Khảo sát đánh giá khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước sông Kim Ngưu của một số phương pháp truyền thống và đề xuất giải pháp xử lý phù hợp

Header Page of 27 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Bích Phƣơng KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƢỚC SÔNG KIM NGƢU CỦA MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ PHÙ HỢP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 Footer Page of 27 Header Page of 27 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Bích Phƣơng KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƢỚC SÔNG KIM NGƢU CỦA MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ PHÙ HỢP Chun ngành: Hóa mơi trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 Footer Page of 27 Header Page of 27 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ đƣợc hồn thành phòng thí nghiệm Hóa Mơi Trƣờng, khoa Hóa học – trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên Hà Nội Tôi xin giành lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Trần Hồng Côn tin tƣởng giao đề tài, tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Trần Hồng Côn cho nhiều ý kiến quý báu thời gian làm thực nghiệm vừa qua Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Hóa, đặc biệt mơn Hóa Mơi Trƣờng tạo điều kiện cho suốt trình học tập nghiên cứu Tơi xin gửi lời cảm ơn tới anh chị bạn bè phòng phân tích Hóa Mơi Trƣờng, đặc biệt bạn Trần Phƣơng Nhật Thủy – University of science and technology of Ha Noi – Undergraduate School giúp đỡ nhiều suốt thời gian vừa qua Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln động viên, giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày 10 tháng 08 năm 2015 Học viên Lê Thị Bích Phƣơng Footer Page of 27 Header Page of 27 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Vai trò quan trọng nước đời sống Error! Bookmark not defined 1.2 Giới thiệu sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 1.2.1 Lịch sử sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 1.2.2 Điều kiện khí tượng, thủy văn lưu vực sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 1.2.3 Hiện trạng ô nhiễm sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 1.3 Một số phương pháp thông dụng xử lý nước thải sinh hoạt Error! Bookmark not defined 1.3.1 Keo tụ hóa học Error! Bookmark not defined 1.3.2 Xử lý phương pháp sinh học Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Hóa chất, dụng cụ thiết bị Error! Bookmark not defined 2.2.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.2.2 Dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.2.3 Thiết bị Error! Bookmark not defined 2.3 Phương pháp xác định số tiêu nước thải Error! Bookmark not defined 2.3.1 Xác định TSS Error! Bookmark not defined 2.3.2 Xác định số COD phương pháp bicromat Error! Bookmark not defined 2.3.3 Xác định nồng độ Amoni nước thải phương pháp Nessler Error! Bookmark not defined 2.3.4 Xác định Nitrat phương pháp Brucine Error! Bookmark not defined 2.3.5 Xác định hàm lượng Nitrit nước thải Error! Bookmark not defined 2.3.6 Xác định Photphat phương pháp so màu vanađat Error! Bookmark not defined Footer Page of 27 Header Page of 27 2.3.7 Xác định Coliform phương pháp đếm khuẩn lạc Error! Bookmark not defined 2.4 Lấy mẫu bảo quản mẫu Error! Bookmark not defined 2.5 Xử lý nước thải phương pháp keo tụ hóa học Error! Bookmark not defined 2.5.1 Keo tụ phèn nhôm Error! Bookmark not defined 2.5.2 Keo tụ PAC Error! Bookmark not defined 2.6 