Đánh giá hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm bằng hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động (MBBR)

Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan hiện trạng ô nhiễm Amoni nước ngầm ở Hà Nội .6 1.5.1 Xử lý amoni chất ơxy hố 13 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 22 2.3.2 Xác định kiềm 22 2.4 Thí nghiệm 27 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni nước ngầm 40 DANH MỤC BẢNG Bảng Hàm lượng Amoni số bãi giếng Hà Nội Bảng Giới hạn cho phép thông số NH+4, NO3-, NO2- nước sử dụng cho mục đích sinh hoạt ăn uống theo tiêu chuẩn 01/2009/BYT Bảng Kết thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động qua việc thay đổi thời gian lưu Bảng Ảnh hưởng thời gian lưu bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni với hệ bình phản 21 36 37 ứng Bảng Ảnh hưởng thời gian lưu bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni với hệ bình liên tục Bảng Kết thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước SVTH: Nguyễn Văn Hoàng 38 Lớp: LĐH2KM1 Đồ án tốt nghiệp ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni qua việc thay đổi nồng độ amoni đầu vào 40 với hệ bình phản ứng Bảng Kết thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni qua việc thay đổi nồng độ amoni đầu vào với hệ liên tục 41 Bảng Kết thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni qua việc so sánh khả xử lý amoni của 42 hệ sau thời gian ngày và 10 ngày DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình Chu trình nito tự nhiên Hình Mơ hình thí nghiệm MBBR Hình Vật liệu mang vi sinh(bên trái: Vật liệu mang có vi sinh, bên phải: Vật liệu mang chưa có vi sinh) Hình Hệ bình phản ứng với dòng liên tục Hình Hệ bình phản ứng nối tiếp 11 31 31 33 33 Hình Đồ thị biểu diễn biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu 37 với hệ thí nghiệm 1bình liên tục Hình Đồ thị biểu diễn biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu với hệ thí nghiệm bình nối tiếp Hình Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ amoni ban đầu đến q trình nitat hóa với hệ bình liên tục và hệ bình nới tiếp Hình Đồ thị biểu diễn khả xử lý amoni của hệ sau thời gian ngày 39 41 42 và 10 ngày DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp BYT: Bộ Y tế EPA: Cơ quan bảo vệ môi sinh Hoa Kỳ MBBR: (Moving Bed Biofilm Reactor) , công nghệ vật liệu mang vi sinh chuyển động MBC – 1: Vật liệu mang vi sinh QCVN: Quy chuẩn Việt Nam SK: Sinh khối UNICEF: Quỹ nhi đồng liên hợp quốc SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp MỞ ĐẦU Nước có vai trị quan trọng việc bảo vệ chăm sóc sức khoẻ cộng đồng Các nguồn nước sử dụng chủ yếu nước mặt nước ngầm qua xử lý sử dụng trực tiếp.Vấn đề nước mối quan tâm tầng lớp nhân dân, từ thành thị đến nông thôn Nhưng nguồn nước dần bị ô nhiễm trầm trọng Hiện nay, chất lượng nguồn nước thiên nhiên ngày xấu tác động việc tiếp nhận ngày nhiều nguồn nước thải đô thị, nước thải công nghiệp không xử lý đạt yêu cầu; việc sử dụng ngày nhiều chất bảo vệ thực vật, kể chất bị cấm sử dụng hoạt động nông nghiệp Không nguồn nước mặt mà nước ngầm Sắt Mangan, cịn chứa tạp chất có hại khác Đặc biệt hàm lượng Amoni cao tiêu chuẩn vệ sinh cho phép đến nhiều lần Việc khai thác nước đất diễn tương đối phức tạp nhiều nơi, nhiều lúc khơng kiểm sốt Phần nhiều hệ thống cấp nước tập trung khai thác nước tầng chứa nước cuội sỏi Đây tầng chứa nước công nghiệp bảo vệ tầng sét dày phía Các giếng khoan hệ thống cấp nước tập trung Công ty cấp nước tỉnh quản lý xây dựng