Nhìn vào hình ta thấy nồng độ tối ƣu của phèn nhôm và PAC trong việc xử lý COD lần lƣợt là 235mg/L và 256mg/L.
3.5. Xử lý nƣớc sông Kim Ngƣu bằng phƣơng pháp vi sinh hiếu khí
Nƣớc sau khi đã đƣợc xử lý bằng keo tụ hóa học với chất keo tụ là phèn nhơm và PAC với nồng độ tối ƣu là 256mg/L; ta thấy, nồng độ COD và nồng độ amoni vẫn cao hơn so với tiêu chuẩn Việt Nam về nƣớc thải loại B. Vì vậy, nƣớc thu đƣợc tiếp tục
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 0 100 200 300 400 500 COD (% ) thể tích nƣớc tr ong (% ) nồng độ (mg/L)
Nồng độ tối ƣu của PAC trong việc loại bỏ COD
đƣợc xử lý thứ cấp bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí để loại bỏ COD và amoni ra khỏi nƣớc thải.
3.5.1. Hiệu suất loại bỏ COD bằng phƣơng pháp vi sinh hiếu khí
Hình 3.11. Hiệu suất xử lý COD bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí
Từ hình trên ta thấy, dùng phƣơng pháp sinh học hiếu khí để loại bỏ COD ra khỏi nƣớc đạt hiệu quả cao. Sau 480 phút nồng độ COD đã đạt tiêu chuẩn Việt Nam về nƣớc thải loại B. 0 50 100 150 200 250 0 100 200 300 400 500 600 nồ ng độ CO D (m g/L ) thời gian (phút)
3.5.2. Hiệu suất loại bỏ amoni bằng phƣơng pháp vi sinh hiếu khí
Hình 3.12. Hiệu xuất xử lý Amoni bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí
Từ hình trên ta thấy, dùng phƣơng pháp sinh học hiếu khí để loại bỏ amoni ra khỏi nƣớc đạt hiệu quả cao. Sau 480 phút nồng độ amoni đã đạt tiêu chuẩn Việt Nam về nƣớc thải loại B.
3.6. Thảo luận
- Luận văn nghiên cứu việc xử lý một số chất ô nhiễm trong nƣớc sông Kim Ngƣu bằng phƣơng pháp keo tụ hóa học với các chất keo tụ là phèn nhôm và PAC, nồng độ
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 100 200 300 400 500 600 nồ ng độ a m oni (m g/L ) thời gian (phút)
các chất keo tụ là nhƣ nhau và tăng dần: 64; 128; 256;320 và 384mg/L. Sau khi xử lý bằng phƣơng pháp keo tụ hóa học thì các chỉ tiêu TSS, độ đục, nitrat, nitrit và photphat đã đạt quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2; còn các chỉ tiêu COD, amoni tuy đã giảm nhƣng chƣa đạt quy chuẩn kỹ thuật về
chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2. Đặc biệt là Colifrom, việc xử lý đạt hiệu xuất cao (phèn nhôm – 88,17%, PAC – 95,69% ) nhƣng vẫn vƣợt quá đạt quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2. Điều này đƣợc giải thích là do lƣợng Coliform trong nƣớc sông Kim Ngƣu rất cao.
- Từ các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, q trình keo tụ hóa học bằng phèn nhôm và PAC đã không xử lý đƣợc amoni trong nƣớc sông Kim Ngƣu. Nhƣ đã đề cập trƣớc đó, chất keo tụ có tác dụng trung hịa điện tích hạt keo, sau khi trung hịa điện tích các hạt keo có điều kiện tiếp cận gần nhau để tạo ra tập hợp lớn hơn. Khi sử dụng chất keo tụ là phèn nhơm và PAC thì các chất keo tụ mang điện tích dƣơng (Al3+), trong khi đó amoni (NH4+) cũng mang điện tích dƣơng; chúng cùng mang điện dƣơng nên chúng không hút nhau (tiếp cận gần nhau) để tạo thành tập hợp lớn hơn và bị lắng xuống. Do đó mà phƣơng pháp keo tụ hóa học khơng loại bỏ đƣợc amoni. Và việc tìm phƣơng pháp khác xử lý amoni trong nƣớc sông Kim Ngƣu để đạt quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2 là cần thiết.
