Quan hệ Năng suất xử lí – Tải nitrat đầu vào

Hình 3 .11 Tổng hợp nồng độ sắt tổng trung bình – vị trí ởQ =0,5 m3/h

Hình 3.31 Quan hệ Năng suất xử lí – Tải nitrat đầu vào

Các kết quả trên Hình 3.30 và 3.31 đều cho thấy, so với đường lí thuyết (vạch chéo) là hiệu suất xử lý 100%, trong vùng tải lượng đầu vào được khảo sát thì hệ nitrat hóa ở tải lượng thấp có hiệu suất xử lí tiệm cận tới 100% (96-92%) nhưng khi tải lượng tăng có xu thế giảm dần xuống dưới 90%. Hiện tượng này hơi khác so với hệ khử nitrat: hiệu suất khử nitrat thường rất thấp, dưới 30%, sau đó tăng mạnh lên xấp xỉ 60%. Điều này được giải thích là do chế độ thực nghiệm: lúc đầu hệ hoạt động không bổ sung nguồn cácbon. Hiện tượng “tự xử lí” có nhiều ngun nhân: một là do một lượng nhỏ cacbon tự nhiên có trong nước, hai là do nguồn cácbon do chính sinh khối vi sinh tích tũy trên bể lọc keramzit, ba là do phản ứng annamox đã được ghi nhận trong dự án Pháp Vân [7].

Khác với hệ pilot Pháp Vân, ở đây khơng có đơn vị xử lí N thứ ba là modul sục khí bổ sung. Các kết quả từ [7] cho thấy, ở đây N-amơni sẽ tiếp tục được ơxi hóa, COD đồng thời sẽ giảm tới giá trị COD sau lọc sắt, như vậy có thể coi đây là đơn vị xử lí mang tính bảo hiểm, tránh hiện tượng dư thừa COD và mùi vị do hệ thiếu khí – hử nitrat có thể tạo ra.

Kết luận về các modul xử lí N-amơni

Từ các kết quả thu được, chúng tơi thu được ác kết luân sau:

1. Thời gian khởi động cần thiết là 45 ngày đảm bảo cho q trình nitrat hóa thực hiện và hệ xử lý đi vào hoạt động ổn định.

2. Thời gian khởi động cần thiết cho bể khử nitrat đến khi ổn định là 60 ngày. Có thể rút ngắn q trình này nếu bổ sung cacbon sớm hơn.

3. Về chế độ sục khí, rủa ngược: Kể từ khi dừng sục khí rồi cho nước từ bể nitrat hóa vào cần phải mất 2h30 phút thì bể khử nitrat mới trở lại trạng thái thiếu khí.

Sau khi ngừng cấp nguồn cacbon (etanol) thì khả năng khử nitrat và xử lý N giảm ngay sau đó 1 tiếng. Thời gian phục hồi sau khi cấp trở lại chất dinh dưỡng mất khoảng 3 -6 giờ. Thí nghiệm cho chúng ta quan sát được hiện tượng khi đầu vào bị ngừng hoặc giảm nguồn cacbon cho quá trình khử nitrat.

4. Q trình sục khí khoảng 10 phút và rửa bằng 1,5 m3 nước thì hệ khử nitrat hóa cần khoảng 9 h để phục hồi hoạt tính, xấp xỉ thời gian để phục hồi.

5. Thơng số thiết kế - tính thể tích bể nitrat hóa khi sử dụng 20%V vật liệu PU = 527 (g N/ngày/m3 thể tích phản ứng).

6. Thơng số thiết kế - tính thể tích bể khử nitrat hóa khi sử dụng vật liệu keramzit = 146 (g N/ngày/m3 thể tích phản ứng). Kiểm tra lại theo năng suất tính theo m3 vật liệu keramzit = 198 (g N/ngày/m3 thể tích phản ứng)

