ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - - NGUYỄN QUANG ĐÔNG TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC SUỐI BẰNG MÀNG LỌC UF (UTRAFILTRATION) ĐỂ CẤP CHO SINH HOẠT ỨNG DỤNG TẠI TRUNG ĐOÀN QUÂN ĐỘI 877 BỘ CHỈ HUY QUÂN SỰ TỈNH HÀ GIANG ” KHĨA LUẬN TỚT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học mơi trường Khoa : Mơi trường Khóa học : 2014 - 2018 Thái Nguyên - năm 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - - NGUYỄN QUANG ĐÔNG TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC SUỐI BẰNG MÀNG LỌC UF (UTRAFILTRATION) ĐỂ CẤP CHO SINH HOẠT ỨNG DỤNG TẠI TRUNG ĐOÀN QUÂN ĐỘI 877 BỘ CHỈ HUY QUÂN SỰ TỈNH HÀ GIANG ” KHĨA LUẬN TỚT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chun ngành : Khoa học mơi trường Khoa : Mơi trường Khóa học : 2014 – 2018 Giảng viên hướng dẫn: Trần Hải Đăng Thái Nguyên - năm 2018 i LỜI CẢM ƠN Trong toàn q trình học tập Trường Đại học Nơng Lâm thực khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Khoa học Môi trường với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước suối màng lọc UF(Utrafiltration) để cấp cho sinh hoạt, ứng dụng Trung Đoàn quân đội 877 – Bộ Chỉ Huy quân Tỉnh Hà Giang” Tôi nhận giúp đỡ quý báu nhiều tập thể, cá nhân nhà trường Lời đầu tiên, xin cảm ơn đến tồn thể thầy khoa Mơi trường trường Đại học Nông Lâm, tập thể anh chị Viện Kỹ Thuật Công Nghệ Môi Trường Tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo: TS Trần Hải Đăng hướng dẫn khoa học tạo điều kiện cho tham gia thực tập Viện Kỹ Thuật Công Nghệ Môi Trường Tôi xin cảm ơn Viện Kỹ Thuật Công Nghệ Môi Trường giúp đỡ việc cập nhật số liệu khảo sát mơ hình thí nghiệm trường Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè động viên giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần trình học tập thực đề tài tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2018 Sinh viên Nguyễn Quang Đông ii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Tài nguyên nước số Quốc gia giới 12 Bảng 2.2 Kích thước hạt lọc áp suất lọc 25 Bảng 2.3 Các trình lọc màng với động lực áp suất (màng áp lực) 25 Bảng 4.1: Kết phân tích mẫu nước mùa khơ – tháng 04/2017 43 Bảng 4.2: Bảng kết phân tích mẫu nước mùa mưa – Tháng 07/2017 46 Bảng 4.3.1 Các trình lọc màng với động lực áp suất (màng áp lực) 50 Bảng 4.3.2 Kích thước mao quản áp suất làm việc số trình màng 51 Bảng 4.3.3 Chất lượng nước sau lọc màng UF 52 Bảng 4.3.4 Kết chất lượng nước suối Tà Vải sau qua hệ thống màng lọc UF 58 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Tỉ lệ loại nước giới 11 Hình 2.2 Khả lọc kĩ thuật lọc màng 23 Hình 2.3 Vùng làm việc kĩ thuật lọc lọc màng .24 Hình 4.1: Bản đồ hành tỉnh Hà Giang .31 Hình 4.4.1 Sơ đồ vận chuyển chất nước qua màng lọc 49 Hình 4.4.2 Vùng làm việc kĩ thuật lọc lọc màng 50 Hình 4.4.3 Dây chuyền cơng nghệ xử lý nước suối màng lọc UF 53 iv DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Viết tắt BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường BVMT Bảo vệ môi trường BYT Bộ Y tế KH Kế hoạch KLN Kim loại nặng KT-XH Kinh tế, xã hội KTTV Khí tượng thủy văn LHQ Liên hợp quốc QCCP Quy chuẩn cho phép 10 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 