(Đề tài NCKH) xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ wetland cải tiến

MÃ SỐ: SV 2018 - 27 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND CẢI TIẾN SKC006836 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND CẢI TIẾN Thuộc nhóm ngành khoa học: TP Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2018 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND CẢI TIẾN SV 2018 - 27 Thuộc nhóm ngành khoa học: SV thực hiện: Nguyễn Minh Bôn Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ kỹ thuật môi trường Người hướng dẫn: Tiến sỹ Nguyễn Mỹ Linh TP Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2018 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI MỞ ĐẦU I Đặt vấn đề II.Tính cấp thiết đề tài III Mục đích, yêu cầu IV Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.Đối tượng nghiên cứu 2.Phạm vi nghiên cứu V Ý nghĩa thực tiễn VI Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỦ LÍ HIỆN TẠI 1.1 Nước thải sinh hoạt 1.1.1 Khái niệm nước thải sinh hoạt 1.1.1.1 Nước thải từ khu vực vệ sinh 1.1.1.2 Nước thải từ chất thải sinh hoạt 1.1.2 Ảnh hưởng nước thải sinh hoạt 1.1.2.1 Ảnh hưởng đến người: 1.1.2.2 Ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh: 1.1.2.3 Ảnh hưởng đến nước ngầm nước mặt: 1.1.3 Một số phương pháp xử lí nước thải sinh hoạt 1.1.3.1 Phương pháp xử lý hóa học: 1.1.3.2 Phương pháp xử lý sinh học: 1.1.3.3 Phương pháp hóa lý: 1.2 Tổng quan xử lý nước thải thực vật 1.2.1 Các loại thực vật áp dụng 1 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến 1.2.1.3 Cỏ Vetiver 1.2.2 Cơ chế trình xử lý 1.2.2.2 Loại bỏ Nitơ 1.2.2.3 Loại bỏ phot 1.2.2.4 Loại bỏ hợp chất hữu 1.2.2.5 Loại bỏ vi khuẩn virut CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN 3.1 Khảo sát khả xử lí loại thực vật 3.2 Tính chất nước đầu vào 3.3 Tính tốn thiết kế mơ hình 3.4 Hóa chất thiết bị 3.5 Vận hành mơ hình KẾT LUẬN Tài liệu kham khảo Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Cỏ vetiver trước đưa vào mơ hình 22 Hình 2: Mặt mơ hình 25 Hình 3: Bể hoàn thành 26 Hình 4: Mơ hình nghiên cứu khác…………………………………………… 40 Hình Mơ hình nghiên cứu…………………………………………………………41 Hình 6: Chiều dài rễ nghiên cứu 42 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Tính chất nước thải ban đầu 23 Bảng 2: Kết trung bình mẫu nước 1:1 từ ngày 2/6 đến ngày 1/7/2018 27 Bảng 3: Giá trị trung bình tiêu ngày mẫu nước thải sinh hoạt 31 Bảng 4: So sánh với tiêu chẩn QCVN (Nước trực tiếp) 42 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1: Giá trị pH trung bình qua ngày 28 Biểu đồ 2: Giá trị Nitrat trung bình ngày 28 Biểu đồ 3: Giá trị BOD trung bình ngày 29 Biểu đồ 4: Giá trị COD trung bình ngày 29 Biểu đồ 5: Giá trị DO trung bình ngày 30 Biểu đồ 6: Giá trị Photpho trung bình ngày 30 Biểu đồ 7: Giá trị trung bình Amoni ngày 31 Biểu đồ 8: Giá trị pH trung bình ngày 32 Biểu đồ 9: Giá trị trung bình Nitrat ngày 33 Biểu đồ 10: Giá trị trung bình COD ngày 33 Biểu đồ 11: Hàm lượng BOD trung bình ngày 34 Biểu đồ 12: Giá trị photpho trung bình ngày 34 Biểu đồ 13: Giá trị trung bình Amoni ngày xử lí 35 Biểu đồ 14: Nồng độ DO ngày 35 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND CẢI TIẾN Mã số SV: 16150040 - SV thực hiện: NGUYỄN MINH BÔN - Lớp: 169150 Khoa: Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm Năm thứ: Số năm đào tạo: 4,5 - Người hướng dẫn: TS Nguyễn Mỹ Linh 2.Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu khả xử lí nước thải thực vật, tìm mật độ thời gian xử lí nước tối ưu nước thải sinh hoạt với chi phí thấp khơng tốn chi phí vận hành 3.Tính sáng tạo: Trồng thực vật môi trường thủy sinh không xử dụng đất, kết hợp nhiều loại thực vật Kết nghiên cứu: Tìm thực vật xử lí cỏ vertiver Thời gian lưu nước tối ưu ngày Mật độ tối ưu 2000 đến 2400 1m nước Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Tạo mơ hình xử lí nước thải sinh hoạt cho hộ gia đình khơng tốn chi phí vận hành Tái xử dụng nước thải vào mục đích nơng nghiệp tưới Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn Xác nhận Trường (kí, họ tên) (kí tên đóng dấu) Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh MỞ ĐẦU I Đặt vấn đề Q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước làm cho nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt người ngày tăng, làm phát sinh lượng nước thải lớn Nước thải sinh hoạt khu dân cư thị, nơng thơn, trường học, hộ gia đình chưa xử lí xử lí chưa quy cách chưa đạt yêu cầu xả thải mơi trường Vì gây nhiễm mơi trường nước làm lây lan bệnh tật ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Hiện có nhiều hệ thống xử lí nước thải đời, kèm theo nhược điểm chi phí cao, diện tích xây dựng lớn, nguyên lí vận hành phức tạp, tiêu hao nhiều hóa chất, khơng phù hợp với hộ gia đình, trường học, cơng ty nhỏ lẻ…Do hệ thống Wetland nghiên cứu ứng dụng rộng rãi lĩnh vực xử lý nước thải nhiều nước giới Công nghệ Wetland xử lý dựa áp dụng điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, xử lý nước hoàn toàn phương pháp sinh học học, khơng sử dụng hóa chất Cơng nghệ đạt hiệu xử lý cao, chi phí thấp ổn định Tại Việt Nam, công nghệ chưa áp dụng rộng rãi phổ biến Tuy nhiên, công nghệ phù hợp với điều kiện kinh tế - tự nhiên nước ta II Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, nước thải từ nhà vệ sinh khu B khu C thuộc khuôn viên Trường đại học Sư phạm kỹ thuật Tp HCM chưa xử lí theo hệ thống chuẩn trước đưa môi trường Tuy không gây ảnh hưởng mạnh đến môi trường xung quanh phần gián tiếp làm ô nhiễm nguồn nước mặt Với hệ thống wetland, nhỏ gọn, chiếm diện tích chi phí thấp, sử dụng để xử lí lượng nước thải khu B nói riêng tồn trường nói chung trước đưa mơi trường Song song hệ thống wetland sử dụng mơ hình giảng dạy cho ngành Cơng nghệ kỹ thuật mơi trường III Mục đích, yêu cầu Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Thí nghiệm tiến hành từ ngày 28/5/2018 đến ngày 11/6/2018 Chia làm lần làm thực nghiệm Lần 1: Ngày 28/5/2018 đến ngày 4/6/2018 Lần 2: Ngày 4/6/2018 đến ngày 11/6/2018 Trong vịng ngày hiệu suất xử lí cao sau ngày thứ năm nồng độ chất không đổi Sau 24 lấy mẫu nước kiểm tra tiêu BOD, COD, DO, Nitrat, Amoni, pH, Photpho Biểu đồ 8: Giá trị pH trung bình ngày pH nước khoảng giá trị ổn định gần khơng thay đổi q trình xử lí Trong khoảng 7.5 32 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Biểu đồ 9: Giá trị trung bình Nitrat ngày pH khoảng 7.5 Nitrat có đột biến ngày hàm lượng Nitrat giảm 80% từ 1,4mg/l xuống 0,124 mg/l, ngày lượng Nitrat lại tăng 200% so với ngày trước Trong vịng 15 ngày hàm lượng nitrat không vượt 10mg/l Biểu đồ 10: Giá trị trung bình COD ngày Trong ngày giá trị COD giảm nhanh với hiệu suất khoảng 25% từ 270mg/l xuống 201mg/l Ở ngày nồng độ COD có giảm với hiệu suất không cao dừng lại ngày thứ Ở pH khoảng 7,5 