Nghiên cứu quá trình xử lý nước thải chứa nito với hệ thống xử lý SBR thiếu khí

Lời cảm ơn Bản luận án đợc hoàn thành Bộ môn hoá sinh sinh học phân tử, phòng 202- C4, Viện Công nghệ sinh học Thực phẩm, Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc hớng dẫn tận tình, chu đáo, khoa học TS Tô Kim Anh giúp đỡ tận tình trình làm luận án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ chân thành bạn sinh viên nhóm Xử lý nớc thải chứa nitơ , đặc biệt giúp đỡ thầy giáo: Trần Ngọc Hân Cho phép đợc bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến toàn thể anh, chị, em, bạn sinh viên làm việc phòng thí nghiệm thuộc Viện Công nghệ sinh học thực phẩm, Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Cuối xin chân thành cảm ơn quan tâm gia đình bạn bè suốt thời gian học tập hoàn thành luận án Mục lục tổng quan tài liệu phần II : phơng pháp nghiên cứu 52 phần III : Kết nghiên cứu thảo luận 71 phần IV : Kết luận 82 phần V : tài liệu tham khảo 83 phần VI : Phụ lục 84 Đặt vấn đề Hiện có nhiều lời cảnh báo ảnh hởng nớc thải chứa nitơ đến môi trờng có nhiều nghiên cứu ảnh hởng nghiêm trọng nớc ô nhiễm nitơ đến sức khoẻ cộng đồng Không Việt Nam, mà giới tợng gây đau đầu không nhà khoa học nghiên cứu vấn đề Các phơng pháp xử lý nớc ô nhiễm nitơ nói riêng nớc thải nói chung có nhiều Cùng vói hệ thống xử lý nớc thải khác Việt Nam áp dụng nghiên cứu đợc số hệ thống xử lý nớc thải nói chung, nhiên hệ thống xử lý hiểu biết hạn chế Hệ thống SBR đợc đánh giá giải pháp lý tởng cho ứng dụng thơng mại đô thị Đây EPA đánh giá hệ thống Hệ thống SBR có ứng dụng rộng rãi cho xử lý máy hoá với lu lợng nớc nhỏ, cung cấp xử lý gián đoạn Hệ thống phù hợp lý tởng cho dòng chảy có lu lợng thay đổi rộng điều khiển chế độ nạp rút, ngăn ngừa tợng thoái hoá bùn mà hay gặp hệ thống hiếu khí mở rộng Một thuận lợi khác hệ thống không cần nhiều ngời điều khiển nhng hiệu xử lý cao Việt Nam việc tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống cha đợc biết đến nhiều Hi vọng hệ thống với nhiều u điểm nhanh chóng đợc quan tâm triển khai Việt Nam Nhằm góp phần làm giảm ô nhiễm nớc, nh đóng góp vào việc tìm hiểu áp dụng phơng pháp vào việc xử lý nớc thải chứa nitơ Việt Nam tiến hành làm đề tài nghiên cứu : Khảo sát trình phản nitrat hoá nghiên cứu điều kiện xử lý nitơ hệ thống SBR thiếu khí Đề tài bao gồm phần sau : 1) Khảo sát trình phản nitrat 2) Tiến hành xây dựng hệ thống xử lý quy mô phòng thí nghiệm 3) Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa nitơ với hệ thống xử lý SBR thiếu khí Trong đợt làm luận án việc tìm hiểu đề tài mang lại cho nhiều điều bổ ích Tôi xin chân thành cảm ơn bạn sinh viên, thầy cô giáo tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình Các ký hiệu, cụm chữ viết