Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng tại các đô thị lớn của Việt Nam như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và Hải Phòng đã tạo ra áp lực nặng nề lên hạ tầng kỹ thuật môi trường. Trong tổng lượng nước thải phát sinh tại các khu vực đô thị, nước thải sinh hoạt chiếm tỷ trọng khoảng 80% nhưng phần lớn hệ thống thoát nước chưa có công trình xử lý tập trung đạt chuẩn, dẫn đến tình trạng xả trực tiếp qua mạng lưới cống rãnh ra sông hồ và kênh rạch nội thành. Nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy, chất rắn lơ lửng cùng các hợp chất dinh dưỡng nitơ và photpho, làm suy giảm nghiêm trọng nồng độ oxy hòa tan và gây phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận.
Khu Khách sạn sinh viên (KSSV) Trường Đại học Dân lập Hải Phòng (địa chỉ tại số 50 Quán Nam, phường Kênh Dương, quận Lê Chân, thành phố Hải Phòng) có quy mô khuôn viên rộng hơn 2 ha với 240 phòng ở, phục vụ lưu trú thường xuyên cho 800 đến 900 sinh viên (thời điểm năm 2012 ghi nhận 845 sinh viên). Định mức tiêu thụ và phát thải nước thải sinh hoạt trung bình của mỗi sinh viên là 160 lít/ngày (tương đương 4,8 $\text{m}^3$/tháng). Cùng với nước thải phát sinh từ nhà ăn tập thể (phục vụ khoảng 400 sinh viên mỗi ngày), khu nhà bảo vệ, trường mẫu giáo và bể bơi, tổng lưu lượng nước thải xả ra hàng ngày ước tính khoảng 150 $\text{m}^3$/ngày đêm. Toàn bộ lượng nước thải này được xả trực tiếp vào kênh An Kim Hải mà chưa qua hệ thống xử lý, khiến các thông số ô nhiễm như photphat, COD và SS vượt ngưỡng cho phép xả thải của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
Ở chiều ngược lại, ngành công nghiệp nhiệt điện và các hoạt động đun nấu dân sinh tại Việt Nam thải ra hàng nghìn tấn tro xỉ than mỗi năm. Lượng phế thải rắn này chủ yếu tập trung tại các bãi chứa lộ thiên, vừa gây nguy cơ ô nhiễm môi trường đất, nước ngầm quanh khu vực bãi thải, vừa lãng phí tài nguyên chưa được tái chế. Xuất phát từ thực trạng trên, tác giả Trần Mai Hương thực hiện khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường với đề tài: "Sử dụng xỉ than để xử lý một số chất ô nhiễm trong nước thải. Bước đầu thử nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt khu khách sạn sinh viên Trường ĐHDL-HP".
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm 3 nội dung chính:
- Khảo sát khả năng xử lý nhu cầu oxy hóa học (COD) và chất rắn lơ lửng (SS) trong mẫu nước thải bằng vật liệu xỉ than.
- Thử nghiệm xử lý một số chất ô nhiễm điển hình ($\text{NH}_4^+$, $\text{PO}_4^{3-}$, COD, SS) trong nước thải sinh hoạt thực tế của khu KSSV Trường ĐHDL Hải Phòng trên mô hình cột hấp phụ.
- Sơ bộ tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu Khách sạn sinh viên bằng hệ thống cột hấp phụ sử dụng vật liệu xỉ than với công suất $Q = 150\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$.
Đối tượng nghiên cứu:
- Vật liệu hấp phụ: Xỉ than phế thải được tận dụng và gia công kích thước.
- Nguồn nước thải: Nước thải sinh hoạt lấy tại cống xả thải của khu Khách sạn sinh viên Trường Đại học Dân lập Hải Phòng xả ra kênh An Kim Hải.
Phạm vi nghiên cứu:
- Không gian: Trạm cống xả khu Khách sạn sinh viên Trường ĐHDL Hải Phòng; các thí nghiệm phân tích và thử nghiệm hấp phụ thực hiện tại Trung tâm Quan trắc Môi trường Thành phố Hải Phòng và phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường ĐHDL Hải Phòng.
