Xử lý nước thải bằng hồ sinh học

ĐỀ TÀI : XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỒ SINH HỌC I MỞ ĐẦU Nguồn nước thải Việt Nam , đặc biệt nguồn nước thải sinh hoạt (NTSH) chưa xử lý cách triệt để có cơ, chất lượng nước sau xử lý chưa đạt u cầu xả ngồi mơi trường Đây nguồn gây ô nhiễm cho môi trường sống làm lây lan dịch bệnh Với điều kiện kinh tế Việt Nam, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phương pháp đơn giản, tận dụng điều kiện sẳn có, chi phí xây dựng vận hành thấp đảm bảo tiêu chuẩn môi trường hướng hợp lý Hồ sinh học nhóm phương pháp tự nhiên áp dụng nhiều nơi giới việc xử lý nước thải Ý nghĩa phương pháp việc xử lý đơn giản, chi phí thấp đem lại giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường sống, sinh khối thực vật tạo có giá trị mặt kinh tế II CƠ CHẾ VÀ NGUYÊN TẮC XỬ LÝ NƯỚC THẢI Cơ chế : Hồ sinh học có tên quốc tế Waste Stabilization Ponds, ao hồ có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo, gọi hồ ổn định nước thải Hồ sinh học biện pháp áp dụng trình xử lý nước thải phương pháp sinh học từ trước tới Nó dùng để xử lý nguồn thải thứ cấp với chế phân hủy chất hữu xảy cách tự nhiên Vi sinh vật có nước thải sử dụng hợp chất hữu số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Sản phẩm trình phân hủy khí CO , H O, N , ion 2 sulfite… Nguyên tắc xử lý nước thải hồ sinh học : Xử lý nước thải phương pháp sinh học dựa hoạt động sống vi sinh vật, chủ yếu vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có nước thải Vi sinh vật sử dụng oxy từ rêu tảo hóa trình quang hợp oxy từ khơng khí để oxy hóa chất hữu rong tảo hồ lại tiêu thụ CO2, photphat nitrat amon sinh từ phân hủy, oxy hóa chất hữu vi sinh vật Các hoạt động diễn hồ sinh học kết cộng sinh phức tạp nấm tảo, giúp ổn định dòng nước làm giảm vi sinh vật gây bệnh Những trình tương tự trình tự làm sơng hồ tự nhiên Các hồ sinh học hồ đơn thường kết hợp nhiều phương pháp xử lý khác Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ pH nhiệt độ tối ưu, nhiệt độ không thấp 6oC Chuổi hồ sinh học Ngoài chức xử lý nước thải, hồ sinh học sử dụng cho mục đích: + Ni trồng thủy sản + Là nơi tích trữ nguồn nước tưới tiêu cho trồng + Điều hòa dòng chảy nước mưa hệ thống nước đô thị khu công nghiệp, khu dân cư + Giúp tạo cảnh quan Ở nước ta hồ sinh học chiếm vị trí đặc biệt quan trọng biện pháp xử lý nước thải có nhiều thuận lợi: - Khơng đòi hỏi nhiều vốn đầu tư - Bảo trì, vận hành đơn giản, khơng đòi hỏi có người quản lý thường xun - Hầu hết thị, khu dân cư có nhiều ao, hồ hay khu ruộng trũng sử dụng mà khơng cần cải tạo, xây dựng nhiều - Có điều kiện kết hợp mục đích xử lý nước thải với việc ni trồng thủy sản điều hòa nước mưa III CÁC LOẠI CƠNG TRÌNH VÀ NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG Tùy theo q trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh học làm nhiều loại hồ: hồ hiếu khí, hồ tùy nghi hồ kỵ khí - Hồ hiếu khí (Hình 1) : hồ hiếu khí có diện tích rộng, chiều sâu cạn Chất hữu nước thải xử lý chủ yếu nhờ cộng sinh tảo vi