Luận Văn Nghiên cứu công nghệ lọc sinh học có vật liệu ngập trong nước trong công nghệ xử lý nước thải bằng m

LỜI MỞ ĐẦU
​

1.1 Đặt vấn đề
Nước là chất không thể thiếu đối với sự sống trên trái đất. Cùng với sự phát triển của nền văn minh nhân loại qua quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa loài người đang đứng trước hiểm họa của vấn đề ô nhiễm môi trường. Trong đó ô nhiễm nguồn nước là một trong những vấn đề nóng bỏng nhất. Để tiến tới một xã hội phát triển bền vững, nhiều tổ chức quốc tế và hầu hết các quốc gia trên thế giới đều có những chương trình và hành động cụ thể nhằm bảo vệ môi trường sinh thái của nước mình cũng như môi trường toàn cầu. Trong xu thế đó ở nước ta đã ban hành luật bảo vệ môi trường và các quy luật cũng như triển khai nhiều chương trình hành động cụ thể để bảo vệ môi trường.
Để giảm thiểu tác động xấu đến môi trường, đảm bảo phát triển bền vững thì ngoài việc áp dụng các biện pháp nhằm giảm thiểu tại nguồn sử dụng tiết kiệm và hiệu quả tài nguyên thiên nhiên thì giải pháp xử lý cuối đường ống luôn đóng vai trò quan trọng trong nhiệm vụ bảo vệ môi trường nói chung và bảo vệ nguồn nước nói riêng. Chính vì lẽ đó nhiều nhà khoa học, công nghệ đã được tập trung vào nghiên cứu và đưa ra các giải pháp nhằm giảm thiểu các tác động xấu tới môi trường do các hoạt động của đời sống và sản xuất gây nên. Một trong những xu hướng nghiên cứu thu hút nhiều sự quan tâm của giới khoa học đó là xử lý nước thải. Nước thải được tạo ra từ nhiều loại hoạt động khác nhau của xã hội và vì vậy chúng có tính chất rất khác nhau tùy thuộc vào nguồn thải. Nhưng có một điểm chung là khả năng gây ô nhiễm nguồn nước đe dọa trực tiếp tới con người cũng như môi trường sinh thái.
Để giải quyết những vấn đề nêu trên đã có nhiều biện pháp. Trong đó có:
 Áp dụng công nghệ mới không có hoặc có ít nước thải.
 Loại trừ hoặc giảm phế thải công nghiệp vào nước thải sản xuất.
 Áp dụng hệ thống tuần hoàn, tái sử dụng nước sản xuất.
 Xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn.
Tùùy thuộc vào từng loại nước thải và dựa trên những yêu cầu nhất định mà người ta lựa chọn sử dụng một phương pháp nào đó hoặc kết hợp nhiều phương pháp với nhau. Mỗi phương pháp xử lý nước thải đều có những ưu việt và hạn chế. Không thể nào có duy nhất một phương pháp duy nhất cho tất cả các loại nước thải. Để lựa chọn một phương pháp cần phải có những hiểu biết chung về môi trường và những kiến thức về các nguyên lý cơ bản cũng như công nghệ của phương pháp đó. Trên cơ sở đó mới có thể đưa ra giải pháp thích hợp. Tuy nhiên, xuất phát từ yêu cầu của sự phát triển thiên thiện, hài hòa với môi trường và những ưu điểm vượt trội của phương pháp sinh học, điều đầu tiên phải tính đến là sử dụng phương pháp sinh học.
