Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THÀNH HƢNG ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM AMONI TRONG NƢỚC THẢI BÃI RÁCVÀ THỬ NGHIỆM PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ KẾT TỦA MAGIE AMONI PHOTPHAT (MAP) LÀM PHÂN BÓN LUẬN VĂN THẠC SĨKHOA HỌC MÔI TRƢỜNG TháiNguyên -2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THÀNH HƢNG ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM AMONI TRONG NƢỚC THẢI BÃI RÁCVÀ THỬ NGHIỆM PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ KẾT TỦA MAGIE AMONI PHOTPHAT (MAP) LÀM PHÂN BÓN Nghành: Khoahọcmôitrƣờng Mãsốnghành: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨKHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Ngƣờihƣớngdẫnkhoahọc: 1.PGS.TSTrịnhLêHùng 2.PGS.TSNguyễnTuấnAnh TháiNguyên -2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là kết quả của quá trình thực nghiệm của tôi trong phòng thí nghiệm và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 10 năm 2014 Tác giả Nguyễn Thành Hưng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv LỜI CẢM ƠN Bằng tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Trịnh Lê Hùng và PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh đã giao đề tài, hướng dẫn chu đáo và tận tình trong suốt quá trình em nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, bảo ban của các thầy cô giáo trong trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên trong suốt thời gian vừa qua. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em trong phòng thí nghiệm của Trung tâm Công nghệ Môi trường Việt Nhật đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ban lãnh đạo, các anh chị em trong Công ty Cổ phần Thương mại và Kỹ thuật Việt Sing đã luôn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Thái Nguyên, tháng 10 năm 2014 Tác giả Nguyễn Thành Hưng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1 4 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1.Nito và sự ô nhiễm amoni 4 1.2.Nguồn gốc gây ô nhiễm trong tự nhiên 6 1.3.Độc tính của các hợp chất nito đối với con người và hệ sinh thái 10 1.4.Một số tính chất hóa học của ion NH 4 + 13 1.5.Quá trình chuyển hóa nito 14 1.5.1.Quá trình amoni hóa sinh học 14 1.5.2.Quá trình nitrat hóa sinh học 14 1.5.3.Denitrat hóa 16 1.5.4.Phương pháp Anammox 16 1.6.Các phương pháp xử lý amoni 17 1.6.1.Xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức 18 1.6.2.Xử lý amoni bằng phương pháp sử dụng nhựa trao đổi ion 19 1.6.3.Xử lý amoni bằng các tác nhân oxi hóa 20 1.6.4.Xử lý amoni bằng Nano MnO 2 -FeOOH mang trên Laterit 22 1.6.5.Xử lý amoni bằng phương pháp sinh học 22 1.6.6.Xử lý amoni bằng phương pháp kết tủa MAP 27 Chƣơng 2 30 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 30 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 30 2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 30 2.3. Nội dung nghiên cứu 31 2.4. Phương pháp nghiên cứu 31 2.4.1. Phương pháp kế thừa và sử dụng tài liệu 31 2.4.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu phòng thí nghiệm 31 2.4.3. Các phương pháp phân tích phòng thí nghiệm 35 Chƣơng 3 41 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41 3.1. Sơ lược về Bãi chôn lấp Xuân Sơn-Hà Nội 41 3.2. Đánh giá sự ô nhiễm nước nói chung và sự ô nhiễm amoni trong nước thải bãi chôn lấp Xuân Sơn 43 3.3. Nghiên cứu chế tạo MAP 46 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn 46 3. 