Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bột mì bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bột mì bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng trình bày về hướng ứng dụng bãi lọc ngầm trong xử lý nước thải bột mì, một trong những loại nước thải khó xử lý với hàm lượng chất dinh dưỡng cao đòi hỏi biện pháp xử lý tốn kém nhiều chi phí. Nghiên cứ xây dựng hai mô hình để đối chứng với đối tượng nghiên cứu là Sậy.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bột mì bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỘT MÌ BẰNG MÔ HÌNH BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY DÒNG CHẢY ĐỨNG Tạ Trung Kiên, Nguyễn Kim Hương, Trần Ngọc Yến Anh, Nguyễn Ngọc Đạt Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Lâm Vĩnh Sơn TÓM TẮT Nghiên cứu này trình bày về hướng ứng dụng bãi lọc ngầm trong xử lý nước thải bột mì, một trong những loại nước thải khó xử lý với hàm lượng chất dinh dưỡng cao đòi hỏi biện pháp xử lý tốn kém nhiều chi phí. Nghiên cứ xây dựng hai mô hình để đối chứng với đối tượng nghiên cứu là Sậy. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu xuất xử lý nước thải trong bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng là rất tốt. Hiệu quả xử lý đạt 90% đối với COD, 88% đối với chỉ tiêu N, 86% đối với P, 94% đối với SS và pH đầu ra ổn định từ 6,8 - 7,1. Với mô hình trồng Sậy, chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Tuy nhiên với hàm lượng COD đầu vào luôn lớn hơn 500 mg/l nên sau khi qua hệ thống hàm lượng COD không đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Mô hình trồng Sậy cho phép đạt hiệu xuất xử lý cao hơn nhiều so với mô hình không trồng Sậy. Từ khoá: chất dinh dưỡng cao, hiệu xuất xử lý, nước thải bột mì, sậy 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng là một trong những hệ thống sinh học được ứng dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay. Một số vùng khô, thiếu nước thì mô hình này còn được xem là một nhân tố sống còn cho việc tái tạo nguồn nước ngầm và nước tưới tiêu cho nông nghiệp. Bãi lọc ngầm trồng cây không chỉ là sự chuyển đổi đơn giản của hệ thống đất ngập nước mà còn tăng cường sự phì nhiêu cho các vùng đất nông nghiệp. Mục đích của hệ thống này là tăng năng suất cây trồng và tăng độ màu mỡ cho các vùng đất nông nghiệp khô hạn, cũng như các vùng đất nông nghiệp bị ngập nước. Sự kết hợp của hệ thống thực vật được phân bố trên bề mặt của hệ thống góp phần rất lớn trong việc nâng cao hiệu suất xử lý. Các vi sinh vật trong hệ thống và trong nước thải đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy và chuyển hóa các chất hữu cơ, N, phosphore. Thực vật bề mặt đóng vai trò hấp thu các chất thải đã được phân hủy và chuyển hóa, nhiều nhất là hợp chất vô cơ có chứa N và phosphore. Một trong những loài thực vật được sử dụng để nghiên cứu là cỏ Sậy. 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu - Thu thập các tài liệu về tính chất của nước thải tinh bột mì và tìm hiểu một số công nghệ xử lý nước thải tinh bột mì hiện đang được áp dụng. 601