Nhiều nơi thế giới như hệ thống xử lý bằng hoạt tính, hệ thống xử lý kỵ khí kiểu UASB; các kiểu dạng khác nhau của lọc sinh học kỵ khí và hiếu khí; hệ thống xử lý kết hợp kỵ khí/ hiếu khí; hệ thống kết hợp xử lý bằng bùn hoạt tính với thực vật thủy sinh, hệ thống sử dụng tảo xử lý nước thải thu sinh khối. Tuy nhiên, những hệ thống này được nghiên cứu và đưa vào thực tế ứng dụng cho các cơ sở xử lý quy mô lớn với cơ sở hạ tầng tốt, công việc thu gom nước thải thực hiện dễ dàng. Với những nước đang phát triển như Việt Nam thì việc xây dựng hệ thống thu gom nước thải sinh hoạt về các cơ sở xử lý tập trung quy mô lớn là rất tốn kém và có thể nói khó có thể thực hiện trong tương lai gần. Thêm vào đó nước thải sinh hoạt của cộng đồng dân cư nhỏ thì việc thu gom lại càng trở nên khó khăn hơn do khoảng cách lớn từ nguồn thải tới trạm xử lý. Đối với các cơ sở công nghệ quy mô nhỏ, cơ sở sản xuất tại các làng nghề đặc biệt là cơ sở sản xuất thực phẩm quy mô nhỏ đang tạo ra sức ép rất lớn đối với môi trường do nước sản xuất gây ra. Một trong những nguyên nhân gây ra tình trạng này là do trình độ công nghệ của những cơ sở này thấp, thiết bị lạc hậu, chắp vá nên lượng nước thải ra trên một đơn vị sản phẩm lớn.
Trong phạm vi của bài tiểu luận tốt nghiệp “ nghiên cứu công nghệ lọc sinh học với vật liệu ngập trong nước trong công nghệ xử lý nước thải bằng màng vi sinh” . Tôi tiến hành nghiên cứu nhằm đưa ra mô hình xử lý nước thải ứng dụng lọc sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải thực phẩm.
1.2 Mục đích
Để bảo vệ môi trường cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng ảnh hưởng tới đời sống và sức khoẻ của con người. Trong đó, môi trường nước đang bị ô nhiễm nặng. Nhằm nâng cao đời sống cho người dân đòi hỏi nước phải sạch sẽ đảm bảo yêu cầu y tế. Do đó, việc xử lý nước thải là rất cần thiết đối với các nước cũng như Việt Nam. Công nghệ lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước nhằm loại bỏ các chất hữu cơ gây ô nhiễm nguồn nước trong nước thải mang lại nguồn nước sạch nhằm bảo vệ môi trường và con người.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện qua việc tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải trong công nghệ xử lý nước thải. Các phương pháp xử lý nước thải sử dụng phổ biến hiện nay đặc biệt là phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Nghiên cứu quá trình lọc sinh học có vật liệu ngập trong nước trong công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp vi sinh ứng dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải thực phẩm mang lại hiệu quả cao
Bài khoá luận bao gồm các chương sau:
Chương I: Mở đầu
Chương II: Tổng quan về xử lý nước thải
Chương III: Nghiên cứu công nghệ lọc sinh học ngập nước trong xử lý nước thải.
Chương IV: Kết quả thực nghiệm và thảo luận
Chương V: Kết luận và kiến nghị