tắt dùng luận án BBS (Blue Baby Syndrome) Bộ KHCN & MT : Hội chứng xanh da :Bộ Khoa Học Công Nghệ Môi Tr- ờng BOD (Biochemical Oxygen Demand) :Nhu cầu oxy sinh học COD (Chemiacal Oxygen Demand) :Nhu cầu oxy hoá học ĐBSH :Đồng sông Hồng ĐBSCL :Đồng sông Cửu Long DO (Dissolved Oxygen) :Nhu cầu oxy hoà tan EPA (Environment protect agent) :Cơ quan bảo vệ môi trờng Mỹ KCN :Khu công nghiệp KCX :Khu chế xuất NHL (lympho non-Hodgkin) :Bệnh huyết NH4+ :Amoni NO3- :Nitrat NO2- :Nitrit u hệ bạch N- NH4+ :Nit amoni N- NO3- :Nit nitrat N- NO2- :Nit nitrit HNO2 :Axít nitơ O2 :Oxy Sắt nitronsyl :Fe2(SCH3)2(NO)4 SBR (Sequencing Batch Reactor) :Thiết bị xử lý gián đoạn SS (Suspend Solid) :Hàm lợng rắn huyền phù Vin KTN & BVMT :Vin K thut Nhit i v Bo v mụi trng VSV :Vi sinh vt WHO ( World Health Organization) :Tổ chức sức khoẻ giới tổng quan tài liệu chơng I : tổng quan ô nhiễm nguồn nớc chứa nitơ I.1 Tình hình ô nhiễm nguồn nớc chứa nitơ : I.1.1 Nớc sinh hoạt : Theo tiờu chun v sinh nc n ung da trờn quyt nh 1329 ca B Y t, nc sinh hot t chun mc hm lng amoni : 1.5mg/l Trờn thc t, kt qu phõn tớch cỏc mu nc u vt quỏ ch tiờu cho phộp, nhiu ni cao t 2030 ln Theo s liu iu tra mi õy ca B Xõy dng cho thy: nc dựng n ung cỏc lng quờ, th xó, thnh ph ly t nc ging khoan u b nhim nit liờn kt: amoni, nitrat v nitrit B Xõy dng ó phõn loi tng a bn, tin hnh iu tra ly mu nc sinh hot ti mt lng, xó, nụng thụn, ng bng, th xó v thnh ph cú mt dõn c cao v phỏt hin thy mu nc sinh hot ti tt c cỏc thụn u b nhim nng amoni t 1530mg/l quỏ cao so vi tiờu chun cho phộp.[12] I.1.2 Nớc mặt : S liu v cht lng nc mt Vit Nam cũn rt ớt Tuy cỏc kt qu thc nghim cũn cha c thc hin nhiu nhng cng cho thy mc ụ nhim h lu mt s sụng chớnh ngy cng tng Cht lng nc thng lu mt s sụng chớnh cũn rt tt, cỏc vựng h lu ó cú du hiu b ụ nhim nh hng ca cỏc vựng ụ th, v cỏc c s cụng nghip Mng quan trc mụi trng quc gia tin hnh quan trc sụng chy qua cỏc ụ th chớnh Vit Nam l sụng Hng (H Ni), sụng Cu (Hi Phũng), sụng Hng (Hu) v sụng Si Gũn (Thnh ph H Chớ Minh) v cú mt s sụng khỏc cng c quan trc (Bng sau) Vựng Sụng Vt tiờu chun loi A BSH Sụng Hng - Lo Cai 1.5ữ2/NH4+ H Ni Sụng Hng on t Sụng 3.8/BOD5, 2/ NH4+ Hng n Vit Trỡ Sụng Cu 2/NH4+ Sụng Thng 2.7/BOD5 Sụng Hiu 2ữ3/BOD5,1.5ữ1.8/NH4+ Sụng Hng 2.5/BOD5 Duyờn Hi v Nam Trung B Sụng Hn 1ữ2/BOD5, 1.4ữ2.6/ NH4+ BSCL Sụng Si Gũn 2ữ4/BOD5 Sụng Th Vi 10ữ15/BOD5 Bc Trung B Cỏc s liu kho sỏt Vin K thut Nhit i v Bo v mụi trng cng cho thy, hm lng ca cỏc cht gõy ụ nhim cỏc sụng ca H Ni, thnh ph H Chớ Minh, Hi Phũng, Hi Dng, Bc Giang, Hu, Nng, Qung Nam v ng Nai cao hn tiờu chun cho phộp rt nhiu Cỏc xu th cho thy, giỏ tr o c thụng s ụ nhim c bn l : amoni v nhu cu oxy sinh húa dao ng khỏ nhiu v vt mc tiờu chun loi A mt vi ln (hỡnh sau) Tỡnh