Nghiên cứu giải pháp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ cho các trạm cấp nước nông thôn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ CHO CÁC TRẠM CẤP NƯỚC NÔNG THÔN LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ CHO CÁC TRẠM CẤP NƯỚC NƠNG THƠN Chun ngành: Kỹ thuật Cấp nước Mã số: 8580213 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN PHƯƠNG THẢO TS KHƯƠNG THỊ HẢI YẾN TP.HCM, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Nguyễn Tiến Dũng MSHV: 181808024 Lớp: 26CTN11-CS2 Chuyên ngành: Kỹ thuật Cấp thoát nước 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 hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định TP.HCM, Ngày tháng năm 2021 Tác giả luận văn Nguyễn Tiến Dũng LỜI CÁM ƠN Học viên xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Phương Thảo TS Khương Thị Hải Yến tận tình hướng dẫn giúp đỡ cho tơi hồn thành đề tài này; xin chân thành cảm ơn Q Thầy Cơ Bộ mơn Cấp Thốt Nước KhoaKỹthuật–TàingunnướcTrườngĐạihọcThủylợi,QThầyCơPhânhiệuTrườngĐại họcThủylợiđãtruyềnđạtnhữngkiếnthứcqbáuchotơitrongsuốtqtrìnhhọctập tạitrường Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Trung tâm Nước VSMTNT Bến Tre, Công ty cổ phần Tư vấn Xây dựng Cấp nước Sơng Đà (DARICO) tạo điều kiện cho tham khảo liệu số liệu quan trọng cần thiết, thơng tin hữu ích để tơi hồn thành đề tài Vớinhữngnỗlựcvàcốgắngcủabảnthântrongqtrìnhthựchiệnđềtài,chắcchắnsẽ khơng tránh khỏi sai sót khuyết điểm Tuy nhiên, với ý kiến đóng góp chânthànhtừqThầyCơvànhữngkiếnthứcđượctrangbịtrongqtrìnhhọctậptại Trườngsẽlànềntảng,hànhtrangqbáugiúptơihồnthiệnhơnkỹnăngchunmơn nghiệpvụ Cuối tơi xin cảm ơn toàn thể bạn bè, đồng nghiệp gia đình giúp đỡ tơi suốt thời gian vừa qua Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC CÁCHÌNH ẢNH vi DANH MỤCBẢNGBIỂU vii DANH MỤC CÁC TỪVIẾTTẮT viii PHẦNMỞĐẦU CHƯƠNG TỔNGQUAN 1.1 Tổng quan nước mặt ô nhiễmhữucơ 1.1.1 Tình trạng ô nhiễm nước trênthếgiới 1.1.2 Tình trạng nhiễm nước ởViệt Nam 1.1.3 Tác hại ô nhiễm hữu nướcsinh hoạt 1.1.4 Các tiêu đánh giá ô nhiễm hữu trongnướcmặt .10 1.1.5 Chỉ tiêu đánh giá nhiễm hữu cơnướcmặt 14 1.2 Tổng quan phương pháp xử lý ô nhiễmhữucơ 14 1.2.1 Hồ chứa lắngsơbộ 15 1.2.2 Clo hóasơbộ 15 1.2.3 Keo tụ -tạo .16 1.2.4 Lắng .16 1.2.5 Bể Lọc,bồnlọc 18 1.2.6 Lọcquamàng 19 1.2.7 Hấp phụ thanhoạttính .20 1.2.8 Lọcsinh học 21 1.2.9 Ôxy hóa bậc cao,ozone hóa .23 1.3 Tổng quan nghiên cứu nước Việt Nam xử lý nước mặt ônhiễmhữucơ 24 1.3.1 Một số nghiên cứu ứng dụng xử lý ô nhiễm hữu ởnước .24 1.3.2 Một số nghiên cứu ứng dụng xử lý nước mặt ô nhiễm hữu Việt Nam .26 1.4 Phân tích so sánh Phương pháp xử lý chất hữu trongnướcmặt .29 1.4.1 Ưu nhược điểm phương pháp xử lý ô nhiễmhữucơ 29 1.4.2 Lựa chọn phương pháp xử lý chấthữucơ 30 CHƯƠNG CƠ SỞKHOAHỌC 33 2.1 Công nghệ Thanhoạttính .33 2.1.1 Cấu tạo vàđặc tính 33 2.1.2 Những thông số