Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học kết hợp keo tụ và oxi hóa nâng cao

Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Bùi Thị Vụ - Bộ môn Kỹ thuật Môi trường Đại học Dân lập Hải Phịng định hướng, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực hồn thành khóa luận tốt nghiệp Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô Khoa Môi trường tồn thể thầy dạy em suốt khóa học trường ĐHDL Hải Phịng Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người thân động viên tạo điều kiện giúp đỡ em suốt q trình học làm khóa luận Việc thực khóa luận bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học, thời gian trình độ có hạn nên khóa luận em khơng tránh khỏi thiếu sót, mong thầy giáo bạn góp ý để khóa luận em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, tháng 11 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Ánh Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường MỤC LỤC Mở đầu Chƣơng Tổng quan 1.1 Nhu cầu xử lý chất thải rắn 1.2 Đặc điểm chung bãi chôn lấp chất thải rắn 1.3 Q trình sinh hóa diễn bãi chơn lấp chất thải rắn 1.4 Đặc trưng hình thành nước rỉ rác 1.4.1 Đặc trưng 1.4.2 Quá trình hình thành nước rỉ rác 1.4.3 Thành phần nước rác 1.5 Các phương pháp xử lý nước thải 1.5.1 Phương pháp học 1.5.2 Phương pháp hóa lý 1.5.3 Phương pháp hóa học 1.5.4 Phương pháp sinh học 1.5.4.1 Nguyên tắc 1.5.4.2 Điều kiện đưa nước thải vào xử lý sinh học 1.5.4.3 Các phương pháp sinh học xử lý nước thải 10 1.6 Xử lý nước thải phương pháp sinh học kết hợp keo tụ oxi hóa nâng cao 11 1.6.1 Xử lý nước rỉ rác phương pháp lọc sinh học 11 1.6.1.1 Nguyên tắc 11 1.6.1.2 Phương pháp lọc sinh học kị khí 11 1.6.1.3 Phương pháp lọc sinh học hiếu khí 13 1.6.2 Xử lý nước rỉ rác phương pháp keo tụ 14 1.6.3 Xử lý nước rỉ rác phương pháp oxi hoá nâng cao 17 Chƣơng Đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 22 2.1 Đối tượng nghiên cứu 22 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 22 2.1.2 Mục đích nghiên cứu 22 2.1.3 Hóa chất thiết bị 22 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường 2.2 Phương pháp nghiên cứu 23 2.2.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu 23 2.2.2 Phương pháp phân tích tiêu nước thải 23 2.2.2.1 Đo pH 23 2.2.2.2 Phương pháp phân tích COD 23 2.2.2.3 Phương pháp xác định amoni 29 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu xử lý nước rỉ rác 30 2.2.3.1 Phương pháp xử lý nước rỉ rác lọc sinh học 30 2.2.3.2 Phương pháp xử lý nước rỉ rác keo tụ 32 2.2.3.3 Phương pháp xử lý nước rỉ rác oxi hóa nâng cao sử dụng O3/H2O2 32 Chƣơng Kết thảo luận 33 3.1 Kết khảo sát đặc tính nước rỉ rác bãi rác 34 3.2 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác lọc sinh học 34 3.2.1 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác lọc sinh học kị khí 34 3.2.2 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác lọc sinh học hiếu khí 37 3.3 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phương pháp keo tụ 40 3.3.1 Kết ảnh hưởng hàm lượng PAC đến hiệu suất xử lý COD 40 3.3.2 Kết ảnh hưởng hàm lượng A101 đến hiệu suất xử lý COD 41 3.3.3 Kết ảnh hưởng điều kiện pH đến hiệu suất xử lý COD 43 3.4 Kết xử lý nước rỉ rác phương pháp oxi hóa nâng cao sử dụng O3/H2O2 44 Kết luận kiến nghị 46 Tài liệu tham khảo 48 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số tiêu biểu thành phần, tính chất nước rỉ rác bãi chơn lấp lâu năm Bảng 1.2 Các hợp chất trợ keo 16 Bảng 1.3 Hằng số tốc độ phản ứng ozon HO với hợp chất hữu nước 18 Bảng 2.1 Kết xây dựng đường chuẩn COD 24 Bảng 2.2 Kết xây dựng đường chuẩn Amoni 26 Bảng 3.1 Đặc tính nước rỉ rác khu vực nghiên cứu 33 Bảng 3.2 Ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất xử lý COD bể lọc sinh học kị khí 34 Bảng 3.3 Ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất xử lý COD bể lọc sinh học hiếu khí 36 