiêncứu - Phươngphápđiềutrakhảosát:Thựchiệnviệcđiềutra,khảosátnguồnthảigânhiễ mCr,Ni, củalàngnghềcơkimkhíPhùngXá,ThạchThất,HàNội - Phươngpháptổnghợpvàkếthừa:Nghiêncứukếthừacáctàiliệuliênquanđếnmùncưav àthựcvậtdùngđểxửlýơnhiễmKLN - Phươngp h p p h â n t í c h v đ n h g i s ố l i ệ u : Đ n h g i h m l ợ n g K L N b ằ ng phươngphápquangphổhấpthụnguyêntửvàđoquang.Phântíchđánhgiámột sốc c c h ỉ t i ê u C O D , H 2S,m ộ t s ố c h ấ t h ữ u c h ò a t a n t r o n g n c t h e o c c phươngphápphântíchthơngdụnghiệnhành - Phương pháp thực nghiệm khoa học: Sử dụng phương pháp bố trí thí nghiệmlogic để đánh giá ảnh hưởng cácy ế u t ố l i ê n q u a n đ ế n h i ệ u q u ả x l ý k i m loại nặng Các phương pháp xác định số thông số công nghệ quy trình(tốcđộdịngchảy,thờigianlưu,hiệusuấtxửlý,cácthơngsốthiếtkếbểxửlý ) - Phươngpháplấkiếnchungia:xinýkiếnđónggóptừcácthầycơ,những ngườicóliênquanvàhiểubiếtvềlĩnhvựcnghiêncứu Kếtquảdựkiếnđạtđược - Đánhgiávềhiệntrạ ng ơnhiễmCr,Ni nướcthảitạ i làngnghề cơkim khíPhùngXá,ThạchThất,HàNội - Báocáophântíchkếtquảnghiêncứuvềqtrìnhthủyphâncủamùncưatrong phịngthínghiệmquatừngnguồnvisinhvậtsửdụng - ĐánhgiáhàmlượngCr,Nivàmùncưabanđầulênhiệuquảxửlýơnhiễmở quymơphịngthínghiệm - XâydựngđượcquytrìnhcơngnghệxửlýnướcthảichứaCr,Nibằngmùncưa phốihợpvớithựcvậtthủysinh.Đánhgiáhiệuquảxử lýKLNcủaquytrình CHƯƠNG1:TỔNGQUANCÁCVẤNĐỀNGHIÊNCỨU 1.1 Tổngquanvề kimloạinặng 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh kim loại nặng ảnh hưởng mơitrường a Nguồngốcphátsinhkimloạinặng Kim loại nặng môi trường tạo từ hai nguồn chủ yếu nguồn tựnhiên (các hoạt động núi lửa, lắng đọng từ khí quyển, phong hóa đá mẹvà khống vật,…) nguồn nhân tạo (hoạt động nơng nghiệp, cơng nghiệp, khaikhống, giao thơng…) Con người nguyên nhân chủ yếu làm tăng hàm lượng kimloại nặngtrongm ô i t r n g d o q u t r ì n h p h t t h ả i n c t h ả i đ ộ c h i k h ô n g x l ý xử lý không đạtyêucầu.Một sốnơi ôn h i ễ m KLN thường gặp l u vựcnướcgầncáckhucơngnghiệp,làngnghềvàkhuvựckhaitháckhốngsản  Khucơngnghiệp: Các q trình sản xuất cơng nghiệp, q trình khai khống, q trình tinh chếquặng,kim loạ i, s ả n xuấ tkim loạithà nh p hẩ m làc ác n g u n c hínhgâ y ơn hiễ m kimloạinặngtrongmơitrườngnước.Thêmvàođó,cáchợpchấtcủakimloạinặngđược sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác thuộc da, cao su, dệt,giấy,luyệnkim,mạđiện, cũnglànguồnđángkểgânhiễmkimloạinặng  NguồnphátsinhCrơm: Crơm nói chung biết đến sản phẩm mạ crôm Hầu hết, quặngcrôm sản xuất sử dụng sản xuất thép không rỉ Tuy nhiên, crôm kim loạilà chất không độc hại, hợp chất crôm dạng ion Cr 3+, Cr6+mới cóđộc tính Trong mơi trường nước, crôm chủ yếu xuất dạng Cr3+, Cr6+.Trong đó, Cr6+xuất nước thải dạng hợp chất CrO42-(pH >7) vàCr2O72-(pH7) Cách ợ p nước chất crôm thêm làm đ ể n g ă n chặnsựănmịn.Chúngđượcsửdụngtrongcácqtrìnhsảnxuấtnhư: - Tạomàu,nhuộm - Điệncựcnhơmvàcácqtrìnhmạkimloạivàmạđiệnkhác - Trongcácngànhcơngnghiệphóachất vào lạnh