ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG  Trần Thị Thủy NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG LỌC NỔI TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Công nghệ môi trường (Chương trình đào tạo chuẩn) Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG  Trần Thị Thủy NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG LỌC NỔI TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Công nghệ môi trường (Chương trình đào tạo chuẩn) Cán bộ hướng dẫn: PSG.TS. Cao Thế Hà ThS. Nguyễn Trường Quân Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Để thực hiện và hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này, trước tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Cao Thế Hà - Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững (CETASD) là người đã trực tiếp hướng dẫn truyền đạt cho em những kinh nghiệm quá báu trong suốt quá trình thực tập. Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Nguyễn Trường Quân cùng tập thể các thầy cô, anh chị thuộc phòng Công nghệ - Trung tâm CETASD đã đồng hành giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể các thầy cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội truyền thụ những kiến thức quý báu cho em trong suốt 4 năm học qua. Em xin cảm ơn bác Thái Ngô Đức - chủ trang trại Hòa Bình xanh cùng các anh chị công nhân đã chỉ bảo, quan tâm trong suốt ngày tháng tham gia nghiên cứu ở trang trại. Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn quan tâm giúp đỡ và động viên, khuyến khích em trong suốt thời gian qua để em hoàn thành khóa luận được tốt hơn. Hà Nội, ngày 2 tháng 6 năm 2015 Sinh viên Trần Thị Thủy DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical Oxygen Demand) BTNMT Bộ tài nguyên môi trường BXD Bộ xây dựng CETASD Trung tâm nghiên cứu công nghệ môi trường và phát triển bền vững (Research Center for Environmental Technology and Sustainable Development) COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) ĐV Đơn vị FAO Tổ chức nông lương thực thế giới (Foundation Agriculture Organization) H Hyđrô IC Kỹ thuật tuần hoàn nội (Internal Circulation) K Kali NĐ – CP p.t QCVN Nghị định chính phủ Phương trình Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia TN Nitơ tổng TP Photpho tổng TS Tổng chât rắn (Total Solid) TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid) TVTS Thực vật thủy sinh UASB Bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) VLL Vật liệu lọc VS Tổng chất rắn bay hơi (Volatile solid) R/L Tách rắn - lỏng MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ii DANH MỤC HÌNH iii MỞ ĐẦU 1 Chương 1 3 TỔNG QUAN 3 Chương 3 25 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 PHỤ LỤC 42 i DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các nước có số lượng lợn nhiều nhất thế giới năm 2009 [2] 4 Bảng 2: So sánh một số thông số đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn của Singapo, Trung Quốc và Việt Nam [3] 5 Bảng 3: Thành phần nước thải của một số trại chăn nuôi tập trung [3] 5 Bảng 4: Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi đã xây dựng.16 Bảng 5: Danh mục thiết bị 20 Bảng 6: Các chế độ khảo sát 22 Bảng 7: Thành phần nước thải các chuồng ở trại Hòa bình Xanh 25 Bảng 8: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.5m/h 26 Bảng 9: Chất lượng nước đầu vào, ra của hệ lọc tại v = 0,5m/h .27 Bảng 10: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.6m/h 28 Bảng 11: Chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,6m/h 30 Bảng 12: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.7m/h 31 Bảng 13: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,7m/h 32 Bảng 14: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.8m/h 33 Bảng 15: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,8m/h 34 Bảng 16: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.9 m/h 35 Bảng 17: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,9m/h 36 ii Bảng 18: Thể tích nước lọc được qua 1 m2 thiết diện lọc của các vận tốc lọc 37 Bảng 19: Hiệu suất xử lý SS 38 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Mô hình lọc với lớp màng lọc tự hình thành 9 Hình 2: Đồ thị mô tả quá trình lọc theo phương trình 1.8 10 Hình 3: Sự gia tăng tồn thất áp ∆P trong quá trình