Nghiên Cứu Giải Pháp Xử Lý Nước Mặt Ô Nhiễm Hữu Cơ Cho Các Trạm Cấp Nước Nông Thôn

• Tác giả: Nguyễn Tiến Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Phương Thảo
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cấp thoát nước
• Đề tài: Giải Pháp Xử Lý Nước Mặt Ô Nhiễm Hữu Cơ Tại Các Trạm Cấp Nước Nông Thôn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP.HCM

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về nước mặt ô nhiễm hữu cơ
• 1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý ô nhiễm hữu cơ
• 1.3. Tổng quan các nghiên cứu ở nước ngoài và ở Việt Nam về xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ
• 1.4. Phân tích và so sánh các phương pháp xử lý chất hữu cơ trong nước mặt
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC
• 2.1. Công nghệ Than hoạt tính
• 2.2. Các lý thuyết về xử lý nước của than hoạt tính
• 2.3. Xác định COD bằng phương pháp đo quang
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ
• 3.1. Tổng quan tình hình cấp nước khu vực nghiên cứu
• 3.2. Tình hình cấp nước sinh hoạt trong tỉnh Bến Tre
• 3.3. Mô tả khu vực nghiên cứu
• 3.4. Mô hình thí nghiệm
• 3.5. Kết quả và thảo luận
• 3.6. Tính toán dây chuyền công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ cho Trạm cấp nước Phú Đức
• 3.7. Quy trình vận hành Trạm cấp nước sau cải tiến bổ sung
• 3.8. Đánh giá chi phí sản xuất nước tăng thêm
• 3.9. Tính khả thi về mặt công nghệ lọc qua than hoạt tính và thị trường hiện nay
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng Quan Về Nước Mặt Ô Nhiễm Hữu Cơ Thực Trạng Tác Động

Ô nhiễm nước là sự thay đổi tính chất vật lý, hóa học, sinh học của nước, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sinh vật và môi trường. Ô nhiễm nước chịu tác động bởi nhiều yếu tố, bao gồm cả tự nhiên và nhân tạo. Ô nhiễm hữu cơ là tình trạng nguồn nước bị nhiễm các hợp chất hữu cơ vượt ngưỡng cho phép, gây nguy cơ ảnh hưởng xấu đến sinh vật và môi trường. Các hợp chất hữu cơ này có thể là tự nhiên (NOM) hoặc nhân tạo. Theo tài liệu gốc, sự ổn định trạng thái nước trong điều kiện tự nhiên là rất mong manh, hay nói cách khác môi trường nước là rất nhạy cảm với các yếu tố bên ngoài và có khả năng lan truyền rất nhanh [1].

1.1. Nguồn Gốc Ô Nhiễm Hữu Cơ Tự Nhiên và Nhân Tạo

Nguồn gốc ô nhiễm hữu cơ rất đa dạng. Ô nhiễm tự nhiên có thể do mưa, lũ lụt, hoặc các biến động địa chất. Ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do hoạt động sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và công nghiệp. Các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOM) như axit humic và axit fulvic rất khó loại bỏ bằng các phương pháp xử lý thông thường. Các hợp chất hữu cơ nhân tạo có thể là các chất hữu cơ không bền sinh học (dễ phân hủy) hoặc bền sinh học (khó phân hủy, độc hại).

1.2. Tác Hại Của Ô Nhiễm Hữu Cơ Ảnh Hưởng Đến Sức Khỏe

Ô nhiễm hữu cơ gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng. Nó làm suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới nước và gây nguy cơ cho sức khỏe con người. Các hợp chất hữu cơ có thể tạo thành các sản phẩm phụ độc hại trong quá trình khử trùng nước, ví dụ như THMs (Trihalomethanes), là chất gây ung thư nếu tích lũy lâu dài. Do đó, việc xử lý ô nhiễm hữu cơ trước khi khử trùng là rất quan trọng.

II. Tổng Quan Các Phương Pháp Xử Lý Nước Mặt Ô Nhiễm Hữu Cơ

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ, từ các phương pháp truyền thống đến các công nghệ tiên tiến. Các phương pháp này bao gồm: hồ chứa và lắng sơ bộ, keo tụ - tạo bông, bể lọc, lọc qua màng, hấp phụ bằng than hoạt tính, lọc sinh học, và oxy hóa bậc cao. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các điều kiện và quy mô khác nhau. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp cần dựa trên đặc điểm nguồn nước, yêu cầu chất lượng nước sau xử lý, và chi phí đầu tư, vận hành.

