(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Ứng Dụng Quá Trình Anammox Để Xử Lí Amôni Cho Nước Thải Sinh Hoạt Khu

i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt bài luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên,

giúp đỡ của các cá nhân và tập thể.

Trước tiên tôi xin được gửi lời biết ơn chân thành nhất tới TS. Trần Thị Hiền

Hoa – Trường Đại Học Xây Dựng đã hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi

được tham quan nghiên cứu và thực hiện luận văn.

Tôi xin gửi lời biết ơn tới ban lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi đã luôn tạo

điều kiện tốt cho tôi học tập và phát triển. Đồng thời tôi cũng xin bày tỏ lòng biết

ơn tới TS. Phạm Thị Ngọc Lan – Bộ môn Kỹ thuật Môi trường – Khoa Môi trường

đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi học tập và thực hiện luận văn.

Và cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, người thân, những

người đã luôn sát cánh cùng tôi, chia sẻ và động viên tôi không ngừng nỗ lực vươn

lên trong học tập cũng như trong cuộc sống.

Tuy nhiên do thời gian có hạn, trình độ hạn chế, số liệu và công tác xử lý số

liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của Luận văn là không thể tránh khỏi.

Do đó, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo

cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp.

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2015

Tác giả

Nguyễn Thị Hoài

ii

BẢN CAM KẾT

Tên tác giả: Nguyễn Thị Hoài

Học viên cao học: 21KTMT21

Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Hiền Hoa

TS. Phạm Thị Ngọc Lan

Tên đề tài Luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng quá trình anammox để xử lý

amôni cho nước thải sinh hoạt khu đô thị Pháp Vân – Tứ Hiệp”

Tác giả xin cam đoan đề tài Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu

được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan nhà

nước… để tính toán ra các kết quả, từ đó cân bằng, đánh giá và đưa ra một số đề

xuất giải pháp. Tác giả không sao chép bất kỳ một Luận văn hoặc một đề tài nghiên

cứu nào trước đó.

Tác giả

Nguyễn Thị Hoài

ii

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 1

BẢN CAM KẾT .................................................................................................... 1

DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................... 1

MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1

2. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................... 3

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 3

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 3

4.1. Cách tiếp cận ............................................................................................ 3

4.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 3

5. Kết quả dự kiến đạt được ................................................................................. 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ TRONG ........... 5

NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM. .................... 5

1.1. Tổng quan về hiện trạng xử lý nước thải sinh hoạt ở Việt Nam ..................... 5

1.2. Định hướng thoát nước và xử lý nước thải sinh hoạt Việt Nam ..................... 7

1.3. Các công nghệ để xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt trên thế giới và ở Việt

Nam ..................................................................................................................... 9

1.4. Các công nghệ để xử lý nitơ trong nước thải ứng dụng quá trình anammox

trên thế giới ....................................................................................................... 15

1.5. Các công nghệ để xử lý nitơ trong nước thải ứng dụng quá trình anammox ở

Việt Nam ........................................................................................................... 17

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM XỬ LÝ NITƠ

TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX. ....... 20

2.1. Lý thuyết về quá trình anammox ................................................................. 20

2.1.1. Định nghĩa về quá trình anammox ........................................................ 20

2.1.2. Cơ chế của quá trình anammox ............................................................ 21

2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình anammox ...................................... 22

2.1.3.1. Ảnh hưởng của DO ....................................................................... 22

2.1.3.2. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ ...................................................... 23

2.1.3.3. Nồng độ Amôni, Nitrit .................................................................. 23

2.1.3.4. Nồng độ sinh khối ........................................................................ 24

2.1.3.5. Các yếu tố khác ............................................................................. 24

iv

2.1.4. So sánh đánh giá với công nghệ xử lý nitơ truyền thống ....................... 24

2.2. Nghiên cứu mô hình thí nghiệm với nước thải sinh hoạt ............................. 27

2.2.1. Mô tả mô hình thí nghiệm quá trình anammox ..................................... 27

2.2.2. Kết quả và đánh giá .............................................................................. 33

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX ĐỂ XỬ LÝ AMÔNI

CHO NƯỚC THẢI SINH HOẠT KHU ĐÔ THỊ PHÁP VÂN – TỨ HIỆP ..... 40

3.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu .............................................................. 40

3.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................... 40

3.1.2. Đặc điểm về địa hình ........................................................................... 42

3.1.3. Đặc điểm về địa chất thủy văn, địa chất công trình ............................... 42

3.1.4. Quy hoạch về sử dụng đất và dân cư .................................................... 43

3.1.5. Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật .................................................................. 44

3.2. Phương án và công nghệ xử lý .................................................................... 45

3.2.1. Hiện trạng hệ thống thoát nước và xử lý nước thải khu vực: ................. 45

3.2.2. Xác định thông số tính toán .................................................................. 45

3.2.3. Đề xuất sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý amôni trong nước thải sinh

hoạt cho tòa nhà (điển hình – A6) Khu đô thị Pháp Vân Tứ Hiệp ................. 47

3.2.4. So sánh lựa chọn công nghệ ................................................................. 53

3.3. Tính toán thiết kế dây chuyền công nghệ cho khu vực nghiên cứu. ............. 54

3.3.1. Tính toán bể tự hoại: ............................................................................ 54

3.3.2. Tính toán bể điều hòa ........................................................................... 57

3.3.3. Tính toán bể Aeroten ............................................................................ 61

3.3.4. Tính toán bể lắng đứng......................................................................... 68

3.3.5. Tính toán bể nitrit bán phần / Anammox .............................................. 69

3.4. Khái toán kinh tế theo phương án lựa chọn ................................................. 73

3.4.1. Khái toán chi phí xây dựng hệ thống .................................................... 73

3.4.2. Khái toán chi phí quản lý ..................................................................... 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 79

iv

v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Hình ảnh khu xử lý nước thải khu đô thị Hapulico ................................... 6