kỹ thuật chống nhiễm nguồn chất thải từ tầng thấm trực tiếp xuống vị trí giếng Bên cạnh loại giếng này, số lượng lớn giếng khoan đơn vị sản xuất tự xây dựng tự kiểm sốt Các loại giếng khơng phải lúc xây dựng kỹ thuật nên có khả bị nhiễm trực tiếp vị trí giếng khoan Cùng với việc khai thác nước tầng cuội sỏi, phận đông dân cư khai thác nước tầng nông với loại giếng khoan giếng qui mơ nhỏ, hộ gia đình “ gọi giếng kiểu UNICEF” Các giếng khoan kiểu UNICEF phần lớn thực đơn vị, cá nhân không chuyên ngành thực Các giếng khoan kiểu UNICEF không cấu tạo kỹ thuật hoạt động giếng ngừng hoạt động khơng lấp kỹ thuật có khả gây nên tượng thông tầng chứa nước Các tầng chứa nước phía bị nhiễm nguồn chất thải thơng SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đồ án tốt nghiệp qua giếng làm nước tầng chứa nước phía bị nhiễm bẩn nhanh chóng Tầng sét bảo vệ tầng chứa nước công nghiệp bị xuyên thủng Nước thải xâm nhập vào tầng chứa nước ngầm thông qua cửa sổ địa chất thuỷ văn Nguồn chất thải qua q trình hố sinh lòng đất tạo nên nhiễm bẩn đặc biệt là Amoni Các phương pháp xử lý nước nhiễm Amoni nghiên cứu áp dụng nhiều nước giới bao gồm: sục khí, sinh học, keo tụ, lắng, lọc, tuyển nổi, hấp phụ, kết tủa, màng, oxy hóa, khử trùng… phương pháp sinh học thân thiện với môi trường mang lại hiệu cao Vì ngày phương pháp sinh học là phương pháp tốt nhất dùng để xử lý Trong phương pháp sinh học có rất nhiều biện pháp kỹ thuật khác lọc nhỏ giọt, đĩa quay sinh học, tầng lưu thể, màng sinh học tầng chuyển động, phương pháp cho hiệu cao mẻ phương pháp màng sinh học tầng chủn đợng, dùng vi sinh với mục đích xử lý Amoni nước ngầm Phương pháp có ưu điểm đơn giản, dễ áp dụng, khơng địi hỏi trình độ kỹ thuật cao, áp dụng với quy mơ vừa lớn Vì tính cấp bách vấn đề phạm vi cho phép em chọn đề tài “Đánh giá hiệu xử lý Amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động (MBBR) ” nhằm đưa biện pháp xử lý amoni nước ngầm cách tốt mà không làm ảnh hưởng xấu tới môi trường, với mục đích mang lại chất lượng nước tốt cho người sinh vật sử dụng SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hiện trạng ô nhiễm Amoni nước ngầm ở Hà Nội Tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm ở Hà Nội hiện ở mức báo động nghiêm trọng Hà Nội có địa hình thấp về phía Nam và Đông Nam, toàn bộ nước bề mặt kéo theo chất bẩn về đây, ngấm xuống làm bẩn cả tầng chứa nước dưới lòng đất Tại khu vực phía Nam và Đông Nam thành phố Hà Nội, nguồn nước ngầm đều bị nhiễm Amoni nặng Hàm lượng Amoni cao giới hạn cho phép gấp nhiều lần, điển hình là các giếng của nhà máy nước Pháp Vân chứa NH 4+ tới 30 mg/l Ở Hà Nội, nhiều khu vực đã xuất hiện tụt mực nước ngầm, lưu lượng giảm đáng kể Một số nơi đã xảy lún đất, biến dạng bề mặt mặt đất, nhiều giếng đã bị tụt mực nước ngầm 10m và lưu lượng bị giảm so với một nửa ban đầu Từ số liệu thu thập cho thấy nguồn nước ngầm số khu vực Hà Nội có hàm lượng Amoni cao Bảng Hàm lượng Amoni số bãi giếng Hà Nội STT Hàm lượng Amôni nước ngầm Bãi giếng NH4+min mg/l NH4+trung bình mg/l NH4+max mg/l 11 30 0,1 1,7 20 Kim Liên Lương Yên Mai Dịch 0,3 2,0 Ngọc Hà 0,8 3,0 Bạch Mai 3,0 7,3 20 Đồn Thuỷ 0,5 3,4 10 Gia Lâm 1,0 1,4 6,0 Hạ Đình 1,0 9,7 20 Ngơ Sĩ Liên 0,5 1,8 13 10 Yên Phụ 2,4 20 SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 11 Pháp Vân 12 Tương Mai 0,3 20,8 30 7,9 30 (Nguồn: Số liệu tổng hợp từ Dự án Cấp nước Môi trường 1A thành phố Hà Nội tḥc Chương trình cấp nước Hà Nội cơng ty Soil and Water Ltd, Phần Lan) Nguyên nhân gây tình trạng nhiễm nguồn nước