Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Chợ Bến Ngự Bằng Quá Trình Lọc Sinh Học Hiếu Khí

1. 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 ThuậnGiáo viên hướng dẫn : TS. Phạm Khắc Liệu

2. 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.

3. 2. Tổng quan 2.1. Chợ - nguồn ô nhiễm môi trường đô thị Ô nhiễm tiếng ồn Ô nhiễm không khí Tác động cảnh quan Chợ Rác thải: được thu gom chung với rác thải đô thị. 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. Đặc điểm: chứa hàm lượng SS, chất hữu cơ, dầu mỡ cao, có mùi hôi…

4. 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.

5. 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.

6. 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

7. 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 Đồng hồ đo lưu lượng khí Nước thải ra Ống phân phối khí trung tâm bể Vật liệu mang sợi Acrylic Nước thải Bơm nhu động RP-2000 Hình 1. Hệ thống thí nghiệm.

8. 3.3.3. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm (tt) Cho nước thải pha vào Cho bùn vào bể (2). Khởi động hệ thống Bơm nước thải Máy sục khí Hình 2. Các bước khởi động hệ thống.

9. 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 vàthích 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) Q k=0,5 L không khí/phút COD = 286 mg/L, NH4-N = 2,1 mg-N/L, NO3-N và NO2-N xem như không có. VLR = 0,29 kg-COD/m3/ngày,

10. 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

11. 3.3.4. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu • 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

12. Hình 3. Màu nước thải chợ Bến Ngự. 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.

13. Bảng 4. Một số thông số chất lượng nước thải chợ Bến Ngự • 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

14. Hình 4. Sự ô nhiễm xung quanh cống thải chợ Bến Ngự. 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.

15. Bảng 5. Chất lượng nước sông An Cựu khu vực xung quanh cống thải chợ Bến Ngự (tt) • Nồng độ amoni vượt tiêu chuẩn • Mẫu AC0 có mức ô nhiễm cao

16. 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 Hình 5. Hiệu quả loại COD trong giai đoạn vận hành với nước thải pha chế.

17. 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. • Những ngày đầu có xuất hiện nitrat và nitrit, • Hiện tượng amôni đầu ra tăng hơn đầu vào ở 16 ngày vận hành đầu tiên. Hình 6. Nồng độ đầu ra các dạng nitơ trong giai đoạn vận hành với nước thải pha chế.

18. 4.4. Khả năng xử lý nước thải chợ của hệ thống ở các tải trọng khác nhau Pha C, hiện tượng sốc như pha B nhưng vẫn phục hồi (90%), COD ra đạt TCVN 5945:2005 Pha A, hệ đáp ứng nhanh (hiệu suất tăng đến 90%) Pha B, lúc đầu hiệu suất giảm sau thì phục hồi tốt (93,4%) 4.4.1.Khả năng xử lý COD: Pha D, hiệu suất giảm hơn nhưng vẫn cao (87.2%) COD ra đạt TCVN5945:2005 Hình 7. Hiệu quả xử lý COD ở các pha vận hành với nước thải chợ.

19. 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. Hình 8. Ảnh hưởng của tải trọng COD đầu vào đến hiệu xuất xử lý COD.

20. 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 C, quá trình nitrat hóa giảm rõ rệt là do thiếu oxi, + Pha D, quá trình nitrat hóa hầu như không xảy ra. Hình 9. Hiệu quả xử lý amoni ở các pha vận hành với nước thải chợ.

21. 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.

22. 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 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

23. 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.

24. 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận (tt) 4.4. Sự phát triển của bùn trong quá trình xử lý Bảng 6. Lượng bùn lúc khởi động và lúc kết thúc thí nghiệm 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

25. 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

26. 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. 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. Xử lý cơ học loại rắn thô Lọc sinh học hiếu khí có vật liệu chìm trong nước Nitrat hóa và khử nitrat Tách dầu mỡ Hình 15. Quy trình đề xuất xử lý nước thải chợ.

27. 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

28. 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.

29. Cảm ơn quý thầy cô cùng tất cả các bạn đã quan tâm theo dõi !