intTypePromotion=1
ADSENSE

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)

Chia sẻ: Nguyễn Văn Nhất | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:133

486
lượt xem
135
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động MBBR" được thực hiện với mục đích nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt bằng sự kết hợp giữa công nghệ sinh học thiếu khí và hiếu khí có sử dụng giá thể di động K3 ở các tải trọng khác nhau cùng với quá trình tuần hoàn nước thải khác nhau. Hy vọng nội dung luận văn phục vụ hữu ích nhu cầu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------- o0o -------------- PHẠM LÊ HOÀNG DUY MSHV : 09250500 KHÓA : 2009 CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁ THỂ SINH HỌC DI ĐỘNG (MBBR) TP.HCM - 03/2012
  2. Luận văn Thạc Sĩ i Phạm Lê Hoàng Duy CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN TẤN PHONG Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. MAI TUẤN ANH Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh ngày 28 tháng 02 năm 2012 . Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  3. Luận văn Thạc Sĩ ii Phạm Lê Hoàng Duy TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 14 tháng 02 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên Học viên: PHẠM LÊ HOÀNG DUY MSHV: 09250500 Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1986 Nơi sinh: TPHCM. Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁ THỂ SINH HỌC DI ĐỘNG (MBBR) II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xác định tải trọng COD vận hành thích hợp của mô hình ứng với các tải trọng thí nghiệm tăng dần 1 kg COD/m3.ngày ; 1.5 kg COD/m3.ngày và 2 kg COD/m 3.ngày tương ứng với thời gian lưu 10h, 7h và 4h. - So sánh hiệu suất xử lý với mô hình không có giá thể. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 14/02/2011. IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 31/12/2011. V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN TẤN PHONG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN TS. NGUYỄN TẤN PHONG TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH QL. CHUYÊN NGÀNH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  4. Luận văn Thạc Sĩ iii Phạm Lê Hoàng Duy LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy giáo, cô giáo Khoa Môi Trường - Trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM. Trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, các thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những tri thức quý báu giúp tác giả hoàn thành chương trình đào tạo và Luận văn thạc sĩ. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Nguyễn Tấn Phong, trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu khoa học. Xin chân thành cảm ơn tập thể các anh chị nhân viên Phòng thí nghiệm, Khoa môi trường, trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ trong nghiên cứu và phân tích thử nghiệm. Cảm ơn GS. Kenji Furukawa, Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University, Japan đã hỗ trợ công nghệ và chuyên môn sâu về kỹ thuật giá thể sinh học di động. Đồng thời, cảm ơn tổ chức JICA, Nhật Bản, đã hỗ trợ kinh phí cho nghiên cứu này. Và cuối cùng, xin được biết ơn cha mẹ, anh em trong gia đình, biết ơn tất cả các anh chị, các bạn lớp cao học Công nghệ Môi Trường K2008, K2009 các bạn lớp đại học K.2006, K.2007 trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM đã động viên, giúp đỡ, đồng hành trong suốt hai năm học vừa qua và trong quá trình thực hiện luận văn. Trân trọng cảm ơn ! Tp. HCM, ngày 31 tháng 12 năm 2011 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  5. Luận văn Thạc Sĩ iv Phạm Lê Hoàng Duy TÓM TẮT Công nghệ bùn hoạt tính sinh học truyền thống được sử dụng khá phố biến để xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam. Tuy nhiên, công nghệ này khá cũ kỹ và hiệu suất xử lý của nó không cao. Công nghệ giá thể sinh học di động có hiệu quả xử lý cao bởi vì nguyên tắc hoạt động của công nghệ này dựa trên cả 2 môi trường lơ lửng và dính bám. Trong nghiên cứu này, tác giả thiết kế hệ thống gồm có 2 bể thiếu khí và hiếu khí. Trong đó, quá trình thiếu khí (nghèo oxy) sẽ diễn ra quá trình khử nitrat và quá trình nitrat hóa sẽ xảy ra tại môi trường hiếu khí. Ngoài ra, cả 2 quá trình này còn xảy ra tại lớp sinh khối bám trên giá thể, trong lớp sinh khối này tồn tại cả 3 môi trường, kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí. Nghiên cứu được tiến hành ở 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu chỉ thực hiện tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí trở về bể thiếu khí với tỷ lệ bằng lưu lượng đầu vào, hiệu quả xử lý trung bình ở giai đoạn đầu ở cả 3 tải trọng tương đối tốt, tuy nhiên quá trình nitrat hoá