- Khi xử lý nƣớc bằng phƣơng pháp keo tụ hóa học với chất keo tụ là phèn nhôm và PAC, kết quả chứng minh rằng PAC xử lý hiệu quả hơn so với phèn nhôm. Sở dĩ nhƣ vậy là do hàm lƣợng Al2O3 trong PAC (30 – 36%) cao hơn phèn nhôm (15%); do khơng phải trải qua bƣớc hình thành polymer (bƣớc rất chậm) nên tốc độ keo tụ lớn và bƣớc tạo kết tủa Al(OH)3 vơ định hình cũng rất thuận lợi, nhất là trong điều kiện nhiệt độ khơng cao; do trong cấu trúc phân tử polymer có chứa sẵn anion SO42-
, Cl- với mật độ khá lớn nên khi phân ky mạng polymer có mật độ điện tích dƣơng cao, khả năng hấp phụ (do mạch dài, tƣơng tác hóa học lớn) và trung hịa các hạt huyền phù mang điện tích âm rất tốt.
Bảng 3. 10. pH của nƣớc sau khi xử lý keo tụ bằng phèn nhôm và PAC
Nồng độ chất kết tủa (mg/L)
pH của mẫu nƣớc
Sau khi xử lý bằng phèn nhôm Sau khi xử lý bằng PAC
64 7,51 7,60
128 7,43 7,55
256 7,30 7,42
320 7,18 7,29
384 6,94 7,03
Từ kết quả trong bảng cho ta thấy pH của nƣớc thải sau khi xử lý bằng phèn nhôm thấp hơn so với xử lý bằng PAC, điều này tƣơng quan tốt với tốc độ và mức độ thủy phân của phèn và PAC. PAC là một sản phẩm có sự thủy phân trƣớc đó và nó thủy phân chậm hơn khi ta cho vào nƣớc. Ngƣợc lại, khi cho phèn nhơm vào nƣớc nó bị thủy phân nhanh chóng và khơng kiểm sốt đƣợc cho đến khi pH đạt đến một giá trị nhất định. Nhìn chung, pH của nƣớc sau khi xử lý có pH thấp hơn so với trƣớc khi xử lý (pH = 7,53), điều này là phù hợp vì khi phèn và PAC thủy phân làm tăng nồng độ H+ trong nƣớc nên pH giảm.
- Các kết quả nghiên cứu cho thấy, lƣợng bùn sinh ra khi keo tụ hóa học bằng phèn nhơm lớn hơn lƣợng bùn sinh ra khi keo tụ hóa học bằng PAC. Điều này đƣợc giải thích là do: ngồi việc trung hịa chất keo tụ tạo thành tập hợp lớn hơn và lắng xuống thì do phèn nhơm thủy phân nhanh hơn PAC nên sau khi keo tụ lƣợng Al(III) tồn dƣ lớn hơn và lắng xuống cùng với bùn làm cho lƣợng bùn nhiều hơn.
- Khi xử lý bằng keo tụ thì hàm lƣợng COD, amoni trong nƣớc cao hơn so với tiêu chuẩn Việt Nam QCVN08-2008/BTNMT, cột B2. Vì vậy luận văn đã nghiên cứu việc
loại bỏ COD và amoni bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí. Nƣớc thơ sau khi xử lý bằng phèn nhôm và PAC với nồng độ tối ƣu là 256mg/L thu đƣợc nƣớc trong suốt, tiếp tục xử lý bằng phƣơng pháp sinh học thấy hàm lƣợng COD và amoni giảm đáng
kể. Sau 480 phút xử lý, các chỉ số COD, amoni thấp hơn so với tiêu chuẩn Việt Nam QCVN08-2008/BTNMT, cột B2 đối với nƣớc mặt.
