Transcript pps

Đề Tài
Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Chợ Bến Ngự
Bằng Quá Trình Lọc Sinh Học Hiếu Khí
Có Vật Liệu Chìm Trong Nước
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hiến Thuận
Giáo viên hướng dẫn : TS. Phạm Khắc Liệu
1. Mở Đầu
 Chợ là nguồn gây ô nhiễm môi trường,
 Chợ ở Huế: hệ thống thu gom nước thải xuống cấp, một vài chợ
có hệ thống xử lý nhưng hiệu quả chưa đạt yêu cầu,…Chợ Bến
Ngự có quy mô lớn ở Huế, nằm sát sông An Cựu – sông bị ô
nhiễm,
 Nước thải chợ có thành phần tương tự nước thải đô thị và hàm
lượng chất ô nhiễm cao,
 Gần đây, lọc sinh học ngập nước được ứng dụng trong xử lý
NTĐT và CNTP với nhiều ưu điểm: hoạt động ở tải trọng cao
trong điều kiện cấp khí nhỏ nhất, lượng bùn sinh ra ít,…
 Từ cơ sở trên chúng tôi chọn đề tài này với mục tiêu lắp đặt bể lọc
sinh học ngập nước để xử lý nước thải chợ đạt tiêu chuẩn loại B
TCVN 5945:2005.
2. Tổng quan
2.1. Chợ - nguồn ô nhiễm môi trường đô thị
Ô nhiễm
tiếng ồn
Tác động
cảnh quan
Ô nhiễm
không khí
Chợ
Nước thải
Nguồn phát sinh:
-Rửa hàng hóa và thực
phẩm
-Vệ sinh nền chợ
-Các dịch vụ như: ăn
uống, gội đầu,…
Lưu lượng:
-Tỷ lệ với quy mô
và loại hình hoạt
động trong chợ
- Biến động lớn
trong ngày.
Rác thải: được
thu gom chung với
rác thải đô thị.
Đặc điểm: chứa
hàm lượng SS,
chất hữu cơ, dầu
mỡ cao, có mùi
hôi…
2. Tổng quan (tt)
2.2. Lọc sinh học hiếu khí có vật liệu chìm trong nước
• Về cơ chế tương tự với lọc nhỏ giọt nhưng
hoạt động ở tải trọng cao hơn nhiều
• Ưu điểm so với quá trình sinh trưởng lơ lửng:
 Hoạt động ở tải trọng cao và ổn định,
 Lượng bùn sinh ra ít,
 Chống chịu tốt với sự thay đổi chế độ thủy
lực, tải trọng hữu cơ và với chất độc,
 Chi phí hoạt động thấp.
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước thải chợ Bến Ngự
3.2. Nội dung nghiên cứu
• Nghiên cứu đặc điểm nước thải chợ Bến Ngự
• Chế tạo thiết bị lọc sinh học hiếu khí có vật liệu chìm trong
nước.
• Nghiên cứu quá trình xử lý nước thải chợ Bến Ngự bằng thiết
bị chế tạo bao gồm:
 Khởi động thiết bị,
 Xem xét ảnh hưởng của các thông số vận hành đến
hiệu quả xử lý–nhất là tải trọng hữu cơ,
 Đề xuất giải pháp xử lý.
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu (tt)
3.3. Phương pháp nghiên cứu
3.3.1. Phương pháp thu thập số liệu tài liệu
3.3.2. Phương pháp quan sát và điều tra hiện trường
3.3.3. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm
3.3.4. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu
3.3.5. Phương pháp xử lý số liệu và tính toán
3.3. Phương pháp nghiên cứu (tt)
3.3.3. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm
(1). Hệ thống thí nghiệm: Mô tả ở hình 1.
