Nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải để xử lý nước thải sinh hoạt của vùng nông thôn Đồng bằng Bắc Bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Miền NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU PHẾ THẢI ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CỦA VÙNG NÔNG THÔN ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Chuyên ngành: Hóa Môi Trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Minh Phương Hà Nội, 2017 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 12 Chương TỔNG QUAN 12 1.1 Tổng quan nước thải khu vực nông thôn 12 1.1.1 Đặc tính nước thải khu vực nông thôn 12 1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm 14 1.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 17 1.2.1 Phương pháp học 17 1.2.2 Phương pháp khử trùng nước thải 18 1.2.3 Phương pháp sinh học 18 1.2.4 Phương pháp hấp phụ 20 1.2.5 Một số mô hình xử lý nước thải Error! Bookmark not defined 1.3 Tổng quan vật liệu phế thải (phế phụ phẩm nông nghiệp) vùng nông thôn Error! Bookmark not defined 1.3.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined 1.3.2 Thành phần đặc tính Error! Bookmark not defined 1.3.3 Ứng dụng xử lý môi trường Error! Bookmark not defined Chương THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.1 Mục tiêu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Hóa chất dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.2.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.2.2 Dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.3 Khảo sát đặc tính nước thải sinh hoạt vùng nông thôn Đồng Bắc Bộ Error! Bookmark not defined 2.3.1 Lấy mẫu Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phân tích thông số chất lượng nước Error! Bookmark not defined 2.4 Nghiên cứu sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý nước thải Error! Bookmark not defined 2.4.1 Quá trình chế tạo vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined 2.4.2 Khảo sát khả xử lý nước thải sinh hoạt vật liệu hấp phụ phương pháp hấp phụ tĩnh Error! Bookmark not defined 2.4.3 Khảo sát khả xử lý nước thải sinh hoạt vật liệu hấp phụ phương pháp hấp phụ động Error! Bookmark not defined 2.5 Khảo sát sơ khả xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined 2.5.1 Chuẩn bị bùn hoạt tính (sinh khối) Error! Bookmark not defined 2.5.2 Vận hành thiết bị xử lý hiếu khí Error! Bookmark not defined 2.6 Khảo sát khả xử lý nước thải sinh hoạt mô hình kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí phương pháp hấp phụ Error! Bookmark not defined 2.6.1 Nguyên lý hoạt động mô hình xử lý nước thải Error! Bookmark not defined 2.6.2 Vận hành mô hình xử lý nước thải Error! Bookmark not defined Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt nông thôn Đồng Bắc Bộ Error! Bookmark not defined 3.2 Nghiên cứu khả xử lý nước thải sinh hoạt vật liệu hấp phụ chế tạo từ phế phụ phẩm nông nghiệp Error! Bookmark not defined 3.2.1 Đặc trưng hình thái bề mặt vật liệu Error! Bookmark not defined 3.2.2 Thời gian cân hấp phụ Error! Bookmark not defined 3.2.3 Khả xử lý chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt với nồng độ khác Error! Bookmark not defined 3.3 Khả xử lý nước thải sinh hoạt vật liệu hấp phụ phương pháp hấp phụ động Error! Bookmark not defined 3.3.1 Chất hữu (thông qua số COD) Error! Bookmark not defined 3.3.2 Amoni Error! Bookmark not defined 3.3.3 Photphat Error! Bookmark not defined 3.4 Xây dựng mô hình xử lý nước thải sinh hoạt nông thôn Error! Bookmark not defined 3.4.1 Khảo sát sơ khả xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined 3.4.2 Khả xử lý nước thải sinh hoạt mô hình xử lý kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí phương pháp hấp phụ Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Diễn biến số COD nước sông số khu vực nông thôn phía Bắc giai đoạn 2011-2014 17 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống xử