ngầm hoạt động khoan khai thác giếng khoan bất hợp lý diễn nhiều nơi Ngoài việc bị khai thác bừa bãi làm thất thoát tài nguyên nước, nước bẩn theo mũi khoan thâm nhập xuống tầng chứa nước gây thêm ô nhiễm cho nguồn nước ngầm Do nước thải sinh hoạt từ các hộ dân thải môi trường theo các kênh rạch và ngấm xuống đất gây ô nhiễm nguồn nước ngầm Ngoài còn phải nói đến các hoạt động sản xuất công nghiệp và nông nghiệp cũng là nguyên nhân gây lên tình trạng ô nhiễm nước ngầm 1.2 Nguồn gốc chu trình nitơ tự nhiên 1.2.1 Nguồn gốc nitơ Cơ thể động vật, thực vật ngồi thành phần hợp chất hữu chứa C, H, Nitơ thành phần ln có mặt, tồn nhiều dạng hợp chất hữu vô sản phẩm tự nhiên công nghiệp Nguyên tố Nitơ tồn trạng thái hóa trị, từ dạng khử (N3-) Amoniac đến dạng oxi hóa (N5+) Nitrat Ở nước tự nhiên hợp chất amoniac, hợp chất hữu chứa Nitơ, khí Nitơ, Nitrat Nitrit có nồng độ khơng đáng kể chúng nguồn Nitơ cho phần lớn sinh vật đất nước Vi sinh vật sử dụng nguồn Nitơ vào tổng hợp axit amin, protein, tế bào chuyển hóa lượng Trong q trình đó, hợp chất chứa Nitơ thay đổi hóa trị chuyển hóa thành hợp chất hóa học khác 1.2.2 Nguồn gốc Nitơ nước ngầm Do thực trạng hệ thống cấp nước, xử lí nước cấp nước thải, chất thải rắn chưa đồng bộ, cộng thêm phát triển ngành cơng nghiệp, nơng SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp nghiệp ngày tăng thời gian gần đây, chưa kể đến trình diễn tự nhiên, số điều kiện địa chất thủy văn phức tạp nguồn nước ngầm dần bị nhiễm Nito trầm trọng Khi bón phân cho đất, Nitrat Amoni phần cối hấp thụ, phần giải phóng ngồi khí dạng Nitơ tự Amoniac, phần cịn lại tích tụ nước dễ lọc qua đất bị hòa tan vào nước ngầm Các hoạt động sinh hoạt canh tác người, sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật việc bón phân cho đất… số hoạt động tự nhiên dẫn tới chất bẩn ngày tích tụ nhiều, ngấm xuống đất qua lớp đất làm nhiễm nguồn nước ngầm, số chất có nồng độ tăng vượt tiêu chuẩn cho phép đặc biệt nito Vì vậy, cần phải có biện pháp khắc phục ô nhiễm, tránh ảnh hưởng xấu tới người sinh vật sử dụng nguồn nước ngầm 1.2.3 Chu trình Nitơ tự nhiên Hợp chất nito (protein, ure) Phân hủy vi sinh thủy sinh Amoniac tạo sinh khối Tế bào nito hữu Tế bào thực phân hủy nội sinh NO2khử nitrat NO3- Khí nito Chất hữu cacbon Hình Chu trình nito tự nhiên Nitơ từ đất, nước, khơng khí vào thể sinh vật qua nhiều trình biến đổi sinh học, hóa học phức tạp quay trở đất, nước, khơng khí tạo thành SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp vịng khép kín gọi chu trình nitơ Trong đất nitơ chủ yếu tồn dạng hợp chất nitơ hữu Lượng nitơ tăng lên phân hủy xác động, thực vật, chất thải động vật Hầu hết thực vật sử dụng trực tiếp dạng nitơ hữu mà phải nhờ vi khuẩn đất chuyển hóa chúng thành dạng vơ mà thực vật hấp thụ Khi rễ hấp thụ qua q trình biến đổi hóa học, hợp chất tạo thành enzim, protein… Một số lồi thực vật có nốt sần họ đậu, cỏ ba lá, đinh lăng… chuyển hóa Nitơ khí tạo thành dạng Nitơ sử dụng cho Khi bón phân cho đất, Nitrat Amoni phần cối hấp thụ, phần giải phóng ngồi khí dạng nitơ tự Amoniac, phần cịn lại tích tụ nước dễ lọc qua đất bị hòa tan vào nước ngầm Ion Nitrat ion có tính oxi hóa mạnh Hàm lượng Nitrat Amoni đất nước ngầm cao lượng phân bón chứa Nitơ sử dụng nhiều NO3- NO2- h tiêu quan trọng để đánh giá ô nhiễm môi trường Theo đánh giá tổ chức Y tế giới (WHO), hàm lượng Nitrat nước ngầm hầu phát triển tiếp tục tăng năm tới Ngồi q trình hình thành theo đường tự nhiên, lượng ion NO3-, NO2-, NH4+ chu trình tăng lên nhà máy sản xuất