Máy sục khí BOSS
Bể phản ứng:
H=31 cm
h = 27 cm
D=16,5 cm
d=16 cm
V= 5,4 L
Vthực = 5,2 L
Bơm nhu động
RP-2000
Đồng hồ đo lưu
lượng khí
Nước thải ra
Ống phân phối khí
trung tâm bể
Vật liệu mang
sợi Acrylic
Nước
thải
Hình 1. Hệ thống thí nghiệm.
3.3.3. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm (tt)
(2). Khởi động hệ thống
Cho nước thải
pha vào
Cho bùn vào bể
Máy sục
khí
Hình 2. Các bước khởi động hệ thống.
Bơm nước
thải
3.3.3. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm (tt)
(3). Vận hành hệ thống với nước thải pha
 Nhằm tăng nồng độ sinh khối bám trên vật liệu,
 Tạo điều kiện để vi sinh vật bám dính ổn định trên vật liệu và
thích nghi với chế độ dòng chảy liên tục.
Bảng 1. Thành phần môi trường dịch
chiết thịt bò - pepton
Điều kiện vận hành
Qnt = 0,22 L/h (HRT = 24h)
STT
Thành phần
Nồng
Q k=0,5 L không khí/phút
độ
COD = 286 mg/L,
1
Dịch chiết thịt 5 mL/L
bò - pepton
NH4-N = 2,1 mg-N/L,
NO3-N và NO2-N xem như
2
Dung
dịch 5 mL/L
không có.
NaHCO3 21g/L
VLR = 0,29 kgCOD/m3/ngày,
3
Dung dịch hỗn 0,75
hợp muối
mL/L
Ghi chú
Chiết từ thịt bò
tươi+pepton pha chế từ
sản phẩm khô
Thành phần này có thể
được thay đổi nồng độ
để điều chỉnh pH môi
trường.
NaCl + KCl + CaCl2 +
MgSO4
3.3.3. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm (tt)
(4). Theo dõi vận hành hệ thống xử lý với nước thải chợ
Đánh giá sự thích nghi của hệ thống đối với sự thay đổi tải
trọng COD đầu vào:
+ Thay đổi nồng độ COD đầu vào (thấp đến cao) đến khi đạt nồng
độ COD nước thải chợ,
+ Thay đổi thời gian lưu (HRT).
Bảng 2. Các pha vận hành hệ thống xử lý theo tải trọng hữu cơ
Pha thí nghiệm
COD vào,
mg/L
A
B
C
D
Khoảng giá trị
271 – 298
590 – 620
560 – 720
490-580
TB
282,5
595
623
543
24
24
12
8
HRT, h
LCOD,
kg/m3/d
Khoảng giá trị 0,27 – 0,30 0,54 – 0,62 1,14 – 1,44 1,47-1,74
TB
Lưu lượng
khí, L/phút
0,28
0,60
1,25
1,63
1
1,5
1,7
3
3.3.4. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu
a.
b.
c.
Lấy mẫu nước thải chợ: Lấy tổ hợp theo thời gian,
Lấy mẫu nước sau xử lý: định kỳ 2 ngày/mẫu,
Lấy mẫu nước sông: Lấy tổ hợp theo thời gian,
Tất cả các mẫu đều được lọc qua giấy lọc cỡ 1µm và bảo quản
lạnh để phân tích
Bảng 3. Mô tả các mẫu nước sông An Cựu
Kí hiệu
Vị trí lấy mẫu
AC5
Cách cống thải 5m về phía thượng nguồn
(phía cầu Bến Ngự), cách bờ 1m.
AC0
Cách miệng cống thải 1m theo hướng cống
AC20
Cách cống thải 20m về phía hạ lưu và cách bờ 1m.
4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
4.1. Đặc điểm nước thải chợ Bến Ngự
Về mặt cảm quan,
nước thải chợ Bến
Ngự có màu xám,
mùi hôi tanh khó
chịu và hàm lượng
chất bẩn cao. Màu
đặc trưng của nước
thải chợ được mô tả
ở hình 3.
