ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - Nguyễn Thị Lan Hƣơng NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƢƠNG LÀM CHẤT NỀN TRONG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƢỚC NHÂN TẠO ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Lan Hƣơng NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƢƠNG LÀM CHẤT NỀN TRONG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƢỚC NHÂN TẠO ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thị Loan Hà Nội - 2015 TÓM TẮT LUẬN VĂN Họ tên học viên: Nguyễn Thị Lan Hương Giới tính: Nữ Ngày sinh: 20/09/1989 Nơi sinh: Tĩnh Gia, Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thị Loan, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu sử dụng xỉ than nhà máy nhiệt điện Mông Dƣơng làm chất hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo để xử lý nƣớc thải sinh hoạt” MỞ ĐẦU Trong nhịp điệu phát triển chung nước, đô thị Việt Nam không ngừng mở rộng phát triển theo hướng công nghiệp hóa, đại hóa Tốc độ đô thị hóa ngày cao, đời sống người dân cải thiện làm nảy sinh vấn đề nghiêm trọng môi trường Công tác bảo vệ môi trường chưa đầu tư cách, hoạt động thương mại, dịch vụ, sinh hoạt nguồn phát sinh ô nhiễm nghiêm trọng chưa quan tâm Trong ô nhiễm môi trường nước vấn đề đáng báo động Đặc biệt, tình trạng nước thải sinh hoạt khu dân cư đô thị, ven đô nông thôn chưa xử lý triệt để Nước thải từ khu vệ sinh xử lý sơ bể tự hoại, chất lượng chưa đạt yêu cầu xả môi trường, nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Trong điều kiện Việt Nam, phần lớn dự án thoát nước, xử lý nước thải chưa đến nơi, có hướng tới giải vấn đề thoát nước mưa, khắc phục tình trạng ngập úng, khó có kinh phí để trì vận hành, bảo dưỡng hệ thống việc nghiên cứu làm nước thải chỗ cho cụm dân cư công nghệ vừa đơn giản, có chi phí xây dựng vận hành thấp, vừa đảm bảo vệ sinh môi trường, hướng giải hợp lý khả thi Mô hình đất ngập nước nhân tạo năm gần biết đến giải pháp công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp, dễ vận hành đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao Đây công nghệ xử lý nước thải điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp ổn định, đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái địa phương Mặt khác, năm, nhà máy nhiệt điện Việt Nam tiêu thụ gần 14 triệu than thải khoảng 4,5 triệu tro xỉ Đến năm 2020, lượng tro xỉ thải lên đến 16 triệu tấn/năm Ngoài việc gây tốn hàng nghìn đất để chứa chôn lấp tro xỉ nhiệt điện nguồn gây ô nhiễm môi trường đặc biệt nghiêm trọng cho đất, nước không khí Tìm kiếm giải pháp tận thu tro xỉ nhiệt điện, biến loại phế thải thành nguồn nguyên liệu có giá trị đặt cấp bách Xuất phát từ thực tiễn trên, tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu sử dụng xỉ than Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương làm chất hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt ” Mục tiêu nghiên cứu: Nâng cao hiệu xử lý nước thải nói chung nước thải sinh hoạt nói riêng việc sử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo với chất từ xỉ than, có