phân đạm, chất thải khu thị có hàm lượng Nitơ cao Nguồn nhiễm Nitơ nước mặt từ nhiều nguồn khác nhau: công nghiệp, nông nghiệp, dân cư…Khói thải nhà máy cịn chứa nhiều oxit nitơ thải vào khí quyển, gặp mưa số q trình biến đổi hóa học khác, ngấm xuống đất dạng HNO3, HNO2 Trong công nghiệp, việc sử dụng phân bón hóa học chứa nitơ với lượng lớn, việc sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ… qua q trình rửa trơi, thấm, lượng Nitrat, Amoni nước bề mặt nước ngầm ngày lớn SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 10 Trong nước thải sinh hoạt chứa lượng Nitơ định Việc thải nước sinh hoạt không qua xử lý vào hệ thống thoát nước thành phố nguồn gây ô nhiễm nguồn nước Thêm vào đó, nguồn gây nhiễm Nitơ cịn đốt cháy nguyên liệu hóa thạch, chất thải sinh vật nước ảnh hưởng phương tiện giao thông đường thủy… Con người động thực vật ln ln cần có nitơ liều lượng thích hợp nói chu trình chuyển hóa nitơ hệ sinh thái vịng tuần hồn Tuy nhiên, Nitơ có nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau: NH4+ (NH3), NO2, NO3Tất ion hàm lượng mức cho phép gây hại cho sức khỏe người ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái Cần xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép 1.3 Các hợp chất chứa nitơ nước Trong nước hợp chất chứa Nito thường tồn dạng : Nitơ hữu cơ, Amoniac (amoni) dạng oxi hóa (nitrat, nitrit) Các dạng khâu chuỗi phân hủy hợp chất chứa Nitơ hữu cơ, thí dụ: protein hợp phần protein Protein NH3 NO2- NO3- Các vi sinh phân hủy NO3- NO2- NO N2O N2 Nước chứa hợp chất Nitơ hữu cơ, Amoniac NH4OH nước bị ô nhiễm Nước chứa nhiều Nitrit (NO2-) nước bị ô nhiễm thời gian dài Nếu nước chứa chủ yếu hợp chất Nitơ dạng Nitrat (NO3-) chứng tỏ trình phân hủy kết thúc Tuy vậy, Nitrat bền điều kiện hiếu khí, Nitrat dễ bị khử thành N2O, NO Nitơ phân tử tách khỏi nước bay vào khơng khí Amoniac nước tồn dạng NH3 NH4+(NH4OH, NH4NO3, (NH4)2SO4…) tùy thuộc vào pH nước NH3 NH4+ có nước với SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 31 2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Amoni lên q trình nitrat hóa hệ thớng bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni Nồng độ amoni nước ngầm thường khác tùy thuộc vào khu vực Nó thường dao động từ khoảng 5-20mgN/l, tùy theo vùng, để q trình xử lý amoni vận hành ổn định nồng độ bị biến động cần phải đánh giá hiệu q trình oxi hóa amoni theo nồng độ khác Thí nghiệm tiến hành với nồng độ amoni dao động từ 10-30mgN/l Và cố định thời gian lưu cụ thể 2,5h Sau pha nước đầu vào, chỉnh lưu lượng chạy thí nghiệm với mơ hình bình phản ứng với dịng liên tục khuấy trộn hệ bình nối tiếp Lấy mẫu phân tích tiêu: pH, kiềm, NH 4+, NO2-, NO3của nước đầu vào Sau chạy thí nghiệm ≥ 2,5h lấy mẫu phân tích tiêu pH, kiềm, NH4+, NO2-, NO3- 2.5.3 Khảo sát khả xủ lý Amoni của hệ sau các khoảng thời gian ngày và 10 ngày sau chạy hệ Đối với hệ xử lý để đạt được hiệu xuất cũng tính ổn định của hệ thì cần phải có thời gian nhất là với công nghệ xủ lý sử dụng vật liệu mang vi sinh Thời gian để hệ xử lý vào ổn định khoảng ngày trở lên bắt đầu chạy hệ Hệ mới bắt đầu vào hoạt động chưa thể xử lý triệt để được chất ô nhiễm vì vi sinh cũng cần có thời gian để làm quen với nồng độ chất ô nhiễm từ đó vi sinh có thể phát triển nếu lượng thức ăn(chất ô nhiễm) cao và cũng có thể giảm lượng thức ăn ít mật độ vi sinh Chạy thí nghiệm liên tục lấy mẫu phân tích sau ngày và 10 ngày để so sánh khả xử lý amoni của hệ từ đó đưa nhận xét SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 32 