Nghiên cứu giải pháp xử lý amoni trong nước ngầm tại cơ sở ba la nhà máy nước sạch hà đông

LỜI CAM ĐOAN Tên tác giả: Hoàng Văn Duy Học viên cao học: 26CTN21 Người hướng dẫn: PGS.TS Đoàn Thu Hà Tên đề tài Luận văn: “Nghiên cứu giải pháp xử lý amoni nước ngầm sở Ba La nhà máy nước Hà Đơng” Để hồn thành Luận văn này, tác giả xin cam đoan đề tài Luận văn làm dựa số liệu, tư liệu thu thập từ nguồn thực tế.…để tính tốn kết quả, từ đánh giá đưa nhận xét Các số liệu, kết Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 20… Tác giả Hoàng Văn Duy LỜI CẢM ƠN Sau trình học tập, nghiên cứu ủng hộ động viên gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, với nỗ lực phấn đấu thân, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành Cơ sở kỹ thuật hạ tầng với đề tài:“Nghiên cứu giải pháp xử lý amoni nước ngầm sở Ba La nhà máy nước Hà Đơng” Trong q trình làm luận văn, tác giả có hội học hỏi tích lũy thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu phục vụ cho cơng việc Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, thầy giáo, cô giáo Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, môn truyền đạt kiến thức chuyên mơn suốt q trình học tập Tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Đoàn Thu Hà, người trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho tác giả hồn thành Luận văn Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ khích lệ tác giả suốt trình học tập hồn thành Luận văn Do hạn chế trình độ thời gian tài liệu thu thập, luận văn chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận thơng cảm, góp ý chân tình thầy đồng nghiệp quan tâm tới vấn đề Xin chân thành cảm ơn! HàNội,ngày tháng Tác giả Hoàng Văn Duy năm20… MỤC LỤC DANH MỤCHÌNHVẼ v DANH MỤCBIỂUĐỒ .vii CÁC CHỮVIẾTTẮT viii PHẦNMỞĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ AMONI TRONGNƯỚCNGẦM 1.1 Tổng quan trạng sử dụng nước ngầm ô nhiễm amoni vùngHàĐông .5 1.1.1 Hiện trạng cấp nước thành phốHàNội 1.1.2 Hiện trạng cấp nước vùngHàĐông 1.1.3 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên vùngHàĐơng 10 1.2 Đặc trưng chất lượng nước ngầm khu vựcHàNội 13 1.3 Đặc trưng nước ngầm vùngHàĐông 17 1.4 Nguồn gốc amoni trongnướcngầm .19 1.5 Tác hại amoni nướcsinhhoạt 20 1.6 Tình hình nghiên cứu Việt Nam vàQuốc tế 21 1.6.1 Tình hình nghiên cứu ởViệtNam .21 1.6.2 Tình hình nghiên cứu trênthếgiới 26 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ AMONITRONG NƯỚC NGẦM TẠIHÀĐÔNG 29 2.1 Các phương pháp xửlýamoni .29 2.1.1 Xử lý chấtoxyhóa .29 2.1.2 Xử lý amoni kiềm hóa vàlàmthống 30 2.1.3 Phương pháp traođổiion 31 2.1.4 Xử lý amoni bằngthựcvật 32 2.1.5 Quá trình ANAMOX (AnaerobicAmoniumOxidation) .32 2.1.6 Quá trình SHARON (Single reactor High activity Amonium RemovalOverNitrite) 33 2.1.7 Xử lý amoni phương pháp sinh họctruyềnthống 34 2.2 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu màngvisinh 41 2.2.1 Phạm vinghiêncứu .41 2.2.2 Đối tượngnghiêncứu 41 2.2.3 Màngvisinh .41 2.3 Vật liệu mangdiđộng 47 2.4 Các loại bể sinh học sử dụng kỹ thuật màngvisinh .47 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC NGẦMTẠI CƠ SỞ BA LA NHÀ MÁY NƯỚC SẠCHHÀĐÔNG 52 3.1 Phương phápnghiêncứu 52 3.2 Kết vàthảo luận 65 3.2.1 Xác định thời gian hoạt hóa hệ visinhvật 65 3.2.2 Hiệu xửlý Amoni 67 3.2.3 Hiệu xử lý SắtvàMangan 72 3.2.4 Ảnh hưởng yếutốkhác 74 KẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆUTHAM KHẢO 79 PHỤLỤC 85 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mặt cắt địa chất thủy văn khu vực HàNội[4] .11 Hình 1.2: Bản đồ phân bố amoni thành phố HàNội[3] 16 Hình 1.3: Sơ đồ thí nghiệm ảnhbểNBF 23 Hình 1.4: Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ xử lý nước ô nhiễm amoni tác giả Lều ThọBách thựchiện[7] 24 Hình 1.5: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm ô nhiễm amoni tác giảNguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà thực hiện[8][9] 25 Hình 1.6: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý amoni sử dụng giá thể dạng sợi Acrylic[10] 26 Hình 1.7: Mơ hình bể sinh học màng vi sinh chuyển động sử dụng nghiên cứucủa J.D Rouse,2005[29] .26 Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống MBBR phịng thí nghiệm sử dụng nghiêncứu Zafarzadeh,2010[28] .27 Hình 2.1: Tương quan clo dư lượng clo cho vào nước để xửlýamoni 30 Hình 2.2: Tương quan ion amoni khí amoniac giá trị pH nhiệt độ[37] 31 Hình 2.3: Sự phụ thuộc hiệu xử lý amoniac vàotỷlệ nước - khơng khí cácnhiệt độ nướckhácnhau 31 Hình 2.4: Chu trình hình thành bong tróc màng sinh học[11][14] 42 Hình 2.5: Quần thể vi sinh dính bám vật liệumang[15] 43 Hình 2.6: Sơ đồ chế hoạt động màng sinh học giá thểchuyểnđộng 44 Hình 2.7: Các sơ đồ nguyên lý xửlýamoni 46 Hình 2.8: Mơ tả q trình xử lý củabểMBBR .50 Hình 3.1: Nhà máy nước Hà Đông sở II (797 Quang Trung, Phú La,HàĐơng) 52 Hình 3.2: Sơ đồ bố tríhệthống .53 Hình 3.3: Hệ thống xử lý sinh học hiếu khí sử dụnggiáthể 54 Hình 3.4: Mặt trước đểhệthống 55 Hình 3.5: Tồn cảnhhệthống .56 Hình 3.6: Hệ thống bơmvàvan 57 Hình 3.7: Các phụ kiệngiámsát 58 Hình 3.8: Các vị trílấymẫu 59 Hình 3.9: Các thiết bị đo phân tích dùng trongnghiêncứu 60 Hình 3.10: Quy trìnhphântích .61 Hình 3.11: Q trình nitrat hóa phảnnitrat hóa 65 Hình 3.12: Các lớp vi sinh vật bám dính lên bề mặt giá thể sau gần02tháng 66 Hình 3.13: Đường cong sinh trưởng quân thể visinhvật .66 Hình 3.14: Diễn biến thay đổi hiệu suất xửlýAmoni 67 Hình 3.15: Diễn biến trình xử lý (chi tiết phụlục3) .68 Hình 3.16: Diễn biến pH DO trình xửlýAmoni .70 Hình 3.17: So sánh hiệu xử lý Amoni thay đổilưulượng 71 Hình 3.18: Diễn biến nồng độ Sắt trình xửlýAmoni .73 Hình 3.19: Diễn biến nồng độ Mangan trình xửlýAmoni .73 Hình 3.20: Mối quan hệ DO vsnhiệtđộ 74 Hình 3.21: Một đoạn tháp trước sau gỡ bỏ phim đencảnnắng 75 Hình 3.22: Phản ứng quang hợp tổng hợp sinh khối củarêu,tảo 76 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Bảng 1.1: Hiện trạng công suất khai thác nước mặt nước ngầm tính tới năm 2014[1] Bảng 1.2: Chất lượng nước trước sau xử lý NMN ngầm công ty nướcsạch Hà Nội quảnlý [3] Bảng 1.3: Tổng hợp amoni nước ngầm Hà Nội theo năm từ 2010-2014 nhàmáy[3] 14 Bảng 1.4: Chất lượng nước thô từ giếng NMN Hà Đông sở 2(BaLa) 17 Bảng 1.5: Chất lượng nước trước sau xử lý NMN ngầm công ty nướcsạch Hà Đông quảnlý [3] 19 Bảng 3.1: Các tiêu chất lượng nước vàphươngpháp 60 Bảng 3.2: Quy trình phương phápphântích .61 Bảng 3.3: Bảng thông số chuấnlượng nước 62 Bảng 3.4: Các thông sốgiáthể .63 Bảng 3.5: Chất lượng nước sau hệ thống xử lý NMN Hà Đông sở II (Đơnnguyên01) 64 Bảng 3.6: Kế hoạch thử nghiệmhệthống .68 Bảng 3.7: Hiệu xử lý toàn giai đoạnnghiêncứu 69 CÁC CHỮ VIẾT TẮT NMN Nhà máy nước QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam BYT Bộ Y tế BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường Ngđ Ngày đêm BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa COD Nhu cầu ơxy hóa học US-EPA Tổng cục môi trường Mỹ MBBR Công nghệ màng giá thể chuyển động Fe Sắt Mn Mangan NH4+ Amoni ĐCTV Địa chất thủy văn PHẦN MỞ ĐẦU Sự cấn thiết đề tài Theo quy chuẩnkỹthuật quốc gia chất lượng nước sinh hoạt QCVN 01:2009/ BYT, nồng độ cho phép amoni, nitrat nitrit 3; 50 mg/L, tính theo Nitơlần lượt 2,3 mgNH4-N/L, 11,3 mgNO3-N/L; và: 0,9 mgNO2-N/L Trong giai đoạn2010 tới nồng độ amoni nước ngầm khu vực phía tây phía nam Hà Nộighi nhận khoảng 10 – 19 mgNH4-N/L [1] [2] Đây mức độ ôn nhiễm cao vàbiến động mạnh thời gian gần Mức độ ô nhiễm tăng tác nhân nhiễm bẩn chưa ngăn chặn hiệu Nhiều hộ dân khoan giếng thiết bị không tiêu chuẩn, nước bẩn bề mặt thấm theo đường khoan vào lịng đất Cùng với rác thải nhiều khu dân cư không thu gom xử lý tác động xấu tới nguồn nước ngầm khai thác Các yếu tố tự nhiên phân hủy chất hữu than bùn nguồn gây nhiễm amoni Nếu khơng xử lý amoni có khả chuyển hóa thành nitrat đường ruột người gây thiếu máu tử vong, đặc biệt trẻ em phụ nữ mangthai Với yêu cầu ngày cao tiêu chuẩn sử dụng nước người dân thắt chặt hệ thống quy chuẩn nước sạch, nhà máy nước tích cực nghiên cứu thay đổi công nghệ để nâng cao chất lượng nước mở rộng công suất Các phương pháp xử lý amoni nhà máy nước có Hà Đơng sử dụng dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống gồm có làm thống, lắng, lọc khử trùng clo Với dây chuyền công nghệ xử lý nước sử dụng, hiệu xử lý nitơ nước ngầm thấp, đặc biệt nơi nước ngầm chứa amoni sắt với nồng độ cao lượng amoni có nước máy số khu vực Hà Nội vượt mức độ amoni cho phép nước sinh hoạt theo tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn tổ chức y tế giới Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý amonitrong nước ngầm sở Ba La nhà máy nước Hà Đông” cần thiết cấp bách Mục tiêu đềtài - Đánh giá trạng xử lý amoni nước ngầm Hà Đông - Đề xuất công nghệ phù hợp để xử lý amoni nước ngầm sở Ba La nhà máy nước HàĐông Đối tượng nghiên cứu phạm vi đềtài - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống thiết bị xử lý amoni sử dụng vật liệu mang vi sinh, tích hợp với bể lọc tự rửa thiết bị lắp đặt phía sau bể lọc nhanh có sở Ba La nhà máy nước Hà Đông (nước sau lọc chưa khử trùng clo hoạt tính) Các q trình nitrat hóa bên vật liệu mang điều kiện hiếu khí, thơng số tính tốn thơng qua q trình triển khai chạy thử pilot hiệntrường - Đề xuất áp dụng kết nghiên cứu thử nghiệm cho quy mô đơn nguyên bể lọc cho giai đoạn để xử lý amoni nước ngầm sở Ba La nhà máy nước HàĐông - Phạm vi nghiên cứu: Nước ngầm vùng HàĐông Cách tiếpcận - Tiếp cận lý thuyết, tìm hiểu tài liệu nghiêncứu - Tiếp cận thực tế: khảo sát, nghiên cứu, thu thập sốliệu - Tiếp cận hệ thống: tiếp cận, tìm hiểu, phân tích hệ thống từ tổng thể đến chi tiết, đầy đủ hệthống - Tiếp cận phương pháp nghiên cứu thếgiới Nội dung nghiêncứu - Thu thập số liệu khảo sát trạng khai thác, dây chuyền công nghệ xử lý nhà máy nước vùng Hà Đông để đánh giá tổng quan chất lượng nước ngầm, ô nhiễm amoni yếu tố như: pH, nhiệt độ, độ kiềm, đánh giá hiệu xử lý amoni hiệnnay - Tổng quan phương pháp xử lý amoni nước giới phân tích ưu nhược điểm đưa vấn đề cịn tồntại - Tổng quan xử lý amoni phương pháp vi sinh để hiểu chế xử lý, loại vi sinh vật, yếu tố ảnh hưởng, phân tích đánh giá kết thu từ mơ hình thựcnghiệm