khuẩn sống dạng lơ lửng Oxy cung cấp cho vi khuẩn nhờ khuếch tán qua bề mặt quang hợp tảo Chất dinh dưỡng CO sinh trình phân hủy chất hữu tảo sử dụng Để đạt hiệu tốt cung cấp thêm oxy cách thổi khí nhân tạo Hồ hiếu khí có dạng: + Dạng (1) có mục đích tối ưu sản lượng tảo, hồ có chiều sâu cạn (0.15 ÷ 0.45m), + Dạng (2) tối ưu lượng oxy cung cấp cho vi khuẩn, chiều sâu hồ khoảng 1.5m Hình 1: Mối quan hệ cộng sinh tảo vi sinh vật hiếu khí - Hồ tùy nghi (Hình 2) : Trong hồ tùy nghi tồn khu vực: Khu vực (1) khu vực bề mặt, nơi chủ yếu vi khuẩn tảo sinh sống cộng sinh; Khu vực (2) khu vực đáy, tích lũy cặn lắng cặn bị phân hủy nhờ vi khuẩn kỵ khí; Khu vực (3) khu vực trung gian, chất hữu nước thải chịu phân hủy vi khuẩn tùy nghi Có thể sử dụng máy khuấy để tạo điều kiện hiếu khí bề mặt tải trọng cao Tải trọng thích hợp dao động khoảng 70 ÷ 140 kgBOD5/ha.ngày Hình Sơ đồ hồ hiếu khí tùy nghi - Hồ kỵ khí: thường áp dụng cho xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cao cặn lơ lửng lớn, đồng thời kết hợp phân hủy bùn lắng Hồ có chiều sâu lớn, có thề sâu đến 9m Tải thiết kế khoảng 220 ÷ 560 kgBOD5/ha.ngày - Ngồi ra, có hồ xử lý bổ sung: áp dụng sau q trình xử lý sinh học (Bể Aerotank, bể lọc sinh học, sau hồ hiếu khí, hồ tùy nghi,…) để đạt chất lượng nước cao hơn, đồng thời thực trình nitrate hóa Do thiếu chất dinh dưỡng, vi sinh xử lý nước thải lại hồ sống giai đoạn hô hấp nội bào amonia chuyển hóa sinh học thành nitrate Thời gian lưu nước hồ khỏng 18 ÷ 20 ngày Tải trọng thích hợp: 60 ÷ 200 kgBOD5/ha Ngày IV ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỒ THỦY SINH Qua giảng Thầy Đặng Minh Hải – Trường Đại học Thủy Lợi sau tìm hiểu phương pháp, mơ hình xử lý nước thải hồ sinh học, thân em nhận thấy áp dụng phương pháp xử lý nước thải hồ thủy sinh xử lý nước thải sinh hoạt (NTSH) khu vực dân cư nhỏ hộ gia đình Đây đề tài nhóm tác giả : Phạm Khánh Huy, Nguyễn Phạm Hồng Liên – Trường Đại học Bách Khoa, Hà Nội Đỗ Cao Cường, Nguyễn Mai Hoa – Trường Đại học Mỏ-Địa chất, nghiên cứu đăng tải Tạp chí KTKT Mỏ - Địa chất, số 40/10-2012, trang 16-22 Phương pháp hồ thủy sinh dựa sở sử dụng loại thực vật thủy sinh bậc cao có khả làm chất bẩn nước thải, tác dụng thực vật hệ thống thủy sinh tạo oxy, tạo giá thể cho loại vi sinh vật hiếu khí phát triển, thúc đẩy q trình nitrat hóa, q trình oxy hóa chất hữu có nước Các loại trồng hệ thống thường loại thực vật thủy sinh lưu niên, thân thảo, thân xốp, rễ chùm sậy, cói, cỏ mèo, thủy trúc, rau mác, bèo tây,… Cơ chế làm nước thải xảy sau (Hình 1) : - Loại bỏ chất hữu có khả phân hủy sinh học: tiếp nhận thực vật, loại bỏ COD, BOD nhờ vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí bám phần thân, rễ ngập nước thực vật; - Loại bỏ chất rắn: dựa chế lắng trọng lực; - Loại bỏ Nitơ: trình q trình Nitrat hố (bằng việc oxy hóa NH , NH + thành NO - NO -, xảy theo hai giai đoạn nitrit hóa với tham gia vi khuẩn nitrit hóa Nitrosomonas, Nitrococcus cystis, Nitrogloea, Nitrospira giai đoạn nitrat hóa với tham gia vi khuẩn nitrat