và khử nitrat diễn ra không tốt, trong đó BOD5 là 86,5 %,; COD là 85,9%; TSS là 75,0 %, N-NH4+ là 44,5%, PO43- là 31,4%. Do đó, nghiên cứu tiếp tục thực hiện ở giai đoạn 2 bằng cách tăng tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí trở về bể thiếu khí bằng ba lần lưu lượng đầu vào, hiệu quả xử lý trung bình ở cả 3 tải trọng (1 kg COD/m 3.ngày; 1.5 kg COD/m3.ngày và 2 kg COD/m3.ngày) là khá cao; trong đó BOD5 là 86,2 %,; COD là 85,5%; TSS là 89,5%, N-NH4+ là 80,7%, PO43- là 20%, ở giai đoạn này quá trình nitrat hoá và khử nitrat diễn ra rất hiệu quả. Thời gian lưu ở tại trọng cuối của thí nghiệm 2 kg COD/m 3.ngày là 4 giờ, điều này có thể giúp ích cho việc giảm diện tích xây dựng của bể lắng, giúp tiết kiệm một phần chi phí trong việc xây dựng và vận hành, do đó, công nghệ này rất phù hợp cho những khu vực bị hạn chế về diện tích. Hệ thống xử lý bằng giá thể sinh học di động không những hữu ích cho việc xử lý các chất hữu cơ màcòn diễn ra tốt quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Chính vì những ưu điểm mà công nghệ này có thể được thay thế cho công nghệ Aerotank truyền thống để xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư và đô thị có diện tích đất xây dựng bị hạn chế ở Việt Nam trong tương lai. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  6. Luận văn Thạc Sĩ v Phạm Lê Hoàng Duy ABSTRACT Nowadays, the activated sludge technology is used popular to treat domestic wastewater in Vietnam. However, this technology is elder and its removal efficiency is not high. The moving bed biofilm reactor (MBBR) technology has a high removal efficiency because it act in both suspended and stick sludge environment. In this study, there are two tank, aerobic and anoxic tank. The nitrification process (conversion of ammonia to nitrate) occrurs primarily in aerobic tank (oxygen – rich) while denitrification requires anoxic conditons as well as a subtance (such an organnic compounds) to act as an electron acceptor. Beside, the nitrification and denitrification occurs in the biomass carrier because sludge layer on the biomass carrier will create three environment, inside is unaerobic condition, next is anoxic condition and outside is aerobic condition. This study include 2 period. The 1st period circulate wastewater from aerobic tank to anoxic tank with 1:1 ratio, average removal efficiency in this stage (Organic loading rate are 1.0, 1.5 and 2.0 kg COD/m 3/day) is quite high (Biological oxygen demand (BOD), 86,5%; Chemmical oxygen demand (COD), 85,9%; Total suspended solid (TSS), 75%; N – Amonia (N-NH4+), 44,5%; Total phosphorus (TP), 31,4%). However, nitrification and denitrification process is not good. Therefore, this study do 2nd period by inreasing circumlating wastewater 3 times, average removal efficiency in this stage (Organic loading rate are 1.0, 1.5 and 2.0 kg COD/m 3/day) is quite high (Biological oxygen demand (BOD), 86,2%; Chemmical oxygen demand (COD), 85,5%; Total suspended solid (TSS), 89,5%; N – Amonia (N-NH4+), 80,7%; Total phosphorus (TP), 30%). The hydraulic retention time of MBBR only has 4 hours and the sludge was created quite low, so we can save the cost to build and operate, therefore it is suitable for limited lands .The MBBR system is not only good for removing the organic but also doing the nitrification and denitrification process and saving the cost to investigate, suitable for limited lands. This study can replace for the activated sludge technology to treat domestic wastewater at Vietnam in the future because its high removal efficiency and advantage. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  7. Luận văn Thạc Sĩ vi Phạm Lê Hoàng Duy DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý .............. 7 Bảng 2.2: Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng..................................... 12 Bảng 2.3. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước......................... 18 Bảng 3.1. Tính chất nước thải sinh hoạt nghiên cứu............................................... 35 Bảng 3.2. Thông số đặc trưng của giá thể sử dụng trong đề tài .............................. 36 Bảng 3.3. Các thông số kiểm soát .......................................................................... 41 Bảng 3.4. Thành phần nước thải nhân tạo .............................................................. 43 Bảng 3.5. Thông số vận hành thí nghiệm thích nghi .............................................. 44 Bảng 3.6. Thông số vận hành thí nghiệm 1 ............................................................ 44 Bảng 3.7. Thông số vận hành thí nghiệm 2 ............................................................ 