lý phương pháp yếm khí kết hợp hiếu khí Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải phương pháp lọc sinh học yếm khí kết hợp với lọc sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bệnh viện phương pháp sinh học hiếu khí kết hợp với phương pháp hấp phụError! Bookmark not defined Hình 1.5 Biểu đồ ước tính lượng rơm rạ phát sinh đồng ruộng Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Sơ đồ mô tả quy trình chế tạo trấu nung từ vỏ trấu Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Mô hình cột hấp phụ Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ điểm cuối cột hấp phụ theo thời gian Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Sơ đồ mô hình xử lý nước thải Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Biểu diễn thông số COD Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Biểu diễn thông số amoni Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Biểu diễn thông số photphat Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Ảnh chụp SEM VLHP trấu nungError! Bookmark not Bookmark not defined Hình 3.5 Ảnh chụp SEM VLHP rơm nungError! defined Hình 3.6 Biểu diễn ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến khả xử lý COD VLHP Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Biểu diễn ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến khả xử lý amoni VLHP Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Biểu diễn ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến khả xử lý photphat VLHP Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ VLHP với giá trị COD khác Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ VLHP với nồng độ amoni khác Error! Bookmark not defined Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ VLHP với nồng độ photphat khác Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn giá trị COD sau khỏi cột hấp phụ tốc độ dòng khác VLHP trấu nung 1,5 g Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn giá trị COD sau khỏi cột hấp phụ tốc độ dòng khác VLHP trấu nung 1,0 g Error! Bookmark not defined Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn giá trị COD sau khỏi cột hấp phụ tốc độ dòng khác VLHP rơm nung 1,5 g Error! Bookmark not defined Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn giá trị COD sau khỏi cột hấp phụ tốc độ dòng khác VLHP rơm nung 1,0 gError! Bookmark not defined Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn nồng độ amoni sau khỏi cột hấp phụ tốc độ dòng khác VLHP rơm nung 1,5 g Error! Bookmark not defined Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn nồng độ amoni sau khỏi cột hấp phụ tốc độ dòng khác VLHP rơm nung 1,0 g Error! Bookmark not defined Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn nồng độ photphat sau khỏi cột hấp phụ tốc độ dòng khác VLHP rơm nung 1,5 g Error! Bookmark not defined Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn nồng độ photphat sau khỏi cột hấp phụ tốc độ dòng khác VLHP rơm nung 1,0 g Error! Bookmark not defined Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn biến đổi giá trị COD theo thời gian Error! Bookmark not defined Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn biến đổi nồng độ amoni, photphat theo thời gian Error! Bookmark not defined Hình 3.22 Đồ thị biểu diễn biến đổi hàm lượng COD, amoni, photphat theo dõi ngày Error! Bookmark not defined Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn biến đổi hàm lượng COD, amoni, photphat 54 với tốc độ bơm 10 ml/phútError! Bookmark not defined Hình 3.24 Đồ thị biểu diễn biến đổi hàm lượng COD, amoni, photphat 56 với tốc độ bơm 12,5 ml/phút Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Hàm lượng chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý 13 Bảng 1.2 Ước tính hàm lượng số chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt phát sinh từ khu vực nông thôn tỉnh Phú Thọ năm 2013 dự báo năm 2020 13 Bảng 1.3 Ước tính tải lượng nitơ photpho phát sinh