CHƯƠNG I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
2. Kết quả xử lý nước thải tái sử dụng
2.3. Kết quả thí nghiệm xử lý nước tái sử dụng
Kết quả đo đạc, phân tích: Trong phạm vi đề tài nghiên cứu, các mẫu nước lấy từ hiện trường được đưa về xử lý qua mô hình và thu các mẫu đầu ra. Việc phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước được tiến hành trong phòng thí nghiệm. Kết quả của từng đợt lấy mẫu phân tích được trình bày như dưới đây:
2.3.1. Thay đổi pH của nước thải
Bảng 3. 5.Sự thay đổi độ pH của nước thải trước và sau khi xử lý
Thời gian Ký hiệu
pH vào
pH
ra Thời gian Ký hiệu
pH
vào pH ra QCVN 39 24/11/2017 L1 8.09 7,75 19/12/2017 L6 7.56 7,34 5,5 - 9 29/11/2017 L2 8.12 7,61 24/12/2017 L7 7.6 7,30 5,5 - 9 04/12/2017 L3 7.41 7,07 29/12/2017 L8 7.4 7,45 5,5 - 9 09/12/2017 L4 7.53 7,41 03/01/2018 L9 7.62 7,54 5,5 - 9 14/12/2017 L5 7.35 7,15 08/01/2018 L10 7.76 7,55 5,5 - 9
Hình 3. 1.Giá trị và hiệu suất xử lý pH của nước thải qua mô hình
Nước thải đầu vào có giá trị từ 7.7-8.2, sau khi xử lý thì pH có xu hướng giảm dần (7.2-7.5). Đối chiếu QCVN 39-2011và QCVN 08-2015 cho thấy chất lượng nước đảm bảo yêu cầu cho tưới. Lý do pH giảm là do vật liệu đá ong có pH từ 4-5 đã cân bằng
6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 8.4
pH vào pH ra QCVN
49
các ion H+ trong môi trường nước. Đồng thời Zeolie là khoáng sét có pH thấp cũng làm giảm pH trong nước.
2.3.2. Chất hữu cơ nền COD
Bảng 3.6.Sự thay đổi nồng độ COD của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Thời gian Kí
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Kí
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử
lý (%) QCVN 24/11/2017 L1 112 2,2 98,03 19/12/2017 L6 67 13,3 80,14 30 29/11/2017 L2 292 41,3 85,85 24/12/2017 L7 61 9,5 84,42 30 04/12/2017 L3 606 35,6 94,12 29/12/2017 L8 97 24,9 74,32 30 09/12/2017 L4 75 33,9 54,8 03/01/2018 L9 89 36,1 59,43 30 14/12/2017 L5 72 29,2 59 08/01/2018 L10 94 30,3 67,76 30
Hình 3.2.Giá trị và hiệu suất xử lý COD của nước thải qua mô hình
Kết quả cho thấy, COD giảm dần từ 600 mg/L (đầu vào) xuống còn khoảng 10 mg/L (đầu ra). Đối chiếu với QCVN 39-2011và QCVN 08-2015 cho thấy các kết quả sau xử lý đều thấp hơn tiêu chuẩn và đạt yêu cầu dùng cho tưới. Lí do COD giảm là vì:
Trong môi trường hiếm khí và yếm khí trong các lớp vật liệu, một phần chất hữu cơ có trong nước thải phản ứng trong điều kiện hiếm khí và thiếu khí bên trong các lớp vật liệu tạo thành CO2 và CH4 thoát ra ngoài môi trường bên ngoài.