33 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Biểu đồ 11: Hàm lượng BOD trung bình ngày ỞpH khoảng 7.5, hàm lượng BOD nước có chuyển biến rõ ngày đầu ngày thứ Từ ngày thứ trở hàm lượng BOD gần không thay Nồng độ(mg/L) đổi Tổng hiệu suất trình xử lí BOD lên đến 80% cịn 46mg/l Biểu đồ 12: Giá trị photpho trung bình ngày Ở pH khoản 7.5, ngày giá trị photpho xử lí tốt từ 1.8mg/l cịn 1mg/l với hiệu suất 45% Trong ngày hiệu suất giảm dần q trình xử lí Photpho, Tổng hiệu suất q trình xử lí photpho ngày 80% 34 Nồng độ(mg/L) Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến Biểu đồ 13: Giá tr Ở pH khoản 7.5, hàm lượng Amoni giảm cao ngày với hiệu suất gần 50%, giảm dần qua ngày thứ ngày thứ Hiệu suất trình lên đến 80% độ(mg/L) Nồng 0 Biểu Ở hàm khoản pH 7.5 nồng độ oxy hòa tan 0, sau ngày xử lí lượng oxy hịa tan tăng nhanh lên 3,6mg/l Ở ngày hàm lượng DO tăng dần chậm so với ngày đến ngày thứ nồng độ DO dừng lại 7mg/l 35 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh 3.5.3 Nước thải sinh hoạt (Được xử lí cỏ vertiver với bèo.) Chỉ tiêu Đ pH BOD COD DO Amoni Nitrat Photpho Bảng 3: Kết trung bình mẫu nước với cỏ kết hợp với lục bình từ ngày 28/5 đến ngày 28/5/2018 Thí nghiệm tiến hành từ ngày 14/5/2018 đến ngày 28/5/2018 Chia làm lần làm thực nghiệm Lần 1: Ngày 14/5/2018 đến ngày 21/5/2018 Lần 2: Ngày 21/5.2018 đến ngày 28/5/2018 Trong vòng ngày hiệu suất xử lí cao sau ngày thứ năm nồng độ chất không đổi Đến lần thứ thử nghiệm kết hợp với lục bình lục bình chết Làm nước sử lí có màu vàng xuất mùi Q trình kết hợp cỏ vertiver với bèo dừng lại 36 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Bảng 15: Giá trị pH trung bình ngày Giá trị pH không thay đổi thời gian thực xử lí pH ổn định khoảng 7.6 phù hợp với tiêu chuẩn đầu Biểu đồ 16: Hàm lượng BOD trung bình ngày ỞpH khoảng 7.5, hàm lượng BOD nước có chuyển biến rõ ngày đầu ngày thứ Từ ngày thứ trở hàm lượng BOD gần không thay đổi Tổng hiệu suất q trình xử lí BOD lên đến 80% 51mg/l 37 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Biểu đồ 17: Hàm lượng Amoni trung bình ngày Q trình xử lí nước pH khoảng 7.6 Hàm lượng amoni xử lí hiệu ngày đầu tiên, sau ngày thứ hiệu suất xử lí khơng hiệu Vì q trình xử lí hiệu nên khơng cịn mùi nước Tổng hiệu suất trình lên đến 80% Biểu đồ 18: Hàm lượng COD trung bình ngày Trong ngày đầu ngày thứ giá trị COD giảm nhanh Ở ngày nồng độ COD có giảm với hiệu suất khơng cao gần dừng lại sau ngày thứ 3.Ở pH khoảng 7,5.Hiệu suất q trình xử lí COD 80% 38 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Biểu đồ 19: Hàm lượng DO trung bình ngày Ở giá thị pH khoản 7.6 Quá trình xử lí DO tăng trưởng điều khơng có đột biến, tăng lên theo đường thẳng Cây Biểu đồ 20: Hàm lượng Nitrat trung bình ngày Q trình xử lí pH 7.6,hiệu suất xử lí Nitrat khơng ổn định Trong ngày hàm lượng Nitrat giảm nhanh từ 1,4mg/l xuống 0,23 mg/l với hiệu suất 80% Nhưng qua ngày thứ lượng nitrat tăng 200% lượng Nitrat lại tăng lên dần vượt qua so với nước ban đầu xử lí Lượng Nitrat tăng qua ngày nhỏ 10mg/l ngày thứ 10 Nguyên nhân Nitrat tăng lượng NH3 nước chuyển hóa thực hệ thực vật vi sinh vật rể cỏ vertiver Vì hàm lượng Nitrat không lo ngại thời gian lưu nước bể ngày 39 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Biểu đồ 15: Giá trị photpho trung bình ngày Ở pH khoản 7.6, trình xử lí Photpho khơng có đột biến, giảm qua ngày Tổng