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất xử lý NH4+ bể lọc sinh học kị khí 37 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất xử lý NH4+ bể lọc sinh học hiếu khí 39 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ PAC đến hiệu suất xử lý COD 40 Bảng 3.7 Ảnh hưởng nồng độ A101 đến hiệu suất xử lý COD 42 Bảng 3.8 Ảnh hưởng điều kiện pH đến hiệu suất xử lý COD 43 Bảng 3.9 Ảnh hưởng lượng H2O2/O3 đến hiệu suất xử lý COD 45 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các phương pháp sinh học xử lý nước thải…………… ………………….9 Hình 1.2 Q trình phân hủy kị khí 13 Hình 1.3 Cơ chế trình keo tụ 15 Hình 2.1 Đường chuẩn xác định thông số COD 27 Hình 2.2 Đường chuẩn xác định Amoni 29 Hình 2.3 Hình ảnh xỉ than 30 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác phương pháp lọc sinh học kị khí kết hợp lọc sinh học hiếu khí 31 Hình 3.1 Ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất xử lý COD bể lọc sinh học kị khí 35 Hình 3.2 Ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất xử lý COD bể lọc sinh học hiếu khí 36 Hình 3.3 Ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất xử lý NH4+ bể lọc sinh học kị khí 38 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất xử lý NH4+ bể lọc sinh học hiếu khí 39 Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ PAC đến hiệu suất xử lý COD 41 Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ A101 đến hiệu suất xử lý COD 42 Hình 3.7 Ảnh hưởng điều kiện pH đến hiệu suất xử lý COD 44 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT COD (chemical oxigen demand): nhu cầu oxi hóa học BOD (biochemical oxigen demand): nhu cầu oxi sinh hoá NH4+ : Amoni QCVN: quy chuẩn Việt Nam TCCP: tiêu chuẩn cho phép TOC (total organic carbon): tổng cácbon hữu VSV: vi sinh vật VK: vi khuẩn VFA: axit béo dễ bay Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường MỞ ĐẦU Thế giới ngày phát triển kéo theo biến đổi môi trường sống người Các hoạt động kinh tế, phát triển xã hội loài người làm cải thiện chất lượng sống người, mặt khác lại tạo hàng loạt khan hiếm, cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, gây ô nhiễm, suy thối mơi trường khắp nơi Vì vậy, bảo vệ môi trường trở thành vấn đề cấp thiết loài người Việt Nam giai đoạn thực cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Các cơng nghệ kỹ thuật tiên tiến áp dụng vào trình xây dựng phát triển sở hạ tầng đầu tư vào quy trình cơng nghệ sản xuất ngày phong phú Đặc biệt ngành cơng nghiệp, với phát triển mơi trường bị ảnh hưởng chủ yếu theo hướng tiêu cực, đặc biệt môi trường nước Bất loại hình cơng nghiệp sử dụng lượng lớn nước thải khơng nước thải rác thải từ q trình sản xuất Bên cạnh q trình thị hố phát triển lượng rác thải từ sinh hoạt sản xuất ngày gia tăng Phương pháp xử lý chất thải rắn thông dụng bãi chôn lấp Tuy nhiên, phần lớn bãi chôn lấp không hợp vệ sinh Thành phần nước rỉ rác phức tạp nhiễm chất hữu chủ yếu Lượng nước rỉ rác không lớn lại chứa hàm lượng ô nhiễm cao Lượng nước rỉ rác khơng xử lý mức xâm nhập vào mơi trường đất, sau vào mạch nước ngầm làm ô nhiễm nguồn nước ngầm làm biến đổi đặc tính đất Do đó, xử lý nước rỉ rác từ bãi chơn lấp phần trở nên vô cấp thiết Trước tình hình việc nghiên cứu, xây dựng quy trình xử lý nước rỉ rác có hiệu phù hợp với điều kiện kinh tế quốc gia vấn đề cần thiết Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phương pháp lọc sinh học kết hợp keo tụ oxi hóa nâng cao” lựa chọn làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu xử lý chất thải rắn [10] Chất thải rắn vấn đề nhức nhối tồn xã hội, q trình thị hố, cơng nghiệp hóa diễn nhanh chóng Ở đô thị lớn Việt Nam, rác thải gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Xử lý rác vấn đề làm đau đầu nhà quản lý môi trường đô thị Khơng riêng thị đơng dân cư, việc chọn công nghệ xử lý rác để đạt