Đồ án: Nghiên cứu xử lý nước thải bằng lọc hiếu khí xơ dừa và hồ thủy sinh

Đồ án trình bày mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc hiếu khí sử dụng xơ dừa làm giá thể kết hợp hồ thủy sinh, đánh giá hiệu quả.

• Tác giả: Đặng Thị Lê Phương
• Người hướng dẫn: Lâm Vĩnh Sơn
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc hiếu khí sử dụng xơ dừa làm giá thể kết hợp hồ thủy sinh
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2010

Tóm tắt

I. Tình Hình Ô Nhiễm Nước Thải Sinh Hoạt Ở Việt Nam

Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa nhanh chóng, kéo theo đô thị hóa và tăng dân số. Nước thải sinh hoạt là sản phẩm tất yếu từ các hoạt động hàng ngày của con người, nhưng vấn đề xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường chưa được áp dụng rộng rãi. Hậu quả là nguồn nước mặt bị ô nhiễm, nguồn nước ngầm dần suy thoái, dẫn đến ngập nước trên đường phố và ô nhiễm hệ thống sông rạch. Việc bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn nước là vấn đề cấp thiết, đòi hỏi cần có hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt hiệu quả nhằm cải thiện môi trường và phát triển bền vững.

1.1. Nguyên Nhân Và Hậu Quả Của Ô Nhiễm Nước

Nước thải sinh hoạt chứa lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy, chất vô cơ dinh dưỡng, vi khuẩn và ký sinh trùng. Nếu không xử lý trước khi thải bỏ, khả năng gây ô nhiễm môi trường là rất cao. Tình trạng này ảnh hưởng trực tiếp đến cảnh quan môi trường, sức khỏe cộng đồng và cuộc sống hàng ngày. Quản lý nước thải trở thành ưu tiên hàng đầu của các nhà quản lý môi trường trên toàn thế giới.

1.2. Nhu Cầu Phát Triển Giải Pháp Xử Lý Nước Thải

Với nhu cầu nâng cao chất lượng môi trường sống, quản lý nước thải sinh hoạt ngày càng chặt chẽ hơn. Cần xây dựng các hệ thống xử lý hiệu quả để cải thiện nguồn nước đang suy thoái. Các phương pháp xử lý nước thải tiên tiến như lọc hiếu khí, sử dụng các giá thể tự nhiên kết hợp thực vật thủy sinh ngày càng được ưu tiên phát triển.

II. Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt

Hiện nay, có ba phương pháp chính để xử lý nước thải sinh hoạt: phương pháp cơ học, phương pháp hóa học và phương pháp sinh học. Phương pháp cơ học bao gồm lọc, lắng tính để loại bỏ các chất rắn lơ lửng. Phương pháp hóa học sử dụng các chất tóa để loại bỏ các chất hủy diệt vi khuẩn. Tuy nhiên, phương pháp sinh học, đặc biệt là xử lý nước thải bằng lọc hiếu khí, được xem là hiệu quả và thân thiện với môi trường nhất. Phương pháp này tận dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, giúp giảm chỉ số COD, BOD5 và các chất dinh dưỡng như nitơ, phốtphat.

2.1. Phương Pháp Xử Lý Bằng Lọc Hiếu Khí Xơ Dừa

Lọc hiếu khí sử dụng xơ dừa là công nghệ tiên tiến kết hợp giá thể xơ dừa tự nhiên với hoạt động của vi sinh vật hiếu khí. Xơ dừa có các tính chất lý tưởng: diện tích bề mặt lớn, độ rỗng cao, khả năng giữ nước tốt. Các vi khuẩn hiếu khí sẽ bám và sinh trưởng trên bề mặt xơ dừa, phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, giảm ô nhiễm hữu cơ hiệu quả.

2.2. Kết Hợp Với Hồ Thủy Sinh Để Loại Bỏ Dinh Dưỡng

Sau khi qua bể lọc hiếu khí xơ dừa, nước thải được đưa đến hồ thủy sinh để tiếp tục xử lý. Các loại thực vật thủy sinh sẽ hấp thụ các chất dinh dưỡng còn lại như nitơ và phốtphat. Sự kết hợp này giúp nâng cao hiệu suất xử lý toàn bộ, tạo hệ thống xử lý nước thải bền vững và hiệu quả.

III. Đặc Điểm Của Nước Thải Sinh Hoạt Và Giá Thể Xơ Dừa

Nước thải sinh hoạt có thành phần đặc biệt: chứa lượng lớn chất hữu cơ như hydrocacbon, protein, chất béo; chất vô cơ dinh dưỡng như phốtphat, nitơ; vi khuẩn, trứng giun và ký sinh trùng. Các chỉ số COD (Chemical Oxygen Demand) và SS (Suspended Solids) là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước. Giá thể xơ dừa là vật liệu tự nhiên ideal cho lọc nước thải: có độ rỗng cao cho phép nước chảy qua, diện tích bề mặt lớn để vi sinh vật bám dính, khả năng giữ nước tốt, không phân hủy nhanh và thân thiện môi trường.

