Nghiên cứu sử dụng xỉ than nhà máy nhiệt điện mông dương làm chất nền trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG LÀM CHẤT NỀN TRONG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG LÀM CHẤT NỀN TRONG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG LÀM CHẤT NỀN TRONG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Loan

Hà Nội – Năm 2

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

1 Đặt vấn đề 3

2 Mục tiêu nghiên cứu 4

3 Nội dung nghiên cứu 5

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 6

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 6

1.1.1 Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt 6 1.1.2 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trườngError! Bookmark not

defined

1.2 Nguyên lý công nghệ xử lý nước thải sinh hoạtError! Bookmark not defined

1.2.1 Khảo sát và đánh giá mức độ ô nhiễm Error! Bookmark not defined 1.2.2 Một số phương pháp xử lý nước thải sinh hoạtError! Bookmark not defined

1.2.3 Công nghệ xử lý nước thải bằng hệ thống đất ngập nước nhân tạo Error!

Bookmark not defined

1.3 Tính chất hóa lý của xỉ than Nhà máy Nhiệt điệnError! Bookmark not defined

1.4 Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về đất ngập nước nhân tạo Error! Bookmark not defined

1.4.1 Nghiên cứu trên thế giới Error! Bookmark not defined 1.4.2 Nghiên cứu tại Việt Nam Error! Bookmark not defined

Bookmark not defined

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấpError! Bookmark not defined

2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp Error! Bookmark not defined

not defined

3.1 Điều kiện thời tiết khí hậu vùng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 3.2 Kết quả phân tích tính chất lý hóa của xỉ than Mông Dương 51 3.3 Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của các công thức vật liệu lọc Error! Bookmark not defined

3.3.1 Hiệu suất xử lý COD Error! Bookmark not defined 3.3.2 Hiệu suất xử lý BOD 5 Error! Bookmark not defined

3.3.3 Khả năng xử lý NH 4 + Error! Bookmark not defined

3.3.4 Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức Error!

Bookmark not defined

3.4 Kết quả thử nghiệm trồng các loại thực vật thủy sinh khác nhau trên môi trường nền của xỉ than Error! Bookmark not defined

3.4.1 Xác định lượng nước và nồng độ COD đầu vào của thí nghiệm Error!

Bookmark not defined

3.4.2 Biểu hiện kiểu hình của các loại cây trồng tham gia thí nghiệm Error!

Bookmark not defined

3.4.3 Tỷ lệ sống của các loại cây tham gia thí nghiệmError! Bookmark not defined

3.4.4 Khả năng sinh trưởng của các loại cây ở các công thức thí nghiệm Error!

Bookmark not defined

3.5 Khả năng xử lý nước thải của các công thức cây trồngError! Bookmark not defined

3.5.1 Khả năng xử lý Amoni, Nitrit của các thức cây trồngError! Bookmark not

defined

3.5.2 Hiệu quả xử lý BOD 5 của các công thức cây trồngError! Bookmark not

defined

3.5.3 Khả năng xử lý tổng chất rắn lơ lửng ở các công thức cây trồng Error!

Bookmark not defined

3.5.4 Hiệu quả xử lý COD ở các công thức cây trồngError! Bookmark not defined

3.5.5 Khả năng xử lý Phốtphát của các công thức cây trồngError! Bookmark not defined

3.5.6 Kết quả đánh giá định tính (cảm quan) các chỉ tiêu vật lýError! Bookmark

not defined

3.6 So sánh hiệu suất xử lý giữa các công thức với các chỉ tiêu theo dõi Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 9 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Đất nước ta đang trên đà phát triển về mọi mặt nhất là trong lĩnh vực công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế, nhằm đạt mục tiêu chiến lược là trở thành một nước công nghiệp tiên tiến vào năm 2020 Song song với các hoạt động để đạt mục tiêu đó, một trong những nhiệm vụ không thể thiếu phần quan trọng là bảo vệ môi trường và phát triển bền vững nền kinh tế Trong nhịp điệu phát triển chung của cả nước, các đô thị Việt Nam không ngừng mở rộng và phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Tốc độ đô thị hóa ngày càng cao, đời sống của người dân được cải thiện đã làm nảy sinh những vấn đề nghiêm trọng về môi trường Công tác bảo vệ môi trường chưa được đầu tư đúng cách, các hoạt động thương mại, dịch vụ, sinh hoạt là nguồn phát sinh ô nhiễm nghiêm trọng cũng chưa được quan tâm Trong đó ô nhiễm môi trường nước đang là vấn đề đáng báo động

