ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o PHẠM LÊ HOÀNG DUY MSHV : 09250500 KHÓA : 2009 CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁ THỂ SINH HỌC DI ĐỘNG (MBBR) TP.HCM - 03/2012 i Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN TẤN PHONG Cán chấm nhận xét : TS MAI TUẤN ANH Cán chấm nhận xét : TS LÊ HOÀNG NGHIÊM Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh ngày 28 tháng 02 năm 2012 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) ii Luận văn Thạc Sĩ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Phạm Lê Hoàng Duy CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH TP HCM, ngày 14 tháng 02 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên Học viên: PHẠM LÊ HOÀNG DUY MSHV: 09250500 Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1986 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁ THỂ SINH HỌC DI ĐỘNG (MBBR) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - - Xác định tải trọng COD vận hành thích hợp mô hình ứng với tải trọng thí nghiệm tăng dần kg COD/m3.ngày ; 1.5 kg COD/m3.ngày kg COD/m 3.ngày tương ứng với thời gian lưu 10h, 7h 4h So sánh hiệu suất xử lý với mô hình giá thể III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 14/02/2011 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 31/12/2011 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN TẤN PHONG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN TS NGUYỄN TẤN PHONG TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH QL CHUYÊN NGÀNH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ iii Phạm Lê Hoàng Duy LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất thầy giáo, cô giáo Khoa Môi Trường - Trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM Trong suốt thời gian học tập nghiên cứu trường, thầy cô tận tình giảng dạy, truyền đạt tri thức quý báu giúp tác giả hoàn thành chương trình đào tạo Luận văn thạc sĩ Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Tấn Phong, trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu khoa học Xin chân thành cảm ơn tập thể anh chị nhân viên Phòng thí nghiệm, Khoa môi trường, trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ nghiên cứu phân tích thử nghiệm Cảm ơn GS Kenji Furukawa, Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University, Japan hỗ trợ công nghệ chuyên môn sâu kỹ thuật giá thể sinh học di động Đồng thời, cảm ơn tổ chức JICA, Nhật Bản, hỗ trợ kinh phí cho nghiên cứu Và cuối cùng, xin biết ơn cha mẹ, anh em gia đình, biết ơn tất anh chị, bạn lớp cao học Công nghệ Môi Trường K2008, K2009 bạn lớp đại học K.2006, K.2007 trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM động viên, giúp đỡ, đồng hành suốt hai năm học vừa qua trình thực luận văn Trân trọng cảm ơn ! Tp HCM, ngày 31 tháng 12 năm 2011 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ iv Phạm Lê Hoàng Duy TÓM TẮT Công nghệ bùn hoạt tính sinh học truyền thống sử dụng phố biến để xử lý nước thải sinh hoạt Việt Nam Tuy nhiên, công nghệ cũ kỹ hiệu suất xử lý không cao Công nghệ giá thể sinh học di động có hiệu xử lý cao nguyên tắc hoạt động công nghệ dựa môi trường lơ lửng dính bám Trong nghiên cứu này, tác giả thiết kế hệ thống gồm có bể thiếu khí hiếu khí Trong đó, trình thiếu khí (nghèo oxy) diễn trình khử nitrat trình nitrat hóa xảy môi trường hiếu khí Ngoài ra, trình xảy lớp sinh khối bám giá thể, lớp sinh khối tồn môi trường, kỵ khí, thiếu khí hiếu khí Nghiên cứu tiến hành giai đoạn Giai đoạn đầu thực tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí trở bể thiếu khí với tỷ lệ lưu lượng đầu vào, hiệu xử lý trung bình giai đoạn đầu tải trọng tương đối tốt, nhiên trình nitrat hoá khử nitrat diễn không tốt, BOD5 86,5 %,; COD 85,9%; TSS 75,0 %, N-NH4+ 44,5%, PO43là 31,4% Do đó, nghiên cứu tiếp tục thực giai đoạn cách tăng tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí trở bể thiếu khí ba lần lưu lượng đầu vào, hiệu xử lý trung bình tải trọng (1 kg COD/m 3.ngày; 1.5 kg COD/m3.ngày kg COD/m3.ngày) cao; BOD5 86,2 %,; COD 85,5%; TSS 89,5%, N-NH4+ 80,7%, PO43- 20%, giai đoạn trình nitrat hoá khử nitrat diễn hiệu Thời gian lưu trọng cuối thí nghiệm kg COD/m 3.ngày giờ, điều giúp ích cho việc giảm diện tích xây dựng bể lắng, giúp tiết kiệm phần chi phí việc xây dựng vận hành, đó, công nghệ phù hợp cho khu vực bị hạn chế diện tích Hệ thống xử lý giá thể sinh học di động hữu ích cho việc xử lý chất hữu màcòn diễn tốt trình nitrat hóa khử nitrat Chính ưu điểm mà công nghệ thay cho công nghệ Aerotank truyền thống để xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư đô thị có diện tích đất xây dựng bị hạn chế Việt Nam tương lai Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ v Phạm Lê Hoàng Duy ABSTRACT Nowadays, the activated sludge technology is used popular to treat domestic wastewater in Vietnam However, this technology is elder and its removal efficiency is not high The moving bed biofilm reactor (MBBR) technology has a high removal efficiency because it act in both suspended and stick sludge environment In this study, there are two tank, aerobic and anoxic tank The nitrification process (conversion of ammonia to nitrate) occrurs primarily in aerobic tank (oxygen – rich) while denitrification requires anoxic conditons as well as a subtance (such an organnic compounds) to act as an electron acceptor Beside, the nitrification and denitrification occurs in the biomass carrier because sludge layer on the biomass carrier will create three environment, inside is unaerobic condition, next is anoxic condition and outside is aerobic condition This study include period The 1st period circulate wastewater from aerobic tank to anoxic tank with 1:1 ratio, average removal efficiency in this stage (Organic loading rate are 1.0, 1.5 and 2.0 kg COD/m 3/day) is quite high (Biological oxygen demand (BOD), 86,5%; Chemmical oxygen demand (COD), 85,9%; Total suspended solid (TSS), 75%; N – Amonia (N-NH4+), 44,5%; Total phosphorus (TP), 31,4%) However, nitrification and denitrification process is not good Therefore, this study 2nd period by inreasing circumlating wastewater times, average removal efficiency in this stage (Organic loading rate are 1.0, 1.5 and 2.0 kg COD/m 3/day) is quite high (Biological oxygen demand (BOD), 86,2%; Chemmical oxygen demand (COD), 85,5%; Total suspended solid (TSS), 89,5%; N – Amonia (N-NH4+), 80,7%; Total phosphorus (TP), 30%) The hydraulic retention time of MBBR only has hours and the sludge was created quite low, so we can save the cost to build and operate, therefore it is suitable for limited lands The MBBR system is not only good for removing the organic but also doing the nitrification and denitrification process and saving the cost to investigate, suitable for limited lands This study can replace for the activated