NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG HRAPs TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SAU BỂ TỰ HOẠI

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG HRAPs TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SAU BỂ TỰ HOẠI” Người thực hiện : NGUYỄN THỊ MAI Lớp : MTD Khóa : K57 Chuyên ngành : MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn :TS TRỊNH QUANG HUY Hà Nội – 2016 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG HRAPs TRONG XỬ LÝ NÝỚC THẢI SAU BỂ TỰ HOẠI” Người thực hiện : NGUYỄN THỊ MAI Lớp : MTD Khóa : K57 Chuyên ngành : MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : TS TRỊNH QUANG HUY Địa điểm thực tập : BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2016 2 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận nhận giúp đỡ, bảo tận tình động viên thầy cô giáo, gia đình bạn bè Nhân dịp này, xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Trịnh Quang Huy, giảng viên môn Công nghệ Môi trường – Học viện Nông Nghiệp Việt Nam, người trực tiếp hướng dẫn thực khóa luận tận tình truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho trình học tập nghiên cứu Cảm ơn thầy kiên nhẫn bên cạnh, cổ vũ động viên em suốt trình học tập làm việc Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS Đỗ Thủy Nguyên, cô ThS Nguyễn Thị Thu Hà, giảng viên môn Công nghệ môi trường-khoa Môi trường, thầy cô bảo giúp đỡ nhiều trình nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn toàn thể quý thầy, cô giáo môn Công nghệ Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ thời gian thực tập môn Tôi xin chân thành cám ơn giúp đỡ nhiệt tình anh Trần Minh Hoàng, bạn Mai Đức Trung, bạn Nguyễn Xuân Quỳnh bạn thực tập tốt nghiệp môn suốt trình thực nghiên cứu Cuối xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc tới bố mẹ, gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện cho thực khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Thị Mai 3 MỤC LỤC 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ANOVA BOD BTNMT COD DO EC Eh HRAPs + NH4 NO3PO43QCVN RO TCCP TCVN TN TP TSS UF : : : : : : : : Phân tích phương sai Nhu cầu Oxy sinh học Bộ tài nguyên môi trường Nhu cầu Oxy hóa học Oxy hòa tan Độ dẫn điện Thế oxy hóa Công nghệ nuôi tảo hiệu suất cao (High : : : : : : : : : : : rate algal ponds) Amoni Nitrat Photphat Quy chuẩn Việt Nam công nghệ lọc thẩm thấu ngược Tiêu chuẩn cho phép Tiêu chuẩn Việt Nam Tổng Nitơ Tổng Photpho Chất rắn lơ lửng Công nghệ lọc Ultra DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước thải sinh hoạt thường chứa hàm lượng cao các chất dinh dưỡng vô và hữu Nước thải thải môi trường không qua xử lý, xử lý không quy cách và tích tụ lâu ngày các thủy vực tiếp nhận là gánh nặng to lớn với môi trường Để đảm bảo nước thải đầu phù hợp với quy chuẩn môi trường cần phải có các biện pháp xử lí phù hợp Nước thải sinh hoạt hiện xử lý hệ thống bể tự hoại Ưu điểm bể là giúp loại bỏ phần lớn chất hữu cơ, nhiên hàm lượng dinh dưỡng N, P thường tăng lên cao quá trình phân hủy Để xử lý N, P giải pháp công nghệ sinh học thường sử dụng Vi tảo xử lý nước thải ứng dụng nhiều nó sử dụng hệ sắc tố quang hợp để lấy lượng ánh sáng, đồng thời sử dụng nguồn dinh dưỡng từ nước thải để tổng hợp sinh khối Liang Wang và cộng sự (2009) nghiên cứu sử dụng tảo Chlorella xử lý nước thải sinh hoạt, TN và TP giảm nghiên cứu là 76% và 