Nghiên cứu xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG Nguyễn Việt Hoàng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU CHẤT HỮU CƠ VÀ NITƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỤC KHÍ LUÂN PHIÊN Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Công nghệ Môi trường (Chương trình đào tạo Chuẩn) Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG Nguyễn Việt Hoàng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU CHẤT HỮU CƠ VÀ NITƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỤC KHÍ LUÂN PHIÊN Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Công nghệ Môi trường (Chương trình đào tạo Chuẩn) Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Thị Hà TS. Phan Đỗ Hùng Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thiện được khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực không ngừng của bản thân, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới các thầy cô khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã luôn quan tâm và tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian theo học tại trường. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Thị Hà và TS. Phan Đỗ Hùng, người đã trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Trân trọng cảm ơn lãnh đạo Hướng Công nghệ xử lý ô nhiễm, lãnh đạo phòng Công nghệ xử lý nước, thầy cô Bộ môn Công nghệ môi trường, Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã tạo điều kiện cũng như luôn giúp đỡ cho em hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng, em xin dành lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn bè, những người vẫn luôn quan tâm, động viên và đồng thời là chỗ dựa tinh thần giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao trong suốt thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện khóa luận tốt nghiệp vừa qua. Hà Nội, tháng 5 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Việt Hoàng DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan MLSS Mixed Liquoz Suspendid Solids Nồng độ chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp chất lỏng – rắn huyền phù SBR Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng hoạt động theo mẻ kế tiếp T – N Tổng Nitơ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TOC Total Organic Carbon Tổng cacbon hữu cơ ThOD Theorical Oxygen Demand Nhu cầu oxy theo lý thuyết UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket Bể với lớp bùn kỵ khí dòng chảy ngược. VSV Vi sinh vật MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3 1.1. Chất hữu cơ và hợp chất chứa Nitơ trong nước thải 3 1.1.1. Các chất hữu cơ 3 1.1.2. Các hợp chất chứa Nitơ 3 1.2. Ảnh hưởng của Nitơ đối với môi trường và sức khỏe con người 4 1.3. Các phương pháp xử lý chất hữu cơ và Nitơ trong nước thải 6 1.3.1. Các phương pháp xử lý chất hữu cơ 6 1.3.2. Các phương pháp xử lý Nitơ 7 1.3.3. Ứng dụng phương pháp sục khí luân phiên trong xử lý nước thải10 1.3.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 12 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1. Đối tượng nghiên cứu 18 2.1.1. Nước thải tự pha 18 2.1.2. Hệ thiết bị sục khí luân phiên 19 2.2. Phương pháp nghiên cứu 20 2.2.1. Phương pháp tổng quan tài liệu 20 2.2.2. Phương pháp thực nghiệm 21 2.2.3. Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu thực nghiệm 23 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1. Kết quả đánh giá đặc tính nước thải đầu vào 26 3.1.1. Kết quả nghiên cứu quá trình chuẩn bị mẫu nước. 26 3.1.2. Kết quả diễn biến các thành phần ô nhiễm trong nước thải 27 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ và Nitơ 29 3.2.1. Hiệu suất xử lý chất hữu cơ 29 3.2.2. Hiệu suất xử lý Nitơ 31 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ và Nitơ đến hiệu suất xử lý 34 3.3.1. Ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ đến hiệu suất xử lý COD 34 3.3.2. Ảnh hưởng của tải trọng Nitơ đến hiệu suất xử lý Nitơ 35 3.4. So sánh, đánh giá và xác định chế độ vận hành tối ưu 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 43 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Các chế độ vận hành thí nghiệm 22 Bảng 2. Kết quả thí nghiệm điều chế nước thải 26 Bảng 3. So sánh hiệu quả xử lý COD giữa các nghiên cứu khác nhau 30 Bảng 4. So sánh hiệu quả xử lý T – N với các nghiên cứu khác 33 Bảng 5. So sánh hiệu quả xử lý COD, NH 4 + và T – N giữa các chế độ thí nghiệm 36 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Chuỗi phân hủy hợp chất chứa Nitơ hữu cơ 4 Hình 2. Một số quy trình công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải 9 Hình 3. Sơ đồ hệ thống thiết bị thực nghiệm 19 Hình 4. Diễn biến thành phần COD trong nước thải pha 27 Hình 5. Diễn biến thành phần NH 4 + trong nước thải pha 28 Hình 6. Diễn biến giá trị pH của nước thải pha 29 Hình 7. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý COD 30 Hình 8. Nồng độ N – NH 4 + đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý ở các chế độ khác nhau 31 Hình 9. Hiệu quả xử lý T – N ở các chế độ thí nghiệm khác nhau 32 Hình 10. Quá trình chuyển hóa nitrit và nitrat ở các chế độ khác nhau 33 Hình 11. Ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ đến hiệu suất xử lý COD 34 Hình 12. Ảnh hưởng của tải trọng T – N đến hiếu suất xử lý T – N 35 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Việt Hoàng 1 MỞ ĐẦU Việt Nam đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế, nhằm đạt mục tiêu chiến lược là trở thành một đất nước công nghiệp tiên tiến vào năm 2020. Song song với các hoạt động để có thể đạt được mục tiêu phát triển đó, một trong những nhiệm vụ quan trọng không thể thiếu là bảo vệ môi trường và phát triển nền kinh tế bền vững. Nếu không được sự quan tâm của chính quyền cũng như người dân, môi trường sống sẽ ngày càng giảm sút, đặc biệt là môi trường nước. Nguyên nhân chính gây ra quá trình ô nhiễm nước thải là do quá trình sử dụng của con người trong các hoạt động sống hay sản xuất, làm thay đổi tính chất và thành phần nước ban đầu. Các chất thải này khi phát thải ra môi trường sẽ gây mùi hôi thối khó chịu, làm chậm quá trình chuyển hóa và hòa tan oxi vào nước, dinh dưỡng hóa nước mặt, làm cản trở quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Hiện nay, xử lý nước thải với đặc tính ô nhiễm giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng biện pháp sinh học được coi là phương pháp thân thiện với môi trường và được ứng dụng nhiều ở các nước trên thế giới. Đây là công nghệ xử lý nước thải dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ, hợp chất chứa Nitơ có trong nước thải mang lại hiệu quả cao, chi phí hợp lý, dễ dàng vận hành. Quá trình phát triển của vi sinh vật xảy ra trong các điều kiện có sự chuyển hóa năng lượng tế bào vi sinh vật nhờ các quá trình sinh học. Xuất phát từ thực tiễn đó, với mục đích nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp xử lý sinh học để xử lý chất hữu cơ cũng như các hợp chất chứa Nitơ trong nước thải, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên” được chọn làm khóa luận tốt nghiệp, nhằm mục tiêu lựa chọn được phương pháp phù hợp để xử lý nước thải với đặc tính giàu chất hữu cơ và Nitơ, trong đó tập trung nghiên cứu các nội dung chính bao gồm: Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Việt Hoàng 2  Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD, N – NH 4 + , T – N bằng phương pháp sục khí luân phiên.  Đánh giá nồng độ các thành phần NH 4 + , NO 3 - , NO 2 - , T – N và COD qua từng bước xử lý cũng như tính ổn định của hệ thống và khả năng ứng dụng phương pháp trong điều kiện việt nam [...]... vật nước, tảo sinh trưởng và phát triển Sự phát triển này làm ô nhiễm nước thứ cấp trong quá trình lưu trữ, đồng thời sinh ra các chất độc nitrit và nitrat 1.3 Các phương pháp xử lý chất hữu cơ và Nitơ trong nước thải 1.3.1 Các phương pháp xử lý chất hữu cơ Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, Nitơ, …... xử lý tương tự như quy trình (b) 1.3.3 Ứng dụng phương pháp sục khí luân phiên trong xử lý nước thải Phương pháp sục khí luân phiên (Intermittent Aeration methods) là một dạng công trình xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính theo mẻ Thiết bị giống quá trình bùn hoạt tính, tuy