sludge technology to treat domestic wastewater at Vietnam in the future because its high removal efficiency and advantage Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ vi Phạm Lê Hoàng Duy DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Nồng độ chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt chưa xử lý Bảng 2.2: Một số giống vi khuẩn chức chúng 12 Bảng 2.3 Các phản ứng chuyển hóa sinh học nitơ nước 18 Bảng 3.1 Tính chất nước thải sinh hoạt nghiên cứu 35 Bảng 3.2 Thông số đặc trưng giá thể sử dụng đề tài 36 Bảng 3.3 Các thông số kiểm soát 41 Bảng 3.4 Thành phần nước thải nhân tạo 43 Bảng 3.5 Thông số vận hành thí nghiệm thích nghi 44 Bảng 3.6 Thông số vận hành thí nghiệm 44 Bảng 3.7 Thông số vận hành thí nghiệm 45 Bảng 3.8 Thông số vận hành thí nghiệm 45 Bảng 3.9.Thông số vận hành thí nghiệm 46 Bảng 3.10 Thông số vận hành thí nghiệm 47 Bảng 3.11 Thông số vận hành thí nghiệm 47 Bảng 3.12 Thông số vận hành thí nghiệm 48 Bảng 3.13 Chú thích vị trí lấy mẫu 49 Bảng 3.14 Tần suất lấy mẫu 50 Bảng 3.15 Các phương pháp phân tích mẫu 51 Bảng 4.1 So sánh kết đầu tiêu với QCVN 14:2008/BTNMT 76 Bảng 4.2 So sánh chất lượng nước thải với hệ thống diện giá thể 82 Bảng 5.1 Kết luận đề tài 83 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ vii Phạm Lê Hoàng Duy DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý lô S chung cư Nguyễn Kim Hình 2.2 Thành phần chất nước thải sinh hoạt (Trần Đức Hạ, 2006) Hình 2.3 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang 16 Hình 2.4 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng 16 Hình 2.5 Sự chuyển hóa nitơ trình chuyển hóa sinh học 18 Hình 2.6.Công nghệ xử lý nước thải sinh hoại lớn 500m 3/ngày 23 Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng 23 Hình 2.8 Mô tả trình xử lý bể MBBR 25 Hình 2.9 Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M Natrix-O 26 Hình 2.10 Sự phát triển lớp màng biofilm bên bên 27 Hình 2.11 Nồng độ chất theo chiều sâu lớp màng 29 Hình 2.12 Lớp biofilm dính bám bề mặt giá thể 31 Hình 3.1 Giá thể di động kiểu K3 36 Hình 3.2.Sơ đồ dây chuyền công nghệ mô hình nghiên cứu 37 Hình 3.3 Sơ đồ bố trí mô hình 38 Hình 3.4 Mô hình thực tế 39 Hình 3.5 Kích thước bể lắng, bể thiếu khí bể hiếu khí 39 Hình 3.6 Bơm tuần hoàn 40 Hình 3.7.Mô tơ khuấy 40 Hình 3.8 Máy thổi khí RESUN 40 Hình 3.9 Các nội dung nghiên cứu thực 42 Hình 3.10 Các vị trí lấy mẫu 49 Hình 4.1 Chỉ số DO thí nghiệm thích nghi 53 Hình 4.2 Chỉ số pH thí nghiệm thích nghi 54 Hình 4.3 Hiệu xử lý COD thí nghiệm thích nghi 55 Hình 4.4 Sự biến động DO theo thời gian 56 Hình 4.5 Sự chuyển hóa pH 57 Hình 4.6 Chỉ số MLSS, MLVSS tỉ số MLVSS/MLSS bể thiếu khí 58 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ viii Phạm Lê Hoàng Duy Hình 4.7 Chỉ số MLSS, MLVSS tỉ số MLVSS/MLSS bể hiếu khí 59 Hình 4.8 Chỉ số MLSS, MLVSS tỉ số MLVSS/MLSS bể lắng 60 Hình 4.9 Chỉ số MLSS, MLVSS giá thể 61 Hình 4.10 Hiệu xử lý TSS giai đoạn 1(tỷ lệ 1:1:1) 62 Hình 4.11 Hiệu xử lý TSS giai đoạn 2(tỷ lệ 1:3:1) 62 Hình 4.13 Hiệu xử lý COD giai đoạn 2(tỷ lệ 1:3:1) 64 Hình 4.14 Hiệu xử lý BOD5 giai đoạn (tỷ lệ 1:1:1) 65 Hình 4.16 Hiệu xử lý PO43- giai đoạn (tỷ lệ 1:1:1) 66 Hình 4.17 Hiệu xử lý PO43- giai đoạn (tỷ lệ 1:3:1) 67 Hình 4.18 Hiệu TKN giai đoạn (tỷ lệ 1:1:1) 69 Hình 4.19 Hiệu TKN giai đoạn (tỷ lệ 1:3:1) 69 Hình 4.20 Hiệu N-NH4+ giai đoạn (tỷ lệ 1:1:1) 71 Hình 4.21 Hiệu N-NH4+ giai đoạn (tỷ lệ 