Xử lý nước sông Kim Ngưu phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí Error! Bookmark not defined 2.6.1 Chuẩn bị sinh khối Error! Bookmark not defined 2.6.2 Xử lý sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Một số tiêu nước sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 3.2 Xử lý nước sông Kim Ngưu phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.2.1 Hiệu suất xử lý TSS, độ đục phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.2.2 Hiệu suất xử lý COD phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.2.3 Hiệu suất xử lý Amoni phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.2.4 Hiệu suất xử lý Nitrit phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.2.5 Hiệu suất xử lý Nitrat phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.2.6 Hiệu suất xử lý Photphat phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.2.7 Hiệu suất xử lý Coliform phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.3 Tốc độ lắng bùn xử lý nước sông Kim Ngưu phèn nhôm PAC Error! Bookmark not defined 3.4 Tối ưu hóa nồng độ phèn nhôm PAC xử lý nước sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 3.5 Xử lý nước sông Kim Ngưu phương pháp vi sinh hiếu khí Error! Bookmark not defined 3.5.1 Hiệu suất loại bỏ COD phương pháp vi sinh hiếu khí Error! Bookmark not defined 3.5.2 Hiệu suất loại bỏ amoni phương pháp vi sinh hiếu khí Error! Bookmark not defined 3.6 Thảo luận Error! Bookmark not defined 3.7 Đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý nước sơng Kim Ngưu Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined Footer Page of 27 Header Page of 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined Footer Page of 27 Header Page of 27 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các hóa chất vơ đƣợc sử dụng phổ biến trình keo tụ kết tủa xử lý nƣớc thải…………………………………………… 10 Bảng 2.1 Kết đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn COD ……………………… 19 Bảng 2.2 Cách pha dung dịch chuẩn NH4+ nồng độ từ – 5mg/L………………20 Bảng 2.3 Kết đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn amoni ……………………….21 Bảng 2.4 Cách pha dung dịch chuẩn NO3- nồng độ từ – 2mg/L……………….22 Bảng 2.5 Kết đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn nitrat ……………………… 23 Bảng 2.6 Cách pha dung dịch chuẩn NO2- nồng độ từ 0-1mg/L 24 Bảng Kết đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn nitrit 25 Bảng Cách pha dung dịch chuẩn photphat nồng độ từ 0-18mg/L 26 Bảng Kết đo Abs xây dựng đƣờng chuẩn photphat .27 Bảng 10 Thành phần chất môi trƣờng nuôi cấy Endo 28 Bảng Kết phân tích số tiêu nƣớc sông Kim Ngƣu 34 Bảng Hiệu suất xử lý TSS phèn nhôm PAC .36 Bảng 3 Hiệu suất xử lý độ đục phèn nhôm PAC 37 Bảng Hiệu suất xử lý COD phèn nhôm PAC 38 Bảng Hiệu suất xử lý Amoni phèn nhôm PAC .39 Bảng 11 Hiệu suất xử lý nitrit phèn nhôm PAC 40 Bảng 12 Hiệu suất xử lý Nitrat phèn nhôm PAC 40 Bảng 13 Hiệu suất xử lý photphat phèn nhôm PAC .41 Bảng 14 Hiệu suất xử lý Coliformcủa phèn nhôm PAC .42 Bảng 15 pH nƣớc sau xử lý keo tụ phèn nhôm PAC .51 Footer Page of 27 Header Page of 27 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Nƣớc thải đƣợc xả sơngKim Ngƣu qua họng cống Hình 1.2 Sơng Kim Ngƣu đen ngòm với hàng ngàn họng cống ngày đêm xả nƣớc thải chƣa qua xử lý vào sông Hình Hiện tƣợng keo tụ bơng tụ (hạt màu sẫm tính bền) Hình 2.1 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ COD 19 Hình 2.2 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ Amoni 21 Hình 2.3 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ nitrat 23 Hình 2.4 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ nitrit 25 Hình 2.5 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ photphat 27 Hình 2.6 Quy trình lọc mẫu 29 Hình 3.1 Hiệu suất xử lý TSS phèn nhôm PAC……………………… 36 Hình 3.2 Hiệu suất xử lý độ đục phèn nhơm PAC………………………37 Hình 3.3 Hiệu suất xử lý COD Alum PAC…………………………… 38 Hình 3.4 Hiệu suất xử lý Nitrat phèn nhơm PAC……………………… 41 Hình 3.5 Hiệu suất xử lý phophat Phèn nhôm PAC…………………… 42 Hình 3.6 Hiệu suất xử lý Coliform phèn nhơm PAC………………… 43 Hình 3.7 Sự phụ thuộc bùn lắng vào thời gian xử lý PAC……… 44 Hình 3.8 Sự phụ thuộc bùn lắng vào thời gian xử lý phèn nhơm 45 Hình 3.9 Nồng độ tối ƣu phèn nhôm xử lý COD…………………… 46 Hình 3.10 Nồng độ tối ƣu PAC việc xử lý COD…………………… 47 Hình 3.11 Hiệu xuất xử lý COD phƣơng pháp sinh học hiếu khí…………48 Hình 3.12 Hiệu xuất xử lý Amoni phƣơng pháp sinh học hiếu khí……….49 Hình 3.13 Sơ đồ quy trình cơng nghệ xử lý nƣớc sơng Kim Ngƣu…………… 53 Footer Page of 27 Header Page of 27 KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng PAC Poly Alminiun Chloride Poly nhôm clorua Footer Page of 27 Header Page 10 of 27 MỞ ĐẦU Nƣớc thải sinh hoạt vấn đề quan trọng thành phố lớn đông dân cƣ, quốc gia phát triển Riêng quốc gia trình phát triển kinh tế - xã hội, cơng nghiệp hóa, đại hóa nhƣ Việt Nam, với trình độ khoa học cơng nghệ chƣa cao, hệ thống cống rãnh nƣớc tình trạng thơ sơ, khơng hợp lý, khơng theo kịp đà phát triển dân số thành phố lớn nhƣ: thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Nha Trang, Đà Nẵng, … việc xử lý nƣớc thải sinh hoạt tạo nên sức ép lớn mơi trƣờng Tính đến năm 2005, nƣớc có 722 thị với tổng số dân 25 triệu ngƣời (bằng 27% dân số nƣớc) với tổng lƣợng nƣớc thải sinh hoạt sản xuất chƣa qua xử lý xử lý không đạt tiêu chuẩn môi trƣờng 3.110.000 m3/ngày[2, 9] Lƣợng nƣớc thải đƣợc xả trực tiếp vào nguông nƣớc sông, hồ, biển ven bờ[2] Mức độ ô nhiễm nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm Việt Nam ngày trầm trọng, nều tình trạng khơng chấm dứt nguồn nƣớc mặt khơng sử dụng đƣợc thời gian không xa Thủ đô Hà Nội thành phố có tốc độ thị hóa cao nƣớc, trung tâm trị, kinh tế, văn hóa – xã hội nƣớc, với tốc độ tăng trƣởng cao nhiều mặt nhƣ: công nghiệp dịch vụ, với tốc độ tăng dân số nhanh ngày làm cho môi trƣờng ô nhiễm trầm trọng Hệ thống thoát nƣớc nội thành Hà Nội bao gồm nhiều kênh mƣơng bốn sơng nƣớc sơng Tơ Lịch, sơng Kim Ngƣu, sông Lừ sông Sét với tổng chiều dài gần 40 km có 29,7 km kênh mƣơng hở Hệ thống sông, kênh mƣơng bị bồi lắng, thu hẹp nhiều đoạn bị lấn chiếm, đổ rác thải bừa bãi, đặc biệt rác thải xây dựng Theo báo cáo trạng môi trƣờng thành phố Hà Nội năm 2005 ngày hệ thống cống nƣớc bốn sơng tiếp nhận khoảng 370.000 – 400.000 m3 nƣớc thải sinh hoạt thêm vào khoảng 100.000 m3 nƣớc thải cơng nghiệp, dịch vụ bệnh viện Vậy mà tổng lƣợng nƣớc thải công nghiệp đƣợc xử lý Hà Nội đạt 20 – 30%, có 5/31 bệnh viện có hệ thống xử lý nƣớc thải; 36/400 sở sản xuất có hệ thống xử lý nƣớc thải; lƣợng rác thải sinh hoạt chƣa đƣợc thu gom Footer Page 10 of 27 Header Page 11 of 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Đình Bảng (2004), Bài giảng chuyên đề “Các phương pháp xử lý nước, nước thải”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Bộ Tài Nguyên Môi trƣờng (2005), Báo cáo trạng môi trường Quốc gia năm 2005, Nhà xuất Hà Nội Đặng Kim Chi (1998), Hóa học mơi