Đặc biệt, tình trạng nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, ven đô và nông thôn đều chưa được xử lý triệt để Nước thải từ các khu vệ sinh (nước đen) mới chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất lượng chưa đạt yêu cầu

xả ra môi trường, là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Đó là chưa kể dòng nước thải sinh hoạt từ nhà bếp, tắm, giặt (nước xám) thường không được xử lý qua bể tự hoại đã thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận, gây ô nhiễm nghiêm trọng các nguồn nước mặt, nước ngầm, đồng thời tác động xấu đến cảnh quan đô thị và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng

Trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam, phần lớn các dự án thoát nước, xử

lý nước thải còn chưa đến được mọi nơi, và nếu có cũng mới hướng tới giải quyết vấn đề thoát nước mưa, khắc phục tình trạng ngập úng, và còn rất khó

có kinh phí để duy trì vận hành, bảo dưỡng hệ thống vì vậy việc nghiên cứu làm sạch nước thải tại chỗ cho các cụm dân cư bằng công nghệ vừa đơn giản,

có chi phí xây dựng và vận hành thấp, vừa đảm bảo vệ sinh môi trường, là một hướng giải quyết hợp lý và khả thi

Mô hình đất ngập nước nhân tạo những năm gần đây đã được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải với ưu điểm là chi phí thấp, dễ vận hành đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao Đây là công nghệ xử

lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái của địa phương Bên cạnh đó, Việt Nam là nước nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm, rất thích hợp cho

sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh Do đó, việc sử dụng mô hình đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt có thể thay thế và bổ sung những công nghệ hóa lý tuy mang tính công nghệ cao nhưng lại tốn kém Mặt khác, mỗi năm, các nhà máy nhiệt điện Việt Nam tiêu thụ gần 14 triệu tấn than và thải ra khoảng 4,5 triệu tấn tro xỉ Đến năm 2020, lượng tro xỉ thải lên đến 16 triệu tấn/năm Ngoài việc gây tốn hàng nghìn ha đất để chứa và chôn lấp thì tro xỉ nhiệt điện còn là nguồn gây ô nhiễm môi trường đặc biệt nghiêm trọng cho đất, nước và không khí Tìm kiếm giải pháp tận thu tro xỉ nhiệt điện, biến loại phế thải này thành nguồn nguyên liệu có giá trị đang được đặt ra cấp bách

Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu sử

dụng xỉ than Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương làm chất nền trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải nói chung và nước thải sinh hoạt nói riêng bằng việc sử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo với chất nền từ vật liệu xỉ than, có chi phí xây dựng cũng như vận hành bảo dưỡng thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam, tận dụng chất thải, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường

3 Nội dung nghiên cứu

 Tính chất lý hóa của xỉ than NMNĐ Mông Dương

 Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của xỉ than và các vật liệu lọc khác

 Thử nghiệm trồng các loại cây thủy sinh khác nhau trên môi trường nền của xỉ than để tìm ra loài cây có thể phát triển tốt

 Nghiên cứu khả năng xử lý của hệ thống đất ngập nước với chất nền là

xỉ than và loài thực vật được lựa chọn để xử lý nước thải sinh hoạt

 Xác định tải lượng dòng thải đầu vào mô hình ĐNN nhân tạo (nồng độ các chỉ tiêu pH, TSS, COD, NH4

+

, NO2

-, NO3

-, PO4

của NTSH trước xử lý)

 Xác định tải lượng dòng thải đầu ra như pH, TSS, COD, NH4+

, NO2

-,

NO3

-, PO4

và hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

4.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được khả năng xử lý của hệ thống đất ngập nước nhân tạo trồng thực vật thủy sinh với chất nền là xỉ than đối với môi trường nước thải sinh hoạt, các thông số này rất cần thiết để tính toán ra một

hệ thống đất ngập nước nhân tạo hoàn thiện để xử lý nước thải sinh hoạt

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Ngăn ngừa nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt từ các hoạt động sống, hoạt động sản xuất của con người

Giảm thiểu nguồn tro xỉ thải ra hàng năm tại Nhà máy Nhiệt điện và tận dụng được nguồn nguyên liệu này làm chất nền trong hệ thống ĐNN nhân tạo

để xử lý nước thải sinh hoạt

Đây là một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường địa phương

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

1.1.1 Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt

1.1.1.1 Nguồn phát thải nước thải sinh hoạt

Nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đích như sinh hoạt, dịch

vụ, tưới tiêu thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt, tẩy rửa được thải ra từ các căn hộ,

cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và công trình công cộng khác.[15]

Nước thải sinh hoạt (NTSH) gồm có các nguồn thải sau:

