Nghiên cứu xử lý COD trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng hệ AAO cải tiến

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC PHAN THỊ HUÊ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ COD TRONG NƢỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN BẰNG HỆ AAO CẢI TIẾN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: HÓA CÔNG NGHỆ - MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: ThS. Lê Cao Khải, Khoa Hóa Học – Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 HÀ NỘI - 2014 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê K36B - Hóa LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện chương trình Đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của các quý Thầy, Cô của trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 và các Thầy, Cô của Viện Công nghệ Môi Trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam. Em xin cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn ThS. Lê Cao Khải đã dành thời gian và tâm huyết để hướng dẫn em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp. Đồng thời em xin cảm ơn các Thầy, Cô của trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đặc biệt là các thầy cô đã dạy và hướng dẫn em trong thời gian em học tại trường. Em xin cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường và các Thầy, Cô trong Khoa Hóa học đã tạo điều kiện tốt nhất để em học tập và hoàn thiện tốt khóa học. Em xin cảm ơn các anh, chị, các Thầy, Cô thuộc Viện Công nghệ Môi Trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho em thực nghiệm tại đây để hoàn thành tốt khóa luận . Em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ của nhà trường đề ra với cố gắng và sự nhiệt tình của bản thân, tuy nhiên em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn để khóa luận tốt nghiệp được hoàn thiện tốt hơn. Hà Nội, Ngày 20 tháng 4 năm 2014 Sinh viên Phan Thị Huê Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê K36B - Hóa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những nội dung mà tôi đã trình bày trong khoá luận tốt nghiệp này là kết quả quá trình nghiên cứu, tìm tòi học hỏi của bản thân dưới sự chỉ đạo của giáo viên hướng dẫn ThS. Lê Cao Khải. Những kết quả nghiên cứu trong khoá luận chưa từng được công bố tại bất cứ công tình nghiên cứu nào. Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2014 Sinh viên Phan Thị Huê Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê K36B - Hóa MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN 2 1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 2 1.1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt 2 1.1.2. Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt 2 1.1.3. Tác hại đến môi trường 5 1.1.4. Bảo vệ nguồn nước mặt khỏi sự ô nhiễm do nước thải 6 1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán 7 1.2.1. Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt 7 1.2.2. Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán 10 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1. Đối tượng 27 2.2. Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1. Phương pháp tài kiệu kế thừa. 27 2.2.2. Phương pháp phân tích 27 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm 29 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt trong nghiên cứu 31 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD 32 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê K36B - Hóa 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ COD đến hiệu suất xử lý COD được thể hiện ở hình 3.1. 32 3.2.2 Ảnh hưởng của tải lượng COD vào đến hiệu suất xử lý COD tổng được biểu diễn ở hình 3.2. 33 3.3. Ảnh hưởng của DO đến hiệu quả xử lý COD 34 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả xử lý COD 34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 PHỤ LỤC 38 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê K36B - Hóa DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ UASB Hình 1.2: Bể SBR hoạt động theo 5 pha Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ JKS Hình 1.4: Sơ đồ dây chuyền công nghệ với MBR Hình 1.5: Sơ đồ kiểu đặt ngập và kiểu đặt ngoài của môđun màng MBR Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt Biofilter Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ Anoxic- Oxic Hình 2.1: Hệ thống thiết bị thí nghiệm AAO Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm Hình 3.1: Mối quan hệ giữa COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD Hình 3.2: Ảnh hưởng của tải lượng COD vào đến hiệu suất xử lý COD tổng Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê K36B - Hóa DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Lượng phát thải sinh học bình quân của con người trong ngày xả vào hệ thống thoát nước (theo quy định của TCXD 51:2007) Bảng 1.2: Thành phần nước thải sinh họat phân tích theo các phương pháp của APHA Bảng 1.3: Quy chuẩn Việt Nam về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT Bảng 1.4: Một số ưu điểm của công nghệ AAO & MBR Bảng 3.1: Đặc trưng của nước thải trong nghiên cứu Bảng 3.2: Tóm tắt kết quả xử lý COD ở các chế độ thí nghiệm Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê K36B - Hóa DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AAO Thiết bị công nghệ yếm khí, thiếu khí, hiếu khí. (Anaerobic Anoxic Oxic) BOD 5 Nhu cầu oxy hóa sinh học (5 ngày) (Biological Oxyzen Demand) COD Nhu cầu oxy hóa hoc (Chemical Oxyzen Demand) DO Lượng oxy hòa tan trong nước (Dissolved Oxyzen) MBR Màng sinh học (Membrane Biological Reactor) MLSS Tải lượng bùn hoạt tính QCNV 14:2008/BTNMT : Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sinh hoạt JKS Hệ thống xử lý nước thải tại nguồn (JOHKASOU) SS Hàm lượng chất rắn lơ lửng (Suspended Solid) SBR Hệ lọc sinh học theo mẻ (Squencing Biological Reactor) TCXD Tiêu chuẩn xây dựng UASB Hệ thống xử lý yếm khí dòng nước (Upflow Anearobic Sludge Blanket) Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê 1 K36B - Hóa MỞ ĐẦU Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người. Nước trong tự nhiên bao gồm toàn bộ các đại dương, biển, vịnh, sông, hồ, ao, suối, nước ngầm, hơi nước ẩm trong đất và trong khí quyển. Trên trái đất khoảng 97% là nước mặn, 2-3% là nước ngọt, nó chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. Nước ngọt dạng lỏng thường ở các tầng ngầm, chiếm khoảng 2,24% tổng lượng nước ngọt. Như vậy, chỉ có khoảng 0,03% lượng nước trên hành tinh là có thể sử dụng được. 