45 Bảng 3.8. Thông số vận hành thí nghiệm 3 ............................................................ 45 Bảng 3.9.Thông số vận hành thí nghiệm 4 ............................................................. 46 Bảng 3.10. Thông số vận hành thí nghiệm 5 .......................................................... 47 Bảng 3.11. Thông số vận hành thí nghiệm 6 .......................................................... 47 Bảng 3.12. Thông số vận hành thí nghiệm 7 .......................................................... 48 Bảng 3.13. Chú thích các vị trí lấy mẫu ................................................................. 49 Bảng 3.14. Tần suất lấy mẫu.................................................................................. 50 Bảng 3.15. Các phương pháp phân tích mẫu .......................................................... 51 Bảng 4.1. So sánh kết quả đầu ra của các chỉ tiêu với QCVN 14:2008/BTNMT .... 76 Bảng 4.2. So sánh chất lượng nước thải với cùng hệ thống khi không có sự hiện diện giá thể ............................................................................................................ 82 Bảng 5.1. Kết luận của đề tài ................................................................................. 83 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  8. Luận văn Thạc Sĩ vii Phạm Lê Hoàng Duy DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý của lô S chung cư Nguyễn Kim ............. 5 Hình 2.2. Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt (Trần Đức Hạ, 2006) ........... 7 Hình 2.3. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang ........................ 16 Hình 2.4. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng.......................... 16 Hình 2.5. Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học ............................ 18 Hình 2.6.Công nghệ xử lý nước thải sinh hoại lớn hơn 500m 3/ngày........................... 23 Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng .. 23 Hình 2.8. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR .......................................................... 25 Hình 2.9. Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O ......................... 26 Hình 2.10. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong.............. 27 Hình 2.11. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng ........................................ 29 Hình 2.12. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể................................................. 31 Hình 3.1. Giá thể di động kiểu K3 ............................................................................. 36 Hình 3.2.Sơ đồ dây chuyền công nghệ của mô hình nghiên cứu ................................ 37 Hình 3.3. Sơ đồ bố trí mô hình .................................................................................. 38 Hình 3.4. Mô hình thực tế.......................................................................................... 39 Hình 3.5. Kích thước bể lắng, bể thiếu khí và bể hiếu khí .......................................... 39 Hình 3.6. Bơm tuần hoàn ........................................................................................... 40 Hình 3.7.Mô tơ khuấy................................................................................................ 40 Hình 3.8. Máy thổi khí RESUN ................................................................................. 40 Hình 3.9. Các nội dung nghiên cứu thực hiện ............................................................ 42 Hình 3.10. Các vị trí lấy mẫu ..................................................................................... 49 Hình 4.1. Chỉ số DO ở thí nghiệm thích nghi ............................................................. 53 Hình 4.2. Chỉ số pH ở thí nghiệm thích nghi.............................................................. 54 Hình 4.3. Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thích nghi .......................................... 55 Hình 4.4. Sự biến động của DO theo thời gian ........................................................... 56 Hình 4.5. Sự chuyển hóa của pH................................................................................ 57 Hình 4.6. Chỉ số MLSS, MLVSS và tỉ số MLVSS/MLSS tại bể thiếu khí ................. 58 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  9. Luận văn Thạc Sĩ viii Phạm Lê Hoàng Duy Hình 4.7. Chỉ số MLSS, MLVSS và tỉ số MLVSS/MLSS tại bể hiếu khí .................. 59 Hình 4.8. Chỉ số MLSS, MLVSS và tỉ số MLVSS/MLSS tại bể lắng ........................ 60 Hình 4.9. Chỉ số MLSS, MLVSS của giá thể ............................................................. 61 Hình 4.10. Hiệu quả xử lý TSS ở giai đoạn 1(tỷ lệ 1:1:1) .......................................... 