lọc 12 Hình 4: Diễn biến của độ đục và tổn thất áp suất trong quá trình lọc 12 Hình 5: Bể lọc tự chảy và diễn biến áp lực trong bể lọc tự chảy. .14 Hình 6: Bể lọc vật liệu nổi 14 Hình 7: Sơ đồ thiết kế hệ lọc nổi 22 Hình 8: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,5m/h 27 Hình 9: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,6m/h 30 Hình 10: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,7m/h 32 Hình 11: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,8m/h 34 iii Hình 12: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,9m/h 36 iv Trần Thị Thủy K56_CNMT MỞ ĐẦU Đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp điều kiện Việt Nam để xử lý ô nhiễm kết hợp tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn” của Bộ Khoa học và Công nghệ, đã được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm tại phòng Công nghệ môi trường của Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững (CETASD) và hệ pilot ứng dụng tổ hợp các kỹ thuật yếm khí, thiếu - hiếu khí cùng với hệ thực vật thủy sinh tại trang trại chăn nuôi lợn Hòa Bình Xanh (Công ty TNHH Sản xuất Đầu tư và Thương mại Đức Anh, xóm Suối Cốc, xã Hợp Hòa, Lương Sơn, Hòa Bình) đạt được mục tiêu đề ra và đã được nghiệm thu cấp cơ sở. Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ yếm khí gặp phải vấn đề khó khăn là giá trị TSS rất cao có thể tới 10g/l, chiếm tới trên 80% TS, trong đó thường 80% là hữu cơ. Thành phần TSS lớn gây tắc nghẽn và thất thoát vi sinh trong các hệ xử lý. Do đó, để đảm bảo quá trình vi sinh yếm khí, hiếu khí đạt hiệu quả, việc nghiên cứu sử dụng các hệ thống tách R/L phù hợp với điều kiện quy mô nhỏ và chi phí thấp là vô cùng cấp thiết. Ở các nước phát triển, đã áp dụng ngay từ đầu các kỹ thuật tách rắn lỏng (R/L) như lắng trọng lực, li tâm, ép bùn, lọc,…Tuy nhiên ép bùn tiêu tốn nhiều năng lượng; li tâm vận hành đơn giản nhưng có yêu cầu đầu tư lớn; còn lắng trọng lực có cơ cấu đơn giản và chi phí vận hành thấp hơn. Song các phương pháp này có chất lượng nước ra chưa đảm bảo về mặt SS (1000 – 3000mg/l). Hiện nay, phương pháp sử dụng bể lọc vật liệu lọc (VLL) nổi đã bắt đầu được nghiên cứu bước đầu thành công với những ưu điểm đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp và có tiềm năng ứng dụng rất cao ở nước ta. Bể lọc vật liệu nổi đã được nghiên cứu ở Liên Xô và Tiệp Khắc vào những năm 1973 - 1974 trên mô hình, đến năm 1975 đã được đem áp ra áp dụng trong thực tế để xử lý nước mặt và nước ngầm ở giai đoạn cuối sau lắng. Ở Liên Xô, người ta sử dụng loại bể lọc này trong xử lý nước thải ở một vài nghiên cứu bước đầu. Năm 1987, PGS. Phạm Ngọc Thái là người đầu tiên nghiên cứu và đưa loại bể lọc này vào sử dụng ở Việt Nam. Năm 1988, tại Hội chợ triển lãm toàn quốc lần thứ 4 tổ chức tại Giảng Võ - Hà Nội, công trình trạm xử lý nước mặt với bể lọc vật liệu lọc nổi được nhận giải thưởng huy chương vàng. Bể lọc VLL nổi đã được áp dụng trong khoảng 10 năm trở lại đây với quy mô công suất nhỏ từ vài chục tới vài trăm m 3 /ngày đêm, đến nay đã phát triển tới quy mô công suất 10000m 3 /ngày đêm trong xử lý nước cấp. Còn trong xử lý nước thải hầu như chưa có một nghiên cứu chuyên sâu nào đề xuất các thông số tính toán, thiết kế để đưa ra những chỉ dẫn cần thiết Khóa luận tốt nghiệp 1 Đại học Khoa học Tự nhiên Trần Thị Thủy K56_CNMT cho loại bể này một cách cụ thể. Việc thiết kế các trạm xử lý nước có sử dụng loại bể lọc vật liệu nổi mới chỉ tập trung ở một nhóm chuyên gia thiết kế am hiểu lĩnh vực này mà chưa được áp dụng rộng rãi trong giới chuyên ngành xử lý nước thải. Việc nghiên cứu sử dụng bể lọc vật liệu nổi trong tiền xử lý nước thải chăn nuôi trong giai đoạn tiền xử lý có ý nghĩa quan trọng và mang tính thực tiễn. Chính vì thế, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hệ thống lọc nổi tiền xử lý nước thải chăn nuôi” được lựa chọn làm khóa luận. Nội dung chính của đề tài bao gồm: - Khảo sát quan hệ về tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian và tốc độ lọc; - Quan hệ về sự biến đổi chất lượng nước khi lọc qua lớp VLL nổi; - Thời gian làm việc giới hạn ở các tốc độ lọc khác nhau; - Tìm ra được tốc độ lọc phù hợp đảm bảo giá trị SS trong khoảng 500mg/l – thông số SS đầu vào của hệ yếm khí cao tải. Khóa luận tốt nghiệp 2 Đại học Khoa học Tự nhiên [...]