hiệu cao, không gây nên hậu xấu môi trường tương lai tốn nỗi xúc ngành chức 1.2 Đặc điểm chung bãi chôn lấp chất thải rắn [6] Rác thải đô thị bao gồm loại rác thải sinh hoạt, công nghiệp công sở, đặc biệt rác thải bệnh viện nhóm chất thải phổ biến có xu tăng với phát triển công nghiệp đời sống Số lượng rác thải thu gom chủ yếu xử lý kĩ thuật chôn lấp Kĩ thuật chôn lấp kĩ thuật cổ điển phù hợp với điều kiện vật chất, kĩ thuật nước ta cơng nghệ đơn giản, khơng địi hỏi đầu tư lớn Tuy nhiên công nghệ chôn lấp địi hỏi xây dựng bãi, chơn lấp chống thấm quy cách, nước rác cần thu gom xử lý để bảo vệ nguồn nước ngầm nguồn nước mặt Bãi chôn lấp chất thải rắn phương pháp kinh tế chấp nhận mặt môi trường nhiều nước giới Quản lý bãi chôn lấp bao gồm việc quy hoạch, thiết kế, vận hành, đóng bãi kiểm sốt bãi chơn lấp Nhìn chung rác thải đưa bãi chôn lấp chưa qua phân loại Các nguồn rác thải có khả mang theo hợp chất độc hại, như: vật liệu sơn, pin thải, dầu máy, thuốc trừ sâu, hoá chất, rác thải độc hại công nghiệp thương mại khác…Trong thành phần rác thải mang theo kim loại nặng hợp chất hữu cơ, vô độc hại 1.3 Quá trình sinh hố diễn bãi chơn lấp chất thải rắn [6] Các q trình sinh hóa diễn bãi chôn lấp chủ yếu hoạt động vi sinh vật (VSV) sử dụng chất hữu làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống chúng Các loại VSV bao gồm chủ yếu vi khuẩn, nấm men, nấm mốc chia thành ba loại chủ yếu: Các VSV ưa ẩm: phát triển mạnh mẽ t0 = 0-200C Các VSV ưa ấm: phát triển mạnh mẽ t0 = 2-400C Các VSV ưa nóng: phát triển mạnh mẽ t0 = 40-700C Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường Q trình sinh hóa diễn bãi chơn lấp đươc chia thành giai đoạn:  Giai đoạn 1: giai đoạn thích nghi ban đầu Ở giai đoạn thời gian ngắn bãi rác vào hoạt động q trình phân hủy hiếu khí diễn ra, chất hữu dễ bị oxi hóa thành dạng đơn giản protein, tinh bột, chất béo lượng định xenlulo Trong giai đoạn này, lượng nhiệt tạo thành chơn lấp nhiều so với lượng nhiệt thoát bên ngồi nhiệt độ bên ô chôn lấp thường lên tới 60-70oC kéo dài thời gian khoảng 30 ngày Ở nhiệt độ phản ứng hóa học diễn trội phản ứng sinh học  Giai đoạn 2: giai đoạn chuyển tiếp Trong trình phân hủy hiếu khí, polyme dạng đa phân tử VSV chuyển hóa sang dạng đơn phân tử tồn dạng tự Các polyme đơn phân tử sau VSV hấp thụ, sử dụng việc tiếp nhận lượng để kiến tạo tế bào Khi oxi bị VSV hiếu khí tiêu thụ dần VSV kị khí khí bắt đầu xuất nhiều trình lên men khác bắt đầu diễn ô chôn lấp  Giai đoạn 3: giai đoạn tạo axit Tham gia vào giai đoạn chủ yếu vi dinh vật dị dưỡng điều kiện kị khí Các chất hữu dạng đơn giản, amino axit, đường,… chuyển hóa thành axit béo dễ bay (VFA), rượu, khí cacbonic khí nitơ  Giai đoạn 4: giai đoạn lên men metan Các VFA, rượu sau lại chuyển hóa tiếp tục với tham gia VSV axeton VSV khử sunphat Các chất nguồn nguyên liệu ban đầu trình metan hóa Các vi khuẩn (VK) khử sunphat VK tạo metan VK thuộc nhóm VK kị khí bắt buộc  Giai đoạn 5: giai đoạn kết thúc Có hai nhóm VSV chủ yếu tham gia vào trình tạo metan: phần lớn VSV tạo metan từ khí nitơ cacbonic, cịn phần nhỏ VSV tạo khí metan từ axit axetic Trong tổng lượng khí metan tạo thành từ bãi chơn lấp có tới 70% tạo từ axit axetic Nếu có tồn nhiều sunphat chơn lấp VK khử sunphat phát triển trội vi khuẩn metan khơng có khí metan tạo thành sunphat tồn Như vậy, rác thải hữu bãi chôn lấp phân hủy qua nhiều giai đoạn khác sản phẩm cuối tạo thành bãi chơn lấp khí metan, khí cacbonic nước rỉ rác Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường 1.4 Đặc trƣng hình thành nƣớc rỉ rác [6] 1.4.1 Đặc trưng Nước rỉ rác loại chất lỏng sinh từ trình phân huỷ vi sinh chất hữu có rác, thấm qua lớp rác ô chôn lấp, kéo theo chất bẩn dạng lơ lửng, keo tan từ rác thải Do rác thải có nguồn gốc khác nên đặc trưng nước rỉ rác phụ thuộc vào nguồn gốc loại rác thải, thành phần