11 QĐ Quyết định 12 QH Quốc hội 13 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 14 TNN Tài nguyên nước 15 TT Thông Tư 16 UBND Ủy ban nhân dân v MỤC LỤC Phần 1:Mở đầu 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.2.1.Mục tiêu tổng quát 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Ý nghĩa đề tài 1.3.1 Ý nghĩa thực tiễn 1.3.2 Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học Phần 2:Tổng quan tài liệu 2.1 Cơ sở khoa học đề tài 2.1.1 Cơ sở lý luận 2.1.2 Cơ sở pháp lý 2.1.3 Các tiêu chuẩn so sánh 10 2.2 Cơ sở thực tiễn 10 2.2.1 Hiện trạng môi trường nước giới 10 2.2.2 Hiện trạng môi trường nước Việt Nam 15 2.2.3 Sơ lược vùng Tây Bắc 18 2.2.4 Hiện trạng môi trường nước tỉnh Hà Giang 19 2.3 Tổng quan màng lọc 22 2.3.1 Khái niệm màng lọc 22 2.3.2 Phân loại màng lọc 22 2.3.3 Các loại màng lọc xử lí nước 23 2.3.4 Màng siêu lọc UF(Ultra Filtration) 26 PHẦN 3:Đối tượng,nội dung phương pháp nghiên cứu 28 3.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 28 vi 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 28 3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 28 3.2 Địa điểm thời gian nghiên cứ 28 3.3 Nội dung nghiên cứu 28 3.4 Phương pháp nghiên cứu 28 3.4.1 Phương pháp thu thập, kế thừa số liệu thứ cấp 28 3.4.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa 29 3.4.3 Phương pháp lấy mẫu phân tích 29 3.4.4 Phương pháp phân tích mẫu nước 30 3.4.5 Phương pháp phân tích tổng hợp số liệu 30 PHẦN 4: Kết nghiên cứu thảo luận 31 4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Hà Giang 31 4.1.1 Điều kiện tự nhiên 31 4.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 39 4.2 Hiện trạng nước suối Tà Vải tỉnh Hà Giang 42 4.2.1 Hiện trạng chất lượng nguồn nước suối Tà Vải 42 4.3 Nghiên cứu sử dụng màng lọc UF(Utrafiltration) để xử lý nước sông suối 48 4.3.1 Nghiên cứu lựa chọn màng lọc 48 4.3.2 Kết sau xử lý nước màng lọc UF(Utrafiltration) 52 4.3.3 Quy trình vận hành mơ hình thử nghiệm 54 PHẦN 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 5.1 Kết luận 60 5.2 Kiến nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Phần MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Nước khởi nguồn sống trái đất, đồng thời nguồn để trì sống cho lồi người sinh vật nơi Con người ngày cần 250 lít nước cho sinh hoạt, 1.500 lít nước cho hoạt động cơng nghiệp 2.000 lít cho hoạt động nông nghiệp Nước chiếm 99% trọng lượng sinh vật sống môi trường nước 70% trọng lượng thể người Ngồi chức tham gia vào chu trình sống trên, nước chất mang lượng (thuỷ năng), chất mang vật liệu tác nhân điều hoà khí hậu, thực chu trình tuần hồn vật chất tự nhiên Khơng góp phần lớn làm thay đổi diện mạo phát triển giới tự nhiên, nước mối liên hệ chặt chẽ đời sống xã hội, người, hầu hết lĩnh vực kinh tế vấn đề sức khỏe Hiện nay, theo thống kê Liên Hiệp Quốc, tình trạng thiếu nước nguyên nhân nguồn tài nguyên nước giới phân bổ khơng đồng đều, tình trạng gia tăng dân số, lãng phí nước tăng với mức sống người dân tăng lên sử dụng nhiều thiết bị gia dụng, nước bị thất thoát nghiêm trọng, 55% lượng nước khai thác sử dụng cách thật sự, 45% lại bị thất thốt, rị rỉ hệ thống phân phối bị bay tưới