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển đợng lên hiệu xử lý amoni Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu nhằm mục đích tìm lưu lượng mà hiệu suất xử lý amoni cao thời gian ngắn nhất.Thí nghiệm cho kết quả sau Bảng Kết thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động qua việc thay đổi thời gian lưu Thời gian lưu (phút Hệ ) Chỉ tiêu NH4 + NO2 - NO3 - pH 150 180 2,25 210 8,22 Hệ bình liên tục 15,85 0,93 3,08 180 7,96 Hệ bình nối tiếp 11,9 1,33 6,50 150 7,97 12,3 1,27 6,35 152 7,94 Hệ bình nối tiếp 8,75 1,37 9,67 120 7,95 9,45 2,19 8,14 130 7,97 Hệ bình nối tiếp 6,21 2,19 10,84 100 7,94 7,15 1,88 10,76 110 7,95 Hệ bình nối tiếp 3,54 1,78 14,16 80 7,95 5,25 2,03 12,20 94 7,9 Hệ bình nối tiếp 1,05 1,13 17,22 62 7,91 Hệ bình liên tục 120 0,05 Hệ bình liên tục 90 20 Hệ bình liên tục 60 mgN/l Hệ bình liên tục 30 mgN/l Hệ bình liên tục 1,41 15,03 76 7,89 Hệ bình nối tiếp 0,14 0,95 14,38 46 7,86 Đầu vào SVTH: Nguyễn Văn Hoàng mgN/l ĐỘ KIỀM mgCaC O3/l Lớp: LĐH2KM1 Đồ án tốt nghiệp 33 Bảng Ảnh hưởng thời gian lưu bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni với hệ bình phản ứng C-NH4 Hiệu suất (%) 20 30 15,85 20,75 60 12,3 38,5 90 9,45 52,75 120 7,15 64,25 150 5,25 73,75 180 1,5 Thời gian lưu (giờ) Q (l/giờ) 85 Hình Đồ thị biểu diễn biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu với hệ thí nghiệm 1bình liên tục Nhìn vào bảng số liệu biến thiên đồ thị ta thấy hiệu xử lý amoni phụ thuộc vào thời gian lưu Hệ bình liên tục sau thời gian 180 SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Lớp: LĐH2KM1 Đồ án tốt nghiệp 34 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ mgN/l đạt hiệu suất là 85% nồng độ Amoni nằm giới hạn cho phép theo QCVN 01/2009/BYT Sau thời gian 150 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 5,25 mgN/l đạt hiệu suất là 73,75% Sau thời gian 120 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 7,15 mgN/l đạt hiệu suất là 64,25% Sau thời gian 90 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 9,45 mgN/l đạt hiệu suất là 52,75% Sau thời gian 60 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 12,3 mgN/l đạt hiệu suất là 38,5% Sau thời gian 30 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 15,85 mgN/l đạt hiệu suất là 20,75% Với mục đích cấp nước phục vụ ăn uống nồng độ amoni ≤ 3mgN/l sử dụng cho mục đích sinh tương đương thời gian lưu nước bể là 180 phút, thời gian lưu mà đạt hiệu xử lý nước đạt tiêu chuẩn Bảng Ảnh hưởng thời gian lưu bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni với hệ bình liên tục Q (l/giờ) Thời gian lưu (giờ) C-NH4 Hiệu suất (%) 20 30 11,9 40,5 60 8,75 56,25 90 6,7 66,5 120 4,1 79,5 150 2,15 89,25 180 0,14 99,3 2,5 SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 35 Hình Đồ thị biểu diễn biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu với hệ thí nghiệm bình nối tiếp Nhìn vào bảng số liệu biến thiên đồ thị ta thấy hiệu xử lý amoni phụ thuộc vào thời gian lưu Với hệ bình liên tục sau thời gian 180 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 0,14 mgN/l đạt hiệu suất là 99,3% nồng độ Amoni nằm giới hạn cho phép theo QCVN 01/2009/BYT Sau thời gian 150 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 2,15 mgN/l đạt hiệu suất là 89,25% nồng độ Amoni đạt giới hạn cho phép Sau thời gian 120 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 4,1 mgN/l đạt hiệu suất là 79,5% Sau thời gian 90 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 6,7 mgN/l đạt hiệu suất là 66,5% Sau thời gian 60 