chi phí xây dựng vận hành bảo dưỡng thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam, tận dụng chất thải, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường Nội dung nghiên cứu:  Tính chất lý hóa xỉ than NMNĐ Mông Dương  Khả xử lý nước thải sinh hoạt xỉ than vật liệu lọc khác  Thử nghiệm trồng loại thủy sinh khác môi trường xỉ than để tìm loài phát triển tốt  Nghiên cứu khả xử lý hệ thống đất ngập nước với chất xỉ than loài thực vật lựa chọn để xử lý nước thải sinh hoạt  Xác định tải lượng dòng thải đầu vào mô hình ĐNN nhân tạo (nồng độ tiêu pH, TSS, COD, NH4+, NO2-, NO3-, PO43của NTSH trước xử lý)  Xác định tải lượng dòng thải đầu pH, TSS, COD, NH4 , NO2-, NO3-, PO43- hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt + CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nước thải sinh hoạt 1.1.1 Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt 1.1.2 Ảnh hưởng nước thải sinh hoạt đến môi trường 1.2 Nguyên lý công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 1.2.1 Khảo sát đánh giá mức độ ô nhiễm 1.2.2 Một số phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 1.2.3 Công nghệ xử lý nước thải hệ thống đất ngập nước nhân tạo 1.3 Tính chất hóa lý xỉ than nhà máy nhiệt điện 1.4 Các nghiên cứu giới Việt Nam đất ngập nước nhân tạo 1.4.1 Nghiên cứu giới 1.4.2 Nghiên cứu Việt Nam CHƢƠNG II PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu:  Nước thải sinh hoạt Xã Đông Dư, Huyện Gia Lâm, Hà Nội  Xỉ than NMNĐ Mông Dương làm chất  loại có khả xử lý nước thải sinh hoạt: Thủy Trúc, Muống Nhật, Mon Nước, Dong Riềng, Phát Lộc Phạm vi nghiên cứu:  Khả xử lý nước thải sinh hoạt xỉ than số vật liệu lọc khác hệ thống ĐNN nhân tạo  Nghiên cứu khả sinh trưởng, phát triển loại Thủy Trúc, Mon Nước, Phát Lộc, Dong Riềng, Muống Nhật chất xỉ than hệ thống đất ngập nước nhân tạo, chọn loại phát triển tốt  Khả xử lý nước thải sinh hoạt loại phát triển tốt chất xỉ than mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo 1.2 Phương pháp nghiên cứu 1.2.1 Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu thứ cấp 1.2.2 Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu sơ cấp CHƢƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết phân tích tính chất lý hóa xỉ than Mông Dƣơng Xỉ than NMNĐ Mông Dương có độ ẩm nhỏ 2,02%, vật liệu khô, tỉ trọng gần tỉ trọng đất cát 2,656 g/cm3, pH=9,9 có tính kiềm cao, cải thiện độ chua đất; hàm lượng KLN thuộc giới hạn cho phép theo TCVN 7209:2002, thành phần khoáng chính: SiO2, Al2O3, Fe2O3 Vậy xỉ than Mông Dương có đặc tính thuận lợi cho việc tái sử dụng lĩnh vực xây dựng, nông nghiệp, xử lý nước thải 3.2 Kết nghiên cứu khả xử lý nƣớc thải sinh hoạt công thức vật liệu lọc 3.2.1 Hiệu suất xử lý COD Sau – ngày xử lý hiệu công thức vật liệu tốt nhiều so với thời gian ngày có thời gian lưu nước lâu hơn, hiệu suất xử lý COD cao vật liệu (VL4) vật liệu (VL5), sau ngày đầu đạt hiệu suất 32,18% 31,52% – ngày sau hiệu suất đạt tới 45,58% 44,15% 3.2.2 Hiệu suất xử lý BOD5 Sau – ngày xử lý hiệu công thức vật liệu tốt nhiều so với thời gian ngày so với công