nhiên chế độ sục khí không liên tục mà theo chu kỳ, bao gồm các chu trình sục khí (hiếu khí) /ngừng sục khí (thiếu khí) ... lượng nước thải vào hệ thống xử lý là 1,9 – 2,1m3/h Quy trình xử lý nước thải: xử lý sơ bộ và xử lý sinh học Nước thải qua xử lý có pH đầu ra: 7,2 – 7,6; COD: 200 – 300mg/l; N – amoni: 270 – 700 mg/l Một số nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của phương pháp SBR cũng đã được thực hiện Nghiên cứu của Bortone và cộng sự về xử lý nước thải chăn nuôi lợn [16] cho thấy chế độ cấp nước thải 2 lần... nhiều nghiên cứu phòng thí nghiệm và quy mô pilot về phương pháp sục khí luân phiên ứng dụng trong xử lý nước thải với đặc tính chứa nhiều chất hữu cơ, hợp chất Nitơ và photpho Cụ thể, tác giả Trần Thị Thu Lan (2013) (Luận văn Thạc sĩ Khoa học, Trường đại học Khoa học Tự nhiên – ĐH QGHN) [3] đã nghiên cứu xử lý đồng thời các thành phần hữu cơ và Nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng phương. .. amoni và cũng không có khả năng xử lý Nitơ trong các hợp chất hữu cơ c Phương pháp sinh học Để xử lý nước thải người ta có thể sử dụng phương pháp vật lý, hóa lý và hóa học; nhưng xu hướng ngày nay thường sử dụng phương pháp sinh học cho các hệ xử lý nói chung bởi những tính năng ưu việt mà phương pháp này mang lại Trong rất nhiều nghiên cứu, các nhà khoa học đã chứng minh xử lý bằng phương pháp sinh... TỔNG QUAN 1.1 Chất hữu cơ và hợp chất chứa Nitơ trong nước thải 1.1.1 Các chất hữu cơ Dựa vào khả năng có thể phân hủy nhờ vi sinh vật có trong nước mà ta có thể phân các chất hữu cơ thành hai nhóm: a Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy Đó là các hợp chất protein, hidratcacbon, chất béo có nguồn gốc động vật và thực vật Đây là các chất gây ô nhiễm chính có nhiều trong nước thải sinh hoạt, nước thải từ các... hình nghiên cứu trong nước Hiện nay, các loại chất thải có đặc trưng chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ và Nitơ đã được nghiên cứu, ứng dụng các phương pháp, hệ thống xử lý một cách rộng rãi và khoa học Nhìn chung, các nghiên cứu vẫn chủ yếu được thực hiện trong phòng thí nghiệm hoặc quy mô pilot thí điểm Gần đây, bước đầu đã có một số nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi Nhóm tác giả Ngô Kế Sương và. .. thuộc vào tỷ lệ giữa quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa Mô hình thí nghiệm trong 11 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Việt Hoàng nghiên cứu được vận hành với chu kỳ 45 phút trong đó tỷ lệ quá trình hiếu khí là 0,42; hiệu quả xử lý Nitơ đạt được lên đến 81% mà không cần bổ sung độ kiềm và nguồn carbon hữu cơ 1.3.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ nói chung bằng. .. thế bằng Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc Gia về nước thải Công nghiệp – QCVN 40:2011) Một loại hình nước thải khác có tính chất giàu chất hữu cơ và Nitơ là nước thải chế biến mủ cao su Hiện nay trong nước đang có hệ thống xử lý nước thải mủ cao su Xuân Lập được khởi công xây dựng từ năm 2004 với các đơn vị xử lý như bể gạn mủ, bể DAF và hồ hoàn thiện Nhà máy xử lý nước rác Nam Sơn sau gần 5 tháng thi công và. .. khí 240 phút vào sau cùng nước thải được để lắng trong 30 phút  Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng COD, Nitơ đến hiệu suất xử lý COD và Nitơ Sau khi tìm được chu kỳ sục khí, ngừng sục khí thích hợp cho quá trình sục khí luân phiên, tiếp tục tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng COD, tải trọng N đến hiệu suất xử lý COD và N Ở nghiên cứu này, tải trọng COD, tải trọng N được thay đổi bằng cách điều . pháp xử lý chất hữu cơ và Nitơ trong nước thải 6 1.3.1. Các phương pháp xử lý chất hữu cơ 6 1.3.2. Các phương pháp xử lý Nitơ 7 1.3.3. Ứng dụng phương pháp sục khí luân phiên trong xử lý nước. đích nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp xử lý sinh học để xử lý chất hữu cơ cũng như các hợp chất chứa Nitơ trong nước thải, đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng. hữu cơ và Nitơ trong nước thải 1.3.1. Các phương pháp xử lý chất hữu cơ Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như