Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng màng sinh học trên một số vật liệu tại trường đại học nông lâm thái nguyên

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học CV Coefficient of variation Hệ số biến động DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan LSD Least significant difference Sai khác nhỏ nhất QCVN Qui chuẩn Việt Nam TSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng T-N Tổng đạm T-P Tổng lân TNMT Tài nguyên – Môi trường MỤC LỤC PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Mục tiêu của đề tài 2 1.3. Mục đích của đề tài 2 1.4. Ý nghĩa của đề tài 2 1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 2 1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 2.1. Cơ sở khoa học 4 2.1.1. Một số khái niệm cơ bản 4 2.1.2. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 5 2.1.3. Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 13 2.1.4. Tổng quan về bể lọc sinh học 23 2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 33 2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 33 2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 34 PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 35 3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành 35 3.3. Nội dung nghiên cứu và các chỉ tiêu theo dõi 35 3.4. Phương pháp nghiên cứu 36 3.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp 36 3.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 36 PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40 4.1. Điều kiện thời tiết khí hậu vùng nghiên cứu 40 4.2. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt trong nghiên cứu 41 4.2.1. Đánh giá chỉ tiêu hóa học của nước thải đầu vào 41 4.2.2. Đánh giá chỉ tiêu lý học của nước thải đầu vào 42 4.3. Khả năng xử lý nước thải của các vật liệu lọc 43 4.3.1. Khả năng xử lý BOD5 của các công thức vật liệu lọc 44 4.3.2. Khả năng xử lý COD của các công thức vật liệu lọc 45 4.4. Xác định tải trọng thủy lực tối ưu ứng dụng vào các công thức vật liệu lọc được sử dụng 50 Phần 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 55 1. Kết luận 55 2. Đề nghị 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/l) 8 Bảng 2.2. Một số loại vi khuẩn có trong bùn hoạt tính và khả năng phân hủy 20 Bảng 2.3. Hằng số k của một số nước thải 26 Bảng 2.4. Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt 31 Bảng 3.1. Các loại vật liệu lọc 36 Bảng 3.2. Các công thức thí nghiệm 37 Bảng 3.3. Bảng các công thức tải trọng thủy lực 37 Bảng 4.1: Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa học của nước thải đầu vào 42 Bảng 4.2: Kết quả phân tích các chỉ tiêu lý học của nước thải đầu vào 42 Bảng 4.4. Khả năng xử lý COD của các công thức 45 Bảng 4.5. Khả năng xử lý Đạm tổng số của các công thức 46 Bảng 4.6. Khả năng xử lý Lân tổng số của các công thức 47 Bảng 4.7. Khả năng xử lý SS của các công thức 48 Bảng 4.8. Kết quả xác định màu sắc, mùi vị sau xử lý của các công thức 49 Bảng 4.9. Kết quả xác định EC và pH sau xử lý của các công thức 50 Bảng 4.10. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 51 Bảng 4.11. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 52 Bảng 4.12. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 52 Bảng 4.13. Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức tải trọng khác nhau 53 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí 17 Hình 2.2. Sơ đồ xử lý nước thải bằng kỹ thuật bùn hoạt tính có sục khí 20 Hình 2.3. Quá trình hoạt động của màng sinh học 22 PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. Phát triển bền vững kinh tế - xã hội - môi trường là mục tiêu hướng tới của hầu hết các quốc gia hiện nay. Với sự phát triển kinh tế mạnh mẽ trong những năm qua nguồn phát sinh gây ô nhiễm môi trường ngày càng lớn nhưng Việt Nam chưa có các biện pháp bảo vệ môi trường đúng đắn, do đó đã gây ra sức ép lớn đối với môi trường. Tình trạng ô nhiễm không khí, nước mặt, nước ngầm ở các thành phố lớn, các khu công nghiệp đang ngày càng trầm trọng, gây tác động