(TIỂU LUẬN) đề tài ứng dụng công nghệ màng tái sử dụng nước thải

Bài tiểu luận cuối kỳTên đề tài: Ứng dụng công nghệ màng tái sử dụng nước thải DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT... Bài tiểu luận cuối kỳTên đề tài: Ứng dụng công nghệ màng tái sử dụng nước thải

Trang 1

BÌA MỀM

NTH: Nhóm 02 - Nguyễn Việt Nga; Nguyễn Thị Thu Thảo GVHD: PGS.TS Tôn Thất Lãng

Trang 2

Bài tiểu luận cuối kỳ

Tên đề tài: Ứng dụng công nghệ màng tái sử dụng nước thải

NHIỆM VỤ

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NTH: Nhóm 02 - Nguyễn Việt Nga; Nguyễn Thị Thu Thảo

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Lãng

Trang 4

LỜI NÓI ĐẦU

Trang 5

MỤC LỤC

Trang 6

DANH SÁCH HÌNH

Trang 7

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Trang 8

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Trang 9

PHẦN MỞ ĐẦU

- Mục tiêu Tiểu luận

- Nội dung Tiểu luận

- Phương pháp thực hiện

- Đối tượng và giới hạn

Trang 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Hiện trạng phát sinh nước thải và xử lý nước thải

Lượng nước thải sinh hoạt phát sinh phụ thuộc vào dân số và thói quen sử dụng

Mặc dù khó có thể xác định con số chính xác của lượng nước thải sinh hoạt phát

sinh, nhưng có thể ước tính được lượng nước thải theo mật độ dân số, diện tích và

hệ số phát sinh nước thải Lượng nước thải bình quân đầu người được thể hiện qua

Bảng 1 Với năm 2015 lượng nước thải được ước tính trong các dự án xây dựng tạicác địa phương, năm 2025 và năm 2050 được ước tính theo mục tiêu cấp nước đô

thị theo Quyết định số 1929/QD-TTg ban hành ngày 20/11/2009, lượng nước thải

bình quân đầu người nước thải sinh hoạt chiếm 70% lượng nước cấp Từ Bảng 1 cóthể thấy được nếu không có các biện pháp giúp sử dụng nước hiệu quả hơn thì

lượng nước thải sinh hoạt phát sinh sẽ rất lớn

Bảng 1.1 Ước tính lượng nước thải sinh hoạt phát sinh tại khu đô thị của một số

tỉnh, thành phố tại Việt Nam

ngày) (L/người (người) (m 3

/ngày) (L/người (người) (m 3

Trang 11

4 Hải 571,389 59,996 105 539,000 65,265 85 973,000 214,165 154 Dương

5 Thái 379,801 39,879 105 480,000 58,027 85 866,000 190,413 154 Nguyên

6 Thanh 2,424,798 162,461 67 592,000 71,637 85 1,069,000 235,072 154 Hóa

7 Khánh 508,637 53,407 105 768,000 92,948 85 1,318,000 289,874 154 Hòa

13 Đồng Nai 1,406,407 129,389 92 1,382,000 167,206 85 2,494,000 548,678 154

14 An Giang 681,591 47,711 70 1,016,000 122,930 85 1,834,000 403,387 154

15 Kiên 498,363 41,862 84 757,000 91,537 85 1,365,000 300,374 154 Giang

16 Nghệ An 450,393 37,833 84 625,000 75,629 85 1,128,000 248,172 154

1.1.1 Hiện trạng tái sử dụng nước thải sau xử lý

Trang 12

Trang 13

Nhu cầu nước sạch là nhu cầu thiết yếu của cuộc sống Trong tổng số nướchiện có trên trái đất, khoảng 97% là nước mặn, không thích hợp cho việc sử dụngtrực tiếp làm ăn uống Trong số 3% nước ngọt, chỉ một phần ba là chất lượng nướcphù hợp để có thể duy trì cuộc sống hàng ngày của con người và các hoạt động sửdụng khác Nhu cầu ngày càng tăng về các nguồn nước thay thế và các tiêu chuẩnchất lượng nước thải nghiêm ngặt đã thúc đẩy việc tái sử dụng nước sau xử lý, đó

là biện pháp quan trọng để quản lý tổng hợp tài nguyên nước và phát triển xã hộibền vững trên thế giới Tại Việt Nam, với đặc điểm địa lý nằm ở khu vực có khíhậu nhiệt đới gió mùa, lượng mưa trung bình năm lớn trong khoảng từ 1.500 đến2.000 mm, tổng lượng dòng chảy nước mặt hàng năm lên đến 830 - 840 tỷ m3

