Báo cáo thực hiện dự án xử lý nước thải sinh hoạt bằng biện pháp sinh học kết hợp vật lý

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG HỆ THỐNG LỌC KẾT HỢP GIỮA BIỆN PHÁP SINH HỌC VÀ VẬT LÝ...8 3.1... Trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Xử lý nước thải sinh hoạ

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN BÌNH SƠN

CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT CẤP HUYỆN

DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC

NĂM HỌC 2014 – 2015

ĐƠN VỊ DỰ THI : TRƯỜNG THCS BÌNH AN

LỌC KẾT HỢP GIỮA BIỆN PHÁP SINH HỌC VÀ VẬT LÝ

Lĩnh vực dự thi : QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

Các tác giả : Trần Tuấn Khải; Huỳnh Văn Thành

MỤC LỤC

Trang

PHẦN I: TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Câu hỏi nghiên cứu 1

3 Lợi ích đề tài mang lại 2

4 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 2

5 Lập kế hoạch thực hiện 2

6 Các công việc chính đã thực hiện 2

PHẦN II: GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

I THỰC TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI .4

1.1 Xử lý nước thải trong nước 4

1.2 Xử lý nước thải sinh hoạt tại tỉnh Quảng Ngãi 4

II CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG LỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI 5

2.1 Vật liệu lọc Sinh học 5

2.1.1 Bèo tây (Eichchrnia crassipes) 5

2.1.2 Bèo cái (Pistia stratoides L.- Họ: Araceae) 5

2.1.3 Thủy trúc (Cuperus alternifolius L - Họ Cyperaceae) 7

2.2 Vật liệu lọc vật lý 7

2.2.1 Cát vàng, cát đen 7

2.2.2 Cát mangan 7

2.2.3 Than hoạt tính 7

2.2.4 Sỏi đá 8

III QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG HỆ THỐNG LỌC KẾT HỢP GIỮA BIỆN PHÁP SINH HỌC VÀ VẬT LÝ 8

3.1 Cơ sở khoa học 8

3.2 Cấu trúc hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt 8

3.3 Mô hình thực nghiệm 8

PHẦN III: GIẢ THUYẾT KHOA HỌC VÀ PHÁT BIỂU MỤC ĐÍCH

NGHIÊN CỨU 10

1 Giả thuyết khoa học 10

2 Mục đích nghiên cứu 10

PHẦN IV: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 11

2 Phương pháp quan sát thực địa 11

3 Phương pháp chuyên gia 11

4 Phương pháp điều tra 11

5 Phương pháp thực nghiệm 11

6.1 Phương pháp xác định độ pH 11

6.2 Phương pháp xác định P 12

6.3 Phương pháp xác định TSS 12

6.4 Phương pháp xác định NH4+ 12

6.5 Phương pháp xác định NO3- 12

6.6 Phương pháp xác định COD 12

PHẦN V: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 13

1 Kết quả nghiên cứu 13

1.1 Mô hình thực nghiệm 13

2 Số liệu 16

PHẦN VI: KẾT LUẬN 18

1 Kết luận 18

2 Kiến nghị 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, chúng tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu nhà trường cùng tất cả thầy cô giáo trong trường THCS Bình An luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành đề tài này

Xin chân thành cảm ơn Cô giáo Nguyễn Thị Kim Nữ đã trực tiếp hướng dẫn đề tài khoa học và giúp đỡ chúng tôi tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu

và hoàn thành đề tài

Xin chân thành cảm ơn công ty TNHH một thành viên Thương mại và dịch vụ NTV tại thị trấn Châu Ổ đã giúp đỡ chúng tôi kiểm tra chất lượng sản phẩm của đề tài Đồng thời gửi lời biết ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài này

Bình An, tháng 11 năm 2014

Trưởng nhómTrần Tuấn Khải

PHẦN I: TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN

1 Lý do chọn đề tài

Nước là một trong những tài nguyên vô cùng quan trọng và quý giá của nhân loại Không có nước thì sự sống của muôn loài trên hành tinh không thể tồn tại