0 20 40 60 80 100 120
0 100 200 300 400 500 600 700
Cvào Cra QCVN
Hiêu suất xử lý (%)
50 2.3.3. BOD5
Bảng 3.7.Sự thay đổi BOD của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Lần thứ Cvào Cra
Hiêu suất
xử lý (%) Thời gian Cvào Cra
Hiệu suất
xử lý (%) QCVN 24/11/2017 100,8 12,2 87,89 19/12/2017 56,3 13,3 76,37 15 29/11/2017 86,5 11,3 86,93 24/12/2017 40,8 9,5 76,71 15 04/12/2017 55,7 15,6 71,99 29/12/2017 66,1 14,9 77,45 15 09/12/2017 60,6 13,9 77.06 03/01/2018 56,3 16,1 71,40 15 14/12/2017 50,8 19,2 62.20 08/01/2018 22,8 10,3 54,82 15
Hình 3.3. Giá trị và hiệu suất xử lý BOD của nước thải qua mô hình
Từ đồ thị, nồng độ BOD giảm dần từ 100 mg/l xuống còn 9,5 mg/l.Đối chiếu với QCVN 39-2011/BTNMT và QCVN 08-2015-BTNMT cho thấy các kết quả sau xử lý đều thấp hơn tiêu chuẩn và đạt yêu cầu dùng cho tưới. Lý giải cho quá trình giảm BOD là do trong môi trường hiếm khí và yếm khí trong các lớp đá ong, một phần chất hữu cơ có trong nước thải xám phản ứng trong điều kiện hiếm khí và thiếu khí bên trong các lớp đá ong tạo thành CO2 và CH4 thoát ra ngoài môi trường
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 20 40 60 80 100 120
Cvào Cra QCVN
Hiêu suất xử lý (%)
51 2.3.4. Nồng độ PO43-
Bảng 3.8.Sự thay đổi nồng độ PO43-của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Thời gian Ký hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử
lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý
(%) 24/11/2017 L1 34.04 4,26 87,49 19/12/2017 L6 36.61 2,64 92,79 29/11/2017 L2 28.47 3,15 88,94 24/12/2017 L7 30.84 5,58 81,91 04/12/2017 L3 34.26 7,26 78,81 29/12/2017 L8 52.36 3,24 94,80 09/12/2017 L4 18.08 0,02 99,89 03/01/2018 L9
43.13 8,52 80,25 14/12/2017 L5 17.4 3,07 82,36 08/01/2018 L10 50.76 3,43 93,24
Hình 3.4.Giá trị và hiệu suất xử lý phốt phát của nước thải qua mô hình
QCVN 39-2011/BTNMT không qui định giới hạn đối với P trong nước. Do vậy, việc sử dụng kỹ thuật lọc này đạt yêu cầu cho tưới. Nồng độ P có trong nước sau khi lọc, có xu hướng giảm so với ban đầu nhưng nồng độ vẫn giữ lại ở múc 5,5-8,3 mg/L, đây là nguồn dinh dưỡng tốt cho canh tác nông nghiệp. Lý do là vì các vật liệu đá ong có chứa liên kết Si-Fe. Do vậy Fe sẽ hấp phụ P trên điện tích bề mặt của nó.
0 20 40 60 80 100
0 10 20 30 40 50 60
Hiệu suất xử lý (%)
Nồng độ PO4 3-(mg/L)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
52 2.3.5. Thay đổi độ đục trong nước
Bảng 3.9.Sự thay đổi độ đục của nước thải trước và sau khi xử lý (NTU)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%) 24/11/2017 L1 80 30 62,5 19/12/2017 L6 80 40 50,0 29/11/2017 L2 75 30 60,0 24/12/2017 L7 80 35 56,25 04/12/2017 L3 80 35 56,25 29/12/2017 L8 75 35 53,33 09/12/2017 L4 75 30 60,0 03/01/2018 L9 80 30 62,5 14/12/2017 L5 75 30 60,0 08/01/2018 L10 80 35 56,25
Hình 3.5.Giá trị và hiệu suất xử lý độ đục của nước thải qua mô hình
Độ đục trong nước thải do các chất lơ lửng gây ra, Kết quả phân tích cho thấy ngay sau khi qua lớp lọc vật liệu, giá trị của độ đục đều giảm xuống rất nhanh từ 80 NTU xuống 30 NTU. Độ đục giảm do cơ chế lọc cơ học vật lý của than hoạt tính: các chất lơ lửng trong nước khi đi qua lõi lọc bị giữ lại nhờ các lỗ nhỏ li ti trong cấu trúc than của than hoạt tính
0 20 40 60 80 100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Hiệu suất xử lý (%)
Độ đục (NTU)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
