2.9.1 Thông số vật lý
Hàm lượng chất rắn lơ lửng
Theo Trần Đức Hạ (2002), các chất rắn lơ lửng trong nƣớc thải là:
- Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét). - Các chất hữu cơ không tan.
- Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…).
Mùi
Các hợp chất tạo mùi hôi hiện diện trong nƣớc thải chƣa qua xử lý bao gồm các chất nhƣ sau:
Bảng 2.5 Các hợp chất tạo mùi hôi hiện diện trong nƣớc thải chƣa qua xử lý
Chất tạo mùi hôi Công thức hóa học Mùi
A-min CH3NH2,(CH3)3N Tanh của cá
Ammoniắc NH3 Mùi nƣớc tiểu
Diamine NH2(CH2)4, NH2(CH2)5NH2 Mùi cá rửa
Khí sunfua hydrô H2S Mùi trứng thối
Mercaptans (v.d. methyl và ethyl) CH3SH, CH3(CH2)SH Mùi bắp cải thối Mercaptans (v.d. T=butyl và crotyl ) (CH3)3CSH, CH3(CH2)3SH Mùi chồn hôi Hợp chất hữu cơ chứa lƣu huỳnh (CH3)2S, (C6H5)2S Mùi bắp cải thối
Skatole C9H9N Mùi phân
(Nguồn: Gray, 2004)
Độ màu
Nƣớc thải vừa đƣợc thải ra có màu xám nhạt, tuy nhiên khi nó di chuyển trong hệ thống thu gom một thời gian và khi điều kiện yếm khí hình thành trong hệ thống thu gom màu nƣớc sẽ đậm dần và cuối cùng chuyển thành màu đen. Màu đen của nƣớc thải do sự hình thành các sulfide kim loại trong quá trình yếm khí. (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014).
2.9.2 Thông số hóa học
pH của nƣớc thải
pH là chỉ số đặc trƣng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thƣờng đƣợc dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nƣớc.
pH của nƣớc thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử lý nƣớc thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 – 7,6. Các loài vi khuẩn phát triển tốt nhất trong điều kiện môi trƣờng có pH từ 7 – 8. Ngoài ra pH còn ảnh hƣởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng khi tạo bông cặn bằng phèn nhôm.
Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD)
COD là lƣợng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nƣớc bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Nhƣ vậy, COD là lƣợng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nƣớc.
COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ và đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nƣớc từ đó có thể lựa chọn phƣơng pháp xử lý phù hợp.
Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD)
BOD (Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hoá) là lƣợng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ trong một khoảng thời gian xác định. Chỉ
tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ của nƣớc thải. BOD càng lớn thì nƣớc thải bị ô nhiễm càng cao và ngƣợc lại.
Thời gian cần thiết để các vi sinh vật oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có thể kéo dài đến vài chục ngày tùy thuộc vào tính chất của nƣớc thải, nhiệt độ và khả năng phân hủy các chất hữu cơ của hệ vi sinh vật trong nƣớc thải.
Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO)
DO là lƣợng oxy hoà tan trong nƣớc cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nƣớc (cá, lƣỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v...) thƣờng đƣợc tạo ra do sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nồng độ oxy tự do trong nƣớc nằm trong khoảng 8 – 10ppm, và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự quang hợp của tảo.
Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nƣớc giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nƣớc của các thuỷ vực.
Nitơ và các hợp chất chứa nitơ
Trong nƣớc mặt cũng nhƣ nƣớc ngầm nitơ tồn tại ở 3 dạng chính là: ion amoni (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-). Dƣới tác động của nhiều yếu tố hóa lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng nitơ này chuyển hóa lẫn nhau, tích tụ lại trong nƣớc và có độc tính đối với con ngƣời.
Phospho và các hợp chất chứa Phospho
Trong các loại nƣớc thải, Phospho hiện diện chủ yếu dƣới các dạng Photphate.Các hợp chất Photphat đƣợc chia thành Photphat vô cơ và Photphat hữu cơ.
Phospho là một chất dinh dƣỡng đa lƣợng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định Phospho tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thƣờng của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phƣơng pháp sinh học.
Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tƣợng phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam.
Chất hoạt động bề mặt
Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nƣớc và ƣa nƣớc tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nƣớc. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong một số ngành công nghiệp.