trng ụ nhim cng tr nờn trm trng hn vo khụ m cỏc dũng chy sụng ngũi h thp I.1.3 Nớc ngầm : vùng đồng Bắc Bộ, theo kết khảo sát sở nghiên cứu thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia Trờng đại học Mỏ-Địa chất phần lớn nớc ngầm gồm tỉnh: Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hà Nội, Hải Dơng, Hng Yên, Thái Bình bị nhiễm bẩn amoni nặng [12], [14] Mt nghiờn cu thc hin H Ni ó cnh bỏo v tỡnh hỡnh ụ nhim amoni nc di t phớa Nam H Ni Nng amoni nc ó qua x lý ca nh mỏy nc cao hn tiờu chun cho phộp 2ữ ln Tt c cỏc mu nc ly t tng nc trờn u cú hm lng amoni cao hn tiờu chun nhiu ln Cỏc nh khoa hc c tớnh l vi mc khai thỏc 700.000 m3/ngy nh hin thỡ s dn n nguy c h thp mc nc ngm xung 114 m v hin tng ụ nhim ngun nc di t s ph bin H Ni Nguy hi hn, mc ụ nhim ang tng dn theo thi gian, xó Yờn S nm 2002 kt qu o c cho thy hm lng amoni l 37.2 mg/l hin ó tng lờn 45.2 mg/l, phng Bỏch Khoa mc nhim t 9.4 mg/l, tng lờn 14.7 mg/l, phng Tng Mai l 13.5 mg/l Ngi dõn ti khu vc ny cng tha nhn ngun nc ly t cỏc ging khoan rt c, vng ễng Trn Vn Dng, xó Yờn S, huyn Thanh Trỡ núi: "Chỳng tụi ch bit dựng b cỏt lc ly nc n, song khụng kh ht mựi v l l" Cú ni cha tng b nhim amoni song cng ó vt tiờu chun cho phộp nh Long Biờn, phng Trung Hũa, xó Tõy M, xó Trung Vn, ụng Ngc Hin gi cỏc ngun nc nhim bn ó lan rng trờn ton thnh ph Xác suất nguồn nớc ngầm nhiễm amoni có nồng độ cao tiêu chuẩn nớc sinh hoạt (3 mg/l) khoảng 7080% Trong nhiều nguồn nớc ngầm chứa nhiều hợp chất hữu cơ, độ oxy hoá có nguồn đạt tới 3040 mgO2/l Tng nc ngm di (cỏch mt t t 4560 m) l ngun cung cp cho cỏc nh mỏy cng b nhim bn Hin cỏc nh mỏy nc H ỡnh, Tng Mai, Phỏp Võn, Linh m ó b nhim 10 nhỏ trình xảy thời gian đầu sau hết cacbon trình dẫn đến phân huỷ bùn Tuy nhiên tỷ lệ cacbon lớn trình trình phản nitrat diễn bình thờng Nhìn hình ta nhận thấy sửdụng nhiều cacbon đến cuối rình nitrat cha hoàn toàn hết mà d lợng cacbon Điều dẫn đến phải kéo dài thêm thời gian cho trình phản nitrat dẫn đến phải khử nguồn cacbon d Ta nhận thấy điều từ đồ thị hình 4, có khả lợng cácbon d chuyển sang tổng hợp sinh khối cho bùn phản nitrat Tiến hành so sánh tốc độ phân huỷ nhận thấy tỷ lệ C/N 1.07 tốc độ phản nitrat hoá cao (Hình 7) 76 (Hình 7) I.2.3 ảnh hởng nồng độ bùn đến thời gian lắng bùn: Chúng tiến hành xác định nồng độ bùn tới hạn cho lắng bùn làm sở cho việc ấn định nồng độ bùn hệ thống Kết thu đợc bảng số liệu sau : Thể tích mẫu (lit) MLSS* Thời gian lắng (mg/l) MLSS (mg/l) 1.00 4.0 - 1466.67 0.75 6.0 1955.6 - 0.50 8.0 2933.4 - 0.40 8.5 3666.8 3553.3 0.3 11.0 4889 - 0.25 13.0 5866.8 - 0.20 16.0 7333.5 7248.5 (*) :Xác định theo lý thuyết : không xác định Chúng nhận thấy thời gian lắng bùn tốt nhận thấy nồng độ bùn 4000 thích hợp I.3 hệ thống SBR : I.3.1 mô hình thiết lập hệ thống SBR : thiết lập mô hình thí nghiệm dựa 77 nguyên lý hoạt động hệ thống xử lý SBR Kết thu đợc mô hình sau (hình 8) : Hình : Mô hình thí nghiệm hệ thống xử lý SBR Thể tích làm việc hệ thống SBR lít, nồng độ bùn hệ thống khoảng 6000ữ 10000 mg/l nồng đồ NNH4+ 200ữ 220 mg/l, pH đợc điều chỉnh định kỳ DO đợc điều chỉnh nhờ điều chỉnh tốc độ sục khí Máy khuấy đợc điều chỉnh nhờ công tắc tắt bật hộp điều khiển Đến cuối trình nớc đợc rút nhờ bơm hút Hiện tạm thời điều chỉnh tay qua công tắc tắt bật hộp điều khiển I.3.2 ảnh hởng chế độ thông khí tới khả phân giải nitơ hệ thống SBR : 78 Vói hai chế độ thông khí khác thu đợc bảng số liệu (phụ lục) đồ thị sau : (Hình9) Tiến hành tính toán hiệu tốc độ phân huỷ nitơ nhận thấy chế độ thông khí tiếng cho hiệu tốc độ phân huỷ tốt Kết tính toán đợc trình bày bảng sau : Chu kỳ : (1) : (2) : 4.5 Hiệu 320 331 279 Tốc độ 68.5 78.6 25.3 I.3.3 nghiên cứu ảnh hởng tỷ lệ COD/NH4+ ban đầu đến tốc độ phân giải nitơ : 79 Từ bảng số liệu số liệu thu với chu kỳ thông khí tiến hành nghiên cứu ảnh hởng tỷ lệ COD/NNH4 với chu kỳ thông khí : (1) 4: 3(2) Kết biểu diễn hình sau :(hình 10) (Hình 10) Từ đồ thị ta nhận thấy tỷ lệ C/N thấp tốc độ phân huỷ nitơ cao hoen nhiều Điều thuận lợi to lớn ta không cần bổ sung nhiều nguồn Cacbon mà hiệu phân huỷ nitơ cao 80 81 phần IV : Kết luận Đã phân lập tuyển chọn đợc bùn hoạt tính phản nitrat hoá Đã khảo sát yếu tố ảnh hỏng đến khả phản nitrat hoá bùn hoạt tính nghiên cứu : Nồng độ N-NO3, nòng độ bùn, tỷ lệ C/N Đã thiết lập đợc hệ thống SBR Đã khảo sát khả xử lý nitơ hệ thống SBR : chu kỳ thông khí, tỷ lệ C/N 82 phần V : tài liệu tham khảo Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga Giáo trình xử lý nớc thải Nhà xuất khoa học kĩ thuật-1999 Trịnh Xuân Lai Tính toán thiết kế công trình xử lý nớc thải Nhà xuất xây dựng-2000 Lê Văn Cát Cơ sở hoá học kĩ thuật xử lý nớc thải Nhà xuất Thanh niên - 1999 Tiêu chuẩn Việt Nam nớc thải 4556ữ 4583, 2662, 2657 2659 Metcalf & Eddy IN (1991) Wastewater engineering rd edition, McGraw-Hill International edition Standard Methods for Examination of Water and Wastewater American Public Health Association http://www.nea.gov.vn Báo động tình trạng nguồn nớc bị ô nhiễm amoni (Lao động, số 63/2002, ngày 14/3/2002, tr 6) http://www.nea.gov.vn Nhiều khu vực nớc ngầm Hà Nội ô nhiễm nặng (Vnxpress, 25/6/2003) http://www.laodong.com.vn Báo động tình trạng nguồn nớc bị ô nhiễm amoni 83 phần VI : Phụ lục Bảng số liệu trình phân huỷ nitơ hệ thống gián đoạn với tỷ lệ C/N-NO3- bổ sung ban đầu 1.07 pH T/g d/c (phu t) T PH 7 7.2 8.0 60 25 6.9 6.81 0.0 198.26 0.0 7.0 7.8 0.3 6.9 120 05 1.62 24 0.59 26 7.0 62 0.3 7.0 0.17 77.492 120 26 (mg/l) 107.78 0.3 7.0 60 (mg/l) 25 26 6.9 25 