,phần lớn trong số chúng có nguồn gốc ngoài biên giới Việc sở hữu một nguồnnước lớn như vậy cho thấy ưu thế của Việt Nam so với các nước trên thế giới Tuynhiên, việc sử dụng nước tại Việt Nam chưa hiệu quả thể hiện qua hiệu suất sửdụng nước trên một đơn vị nước (m3

) ở Việt Nam chỉ đạt 2,37 USD GDP (vớiAustralia là 83,20 USD) Theo ước tính của Liên minh Tài nguyên nước (2030WRG), đến năm 2030 Việt Nam phải đối mặt với mức độ căng thẳng về nước ởhầu hết các khu vực trên cả nước Các lưu vực sông, khu vực đóng góp 80% GDPcủa Việt Nam, sẽ gặp phải tình trạng "căng thẳng nước nghiêm trọng" (lưu vựcnhóm sông Đông Nam bộ) hoặc "căng thẳng về nước" (ở lưu vực sông Hồng - TháiBình, sông Đồng Nai và sông Cửu Long) Vì vậy, việc tái sử dụng lại nước thải đãqua xử lý sẽ góp phần giải quyết căng thẳng nước trong tương lai

1.1.2 Trên Thế giới

Ở nhiều quốc gia trên thế giới, việc tái sử dụng nước thải sau xử lý đã đượcthực hiện từ lâu Ở Nhật Bản, ban đầu nước thải từ nhà vệ sinh và nước tưới tiêu được

xử lý tại trạm xử lý theo phương pháp lọc cát và khử trùng bằng ozon hoặc

Trang 14

clo sau công đoạn xử lý sinh học Nước sau xử lý được sử dụng làm nước vệ sinhcho các tòa nhà lớn Sau đó, nước thải được quan tâm xử lý để tạo thành nguồn cấpnước cho các thủy vực nước mặt Hiện nay, nước tái chế được sử dụng với nhiềumục đích khác nhau: Làm nước vệ sinh, nước tưới cây, nước rửa, nước làm mát…thông qua việc áp dụng công nghệ màng siêu lọc, màng nano, màng thẩm thấungược sau công đoạn xử lý sinh học Tại Singapo, ban đầu lượng nước sinh hoạt

ở đây là do Malaysia cung cấp, cho đến năm 1970 vấn đề tái sử dụng nước đượcquan tâm Ngày nay, các nhà máy NEWater cung cấp trung bình 30% nhu cầu nướccủa Singapore, con số dự kiến sẽ tăng lên 55% vào năm 2060, vào thời điểm đó, sảnlượng NEWater có thể lên tới 2 triệu mét khối mỗi ngày Phương pháp XLNT được

áp dụng là công nghệ màng RO, ôxy hóa nâng cao và công nghệ điện hóa

1.1.3 Tại Việt Nam

Ở Việt Nam, việc tái sử dụng nước thải sau xử lý chưa thật sự mạnh mẽ,nước thải sau xử lý chủ yếu được thải trực tiếp ra ngoài môi trường, một phần được

sử dụng cho nông nghiệp, thủy sản

 Sư dụng cho nông nghiêp

Với một đất nước còn có tỷ trọng nông nghiệp lớn như Việt Nam, lượngnước cần để cấp cho nông nghiệp là rất lớn Theo dự đoán, đến năm 2030 nhucầu nước sử dụng cho nông nghiệp của Việt Nam lên đến 91 tỷ m3

/năm Nước thảisinh hoạt có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn nước thải tự nhiên, vì vậy nhiềunghiên cứu chỉ ra có thể sử dụng nước thải cho nông nghiệp Chất dinh dưỡng cótrong nước thải biogas cao hơn so với phân chuồng và phân ủ theo phương phápthông thường, ngoài các dưỡng chất như N, P, K, nước thải biogas còn chứa