62 Hình 4.11. Hiệu quả xử lý TSS ở giai đoạn 2(tỷ lệ 1:3:1) .......................................... 62 Hình 4.13. Hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn 2(tỷ lệ 1:3:1) ......................................... 64 Hình 4.14. Hiệu quả xử lý BOD5 ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) ...................................... 65 Hình 4.16. Hiệu quả xử lý PO43- ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) ........................................ 66 Hình 4.17. Hiệu quả xử lý PO43- ở giai đoạn 2 (tỷ lệ 1:3:1) ...................................... 67 Hình 4.18. Hiệu quả TKN ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) ................................................. 69 Hình 4.19. Hiệu quả TKN ở giai đoạn 2 (tỷ lệ 1:3:1) ................................................. 69 Hình 4.20. Hiệu quả N-NH4+ ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1)............................................. 71 Hình 4.21. Hiệu quả N-NH4+ ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1)............................................. 71 Hình 4.22. Sự chuyển hóa của N-NO2 ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) .............................. 73 Hình 4.23. Sự chuyển hóa của N-NO2 ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:3:1) .............................. 73 Hình 4.24. Sự chuyển hóa của N-NO3 ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) ............................... 74 Hình 4.25. Sự chuyển hóa của N-NO3 ở giai đoạn 2 (tỷ lệ 1:3:1) ............................... 74 Hình 4.26. Giá thể di động K3 trước khi cho vào mô hình ......................................... 77 Hình 4.27. Màng biofilm dính bám vào ngày thứ 26 (25/10/2010)............................. 77 Hình 4.28. Màng biofilm dính bám vào ngày thứ 61 (30/11/2010)............................. 77 Hình 4.29. Màng biofilm bám dính vào ngày thứ 75 (14/12/2010)............................. 78 Hình 4.30. Màng biofilm bám dính vào ngày thứ 92 (31/12/2010)............................. 78 Hình 4.31. Màng biofilm bám dính vào ngày thứ 180 (21/06/2011)........................... 78 Hình 4.32. Tỷ lệ giữa sinh khối trên bề mặt giá thể và trong bể tại bể thiếu khí ......... 80 Hình 4.33. Tỷ lệ giữa sinh khối trên bề mặt giá thể và trong bể tại bể hiếu khí .......... 81 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  10. Luận văn Thạc Sĩ ix Phạm Lê Hoàng Duy DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD5 Nhu cầu oxy sinh hoá 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand 5 days) BTNMT Bộ tài nguyên môi trường COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand) DxL Đường kính x Chiều dài (Diameter x Length) DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen) F/M Tỉ số cơ chất/vi sinh (Food/Microorganism) HRT Thời gian lưu nước thuỷ lực (Hydraulic Retention Time) MBBR Moving bed biofilm reactor MLSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng ( Mixed Liquor Suspended Solids) MLVSS Hàm lượng chất rắn bay hơi (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) OLR Tải lượng chất hữu cơ (Organic loading rate) QCVN Quy chuẩn Việt Nam SRT Thời gian lưu bùn (Sludge retention time) TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid) SVI Thể tích lắng của bùn (Sludge volume index) TKN Tổng nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl nitrogen) Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  11. Luận văn Thạc Sĩ x Phạm Lê Hoàng Duy MỤC LỤC ABSTRACT .............................................................................................................. v DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vi DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... ix MỤC LỤC ................................................................................................................ x CHƯƠNG 1 .............................................................................................................. 1 1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu....................................................................... 2 1.2.1.Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 2 1.2.2.Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 2 1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 3 1.4. Tính mới của đề tài ............................................................................................. 3 1.5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .......................................................... 4 CHƯƠNG 2 .............................................................................................................. 5 2.