Nghiên cứu tăng cường xử lý cho nhà máy cấp nước tân hiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA **********Z Y*********** NGUYỄN CƠNG NGUN NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG XỬ LÝ CHO NHÀ MÁY NƯỚC CẤP TÂN HIỆP Chun ngành : Mã số : Cơng nghệ mơi trường 60.85.06 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 12 - 2008 i Lời Cảm Ơn! Tôi xin trân trọng ghi vào trang đầu luận văn lòng biết ơn sâu sắc thầy Nguyễn Quốc Bình, thầy Đặng Viết Hùng - Giảng viên Khoa Môi Trường - Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, thầy Lê Quang Huy - – Giảng viên Khoa Môi Trường - Trường Đại Học Đà Lạt Các thầy tận tình giúp đỡ hỗ trợ trình thực đề tài Nhân xin gởi lới cảm ơn trân trọng đến tất thầy cô Khoa Môi Trường -– Trường Đại học Bách Khoa truyền đạt kiến thức cho suốt năm học qua Tôi xin chân thành cảm ơn anh Bùi Thanh Giang - GĐ Nhà máy nước Tân Hiệp, anh Phạm Bá Thủy - Phòng kỹ thuật NMN Tân Hiệp anh chị NMN Tân Hiệp tạo giúp đỡ cung cấp nhiều tài liệu quý báu để thực tốt trình nghiên cứu Luận văn Lớp Cao học MTK-2006 ! Việc hoàn thành xong luận văn tốt nghiệp lúc Mình chia tay với bạn Xin cảm ơn lời góp ý giúp đỡ bạn để hoàn thành luận văn Cuối xin cảm ơn gia đình, nguồn động viên điểm tựa vững chắc, hộ trợ tạo cho nghị lực suốt trình học hoàn thành Luận văn Thạc só Một lần xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tất thầy cô Khoa Môi Trường Chúc thầy cô sức khoẻ tràn đầy lòng nhiệt huyết với nghề Trân trọng cảm ơn ! ii TĨM TẮT Chất lượng nước sơng Sài Gịn – nguồn nước thô cấp cho NMN Tân Hiệp có xu hướng biến đổi ngày xấu, đặc biệt tiêu: nitơ ammonia, mangan hợp chất hữu Vần đề gây sức ép lớn với hệ thống xử lý nước cấp hữu Nhà máy nước cấp Tân Hiệp Các nghiên cứu luận văn thực mơ hình O3-BAC mơ hình đối chứng O3-BSF kết hợp q trình ozone hóa q trình lọc sinh học nhằm vào mục tiêu xử lý nitơ ammonia TOC có nguồn nước cấp cho Nhà máy nước Tân Hiệp Kết nghiên cứu cho thấy mô hình O3-BAC (O3-BSF) vận hành tối ưu tải trọng thủy lực 1m3/m2h, EBCT = 42phút, chu kỳ hoạt động 12 ngày Hiệu xử lý trung bình O3-BAC nitơ ammonia 54%, TOC 27%, Mn 43% tải trọng xử lý trung bình 19,224gam N-NH4+/m3BAC/ngày; 11,340gamTOC/m3BAC/ngày Đối với mơ hình O3-BSF cho hiệu xử lý thấp mơ hình O3-BAC, tải trọng xử lý trung bình mơ hình O3-BSF là: 6,885gam N-NH4+/m3BSF/ngày; 4,860gamTOC/m3BSF/ngày Ngồi ra, nghiên cứu thực q trình tăng cường keo tụ tạo bơng có bổ sung polymer nhằm tăng hiệu xử lý kim loại nặng độc, thuốc trừ sâu, hợp chất hữu khác…Kết nghiên cứu cho thấy keo tụ phịng thí nghiệm có bố sung polymer cho hiệu suất xử lý cao quy trình keo tụ nhà máy nước Tân Hiệp Hiệu suất xử lý trình keo tụ nghiên cứu tăng cường là: SS 83%, TOC 64%, độ đục 94%, Mn2+ 78 %, Fe tổng 75%, độ oxy hóa 49% Cịn trình keo tụ Nhà máy nước Tân Hiệp hữu có hiệu suất là: SS 67%, TOC 45%, độ đục 91%, Mn2+ 69%, Fe tổng 43%, độ oxy hóa 31% iii MỤC LỤC Trang Trang tiêu đề i Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Mục lục iv Danh mục từ viết tắt viii Danh mục hình ix Danh mục bảng xvi Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu phương pháp nghiên cứu 1.3.1 1.3.2Phương pháp nghiên cứu 1.4 Tính - Tính khoa học - Tính thực tiễn đề tài 1.4.1 Tính khoa học đề tài 1.4.2 Tính đề tài 1.4.3 Tính thực tiễn đề