tiêu Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng nước, nước cấp sinh hoạt cần phải đặc biệt trọng Toàn Trung đoàn quân số khoảng 1000 người có nguồn nước 01 giếng nước trung đồn, việc cung cấp nước thiếu so với nhu cầu Trung đoàn 877 Trên địa bàn gần với Trung đồn 877 có suối Tà Vải, với lưu lượng nước ổn định, nhiên nước suối nhiều chất hữu cơ, rác, mục nên để khai thác sử dụng thêm làm nước sinh hoạt cần phải qua xử lý Trung đoàn 877 thuộc Bộ Chỉ huy quân tỉnh Hà Giang có nguồn cấp nước chủ yếu từ suối Tà Vải Suối Tà Vải có lưu lượng nước tối thiểu 2m3/s, địa hình dốc Trường huy quân tỉnh Hà Giang trực thuộc Bộ huy quân tỉnh Hà Giang nằm phường Ngọc Hà, thị xã Hà Giang Trường thành lập với mục đích huấn luyện số lượng chiến sĩ hàng năm bổ sung quân số cho tỉnh Hà Giang từ 500 đến 800 chiến sĩ Sinh hoạt học viên quyền địa phương Ban huy quân tỉnh Hà Giang UBND tỉnh quan tâm, điều kiện địa hình đóng quân khu vực khó khăn, đời sống chiến sĩ nhiều vất vả, nhu cầu nguồn nước Cả trường có nguồn nước giếng khoan nhiên trữ lượng nước giếng chất lượng nguồn nước kém, nước giếng thường vàng, có mùi nhiều, trữ lượng lại nên khơng đủ nhu cầu sử dụng đơn vị Qua thấy rõ nguồn nước với khối lượng ổn định khoảng 50 m3/h nhu cầu cấp thiết để phục vụ cho sinh hoạt, đời sống hàng ngày cho chiến sĩ Trung đoàn 877 Trường huy quân tỉnh Hà Giang Xuất phát từ vấn đề đó, trí nhà trường ban chủ nhiệm khoa Môi trường, hướng dẫn Thầy giáo TS Trần Hải Đăng tiến hành thực đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước suối bằng màng lọc UF(Utrafiltration) để cấp cho sinh hoạt – ứng dụng tại Trung Đoàn quân đội 877 – Bộ Chỉ Huy quân sự Tỉnh Hà Giang” 1.2 Mục tiêu đề tài 1.2.1.Mục tiêu tổng quát + Ứng dụng công nghệ xử lý nước sông suối màng lọc UF(Utrafiltration) Trung Đồn qn đội 877 50 Hình 4.3.2 Vùng làm việc kĩ thuật lọc và lọc màng Về khía cạnh kỹ thuật lọc loại màng cần áp lực, màng lọc tinh (kích thước lỗ nhỏ) lọc nhiều loại tạp chất, đồng thời cần áp lực lọc cao Bảng 4.3.1 Các q trình lọc màng với đợng lực áp suất (màng áp lực) Loại màng Kích thước lỗ, nm Tổn thất áp ∆p, bar Khả thấm riêng, L/(m²h bar) Nguyên lí lọc Ứng dụng MF 50 – 5000 0,1 – > 50 Rây qua lỗ Loại bỏ cặn lơ lửng Rây qua lỗ Cô đặc, làm chất phân tử lượng cao, lọc nước UF – 200 1–5 10 – 50 51 Bảng 4.3.2 Kích thước mao quản áp suất làm việc số trình màng Loại màng Vi lọc Kích Áp suất thước lỗ động lực [μm] [bar] 10 - 0,05 0,1 – (Microfiltration) Các ứng dụng đặc trưng Phân tách chất dạng keo hạt Siêu lọc 0,05 (Utrafiltration) 0,002 – – 10 Phân tách chất có khối lượng phân tử lớn Do màng có kích thước lỗ màng lực điều khiển q trình hoạt động khác mà dải kích thước áp dụng loại bỏ chất khác Thơng thường màng lọc phân loại theo kích thước lỗ màng Màng lọc MF có kích thước lỗ khoảng 0,1 - 1µm, màng UF 0,001 – 0,1µm, cịn màng NF RO có kích thước lỗ nhỏ nhiều so với MF UF Do đó, trình MF UF có độ thấm cao với áp suất sử dụng nhỏ so với trình NF RO Hơn nữa, với chế tách loại, màng áp suất thấp (MF UF) hình dung rây lọc nên dẫn đến lỗ rỗng lớn hơn, màng lọc áp suất cao (NF RO) không đơn phân loại dựa theo kích thước lỗ màng mà đánh giá dựa độ hòa tan