hoạt động nuôi tôm 15 Bảng 1.4 Thành phần hợp chất rơm rạ, vỏ trấuError! Bookmark not defined Bảng 1.5 Thành phần oxit có tro trấuError! Bookmark not defined Bảng 1.6 Thành phần chất có tro rơm rạError! Bookmark not defined Bảng 2.1 Quy trình xây dựng đường chuẩn xác định tiêu COD Error! Bookmark not defined Bảng 2.2 Quy trình xây dựng đường chuẩn xác định amoni Error! Bookmark not defined Bảng 2.3 Quy trình xây dựng đường chuẩn xác định photphat Error! Bookmark not defined Bảng 2.4 Các thông số ô nhiễm NTSH sử dụng luận văn Error! Bookmark not defined Bảng 2.5 Khảo sát khả xử lý NTSH với khối lượng VLHP vàtốc độ dòng khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Kết đo nhanh phân tích thông số ô nhiễm NTSH ba tỉnh Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Kết phân tích thông số ô nhiễm NTSH tỉnh Bắc Ninh Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Kết xử lý COD VLHP trấu đốt, rơm đốt thời gian hấp phụ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.4 Kết xử lý COD VLHP trấu nung, rơm nung thời gian hấp phụ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Kết xử lý amoni VLHP trấu đốt, rơm đốt thời gian hấp phụ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.6 Kết xử lý amoni VLHP trấu nung, rơm nung thời gian hấp phụ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.7 Kết xử lý photphat VLHP trấu đốt, rơm đốt thời gian hấp phụ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.8 Kết xử lý photphat VLHP trấu nung, rơm nung thời gian hấp phụ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.9 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ VLHP Error! Bookmark not defined Bảng 3.10 Kết xử lý COD VLHP trấu đốt, rơm đốt với giá trị COD khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.11 Kết xử lý COD VLHP trấu nung, rơm nung với giá trị COD khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.12 Kết xử lý NH4+ VLHP trấu đốt, rơm đốt với nồng độ NH4+ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.13 Kết xử lý NH4+ VLHP trấu nung, rơm nung với nồng độ NH4+ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.14 Kết xử lý PO43- VLHP trấu đốt, rơm đốt với nồng độ PO43- khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.15 Kết xử lý PO43- VLHP trấu nung, rơm nung với nồng độ PO43- khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.16 Kết xử lý COD VLHP trấu nung với giá trị COD đầu vào Co=236 (mg/l) Error! Bookmark not defined Bảng 3.17 Kết xử lý COD VLHP rơm nung với giá trị COD đầu vào Co=260 (mg/l) Error! Bookmark not defined Bảng 3.18 Kết xử lý amoni VLHP rơm nung với nồng độ amoni đầu vào Co=45,05(mg/l) Error! Bookmark not defined Bảng 3.19 Kết xử lý photphat VLHP rơm nung với nồng độ photphat đầu vào Co=28,84 (mg/l) Error! Bookmark not defined Bảng 3.20 Biến thiên giá trị COD theo thời gian xử lý sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined Bảng 3.21 Kết xử lý amoni, photphat phương pháp sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined Bảng 3.22 Kết xử lý COD, amoni, photphat ngày với tốc độ bơm 10ml/phút Error! Bookmark not defined Bảng 3.23 Kết xử lý COD, amoni, photphat 54 với tốc độ bơm 10 ml/phút Error! Bookmark not defined Bảng 3.24 Kết xử lý tiêu COD, amoni, photphat 56 với tốc độ bơm 12,5 ml/phút Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BO Nhu cầu oxy hóa sinh học D DO Hàm lượng oxy hoà tan nước CO Nhu cầu oxy hóa hóa học D TSS Tổng chất rắn lơ lửng TDS Tổng chất rắn hòa tan QC Quy chuẩn Việt Nam VN TCV Tiêu chuẩn Việt Nam N BTN Bộ tài nguyên môi trường MT VSV Vi sinh vật VLH Vật liệu hấp phụ P NTS Nước thải sinh hoạt H ĐBB Đồng Bắc Bộ B BV Bảo vệ môi trường MT UB Ủy ban nhân dân ND BV Bed - Volume MỞ ĐẦU Nước thiếu sống trái đất, nguồn tài nguyên vô quý giá người Nước sử dụng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp dịch vụ… Sau sử dụng nước trở thành nước thải bị ô nhiễm với mức độ khác Ngày nay, với bùng nổ dân số tốc độ phát triển cao ngành công nghiệp, nông nghiệp để lại nhiều hậu phức tạp, đặc biệt vấn đề ô nhiễm môi trường nước Vấn đề mối nguy hiểm đáng lo ngại nhiều người nhiều quốc gia giới Hiện nay, giới nói chung Việt Nam nói riêng tìm áp dụng thành công nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt khác Tùy vào tình hình cụ thể mức độ ô nhiễm, chi phí xử lí, điều kiện ngoại cảnh… áp dụng phương pháp xử lý cho phù hợp nhất.