Khoá luận tốt nghiệp nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học hiếu khí kết hợp với thảm thực vật từ cây phát lộc

Khóa luận nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng lọc sinh học hiếu khí kết hợp thảm thực vật từ cây phát lộc, hiệu quả và thân thiện môi trường.

• Tác giả: Bùi Thái Ninh
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Thị Cẩm Thu
• Trường học: Trường Đại học Dân lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng lọc sinh học hiếu khí và cây phát lộc
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Xử lý nước thải sinh hoạt

Xử lý nước thải sinh hoạt là một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh đô thị hóa và công nghiệp hóa hiện nay. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Các phương pháp xử lý truyền thống như cơ học, hóa học và sinh học đều có ưu nhược điểm riêng. Trong đó, phương pháp sinh học được đánh giá cao do hiệu quả kinh tế và thân thiện với môi trường. Lọc sinh học hiếu khí là một trong những công nghệ tiên tiến, sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải.

1.1. Đặc điểm nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt có thành phần phức tạp, bao gồm chất hữu cơ dễ phân hủy (hydratcacbon, protein, chất béo) và chất vô cơ (kim loại nặng, ion). Các chỉ tiêu đánh giá như BOD, COD, pH, và hàm lượng chất rắn giúp xác định mức độ ô nhiễm. Đặc biệt, BOD và COD là hai chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nước thải. Nước thải sinh hoạt thường có pH từ 7.2 đến 7.6, phù hợp cho quá trình xử lý sinh học.

1.2. Phương pháp xử lý nước thải

Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bao gồm cơ học, hóa học và sinh học. Phương pháp sinh học được ưa chuộng do hiệu quả cao và ít gây ô nhiễm thứ cấp. Lọc sinh học hiếu khí là một công nghệ tiên tiến, sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ. Quá trình này diễn ra trong điều kiện có oxy, giúp tăng hiệu suất xử lý. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm như tốn diện tích và yêu cầu kiểm soát chặt chẽ các điều kiện môi trường.

II. Lọc sinh học hiếu khí

Lọc sinh học hiếu khí là một công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện có oxy. Quá trình này giúp giảm đáng kể các chỉ số BOD và COD trong nước thải. Hệ thống lọc sinh học bao gồm các lớp vật liệu lọc như đá, sỏi hoặc nhựa, nơi vi sinh vật bám dính và phát triển. Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả cao, dễ vận hành và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, nhược điểm là tốn diện tích và yêu cầu kiểm soát chặt chẽ các điều kiện như nhiệt độ, pH và nồng độ oxy.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Lọc sinh học hiếu khí hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Quá trình này diễn ra trong điều kiện có oxy, giúp tăng hiệu suất xử lý. Các vi sinh vật bám dính trên bề mặt vật liệu lọc, tạo thành màng sinh học. Khi nước thải chảy qua lớp vật liệu lọc, chất hữu cơ được vi sinh vật phân hủy thành CO2, H2O và các sản phẩm khác. Quá trình này giúp giảm đáng kể các chỉ số BOD và COD trong nước thải.

2.2. Ưu nhược điểm

Lọc sinh học hiếu khí có nhiều ưu điểm như hiệu quả xử lý cao, dễ vận hành và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm như tốn diện tích, yêu cầu kiểm soát chặt chẽ các điều kiện môi trường (nhiệt độ, pH, nồng độ oxy) và chi phí đầu tư ban đầu cao. Ngoài ra, quá trình vận hành cần được theo dõi thường xuyên để đảm bảo hiệu quả xử lý.

III. Cây phát lộc trong xử lý nước thải

Cây phát lộc được sử dụng như một giải pháp bổ sung trong xử lý nước thải bằng thực vật. Cây có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng và kim loại nặng từ nước thải, giúp cải thiện chất lượng nước. Kết hợp lọc sinh học hiếu khí với thảm thực vật từ cây phát lộc mang lại hiệu quả xử lý cao, đặc biệt với nước thải giàu chất hữu cơ. Phương pháp này không chỉ giảm ô nhiễm mà còn tạo cảnh quan xanh, thân thiện với môi trường.