thức đối chứng Trong hiệu suất xử lý BOD5 cao công thức (VL4) công thức (VL5) đạt hiệu suất 48,79%% 46,97% Tuy nhiên với giá trị chưa đạt tiêu chuẩn thải 3.2.3 Khả xử lý NH4+ Giá trị amoni sau ngày xử lý giảm xuống 11,12mg/l – 8,51 mg/l, công thức đối chứng giảm 14,86 mg/l, hiệu suất 9,88% công thức vật liệu lọc giá trị amoni giảm tới 11,12 mg/l – 8,51 mg/l, hiệu suất từ 32,57% - 48,39% Đến ngày hiệu suất xử lý amoni tăng không đáng kể, hiệu suất từ 32,63% - 48,51% Trong hiệu suất xử lý amoni cao công thức (VL4) đạt 48,51% Với giá trị đạt tiêu chuẩn thải theo QCVN 14:2011/BTNMT nhiên hiệu suất chưa cao 3.2.4 Kết xác định số tiêu vật lý sau xử lý công thức Sau ngày xử lý, hiệu lọc công thức tốt công thức đối chứng, nhiên hiệu thấp Sau ngày, màu mùi ban đầu gần giảm gần hết, công thức đối chứng thay đổi so với ban đầu Chỉ tiêu pH nằm giới hạn cho phép từ 6,73 – 7,98 Vì vậy, hiệu xử lý số tiêu vật lý xỉ than khả quan Mặc dù giảm lượng lớn hàm lượng chất ô nhiễm, nhiên chưa đáp ứng tiêu chuẩn thải theo QCVN 14:2011, trình xử lý chủ yếu trình yếm khí, thiếu oxy điều kiện mô hình nhỏ hẹp Do nên 10 trồng thêm số loại mô hình để cung cấp oxy tốt cho trình xử lý nhằm đạt hiệu suất xử lý cao Qua nghiên cứu, công thức có khả xử lý chất thải tốt công thức vật liệu 4, công thức tối ưu Công thức vật liệu (VL4) công thức gồm kết hợp vật liệu lọc cát to, cát mịn 50% xỉ than làm chất Thứ tự xếp vật liệu từ lên cát to, cát mịn, xỉ than với chiều dày lớp vật liệu 4:4:10 cm Tiến hành sử dụng vật liệu có chất xỉ than cho thử nghiệm 3.3 Kết thử nghiệm trồng loại thực vật thủy sinh khác môi trƣờng xỉ than Trên sở chọn lựa có khả sống vùng ẩm ướt, dễ tìm, có giá trị thẩm mĩ có khả XLNT sinh hoạt Mỗi loài thực vật có khả chống chịu mức độ ô nhiễm khác phát triển tốt, chậm sinh trưởng, tỷ lệ chết cao Vì vậy, tiêu sinh trưởng phát triển như: chiều cao cây, số lá, số rễ… thể phản ứng chúng môi trường mà chúng sống Qua tiêu sinh trưởng phát triển loại trồng tham gia thí nghiệm chiều cao cây, số lá, biểu kiểu phát triển rễ, ta thấy thích nghi loại môi trường xỉ than nồng độ nước thải sinh hoạt đầu vào Trong có hai loại 11 phát triển tốt Mon Nước Thủy Trúc Vì vậy, tiến hành lựa chọn Mon Nước Thủy Trúc cho thí nghiệm 3.4 So sánh hiệu suất xử lý công thức với tiêu theo dõi 105 90 Amoni 75 Nitrit 60 BOD 45 COD 30 TSS 15 Phốtphát CT1 CT2 CT3 CT4 Hình 3.1 Hiệu suất xử lý NH4+, NO2-, BOD5, COD, TSS, PO43- sau 10 ngày trồng vật liệu Từ hình 3.1 ta thấy điểm chung lớn công thức CT1 – đối chứng có hiệu suất xử lý thấp so với công thức có trồng CT4_ Mon Nước + Thủy Trúc có hiệu suất xử lý tốt tiêu Sự khác có cộng hưởng qua lại loại với nhau, với hấp phụ chất ô nhiễm lên bề mặt xỉ than lớp vật liệu lọc phân hủy vi sinh vật lớp vật liệu lọc nên cho kết tốt so với có lớp xỉ than lớp vật liệu lọc trồng loại riêng lẻ 12 Nếu xét riêng ta thấy, CT2_Mon Nước có hiệu suất xử lý tốt tiêu Amoni, BOD5, COD so với CT3_Thủy Trúc Tùy thuộc vào loại trồng mà chúng có khả xử lý tiêu mức độ khác  Cây Mon Nước có khả xử lý Amoni, Phốtphát tốt  Cây Thủy trúc có khả xử