Vi sinh vật giống nhƣ tất cả các sinh vật sống khác, chúng cần thức ăn cho sự sinh trƣởng. Chúng sử dụng chất nền cacbon hyđrat nhƣ nguồn năng lƣợng để sinh trƣởng và phát triển tạo thành các tập hợp lớn các vi sinh vật nên đƣợc gọi là quá trình sinh khối. Các vi sinh vật có khả năng oxi hóa các hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm đơn giản, sinh khối đƣợc bổ sung và kết quả là sau khi xử lý sinh học hiếu khí hàm lƣợng COD giảm đáng kể.
Xử lý sinh học hiếu khí loại bỏ đƣợc lƣợng lớn amoni đƣợc giải thích rằng trong sinh khối sử dụng để xử lý nƣớc bằng phƣơng pháp hiếu khí có chứa vi khuẩn có khả năng oxi hóa amoni. Trong thí nghiệm này, ion amoni trong mẫu nƣớc đƣợc chuyển đổi (oxy hóa) thành nitrat và nitrit nhờ vi sinh vật Nitrosomonas và Nitrobacteria. Q trình oxi hóa của amoni thành nitrat và nitrit đƣợc thể hiện trong các phƣơng trình sau:
2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O 2NO2- + O2 → 2NO3-
3.7. Đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý nƣớc sơng Kim Ngƣu
Song chắn rắc
Máy thổi khí
Máy khuấy Phèn nhơm, PAC
Máy sục khí
Nguồn tiếp nhận
Hình 3.13. Sơ đồ quy trình cơng nghệ xử lý nƣớc sông Kim Ngƣu
Nƣớc thải từ các cống chảy ra sông đƣợc thu gom chảy vào bể xử lý, đầu tiên nƣớc thải đƣợc cho qua song chắn rác mục đích là để loại bỏ rác. Nƣớc thải sau khi đi qua song chắn rác đƣợc thu gom vào hố và bơm vào bể điều hòa, tại đây nƣớc thải
Nƣớc sông Kim Ngƣu
Bể điều hịa Bể keo tụ Bể tạo bơng Bể lắng 1 Bể hiếu khí Bể lắng 2 Bể chứa bùn Xử lý bùn
đƣợc điều tiết và hịa trộn cũng nhƣ cung cấp khí để xáo trộn ổn định về lƣu lƣợng cũng nhƣ nồng độ của các chất có trong nƣớc thải.
Sau khi qua bể điều hịa, nƣớc thải đƣợc bơm qua bể keo tụ, tại đây các hóa chất nhƣ phèn nhơm hoặc PAC đƣợc thêm vào với liều lƣợng nhất. Từ bể keo tụ, nƣớc thải chảy qua bể tạo bông, dƣới tác dụng của hệ thống cánh khuấy các chất bẩn trong nƣớc ở dạng lơ lửng đƣợc kết dính thành các bơng cặn có khả năng lắng trong bể lắng với tố độ nhanh nhất.
Nƣớc thải từ bể tạo bong trƣớc khi tự chảy qua bể lắng 1 nhằm tách các bông cặn hình thành ở bể tạo bông. Tại đây, dƣới tác dụng của trọng lực và sự chênh lệch tỉ trọng giữa nƣớc và bùn cặn, phần bùn rơi xuống đáy. Nƣớc thải sau khi loại bỏ TSS đƣợc dẫn sang bể trung gian nhằm ổn định lƣu lƣợng nƣớc trƣớc khi bơm vào bể hiếu khí.