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. Vì vậy, có thể nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống. Nước được dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ. Sau khi sử dụng nước trở thành nước thải, bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau. Ngày nay, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển cao của công nông nghiệp Đã để lại nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường nước. Vấn đề này đang được nhiều sự quan tâm của mọi người, mọi quốc gia trên thế giới. Ở nước ta hiện nay phần lớn nước được thải ra sông hồ mà chưa qua xử lý. Vì vậy, dẫn đến tình trạng các con sông đó bị ô nhiễm bốc mùi khó chịu, làm mất cảnh quan và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con người. Hiện nay, người ta đã đưa ra nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt. Một trong những phương pháp đó là xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường, trong bản khoá luận này bước đầu chúng tôi thực hiện đề tài “ Nghiên cứu xử lý COD trong nƣớc thải sinh hoạt phân tán bằng hệ AAO cải tiến “. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê 2 K36B - Hóa CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN 1.1. Tổng quan về nƣớc thải sinh hoạt 1.1.1. Nguồn gốc 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,… Chúng 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. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn 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. 1.1.2. Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:  Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh.  Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: Cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà. [...]... chất bẩn trong thể tích toàn bể không cho cặn lắng trong bể - 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 lý khá cao 90-99% ít sử dụng hóa chất, chi phí xử lý thấp... còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ đơn giản như: CO2, H2O… Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí → H2O + CO2 + sinh khối mới Hệ thống thu gom nước thải Bể Anaroebic Bể Anoxic Máy thổi khí Bể Oxic Bể lắng Bùn Nước thải đầu ra Hình 1.7 Sơ đồ xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO Phan Thị Huê 23 K36B - Hóa Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Bước 1: Xử lý sơ bộ: - Nước thải sinh hoạt. .. với một số loại nước thải nhằm đảm bảo nước khi thải ra ngoài không gây hại đến môi trường - Xử lý mùi phát tán: Mùi sinh ra ở các bể thu gom nước thải ban đầu được thu gom và xử lý qua tháp hấp phụ trước khi thải vào môi trường không khí Phan Thị Huê 9 K36B - Hóa Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.2.2 Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán 1.2.2.1 Công nghệ UASB Hình 1.1:... như tiếng ồn và mùi hôi Nhưng chi phí ban đầu cho việc sử dụng công nghệ lọc nhỏ giọt BIOFILTER cao 1.2.2.6 Công nghệ AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic) AAO là quy trình xử lý sinh học liên tục ứng dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau: Hệ vi sinh vật Yếm khí, Thiếu khí, Hiếu khí để xử lý chất thải Dưới tác dụng phân hủy chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà chất thải được xử lý trước khi xả ra môi trường Trong. .. lượng nước thải xả vào nguồn nước  Giảm thiểu nồng độ ô nhiễm trong nước thải theo qui địng bằng cách áp dụng công nghệ xử lý phù hợp đủ tiêu chuẩn xả ra nguồn nước Ngoài ra, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ sử dụng lại nước thải trong chu trình kín có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Và một vấn đề đặt ra yêu cầu chất lượng nước thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn môi trường (Bảng 1.3 Tiêu chuẩn thải) ... nước sau xử lý cần lắp đặt thêm module màng MBR mà không cần xây thêm bể xử lý Công nghệ AAO và MBR được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt tại các khu đô thị, các nhà hàng, khách sạn… Nước thải đầu ra từ hệ thống AAO và MBR đạt tiêu chuẩn xả thải của quy chuẩn Việt Nam như: QCVN 14: 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt, … Việc ứng dụng MBR - kết hợp giữa công nghệ lọc màng... sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng 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 nước ta Tiêu chuẩn TCXD 51:2007 quy định về lượng phát thải sinh hoạt bình quân của con người xả vào hệ thống thoát nước trong. .. pháp sinh học: Sử dụng các vi sinh 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) Hiện nay, việc kết hợp các phương pháp xử lý một cách khoa học giúp mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải, ... tính đầu vào và đầu ra của nước thải sinh hoạt mà hiện nay trên thế giới nói 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 tắc nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm + Loại bỏ vật lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải: Gỗ, vỏ hoa quả… + Loại... trùng): Diệt một số vi khuẩn bằng nước clo, thải nước xử lý ra ngoài Chất lượng xử lý nước thải được quyết định ở ngăn thứ ba phụ thuộc vào chất liệu màng sinh học được sử dụng Chất lượng màng sinh học càng cao thì hiệu quả xử lý và giá thành JKS càng cao Kỹ thuật màng lọc cao cho phép xử lý gần như triệt để các thành phần trong nước thải, nước thải sau xử lý có BOD 2,3mg/l, N 8mg/l, tổng chất rắn lơ lửng . QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN 2 1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 2 1.1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt 2 1.1.2. Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt 2 1.1.3 NƢỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN 1.1. Tổng quan về nƣớc thải sinh hoạt 1.1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt. Nghiên cứu xử lý COD trong nƣớc thải sinh hoạt phân tán bằng hệ AAO cải tiến “. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phan Thị Huê 2 K36B - Hóa CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