Hình 1.2. Hình ảnh khu xử lý nước thải thuộc khu nghỉ dưỡng– Đông Anh –

HN[23] .................................................................................................................... 7

Hình 1.3. Khu xử lý nước thải đô thị Phú Mỹ Hưng[24] .......................................... 7

Hình 1.4. Sơ đồ dây chuyên xử lý Nitơ trong nước thải - phản nitrat hóa ............... 11

Hình 1.5. Sơ đồ dây chuyên xử lý Nitơ trong nước thải – khử nitrat ...................... 11

Hình 1.6. Sơ đồ dây chuyên xử lý Nitơ trong nước thải – Kết hợp 2 quá trình ....... 12

Hình 1.7. Sơ đồ dây chuyên xử lý Nitơ trong nước thải – Kênh oxi hóa tuần hoàn 13

Hình 1.8. Sơ đồ dây chuyên xử lý Nitơ trong nước thải – Bể SBR ......................... 14

Hình 1.9. Các giai đoạn hoạt động trong bể SBR ................................................... 14

Hình 2.1. Sơ đồ chu trình nitơ kết hợp với quá trình anammox .............................. 20

Hình 2.2. Cơ chế sinh hoá giả thiết của phản ứng Anammox ................................. 21

Hình 2.3. Hình ảnh vi khuẩn Anamox[13] ............................................................. 22

Hình 2.4. Sơ đồ chu trình nitơ truyền thống ........................................................... 25

Hình 2.5. Mô tả so sánh công nghệ xử lý nitơ theo phương pháp truyền thống và

Anammox .............................................................................................................. 27

Hình 2.6. Vật liệu mang Acrylin ............................................................................ 28

Hình 2.7. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................. 29

Hình 2.8. Bùn nuôi cấy. ........................................................................................ 30

Hình 2.9. Bộ ổn nhiệt tùy chỉnh ........................................................................... 30

Hình 2.10. Máy đo PH ........................................................................................ 30

Hình 2.11. Máy bơm nhu động ............................................................................ 31

Hình 2.12. Máy thổi khí ...................................................................................... 31

Hình 2.13. Hình ảnh lắp đặt mô hình ..................................................................... 31

Hình 2.14. Sơ đồ mô hình thí nghiệm[3] ................................................................ 32

vi

Hình 2.15. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của các chỉ tiêu đầu ra (HRT=24giờ) ....... 34

Hình 2.16. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của các chỉ tiêu đầu ra (HRT=24giờ) ....... 35

Hình 2.17. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi các chỉ tiêu đầu ra ( HRT=12giờ)............. 36

Hình 2.18. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi các chỉ tiêu đầu ra ( HRT=10giờ)............. 37

Hình 2.19. Biểu đồ thể hiện sự biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý tổng Nitơ ..... 38

Hình 3.1. Vị trí và bản đồ quy hoạch chi tiết khu đô thị Pháp Vân – Tứ Hiệp ...... 41

Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tòa nhà điển hình A6 – Khu đô thị Pháp

Vân – Tứ Hiệp (Phương án 1)................................................................................ 49

Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ anammox xử lý nước thải tòa nhà điển hình A6 – Khu

đô thị Pháp Vân – Tứ Hiệp (Phương án 2) ............................................................. 52

Hình 3.4. Bể điều tự hoại ...................................................................................... 57

Hình 3.5. Bể điều hòa lưu lượng ........................................................................... 61

Hình 3.6. Sơ đồ làm việc bể Aeroten ..................................................................... 65

Hình 3.7. Mặt bằng chi tiết hệ thống phân phối khí. ............................................... 71

Hình 3.8. Mặt bằng giá thể vật liệu dính bám ........................................................ 72

Hình 3.9. Chi tiết khung treo giá thể vật liệu dính bám .......................................... 72

Hình 3.10. Mặt cắt bể nitrit bán phần /anammox ................................................... 73

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải .......................................... 10

Bảng 2.1. Số liệu nước thải KTX sau khi xử lý một phần qua bể AnMBR [3] ...... 28

Bảng 2.2. Bảng giá trị biến thiên nồng độ (với HRT =24giờ, DO= 1-1,5mg/l) ....... 33

Bảng 2.3. Bảng giá trị biến thiên nồng độ (với HRT =12giờ, DO=0,65-0,95mg/l) . 35

Bảng 2.4. Bảng giá trị biến thiên nồng độ (với HRT =12giờ, DO 0,5mg/) ........... 36

Bảng 2.5. Bảng giá trị biến thiên nồng độ (với HRT =10giờ, DO 5mg/l) ............. 37

Bảng 3.1. Bảng thống kê các chỉ tiêu sử dụng đất. ................................................. 43

Bảng 3.2. Thành phần tính chất nước thải đầu vào ................................................. 46

Bảng 3.3. Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính giá trị tối đa cho phép ....... 47

Bảng 3.4. So sánh các phương pháp xử lý nitơ bằng quá trình anammox ............... 53

Bảng 3.5. Thông số thiết kế bể điều hòa ............................................................... 60

Bảng 3.7. Kích thước bể lắng ............................................................................... 69

Bảng 3.8. Khái toán chi phí xây dựng trạm xử lý nước thải ................................... 74