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ...................................................................... 5 2.2. Giới thiệu chung về nước thải sinh hoạt .............................................................. 5 2.2.1.Sự hình thành nước thải sinh hoạt.................................................................. 6 2.2.2.Phân loại ....................................................................................................... 6 2.2.3.Thành phần nước thải sinh hoạt ..................................................................... 6 2.2.4.Tác hại của nước thải sinh hoạt ..................................................................... 8 2.3. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt ............................................. 9 2.3.1.Giới thiệu ...................................................................................................... 9 2.3.2.Phương pháp cơ học ...................................................................................... 9 2.3.3.Phương pháp hóa học .................................................................................... 9 2.3.4.Phương pháp hóa lý ..................................................................................... 10 2.3.5.Phương pháp sinh học ................................................................................. 10 2.3.5.1. Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng ....................................................... 10 2.3.5.2. Xử lý sinh học sinh trưởng dính bám .................................................... 12 2.3.5.3. Xử lý sinh học bằng wetland ................................................................ 14 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  12. Luận văn Thạc Sĩ xi Phạm Lê Hoàng Duy 2.3.6.Phương pháp sinh học loại bỏ nitơ............................................................... 16 2.3.6.1. Quá trình khử Ammonia bằng phương pháp sinh học .......................... 18 2.3.6.2. Quá trình Nitrate hoá ............................................................................ 21 2.4. Tổng quan về công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) ...................... 24 2.4.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR................................................................... 24 2.4.2 Giá thể động ................................................................................................ 25 2.4.3 Lớp màng biofilm ........................................................................................ 28 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR .............. 29 2.4.4.1. Giá thể.................................................................................................. 29 2.4.4.2. Độ xáo trộn .......................................................................................... 30 2.4.4.3. Tải trọng thể tích .................................................................................. 31 2.4.5 Các ứng dụng khác nhau của hệ thống xử lý bằng phương pháp MBBR ...... 32 2.5. Những thuận lợi và hạn chế .............................................................................. 32 2.5.1. Thuận lợi ................................................................................................... 32 2.5.2. Hạn chế ..................................................................................................... 33 2.6. Tình hình nghiên cứu công nghệ ngoài nước và trong nước .............................. 33 2.6.1. Nghiên cứu ngoài nước............................................................................... 33 2.6.2. Nghiên cứu trong nước ............................................................................... 34 CHƯƠNG 3 ............................................................................................................ 35 3.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 35 3.1.1. Nước thải.................................................................................................... 35 3.2. Mô hình nghiên cứu .......................................................................................... 37 3.2.1. Thiết kế mô hình ........................................................................................ 37 3.2.2. Kích thước của các bể................................................................................. 39 3.2.3.Thông số kỹ thuật của các thiết bị trong mô hình ......................................... 40 3.2.4. Thông số kiểm soát..................................................................................... 41 3.3. Trình tự thực hiện ............................................................................................. 