53 2.3.6. Tổng Nitơ (TN)
Bảng 3.10. Sự thay đổi nồng độ TN của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%) 24/11/2017 L1 17.79 13,1 26,36 19/12/2017 L6 17.47 7,52 56,95 29/11/2017 L2 17.76 1,07 93,98 24/12/2017 L7 15.61 8,16 47,73 04/12/2017 L3 14.61 8,46 42,09 29/12/2017 L8 16.5 9,58 41,94 09/12/2017 L4 18.76 7,56 59,70 03/01/2018 L9 15.99 10,36 35,21 14/12/2017 L5 13.7 6,89 49,71 08/01/2018 L10 15.81 10,78 31,81
Hình 3.6.Giá trị và hiệu suất xử lý TN của nước thải qua mô hình
Nồng độ tổng nitơ (TN) được giảm đi một lượng lớn ( từ 18.76 – 17.79 ) xuống còn ( 1.07 – 6.89 ) do amoni, nitrit, nitrat được loại bỏ nhờ quá trình nitrat hóa, khử nitrat hóa, hấp phụ sinh học và hấp phụ các ion trái dấu của đá ong và các vật liệu khác có trong mô hình thí nghiệm. Trong đó, amoni (NH4+) được loại bỏ phần lớn do quá trình nitrat hóa, khử nitrat hóa hoặc oxi hóa amoni trong điều kiện kỵ khí tạo thành N2
tự do thoát ra khí quyển (chiếm 80-85%) hoặc biến đổi thành NO3-, NO2-; chỉ khoảng 5-10% là được loại bỏ nhờ cơ chế hấp phụ bề mặt và cân bằng ion của hạt khoáng goethite và hemathite trong thành phần đá ong.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Hiệu suất xử lý (%)
Nồng độ TN (mg/L)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
54 2.3.7. Tổng carbon hữu cơ (TOC)
Bảng 3.11.Sự thay đổi nồng độ TOC của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%) 24/11/2017 L1 53.62 22,65 57,76 19/12/2017 L6 20.86 7,11 65,92 29/11/2017 L2 17.38 5,87 66,23 24/12/2017 L7 22.37 11,3 49,49 04/12/2017 L3 19.94 9,32 53,26 29/12/2017 L8 16.36 9,99 38,94 09/12/2017 L4 16.97 8,94 47,32 03/01/2018 L9 12.25 7,58 38,12 14/12/2017 L5 15.8 9,12 42,28 08/01/2018 L10 15.96 9,64 39,60
Hình 3.7.Giá trị và hiệu suất xử lý TOC của nước thải qua mô hình
Từ đồ thị ta thấy tổng các bon hữu cơ giảm từ (22,37 - 53,62 ppm) ở đầu vào xuống còn khoảng (5,87 – 7,11 ppm). Nguyên nhân làm giảm TOC có thể lý giải do sự trao đổi mạnh mẽ khí CO2 giữa thủy quyển và khí quyển thông qua các hoạt động của các thủy sinh vật và các phản ứng hóa học, sinh hóa trong nước làm giải phóng khí CO2.
0 10 20 30 40 50 60 70
0 10 20 30 40 50 60
Hiệu suất xử lý (%)
Nồng độ TOC (mg/L)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
55 2.3.8. Tổng chất rắn hòa tan (TDS)
Bảng 3.12.Sự thay đổi nồng độ TDS của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%)
QCVN
24/11/2017 L1 1053 837 20,51 19/12/2017 L6 418 347 16,99 200 29/11/2017 L2 527 418 20,68 24/12/2017 L7 410 394 3,90 200 04/12/2017 L3 506 406 19,76 29/12/2017 L8 397 378 4,79 200 09/12/2017 L4 537 438 18,44 03/01/2018 L9 372 312 16,13 200 14/12/2017 L5 357 313 12,32 08/01/2018 L10 410 346 15,61 200
Hình 3.8.Giá trị và hiệu suất xử lý TDS của nước thải qua mô hình
Từ đồ thị ta thấy Tổng chất rắn hòa tan TDS giảm từ (357 – 1053 mg/L ) ở đầu vào xuống còn khoảng (313 – 837 mg/L). Nguyên nhân làm giảm TDS có thể lý giải do cơ chế lọc hấp thụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp thụ bề mặt hoặc trao đổi ion của than hoạt tính và khi đó bề mặt phân tử than sẽ thu hút các chất hóa học, tạp chất hòa tan trong nước và giữ chúng nằm lại bên trong lõi lọc. Một nguyên nhân khác cũng có thể làm giảm nồng độ TDS là khả năng hấp phụ rất cao các chất ô nhiễm nhờ cấu trúc rỗng của vật liệu Zeolite.