65%, Liandong Zhu và cộng sự (2013) nghiên cứu với nước thải chăn nuôi cho thấy giá trị này là 76% và 65% Công nghệ nuôi tảo hiệu suất cao (HRAPs) sử dụng từ lâu lĩnh vực thực phẩm và thức ăn chăn nuôi và sản xuất nhiên liệu sinh học Gần số nước phát triển, công nghệ này và sử dụng cho mục đích xử lý nước thải Nguyên lý công nghệ dựa vào việc kéo dài pha quang hợp và rút ngắn pha hô hấp tảo nhằm mục đích tăng sinh khối Hệ thống HRAPs thường thiết kế theo dạng đường đua (race way): đường đua là kênh chứa nước thải có độ sâu tối đa 80 cm, chiều rộng kênh tối thiểu là 120 cm, chiều dài tính toán tuỳ thuộc vào lưu lượng nước thải (m3/ngày) và thời gian lưu nước Nước thải qua hệ thống đảo trộn máy khuấy Hệ thống khuấy giúp cho sự phân bố tảo toàn mặt kênh Nhiều loài tảo nghiên cứu nhằm mục đích này như: Chlorella (Gonzale và cs., 1997), Scenedesmus (Martinez và cs., 1999), Spirulina (Olguin và cs., 2003).Với nguồn sinh khối tảo thu từ hệ thống, tảo có thể sử dụng làm thức ăn thuỷ sản, phân bón và nhiên liệu sinh học Bên cạnh đó, việc hấp thu CO2 giúp giảm thiểu các tác động tới biến đổi khí hậu tạo chuỗi chăn nuôi phát thải cacbon thấp, phù hợp với mục tiêu chiến lược ngành nông nghiệp Việt Nam.Tuy vậy, các nghiên cứu ứng dụng HRAPs xử lý nước thải phù hợp với điều kiện Việt Nam hạn chế Việc phát triển công nghệ xử lý đưa vào thực tiễn cần phải tiến hành các thí nghiệm phòng để khống chế các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý Trong công nghệ nuôi tảo hiệu suất cao, các yếu tố ảnh hưởng ánh sáng, nhiệt độ, hàm lượng CO2 hoà tan nước, và dinh dưỡng (N và P).Đã có nghiên cứu kiểm soát các yếu tố này để hệ thống đạt hiệu xử lý tốt Tuy nhiên, từ nghiên cứu với quy mô phòng thí nghiệm tới phát triển công nghệ xử lý đưa vào thực tiễn cần kiểm nghiệm Xuất phát từ thực tiễn đó tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hiệu hệ thống HRAPs xử lý nước thải sau bể tự hoại”.Nghiên cứu nhằm đóng góp thêm giải pháp công nghệ lĩnh vực xử lý nước thải chi phí thấp góp phần bảo vệ môi trường và pháp triển bền vững Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá hiệu hệ thống HRAPs xử lý nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại điều kiện thực nghiệm; đưa và khắc phục các yếu tố hạn chế đến hiệu suất hệ thống 10 (a) (b) Hình 3.10 Diễn biến thông số EC và Eh thời gian thí nghiệm 59 3.2.3 Đánh giá hiệu loại bỏ dinh dưỡng bể HRAPs Bảng 3.10 Diễn biến thông số COD, NH4+ , PO43- thời gian thí nghiệm Ngày COD (mg/l) NH4+ (mg/l) PO43(mg/l) NO3(mg/l) 142 32,235 26,745 3,017 111 32,075 24,155 3,910 88 28,27 21,145 7,863 58 22,38 17,085 8,703 48 15,655 15,785 8,392 40 9,995 7,25 9,905 32 8,37 6,585 18,540 24 5,475 7,64 26,580 16 4,655 5,24 24,920 10 12 1,74 1,295 20,141 Nguồn : Kết phân tích, 2016 Hàm lượng COD nước thải giảm mạnh thời gian hoạt động hệ thống Đặc biệt, sau ngày đầu hàm lượng chất hữu loại bỏ khoảng 70% (Hình 3.11a) Hiệu loại loại bỏ COD toàn thí nghiệm đạt 88,9% Sự phân hủy mạnh chất hữu hoạt động vi khuẩn ngày nghiên cứu dẫn tới sự thay đổi các thông số môi trường pH, Eh, DO trình bày Hàm lượng NH4+thay đổi theo xu hướng giảm dần Sau 10 ngày theo dõi, nồng độ NH4+ giảm 18,5 lần, từ 32,235 mg/l xuống 1,74 mg/l Hiệu xử lý quá trình đạt 94,6% Cụ thể diễn biến, hàm lượng NH4+trong ngày đầu thí nghiệm giảm 30%, từ ngày thứ đến ngày thứ NH4+ giảm 50% (tương ứng với giai đoạn phát triển