Các phương pháp thường được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay: Các phương pháp chính thường được sử dụng trong các công trình xử lýnước thải sinh hoạt là: phương pháp hóa họ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & MÔI TRƯỜNG
BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tên đề tài:
Nghiên cứu cải tiến thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt nhằm giảm chi phí
xử lý nước thải sinh hoạt
Đơn vị chủ trì: Khoa Công Nghệ Sinh Học & Môi Trường
Nhóm sinh viên thực hiện: Phạm Thị Nhật
Lê Hồng Phượng
Lê Thị Khánh Chi
Hà Nội, năm 2013
Trang 2MỤC LỤC
trang
Phần 1 Tổng quan đề tài……… ……… 3
1 Tên đề tài………3
2 Mã số ………3
3 Thời gian thực hiện ……… 3
4 Kinh phí……… 3
5 Chủ nhiệm đề tài………3
6 Cơ quan chủ trì đề tài……….3
7 Các thành viên tham gia nghiên cứu và thực hiện đề tài……… 3
Phần 2 Nội dung đề tài I Tính cấp thiết, mục tiêu của đề tài……… 5
1 Tính cấp thiết của đề tài……… 5
2 Mục tiêu của đề tài……… 6
II Nội dung nghiên cứu……… 6
1 Đặc trưng của nước thải phải xử lý – nước thải sinh hoạt………… 6
2 Các phương pháp thường được sử dụng để xử lý nước thải hiện nay………9
3 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trong và ngoài nước……….10
4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu……….16
5 Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện………16
Phần 3 Kết luận……… ……… 20
Tài liệu tham khảo 21
Trang 3PHẦN 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1 Tên đề tài: Nghiên cứu đề xuất cải tiến thiết bị lọc sinh học nhằm xử lý
sinh hoạt có chi phí thấp.
2 Mã số
3 Thời gian thực hiện: 6 tháng ( từ tháng 1/2013 đến tháng 6/2013 )
4 Kinh phí :5 triệu đồng từ nguồn kinh phí NCKH của nhà trường.
5 Chủ nhiệm đề tài
Họ và tên :
Ngày, tháng, năm sinh: Nam/Nữ:
Học hàm, học vị: PGS.TS Trường Đại học Phương Đông
Chức danh khoa học:
Địa chỉ cơ quan: Trường Đại Học Phương Đông
Điện thoại cơ quan:
6 Cơ quan chủ trì đề tài
Tên cơ quan: Trường Đại Học Phương Đông
Thủ trưởng cơ quan chủ trì: PGS.TS.Nguyễn Kim Vũ
Tên cơ quan đang công tác: Trường Đại Học Phương Đông
Họ và tên: Lê Hồng Phượng Nam/Nữ: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh: 24/02/1992
Trang 4 Họ và tên: Lê Thị Khánh Chi Nam/Nữ: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh: 17/07/1992
Trang 5PHẦN 2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI
I Tính cấp thiết, mục tiêu của đề tài
1 Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt có thể đáp ứngđược những điều kiện của xã hội tuy nhiên đi đôi với những ưu điểm thì cũng xuấthiện không ít các nhược điểm liên quan đến quá trình vận hành Phương pháp sinhhọc nói chung và phương pháp lọc sinh học nói riêng đang được ứng dụng rất rộngrãi để xử lý nước thải sinh hoạt Chất lượng nước thải sau xử lý rất khả quan nênđang là hướng đi của các nhà nghiên cứu khoa học nhằm xử lý nguồn nước thảisinh hoạt từ các đô thị Lọc sinh học nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệutiếp xúc không ngập nước Nước thải được chia thành các màng nhỏ chảy qua vậtliệu đệm sinh học và nhờ sự có mặt của các vi sinh vật phân hủy hiếu khí trên lớpmàng vật liệu mà các chất hữu cơ trong nước thải được loại bỏ Thiết bị lọc sinhhọc thường được cấp khí bằng phương pháp cưỡng bức bởi máy thổi khí hoặc máynén khí Đối với các quá trình xử lý hiếu khí thì chi phí điện năng cho việc cấp khírất cao, chiếm đến 60 -70% chi phí xử lý nước thải mặt khác, chi phí đầu tư máythổi khí và chi phí vận hành bảo dưỡng rất cao
