Nghiên cứu cải tiến nâng cao hiệu quả xử lý của thiết bị lọc sinh học ngập nước ứng dụng trong xử lý nước thải

Mở đầu Trên thế giới cũng như ở Việt Nam việc nghiên cứu ra các phương pháp để xử lý nước có các thành phần ô nhiễm đang rất được quan tâm. Kết quả của việc nghiên cứu đó là đã phát hiện ra rất nhiều phương pháp sinh học, hóa học và hóa lý. Một trong những phương pháp sinh học đang rất được quan tâm là phương pháp lọc sinh học (biofiltration). Đây là một công nghệ điều khiển sự ô nhiễm mới. Nó bao gồm sự loại bỏ và oxi hóa những hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ vi sinh vật. Trước đây, lọc sinh học được thiết lập rất tốt trong công nghệ điều khiển ô nhiễm ở Đức và Hà Lan và nó cũng thu hút được sự quan tâm ở Bắc Mỹ nhưng ngày nay thì phương pháp này đã được áp dụng một cách rộng rãi ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam. Lọc sinh học có thể xử lý những phân tử khí hữu cơ, những hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic Compoundư VOC's) hoặc các hợp chất cacbon, hay những chất khí độc vô cơ, amoni, H2S. Như chúng ta đã biết hiện nay, nước thải giàu dinh dưỡng là một trong những nguồn chủ yếu gây ô nhiễm môi trường và làm suy giảm chất lượng nguồn nước. Nguồn nước thải giàu dinh dưỡng rất đa dạng và phức tạp: nước thải từ các chuồng trại, chăn nuôi, lò mổ, nhà máy chế biến thực phẩm, thuộc da, nước thải nông nghiệp, nước thải sinh hoạt, Nhìn chung trong thành phần của những loại nước thải này thường chứa N, P với hàm lượng cao. Nguồn nước thải này không qua xử lý được xả trực tiếp vào các thủy vực gây ra các hiện tượng: phú dưỡng, làm giảm oxy hòa tan trong nước, phá hủy hệ động, thực vật thủy sinh của các thủy vực tiếp nhận, gây mùi hôi thối ảnh hưởng đến cảnh quan, môi trường, sức khỏe của con người và thậm chí có thể làm chết các loài động vật sống dưới nước. Bình thường thực vật trong các thủy vực phát triển cân bằng với lượng động vật trong chuỗi thức ăn và bị giới hạn bởi hàm lượng các chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, nếu đưa vào nguồn tiếp nhận quá nhiều chất dinh dưỡng N, P sẽ dẫn đến sự phát triển bùng nổ các loài thực vật thủy sinh như rong, tảo và các loại thực vật trôi nổi khác. Khi các sinh vật này chết đi sẽ gây ra các hiện tượng như “dòng sông chết” do đó khó có thể kiểm soát được và dẫn đến làm suy giảm chất lượng nguồn nước và gây nên ô nhiễm cho môi trường. Lựa chọn phương pháp lọc sinh học để xử lý loại nước thải này là rất phù hợp tuy nhiên tại Việt Nam, các công nghệ xử lý nước thải còn chưa được quan tâm, do nhiều lý do như công nghệ phức tạp, chi phí cao, Xuất phát từ lý do trên chúng tôi đã lựa chọn đề tài “nghiên cứu cải tiến nâng cao hiệu quả xử lý của thiết bị lọc sinh học ngập nước ứng dụng trong xử lý nước thải”. Mục tiêu của đề tài: Cải tiến thiết bị lọc sinh học nhằm đơn giản hóa qui trình và nâng cao hiệu quả xử lý. Bố cục của luận văn được chia thành các phần như sau: Mở đầu Chương I: Tổng quan tài liệu Chương II: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương III: Kết quả và thảo luận Chương IV: Kết luận và Kiến nghị.

pdf52 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 14/01/2013 | Lượt xem: 1663 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu cải tiến nâng cao hiệu quả xử lý của thiết bị lọc sinh học ngập nước ứng dụng trong xử lý nước thải, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 1 Lêi c¶m ¬n T«i xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c tíi TS. Phan §ç Hïng ®∙ lu«n lu«n quan t©m gióp ®ì vµ h−íng dÉn t«i hÕt søc tËn t×nh, chu ®¸o trong suèt qu¸ tr×nh lµm luËn v¨n tèt nghiÖp. T«i còng xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o trong khoa C«ng nghÖ sinh häc vµ M«i Tr−êng, Tr−êng §¹i Häc Ph−¬ng §«ng ®∙ tËn t×nh gi¶ng d¹y, truyÒn ®¹t kiÕn thøc cho t«i trong suèt thêi gian häc tËp t¹i ®©y. §ång thêi t«i còng xin göi lêi c¶m ¬n tíi c¸c c¸n bé phßng thÝ nghiÖm – ViÖn C«ng nghÖ M«i Tr−êng – ViÖn Khoa Häc vµ C«ng NghÖ ViÖt Nam ®∙ h−íng dÉn, t¹o ®iÒu kiÖn vµ gióp ®ì t«i trong suèt qu¸ tr×nh lµm thùc nghiÖm. Cuèi cïng, t«i xin ch©n thµnh ®−îc göi lêi c¶m ¬n s©u s¾c tíi gia ®×nh, ng−êi th©n vµ b¹n bÌ ®∙ ®éng viªn khÝch lÖ, gióp ®ì t«i hoµn thµnh luËn v¨n nµy. Hµ Néi, th¸ng 5 n¨m 2009 Sinh viªn NguyÔn ThÞ Ph−¬ng §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 2 Danh môc h×nh H×nh 1.1 - §−êng cong clo ho¸ tíi ®iÓm ®ét biÕn ®èi víi níc cã amoni ............ 12 H×nh 1.2 - Mét sè quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý nito trong níc th¶i ................. 16 H×nh 1.3 - Qu¸ tr×nh khö nitrat trªn mµng tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn ............. 18 H×nh 1.4- ¶nh h−ëng cña pH tíi vi khuÈn nitrat ho¸ .............................. 20 H×nh 2.1 - Than tre ®îc cacbon hãa ............................................................... 29 H×nh 2.2 - S¬ ®å thÝ nghiÖm xö lý amoni ....................................................... 31 H×nh 2.3 - HÖ läc sinh häc ngËp níc cã thÓ cÊp khÝ tù ®éng theo chu kú ..... 31 H×nh 3.1- HiÖu qu¶ suÊt xö lý COD ë c¸c chÕ ®é sôc khÝ kh¸c nhau ............ 33 H×nh 3.2 - HiÖu suÊt xö lý T – N ë c¸c chÕ ®é sôc khÝ kh¸c nhau ............... 34 H×nh 3.3 - HiÖu suÊt xö lý NH4 ë c¸c chÕ ®é sôc khÝ kh¸c nhau .................. 35 H×nh 3.4 - HiÖu suÊt xö lý COD ë c¸c thêi gian l−u (l−u l−îng) kh¸c nhau . 36 H×nh 3.5 - HiÖu suÊt xö lý T – N ë thêi gian l−u (l−u l−îng) kh¸c nhau ....... 37 Danh môc b¶ng B¶ng 1.1 - ChÊt lîng níc t¹i mét sè huyÖn thuéc tØnh Hµ Nam .............................. 6 B¶ng 1.2 - Hµm lîng NH4 + t¹i ®Çu ra cña c¸c nhµ m¸y níc ë Hµ Néi .................... 7 B¶ng 1.3 - Tiªu chuÈn mét sè quèc gia vÒ c¸c hîp chÊt nit¬ trong níc cÊp .................. 11 B¶ng 1.4 - C¸c chÊt h÷u c¬ vµ nång ®é g©y øc chÕ vi khuÈn nitrat ho¸ ................. 20 B¶ng 1.5 - Nång ®é NH4 + vµ NO2 - g©y øc chÕ nitrobacter ..................................... 22 B¶ng 2.1 - Th«ng sè kü thuËt cña m« h×nh thÝ nghiÖm ........................................... 