- Thời gian: Năm 2012, với các đợt quan trắc và lấy mẫu phân tích thực tế vào các ngày 22/9/2012, 29/9/2012 và tháng 10/2012.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận thiết lập cơ sở lý luận dựa trên hiện tượng hấp phụ và đặc tính hóa lý của vật liệu xỉ than:
- Cơ chế hấp phụ: Phân biệt rõ hấp phụ vật lý (hình thành do lực hút phân tử Van der Waals, nhiệt hấp phụ thấp từ 2 - 8 kcal/mol, có thể đơn lớp hoặc đa lớp, tính thuận nghịch cao) và hấp phụ hóa học (tạo liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, nhiệt hấp phụ lớn hơn 22 kcal/mol, chỉ tạo lớp đơn phân tử, tính đặc thù cao). Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ chất tan là quá trình hỗn hợp và cạnh tranh vị trí với phân tử dung môi nước, phụ thuộc mật thiết vào giá trị pH dung dịch do sự thay đổi điện tích bề mặt chất hấp phụ và mức độ phân ly ion của chất tan.
- Đặc tính vật liệu xỉ than: Xỉ than là chất thải vô cơ từ quá trình đốt than, có cấu trúc vi tinh thể và nhiều lỗ xốp rỗng. Thành phần hóa học của xỉ than được phân tích bao gồm: $\text{FeO}$ (39,31%), $\text{CaO}$ (28,43%), $\text{SiO}_2$ (15,77%), $\text{MgO}$ (7,84%) và $\text{Al}_2\text{O}_3$ (2,31%). Hàm lượng cao của các oxit kim loại $\text{FeO}$, $\text{CaO}$ và $\text{Al}_2\text{O}_3$ tạo điều kiện cho xỉ than phản ứng tạo kết tủa với muối photphat, đồng thời diện tích bề mặt xốp cho phép lưu giữ các hạt lơ lửng và chất hữu cơ.
- Quy chuẩn kỹ thuật áp dụng đối chiếu:
- QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt. Giá trị nồng độ tối đa cho phép $C_{max} = C \times K$ (với khu dân cư từ 50 căn hộ trở lên, hệ số $K = 1,0$). Cột B áp dụng khi xả thải vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt: $\text{SS} \le 100\text{ mg/l}$; $\text{NH}_4^+ \le 10\text{ mg/l}$; $\text{PO}_4^{3-} \le 10\text{ mg/l}$; $\text{BOD}_5 \le 50\text{ mg/l}$.
- QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (thay thế QCVN 24:2009/BTNMT), dùng đối chiếu nồng độ COD khi xả vào nguồn tiếp nhận: $C_{max} = C \times K_q \times K_f$ (với $K_q = 1$, $K_f = 1$); giá trị COD Cột B quy định tối đa $150\text{ mg/l}$.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích hóa lý:
- Chuẩn bị vật liệu hấp phụ: Xỉ than thô được đập nhỏ, qua rây sàng chọn cỡ hạt từ 5 đến 10 mm. Rửa sạch bằng nước cất nhiều lần nhằm loại bỏ hoàn toàn tạp chất và bụi bám, sau đó sấy khô ổn định ở nhiệt độ 105 - 120 °C.
- Phân tích cấu trúc bề mặt: Sử dụng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) để chụp ảnh hình thái bề mặt và kích thước vi mao quản của xỉ than.
- Phương pháp phân tích các thông số ô nhiễm:
- Xác định Amoni ($\text{NH}_4^+$): Phương pháp so màu trắc quang ở bước sóng $\lambda = 425\text{ nm}$ trên máy so màu HACH DR/4000. Trong môi trường kiềm, ion $\text{NH}_4^+$ phản ứng với thuốc thử Nessler ($\text{K}_2\text{HgI}_4$) tạo hợp chất màu vàng nâu $\text{NH}_2\text{Hg}_2\text{I}_3$ theo phản ứng: $2\text{K}_2\text{HgI}_4 + \text{NH}_3 + \text{KOH} = \text{NH}_2\text{Hg}_2\text{I}_3 + 5\text{KI} + \text{H}_2\text{O}$. Muối Xenhet ($\text{KNaC}_4\text{H}_4\text{O}_6\cdot 4\text{H}_2\text{O}$) được dùng để loại trừ cản trở từ độ cứng của nước; dung dịch kẽm sunfat ($\text{ZnSO}_4$) khử sunfit và sắt cản trở. Đường chuẩn amoni được dựng từ dãy dung dịch chuẩn $\text{NH}_4\text{Cl}$ (hàm lượng từ 0 đến 0,06 mg).