1:1:1) 71 Hình 4.22 Sự chuyển hóa N-NO2 giai đoạn (tỷ lệ 1:1:1) 73 Hình 4.23 Sự chuyển hóa N-NO2 giai đoạn (tỷ lệ 1:3:1) 73 Hình 4.24 Sự chuyển hóa N-NO3 giai đoạn (tỷ lệ 1:1:1) 74 Hình 4.25 Sự chuyển hóa N-NO3 giai đoạn (tỷ lệ 1:3:1) 74 Hình 4.26 Giá thể di động K3 trước cho vào mô hình 77 Hình 4.27 Màng biofilm dính bám vào ngày thứ 26 (25/10/2010) 77 Hình 4.28 Màng biofilm dính bám vào ngày thứ 61 (30/11/2010) 77 Hình 4.29 Màng biofilm bám dính vào ngày thứ 75 (14/12/2010) 78 Hình 4.30 Màng biofilm bám dính vào ngày thứ 92 (31/12/2010) 78 Hình 4.31 Màng biofilm bám dính vào ngày thứ 180 (21/06/2011) 78 Hình 4.32 Tỷ lệ sinh khối bề mặt giá thể bể bể thiếu khí 80 Hình 4.33 Tỷ lệ sinh khối bề mặt giá thể bể bể hiếu khí 81 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) ix Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD5 Nhu cầu oxy sinh hoá ngày (Biochemical Oxygen Demand days) BTNMT Bộ tài nguyên môi trường COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand) DxL Đường kính x Chiều dài (Diameter x Length) DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen) F/M Tỉ số chất/vi sinh (Food/Microorganism) HRT Thời gian lưu nước thuỷ lực (Hydraulic Retention Time) MBBR Moving bed biofilm reactor MLSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng ( Mixed Liquor Suspended Solids) MLVSS Hàm lượng chất rắn bay (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) OLR Tải lượng chất hữu (Organic loading rate) QCVN Quy chuẩn Việt Nam SRT Thời gian lưu bùn (Sludge retention time) TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid) SVI Thể tích lắng bùn (Sludge volume index) TKN Tổng nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl nitrogen) Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ x Phạm Lê Hoàng Duy MỤC LỤC ABSTRACT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix MỤC LỤC x CHƯƠNG 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 1.2.1.Mục tiêu nghiên cứu 1.2.2.Đối tượng nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Tính đề tài 1.5 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 2.2 Giới thiệu chung nước thải sinh hoạt 2.2.1.Sự hình thành nước thải sinh hoạt 2.2.2.Phân loại 2.2.3.Thành phần nước thải sinh hoạt 2.2.4.Tác hại nước thải sinh hoạt 2.3 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 2.3.1.Giới thiệu 2.3.2.Phương pháp học 2.3.3.Phương pháp hóa học 2.3.4.Phương pháp hóa lý 10 2.3.5.Phương pháp sinh học 10 2.3.5.1 Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng 10 2.3.5.2 Xử lý sinh học sinh trưởng dính bám 12 2.3.5.3 Xử lý sinh học wetland 14 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ xi Phạm Lê Hoàng Duy 2.3.6.Phương pháp sinh học loại bỏ nitơ 16 2.3.6.1 Quá trình khử Ammonia phương pháp sinh học 18 2.3.6.2 Quá trình Nitrate hoá 21 2.4 Tổng quan công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) 24 2.4.1 Giới thiệu công nghệ MBBR 24 2.4.2 Giá thể động 25 2.4.3 Lớp màng biofilm 28 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý công nghệ MBBR 29 2.4.4.1 Giá thể 29 2.4.4.2 Độ xáo trộn 30 2.4.4.3 Tải trọng thể tích 31 2.4.5 Các ứng dụng khác hệ thống xử lý phương pháp MBBR 32 2.5 Những thuận lợi hạn chế 32 2.5.1 Thuận lợi 32 2.5.2 Hạn chế 33 2.6 Tình hình nghiên cứu công nghệ nước nước 33 2.6.1 Nghiên cứu nước 33 2.6.2 Nghiên cứu nước 34 CHƯƠNG 35 3.1 Đối tượng nghiên cứu 35 3.1.1 Nước thải 35 3.2 Mô hình