nghiên cứu xử lý ni tơ trong nước thải bằng hệ thống tổ hợp hiếu khí và thiếu khí

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THCS GIANG BIÊN - LONG BIÊN ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015). Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG NGHỆ TỔ HỢP THIẾU KHÍ-HIẾU KHÍ . Lĩnh vực: Khoa học môi trường. NGƯỜI HƯỚNG DẪN - GV: Đồng Mai Trang - Đơn vị công tác: THCS Giang Biên TÁC GIẢ: 1. Nguyễn Công Hoàng Phong Lớp: 9A Trường: THCS Giang Biên 2. Trương Anh Tuấn Lớp: 9B Trường:THCS Giang Biên Hà Nội, tháng 11 năm 2014 1 MỤC LỤC PHẦN I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3 PHẦN II: TỔNG QUAN VÀ ĐIỂM MỚI ĐIỂM SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI. .4 PHẦN III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 5 PHẦN IV: KẾT LUẬN 27 2 PHẦN I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nước cần cho mọi sự sống và phát triển. Nước giúp cho các tế bào sinh vật trao đổi chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tế bào mới. Nước được dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ.Vì vậy, có thể nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống Ở nước ta hiện nay, hầu hết các khu đô thị, khu dân cư, làng, xã hay một số điểm du lịch được xây dựng phục vụ nhu cầu con người có nguồn nước thải sinh hoạt sinh ra còn chưa được xử lý triệt để, mặc dù một vài nơi có hệ thống xử lý tâp trung nhưng còn nhiều khó khăn về vấn đề vận hành cũng như các chi phí xử lý cao dẫn đến nước thải sinh hoạt không đạt tiêu chuẩn môi trường mà đã xả trực tiếp ra sông, hồ. Ngoài nguồn nước thải khổng lồ , thải ra từ các hoạt động của con người thì chúng ta cũng phải đối mặt với một hiện tượng môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng là hiện tượng phú dưỡng gây ra do bùng nổ các loài rong, tảo, thực vật phù du và nồng độ chất dinh dưỡng Nitơ, Phôtpho quá cao. Điều đó khiến tình trạng tầng nước mặt bị ô nhiễm, bốc mùi khó chịu, nước có màu xanh đen hoặc đen, theo thời gian sẽ ảnh hưởng tới tầng nước ngầm làm mất cảnh quan cũng như biến đổi hệ sinh thái nước và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con người. Ngày nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt, nhưng phương pháp sinh học được áp dụng rộng rãi hơn cả. Phương pháp này cũng đã được ứng dụng để xử lý Nitơ trong nước thải từ những năm 1960. Xuất phất từ những lí do trên, để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường nước, bước đầu chúng tôi thực hiện: “Nghiên cứu xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng công nghệ tổ hợp hiếu khí - thiếu khí”. PHẦN II 3 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA CỦA ĐỀ TÀI Việc nghiên cứu xử lý các nguồn ô nhiễm vô cơ cũng như hữu cơ trong nước được coi là biện pháp tối ưu nhất để giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước. Kế thừa và phát huy những nghiên cứu trước đây, đề tài của chúng tôi đã có thêm những bước cải tiến hơn về mặt kĩ thuật cũng như chọn nguồn vi sinh vật thiếu khí – hiếu khí. Trong phương pháp thực nghiệm chỉ sử dụng hai loại bình (thiếu khí – hiếu khí) khiến cho hệ thống xử lý bớt cồng kênh hơn hệ thống hiếu khí – thiếu khí – kị khí mà vẫn cho hiệu suất xử lý tương đương. Bên cạnh đó, nguồn vi si vật thiếu khí, hiếu khí tương đối dễ nuôi cấy hoặc trực tiếp tận dụng bùn vi sinh ở các nhà máy sản suất sữa. Nguồn vốn ban đâu của của hệ thống o quá cao nên phủ hợp với thực tế lượng nước thải sinh hoặt không tập trung một chỗ. PHẦN III 4 QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các cộng đồng dân cư như: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vui chơi giải trí, cơ quan công sở, … Thông thường, nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai 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, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tắm, giặt, với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể. Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước thải sinh hoạt là Nitơ và Phốt pho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng N và P rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng N và P cao, trong đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm. Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trong phân, đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi sinh vật gây bệnh từ nước thải có khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau, qua tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, cây trồng, vật nuôi, côn trùng…), thâm nhập vào cơ thể người qua đường thức ăn, nước uống, hô hấp,…,và sau đó có thể gây bệnh. Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán. Với thành phần ô nhiễm là các tạp chất nhiễm bẩn có tính chất khác nhau, từ các loại chất không tan đến các chất ít tan và cả những hợp chất tan trong nước, việc xử lý nước thải sinh hoạt là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và có thể đưa nước vào nguồn tiếp nhận hoặc đưa vào tái sử dụng. Trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống thoát nước một lượng chất bẩn nhất định, phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng. Ở 5 nước ta Tiêu chuẩn TCXD 51:2007 quy định về lượng chất bẩn tính cho một người dân xả vào hệ thống thoát nước trong một ngày theo bảng 1 sau đây. Bảng 1: Lượng phát thải sinh hoạt bình quân của một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước(theo quy định của TCXD 51:2007) Các chất Giá trị , gam/ngày.đêm Chất lơ lửng (SS ) 60¸65 BOD 5 của nước thải chưa lắng 65 BOD 5 của nước thải đã lắng 30¸35 Nitơ amôn (N-NH 4 ) 8 Phốt phát (PO 4 3- ) 3,3 Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước điều kiện trang thiết bị vệ sinh và có thể tham khảo theo bảng 2 sau đây Bảng 2: Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư 6 Dựa vào các số liệu trên ta thấy lượng nước thải tập trung của các khu dân cư là rất lớn, ví dụ như tổng lượng nước thải ở thành phố Hà Nội riêng năm 2006 là 500.000m 3 /ngày. Từ đặc tính của nước thải cho thấy các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng ở nước thải sinh hoạt là BOD 5 , COD, Nitơ, Phốtpho, SS, TOC chất tẩy rửa, trong nước thải sinh hoạt hàm lượng Nitơ và phốtpho rất lớn, (từ 50 đến 55%), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh phát triển. Nếu không được xử lý thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng. Đồng thời trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ, cần thiết cho các quá trình chuyển hoá chất bẩn trong nước. Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao, 7 Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình Tổng chất rắn ( TS), mg/l 350-1.200 720 Chất rắn hoà tan (TDS) , mg/l 250-850 500 Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l 100-350 220 BOD 5 , mg/l 110-400 220 Tổng Nitơ, mg/l 20-85 40 Nitơ hữu cơ, mg/l 8-35 15 Nitơ Amoni, mg/l 12-50 25 Nitơ Nitrit, mg/l 0-0,1 0,05 Nitơ Nitrat, mg/l 0,1-0,4 0,2 Clorua, mg/l 30-100 50 Độ kiềm , mgCaCO 3 /l 50-200 100 Tổng Phốt pho, mg/l _ 8 nhiều vi khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước.Và vấn đề đặt ra là yêu cầu chất lượng nước thải sau khi xử lý phải đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn thải sau: Bảng 3. Yêu cầu nước thải sau khi xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT TT Thông số ô nhiễm Đơn vị Giới hạn cho phép (QCVN 14:2008) Mức A Mức B 1 pH mg/L 5-9 5-9 2 Chất rắn lơ lửng mg/L 50 100 3 Tổng chất rắn tan mg/L 500 1000 4 Sunfua (H 2 S) mg/L 1 4 5 Amoni mg/L 5 10 6 Nitrat mg/L 30 50 1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước thải 1.2.1. Trạng thái tồn tại của Nitơ trong nước thải Trong nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất hữu cơ, amoni và các hợp chất dạng ôxy hoá (nitrit và nitrat). Các hợp chất nitơ là các chất dinh dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ yếu nhờ các quá trình sinh