Ở vùng nông thôn, việc tìm phương pháp xử lý nước cho tiết kiệm chi phí vấn đề đặt lên hàng đầu Hiện nay, phương pháp sinhhọc sử dụng phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt đơn giản, rẻ tiền, thân thiện với môi trường Tuy nhiên phương pháp sinhhọc cần thời gian xử lý dài, nên luận văn nghiên cứu, đề xuất mô hình xử lý nước thải sinh hoạt vùng nông thôn sở kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí phương pháp hấp phụ để rút ngắn thời gian xử lý Mặt khác, trình sản xuất nông nghiệp khu vực nông thôn hàng năm phát sinh lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp vỏ trấu, rơm, rạ, bã mía, xơ dừa, vỏ lạc… mà chúng chưa quan tâm sử dụng nhiều gây ô nhiễm môi trường Do vậy, việc tận dụng nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp để chế tạo loạivật liệu hấp phụ để xử lý nước thải sinh hoạt mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt cho cộng đồng dân cư khu vực nông thôn Chính vậy, khuôn khổ luận văn này, tập trung “Nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải để xử lý nước thải sinh hoạt vùng nông thôn Đồng Bắc Bộ” TỔNG QUAN Tổng quan nước thải khu vực nông thôn Đặc tính nước thải khu vực nông thôn Nước thải trình sản xuất nông nghiệp sinh hoạt người dân khu vực nông thôn không qua xử lý mà xả thải chung vào hệ thống kênh mương, ao hồ gây ô nhiễm nguồn nước mặt Nước thải khu vực nông thôn thường bị ô nhiễm chất cặn bã hữu cơ, chất hữu hòa tan (được đánh giá thông qua số BOD, COD), chất dinh dưỡng (nitơ, photpho), có thành phần vô cơ, vi sinh vật vi trùng gây bệnh (Ecoli, coliform ) Hàm lượng chất gây ô nhiễm nước thải sinh hoạt (NTSH) phụ thuộc vào điều kiện sống, lượng nước sử dụng đặc điểm chất thải vùng dân cư.Hàm lượng chất ô nhiễm NTSHchưa qua xử lý thể bảng 1.1 sau [18]: Hàm lượng chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý Tổng chất rắn hòa tan (TDS) mg/l 250 Nồng độ Trung bình 500 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 100 220 350 BOD5 mg/l 110 220 400 COD mg/l 250 500 1000 Tổng cacbon hữu mg/l 160 210 Tổng nitơ mg/l 20 40 85 Tổng photpho mg/l 15 Clorua mg/l 30 50 100 Sunfat mg/l 20 30 50 MNP/100ml 106 - 107 107 – 108 107 – 109 Các tiêu ô nhiễm Đơn vị Coliform Thấp Cao 850 Báo cáo Chi cục Bảo vệ môi trường tỉnh Phú Thọ hàm lượng số chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt phát sinh từ khu vực nông thôn tỉnh Phú Thọ năm 2013 dự báo năm 2020 thể bảng 1.2 [9] Ước tính hàm lượng số chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt phát sinh từ khu vực nông thôn tỉnh Phú Thọ năm 2013 dự báo năm 2020 Tải lượng ô nhiễm trungbình ngày (g/người) Tổng tải lượng ô nhiễm(kg/ngày)* Tổng tải lượng ô nhiễm(kg/ngày)** BOD5 50 54825 45350 COD 94 103070 81780 Tổng chất rắn 195 213816 169650 Các tiêu ô nhiễm Dầu mỡ động vật 15 16447 13050 Tổng Nitơ 9868 7830 Nitơ hữu 3,6 3947 3.32 NH4+ 5,4 5921 4698 Tổng Phốt 2,4 2631 2088 * giá trị phổ biến, năm 2013 ** giá trị phổ biến (dự kiến 2020) Tóm lại, chất ô nhiễm đặc trưng NTSHtại khu vực nông thôn gồm: chất hữu hòa tan (BOD, COD);các chất rắn; chất dinh dưỡng (nitơ, photpho);chúng chủ yếu tạo trình sinh họat người tắm gội, giặt giũ, tiết, tẩy rửa; hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm Hiện trạng ô nhiễm Tình trạng ô nhiễm nguồn nước vùng nông thôn đặc biệt nơi có mật độ dân cư đông đúc, có làng nghề thủ công, khu vực phát triển mạnh chăn nuôi gia súc, gia cầm tình trạng chung vùng nông thôn Đồng Bắc