Con người khai thác nước từ các nguồn tự nhiên và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như phục vụ ăn uống sinh hoạt của chính con người, nước dùng cho các mục đích hoạt động nông nghiệp, sản xuất công nghiệp, cho các hoạt động giao thông,… Nước sử dụng cho những mục đích trên lại được thải vào chính nguồn nước nơi mà con người đã khai thác cho mục đích sử dụng của mình Tất cả hoạt động đó do thiếu quản lý hay hiểu biết đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước và nhiều nơi ô nhiễm trở nên trầm trọng

Huyện Bình Sơn trong những năm gần đây có sự phát triển kinh tế - xã hội, tuy nhiên cũng đặt ra nhiều thách thức về bảo vệ môi trường Toàn huyện chưa có hệ thống thu gom và xử lý nước thải, hệ thống thoát nước mới chỉ đáp ứng khoảng 20% nhu cầu theo dân số, một số vực nước mặt bị bồi lấp và ô nhiễm nặng,…Đặc biệt là nước sinh hoạt đây là lượng nước tiêu thụ rất lớn và không thể thiếu được Hiện nay, lượng nước thải sinh hoạt ngày càng tăng gây ô nhiễm môi trường càng nặng, cần có biện pháp xử lí kịp thời Vậy lượng nước thải sinh hoạt này đã được xử lý như thế nào trước khi thải ra môi trường?

Đối với Huyện Bình Sơn nói riêng và nhiều khu vực nổi tiếng với hệ thống thủy sinh phong phú, kết hợp với hệ thống lọc vật lý truyền thống vừa góp phần vào việc cải thiện chất lượng môi trường sống vừa tăng thêm vẻ mĩ quan

Trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Xử lý nước thải

sinh hoạt bằng hệ thống lọc kết hợp giữa biện pháp sinh học và vật lý”.

2 Câu hỏi nghiên cứu

- Cách thức xây dựng quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ thống lọc đơn giản kết hợp giữa phương pháp sinh học và vật lý như thế nào?

- Hiệu quả và khả năng áp dụng của phương pháp này trong thực tế địa phương?

3 Lợi ích đề tài mang lại

- Xử lý được nguồn nước thải sinh hoạt – là một tron những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường tại các vùng nông thôn

- Tận dụng nguồn nước thải đã qua xử lý cho chăn nuôi và trồng trọt

- Tiết kiệm chi phí kinh tế trong gia đình

- Góp phần bảo vệ và giữ gìn môi trường xanh – sạch - đẹp

4 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

- Thời gian: Từ 10/08/2014 đến 24/11/2014

- Địa điểm: Khu vực quanh trường THCS Bình An, xã Bình An, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi

5 Lập kế hoạch thực hiện

1 Tìm hiểu cơ sở khoa

2 Triển khai nội dung

đề tài

01/9/2014 – 30/10/2014

- Xây dựng được quy trình xử lý nước thải

- Thiết kế mô hình xử lý nước thải

- Khảo sát hiệu quả của

mô hình

- Phân tích số liệu và kết luận sơ bộ

cứu

- Đề xuất và kiến nghị

6 Các công việc chính đã thực hiện

- Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực trạng xử lý nước thải sinh hoạt tại địa phương.