2.1. Phương Pháp Truyền Thống Lắng Lọc Cát và Khử Trùng

Các phương pháp truyền thống như lắng, lọc cát và khử trùng thường được sử dụng trong các trạm cấp nước nông thôn. Tuy nhiên, các phương pháp này không hiệu quả trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan. Do đó, cần bổ sung các công đoạn xử lý chuyên biệt để loại bỏ ô nhiễm hữu cơ, đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn.

2.2. Công Nghệ Tiên Tiến Màng Lọc và Than Hoạt Tính

Các công nghệ tiên tiến như màng lọc (MF, UF, RO) và hấp phụ bằng than hoạt tính (PAC, GAC) có khả năng loại bỏ hiệu quả các hợp chất hữu cơ hòa tan. Màng lọc có thể loại bỏ các chất hữu cơ có kích thước lớn, trong khi than hoạt tính có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan. Tuy nhiên, các công nghệ này thường có chi phí đầu tư và vận hành cao hơn so với các phương pháp truyền thống.

2.3. Oxy Hóa Bậc Cao Ozone Hóa và Các Phương Pháp Khác

Oxy hóa bậc cao (AOPs) như ozone hóa, UV/H2O2 có khả năng oxy hóa và phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Các phương pháp này thường được sử dụng để xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ bền sinh học. Tuy nhiên, AOPs có thể tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn, do đó cần kiểm soát chặt chẽ quá trình xử lý.

III. Giải Pháp Xử Lý Nước Mặt Ô Nhiễm Hữu Cơ Bằng Than Hoạt Tính

Giải pháp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ bằng than hoạt tính là một lựa chọn hiệu quả và phù hợp cho các trạm cấp nước nông thôn. Than hoạt tính có khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ hòa tan, cải thiện chất lượng nước và giảm nguy cơ hình thành các sản phẩm phụ độc hại trong quá trình khử trùng. Việc sử dụng than hoạt tính dạng hạt (GAC) trong bể lọc là một giải pháp khả thi và dễ vận hành.

3.1. Cơ Chế Hấp Phụ Của Than Hoạt Tính Loại Bỏ Chất Hữu Cơ

Than hoạt tính có cấu trúc xốp với diện tích bề mặt lớn, cho phép hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước. Quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại than hoạt tính, đặc điểm nguồn nước, và thời gian tiếp xúc. Than hoạt tính có thể loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ tự nhiên (NOM) và các chất hữu cơ nhân tạo.

3.2. Ưu Điểm Của Than Hoạt Tính Chi Phí và Hiệu Quả Xử Lý

Sử dụng than hoạt tính có nhiều ưu điểm. Chi phí đầu tư và vận hành tương đối hợp lý, đặc biệt là khi sử dụng than hoạt tính dạng hạt (GAC). Hiệu quả xử lý cao đối với nhiều loại hợp chất hữu cơ. Dễ dàng tích hợp vào hệ thống xử lý nước hiện có. Tuy nhiên, cần định kỳ thay thế hoặc tái sinh than hoạt tính để duy trì hiệu quả xử lý.

3.3. Ứng Dụng Thực Tế Trạm Cấp Nước Nông Thôn

Than hoạt tính có thể được ứng dụng trong các trạm cấp nước nông thôn bằng cách xây dựng bể lọc than hoạt tính sau các công đoạn xử lý truyền thống (lắng, lọc cát). Nước sau lọc cát sẽ được đưa qua bể lọc than hoạt tính để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan trước khi khử trùng. Điều này giúp cải thiện chất lượng nước và giảm nguy cơ hình thành THMs.

IV. Nghiên Cứu Ứng Dụng Xử Lý Nước Mặt Ô Nhiễm Hữu Cơ Tại Bến Tre

Nghiên cứu được thực hiện tại tỉnh Bến Tre, nơi có nguồn nước mặt bị ô nhiễm hữu cơ do hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt. Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả của việc sử dụng than hoạt tính dạng hạt (GAC) để xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ tại một trạm cấp nước nông thôn điển hình. Kết quả nghiên cứu cho thấy than hoạt tính có khả năng loại bỏ đáng kể các chất hữu cơ hòa tan, cải thiện chất lượng nước và giảm nguy cơ hình thành THMs.

4.1. Hiện Trạng Ô Nhiễm Hữu Cơ Tại Bến Tre Nguồn Nước Mặt

Tỉnh Bến Tre có nhiều kênh rạch và sông ngòi, tuy nhiên nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm do hoạt động nông nghiệp (sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu) và sinh hoạt (xả thải nước thải). Nồng độ các chất hữu cơ trong nước mặt thường vượt quá tiêu chuẩn cho phép, gây khó khăn cho quá trình xử lý nước cấp.