Trên thực tế hiện nay, do chính sách tiết kiệm điện của nhà nước nên việc mấtđiện thường xuyên xảy ra khiến cho quá trình sinh học bị gián đoạn dẫn đến việc visinh vật có thể bị chết Nếu vi sinh vật bị chết thì sẽ phải khởi động lại hệ thống màthời gian khởi động lại hệ thống có thể kéo dài đến 20- 30 ngày
Ngoài ra chi phí xử lý còn khá cao nên một số cơ sở có lắp đặt được hệ thốngnhưng không duy trì vận hành khiến cho vi sinh vật bị chết và hệ thống không đạtđược hiệu quả
Vì thế, việc đề xuất giải pháp kỹ thuật cải tiến thiết bị lọc sinh học theo hướngcấp khí tự nhiên (tự hút không khí ngoài trời) mà không cần các máy thổi khí, sẽgiảm chi phí đầu tư và chi phí vận hành sẽ góp phần hạn chế những tồn tại nêutrên, đó chính là lý do mà nhóm nghiên cứu lựa chọn đề tài “Nghiên cứu cải tiếnthiết bị lọc sinh học nhỏ giọt nhằm giảm chi phí xử lý nước thải sinh”
Trang 62 Mục tiêu của đề tài
II Nội dung nghiên cứu
1 Đặc trưng của nước thải phải xử lý- nước thải sinh hoạt:
a Khái niệm của nước thải sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinhhoạt,tắm rửa, vệ sinh nhà cửa của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sởdịch vụ nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của conngười
b Tổng quan của nước thải sinh hoạt:
Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nướccấp Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là từ 100 đến
250 l/người/ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 đến 500l/người/ngày (đối với các nước phát triển) Tiêu chuẩn cấp nước các đô thị nước tahiện nay dao động từ 120 đến 180 l/người/ngày Đối với khu vực nông thôn, tiêuchuẩn nước thải sinh hoạt từ 50 đến 120 l/người/ngày Tiêu chuẩn nước thải phụthuộc vào tiêu chuẩn cấp nước Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấybằng 80 đến 100% tiêu chuẩn cấp nước cho mục đích nào đó Ngoài ra, lượng nướcthải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà
ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của nhân dân
Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụthuộc vào loại công trình, chức năng, số người tham gia, phục vụ trong đó Tiêuchuẩn thải nước của một số loại cơ sở dịch vụ và công trình công cộng này đượcnêu trong bảng 1.1
Trang 7Bảng 1.1 Tiêu chuẩn thải nước của một số cơ sở dịch vụ và công trình công cộng.
Nhà ga, sân bay Hành khách 7,5-15
Nhân viên phục vụ 30-45
Bệnh viện Giường bệnh 473-908 ( 500-600)*
Nhân viên phục vụ 19-56
Khu triển lãm, giải trí Người tham quan 15-30
(Nguồn :Metcalf&Eddy Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse Third Eđition ,1991.)
Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn Lượng nước thải của thành phố
20 vạn dân khoảng 40 đến 60 nghìn m3/ngày Tổng lượng nước thải thành phố
Hà Nội(năm 2006) gần 500.000 nghìn m3/ngày Trong quá trình sinh hoạt, conngười xả vào hệ thống thoát nước một lượng chất bẩn nhất định, phần lớn là cácloại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng Ở nước ta Tiêu chuẩn TCXD 51:2007quy định về lượng chất bẩn tính cho một người dân xả vào hệ thống thoát nướctrong một ngày theo bảng 1.2 sau đây:
Bảng 1.2 Lượng chất bẩn của một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước (theo quy định của TCXD 51:2007 ).
- Chất lơ lửng (SS )
- BOD5 của nước thải chưa lắng
- BOD5 của nước thải đã lắng
- Nitơ amôn (N-NH4)
- Phốt phát (P2O5)
- Clorua (Cl-)
60¸656530¸3583,310
Trang 8Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm
hệ thống thoát nước điều kiện trang thiết bị vệ sinh và có thể tham khảo theobảng 1.3 sau đây
Bảng 1.3 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
107 MPN/100ml
Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ, côngtrình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao, nhiều vi khuẩn gâybệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước
Trang 92 Các phương pháp thường được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt hiện
nay:
Các phương pháp chính thường được sử dụng trong các công trình xử lýnước thải sinh hoạt là: phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý, và
phương pháp sinh học:
a Các phương pháp hóa học: dùng trong HTXLNT sinh hoạt gồm có:
trung hòa, oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các hợpchất độc hại Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóa họcdiễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào, do đó, ưu điểm củaphương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trongcác hệ thống xử lý nước khép kín Tuy nhiên, phương pháp hóa học
có nhược điểm là chi phí vận hành cao, không thích hợp cho cácHTXLNT sinh hoạt với quy mô lớn Bản chất của phương pháp hoá
lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là áp dụng các quá trìnhvật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gâytác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chấtkhác dưới dạng cặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây
ô nhiễm môi trường
b Phương pháp hoá lý: thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo
tụ, tuyển nổi, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêulọc… Giai đoạn xử lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử
lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học trong côngnghệ XLNT hoàn chỉnh
c Phương pháp sinh học: trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là sửdụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu có năm nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình trung gian anoxic, quá trình kị khí, quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic – kị khí các quá trình hồ Đối với việc
xử lý nước thải sinh hoạt có yêu cầu đầu ra không quá khắt khe đối với chỉ tiêu N và P, quá trình xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính là quátrình xử lý sinh học thường được ứng dụng nhất
Trang 103 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trong và ngoài nước
a Ngoài nước
Bể lọc sinh học nhỏ giọt đã được dùng để xử lý nước thải hơn 100 năm
Bể lọc nhỏ giọt đầu tiên xuất hiện ở Anh năm 1893, hiện nay được sử dụng ở hầu khắp các nước với các trạm xử lý công suất nhỏ
Có rất nhiều các công nghệ của nước ngoài được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt bằng lọc sinh học cho hiệu quả xử lý cao, thiết bị hiện đại,tiết kiệm được năng lượng Công nghệ lọc sinh học của Nhật Bản là một ví dụ, thiết bị lọc sinh hoc (MBR) của Nhật Bản có cấu trúc như sau:
Với công nghệ sản xuất phức tạp, chi phí tốn kém, chỉ một vài nhà cung cấp lớn mới đủ khả năng để triển khai Vì vậy, phổ biến nhất hiện nay là
sử dụng thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt, chi phí ban đầu thấp, có công suất lọc lớn, tiết kiệm chi phí Và trong đề tài này, chúng tôi cũng đề xuất triển khai cải tiến thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt nhằm xử lý sinh hoạt có chi phí thấp
b Trong nước
Ở Việt Nam, bể lọc sinh học nhỏ giọt đã được xây dựng tại nhà máy cơ khí Hà Nội, xí nghiệp chế biến thuốc thú y Hà Tây, bệnh viện đa khoa Gia Lâm v.v
Nước thải được phân phối đều trên bề mặt nguyên liệu lọc (hoạt động như giá bám cho vi khuẩn) theo kiểu nhỏ giọt hoặc phun tia Lượng không khí cần thiết cho quá trình được cấp vào nhờ quá trình thông gió tựnhiên qua bề mặt hở phía trên và hệ thống thu nước phía dưới của bể lọc
Trang 11Ngày nay người ta thường sử dụng chu trình lọc 2 pha bao gồm 2 bể lọc nối tiếp nhau.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt chia ra bể lọc vận tốc chậm, bể lọc vận tốc trungbình và nhanh, bể lọc cao tốc, bể lọc thô (xử lý nước thải sơ bộ trước giaiđoạn xử lý thứ cấp), bể lọc hai pha
Bể lọc vận tốc chậm: có hình trụ hoặc chữ nhật, nước thải được nạp theo chu kỳ, chỉ có khoảng 0,6 ¸ 1,2 m nguyên liệu lọc ở phía trên có bùn vi sinh vật còn lớp nguyên liệu lọc ở phía dưới có các vi khuẩn nitrat hóa Hiệu suất khử BOD cao và cho ra nước thải chứa lượng nitrat cao Tuy nhiên cần phải lưu ý đến vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda Nguyên liệu lọc thường dùng là đá sỏi, xỉ
Bể lọc vận tốc trung bình và nhanh: thường có hình trụ tròn, lưu lượng nạp chất hữu cơ cao hơn, nước thải được bơm hoàn lưu trở lại bể lọc và nạp liên tục, việc hoàn lưu nước thải giảm được vấn đề mùi hôi và
sự phát triển của ruồi Psychoda Nguyên liệu lọc thường sử dụng là đá sỏi, plastic
Bể lọc cao tốc: có lưu lượng nạp nước thải và chất hữu cơ rất cao, khác với bể lọc vận tốc nhanh ở điểm có chiều sâu cột lọc sâu hơn do nguyên liệu lọc làm bằng plastic, do đó nhẹ hơn so với đá sỏi
Bể lọc thô: lưu lương nạp chất hữu cơ lớn hơn 1,6 kg/m3.d, lưu lượng nước thải là 187m3/m2.d bể lọc thô dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước giai đoạn xử lý thứ cấp
Bể lọc hai pha: thường sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao và cần nitrat hóa đạm trong nước thải Giữa 2 bể lọc thường có bểlắng để loại bỏ bớt chất rắn sinh ra trong bể lọc thứ nhất Bể lọc thứ nhất dùng để khử BOD của các hợp chất chứa carbon, bể thứ hai chủ yếu cho quátrình nitrat hóa
Trang 12- Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt của viện công nghệ sinh học và môi trườngtrong xử lý nước thải y tế :
Nước thải bệnh viện là một nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng vì
có hàm lượng hữu cơ, các chất dinh dưỡng cao và đặc biệt có chứa nhiều vikhuẩn, virut gây bệnh Ở Việt Nam, các nhà khoa học đã nghiên cứu, pháttriển nhiều công nghệ xử lý nước thải bệnh viện như bể sinh học tiếp xúchiếu khí, công nghệ bùn hoạt tính trong các bể aeroten truyền thống, SBR-xử
lý hiếu khí theo mẻ, lọc sinh học ngập nước, công nghệ AAO, công nghệmàng sinh học MBR… Tuy nhiên, các công nghệ này đòi hỏi chi phí đầu tưcao, vận hành gặp nhiều khó khăn
Viện Công nghệ Môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
là một đơn vị có gần 10 năm kinh nghiệm trong việc nghiên cứu và pháttriển công nghệ xử lý nước thải bệnh viện Các nhà khoa học của Viện đãphát triển và hoàn thiện được một công nghệ xử lý nước thải bệnhviện mới có nhiều ưu điểm, phù hợp với điều kiện Việt Nam, khắc phụcđược hầu hết các nhược điểm của các công nghệ nêu trên Đó là Công nghệ
xử lý bằng phương pháp lọc sinh học nhỏ giọt cải tiến cấp khí tự nhiên Lọc sinh học nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúckhông ngập nước Nước thải được chia thành các màng nhỏ chảy qua vậtliệu đệm sinh học và nhờ sự có mặt của các vi sinh vật phân hủy hiếu khítrên lớp màng vật liệu mà các chất hữu cơ trong nước thải được loại bỏ
Hệ thống xử lý nước thải y tế của Viện Công nghệ Môi trường có chiphí đầu tư và chi phí vận hành thấp hơn hẳn các phương pháp sinh học thôngthường Mặt khác, quy trình vận hành nó rất đơn giản, các thao tác được thựchiện dễ dàng và hoàn toàn tự ðộng bởi hệ thống điều khiển Ngoài ra công nghệnày không đòi hỏi nhiều diện tích xây dựng Không giống như các công nghệlọc sinh học ngập nước, lọc sinh học trong thiết bị hợp khối, thiết bị sinh họctheo mẻ và bùn hoạt tính tuần hoàn đòi hỏi phải cung cấp không khí thườngxuyên bằng các máy thổi khí thì lọc sinh học nhỏ giọt vẫn duy trì được sự sinhtrưởng và phát triển của vi sinh vật cả khi mất điện hoặc nguồn điện không ổnđịnh Ngoài ra, do công đoạn xử lý sinh học diễn ra trong tháp dạng kín cóthông khí tự nhiên nên không phải sục khí bằng máy bơm khí như những côngnghệ khác Thông thường những máy thổi khí này khi hoạt động tiêu tốn điệnnăng lớn và gây tiếng ồn, ngoài ra còn có thể phát tán vi khuẩn gây bệnh ra môitrường xung quanh
Ưu điểm nổi bật nữa của công nghệ xử lý nước thải y tế của Viện Côngnghệ môi trường là toàn bộ hệ thống thiết bị và vật liệu được sản xuất hoặc
có sẵn ở trong nước nên việc bảo trì các bộ phận, bổ sung hoặc thay thế một
Trang 13phần vật liệu đệm sinh học sau 10-15 năm hoạt động được thực hiện dễ dàngvới chi phí rất thấp.
Nước thải sau khi được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học nhỏ giọtcũng sẽ được loại bỏ tách bùn ở bể lắng Lamell Bùn thải được xử lý ở bể phânhủy yếm khí Kết thúc quá trình xử lý là khâu khử trùng Viện Công nghệ môitrường cũng phát triển và sản xuất chất khử trùng natri hypoclorit từ nước muốibằng phương pháp điện hóa Đây là phương pháp áp dụng công nghệ tiên tiếntrên thế giới, thân thiện với môi trường, chi phí rẻ, không sử dụng hóa chất làmnguồn nguyên liệu đầu vào
Áp dụng những kết quả nghiên cứu của mình vào thực tiễn, Viện Công nghệmôi trường đã chuyển giao công nghệ, thi công, lắp đặt hàng chục dây chuyềncông nghệ này tại nhiều bệnh viện, các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm nhưchế biến sữa, sản xuất rượu bia và đã thu được kết quả rất tốt như Bệnh viện Đakhoa Tuyên Quang (công suất Q=330 m3/ngày đêm), Bệnh viện Lao Thái Nguyên(Q=160 m3/ngày đêm), Bệnh viện C Thái Nguyên (Q=360 m3/ngày đêm), Bệnhviện A Thái Nguyên (Q=360 m3/ngày đêm), Bệnh viện Đa khoa Quỳnh Phụ TháiBình (Q=130 m3/ngày đêm), Bệnh viện tâm thần kinh Hưng Yên (150 m3/ngàyđêm, Nhà máy sữa Mộc Châu Q=250 m3/ngày đêm, Trụ sở Công an Tỉnh QuảngBình (Q=50 m3/ngày đêm), Công ty cổ phần sữa Hà Nội, Hanoi Milk (300m3/ngàyđêm)
Hình 1, 2 Hệ thống xử lý nước thải do Viện Công nghệ môi trường chế tạo và lắp đặt tại bệnh viện C Thái Nguyên và bệnh viện Tâm thần kinh
Hưng Yên