Hình 3. Màu nước thải chợ Bến Ngự.
Bảng 4. Một số thông số chất lượng nước thải chợ Bến Ngự
Thông
số
Thời gian
Nhiệt
độ,
oC
pH
DO, mg/L
COD,
mg/L
BOD5
mg/L
SS,mg/L
NH4-N,
mg-N/L
PO4-P,
mg-P/L
10/2007
22
7,3
-
470
320
67
78,1
12,3
11/2007
18
7,5
-
476
280
86
76,2
10,6
12/2007
23
7,5
-
540
270
92
76,8
8,3
01/2008
17
7,4
-
480
320
117
84,3
12,6
02/2008
15
7,4
-
755
410
104
91,5
13,7
03/2008
26
7,6
2,2
588
316
98
92,6
23,1
04/2008
26
7,4
1,9
601
307
96
89,5
21,8
05/2008
27
7,5
1,8
623
370
109
110,9
23,5
Trung bình
22
7,5
2,0
567
324
96
87,5
15,7
TCVN5945:2005
cột B
40
5-9
-
80
50
100
10
6
 Nhiệt độ và pH thích hợp với việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học,
 So với cột B TCVN 5945:2005, COD cao hơn tiêu chuẩn 7 lần; BOD5 cao
hơn 6,5 lần, NH4-N cao hơn 8,8 lần, PO4-P cao hơn 2,6 lần
 Tỷ lệ BOD5/COD = 0,57
4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận (tt)
4.2. Chất lượng nước sông An Cựu khu vực xung quanh
cống thải chợ Bến Ngự
Nước sông tại đoạn
tiếp nhận nước thải
chợ có màu hơi xanh,
đục và dọc bờ sông
cây cỏ phát triển
mạnh và được mô tả
ở hình 4.
Hình 4. Sự ô nhiễm xung quanh
cống thải chợ Bến Ngự.
Bảng 5. Chất lượng nước sông An Cựu khu vực xung quanh cống thải chợ
Bến Ngự (tt)
Mẫu
Thông số
AC5
AC0
AC20
Nhiệt độ, oC
28,7 ± 0,6
28,7 ± 0,6
28,7 ± 0,6
pH
7,0 ± 0,1
7,1 ± 0,1
7,0 ± 0,1
5,5-9
DO, mg/L
2,7 ± 0,2
2,1 ± 0,2
2,5 ± 0,2
≥2
COD, mg/L
12 ± 3
36 ± 7
25 ± 2
35
NH4-N, mg-N/L
2,8 ± 0,4
11,6 ± 1,5
5,0 ± 0,4
1
NO3-N, mg-N/L
0,11 ± 0,01
0,13 ± 0,01
0,19 ± 0,02
15
NO2-N, mg-N/L 0,04 ± 0,01
0,04 ± 0,01
0,05 ± 0,01
0,05
0,3 ± 0,3
0,2 ± 0,1
-
PO4-P, mg-P/L
0,2 ± 0,1
Nồng độ amoni vượt tiêu chuẩn
Mẫu AC0 có mức ô nhiễm cao
TCVN 5942-1995
cột B
4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận (tt)
4.3. Kết quả vận hành hệ thống với môi trường pha chế
a. Hiệu quả loại COD: Hiệu suất 85,6 – 91%, sau 10 vận hành hệ
thống ổn định → hoạt tính của bùn cao
Hiệu suất loại COD
45
100
40
80
35
60
30
40
25
20
20
0
2
4
6
8
Hiệu suất, %
COD, mg/l
COD đầu ra
10 12 14 16 18 20
Thời gian vận hành, ngày
Hình 5. Hiệu quả loại COD trong giai đoạn vận hành với nước thải pha chế.
4.3. Kết quả vận hành hệ thống với môi trường pha chế (tt)
b. Hiệu quả nitrat hóa:
Hiệu quả nitrat hóa được thể hiện ở hình 6.