Bộ (ĐBBB) hầu hết địa phương nông thôn Việt Nam Việc sử dụng nông dược phân bón hóa học tràn lan sản xuất nông nghiệp ngày góp phần gây ô nhiễm môi trường nước nông thôn Các khu vực sản xuất nông nghiệp nước thải chứa dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, phân bón gây nhiều hậu nghiêm trọng đến môi trường Theo tính toán Cục bảo vệ thực vật bao bì thuốc trừ sâu dùng sản xuất nông nghiệp có khoảng 1,8% lượng thuốc dính bám vào bao bì Hầu hết loại bao bì, vỏ chai thuốc trừ sâu sau sử dụng bị vứt bừa bãi đồng ruộng, ao hồ, kênh mương Đây nguồn chất thải nguy hại có nguy gây ô nhiễm cao đến môi trường tiếp nhận Theo kết tổng kết Tổng cục Môi trường, lượng bao bì thuốc bảo vệ thực vật phát sinh năm 2012 nước ta 10.000 [9] Mặc dù nhiều địa phương thực chương trình thu gom bao bì thuốc bảo vệ thực vật, nhiên kết quan trắc nước sông định kỳ hàng năm Sở tài nguyên Môi trường cho thấy nước sông nội đồng bị ô nhiễm cục hóa chất bảo vệ thực vật [9] Trong năm qua, lượng chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi vùng nông thôn tạo vấn đề môi trường đáng báo động Hiện nay, hầu hết hệ thống chuồng trại chăn nuôi vùng nông thôn hệ thống xử lý nước thải đổ thải trực tiếp môi trường Qua khảo sát 23.500 trang trại chăn nuôi, có khoảng 1.700 sở có hệ thống xử lý chất thải Mặc dù số trang trại chăn nuôi có sử dụng bể biogas để xử lý phân, nước thải chất thải chăn nuôi giải vấn đề thu hồi khí sinh học để tận thu làm nhiên liệu, mức độ giảm thiểu ô nhiễm không đáng kể, không giải vấn đề ô nhiễm nước nên gây ô nhiễm môi trường tiếp nhận [9] Kết quan trắc số vùng chăn nuôi tập trung Lạc Vệ, Tân Chi thuộc huyện Tiên Du tỉnh Bắc Ninh cho thấy nước thải chăn nuôi lợn không đạt QCVN, hàm lượng chất hữu (BOD, COD) vượt QCVN từ - 12 lần; hàm lượng hợp chất chứa N vượt QCVN từ 34,5 - 96,2 lần; hàm lượng hợp chất chứa P, S vượt QCVN từ 20 - 30 lần, đặc biệt nguồn nước vùng có chứa nhiều vi sinh vật, kí sinh trùng gây bệnh [8] Trong xu phát triển kinh tế hướng tới xuất khẩu, ngành nuôi trồng chế biến thủy sản có chuyển dịch mạnh mẽ từ đánh bắt sang nuôi trồng Tại vùng nông thôn quy mô ao nuôi trồng thủy sản nhỏ lẻ, manh mún, thiếu quy hoạch, không tuân theo quy trình kỹ thuật nên gây nhiều tác động tiêu cực tới môi trường nước Cùng với việc sử dụng nhiều không cách loại hoá chất nuôi trồng thuỷ sản, thức ăn dư thừa lắng xuống đáy ao, hồ, sông làm cho môi trường nước bị ô nhiễm chất hữu cơ, làm phát triển số loài sinh vật gây bệnh xuất số tảo độc Nước thải nuôi trồng thủy sản có chứa hàm lượng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng nitơ, photpho, chất rắn lơ lửng cao, khiến nước có màu mùi khó chịu [9] Ước tính tải lượng nitơ photpho phát sinh hoạt động nuôi tôm Đơn vị: Tấn/năm Năm Nitơ Phốt 2007 84.900 27.400 2008 84.600 27.300 2009 83.700 27.000 2010 84.600 27.300 2011 83.500 27.000 2012 83.000 26.900 Nguồn: Tổng cục Thủy sản, Bộ NN&PTNT, 2013 Kinh tế làng nghề đặc thù nông thôn nước ta, kinh tế làng nghề phát triển mạnh, mang tính tự phát, nhỏ lẻ; thiết bị thủ công, đơn giản; công nghệ lạc hậu, mặt sản xuất nhỏ hẹp cộng thêm ý thức người dân làng nghề việc bảo vệ môi trường sinh thái bảo vệ sức khoẻ người hạn chế Do vậy, tình trạng ô nhiễm nước khu vực làng nghề vấn đề nóng số vùng nông thôn nay, đặc biệt khu vực Đồng Sông Hồng Theo kết khảo sát thực tế 52 làng nghề Bộ NN&PTNT công bố năm 2011, 100% số mẫu phân tích nước loại hình làng nghề đặc trưng chế biến lương thực, thực phẩm, vật liệu xây dựng, dệt nhuộm, tái chế giấy tái chế kim loại cho thông số ô nhiễm vượt quy chuẩn cho phép Trong đó, đáng kể có 24 làng nghề ô nhiễm nặng (46,2%), 14 làng nghề ô nhiễm vừa (26,9%) 14 làng nghề ô nhiễm nhẹ (26,9%) Đối với nhóm làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, vấn đề ô nhiễm nước mặt chủ yếu ô nhiễm chất dinh dưỡng ô nhiễm vi sinh Đối với nhóm làng nghề kim khí làng nghề tái chế kim loại, trạng ô