Nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải để xử lý nước thải sinh hoạt của vùng nông thôn đồng bằng bắc bộ (Tóm tắt trích đoạn)

Khảo sát khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp hấp phụ tĩnh Error!. Khảo sát khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp h

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA

HỌC:

TS Nguyễn Minh Phương

Hà Nội, 2017

1.2.5 Một số mô hình xử lý nước thải Error! Bookmark not defined.

1.3 Tổng quan về vật liệu phế thải (phế phụ phẩm nông nghiệp) vùng nông thôn Error! Bookmark not defined.

1.3.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined.

1.3.2 Thành phần và đặc tính Error! Bookmark not defined.

1.3.3 Ứng dụng trong xử lý môi trường Error! Bookmark not defined

Chương 2 THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined.

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.1.1 Mục tiêu Error! Bookmark not defined.

2.1.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2 Hóa chất và dụng cụ Error! Bookmark not defined

2.2.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined.

2.2.2 Dụng cụ Error! Bookmark not defined.

2.3 Khảo sát đặc tính của nước thải sinh hoạt tại vùng nông thôn Đồng bằng Bắc Bộ

Error! Bookmark not defined

2.3.1 Lấy mẫu Error! Bookmark not defined.

2.3.2 Phân tích các thông số chất lượng nước Error! Bookmark not defined.

2.4 Nghiên cứu sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý nước thải

Error! Bookmark not defined 2.4.1 Quá trình chế tạo vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined

2.4.2 Khảo sát khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của vật liệu hấp phụ bằng phương

pháp hấp phụ tĩnh Error! Bookmark not defined

2.4.3 Khảo sát khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của vật liệu hấp phụ bằng phương

pháp hấp phụ động Error! Bookmark not defined

2.5 Khảo sát sơ bộ khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học hiếu

khí Error! Bookmark not defined 2.5.1 Chuẩn bị bùn hoạt tính (sinh khối) Error! Bookmark not defined

2.5.2 Vận hành thiết bị xử lý hiếu khí Error! Bookmark not defined.

2.6 Khảo sát khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình kết hợp phương pháp sinh

học hiếu khí và phương pháp hấp phụ Error! Bookmark not defined 2.6.1 Nguyên lý hoạt động của mô hình xử lý nước thải Error! Bookmark not

defined.

2.6.2 Vận hành mô hình xử lý nước thải Error! Bookmark not defined

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined

3.1 Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt tại nông thôn Đồng bằng Bắc Bộ

Error! Bookmark not defined

3.2 Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ phế

phụ phẩm nông nghiệp Error! Bookmark not defined

3.2.1 Đặc trưng hình thái bề mặt của vật liệu Error! Bookmark not defined.

3.2.2 Thời gian cân bằng hấp phụ Error! Bookmark not defined

3.2.3 Khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt với các nồng độ khác

nhau Error! Bookmark not defined

3.3 Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp hấp phụ

động Error! Bookmark not defined

3.3.1 Chất hữu cơ (thông qua chỉ số COD) Error! Bookmark not defined.

3.3.2 Amoni Error! Bookmark not defined.

3.3.3 Photphat Error! Bookmark not defined.

3.4 Xây dựng mô hình xử lý nước thải sinh hoạt nông thôn Error! Bookmark not defined.

3.4.1 Khảo sát sơ bộ khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined.

3.4.2 Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình xử lý kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí và phương pháp hấp phụ Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Diễn biến chỉ số COD trong nước sông một số khu vực nông thôn phía Bắc giai đoạn 2011-2014 17 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống xử lý bằng phương pháp yếm khí kết hợp hiếu khí Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp lọc sinh học yếm khí kết hợp với lọc sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined.

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp sinh học hiếu khí kết hợp với phương pháp hấp phụError! Bookmark not

defined.

Hình 1.5 Biểu đồ ước tính lượng rơm rạ phát sinh ngoài đồng ruộng Error! Bookmark not defined.

Hình 2.1 Sơ đồ mô tả quy trình chế tạo trấu nung từ vỏ trấu Error!

Bookmark not defined.