0 20 40 60 80 100
0 200 400 600 800 1000 1200
Hiệu suất xử lý (%)
Nồng độ TDS (mg/L)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
56 2.3.9. Độ dẫn (EC)
Bảng 3.13.Sự thay đổi độ dẫn của nước thải trước và sau khi xử lý (ms/cm)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%) 24/11/2017 L1 0.79 0,69 12,66 19/12/2017 L6 0.84 0,64 23,81 29/11/2017 L2 0.81 0,74 8,64 24/12/2017 L7 0.78 0,72 7,69 04/12/2017 L3 0.97 0,88 9,28 29/12/2017 L8 0.78 0,68 12,82 09/12/2017 L4 0.81 0,70 13,58 03/01/2018 L9 0.78 0,65 16,67 14/12/2017 L5 0.78 0,71 8,97 08/01/2018 L10 0.84 0,67 20,24
Hình 3.9.Giá trị và hiệu suất xử lý EC của nước thải qua mô hình
Từ đồ thị ta thấy độ dẫn trong nước giảm từ (0.78 – 0.97 mS/cm ) ở đầu vào xuống còn khoảng (0.64 – 0.72 mS/cm), độ dẫn điện nước phụ thuộc vào nồng độ của các ion mà những ion tự do lại dẫn điện trong nước.Các hoá chất khác hòa tan trong nước có thể vỡ ra thành các ion dương và âm, vì vậy nguyên nhân làm độ dẫn giảm được lý giải là do tổng chất rắn hòa tan bị giảm.
0 20 40 60 80 100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Hiệu suất xử lý (%)
Độ dẫn (ms/cm)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
57 2.3.10. Độ mặn
Bảng 3.14.Sự thay đổi độ mặn của nước thải trước và sau khi xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%) 24/11/2017 L1 0,48 0,43 10,42 19/12/2017 L6 0,43 0,34 20,93 29/11/2017 L2 0,52 0,36 30,77 24/12/2017 L7 0,41 0,39 4,88 04/12/2017 L3 0,51 0,42 17,65 29/12/2017 L8 0,39 0,35 10,26 09/12/2017 L4 0,49 0,38 22,45 03/01/2018 L9 0,38 0,23 39,47 14/12/2017 L5 0,37 0,32 13,51 08/01/2018 L10 0,43 0,38 11,63
Hình 3.10.Giá trị và hiệu suất xử lý độ mặn của nước thải qua mô hình
Từ đồ thị ta thấy độ mặn giảm từ (0.37 – 0.51 %) ở đầu vào xuống còn khoảng (0.23 – 0.32% ), nguyên nhân làm độ mặn giảm được lý giải là do tổng chất rắn hòa tan bị giảm do hấp phụ trên bề mặt khoáng sét.
0 20 40 60 80 100
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
Hiệu suất xử lý (%)
Độ mặn (%)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
58 2.3.11. Thay đổi nồng độ Amoni (NH4+)
Bảng 3.15.Sự thay đổi nồng độ NH4+của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%) 24/11/2017 L1 16.82 13,1 22,12 19/12/2017 L6 17.11 7,34 57,10 29/11/2017 L2 16.79 1,04 93,81 24/12/2017 L7 15.06 5,49 63,55 04/12/2017 L3 13.96 7,01 49,79 29/12/2017 L8 14.79 9,03 59,23 09/12/2017 L4 18.01 6,45 64,19 03/01/2018 L9 15.42 9,75 36,77 14/12/2017 L5 13.14 6,15 53,20 08/01/2018 L10 15.32 9,62 37,21
Hình 3.11.Giá trị và hiệu suất xử lý NH4+ của nước thải qua mô hình
Nước thải đầu vào có giá trị từ 13.14 - 18.0 (mg/L), sau khi xử lý thì NH4+ có xu hướng giảm dần (6.15 – 6.45 (mg/L)). Lý do NH4+ giảm là do tổng nitơ giảm và amoni (NH4+) được loại bỏ phần lớn do quá trình nitrat hóa, khử nitrat hóa hoặc oxi hóa amoni trong điều kiện kỵ khí tạo thành N2 tự do thoát ra khí quyển (chiếm 80- 85%) hoặc biến đổi thành NO3-, NO2- chỉ khoảng 5-10% là được loại bỏ nhờ cơ chế hấp phụ bề mặt và cân bằng ion của hạt khoáng goethite và hemathite trong thành phần đá ong
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Hiệu suất xử lý (%)
Nồng độ NH4+ (mg/L)
Thời gian
NT vào NT ra
59 2.3.12. Kim loại nặng
Đề tài đã thực hiện thí nghiệm với 2 kim loại nặng điển hình là As và Cd. Mặc dù hàm lượng các kim loại nặng này tồn tại rất thấp trong nước thải sinh hoạt nhưng do nước thải trên hệ thống kênh thoát có thể bị ảnh hưởng do các phương tiện giao thônghoặc nguồn nước cấp. Đồng thời các ion này thường gây tác động rất lớn đến chất lượng nông sản.