- Xác định Photphat ($\text{PO}_4^{3-}$): Phương pháp trắc quang đo độ hấp thụ ở bước sóng $\lambda = 430\text{ nm}$. Trong môi trường axit $\text{HCl}$, amoni molipdat $[(\text{NH}_4)_6\text{Mo}7\text{O}{24}\cdot 4\text{H}_2\text{O}]$ kết hợp với photphat và amoni vanadat ($\text{NH}_4\text{VO}_3$) tạo phức Vanadomolybdophosphoric có màu vàng đậm tỷ lệ thuận với nồng độ photphat. Dãy chuẩn dựng bằng $\text{KH}_2\text{PO}_4$ từ 0 đến 24 mg/l.
- Xác định COD: Phương pháp oxy hóa bằng Kali dicromat ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) dư trong môi trường axit $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc, có bạc sunfat ($\text{Ag}_2\text{SO}_4$) làm xúc tác và thủy ngân sunfat ($\text{HgSO}_4$) để ức chế ảnh hưởng của ion clorua. Mẫu được phá hủy trong lò phản ứng COD ở nhiệt độ 150 °C trong thời gian 120 phút, sau đó làm nguội và đo quang ở bước sóng $\lambda = 600\text{ nm}$. Đường chuẩn COD được lập bằng chất chuẩn kali hydro phtalat (KHP) nồng độ từ 0 đến 700 mg/l.
- Xác định chất rắn lơ lửng (SS): Đo trực tiếp trên máy đo quang hoặc xác định bằng phương pháp khối lượng: lọc mẫu qua giấy lọc đường kính 47 mm đã biết khối lượng bằng bộ lọc hút chân không, sấy giấy lọc chứa cặn ở 103 - 105 °C trong 120 phút đến khối lượng không đổi, để nguội trong bình hút ẩm và cân trên cân phân tích để tính toán hiệu số khối lượng.
- Bố trí thí nghiệm cột hấp phụ: Nạp 12 gam xỉ than vào hệ cột thủy tinh hình trụ (chia đều trên các cột đường kính trong $d = 1,15\text{ cm}$). Nước thải sinh hoạt chảy qua cột với lưu lượng dòng duy trì $1\text{ cm/phút}$. Cứ sau mỗi chu kỳ 5 giờ, tiến hành thu mẫu dung dịch sau cột để phân tích nồng độ các chất còn lại.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Tổng quan
Chương I tổng hợp cơ sở lý luận về nước thải sinh hoạt, nguồn phát sinh và tác hại sinh thái của các hợp chất ô nhiễm. Nước thải sinh hoạt chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như protein (40 - 50%), hydrat cacbon (40 - 50%) và chất béo (5 - 10%), cùng 20 - 40% chất hữu cơ khó phân hủy. Tác giả trích dẫn hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật môi trường bao gồm QCVN 14:2008/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT để làm mốc đối chiếu xả thải.
Chương này trình bày chi tiết hiện trạng khu Khách sạn sinh viên ĐHDL-HP khánh thành năm 2003, với đặc điểm quản lý tự quản bởi sinh viên, thống kê quy mô dân cư lưu trú 845 người trong năm 2012, phát sinh tổng lưu lượng nước thải sinh hoạt trung bình 150 $\text{m}^3$/ngày đêm xả thẳng ra kênh An Kim Hải. Tiếp đó, tác giả phân tích bản chất phương pháp hấp phụ, cơ chế hấp phụ vật lý - hóa học và cấu trúc của than nhiên liệu. Tác giả phân tích thành phần oxit của tro xỉ than tại các nhà máy nhiệt điện phía Bắc (Na Dương, Nghi Sơn) với hàm lượng oxit sắt, canxi, silic tương đương đất sét, nhấn mạnh hiện trạng tro xỉ chưa được tái sử dụng triệt để mà chủ yếu đổ thải tại các bãi lộ thiên gây ô nhiễm nguồn nước lân cận.