hóa Nitrobacter), Q trình denitrat hóa (quá trình trao đổi chất điều kiện thiếu oxy vi khuẩn mơi trường có khơng có oxy, q trình có chức cung cấp đầy đủ carbon để tổng hợp tế bào, phụ thuộc vào nhiệt độ, độ pH trung tính, diện tích bề mặt, khả khí N2 6NO3- + 5CH3OH → 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OHSự bay amoniăc NH4+ chuyển sang dạng NH3 bay vào khơng khí, tiếp đến hấp thụ thực vật; - Loại bỏ Photpho: trình hấp thụ thực vật đồng hoá vi khuẩn, tạo phức hấp phụ lên bề mặt hạt rắn hay chất hữu để kết tủa lắng theo thời gian lớp trầm tích nạo vét xả bỏ; - Loại bỏ kim loại nặng: kim loại nặng hòa tan nước thải chạy qua hệ thống xử lý tự nhiên, chúng loại bỏ chế kết tủa lắng dạng hydroxit sunfur kim loại không tan vùng hiếu khí yếm khí Một phần hấp thụ vào tế bào thực vật thủy sinh vi khuẩn tiếp nhận với chất rắn, thực vật chết lắng đọng vào trầm tích Khi lượng bùn chứa kim loại nặng chất hữu đạt tới giới hạn cần loại bỏ khỏi hệ thống tránh hòa tan ngược trở lại việc nạo vét; - Loại bỏ vi sinh vật gây bệnh: loại bỏ nhờ trình vật lý dính kết, lắng, lọc, hấp phụ dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn, vi rút, tồn điều kiện môi trường không thuận lợi với thời gian dài tác động yếu tố lý-hoá môi trường tự nhiên nhiệt độ.Trong tự nhiên, rễ của số loại thực vật ngập nước sinh số chất đặc biệt sinh chất kháng sinh Hình Sơ đồ chuyển hóa Nitơ hệ thống xử lý tự nhiên Đối tượng phương pháp nghiên cứu : 2.1 Đối tượng : Nhóm tác giả sử dụng bèo lục bình hay gọi bèo tây hay bèo Nhật tên gọi khoa học Eichhornia crassipes để nghiên cứu khả xử lý chất ô nhiễm có nước thải Tiến hành nghiên cứu nước thải sinh hoạt lấy hệ thống mương thu gom dẫn nước thải sinh hoạt khu vực dân cư lân cận trường Đại học Mỏ - Địa chất trước đổ sông Nhuệ 2.2 Phương pháp nghiên cứu : Tính tốn xây dựng mơ hình thí nghiệm hồ thủy sinh để xử lý NTSH: - Mơ hình thí nghiệm hồ thủy sinh để xử lý NTSH xây dựng với kích thước sau: + Tỷ lệ chiều dài chiều rộng hồ 3:1; + Chiều dài bể: L = 1800 mm; Chiều rộng bể: R = 600 mm; + Chiều cao bể: H = 600 mm (chiều cao ngập nước 500mm);+ Diện tích bề mặt: S = 1,08 m2; Thể tích phần ngập nước: V = 540 lít - Xác định thông số vận hành tối ưu cho hệ thống hồ thủy sinh nhân tạo với thông số như: + Thời gian lưu thủy lực – HRT; + Tải trọng thủy lực – HLR; + Tải trọng hữu – OLR; + Lưu lượng Hình Sơ đồ mơ hình thí nghiệm xử lý tự nhiên Hình Mơ hình thí nghiệm thực tế (được lắp đặt vận hành trường Đại học Mỏ - Địa chất) - Tiến hành nuôi thả bèo điều kiện nhân tạo vận hành thí nghiệm; - Phân tích tiêu hóa lý, hóa sinh mẫu nước thải trước sau xử lý với tiêu như: COD, BOD5, tổng Nitơ, tổng Phốtpho, NH4+, PO4 , Coliform 2.3 Kết thảo luận : Theo kết nghiên cứu cho thấy tiêu gây ô nhiễm nước thải khu vực nghiên cứu tương đối lớn, nhiều tiêu cao nhiều so cột A B QCVN40:2011/BTNMT QCVN14:2008/BTNMT (bảng 1) Bảng Kết khảo sát mức độ ô nhiễm nước thải năm 2012 TT 10 Chi tiêu phân tich pH DO oxy hòa tan BOD5 COD Chất rắn lơ lửng (TSS) Amoni (NH4+ tính