3.2. Xác định nồng độ tối ưu để tạo MAP 51 3.3.3. Xác định pH tối ưu để tạo MAP 54 3.3.4. Xác định thời gian tối ưu để tạo MAP 56 3.3.5. Khả năng sử dụng nước ót thay thế ion Mg 2+ trong phản ứng tạo MAP 58 3.4. Áp dụng các điều kiện tối ưu cho phản ứng tạo kết tủa MAP vào xử lý nước thải 58 3.5. Đề xuất quy trình và sơ đồ công nghệ xử lý amoni trong nước thải bằng phương pháp kết tủa MAP 60 3.5.1. Quy trình công nghệ 60 3.5.2. Sơ đồ công nghệ 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Nghĩa của từ MAP Magie amoni photphat (MgNH 4 PO 4 .6H 2 O) COD Nhu cầu ôxy hóa học BYT/QĐ Bộ Y Tế/ quyết định TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn Việt Nam BCL Bãi chôn lấp HTXLNT Hệ thống xử lý nước thải BTNVMT Bộ tài nguyên và Môi trường ABS Đơn vị đo quang MBBR Công nghệ bùn hoạt tính kết hợp vi sinh MBR Công nghệ màng lọc sinh học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các chỉ tiêu trung bình hợp chất nito trong nước thải sinh hoạt 8 Bảng 1.2: Mức độ ô nhiễm hợp chất nito trong một số nguồn nước thải công nghiệp 9 Bảng 2.1: Yêu cầu về việc bảo quản mẫu của BTNVMT 25 Bảng 3.1: Thành phần các loại rác thải bãi rác Xuân Sơn 43 Bảng 3.2: Kết quả phân tích mẫu nước thải vị trí cống xả đầu ra 44 Bảng 3.3: Kết quả phân tích mẫu nước mặt gần cống xả 45 Bảng 3.4: Phân tích chất lượng mẫu nước giếng khu dân cư 46 Bảng 3.5: Kết quả xây dựng đường chuẩn của amoni 48 Bảng 3.6: Kết quả xây dựng đường chuẩn của nitrit 49 Bảng 3.7: Kết quả xây dựng đường chuẩn của nitrat 50 Bảng 3.8: Kết quả xây dựng đường chuẩn photphat 51 Bảng 3.9: Tỷ lệ mol Mg 2+ : NH 4 + : PO 4 3- tương ứng với nồng độ mg/l 52 Bảng 3.10: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol 53 Bảng 3.11: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đ đối với tỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1 55 Bảng 3.12: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của t pư đối với tỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1 57 Bảng 3.13: So sánh hiệu suất tạo thành MAP của nước ót với hóa chất khác 59 Bảng 3.14: Kết quả xử lý nước thải từ bãi chôn lấp Xuân Sơn 60 Bảng 3.15: Kết quả xử lý amoni của nước thải từ hầm biogas 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Chu trình của nito trong tự nhiên 4 Hình 1.2: Cơ chế sinh hoá giả thiết của phản ứng anammox 16 Hình 1.3: MBR ngập nước và MBR đặt ngoài 25 Hình 1.4: Giá đệm sinh học cố định 26 Hình 2.1: Các loại chai dùng để lấy mẫu 23 Hình 2.2: Xô nhựa dùng lấy mẫu 23 Hình 2.3: Sơ đồ bãi chôn lấp Xuân Sơn và vị trí lấy mẫu 24 Hình 3.1: Vị trí bãi rác Xuân Sơn và các bãi rác khác ở Hà Nội 42 Hình 3.2: Phương trình đường chuẩn của amoni 48 Hình 3.3: Phương trình đường chuẩn của nitrit 49 Hình 3.4: Phương trình đường chuẩn của nitrat 50 Hình 3.5: Phương trình đường chuẩn của photphat 51 Hình 3.6: Hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào tỷ lệ mol 53 Hình 3.7: Sự phụ thuộc của khối lượng MAP vào tỷ lệ mol 54 Hình 3.8: Sự phụ thuộc của pH s vào tỷ lệ mol 54 Hình 3.9: Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý amoni vào pH đ 56 Hình 3.10: Sự phụ thuộc của khối lượng MAP vào pH đ 56 Hình 3.11: Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý amoni vào t pư 58 Hình 3.12: Sự phụ thuộc của khối lượng MAP vào t pư 58 Hình 3.13: Sơ đồ công nghệ xử lý amoni của nước thải biogas, nước rác 62 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Tình trạng ô nhiễm môi trường nước do nguồn thải chứa amoni chưa được xử lý tương đối phổ biến. Amoni có hại cho động vật và người nhưng ở một mức độ nhất định lại có lợi cho thực vật và vi sinh vật vì đó là nguồn dinh dưỡng của chúng. Trên thực tế, nhiều cơ sở có nước thải chứa amoni hầu như đều vượt quá ngưỡng quy chuẩn cho phép tới hàng trăm, hàng nghìn lần. Với mức độ này của amoni thì các phương pháp xử lý thông thường đều không giải quyết nổi. Vì vậy thường phải pha loãng amoni đến mức độ nào đó rồi mới tiếp tục xử lý, hoặc phải nâng pH của dung dịch nước thải để chuyển amoni thành amoniac và thổi khí cưỡng bức để amoniac bay lên không trung, gây ô nhiễm bầu không khí như quá trình xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn – Hà Nội. Các cơ sở chăn nuôi tập trung có các hầm yếm khí xử lý phân của chúng để tận thu biogas nhưng amoni có nhiều trong nước thải thì hầu như lại không được xử lý và đổ trực tiếp ra môi trường nhờ sự pha loãng của tự nhiên. Đây chính là nguyên nhân gây ô nhiễm amoni cho nguồn nước mặt hiện nay. Các cơ sở sản xuất phân đạm urê ví dụ như nhà máy phân đạm Hà Bắc đều đã tận thu tối đa amoni nhưng vẫn không được triệt để, ngoài ra urê rơi vãi còn hòa tan theo nguồn nước thải ra môi trường sau một thời gian sẽ thủy phân thành amoni, vì vậy hàm lượng amoni trong nước thải là rất cao.Tuy đã có hệ thống xử lý sinh học nhưng vẫn không đáp ứng được. Nhìn chung hiện nay ở nước ta, tình hình xử lý amoni đối với loại nước thải có hàm lượng cao đều chưa có giải pháp thích hợp. Để có một nền sản xuất sạch, chúng ta cần tính đến khả năng khép kín trong quy trình công nghệ. Điều đó cũng có nghĩa là phải tận dụng các phế liệu, phế thải thành các sản phẩm cho một quy trình khác. Trước đây với nền sản xuất tự cấp tự túc, các gia đình nông dân trồng lúa lấy lương thực nuôi sống chính mình, đồng thời nuôi lợn lấy phân bón lại cho đồng ruộng. Ngày [...]... magie amoni photphat (MAP) làm phân bón. “ 2 Mục tiêu của đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát - Đánh giá được sự ô nhiễm amoni trong nước thải bãi rác - Thử nghiệm được phương pháp xử lý kết tủa magie amoni photphat (MAP) làm phân bón 2.2 Mục tiêu cụ thể - Xác định hàm lượng amoni trong nước thải của bãi rác Xuân Sơn- Hà Nội - Sản xuất MAP từ nước thải có hàm lượng amoni cao 3 Yêu cầu của đề tài - Đánh giá được... đã không thành được khí mà nằm lại trong nước thải dưới dạng amoni gây ô nhiễm cho nguồn nước mặt khi đổ ra môi trường Nếu tận dụng lại nguồn đạm này tức là chúng ta đã thực hiện một sự khép kín trong quy trình trồng lúa trước đây nhưng ở quy mô chuyên canh lớn hơn Vì vậy chúng tôi đã lựa chọn đề tài: Đánh giá sự ô nhiễm amoni trong nước thải bãi rác và thử nghiệm phương pháp xử lý kết tủa magie amoni. .. được mức độ ô nhiễm của amoni trong nước thải của bãi rác Xuân Sơn-Hà Nội - Tìm ra được các điều kiện tối ưu để sử lý amoni trong nước thải bãi rác để đạt hiệu suất tạo MAP là cao nhất - Ứng dụng thực tế cho xử lý nước thải nhiễm amoni 3 4 Ý nghĩa - Về khoa học: + Đánh giá được hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước thải bãi rác Xuân Sơn + Tìm điều kiện điều kiện tốt nhất cho phản ứng kết tủa tạo MAP... học kết tủa magie amoni photphat (MAP) diễn ra rất nhanh thu gom được amoni sẽ không làm ô nhiễm không khí mà lại thu gom được sản phẩm là phân bón Phản ứng này không phụ thuộc vào hàm lượng Amoni ban đầu, kết tủa tinh thể magie amoni phot phat rất dễ dàng tách pha ở pH >7, rất dễ rửa sạch và được dùng làm phân bón nhả chậm vì khi pH môi trường nhỏ hơn 7 nó mới tan dần và cây mới hấp thụ được Phân bón. .. 