Nƣớc sau q trình xử lý hóa lý và lắng tách cặn đảm bảo loại bỏ phần lớn COD, nitrat, nitrit, photphat và coliform đƣợc đƣa sang bể hiếu khí (bể Aeroten) nƣớc thải đƣợc hịa trộn đều với khơng khí từ các máy thổi khí thơng qua hệ thống phân phối khí dƣới bể sẽ giúp vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) phân hủy các chất hữu cơ, amoni cịn lại trong nƣớc thải thành các chất vơ cơ đơn giản. Tại đây xử lý COD đạt hiệu xuất khoảng 80%, xử lý amoni đạt hiệu xuất khoảng 90%. Sau đó nƣớc đƣợc đƣa sang bể lắng 2.
Tại đây diễn ra quá trình phân tách giữa nƣớc và bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính lắng xuống đáy và đƣợc dẫn qua bể chứa bùn thông qua hệ thống thu bùn dƣới đáy, cịn nƣớc ở phía trên bề mặt sẽ đƣa quay trở lại sông Kim Ngƣu. Nƣớc thải sau khi xử lý nhƣ vậy đạt quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2.
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu khảo sát, luận văn đã thu đƣợc kết quả nhƣ sau:
- Đã lấy mẫu và phân tích đánh giá chất lƣợng nƣớc sơng Kim Ngƣu tại thời điểm 8-10h sang vào mùa khô đoạn cầu Mai Động. Và nhận thấy rằng: nƣớc sơng có pH và TSS đạt quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2; còn một số chỉ tiêu khác nhƣ COD, N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-, P-PO43- đều cao hơn nhiều so với quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2.
- Đã khảo sát khả năng loại bỏ các tác nhân ô nhiễm bằng phƣơng pháp keo tụ, sử dụng chất keo tụ là phèn nhôm và PAC với nồng độ các chất keo tụ giống nhau và lần lƣợt là 64mg/L, 128mg/L, 256mg/L, 320mg/L và 384mg/L. Kết quả cho thấy: trong hầu hết các trƣờng hợp loại bỏ các chất ô nhiễm bằng PAC mang lại hiệu quả tốt hơn so với dùng phèn nhôm để loại bỏ. Nồng độ tối ƣu của phèn nhôm và PAC lần lƣợt là 235mg/L và 256mg/L. Phƣơng pháp keo tụ hóa học bằng phèn nhơm và PAC xử lý tốt các chỉ tiêu TSS, COD, độ đục, nitrat, nitrit và photphat trong nƣớc sông Kim Ngƣu; sau khi xử lý các thông số TSS, độ đục, nitrat, nitrit và photphat đều đạt quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08- 2008BTNMT, cột B2. Riêng có COD và amoni chƣa đạt quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2.
- Đã tiến hành xử lý các tác nhân ô nhiễm chủ yếu trong nƣớc sông Kim Ngƣu là các hợp chất hữu cơ, các hợp chất của nitơ bằng phƣơng pháp vi sinh hiếu khí. Kết quả cho thấy: sau khoảng tám giờ xử lý, chỉ tiêu COD, amoni giảm đáng kể và đạt quy chuẩn kỹ thuật về chất lƣợng nƣớc mặt theo QCVN08-2008BTNMT, cột B2.
- Dựa trên các kết quả khảo sát, chúng tơi đề xuất mơ hình xử lý nƣớc sơng Kim Ngƣu: xử lý sơ cấp bằng phƣơng pháp keo tụ hóa học với chất keo tụ
là phèn nhơm hoặc PAC; sau đó xử lý thứ cấp bằng phƣơng pháp vi sinh hiếu khí.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Đình Bảng (2004), Bài giảng chuyên đề “Các phương pháp xử lý nước, nước thải”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.
2. Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng (2005), Báo cáo hiện trạng môi trường Quốc gia năm 2005, Nhà xuất bản Hà Nội.
3. Đặng Kim Chi (1998), Hóa học mơi trường, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội. 4. Trần Đức Hạ (2007), Xử lý nước thải đô thị, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật
Hà Nội.
5. Lƣơng Đức Phẩm (2011), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học,
NXB Giáo dục Việt Nam.