Chương II: Thực nghiệm
Chương II mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị hóa chất, thiết bị và các bước thực nghiệm. Tác giả trình bày phương pháp nghiền sàng hạt xỉ than từ 5 - 10 mm, rửa sạch bằng nước cất và sấy khô từ 105 - 120 °C. Cấu trúc lỗ xốp bề mặt được kiểm chứng thông qua ảnh chụp hiển vi điện tử quét SEM.
Toàn bộ quy trình lập đường chuẩn phân tích nồng độ cho 3 chỉ tiêu hóa học được lập bảng và biểu diễn đồ thị:
- Đường chuẩn amoni đo ở bước sóng 425 nm với 7 điểm nồng độ từ 0 đến 0,06 mg, giá trị mật độ quang (ABS) tăng tuyến tính từ 0 đến 0,571.
- Đường chuẩn photphat đo ở bước sóng 430 nm với 5 nồng độ từ 0 đến 24 mg/l, giá trị ABS tăng từ 0 đến 0,818.
- Đường chuẩn COD đo ở bước sóng 600 nm sử dụng dung dịch chuẩn KHP qua 8 điểm nồng độ từ 0 đến 700 mg/l, giá trị ABS tăng từ 0 đến 0,211.
- Quy trình phân tích SS bằng phương pháp khối lượng với hệ hút chân không và sấy ở 103 - 105 °C trong 120 phút.
Chương kết thúc bằng cách thiết lập mô hình thử nghiệm cột hấp phụ tĩnh và động học: Sử dụng 12 gam xỉ than nhồi cột đường kính trong 1,15 cm, tốc độ dòng chảy qua lớp vật liệu là 1 cm/phút, lấy mẫu phân tích định kỳ 5 giờ/lần từ nguồn nước thải cống KSSV thu thập vào các thời điểm thực tế khác nhau.
Chương III: Kết quả và thảo luận
Chương III trình bày kết quả thực nghiệm và thảo luận các phát hiện khoa học:
-
Hình thái cấu trúc xỉ than: Ảnh chụp SEM xác nhận bề mặt hạt xỉ than gồ ghề, cấu trúc vi tinh thể với hệ thống lỗ xốp phân bố dày đặc, tạo khả năng tiếp xúc bề mặt lớn và giữ lại các chất ô nhiễm.
-
Chất lượng nước thải đầu vào: Kết quả phân tích mẫu nước thải thô cống xả KSSV qua 3 đợt quan trắc cho thấy mức độ ô nhiễm vượt chuẩn xả thải:
| Thông số |
Đơn vị |
Mẫu NT1 (22/9/2012) |
Mẫu NT2 (29/9/2012) |
Mẫu NT3 (12/10/2012) |
Trung bình |
QCVN 14:2008 (Cột B) |
QCVN 40:2011 (Cột B) |
| $\text{NH}_4^+$ |
mg/l |
8,284 |
8,325 |
8,399 |
8,336 |
10 |
10 |
| $\text{PO}_4^{3-}$ |
mg/l |
16,939 |
18,606 |
20,640 |
18,728 |
10 |
10 |
| $\text{SS}$ |
mg/l |
147,000 |
148,000 |
154,000 |
149,667 |
100 |
100 |
| $\text{COD}$ |
mg/l |
212,333 |
219,000 |
225,667 |
219,000 |
100 |
150 |
Nước thải có nồng độ amoni trung bình đạt chuẩn, nhưng $\text{PO}_4^{3-}$ vượt 1,87 lần, SS vượt 1,5 lần và COD vượt 1,46 lần giới hạn cho phép của Cột B.
- Diễn biến xử lý qua cột hấp phụ xỉ than: Khi cho nước thải chảy qua cột chứa 12 gam xỉ than ở vận tốc 1 cm/phút, hiệu quả làm sạch diễn ra rõ rệt theo thể tích nước lọc tích lũy:
- Mẫu lấy ngày 22/9/2012 (nồng độ đầu: $\text{COD} = 212,333\text{ mg/l}$; $\text{SS} = 147\text{ mg/l}$; $\text{NH}_4^+ = 8,284\text{ mg/l}$; $\text{PO}_4^{3-} = 16,939\text{ mg/l}$): Ở thể tích 300 ml đầu tiên, nồng độ đầu ra giảm sâu: $\text{NH}_4^+$ còn 1,985 mg/l; $\text{PO}_4^{3-}$ còn 2,758 mg/l; SS còn 4 mg/l; COD còn 15,667 mg/l. Nồng độ ô nhiễm tăng dần theo thể tích lọc, song vẫn duy trì dưới ngưỡng xả thải cho phép cho đến mốc 4.800 ml ($\text{NH}_4^+ = 6,347\text{ mg/l}$; $\text{PO}_4^{3-} = 9,909\text{ mg/l}$; $\text{SS} = 57\text{ mg/l}$; $\text{COD} = 129\text{ mg/l}$). Khi thể tích đạt 5.100 ml, cột bắt đầu bão hòa: $\text{PO}_4^{3-}$ vọt lên 15,394 mg/l và COD lên 165,667 mg/l (vượt chuẩn Cột B).