nhiễm kim loại nặng nước đất vấn đề đặt nhiều thách thức cho công tác quản lý bảo vệ môi trường Như vậy, thấy nước thải từ hoạt động nông thôn sản xuất nông nghiệp;các hoạt động chăn nuôi;nuôitrồng chế biến thủy sản;làng nghề;các hoạt động sinh hoạt người… bị ô nhiễm nghiêm trọng Tuy nhiên, điều kiện vùng nông thônnước thải từ hoạt động hầu hết không qua xử lý mà xả trực tiếp vào hệ thống kênh, mương ao hồ có sẵn khu dân cư vào hệ thống tiêu úng nông nghiệp đổ sông, ngòi… (do chưa có hệ thông thoát nước thải riêng biệt) gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận [3] Kết quan trắc nước ao, hồ, kênh mương số tỉnh cho thấy tượng ô nhiễm chất hữu vi sinh vật diễn phổ biến Tại khu vựcphía Bắc, nơi có mật độ dân số đông hoạt động làng nghề, sản xuất phát triển, ghi nhận tượng ô nhiễm cục nước sông với số thông số vượt QCVN nhiều lần COD, BOD5, TSS, Coliform [9] Diễn biến số COD nước sông số khu vực nông thôn phía Bắc giai đoạn 2011-2014 Tóm lại, tác động tổng hợp từ hoạt động phát triển sản xuất nông thôn nguồn thải từ khu vực đô thị giáp ranh gây áp lực lớn đến môi trường vùng nông thôn Do đó, trạng ô nhiễm nguồn nước số nơi có dấu hiệu suy giảm chất lượng ghi nhận tượng ô nhiễm nghiêm trọng, cục số nơi Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt Việc lựa chọn phương pháp xử lý NTSH thường dựa qui mô đối tượng thoát nước yêu cầu chất lượng nguồn tiếp nhận Tuy nhiên, bản, NTSH thường xử lý theo bước (mức độ): - Xử lý bậc (xử lý sơ bộ): Các biện pháp học để tách rác, cặn, cát - Xử lý bậc 2: Thường sử dụng biện pháp sinh học để loại bỏ chất hữu có nước thải - Xử lý bậc 3: Thường sử dụng biện pháp hoá học, hoá lý, sinh học để loại bỏ triệt để chất dinh dưỡng (hợp chất N, P), chất độc hại khác khử trùng nước thải (nếu cần thiết) Phương pháp học Xử lý học nhằm loại bỏ tạp chất không hoà tan chứa nước thải, phương pháp thường thực công trình xử lý: song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, bể lọc loại Song chắn rác, lưới chắn rác làm nhiệm vụ giữ lại chất bẩn kích thước lớn có nguồn gốc hữu [2] Về nguyên tắc, xử lý học giai đoạn xử lý sơ trước xử lý công đoạn Phương pháp khử trùng nước thải Khử trùng nước thải giai đoạn cuối công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ vi trùng, virus gây bệnh chất độc hại trước xả vào nguồn nước Người ta sử dụng chất oxy hóa Clo dạng khí dạng lỏng, nước Javen NaOCl, hợp chất CaOCl2, Ca(ClO)2, NaMnO4, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, Ozon, MnO2, tia hồng ngoại, ion bạc, [2,7] Trong trình khử trùng nước thải, chất độc hại nước thải chuyển thành chất độc tách khỏi nước thải Quá trình tiêu tốn lượng lớn tác nhân hóa học, cần phải tính toán đến hiệu kinh tế áp dụng phương pháp Phương pháp sinh học Phương pháp thường sử dụng để làm loại nước thải có chứa chất hữu hòa tan chất phân tán nhỏ keo Do vậy, chúng thường sử dụng sau loại tạp chất phân tán thô khỏi nước thải xử lí sơ phương pháp học [6] Tùy thuộc vào chế trình phân hủy người ta chia phương pháp xử lý sinh học thành loại chính: xử lý sinh học phương pháp kị khí xử lý sinh học phương pháp hiếu khí Phương pháp kị khí (yếm khí) Xử lý nước thải phương pháp sinh học kị khí phương pháp dùng để loại bỏ chất hữu có phần cặn nước thải vi sinh vật (VSV) tùy nghi VSV kị khí điều kiện oxy Tổng quát: Hai cách xử lý yếm khí phổ biến là: - Lên men axit thủy phân chuyển hóa sản phẩm thủy phân (như axit béo, đường) thành axit rượu mạch ngắn cuối thành khí cacbonic - Lên men mêtan: Phân hủy hợp chất hữu thành mêtan (CH4) khí cacbonic Việc lên men metan nhạy cảm với thay đổi pH, pH tối ưu cho trình từ 6,8-7,4 CH3COOH metannosarcina CH2(CH2)COOH CH4 + CO2 M.suboxydans CH4 + 2CH3COOH Các phương pháp kị khí thường sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp nước thải chuồng trại chăn nuôi Phương pháp hiếu khí a Nguyên tắc Nguyên tắc trình xử lý sinh học hiếu khí lợi dụng trình sống hoạt