- Xây dựng quy trình và thiết kế mô hình xử lý nước thải sinh hoạt

- Bước đầu đánh giá hiệu quả của đề tài nghiên cứu

PHẦN II: GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

I THỰC TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

1.1 Xử lý nước thải trong nước

Tình hình xử lý nước thải của Việt Nam hiện nay phát triển rất chậm so với cấp nước sạch và sự đầu tư cho hệ thống nước thải chậm hơn sự phát triển của các khu đô thị, của các khu công nghiệp Nhìn tổng thể, bây giờ chúng ta mới xử lý chưa đến 10% tổng số nước thải trước khi đưa ra môi trường, như vậy còn xấp xỉ 90% tổng lượng nước thải chưa được xử lý và tình trạng này đã và đang gây nên tình trạng ô nhiễm hết sức nghiêm trọng Thể hiện qua việc các con sông nội đô, ven đô đều đã bị suy thoái rất nặng, có nhiều dòng sông “chết” không thể nuôi trồng thủy sản, không thể tưới tiêu cho nông nghiệp và càng không thể sử dụng nguồn nước ô nhiễm này để xử lý cung cấp nước sạch được nữa Các con sông đã “chết” ở miền Bắc như sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Nhuệ còn ở miền Nam thì báo động tình trạng ô nhiễm nặng sông Đồng Nai, sông Sài Gòn Trong đó, lượng nước thải sinh hoạt vẫn chưa được xử lý, xả trực tiếp ra môi trường, xuống sông hồ…làm cho tình hình ô nhiễm nguồn nước càng thêm nặng hơn

1.2 Xử lý nước thải sinh hoạt tại tỉnh Quảng Ngãi

Tỉnh Quảng Ngãi đã thực hiện có hiệu quả Đề án bảo vệ môi trường giai đoạn 2011-2015 và định hướng đến năm 2020 Trong đó, các chỉ tiêu phát triển bền vững đều đạt yêu cầu như tỷ lệ thu gom, xử lý chất thải ở khu công nghiệp, khu kinh tế và đô thị hơn 70%, ở nông thôn hơn 30%, tỷ lệ xử lý nước thải trong các khu công nghiệp, khu kinh tế đạt hơn 66% Riêng KCN Quảng Phú và Khu kinh tế Dung Quất đạt 100% Tuy nhiên, hiện tại tại các hộ gia đình vẫn chưa có

hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt mà thải trực tiếp nước thải ra môi trường

II CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG LỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Vật liệu lọc Sinh học

Có nhiều loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu các chất độc hại có trong nước thải Có thể kể đến như:

2.1.1 Bèo tây (Eichchrnia crassipes)

Bèo tây họ vũ cửu hoa (Pontederiaceae), thân bèo mô xốp phát triển, túi

khí chứa đầy khí nên là loài thực vật thảo, mọc thẳng đứng hoặc trôi dạt theo nước Mùa hạ nở hoa, hoa có 6-12 hoa, cánh hoa màu tím, loa kèn, chẽ 6 Lá tròn hoặc hình trứng, phía dưới cuống lá phình to Bộ rễ dài, dày ngoài khả năng lắng lọc đục bẩn, kích thích hệ vi sinh, là nơi cư trú cho hàng trăm loại vi sinh, phiêu sinh vật có ích Nó còn có khả năng ngậm các độc tố và kim loại nặng

Bèo tây có khả năng làm sạch nguồn nước, phân giải chất độc Thí nghiệm chứng tỏ rằng 1ha mặt nước thả bèo tây, trong 24 giờ nó hút được 34kg

Na, 22kg Ca, 17 kg P, 4kg Mn, 2,1kg Phenol, 89g Hg, 104g Al, 297g kền, 321g Stronti, Nó còn có khả năng hút và tích lũy kẽm rất mạnh, có thể phân giải phenol và cyanua

Hình 1: Cây bèo tây

2.1.2 Bèo cái (Pistia stratoides L.- Họ: Araceae)

Bèo có lá dày, mềm, tỏa theo hình hoa thị Các lá có thể dài tới 14 cm và không có cuống, màu xanh lục nhạt với các gân lá song song, các mép lá gợn sóng và được che phủ bằng các sợi lông tơ nhỏ và ngắn Thân bò liên kết cây mẹ

và cây con Khi trưởng thành cây có đường kính khoảng 12 cm nhưng sinh sản rất nhanh tạo ra các cụm dày đặc và có thể trở thành cỏ dại làm cản trở sự trao đổi khí trong mặt phân giới nước - không khí, làm giảm ôxy trong nước cũng như ngăn cản sự chiếu sáng cho các loài thực vật sống ngầm dưới nước Vì vậy, cần kiểm soát sự sinh sản bằng cách vớt bỏ khỏi mặt nước Bèo cái không giới hạn độ sâu của nước nhưng phải đủ để rễ buông thỏng trong nước Bèo cái có vai trò quan trọng trong việc khắc phục tình trạng dư thừa, chúng hấp thụ phần lớn các chất như: nitrat, phốtphát và một số chất dinh dưỡng trong môi trường nước vì thế nó có tính năng chống ô nhiễm cho nước.