khuếch tán chất cần lọc Trong bốn loại màng lọc phổ biến MF, UF, NO RO áp dụng rộng rãi với số tính ưu biệt tiết kiệm lượng, khơng tồn nước thải q trính lọc, đảm bảo chất lượng nước đầu trình vận hành bảo dưỡng đơn giản Thì màng lọc MF UF thích hợp sử dụng với vùng địa lý đặc biệt biên giới, vùng núi nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước vấn đề thiếu thốn lượng Bên cạnh NF, RO có khả loại bỏ tạp chất, vi khuẩn vi rút cao 52 Kết luận : Để xử lý nước suối Tà Vải thành nước sinh hoạt phương pháp UF có tính khả thi cao Vì vậy, qua q trình nghiên cứu màng lọc, học viên đề xuất sử dụng công nghệ màng lọc UF để xử lý nước suối Tà Vải thành nước sinh hoạt 4.3.2 Kết sau xử lý nước bằng màng lọc UF(Utrafiltration) Công nghệ màng siêu lọc UF để cấp nước xử lý nước nước thải, việc áp dụng màng lọc siêu lọc (UF) nghiên cứu rộng rãi với mục tiêu đạt nhiều thành tựu quan trọng nước Mỹ, Nhật….UF có lỗ chân lông 0,01 – 0,02 mm Hiện theo xu phát triển công nghệ mới, màng siêu lọc (UF) công nghệ lọc cung cấp giải pháp hợp lý cho dây chuyền sản xuất thực phẩm đồ uống, cung cấp nguồn nước ăn uống hàng ngày vô hạn cho người dùng Chất lượng nước cao sau lọc qua màng UF dùng cho việc sản xuất nước khoáng, nước hoa quả, nước tăng lực Vậy nên, nhà khoa học đề xuất áp dụng màng siêu lọc (UF) giải pháp để giải vấn đề nước Sau này, màng siêu lọc (UF) kế thừa cải tiến thêm nhiều lần, với nhiều chất liệu vượt trội từ loại màng hệ trước Hàng loạt ngành công nghiệp hưởng lợi từ công nghệ Người ta ứng dụng màng lọc UF từ ngành sản xuất thực phẩm, dược phẩm, thu hồi kim loại quý tái chế nước thải Bảng 4.3.3 Chất lượng nước sau lọc màng UF Trước xử lý 10,2 0,018 3,46 347 Sau xử lý 0,2 < 0,002 1,46 4.5 Tổng số khuẩn Intestinal Coliform (cfu/mL) 350 Tổng số khuẩn Fecal Coliform (cfu/L) 350 Thông số so sánh Độ đục (NTU) Volatile Phenolic Compound (mg/L) CODcr (mg/L) Chloroform (mg/L) 53 Mô tả dây chuyền công nghệ Dây chuyền công nghệ lựa chọn: NƯỚC SÔNG SUỐI BẬC I VẬT LIỆU LỌC ODM 2F BẬC II MÀNG UF CẤP NƯỚC SỬ DỤNG Hình 4.3.3 Mơ hình dây chuyền cơng nghệ xử lý nước sông suối bằng màng lọc UF Công suất mơ hình thử nghiệm: 1m3/h tương ứng 24m3/ngày đêm 54 Nước từ sông suối bơm cấp lên “Mơ hình lọc vật liệu zeolit- điatomit ODM2F” Sau mơ hình lọc, nước chảy vào bồn chứa nước trước qua bậc II xử lý màng lọc Sử dụng bơm lọc hút nước từ bồn chứa “nước sau xử lý bậc I vật liệu lọc ODM2F” đẩy qua màng lọc UF vào bồn chứa “Nước sau xử lý bậc II màng lọc UF” Sau đó nước cấp sử dụng với mục đích ăn uống, sinh hoạt Tại hệ thống UF tồn cặn lơ lửng bị loại bỏ giai đoạn này, đạt tiêu chuẩn nước uống theo QCVN 02:2009/BYT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước sinh hoạt 4.3.4 Kết thử nghiệm: Tiến hành lấy mẫu thời điểm, thời điểm lấy 02 mẫu Kết mẫu nước đầu mơ hình thử nghiệm thể bảng sau: 55 Lần 1: Kết TT Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp phân tích QCVN 02:2009/ BYT M 01 M 02 Khơng có Khơng có mùi lạ mùi lạ (GHTĐCP I) Màu sắc(c) Mùi vị Độ đục(b) NTU SWEWW 2130B:2012 Clo dư(b) mg/l TCVN 6225-3:2011 0,32 0,34 0,3 – 0,5 pH(b) TCVN 6492:2011 7,0 7,1 6,0 – 8,5 Amoni (NH4+ tính theo N) (b) mg/l US EPA Method 350.2