30 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 3 Më ®Çu Trªn thÕ giíi còng nh− ë ViÖt Nam viÖc nghiªn cøu ra c¸c ph−¬ng ph¸p ®Ó xö lý n−íc cã c¸c thµnh phÇn « nhiÔm ®ang rÊt ®−îc quan t©m. KÕt qu¶ cña viÖc nghiªn cøu ®ã lµ ®· ph¸t hiÖn ra rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p sinh häc, hãa häc vµ hãa lý. Mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p sinh häc ®ang rÊt ®−îc quan t©m lµ ph−¬ng ph¸p läc sinh häc (biofiltration). §©y lµ mét c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn sù « nhiÔm míi. Nã bao gåm sù lo¹i bá vµ oxi hãa nh÷ng hîp chÊt khÝ bÞ nhiÔm bÈn nhê vi sinh vËt. Tr−íc ®©y, läc sinh häc ®−îc thiÕt lËp rÊt tèt trong c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn « nhiÔm ë §øc vµ Hµ Lan vµ nã còng thu hót ®−îc sù quan t©m ë B¾c Mü nh−ng ngµy nay th× ph−¬ng ph¸p nµy ®· ®−îc ¸p dông mét c¸ch réng r·i ë c¸c n−íc trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam. Läc sinh häc cã thÓ xö lý nh÷ng ph©n tö khÝ h÷u c¬, nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ bay h¬i (Volatile Organic Compound- VOC's) hoÆc c¸c hîp chÊt cacbon, hay nh÷ng chÊt khÝ ®éc v« c¬, amoni, H2S. Nh− chóng ta ®· biÕt hiÖn nay, n−íc th¶i giµu dinh d−ìng lµ mét trong nh÷ng nguån chñ yÕu g©y « nhiÔm m«i tr−êng vµ lµm suy gi¶m chÊt l−îng nguån n−íc. Nguån n−íc th¶i giµu dinh d−ìng rÊt ®a d¹ng vµ phøc t¹p: n−íc th¶i tõ c¸c chuång tr¹i, ch¨n nu«i, lß mæ, nhµ m¸y chÕ biÕn thùc phÈm, thuéc da, n−íc th¶i n«ng nghiÖp, n−íc th¶i sinh ho¹t, … Nh×n chung trong thµnh phÇn cña nh÷ng lo¹i n−íc th¶i nµy th−êng chøa N, P víi hµm l−îng cao. Nguån n−íc th¶i nµy kh«ng qua xö lý ®−îc x¶ trùc tiÕp vµo c¸c thñy vùc g©y ra c¸c hiÖn t−îng: phó d−ìng, lµm gi¶m oxy hßa tan trong n−íc, ph¸ hñy hÖ ®éng, thùc vËt thñy sinh cña c¸c thñy vùc tiÕp nhËn, g©y mïi h«i thèi ¶nh h−ëng ®Õn c¶nh quan, m«i tr−êng, søc kháe cña con ng−êi vµ thËm chÝ cã thÓ lµm chÕt c¸c loµi ®éng vËt sèng d−íi n−íc. B×nh th−êng thùc vËt trong c¸c thñy vùc ph¸t triÓn c©n b»ng víi l−îng ®éng vËt trong chuçi thøc ¨n vµ bÞ giíi h¹n bëi hµm l−îng c¸c chÊt dinh d−ìng. Tuy nhiªn, nÕu ®−a vµo nguån tiÕp nhËn qu¸ nhiÒu chÊt dinh d−ìng N, P sÏ dÉn ®Õn sù ph¸t triÓn bïng næ c¸c loµi thùc vËt thñy sinh nh− rong, t¶o vµ c¸c lo¹i thùc vËt tr«i næi kh¸c. Khi c¸c sinh vËt nµy chÕt ®i sÏ g©y ra c¸c hiÖn t−îng nh− “dßng s«ng chÕt” §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 4 do ®ã khã cã thÓ kiÓm so¸t ®−îc vµ dÉn ®Õn lµm suy gi¶m chÊt l−îng nguån n−íc vµ g©y nªn « nhiÔm cho m«i tr−êng. Lùa chän ph−¬ng ph¸p läc sinh häc ®Ó xö lý lo¹i n−íc th¶i nµy lµ rÊt phï hîp tuy nhiªn t¹i ViÖt Nam, c¸c c«ng nghÖ xö lý n−íc th¶i cßn ch−a ®−îc quan t©m, do nhiÒu lý do nh− c«ng nghÖ phøc t¹p, chi phÝ cao,… XuÊt ph¸t tõ lý do trªn chóng t«i ®· lùa chän ®Ò tµi “nghiªn cøu c¶i tiÕn n©ng cao hiÖu qu¶ xö lý cña thiÕt bÞ läc sinh häc ngËp n−íc øng dông trong xö lý n−íc th¶i”. Môc tiªu cña ®Ò tµi: C¶i tiÕn thiÕt bÞ läc sinh häc nh»m ®¬n gi¶n hãa qui tr×nh vµ n©ng cao hiÖu qu¶ xö lý. Bè côc cña luËn v¨n ®−îc chia thµnh c¸c phÇn nh− sau: Më ®Çu Ch−¬ng I: Tæng quan tµi liÖu Ch−¬ng II: VËt liÖu vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu Ch−¬ng III: KÕt qu¶ vµ th¶o luËn Ch−¬ng IV: KÕt luËn vµ KiÕn nghÞ. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 5 CH¦¥NG I – TæNG QUAN 1.1. HiÖn tr¹ng ¸p dông ph−¬ng ph¸p läc sinh häc ngËp n−íc ®Ó xö lý n−íc th¶i Ph−¬ng ph¸p läc sinh häc lÇn ®Çu tiªn ®−îc ¸p dông ë Mü n¨m 1891 vµ ë Anh n¨m 1893. Ngµy nay ph−¬ng ph¸p nµy ®· ®−îc ph¸t triÓn vµ cã thÓ chia thµnh hai lo¹i: Läc sinh häc víi vËt liÖu tiÕp xóc kh«ng ngËp n−íc vµ läc sinh häc cã vËt liÖu tiÕp xóc ®Æt ngËp trong n−íc. §èi víi mçi ph−¬ng ph¸p thÝch hîp ®Ó xö lý tõng lo¹i n−íc th¶i cã ®Æc tÝnh kh¸c nhau. Ph−¬ng ph¸p läc sinh häc víi vËt liÖu tiÕp xóc kh«ng ngËp n−íc cã −u ®iÓm lµ tiªu hao n¨ng l−îng thÊp, tuy nhiªn nã còng cã mét sè nh−îc ®iÓm nh−: dÔ bÞ t¾c nghÏn, bïn d− kh«ng æn ®Þnh, hiÖu suÊt lµm s¹ch kh«ng cao, gi¸ thµnh thiÕt bÞ cao,…v× thÕ ph−¬ng ph¸p nµy chØ phï hîp víi mét sè ®èi t−îng n−íc th¶i nhÊt ®Þnh nh− n−íc th¶i cã hµm l−îng BOD, SS, nito thÊp. §èi víi läc sinh häc cã líp vËt liÖu ngËp trong n−íc ¸p dông cho viÖc xö lý n−íc th¶i cã chøa ®ång thêi chÊt h÷u c¬ vµ N, P, lo¹i bá ®−îc chÊt r¾n huyÒn phï. Ph−¬ng ph¸p läc sinh häc ngËp n−íc còng rÊt thÝch hîp ®Ó nitrat hãa vµ khö nitrat. Cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®−îc øng dông ®Ó xö lý n−íc th¶i nãi chung vµ n−íc th¶i chøa c¸c thµnh phÇn dinh d−ìng nãi riªng nh−ng kh«ng ph¶i ph−¬ng ph¸p nµo còng mang l¹i hiÖu qu¶ cao, vËn hµnh ®¬n gi¶n vµ tiÕt kiÖm chi phÝ. Trªn thùc tÕ, cã rÊt nhiÒu quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý c¸c thµnh phÇn dinh d−ìng b»ng ph−¬ng ph¸p sinh häc hiÕu khÝ – thiÕu khÝ kh¸c nhau. C«ng nghÖ xö lý Nito trong n−íc th¶i b»ng ph−¬ng ph¸p sinh häc ®· ®−îc nghiªn cøu vµ ®−a vµo øng dông thùc tÕ tõ nh÷ng n¨m 1960. Trªn thùc tÕ, cã rÊt nhiÒu quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý Nito b»ng ph−¬ng ph¸p sinh häc kh¸c nhau. Chóng gièng nhau ë nguyªn lý lµ thùc hiÖn c¸c qu¸ tr×nh nitrat hãa vµ khö nitrat hãa nh−ng kh¸c nhau ë c¸ch s¾p xÕp tr×nh tù c¸c qu¸ tr×nh s¬ ®å xö lý vµ nguån cacbon sö dông. C¸c qu¸ tr×nh nµy cã thÓ lµ c¸c qu¸ tr×nh sinh tr−ëng l¬ löng, sinh tr−ëng b¸m dÝnh hay sinh tr−êng l¬ löng – b¸m dÝnh kÕt hîp. Mét sè quy tr×nh c¬ b¶n th−êng ®−îc øng dông ®Ó xö lý n−íc th¶i chøa c¸c thµnh phÇn dinh d−ìng nh− sau: §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 6 §èi víi quy tr×nh (1) vµ (2) qu¸ tr×nh vËn hµnh phøc t¹p, chi phÝ ®Çu t− lín. Quy tr×nh (3) do qu¸ tr×nh lµm viÖc theo mÎ nªn vËn hµnh vµ kiÓm so¸t phøc t¹p, thÓ tÝch thiÕt bÞ lín. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu trong ®Ò tµi cÊp c¬ së chän läc n¨m 2006 cña ViÖn C«ng NghÖ M«i Tr−êng cho thÊy ph−¬ng ph¸p läc sinh häc ngËp n−íc cã hiÖu qu¶ xö lý h÷u c¬ vµ Nit¬ cao. Tuy nhiªn qu¸ tr×nh ®−îc tiÕn hµnh theo c¸c b−íc thiÕu khÝ – hiÕu khÝ ®éc lËp truyÒn thèng nªn qu¸ tr×nh vÉn cßn phøc t¹p. ViÖc nghiªn cøu ®Ó c¶i tiÕn thiÕt bÞ nh»m n©ng cao hiÖu qu¶ xö lý, ®¬n gi¶n hãa qu¸ tr×nh, gän nhÑ hãa thiÕt bÞ lµ rÊt cÇn thiÕt. Nghiªn cøu nµy nh»m x©y dùng lo¹i thiÕt bÞ läc sinh häc ngËp n−íc c¶i tiÕn cã thÓ xö lý ®ång thêi h÷u c¬, nit¬ vµ photpho mét c¸ch liªn tôc trong cïng mét thiÕt bÞ duy nhÊt víi qu¸ tr×nh thæi khÝ ®−îc thùc hiÖn theo chu kú. 1.2. HiÖn tr¹ng « nhiÔm n−íc th¶i giµu dinh d−ìng ë ViÖt Nam. Tõ n¨m 1990 c¸c ®« thÞ ViÖt Nam b¾t ®Çu ph¸t triÓn, lóc ®Çu c¶ n−íc míi cã kho¶ng 500 ®« thÞ (tû lÖ ®« thÞ hãa vµo kho¶ng 17 – 18%), ®Õn n¨m 2000 con YÕm khÝ ThiÕu khÝ N−íc chøa NO3- N−íc th¶i HiÕu khÝ(2) (3) ThiÕt bÞ xö lý theo mÎ qua c¸c giai ®o¹n sôc khÝ/kh«ng sôc khÝ lu©n phiªn N−íc th¶i YÕm khÝ HiÕu khÝ ThiÕu khÝ C¬ chÊt h÷u c¬ N−íc th¶i HiÕu khÝ(1) §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 7 sè nµy lín 649 vµ n¨m 2003 lµ 656 ®« thÞ. TÝnh ®Õn nay,c¶ n−íc cã kho¶ng 700 ®« thÞ, trong ®ã cã 5 thµnh phè trùc thuéc trung −¬ng, 44 thµnh phè trùc thuéc tØnh, 45 thÞ x· vµ trªn 500 thÞ trÊn. Bªn c¹nh ®ã, cïng víi sù ph¸t triÓn cña c¸c ®« thÞ th× ngµnh c«ng nghiÖp vµ gia t¨ng d©n sè ®ang lµ søc Ðp ®èi víi vÊn ®Ò m«i tr−êng t¹i n−íc ta. HiÖn nay, møc ®é « nhiÔm n−íc ao, hå vµ toµn bé hÖ thèng s«ng t¹i c¸c ®« thÞ lín ®ang ë møc rÊt nghiªm träng vµ gÇn nh− kh«ng cã kh¶ n¨ng