Kết quả thí nghiệm cho thấy Cd và As đã không còn trong nước sau xử lý. Hiệu quả xử lý rất cao do tác dụng hấp phụ của đất kết vón. Cụ thể là, về phương diện hoá tinh thể các khoáng vật sét thuộc lớp silicat, được tạo nên từ các đơn vị cấu trúc cơ bản gồm các khối tứ diện tạo nên từ Si và O và các khối bát diện từ OH và các cation kim loại Al3+, Fe3+… có hai loại cấu trúc chính: 1:1 tức là 1 lớp tứ diện và 1 lớp bát diện và 2:1 tức gồm 2 lớp tứ diện và 1 lớp bát diện kẹp giữa. Do vậy liên kết Al3+, Fe3 với nhóm OH đã tạo phức với As, Cd.
Bảng 3.16.Sự thay đổi nồng độ As của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%)
QCVN
24/11/2017 L1 0.07 0 100 19/12/2017 L6 0,05 0 100 0.05 29/11/2017 L2 0,09 0 100 24/12/2017 L7 0,04 0 100 0.05 04/12/2017 L3 0,05 0 100 29/12/2017 L8 0,06 0 100 0.05 09/12/2017 L4 0,05 0 100 03/01/2018 L9 0,05 0 100 0.05 14/12/2017 L5 0,04 0 100 08/01/2018 L10 0,04 0 100 0.05
Hình 3.12.Sự thay đổi nồng độ As của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
0 20 40 60 80 100
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Hiệu suất xử lý (%)
Nồng độ As(mg/l)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
60
Bảng 3.17.Sự thay đổi nồng độ Cd của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%)
QCVN (mg/L)
24/11/2017 L1 0.03 0 100 19/12/2017 L6 0,05 0 100 0,01 29/11/2017 L2 0,05 0 100 24/12/2017 L7 0,04 0 100 0,01 04/12/2017 L3 0,04 0 100 29/12/2017 L8 0,03 0 100 0,01 09/12/2017 L4 0,05 0 100 03/01/2018 L9 0,05 0 100 0,01 14/12/2017 L5 0,04 0 100 08/01/2018 L10 0,04 0 100 0,01
Hình 3.13.Sự thay đổi nồng độ Cd của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 2.3.13.Tổng vi sinh:
Kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng vi sinh trong nước đã thay đổi đáng kể đạt tiêu chuẩn chất lượng nước tưới.
0 20 40 60 80 100
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Hiệu suất xử lý (%)
Nồng độ Cd (mg/l)
Thời gian
NT vào NT ra Hiệu suất xử lý
61
Bảng 3.18.Sự thay đổi Fe.coli của nước thải trước và sau khi xử lý (MPN/100mL)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiêu suất xử lý (%)
Thời gian Ký
hiệu Cvào Cra
Hiệu suất xử lý (%)
QCVN
MPN/100ml
24/11/2017 L1 3500 200 94,29 19/12/2017 L6 5000 190 96,2 200 29/11/2017 L2 4000 180 95,5 24/12/2017 L7 4500 200 95,56 200 04/12/2017 L3 4300 190 95,58 29/12/2017 L8 6000 190 96,83 200 09/12/2017 L4 4500 210 95,33 03/01/2018 L9 5000 180 96,4 200 14/12/2017 L5 6000 180 97,0 08/01/2018 L10 4500 180 96,0 200