2.9.3 Vi sinh vật học
Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nƣớc thải có thể truyền hoặc gây bệnh cho ngƣời. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nƣớc và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, virus, giun sán.
Vi khuẩn: Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nƣớc thƣờnggây các bệnh về đƣờng ruộtnhƣ: dịch tả do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thƣơng hàn do vi khuẩn
Virus: có trong nƣớc thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ƣơng, viêm tủy xám, viêm gan... Thông thƣờng khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt đƣợc virus.
Giun sán: Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con ngƣời có thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của ngƣời và động vật là nguồn đƣa giun sán vào nƣớc. Tuy nhiên, các phƣơng pháp xử lý nƣớc hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả (Lƣơng Đức Phẩm, 2007).
CHƢƠNG 3
PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN
Địa điểm: - Thực hiện tại cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang.
- Các chỉ tiêu hóa lý đƣợc phân tích tại phòng thí nghiệm của Trung Tâm Ứng Dụng và Khoa Học Công Nghệ thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang. Thời gian thực hiên là học kì I, năm học 2014 – 2015.
3.2 PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 3.2.1 Vật liệu thí nghiệm 3.2.1 Vật liệu thí nghiệm
Nƣớc thải sản xuất hủ tiếu ở cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang. Nƣớc thải đƣợc thu gom và chuyển trực tiếp đến túi ủ biogas, nƣớc thải ban đầu có mùi hôi chua và có chứa cặn lơ lửng.
“Cây Sậy” đƣợc thu tại nhà dân cách cơ sở 1 km, Sậy đƣợc lựa chọn làm thí nghiệm là cây đang phát triển ở giai đoạn hơn 1 tháng sau khi trồng, lá xanh và thân tròn khỏe mạnh, không có hiện tƣợng héo úa; đƣợc phân bố đồng đều trên cánh đồng với tỉ lệ khoảng 60 – 80 cây/m2.
Lớp vật liệu lọc là cát và đá 1x2 với tỉ lệ 1 khối cát, 2 khối đá.
Đá nâng pH (xuất xứ USA) có thành phần hóa học chính MgO 97%, CaCO3; tỷ trọng là 1400 kg/m3; có dạng hạt màu trắng sữa, cứng, khô rời, có góc cạnh với kích thƣớc hạt nằm trong khoảng 1,5 – 2,5 mm và tan dần trong nƣớc, bổ sung định kì mỗi tháng một lần, không cần rửa. Tốc độ lọc từ 12 – 15 m/h. Chức năng của đá là nâng pH của nƣớc thải đầu vào trƣớc khi cho vào bể yếm khí, đạt từ 7,2 đến 7,6 và bổ sung chất khoáng cho nƣớc. Trong khoảng này, vi sinh vật phát triển tốt và khả năng xử lý đạt hiệu quả cao.
3.2.2 Phƣơng pháp và phƣơng tiện thí nghiệm - Sơ đồ thí nghiệm - Sơ đồ thí nghiệm Thải ra sông Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm Kích thƣớc bể là dài: rộng sâu= 10 m: 3 m: 1,5 m; chiều sâu ngập nƣớc là 1,2 m. Kích thƣớc hố là dài: rộng sâu= 0,95 m: 0,95 m: 1,5 m; chiều sâu ngập nƣớc là 1,2 m. Kích thƣớc cánh đồng là dài: rộng= 14 m: 5 m. Cùng kích thƣớc hố thu nƣớc. Nƣớc thải đầu vào Bể yếm khí Hố thu nƣớc Cánh đồng lọc chảy tràn Kênh thu nƣớc thải đầu ra
Lớp lọc (cát, đá) - Mô hình thí nghiệm: Bể yếm khí ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Cánh đồng lọc chảy tràn ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào
5 4 3 2 1
Hố thu nƣớc
Hố thu nƣớc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.4 Cánh đồng Sậy đã phát triển và đang thực hiện quá trình xử lý - Thuyết minh mô hình thí nghiệm:
Mô hình cánh đồng lọc chảy tràn tạo cảnh quan và xử lý nƣớc thải hủ tiếu.Sau khi ủ gạo lên men nƣớc thải đƣợc cho qua bể yếm khí (túi ủ biogas), đầu ra của túi ủ chảy vào hố thu với kích thƣớc (dài: rộng: sâu= 0,95m: 0,95m: 1,2m), sau đó dùng máy bơm đƣa lên lớp lọc (gồm cát và đá, đá 1x2) bằng cách đặt các van ống ngầm với chiều sâu 0,5 m. Khi qua lớp lọc, một phần nƣớc thải chảy xen qua lớp đá, chui vào các lỗ rỗng của đất rồi ngoi lên mặt và chảy sang tầng đất mặt có trồng thực vật (cây Sậy), phần nƣớc này sẽ chảy tràn và ngấm xuống phần rễ của thực vật và lỗ rỗng của đất để xử lý, một phần nƣớc bị bốc hơi và đƣợc thực vật sử dụng, sau khi dòng nƣớc chảy đi đến hết cánh đồng sẽ gom lại trong một hố thu (cùng kích thƣớc với hố thu đầu ra biogas). Xác định phần nƣớc thải nếu đã đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT Nƣớc thải công nghiệp Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp, thì thải ra sông. Nếu chƣa đạt thì cho phần nƣớc đó trở ngƣợc lại hố thu sau túi ủ biogas.