hoá. Sơ đố sự ô nhiễm Nitơ trong nước thải: 8 Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc là thành phần phân huỷ protein như là các peptit, axit amin, urê. Hàm lượng amoniac (NH 3 ) chính là lượng nitơ amôn (NH + 4 ) trong nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp thực phẩm và một số loại nước thải khác có thể rất cao. Các tác nhân gây ô nhiễm Nitơ trong nước thải công nghiệp: chế biến sữa, rau quả, đồ hộp, chế biến thịt, sản xuất bia, rượu, thuộc da. Trong nước thải sinh hoạt nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%).Nguồn nitơ chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước 1,2 lít nước tiểu, tương đương với 12 g nitơ tổng số. Trong số đó nitơ trong urê (N-CO(NH 2 ) 2 ) là 0,7g, lượng chất bẩn Nitơ amôn (N-NH 4 ) một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước là 7 g/ng.ngày còn lại là các loại nitơ khác. 1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước Trên thực tế có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước, nhưng nguyên nhân chínhdẫn đến ô nhiễm Nitơ trong nước theo đánh giá của các nhà khoa học là từ các nguồn nước như nước thải sinh hoạt, nước thải 9 công nghiệp có chứa các hợp chất Nitơ, phân bón sử dụng trong sản xuất nông nghiệp. Bên cạnh đó, rác thải ở nhiều khu dân cư không được thu gom xử lý đã tác động xấu tới nguồn nước. Ở Việt Nam, một nguồn chính khác góp phần gây ô nhiễm Nitơ trong nước là các hoạt động sản xuất nông nghiệp, nước ta đang sử dụng trên 9 triệu ha đất nông nghiệp, hằng năm phải bón 5-7 triệu tấn phân hóa học. Như vậy, phân bón hóa học (urê, lân, kali) sẽ còn một lượng dư thừa lớn, có tới hang nghìn tấn các chất N, P, K trong đất mỗi năm sẽ rửa trôi theo sông ngòi, mương rạch ảnh hướng đến nguồn nước cấp sinh hoạt, hoặc ngấm xuống gây ô nhiễm tầng nước ngầm. Không chỉ vậy, một số ngành công nghiệp có nước thải chứa Nitơ cũng là nguồn gây nên tình trạng ô nhiễn Nitơ trong môi trường nước. Với mức độ tăng trưởng kinh tế như hiện nay, chắc chắn Việt Nam sẽ gặp khó khăn đáng kể với vấn đề ô nhiễm môi trường nước nếu không có các biện pháp xử lý ô nhiễm phù hợp và kịp thời. 1.2.3. Tác hại của ô nhiễm Nitơ đối với môi trường và sức khỏe con người Sự ô nhiễm N trong nước thải gây những ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước mặt, nước ngầm. Dòng nước thải ô nhiễm Nitơ làm tăng đáng kể hàm lượng dinh dưỡng trong nước gây ra hiện tượng phú dưỡng trong ao, hồ, sông ngòi. Gây chết cá cũng như tác động nhiều đến đời sống của vi sinh vật trong nước từ đó sinh ra các mùi khó chịu, các khí độc làm ô nhiễm môi không khí và môi trường sống làm ảnh hưởng đến sức khỏe người dân. Tại Hà Nội, nước sông Tô Lịch rất đen và bốc mùi khó chịu, những ngày nước cạn, khí độc trong bùn sộc lên (do phân hủy yếm khó dưới đáy) làm chết cá và mùi xú uế thì lan tràn ra các khu dân cư. Đến nay, hầu hết các hồ trong nội thành Hà Nội chỉ còn sót lại rất ít cá rô và sinh vật nhỏ.Trên thực tế, những tác động này xảy ra ở khắp nơi, quy mô trên cả nước 10 [...]... vật có sẵn trong nước thải hoặc bổ sung thêm các chủng, giống vi sinh vật để nâng cao hiệu suất xử lý nước thải Các phương pháp sinh học có thể được duy trì trong các điều kiện yếm khí (không có oxy), thiếu khí và hiếu khí (bổ sung thêm oxy từ ngoài vào) 12 1.3.2 Công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng tổ hợp thiếu khí – hiếu khí Việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp thường... 