41 3.3.1. Giai đoạn 1 ................................................................................................. 42 3.3.1.1. Thí nghiệm thích nghi ......................................................................... 42 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  13. Luận văn Thạc Sĩ xii Phạm Lê Hoàng Duy 3.3.1.2. Thí nghiệm 1 ........................................................................................ 44 3.3.1.3. Thí nghiệm 2 ........................................................................................ 44 3.3.1.4. Thí nghiệm 3 ........................................................................................ 45 3.3.2. Giai đoạn 2 ................................................................................................. 46 3.3.2.1. Thí nghiệm 4 ........................................................................................ 46 3.3.2.2. Thí nghiệm 5 ........................................................................................ 46 3.3.2.3. Thí nghiệm 6 ........................................................................................ 47 3.3.2.4. Thí nghiệm 7 ........................................................................................ 48 3.4. Quy trình lấy mẫu và phân tích ........................................................................ 49 3.4.1. Lấy mẫu .................................................................................................... 49 3.4.2. Phương pháp phân tích mẫu....................................................................... 50 CHƯƠNG 4 ............................................................................................................ 53 4.1. Kết quả vận hành thí nghiệm thích nghi ............................................................ 53 4.1.1. Chỉ số DO .................................................................................................. 53 4.1.2. Chỉ số pH ................................................................................................... 54 4.1.3. Hiệu quả xử lý COD ................................................................................... 55 4.2. Tổng hợp đánh giá kết quả phân tích của các chỉ tiêu DO, pH, MLSS, MLVSS, TSS, COD, BOD5, PO43-, N-NH3, TKN, N-NO2, N-NO3 qua các tải trọng 1 kgCOD/m 3.ngày, 1.5 kgCOD/m3.ngày, 2 kgCOD/m 3.ngày. ..................................... 56 4.2.1. Chỉ số DO .................................................................................................. 56 4.2.2. Chỉ số pH ................................................................................................... 57 4.2.3. Chỉ số MLSS, MLVSS và tỉ số MLVSS/MLSS .......................................... 58 4.2.4. Hiệu quả xử lý TSS .................................................................................... 62 4.2.5. Hiệu quả xử lý COD ................................................................................... 63 4.2.6. Hiệu quả xử lý BOD5.................................................................................. 65 4.2.7. Hiệu quả xử lý PO43-................................................................................... 66 4.2.8. Hiệu quả xử lý TKN và sự chuyển hóa của N-NO2-, N-NO3- ...................... 69 4.2.8.1. Hiệu quả xử lý TKN ............................................................................. 69 4.2.8.2. Hiệu quả xử lý N- NH4+ ....................................................................... 71 4.2.8.3. Kết quả sự chuyển hóa của N-NO2-, N-NO3-......................................... 73 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  14. Luận văn Thạc Sĩ xiii Phạm Lê Hoàng Duy 4.3. So sánh kết quả đầu ra của các chi tiêu với QCVN 14:2008/BTNMT ............... 76 4.4. Đánh giá sinh khối tạo thành trên giá thể sinh học ............................................ 76 4.5. So sánh với cùng hệ thống khi không có sự hiện diện giá thể ........................... 81 4.6. So sánh với một vài thí nghiệm đã được thực hiện ........................................... 82 CHƯƠNG 5 ............................................................................................................ 83 5.1. Kết luận ............................................................................................................ 83 5.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 85 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ..................................................................................... 88 PHẦN PHỤ LỤC .................................................................................................... 