mạnh quần thể tảo) 60 Hai ngày cuối tảo bước vào giai đoạn ổn định hiệu xử lý tăng thêm 11,6% Cuối ngày thứ thí nghiệm, hàm lượng NH 4+ lại nước thải là 9,995 mg/l, đạt tiêu chuẩn xả thải theo QCVN 14 : 2008 (cột B) Hàm lượng PO43- có xu hướng diễn biến tương đồng với nồng độ NH4+ Hàm lượngPO43- giảm từ 26,745 mg/l xuống 1,295 mg/l (giảm 20,7 lần) Hiệu loại bỏ quá trình đạt 95,15% (tương ứng 25,45 mg/l PO43- có nước thải) Kết này phù hợp với kết nghiên cứu Aslan và cộng sự (2006) nuôi Chlorella môi trường nuôi cấy nhân tạo đạt hiệu suất loại bỏ PO 43- đạt 46 – 94% Nồng độ PO4 3-đạt tiêu chuẩn xả thải cột B (12 mg/l) ngày thứ thí nghiệm Nồng độ NO3- không có xu hướng tương đồng với sự thay đổi PO 43và NH4+ Trong ngày đầu thí nghiệm, nồng độ NO 3- tăng lên lần từ 3,017 mg/l lên 18,540 mg/l sau đó giảm dần các ngày lại Tại ngày thứ 10, nồng độ NO3- đo nước thải là 13,141mg/l, cao nồng độ ban đầu Như vậy, thời gian thí nghiệm, hệ thống HRAPs chưa xử lý dinh dưỡng NO3- Tuy nhiên, lượng NO3- có nước thải sử dụng trước và sau xử lý thấp tiêu chuẩn xả thải nhiều Như trình bày việc nồng độ NO3- tăng cao có thể giải thích là sự chuyển dạng dinh dưỡng NH4+ điều kiện hiếu khí thành NO3- Nhiều nghiên cứu tảo ưa sử dụng NH 4+ NO3- quá trình phát triển, nó sử dụng NO3- tiêu thụ hầu hết NH4+ Điều này giải thích việc nồng độ NO3- đến ngày thứ mới bắt đầu giảm xuống, đótảo sử dụng hầu hết lượng NH4+ có nước thải 61 (a) (b) (c) (d) + 3Hình 3.11 Diễn biến thông số COD, NH4 , PO4 , NO3-trong thời gian theo dõi thí nghiệm Hiệu loại bỏ TN, TP nước thải bể thể hiện Bảng 3.11 Hiệu xử lý TN bể 10 ngày thí nghiệm đạt là 87,55%, tương ứng loại bỏ 147,2 mg/l N Hiệu xử lý TP kết thúc thí nghiệm đạt 76,89%, loại bỏ là 14,01 mg/l Kết nghiên cứu phù hợp với số công trình các tác giả: Wang và cộng sự (2013) hiệu suất loại bỏ N, P nước thải sinh hoạt Chlorella sp đạt xấp xỉ 80 và 50% sau 14 ngày; nghiên cứu Võ Thị Kiều Thanh và cộng sự (2012) loại bỏ 47,7% - 56,15% P nuôi tảo Chlorella sp sau ngày theo dõi Hoạt động tảo hệ thống HRAPs đạt hiệu loại bỏ dinh dưỡng 75% (Park JBK, Craggs RJ và Shilton AN, 2011) Lượng N, P loại bỏ tích lũy sinh khối tảo, trở thành sinh khối có ích 62 Bảng 3.11 Hiệu suất loại bỏ TN, TP thời gian thí nghiệm Thông số Tổng N Tổng P Nồng độ ngày đầu (mg/l) 168,1 18,22 Nồng độ ngày cuối (mg/l) 20,9 4,21 Hiệu suất xử lý (%) 87,55 76,89 (Nguồn : Kết phân tích, 2016) Tóm lại, điều kiện ổn định ánh sáng và loại bỏ bớt lượng lớn TSS, hệ thống HRAPs đạt hiệu sinh trưởng tảo mong muốn (mật độ tảo đạt cực đại 4,4.106tế bào/ml, tăng 10 lần so với mật độ ban đầu) Đồng thời khả xử lý dinh dưỡng cải thiện đáng kể, hầu hết các thông số đạt tiêu chuẩn xả thải ngày thứ thí nghiệm 3.3 So hiệu hệ thống HRAPs thí nghiệm với ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo 3.3.1 So sánh hiệu sinh trưởng Trong công thức, mật độ tảo đầu vào sử dụng tương đương 2.105 – 3.105 tế bào/ml, nhiên sinh trưởng tảo công thức có sự khác rõ rệt Dưới điều kiện ánh sáng tự nhiên, tảo phát triển chậm, mật độ tảo tăng không cao, đạt cực mức 6,1.10 tế bào/ml (gấp lần so với ban đầu) Quá trình sinh trưởng tảo không phân rõ giai đoạn theo đường cong sinh trưởng Trong công thức với ánh sáng nhân tạo, tảo phát triển mạnh hơn, mật độ tảo tăng gấp13,5 lần so với ban đầu, đạt cực đại 4,45.10 tế bào/ml Sự sai khác mật độ tảo thí nghiệm có ý nghĩa thống kê (α