Hiện tượng amôni
đầu ra tăng hơn đầu vào
ở 16 ngày vận hành đầu
tiên.
NH4-N ra
NO3-N ra
NO2-N ra
25
20
Nồng độ, mg/l
Những ngày đầu có
xuất hiện nitrat và
nitrit,
15
10
5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Thời gian vận hành, ngày
Hình 6. Nồng độ đầu ra các dạng nitơ trong
giai đoạn vận hành với nước thải pha chế.
4.4. Khả năng xử lý nước thải chợ của hệ thống ở các tải
Pha C, hiện tượng sốc như pha
trọng khác nhau
B nhưng vẫn phục hồi (90%),
4.4.1.Khả năng xử lý COD:
COD ra đạt TCVN 5945:2005
Pha
B,
lúc
đầu
Pha A, hệ đáp
hiệu suất giảm sau
Pha D, hiệu suất giảm hơn
ứng nhanh
thì phục hồi tốt
nhưng vẫn cao (87.2%) COD ra
(hiệu suất tăng
(93,4%)
đạt TCVN5945:2005
đến 90%)
E(COD)
150
100
120
80
90
60
60
40
30
20
0
Pha A
20
24
Pha B
28
32
Pha C
36
40
44
48
Pha D
52
56
60
Hiệu suất loại COD, %
COD ra, mg/l
CODra
0
64
Thời gian vận hành, ngày
Hình 7. Hiệu quả xử lý COD ở các pha vận hành với nước thải chợ.
4.4.1.Khả năng xử lý COD (tt)
Tải trọng COD vào và tải trọng COD xử lý có quan hệ tuyến tính
theo phương trình y = 0,8774x – 0,0073, R2 = 0,9998.
Đề tài chưa nghiên cứu đến tải trọng chất hữu cơ lớn nhất mà hệ
thống có khả năng xử lý.
y = 0.8774x - 0.0073
R2 = 0.9998
1
3
kg-COD/m /ngày
VLR xử lý,
1.5
0.5
0
0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
VLR vào, kg-COD/m3/ngày
Hình 8. Ảnh hưởng của tải trọng COD đầu vào đến hiệu xuất xử lý COD.
4.4. Khả năng xử lý nước thải chợ của hệ thống ở các
tải trọng khác nhau (tt)
4.4.2. Khả năng xử lý amôni
+ Hiệu quả nitrat hóa thấp và giảm dần khi tăng tải trọng đầu vào,
+ Pha D, quá
trình nitrat hóa
hầu như không
xảy ra.
NH4-N ra
150
Pha A
Pha B
Pha C
Pha D
120
NH4-N, mg/l
+ Pha C, quá
trình nitrat hóa
giảm rõ rệt là
do thiếu oxi,
NH4-N vào
90
60
30
0
20
24
28
32
36
40
44
48
52
56
60
Thời gian vận hành, ngày
Hình 9. Hiệu quả xử lý amoni ở các pha
vận hành với nước thải chợ.
64
4.4. Khả năng xử lý nước thải chợ của hệ thống ở các
tải trọng khác nhau (tt)
4.4.2. Khả năng xử lý amôni (tt)
Do nồng độ NH4-N và PO4-P đầu vào cao nên dẫn đến bùn phát
triển thành dạng sợi như hình 10.
Hình 10. Sự phát triển dạng sợi
trong bùn.
4.4. Khả năng xử lý nước thải chợ của hệ thống ở các
tải trọng khác nhau (tt)
4.4.3. Sự thay đổi nồng độ nitrat và nitrit
NO3-N ra
NO2-N ra
NO2-N và NO3-N, mg/l
70
Pha A
60
Pha B
Pha C
Pha D
50
40
30
20
10
0
20
24
28
32
36
40
44
48
52
56
60
64
Thời gian vận hành, ngày
Hình 11. Sự biến thiên nồng độ nitrit và nitrat đầu ra.