2.2 Nội dung nghiên cứu - Khảo sát tổng quan về nước thải sinh hoạt phân tán – Hộ gia đình - Xây dựng mô hình AO quy mô phòng thí nghiệm để xử lý nước thải sinh hoạt - Nghiên cứu ảnh hưởng của N-anoni đầu vào, đầu ra và N tổng đầu vào, đầu ra đến hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt phân tán bằng hệ thống AO - Nghiên cứu ảnh hưởng của dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý tổng Nitơ trong nước thải sinh hoạt... LUẬN  Xử lý Nitơ và Amoni trong thải sinh hoạt phân tán bằng phương pháp sinh học thiếu khí – hiếu khí cho hiệu suất xử lý cao  Hiệu suất xử lý N-NH4+ ở các chế độ thời gian lưu nghiên cứu hầu như đạt trên 85%, khi có dòng tuần hoàn thì hiệu suất xử lý tăng lên  Hiệu suất xử lý T-N đạt 65 – 90% và bị giảm dần khi tăng lưu lượng nước thải  Lưu lượng amoni có ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý tổng Nitơ,... V=120 lít Nước thải được cấp vào bể thiếu khí bằng một bơm định lượng với lưu lượng Q = 1 lít/giờ, sau khi nước được cấp đầy bể thiếu khí nước thải sẽ chảy tràn sang bể hiếu khí Ở bể này dưới đáy bể có bộ phận cấp khí liên tục làm tăng lượng oxy trong nước thải, kết hợp với bể hiếu 17 khí là bể lắng, nước thải sau khi qua bể lắng sẽ chảy tràn ra ngoài vào thiết bị chứa, đồng thời tại bể lắng nước thải cũng... - Xử lý sơ bộ: Có nhiệm vụ lắng cát và tách dầu mỡ ra khỏi nước thải đồng thời điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải - Xử lý sinh học: Mục đích quá trình xử lý sinh học và lợi dụng các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để khử các hợp chất hữu cơ chứa cacbon, Nitơ, photpho trong nước thải đây là bước xử lý quan trọng cho nước thải sinh hoạt quyết định chất lượng nước đầu ra Với hiệu suất xử. .. nhiễm và hóa chất thêm vào, Do đó, ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín Tuy nhiên, phương pháp hóa học có nhược điểm là chi phí vận hành cao, không thích hợp cho các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt với quy mô lớn Bản chất của phương pháp hoá lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là áp dụng các quá trình vật lý và hoá... nguồn nước cũng như hệ sinh thái tiếp nhận và những ảnh hưởng gián tiếp đến môi trường sống, sức khỏe con người Do đó, vấn đề ô nhiễm nước thải sinh hoạt nói chung và ô nhiễm Nitơ nói riêng cần được các nhà quản lí, các nhà khoa học và mọi người dân chú trọng quan tâm nhiều hơn nữa 1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt 1.3.1 Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt... trung gian anoxic, quá trình kị khí, quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic –kị khí các quá trình hồ Căn cứ đặc tính đầu vào và đầu ra của nước thải sinh hoạt mà hiện nay trên thế giới nói 13 chung và Việt Nam nói riêng công nghệ xử lý thường là sự kết hợp xử lý cơ học và phương pháp xử lý sinh học và qua các bước sau: - Tiền xử lý: Có nhiệm vụ loại bỏ ra khỏi nước thải tất cả các vật có thể gây... bể thiếu khí Hàm lượng bùn trong bể lắng khi kết hợp với bể hiếu khí sẽ tự động lắng ngược trở lại sang bể hiếu khí + Điều kiện thí nghiệm: pH đầu vào: 7.0 - 8 Nhiệt độ: 29 – 30o C 3.KẾT QUẢ 18 Q=1,5l/h Hình: Mối quan hệ giữa tổng N , vào, ra và hiệu suất xử lý tổng N NX: Kết quả đồ thị cho thấy hiệu suất xử lý T-N thay đổi một cách rõ rệt, ở chế độ 1, đầu ra ở bể thiếu khí là 3-5 mg/l, đầu ra ở bể hiếu. .. lượng nitrit và nitrat cao cũng rất đáng lo ngại Theo chuỗi thức ăn, các hợp chất sẽ tồn tại trong cơ thể con người và đây là những hiểm họa tiềm ẩn đối với sức khỏe con người Trong thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư thì chỉ tiêu trung bình các hợp chất Nitơ được nêu ở bảng sau: Bảng 4: Chỉ tiêu trung bình hợp chất Nitơ trong nước thải sinh hoạt Chỉ tiêu Trung bình Tổng Nitơ, mg/l 40 Nitơ hữu . oxy), thiếu khí và hiếu khí (bổ sung thêm oxy từ ngoài vào). 12 1.3.2. Công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng tổ hợp thiếu khí – hiếu khí. Việc lựa chọn phương pháp xử lý. sinh vật thiếu khí – hiếu khí. Trong phương pháp thực nghiệm chỉ sử dụng hai loại bình (thiếu khí – hiếu khí) khiến cho hệ thống xử lý bớt cồng kênh hơn hệ thống hiếu khí – thiếu khí – kị khí mà. đầu vào, đầu ra và N tổng đầu vào, đầu ra đến hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt phân tán bằng hệ thống AO. - Nghiên cứu ảnh hưởng của dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý tổng Nitơ trong nước thải