- Mẫu lấy ngày 29/9/2012 (nồng độ đầu: $\text{COD} = 219\text{ mg/l}$; $\text{SS} = 148\text{ mg/l}$; $\text{NH}_4^+ = 8,325\text{ mg/l}$; $\text{PO}_4^{3-} = 18,606\text{ mg/l}$): Kết quả lặp lại tương tự; tại 4.800 ml, các chỉ tiêu đầu ra đạt chuẩn ($\text{NH}_4^+ = 6,036\text{ mg/l}$; $\text{PO}_4^{3-} = 9,939\text{ mg/l}$; $\text{SS} = 59\text{ mg/l}$; $\text{COD} = 129\text{ mg/l}$), và vượt chuẩn khi thể tích nâng lên 5.100 ml ($\text{PO}_4^{3-} = 14,939\text{ mg/l}$).
- Đề xuất tính toán thiết kế kỹ thuật: Tác giả đề xuất mô hình cột lọc hấp phụ quy mô trạm xử lý cho khu KSSV công suất $Q = 150\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$, tính toán kích thước bể thu gom, kích thước thân cột hấp phụ nhồi xỉ than, cùng các bảng tổng hợp dự toán chi phí xây dựng, chi phí đường ống thiết bị, chi phí nhân công, điện năng và đơn giá xử lý nước thải.
Kết quả và đóng góp
Nghiên cứu đã đưa ra các kết quả định lượng cụ thể về khả năng làm sạch nước thải sinh hoạt của phế thải xỉ than:
- Số liệu thực nghiệm xử lý: Với khối lượng 12 gam xỉ than nhồi cột ở vận tốc lọc 1 cm/phút, hệ thống xử lý ổn định được 4.800 ml nước thải sinh hoạt thực tế đạt chuẩn xả thải theo QCVN 14:2008/BTNMT (Cột B) và QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B). Bảng so sánh nồng độ trước và sau xử lý tại điểm giới hạn làm việc hiệu quả của cột:
| Thông số |
Nước thải đầu vào trung bình (mg/l) |
Nước thải đầu ra tại mốc 4.800 ml (Mẫu 22/9) (mg/l) |
Nước thải đầu ra tại mốc 5.100 ml (Quá tải) (mg/l) |
Giới hạn Cột B QCVN 14:2008 & 40:2011 |
Đánh giá tại mốc 4.800 ml |
| $\text{NH}_4^+$ |
8,336 |
6,347 |
6,640 |
10 |
Đạt chuẩn |
| $\text{PO}_4^{3-}$ |
18,728 |
9,909 |
15,394 |
10 |
Đạt chuẩn |
| $\text{SS}$ |
149,667 |
57,000 |
65,000 |
100 |
Đạt chuẩn |
| $\text{COD}$ |
219,000 |
129,000 |
165,667 |
150 |
Đạt chuẩn |
-
Đề xuất giải pháp kỹ thuật: Khóa luận đề xuất sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải sinh hoạt áp dụng cho khu Khách sạn sinh viên Trường ĐHDL Hải Phòng với công suất tính toán $150\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$, tích hợp bể thu gom điều hòa và hệ thống cột hấp phụ nhồi vật liệu xỉ than.
-
Đóng góp khoa học và thực tiễn tự nêu:
- Đề tài chứng minh tính khả thi của việc sử dụng tro xỉ than phế thải làm vật liệu hấp phụ giá thành thấp để loại bỏ đồng thời cả 4 tác nhân ô nhiễm chính trong nước thải sinh hoạt ($\text{NH}_4^+$, $\text{PO}_4^{3-}$, COD, SS) thay thế các vật liệu thương mại đắt tiền.