Hình 2.2 Mô hình cột hấp phụ Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại điểm cuối của cột hấp phụ theo thời gian Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Sơ đồ mô hình xử lý nước thải Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Biểu diễn thông số COD Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Biểu diễn thông số amoni Error! Bookmark not defined.

Hình 3.3 Biểu diễn thông số photphat Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Ảnh chụp SEM của VLHP trấu nungError! Bookmark not defined.

Hình 3.5 Ảnh chụp SEM của VLHP rơm nungError! Bookmark not defined.

Hình 3.6 Biểu diễn ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng xử

lý COD của các VLHP Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Biểu diễn ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng xử

lý amoni của các VLHP Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Biểu diễn ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng xử

lý photphat của các VLHP Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ của 4 VLHP với các giá trị COD khác nhau Error! Bookmark not defined.

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ của 4 VLHP với các nồng độ amoni khác nhau Error! Bookmark not defined.

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ của 4 VLHP với các nồng độ photphat khác nhau Error! Bookmark not defined.

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn giá trị COD sau khi ra khỏi cột hấp phụ đối với các tốc độ dòng khác nhau của VLHP trấu nung 1,5 g Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn giá trị COD sau khi ra khỏi cột hấp phụ đối với các tốc độ dòng khác nhau của VLHP trấu nung 1,0 g Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn giá trị COD sau khi ra khỏi cột hấp phụ đối với các tốc độ dòng khác nhau của VLHP rơm nung 1,5 g Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn giá trị COD sau khi ra khỏi cột hấp phụ đối với các tốc độ dòng khác nhau của VLHP rơm nung 1,0 gError! Bookmark not

defined.

Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn nồng độ amoni sau khi ra khỏi cột hấp phụ đối với các tốc độ dòng khác nhau của VLHP rơm nung 1,5 g Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn nồng độ amoni sau khi ra khỏi cột hấp phụ đối với các tốc độ dòng khác nhau của VLHP rơm nung 1,0 g Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn nồng độ photphat sau khi ra khỏi cột hấp phụ đối với các tốc độ dòng khác nhau của VLHP rơm nung 1,5 g Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn nồng độ photphat sau khi ra khỏi cột hấp phụ đối với các tốc độ dòng khác nhau của VLHP rơm nung 1,0 g Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi giá trị COD theo thời gian Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ amoni, photphat theo thời gian Error! Bookmark not defined.

Hình 3.22 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng COD, amoni, photphat theo dõi trong 5 ngày Error! Bookmark not defined.

Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng COD, amoni, photphat trong 54 giờ với tốc độ bơm 10 ml/phútError! Bookmark not defined.

Hình 3.24 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng COD, amoni, photphat trong 56 giờ với tốc độ bơm 12,5 ml/phút Error! Bookmark not defined.

Bảng 1.5 Thành phần các oxit có trong tro trấuError! Bookmark not defined.

Bảng 1.6 Thành phần các chất có trong tro rơm rạError! Bookmark not

defined.

Bảng 2.1 Quy trình xây dựng đường chuẩn xác định chỉ tiêu COD Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.2 Quy trình xây dựng đường chuẩn xác định amoni Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.3 Quy trình xây dựng đường chuẩn xác định photphat Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.4 Các thông số ô nhiễm của NTSH sử dụng trong luận văn Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.5 Khảo sát khả năng xử lý NTSH với các khối lượng VLHP vàtốc

độ dòng khác nhau Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.1 Kết quả đo nhanh và phân tích các thông số ô nhiễm trong NTSH tại ba tỉnh Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.2 Kết quả phân tích các thông số ô nhiễm trong NTSH tại tỉnh Bắc Ninh Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.3 Kết quả xử lý COD của VLHP trấu đốt, rơm đốt trong các thời gian hấp phụ khác nhau Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.4 Kết quả xử lý COD của VLHP trấu nung, rơm nung trong các thời gian hấp phụ khác nhau Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.5 Kết quả xử lý amoni của VLHP trấu đốt, rơm đốt trong các thời gian hấp phụ khác nhau Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.6 Kết quả xử lý amoni của VLHP trấu nung, rơm nung trong các thời gian hấp phụ khác nhau Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.7 Kết quả xử lý photphat của VLHP trấu đốt, rơm đốt trong các thời gian hấp phụ khác nhau Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.8 Kết quả xử lý photphat của VLHP trấu nung, rơm nung trong các thời gian hấp phụ khác nhau Error! Bookmark not defined Bảng 3.9 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của các VLHP Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.10 Kết quả xử lý COD của VLHP trấu đốt, rơm đốt với các giá trị COD khác nhau Error! Bookmark not defined Bảng 3.11 Kết quả xử lý COD của VLHP trấu nung, rơm nung với giá trị COD khác nhau Error! Bookmark not defined Bảng 3.12 Kết quả xử lý NH4