tù lµm s¹ch. Mét sè s«ng lín nh− s«ng Hång, CÇu, §¸y, NhuÖ vµ s«ng Th−¬ng… ®· bÞ « nhiÔm trªn ph¹m vi réng. Hµm l−îng c¸c chØ tiªu COD, NH4 +, NO3 -, NO2 -... ë nhiÒu ®o¹n s«ng ®· v−ît qu¸ chØ tiªu gÊp tõ 1,5 – 90 lÇn. Theo ®¸nh gi¸ cña c¸c nhµ khoa häc th× hiÖn tr¹ng « nhiÔm trªn mÆt ®Êt ®· ¶nh h−ëng trùc tiÕp xuèng n−íc ngÇm ®ang ë møc b¸o ®éng, ®Æc biÖt lµ t¹i c¸c thµnh phè lín n¬i cã c¸c ho¹t ®éng s¶n xuÊt c«ng nghiÖp vµ sinh ho¹t ®«ng ®óc cña c− d©n. §iÓn h×nh nh− t¹i khu vùc phÝa Nam thµnh phè Hµ Néi vµ khu vùc tØnh Hµ Nam ®ang ph¶i ®èi mÆt víi vÊn ®Ò suy gi¶m chÊt l−îng tÇng n−íc ngÇm vµ c¸c thñy vùc s«ng hå t¹i ®©y. Theo kÕt qu¶ kh¶o s¸t ®¸nh gi¸ cña c¸c nhµ khoa häc ViÖn §Þa Lý thuéc ViÖn Khoa Häc vµ C«ng NghÖ ViÖt Nam th× hÇu nh− tÊt c¶ c¸c mÉu n−íc tõ c¸c huyÖn cña tØnh Hµ Nam ®Òu cã tû lÖ nhiÔm amon ë møc ®é ®¸ng b¸o ®éng. Ch¼ng h¹n nh− t¹i Lý Nh©n cã mÉu n−íc víi hµm l−îng lªn tíi 111,8mg/l gÊp 74 lÇn so víi TCBYT, Duy Tiªn 93,8mg/l gÊp 63 lÇn cho phÐp,... Trong khi ®ã, c¸c kÕt qu¶ kh¶o cøu cña tr−êng §¹i Häc Má §Þa ChÊt Hµ Néi còng cho biÕt chÊt l−îng n−íc ngÇm ë tÇng m¹ch n«ng vµ m¹ch s©u t¹i c¸c ®Þa ph−¬ng nµy còng cã hµm l−îng nito trung b×nh > 20mg/l v−ît møc TCVN cho phÐp rÊt nhiÒu lÇn. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 8 B¶ng 1.1 – ChÊt l−îng n−íc t¹i mét sè huyÖn thuéc tØnh Hµ Nam STT Tiªu chuÈn Sè l−îng mÉu lÊy [N-NH4 +] theo gi¸ trÞ ®iÓn h×nh (mg/l) TCBYT [NH4 +] (mg/l) 1 B×nh Lôc 20 58,8 ≤ 1,5 2 Thanh Liªm 20 > 50 3 Kim B¶ng 5 > 50 4 Lý Nh©n 5 111,8 5 Duy Tiªn 6 93,8 6 ThÞ TrÊn VÜnh Trô - 77,63 VÊn ®Ò cung cÊp n−íc s¹ch vµ vÖ sinh an toµn lu«n lµ mèi quan t©m hµng ®Çu cña c¸c ®« thÞ lín, ®Æc biÖt víi thñ ®« Hµ Néi lµ trung t©m kinh tÕ, v¨n hãa vµ gi¸o dôc cña c¶ n−íc. HiÖn nay, hÖ thèng cÊp n−íc cña Hµ Néi ®· ph¸t triÓn m¹nh, nhiÒu chØ tiªu chÊt l−îng tr−íc ®©y ch−a kiÓm so¸t ®−îc th× nay ®· cã c¸c phßng thÝ nghiÖm hiÖn ®¹i cïng ®éi ngò c¸n bé cã kü thuËt cã thÓ kiÓm tra ®¸nh gi¸. Tuy nhiªn cïng víi sù ph¸t triÓn nhiÒu mÆt cña thñ ®«, vÊn ®Ò n−íc cÊp cã xu thÕ ch−a theo kÞp ®−îc sù ph¸t triÓn c¶ vÒ sè l−îng còng nh− chÊt l−îng. Trong ®ã ®¸ng chó ý lµ t×nh tr¹ng n−íc ngÇm bÞ « nhiÔm amoni, c¸c kim lo¹i nÆng vµ c¶ c¸c t¸c nh©n mµ chóng ta ch−a cã ®iÒu kiÖn kiÓm nghiÖm vÝ dô nh− c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ®éc h¹i. Ở c¸c khu vùc nh− Ngäc Hµ, Quúnh L«i, VÜnh Tuy, Hoµng Mai, Nh©n ChÝnh, tû lÖ sö dông n−íc ngÇm khai th¸c tõ giÕng khoan kh«ng qua hÖ thèng läc vµ c¸c vïng ngo¹i thµnh sö dông n−íc mÆt ®Òu cã nguy c¬ nhiÔm NH4 + vµ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ kh¸c. MÆc dï Hµ Néi lµ n¬i cã hÖ thèng cÊp n−íc thuéc lo¹i tèt nhÊt ViÖt Nam nh−ng c¸c sè liÖu vÒ thµnh phÇn chÊt l−îng cña n−íc nguån còng nh− n−íc cÊp vÒ khÝa c¹nh c¸c hîp chÊt nito cho thÊy hµm l−îng NH4 + trong c¸c nguån n−íc cña ba nhµ m¸y khu vùc phÝa Nam Hµ Néi lµ T−¬ng Mai, H¹ §×nh, Ph¸p V©n ®Òu v−ît gi¸ trÞ cho phÐp. NÆng nhÊt lµ nhµ m¸y n−íc Ph¸p V©n víi hµm l−îng amoni cã trong n−íc m¸y lªn tõ 15 – 18mg/l ®Õn 40- 60mg/l (giíi h¹n cho phÐp < 1,5mg/l), H¹ §×nh 15 – 20mg/l, T−¬ng Mai 12mg/l. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 9 B¶ng 1.2- Hµm l−îng NH4+ t¹i ®Çu ra cña c¸c nhµ m¸y n−íc ë Hµ Néi STT Tªn nhµ m¸y n−íc [NH4+] (mg/l) theo GTTB TCBYT 1329/2002 1 Mai DÞch 0,85 1,5 2 Yªn Phæ 1,45 1,5 3 Ngäc Hµ 1,80 1,5 4 Ng« Sü Liªn 0,60 1,5 5 L−¬ng Yªn 1,54 1,5 6 T−¬ng Mai 8,09 1,5 7 H¹ §×nh 15 - 20 1,5 8 Ph¸p V©n 23,20 1,5 VÒ chÊt l−îng c¸c con s«ng ch¶y qua khu vùc Hµ Néi mang theo n−íc th¶i cña thµnh phè, chóng ®æ dån vÒ khu vùc Thanh Tr×, V¨n §iÓn qua c¸c con s«ng nh−: Kim Ng−u, T« LÞch, SÐt, Lõ. T¹i ®©y c¸c ®¸y s«ng th−êng xuyªn ®−îc båi l¾ng líp bïn h÷u c¬ kh¸ dµy vµ cã hµm l−îng amoni ë møc t−¬ng ®èi cao, theo nh− nghiªn cøu cho thÊy hµm l−îng NH4 + c¸c con s«ng trªn nh− sau: Kim Ng−u 12,25mg/l; T« LÞch 16,14mh/l; Lõ 22,61mg/l; SÐt 24,32mg/l. Trong khi ®ã t¹i thµnh phè Hå ChÝ Minh th× t×nh h×nh « nhiÔm còng diÔn biÕn phøc t¹p kh«ng kÐm, hµng lo¹t c¸c b¸o c¸o m«i tr−êng cho thÊy mçi ngµy hÖ thèng kªnh r¹ch vµ s«ng Sµi Gßn ph¶i g¸nh trªn 1 triÖu m3 n−íc sinh ho¹t, gÇn 4 ngh×n m3 n−íc th¶i c«ng nghiÖp, 4 – 5 ngh×n tÊn r¸c th¶i sinh ho¹t vµ 7 tÊn r¸c th¶i y tÕ vÉn ch−a qua xö lý. Bªn c¹nh ®ã, ho¹t ®éng cña c¸c khu c«ng nghiÖp ë mét sè tØnh phÝa Nam ®ang trë lªn lµ th¸ch thøc víi m«i tr−êng vµ g©y nhiÒu bøc xóc cho ng−êi d©n, ®iÓn h×nh nh− §ång Nai cã 3 trong 17 khu c«ng nghiÖp cã hÖ thèng xö lý n−íc th¶i, B×nh D−¬ng cã 2 trong 13 vµ ®¸ng chó ý h¬n c¶ lµ 5 khu c«ng nghiÖp t¹i Bµ RÞa – Vòng Tµu hoµn toµn ch−a ®−îc trang bÞ bÊt kú mét hÖ thèng xö lý n−íc th¶i nµo. §©y chØ lµ c¸c sè liÖu cßn ch−a ®Ò cËp tíi l−îng n−íc rØ ra tõ c¸c b·i r¸c vÉn ch−a qua xö lý. Nh−ng nh÷ng con sè thèng kª nµy ®· nãi lªn mét thùc tr¹ng « nhiÔm m«i tr−êng n−íc ë n−íc ta ®ang cã xu h−íng lan réng vµ ngµy mét trÇm träng h¬n. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 10 1.3. Thùc tr¹ng xö lý n−íc th¶i « nhiÔm N – amoni T¹i ViÖt Nam, theo b¸o c¸o 2005 cña Bé Tµi nguyªn vµ M«i tr−êng c¸c ho¹t ®éng s¶n xuÊt c«ng n«ng nghiÖp vµ d©n sinh mçi ngµy th¶i ra m«i tr−êng hµng triÖu m3 n−íc th¶i. HÇu nh− tÊt c¶ c¸c nguån n−íc th¶i (sinh ho¹t, bÖnh viÖn, n«ng nghiÖp, ®« thÞ, c¸c lµng nghÒ,...) hiÖn vÉn ®−îc th¶i trùc tiÕp ra c¸c s«ng hå tiÕp nhËn mµ kh«ng qua xö lý, tæng l−îng n−íc th¶i ®−îc xö lý míi ®¹t kho¶ng 5 %. T×nh tr¹ng « nhiÔm n−íc râ rµng nhÊt lµ t¹i c¸c thµnh phè vµ ®« thÞ lín nh− thµnh phè Hå ChÝ Minh, Hµ Néi, H¶i Phßng, §µ N½ng, HuÕ, Nam §Þnh, H¶i D−¬ng. Theo b¸o c¸o ®¸nh gi¸ diÔn biÕn m«i tr−êng hai vïng kinh tÕ träng ®iÓm phÝa B¾c vµ phÝa Nam (2004): Trong sè 76 khu c«ng nghiÖp vµ khu chÕ xuÊt ®ang ho¹t ®éng chØ cã 16 tr¹m xö lý n−íc th¶i tËp trung ho¹t ®éng víi c«ng suÊt 41.800 m3/ ngµy. TÝnh ®Õn ®Çu n¨m 2005, khu vùc ®« thÞ vµ khu c«ng nghiÖp mçi ngµy th¶i kho¶ng 3.110.000 m3 n−íc th¶i sinh ho¹t vµ n−íc th¶i s¶n xuÊt trùc tiÕp vµo nguån n−íc mÆt. Mét sè c«ng tr×nh xö lý n−íc th¶i ®· b¾t ®Çu xuÊt hiÖn ë mét sè n¬i nh−ng cßn qu¸ Ýt vµ hiÖu qu¶ ho¹t ®éng còng ch−a ®¸ng kÓ. T¹i thµnh phè Hå ChÝ Minh thùc tr¹ng xö lý n−íc th¶i còng kh«ng kh¸c so víi thµnh phè Hµ Néi. Trong sè 13 khu c«ng nghiÖp (KCN), khu chÕ xuÊt (KCX) ®· ®i vµo ho¹t ®éng chØ cã 5 KCN, KCX ®· x©y dùng vµ vËn hµnh hÖ thèng xö lý n−íc th¶i c«ng nghiÖp tËp trung víi c«ng suÊt tõ 300 – 10.000 m3/ ngµy. Thµnh phè hiÖn cã kho¶ng 1.000 xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp vµ h¬n 22.000 c¬ së s¶n xuÊt tiÓu thñ c«ng nghiÖp. NhiÒu nhµ m¸y, xÝ nghiÖp kh«ng cã hÖ thèng xö lý chÊt th¶i hoÆc c¸c hÖ thèng xö lý chÊt th¶i chØ ho¹t ®éng mang tÝnh ®èi phã víi c¬ quan qu¶n lý nhµ n−íc. C¸c c¬ së s¶n xuÊt nµy ®ang n»m lÉn