3.1. Đặc điểm của cây phát lộc

Cây phát lộc có khả năng sinh trưởng nhanh, dễ thích nghi với môi trường nước thải. Cây có thể hấp thụ các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho và kim loại nặng từ nước thải, giúp giảm ô nhiễm. Ngoài ra, cây phát lộc còn có tác dụng làm đẹp cảnh quan và tạo môi trường sống cho các loài sinh vật khác. Đây là một giải pháp xử lý nước thải thân thiện với môi trường và có chi phí thấp.

3.2. Hiệu quả kết hợp với lọc sinh học

Kết hợp lọc sinh học hiếu khí với thảm thực vật từ cây phát lộc mang lại hiệu quả xử lý cao. Phương pháp này giúp giảm đáng kể các chỉ số BOD, COD và kim loại nặng trong nước thải. Ngoài ra, thảm thực vật còn tạo cảnh quan xanh, thân thiện với môi trường. Đây là một giải pháp bền vững, phù hợp với các khu vực đô thị và khu công nghiệp.

IV. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng lọc sinh học hiếu khí và cây phát lộc có giá trị thực tiễn cao. Phương pháp này không chỉ giảm ô nhiễm mà còn tạo cảnh quan xanh, thân thiện với môi trường. Ứng dụng công nghệ này tại các khu đô thị, khu công nghiệp và khu dân cư sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới trong việc kết hợp các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả và thân thiện với môi trường.

4.1. Hiệu quả kinh tế

Phương pháp xử lý nước thải bằng lọc sinh học hiếu khí và cây phát lộc có chi phí đầu tư ban đầu thấp, dễ vận hành và bảo trì. Hiệu quả kinh tế được thể hiện qua việc giảm chi phí xử lý nước thải và tạo cảnh quan xanh, thân thiện với môi trường. Đây là một giải pháp bền vững, phù hợp với các khu vực đô thị và khu công nghiệp.

4.2. Bảo vệ môi trường

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng lọc sinh học hiếu khí và cây phát lộc góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Phương pháp này không chỉ giảm ô nhiễm mà còn tạo cảnh quan xanh, thân thiện với môi trường. Ứng dụng công nghệ này tại các khu đô thị, khu công nghiệp và khu dân cư sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Đất nước ta đang trên đà phát triển về mọi mặt nhất là trong lĩnh vực công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế, nhằm đạt mục tiêu chiến lược là trở thành một nước công nghiệp tiên tiến vào năm 2020. Song song với các hoạt động để đạt mục tiêu đó, một trong những nhiệm vụ không thể thiếu phần quan trọng là bảo vệ môi trường và phát triển bền vững nền kinh tế. Trong nhịp điệu phát triển chung của cả nước, các đô thị Việt Nam không ngừng mở rộng và phát triển theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Tốc độ đô thị hoá ngày càng cao, đời sống của người dân được cải thiện đã làm nảy sinh những vấn đề nghiêm trọng về môi trường.

Công tác bảo vệ môi trường chưa được đầu tư đúng cách, các hoạt động thương mại, dịch vụ, sinh hoạt là nguồn phát sinh ô nhiễm nghiêm trọng cũng chưa được quan tâm. Trong đó ô nhiễm môi trường nước đang là vấn đề đáng báo động. Đặc biệt, tình trạng nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp chưa được xử lý đã thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận, gây ô nhiễm nghiêm trọng các nguồn nước mặt, nước ngầm, đồng thời tác động xấu đến cảnh quan đô thị và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải, nhưng do tích chất và thành phần của nước thải khác nhau cần lựa chọn phương pháp xử lý cho phù hợp.

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý được đưa ra như phương pháp cơ học, hóa lý, hóa học, sinh học… Trong đó phương pháp sinh học là phương pháp đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế, không để lại nhiều ảnh hưởng tới môi trường, phù hợp và dễ áp dụng ngoài thực tế. Trong một phạm vi nhất định, phương pháp này không cần dùng đến hóa chất mà dùng chính hệ vi sinh vật có sẵn trong nước thải để phân hủy các chất bẩn. Do đó, “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học hiếu khí kết hợp với thảm thực vật từ cây phát lộc” là việc làm cần thiết, đáp ứng được yêu cầu thực tiễn. Sinh viên: Bùi Thái Ninh – MT1101 4 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Dân lập Hải Phòng CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.