lý Nitrit tốt  Các công thức cho hiệu xử lý tiêu BOD, COD, TSS gần tương đương 13 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận  Qua phân tích tính chất lý hóa xỉ than NMNĐ Mông Dương 1, ta thấy, xỉ than có độ ẩm nhỏ (2,02%), tỉ trọng 2,656 g/cm3, pH=9,9 có tính kiềm cao; hàm lượng KLN thuộc giới hạn cho phép theo TCVN 7209:2002, thành phần khoáng SiO2, Al2O3, Fe2O3 Xỉ than Mông Dương có đặc tính thuận lợi cho việc tái sử dụng xử lý nước thải  Công thức có khả xử lý chất thải tốt công thức vật liệu 4, VL4 = Cát to + Cát mịn + 50% Xỉ than Với thứ tự xếp chiều dày lớp vật liệu theo thứ tự từ lên cát to:cát mịn:xỉ than=4:4:10 cm  Qua thí nghiệm xác định khả sinh trưởng, phát triển khả chịu tải lượng ô nhiễm trồng chất xỉ than môi trường nước thải sinh hoạt cho thấy: Cây Dong Riềng thích hợp với ngưỡng nồng độ 50%; Mon Nước, Thủy Trúc, Muống Nhật, Phát Lộc thích hợp với ngưỡng nồng độ 75% - 100% Hai loại phát triển tốt chất xỉ than Thủy Trúc Mon Nước  Sau nghiên cứu khả xử lý nước thải công thức trồng vật liệu (xỉ than, cát to, cát mịn) cho thấy: 14  Công thức có khả xử lý tốt công thức gồm loại Thủy Trúc Mon Nước trồng vật liệu (50% xỉ than, cát to, cát mịn)  Nếu xét riêng với tiêu cụ thể thì: CT2_Mon Nước cho hiệu xử lý Amoni, Phốt phát tốt Ngoài hiệu xử lý tiêu COD, BOD5 cao so với CT3_Thủy Trúc CT3_Thủy Trúc cho hiệu xử lý Nitrit tốt so với CT2_Mon Nước Các công thức cho hiệu xử lý TSS gần tương đương Kiến nghị cho nghiên cứu  Khi xây dựng mô hình thực tế cần biết cách sử dụng kết hợp vật liệu lọc xỉ than, cát, sỏi, đá hợp lý để sử dụng mô hình ĐNN nhân tạo nhằm mang lại hiệu xử lý cao  Tiếp tục thử nghiệm phân tích số tiêu: coliform, sunphua, kim loại nặng, dầu mỡ… để đánh giá toàn diện khả lọc xỉ than vật liệu lọc, đồng thời tiếp tục thử nghiệm khả lọc, kết hợp xỉ than với số vật liệu khác đá to, sỏi to, mùn bán phân hủy, sét hạt mịn thay đổi chiều dày lớp vật liệu để tìm công thức vật liệu tối ưu  Nghiên cứu thêm khả xử lý trồng với số tiêu khác sunfua, nitrat, KLN, coliform 15 [...]... việc tái sử dụng trong xử lý nước thải  Công thức có khả năng xử lý chất thải tốt nhất là công thức vật liệu 4, VL4 = Cát to + Cát mịn + 50% Xỉ than Với thứ tự sắp xếp và chiều dày lớp vật liệu theo thứ tự từ dưới lên trên là cát to:cát mịn :xỉ than= 4:4:10 cm  Qua thí nghiệm xác định khả năng sinh trưởng, phát triển cũng như khả năng chịu tải lượng ô nhiễm của các cây trồng trên chất nền là xỉ than và... cần biết cách sử dụng và kết hợp được các vật liệu lọc như xỉ than, cát, sỏi, đá hợp lý để sử dụng trong mô hình ĐNN nhân tạo nhằm mang lại hiệu quả xử lý cao nhất  Tiếp tục thử nghiệm phân tích một số các chỉ tiêu: coliform, sunphua, kim loại nặng, dầu mỡ… để đánh giá toàn diện hơn về khả năng lọc của xỉ than và các vật liệu lọc, đồng thời tiếp tục thử nghiệm khả năng lọc, kết hợp xỉ than với một...trồng thêm một số loại cây trong mô hình để có thể cung cấp oxy tốt hơn cho quá trình xử lý nhằm đạt hiệu suất xử lý cao hơn Qua nghiên cứu, công thức có khả năng xử lý chất thải tốt nhất là công thức vật liệu 4, đây