nghiên cứu 37 3.2.1 Thiết kế mô hình 37 3.2.2 Kích thước bể 39 3.2.3.Thông số kỹ thuật thiết bị mô hình 40 3.2.4 Thông số kiểm soát 41 3.3 Trình tự thực 41 3.3.1 Giai đoạn 42 3.3.1.1 Thí nghiệm thích nghi 42 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ xii Phạm Lê Hoàng Duy 3.3.1.2 Thí nghiệm 44 3.3.1.3 Thí nghiệm 44 3.3.1.4 Thí nghiệm 45 3.3.2 Giai đoạn 46 3.3.2.1 Thí nghiệm 46 3.3.2.2 Thí nghiệm 46 3.3.2.3 Thí nghiệm 47 3.3.2.4 Thí nghiệm 48 3.4 Quy trình lấy mẫu phân tích 49 3.4.1 Lấy mẫu 49 3.4.2 Phương pháp phân tích mẫu 50 CHƯƠNG 53 4.1 Kết vận hành thí nghiệm thích nghi 53 4.1.1 Chỉ số DO 53 4.1.2 Chỉ số pH 54 4.1.3 Hiệu xử lý COD 55 4.2 Tổng hợp đánh giá kết phân tích tiêu DO, pH, MLSS, MLVSS, TSS, COD, BOD5, PO43-, N-NH3, TKN, N-NO2, N-NO3 qua tải trọng kgCOD/m 3.ngày, 1.5 kgCOD/m3.ngày, kgCOD/m 3.ngày 56 4.2.1 Chỉ số DO 56 4.2.2 Chỉ số pH 57 4.2.3 Chỉ số MLSS, MLVSS tỉ số MLVSS/MLSS 58 4.2.4 Hiệu xử lý TSS 62 4.2.5 Hiệu xử lý COD 63 4.2.6 Hiệu xử lý BOD5 65 4.2.7 Hiệu xử lý PO43- 66 4.2.8 Hiệu xử lý TKN chuyển hóa N-NO2-, N-NO3- 69 4.2.8.1 Hiệu xử lý TKN 69 4.2.8.2 Hiệu xử lý N- NH4+ 71 4.2.8.3 Kết chuyển hóa N-NO2-, N-NO3- 73 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ xiii Phạm Lê Hoàng Duy 4.3 So sánh kết đầu chi tiêu với QCVN 14:2008/BTNMT 76 4.4 Đánh giá sinh khối tạo thành giá thể sinh học 76 4.5 So sánh với hệ thống diện giá thể 81 4.6 So sánh với vài thí nghiệm thực 82 CHƯƠNG 83 5.1 Kết luận 83 5.2 Kiến nghị 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 88 PHẦN PHỤ LỤC 89 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trong năm thập kỷ 20, Việt Nam biết đến quốc gia vươn lên phát triển mạnh mẽ kinh tế xã hội Thực tế cho thấy, ngày có nhiều nhà đầu tư nước đổ vốn vào Việt Nam để kinh doanh Tốc độ tăng trưởng kinh tế cao hai thập kỷ qua mang lại kết tỷ lệ nghèo theo thống kê giảm rõ rệt Tỷ lệ nghèo, theo chuẩn nghèo quốc tế, giảm từ 58% xuống 20% giai đoạn 1993 - 2004 Tuy nhiên, nhiều hộ gia đình vươn lên khỏi chuẩn nghèo chút, có nguy bị tái nghèo Song đôi với kết tăng trưởng kinh tế gia tăng tình trạng bất bình đẳng, đặc biệt khoảng cách ngày rộng mức thu nhập nông thôn thành thị mức chênh lệch ngày lớn xuất phát từ tình trạng ngăn cách địa lý, xã hội, dân tộc ngôn ngữ Ba vùng chiếm hai phần ba người nghèo Việt Nam là: miền núi phía Bắc, đồng sông Cửu Long duyên hải Bắc Trung Các dân tộc thiểu số chiếm 14% dân số Việt Nam sống chủ yếu vùng núi xa xôi, lại có tỷ lệ nghèo cao (gần 30% dân nghèo nước) Khoảng 90% dân nghèo sống nông thôn Dân nghèo nông thôn chủ yếu tập trung hộ nông dân có ruộng đất, phải trông đợi vào nguồn tín dụng không thức với lãi xuất cao, tiếp cận với thị trường nông sản việc làm nghề nông Để tạo nhiều việc làm phi nông nghiệp, đòi hỏi phải tăng cường phát triển mạnh mẽ khu vực kinh tế quốc doanh, đồng thời xoá bỏ thiên vị, công khai hay ngầm định dành cho doanh nghiệp nhà nước có nhiều vốn chủ yếu Xã hội ngày phát triển chất lượng môi trường sống ngày phải nâng cao vấn đề thức ăn, nước uống vệ sinh môi trường Thực tế cho thấy vấn đề vệ sinh môi trường khu vực dân cư tập trung nhỏ quan tâm, chứng nguồn nước thải sinh hoạt khu vực thải thẳng trực tiếp kênh, rạch, sông suối nhỏ đổ vào hệ thống sông Quá trình Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy tiếp diễn hàng ngày, hàng tháng, hàng năm vô tình làm cho chất lượng nguồn nước cấp (nước sông, nước