84 0.17 153.83 0.0 0.03 127.58 0.1 63 S N-NO3- NO2- DO (C) (mg/l) N- 0.03 273.31 0.03 l) 7 7.8 60 120 0.10 72 445.47 27 0.2 49 7.0 0.10 72 436.38 27 7.7 72 0.1 6.9 120 0.10 78.936 6.9 7.2 60 133.96 26 0.03 0.1 6.9 6.9 272.80 26 8 0.1 86 7.0 7.6 26 180 35 7.0 8.3 0.1 81 27 63 96.607 0.1 85 1.62 0.65 96 Bảng số liệu trình phân huỷ nitơ hệ thống gián đoạn với tỷ lệ C/N-NO3- bổ sung ban đầu 1.2 : T/g PH (phu PH DO d/c T (C) 6.9 8.6 7.1 60 (mg/ l) N-NO3(mg/l) 31 7.0 MLS 463.827 0.06 7 7.2 7.0 7.0 300 28 0.06 24 0.06 0.6826 16 155.853 0.06 75 2.2306 257.838 33 - 296.209 28 287.121 32 7.0 413.34 68 0.06 25 986 0.2403 32 7.2 (mg/l) 0.8721 0.06 S 0.2403 32 120 240 (mg/l) 31 7.2 180 N-NO2- 1.2828 64 Bảng số liệu trình phân huỷ nitơ hệ thống gián đoạn với tỷ lệ C/N-NO3- bổ sung ban đầu 1.5 : 86 - l) T/g PH (phu PH d/c T (C) 8.6 7.0 7.2 60 120 180 7.3 240 7.0 00 01 0.1409 23 - 312.365 34 129 50 0.4536 0.06 288.131 84 32 129 0.1788 0.06 (mg/l) 0.1504 32 7.0 32 7.0 S 0.0335 446.661 0.06 75 (mg/l) 515.324 32 7.0 N-NO2- 575.909 0.06 75 (mg/l) 31 7.0 7.3 N-NO3- 0.06 75 (mg/ l) MLS 31 7.0 7.3 300 DO 0.5200 0.06 87 162.922 27 - l) Bảng số liệu trình phân huỷ nitơ hệ thống SBR : T/ PH PH d/c (mg/l) 28 7.6 7.0 7.9 30 7.9 42 85 0.116 30 27 14 735 8.029 4.464 7.6 5E-16 85 0.174 7.5 42 5.7 8.029 0.058 0.0 4.464 0.0 8.4 8.029 0.174 - 9.5 28 11.59 0.174 0.0 1175 46 202 88 6.247 28 0.116 300 4.464 S ( 4.464 0.058 42 COD (mg/l) 85 14 55 0.116 2.4 30 7.7 (mg/l) 2.4 30 (mg/l) 156 3.7 30 NO2- 28 N- NO3- 107 7.4 4 4.8 29 7.6 29 N- 205 8.0 DO NH4 (C) (mg/l) N- T 2176.85 7.8 7.9 7.0 7.0 26 7.0 0.0 7.0 45.3 5E-16 8.0 210 0.116 6.5 28 0.8 793.646 0.6 94 0.174 42 1.515 94 2.941 129 542.4 4.367 5E-16 82 100 3.2 3.654 5E-16 85 89 850.7 5E-16 88 0.6 770.970 1.515 160 30 - 8.029 30 1133.78 5E-16 94 5E-16 30 0.9 18.5 1814.04 15.15 30 - 5E-16 46 27 30 8.2 75.3 179 5E-16 85 20.1 8.1 4.464 0.0 16 11.59 6 85 1950.10 0.0 26 - 42 76 4.464 0.0 4 26 7.0 0.174 0.8 85 115 1.9 26 6.9 7.0 165 2 26 7.0 7.9 7.0 28 430.5 6.9 7.1 6.9 31 6.9 7.0 0.1 50.5 5E-16 31 7.0 2.585 3.298 0.1 8.7 5E-16 37 31 181.404 2.941 0.1 4.3 90 5E-16 88 45.3512 ... phần sau : 1) Khảo sát trình phản nitrat 2) Tiến hành xây dựng hệ thống xử lý quy mô phòng thí nghiệm 3) Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa nitơ với hệ thống xử lý SBR thiếu khí Trong đợt làm luận... pháp xử lý nớc ô nhiễm nitơ nói riêng nớc thải nói chung có nhiều Cùng vói hệ thống xử lý nớc thải khác Việt Nam áp dụng nghiên cứu đợc số hệ thống xử lý nớc thải nói chung, nhiên hệ thống xử lý. .. phơng pháp vào việc xử lý nớc thải chứa nitơ Việt Nam tiến hành làm đề tài nghiên cứu : Khảo sát trình phản nitrat hoá nghiên cứu điều kiện xử lý nitơ hệ thống SBR thiếu khí Đề tài bao gồm phần