- Cung cấp dẫn liệu thực nghiệm về cơ chế xử lý photphat thông qua phản ứng kết tủa với các oxit kim loại kiềm/sắt ($\text{FeO}$, $\text{CaO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$) có sẵn trong thành phần xỉ than.
- Đóng góp bộ số liệu quan trắc hiện trạng nước thải sinh hoạt tại khu ký túc xá sinh viên ĐHDL-HP và phương án sơ bộ thiết kế công trình thu gom, xử lý nước thải bảo vệ nguồn nước kênh An Kim Hải.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của nghiên cứu:
- Thử nghiệm hấp phụ mới được thực hiện ở quy mô cột thí nghiệm nhỏ trong phòng thí nghiệm (khối lượng chất hấp phụ 12 gam, đường kính cột $1,15\text{ cm}$), chưa tiến hành thử nghiệm mô hình pilot bán công nghiệp ngoài hiện trường.
- Thí nghiệm mới khảo sát tại một tốc độ dòng chảy cố định ($1\text{ cm/phút}$) và một cỡ hạt xỉ than (5 - 10 mm); chưa khảo sát ảnh hưởng của các dải lưu lượng, nhiệt độ và các giá trị pH môi trường khác nhau.
- Chưa nghiên cứu quy trình giải hấp, khả năng rửa ngược tái sinh vật liệu xỉ than sau khi đã hấp phụ no bão hòa, cũng như phương án quản lý an toàn lượng xỉ than thải sau xử lý để phòng ngừa ô nhiễm thứ cấp.
- Số đợt lấy mẫu nước thải đầu vào còn ít (3 đợt lấy mẫu đơn lẻ), chưa phản ánh toàn diện dao động chất lượng nước thải theo tất cả các khung giờ sinh hoạt và theo mùa trong năm.
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Khảo sát các thông số vận hành tối ưu khác trên cột hấp phụ như thay đổi chiều cao lớp vật liệu nhồi, vận tốc dòng chảy và dải cỡ hạt xỉ than.
- Nghiên cứu khả năng giải hấp thu hồi hoặc hoàn nguyên xỉ than sau bão hòa; đánh giá phương án đóng rắn xỉ than đã hấp phụ làm vật liệu xây dựng (như sản xuất gạch không nung hoặc phối liệu xi măng) để xử lý triệt để chất thải.
- Chế tạo và vận hành thử nghiệm mô hình pilot tại cống xả khu Khách sạn sinh viên trước khi triển khai hệ thống hoàn chỉnh quy mô $150\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho:
- Sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường và Công nghệ Hóa học đang nghiên cứu các giải pháp xử lý nước thải phân tán, tận dụng phế phẩm công nghiệp làm chất hấp phụ chi phí thấp.
- Người nghiên cứu đề tài xử lý nước thải giàu hợp chất dinh dưỡng nitơ và photpho bằng các vật liệu có nguồn gốc khoáng silicat, oxit sắt và oxit canxi.
- Đơn vị quản lý cơ sở vật chất của Trường Đại học Dân lập Hải Phòng trong việc lập dự án đầu tư trạm xử lý nước thải sinh hoạt cho khu ký túc xá sinh viên để tuân thủ quy định môi trường.
Các phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu:
- Quy trình phân tích hóa nghiệm các chỉ tiêu amoni, photphat bằng phương pháp trắc quang đo màu với thuốc thử Nessler và Vanadomolybdophosphoric trên máy so màu quang phổ HACH DR/4000 (mục 2.2 và 2.3).
- Dữ liệu đường chuẩn đo quang và phương pháp xác định COD dicromat phá mẫu nhiệt 150 °C (mục 2.4).
- Bộ số liệu động học hấp phụ trên cột xỉ than và phương pháp tính toán sơ bộ công trình xử lý nước thải, bể thu gom kèm bảng hạch toán kinh tế (mục 3.3 và 3.4).
Câu hỏi thường gặp
1. Thành phần hóa học của xỉ than trong khóa luận gồm những oxit nào và đóng vai trò gì trong quá trình xử lý chất ô nhiễm?