Bảng 3.13 Kết quả xử lý NH4

+

của VLHP trấu nung, rơm nung với nồng

độ NH4 + khác nhau Error! Bookmark not defined Bảng 3.14 Kết quả xử lý PO4 3- của VLHP trấu đốt, rơm đốt với nồng độ

khác nhau Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.16 Kết quả xử lý COD của VLHP trấu nung với giá trị COD đầu vào Co=236 (mg/l) Error! Bookmark not defined Bảng 3.17 Kết quả xử lý COD của VLHP rơm nung với giá trị COD đầu vào Co=260 (mg/l) Error! Bookmark not defined Bảng 3.18 Kết quả xử lý amoni của VLHP rơm nung với nồng độ amoni đầu vào Co=45,05(mg/l) Error! Bookmark not defined Bảng 3.19 Kết quả xử lý photphat của VLHP rơm nung với nồng độ photphat đầu vào Co=28,84 (mg/l) Error! Bookmark not defined Bảng 3.20 Biến thiên giá trị COD theo thời gian xử lý sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.21 Kết quả xử lý amoni, photphat bằng phương pháp sinh học hiếu khí Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.22 Kết quả xử lý COD, amoni, photphat trong 5 ngày với tốc độ bơm 10ml/phút Error! Bookmark not defined Bảng 3.23 Kết quả xử lý COD, amoni, photphat trong 54 giờ với tốc độ bơm 10 ml/phút Error! Bookmark not defined Bảng 3.24 Kết quả xử lý chỉ tiêu COD, amoni, photphat trong 56 giờ với tốc độ bơm 12,5 ml/phút Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BO

D

Nhu cầu oxy hóa sinh học

DO Hàm lượng oxy hoà tan trong nước CO

D

Nhu cầu oxy hóa hóa học TSS Tổng chất rắn lơ lửng TDS Tổng chất rắn hòa tan QC

VSV Vi sinh vật VLH

P

Vật liệu hấp phụ NTS

MỞ ĐẦU

Nước không thể thiếu đối với mọi sự sống trên trái đất, nó là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người Nước được sử dụng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ… Sau khi sử dụng nước trở thành nước thải và bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau Ngày nay, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển cao của các ngành công nghiệp, nông nghiệp đã để lại rất nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường nước Vấn đề này đang là mối nguy hiểm đáng lo ngại của rất nhiều người cũng như rất nhiều quốc gia trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã tìm và áp dụng thành công rất nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt khác nhau Tùy vào tình hình cụ thể như mức độ ô nhiễm, chi phí xử lí, điều kiện ngoại cảnh… sẽ áp dụng phương pháp xử lý sao cho phù hợp nhất.Ở các vùng nông thôn, việc tìm ra phương pháp xử lý nước sao cho tiết kiệm chi phí nhất là vấn đề luôn được đặt lên hàng đầu Hiện nay, phương pháp sinhhọc được sử dụng phổ biến để xử

lý nước thải sinh hoạt do đơn giản, rẻ tiền, thân thiện với môi trường Tuy nhiên phương pháp sinhhọc cần thời gian xử lý khá dài, nên trong luận văn này chúng tôi nghiên cứu, đề xuất mô hình xử lý nước thải sinh hoạt vùng nông thôn trên cơ sở kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí

và phương pháp hấp phụ để rút ngắn thời gian xử lý Mặt khác, quá trình sản xuất nông nghiệp tại khu vực nông thôn hàng năm phát sinh một lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, rơm, rạ, bã mía, xơ dừa, vỏ lạc… mà hiện nay chúng chưa được quan tâm sử dụng nhiều gây ô nhiễm môi trường Do vậy, việc tận dụng nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp này để chế tạo

ra các loạivật liệu hấp phụ để xử lý nước thải sinh hoạt sẽ mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt cho cộng đồng dân cư ở khu vực nông thôn