theo N) Tổng Nitơ (TNK) Phosphat (PO43-) Phốt tổng Tổng Coliforms Đơn vi mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l MPN/100ml Kết đo 6.9 - 7.3 1.2 64 - 95 96- 135 90 - 140 12.6 - 21.0 31 - 37 2.4 - 7.26 16 - 32 ≥ 9000 Hiệu xử lý nước thải xử lý bèo tây thể biểu đồ hình 4, hình 5, hình 6, hình Hình Kết xử lý SS theo thời gian Hình Kết xử lý COD theo thời gian Hình Kết xử lý Tổng Phốt Pho theo thời gian Hình Kết xử lý Tởng Nitơ theo thời gian Như vậy, dựa đồ thị biểu diễn kết xử lý nước thải theo thời gian, tác giả có số đánh giá hiệu suất xử lý tiêu ô nhiễm NTSH sau:  Chất rắn lơ lửng: Hàm lượng chất rắn lơ lửng nước thải đầu vào biến đổi phạm vi với giá trị lớn 140 mg/l giá trị nhỏ 90mg/l suốt trình thực nghiệm Trong giai đoạn đầu xử lý, ta thấy hàm lượng SS nước thải giảm tới 75% (chỉ sau ngày), thấp mức A qui chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT QCVN 14:2008/BTNMT Trong suốt giai đoạn giai đoạn tương ứng với thời gian lưu 18 10.8 ngày, giá trị SS nước thải đầu dao động từ ÷ 12mg/l với hiệu suất đạt từ 90 ÷ 95%, đạt mức A theo qui chuẩn QCVN 14: 2008 and 40: 2011/BTNMT Điều cho với thời gian lưu việc loại bỏ SS ổn định, chất rắn lơ lửng lắng xuống đáy trình xử lý với phân hủy vi sinh vật thực vật đóng vai trò quan trọng q trình loại bỏ chất rắn  COD BOD5: Với hàm lượng COD BOD5 nước thải đầu vào từ 96 đến 160mg/l từ 65 đến 95mg/l ta thấy giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm phần đầu giai đoạn chạy liên tục với lưu lượng 30l/ngày, hiệu xử lý không cao đạt khoảng 48% đến 60% có xu hướng tiếp tục giảm Nguyên nhân khoảng thời gian nhiệt độ mơi trường thấp, có thời điểm xuống tới 16ºC, nhiệt độ khơng thích hợp cho việc phát triển bèo Phần sau giai đoạn hiệu xử lý cao, kết nước thải đầu dao động khoảng từ 10 đến 40mg/l với COD đến 26mg/l với BOD5, đạt loại A theo qui chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT QCVN 14:2008/BTNMT Khi chuyển sang giai đoạn tăng lưu lượng xử lý lên 50l/ngày, nồng độ COD BOD5 nước thải đầu tăng lên hiểu xử lý trung bình đạt 63% Tuy nhiên theo kết tính toán tải trọng xử lý hệ thống tăng lên khoảng 1.4 lần từ 18 kgBOD5/ha.ngày lên 26 kgBOD5/ha.ngày  Phốt Pho: Với hàm lượng phốt nước thải đầu vào có thời điểm cao gấp 3,5 lần so với mức B qui chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, nửa đầu giai đoạn hàm lượng Phốt liên tục giảm cao giá trị cho phép có xu hướng tiếp tục giảm, nửa sau giai đoạn hàm lượng Phốt nước thải đầu giảm xuống ổn định hơn, giá trị từ 3,5 đến mg/l Theo nghiên cứu trước cho biết, trình loại bỏ Phốt hệ thống dựa q trình đồng hố vi khuẩn, tạo phức hấp phụ lên bề mặt hạt rắn hay chất hữu để kết tủa lắng theo thời gian vào lớp trầm tích, thực vật tiếp nhận Do đó, thời gian đầu giai đoạn 2, với điều kiện thời tiết lạnh không thuận lợi cho phát triển thực vật thủy sinh, hàm lượng Phốt giảm q trình lắng đọng giai đoạn tiếp sau việc loại bỏ Phốt cao không q trình hóa học, vật lý mà trình sinh học, hiệu xử lý giai đoạn đạt tới 61% Khi chuyển sang