STT Đặc điểm mô hình Vận hành Hiệu quả Nguồn
1
- Mô hình: CW
(sậy/Phragmites australis) – Ao sinh học
HRT = 7 ngày 54,4% [28]
3
Mô hình: CW – HF (Sậy (Phragmites australis) ; Cỏ
nến (Typha latifolia) HLR1 0,2; HLR2 0,052 m/ ngày
HLR1 : HF 64% HLR2 : HF 55% [29] 3
- Đầu vào: Nƣớc thải chế biến thủy sản (sau bể UASB)
- Mô hình: HF – FWS
HLR: 5 cm/ngày 88% [30]
3.2.2 Hiệu quả loại bỏ hợp chất hữu cơ
Trong nghiên cứu này, CODcr đƣợc đƣa vào đánh giá tiêu chí hợp ch t hữu cơ trong nƣớc thải trƣớc và sau khi xử lý. Kết quả loại ỏ CODCr đƣợc thể hiện trong bảng 3.4.
Từ bảng 3.4 cho th y rằng, CODCr đầu ra ở ể Hy rid là th p nh t (84,02 ± 32,68 mg/L) và ể MSL cao nh t (107 ± 39,27 mg/L). Tƣơng tự, tải trọng loại ỏ CODCr trong ể Hy rid cao nh t, đạt 12,73 g/m2.d.
Để đánh giá sự khác iệt trong hiệu quả xử lý CODCr giữa các ể xử lý, một phân tích AOV và Tukey's HSD đƣợc thực hiện. Mặc dầu, AOV chỉ ra rằng có sự khác iệt (mang ý nghĩa thống kê) giữa 03 ể thí nghiệm (P < 0,05, F = 4,13), tuy nhiên phân tích HSD cho th y chỉ có Hybrid và MSL có sự khác iệt đáng (P < 0,05). Điều này cho th y rằng, vật liệu lọc trong MSL và hy rid đã ảnh hƣớng đến kết quả CODCr đầu ra.
45
Bảng 3.4 CODCr đầu ra, tỉ lệ loại ỏ và phân tích thống kê
Bể xử lý Đầu ra Tải trọng loại bỏ (g.m-2.d-1) Giá trị P MSL 107 ± 39,27 11,58 ± 5,36 MSL-CW 0,717 CW 100.58 ± 34,14 11,90 ± 5,62 MSL-Hybrid 0,017 Hybrid 84.02 ± 32,68 12,73 ± 5,27 CW-Hybrid 0,115 Biến động hiệu quả loại ỏ và đầu vào – đầu ra của CODCr đƣợc thể hiện ở hình 3.2. Kết quả cho th y CODCr giảm ổn định giữa 03 ể xử lý với mức giảm trung ình 241 mg/L. Đầu ra CODCr ở 03 ể MSL, CW và Hy rid giao động trong khoảng giữa 6,5 mg/L và 224,3 mg/L.
Đánh giá dựa trên QCVN đối với nƣớc thải công nghiệp và sinh hoạt cho th y, CODCr của 03 ể đều đạt yêu cầu xả thải. Hình 2 cũng cho th y giao động trong hiệu quả loại ỏ CODCr (%) giữa 03 ể xử lý với mức loại ỏ trung ình của Hy rid là 73,23%, MSL là 66% và CW là 67,42%. Các điểm ngoại vị trong hiệu quả loại ỏ CODCr của CW và MSL cho th y, ể Hy rid có hiệu quả loại ỏ ổn định hơn 02 ể còn lại (hình 3.2 ).
Bể Hy rid có hiệu quả loại ỏ CODCr cao đƣợc lý giải ởi vài trò “tích hợp” ằng việc thêm lớp đ t lọc – có khả năng h p phụ cao, làm tăng hiệu quả lọc tổng cộng của vật liệu lọc. Lớp sỏi lớn và dòng chảy luân phiên đã thúc đẩy quá trình loại ỏ sinh học hiếu khí và tầng đ t “tích hợp” đã thúc đẩy hiệu quả h p phụ và lọc trong ể Hy rid.
Kết quả loại ỏ của CODCr trong ể CW và MSL là khá t thƣờng so với các nghiên cứu gần đây, ởi vì các nghiên cứu cho rằng MSL có hiệu quả loại ỏ cao hơn đới với các hệ thống xử lý với lớp lọc sỏi, cát hoặc đ t thông thƣờng nhƣ lọc sinh học hay CW [31, 32]. Nhìn chung, loại ỏ CODCr trong nghiên
46
cứu này th p hơn trong các nghiên cứu trƣớc đây [33] (83%). Các nghiên cứu đối với các hệ thống xử lý tự nhiên dựa vào vật liệu lọc cho rằng, vật liệu hữu cơ chủ yếu ị loại ỏ ởi cơ chế hiếu khí trong MSL và CW [13], [23]. Bên cạnh đó, lớp lọc nhƣ đ t cũng đóng vai trò lớn vì có độ rỗng và diện tích ề mặt lớn – là ch t h p phụ chính trong loại ỏ COD [34].
30 40 50 60 70 80 90 100 Hybrid VF MSL Bể xử lý H iệ u q u ả x ử lý %
47
3.2.3 Hiệu quả chuyển hóa chất dinh dưỡng
Các ch t dinh dƣỡng của nƣớc thải trong mô hình thí nghiệm đƣợc đánh giá thông qua NH4-N và PO4-P.
Bảng 3.5 thể hiện kết quả xử lý NH4-N của các ể thí nghiệm. Kết quả cho th y, NH4-N đầu ra trong bể Hybrid th p hơn 02 ể MSL and CW. Tỉ lệ loại bỏ trong bể Hy rid đạt giá trị cao nh t, tƣơng ứng 2,06 ± 1,07 g/m2.d.
Quá trình loại bỏ nitơ trong hệ thống xử lý diễn ra bởi các quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa. Chuỗi quá trình đó diễn ra quá trình chuyển đổi nitơ hữu cơ về dạng NH4-N, dạng NO3-N và cuối cùng là khí N2. Ngoài ra, quá trình h p phụ NH4-N còn diễn ra trong các hệ thống SMLs (bao gồm zeolite, đ t, và than) [35-37].
Bảng 3.5 Đầu ra NH4-N và tỉ lệ loại bỏ
Bể xử lý Đầu ra Tải trọng loại bỏ (g.m-2.d-1)
MSL 31.59 ± 16.56 1.98 ± 1.05
CW 30.95 ± 24.94 2.06 ± 1.07
Hybrid 35.93 ± 20.01 1.81 ± 1.11
Kết quả NH4-N đầu ra – vào của các ể xử lý thông qua các giai đoạn hoạt động đƣợc thể hiện ở Hình 3.3. Biểu đồ ở Hình 3.3 cho th y rằng NH4-N đầu ra có giá trị cao hơn Quy chuẩn xả thải của Việt Nam. Gần nhƣ t t cả các giá trị NH4-N đầu ra ở 03 bể xƣ lý đều vƣợt quá mức 10 mg/L. Nồng độ NH4-N đầu ra cao một phần là do nồng độ đầu vào cao (24,55 – 135,35 mg/L) và hạn chế của công nghệ xử lý đối với việc loại bỏ NH4-N. Bể CW có hiệu quả loại bỏ NH4-N cao hơn, đạt 60,6% so với bể MSL (53,1%) và Hy rid (49,3%) (hình 3.3). Điều này có thể đƣợc lý giải là hiệu su t quá trình khử nitrat trong các ể xử lý cao hơn quá trình h p phụ trong việc loại bỏ nitơ. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trƣớc đây của Guan, et al. [36] và Chen, et al. [23], khi cho rằng, năng lực của quá trình nitrat hóa cao trong ể CW và h p phụ cao trong MSL. Các nghiên cứu cho th y kết quả loại bỏ NH4-N cao trong
48
MSL nhƣ Guan, et al. [36] (82,4%), Latrach, et al. [33] (83%) và Attanandana, et al. [38] (61,2%). Tuy nhiên so với các nghiên cứu trên thì quá trình loại bỏ NH4-N tại các ể th p hơn nguyên nhân chủ yếu do: quá trình xử lý NH4-N sẽ xảy ra quá trình nitrat hóa chuyển NH4-N thành NO2-, NO3-,và ni tơ tự do. Trong trƣờng hợp này do các ể bố trí gồm có nhiều lớp vật liệu lọc khác nhau nên độ rỗng nhỏ do vậy khả năng c p ô xi th p nên quá trình xử lý NH4-N th p hơn. Đối với các nghiên cứu trên thì độ rỗng lớp lọc tốt hơn, đồng thời cung c p thêm ô xi nhân tạo trong quá trình xử lý nên hiệu quả xử lý cao hơn.
49
Nồng độ đầu ra trung ình và hiệu quả loại bỏ của PO4-P trong các ể xử lý đƣợc trình ày trong Bảng 3.5. Giá trị PO4-P đầu ra của bể CW cao hơn giới hạn xả thải (12,35 mg/L). Mặc dù nồng độ trung ình của PO4-P là th p hơn 10 mg/L trong ể MSL và Hy rid, nhƣng có một vài giá trị PO4-P đầu ra vƣợt giới hạn xả thải (Hình 3.4). Hiệu quả loại bỏ PO4-P cao trong hệ thống MSL (44,7%) và Hy rid (54%) đƣợc cho rằng liên quan đến năng lực h p phụ của lớp vật liệu lọc trong SMLs của MSL, trong đó phốt pho đƣợc h p phụ bởi các hydroxit Al và Fe trong lớp đ t hỗn hợp [23]. Ngƣợc lại, cơ chế loại bỏ PO4-P trong CW (trung ình 23,9%) ị giới hạn bởi lớp vật liệu lọc nền trong bể xử lý không có chức năng kêt dính, h p phụ phốt pho [39, 40].
Kết quả loại bỏ PO4-P trong nghiên cứu này là phù hợp với kết quả nghiên cứu của O’Hogain [41] (CW đạt 39%) và th p hơn của Latrach, et al. [33] (84%) and Masunaga, et al. [42] (MSL 56 – 85%). Ngoài ra, kết quả ở Bảng 3.5 cho th y rằng, có sự khác iệt đáng kể trong hiệu quả loại bỏ PO4-P giữa các ể xử lý (P < 0,005, F = 70,1). Đối với việc loại bỏ PO4-P th p hơn các nghiên cứu trên nguyên nhân do các lớp vật liệu lọc của mô hình có thành phần hydroxit Al và Fe ít hơn, nên khả năng h p phụ PO4-P th p hơn so với các nghiên cứu trên.
Bảng 3.5 Nồng độ PO4-P đầu ra, tỉ lệ loại bỏ và chỉ số thống kê
Bể xử lý Đầu ra Tỉ lệ loại bỏ (g.m-2.d-1) P MSL 8,92 ± 1,63 0,39 ± 0,16 MSL-CW < 0,0005 Hybrid 7,26 ± 1,99 0,47 ± 0,19 MSL-Hybrid < 0,005 CW 12,35 ± 2,01 0,22 ± 0,15 CW-Hybrid < 0,0005
50
51
3.3 Tính toán kinh phí xử lý nƣớc thải bằng công nghệ chi phí thấp (tính cho 1m3 nƣớc thải)
Bảng 4.6 Chi phí xử lý cho 1 m3 nƣớc thải
TT Thiết bị, vật liệu Đơn vị tính Số lƣợng Thành tiền (đồng) Ghi chú 1 Bể xử lý Cái 1 4.500.00 2 Đá M3 0,5 550.000 3 Đ t nung kg 1000 220.000 4 Bột Zeolit kg 50 1.000.000 5 Vật liệu khác ( ao ì, tr u, rơm …) Dùng vật liệu có sẵn tại các hộ gia đình 6 Bơm nƣớc thải (1 ngựa) cái 1 1.000.000
7 Chi phí điện năng KW 5 10.000
Tổng cộng 7.280.000
Nhìn chung với công nghệ này để xử lý cho 1m3
khối nƣớc thải là khá th p khoảng hơn 7.000.000 đồng. Đây là công nghệ phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ dân tại làng nghề Cẩm Thạch. Đây là chi phí khá th p so với xử lý nƣớc thải sản xu t ún ằng công nghệ truyền thống (xử lý sinh học) ƣớc tính để đầu tƣ xây dựng hệ thống xử lý 1m3 nƣớc thải sản xu t ún khoảng 40 triệu đồng (chƣa tính chi phí vận hành). Vì vậy công nghệ xử lý nƣớc thải sản xu t ún sau iogas có chi phí khá th p, cần tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để đƣa vào áp dụng thực tiễn.
52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Qua kết quả thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải sản xu t ún sau iogas ằng công nghệ chi phí th p” cho phép rút ra một số kết luận sau:
- Qua các mô hình thí nghiệm, hệ thống đƣợc vận hành trong 3 tháng và cứ 3 ngày l y mẫu một lần, t t cả các giá trị đầu ra trung ình của Tcol, PO4-P đều th p hơn QCVN 14:2008/BTNMT. Trong khi đó, TSS và NH4-N đầu ra trung ình đạt quy chuẩn xả thải, tuy nhiên trong khi vận hành có một số thời điểm thì hai giá trị này vƣợt quy chuẩn cho phép.
- Giá trị nƣớc thải đầu – nƣớc thải sản xu t ún sau iogas có nồng độ các ch t ô nhiễm vƣợt giới hạn xả thải nhiều lần, đặc iệt là ch t dinh dƣỡng (NH4-N 72,1 ± 24,5 mg/L, PO4-P 16,7 ± 8,6 mg/L) và CODCr (vƣợt quá 7 lần).
- Các ch t dinh dƣỡng trong nƣớc thải đƣợc loại ỏ NH4-N khá hiệu quả ở cả 03 ể xử lý, đạt giá trị từ 49,3 tới 60,6%. Tuy nhiên khả năng loại ỏ PO4-P chƣa cao tại hai ể CW và MSL, chỉ có ể Hy rid loại ỏ khá hiệu quả 54%. Nồng độ NH4-N đầu ra ở các ể xử lý vƣợt quy chuẩn xả thải (10 mg/L).
- Bể Hy rid đạt đƣợc hiệu quả loại bỏ cao đối với CODCr (73,2%) và PO4-P (54%), trong khi đó hiệu quả loại bỏ NH4-N cao nh t trong bể CW và TSS trong ể MSL.
2. Kiến nghị
- Để đề tài đƣợc ứng dụng vào thực tiễn và áp dung cho xử lý nƣớc thải làng nghề sản xu t ún Cẩm Thạch thì cần thiết có các nghiên cứu ở quy mô lớn hơn, chi tiết hơn và ổ sung nghiên cứu thêm khả năng loại bỏ coliforms trong nƣớc thải và cơ chế loại bỏ COD. Đồng thời cần nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý của công nghệ này với các công nghệ xử lý nƣớc thải sản xu t ún đã đƣợc áp dụng cả về mặt môi
53
trƣờng và kinh tế và khả năng ứng dụng thực tế của các kiểu công nghệ này vào thực tiễn..
- Các loại vật liệu lọc trong hệ thống này có ảnh hƣởng lớn đến hiệu quả loại bỏ ch t ô nhiễm, do đó việc tìm kiếm thử nghiệm các vật liệu mới sẽ mở ra khả năng nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống.
54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] J. Vymazal. "Constructed Wetlands for Wastewater Treatment," Water. Vol. 2, pp. 530-549, 2010
[2] H. Brix. "Use of constructed wetlands in water pollution control: historical development, present status, and future perspectives," Water Science and Technology. Vol. 30, pp. 209–223, 1994.
[3] C. J. An et al. "Multi-Soil-Layering Systems for Wastewater Treatment in Small and Remote Communities," Journal of Environmental Informatics. Vol. 27, pp. 131-144, 2016.
[4] C.-C. Ho and P.-H. Wang. "Efficiency of a Multi-Soil-Layering System on Wastewater Treatment Using Environment-Friendly Filter Materials," International Journal of Environmental Research and Public Health. Vol. 12, pp. 3362-3380, 2015.
[5] J. Vymazal. "The use of hybrid constructed wetlands for wastewater treatment with special attention to nitrogen removal: a review of a recent development," Water Res.
Vol. 47, pp. 4795–4811, 2013.
[6] S.-q. Wu et al. "A review on the sustainability of constructed wetlands for wastewater treatment: Design and operation," Bioresource Technology. Vol. 175, pp. 594-601, 2015.
[7] J. Vymazal. "The use of hybrid constructed wetlands for wastewater treatment with special attention to nitrogen removal: a review of a recent development," Wat. Res.
Vol. 47, pp. 4795–4811, 2013.
[8] Usepa. Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters. USA: United States Environmental Protection Agency, 2000.
55 pp. 39-46, 1996.
[10] M. v. Sperling. "Comparison Among the most Frequently Used Systems for Wastewater Treatment in Developing Countries," Water Science and Technology.
Vol. 33, pp. 57-92, 1996.
[11] H. Brix. "Functions of macrophytes in constructed wetlands," Water Science and Technology. Vol. 29, pp. 71-78, 1994.
[12] R. H. Kadlec and S. D. Wallace. Treatment wetlands. Florida, USA: CRC Press, 2009.
[13] J. Vymazal. "Horizontal sub-surface flow and hy rid constructed wetlands systems for wastewater treatment," Ecol Eng. Vol. 25, pp. 478–490, 2005.
[14] E. B. Davis. Frontiers in Environmental Research. USA: Nova Science Pub Inc, 2006.
[15] A. O. Babatunde et al. "Constructed wetlands for environmental pollution control: a review of developments, research and practice in Ireland," Environ. Int. Vol. 34, pp. 116-126, 2008.
[16] H. Obarska-Pempkowiak and M. Gajewska. "Operation of Multistage Constructed Wetlands Systems in Temporary Climate," in International symposium on water management and hydraulic engineering, Austria, 2005.
[17] J. Vymazal. "Constructed wetlands for wastewater treatment: A review," in The 12th World lake Conferrence, India, 2007.
[18] D. Liu et al. "Constructed wetlands in China: recent developments and future challenges," Frontiers in Ecology and the Environment. Vol. 7, pp. 261–268, 2009. [19] N. F. Tam and Y. Wong. "Constructed Wetland with Mixed Mangrove and Non-
mangrove Plants for Municipal Sewage Treatment," in 4th International Conference on Future Environment and Energy, Singapore, 2014.
56
[20] U. Lipkow and E. von Münch. Case study of SuSanA projects Constructed wetland for a peri-urban housing area, Bayawan City, Philippines. Germany: Sustainable Sanitation Alliance, 2010.
[21] Nguyễn Thị Loan. "Nghiên cứu sử dụng các hệ thống đ t ngập nƣớc nhân tạo để xử lý nƣớc thải tại làng gi y Phong Khê," Tạp chí Bảo vệ môi trường - Cục Bảo vệ môi trường. Tập 1, trang. 32-34, 2005.
[22] Ngô Thụy Diễm Trang và H. Brix. "Hiệu su t xử lý nƣớc thải sinh hoạt của hệ thống đ t ngập nƣớc kiến tạo nền cát vận hành với mức tải nạp thủy lực cao," Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ. Tập 21b, trang. 161-171, 2012.
[23] X. Chen et al. "An introduction of a multi-soil-layering system: a novel green technology for wastewater treatment in rural areas," Water and Environment Journal. Vol. 23, pp. 255-262, 2009.
[24] T. Wakatsuki et al. "High Performance and N & P-Removable On-Site Domestic Waste Water Treatment System by Multi-Soil-Layering Method," Water Science and Technology. Vol. 27, pp. 31-40, 1993.
[25] S. Jijai and C. Siripatana. "Kinetic Model of Biogas Production from Co-digestion of Thai Rice Noodle Wastewater (Khanomjeen) with Chicken Manure," Energy Procedia. Vol. 138, pp. 386-392, 2017.
[26] S. Siripattanakul-Ratpukdi. "Ethanol production potential from fermented rice noodle wastewater treatment using entrapped yeast cell sequencing batch reactor,"