Chính vì vậy, trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi tập trung “Nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải để xử lý nước thải sinh hoạt của vùng nông thôn Đồng bằng Bắc Bộ”

TỔNG QUAN

Tổng quan về nước thải tại khu vực nông thôn

Đặc tính của nước thải tại khu vực nông thôn

Nước thải của quá trình sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân ở khu vực nông thôn hiện nay đều không qua xử lý mà được xả thải chung vào hệ thống kênh mương, ao hồ gây ô nhiễm nguồn nước mặt

Nước thải tại khu vực nông thôn thường bị ô nhiễm bởi các chất cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan (được đánh giá thông qua các chỉ số BOD, COD), các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho), ngoài ra còn

có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh (Ecoli, coliform )

Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt (NTSH) phụ thuộc vào điều kiện sống, lượng nước sử dụng và đặc điểm chất thải của từng vùng dân cư.Hàm lượng các chất

ô nhiễm trong NTSHchưa qua xử lý được thể hiện trong bảng 1.1 sau [18]:

Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý

Các chỉ tiêu ô nhiễm Đơn vị

2020 được thể hiện bảng 1.2 dưới đây [9]

Ước tính hàm lượng một số chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt phát sinh từ khu

vực nông thôn tỉnh Phú Thọ năm 2013 và dự báo năm 2020

Các chỉ tiêu ô

nhiễm

Tải lượng ô nhiễm trungbình trong 1 ngày (g/người)

Tổng tải lượng ô nhiễm(kg/ngày)*

Tổng tải lượng ô nhiễm(kg/ngày)**

* giá trị phổ biến, năm 2013

** giá trị phổ biến (dự kiến 2020)

Tóm lại, các chất ô nhiễm đặc trưng trong NTSHtại khu vực nông thôn gồm: các chất hữu cơ hòa tan (BOD, COD);các chất rắn; các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho);chúng chủ yếu được tạo ra do quá trình sinh họat của con người như tắm gội, giặt giũ, bài tiết, tẩy rửa; các hoạt

động chăn nuôi gia súc, gia cầm

Hiện trạng ô nhiễm

Tình trạng ô nhiễm nguồn nước ở vùng nông thôn đặc biệt là nơi có mật độ dân cư đông đúc, có các làng nghề thủ công, các khu vực phát triển mạnh về chăn nuôi gia súc, gia cầm đã và đang là tình trạng chung của vùng nông thôn Đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB) và hầu hết các địa phương ở nông thôn Việt Nam

Việc sử dụng nông dược và phân bón hóa học tràn lan trong sản xuất nông nghiệp ngày càng góp phần gây ô nhiễm môi trường nước tại nông thôn Các khu vực sản xuất nông nghiệp nước thải chứa dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, phân bón đang gây nhiều hậu quả nghiêm trọng đến môi trường Theo tính toán của Cục bảo vệ thực vật thì mỗi bao bì thuốc trừ sâu dùng trong sản xuất nông nghiệp sẽ có khoảng 1,8% lượng thuốc còn dính bám vào bao bì Hầu hết các loại bao bì, vỏ chai thuốc trừ sâu sau khi sử dụng đều bị vứt bừa bãi ra đồng ruộng, ao hồ, kênh mương Đây là nguồn chất thải nguy hại có nguy cơ gây ô nhiễm cao đến môi trường tiếp nhận Theo kết quả tổng kết của Tổng cục Môi trường, lượng bao bì thuốc bảo vệ thực vật phát sinh năm 2012 của nước ta là 10.000 tấn [9] Mặc dù nhiều địa phương đã thực hiện chương trình thu gom bao bì thuốc bảo vệ thực vật, tuy nhiên kết quả quan trắc nước sông định kỳ hàng năm của

Sở tài nguyên Môi trường cho thấy nước sông nội đồng đã bị ô nhiễm cục bộ bởi hóa chất bảo vệ thực vật [9]