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu bằng các phương pháp sau đây:
Phương pháp luận: Nghiên cứu tư liệu đọc và thu thập số liệu về tình hình nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Các hệ thống xử lý nước thải được sử dụng vào xử lý nước.
Phương pháp phân tích thực nghiệm tại phòng thí nghiệm.
Phương pháp so sánh: Phương pháp này nhằm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải đầu vào và ra theo tiêu chuẩn Việt Nam ( TCVN 5945 : 1995)
Phương pháp phân tích và tổng hợp.
1.5 Phạm vi nghiên cứu
Mỗi loại nước thải đều có đặc tính riêng khác nhau, do đó cũng có những phương pháp xử lý khác nhau. Do thời gian thực hiện khoá luận tương đối ngắn nên tôi mới chỉ thực hiện mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm của trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM mà thôi.
Công nghệ lọc sinh học có vật liệu ngập trong nước trong công nghệ xử lý nước thải bằng màng vi sinh ứng dụng cho nước thải sinh hoạt và thực phẩm

MỤC LỤC
​

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIIỆP
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
LỜI CẢM ƠN
CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
CHƯƠNG I MỞ ĐẦU trang
I. Đặt vấn đề 1
II. Mục đích 3
III. Đối tượng nghiên cứu 3
IV. Phương pháp nghiên cứu 4
V. Phạm vi nghiên cứu 4
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.1 Nước sạch là gì? 5
2.2 Nước thải là gì? 5
2.2.1 Nước mưa 5
2.2.2. Nước thải sinh hoạt 5
2.2 3 Nước thải công nghiệp 8
2.3 Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật 13
2.4 Các phương pháp xư ûlý nước thải 15
2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 15
2.4.1.1 Thiết bị chắn rác 15
2.4.1.2 Thiết bị nghiền rác 16
2.4.1.3 Bể điều hoà 16
2.4.1.4 Bể lắng cát 17
2.4.1.5 Bể lắng 17
2.4.1.6 Lọc 18
2.4.1.7 Tuyển nổi, vớt dầu mỡ 18
2.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học 18
2.4.2.1 Phương pháp Ozon hoá cũng thuộc loại phương pháp hoá 19
học 20
2.4.2.2 Phương pháp trung hoà 20
2.4.2.3 Phương pháp oxy hoá- khử 20
2.4.2.4 Khử trùng nước thải 21
2.4.2.5 Phương pháp Chlor hoá 21
2.4.2.6 Phương pháp Chlor hoá nước thải bằng Clorua vôi 21
2.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý 22
2.4.3.1 Phương pháp keo tụ 22
2.4.3.2 Phương pháp tuyển nổi 22
2.4.3.3 Phương pháp hấp phụ 23
2.4.3.4 Phương pháp trao đổi ion 23
2.4.3.5 Các quá trình tách bằng màng 24
2.4.3.6 Phương pháp điện hoá 25
2.4.3.7 Phương pháp trích ly 25
2.4.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 26
2.4.4.1 Công trình xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên 28
2.4.4.1.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc 28
2.4.4.1.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp 29
2.4.4.1.3 Hồ sinh học 30
2.4.4.2 Xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo 31
2.4.4.2.1 Bể Aeroten 31
2.4.4.2.2 Bể lọc sinh học- Biôphin 33
2.4.4.2.3 Đĩa quay sinh học 33
2.4.4.2.4 Bể lọc kỵ khí có lớp cặn lơ lửng( UASB) 33
2.4.4.2.5 Bể khí sinh học: 34
2.4.4.3 Vi sinh học trong nước thải công nghiệp 35
2.4.4.3.1 Vi khuẩn 37
2.4.4.3.2 Virut 39
2.4.4.3.3 Nấm men 40
2.4.4.3.4 Tảo đơn bào 41
2.4.4.3.5 Nguyên sinh động vật 41
2.4.4.3.6 Các sinh vật khác 43
CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LỌC SINH HỌC NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.1 Tổng quan về bể lọc sinh học 44
3.1.1 Định nghĩa bể lọc sinh học 44
3.1.2 Phân loại lọc sinh học 47
3.2 Lọc sinh học bởi lớp vật liệu lọc ngập trong nước. 48
3.2.1 Cấu tạo và quy trình vận hành 48
3.2.2 Tính chất của vật liệu lọc nổi 50
3.2.3 Vi sinh vật trong xử lý 52
3.2.4 Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật 55
3.2.4.1 Cấu tạo màng vi sinh 55
3.2.4.2 Quá trình tiêu thụ cơ chất và làm sạch nước thải 56
3.2.4.2.1 Quá trình tiêu thụ cơ chất diễn ra như sau 56
3.2.4.2.2 Quá trình nitrat hóa 57
3.2.4.2.3 Quá trình khử nitrat 59
3.2.4.2.4 Quá trình khử phostpho 59
3.2.5 Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi
sinh vật 60
3.2.6 Tắc màng và các biện pháp khắc phục 60
3.2.6.1 Hiện tượng tắc màng 60
3.2.6.2 Cách khắc phục 61
3.2.7 Ưu điểm và nhược điểm 63
3.2.7.1 Ưu điểm 63
3.2.7.2 Nhược điểm 63
3.2.8 Các yếu tố ảnh hưởng tới xử lý 63
3.3 Mô hình thí nghiệm 64
3.3.1 Chuẩn bị 65
3.3.2 Các bước tiến hành 65
3.3.2.1 TN1: xác định các thông số bùn 65
3.3.2.2 TN2: chạy giai đoạn thích nghi 66
3.3.2.3 TN3: giai đoạn chạy tĩnh 66
3.3.2.4 TN4: giai đoạn chạy động 67
3.4: Công thức tính thông số động học 67
CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Xác định thông số đầu vào của bùn 70
4.2 Giai đoạn thích nghi 70
4.3 Giai đoạn chạy tĩnh 71
4.3.1 Tải trọng 24 giờ 71
4.3.2 Tải trọng 12 giờ 72
4.3.3 Tải trọng 6 giờ 73
4.3.4 Tải trọng 4 giờ 74
4.3.5 Tải trọng 2 giờ: 76
4.4 Giai đoạn chạy động: 77
4.4.1 Tải trọng 24 giờ với lưu lượng28 lít/ngày 77
4.4.2 Tải trọng 12 giờ với lưu lượng 56 lít/ngày 78
4.4.3 Tải trọng 6 giờ với lưu lượng 112 lít/ ngày 79
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận
5.2 Kiến nghị
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: Bảng tiêu chuẩn nước thải Việt Nam 5945:2005
PHỤ LỤC 2: Hình ảnh một số vật liệu lọc
TÀI LIỆU THAM KHẢO