trường, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội Trần Đức Hạ (2007), Xử lý nước thải đô thị, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội Lƣơng Đức Phẩm (2011), Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, NXB Giáo dục Việt Nam Nguyễn Văn Phƣớc (2008), Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt cơng nghiệp biện pháp sinh học, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Thị Thu Thủy (2012), Xử lý nước cấp sinh hoạt công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội, Sở Tài nguyên Môi trƣờng nhà đất (2003), Báo cáo trạng môi trường Thành phố Hà Nội 2003, Nhà xuất Hà Nội Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội, Sở Tài nguyên Môi trƣờng nhà đất (2005), Báo cáo trạng môi trường Thành phố Hà Nội 2005, Nhà xuất Hà Nội Tiếng Anh 10 Aguilar, M, J Saez, et al (2002), “Nutrient removal and sludge production in the coagulation–flocculation process”, Water Research 36(11), pp 2910-2919 11 American Public Health Associations, AWWA (2012) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, American Water Works Assn Footer Page 11 of 27 Header Page 12 of 27 12 Cheng, W.P (2002), “Comparison of hydrolysis/coagulation behavior of polymeric and monomeric iron coagulants in humic acid solution”, Chemosphere 47(9), pp.963-969 13 Droste, R.L (1997), Theory and practice of water and wastewater treatment, Wiley New York etc 14 Gebbie, P (2001), Using Polyaluminium coagulants in water treatment, Proc.64th AWIEO Conference 15 Jeppsson, U (1996), Modelling aspects of wastewater treatment processes, Lund University 16 Metcalf, L., H P Eddy, et al (1972) Wastewater engineering: treatment, disposal, and reuse, McGraw-Hill 17 STANLEY E MANAHAN (1999) Environmental Chemistry, Lewis Publisher, Boca Raton, London, New York, Washington D.C 18 Treatment, A W (1995), Principles and Practices of Water Supply Operations, Denver: AWWA 19 Vallero, D (2003), Engineering the risks of hazardous wates, Butterworth – Heinemann 20 Vallero, D (2010), Environmental biotechnology: a biosystems approach, Academic Press 21 Westerhoff, G.P (1968), Coagulation in waste water treatment, Newark College of Engineering 22 Yan, M, D Wang, et al (2007), “Relative importance of hydrolyzed Al (III) species (Ala, Alb, and Alc) during coagulation with polyaluminum chloride: A case study with the typical micro-polluted source waters”, Joumal of Colloid and Interface Science 316(2), pp.482-489 23 Yan, M, D Wang, et al (2008), “Enhanced coagulation with polyaluminum chlorides: role of pH/alkalinity and speciation”, Chemosphere 71(9),pp 16651673 Footer Page 12 of 27 Header Page 13 of 27 24 Yang, Z., B Gao, et al (2010) “Coagulation performance and residual aluminum speciation of Al2(SO4)3 and polyaluminum chloride (PAC) in Yellow River water treatment”, Chemical Engineering Journal 165(1), pp.122-132 10 Footer Page 13 of 27  ... Phƣơng KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƢỚC SÔNG KIM NGƢU CỦA MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ PHÙ HỢP Chun ngành: Hóa mơi trƣờng Mã số: 60440120... tượng, thủy văn lưu vực sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 1.2.3 Hiện trạng ô nhiễm sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 1.3 Một số phương pháp thông dụng xử lý nước thải sinh hoạt... defined CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Một số tiêu nước sông Kim Ngưu Error! Bookmark not defined 3.2 Xử lý nước sông Kim Ngưu phèn nhôm PAC Error! Bookmark not