89 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  15. Luận văn Thạc Sĩ 1 Phạm Lê Hoàng Duy CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Trong những năm của thập kỷ 20, Việt Nam được biết đến như là một quốc gia đang vươn lên phát triển mạnh mẽ về kinh tế và xã hội. Thực tế cho thấy, ngày càng có nhiều nhà đầu tư nước ngoài đổ vốn vào Việt Nam để kinh doanh. Tốc độ tăng trưởng kinh tế cao trong hai thập kỷ qua mang lại kết quả là tỷ lệ nghèo theo thống kê đã giảm rõ rệt. Tỷ lệ nghèo, theo chuẩn nghèo quốc tế, đã giảm từ 58% xuống còn 20% trong giai đoạn 1993 - 2004. Tuy nhiên, nhiều hộ gia đình mới chỉ vươn lên khỏi chuẩn nghèo một chút, và vì vậy vẫn có nguy cơ bị tái nghèo. Song đi đôi với kết quả tăng trưởng kinh tế là sự gia tăng của tình trạng bất bình đẳng, đặc biệt là khoảng cách ngày càng rộng hơn về mức thu nhập giữa nông thôn và thành thị cũng như mức chênh lệch ngày càng lớn xuất phát từ tình trạng ngăn cách về địa lý, xã hội, dân tộc và ngôn ngữ. Ba vùng chiếm hơn hai phần ba người nghèo Việt Nam là: miền núi phía Bắc, đồng bằng sông Cửu Long và duyên hải Bắc Trung bộ. Các dân tộc thiểu số mặc dù chỉ chiếm 14% dân số Việt Nam và sống chủ yếu ở các vùng núi xa xôi, nhưng lại có tỷ lệ nghèo quá cao (gần 30% dân nghèo của cả nước). Khoảng 90% dân nghèo sống ở nông thôn. Dân nghèo nông thôn chủ yếu tập trung ở những hộ nông dân có ít ruộng đất, phải trông đợi vào nguồn tín dụng không chính thức với lãi xuất cao, ít được tiếp cận với thị trường nông sản và không có việc làm ngoài nghề nông. Để tạo ra nhiều việc làm phi nông nghiệp, đòi hỏi phải tăng cường phát triển mạnh mẽ khu vực kinh tế ngoài quốc doanh, đồng thời xoá bỏ sự thiên vị, công khai hay ngầm định dành cho các doanh nghiệp nhà nước có nhiều vốn là chủ yếu. Xã hội ngày càng phát triển thì chất lượng môi trường sống ngày càng phải nâng cao nhất là vấn đề về thức ăn, nước uống và vệ sinh môi trường. Thực tế cho thấy vấn đề về vệ sinh môi trường tại các khu vực dân cư tập trung nhỏ ít được quan tâm, bằng chứng là nguồn nước thải sinh hoạt tại những khu vực này được thải thẳng trực tiếp ra kênh, rạch, sông suối nhỏ và đổ vào hệ thống sông chính. Quá trình này Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  16. Luận văn Thạc Sĩ 2 Phạm Lê Hoàng Duy cứ tiếp diễn hàng ngày, hàng tháng, hàng năm vô tình làm cho chất lượng nguồn nước cấp (nước sông, nước ngầm) suy giảm về chất lượng và hậu quả là làm ảnh hưởng đến đời sống của người dân và hệ sinh thái tại khu vực nơi đó. Lý giải cho nguyên nhân này là nguồn chi phí để lắp đặt một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt thông thường là khá cao. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là ngoài nguồn chi phí khá cao để lắp đặt và xây dựng một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt thông thường thì vẫn còn tồn tại hữu hình những lý do khách quan khác đó là diện tích bố trí bị giới hạn và hiệu quả hạn hẹp về trình độ chuyên môn. Hiện nay, hầu như toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt từ các hộ dân và một phần từ các khu công nghiệp lưu vực sông Sài Gòn phần lớn không được thu gom và xử lý theo đúng quy định. Mặc dù vẫn có một số khu vực có hệ thống thu gom riêng biệt, nhưng nước thải sinh hoạt vẫn không được xử lý mà xả trực tiếp vào các hệ thống này và nguồn tiếp nhận cuối cùng là sông suối, chủ yếu là sông Đồng Nai, Sài Gòn. Hệ quả là gây ô nhiễm nghiêm trọng nhiều khu vực sông Đồng Nai và Sài Gòn. Ngoài ra, chất lượng nước ngầm cũng bị suy giảm đáng kể từ chính các dòng thải này. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt là hết sức cần thiết. 1.2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt bằng sự kết hợp giữa công nghệ sinh học thiếu khí và hiếu khí có sử dụng giá thể di động K3 ở các tải trọng khác nhau (1 kg COD/m3 ngày.đêm; 1,5 kg COD/m 3 ngày.đêm và 2 kg COD/m3 ngày.đêm) cùng với quá trình tuần hoàn nước thải khác nhau, dựa trên những kết quả đạt được, rút ra được ưu điểm, nhược điểm của quá trình và khả năng áp dụng công nghệ tại Việt Nam. 1.2.2. Đối tượng nghiên cứu Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  17. Luận văn Thạc Sĩ 3 Phạm Lê Hoàng Duy Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của phương pháp xử lý nước thải bằng giá thể di động. Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp xử lý có giá thể di động (MBBR), gồm có:  Thiết lập mô hình xử lý và phương pháp vận hành mô hình.  Sử dụng giá thể K3 cho mục đích nghiên cứu.  Vận hành mô hình thực nghiệm với tải trọng khác nhau và có sự tuần hoàn của nước thải với tỷ lệ từ bể hiếu khí về bể thiếu khí lần lượt là bằng 1 lần và gấp 3 lần so với lượng nước thải đầu vào.  Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của mô hình nghiên cứu theo các vị trí nghiên cứu nhất định.  