3.1. Thành Phần Chính Của Nước Thải Sinh Hoạt

Nước thải sinh hoạt bao gồm nước từ nhà vệ sinh, nhà bếp và các hoạt động hàng ngày. Thành phần chứa chất hữu cơ dễ phân hủy như chất béo, protein, cơm, thức ăn; chất dinh dưỡng như nitrogen và phosphorus; cùng với vi khuẩn, virus và ký sinh trùng gây bệnh. Nước thải này có nồng độ cao của các chất ô nhiễm, cần xử lý khẩn cấp trước khi tái sử dụng hay thải ra sông ngòi.

3.2. Tính Chất Lý Tưởng Của Xơ Dừa Làm Giá Thể

Xơ dừa là chất thải từ dừa, có cấu trúc xốp với độ rỗng cao, cho phép chất lỏng chảy qua dễ dàng mà vẫn tạo diện tích tiếp xúc lớn cho vi sinh vật. Giá thể này không độc với các vi khuẩn hiếu khí, bền bỉ và phân hủy chậm, giúp hệ thống xử lý hoạt động lâu dài hiệu quả.

IV. Mục Tiêu Và Nội Dung Nghiên Cứu Về Xử Lý Nước Thải

Đồ án nghiên cứu nhằm tìm hiểu hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc hiếu khí sử dụng xơ dừa kết hợp hồ thủy sinh. Mục tiêu chính là đánh giá mức độ loại bỏ ô nhiễm hữu cơ thông qua các chỉ số SS (chất rắn lơ lửng) và COD (nhu cầu oxy hóa học). Bên cạnh đó, nghiên cứu còn khảo sát hiệu quả loại bỏ dinh dưỡng (nitơ tổng, phốtphat tổng) qua hồ thủy sinh. Các chỉ số phụ như pH, coliform tổng cũng được theo dõi để điều chỉnh vận hành hệ thống xử lý tối ưu nhất, đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường.

4.1. Các Chỉ Tiêu Đánh Giá Hiệu Suất Xử Lý

Hiệu suất xử lý nước thải được đánh giá thông qua các chỉ tiêu chính: COD (nồng độ chất hữu cơ), SS (chất rắn lơ lửng), nitơ tổng và phốtphat tổng. Chỉ số BOD5 cũng được theo dõi để xác định lượng chất hữu cơ dễ phân hủy. Các chỉ số phụ như pH, coliform tổng giúp đánh giá an toàn vi sinh học và điều chỉnh điều kiện hoạt động của hệ thống.

4.2. Phương Pháp Phân Tích Và Theo Dõi Chất Lượng Nước

Các thông số nước thải được phân tích theo phương pháp chuẩn quốc tế (APHA, AWWA, TCVN 2000, Standard Methods). pH đo bằng pH kế, COD bằng phương pháp đun kín K2Cr2O7, BOD5 bằng ủ 20°C trong 5 ngày, SS bằng lọc và sấy, nitơ tổng bằng chưng cất Kjeldahl, phốtphat tổng bằng phương pháp SnCl2. Các kết quả được tính toán hiệu suất xử lý để đánh giá khả năng của hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Việt Nam đang chuyển mình hòa nhập vào nền kinh tế thế giới, do đó quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa không ngừng phát triển, và kết quả là kéo theo đô thị hóa. Dân số tăng nhanh nên các khu dân cư tập trung dần được quy hoạch và hình thành. Nước thải sinh hoạt là sản phẩm trong quá trình sinh hoạt của con người. Ô nhiễm nguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt đang là vấn đề bức xúc hiện nay.

Bên cạnh đó vấn đề xử lý nước thải trước khi thải ra sông rạch chưa được áp dụng rộng rãi và hiệu quả. Hậu quả là nguồn nước mặt bị ô nhiễm và nguồn nước ngầm cũng dần ô nhiễm theo, tình trạng ngập nước trên các tuyến đường, nước thải chảy tràn lan qua hệ thống sông ngòi, kênh rạch…ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường và cuộc sống của chúng ta. Việc bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn nước để cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất, đáp ứng nhu cầu hiện tại và thỏa mãn nhu cầu của tương lai. Hiện nay, việc quản lý nước thải trong đó có nước thải sinh hoạt là một vấn đề cấp thiết của các nhà quản lý môi trường trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.