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 8,75 mgN/l đạt hiệu suất là 56,25% Sau thời gian 30 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 11,9 mgN/l đạt hiệu suất là 40,5% Với mục đích cấp nước phục vụ ăn uống nồng độ amoni ≤ 3mgN/l sử dụng cho mục đích sinh tương đương thời gian lưu nước bể là 150 phút, thời gian lưu mà đạt hiệu xử lý nước đạt tiêu chuẩn SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 36 3.2 Kết Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Amoni lên q trình nitrat hóa hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni Amoni đối tượng nghiên cứu đồ án khảo sát nồng độ vấn đề cần quan tâm Nồng độ amoni ban đầu yếu tố ảnh hưởng đến q trình nitat hóa hệ thí nghiệm Trong thí nghiệm ta cố định thời gian lưu nước bể phản ứng khoảng 2,5h, đồng thời nồng độ amoni đầu vào thay đổi khoảng nồng độ từ 10 mgN/l đến 30 mgN/l.Sau tiến hành chạy thí nghiệm thì cho kết quả sau Bảng Kết thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni qua việc thay đổi nồng độ amoni đầu vào với hệ bình phản ứng Thời gian lưu (giờ) 2,5 Đầu vào Đầu hệ bình pH Kiềm (mgC aCO3/ lít) NO2 (mg N/l) 8,00 210 0,06 0,9 7,97 200 0,05 8,11 220 8,20 240 pH 132 7,84 94 12,74 90 7,80 86,5 1,88 15,23 88 7,82 81 1,38 17,90 90 7,85 64,6 NH4 (mgN /l) NO2 (mg N/l) 10 0,56 0,92 7,85 1,5 15 2,02 1,03 0,09 1,67 20 3,8 0,10 3,35 30 10,6 SVTH: Nguyễn Văn Hoàng NO3 NH4 mgN/ (mgN l) /l) Hiệu suất xử lý (%) NO3 Kiềm (mgN/ (mgC l) aCO3/ lít) Lớp: LĐH2KM1 Đồ án tốt nghiệp 37 Bảng Kết thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni qua việc thay đổi nồng độ amoni đầu vào với hệ liên tục Thời gian lưu (giờ) pH 2,5 8,00 210 0,06 0,9 10 0,21 0,14 5,7 140 7,79 97,9 7,98 200 0,05 1,5 15 0,61 1,90 12,35 90 7,76 95 8,09 220 0,09 1,67 20 1,4 2,57 15,92 78 7,86 93 8,20 240 0,10 3,35 30 6,7 4,2 18,94 60 7,83 77 Đầu vào Đầu hệ bình Kiềm NO2 NO3 NH4 NH4 NO2 NO3 Kiềm (mgC (mgN mgN/ (mgN (mgN (mgN (mgN (mgC aCO3 /l) l) /l) /l) /l) /l) aCO3 /lít) /lít) pH Hiệu suất xử lý (%) Hình đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ amoni ban đầu đến q trình nitat hóa với hệ bình liên tục và hệ bình nối tiếp SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 38 Nhìn vào bảng số liệu hình vẽ ta thấy hiệu suất xử lý amoni chịu ảnh hưởng nồng độ amoni ban đầu Ở thời gian lưu 2,5h, nồng độ amoni đầu vào thấp hiệu suất xử lý amoni lớn, chứng tỏ hiệu xử lý tốt, với hệ bình liên tục nồng độ amoni ban đầu 10 mgN/l sau thời gian lưu 2,5h nồng độ amoni giảm xuống còn 0,56 mgN/l hiệu suất xử lý amoni đạt 94 %, với hệ bình nối tiếp nồng độ amoni ban đầu 10 mgN/l sau thời gian lưu 2,5h nồng độ amoni giảm xuống còn 0,21 mgN/l hiệu suất xử lý amoni đạt 97,9 % Ở cùng thời gian lưu tăng hàm lượng Amoni ban đầu lên 20 mgN/l thì sau 2,5h với hệ bình liên tục nồng độ amoni giảm xuống còn 3,8 mgN/l và hiệu suất xử lý amoni giảm còn 81 %, với hệ bình nối tiếp thì sau 2,5h nồng độ amoni giảm xuống còn 1,4 mgN/l và hiệu suất xử lý amoni đạt 93 % Đặc biệt tăng hàm lượng Amoni ban đầu lên 30 mgN/l thì sau 2,5h với hệ bình liên tục nồng độ amoni giảm xuống còn 10,6 mgN/l và hiệu suất xử lý amoni giảm còn 64,6 %, với hệ bình nối tiếp thì sau 2,5h nồng độ amoni giảm xuống còn 6,7 mgN/l và hiệu suất xử lý amoni giảm còn 77 % Như vậy, nồng độ amoni ban đầu cao hiệu suất xử lý thấp Điều thời gian lưu, nồng độ amoni thay đổi nồng độ thấp vi sinh vật sử dụng nguồn chất triệt để nguồn dinh dưỡng hạn chế, cịn nồng độ tăng nguồn dinh dưỡng chúng dồi trở nên dư thừa so với nhu cầu