ngầm) suy giảm chất lượng hậu làm ảnh hưởng đến đời sống người dân hệ sinh thái khu vực nơi Lý giải cho nguyên nhân nguồn chi phí để lắp đặt hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt thông thường cao Tuy nhiên, vấn đề đặt nguồn chi phí cao để lắp đặt xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt thông thường tồn hữu hình lý khách quan khác diện tích bố trí bị giới hạn hiệu hạn hẹp trình độ chuyên môn Hiện nay, toàn lượng nước thải sinh hoạt từ hộ dân phần từ khu công nghiệp lưu vực sông Sài Gòn phần lớn không thu gom xử lý theo quy định Mặc dù có số khu vực có hệ thống thu gom riêng biệt, nước thải sinh hoạt không xử lý mà xả trực tiếp vào hệ thống nguồn tiếp nhận cuối sông suối, chủ yếu sông Đồng Nai, Sài Gòn Hệ gây ô nhiễm nghiêm trọng nhiều khu vực sông Đồng Nai Sài Gòn Ngoài ra, chất lượng nước ngầm bị suy giảm đáng kể từ dòng thải Vì vậy, vấn đề nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt cần thiết 1.2 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá hiệu xử lý chất hữu dinh dưỡng nước thải sinh hoạt kết hợp công nghệ sinh học thiếu khí hiếu khí có sử dụng giá thể di động K3 tải trọng khác (1 kg COD/m3 ngày.đêm; 1,5 kg COD/m ngày.đêm kg COD/m3 ngày.đêm) với trình tuần hoàn nước thải khác nhau, dựa kết đạt được, rút ưu điểm, nhược điểm trình khả áp dụng công nghệ Việt Nam 1.2.2 Đối tượng nghiên cứu Thu thập thông tin tổng quan tài liệu liên quan đến phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy Thu thập thông tin tổng quan tài liệu liên quan đến hiệu xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp xử lý nước thải giá thể di động Nghiên cứu mô hình thực nghiệm công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp xử lý có giá thể di động (MBBR), gồm có:  Thiết lập mô hình xử lý phương pháp vận hành mô hình  Sử dụng giá thể K3 cho mục đích nghiên cứu  Vận hành mô hình thực nghiệm với tải trọng khác có tuần hoàn nước thải với tỷ lệ từ bể hiếu khí bể thiếu khí lần gấp lần so với lượng nước thải đầu vào  Lấy mẫu, phân tích tiêu ô nhiễm mô hình nghiên cứu theo vị trí nghiên cứu định  Đánh giá kết hiệu ứng dụng đề tài 1.3 Nội dung nghiên cứu Mô hình thí nghiệm (lab scale) tiến hành điều kiện bình thường Nước thải sinh hoạt lấy từ bể thu gom trạm xử lý nước thải thuộc lô S chung cư Nguyễn Kim Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm: kết hợp thiếu khí hiếu khí Đánh giá hiệu xử lý COD chất dinh dưỡng với HRT qua giai đoạn: + Giai đoạn 1: OLR kg COD/m3.ngày, 1.5 kg COD/m3/ngày kg COD/m 3.ngày với tỷ lệ tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí bể lắng trở bể thiếu khí 1:1:1 + Giai đoạn 2: OLR kg COD/m3.ngày, 1.5 kg COD/m3/ngày kg COD/m 3.ngày với tỷ lệ tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí bể lắng trở bể thiếu khí 1:3:1 Nghiên cứu tiến hành khoảng thời gian từ 30/08/2010 – 31/06/2011 1.4 Tính đề tài Kết hợp hai trình bùn hoạt tính lơ lửng truyền thống giá thể di động bám dính việc loại bỏ chất ô nhiễm, đồng thời để tăng hiệu suất trình khử nitrat, tác giả có tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí trở bể thiếu khí Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy 1.5 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu  Nghiên cứu thực dựa phương pháp sau:  Thu thập tài liệu  Thu thập, tổng hợp tài liệu, nghiên cứu nước nước xử lý nước thải sinh hoạt  Phương pháp thực nghiệm  Căn tài liệu thu thập bắt đầu tiến hành thiết kế lắp đặt mô hình thí nghiệm (lab scale) Tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường – trường ĐH Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh mô hình bắt đầu hoạt động thích nghi HRT 18 h với OLR 0.3 kgCOD/m 3.ngày, sau gần tháng mô hình ổn định giá thể di động xuất lớp màng mỏng Tiếp theo ta bắt đầu giai đoạn phát triển màng đến chiều dày ổn định, sau tiến hành thí nghiệm với HRT 10h; h h tương ứng với tải trọng kgCOD/m3.ngày, 1.5 kgCOD/m 3.ngày, 2.0 kgCOD/m 3.ngày giai đoạn tuần hoàn nước thải khác Mục đích trình tuần hoàn nước thải để nâng cao hiệu suất khử nitrat điều mà công nghệ Aerotank sinh học truyền thống không thực  Phương pháp lấy mẫu phân tích tiêu môi trường Toàn kỹ thuật lấy mẫu phân tích tiêu môi trường tiến hành theo quy định tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn quốc tế (theo Standard Methods)  Phương pháp phân tích xử lý số liệu Các số liệu kết thí ngiệm phân tích xử lý phần mềm Excel Graph Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu Nước thải sinh hoạt lấy từ Lô S chung cư Nguyễn Kim, địa Nguyễn Kim-Tân Phước, phường 7, Quận 10, Tp.HCM Chung cư Nguyễn Kim có 178 hộ dân, công suất trạm xử lý nước thải khoảng 150 m 3/ngày đêm Ở sử dụng công nghệ sinh học hiếu khí bể Aerotank Sau sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý lô S chung cư Nguyễn Kim Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý lô S chung cư Nguyễn Kim 2.2 Giới thiệu chung nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt nước thải bỏ sau sử dụng cho mục đích sinh hoạt: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,…Lượng nước thải sinh hoạt khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước đặc điểm hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư phụ thuộc vào hiệu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy cung cấp nước nhà máy nước hay trạm cấp nước có Các trung tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao so với vùng ngoại thành lượng nước thải sinh hoạt tính đầu người có khác biệt thành thị nông thôn 2.2.1 Sự hình thành nước thải sinh hoạt Nước thải hình thành trình sinh hoạt người, số hoạt động dịch vụ công cộng bệnh viện, trường học, nhà ăn,…cũng tạo loại nước thải có thành phần tính chất tương tự nước thải sinh hoạt 2.2.2 Phân loại Nước thải sinh hoạt chia làm loại :  Nước đen nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn chất ô nhiễm, chủ yếu chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh cặn lơ lửng  Nước xám nước phát sinh từ trình : rửa, tắm, giặt, với thành phần chất ô nhiễm không đáng kể 2.2.3 Thành phần nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu dễ bị phân hủy sinh học, có thành phần vô cơ, vi sinh vật vi trùng gây bệnh nguy hiểm Ở khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họat không xử lý thích đáng nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.Mức độ tác hại phụ thuộc vào loại chất ô nhiễm, nồng độ chúng hiệu xử lý chất đặc biệt Thành phần chất nước thải sinh hoạt trình bày hình 2.2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) [...]