rác thải, mùa, điều kiện tự nhiên, khí hậu khu chơn lấp, thời gian lưu trữ rác thải Nước rỉ rác có thời gian vận hành khác có đặc trưng khác nhau, sau chôn lấp khoảng 2-3 năm nước rỉ rác có nồng độ tối đa, sau có khuynh hướng giảm dần Bởi vì, thành phần nước rỉ rác thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn khác trình phân hủy sinh học diễn Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần kéo dài đến vài tháng), giai đoạn phân hủy kị khí tạo axit xảy cuối q trình tạo khí metan Trong giai đoạn axit, hợp chất đơn giản hình thành axit dễ bay hơi, amino axit phần fulvic với nồng độ nhỏ Trong giai đoạn này, rác chơn kéo dài vài năm, nước rỉ rác có đặc điểm sau: - Nồng độ axit béo dễ bay (VFA) cao - pH nghiêng tính axit - BOD cao - Tỷ lệ BOD/COD cao - Nồng độ NH4+ nitơ hữu cao - Vi sinh vật có số lượng lớn - Nồng độ chất vơ hòa tan kim loại nặng cao Khi rác chơn lâu, q trình metan hóa xảy Khi chất thải rắn bãi chơn lấp ổn định dần, nồng độ ô nhiễm giảm dần theo thời gian Giai đoạn tạo thành khí metan kéo dài đến 100 năm lâu Đặc điểm nước rỉ rác giai đoạn : - Nồng độ axit béo dễ bay thấp - pH trung tính kiềm - BOD thấp - Tỷ lệ BOD/COD thấp - Nồng độ NH4+ thấp Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 10 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường 3.2 Kết nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác lọc sinh học Nước rỉ rác với hàm lượng chất hữu cao (thể qua thông số COD) Trong thành phần nước rác chứa lượng lớn chất hữu cao phân tử lignin, xenlulozo, hemixenlulozo, … Vì vậy, đề tài lựa chọn phương pháp lọc sinh học kị khí kết hợp hiếu khí để loại bỏ chất hữu nước rỉ rác 3.2.1 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác lọc sinh học kị khí Nước rỉ rác xử lý bể lọc kị khí trước để nhằm phân hủy chất hữu cao phân tử thành chất hữu đơn giản, giúp tăng hiệu trình xử lý hiếu khí Nước rỉ rác đưa vào bể kị khí theo chiều từ lên phân bố diện tích lớp vật liệu lọc, tiến hành khảo sát thay đổi COD NH4+ bể kị khí khoảng 24h Nước rỉ rác lọc ngâm bể kị khí sau 4h mẫu nước thải lấy để tiến hành phân tích COD NH4+ a Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý COD Sự biến thiên thông số COD bể lọc kị khí theo thời gian lần nghiên cứu khác thể bảng 3.2 hình 3.1 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý COD bể lọc sinh học kị khí Thời CODvào=5149mg/l CODvào=5135mg/l CODvào=4976mg/l gian (Ngày 06/10/2011) (Ngày 10/10/2011) (Ngày 12/10/2011) COD Hiệu suất COD Hiệu COD Hiệu suất (mg/l) (%) (mg/l) suất (%) (mg/l) (%) 5149 5135 4976 4323,7 16,04 4087 20,41 3970,2 20,21 3691,3 28,32 3351 34,74 3121,6 39,28 12 2950,9 42,68 2679 47,83 2773,1 46,28 24 2518,5 51,09 2472 51,85 2518,6 51,39 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 38 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường 6000 COD (mg/l) 5000 4000 Ngày 6/10 Ngày 10/10 3000 Ngày 12/10 2000 1000 0 10 15 20 25 30 Thời gian (h) Hình 3.1 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý COD bể lọc sinh học kị khí Qua biểu đồ thể biến đổi giá trị COD bể lọc kị khí khoảng thời gian khác nhau, ta thấy COD giảm nhanh theo thời gian xử lý Sau 24h xử lý, với lần xử lý khác nhau, hiệu suất xử lý đạt tương đương khoảng 51% Do COD vào lần xử lý không dao động nhiều nên kết hiệu suất xử lý lần tương đối giống Sau 24h bể kị khí, chất hữu nước rỉ rác giảm đáng kể (hơn 51%), chủ yếu chất hữu cao phân tử chuyển thành chất hữu đơn giản Vì vậy, nước thải tiếp tục đưa sang giai đoạn xử lý hiếu khí b Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý NH4+ Sự thay đổi hàm lượng amoni 24h xử lý bể lọc kị khí biểu thị qua kết bảng 3.3 hình 3.2 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 39 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường Bảng 3.3 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý NH4+ bể lọc