Hình 5: Cây bèo cái

2.1.3 Thủy trúc (Cuperus alternifolius L - Họ Cyperaceae)

Nguồn gốc: Cây có nguồn gốc từ Madagasca (châu Phi), có dáng đặc sắc, mọc thành bụi dày, thẳng như cây dừa, cây cau tí hon

Đặc điểm: Cây có thân tròn màu xanh đậm, lá giảm thành các bẹ ở gốc, thay vào đó các lá bắc ở đỉnh lại lớn, xếp vòng xoè ra, dài, cong xuống, khá đẹp Cuống chung của hoa dài thẳng, xếp toả ra nổi trên đám lá bắc, hoa lúc non màu trắng sau chuyển sang nâu Có vai trò trong việc làm giảm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt

2.2.3 Than hoạt tính

Có khả năng hấp phụ các chất độc hại, các loại vi sinh vật và trung hòa các khoáng chất khó hoàn tan trong nước, khử mùi trong nước

Hình 6: Cây thủy trúc

2.2.4 Sỏi đá

Lớp dưới cùng là sỏi, tạo khoảng trống để thu gom nước

III QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG HỆ THỐNG LỌC KẾT HỢP GIỮA BIỆN PHÁP SINH HỌC VÀ VẬT LÝ

3.1 Cơ sở khoa học

- Khả năng hấp thu các chất không hòa tan trong nước của nhóm thực vật thủy sinh Các thực vật thủy sinh có hệ rễ phát triển, có khả năng hấp thu các chất độc hại như: …, đồng thời có khả năng làm sạch các nguồn nước bị ô

nhiễm bởi các chất hóa học.

- Khả năng lọc phèn, các chất bẩn của cát sạch, đồng thời dựa vào khả năng hấp thụ các chất độc hại, khử mùi trong nước và oxi hóa các kim loại nặng của cát mangan và than hoạt tính.

3.2 Cấu trúc hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Trong sơ đồ cấu trúc hệ thống xử lý nước thải, chúng tôi đề xuất các mô hình sau:

- Mô hình 1: Bể lọc thực vật  bể lọc vật lý

- Mô hình 2: Bể lọc vật lý  Bể lọc thực vật

3.3 Mô hình thực nghiệm

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi nhận thấy rằng áp dụng

mô hình 1 mang lại hiệu quả cao hơn Do đó, trong quá trình xây dựng mô hình thực chúng tôi áp dụng theo mô hình 1.

Hình 4 : Mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ thống lọc kết hợp

giữa biện pháp sinh học và vật lý 3.4 Những điều cần lưu ý

Trong quá trình sử dụng cần tiến hành vệ sinh bể lọc bằng cách rửa ngược, rửa xuôi giúp các chất bẩn trôi khỏi bề mặt hạt lọc, hạn chế tối đa việc nhiễm bẩn hạt lọc thì công dụng lọc nước của các vật liệu lọc nước sẽ tốt hơn Thời gian vệ sinh bể lọc phụ thuộc vào công suất, chất lượng nguồn nước đầu vào và thời gian lọc

PHẦN III: GIẢ THUYẾT KHOA HỌC VÀ PHÁT BIỂU MỤC ĐÍCH

NGHIÊN CỨU

1 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế được hệ thống lọc kết hợp giữa biện pháp sinh học và vật lý

có chất lượng và sử dụng theo một quy trình hợp lý sẽ nâng cao khả năng xử lý nước thải sinh hoạt, tận dụng được nguồn nước thải sinh hoạt đã qua xử lý cho trồng trọt và chăn nuôi, từ đó tiết kiệm được chi phí sử dụng nước đồng thời góp phần bảo vệ môi trường xanh – sạch – đẹp