trong c¸c khu d©n c−, th−êng xuyªn x¶ chÊt th¶i trùc tiÕp ra hÖ thèng kªnh r¹ch: tiªu biÓu lµ c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt däc kªnh Tham L−¬ng vµ khu c«ng nghiÖp T©n B×nh hoÆc hµng tr¨m c¬ së s¶n xuÊt tiÓu thñ c«ng nghiÖp kh¸c n»m däc c¸c kªnh T©n Hãa – Lß Gèm (thuéc c¸c quËn 6, quËn 11). C¸c hÖ thèng xö lý n−íc th¶i tËp trung t¹i thµnh phè Hå ChÝ Minh ®· ®−îc ®Çu t− x©y dùng vµ vËn hµnh nh− KCX T©n ThuËn víi c«ng suÊt 10.000m3/ ngµy. C¸c KCN kh¸c ®ang lËp dù ¸n hoÆc ®ang §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 11 cßn kh¶o s¸t, chê quyÕt ®Þnh. Trong khi ®ã thµnh phè còng gÊp rót tiÕn hµnh c«ng t¸c di dêi c¸c ®¬n vÞ g©y « nhiÔm ra KCN vµ vïng phô cËn. MÆc dï mét sè c¬ së s¶n xuÊt ®· di dêi ra c¸c huyÖn ngo¹i thµnh nh−ng do kh«ng cã hÖ thèng xö lý n−íc th¶i nªn h¬n 70 c¬ së s¶n xuÊt n»m däc kªnh An H¹ - ThÇy Cai (huyÖn Hãc M«n – Cñ Chi) nhanh chãng lµm « nhiÔm nguån n−íc vèn rÊt trong s¹ch tr−íc ®©y cña hÖ thèng kªnh nµy. C¸c th«ng tin trªn cho thÊy, ë ViÖt Nam xö lý n−íc th¶i míi chØ ®−îc tiÕn hµnh ë quy m« nhá lÎ, ch−a toµn diÖn, phÇn lín c¸c nguån n−íc th¶i sinh ho¹t vµ c«ng nghiÖp ®ang ®−îc th¶i trùc tiÕp ra m«i tr−êng mµ kh«ng qua xö lý. PhÇn lín c¸c c«ng tr×nh XLNT hiÖn cã míi chØ tËp trung vµo xö lý mét vµi t¸c nh©n g©y « nhiÔm nh− COD, BOD, SS vµ mét sè kim lo¹i nÆng mµ ch−a quan t©m ®Õn vÊn ®Ò xö lý c¸c chÊt dinh d−ìng N, P. Mét sè tr¹m xö lý n−íc th¶i Kim Liªn, Tróc B¹ch (sö dông vËt liÖu mang l¬ löng cho qu¸ tr×nh nitrat hãa) cã chó träng ®Õn vÊn ®Ò xö lý N, P, tuy nhiªn c«ng nghÖ vµ vËt liÖu hoµn toµn tõ n−íc ngoµi nªn chi phÝ ®Çu t− rÊt cao. Hai tr¹m xö lý nµy lµ hai c«ng tr×nh thÝ ®iÓm n»m trong gãi thÇu tho¸t n−íc cña TP Hµ Néi víi vèn vay Ng©n hµng Hîp t¸c Quèc TÕ NhËt B¶n (JBIC) lªn tíi 1,067 tû yªn NhËt (kho¶ng 145 tû ®ång) vµ 10 tû 440 triÖu ®ång ViÖt Nam. §iÒu ®¸ng chó ý lµ chi phÝ vËn hµnh cho mçi tr¹m nµy kh«ng d−íi 1,7 tû ®ång/ n¨m. 1.4. ¶nh h−ëng cña amoni tíi søc khoÎ con ng−êi Amoni hÇu nh− kh«ng cã ¶nh h−ëng trùc tiÕp tíi søc khoÎ con ng−êi, nh−ng trong qu¸ tr×nh khai th¸c, l−u tr÷ vµ xö lý... Amoni ®−îc chuyÓn ho¸ thµnh nitrit (NO-2) vµ nitrat (NO3 -) lµ nh÷ng chÊt cã tÝnh ®éc h¹i ®èi víi con ng−êi. Nitrit lµ chÊt rÊt ®éc cho con ng−êi, v× nã cã thÓ chuyÓn ho¸ thµnh Nitroamin, chÊt nµy cã kh¶ n¨ng g©y ung th− cho con ng−êi [7]. ChÝnh v× vËy, quy ®Þnh hµm l−îng nitrit cho phÐp trong n−íc sinh ho¹t lµ rÊt ngÆt nghÌo (B¶ng 1.3). Nit¬ tån t¹i trong hÖ thuû sinh ë nhiÒu d¹ng hîp chÊt v« c¬ vµ h÷u c¬, c¸c d¹ng nit¬ v« c¬ c¬ b¶n tån t¹i víi tØ lÖ kh¸c nhau tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn cña m«i tr−êng n−íc. Nitrat lµ muèi nit¬ v« c¬ trong m«i tr−êng n−íc ®−îc sôc §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 12 khÝ ®Çy ®ñ vµ liªn tôc, nitrit tån t¹i trong ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt, cßn amoniac (NH3) vµ ion NH4 + tån t¹i trong ®iÒu kiÖn kÞ khÝ. Amoniac hoµ tan trong n−íc t¹o thµnh d¹ng hy®r«xit amoni (NH4OH) vµ sÏ ph©n ly thµnh ion NH4 + vµ OH-. Qu¸ tr×nh oxi ho¸ cã thÓ chuyÓn tÊt c¶ c¸c d¹ng nit¬ v« c¬ thµnh ion nitrat, cßn qu¸ tr×nh khö sÏ chuyÓn ho¸ chóng thµnh d¹ng ion amoni. Mét sè nghiªn cøu ë Nepan ®· kh¼ng ®Þnh khi hµm l−îng NO3 - trªn 45 mg/l khiÕn cho d©n c− dïng th−êng xuyªn nguån n−íc nµy sÏ bÞ m¾c c¸c bÖnh ung th− vÒ d¹ dµy, thùc qu¶n vµ bÖnh tiÓu ®−êng [1]. Ngoµi ra, thøc ¨n cã hµm l−îng nitrat vµ nitrit cao còng rÊt ®¸ng lo ng¹i. Mèi quan hÖ gi÷a n−íc giÕng nhiÔm nitrat vµ héi chøng BBS (Baby Blue Syndrome) lÇn ®Çu tiªn ®−îc Hunter Comly, b¸c sÜ ë Iowa t×m thÊy håi ®Çu thËp niªn 40 khi «ng ®iÒu trÞ cho hai ®øa trÎ m¾c chøng da xanh [2]. Nh÷ng ®øa trÎ s¬ sinh trong giai ®o¹n míi ®−îc 6 th¸ng tuæi dÔ bÞ m¾c c¨n bÖnh nµy v× hµm l−îng enzym methemoglobin reductase t−¬ng ®èi thÊp - ®©y lµ mét lo¹i enzym tÕ bµo m¸u ®á cã kh¶ n¨ng chuyÓn ho¸ methemoglobin trë l¹i thµnh hemoglobin. Ngoµi Mü, mét sè n−íc §«ng ¢u, møc ®é nhiÔm ®éc nguån n−íc sinh ho¹t lÊy tõ giÕng lªn còng rÊt cao. VÝ dô t¹i Transylvania ë Rumani trong thêi gian tõ 1990 -1994 trung b×nh cø 100.000 trÎ em s¬ sinh th× cã tíi 24 ®Õn 363 ca nhiÔm ®éc. Cã lÏ ®é nguy hiÓm cña NO3 - ®· ®Æt ng−êi Mü quy ®Þnh trong §¹o luËt vÒ An toµn Nguån n−íc Sinh ho¹t cña Mü (SDWA-Safe Drinking Water Act) hµm l−îng nit¬-nitrat tèi ®a lµ 10 mg/l (B¶ng 1.4, 44,3 mg/l). MÆc dï, b»ng chøng dÞch tÔ häc vÒ ®é ®éc cña nitrit vµ nitrat lµ ch−a ®Çy ®ñ, tuy nhiªn cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng nã ®éc víi trÎ em v× nguy c¬ g©y bÖnh mÊt s¾c tè m¸u methaemoglobinaemia, nhÊt lµ trÎ d−íi 3 th¸ng tuæi [2]. Tæ chøc søc khoÎ thÕ giíi ®Ò nghÞ møc 50 mg/l cho tæng nitrit vµ nitrat, trong ®ã nitrit kh«ng ®−îc lín h¬n 3mg/l. C¸c tiªu chuÈn vÒ n−íc cÊp ë ViÖt Nam còng nh− thÕ giíi ®Òu 1,5 mg/l [6], riªng tiªu chuÈn Ch©u ¢u cã yªu cÇu rÊt nghiªm ngÆt lµ 0,5 mg/l (B¶ng 1.3). §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 13 B¶ng 1.3 - Tiªu chuÈn mét sè quèc gia vÒ c¸c hîp chÊt nit¬ trong n−íc cÊp [4] ChØ tiªu Hoa kú Ch©u ¢u 80/778/EEC WHO 1993 TCBYT 1329/2002 NH4 - - 0,5 1,5 1,5 NO3 - 44,3 50 50 50 NO2 - 4,4 0,1 3 3 Ngoµi ra, nÕu trong n−íc tån t¹i amoni sÏ lµm gi¶m hiÖu qu¶ cña kh©u clo ho¸ s¸t trïng lµ b−íc cuèi cïng trong qu¸ tr×nh xö lý n−íc hiÖn hµnh, nh»m ®¶m b¶o n−íc hoµn toµn an toµn vÒ mÆt vi sinh khi ®Õn tay ng−êi tiªu dïng. Khi cã mÆt amoni, hîp chÊt nµy ph¶n øng ngay víi clo ®Ó chuyÓn clo thµnh cloramin (bao gåm monochloramine, dichloramine, trichloramine organochloramine) cã tÝnh s¸t khuÈn kÐm hµng tr¨m lÇn so víi clo nguyªn tè. Ngoµi ra, nã gi¶m kh¶ n¨ng xö lý mangan b»ng c«ng nghÖ truyÒn thèng [8]. Bªn c¹nh ®ã amoni lµ nguån dinh d−ìng cho c¸c sinh vËt n−íc vµ t¶o ®Ó sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn. Sù ph¸t triÓn nµy lµm « nhiÔm n−íc thø cÊp trong qu¸ tr×nh l−u tr÷, ®ång thêi sinh ra c¸c chÊt ®éc nitrit vµ nitrat. 