giai đoạn tăng lưu lượng xử lý lên 50l/ngày hàm lượng phốt nước thải đầu tăng lên, hiệu xử lý giảm, trung bình đạt 50% Hàm lượng Phốt tổng nước thải đầu từ đến 8mg/l, đạt mức B qui chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT  Nitơ Kết nghiên cứu giai đoạn ta thấy mơ hình xử lý nước thải bèo lục bình loại bỏ tới 75% lượng Nitơ tổng có nước thải đầu vào, với nồng độ trung bình từ 28 ÷ 35 mg/l lượng Nitơ tổng đầu trung bình từ ÷ 12 mg/l Hàm lượng amoni nước thải đầu từ 12,6 ÷ 21.0mg/l, cao 1,5 đến 2,8 lần so với mức A qui chuẩn QCVN 40: 2011/BTNMT đầu 3,5 ÷ 6,7 mg/l Trong giai đoạn hiệu xử lý tổng Nitơ giảm, trung bình 63% so với nồng độ đầu vào Điều cho thấy việc tăng lưu lượng xử lý ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý chất gây ô nhiễm Tuy nhiên sau qua mơ hình xử bèo lục bình nồng độ nitơ nước thải đầu đạt mức A (QCVN 40: 2011/BTNMT) Hình Chất lượng nước đầu vào đầu 2.4 Kết luận : Theo kết thực nghiệm mơ hình hồ thủy sinh ta thấy bèo lục bình có khả xử lý chất dinh dưỡng COD, BOD5, chất rắn lơ lửng, Nitơ Phốt nước thải sinh hoạt mà khơng phải sử dụng thêm hóa chất khác Với lưu lượng thực nghiệm 30 50 lít/ngày (ứng 300 500m3/ha ngày) ứng với thời gian lưu hệ thống 18 10,8 ngày, nồng độ chất dinh dưỡng COD, BOD5, Nitơ, Phốt chất rắn lơ lửng SS nước thải đầu sau xử lý thấp mức A QCVN 40:2011/BTNMTvà QCVN 14:2008/BTNMT nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp Xử lý nước thải thực vật thủy sinh công nghệ re tiền, phù hợp với điều kiện Việt Nam, áp dụng cho qui mô nhỏ vừa cho hộ, cụm hộ gia đình hay khu vực dân cư ven thành phố, điểm du lịch sinh thái, làng nghề, trang trại Tuy nhiên cần ý tới điều kiện thực tế thời tiết, nhiệt độ, ánh sáng cho bèo sinh trưởng phát triển, lưu lượng, thời gian lưu nước hệ thống để khả xử lý ln trì đạt hiệu cao TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Đặng Minh Hải - Trường Đại học Thủy Lợi , Giáo trình điện tử Kỹ thuật xử lý nước thải nâng cao [2] Trần Đức Hạ (2006) Xử lý nước thải đô thị NXB Khoa học Kỹ thuật [3] Nhóm nghiên cứu : Phạm Khánh Huy, Nguyễn Phạm Hồng Liên – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đỗ Cao Cường, Nguyễn Mai Hoa – Trường Đại học Mỏ - Địa chất với đề tài : Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt băng mơ hình hồ thủy sinh ni bèo lục bình, đăng Tạp chí KTKT Mỏ - Địa chất, số 40/10-2012, tr 16-22 ... XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỒ THỦY SINH Qua giảng Thầy Đặng Minh Hải – Trường Đại học Thủy Lợi sau tìm hiểu phương pháp, mơ hình xử lý nước thải hồ sinh học, thân em nhận thấy áp dụng phương pháp xử. .. Phốt chất rắn lơ lửng SS nước thải đầu sau xử lý thấp mức A QCVN 40:2011/BTNMTvà QCVN 14:2008/BTNMT nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp Xử lý nước thải thực vật thủy sinh công nghệ re tiền,... phương pháp xử lý nước thải hồ thủy sinh xử lý nước thải sinh hoạt (NTSH) khu vực dân cư nhỏ hộ gia đình Đây đề tài nhóm tác giả : Phạm Khánh Huy, Nguyễn Phạm Hồng Liên – Trường Đại học Bách Khoa,