sinh học kị khí Thời NH4+vào=37,8mg/l NH4+vào=39mg/l NH4+vào=36,47mg/l gian (Ngày 06/10/2011) (Ngày 10/10/2011) (Ngày 12/10/2011) NH4+ Hiệu suất NH4+ Hiệu NH4+ Hiệu suất (mg/l) (%) (mg/l) suất (%) (mg/l) (%) 37,8 39 36,47 35 7,4 37 5,12 34,86 4,41 33 12,69 34,47 11,61 32 12,26 12 31,12 17,67 32 15,38 30,14 17,36 24 28,96 23,38 28 25,64 28,7 21,31 45 40 NH4+ (mg/l) 35 30 Ngày 6/10 Ngày 10/10 Ngày 12/10 25 20 15 10 0 12 24 Thời gian (h) Hình 3.2 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý NH4+ bể lọc sinh học kị khí Dựa vào bảng 3.3 hình 3.2, nhận thấy nồng độ NH4+ giảm tương đối qua khoảng thời gian xử lý khác Qua lần xử lý, hàm lượng amoni giảm, nhiên hiệu suất đạt không cao Sau 24h xử lý bể lọc sinh học kị khí, hiệu suất xử lý amoni đạt cao khoảng 20% Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 40 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường 3.2.2 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác lọc sinh học hiếu khí Nước rỉ rác sau qua bể lọc sinh học kị khí 24 h tiếp tục đưa sang bể lọc sinh học hiếu khí Tiến hành khảo sát thay đổi COD NH4+ khoảng thời gian 24 h Nước rỉ rác lọc ngâm bể hiếu khí sau 4h mẫu nước thải lấy để tiến hành phân tích COD NH4+ a Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý COD Nước rỉ rác đưa sang bể lọc sinh học hiếu khí, hàm lượng chất hữu đơn giản sinh từ bể lọc kị khí tiếp tục phân hủy nhờ vào vi sinh vật hiếu khí Tốc độ phân hủy chất hữu đơn giản bể lọc sinh học hiếu khí thể qua thay đổi thơng số COD theo thời gian xử lý bể Kết thay đổi thông số COD bể lọc sinh học hiếu khí biểu thị qua bảng 3.4 hình 3.3 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý COD bể lọc sinh học hiếu khí Thời CODvào=2518mg/l CODvào=2471mg/l CODvào=2518mg/l gian (Ngày07/10/2011) (Ngày11/10/2011) (Ngày13/10/2011) COD Hiệu suất COD Hiệu COD Hiệu suất (mg/l) (%) (mg/l) suất (%) (mg/l) (%) 2518 2471 2518 2023.7 19,63 1985 19,67 2270.2 13,02 1791.3 28,86 1690 31,61 1721.6 34,4 12 1450.9 32,77 1395 43,55 1473.1 43,56 24 1218.5 51,6 1196 51,59 1258.6 51,78 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 41 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường 60 Hiệu suất XL COD (%) 50 40 Ngày 7/10 Ngày 11/10 Ngày 13/10 30 20 10 0 10 15 20 25 30 Thời gian (h) Hình 3.3 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý COD bể hiếu khí Từ bảng 3.4 hình 3.3 ta thấy, sau 24h xử lý liên tục bể lọc sinh học hiếu khí, hàm lượng chất hữu tiếp tục giảm, thể qua thông số COD giảm xấp xỉ 52% lần xử lý Hiệu suất xử lý COD tăng thời gian xử lý tăng Nguyên nhân bể lọc hiếu khí có hệ thống sục khí cung cấp oxi từ ngồi khơng khí vào nhằm tăng hàm lượng oxi nước, giúp vi sinh vật phát triển tốt hơn, tăng hiệu suất xử lý Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 42 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường b Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý NH4+ Khảo sát thay đổi NH4+ bể lọc sinh học hiếu khí, kết bảng 3.5 hình 3.4 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý NH4+ bể lọc sinh học hiếu khí Thời NH4+vào=28,96mg/l NH4+vào=28mg/l NH4+vào=28,7mg/l gian (Ngày07/10/2011) (Ngày11/10/2011) (Ngày13/10/2011) NH4+ Hiệu suất NH4+ Hiệu NH4+ Hiệu suất (mg/l) (%) (mg/l) suất (%) (mg/l) (%) 28,96 28 28,7 27 6,77 27,09 6,59 26,94 6,13 24,78 14,43 25,16 13,24 24,89 13,28 12 23,83 17,71 22,24 20,57 23,57 17,87 24 21,6 25,41 21 25 21,48 25,16 30 Hiệu suất XLNH 4+ (%) 25 20 Ngày 7/10 Ngày 11/10 Ngày 13/10 15 10 0 12 24 Thời gian (h) Hình 3.4 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý NH4+ bể lọc sinh học hiếu khí Với kết thể bảng hình trên, ta nhận thấy ta thấy nồng độ NH4+ giảm tương đối toàn thời gian xử lý Hiệu suất xử lý amoni bể lọc Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 43 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường hiếu khí cao so với bể lọc kị khí Điều giải thích bể lọc hiếu khí ln đảm bảo q trình hoạt động vi khuẩn hiếu khí thúc đẩy q trình nitrit nitrat hóa, giúp giảm amoni nhanh so với bể lọc sinh học kị khí 3.3 Kết nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác phƣơng pháp keo tụ Nước thải sau xử lý 24h bể lọc kị khí 24h bể hiếu khí xử lý giai đoạn keo tụ Trong trình keo tụ có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất như: liều lượng PAC, A101, điều kiện pH, thời gian khuấy, thời gian lắng,…Trong đề tài, nghiên cứu thực khảo sát ảnh hưởng số yếu tố như: liều lượng PAC, A101, điều kiện pH 3.3.1 Kết ảnh hưởng hàm lượng PAC đến hiệu suất xử lý COD Nồng độ chất keo tụ PAC ảnh hưởng đến khả loại bỏ chất rắn lơ lửng khơng tan nước Thí nghiệm tiến hành khảo sát ảnh hưởng hàm lượng PAC đến hiệu suất xử lý COD khoảng từ 0,2 - 1,2g/l để tìm điều kiện tối ưu Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng PAC đến hiệu suất xử lý COD bảng sau: Bảng 3.6 Ảnh hƣởng hàm lƣợng PAC đến hiệu suất xử lý COD CODvào = 1196 mg/l, pH = 6,7 STT PAC (g/l) COD sau xử lý Hiệu suất xử lý COD mg/l (%) A101 (g/l) 0,2 0,02 1037 13,29 0,4 0,02 972 18,73 0,6 0,02 921 22,99 0,8 0,02 875 26,84 0,02 804 32,78 1,2 0,02 849 29,01 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 44 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường Hình 3.5 Ảnh hƣởng hàm lƣợng PAC đến hiệu suất xử lý COD Qua kết bảng 3.6 hình 3.5 cho thấy, keo tụ nước rỉ rác PAC, COD nước rỉ rác thay đổi với lượng PAC khác Khi tăng lượng PAC từ 0,2 – 1,0g/lít nước thải hiệu suất xử lý COD tăng dần từ 13,29 đến 32,78% Tuy nhiên tiếp tục tăng lượng PAC từ 1,0 – 1,2g/lít nước thải hiệu suất xử lý COD lai giảm (giảm từ 32,78 xuống 29,01%) Điều giải thích tăng lượng PAC tối ưu làm phá vỡ ổn định bơng keo hình thành Dẫn đến hiệu suất trình lắng chất rắn chất hữu bị ảnh hưởng, làm COD tăng lên Vì vậy, lượng PAC tối ưu cho trình keo tụ 1,0g/lít nước thải, PAC tối ưu COD sau xử lý giảm từ 1196 mg/l xuống 804mg/l (hiệu suất xử lý cao đạt 32,78%) 3.3.2 Kết ảnh hưởng hàm lượng A101 đến hiệu suất xử lý COD Trong trình keo tụ, để tăng hiệu suất xử lý nước thải, người ta thường sử dụng chất trợ keo tụ polime hữu Nồng độ chất trợ keo tụ sử dụng trình keo tụ có vai trị cầu nối liên kết hạt keo với Ngoài ra, chất trợ keo tụ cịn có vai trị trung hịa điện tích (đối với chất trợ keo cation) Vì vậy, khảo sát ảnh hưởng chất trợ keo tụ đến hiệu suất xử lý COD quan trọng Thí nghiệm tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất trợ keo tụ A101 khoảng 0,005 – 0,05g/l Kết khảo sát thể bảng 3.7 hình 3.6 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 45 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường Bảng 3.7 Ảnh hƣởng hàm lƣợng A101 đến hiệu suất xử lý COD CODvào = 1196 mg/l, pH = 6,7 STT COD sau xử lý Hiệu suất xử lý COD (%) PAC (g/l) A101(g/l) 1 0,005 986 17,56 0,01 895 25,17 0,02 782 34,62 0,03 819 31,52 0,04 853 28,68 0,05 869 27,3 (mg/l) 1200 COD (mg/l) 1000 800 600 400 200 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 A101 (g/l) Hình 3.6 Ảnh hƣởng hàm lƣợng A101 đến COD sau Từ bảng 3.7 hình 3.6 cho thấy, sử dụng nồng độ PAC tối ưu g/l nồng độ chất trợ lắng thay đổi từ 0,005 - 0,05 g/l nồng độ A101 tối ưu cho trình xử lý COD 0,02 g/l, COD nước rỉ rác giảm từ 1196 mg/l đến 782mg/l (hiệu cao đạt 34,62%) Khi nồng độ A101 tăng lên từ 0,005 - 0,02g/l hiệu suất xử lý tăng lên số lượng cầu nối liên kết hạt keo tăng, làm cho kích thước Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 46 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường hạt keo tăng Vì khả loại bỏ chất rắn lơ lửng nước thải tăng dần Chất trợ keo có hoạt độ phân ly ion cao để trung hịa điện tích chất rắn lơ lửng chất hữu cơ, vơ nước thải Ngồi ra, việc sử dụng chất trợ keo cho phép hạ thấp nồng độ chất keo