thanhoạttính 34 2.1.3 Q trình chế tạo thanhoạttính .35 2.1.4 Cơ chế trình hấp phụ thanhoạttính 37 2.1.5 Than hoạt tính hấp phụ hợp chất hữu cơtựnhiên 38 2.1.6 Hấp phụ than hoạt tính dạngbột(PAC) 39 2.1.7 Hấp phụ than hoạt tính dạnghạt(GAC) 39 2.2 Các lý thuyết xử lý nước thanhoạttính .40 2.2.1 Sựhấpphụ .40 2.2.2 Giảihấpphụ .42 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trìnhhấpphụ 44 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả nănghấpthụ 44 2.3 Xác định COD phương phápđoquang 45 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚCMẶT Ô NHIỄMHỮUCƠ 47 3.1 Tổng quan tình hình cấp nước khu vựcnghiên cứu .47 3.1.1 Hiện trạng môi trường nước tỉnhBếnTre 47 3.1.2 Tình hình nhiễm hữu nguồn nước mặt dùng cho cấp nước BếnTre .48 3.2 Tình hình cấp nước sinh hoạt tỉnhBếnTre 49 3.3 Mô tả khu vựcnghiêncứu 51 3.3.1 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên tỉnhbếnTre 51 3.3.2 Lựa chọn Trạm cấp nướcđiểnhình 53 3.3.3 Vị trí, điều kiện tự nhiên xãPhú Đức 53 3.3.4 Hiện trạng Trạm cấp nướcPhúĐức 55 3.4 Mơ hìnhthínghiệm 58 3.4.1 Vị trí đặt mơhìnhPilot 58 3.4.2 Thời gian đối tượngnghiêncứu 59 3.4.3 Thiết bị mơ hìnhthínghiệm 59 3.4.4 Phương phápthínghiệm 62 3.4.5 Phương pháp phương tiện phântíchmẫu 65 3.5 Kết vàthảoluận .67 3.6 Tính tốn dây chuyền cơng nghệ xử lý ô nhiễm hữu cho Trạm cấp nướcPhúĐức 73 3.6.1 Tính tốn bồn lọc thanhoạttính .75 3.6.2 Tính tốn đườngốngbơm 77 3.6.3 Tính tốn cơng suất bơm trung gian bơm qualọc than .77 3.6.4 Tính tốn thời gianrửalọc .78 3.6.5 Chukỳthay thanhoạttính 78 3.6.6 Lập vẽthiếtkế 79 3.6.7 Quy trình vận hành Trạm cấp nước sau cải tiếnbổsung 79 3.7 Đánh giá chi phí sản xuất nướctăngthêm 81 3.7.1 Khái tốn hạng mục Cải tiến bổ sungcơngnghệ 81 3.7.2 Giá tiêu thụ nước vùng nông thôn tỉnh Bến Trehiệnnay 82 3.7.3 Tính giá thành nướctăngthêm 83 3.7.4 Tính hiệu áp dụng giá nước tăngthêm2.500đ/m3 .87 3.7.5 Tính khả thi mặt cơng nghệ lọc qua than hoạt tính thị trường hiệnnay 88 KẾT LUẬN vàKIẾN NGHỊ .90 Kếtluận .90 Kiếnnghị 90 TÀI LIỆUTHAMKHẢO 92 Tài liệutiếngViệt 92 Tài liệutiếngAnh 95 PHỤLỤC 96 Phụ lục 1: QCVN 08-MT:2015/BTNMT QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀCHẤT LƯỢNGNƯỚCMẶT .96 Phụ lục 2: QCVN 01-1:2018/BYT QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀCHẤT LƯỢNG NƯỚC SẠCH SỬ DỤNG CHO MỤC ĐÍCHSINH HOẠT 98 Phụ lục 3: PHIẾU XÉT NGHIỆM NƯỚC THÔ SÔNGBALAI 102 Phụ lục 4: PHIẾU XN NƯỚC THÔ TẠI RẠCH DỪA, TÂNPHÚĐÔNG 105 Phụ lục 5: BẢN VẼ THIẾT KẾ CẢI TIẾN, BỔ SUNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ÔNHIỄMHỮUCƠ 109 Phụ lục 6: KHÁI TOÁN GIÁ THÀNH NƯỚC SẠCHTĂNGTHÊM 115 Phụ lục 7: BẢNG TÍNH GIÁ TIÊU THỤ NƯỚC SẠCHBÌNHQUÂN 124 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Cơ chế xử lý tronghệBAC 22 Hình 1-2 Sơ đồ cơng nghệ Trạm xử lý nước TaiPo,HồngKơng 25 Hình 1-3 Sơ đồ công nghệ Trạm xử lý nước Kumijima, Tp Osaka,NhậtBản .25 Hình 1-4 Sơ đồ Bể lọc than hoạt tính Trạm Kumijima, Tp Osaka,NhậtBản 26 Hình 1-5 Bể lọc sinh học uBCF Nhà máy nước Vĩnh Bảo,HảiPhòng 27 Hình 1-6 Máy định lượng bột than hoạt tính Bể uBCF nhà máy nước Nhị Thành28 Hình 1-7 Than hoạt tính dạng bột trongnhàmáy 29 Hình 3-2 Bản đồ hành chánh tỉnhBếnTre 52 Hình 3-3 Vị trí Trạm cấp nướcPhú Đức 54 Hình 3-4 Cổng vào Trạm cấp nướcPhúĐức .54 Hình 3-5 Cầu lấy nước Trạm cấp nước Phú Đức bên bờ sôngBaLai 54 Hình 3-6 Sơ đồ cơng nghệ hữu Trạm cấp nướcPhúĐức .55 Hình 3-7 Mặt tổng trạng khu vực cấp nước TrạmPhú Đức 56 Hình 3-8 Bơm cấp II Trạm cấp nướcPhúĐức 57 Hình 3-9 Bể lọc Trạm cấp nướcPhú Đức 57 Hình 3-11 Sơ đồ mơ hìnhthínghiệm 61 Hình 3-14 Lắp đặt Pilot tạihiệntrường 63 Hình 3-15 Đọc số đồng hồ nước; Lấy mẫu nước sau lọc than cuối chu kỳ thí nghiệm;Đo mẫu đọc kết A(abs) máyquangphổ .65 Hình 3-16 Máy Quang phổ UV-VIS 1200 sử dụng trongluậnvăn 66 Hình 3-17 Đồ thị thể tương quan thời gian tiếp xúc với than hoạt tính vàđộ hấpthụUV254 70 Hình 3-18 Đồ thị thể tương quan thời gian tiếp xúc với than hoạt tính % hiệu loạibỏUV254 71 Hình 3-19 Dây chuyền công nghệhiệnhữu 73 Hình 3-20 Dây chuyền cơng nghệ đề xuất Cải tiếnbổsung 74 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 So sánh hiệu xử lý chất ô nhiễm bằngPACl,MF,MF/PAC 26 Bảng 3-1 Nồng độ COD trạm NM3 từ năm 2015 đến tháng 6năm2020 47 Bảng 3-2 Nồng độ COD trạm NM4 từ năm 2015 đến tháng 6năm2020 48 Bảng 3-3Kếtquả phântíchcácchỉsố ơnhiễmhữu nướcthơTrạmPhúĐức .58 Bảng 3-4Kếtquả phântíchcácchỉsố ơnhiễmhữu cơtại Rạch Dừa,T â n Phú .59 Bảng 3-5 Bảng ghi số liệuthínghiệm 68 Bảng 3-6 Tổng hợp thông số thiết kế bồnlọcthan 77 Bảng 3-7 Tổng hợp chi phíxâydựng 81 Bảng 3-8 Tổng hợp chi phíthiếtbị 81 Bảng 3-9 Tổng hợp dự tốncơngtrình 82 Bảng 3-10 Chi phí khấu haocơbản .86 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIẾT TẮT AOP TIẾNG ANH (Advanced ơxydation process) BOD TIẾNG VIỆT Q trình ơxy hóa nâng cao Nhu cầu ơxy sinh hóa COD Nhu cầu ơxy hóa học (Chemical ơxygen demand) DO Ơxy hịa tan (Dissolved oxygen) DOC Carbon hữu hòa tan (Dissolved organic Carbon) DOM Chất hữu hòa tan (Dissolved Organic Matter) GAC Than hoạt tính dạng hạt (Granular Activated Carbon) MF Màng vi lọc (Microfiltration) NF Màng Nano (Nanofiltrafiltration) NOM Hợp chất hữu tự nhiên (Natural Organic Matter) PAC Than hoạt tính dạng bột (Powdered Activated Carbon) ƠNHC Ơ nhiễm hữu QCVN RO Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam Màng thẩm thấu ngược TCN Trạm cấp nước TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam THMs Trihalomethanes (Trihalomethanes) TOC Tổng carbon hữu (Total organic Carbon) UF Màng siêu lọc (Ultrafiltration) UV254 Độ hấp thụ tia cực tím bước sóng 254 nm (Ultraviolet absorbance at 254 nm) NS VSMTNT Nước Vệ sinh môi trường nông thôn Xử lý nước mặt XLNM (Biochemical Ôxygen demand) (Reverse osmosis)