1.5. C¸c ph−¬ng ph¸p xö lý amoni trong n−íc cÊp 1.5.1 Ph−¬ng ph¸p clo hãa tíi ®iÓm ®ét biÕn Clo gÇn nh− lµ ho¸ chÊt duy nhÊt cã kh¶ n¨ng «xy ho¸ amoni/amoniac ë nhiÖt ®é phßng thµnh N2. Khi hßa tan Clo trong n−íc, tïy theo pH cña n−íc mµ Clo cã thÓ n»m ë d¹ng HClO hay ClO- do cã ph¶n øng theo ph−¬ng tr×nh: Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO ( pH 8) (1.1) Khi trong n−íc cã NH4 + sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng sau: HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (Monocloramin) (1.2) HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin) (1.3) HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin) (1.4) NÕu d− clo sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng ph©n huû c¸c cloramin NH2Cl + NHCl2 = N2 ↑ + 3HCl (1.5) 4NH2Cl + 3Cl2 + H2O = 10HCl + N2 + N2O §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 14 Ta cã ph−¬ng tr×nh tæng céng 2NH3 + 3HClO = N2↑ + 3H2O + 3HCl (1.6) Lóc nµy l−îng Cl2 d− trong n−íc sÏ gi¶m tíi gi¸ trÞ nhá nhÊt v× x¶y ra sù ph©n huû cloramin, ®iÓm t−¬ng øng víi gi¸ trÞ nµy gäi lµ ®iÓm ®ét biÕn. L −î n g c lo d − L − î n g c l o c h o v µ o , m g / L B C D A 0 P h ¶ n ø n g v í i F e 2 + , S 2 - N H 3 a m i n a m i n N 2 C l o d − H×nh 1.1 - §-êng cong clo ho¸ tíi ®iÓm ®ét biÕn ®èi víi n-íc cã amoni [3] Theo lý thuyÕt ®Ó xö lý NH4 + ph¶i dïng tû lÖ Cl : N = 7,6 : 1 song trªn thùc tÕ ph¶i dïng tû lÖ 8 : 1 hoÆc h¬n ®Ó oxy hãa hÕt NH3. Do x¶y ra c¸c ph¶n øng ®· nªu, qu¸ tr×nh clo ho¸ thùc tÕ diÔn ra theo mét ®−êng cong cã d¹ng ®Æc biÖt, cã "®iÓm ®ét biÕn" nh− h×nh 1.1. Nh÷ng nghiªn cøu tr−íc ®©y cho thÊy, tèc ®é ph¶n øng cña clo víi chÊt h÷u c¬ b»ng nöa so víi ph¶n øng víi amoni. Khi amoni ph¶n øng gÇn hÕt, clo sÏ ph¶n øng víi c¸c chÊt h÷u c¬ cã trong n−íc ®Ó h×nh thµnh nhiÒu chÊt c¬ clo cã mïi ®Æc tr−ng khã chÞu, trong ®ã, kho¶ng 15% lµ c¸c hîp chÊt nhãm Trihalometan - THM vµ axit axetic halogen- HAA- ho¸ ®Òu lµ c¸c chÊt cã kh¶ n¨ng g©y ung th− vµ bÞ h¹n chÕ nång ®é nghiªm ngÆt. Ngoµi ra, víi l−îng clo cÇn dïng rÊt lín, vÊn ®Ò an toµn trë nªn khã gi¶i quyÕt ®èi víi c¸c nhµ m¸y lín. §©y lµ nh÷ng lý do khiÕn ph−¬ng ph¸p clo ho¸ mÆc dï rÊt ®¬n gi¶n vµ rÎ vÒ mÆt thiÕt bÞ vµ x©y dùng c¬ b¶n nh−ng rÊt khã ¸p dông. 1.5.2. Ph−¬ng ph¸p trao ®æi Ion Qu¸ tr×nh trao ®æi ion lµ mét qu¸ tr×nh ho¸ lý thuËn nghÞch trong ®ã x¶y ra ph¶n øng trao ®æi gi÷a c¸c ion trong dung dÞch ®iÖn ly víi c¸c ion trªn bÒ mÆt §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 15 hoÆc bªn trong cña pha r¾n tiÕp xóc víi nã. Qu¸ tr×nh trao ®æi ion tu©n theo ®Þnh luËt b¶o toµn ®iÖn tÝch, ph−¬ng tr×nh ph¶n øng trao ®æi ion ®−îc m« t¶ mét c¸ch tæng qu¸t nh− sau: AX + B- ↔ AB + X- (1.7) CY + D+ ↔ CD + Y+ (1.8) Trong ®ã AX chÊt trao ®æi anion, CY chÊt trao ®æi cation. Ph¶n øng trao ®æi ion lµ ph¶n øng thuËn nghÞch, chiÒu thuËn ®−¬c gäi lµ ph¶n øng trao ®æi, chiÒu nghÞch cßn ®−îc gäi lµ ph¶n øng t¸i sinh. Møc ®é trao ®æi ion phô thuéc vµo: 1- kÝch th−íc, ho¸ trÞ cña ion; 2- nång ®é ion cã trong dung dÞch; 3- b¶n chÊt cña chÊt trao ®æi ion vµ 4- nhiÖt ®é. Nhùa trao ®æi ion d¹ng r¾n ®−îc dïng ®Ó thu nh÷ng ion nhÊt ®Þnh trong dung dÞch vµ gi¶i phãng vµo dung dÞch mét l−îng t−¬ng ®−¬ng c¸c ion kh¸c cã cïng dÊu ®iÖn tÝch. Nhùa trao ®æi cation (cationit) lµ nh÷ng hîp chÊt cao ph©n tö h÷u c¬ cã chøa c¸c nhãm chøc cã kh¶ n¨ng trao ®æi víi c«ng thøc chung lµ RX trong ®ã R lµ gèc h÷u c¬ phøc t¹p, X cã thÓ lµ SO3HCOOH... Qua cét nµy c¸c cation bÞ gi÷ l¹i: Cat-H+ (Na+) + NH4 + Cat-NH4 + + H+ (Na+) 2 RCOOH + Ca2 + (RCOO)2 + H + VÒ mÆt c¬ chÕ, qu¸ tr×nh trao ®æi ion x¶y ra gi÷a mét chÊt r¾n xèp (chÊt trao ®æi ion) vµ mét dung dÞch ®iÖn ly tr¶i qua n¨m giai ®o¹n nh− sau: (1). C¸c ion trong dung dÞch khuÕch t¸n ®Õn bÒ mÆt chÊt trao ®æi ion; (2). C¸c ion tiÕp tôc khuÕch t¸n trªn bÒ mÆt chÊt r¾n ®Õn vÞ trÝ ion sÏ trao ®æi; (3). X¶y ra ph¶n øng trao ®æi ion; (4). C¸c ion ®−îc trao ®æi vèn tõ dung dÞch khuÕch t¸n trªn bÒ mÆt chÊt trao ®æi ion. (5). C¸c ion vèn cã trªn nhùa trao ®æi bÞ thÕ ®Èy khuÕch t¸n vµo thÓ tÝch dung dÞch, rêi xa chÊt r¾n. ChÊt trao ®æi ion cã thÓ cã s½n trong tù nhiªn nh− c¸c lo¹i kho¸ng sÐt, trong ®ã quan träng nhÊt lµ zeolite, c¸c lo¹i sîi,... còng cã thÓ lµ chÊt v« c¬ tæng §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 16 hîp (alumino silicat, alumino photphat, zeolie...) hoÆc h÷u c¬ (nhùa trao ®æi ion). Trong thùc tÕ nhùa trao ®æi ion ®−îc s¶n xuÊt vµ øng dông réng r·i nhÊt. Trong c«ng nghÖ xö lý n−íc cÊp ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion tá râ tÝnh −u viÖt trong viÖc lµm mÒm n−íc, lo¹i bá chÊt kho¸ng, h÷u c¬ ®éc h¹i... ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p lµ tèc ®é nhanh, c«ng suÊt lín trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch thiÕt bÞ vµ vËt liÖu, chÊt l−îng n−íc xö lý cao. Nh−îc ®iÓm lµ chi phÝ ®Çu t− cao do gi¸ nhùa (cationit ë møc 1,5 -2,0 anionit gÇn 4$/l) chi phÝ vËn hµnh trong mét sè tr−êng hîp vÉn cao [4]. 1.5.3. Ph−¬ng ph¸p thæi khÝ ë pH cao Amoni ë trong n−íc tån t¹i d−íi d¹ng c©n b»ng: NH4 + NH3(khÝ hoµ tan) + H + víi pKa = 9,5 Nh− vËy, ë pH gÇn 7 chØ cã mét l−îng rÊt nhá NH3 khÝ so víi amoni. NÕu ta n©ng pH tíi 9,5 tû lÖ [NH3]/[NH4 +] = 1, vµ cµng t¨ng pH c©n b»ng cµng chuyÓn vÒ phÝa t¹o thµnh NH3. Khi ®ã nÕu ¸p dông c¸c kü thuËt sôc hoÆc thæi khÝ th× NH3 sÏ bay h¬i theo ®Þnh luËt Henry, lµm chuyÓn c©n b»ng vÒ phÝa ph¶i: NH4 + + OH- ↔ NH3↑ + H2O (1.9) Trong thùc tÕ pH ph¶i n©ng lªn xÊp xØ 11, l−îng khÝ cÇn ®Ó ®uæi NH3 ë møc 1600 m3 kh«ng khÝ/1m3 n−íc [6] vµ qu¸ tr×nh rÊt phô thuéc vµo nhiÖt ®é m«i tr−êng. Ph−¬ng ph¸p nµy ¸p dông ®−îc cho n−íc th¶i, khã cã thÓ ®−a nång ®é NH4 + xuèng d−íi 1,5 mg/l nªn rÊt hiÕm khi ®−îc ¸p dông ®Ó xö lý n−íc cÊp. 1.5.4. Ph−¬ng ph¸p ozon hãa víi xóc t¸c Brom §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p clo hãa ®iÓm ®ét biÕn ng−êi ta cã thÓ thay thÕ mét t¸c nh©n oxy hãa kh¸c lµ ozon víi sù cã mÆt cña Br-. VÒ c¬ b¶n xö lý NH4 + b»ng O3 víi sù cã mÆt cña Br - còng diÔn ra theo c¬ chÕ gièng nh− ph−¬ng ph¸p xö lý dïng clo. D−íi t¸c dông cña O3, Br - bÞ oxy hãa thµnh lµ BrO- theo ph¶n øng sau ®©y: Br- + O3 + H + ⇔ HBrO + O2 (1.10) Ph¶n øng oxy hãa NH4 + ®−îc thùc hiÖn bëi ion BrO- gièng nh− cña ion ClO- NH3 + HBrO → NH2Br + H2O (1.11) NH2Br + NHBr2 → NHBr + H2O (1.12) §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 17 NH2Br + NHBr → N2↑ + 3Br- + 3H+ (1.13) §©y chÝnh lµ ®iÓm t−¬ng ®ång gi÷a hai ph−¬ng ph¸p clo hãa vµ ozon hãa xóc t¸c Br- do Galat-Gorhev vµ Moris t×m ra n¨m 1975. 1.5.5. Xö lý amoni b»ng ph−¬ng ph¸p sinh häc C«ng nghÖ xö lý nito trong n−íc th¶i b»ng ph−¬ng ph¸p sinh häc ®· ®−îc nghiªn cøu vµ ®−a vµo øng dông thùc tÕ tõ nh÷ng n¨m 1960. Trªn thùc tÕ, cã rÊt nhiÒu quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý nito b»ng ph−¬ng ph¸p sinh häc kh¸c nhau. Chóng gièng nhau ë nguyªn lý lµ thùc hiÖn c¸c qu¸ tr×nh nitrat hãa vµ khö nitrat hãa nh−ng kh¸c nhau ë c¸ch s¾p xÕp tr×nh tù c¸c qu¸ tr×nh trong s¬ ®å xö lý vµ nguån cacbon sö dông. C¸c qu¸ tr×nh nµy cã thÓ lµ c¸c qu¸ tr×nh sinh tr−ëng l¬ löng, sinh tr−ëng b¸m dÝnh hay sinh tr−ëng l¬ löng – b¸m dÝnh kÕt hîp. Sau ®©y lµ mét sè quy tr×nh c¬ b¶n th−êng ®−îc øng dông trong xö lý nito trong n−íc th¶i. Trong quy tr×nh (a) (h×nh 1.2) cho hiÖu suÊt xö lý cao (70 – 90%) v× toµn bé nitrat sinh ra trong bÓ hiÕu khÝ sÏ ®−îc ®−a qua qu¸ tr×nh khö nitrat. Trong quy tr×nh nµy, qu¸ tr×nh t¸i sôc khÝ tiÕp theo qu¸ tr×nh khö nitrat lµ cÇn thiÕt nh»m xö lý thµnh phÇn h÷u c¬ d− sau khö nitrat. Quy tr×nh c«ng nghÖ nµy cã nh−îc ®iÓm lµ phøc t¹p, cÇn ph¶i bæ sung c¬ chÊt h÷u c¬ cho qu¸ tr×nh nitrat. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 18 (a) (b) (c) H×nh 1.2 – Mét sè quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý nito trong n−íc th¶i Quy tr×nh (b) lµ quy tr×nh cã thÓ tËn dông ngay nguån c¬ chÊt h÷u c¬ s½n cã trong n−íc th¶i mµ kh«ng cÇn bæ sung thªm nguån cacbon tõ bªn ngoµi. Qui tr×nh nµy ®¬n gi¶n, chi phÝ ®Çu t− thÊp nh−ng nh−îc ®iÓm lµ hiÖu suÊt xö lý nito ®¹t 60 – 70%, tû lÖ håi l−u so víi dßng vµo lµ tõ 1 – 4 lÇn. Quy tr×nh (c) lµ quy tr×nh ®−îc øng dông ®Ó xö lý ®ång thêi N, P trong n−íc th¶i. HiÖu suÊt xö lý t−¬ng tù nh− quy tr×nh (b). Trong c¸c quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý nito nªu trªn l¹i cã thÓ chia thµnh hai nhãm ph−¬ng ph¸p sau: BÓ thiÕu khÝ BÓ hiÕu khÝ BÓ l¾ng N−íc th¶i vµo N−íc ®· xö lý Bïn håi l−u N−íc håi l−u Bïn th¶i Nitrat hãa Khö nitrat hãa N−íc ®Çu vµo BÓ thiÕu khÝ BÓ yÕm khÝ BÓ hiÕu khÝ BÓ l¾ng N−íc ®· xö lý Bïn håi l−u N−íc håi l−u Bïn th¶i (Nitrat hãa)(Khö nitrat hãa) BÓ thiÕu khÝ BÓ hiÕu khÝ T¸i sôc khÝ l¾ N−íc th¶i vµo N−íc ®· xö lý Bæ sung c¬ chÊt BÓ l¾ng Bïn th¶iBïn håi l−u (Nitrat hãa) (Khö nitrat hãa) §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 19 9 Nhãm ph−¬ng ph¸p sö dông c¸c qu¸ tr×nh trong ®ã vi sinh ph©n t¸n ®Òu trong thÓ tÝch ph¶n øng (sinh tr−ëng l¬ löng) mµ ®¹i diÖn lµ qu¸ tr×nh bïn ho¹t tÝnh (BHT) 9 Nhãm ph−¬ng ph¸p dïng c¸c qu¸ tr×nh víi líp vi sinh ®−îc cè ®Þnh lªn bÒ mÆt chÊt mang r¾n gäi lµ c¸c qu¸ tr×nh mµng vi sinh (sinh tr−ëng b¸m dÝnh) mµ ®¹i diÖn c¸c qu¸ tr×nh víi líp vi sinh ®−îc cè ®Þnh lªn bÒ mÆt chÊt mang r¾n gäi lµ c¸c qu¸ tr×nh mµng vi sinh (sinh tr−ëng b¸m dÝnh) mµ ®¹i diÖn lµ ph−¬ng ph¸p läc sinh häc (LSH) ngËp n−íc. Trong qu¸ tr×nh xö lý vi sinh vËt sÏ ®−îc t¹o c¸c ®iÒu kiÖn vÒ dinh d−ìng còng nh− c¸c yÕu tè kh¸c ®Ó cã thÓ ®¹t ®−îc ho¹t tÝnh cao nhÊt... ë ph−¬ng ph¸p sinh häc cã thÓ thùc hiÖn bao gåm hai qu¸ tr×nh nèi tiÕp lµ nitrat ho¸ vµ khö nitrat ho¸ nh− sau: a. Qu¸ tr×nh nitrat ho¸ Qu¸ tr×nh chuyÓn hãa vÒ mÆt hãa häc ®−îc viÕt nh− sau: NH4 + + 1,5O2  NO2- + 2H+ + H2O (1.14) NO2 - + 0,5O2  NO3- (1.15) Ph−¬ng tr×nh tæng: NH4 + + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O (1.16) Nh− vËy, 1 mol NH4 + tiªu thô 2 mol O2 hay 1 g N-NH4 + tiªu thô 4,57 g O2, 1 mol NH4 + t¹o thµnh 1 mol NO3 -, 1 mol NH4 + t¹o thµnh 2 mol H+. L−îng H+ t¹o ra ph¶n øng víi ®é kiÒm HCO3 -, nh− vËy 1 g N-NH4 + tiªu thô 7,14 g ®é kiÒm (quy vÒ CaCO3). C¸c ph−¬ng tr×nh (1.15 vµ 1.16) kh«ng tÝnh ®Õn qu¸ tr×nh sinh tæng hîp. NÕu tÝnh c¶ c¸c qu¸ tr×nh tæng hîp sinh khèi (vi khuÈn), theo Gujer vµ Jenkins [9] ta cã: 1,02 NH4 + + 1,89 O2 + 2,02 HCO3 -  0,021C5H7O2N + 1,00NO3- + 1,92H2CO3 + 1,06H2O (1.17) Nh− vËy, 1 gam N-NH4 + tiªu thô 4,3 g O2, 1 gam N-NH4 + tiªu thô 7,2 g ®é kiÒm (quy vÒ CaCO3) §Ó thiÕt kÕ ng−êi ta hay dïng c¸c con sè suy ra tõ ph−¬ng tr×nh 1.17 lµ 4,3 g O2 vµ 7,14 g ®é kiÒm/1 g N-NH4 + ®Ó tÝnh to¸n. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 20 b. Qu¸ tr×nh khö nitrat Kh¸c víi qu¸ tr×nh nitrat ho¸ qu¸ tr×nh khö nitrat sö dông «xy tõ nitrat nªn gäi lµ anoxic (thiÕu khÝ). C¸c vi khuÈn ë ®©y lµ dÞ d−ìng nghÜa lµ cÇn nguån cacbon h÷u c¬ ®Ó t¹o lªn sinh khèi míi. Qu¸ tr×nh khö nitrat lµ tæng hîp cña bèn ph¶n øng nèi tiÕp sau: NO3 -  NO2-  NO (k)  N2O (k)  N2 (k) Qu¸ tr×nh nµy ®ßi hái nguån c¬ chÊt - chÊt cho ®iÖn tö, chóng cã thÓ lµ chÊt h÷u c¬ (phæ biÕn nhÊt lµ axit axetic), H2 vµ S. Khi cã mÆt ®ång thêi NO3 - vµ c¸c chÊt cho ®iÖn tö, chÊt cho ®iÖn tö bÞ oxy ho¸, ®ång thêi NO3 - nhËn ®iÖn vµ bÞ khö vÒ N2. Gayle [29] ®· ph©n lËp ®−îc Ýt nhÊt 14 lo¹i vi khuÈn tham gia vµo qu¸ tr×nh khö nitrat. Chóng lµ Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Paracocus, Spirilum vµ Thiobacilus, v.v... PhÇn lín c¸c vi khuÈn lo¹i nµy lµ dÞ d−ìng nghÜa lµ chóng dïng cacbon h÷u c¬ mµ chóng sÏ «xy ho¸ ®Ó tæng hîp tÕ bµo míi. ChØ cã Thiobacilus denitrifcans lµ sö dông nguån ®iÖn tö tõ S nguyªn tè ®Ó t¹o n¨ng l−îng vµ nguån cacbon v« c¬ (tõ CO2 vµ HCO3 -) ®Ó tæng hîp tÕ bµo míi. NÕu sö dông nguån cacbon lµ methanol hoÆc methan th× vi khuÈn Methylotrophic sÏ chuyÓn ho¸ c¸c c¬ chÊt tan tèt nh− xitrat vµ isoxitrat ®Ó vi khuÈn hÊp thô vµ sö dông nh− nguån ®iÖn tö e-. C¸c ph−¬ng tr×nh tØ l−îng cña qu¸ tr×nh khö nitrat ho¸ phô thuéc vµo b¶n chÊt nguån cacbon sö dông nh− sau: N 2 O N 2 N 2 O red NO red NO 2 - red NO 3 - red N O N O 2 - N O 3 - NO 3 -NO 2 - l í p n −í c lipoprotein m µ ng v á ngo µ i kh è i ch Ê t b µ o m µ ng t Õ b µ o ch Ê t t Õ b µ o ch Ê t H×nh 1.3 - Qu¸ tr×nh khö nitrat trªn mµng tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn [3] §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 21 6NO3 - + 5CH3OH  3N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH- (1.18) 8NO3 - + 5CH3COOH  4N2 + 10 CO2 + 6 H2O + 8 OH- (1.19) 8NO3 - + 5CH4  4N2 + 5 CO2 + 6 H2O + 8 OH- (1.20) 10NO3 - + C10 H19O3 N  5N2 + 10 CO2 + 3 H2O + NH3g + 10 OH- (1.21) Ghi chó: C10 H19O3N - c«ng thøc trung b×nh cña n−íc th¶i sinh ho¹t. Nhãm OH- sÏ ph¶n øng víi CO2 t¹o ®é kiÒm bicacbonat: OH- + CO2  HCO3- Còng nh− tr−êng hîp nitrat ho¸, nÕu tÝnh c¶ qu¸ tr×nh sinh tæng hîp th× ta cã: NO3 - + 1,08CH3OH + 0,24H2CO3   0,056C5H7NO2 + 0,47N2 + 1,68H2O + HCO3- (1.22) NO2 - + 0,67CH3OH + 0,53H2CO3   0,04 C5H7NO2 + 0,48N2 + 1,23H2O + CO3- (1.23) O2 + 0,93CH3OH + 0,056NO3 -   0,056C5H7NO2 + 1,04N2 + 0,59H2O + 0,56HCO3- (1.24) Nh− vËy, 1 gam nitrat bÞ khö tiªu thô 2,86g O2, 1 gam nitrat bÞ khö sinh ra 3,57 g ®é kiÒm (CaCO3). NÕu cã NH4 + tham gia vµo qu¸ tr×nh sinh tæng hîp tÕ bµo th×: l−îng kiÒm sinh ra sÏ Ýt h¬n (vµo kho¶ng 2,9 - 3,0 g). Theo ph−¬ng tr×nh (1.22) ®−îc nªu bëi (McCarty, 1968) [28]: NO3 - + 1,08 CH3OH  0,056 C5H7NO2 + 0,47 N2 + 1,44 H2O + 0,67 CO2 + OH - (2.12) Nh− vËy cø 1 mg/l NO3 - bÞ khö th× sinh ra 3,57 mg/l ®é kiÒm. NÕu trong hÖ cã NH3 th× l−îng kiÒm sinh ra sÏ Ýt h¬n. • C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh nitrat ho¸ - ¶nh h−ëng cña pH vµ nhiÖt ®é tíi qu¸ tr×nh nitrat ho¸ Thùc nghiÖm cho thÊy kho¶ng pH tèi −u kh¸ réng vµ dao ®éng xung quanh gi¸ trÞ pH = 8 (6 - 10) [11]. Khi thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh pH tèi −u cÇn l−u ý kh¶ n¨ng thÝch nghi cña vi khuÈn, vËy c¸c phÐp ®o ph¶i ®−îc thùc hiÖn ngay khi ®−a vµo m«i tr−êng pH míi. §Ó hiÓu râ h¬n nghiªn cøu cña Grady vµ Lim [12] §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 22 sÏ chøng minh cho chóng ta thÊy ë h×nh 1.4. Nghiªn cøu nµy ®· chøng minh cho thÊy vi khuÈn nitrat ho¸ rÊt nh¹y c¶m víi pH, ®èi víi Nitrosomonas cã d¶i pH tèi thÝch tõ 7,0 ®Õn 8,0. Vµ ®èi víi Nitrobacter lµ tõ 7,5 ®Õn 8,0. Nh−ng bªn c¹nh ®ã nghiªn