... thải sinh hoạt của phương pháp xử lý nước thải bằng giá thể di động Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp xử lý có giá thể di động (MBBR), gồm có:  Thiết lập mô hình xử lý và phương pháp vận hành mô hình  Sử dụng giá thể K3 cho mục đích nghiên cứu  Vận hành mô hình thực nghiệm với tải trọng khác nhau và có sự tuần hoàn của nước thải với tỷ lệ từ... bể thiếu khí Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ 4 Phạm Lê Hoàng Duy 1.5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu  Nghiên cứu này thực hiện dựa trên các phương pháp sau:  Thu thập tài liệu  Thu thập, tổng hợp các tài liệu, các nghiên cứu trong nước và nước ngoài về xử lý nước thải sinh hoạt  Phương pháp thực nghiệm... áp dụng công nghệ tại Việt Nam 1.2.2 Đối tượng nghiên cứu Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ 3 Phạm Lê Hoàng Duy Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt. .. sinh học sinh trưởng dính bám 12 2.3.5.3 Xử lý sinh học bằng wetland 14 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ xi Phạm Lê Hoàng Duy 2.3.6 .Phương pháp sinh học loại bỏ nitơ 16 2.3.6.1 Quá trình khử Ammonia bằng phương pháp sinh học 18 2.3.6.2 Quá trình Nitrate hoá 21 2.4 Tổng quan về công. .. phần nước thải sinh hoạt 6 2.2.4.Tác hại của nước thải sinh hoạt 8 2.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 9 2.3.1.Giới thiệu 9 2.3.2 .Phương pháp cơ học 9 2.3.3 .Phương pháp hóa học 9 2.3.4 .Phương pháp hóa lý 10 2.3.5 .Phương pháp sinh học 10 2.3.5.1 Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng 10 2.3.5.2 Xử lý sinh. .. nhân,…Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào hiệu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ 6 Phạm Lê Hoàng Duy quả cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện... xử lý bằng phần mềm Excel và Graph Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 5 Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng Duy CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu Nước thải sinh hoạt được lấy từ Lô S chung cư Nguyễn Kim, địa chỉ Nguyễn Kim-Tân Phước, phường 7, Quận 10, Tp.HCM Chung cư Nguyễn Kim có 178 hộ dân, công suất của trạm xử. .. ăn, nước uống và vệ sinh môi trường Thực tế cho thấy vấn đề về vệ sinh môi trường tại các khu vực dân cư tập trung nhỏ ít được quan tâm, bằng chứng là nguồn nước thải sinh hoạt tại những khu vực này được thải thẳng trực tiếp ra kênh, rạch, sông suối nhỏ và đổ vào hệ thống sông chính Quá trình này Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR). .. trạm xử lý nước thải khoảng 150 m 3/ngày đêm Ở đây sử dụng công nghệ sinh học hiếu khí bể Aerotank Sau đây là sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý của lô S chung cư Nguyễn Kim Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý của lô S chung cư Nguyễn Kim 2.2 Giới thiệu chung về nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh. .. xử lý TSS 62 4.2.5 Hiệu quả xử lý COD 63 4.2.6 Hiệu quả xử lý BOD5 65 4.2.7 Hiệu quả xử lý PO43- 66 4.2.8 Hiệu quả xử lý TKN và sự chuyển hóa của N-NO2-, N-NO3- 69 4.2.8.1 Hiệu quả xử lý TKN 69 4.2.8.2 Hiệu quả xử lý N- NH4+ 71 4.2.8.3 Kết quả sự chuyển hóa của N-NO2-, N-NO3- 73 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt ... đến hiệu xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp xử lý nước thải giá thể di động Nghiên cứu mô hình thực nghiệm công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp xử lý có giá thể di động (MBBR), gồm... Xử lý sinh học wetland 14 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ xi Phạm Lê Hoàng Duy 2.3.6 .Phương pháp sinh. .. quan tài liệu liên quan đến phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Luận văn Thạc Sĩ Phạm Lê Hoàng