Kết luận

Từ những kết quả của quá trình thực nghiệm khảo sát, xử lí nước ngầm tại trung tâm CETASD với thiết bị xử lí thử nghiệm ở quy mơ nhỏ khảo sát với nguồn nước ngầm có hàm lượng sắt tương đối cao ( trung bình 23mg/l). Đồng thời có sự bổ sung các chất gây ơ nhiễm: mangan, asen, amoni, bổ sung các chất oxi hóa tăng cường như javen, kalipemanganat, bước đầu chúng tôi đã thu được những kết quả sau:

1. Khảo sát các yếu tố của nguồn nước ngầm: DO, pH, độ kiềm, hàm lượng các chất trong nước ngầm tại khu vực nghiên cứu ( hàm lượng sắt cao 22- 24mg/l). Bước đầu cho thấy nguồn nước có hàm lượng sắt cao, DO thấp và tương đối ổn định, giá trị pH trong khoảng 6,5 -7 và biến đổi ít trong q trình xử lí. Với hàm lượng chất ơ nhiễm ở mức cao và ở pH thấp là một bài tốn khó cho q trình xử lí.

2. Q trình khảo sát ở các chế độ lưu lượng 0,5m3/h và 1m3/h cho thấy với hệ thống được thiết kế có khả năng tách loại được lượng sắt lớn. Hiệu quả xử lí tốt hơn hẳn khi có bổ sung chất oxi hóa. Ở lưu lượng 1m3/h khảo sát với chất oxi hóa là javen lượng clo hoạt động là 8 mg/l và với KMnO4 là 5mg/l đem lại hiệu quả xử lí tốt nhất xử lí đồng thời cả Fe, Mn và As.

3. Q trình xử lí asen ở nồng độ cao cùng với xử lí sắt ở nồng độ cao cho hiệu quả xử lí tốt.. Với nguồn nước có [Fe(II)] cao xử lí sắt đồng nghĩa với lọc As, tuy nhiên khi tỷ lệ Fe/As, ở đây là từ 100 trở xuống hiệu quả xử lí giảm.

4. Q trình loại bỏ mangan khó khăn hơn do các q trình oxi hóa sắt và asen ưu thế hơn, đồng thời có sự hấp phụ, dải hấp trên vật liệu lọc do đó có nhiều điểm bất thường trong số liệu nghiên cứu.

- Ơxi khơng khí ở pH gần 7 khơng ơxi hóa Mn(II)

- Với việc bổ sung chất oxi hóa KMnO4 5mg/l cho hiệu quả loại bỏ tốt.

5. Q trình xử lí amoni: Sau xử lý đều nằm dưới ngưỡng tiêu chuẩn cho phép. Đối với 2 chế độ cuối thí nghiệm ở chế độ 1 m3/h, nồng độ amoni vào 20 mgN/l có nồng độ amoni sau xử lý tiến gần đến tiêu chuẩn cho phép. Điều này chứng nỏ rằng năng

lực xử lý của hệ pilot đa năng có trang bị giai đoạn nitrat hóa - khử nitrat hóa có khả năng xử lý tối đa với nồng độ amoni đầu vào 20 mg/l.

6. Về hiệu quả xử lí của các thiết bị:

- Việc tính tốn thiết kế injector nhỏ gọn cung cấp đủ nhu cầu oxi cho q trình oxi hóa các chất. Cơ cấu làm thống ngồi tăng DO cịn phải tăng pH (TCXDVN) nếu 1 trong hai yếu tố không đạt phải sử dụng hóa chất.

- Bể phản ứng và bể lắng có nhiều cải tiến để dễ dàng xả cặn, làm tăng khả năng lắng bằng việc thêm các tấm lamen.

- Bể lọc cát có hiệu quả lọc tốt, dễ dàng rửa ngược.