tụ, giảm thời gian trình đông tụ nâng cao tốc độ lắng keo Khi tiếp tục tăng nồng độ A101 từ 0,02 – 0,05g/l hiệu suất xử lý COD giảm xuống nồng độ chất trợ keo nhiều dẫn đến biến đổi dấu hạt keo làm cho hệ keo tái bền vững trở lại 3.3.3 Kết ảnh hưởng điều kiện pH đến hiệu suất xử lý COD Điều kiện pH yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất xử lý nước thải Nguyên nhân pH ảnh hưởng đến độ tan hidroxit theo ảnh hưởng tới trung hịa điện tích hạt keo nước thải Độ tan hidroxit kim loại lớn (tức bổ xung nhiều điện tích dương), khả trung hịa điện tích cao Vì vậy, hiệu suất xử lý COD nước thải tăng lên Do thí nghiệm tiến hành khảo sát để tìm điều kiện pH tối ưu cho trình keo tụ Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu trình keo tụ thể bảng 3.8 hình 3.6 Bảng 3.8 Ảnh hƣởng điều kiện pH đến hiệu suất xử lý COD CODvào = 1196 mg/l COD sau xử lý Hiệu suất xử lý COD (mg/l) (%) 813 32 0,02 634 46,98 0,02 679 43,2 0,02 706 40,9 0,02 735 38,5 STT PAC (g/l) A101(g/l) pH 1 0,02 Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 47 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường 50 Hiệu suất XL COD (%l) 45 40 35 30 25 20 10 pH Hình 3.7 Ảnh hƣởng pH đến hiệu suất xử lý COD Qua kết nghiên cứu cho thấy, xử lý nước thải phương pháp keo tụ với nồng độ A101 tối ưu 0,02g/l nồng độ PAC tối ưu 1g/l, pH tối ưu 6, COD nước thải giảm từ 1196 – 634mg/l (hiệu suất xử lý COD đạt cao 46,98%) Hiệu suất xử lý COD giảm pH < pH > Điều giải thích pH thấp dẫn đến hịa tan hiđrơxit kim loại pH cao dẫn đến kết tủa hiđrơxit kim loại khơng tồn phương thức chất hiđrôxit kim loại tức không tồn điện tích dương làm giảm q trình trung hịa hạt keo mang điện tích âm 3.4 Kết xử lý nƣớc rỉ rác phƣơng pháp ôxi hóa nâng cao sử dụng O3/H2O2 H2O2 chất oxi hóa mạnh, đồng thời tác nhân tạo gốc HO phản ứng dây chuyền Tuy nhiên, có H2O2 khả phân hủy chất hữu thấp Nhằm làm tăng hiệu suất xử lý nước thải, nghiên cứu tiến hành xử lý nước thải có kết hợp tác nhân H2O2 với O3 Nồng độ H2O2 thêm vào trình O3/H2O2 thay đổi khoảng 0,3; 0,45; 0,6; 0,75mg/l Kết bảng sau: Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 48 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường Bảng 3.9 Ảnh hƣởng lƣợng H2O2 đến hiệu suất xử lý COD (CODvào = 630 mg/l) Nồng độ H2O2 Thời 0,3mg/l 0,45mg/l Hiệu COD sục O3 sau xử suất xử sau xử (phút) lý COD lý (mg/l) lý COD gian COD lý (mg/l) (%) 15 547 13,17 20 526 25 30 Hiệu 0,6mg/l COD Hiệu suất suất xử sau xử lý xử lý 0,75mg/l COD Hiệu sau xử suất xử COD (%) lý (mg/l) lý COD (%) (mg/l) (%) 530 15,87 483 23,33 498 20,95 16,51 519 17,62 479 23,97 477 24,29 513 18,57 496 21,27 437 30,63 463 26,51 501 20,48 461 26,83 390 38,09 451 28,41 Qua bảng ta thấy khảo sát nồng độ H2O2 thay đổi từ 0,3mg; 0,45mg; 0,6mg; 0,75mg/l khoảng thời gian sục O3 10, 15, 20, 25 phút nồng độ H2O2 tối ưu cho trình xử lý COD 0,6mg hiệu suất xử lý COD đạt 38,09%, giá trị COD sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép Với kết nghiên cứu trên, cho thấy thời gian sục ozon tăng hiệu suất xử lý chất hữu tăng xuất nhiều gốc HO tự do, giúp q trình phân hủy hồn tồn chất hữu Tuy nhiên, lượng H2O2 lớn hiệu suất xử lý chất hữu lại giảm, sử dụng lượng dư H2O2 lại nguyên nhân tiêu hao gốc HO theo phản ứng sau: HO + H2O2 HO2 + H2O Vì vậy, dẫn đến giảm gốc HO làm giảm khả phân hủy chất hữu Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 49 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nước rỉ rác loại nước thải ô nhiễm nặng, chứa nhiều hàm lượng chất hữu cao thể qua thông số COD khoảng 5.000mg/l Trong nước rỉ rác chất hữu dễ phân hủy chứa thành phần chất hữu trơ, khó bị phân hủy vi sinh vật, cần phải xử lý phương pháp sinh học sau xử lý tiếp phương pháp keo tụ oxi hóa nâng cao Sau trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phương pháp sinh học kết hợp hóa