Theo kết quả phân tích trong khóa luận, thành phần của xỉ than gồm $\text{FeO}$ (39,31%), $\text{CaO}$ (28,43%), $\text{SiO}_2$ (15,77%), $\text{MgO}$ (7,84%) và $\text{Al}_2\text{O}_3$ (2,31%). Trong đó, các oxit kim loại như $\text{FeO}$, $\text{CaO}$ và $\text{Al}_2\text{O}_3$ đóng vai trò cốt lõi trong việc tạo phản ứng kết tủa với muối photphat, kết hợp với cấu trúc mao quản xốp của silicat để lưu giữ chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ trên bề mặt vật liệu.
2. Nước thải thô tại cống xả khu Khách sạn sinh viên Trường ĐHDL-HP có những thông số nào vượt quy chuẩn xả thải?
Kết quả phân tích trung bình 3 đợt quan trắc cho thấy: $\text{NH}_4^+$ đạt 8,336 mg/l (nằm trong giới hạn QCVN 14:2008 Cột B là 10 mg/l); trong khi $\text{PO}_4^{3-}$ đạt 18,728 mg/l (vượt quy chuẩn 10 mg/l), SS đạt 149,667 mg/l (vượt quy chuẩn 100 mg/l) và COD đạt 219 mg/l (vượt ngưỡng QCVN 40:2011 Cột B là 150 mg/l).
3. Khối lượng xỉ than thí nghiệm 12 gam có khả năng xử lý thể tích nước thải tối đa là bao nhiêu trước khi bị quá tải?
Trong điều kiện thử nghiệm cột hấp phụ đường kính trong 1,15 cm và tốc độ dòng chảy 1 cm/phút, 12 gam xỉ than duy trì hiệu quả xử lý đạt chuẩn xả thải cho tối đa 4.800 ml nước thải. Khi thể tích nước lọc đạt tới 5.100 ml, vật liệu đạt điểm bão hòa, nồng độ photphat đầu ra tăng vọt lên 15,394 mg/l và COD lên 165,667 mg/l, vượt quá quy chuẩn cho phép.
4. Quy trình xử lý sơ bộ hạt xỉ than trước khi đưa vào cột hấp phụ được thực hiện như thế nào?
Xỉ than thô được đập nhỏ và cho qua rây sàng chọn lấy kích thước hạt trong khoảng từ 5 đến 10 mm. Hạt xỉ than sau đó được rửa sạch nhiều lần bằng nước cất để trôi hết bụi bẩn, tạp chất bám dính rồi đem sấy khô ổn định trong tủ sấy ở nhiệt độ 105 - 120 °C.
5. Cơ sở nào để tác giả lựa chọn công suất thiết kế hệ thống xử lý nước thải $150\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ cho khu Khách sạn sinh viên?
Công suất thiết kế được xác định dựa trên quy mô lưu trú thực tế năm 2012 là 845 sinh viên với định mức xả thải 160 lít/người/ngày (tương đương 4,8 $\text{m}^3$/tháng/người), kết hợp với lượng nước thải phát sinh thêm từ nhà ăn phục vụ khoảng 400 suất ăn mỗi ngày, khu nhà bảo vệ, trường mẫu giáo và hoạt động xả thải của khu bể bơi trong khuôn viên KSSV.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Mai Hương đã khảo sát thành công khả năng sử dụng xỉ than phế thải làm vật liệu hấp phụ để xử lý các thành phần ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt tại khu Khách sạn sinh viên Trường Đại học Dân lập Hải Phòng. Kết quả thực nghiệm khẳng định 12 gam xỉ than có thể xử lý hiệu quả 4.800 ml nước thải sinh hoạt, đưa nồng độ các chất ô nhiễm COD, SS, photphat và amoni về dưới ngưỡng quy chuẩn xả thải QCVN 14:2008/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT. Trên nền tảng thực nghiệm, đề tài đã sơ bộ tính toán phương án thiết kế hệ thống xử lý dạng cột hấp phụ với công suất $150\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ và dự toán chi phí kinh tế khả thi. Nghiên cứu mang lại giải pháp thiết thực hướng tới mục tiêu kép: xử lý nước thải sinh hoạt tại nguồn đồng thời tái chế chất thải rắn công nghiệp tro xỉ than nhằm bảo vệ môi trường.