 Khu dân cư: Nước thải khu vực này có thể tính bằng con số theo đầu người sử dụng, số lượng nước khoảng 80 – 300 lít một ngày Trong thực tế mức độ ô nhiễm của nước thải tùy thuộc vào điều kiện sống của từng khu vực, chất lượng bữa ăn, chất lượng sống (các loại nước vệ sinh có qua các bể phốt hay xả thẳng ra cống rãnh) cũng như hệ thống thải nước của từng khu vực

 Khu thương mại: gồm có chợ (chợ tập trung, chợ cóc ), các cửa hàng, bến xe, trụ sở kinh doanh, trung tâm mua bán của khu vực Lượng nước thải của khu vực này được tính bằng số m3/ngày dựa trên số lượng nước cấp đầu vào, trung bình là 7,5 – 14 m3/ha/ngày

 Khu vui chơi giải trí: gồm các quán cà phê, câu lạc bộ, bể bơi, Ở đây lượng nước thải thay đổi rõ rệt theo mùa trong năm

 Khu vực cơ quan: gồm cơ quan, công sở, trường học, bệnh viện Lượng NTSH phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của

hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt phụ thuộc vào khả năng

cung cấp nước của nhà máy nước hay trạm cấp nước hiện có Các trung tâm

đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng nước thải tính trên đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn NTSH ở trung tâm đô thị thường được thoát bằng

hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn ở các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát nước bằng biện pháp tự thấm

Tiêu chuẩn NTSH trung tâm đô thị thường từ 100 – 250 l/người/ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 – 500 l/người/ngày (với các nước phát triển) Tiêu chuẩn NTSH ở đô thị nước ta hiện nay dao động trong khoảng

120 – 180 l/người/ngày Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩn NTSH từ 50 – 120l/người/ngày Ngoài ra, lượng NTSH còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết, tập quán sinh hoạt; phụ thuộc vào loại công trình, chức năng, số người tham gia, phục vụ trong đó Trong một số trường hợp phải dựa vào tiêu chuẩn thoát nước để tính toán sơ

bộ lưu lượng nước thải như bảng 1.1.[15]

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn thải nước khu vực dân cư

STT Mức độ thiết bị vệ sinh trong công trình Tiêu chuẩn thải

(l/người.ngàyđêm)

1 Có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ

2 Có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ

sinh và thiết bị tắm thông thường 110 – 140

3 Có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ

sinh, có bồn tắm và cấp nước nóng cục bộ 140 – 180

Ở các khu thương mại, cơ quan, trường học, bệnh viện, khu giải trí ở xa hệ thống cống thoát của thành phố, phải xây dựng trạm bơm nước thải hay khu

xử lý nước thải riêng, tiêu chuẩn thải nước có thể tham khảo bảng 1.2, bảng 1.3, bảng 1.4 Tuy nhiên, có sự thay đổi trong thực tế điều kiện nước ta.[15]

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn thải nước từ các khu dịch vụ thương mại Nguồn nước thải Đơn vị tính Lưu lượng (l/đơn vị tính – ngày)

Khoảng dao động Trị số tiêu biểu

Kho hàng hóa Nhà vệ sinh 1515 – 2270 1900

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn thải nước từ các công sở

Nguồn nước thải Đơn vị tính Lưu lượng (l/đơn vị tính – ngày)

Khoảng dao động Trị số tiêu biểu

Bệnh viên tâm thần Giường bệnh 284 – 530 378

Nhà nghỉ Người trong

nhà điều dưỡng

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt

[1] Nguyễn Việt Anh (2005), “Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm

trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam”, Trường

Đại học Xây dựng

[2] Nguyễn Việt Anh (2007), Nghiên cứu cơ sở khoa học, đề xuất lựa chọn

các giải pháp thoát nước và xử lý nước thải chi phí thấp trong điều kiện Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội

[3] Nguyễn Đình Bảng (2004), Giáo trình các phương pháp xử lý nước thải,

NXB Khoa học tự nhiên, Hà Nội

[4] Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và phốtpho, NXB

KH Tự nhiên và Công nghệ

[5] Hoàng Đàn (2007), “Xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây, công nghệ

mới đem lại nhiều lợi ích cho môi trường”, Trường Đại học Tây

Nguyên

[6] Nguyễn Thế Đặng – Nguyễn Thế Hùng (1999), Giáo trình đất, NXB nông

nghiệp

[7] Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB KHKT, Hà Nội

[8] Nguyễn Tiến Hoàng (2006), Xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp

sinh học, Trường ĐH Khoa học Huế

[9] Trịnh Lê Hùng (1996), Kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Giáo dục, Hà Nội [10] Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải,

NXB Xây dựng, Hà Nội

[11] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (1999), Giáo trình công nghệ xử lý nước

thải, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội

[12] Lương Đức Phẩm (2000), Vi sinh vật học và an toàn vệ sinh thực phẩm,

NXB Nông nghiệp, Hà Nội