lý hóa học, đề tài rút số kết luận sau: - Quá trình lọc sinh học: sử dụng xỉ than làm vật liệu lọc bể kị khí hiếu khí hiệu suất xử lý chất hữu đem lại khả quan Cụ thể, sau 24h xử lý liên tục bể kị khí hiếu khí hiệu suất xử lý chất hữu đạt 76,71%, hàm lượng amoni giảm từ 39 xuống 21mg/l - Quá trình keo tụ: nước rỉ rác sau qua trình lọc sinh học xử lý chất keo tụ PAC trợ keo A101 Kết cho thấy điều kiện tối ưu cho trình keo tụ: hàm lượng PAC 1g/lít nước thải; hàm lượng A101 0,02g/lít nước thải, pH = Tại điều kiện tối ưu, hiệu suất xử lý COD trình keo tụ đạt 47% (COD giảm từ 1196 xuống 634mg/l) - Q trình oxi hóa nâng cao: nước rỉ rác sau qua keo tụ tiếp tục xử lý tác nhân O3/H2O2 Từ kết cho thấy điều kiện tối ưu cho trình xử lý phương pháp oxi hóa nâng cao là: thời gian tiếp xúc O3 30 phút lượng H2O2 2ml, COD giảm từ 630 mg/l xuống 300 mg/l Qua trình xử lý hiệu suất xử lý COD đạt 92,41%, giảm từ 5135 mg/l xuống 390 mg/l đạt loại B1 theo QCVN 25: 2009/BTNMT, thông số NH4+ đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 24: 2009/BTNMT Trong nước rác, sau xử lý hợp chất hữu dạng trơ khơng (hoặc ít) gây độc thải mơi trường (khơng xả vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt) Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 50 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật mơi trường Kiến nghị Trong khn khổ đề tài khóa luận tốt nghiệp nên chưa nghiên cứu đầy đủ yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý Vì vậy, đề tài đề xuất nghiên cứu tiếp theo, sau: - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình lọc sinh học: ảnh hưởng khối lượng vật liệu lọc, loại vật liệu lọc, cách thức vận hành, ảnh hưởng lượng oxi đến hiệu suất xử lý bể lọc sinh học hiếu khí - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ: loại chất keo tụ loại chất trợ keo khác nhau, tốc độ khuấy thời gian lắng - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình oxi hóa nâng cao: điều kiện pH, ảnh hưởng q trình oxi hóa nâng cao đến hiệu suất xử lý chất hữu khó phân hủy chứa nước rỉ rác, cụ thể là: phenol, dioxan, xiloxans, Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 51 Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thị Hiền Hoa (2004), “Bài giảng xử lý nước thải”, Bộ mơn Cấp nướcĐai học Xây dựng, Hà Nội [2] Trần Thị Hường (2008), “Khóa luận tốt nghiệp”, Đại học Dân lập Hải Phòng [3] Trịnh Xuân Lai (2004) “Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [4] Ngơ Thị Lan (2008), “Khóa luận tốt nghiệp”, Đại học Dân lập Hải Phịng [5] Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2001), “Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] Trần Hiếu Nhuệ, Ứng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái (2001), “Quản lý chất thải rắn”, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [7] Lương Đức Phẩm (2002), “Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học”, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [8] Trần Mạnh Trí, Trần mạnh Trung (2001), “Các q trình oxi hóa nâng cao xử lý nước nước thải”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Một số website: [9] www yeumoitruong.com [10] www.gree-vn.com Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh - MT1101 52 ... tính nước rỉ rác bãi rác 34 3.2 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác lọc sinh học 34 3.2.1 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác lọc sinh học kị khí 34 3.2.2 Kết nghiên cứu xử lý nước rỉ rác. .. nước thải Thơng thường có phương pháp xử lý nước thải sau: - Xử lý phương pháp học - Xử lý phương pháp hóa học - Xử lý băng phương pháp hóa lý - Xử lý phương pháp sinh học 1.5.1 Phương pháp học. .. 1.6.1.3 Phương pháp lọc sinh học hiếu khí 13 1.6.2 Xử lý nước rỉ rác phương pháp keo tụ 14 1.6.3 Xử lý nước rỉ rác phương pháp oxi hoá nâng cao 17 Chƣơng Đối tƣợng phƣơng pháp nghiên