xấu đến cảnh quan môi trường và sức khỏe con người. Khi số dân tăng nhanh kèm theo đó lượng nước thải sinh hoạt cũng ngày một tăng lên đang là mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường. Nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng các chất hữu cơ nhiều như: COD, BOD 5 , TSS … Nhiều vi sinh vật gây bệnh, nước thải chứa nhiều dầu mỡ chất tẩy rửa…. Đặc biệt trong nước thải sinh hoạt có nhiều nguyên tố dinh dưỡng đa lượng như amoni, phốt pho. Nếu nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa. Nếu không có các biện pháp hữu hiệu để xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn nước mặt, theo thời gian sẽ ảnh hưởng nguồn nước ngầm. Điều đó gây ảnh hưởng vô cùng nghiêm trọng đến ô nhiễm môi trường và sức khỏe cộng đồng. Do đó, để đảm bảo sự phát triển kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trường thì các phương pháp xử lý nước thải cũng được nghiên cứu và phát triển. Hiện nay ở Việt Nam hầu hết các khu đô thị, khu dân cư làng, xã…. Một số điểm du lịch nhà hàng được xây dựng phục vụ chính nhu cầu của con người, có thể nói nguồn nước thải sinh hoạt được sinh ra chưa được xử lý một cách triệt để mặc dù một vài nơi đô thị, làng xã có hệ thống xử lý tập trung nhưng còn nhiều khó khăn về vốn đầu tư cao, đặc biệt vấn đề vận hành cũng như chi phí xử lý cao, dẫn đến nước thải không đạt tiêu chuẩn môi trường. Do vậy việc nghiên cứu các công trình xử lý nước thải sinh hoạt phân tán là một việc làm cấp thiết. Với đặc thù là một nước đang phát triển như nước ta hiên nay thì việc nghiên 1 cứu, ứng dụng các công nghệ phù hợp, đơn giản với giá thành thấp là một hướng giải quyết hợp lý và khả thi nhất. Màng sinh học ( Memberance Bio Reactor) là một xu hướng công nghệ mới được phát triển và ứng dụng hiện nay. Màng sinh học là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng, chúng đạt hiệu quả cao, chi phí thấp, ổn định. Hiện nay việc tìm kiếm những những loại vật liệu lọc phù hợp để sử dụng trong công nghệ màng lọc sinh học là rất cần thiết. Xuất phát từ lý do trên, em xin đề xuất đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng màng sinh học trên một số vật liệu tại Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên“. Để tìm kiếm những vật liệu có sẵn thích hợp để sử dụng trong công nghệ màng sinh học phù hợp với xử lý nước thải sinh hoạt. 1.2. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể lọc sinh học, xác định khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu lọc sử dụng trong bể lọc sinh học. Từ đó đề xuất, lựa chọn được các loại vật liệu lọc thích hợp sử dụng trong bể lọc sinh học và lựa chọn được tải trọng tối ưu với vật liệu phù hợp nhất. - Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng công nghệ rẻ tiền, phù hợp với điều kiện Việt Nam. 1.3. Mục đích của đề tài - Lựa chọn vật liệu lọc thích hợp để sử dụng trong mô hình bể lọc sinh học. - Lựa chọn tải trọng thủy lực tối ưu đối với vật liệu lọc tối ưu. - Nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt (QCVN 14: 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt). 1.4. Ý nghĩa của đề tài 1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học tập vào nghiên cứu. - Nâng cao kiến thức, kĩ năng và rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này. - Nâng cao khả năng tự học tập, nghiên cứu và tìm tài liệu. 2 - Bổ sung tư liệu cho học tập. 1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất - Xác định được khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của từng loại vật liệu lọc. - Lựa chọn được các công thức vật liệu lọc có sẵn tại địa phương rẻ tiền, dễ kiếm để sử dụng công nghệ xử lý nước thải. - Xử lý được nước thải sinh hoạt, bảo vệ môi trường. 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Cơ sở khoa học 2.1.1. Một số khái niệm cơ bản * Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”. * Ô nhiễm môi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam 2005: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật”. * Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật. Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm, nước ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí, Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu. * Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở trường học khác. * Nước thải đô thị: Nước thải đô thị là một thuật ngữ chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của một thành phố, thị xã. * Nước thải tự nhiên: Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở những thành phố hiện đại, chúng được thu gom theo hệ thống riêng. * Nước thải thấm qua: Là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố gas hay hố xí. 4 * Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền qui định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường”. * Tải trọng thủy lực: là tải trọng nước được phân phối trên bề mặt của công trình. Tải trọng thủy lực tính bằng: Lưu lượng xử lý (m 3 /h) chia cho diện tích bề mặt công trình (m 2 ) 2.1.2. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 2.1.2.1. Khái niệm nước thải Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã làm thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô nhiễm. Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải tự nhiên và nước thải đô thị. 2.1.2.2. Khái niệm nước thải sinh hoạt - Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân, - Thông thường nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm 2 loại chính: nước đen và nước xám. + Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. + Nước xám là nước phát sinh từ các quá trình rửa, tắm, giặt với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể. 2.1.2.3. Nguồn thải Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường 5 được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra sông rạch, còn ở các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm (TS. Lê Quốc Tuấn, 2003) [15]. 2.1.2.4. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt có chứa nhiều các tạp chất khác nhau, trong đó khoảng 52% là chất hữu cơ, 48% là chất vô cơ và một số lớn các chủng loại vi sinh vật (Trần Hiếu Nhuệ, 1990) [8]. a. Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt được phân làm hai loại theo khả năng phân hủy của vi sinh vật: • Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy Chúng chủ yếu bao gồm các hợp chất hydratcacbon, protein, chất béo có nguồn gốc động, thực vật khác nhau. Trong nước thải từ khu dân cư, có khoảng 40 – 50% là hydratcacbon, 40 – 60% protein và 5 – 10% chất béo (Lê Xuân Phương, 2005) [12]. • Các chất hữu cơ khó phân hủy Các chất hữu cơ khó phân hủy là các chất hữu cơ có vòng thơm (hydrocacbua), các chất đa vòng ngưng tụ, các chất Clo hữu cơ, Phospho hữu cơ, … chúng khó bị phân hủy bởi các tác nhân sinh học bình thường, cho nên chúng tồn tại lâu dài, tích lũy làm ảnh hưởng tới mỹ quan, gây độc hại cho môi trường, sinh vật và con người. Ngoài các chất hữu cơ và vô cơ, trong nước thải sinh hoạt còn chứa lượng lớn các loài vi sinh vật, động vật nguyên sinh. Thành phần chủ yếu là vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo và nguyên sinh động vật. Trong đó vi khuẩn là chiếm nhiều nhất cả về thành phần và số lượng. Vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt cũng được chia làm hai loại: vi sinh vật tự dưỡng và vi sinh vật dị dưỡng. Trong đó các vi sinh vật dị dưỡng phải nhờ vào chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Trong 6 [...]