cøu cña Skadsen vµ céng sù (1996) l¹i cho thÊy mét sè loµi cã thÓ thÝch hîp ë møc pH > 9 [13]. Tuy nhiªn, Odell vµ céng sù (1996) l¹i cho r»ng cßn rÊt nhiÒu nh÷ng yÕu tè kh¸c lµm ¶nh h−ëng tíi sù tån t¹i vµ ph¸t triÓn cña vi khuÈn nitrat vµ nghiªn cøu cña «ng l¹i chØ ra r»ng pH thÝch hîp cho vi khuÈn nµy lµ tõ 6,6 ®Õn 9,7 [14]. H×nh 1.4- ¶nh h-ëng cña pH tíi vi khuÈn nitrat ho¸ [12] NhiÖt ®é cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh nitrat ho¸ b»ng vi sinh. Thùc nghiÖm cho thÊy nhiÖt ®é tèi −u n»m trong kho¶ng 15 - 27oC [15], nh−ng cã t¸c gi¶ l¹i cho biÕt vïng nhiÖt ®é cã thÓ nghiªn cøu ®−îc l¹i n»m trong kho¶ng rÊt réng tõ 4- 50OC [16] . NÕu nhiÖt ®é qu¸ cao sÏ lµm gi¶m ho¹t tÝnh cña vi sinh vµ g©y øc chÕ ho¹t ®éng vµ cã khi g©y chÕt vi sinh vËt. Tuy nhiªn, do ®iÒu kiÖn vÒ quy m« xö lý cho nªn trong qu¸ tr×nh vËn hµnh kh«ng thÓ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é cña n−íc ®Çu vµo, thùc tÕ n−íc nguån n−íc t¹i phßng thÝ nghiÖm kh¸ æn ®Þnh vµ n»m trong giíi h¹n thuËn lîi cho ho¹t ®éng cña toµn bé hÖ thèng. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 23 - ¶nh h−ëng cña c¸c chÊt ®éc tíi sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn nitrat ho¸ So víi c¸c vi khuÈn dÞ d−ìng, c¸c vi khuÈn tù d−ìng nitrat ho¸ nh¹y c¶m víi nhiÒu kim lo¹i nÆng vµ hãa chÊt. Sè liÖu vÒ ®éc tÝnh cña mét sè chÊt cho ë b¶ng 1.4. B¶ng 1.4 - C¸c chÊt h÷u c¬ vµ nång ®é g©y øc chÕ vi khuÈn nitrat ho¸ [16] Danh môc c¸c chÊt mg/l Danh môc c¸c chÊt mg/l Acetone 2000 m-Cresol 1-100 Amino acids 1-1000 Cyanide 16,5 Ammonium 1000 Dicyandiamide 250 Aniline 7,7 2,4-Dinitrophenol 37 Benzenne 13 Dithio-oxamide 1 Benzocaine 100 Ethanol 2400 Benzylamine 100 Sodium arsenite 2000 Bisphenol A 100 Sodium chloride 35000 Cadmium 14,3 Sodium cyanate 100 Carbamate 2 Sodium cyanide 1 Carbon disulphude 35 Sodium pluoride 1218 Chloride 1 Tetrabromobisphenol 100 Chloroform 18 1,2,3,4-Tetrachlorobenzene 20 Hydrogen sulfide 50 1,2,4,5-Tetrachlorobenzene 9,8 Lead 0,5 1,1,1,2-Tetrachloroethane 8,7 1-Lysine 4 1,1,2,2-Tetrachloroethene 1,4 Methanol 160 1,2,3,5,6-Tetrachlorophenol 1,3 Methyl mercaptan 300 Trichloroethylene 0,81 Methyl pyridines 100 Trichlorophenol 100 Nickel 5 2,3,5-Trichlorophenol 3,9 Nitrobenzene 50 2,3,6-Trichlorophenol 0,42 Potassium chlorate 2500 2,4,6-Trichlorophenol 7,9 Chromium (2I) 10 Copper 230 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 24 - ¶nh h−ëng cña nång ®é NH4 + tíi sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn nitrat- Nitrobacter Turk, O., vµ Mavinic, D.S. (1986) [17] ®· chØ ra r»ng c¸c qu¸ tr×nh «xi ho¸ nitrit bÞ øc chÕ khi nång ®é NH3 ®¹t 0,1 -1 mg/l vµ ë nång ®é NH3 tõ 5 -20 mg/l, qu¸ tr×nh oxi hãa NH4 + còng bÞ øc chÕ. Tuy nhiªn, Ford et al. (1980) [18] l¹i cho sè liÖu vÒ nång ®é g©y øc chÕ qu¸ tr×nh «xi hãa nitrit cao h¬n nhiÒu (10 – 150 mg NH3 /l). Sù cã mÆt cña NO2 - vµ pH thÊp sinh ra HNO2 kh«ng ph©n li, ®©y lµ t¸c nh©n g©y øc chÕ qu¸ tr×nh «xy ho¸ nitrit. Alleman (1985) [19] cho thÊy khi nång ®é nitrit cao tíi 27 mg/l th× Nitrobacter bÞ øc chÕ m¹nh h¬n Nitrosomonas. Alleman còng cho r»ng nhiÖt ®é thÊp, «xy hoµ tan (DO) thiÕu vµ CO2 cao, sù cã mÆt cña NH3 tù do vµ d− l−îng bïn lµm gi¶m tèc ®é ph¸t triÓn cña Nitrobacter vµ kÐo theo sù gi¶m oxi hãa nitrit. Ngoµi ra, sèc amoni vµ sù khö nitrat cã thÓ g©y ra sù tÝch luü chÊt ®éc NO2 -. §ã lµ do Nitrosomonas Ýt nh¹y c¶m h¬n ®èi víi sèc NH3 vµ nhanh thÝch nghi h¬n Nitrobacter dÉn tíi sù tÝch luü nitrit trong hÖ. B¶ng 1.5 - Nång ®é NH4 + vµ NO2 - g©y øc chÕ nitrobacter [20] pH NH+4 (mg/l) NO - 2 (mg/l) 6,0 210-2100 30-330 6,5 70-700 88-1050 7,0 20-210 260-3320 7,5 7-70 - 8,0 2-20 - • C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh khö nitrat ho¸ ¶nh h−ëng cña pH vµ nhiÖt ®é tíi qu¸ tr×nh khö nitrat ho¸ §iÒu kiÖn ph¸t triÓn vi khuÈn khö nitrat hãa: pH 7 - 8; to = 5 - 25 oC [23], c¬ chÊt ph¶i lµ chÊt h÷u c¬ tan, cµng dÔ ®−îc vi sinh hÊp thô cµng tèt. MÆc dï methanol lµ c¬ chÊt phæ biÕn nhÊt, nh−ng nã ch−a ph¶i lµ chÊt tèt nhÊt vÒ mÆt nhiÖt ®éng häc. Monteith (1980) ®· ghi nhËn lµ trong sè 30 lo¹i n−íc th¶i c«ng §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 25 nghiÖp cã 22 lo¹i (th¶i bia vµ r−îu) dïng trong khö nitrat hãa tèt h¬n metanol [24]. Vi khuÈn khö nitrat hãa cã søc chÞu ®éc h¬n vi khuÈn tù d−ìng. Tuy nhiªn, vÉn cÇn l−u ý c¸c tr−êng hîp sau: - Do øc chÕ men khö nitrit (m¹nh h¬n so víi t¸c ®éng lªn men khö nitrat). NÕu cã DO, nitrit sÏ tÝch luü. NÕu DO = 5% møc b·o hoµ, tèc ®é t¹o khÝ NOx gi¶m, nÕu ®¹t 13% th× men khö nitrit kh«ng ho¹t ®éng, nÕu h¬n 13 % th× men khö nitrat còng bÞ øc chÕ. - B¶n th©n nitrit còng lµ chÊt ®éc. NÕu N-NO2 - ≥ 14 mg/l ë pH =7 th× qu¸ tr×nh chuyÓn hãa chÊt h÷u c¬ bëi Pseudomonas Aeruginosa sÏ chËm l¹i, ë nång ®é 350 mg/l qu¸ tr×nh bÞ øc chÕ hoµn toµn (kÓ c¶ qu¸ tr×nh oxic dïng chÊt nhËn e- lµ O2). T−¬ng tù, c¸c khÝ NOx còng lµ chÊt ®éc. - Sù khö ®èi víi NO2 - bÞ ¶nh h−ëng m¹nh khi gi¶m pH < 7,5 (ng−îc l¹i ®èi víi sù khö NO3 -). 1.6. T×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc 1.6.1.T×nh h×nh nghiªn cøu trong n−íc HiÖn nay chóng ta ®· cã mét sè c«ng tr×nh nghiªn cøu xö lý c¸c hîp chÊt chøa nit¬ trong n−íc cÊp còng nh− trong n−íc th¶i, c¸c nghiªn cøu cßn h¹n chÕ vµ ch−a ®Çy ®ñ nh−ng cã thÓ liÖt kª mét sè c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ lÜnh vùc nµy nh− sau: − Nghiªn cøu xö lý c¸c chÊt dinh d−ìng (c¸c hîp chÊt N vµ P) trong c¸c hÖ xö lý n−íc th¶i sinh ho¹t - Lª V¨n ChiÒu, luËn ¸n TiÕn SÜ, tr−êng §HKHTN, 2003. − Nghiªn cøu ph¸t triÓn c«ng nghÖ xö lý n−íc th¶i giµu hîp chÊt nit¬ (N), Photpho (P) thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn ViÖt Nam - Lª V¨n C¸t, b¸o c¸o ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ thuéc ch−¬ng tr×nh nhµ n−íc vÒ b¶o vÖ m«i tr−êng, Hµ Néi 2001-2002. − Nghiªn cøu xö lý amoni trong n−íc ngÇm Hµ Néi - ®Ò tµi cÊp thµnh phè 01C-09/11-2002-2, chñ tr× NguyÔn V¨n Kh«i - Së Giao th«ng C«ng chÝnh Hµ Néi. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 26 − B¸o c¸o b−íc ®Çu xö lý amoni cho nhµ m¸y n−íc Nam D− c«ng suÊt 30.000m3/ngµy ®ªm, 2002 C«ng ty t− vÊn cÊp tho¸t n−íc vµ m«i tr−êng ViÖt Nam (VIWASE Vietnam Water Supply and Environment). − C¸c ®Ò tµi xö lý nit¬ quy m« nhá cña ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ ViÖt Nam (VKH&CNVN) b»ng ph−¬ng ph¸p vi sinh- chñ tr× NguyÔn V¨n NhÞ. − §Ò tµi xö lý nit¬ quy m« nhá b»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi víi zeolit, chñ tr× NguyÔn H÷u Phó- VKH&CNVN. − Xö lý nitrat, b¸o c¸o cña L©m Minh TriÕt vµ céng t¸c viªn, §¹i häc Quèc gia Thµnh phè Hå ChÝ Minh. − X©y dùng c«ng nghÖ kh¶ thi xö lý amoni vµ asen trong n−íc sinh ho¹t, Viªn C«ng NghÖ M«i Tr−êng. PhÇn lín c¸c ®Ò tµi trªn ®Òu kh¼ng ®Þnh cã thÓ xö lý tèt amoni nh−ng ®Òu liªn quan tíi n−íc th¶i. §èi víi n−íc cÊp c¸c ph−¬ng ph¸p nh− trao ®æi ion ®−îc ®Ò xuÊt xö lý quy m« nhá. VKH&CNVN cã ®Ò tµi chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ cì nhá, c¸c ®Ò tµi ®Òu kh¼ng ®Þnh ph−¬ng ph¸p sinh häc lµ ®Þnh h−íng chÝnh quy cho quy m« lín. §èi víi c¸c hîp chÊt nit¬, c¸c c«ng nghÖ xö lý n−íc cÊp th«ng th−êng kh«ng cã hiÖu qu¶. VÊn ®Ò xö lý amoni trong n−íc cÊp, ®Æc biÖt ë møc nång ®é cao cì 15 – 25 mg/l lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò cßn kh¸ míi mÎ ë n−íc ta vµ trªn thÕ giíi. Tr−íc n¨m 2002 c¸c TCVN ®Òu giíi h¹n nång ®é amoni ë møc ≤ 3 mg/l th× tõ 2002, víi QuyÕt ®Þnh 1329/2002 Q§-BYT cña Bé Y tÕ, giíi h¹n nång ®é amoni cña ViÖt Nam ®· ë møc cña Tæ chøc søc khoÎ thÕ giíi WHO lµ 1,5 mg/l, trong khi cña c¸c n−íc Ch©u ©u ®· lµ 0,5 mg/l [3]. §iÒu nµy ®· thóc ®Èy nhiÒu nghiªn cøu ®ång thêi ë ViÖt Nam trong lÜnh vùc xö lý amoni trong n−íc cÊp. 1.6.2. T×nh h×nh nghiªn cøu ngoµi n−íc Mét sè tµi liÖu ®· kh¼ng ®Þnh viÖc xö lý amoni ®¹t hiÖu qu¶ cao (98 - 100% ) [u] b»ng ph−¬ng ph¸p läc víi dßng khÝ thæi ng−îc dßng. Qu¸ tr×nh xö lý amoni trong n−íc b»ng vi sinh dùa trªn hai qu¸ tr×nh sinh ho¸ nèi tiÕp vµ rÊt kh¸c nhau lµ nitrat ho¸ vµ khö nitrat. B−íc 1 vi khuÈn nitrat §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 27 ho¸ «xy ho¸ NH4 + thµnh NO2 -, råi sau ®ã thµnh NO3 -, ph¶n øng nµy ®−îc thùc hiÖn bëi nhãm vi khuÈn tù d−ìng (autotrophic) lµ nhãm vi khuÈn dïng cacbon v« c¬ trong n−íc ®Ó tæng hîp tÕ bµo. B−íc 2 vi khuÈn khö nitrat (denitrifiers) khö NO3 - (vµ c¶ NO2 -) thµnh N2. Nhãm vi khuÈn nµy ph¶i dïng cacbon h÷u c¬ ®Ó tæng hîp tÕ bµo míi, chóng lµ nhãm dÞ d−ìng (heterotrophic). Nãi chung c¸c vi khuÈn dÞ d−ìng - vi khuÈn khö nitrat ho¸ "khoÎ" h¬n c¸c vi khuÈn tù d−ìng, ®Æc biÖt trong qu¸ tr×nh xö lý n−íc cÊp khi mµ sù t¨ng tr- −ëng cña chóng bÞ khèng chÕ bëi l−îng c¬ chÊt Ýt ái so víi n−íc th¶i. V× lý do nµy, nÕu ¸p dông c¸c kü thuËt sinh häc cæ ®iÓn kiÓu bïn ho¹t tÝnh cÇn thêi gian l−u n−íc rÊt l©u tíi 7 ngµy ë 200C [27]. ChÝnh v× vËy, ®Ó t¨ng l−îng sinh khèi ®Õn møc cÇn thiÕt nh»m gi¶m thêi gian ph¶n øng th× c¸c ph−¬ng ph¸p läc sinh häc víi vËt liÖu mang vi sinh thÝch hîp cã thÓ thùc hiÖn ®iÒu nµy vµ tá ra cã −u thÕ tuyÖt ®èi trong c¸c kü thuËt sinh häc ®Ó xö lý nit¬ trong n−íc ¨n uèng. Trong lÜnh vùc nµy ng−êi ch©u ¢u cã −u thÕ v−ît tréi. Nh÷ng kü thuËt th−êng ®−îc ¸p dông lµ läc sinh häc ngËp n−íc, läc c¸t nhanh, läc víi líp ®Öm më réng hoÆc gi¶ láng (fluidized hoÆc expanded bed reactor), vµ läc víi líp vËt liÖu läc (VLL) lµ than ho¹t tÝnh. Nh÷ng th«ng b¸o ®Çu tiªn trong lÜnh vùc nµy thuéc vÒ ng−êi Anh [28]. Hä sö dông bÓ läc víi vËt liÖu läc lµ ®¸, dµy 2m, tèc ®é läc 0,8-2,8 m/h ®Ó xö lý n−íc s«ng Thames víi nång ®é amoni 2-3 mg/l. Do VLL th«, kh«ng cã hÖ sôc khÝ mµ hÖ chØ ®¹t hiÖu suÊt 80% chØ sau 1 n¨m ho¹t ®éng, ngoµi ra nhiÖt ®é thÊp vµ sù thiÕu «xy còng ¶nh h−ëng xÊu ®Õn hiÖu qu¶ xö lý. HÖ läc víi líp ®Öm më réng tá ra hiÖu qu¶ h¬n nhiÒu. Nhê kÕt cÊu h×nh chãp ng−îc, n−íc ®i tõ d−íi lªn, tèc ®é n−íc d©ng sÏ gi¶m dÇn vµ thÊp nhÊt ë vïng thu n−íc h×nh trô phÝa trªn cïng, ë vïng gi÷a, sinh khèi vµ VLL sÏ l¬ löng vµ c¸c qu¸ tr×nh xö lý vi sinh x¶y ra ë ®©y. Vïng trªn cïng lµ vïng cã thiÕt diÖn ch¶y cao nhÊt øng víi tèc ®é n−íc d©ng thÊp nhÊt cho phÐp sinh khèi kÕt b«ng vµ r¬i trë l¹i vïng ph¶n øng. B»ng kÕt cÊu nµy ng−êi ta cã thÓ n©ng tèc ®é läc lªn tíi 6-30 m/h, thêi gian l−u n−íc chØ cã 5-10 phót. HiÖu qu¶ xö lý phô thuéc nhiÖt §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 28 ®é vµ tèc ®é läc vµ ®¹t 20-100% (Goodal J.B., 1979). Mét nhµ m¸y ë Anh (Tewkesbury), mét ë §øc (Mulheim) hiÖn ¸p dông kü thuËt nµy. Trong hÖ läc nhanh, nÕu t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó vi khuÈn nitrat ho¸ tÝch luü còng cã thÓ thùc hiÖn qu¸ tr×nh nitrat ho¸. T¹i Ph¸p, ®Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy ng−êi ta bæ sung lªn bÒ mÆt c¸t bÓ läc nhanh 3-5 mm VLL lµ pozzolana vµ sôc khÝ vµo bÓ víi c−êng ®é 0,9 m3 kh«ng khÝ/1 m3 n−íc. Víi nång ®é ®Çu vµo lµ 15 mg N/l, tèc ®é läc 4-25 m/h. Tèc ®é xö lý gi¶m khi t¨ng tèc ®é läc vµ ®¹t 3 ®Õn 14 mg N/l/giê [29]. Trong [30] t¸c gi¶ còng cho r»ng víi líp VLL pozzolana lµ 7-15 mm th× 1 th¸ng chØ cÇn röa mét lÇn b»ng khÝ vµ n−íc nh− röa ng−îc. ë Mü ng−êi ta hay dïng líp VLL th«, xèp víi chiÒu dµy tíi 4 mÐt ®Ó thay líp c¸t läc th«ng th−êng [25]. NÕu ¸p dông than ho¹t tÝnh lµm VLL th× qu¸ tr×nh x¶y ra cßn tèt h¬n. VÝ dô, Jekel [21] th«ng b¸o kÕt qu¶ nitrat ho¸ hoµn toµn khi n−íc ozon ho¸ qua bån than h¹t GAC víi tèc ®é 10 m/h øng víi thêi gian l−u tÝnh cho cét rçng chØ 15 phót. Rice vµ céng sù, giíi thiÖu nhµ m¸y n−íc La Chapelle ë Ph¸p sö dông c«ng nghÖ nitrat ho¸ víi d©y chuyÒn «zon (0,7 mg/l, t =3 phót) - läc nhanh (4,84 m/h, c¸t 1mm dµy 1m) - läc GAC (tèc ®é 4,84 m/h, líp GAC 0,75m). HiÖu suÊt xö lý 78 % víi nång ®é amoni ®Çu ra lµ 0,3 mg/l, ngoµi ra t¸c gi¶ còng th«ng b¸o kh¶ n¨ng xö lý ®ång thêi Mn trªn hÖ nµy [31]. Theo nh− cuèn sæ tay xö lý n−íc [22] còng cung cÊp c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh nitrat ho¸, khö nitrat ho¸ vi sinh, vÝ dô, tèc ®é ph¸t triÓn cña Nitrobacter vµ Nitrosomonas (μ = 0,03 vµ 0,08 h-1). Ngoµi ra cßn m« t¶ mét sè hÖ läc sinh häc víi c¸c VLL kh¸c nhau nh− pozzolana, biolite vµ cho vÝ dô mét sè nhµ m¸y. VÝ dô nhµ m¸y Louveciennes, n−íc ®Çu vµo cã 5 mg N-NH4 +/l, c«ng suÊt 20.000 m3/ngµy bao gåm c¸c c«ng ®o¹n: «z«n ho¸ (0,5 mg/l) → nitrat ho¸ → «z«n ho¸ (1,5 mg/l) → läc GAC. 1.7. Ph−¬ng ph¸p läc sinh häc Ph−¬ng ph¸p läc sinh häc nãi chung con ng−êi ®· biÕt tõ l©u, song ®−a nã thµnh biÖn ph¸p c«ng nghÖ xö lý n−íc nãi chung vµ n−íc th¶i nãi riªng m·i tíi §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT NguyÔn ThÞ Ph−¬ng MSSV: 505303044 29 thÕ kû 19 míi ®−îc x¸c lËp. Läc sinh häc lÇn ®Çy tiªn ®−îc ¸p dông ë Mü n¨m 1819 vµ ë Anh n¨m 1893. §Õn cuèi thÓ kû 20 lo¹i LSH ngËp n−íc ®· ®−îc sö dông ë Ph¸p, Mü, óc víi c«ng suÊt 4.000m3/ ngµy ®Ó xö lý n−íc th¶i ®« thÞ vµ n−íc th¶i c«ng nghiÖp thùc phÈm. Ứng dông ph−¬ng ph¸p LSH ngËp n−íc ®Ó xö lý N, P ®−îc nhiÒu quèc gia quan t©m nghiªn cøu xö lý, tuy nhiªn ë ViÖt Nam vÊn ®Ò nµy còng ch−a ®−îc quan t©m ®óng møc. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh LSH ngËp n−íc Nguyªn lý cña ph−¬ng ph¸p LSH lµ dùa trªn qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña vi sinh vËt trªn mµng sinh häc, oxy hãa c¸c chÊt bÈn cã trong n−íc. C¸c mµng s

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNghiên cứu cải tiến nâng cao hiệu quả xử lý của thiết bị lọc sinh học ngập nước ứng dụng trong xử lý nước thải.pdf