Với thiết bị hợp khối đã được thiết kế có ưu điểm ít tốn diện tích đặt thiết bị, có thể thay đổi cho phù hợp với nguồn nước cần xử lí cũng như xử lí đa dạng các chất gây ơ nhiễm đặc biệt có ý nghĩa khi xử lí trong các khu vực đơng dân cư, thiếu diện tích để xây dựng các nhà máy xử lí nước theo kiểu truyền thống hoặc thiết kế các hệ thống xử lí lưu động, dễ dàng lắp ráp và vận hành.

Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng việt

1. Nguyễn Văn Cát “Thử nghiệm xử lí As quy mơ hộ gia đình tại Hà Nam”, Viện KH&CN VN, Văn phịng Chương trình QG về nước sạch và vệ sinh MT nông thôn, 2004-2005.

2. Đặng Kim Chi. Hóa học mơi trường tập I. Nxb Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 2001

3. Cao Thế Hà. Báo cáo nghiên cứu xử lý Mn trong nước ngầm bằng xúc tác đolomite. Hà nội, 2000.

4. Cao Thế Hà, Nguyễn Hồi Châu (2000), ”Cơng nghệ xử lí nước – nguyên lý và thực tiễn”, Nhà xuất bản Thanh niên.

5. Trần Tứ Hiếu, Lâm Ngọc Thiềm (1990), ” Phân tích định tính”, Nhà xuất bản Đại học và giáo dục chuyên nghiệp.

6. T.Đ. Khải. Nghiên cứu công nghệ khử (xử lý) Mn trong nước ngầm. Đề tài cấp Bộ XD, 1994.

7. Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà và cs. Báo cáo Dự án sản xuất thử nghiệm “Xử lí amơni trong nước ngầm quy mơ pilot tại nhà máy nước Pháp Vân

2003-2005”, Hà Nội 10/2005.

8. Nguyễn Thị Thu Thủy (2000), ”Xử lí nước cấp sinh hoạt và công nghiệp”, nhà xuất bản khoa học kĩ thuật.

9. Phạm Hùng Việt, Trần Hồng Côn, Nguyễn Thị Chuyền, Michael Berg, Walter Giger, Roland Shertenleib (2000), ” Bước đầu khảo sát nhằm đánh giá hàm lượng asen trong nước ngầm và nước cấp trong khu vực Hà Nội”, hội thảo quốc tế - ô nhiễm As.

Tài liệu tiếng anh

10. Berg Michel, Arsenic Contamination of Groundwater and Drinking Water in the

Red River Delta, Vietnam: Geochemical Investigations and Mitigation Measures, PhD Thesis Universitọt Karlsruhe, 2007.

11. Gujer W. and Jenkins D. (1974) The Contact Stabilization Process-Oxygen and

Nitrogen Mass Balance. Report No 74-2, Sanit. Eng. Res. Lab. Univ. Calif.,

Berkrley.

12. M. Berg, H. C. Tran; T. C. Nguyen; H. V. Pham; R. Schertenleib; W. Giger. (2001), “Arsenic contamination of groundwater and drinking water in Vietnam: A human health threat”, Environmental science and Technology, 35, pp. 2621 - 2626.

13. R.C. Barry, J.L. Schnoor, B. Sulzberger, L. Sigg and W. Stumm. Iron oxydation kinetic in an acidic alpine lake. Wat. Res. Vol.28, No.2, pp.323-333, 1994.

14. Randall et al. Nitrification Kinetics in Single-Sludge Biological Nutrient Removal Activated Sludge Systems. Water Sci. Technol. 1992, v.25, p.195.

15. S. Mettler. In-situ removal of iron from ground water: Fe(II) oxygenation, and

precipitation products in a calcareous aquifer (for the degree of doctor of

natural sciences). Zurich, 2000.

16. Stumm W. and Lee G.F., Oxygenation of ferous ion. Ind. Eng. Chem. 53, 143

(1961).

17. Stumm W. and Morgan J. J. Aquatic. Chemistry. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1996.

18. Thomas L, Theis. Complexation of iron(II) by organic matter and its effect on iron(III) oxygenation. Env. Sci. Tech. 8, 6, 1974.