hiệu suất củ trình xử lí 80% 3.6 Điểm cải tiến so với hệ thống trước đây: Đầu tiên mơ hình xử lý nước thải nghiên cứu không sử dụng đất trồng cho sinh trưởng mơ hình trước mà sử dụng phương pháp nuôi trồng thuỷ canh Điều không làm đất lẫn vào nước gây ảnh hưởng đến hiệu trình xử lý Hình 4: Mơ hình nghiên cứu Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt hệ thống đất ngập nước nhân tạo tích hợp Nguyễn Xuân Cường , Nguyễn Thị Loan 40 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Hình 5: Mơ hình nghiên cứu Điểm cải tiến thứ hai mơ hình sử dụng lồi thực vật cỏ vetiver với mật độ cao nên hiệu suất xử lý cao Điểm cải tiến thứ ba thời gian lưu nước nghiên cứu ngắn mơ hình nghiên cứu trước dẫn đến hiệu suất xử lý cao, xử lý nhiều nước khoảng thời gian 41 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh KẾT LUẬN Hình 6: Chiều dài rễ nghiên cứu Đây chưa đủ ngày tuổi Chiều dài rễ cịn ngắn chưa tới 20cm Vì chiều dài rễ từ 10-20cm trưởng thành có chiều dài rể tới 3m Khi đủ chiều dài dể mật độ cây, thời gian giảm Hiệu suất mơ hình ngày cao Chỉ tiêu PHOTPHO Nước 0.35 xử lí QCVN 0.3 Hiệu 80% suất Đánh Chưa đạt giá Bảng 4: So sánh với tiêu chẩn QCVN (Nước trực tiếp) Mật độ nước có pha tại: 2000 đến 2400 cây/1000lít nước Độ dài rễ trung bình taị: 10-15 cm 42 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Thời gian lưu nước mẫu nước có pha theo tỉ lệ 1:1 ngày Thời gian lưu nước mẫu không pha ngày Mật độ 400 bị đen rể dẩn đến chết Qua việc nghiên cứu thấy mơ hình sử dụng cỏ đem lại hiệu suất xử lí lên đến 80-90% Và tốn chi phí xây dựng ban đầu Gần khơng có chi phí vận hành Vì mơ hình có tính thực tiễn cao cần nhân rộng rãi Để đảm bảo cho việc xử lí nước thải sinh hoạt cho gia đình an tồn cho nguồn nước ngâm nước mặt Giải phần vấn đè nhiễm nước mang tính tồn cầu 43 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh Tài liệu kham khảo 1.TS Lê Quốc Tuấn Bài giảng Phương pháp nghiên cứu khoa học mơi trường 2.Viện Hóa Học – Viện khoa học Công nghệ Việt Nam, 9/2003 Nghiên cứu xử lý nước thải ô nhiễm chất hữu bèo tây Tạp chí Cơng nghiệp hóa chất số 11/2004.) 3.Trương Thị Nga Võ Thị Kim Hằng, 2010 Hiệu xử lý nước thải chăn nuôi rau ngổ lục bình Tạp chí Khoa học đất , 34/2010) 4.Cỏ Vetiver - nguồn gốc số đặc tính Trung tâm liệu thực vật Việt Nam, 22/11/2011) Hoàng Xuân Phương Thảm rễ thực vật khử nước nhiễm độc, 2009 Khoahocphothong.com.vn) Trường ĐH Xây Dựng Hà Nội, 2006 Xử lý nước thải sinh hoạt bãi lọc trồng dòng chảy thẳng đứng điều kiện Việt Nam) 7.Nguyễn Xuân Cường, Nguyễn Thị Loan, Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt hệ thống đất ngập nước nhân tạo tích hợp, 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP.HCM, Nghiên cứu thiết kế mơ hình đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải kênh việt thắng, Q Thủ Đức, 2010 44 ... Amoni ngày xử lí 35 Biểu đồ 14: Nồng độ DO ngày 35 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD:... sinh học cơng nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh Trên ba cách xử lý nước thải sinh hoạt phổ biến nay, nhiên, tùy thành phần tính chất nước Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD:... pilot Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Wetland cải tiến GVHD: TS Nguyễn Mỹ Linh CHƯƠNG 1: NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỦ LÍ HIỆN TẠI 1.1 Nước thải sinh hoạt 1.1.1 Khái niệm nước thải