động VSV hiếu khí để phân hủy chất hữu số chất vô chuyển hóa sinh học có nước thải điều kiện cung cấp oxy liên tục Đồng thời VSV sử dụng phầnchất hữu lượng khai thác từ trình oxi hóa để tổng hợp nên sinh khối gọi bùn hoạt tính [6] - Quá trình oxi hóa chất hữu cơ: Chất hữu +O2vi sinh vật CO2 + H2O + lượng - Quá trình tổng hợp xây dựng tế bào mới: Chất hữu + O2vi sinh vật Tế bào VSV + CO2 + H2O + lượng - Quá trình oxi hóa amoni nhờ VSV tự dưỡng (quá trình nitrit hóa) NH4+ + 3O2 Nitrosomonas 2NO2- + O2 Nitrobacter 2NO2- + 4H+ + 2H2O + lượng 2NO3- NH4+ + 2O2vi sinh vậtNO3- + 2H+ + H2O + lượng b Cơ chế Quá trình oxi hóa chất hữu qua ba giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất: Tốc độ oxi hóa tốc độ tiêu thụ oxi, giai đoạn bùn hoạt tính hình thành phát triển Hàm lượng oxi cần cho VSV sinh trưởng, đặc biệt thời gian thức ăn dinh dưỡng nước thải phong phú, lượng sinh khối thời gian Sau VSV thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng mạnh theo cấp số nhân Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng cao dần, theo tính toán cho thấy giai đoạn tốc độ tiêu thụ oxi (hay tốc độ oxi hóa) cao, có gấp lần giai đoạn hai Giai đoạn hai: VSV phát triển ổn định tốc độ tiêu thụ oxi mức gần thay đổi Chính giai đoạn chất bẩn hữu bị phân hủy nhiều Hoạt lực enzim bùn hoạt tính giai đoạn đạt tới mức cực đại kéo dài thời gian Điểm cực đại hoạt lực enzim bùn hoạt tính thường đạt thời điểm sau lượng bùn hoạt tính (sinh khối VSV) tới mức ổn định Giai đoạn ba: Sau thời gian dài tốc độ oxi hóa giai đoạn thay đổi có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên Đây giai đoạn nitrat hóa muối amoni đơn giản, rẻ tiền, thân thiện với môi trường Phương pháp hấp phụ So với phương pháp khác, phương pháp hấp phụ có nhiều đặc tính ưu việt (tạo bùn thải; thân thiện với môi trường; vật liệu hấp phụ (VLHP) dễ kiếm, rẻ tiền; sau sử dụng VLHP có khả tái sinh, tái sử dụng ), sử dụng rộng rãi xử lý nước thải Cơ sở trình hấp phụ cho dung dịch có chứa chất ô nhiễm tiếp xúc với VLHP, chất ô nhiễm bị giữ lại tâm hấp phụ nằm bề mặt VLHP Tùy theo chất lực liên kết chất ô nhiễm (chất bị hấp phụ) VLHP (chất hấp phụ), trình hấp phụ phân hai loại chính: hấp phụ vật lý hoá học Hấp phụ vật lý tạo nên nhờ lực Vander Waals, hấp phụ hoá học tạo nên nhờ lực liên kết hoá học phần tử chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ Có nhiều loại VLHP khác nhau, nhiên đặc điểm chung loại vật liệu hấp phụ là: có diện tích bề mặt lớn, bề mặt xốp, kích thước lỗ lớn Ngoài ra, VLHP chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên sẵn có Các mô hình trình hấp phụ a Mô hình động học hấ p phụ Đối với hệ hấp phụ lỏng- rắ n, trình động học hấp phụ xảy theo giai đoạn sau: - Khuế ch tán chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phụ - Khuế ch tán bên ̣t hấ p phu ̣ - Giai đoa ̣n hấ p phu ̣ thực sự: phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ trung tâm hấp phụ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Phạm Thị Liên (2015),Những chuyến biến kinh tế nông nghiệp Đồng Bắc Bộ từ năm 1883 đến năm 1945, Khóa luận tốt nghiệp đại học,Trường Đại học sư phạm Hà Nội [2].Nguyễn Đình Bảng (2004),Các phương pháp xử lý nước thải, Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQGHN [3].Võ Văn Bé, Huỳnh Thu Hà (2008),Môi Trường Con Người, Đại học Cần Thơ [4].Trung tâm đào tạo ngành nước môi trường (1999), Sổ tay xử lý nước, Nhà xuất xây dựng [5].