Trang 15

nhiều chất hữu cơ và các nguyên liệu cần thiết cho cây trồng Các nguyên tố NPKcủa nguyên liệu sau khi phân hủy qua hệ thống biogas hầu như không bị tổn

thất mà được chuyển hóa thành dạng phân lỏng mà cây dễ hấp thụ như N-NH +

,

N-NO

-, đồng thời chứa chất hữu cơ cao cải thiện tính chất đất-, giúp cây phát triểnmạnh, ít sâu bệnh Vì thế, nước thải sau xử lý đã được xem xét sử dụng để trồngbắp (Zea maysL.), sử dụng như phương pháp bổ sung dinh dưỡng cho đất

 Sư dụng cho thủy sản

Đối với nghề nuôi trồng thủy sản, chất lượng nước là một vấn đề quan trọngsống còn Nguồn nước cấp cần phải đạt tiêu chuẩn chất lượng nước phục vụ nuôitrồng thủy sản, cụ thể là đáp ứng được Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượngnước mặt QCVN 08- MT:2015/BTNMT cột A2 Tuy nhiên, trên thực tế chất lượngnước trong khu vực thường bị ô nhiễm hữu cơ và ô nhiễm dinh dưỡng như đạm,phốt pho Tính chất nước trong hệ thống ao nuôi gồm các thành phần gây hại chomôi trường và chủ yếu là nitơ, photpho được sinh ra từ chất thải của cá, thức ăn dưthừa Hàm lượng NH4, NO2, NO3 phát sinh lại là chất độc đối với sự sinh trưởng

và phát triển các loài thủy sản Một vài nghiên cứu XLNT bằng công nghệ AAO –MBR; Biofloc đã được nghiên cứu để có thể tái sử dụng được nước thải thủy sản.Ngoài ra, nước thải sau xử lý còn được sử dụng với nhiều mục đích khác như tướicây, tưới đường, cấp nước cho các hệ thống sông hồ, kênh rạch… tuy nhiên tái sửdụng nước sau xử lý còn gặp nhiều vấn đề khi sử dụng để cấp nước cho sinh hoạt.Nước thải đã qua xử lý thường được cho là nguy hại cho sức khỏe cộng đồng do sựhiện diện tiềm ẩn của các chất ô nhiễm, chất dinh dưỡng, các chất độc hại và cácmầm bệnh Sự hiện diện của các chất ô nhiễm trong nước thải đã qua xử lý, có thểtiềm ẩn những nguy cơ đối với sức khỏe con người, phần lớn phụ thuộc vào việclựa chọn công nghệ thích hợp để XLNT

Trang 16

1.2 Các quy định về tái sử dụng nước thải

Cho phép tái sử dụng nước thải sinh hoạt đã được xử lý bảo đảm đạt Quychuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt cột A (QCVN 14: 2008/BTNMT)

và bảo đảm đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước phù hợp cho mụcđích tưới cột B1 (QCVN 08-MT:2015/BTNMT) để tưới cây trong phạm vi củachính cơ sở đó

Bảng 1.2 Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa

cho phép trong nước thải sinh hoạt

Trang 18

9 Nitrit (NO-2 tính theo N) mg/l 0,05 0,05 0,05 0,05

11 Phosphat (PO4 3- tính theo P) mg/l 0,1 0,2 0,3 0,5

Trang 19

Tổng các bon hữu cơ

Trang 20

36 E.coli

mlMPN hoặc

ml

Trang 21

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG ĐỂ XỬ LÝ

VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI

2.1.1 Màng UF

2.1.2 Màng MF

2.1.3 Màng NF

2.1.4 Màng RO

Các công nghệ dựa trên màng được coi là đơn vị tích hợp cho các quá trình

xử lý nước thải đô thị Các quy trình màng điều khiển áp suất được phân loại thànhbốn loại chính, dựa trên kích thước lỗ chọn lọc khác nhau: hai quy trình áp suấtthấp và hai quy trình áp suất cao là vi lọc (MF) và siêu lọc (UF), lọc nano (NF) vàngược lại thẩm thấu (RO), tương ứng khi các lỗ nhỏ dần, màng cần nhiều động lựchơn để hoạt động Khi nói đến màng, hiện tượng tắc màng luôn xảy ra trong quátrình quá trình lọc, tiếp theo là sự gia tăng áp suất xuyên màng (TMP) để duy trìthông lượng không đổi hoặc tiếp theo là giảm thông lượng để duy trì TMP khôngđổi

2.2.1 Quy trình xử lý MF / UF sau khi xử lý thứ cấp trong nhà máy xử lý nước thải

MF và UF có thể loại bỏ các hạt lớn hơn kích thước lỗ của chúng chủ yếuthông qua cơ chế sàng Nói chung, chỉ riêng quy trình MF có thể loại bỏ hiệu quảcác chất hữu cơ có trọng lượng phân tử cao, chất rắn lơ lửng, chất keo, vi khuẩn và

do đó làm giảm độ đục So với màng MF, màng UF có phạm vi phân tách rộng hơnvới kích thước lỗ nhỏ hơn và tăng cường khả năng loại bỏ các hạt, chất keo, và

Trang 22

quan trọng hơn là vi khuẩn có tỷ lệ loại bỏ cao và vi rút Các đặc điểm loại bỏ khilọc cùng một loại nước thải thứ cấp bằng MF và UF, về vi khuẩn, vi rút và cácthông số chất lượng nước thiết yếu khác như TSS, nhu cầu oxy hóa học (COD) vàTDS

Trước tiên, cần lưu ý rằng dữ liệu cung cấp thông tin chung với những hạnchế nhất định: hiệu suất thực tế có thể thay đổi liên quan đến các điều kiện khácnhau, chẳng hạn như nhiệt độ, tốc độ dòng chảy và TMP Qua so sánh, cả UF và

MF đều có hiệu quả loại bỏ kém về TDS, NH3 – N và NO3 – N UF gần như hiệuquả như MF trong việc loại bỏ TSS và BOD5, với tỷ lệ loại bỏ lần lượt từ 95% đến99,9% và từ 75% đến 90% Hơn nữa, hiệu quả loại bỏ bằng UF trên COD và tổngcarbon hữu cơ (TOC) nồng độ cao hơn MF khoảng 5% đến 20% Quan trọng hơn,

UF cung cấp khả năng loại bỏ gần như hoàn toàn vi khuẩn, động vật nguyên sinh

và vi rút, đây là một trong những ưu điểm chính so với MF UF có thể hỗ trợ loại

bỏ tối đa 6 log vi khuẩn và loại bỏ tối đa 7 log vi rút, và nếu có động vật nguyênsinh, UF có thể loại bỏ nang đơn bào và tế bào trứng với mức giảm hơn 6 log.Những loại bỏ này có hiệu quả nếu nồng độ ngược dòng cho phép

Trang 23

Bảng 2.1 Quá trình vi lọc (NF) siêu lọc (UF) sau khi xử lý thứ cấp

cho các ứng dụng tái sử dụng nước.

Thông thường, các mô-đun UF chứa một bộ lọc tiền xử lý trước (5–200Œm) để chặn các hạt lớn và cải thiện hiệu suất của UF bằng cách giảm sự hìnhthành lớp bánh trên màng, dẫn đến giảm đáng kể TMP và tiêu thụ năng lượng.Trong khi sử dụng mô-đun màng UF, có nhiều khả năng tái sử dụng nước thải

Trang 24

an toàn cho các ứng dụng không thể uống được, chẳng hạn như tưới tiêu nôngnghiệp và xử lý nước, nó có thể sản xuất chất thấm đủ tiêu chuẩn đáp ứng cáchướng dẫn tái sử dụng nước của WHO khi sử dụng quy trình UF sau điều trị thứcấp thông thường Tuy nhiên, cả MF và UF đều có ảnh hưởng nhỏ đến việc loại bỏ

dư các chất dinh dưỡng như phốt pho, nitrat và amoni, nhưng đôi khi có tác dụngkhá tốt trong việc loại bỏ COD và TOC dư Nói chung, nước thải từ các nhà máy

xử lý vẫn mang TSS cao và các chất hữu cơ tự nhiên (NOM), dễ gây ra hiện tượngtắc nghẽn trên màng MF/UF

Trên thực tế, các chất hữu cơ hòa tan (DOM) không thể được loại bỏ mộtcách hiệu quả bằng hệ thống MF hoặc UF, nhưng ngược lại nó có thể là nguyênnhân chính gây ra sự hình thành cặn bẩn trên màng, cuối cùng dẫn đến rút ngắntuổi thọ màng, giảm tốc độ dòng chảy, tăng TMP và tiêu thụ năng lượng

Tóm lại, các quy trình MF và UF trực tiếp để xử lý nước thải đô thị đầu cuốicung cấp nước có thể tái chế cho các ứng dụng tái sử dụng không thể uống được dohiệu suất loại bỏ vi khuẩn, vi rút hoặc DOM không hoàn toàn nên nước thải sau hệthống MF / UF có thể tiềm ẩn những rủi ro về an toàn khi tiếp xúc với người vàđộng vật Ngoài ra, khi nước cấp có chứa nhiều TSS, DOM hoặc các hạt khác, khảnăng bám bẩn cao có thể gây hư hỏng nặng cho màng, giảm hiệu quả sản xuất vàtăng chi phí kinh tế Do đó, cần phải kết hợp các ưu điểm của màng với các quátrình hóa học, vật lý hoặc sinh học để nâng cao hiệu suất của hệ thống, đó là chủ đềcủa phần tiếp theo Hơn nữa, màng MF/UF cũng được ứng dụng rộng rãi trong các

lò phản ứng sinh học màng (MBR) hoặc là tiền xử lý cho quá trình lọc nano (NF)hoặc thẩm thấu ngược (RO), như được mô tả trong các phần sau

2.2.2 MF/UF kết hợp với các quy trình hóa học/vật lý sau khi xử lý thứ cấp trong nhà máy xử lý nước thải

Trang 25

Các quá trình hóa học và vật lý lai với phương pháp MF / UF như lắng, hấpphụ, keo tụ và đông tụ Al2 (SO4) 3, Fe2 (SO4) 3, FeCl3 và polyal nhôm clorua, đãđược phát triển rộng rãi và được sử dụng làm chất đông tụ đáng chú ý Liên quanđến sự hấp phụ, than hoạt tính (AC) là chất hấp phụ được chấp nhận rộng rãi Nó

có thể được sử dụng dưới dạng bột (PAC) ở dạng phân tán hoặc dạng hạt (GAC)trong lớp cố định

Bảng 2.2 Màng MF/UF lai với các quá trình hóa học, vật lý sau khi xử

lý thứ cấp thông thường cho các ứng dụng tái sử dụng nước.

Trang 26

Một số tài liệu đã sử dụng các quá trình hóa học hoặc vật lý làm quá trình xử

lý sau MF/UF, phổ biến nhất được sử dụng như một hệ thống hấp phụ MF lai,chẳng hạn như hệ thống than hoạt tính dạng hạt MF Người ta đã xác minh rằngthan hoạt tính, sau khi lọc màng, góp phần loại bỏ bổ sung DOC và các chất hữu cơ

vi lượng không được màng giữ lại hoàn toàn Việc thiết kế các quy trình hóa học và/ hoặc vật lý chủ yếu được sử dụng như tiền xử lý trước MF/UF để giảm khả nănggây tắc màng và cải thiện hiệu suất lọc Đầu tiên, cần lưu ý rằng trong một số quátrình xử lý trước, ví dụ như đông tụ với lắng, sự tái phát triển của bông cặn ngược lại

có thể gây ra hiện tượng bám cặn nặng trên màng Cần bổ sung một bộ lọc sơ bộ khácsau khi đông tụ, tạo bông và lắng để loại bỏ các bông cặn, chất keo

Tiêu đề	Ứng dụng công nghệ màng tái sử dụng nước thải
Tác giả	Nguyễn Việt Nga, Nguyễn Thị Thu Thảo
Người hướng dẫn	PGS.TS Tôn Thất Lãng
Thể loại	Bài tiểu luận cuối kỳ

Định dạng
Số trang	38
Dung lượng	1,52 MB