Đánh giá kết quả và hiệu quả ứng dụng của đề tài. 1.3. Nội dung nghiên cứu Mô hình thí nghiệm (lab scale) được tiến hành trong điều kiện bình thường. Nước thải sinh hoạt lấy từ bể thu gom của trạm xử lý nước thải thuộc lô S của chung cư Nguyễn Kim. Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm: kết hợp thiếu khí và hiếu khí. Đánh giá hiệu quả xử lý COD và chất dinh dưỡng với HRT qua 2 giai đoạn: + Giai đoạn 1: OLR lần lượt là 1 kg COD/m3.ngày, 1.5 kg COD/m3/ngày và 2 kg COD/m 3.ngày với tỷ lệ tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí và bể lắng trở về bể thiếu khí là 1:1:1. + Giai đoạn 2: OLR lần lượt là 1 kg COD/m3.ngày, 1.5 kg COD/m3/ngày và 2 kg COD/m 3.ngày với tỷ lệ tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí và bể lắng trở về bể thiếu khí là 1:3:1. Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ 30/08/2010 – 31/06/2011. 1.4. Tính mới của đề tài Kết hợp giữa hai quá trình bùn hoạt tính lơ lửng truyền thống và giá thể di động bám dính trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm, đồng thời để tăng hiệu suất của quá trình khử nitrat, tác giả có tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí trở về bể thiếu khí. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  18. Luận văn Thạc Sĩ 4 Phạm Lê Hoàng Duy 1.5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu  Nghiên cứu này thực hiện dựa trên các phương pháp sau:  Thu thập tài liệu.  Thu thập, tổng hợp các tài liệu, các nghiên cứu trong nước và nước ngoài về xử lý nước thải sinh hoạt.  Phương pháp thực nghiệm  Căn cứ trên các tài liệu đã thu thập bắt đầu tiến hành thiết kế và lắp đặt mô hình thí nghiệm (lab scale). Tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường – trường ĐH Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh mô hình bắt đầu hoạt động thích nghi ở HRT 18 h với OLR 0.3 kgCOD/m 3.ngày, sau gần 1 tháng mô hình ổn định và giá thể di động xuất hiện lớp màng mỏng. Tiếp theo ta bắt đầu giai đoạn phát triển màng đến chiều dày ổn định, sau đó tiến hành thí nghiệm với HRT lần lượt 10h; 7 h và 4 h tương ứng với các tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày, 1.5 kgCOD/m 3.ngày, 2.0 kgCOD/m 3.ngày ở 2 giai đoạn tuần hoàn nước thải khác nhau. Mục đích của quá trình tuần hoàn nước thải là để nâng cao hiệu suất khử nitrat điều mà công nghệ Aerotank sinh học truyền thống không thực hiện được.  Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trường. Toàn bộ kỹ thuật lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trường được tiến hành theo đúng các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế (theo Standard Methods).  Phương pháp phân tích và xử lý số liệu. Các số liệu kết quả thí ngiệm được phân tích và xử lý bằng phần mềm Excel và Graph. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  19. Luận văn Thạc Sĩ 5 Phạm Lê Hoàng Duy CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu Nước thải sinh hoạt được lấy từ Lô S chung cư Nguyễn Kim, địa chỉ Nguyễn Kim-Tân Phước, phường 7, Quận 10, Tp.HCM. Chung cư Nguyễn Kim có 178 hộ dân, công suất của trạm xử lý nước thải khoảng 150 m 3/ngày đêm. Ở đây sử dụng công nghệ sinh học hiếu khí bể Aerotank. Sau đây là sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý của lô S chung cư Nguyễn Kim. Hình 2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý của lô S chung cư Nguyễn Kim 2.2. Giới thiệu chung về nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,…Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào hiệu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
  20. Luận văn Thạc Sĩ 6 Phạm Lê Hoàng Duy quả cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành lượng nước thải sinh hoạt tính trên đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn. 2.2.1. Sự hình thành nước thải sinh hoạt Nước thải được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người, một số hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn,…cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt. 2.2.2. Phân loại Nước thải sinh hoạt được chia làm 2 loại :  Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là các chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng.  Nước xám là nước phát sinh từ các quá trình : rửa, tắm, giặt, với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể. 2.2.3. Thành phần nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họat không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.Mức độ tác hại phụ thuộc vào loại chất ô nhiễm, nồng độ của chúng và hiệu quả xử lý các chất đặc biệt này. Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt được trình bày trong hình 2.2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2