4.2. Mô Hình Thí Nghiệm Đánh Giá Hiệu Quả Than Hoạt Tính

Mô hình thí nghiệm được xây dựng tại một trạm cấp nước nông thôn điển hình ở Bến Tre. Mô hình bao gồm một bể lọc than hoạt tính dạng hạt (GAC) được đặt sau bể lọc cát. Nước sau lọc cát được đưa qua bể lọc than hoạt tính để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan. Các thông số chất lượng nước (COD, UV254) được đo đạc thường xuyên để đánh giá hiệu quả xử lý.

4.3. Kết Quả Nghiên Cứu Loại Bỏ COD và UV254

Kết quả nghiên cứu cho thấy than hoạt tính có khả năng loại bỏ đáng kể COD (nhu cầu oxy hóa học) và UV254 (độ hấp thụ tia cực tím ở bước sóng 254 nm) trong nước. Hiệu quả loại bỏ COD đạt từ 30-50%, trong khi hiệu quả loại bỏ UV254 đạt từ 40-60%. Điều này chứng tỏ than hoạt tính có khả năng hấp phụ hiệu quả các chất hữu cơ hòa tan trong nước.

V. Tính Toán và Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Ô Nhiễm Hữu Cơ

Việc tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước ô nhiễm hữu cơ bằng than hoạt tính cần dựa trên các thông số kỹ thuật và kinh tế. Các thông số cần tính toán bao gồm: kích thước bể lọc, lượng than hoạt tính cần thiết, thời gian tiếp xúc, và chi phí đầu tư, vận hành. Việc thiết kế hệ thống cần đảm bảo hiệu quả xử lý cao, chi phí hợp lý, và dễ vận hành.

5.1. Tính Toán Kích Thước Bể Lọc Than Hoạt Tính

Kích thước bể lọc than hoạt tính phụ thuộc vào lưu lượng nước cần xử lý và thời gian tiếp xúc. Thời gian tiếp xúc thường được lựa chọn trong khoảng 15-30 phút. Kích thước bể lọc cần đảm bảo đủ diện tích bề mặt để than hoạt tính có thể hấp phụ hiệu quả các chất hữu cơ hòa tan.

5.2. Lựa Chọn Loại Than Hoạt Tính Phù Hợp

Có nhiều loại than hoạt tính khác nhau trên thị trường, với các đặc tính và giá cả khác nhau. Việc lựa chọn loại than hoạt tính phù hợp cần dựa trên đặc điểm nguồn nước, yêu cầu chất lượng nước sau xử lý, và chi phí. Than hoạt tính dạng hạt (GAC) thường được sử dụng trong các bể lọc do dễ vận hành và tái sinh.

5.3. Chi Phí Đầu Tư và Vận Hành Hệ Thống

Chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước bằng than hoạt tính bao gồm chi phí xây dựng bể lọc, mua than hoạt tính, và lắp đặt thiết bị. Chi phí vận hành bao gồm chi phí thay thế hoặc tái sinh than hoạt tính, chi phí điện năng, và chi phí nhân công. Cần tính toán kỹ lưỡng các chi phí này để đảm bảo tính khả thi về mặt kinh tế của dự án.

VI. Kết Luận và Kiến Nghị Về Xử Lý Nước Mặt Ô Nhiễm Hữu Cơ

Xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ là một vấn đề cấp thiết, đặc biệt là tại các trạm cấp nước nông thôn. Việc sử dụng than hoạt tính là một giải pháp hiệu quả và phù hợp, giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích việc áp dụng công nghệ xử lý nước tiên tiến, đảm bảo nguồn nước sạch cho người dân nông thôn.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng than hoạt tính để xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ tại Bến Tre. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng cho các trạm cấp nước nông thôn khác có điều kiện tương tự. Cần có các hướng dẫn kỹ thuật và đào tạo nhân lực để triển khai rộng rãi công nghệ này.

6.2. Kiến Nghị Về Chính Sách và Đầu Tư

Cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích các trạm cấp nước nông thôn đầu tư vào công nghệ xử lý nước tiên tiến, bao gồm cả công nghệ sử dụng than hoạt tính. Cần tăng cường kiểm tra và giám sát chất lượng nước, đảm bảo nguồn nước cấp đạt tiêu chuẩn. Cần nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước.