Đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng cây rau ngổ dại

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên:............................................................................................. Học hàm, học vị:................................................................................... Cơ quan công tác:................................................................................. Nội dung hƣớng dẫn:............................................................................ Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên:............................................................................................. Học hàm, học vị:................................................................................... Cơ quan công tác:................................................................................. Nội dung hƣớng dẫn:............................................................................ Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày 08 tháng 09 năm 2012 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày 08 tháng 12 năm 2012 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Phạm Hoài Nam ThS. Bùi Đình Hoàn Hải Phòng, ngày ...... tháng........năm 2012 Hiệu trƣởng GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: .. .. .. .. .. .. .. 2. Đánh giá chất lƣợng của khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu): .. .. .. .. .. .. 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): .. .. .. Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 Cán bộ hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn cô giáo: Thạc Sĩ Nguyễn Mai Linh, giảng viên bộ môn Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Dân lập Hải Phòng đã định hƣớng và giúp đỡ em tận tình trong suốt quá trình làm khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Môi trƣờng cũng nhƣ các thầy cô giáo khác của trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng đã truyền dạy những kiến thức thiết thực cho em trong suốt quá trình học, đồng thời em xin cảm ơn nhà trƣờng đã tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành khóa luận này. Trong phạm vi hạn chế của một khóa luận tốt nghiệp, những kết quả thu đƣợc còn là rất ít và quá trình làm việc khó tránh khỏi những thiếu sót , em rất mong đƣợc sự góp ý của các thấy cô giáo và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày 10 tháng 12 năm 2012 Sinh viên Phạm Thị Minh Thu Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 2 1.1. NƢỚC THẢI ............................................................................................ 2 1.1.1. Khái niệm chung [2] .......................................................................... 2 1.1.2. Phân loại nƣớc thải [2] ...................................................................... 2 1.1.3. Thành phần nƣớc thải [2] .................................................................. 2 1.1.3.1. Thành phần hoá học ................................................................... 2 1.1.3.2. Thành phần sinh học [2] ............................................................ 4 1.1.4. Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc [3,4] .................................... 5 1.1.4.1. Các thông số vật lý ..................................................................... 5 1.1.4.2. Các thông số hóa học ................................................................. 6 1.1.4.3. Các thông số sinh học ................................................................. 7 1.2. NƢỚC THẢI SINH HOẠT [7] ................................................................ 8 1.2.1. Nguồn gốc nƣớc thải sinh hoạt. ......................................................... 8 1.2.2. Thành phần và đặc tinh nƣớc thải sinh hoạt ...................................... 9 1.2.3. Tác hại đến môi trƣờng ...................................................................... 9 1.2.4. Hiện trạng xử lý và quản lý nƣớc thải sinh hoạt tại Việt Nam [8] .... 10 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI [1] .................................. 12 1.3.1. Phƣơng pháp cơ học. ......................................................................... 12 1.3.2. Phƣơng pháp hóa học. ....................................................................... 12 1.3.3. Phƣơng pháp hóa lý. .......................................................................... 13 1.3.3.1. Hấp phụ. ...................................................................................... 13 1.3.3.2. Tuyển nổi. ................................................................................... 13 1.3.3.3. Trao đổi ion ................................................................................ 13 1.3.3.4. Các quá trình tách bằng màng. .................................................. 14 1.3.3.5. Các phương pháp điện hóa. ........................................................ 14 1.3.3.6. Keo tụ. ......................................................................................... 14 Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 1.3.4. Phƣơng pháp sinh học. ...................................................................... 17 1.3.4.1. Hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí ............... 18 1.3.4.2. Hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí ................... 20 1.3.5. Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng thực vật. ...................... 20 CHƢƠNG 2 : ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 23 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................... 23 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 23 2.3. Vật liệu và phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................... 23 2.3.1. Hóa chất nghiên cứu .............................................................................. 23 2.3.2. Thiết bị nghiên cứu ................................................................................. 23 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 24 2.3.3.1. Phương pháp khảo sát ngoài thực địa .............................................. 24 2.3.3.2. Phương pháp lấy mẫu nước thải ...................................................... 24 2.3.3.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm .............................. 24 2.4. Quy trình làm thí nghiệm: ............................................................................ 30 CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 32 3.1. Kết quả khảo sát chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt ......................................... 32 3.2. Kết quả xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng cây rau ngổ dại. ............................. 32 3.2.1. Kết quả xử lý COD. ................................................................................ 32 3.2.2. Kết quả xử lý NH4 + . ............................................................................... 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 51 Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cây rau ngổ dại ...................................................................................... 22 Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn COD ...................................................... 26 Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn đường chuẩn Amoni .................................................... 29 khu vực Nghĩa Xá – Lê Chân – Hải Phòng ............................................................ 32 Hình 3.1. Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 294 mg/l .................................................................................. 33 Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý COD theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 294 mg/l .................................................................................. 34 Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 215 mg/l .................................................................................. 36 Hình 3.4.Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý COD theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 215 mg/l .................................................................................. 36 Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 352 mg/l .................................................................................. 38 Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý COD theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 352 mg/l .................................................................................. 39 Hình 3.7.Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý NH4 + theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 29 mg/l .................................................................................... 42 Hình 3.8.Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý NH4 + theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 29 mg/l .................................................................................... 42 Hình 3.9.Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý NH4 + theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 20,7 mg/l ................................................................................. 44 Hình 3.10.Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý NH4 + theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 20,7 mg/l ........................................................................... 45 Hình 3.11. Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý NH4 + theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 32,5 mg/l ........................................................................... 47 Hình 3.12.Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý NH4 + theo thời gian và mật độ cây với nồng độ đầu vào là 32,5 mg/l ........................................................................... 47 Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Bảng thể tích các dung dịch sử dụng để xây dụng đường chuẩn COD . 25 Bảng 2.2. Bảng kết quả xác định đường chuẩn COD ............................................ 25 Bảng 2.3. Bảng thể tích các dung dịch sử dụng xây dựng đường chuẩn NH4 + ..... 28 Bảng 2.4. Bảng kết quả xác định đường chuẩn NH4 + ............................................ 29 Bảng 3.1.Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt ..................................... 32 Bảng 3.2. Kết quả xử lý COD với nồng độ đầu vào là 294 mg/l ........................... 33 Bảng 3.3.Kết quả xử lý COD với nồng độ đầu vào là 215 mg/l ............................ 35 Bảng 3.4. Kết quả xử lý COD với nồng độ đầu vào là 352 mg/l ........................... 38 Bảng 3.5.Kết quả xử lý NH4 + với nồng độ đầu vào là 29 mg/l ............................. 41 Bảng 3.6. Kết quả xử lý NH4 + với nồng độ đầu vào là 20,7 mg/l ......................... 44 Bảng 3.7.Kết quả xử lý NH4 + với nồng độ đầu vào là 32,5mg/l ........................... 46 Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 Page 1 MỞ ĐẦU Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn ở Việt Nam. Hàng ngày,trên các phƣơng tiện thông tin đại chúng, ta có thể dễ dàng bắt gặp những hình ảnh, thông tin về việc nguồn nƣớc bị ô nhiễm. Bất chấp những lời kêu gọi bảo vệ môi trƣờng, tình trạng ô nhiễm vẫn càng lúc càng trở nên trầm trọng. Điều này khiến mọi ngƣời ai cũng phải suy nghĩ Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc là một trong những nguyên nhân gây ảnh hƣởng đến sức khoẻ con ngƣời, động vật nuôi, thực vật và các sinh vật khác đặc biệt là thuỷ sinh vật. Nó còn gây ảnh hƣởng rất lớn đến đến hoạt động sản xuất và phát triển của xã hội. Với sự phát triển của các ngành công nhiệp và sự gia tăng nhu cầu sinh hoạt của con ngƣời, lƣợng nƣớc thải ra các kênh rạch, sông ngòi, ao hồ.ngày càng nhiều làm nguồn nƣớc tại những nơi này bị ô nhiễm. Đồng thời, các độc chất có trong nƣớc thải đi vào nƣớc ngầm và nƣớc mặt mà con ngƣời sử dụng cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày. Trên thực tế, quá trình làm sạch tự nhiên vẫn diễn ra trong các môi trƣờng nƣớc ô nhiễm, nhƣng quá trình này không thể nào đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về nƣớc sạch của ngƣời dân. Vì thế, hiện nay công nghệ xử lý nƣớc thải đang đƣợc chú trọng và phát triển. Các quá trình xử lý nƣớc thải sử dụng vi sinh vật và thực vật thuỷ sinh từ lâu đã đƣợc ghi nhận là những biện pháp sinh học có hiệu quả. Gần đây, đã có những nghiên cứu xử lý nƣớc thải bằng việc sử dụng thực vật thuỷ sinh tại một số nƣớc Đông Á. Tuy nhiên mỗi vùng có một điều kiện tự nhiên khác nhau và Việt Nam là nơi có điều kiện khí hậu khá đặc biệt cho việc phát triển các khu xử lý sinh học ứng dụng thực vật bậc cao. Từ những cơ sở trên, em đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng cây rau ngổ dại” với mong muốn góp một phần nhỏ vào việc giải quyết vấn đề nƣớc thải sinh hoạt nói riêng và công tác bảo vệ môi trƣờng nói chung. Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 Page 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. NƢỚC THẢI 1.1.1. Khái niệm chung [2] Nƣớc thải là chất lỏng đƣợc sinh ra trong quá trình con ngƣời sử dụng nƣớc vào mọi hoạt động sống của mình nhƣ sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, sản xuất nông nghiệp và đã thay đổi tính chất ban đầu. 1.1.2. Phân loại nƣớc thải [2] Ngƣời ta phân ra thành 5 loại nƣớc thải Nƣớc thải sinh hoạt: Phát sinh từ các khu dân cƣ, khu vực hoạt động thƣơng mại, công sở, trƣờng học và các cơ sở tƣơng tự khác Nƣớc thải bệnh viện: Sinh ra từ hoạt động của các bệnh viện, trung tâm khám chữa bệnh, các trạm xá. Nƣớc thải nông nghiệp: Sinh ra từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp nhƣ nƣớc thải chăn nuôi, trồng trọt. Nƣớc thải công nghiệp thực phẩm: Phát sinh từ các cơ sở, xí nghiệp sản xuất các mặt hàng thực phẩm với những đặc thù riêng. Nƣớc thải các ngành công nghiệp khác: Sinh ra từ hoạt động của các nhà máy bao gồm nƣớc thải từ các công đoạn sản xuất và nƣớc thải sinh hoạt của công nhân. Ngoài ra còn xét đến nƣớc chảy tràn (nƣớc mƣa): Về cơ bản là sạch nhƣng khi rơi xuống đất mặt đất nƣớc mƣa chảy tràn trên bề mặt và thấm vào các hệ thống cống dẫn nƣớc thải chung qua các khớp nối, các vết nứt vỡ hoặc thành các hố ga và bị nhiễm bẩn. Mặt khác ở các khu công nghiệp nƣớc mƣa bị ô nhiễm bởi các khí thải độc hại và khi rơi xuống gây ô nhiễm nguồn nƣớc..... 1.1.3. Thành phần nƣớc thải [2] 1.1.3.1. Thành phần hoá học a. Các chất vô cơ Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 Page 3 Trong nƣớc thải thành phần các chất vô cơ hoà tan luôn cao nhƣ NH4+, NO3 - , PO4 3- , Cl - , SO4 2-,  Amoniac: Trong nƣớc, amoni tồn tại ở dạng NH3 và NH4 + tuỳ thuộc vào pH của nƣớc, vì nó là một Bazơ yếu, nó cùng với phôtphat thúc đẩy quá trình phú dƣỡng của nƣớc. Các muối amon dễ bị oxy hoá bởi các vi sinh vật thành nitrit sau đó thành nitrat.  