là công thức tối ưu nhất Công thức vật liệu 4 (VL4) là công thức gồm sự kết hợp của các vật liệu lọc cát to, cát mịn và 50% xỉ than làm chất nền Thứ tự sắp xếp của các vật liệu... nước thải sinh hoạt cho thấy: Cây Dong Riềng thích hợp với ngưỡng nồng độ 50%; còn Mon Nước, Thủy Trúc, Muống Nhật, Phát Lộc thích hợp với ngưỡng nồng độ 75% - 100% Hai loại cây phát triển tốt nhất trên chất nền xỉ than là Thủy Trúc và Mon Nước  Sau khi nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của các công thức cây trồng trên vật liệu 4 (xỉ than, cát to, cát mịn) cho thấy: 14  Công thức có khả năng xử lý. .. đều cho hiệu quả xử lý các chỉ tiêu BOD, COD, TSS gần như là tương đương nhau 13 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận  Qua phân tích các tính chất lý hóa của xỉ than NMNĐ Mông Dương 1, ta thấy, xỉ than có độ ẩm nhỏ (2,02%), tỉ trọng 2,656 g/cm3, pH=9,9 có tính kiềm cao; hàm lượng KLN thuộc giới hạn cho phép theo TCVN 7209:2002, thành phần khoáng chính là SiO2, Al2O3, Fe2O3 Xỉ than Mông Dương 1 có những... trên là cát to, cát mịn, xỉ than với chiều dày lớp vật liệu lần lượt là 4:4:10 cm Tiến hành sử dụng vật liệu 4 có chất nền là xỉ than cho các thử nghiệm tiếp theo 3.3 Kết quả thử nghiệm trồng các loại thực vật thủy sinh khác nhau trên môi trƣờng nền của xỉ than Trên cơ sở chọn lựa những cây có khả năng sống ở những vùng ẩm ướt, dễ tìm, có giá trị thẩm mĩ và có khả năng XLNT sinh hoạt Mỗi loài thực vật... liệu 4 (50% xỉ than, cát to, cát mịn)  Nếu xét riêng từng cây với từng chỉ tiêu cụ thể thì: CT2_Mon Nước cho hiệu quả xử lý Amoni, Phốt phát là tốt nhất Ngoài ra hiệu quả xử lý các chỉ tiêu COD, BOD5 cũng cao hơn so với CT3_Thủy Trúc CT3_Thủy Trúc cho hiệu quả xử lý Nitrit là tốt nhất so với CT2_Mon Nước Các công thức đều cho hiệu quả xử lý TSS là gần tương đương nhau 2 Kiến nghị cho nghiên cứu tiếp... mình lớp nền là xỉ than và lớp vật liệu lọc và trồng một loại cây riêng lẻ 12 Nếu xét riêng từng cây ta thấy, CT2_Mon Nước có hiệu suất xử lý tốt hơn về các chỉ tiêu như Amoni, BOD5, COD so với CT3_Thủy Trúc Tùy thuộc vào mỗi loại cây trồng mà chúng có khả năng xử lý các chỉ tiêu ở các mức độ khác nhau  Cây Mon Nước có khả năng xử lý Amoni, Phốtphát là tốt nhất  Cây Thủy trúc có khả năng xử lý Nitrit... với môi trường nền là xỉ than và nồng độ của nước thải sinh hoạt đầu vào Trong đó có hai loại cây 11 phát triển tốt nhất là Mon Nước và Thủy Trúc Vì vậy, tiến hành lựa chọn Mon Nước và Thủy Trúc cho thí nghiệm tiếp theo 3.4 So sánh hiệu suất xử lý giữa các công thức với các chỉ tiêu theo dõi 105 90 Amoni 75 Nitrit 60 BOD 45 COD 30 TSS 15 Phốtphát 0 CT1 CT2 CT3 CT4 Hình 3.1 Hiệu suất xử lý NH4+, NO2-,... chung lớn nhất trong các công thức là CT1 – đối chứng luôn có hiệu suất xử lý thấp hơn so với các công thức có trồng cây và CT4_ Mon Nước + Thủy Trúc luôn có hiệu suất xử lý tốt hơn về các chỉ tiêu Sự khác nhau này là do có sự cộng hưởng qua lại giữa các loại cây với nhau, cùng với sự hấp phụ các chất ô nhiễm lên bề mặt của xỉ than và lớp vật liệu lọc cũng như sự phân hủy của vi sinh vật trong lớp vật