Sơ lƣợc chi tiết về các công đoạn xử lý nƣớc thải
Nước thải đầu vào: do quá trình sản xuất hủ tiếu có công đoạn ủ gạo lên men nên
hữu cơ rất cao, pH chỉ khoảng từ 5 đến 5,5. Vì vậy, nƣớc thải cần phải đƣợc xử lý để tránh gây ra hiện trạng ô nhiễm cho các khu vực xung quanh.
Bể yếm khí (Biogas): gồm có 5 ngăn, mỗi ngăn chứa gần 8 m3nƣớc thải, tổng cộng
bể chứa đƣợc khoảng 38 – 40 m3 nƣớc thải.Thời gian tồn lƣu trung bình của bể là 5 – 6 ngày. Ở đây, nƣớc thải đƣợc giữ lại trong môi trƣờng yếm khí tuyệt đối và pH đạt từ 7,2 đến 7,6, vi sinh vật phân hủy kị khí sau 5 – 6 ngày thì nƣớc thải đầu ra có màu đen nhạt và giảm bớt mùi hôirất nhiều so với nƣớc thải ban đầu.
Cánh đồng lọc: trƣớc khi cho nƣớc thải đầu ra của bể yếm khí qua cánh đồng thì
nƣớc thải đã đƣợc cho qua một lớp vật liệu lọc là cát, đá nhằm loại bỏ một phần hàm lƣợng chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng. Trên cánh đồng lọc thì mật độ lau Sậy đƣợc phân bố đồng đều, tại đây nƣớc thải có thể đƣợc loại bỏ hàm lƣợng chất ô nhiễm rất cao, với cơ chế loại bỏ chất hữu cơ bằng các vi sinh vật phân hủy bám lên rễ của Sậy, đồng thời rễ của chúng có thể giữ lại các chất ô nhiễm trong đất.
3.3 PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH
Bước 1: Chuẩn bị mô hình:
- Thay mới túi ủ Biogas và vệ sinh hầm ủ.
- Rửa và đào đất trong mô hình.
- Kiểm tra và thay mới các đƣờng ống (nếu không thể sử dụng đƣợc)
- Chuẩn bị cây trồng và vật liệu lọc (cát, đá) mớivới tỉ lệ cát, đá là 1 : 2 (1 khối cát và 2 khối đá), cát nằm bên dƣới và đá nằm bên trên phần cát. Lớp lọc có kích thƣớc dài: rộng: sâu=1 m: 5 m: 0,6 m, tổng thể tích là 3 m3.
- Đặt vật liệu đá nâng pH (20kg) trƣớc công đoạn túi ủ biogas, điều chỉnh pH đạt trung tính.
Bước 2: Chuẩn bị thí nghiệm:
- Cấy vi sinh vào túi ủ biogas, tạo môi trƣờng cho vi sinh phát triển.
- Trồng cây vào mô hình với mật độ khoảng 20 cây/m2.
- Chăm sóc và theo dõi sự phát triển của cây một cách thƣờng xuyên.
- Sậy sau khi đƣợc trồng khoảng 70 ngày thì Sậy phát triển với mật độ là 60 – 80 cây/m2, khi đó cho cây làm quen với môi trƣờng nƣớc thải dần.