... của nước thải khi tảo chết • Động vật nguyên sinh Động vật nguyên sinh thuộc nhóm sinh vật sống trôi nổi trong nước và là một dạng chỉ thị cho nước, vì nếu có sự xuất hiện của chúng thì chứng tỏ nước được xử lý hiệu quả và nước thải không có độc tính Thức ăn của những động vật nguyên sinh trong nước thải là các vụn hữu cơ hay tảo và vi khuẩn • Hệ vi sinh vật trong nước thải Vi sinh vật là những sinh vật. .. các vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng và tăng sinh khối Đây là cơ sở cho giải pháp công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học (Lê Văn Cát,1999) [1] b Thành phần sinh học của nước thải sinh hoạt Trong nước thải có nhiều chất hữu cơ nên có nhiều vi sinh vật sinh sống và sử dụng nguồn chất hữu cơ đó như là nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng và tăng sinh khối Thành phần sinh học trong nước thải. .. • Sinh trưởng dính bám - màng sinh học Trong dòng nước thải có các vật rắn làm giá đỡ (giá mang) để các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) sẽ dính bám trên bề mặt Trong số các vi sinh vật dính bám có những loài có khả năng sinh ra polysacarit có tính chất như các chất dẻo (gọi là polyme sinh học) , tạo thành màng – màng sinh học Như vậy, màng sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật khác nhau, có hoạt. .. nước, cũng có thể cùng chiều dòng dịch chuyển của nước Nước thải đưa vào hệ thống lọc sinh học cần được xử lý sơ bộ để tránh tắc nghẽn các khe của vật liệu lọc 2.1.4.3 Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học Nguyên lí của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước 24 Vi sinh vật cố định dính bám và phát triển trên. .. vi sinh vật và sử dụng một phần màng sinh học để làm thức ăn tạo thành các lỗ nhỏ của màng trên các chất mang Quần thể vi sinh vật trên màng sinh học có tác dụng như bùn hoạt tính Khác với quần thể vi sinh vật ở bùn hoạt tính, thành phần và số lượng các loài ở màng sinh học tương đối đồng nhất Mỗi màng lọc có một quần thể cho riêng mình Sự khác nhau không chỉ ở số lượng và cả chất lượng Khi nước thải. .. béo, 15 … cùng một số chất vô cơ như H2S, các Sulfit, Amoniac,… có thể đưa vào xử lý theo các phương pháp sinh học Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Do vậy, điều kiện đầu tiên và vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Muốn đảm bảo... Trong nước thải người ta xác định hàm lượng P – tổng số để xác định tỷ số BOD5 : N : P nhằm chọn kỹ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho quá trình xử lý nước thải Ngoài ra xác lập tỷ số giữa P và N để đánh giá mức dinh dưỡng có trong nước thải • Chỉ số vi sinh vật (E.coli) Trong nước thải, đặc biệt nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi,… nhiễm nhiều vi sinh. .. nhu cầu oxi sinh học 4 Các chế độ về dòng chảy (tốc độ dòng,…) 5 Sự có mặt của các tác nhân ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của vi sinh vật (kim loại nặng,…) b Vật liệu tạo màng Màng sinh học phát triển ở mọi bề mặt phân cách rắn – lỏng, lỏng – khí, rắn – khí Trong tự nhiên ta bắt gặp màng sinh học ở nhiều nơi, trên nhiều loại 23 vật liệu nhưng để ứng dụng nó vào trong công nghệ xử lý nước thải thì ta... thông số đặc trưng là COD và BOD Tỉ số của 2 thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5 mới có thể đưa vào xử lý sinh học (hiếu khí) Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó gồm có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý sinh học kị khí (Biền Văn Minh và cs, 2000) [6] b Các phương pháp xử lý sinh học Xử lý nước thải theo phương pháp sinh học là dựa trên cơ sở hoạt. .. bẩn trong nước thải bị oxi hóa bởi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học Màng này thường dày khoảng từ 0,1 – 0,4 mm Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí Sau khi thấm sâu vào màng, nước hết oxi hòa tan và sẽ chuyển sang phân hủy bởi vi sinh vật kị khí Khi các chất hữu cơ có trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính . màng sinh học trên một số vật liệu tại Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên . Để tìm kiếm những vật liệu có sẵn thích hợp để sử dụng trong công nghệ màng sinh học phù hợp với xử lý nước thải sinh. nước thải được chia thành: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải tự nhiên và nước thải đô thị. 2.1.2.2. Khái niệm nước thải sinh hoạt - Nước thải sinh hoạt là nước được thải. sinh hoạt. 1.2. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể lọc sinh học, xác định khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu lọc sử dụng trong bể lọc sinh