Nƣớc thải sinh hoạt [10 ,11] 1. Nước thải và phân loại nước thải a, Vài nét về nước thải Nước bị ô nhiễm là nước bị thay đổi thành phần trong quá trình tuần hoàn của thủy quyển và qua sử dụng của con người. Nước thải là nước đã quá sử dụng cho các mục đích sinh hoạt,dịch vụ,tưới tiêu,sản xuất,chế biến…Tùy thuộc vào nguồn gốc phát sinh của nước thải mà người ta chia ra làm nhiều loại nước thải khác nhau: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải đô thị, nước thấm qua, nước thải tự nhiên. Nước thải có chứa trong nó nhiều thành phần vô cơ, hữu cơ như sinh vật sống (bao gồm sinh vật thủy sinh và vi sinh vật).

Nếu các thành phần này có hàm lượng cao sẽ gây hại cho môi trường sống và con người. Các thành phần chính gây ô nhiễm trong nước thải: - Các chất hữu cơ bền vửng khó phân hủy. - Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy. - Các chất vô cơ, kim loại nặng, ion vô cơ.

- Các chất rắn, chất phóng xạ. - Các chất gây màu, mùi. - Các chất hoạt động bề mặt, dầu mỡ… - Thủy sinh và vi sinh vật. Sinh viên: Bùi Thái Ninh – MT1101 5 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Bảng 1.

Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo các phương pháp của Apha ( GTZ, 1989). [1] Mức ô nhiễm Các chất (mg/l) Nặng Trung bình Thấp Tổng chất rắn 1000 500 200 Chất rắn hoà tan 700 350 120 Chất rắn không tan 300 150 8 Tổng chất rắn lơ lửng 600 350 120 Chất rắn lắng (mg/l) 12 8 4 BOD5 300 200 100 Oxy hoà tan 0 0 0 Tổng Nitơ 85 50 25 N - hữu cơ 35 20 10 N – ammoniac 50 30 15 N- NO2 0,1 0,05 0 N – NO3 0,4 0,2 - Clorua 175 100 0,1 Độ kiềm (mg CaCO3/l) 200 100 15 Chất béo 40 20 50 Tổng phospho (mg/l) - 8 0 b, Phân loại nước thải và đặc điểm gây ô nhiễm Mỗi một loại nước thải khác nhau đều do những nguyên nhân khác nhau gây ra, vì thế mà cũng có thành phần và đặc tính khác nhau. Chính vì thế việc phân loại nước thải chính là cách giúp chúng ta có biện pháp xử lí thích hợp hơn. Sau đây là một số loại nước thải chính: Sinh viên: Bùi Thái Ninh – MT1101 6 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước thải được thải ra từ các hộ gia đình, khu dân cư, khu thương mại, các cơ quan, bệnh viện, trường học, khu công cộng… Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là chúng có hàm lượng lớn chất hữu cơ dễ bị thủy phân (hydratcacbon, protein, các chất béo) các chất vô cơ dinh dưỡng (photphat, nitơ), trứng giun, sán, cùng với các vi sinh vật (cả vi sinh vật gây bệnh) chủ yếu là vi khuẩn… tùy từng vùng, từng nơi mà hàm lượng chất ô nhiễm là khác nhau, vì nó phụ thuộc vào điều kiện của vùng, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng và các công trình tiếp nhận nước thải.

Ở nước ta, lượng nước thải phát sinh trung bình trên một đầu người là 100 – 150 lít. Tính cả cho sản xuất khoảng 250 lít/người/ngày, ở các nước phát triển có thể lên tới 400 lít/người/ngày. Nước thải công nghiệp Nước thải công nghiệp là nước thải ra qua các quá trình sản xuất của các xí nghiệp công nghiệp, thủ công nghiệp, giao thông vận tải… Nước thải loại này không có đặc điểm chung về thành phần mà phụ thuộc vào các quy trình công nghệ của từng loại sản phẩm sản xuất. Nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm thì có hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy cao, ngược lại các nghành công nghiệp kim khí,hóa chất, khoáng hóa, thuộc da… thì lượng chất hữu cơ ít mà chủ yếu là kim loại nặng, sunfua, độ axit, độ kiềm hay chì cao… Nó cũng bao gồm trong đó cả nước thải sinh hoạt, nhưng lượng này nhỏ chỉ khoảng 5%.