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu cách thức xây dựng, quy trình và thiết kế mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ thống lọc kết hợp giữa biện pháp sinh học và vật lý nhằm cải thiện môi trường nước ở địa phương

PHẦN IV: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Thu thập, phân loại, tổng hợp các tài liệu và các công trình nghiên cứu liên quan tới đề tài

2 Phương pháp quan sát thực địa

Trực tiếp quan sát các nguồn nước gây ô nhiễm môi trường và các hệ thống xử lý nước thải ở địa phương

3 Phương pháp chuyên gia

Gặp gỡ, trao đổi với những chuyên gia có nhiều kinh nghiệm về lĩnh vực mình đang nghiên cứu, lắng nghe sự tư vấn của các chuyên gia để định hướng cho việc triển khai đề tài

4 Phương pháp điều tra

- Điều tra thực trạng ô nhiễm nguồn nước và xử lý nước thải ở địa phương

- Thu mẫu nước thải sinh hoạt và xử lý nước thải sinh hoạt tại địa phương

6.2 Phương pháp xác định P

Photpho có thể tồn lưu trong nước dưới dạng H2PO4 - , HPO42-, PO43- , các polyphotphat và photpho vô cơ Ở nồng độ thấp chúng là các chất dinh dưỡng thực vật thủy sinh, khi ở nồng độ cao, các chất này gây ô nhiễm góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng ở ao, hồ

6.3 Phương pháp xác định TSS

Chất rắn lơ lững (TSS): là trọng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít mẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 1300C - 1500C tới khi trọng lượng không đổi Đơn vị tính bằng mg/l

6.4 Phương pháp xác định NH 4 +

6.5 Phương pháp xác định NO 3

-Xác định nitrat bằng phương pháp trắc phổ dùng axit sunfosalixylic

6.6 Phương pháp xác định COD

- Dựa vào khả năng oxy hóa mạnh của KMnO4 trong môi trường axít

- Dựa vào lượng KMnO4 cho vào mẫu nước thử ban đầu và lượng KMnO4 còn lại sau phản ứng ta có thể xác định được lượng chất hữu cơ có trong mẫu nước thử

2MnO- 4+ 5(C2O4 ) 2- + 16H+ = 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O

Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong một đơn vị mẫu nước (mg/l) thành CO2 và H2O COD biểu thị lượng chất hữu cơ có thể oxy hóa bằng hóa học Như vậy, chỉ số COD luôn luôn có giá trị cao hơn BOD vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ không thể bị oxy hóa bằng vi sinh vật Tỷ lệ BOD và COD thường xấp xỉ từ 0,5 - 0,7

PHẦN V: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Kết quả nghiên cứu

1.1 Mô hình thực nghiệm

Hình 5: Mô hình thực nghiệm

Hình 6: Mô hình thực nghiệm

- Bình 1: Bình lọc sinh học: Sử dụng bèo cái để hấp thụ phần lớn các chất như: nitrat, phốtphát và một số chất dinh dưỡng trong môi trường nước, để bèo tăng khả năng hấp thụ chất bẩn nên để nước thải trong bình 1 trong vòng 1 tuần đến 10 ngày, sau đó mới mở van xả tiếp sang bình 2.

a, Nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý

b, Nước thải sinh hoạt đã lọc trong bình lọc sinh học 10 ngày

Hình 7: Bình lọc sinh học

- Bình 2, 3,4: Bình lọc vật lý

+ Bình 2: Cát sạch  cát mangan  Sỏi nhỏ sỏi lớn

Hình 8: Bình lọc thứ 2 Hình 9: Bình lọc thứ 3

+ Bình 3: Than hoạt tính  Sỏi

+ Bình 4: Sỏi nhỏ  Sỏi trung  Sỏi lớn

Hình 10: Bình lọc thứ 4