Vì vậy, cần có hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt nhằm cải thiện môi trường và phát triển theo hướng bền vững. Với mong muốn môi trường sống ngày càng được nâng cao, vần đề quản lý nước thải sinh hoạt ngày càng chặt chẽ hơn phù hợp với sự phát triển tất yếu của xã hội và cải thiện được nguồn nước đang bị suy thoái nên đề tài: “ Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc hiếu khí sử dụng xơ dừa làm giá thể kết hợp hồ thủy sinh” được hình thành 1.2 Phạm vi nghiên cứu Thời gian nghiên cứu: từ ngày 05/04/2010 đến ngày 28/06/2010. Tìm hiểu thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt để từ đó đưa ra phương pháp xử lý hiệu quả nhất. SVTH: Đặng Thị Lê Phương 1 MSSV: 106111024 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn Nghiên cứu tính chất của giá thể xơ dừa và đặc tính của một số loại thực vật thủy sinh có khả năng xử lý nước thải.3 Mục tiêu đề tài Đồ án được thực hiện nhằm tìm hiểu mức độ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sinh hoạt mà cụ thể là lấy chỉ số SS, COD là chỉ số khảo sát hiệu quả xử lý nước thải qua bể lọc hiếu khí sử dụng xơ dừa làm giá thể.

Bên cạnh đó đồ án cũng khảo sát hiệu quả xử lý nước thải qua hồ thủy sinh thông qua các chỉ tiêu COD, N tổng, P tổng. Ngoài ra, đồ án còn khảo sát các chỉ số phụ pH, SS, coliform tổng làm cơ sở để điều chỉnh và vận hành mô hình xử lý theo cách tốt nhất.4 Nội dung nghiên cứu Đồ án bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau:  Tìm hiểu về nguồn gốc, thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt.  Tìm hiểu tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt: phương pháp cơ học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học.  Tìm hiểu các thông tin khoa học về VSV trong xử lý nước thải theo công nghệ hiếu khí bao gồm: chủng loại VSV, quá trình sinh trưởng và phát triển, các điều kiện cần thiết cho sự phát triển của chúng.

 Tìm hiểu về công nghệ xử lý nước thải theo phương pháp sinh trưởng kết bám hiếu khí.  Thu thập các thông tin liên quan đến xơ dừa và một số loại thực vật có các đặc tính phù hợp với kỷ thuật xử lý nước thải  Xây dựng mô hình thí nghiệm: vật liệu, kích thước, chi tiết cấu tạo và sơ đồ hệ thống thí nghiệm.  Các bước tiến hành thí nghiệm, ghi nhận các thông số khảo sát.  Thống kê kết quả, tính toán hiệu suất xử lý và nhận xét khả năng xử lý qua bể lọc sinh học và hồ thủy sinh.

 Kết luận và đưa ra quan điểm về đồ án. SVTH: Đặng Thị Lê Phương 2 MSSV: 106111024 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.5 Phương pháp nghiên cứu 1.1 Phương pháp luận Thành phần chính của nước thải sinh hoạt chứa một lượng lớn các chất hữu cơ dễ bị phân hủy (hydratcacbon, protein, chất béo), các chất vô cơ dinh dưỡng (phốtphat, nitơ), cùng với vi khuẩn (có thể cả VSV gây bệnh), trứng giun, sán.v… Nếu không được xử lý trước khi thải bỏ thì khả năng gây ô nhiễm môi trường là rất lớn.2 Phương pháp cụ thể Đề tài đã sử dụng những phương pháp sau:  Phương pháp thực tế: Thu thập, xử lý và tổng hợp các tài liệu cần thiết có liên quan đến đề tài.  Phương pháp kế thừa: Trong quá trình thực hiện đã tham khảo các đề tài có liên quan đã thực hiện.  Phương pháp khảo sát: tính chất, thành phần nước thải, đặc điểm lý, hoá, sinh của nước thải đầu vào.

 Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng ở qui mô phòng thí nghiệm, vận hành mô hình để xử lý nước thải.  Phương pháp phân tích: các thông số được phân tích theo phương pháp chuẩn (APHA, AWWA, TCVN 2000 và Standard Methods). Các thông số đo và phương pháp phân tích được trình bày trong bảng sau. SVTH: Đặng Thị Lê Phương 3 MSSV: 106111024 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn Bảng 1.

Các thông số và phương pháp phân tích Thông số Phương pháp phân tích pH pH kế COD Phương pháp đun kín (K2Cr2O7 Closed flux) BOD5 Phương pháp ủ 200C trong 5 ngày SS Lọc, sấy 1050C, cân phân tích Nitơ tổng Phương pháp chưng cất Kjieldahl Phương pháp SnCl2 cho Orthophosphate, so màu bằng Photpho tổng máy quang phổ kế hấp thu ( Spetrophotometer) Coliform MPN (MPN/100ml)  Phương pháp xử lý số liệu.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài góp phần vào việc tìm hiểu quy trình xử lý nước thải sinh hoạt. Từ đó góp phần vào công tác bảo vệ môi trường, cải thiện tài nguyên nước ngày càng trong sạch hơn.2 Ý nghĩa thực tiễn  Đề tài sẽ được nghiên cứu và bổ sung để phát triển cho vấn đề thu gom và xử lý nước.  Hạn chế việc xả thải bừa bãi làm suy thoái và ô nhiễm tài nguyên nước. SVTH: Đặng Thị Lê Phương 4 MSSV: 106111024 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 2.1 Nước thải sinh hoạt 2.1 Nguồn gốc Nước thải sinh hoạt (NTSH) phát sinh từ các hoạt động sống hàng ngày của con người như tắm rửa, bài tiết, chế biến thức ăn… Ở Việt Nam lượng nước thải này trung bình khoảng 120 - 260 lít/người/ngày.

NTSH được thu gom từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, khu dân cư, cơ sở kinh doanh, chợ, các công trình công cộng khác và ngay chính trong các cơ sở sản xuất. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm. Khối lượng nước thải của một cộng đồng dân cư phụ thuộc vào: - Quy mô dân số - Tiêu chuẩn cấp nước - Khả năng và đặc điểm của hệ thống thoát nước - Loại hình sinh hoạt Đặc tính chung của NTSH thường bị ô nhiễm bởi các chất cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hoà tan (thông qua các chỉ tiêu BOD 5, COD), các chất dinh dưỡng (nitơ phospho), các vi trùng gây bệnh (Ecoli, coliform…). Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào: - Lưu lượng nước thải - Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người Mà tải trọng chất bẩn tính theo đầu người phụ thuộc vào: - Mức sống, điều kiện sống và tập quán sống - Điều kiện khí hậu 2.2 Thành phần tính chất nước thải SVTH: Đặng Thị Lê Phương 5 MSSV: 106111024 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn Mức độ cần thiết xử lý nước thải phụ thuộc: - Nồng độ bẩn của nước thải - Khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận - Yêu cầu về mặt vệ sinh môi trường Để lựa chọn công nghệ xử lý và tính toán thiết kế các công trình đơn xử lý nước thải trước tiên cần phải biết thành phần tính chất của nước thải.

Thành phần tính chất của nước thải chia làm hai nhóm chính: - Thành phần vật lý - Thành phần hoá học  Thành phần vật lý: Biểu thị dạng các chất bẩn có trong nước thải ở các kích thước khác nhau được chia thành ba nhóm.  Nhóm 1: Gồm các chất không tan chứa trong nước thải dạng thô (vải, giấy, lá cây, cát, da, lông…) ở dạng lơ lửng ( > 10-1mm) và ở dạng huyền phù, nhũ tương ( = 10-1 – 10-4mm)  Nhóm 2: Gồm các chất bẩn dạng keo ( = 10-4 – 10-6mm)  Nhóm 3: Gồm các chất bẩn ở dạng hoà tan có < 10-6mm, chúng có thể ở dạng ion hay phân tử.  Thành phần hoá học: Biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có các tính chất hoá học khác nhau, được chia làm ba nhóm:  Thành phần vô cơ: cát, sét, xỉ, axít vô cơ, các ion muối phân ly… (chiếm khoảng 42% đối với NTSH)  Thành phần hữu cơ: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật cặn bã bài tiết… (chiếm khoảng 58%) + Các chất chứa nitơ + Các hợp chất nhóm hyđrocacbon: mỡ, xà phòng, cellulese… + Các hợp chất có chứa phospho, lưu huỳnh  Thành phần sinh học: nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn… SVTH: Đặng Thị Lê Phương 6 MSSV: 106111024 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn Bảng 2.1: Thể hiện thành phần tương đối của NTSH trước và sau xử lý. BOD và chất rắn lơ lửng là hai thông số quan trọng nhất được sử dụng để xác định đặc tính của NTSH.

Quá trình xử lý lắng đọng ban đầu có thể giảm được khoảng 50% chất rắn lơ lửng và 35% BOD.1: Thành phần tương đối của nước thải sinh hoạt bình thường Trước khi Sau khi Sau khi xử lý Thành phần chất thải lắng đọng lắng đọng sinh học Tổng chất rắn lơ lửng 800 680 530 Chất rắn không ổn định 440 340 220 Chất rắn lơ lửng 240 120 30 Chất rắn lơ lửng không ổn định 180 100 20 BOD 200 130 30 Amoniac 15 15 24 Tổng nitơ 35 30 26 Photpho hoà tan 7 7 7 Tổng photpho 10 9 8 (Nguồn: wastewater engineering treatment, disposal.