3 Nito amoni 25 4 Nito nitrit 0,05 5 Nito nitrat 0,2 Nguồn:” Kỹ thuật xử lý nước thải , Trịnh Lê Hùng (2006) NXB Giáo Dục, Hà Nội [6] 8 - Nước thải ô thị: là nước thải trong hệ thống thoát nước của một thành phố, một khu ô thị Trong nước thải ô thị, ngoài nước thải sinh hoạt còn có thể có nước thải của một số cơ sở sản xuất công nghiệp, nước thải của các bệnh viện, trạm y tế - Nước thải công nghiệp:... thẩm tách đảo chiều Sau đây tôi xin trình bày một số phương pháp xử lý amoni chính 1.6.1 Xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức Để xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức cần phải điều chỉnh pH của môi trường lên cao để chuyển NH4+ về dạng NH3, sau đó thổi khí mạnh hoặc đưa vào thiết bị cyclon để tách pha và loại NH 3 ra khỏi dung dịch Trong nước thải bị nhiễm amoni tồn tại cân bằng động... thành phần không hợp lý, sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ,…thông qua quá trình rửa trôi, thấm, lọc, lượng nitrat hoá, amoni trong nước bề mặt và nước ngầm ngày càng lớn - Nước thải do giao thông vận tải thủy: Nước trên các dòng sông, hồ, biển có thể bị ô nhiễm do các phương tiện tàu, thuyền trên sông, biển thải ra, các tàu chở dầu, hóa chất bị rò rỉ làm ảnh hưởng đến môi trường nước, làm chết các... tạo kết tủa, , để tách loại amoni trong nước thải: - Ion NH4+ tồn tại trong nước chủ yếu do sự phân ly của các muối amoni và sự hòa tan NH3 Trong nước tồn tại cân bằng sau [11]: NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- (1.2) Dựa vào phản ứng này người ta có thể chuyển hóa NH4+ trong nước thành NH3 bằng cách kiềm hóa môi trường nước để làm cho cân bằng chuyển dịch về bên trái NH3 tạo thành được tách ra bằng phương pháp. .. nguồn nước thải sinh hoạt và sản xuất đều có hàm lượng amoni nhất định, tuy nhiên ở mức độ khác nhau Có thể từ 30- 50 mg/l đến 800-1000 mg/l và có thể còn cao hơn nữa Các cơ sở xử lý nước thải cũng rất khó đạt được các tiêu chuẩn quy định về xả thải vì nhiều lý do khác nhau Nước rác từ bãi chôn lấp rác sinh hoạt có hàm lượng amoni cao hơn cả, tùy thuộc vào mức độ thu gom và lưu giữ Các bãi chôn lấp rác. .. - Nước thải nông nghiệp: là loại nước thải trong quá trình sản xuất nông nghiệp Tạp chất chủ yếu có trong nước thải nông nghiệp là các loại phân bón vô cơ, hữu cơ, các hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật, các chất kích thích sinh trưởng dư thừa hoặc bị rửa trôi Hàm lượng các tạp chất phụ thuộc vào chế độ canh tác, mùa vụ sản xuất Nông nghiệp hiện đại là nguồn gây ô nhiễm lớn cho nước Việc sử dụng phân bón . hơn. Vì vậy chúng tôi đã lựa chọn đề tài: Đánh giá sự ô nhiễm amoni trong nước thải bãi rác và thử nghiệm phương pháp xử lý kết tủa magie amoni photphat (MAP) làm phân bón. “ 2. Mục tiêu của. - Đánh giá được sự ô nhiễm amoni trong nước thải bãi rác. - Thử nghiệm được phương pháp xử lý kết tủa magie amoni photphat (MAP) làm phân bón. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Xác định hàm lượng amoni. TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THÀNH HƢNG ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM AMONI TRONG NƢỚC THẢI BÃI RÁCVÀ THỬ NGHIỆM PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ KẾT TỦA MAGIE AMONI PHOTPHAT (MAP) LÀM PHÂN BÓN LUẬN VĂN