... tính chung của nước thải chăn nuôi có thành phần COD, TSS rất cao Do đó, cần áp dụng các công nghệ xử lý phù hợp để xử lý nước thải chăn nuôi đạt QCVN trước khi thải ra môi trường 1.2.3 Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi đã và đang được áp dụng Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi như phương pháp xử lý lý học, phương pháp xử lý hóa học và hóa lý, phương pháp xử lý sinh học Trong... Xô và Tiệp Khắc đã dùng bể lọc VLL nổi trong lĩnh vực xử lý nước ngầm, nước mặt và nước thải * Ở Tiệp Khắc: năm 1974, phòng thí nghiệm xử lý nước VELKE ZELNOSEKY đã tiến hành thí nghiệm xử lý nước trên mô hình loại bể lọc VLL nổi để xử lý nước ngầm có chứa hàm lượng Fe 1,4 mg/L, sau đó được đem ra áp dụng tại huyện LITOMERICE Nhiều công trình xử lý nước đã sử dụng loại bể lọc này Từ năm 1982 đến năm... đó phải dừng lọc và rửa lọc 1.3.3 Bể lọc vật liệu lọc nổi Hình 6: Bể lọc vật liệu nổi Khóa luận tốt nghiệp 14 Đại học Khoa học Tự nhiên Trần Thị Thủy K56_CNMT 1 - nước thô; 2 - ngăn thu nước lọc; 3 - dàn phân phối nước thô; 4 - thân bể lọc; 5 máng thu nước lọc; 6 - phao chỉnh lưu lượng; 7 - thu nước lọc; 8 - xả nước rửa lọc Bể lọc nổi thực chất là bể lọc tiếp xúc, mọi chức năng nguyên lý của bể tiếp... cứu sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi, phương pháp này đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp và có tiềm năng ứng dụng rất cao ở nước ta 1.3 Lý thuyết quá trình lọc và bể lọc vật liệu lọc nổi 1.3.1 Lý thuyết về lọc Lọc là quá trình được thực hiện bằng cách cho chất cần lọc (chất lỏng, chất khí) đi qua một cơ cấu lọc cho phép tách loại các yếu tố không mong muốn Trong các hệ xử lý nước cấp, lọc là quá trình... QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần nước thải chăn nuôi lợn Vì mô hình thí nghiệm lọc nổi lấy nước thải đầu vào trực tiếp từ hệ xử lý yếm khí cao tải nên chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chủ quan và khách quan, nồng độ SS, COD thay đổi phụ thuộc nguồn xả thải thực tế và các yếu tố vận hành của hệ thống xử lý nước thải thuộc đề tài KC 08 - 04/11 - 15 Bảng 7: Thành phần nước thải các chuồng ở trại Hòa bình... ngày, mỗi đầu lợn thải ra khoảng 2kg phân, 1kg nước tiểu Theo khảo sát của tổ chức JICA và Viện Công nghệ môi trường, lượng nước tiêu thụ từ 10 - 40lít/đầu lợn/ngày đêm Ước tính, mỗi năm ngành chăn nuôi thải ra môi trường một lượng lớn chất thải rắn và lỏng, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng 1.2.2 Nước thải của ngành chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi lợn là nước tiểu lợn hoà... kiệt Cũng như bể lọc tiếp xúc, bể lọc nổi có thể dùng như: - Bể lọc phá đối với nước thô có hàm lượng SS cao hoặc rất cao; - Bể lọc cấp 1 đối với nước đã xử lý sơ bộ (lắng); - Bể lọc tiếp xúc đối với nước ngầm nhiễm sắt, nước mặt có đánh phèn Như vậy, nếu áp dụng bể lọc nổi sẽ bỏ qua bể trộn phèn - tạo bông - lắng (đối với nước mặt) hoặc lắng tiếp xúc (đối với nước ngầm) Tốc độ lọc nổi thường thiết... đã nghiên cứu bể lọc VLL nổi sử dụng trong xử lý nước mặt tại trường Đại học BRNO * Ở Liên Xô: việc nghiên cứu trên mô hình được thực hiện vào những năm 1973 - 1974, đến năm 1975 loại bể lọc VLL nổi đã đưa vào sử dụng [8, 11] Năm 1992, Giáo sư tiến sĩ KHKT M.G.ZURBA đã cho xuất bản cuốn “các thiết bị lọc vật liệu nổi penopolystyrol” (nhà xuất bản xây dựng Matscơva) Tài liệu giới thiệu một số bể lọc. .. bể lọc VLL nổi với hai đối tượng nước thải ở bể điều hòa và sau bể lắng 1 Nước thải được lấy từ hệ xử lý tại Trang trại Hòa Bình Xanh, xã Hợp Hòa, huyện Lương Sơn, Hòa Bình ( Đề tài KC 08 - 04/11 - 15 Bộ Khoa học Công nghệ ) 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu Thu thập các tài liệu về kĩ thuật yếm khí xử lý nước thải giàu hữu cơ, quy luật tăng tổn thất áp lực khi lọc nước. .. trọng bậc nhất vì nó trực tiếp quyết định chất lượng nước sản phẩm, trong xử lý nước thải lọc chỉ áp dụng trong những trường hợp nhất định Quá trình lọc được thực hiện ở hai công đoạn trong dây chuyền xử lý: một là lọc thô ngay điểm bắt đầu thu nước, khi đó quá trình lọc mang tính phòng ngừa: chắn rác, lọc cặn thô, rêu tảo… để bảo vệ hệ thống xử lý Khóa luận tốt nghiệp 7 Đại học Khoa học Tự nhiên Trần