Đặc điểm chung của nước thải công nghiệp là lưu lượng khá ổn định, tập trung và dễ thu gom để xử lí. Tuy nhiên, nước thải loại này lại có độc tính cao, nếu không xử lý sẽ gây hại rất lớn cho môi trường. Nước thấm qua Là khái niệm chỉ nước mưa thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật và thành cả hố ga, hố xí. Nước thải tự nhiên Sinh viên: Bùi Thái Ninh – MT1101 7 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Là khái niệm chỉ nước mưa ở các thành phố hiện đại, chúng được thu gom theo một hệ thống ống thoát nước riêng.

Nước thải đô thị Nước thải đô thị là một thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống thoát nước của thành phố, đó là hỗn hợp của các loại chất thải nói trên. Các chỉ tiêu đánh giá nƣớc thải và đặc trƣng nƣớc thải sinh hoạt 1.Các chỉ tiêu đánh giá nước thải [11] Độ pH Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải. Chỉ số này cho biết có cần phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý đông tụ, khử khuẩn… Trị số pH thay đổi sẽ ảnh hưởng đến quá trình hòa tan, keo tụ, làm tăng hay giảm tốc độ phản ứng, nó ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật trong nước. pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý nước thải.

Trong thực tế, các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thường làm việc tốt trong khoảng pH 7 – 7,6. Thường vi sinh vật phát triển tốt nhất trong môi trường trung tính pH từ 7 – 8. Các nhóm vi sinh vật khác nhau có mức giới hạn pH khác nhau. Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi ở khoảng pH từ 4,8 – 8,8, còn vi khuẩn nitrat pH từ 6,5 – 9,3.

Vi khuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường pH từ 1 – 4. Với nước thải sinh hoạt thường có pH từ 7,2 – 7,6. Hàm lượng các chất rắn Hàm lượng các chất rắn là một trong những chỉ tiêu vật lý đặc trưng và quan trọng nhất của nước thải. Nó bao gồm các chất nổi, chất lơ lửng, keo và chất hòa tan.

Các chất rắn trong nước thải bao gồm các chất vô cơ hòa tan hoặc không hòa tan như đất đá và các dạng huyền phù lơ lửng. Các chất hữu cơ như xác vi sinh vật, tảo, động vật phù du… Chất rắn làm trở ngại cho quá trình lưu chuyển, xử dụng và làm giảm chất lượng nước. Sinh viên: Bùi Thái Ninh – MT1101 8 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Hàm lượng chất rắn được xác định qua các chỉ tiêu cụ thể sau: - Chất rắn tổng số (TS): là trọng lượng chất khô phần còn lại sau khi cho bay hơi 1 lít nước thải trên bếp cách thủy rồi xấy khô ở 103 0C cho đến khi hàm lượng không đổi, đơn vị tính g/l hoặc mg/l. - Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS): là trọng lượng khô các chất rắn còn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít nước thải và sấy khô ở 103 0C – 1050C, với trọng lượng không đổi, đơn vị tính g/l hoặc mg/l.

- Chất hòa tan (DS): là hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của tổng chất rắn với huyền phù: DS = TS – SS. Đơn vị tính là mg/l. - Chất bay hơi (VS): là trọng lượng mất đi khi nung chất huyền phù SS ở 5500C trong khoảng thời gian xác định. Đơn vị tính là mg/l hoặc phần trăm của TS hay SS.

Chỉ số này thường biểu thị cho chất hữu cơ có trong nước. - Chất rắn có thể lắng: số ml phần chất rắn của 1 lít mẫu nước đã lắng xuống đáy sau khoảng một thời gian. Đơn vị là ml/l. Độ cứng Trong nước có chứa các ion kiềm gây cho nước có độ cứng,nó không ảnh hưởng đến sức khỏe con người nhưng ảnh hưởng đến quá trình công nghệ xử lý.

Chỉ số này không quan trọng. Màu Nước thải thường có màu, thường có màu từ nâu đến đen hay đỏ nâu. Màu của nước được tạo ra do: - Các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành. - Nước có sắt và mangan ở dạng hòa tan.