19. Thomas L, Theis. Complexation of iron(II) by organic matter and its effect on iron(III) oxygenation. Env. Sci. Tech. 8, 6, 1974.

20. Y. Unholee, IK- Hwanum, and Jey Yong Yoon (2003) “Arsenic(III) Oxidation by Iron(VI) (Ferrate) and Subsequent Removal of Arsenic(V) by Iron(III) Coagulation”, Environ. Sci. Technol., 37, pp. 57505756.

21. Arsenic Mitigation Strategies, from “the Arsenic State Implementation Guidance” (EPA 816-K-02-018) at http://www.epa.gov/ogwdw/

ars/pdfs/regguide/ars_final_ ! mainguide_9-13.pdf).

22. Dinesh Mohan, Charles U. Pittman Jr., Arsenic removal from

water/wastewater using adsorbentsA critical review, J. of Hazardous

23. Arsenic Treatment Technology Evaluation Handbook for Small Systems, Office of Water (4606M), EPA 816-R-03-014, July 2003, www.epa.gov/safewater. 24. Frank P., Clifford D. (1986), “Arsenic(III) oxidation and removal from drinking

water”, U.S. Environmental Protection Agency, EPA-600-52-86/021, pp.286. 25. Kim M. J., Nriagu J. (1999), “Oxidation of arsenite in groundwater using ozone

and oxygen”, Sci. Total Environ., 247, pp. 7179.

26. Maree T. Emett and Ging H. Khoe (2001), “Photochemical oxidation of arsenic by oxygen and iron in acidic solutions”, Wat. Res., 35 (3), pp. 649656

27. Maurizio Pettine, Luigi Campanella and Frank J. Millero (1999), “Arsenite oxidation by H2O2 in aqueous solutions”, Geochimica et Cosmochimica Acta, 63 (18), pp. 27272735

28. Y. Unholee, IK- Hwanum, and Jey Yong Yoon (2003) “Arsenic(III) Oxidation by Iron(VI) (Ferrate) and Subsequent Removal of Arsenic(V) by Iron(III)

Coagulation”, Environ. Sci. Technol., 37, pp. 57505756.

29. Wolfgang Driehaus, Reiner Seith and Martin Jekel (1995), “Oxidation of arsenite with manganese oxides in water treatment”, Wat. Res., 29 (1), pp. 297305.

30. Monique Bissen, Mogane Marrie, Vieillard Baron, Andreas J. Schindelin, Fritz H. Frimmel (2001), “TiO2-catalyzed photooxidation of Arsenite to Arsenate in aqueous samples”, Chemosphere, 44, pp. 751717.

31. P.M. Jayaweera, P.I. Godakumbura and K.A.S. Pathiratne (2003),

“Photocatalytic oxidation of As(III) to As(V) in aqueous solutions: A low cost pre-oxidative treatment for total removal of arsenic from water”, Current

science, 84 (4), pp. 541543.

32. Jerome O. Nriagu (1994), Arsenic in the Environment, part I: Cycling and

characterization, John Wiley & Son.

33. Jennifer A. Wilkie, Janet G. Hering (1996), “Adsorption of arsenic onto hydrous ferric oxide: effects of adsorbate/adsorbent ratios and co-occurring solutes”,

Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 107, pp.

97110.

34. Paritam K. Dutta, Ajay K. Raya, Virender K. Sharma, Frank J. Millero (2004) “Adsorption of arsenate and arsenite on titanium dioxide suspensions”, Journal

of Colloid and Interface Science, 278, pp. 270275.

35. Xiaoguang Meng, George P. Korfiatis, Sunbaek Bang, Ki Woong Bang (2002), “Combined effects of anions on arsenic removal by iron hydroxides”, Toxicology

Letters, 133, pp. 103111.