chúng Để sử dụng hết nguồn chất có hệ xử lý cần tăng thời gian lưu lên (tức giảm lưu lượng) để vi sinh sử dụng hết nguồn chất hệ 3.3 Kết khảo sát khả xủ lý Amoni của hệ sau các khoảng thời gian ngày và 10 ngày sau chạy hệ Bảng Kết thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni qua việc so sánh khả xử lý amoni của hệ sau thời gian ngày và 10 ngày SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tốt nghiệp Thời gian Chỉ tiêu 39 NH4 + NO2mgN/l NO3- PH mgCaCO3/ l Hệ ngày 10 Ngày mgN/l ĐỘ KIỀM mgN/l Đầu vào Hệ bình liên tục 20 3.5 0,05 1,71 2,25 13,53 210 90 8,22 7,99 Hệ bình nối tiếp 2,14 1,35 16,18 76 7,90 Hệ bình liên tục 1,41 15,03 76 7,89 Hệ bình nối tiếp 0,14 0,95 14,38 46 7,86 Hình Đồ thị biểu diễn khả xử lý amoni của hệ sau thời gian ngày và 10 ngày Nhìn vào bảng số liệu biến thiên đồ thị ta thấy hiệu xử lý amoni phụ thuộc vào thời gian.Với hàm lượng Amoni ban đầu la 20mgN/l, sau thời gian 5, hệ bình liên tục hàm lượng Amoni giảm xuống còn 3,5 mgN/l, hệ bình nối tiếp hàm lượng Amoni giảm xuống còn 2,14 mgN/l Sau thời gian 10 ngày hệ bình liên tục hàm lượng Amoni giảm xuống còn mgN/l, hệ bình nối tiếp hàm lượng Amoni giảm xuống còn 0,14 mgN/l SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 40 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận Dựa các quá trình thực nghiệm xử lý amoni nước ngầm bằng cách khảo sát những điều kiên khác đã thu được những kết quả sau Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni nước ngầm Thời gian lưu nước yếu tố ảnh hưởng lớn đến hiệu xử lý amoni nước ngầm Tiến hành thí nghiệm với nồng độ amoni cố định ≈ 20 mgN/l thu kết sau: - Hệ bình liên tục sau thời gian 180 phút thì nông độ amoni xuống còn ≈ mgN/l đạt hiệu suất là 85% - Hệ bình nối tiếp sau thời gian 150 phút thì nồng độ amoni xuống còn ≈ 2,15 mgN/l đạt hiệu suất là 89,2% Như nhận thấy với hàm lượng là 20 mgN/l thì thời gian lưu là 180 phút đối với hệ bình liên tục thì nông độ amoni đầu là tốt nhất, với hệ bình nối tiếp thì cần thời gian lưu là 150 phút thì nồng độ amoni từ 20mgn/l giảm xuống còn ≈ 2,15 mgN/l Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Amoni lên trình nitrat hóa hệ thớng bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni Thí nghiệm tiến hành với nồng độ amoni dao động từ 10-30mgN/l Và cố định thời gian lưu cụ thể 2,5h thì thu kết sau: - Hệ bình liên tục: + Với nồng độ amoni ≤ 20 mgN/l hiệu suất xử lý amoni đạt > 86,5 % + Với nồng độ amoni ≥ 20 mgN/l hiệu suất xử lý giảm < 80% - Hệ bình liên tục: + Với nồng độ amoni ≤ 20 mgN/l hiệu suất xử lý amoni đạt > 93 % + Với nồng độ amoni ≥ 20 mgN/l hiệu suất xử lý giảm cịn < 77% SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đồ án tốt nghiệp 41 Như vậy, thời gian lưu và hàm lượng Amoni đầu vào khác thì: - Hệ bình liên tục đạt hiệu xuất xử lý cao nhất hàm lượng Amoni đầu vào ≤ 15 mgN/l Với hàm lượng Amoni > 15 mgN/l thì hiệu xuất của hệ giảm và không đạt được hiệu quả tối ưu - Hệ bình nối tiếp đạt hiệu xuất xử lý cao nhất hàm lượng Amoni đầu vào ≤ 20 mgN/l Với hàm lượng Amoni > 20 mgN/l thì hiệu xuất của hệ giảm và không đạt được hiệu quả tối ưu Khảo sát khả xủ lý Amoni của hệ sau các khoảng thời gian ngày và 10 ngày sau chạy hệ Thí nghiệm với nồng độ amoni cố định ≈ 20 mgN/l thu kết : - Với hệ liên tục sau thời gian chạy thí nghiệm liên tục sau ngày nông độ amoni xuống còn ≈ 3,5 mgN/l và sau 10 ngày thì nồng độ amoni giảm xuống còn ≈ mgN/l - Với hệ bình nối tiếp sau thời gian chạy thí nghiệm liên tục sau ngày nông độ amoni xuống còn ≈ 2,14 mgN/l