6. Nguyễn Văn Phƣớc (2008), Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp
bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.
7. Nguyễn Thị Thu Thủy (2012), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
8. Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội, Sở Tài nguyên Môi trƣờng và nhà đất (2003),
Báo cáo hiện trạng môi trường Thành phố Hà Nội 2003, Nhà xuất bản Hà Nội.
9. Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội, Sở Tài nguyên Môi trƣờng và nhà đất (2005),
Báo cáo hiện trạng môi trường Thành phố Hà Nội 2005, Nhà xuất bản Hà Nội.
Tiếng Anh
10. Aguilar, M, J. Saez, et al. (2002), “Nutrient removal and sludge production in the coagulation–flocculation process”, Water Research 36(11), pp. 2910-2919. 11. American Public Health Associations, AWWA (2012) Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater, American Water Works Assn.
12. Cheng, W.P. (2002), “Comparison of hydrolysis/coagulation behavior of polymeric and monomeric iron coagulants in humic acid solution”,
13. Droste, R.L. (1997), Theory and practice of water and wastewater treatment,
Wiley New York etc.
14. Gebbie, P. (2001), Using Polyaluminium coagulants in water treatment, Proc.64th
AWIEO Conference.
15. Jeppsson, U. (1996), Modelling aspects of wastewater treatment processes, Lund
University.
16. Metcalf, L., H. P. Eddy, et al. (1972). Wastewater engineering: treatment, disposal, and reuse, McGraw-Hill.
17. STANLEY E. MANAHAN (1999). Environmental Chemistry, Lewis Publisher, Boca Raton, London, New York, Washington D.C.
18. Treatment, A. W (1995), Principles and Practices of Water Supply Operations,
Denver: AWWA.
19. Vallero, D (2003), Engineering the risks of hazardous wates, Butterworth –
Heinemann.
20. Vallero, D (2010), Environmental biotechnology: a biosystems approach,
Academic Press.
21. Westerhoff, G.P (1968), Coagulation in waste water treatment, Newark College of Engineering.
22. Yan, M, D. Wang, et al (2007), “Relative importance of hydrolyzed Al (III) species (Ala, Alb, and Alc) during coagulation with polyaluminum chloride: A case study with the typical micro-polluted source waters”, Joumal of Colloid and Interface Science 316(2), pp.482-489.
23. Yan, M, D. Wang, et al (2008), “Enhanced coagulation with polyaluminum chlorides: role of pH/alkalinity and speciation”, Chemosphere 71(9),pp. 1665- 1673.
24. Yang, Z., B. Gao, et al. (2010). “Coagulation performance and residual aluminum speciation of Al2(SO4)3 and polyaluminum chloride (PAC) in Yellow River water treatment”, Chemical Engineering Journal 165(1), pp.122-132.
PHỤ LỤC
1. QCVN 08 : 2008/BTNMT
QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ CHẤT LƢỢNG NƢỚC MẶT
STT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B
A1 A2 B1 B2
1 pH 6-8,5 6-8,5 5,5-9 5,5-9
2 Oxi hòa tan (DO) mg/L ≥ 6 ≥ 5 ≥ 4 ≥ 2
3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/L 20 30 50 100 4 COD mg/L 10 15 30 50 5 BOD5 200C mg/L 4 6 15 25 6 Amoni (NH4+) (tính theo N) mg/L 0,1 0,2 0,5 1 7 Clorua (Cl-) mg/L 250 400 600 - 8 Florua (F-) mg/L 1 1,5 1,5 2
9 Nitrit (NO2-) (tính theo N) mg/L 0,01 0,02 0,04 0,05 10 Nitrat (NO3-) (tính theo N) mg/L 2 5 10 15 11 Phosphat (PO43-) (tính theo P) mg/L 0,1 0,2 0,3 0,5
12 Xianua (CN-) mg/L 0,005 0,01 0,02 0,02 13 Asen (As) mg/L 0,01 0,02 0,05 0,1