- Thu thập các tài liệu liên đến các cơ chế xử lý nước thải trong bãi lọc ngầm dòng chảy đứng. - Xây dựng mô hình thí nghiệm và vận hành mô hình, phân tích các chỉ tiêu nước thải tinh bột mì đầu vào và đầu ra. - Phân tích các chỉ tiêu nước thải tinh bột mì lấy từ hồ sinh học của cơ sở sản xuất tinh bột mì Tuyết Ngân huyện Trảng Bom, Đồng Nai. - Xử lý cơ học nước thải tinh bột mì bằng phương pháp keo tụ tạo bông để giảm các chỉ tiêu COD, SS trước khi cho nước thải vào mô hình 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp luận Nước thải bột mì là loại nước thải có hàm lượng COD, SS, và N, P cao chính vì thế các biện pháp xử lý hiệu quả rất tốn kém chi phí. Biện pháp sử dụng bãi lọc ngầm sinh học nhằm được hướng đến như một biện pháp xử lý hiệu quả nhưng tiết kiệm chi phí phù hợp với xu hướng phát triển bền vững. 2.2.2 Phương pháp cụ thể Phương pháp thu thập tài liệu Tổng hợp, thu thập tài liệu các báo cáo có liên quan đến giải pháp sử dụng bãi lọc ngầm trong xử lý nước thải Tham khảo, kế thừa các kết quả, tài liệu nghiên cứu có liên quan đến hướng đề tài Phương pháp xây dựng mô hình đối chứng - Xây dựng mô hình thí nghiệm để đánh giá mức độ hiệu quả và tính ứng dụng của mô hình thí nghiệm - Phân tích so sánh giữa mẫu thí nghiệm và mẫu đối chứng 2.3 Mô hình nghiên cứu Mô hình thí nghiệm gồm có hai mô hình: - Một mô hình không trồng Sậy (mô hình đối chứng). - Một mô hình có trồng Sậy. Cả hai mô hình được đào sâu xuống mặt đất với chiều dài 2m, chiều rộng 0,5m, độ sâu 0,6m và hệ thống được bao bọc bởi một lớp bạc ni lông chống thấm. - Mặt đáy của hệ thống ngiêng 1% về hướng thu nước. - Nước thải được dẫn vào theo hai ống nhựa PVC đục lỗ, mỗi lỗ cách thành 10cm và cách nhau 30cm, mỗi ống dài 180cm. - Hai ống đục lỗ được đặt trong hệ thống mục đích luôn làm thông khí cho toàn hệ thống tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển. - Đầu thu nước là một ống nhựa PVC và có lớp sỏi lớn để tránh đất, sỏi lọt vào ống gây tắt nghẽn ống thu. 602
- Từ mặt đáy hệ thống được phủ một lớp đá sỏi kích thước 2-3cm với độ dày của lớp đá là 15cm.trên lớp đá sỏi này được phủ thêm một lớp đá mi với kích thước 1-1,5cm với độ dày 10cm, trên lớp đá mi này được phủ thêm một lóp cát vói dộ dày 10cm, kế đến lớp cát là lớp cát pha đất với tỷ lệ là 3đất/2cát với độ dày 10cm, lớp trên cùng là lớp đất dày 10cm. - Hệ thống có một thùng chứa nước thải chứa định lượng 20 lít nước thải từ thùng chứa này sẽ được phân phối đến hai ống dẫn nước đục lỗ vào hệ thống. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Các chỉ tiêu nước thải ở đầu vào và đầu ra của hai mô hình được so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT cột A giá trị C Chỉ tiêu pH ĐỐI CHỨNG TRỒNG SẬY 7.3 7.2 7.2 7.1 7.1 7 7 pH 6.9 Ñaàu 6.9 pH vaøo 6.8 Ñaàu ra 6.8 Ñaàu vaøo 6.7 6.7 Ñaàu ra 6.6 6.6 6.5 6.5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy Ngaøy (A) (B) Hình 1. Đồ thị biểu diễn biến thiên pH đầu vào và đầu ra của 2 mô hình Nhận xét: Qua bảng 1 và đồ thị hình 1 cho thấy pH đầu vào và đầu ra của nước thải của hai mô hình dao động trong khoảng 6,6 - 7,2. pH đầu ra của hai mô hình không chênh lệch nhau nhiều. Chỉ tiêu SS 250 250 200 200 Haøm löôïng SS (mg/l) Haøm löôïng SS (mg/l) 150 150 Ñaàu vaøo Ñaàu vaøo Ñaàu ra 100 Ñaàu ra 100 Tieâu Tieâu chuaån chuaån 50 50 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy Ngaøy (A) (B) Hình 2. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên hàm lượng SS đầu vào và đầu ra của 2 mô hình 603
100 93.34 91.61 93.12 90.89 94.33 85.33 Hieäu xuaát xöû lyù SS % 92.28 94.67 92.78 92.56 92.26 91.27 80 78.29 60 44.13 43.67 45.97 46.72 45.87 43.89 46.44 46.78 47.13 46.77 Coù troàng Saäy 40 45.46 44.65 45.55 20 Khoâng troàng Saäy 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy Hình 3. Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý của 2 mô hình Nhận xét: Qua đồ thị hình 3 cho thấy hiệu xuất xử lý SS giữa hai mô hình có sự chênh lệch nhau rất nhiều. Hiệu xuất xử lý SS của mô hình đối chứng cao nhất chỉ đạt 47,13% rất thấp so với mô hình có trồng Sậy là 94,67%. Hiệu xuất xử lý SS của mô hình có trồng Sậy tăng mạnh như vậy có thể là do sự phát triển của rễ cây Sậy góp phần làm tăng khả năng kết dính của các hạt keo đất từ đó làm cho đất có thể kết dính chặt hơn giảm sự rửa rôi của các hạt đất theo hướng nước chảy. Ngoài ra với sự lan rộng và sâu trong lớp đất của rễ cây Sậy đã làm tăng lượng oxy ở những vùng quanh rễ cây Sậy tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển, các vi sinh vật này cũng góp phần lớn trong việc phân hủy các chất rắn lơ lửng được giữ trong đất. Loại bỏ được chất rắn lơ lửng trong nước thải cũng góp phần làm giảm được COD, N, P. Chỉ số N ĐỐI CHỨNG TRỒNG SẬY Tiêu chuẩn Đầu vào Đầu ra Tiêu chuẩn Đầu vào Đầu ra 35 35 HÀM LƯỢN N (MG/L) 30 30 25 25 HÀM LƯỢNG N (MG/L) 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 NGÀY NGÀY (A) (B) Hình 4. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên hàm lượng N đầu vào và đầu ra của 2 mô hình 604
100 86.66 87.42 Hieäu xuaát xöû lyù N % 82.07 82.2 88.37 80 71.89 74.79 84.85 84.36 85.26 80.54 72.88 70.01 60 Coù troàng Saäy 38.55 41.24 37.67 37.96 40 33.65 33.48 30.42 36.25 Khoâng troàng 28.37 20 26.28 21.33 27.72 22.58 Saäy 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy Hình 5. Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý N của 2 mô hình Nhận xét: Qua đồ thị hình 5 dễ dàng nhận thấy sự khác biết giữa hiệu xuất xử lý của hai mô hình. Rõ ràng hiệu xuất xử lý N của mô hình trông cây lớn hơn nhiều so với mô hình đối chứng, chênh lệch tới 62,68%. sự chênh lệch lớn về hiệu xuất xử lý của hai mô hình có thể do: Trong mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng các lớp vật liệu lọc trong mô hình (trừ lớp đất, đất pha cát, cát) đều được thoáng khí để tạo điều kiện cho các vi sinh vật hiếu khí phát triển trên các lớp vật liệu bên dưới lớp đất, cát. - Ở mô hình đối chứng thì lớp đất, cát không được thoáng khí nên không tạo điều kiện cho các vi sinh vật hiếu khí phát triển. Do đó quá trình nitrate hóa xảy ra trong lớp đất rất ít không đáng kể nhưng do các chất rắn lơ lửng được loại bỏ nên N cũng giảm được một phần nào. Lớp vật liệu lọc bên dưới lớp đất, cát được thoáng khí nên quá trình nitrate hóa xảy ra phần nhiều là ở các lớp vật liệu này, nhưng do vận tốc chảy của nước thải trên các lớp vật liệu này nhanh hơn so với lớp đất cát nên thời gian tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật hiếu khí bám trên bề mặt lớp vật liệu là ngắn dẫn đến hiệu quả xử lý N vẫn chưa cao. Hiệu xuất xử lý N của mô hình đối chứng dưới 41,24%. - Ở mô hình trồng Sậy thì lượng oxy hòa tan trong lớp đất nhiều, hệ vi sinh vật hiếu phát triển mạnh giúp quá trình nitrate hóa xảy ra trong lớp đất tốt hơn cộng với thời gian tiếp xúc của nước thải với vi sinh vật hiếu khí trong lớp đất lâu hơn nên hiệu quả của quá trình nitrate hóa sẽ cao hơn nhiêu so với lớp vật liệu bên dưới lớp đất, cát. Hiệu xuất xử lý của mô hình trồng Sậy đạt tới 88,37%. Chỉ tiêu P Hàm lượng phosphore của nước thải đầu vào từ 6,1-8,4 (mg/l). 605
ĐỐI CHỨNG TRỒNG SẬY Tiêu chuẩn Đầu vào Đầu ra 10 Tiêu chuẩn Đầu vào Đầu ra 10 HÀM LƯỢNG P (MG/L) 8 8 HÀM LƯỢNG P (MG/L) 6 6 4 4 2 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 NGÀY NGÀY (A) (B) Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên hàm lượng P đầu vào và đầu ra của 2 mô hình 100 86.57 82.73 85.28 81.27 78.57 Hieäu xuaát xöû lyù phosphore % 80 81.08 73.12 75.59 77.9 72.13 60 54.35 64.68 49.76 49.56 52.56 47.16 44.73 45.12 44.67 47.56 Coù troàng 40 43.21 46.43 43.94 34.23 36.65 40.26 Saäy 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy Hình 7. Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý P của 2 mô hình Nhận xét: Qua đồ thị hình 7 cho thấy sự chênh lệch hiệu xuất xử lý P của hai mô hình khá nhiều. - Ở mô hình đối chứng thì hiệu xuất xử lý P cũng khá cao, cao nhất là 52,56% (ở ngày 25) nhưng các ngày về sau hiệu quả xử lý không tăng nhưng ổn định, dao động trong khoảng từ 43-47%. - Ở mô hình trồng Sậy thì hiệu xuất xử lý P tăng nhanh trong 30 ngày đầu, từ 54,35% đến 86,57%, 30 ngày sau hiệu xuất xử lý bắt đầu giảm dần còn 72,13%. Giai đoạn 30 đầu hiệu xuất xử lý P tăng mạnh có thể do nhu cầu tăng sinh khối của Sậy trong giai này tăng nên đã hấp thu một phần các dạng P dễ tan. Chỉ tiêu COD 606
ĐỐI CHỨNG TRỒNG SẬY Tiêu chuẩn Đầu vào Đầu ra Tiêu chuẩn Đầu vào Đầu ra HÀM LƯỢNG COD (MG/L) HÀM LƯỢNG COD (MG/L) 1000 1000 800 800 600 600 400 400 200 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 NGÀY NGÀY (A) (B) Hình 8. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD đầu vào và đầu ra của 2 mô hình 100 90.85 89.3 84.68 88.75 88.83 89.52 Hieäu xuaát xöû lyù COD % 89.29 88.48 80 85.77 86.26 81.32 83.34 71.44 60 47.12 Coù troàng Saäy 45.94 45.74 42.89 44.33 41.67 40 44.23 45.94 46.73 45.83 35.36 42.09 Khoâng troàng 30.7 Saäy 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ngaøy Hình 9. Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý COD của 2 mô hình Nhận xét: Qua đồ thị hình 9 cho thấy hiệu xuất xử lý COD của hai mô hình có sự chênh lệch nhau và khá ổn định. Hiệu xuất xử lý COD ở mô hình trồng Sậy cao nhất là 90,85%, mô hình đối chứng hiệu xuất xử lý cao nhất 45,94%. 4. KẾT LUẬN Kết quả thí nghiệm cho thấy xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng tỏ ra hiệu quả. Hiệu quả xử lý nước thải tinh bột mì của hệ thống khá cao 90% đối với COD, 88% đối với nitrogen, 86% đối với phosphore, 94% đối với SS, pH đầu ra ổn định từ 6,8-7,1. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu xuất xử lý nước thải trong bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng là rất tốt. Hệ thống làm việc rất ổn định, dao động chất lượng nước đầu ra không lớn. Với mô hình trồng Sậy, chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A, giá trị C theo SS, pH, nitrogen, phosphore. Tuy nhiên với hàm lượng COD đầu vào luôn lớn hơn 500 mg/l nên sau khi qua hệ thống hàm lượng COD không đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A, giá trị C. Mô hình có trồng Sậy cho phép đạt hiệu xuất xử lý cao hơn nhiều so với mô hình không trồng Sậy. 607
Với kết quả đạt được như trên, mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng có thể đem vào ứng dụng trong thực tế. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Donald S. Brown, James F. Kreissl, Robert A. Gearheart, Andrew P. Kruzic, William C. Boyle). Manual_Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters. [2]. Lê Văn Khoa – Đất Ngập Nước – Nhà Xuất Bản Giáo Dục [3]. Nguyễn Đức Lượng – Công Nghệ Sinh Học Môi Trường - Tập 1: Công Nghệ Xử Lý Nước Thải – Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [4]. Nguyễn Việt Anh – Xử Lý Nước Thải Bằng Bãi Lọc Trồng Cây - Lý Thuyết Và Thực tiễn -Trung Tâm Kỹ Thuật Môi Trường Độ Thị Và Khu Công nghiệp. [5]. Phạm Hồng Nga – Ứng Dụng Phương Pháp Đầm Lầy Nhân Tạo Cho Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp – Trang Tin Xúc Tiến Thong Mại-Bộ Nông Nghiệp Và Phát Triển Nông Thôn [6]. Trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội – xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam – CEETIA. [7]. Wetlands For Industrial Wastewater Treatment At The Savannah River Site – Weston. 608