36. Sabine Goldberg (2002), “Competitive Adsorption of Arsenate and Arsenite on Oxides and Clay Minerals”, Soil Sci. Soc. Am. J. , 66, pp. 413421.

37. Suvasis Dixit and Janet G . Hering (2003), “Comparison of Arsenic(V) and Arsenic(III) Sorption onto Iron Oxide Minerals: Implications for Arsenic Mobility”, Environ. Sci. Technol., 37, pp. 41824189.

38. Brian P. Jacksona and W.P. Miller (2000), “Effectiveness of Phosphate and Hydroxide for Desorption of Arsenic and Selenium Species from Iron Oxides”,

Soil Science Society of America Journal, 64, pp. 16161622.

39. Ilwon Ko, Ju-Yong Kim, Kyoung-Woong Kim (2004), “Arsenic speciation and sorption kinetics in the Ashematitehumic acid system”. Colloids and Surfaces

A: Physicochem. Eng. Aspects, 234, pp. 4350.

40. Xiaoguang Meng, Sunbaek Bang and George P. Korfiatis (2000), “Effects of silicate, sulfate and carbonate on arsenic removal by ferric chloride”, Wat. Res., 34 (4), pp. 12551261.

41. C.A. Waltham and M.J. Eick (2000), “Kinetics of Arsenic Adsorption on

Goethite in the Presence of Sorbed Silicic Acid”, Soil Science Society of America

Journal, 66, pp. 818825.

42. G. Ghurye and D. Clifford (2004) As(III) oxidation using chemical and solid – phase oxidants, J. AWWA, 96:1, pp.84-96.

Phụ lục

Các quy định về chất lƣợng nƣớc ngầm và nƣớc cấp hiện hành của Việt Nam (mg/L)

Chỉ tiêu Fe Mn N As Ghi chú

TCVN 5944:1995 1 – 5 0,1 – 0,5 Nitrat: 45 0,05 nước ngầm, 22 chỉ tiêu QCVN 09:2009/BTNMT 5 0,5 N-amôni: 0,1 N-nitrat: 15 N-nitrit: 1 0,05 nước ngầm, 26 chỉ tiêu TCVN 5502:2003 Fe: 0,5 0,5 N-amôni: 3 N-nitrat: 10 N-nitrit: 1

0,01 nước cấp sinh hoạt, 34 chỉ tiêu QĐ 1329:2002/BYT 0,5 0,5 N-amôni: 1,5 nitrat: 50 nitrit: 3 CNO3/CNO3,GHTĐ + CNO2/CNO2,GHTĐ < 1

0,01 nước ăn uống, chế biến

thực phẩm; trạm lớn (CS  500 người); 32 chỉ tiêu QĐ 09:2005/BYT 0,5 0,5 amôni: 3 nitrat: 50 nitrit: 3

0,05 nước sạch (ko ăn uống

trực tiếp), trạm nhỏ (500 người).... TCXDVN 33:2006 Phụ lục 6: số liệu trong ngoặc đơn là trạm lẻ NT 0,3 (0,5) 0,2 (0,5) amôni: 1,5 (1,5) nitrat: 50 (50) nitrit: 3 (3) 0,01 (0,0 1)

nước ăn uống, 29 chỉ tiêu QCVN 01:2009/BYT theo 04:2009/TT-BYT (thay QĐ 1329/2002) Fe: 0,3 0,3 amôni: 3 nitrat: 50 nitrit: 3

0,01 nước ăn uống, chế biến

thực phẩm, CS  1000 m3/ngày; 109 chỉ tiêu QCVN 02:2009/BYT Fe: 0,5 (0,5)* ? amôni: 3 (3)* nitrat: 50 nitrit: 3 0,01 (0,0 5)*

nước sinh hoạt, ko sử

dụng ăn uống và chế biến thực phẩm, CS < 1000 m3/ngày; 2 mức cho phép: (i) cho trạm cấp nước; (ii)* hộ gia đình, cơ sở tư nhân; 14 chỉ tiêu