+ Nồng độ nitrat và nitrit đầu ra không ổn định
+ Tích lũy nitrit ở pha C
+ Pha D, quá trình nitrat hóa không xảy ra
4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận (tt)
Kết quả thực tế có thể quan sát được đó là giảm màu và
mùi của nước thải. Khả năng giảm màu có thể được minh họa
ở hình 12.
Hình 12. Minh họa hiệu quả xử lý nước thải chợ của hệ thống.
4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận (tt)
4.4. Sự phát triển của bùn trong quá trình xử lý
4.4.1. Sự thay đổi sinh khối
+ Lượng VSS và SS lúc kết
thúc tăng so với lúc đầu,
+ Lúc kết thúc, nồng độ SS
trong bể 9,88 g/L.
Hình 13. Bể phản ứng lúc kết thúc
thí nghiệm
Bảng 6. Lượng bùn lúc khởi động và lúc
kết thúc thí nghiệm
Thời điểm
Lúc khởi Lúc kết thúc
động
thí nghiệm
Thể tích bùn, L
3
10
Nồng độ SS, g/L
10
9,88
Lượng chất rắn
lơ lửng, g
30
49,4
Nồng độ VSS,
g/L
6,9
6,72
Lượng sinh khối,
g
20,7
33,6
4.4. Sự phát triển của bùn trong quá trình xử lý (tt)
4.4.2. Sự phát triển của động vật nguyên sinh
Sự phát triển của động vật nguyên sinh thể hiện ở hình 14.
Hình 14. Hình ảnh cho thấy sự phát
triển của các động vật nguyên sinh
5. Đề xuất phương án xử lý nước thải chợ
Để xử lý tốt nước thải chợ chúng tôi đề xuất quy trình như ở
hình 15.
Xử lý cơ
học loại
rắn thô
Tách
dầu mỡ
Lọc sinh học hiếu
khí có vật liệu
chìm trong nước
Nitrat hóa
và khử
nitrat
Hình 15. Quy trình đề xuất xử lý nước thải chợ.
Giải thích:
 xử lý cơ học loại rắn thô và tách dầu mỡ để đảm bảo cho các
công trình phía sau hoạt động ổn định,
 Lọc sinh học hiếu khí có vật liệu ngập nước nhằm loại COD
 Nitrat hoá và khử nitrat nhằm loại nitơ.
6. Kết luận và kiến nghị
6.1. Kết luận
Từ kết quả nghiên cứu trên có thể đưa ra một số kết luận:
 Nước thải chợ Bến Ngự có hàm lượng chất ô nhiễm ở mức
cao, So với cột B TCVN 5945:2005, COD cao hơn tiêu chuẩn
7 lần; BOD5 cao hơn 6,5 lần, NH4-N cao hơn 8,8 lần, PO4-P
cao hơn 2,6 lần
 Hiệu suất xử lý của hệ thống cao – loại COD khoảng 88% ứng
với tải trọng đầu vào 1,25 kg-COD/m3/ngày.
 Quá trình nitrat hóa của hệ thống thấp và không ổn định
 Nồng độ bùn trong bể phản ứng có thể đạt tới 10 g-SS/L (6,72
g-VSS/L)
 Chưa khảo sát các yếu tố như: tốc độ sục khí, nhiệt độ, tần
suất loại bùn dư
6. Kết luận và kiến nghị (tt)
6.2. Kiến nghị
• Cần phải tiếp tục nghiên cứu các phương pháp xử lý
nước thải chợ, để đưa ra giải pháp xử lý thích hợp.
• Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng các thông số vận hành
lên hiệu xuất xử lý của hệ thống lọc sinh học hiếu khí
có vật liệu ngập nước để đưa ra những điều kiện vận
hành tối ưu nhất.
• Cần phải nghiên cứu xử lý loại nitơ sau khi xử lý loại
COD bằng hệ thống lọc sinh học hiếu khí.