Đặng Kim Chi (2011), Hóa học môi trường, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [6] PGS.TS Lương Đức Phẩm (2007), Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, Nhà xuất giáo dục [7] Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học kĩ thuật xử lí nước, Nhà xuất Thanh Niên [8] Bộ tài nguyên môi trường Việt Nam (2012), Báo cáo môi trường quốc gia, Nhà xuất Hà Nội [9] Bộ tài nguyên môi trường Việt Nam (2014), Báo cáo môi trường quốc gia, Nhà xuất Hà Nội [10] Báo nông nghiệp & PTNT (2007), Báo cáo tình hình phế phẩm nông nghiệp,Nhà xuất Hà Nội [11] Vũ Thị Nghĩa Duyên (2014), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu quang xúc tác TiO2 biến tính với sắt tro trấu ứng dụng xử lý chất hữu ô nhiễm, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQGHN [12] Bùi Thị Lan Anh (2016), Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoni nước thải bệnh viện, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQGHN [13] Bùi Minh Quý (2015), Nghiên cứu tổng hợpcompozit PANi phụ phẩm nông nghiệp để xử lý kim loại nặng Pb (II), Cr(VI) Cd (II), Luận án tiến sĩ khoa học,Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên [14] Nguyễn Đình Bảng, Hà Minh Ngọc, Nguyễn Văn Nội (2009), Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực phương pháp lọc sinh học ngập nước, Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQGHN [15] Đặng Ngọc Định (2015), Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu biến tính làm pha tĩnh cho kỹ thuật chiết pha rắn ứng dụng tách, làm giàu, xác định lượng vết số ion kim loại, Luận án tiến sĩ khoa học, Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQGHN [16] QCVN 14:2008/ BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt [17] QCVN 08-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt [18] Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2006), Xử lý nước thải đô thị công nghiệp, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM [19] Nguyễn Thị Thanh Tú (2010), Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước vậtliệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý môi trường, Luận văn thạc sĩ khoa học,Đại học Thái Nguyên [20].Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Hữu Nghị, Trần Hữu Bằng, Đặng Thị Thanh Lê (2015), “Điều chế vật liệu nano SiO2 cấu trúc xốp từ tro trấu để hấp phụ xanh metylen nước”, Tạp chí hóa học, 53(4), tr 491-496 [21].Phạm Thị Ngọc Lan (2016), “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ phế phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni nước”, Khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường, 52(3), tr 130-137 Tiếng Anh: [22].Metcalf & Eddy (1999),Wastewater Engineering Treatment, Disopal, Reuse Mc Craw, Hill International Edition, Third Edition [23].GTZ (1989),Wastewater Technology Springer Verlag Berlin Heidelberg [24].M.J.Hammer(1977), Water and Water Technology, John Wiley and Sons Ins [25].Farook Adam, Anwar lqbal (2011), “Silica supported amorphous molybdenum catalysts prepared via sol-gel method and its catalytic activity”, Microporous and Mesoporous Material,141, pp 119-127 [26] E.Clave., J Francois., L Billon., B De Jeso., M.F.Guimon (2004), “Crude and Modified Corncobs as complexing Agents for water decontamination”, Journal of Applied Polymer Science, vol.91, pp.820 826 [27] Osvaldo Karnitz Jr., Leancho Vinicius Alves Alves Gurgel, Ju’lio Ce’sar Perin de Melo, Vagner Roberto Botaro, Tania Marcia Sacramento Melo, Rossimiriam Pereira de Freitas Gil, Laurent Frideric Gil (2007), “Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse”, Bioresource Technology 98, pp 1291-1297 [28] W.E Marshall., L.H Wartelle., D.E Boler, M.M Johns., C.A Toles (1999), “Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid”, Bioresource Technology 69, pp 263-268  ... trung Nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải để xử lý nước thải sinh hoạt vùng nông thôn Đồng Bắc Bộ TỔNG QUAN Tổng quan nước thải khu vực nông thôn Đặc tính nước thải khu vực nông thôn Nước thải. .. Các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt nông thôn Đồng Bắc Bộ Error! Bookmark not defined 3.2 Nghiên cứu khả xử lý nước thải sinh hoạt vật liệu hấp phụ chế tạo từ phế phụ phẩm nông. .. hình xử lý nước thải sinh hoạt nông thôn Error! Bookmark not defined 3.4.1 Khảo sát sơ khả xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined 3.4.2 Khả xử lý nước