tài Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan công nghệ xử lý nhà máy nước Tân Hiệp 2.1.1 Giới thiệu hình thành phát triển Nhà máy nước cấp Tân Hiệp 2.1.2 Giới thiệu trạng công nghệ xử lý Nhà máy nước cấp Tân Hiệp 2.1.3 Một số vấn đề khó khăn công nghệ xử lý NMN cấp Tân Hiệp iv 2.2 Tổng quan phương pháp xử lý kết hợp ammonia TOC 12 2.2.1 Xử lý nước cấp công nghệ kết hợp PAC MBR 12 2.3.2 Xử lý nước cấp công nghệ O3 - BAC O3 – BFS 15 2.3.3 Các phương pháp khử ammonia khác 16 2.3 Cơ sở lý thuyết công nghệ O3 – BAC xử lý ammonia TOC 19 2.3.1 Cơ sở lý thuyết q trình chuyển hố nitơ ammonia nước 19 2.3.1.1 Q trình nitrate hố 19 2.3.1.2 Quá trình khử nitrate 23 2.3.2 Cơ sở lý thuyết công nghệ O3 – BAC 26 2.3.2.1 Vai trị ozone mơ hình O3 – BAC 26 2.3.2.2 Vai trò BAC mơ hình O3-BAC 27 2.4 Tình nghiên cứu áp dụng cơng nghệ O3 -BAC giới 31 2.4.1 Áp dụng công nghệ O3 -BAC dây chuyền xử lý nước cấp Đức 32 2.4.2 Áp dụng công nghệ O3 -BAC dây chuyền xử lý nước cấp Hà Lan 33 2.4.3 Áp dụng công nghệ O3 -BAC dây chuyền xử lý nước cấp Úc 33 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu 34 3.2 Nội dung nghiên cứu 41 3.2.1 Mơ hình O3-BAC 41 3.2.1.1 Mơ tả thí nghiệm 42 3.2.1.2 Các bước tiến hành thí nghiệm 47 3.3 Mô hình keo tụ tạo bơng hoạt động theo mẻ 52 3.4 Phương pháp phân tích 56 Chương 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 4.1 Xác định công suất hiệu dụng máy ozone nồng độ ozone 56 4.1.1 Xác định công suất hiệu dụng máy ozone 56 4.1.2 Xác định nồng độ ozone dư theo thời gian phản ứng 56 v 4.2 Mô hình O3 – BAC O3 – BSF 56 4.2.1 Giai đoạn chạy thích nghi 57 4.2.1.1 Giai đoạn nuôi cấy thích nghi vi sinh cột lọc BAC BSF 57 4.2.2 Giai đoạn chạy tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 68 4.2.2.1 Khảo sát hiệu suất xử lý ammonia tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 69 4.2.2.2 Khảo sát biến thiên nitrite tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 72 4.2.2.3 Khảo sát biến thiên nitrite tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 74 4.2.2.4 Khảo sát hiệu suất xử lý TOC tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 77 4.2.2.5 Khảo sát biến thiên pH tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 80 4.2.2.6 Khảo sát biến thiên độ kiềm tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 82 4.2.2.7 Khảo sát hiệu suất xử lý Mn tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 84 4.2.2.8 Khảo sát biến thiên độ đục tải trọng thủy lực cho hệ O3-BAC O3-BSF 86 4.2.3 Giai đoạn khảo sát tính ổn định tải trọng tối ưu 91 4.2.3.1 Chạy tải ổn định đợt 91 4.2.3.2 Chạy tải ổn định đợt 94 4.3 Mẻ keo tụ tạo bơng có bổ sung chất trợ keo tụ polymer 98 4.3.1 Khảo sát mẻ keo tụ đợt 98 4.3.2 Khảo sát mẻ keo tụ đợt 100 4.4 Đề xuất mô hình tăng cường xử lý ammonia cho NMN Tân Hiệp 102 vi Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận 104 5.2 Hướng nghiên cứu mở rộng 105 Tài liệu tham khảo 107 PHỤ LỤC Phụ lục A: Một số hình ảnh nghiên cứu A-0 Phụ lục B: Số liệu phân tích nước thơ vị trí xử lý NMN Tân Hiệp B-0 Phục lục C: Số liệu chạy mơ hình O3-BAC O3-BSF C-0 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BAC Than hoạt tính sinh học (Biological Activated Carbon) BSF Lọc cát sinh học (Biological Sand Filter) BDOC Chất hữu hòa tan dễ phân hủy sinh học BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa (Biological oxygen demand) CODMn Nhu cầu ơxy hóa học (Chemical oxygen demand) DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxy) DOC Chất hữu hòa tan (Dissolved Organic Carbon) EBCT Thời gian tiếp xúc (Empty bed contact time) GAC Than hoạt tính hạt (Granual Activated Carbon) MBR Màng sinh học (Membrane BioReactor) NMXLN Nhà máy xử lý nước NTU Đơn vị đo độ đục (Nephelometric Turbidity Unit) PAC Than hoạt tính bột (Powdered Activated Carbon) PLC Chương trình lập trình kiểm sốt (Program logic controller) PTN Phịng thí nghiệm SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid) TBNT Trạm bơm nước thô TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TOC Tổng carbon hữu (Total Organic Carbon) viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Tên hình Trang 1.1 Vị trí nhánh sơng Sài Gịn cung cấp nước cho nhà máy nước Tân Hiệp 2.1 Cảnh quan Nhà máy nước cấp Tân Hiệp 2.2 Sơ đồ khối tổng thể hệ thống cấp nước nhà máy Tân Hiệp 2.3 Sự thay đổi thành phần chlorine trình khử trùng 10 2.4 Cơ chế hình thành hợp chất DBPs gây ung thư 11 2.5 Mô hình thực nghiệm hệ thống PAC - MBR MBR 13 2.6 Kết loại bỏ chất ô nhiễm từ mô hình PAC - MBR MBR 14 2.7 Đường cong Clo hoá tới điểm đột biến nước có amoni 17 2.8 Quan hệ nồng độ dạng nitơ amonia Ph 19 2.9 Sự phát triển vi khuẩn điều kiện chất số 20 2.10 Quá trình khử nitrat màng tế bào chất vi khuẩn 24 2.11 Mô hình sục ozone chuyển hóa chất hữu 26 2.12 Biến thiên hiệu xử lý trình hấp phụ sinh học 27 2.13 Các thành phần hệ thống than hoạt tính sinh học 27 2.14 Cấu tạo cột BAC màng vi sinh hình thành bề mặt vật liệu lọc 28 2.15 Q trình chuyển hóa nitơ lớp màng vi sinh vật than hạt tính sinh học 30 2.16 Mơ hình AC - O3 – BAC 31 2.17 Mơ hình AC - O3 – BAC 31 2.18 Sơ đồ công nghệ quy trình xử lý nước cấp áp dụng cho trìn Mulheim 32 ix 2.19 Sơ đồ quy trình xử lý nước cấp thành phố Amsterdam 33 2.20 Sơ đồ quy trình xử lý nước cấp Edenhope,Úc 33 3.1 Vị trí lấy mẫu nước thí nghiệm Nhà máy nước cấp Tân 37 3.2 Sơ đồ thể vị trí lấy mẫu nước thử nghiệm nhà máy 37 3.3 Sơ đồ công nghệ bổ sung nghiên cứu xử lý tăng cường 40 3.4 Mơ hình thí nghiệm hệ O3 – BAC 41 3.5 Sơ đồ trình tự thí nghiệm thơng số cần đánh giá 41 3.6 Mơ hình lab - scale BAC BSF phịng thí nghiệm 42 3.7 Mơ hình thí nghiệm cột BAC 43 3.8 Mơ hình thí nghiệm cột BSF 44 3.9 Than hoạt tính 45 3.10 Sỏi đỡ 45 3.11 Máy bơm định lượng 45 3.12 Máy sục O3 45 3.13 Thí nghiệm xác định hiệu suất hiệu dụng máy sục ozone 46 3.14 Toàn mơ hình ni cấy thích nghi phịng thí nghiệm 47 3.15 Than hoạt tính ban đầu 48 3.16 Than hoạt tính có VSV bám dính 48 3.17 Cát thạch anh ban đầu 48 3.18 Cát thạch anh có VSV bám dính 48 3.19 Mơ hình keo tụ có bổ sung polymer 48 x ... Tổng quan công nghệ xử lý nhà máy nước Tân Hiệp 2.1.1 Giới thiệu hình thành phát triển Nhà máy nước cấp Tân Hiệp 2.1.2 Giới thiệu trạng công nghệ xử lý Nhà máy nước cấp Tân Hiệp 2.1.3 Một... cung cấp nước cho Nhà máy cấp nước Tân Hiệp Chính vậy, có mối tương quan chặt chẽ chất lượng nước sơng Sài Gịn chất lượng nước cấp Nhà máy cấp nước Tân Hiệp Hồ Dầu Tiếng xả mặn cho NM Tân Hiệp. .. hướng gia tăng sơng Sài Gịn Luận văn thạ c só : Nghiên cứu công nghệ xư ? ?lý tăng cường cho nhà máy nước cấp Tân Hiiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NHÀ MÁY NƯỚC CẤP TÂN HIỆP 2.1.1