Bước 3: Tiến hành thí nghiệm:
- Điều chỉnh nƣớc thải đầu vào, pH>7 trƣớc khi cho qua bể yếm khí.
- Cho nƣớc thải qua bể yếm khí với thời gian lƣu tồn là 5 – 6 ngày.
- Điều tiết nƣớc thải từ hố thu sang lớp lọc, sao cho lƣợng nƣớc thải phối đều trên cánh đồng.
- Điều chỉnh thời gian tồn lƣu trên cánh đồng khoảng 3 giờ.
- Quan sát dòng chảy mặt và sự sinh trƣởng của cây trồng.
- Tiến hành phân tích mẫu nƣớc thảiđịnh hƣớng thu đƣợc: pH, COD.
- Kiểm tra chất lƣợng nƣớc có đạt loại BtheoQCVN 40:2011/BTNMT Nƣớc thải công nghiệp, Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp, thì thải ra sông.
- Chuẩn bị 3 chai nhựa với thể tích 1L. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Ghi nhãn dán và kí hiệu trên thân chai nhựa: tên mẫu nƣớc, vị trí và ngày lấy mẫu.
- Tiến hành thu mẫu nƣớc thải chảy xuống ở đầu ra.
- Mẫu sau khi thu đƣợc trữ trong tủ trữ và phân tích. Ta phân tích với 3 mẫu sau:
- Mẫu đầu vào: pH,BOD5,SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho, Tổng Coliform.
- Mẫu đầu ra của túi ủ Biogas: pH,BOD5, SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho,Tổng Coliform.
- Mẫu đầu ra của cánh đồng: pH, BOD5, SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho, Tổng Coliform.
Bảng 3.1Các chỉ tiêu theo dõi, phƣơng pháp và phƣơng tiện phân tích mẫu
Chỉ tiêu Phƣơng pháp Phƣơng tiện
pH Đo trực tiếp Máy đo pH ORION 230A
SS Phƣơng pháp lọc và xác định trọng lƣợng
Giấy lọc Phễu lọc
Tủ sấy Memmert UI 40
Máy hút chân không, Cân điện tử CP 324S
BOD5 Phƣơng pháp Winkler cải tiến
Chai BOD
Tủ ủ hiệu Velp FOC 225E
Các hóa chất và dụng cụ cần thiết
COD Phƣơng pháp Dicromate
Ống nghiệm COD Tủ sấy Memmert UI 40
Các hóa chất và dụng cụ cần thiết
Tổng N Phƣơng pháp đo quang phổ Máy quang phổ UV – VIS Dung dịch brucine – sulfanilic:
Tổng P Phƣơng pháp đo quang phổ Máy quang phổ UV – VIS Thuốc thử Molipdat Tổng Coliform Phƣơng pháp MPN Ống nghiệm 10mL Tủ ủ Tủ khử trùng
Bước 5: Tạo cảnh quan môi trƣờng
- Dọn cỏ xung quanh mô hình.
- Làm sạch và thiết kế mô hình thoáng mát.
- Bón phân cho cây trồng.
Bước 6: Xử lý số liệu và viết bài:
Số liệu đƣợc xử lý bằng phần mềm MS Excel 2007 (phƣơng pháp ANOVA). Nội dung luận văn đƣợc viết bằng phần mềm MS Word 2007.
CHƢƠNG 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT NƢỚC THẢI SẢN XUẤT
4.1.1 Tổng quan về cơ sở sản xuất
Cơ sở sản xuất Thủy ở ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang . Đây là vùng có khí hậu ôn hòa, biến động nhiệt độ giữa các thời điểm trong năm, trong ngày không cao, không bị ảnh hƣởng của lũ lụt. Nhiệt độ thay đổi theo mùa trong năm, về mùa mƣa nhiệt độ có xu hƣớng thấp hơn nhiệt độ vào cuối mùa khô. Chênh lệch nhiệt độ không lớn (khoảng 3oC). Vận tốc gió trung bình vào khoảng 2,2 – 2,3 m/s. Hƣớng gió chính phụ thuộc hoàn toàn vào các tháng trong năm. Lƣợng mƣa trung bình hằng năm trong khu vực khoảng 1900mm, hơn 80% lƣợng mƣa vào các tháng mùa mua (tháng 4 đến tháng 11).