và sau 10 ngày thì nồng độ amoni giảm xuống còn ≈ 0,14 mgN/l Như nhận thấy sau khoảng thời gian nhất định hệ xủ lý sẽ vào ổn định và sau thời gian ngày hệ chưa đạt hiệu xuất cao nhất Hệ chỉ đạt hiệu suất xử lý cao nhất sau thời gian 10 ngày tiến hành chạy hệ Qua q trình thí nghiệm kết luận với mục đích xử lý nước phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt theo QCVN 01/2009/BYT dùng hệ bình phản ứng nới tiếp với dòng liên tục khuấy trộn để xử lý Amoni đạt hiệu quả tối ưu nhất Kiến nghị Mục đích đờ án đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động nhằm đưa biện pháp xử lý amoni hiệu quả, nhiên thời gian hạn chế nên số vấn đề tồn : SVTH: Nguyễn Văn Hồng Lớp: LĐH2KM1 Đờ án tớt nghiệp 42 - Đồ án nghiên cứu trình nitrat hóa (oxi hóa amoni thành nitrat) mà chưa xem xét tới trình khử nitrat Do vậy, điều kiện cho phép cần nghiên cứu sâu q trình - Cần nghiên cứu hồn thiện đề tài tương lai để ứng dụng thực tế Nguồn nước phục vụ cho ăn uống sinh hoạt ngày trở nên khan ô nhiễm, cần phải có quan tâm đầu tư cấp quyền để nguồn tài nguyên quý giá trở nên Có thể sử dụng nhiều phương pháp để khắc phục nhiễm, phương pháp xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển đợng nghiên cứu trình bày phương pháp đơn giản, tốn kinh phí so với nhiều phương pháp khác mà vẩn cho hiệu cao Các cấp quyền thành phố nông thôn cần quan tâm tới chất lượng nước phục vụ ăn uống hàng ngày, nước sử dụng cần phải lấy mẫu gửi phân tích theo định kỳ để theo dõi chất lượng nước tìm cách khắc phục nhiễm nguồn nước Cần phải đầu tư thời gian tiền bạc nhiều vào cấp hệ thống xử lý nước cấp cho sinh hoạt, ăn uống Do hạn chế mặt thời gian nên đồ án nhiều hạn chế chưa giải được, em hy vọng có hội theo đuổi hướng nghiên cứu tương lai SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Lớp: LĐH2KM1 Đồ án tốt nghiệp 43 Tài liệu tham khảo Cục y tế dự phịng mơi trường (2009), QCVN 01: 2009 – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống/ BYT, Hà Nội Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học kỹ thuật xử lý nước, NXB Thanh niên, Hà Nội Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, nhà xuất thống kê Hà Nội Lê Văn Cát (2009), Hướng dẫn kỹ thuật xử lý nước cấp cho vùng nông thôn, nhà xuất Khoa Học Tự Nhiên Công Nghệ, Hà Nội Lê Văn Cát (2007), Xử lí nước thải giàu hợp chất nito phơtpho, nhà xuất Khoa Học Tự Nhiên Công Nghệ, Hà Nội Lê Văn Cát, Trần Hữu Quang, Trần Mai Phương, Tơ Ngọc Kim, Hồng Ngọc Tuấn, Khả khử nitrit, nitrat nước rác phương pháp vi sinh, tạp chí hóa học Nguyễn Đình Bảng (2004), Giáo trình phương pháp xử lý nước – nước thải, ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội 8.Trần Đức Hạ (chủ biên), 2011 Cơ sở hóa học vi sinh vật học kỹ thuật môi trường NXB Giáo dục Việt Nam Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị khu công nghiệp (CEETIA) (2001), Hội thảo công nghệ xử lý hợp chất hữu nito nước ngầm, trường đại học Xây Dựng, Hà Nội 10 VnXpress – 14/03/2002, Báo động nhiễm amoni nước ngầm Bắc Bộ SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Lớp: LĐH2KM1 ... phạm vi cho phép em chọn đề tài ? ?Đánh giá hiệu xử lý Amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động (MBBR) ” nhằm đưa biện pháp xử lý amoni nước ngầm. .. thí nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni qua vi? ?̣c so sánh khả xử lý amoni của 42 hệ sau... nghiệm đánh giá khả xử lý amoni nước ngầm hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu xử lý amoni qua vi? ?̣c thay đổi nồng độ amoni đầu vào với hệ liên