Nitrat (NO3 -): Nitrat là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ có trong nƣớc thải của ngƣời và động vật, thực vật. Vùng bị ô nhiễm do chất thải hoặc phân bón thƣờng có hàm lƣợng nitrat cao sẽ làm tảo phát triển mạnh, ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng nƣớc.  Phosphat (PO4 3-): Đây là nguồn dinh dƣỡng cho thực vật, rong tảo và vi sinh vật hoạt động. Nƣớc thải sinh hoạt và y tế có hàm lƣợng phosphat cao. Bản than phosphate không phải là chất độc nhƣng nồng độ quá cao trong nƣớc sẽ làm cho nƣớc bị “phú dƣỡng”. Nồng độ phosphat ở nƣớc không bị ô nhiễm thƣờng nhỏ hơn 0,01mg/l, nhƣng ở nƣớc bị ô nhiễm nặng có thể lên trên 0,5mg/l.  Sunphat (SO4 2-): Có nhiều trong nƣớc biển, nƣớc phèn, nƣớc ở các vùng mỏ thạch cao Khi nồng độ cao gây gỉ đƣờng ống, ăn mòn các công trình bê tong và gây hại đến cây trồng, ở điều kiện yếm khí sẽ hình thành H2S trong nƣớc gây mùi hôi thối khó chịu, gây độc cho cá  Các kim loại nặng: Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với ngƣời và động vật. Trong nƣớc thải công nghiệp thƣờng có chứa nhiều kim loại nặng nhƣ chì (pb), thuỷ ngân (Hg), crôm (Cr), asen (As), Cadimi (Cd). b. Các chất hữu cơ  Các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Bao gồm các hợp chất hytrat cacbon, protein, chất béo, lignin, pectincó từ tế bào và các tổ chức động thực vật. Chúng làm suy giảm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc, ảnh hƣởng xấu đến các hệ sinh thái và chất lƣợng nƣớc.  Các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học: Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 Page 4 Bao gồm các hợp chất có vòng thơm, các chất đa vòng ngƣng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, phosphor hữu cơ Hầu hết chúng là các chất có độc tính đối với sinh vật và con ngƣời. Chúng tồn lƣu lâu dài trong môi trƣờng và cơ thể sinh vật gây độc tích lũy, ảnh hƣởng nguy hại đến cuộc sống. 1.1.3.2. Thành phần sinh học [2] Bao gồm các vi sinh vật trong nƣớc thải nhƣ vi khuẩn, vi rút, nấm mốc, nấm men. Trong nƣớc thải vi sinh vật chiếm đa số về loài và số cá thể trong loài. Chúng có vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nƣớc thải.  Vi khuẩn: Gồm 2 loại là vi khuẩn tự dƣỡng và vi khuẩn dị dƣỡng (Dựa vào cách thức trao đổi chất). + Vi khẩn tự dƣỡng: Có khả năng oxy hóa các chất vô cơ để thu năng lƣợng và sử dụng CO2 tự do làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Phƣơng trình : 2NH4 + + O2 2NO2 - + 4H + + 2H2O + năng lƣợng (Nitrosomonas) 2NO2 - + O2 2NO3 - + năng lƣợng (Nitrobacterium) + Vi khuẩn dị dƣỡng: Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cơ chất cacbon và năng lƣợng trong các quá trình sinh tổng hợp. Vi khuẩn hiếu khí: Cần oxy trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Phƣơng trình: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + năng lƣợng Vi khuẩn kỵ khí: Không cần oxy tự do để phát triển mà sử dụng oxy nguyên tử trong các gốc Nitrat, Sunfat. Phƣơng trình: Chất hữu cơ + NO3 - CO2 + N2 + Năng lƣợng Chất hữu cơ + SO4 2- CO2 + H2S + Năng lƣợng Chất hữu cơ Axit hữu cơ + SO2 + CH4 + CO2 + Năng lƣợng Năng lƣợng giải phóng ra đƣợc sử dụng vào tổng hợp tế bào mới, phát triển tăng sinh khối và một phần thoát ra ở dạng nhiệt. Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Minh Thu – MT 1202 Page 5  Virus: Là loại vi sinh vật siêu nhỏ sống ký sinh ở tế bào vật chủ, nhờ sự trao đổi chất của vật chủ mà xây dựng các nguồn sống cho cơ thể. Đây là tác nhân gây các bệnh cho ngƣời và gia súc.  Nấm, nấm mốc, nấm men: Phát triển mạnh trong các vùng nƣớc tù, có khả năng phân hủy chất hữu cơ, nhiều loài có khả năng phân hủy xenluloza, hemixenluloza, lignin. 1.1.4. Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc [3,4] 1.1.4.1. Các thông số vật lý a. Hàm lượng các chất rắn Các chất vô cơ là dạng các muối hòa tan hoặc không tan nhƣ đất đá ở dạng huyền phù lơ lửng. - Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS, mg/l): Là trọng lƣợng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc một lít nƣớc qua phễu lọc rồi sấy khô ở 103 – 105 o C tới khi khối lƣợng không đổi. - Chất rắn hòa tan (DS, mg/l): Là hiệu chất rắn với huyền phù. - Chất rắn bay hơi (VS, mg/l): Là trọng lƣợng mất đi khi nung lƣợng chất rắn huyền phù SS ở 550 o C trong khoảng thời gian xác định. - Chất rắn có thể lắng: Là số ml phần chất rắn