Nghiên cứu khả năng ứng dụng thực vật nổi lục bình, bèo tấm trong xử lý nước thải nhiễm dầu

432 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG THỰC VẬT NỔI LỤC BÌNH, BÈO TẤM TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU Tạ Trung Kiên, Nguyễn Kim Hương, Trần Ngọc Yến Anh, Trần Nhật Linh Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Lâm Vĩnh Sơn TÓM TẮT Ô nhiễm môi trường liên quan đến các sự cố tràn dầu đang là bài toán đặt ra cần được giải quyết đối với việc khôi phục môi trường tự nhiên trở lại hiện trạng ban đầu. Thay vì sử dụng các phương pháp cơ, hóa học thì bài báo trình bày nghiên cứu, khảo sát khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu thông qua các loại thực vật nổi như: lục bình, bèo. Kết quả nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ thêm việc sử dụng thực vật nổi để xử lý nước thải nhiễm dầu. Qua nghiên cứu cho thấy khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu thông qua các chỉ tiêu COD, BOD5, SS bằng lục bình có hiệu suất cao hơn so với khả năng xử lý của bèo tấm lần lượt là 34%, 27,8% và 11,1%. Từ khóa: khôi phục môi trường, nước thải nhiễm dầu, ô nhiễm môi trường, sự cố tràn dầu, thực vật nổi. 1 GIỚI THIỆU Hiện nay, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp thì tình hình ô nhiễm môi trường của nước ta cũng lên đến mức báo động. Công nghiệp dầu khí là một trong những ngành thải ra môi trường một lượng lớn chất thải độc hại. Ví dụ như nước thải nhiễm dầu, các khí độc NOx, SOx,... Các hiện tượng tràn dầu, rò rỉ khí dầu gây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường dẫn đến hủy hoại hệ sinh thái động thực vật và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Vì vậy vấn đề bảo vệ môi trường khỏi các chất ô nhiễm dầu đã trở thành một trong những vấn đề được xã hội quan tâm. Với mục tiêu góp phần bảo vệ môi trường. Ngoài việc tránh các hiện tượng rò rỉ khí dầu ra bên ngoài thì việc xử lý nước thải nhà máy lọc dầu được đặc biệt quan tâm chú ý, đầu tư phát triển. Và để đảm bảo sức khỏe cộng đồng, trả lại cho môi trường sự trong sạch ban đầu của nó, người ta đã nghiên cứu và áp dụng thành công nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sinh học được đánh giá cao bởi các đặc tính ưu việt của nó như: giá thành thấp, không gây ô nhiễm cho môi trường xử lý, tuy nhiên thời gian dài hơn so với các phương pháp khác. Trong các phương pháp xử lý sinh học thì việc sử dụng thực vật thủy sinh là một phương pháp tương đối phù hợp với tình hình kinh tế hiện nay. Đặc biệt là các loài thực vật bản địa như lục bình, bèo [1]. Thực vật thủy sinh có khả năng xử lý nước thải tốt. Vì vậy bài báo trình bày những nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của thực vật nổi như: lục bình, bèo. 433 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Tổng hợp các tài liệu và nghiên cứu có liên quan đến các đối tượng nghiên cứu như: nước thải nhiễm dầu, thực vật thủy sinh (lục bình, bèo). Nghiên cứu bố trí mô hình thí nghiệm nhằm khảo sát khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của lục bình, bèo tấm. Phân tích các thông số đầu vào và đầu ra của nước thải nhiễm dầu sau khi qua hệ thống xử lý nhằm đánh giá so sánh hiệu quả xử lý của phương pháp này như thế nào. 3 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU Dầu là chất lỏng sánh, thường có mùi đặc trưng, nhẹ hơn và không tan trong nước. Chúng bị oxy hóa rất chậm, có thể tồn tại đến 50 năm. Trong dầu có tới hàng trăm loại hydrocacbon khác nhau đại diện cho nhiều loại cấy trúc riêng biệt. Chỉ tính xăng là loại hỗn hợp hydrocacbon dầu mỏ tinh chế, đã có hơn 200 chất khác nhau ở tính bay hơi, tính hòa tan, tính hấp phụ Có 4 nhóm xí nghiệp hoạt động và sinh ra nước thải nhiễm dầu, đặc trưng là: - Khoan và khai thác dầu: Nước thải sinh ra từ nước sản xuất và cặn bùn khoan. - Vận chuyển dầu thô và các sản phẩm đã chế biến từ dầu mỏ: do dầu tràn, rơi ra khỏi tàu chở dầu hoặc nước dưới hầm tàu xả ra bến cảng, hoặc bị gặp nạn trên đường vận chuyển. - Các nhà máy lọc dầu: nước từ các công đoạn công nghệ, đặc biệt ở công đoạn cracking. Trong nước thải của nhà máy này có chứa nhiều xút, nhiều hóa chất khác, S2-, R – SH, phenol, - Công nghê hóa dầu: Nước thải của nhà máy này ô nhiễm từ nguồn nhiên liệu thô, các dung môi, các chất xúc tác và bản thân các polime ở trạng thái lơ lững hoặc nhũ tương 4 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Vật liệu nghiên cứu 4.1.1 Lục bình Lục bình là loài cỏ thủy sinh, thân ngắn có chùm lông ở giữa, với dạng lá hình tròn, màu xanh lục, láng và nhẫn mặt. Lá cuống vào nhau như những cánh hoa, gân hình cung, mịn, đa sắc Hình 1. Lục bình 434 4.1.2 Bèo tấm Cây bèo tấm (còn gọi là bèo cám) có tác dụng ức chế loăng quăng (ấu trùng của muỗi) phát triển, đặc biệt có thể "vô hiệu hoá" các độc chất trong nước như kim loại nặng, fenol, benzen... Các loài thực vật này rất đơn giản, chúng thiếu thân hoặc lá, nhưng bao gồm cấu trúc nhỏ giống như lưỡi lam trôi nổi trên hoặc chỉ ngay dưới bề mặt nước, có hoặc không có các rễ con đơn giản. Bèo tấm có vai trò quan trọng trong việc khắc phục tình trạng dư thừa các chất dinh dưỡng dạng khoág chất dư thừa trong các ao hồ bằng biện pháp sinh học do chúng phát triển nhanh và hấp thụ phần lớn các chất này, cụ thể là các nitrat và phốtphát. Nó cũng làm giảm tỷ lệ bay hơi của nước. Hình 2. Bèo 4.2 Phương pháp nghiên cứu 4.2.1 Phương pháp luận Từ khi con người phát hiện và biết khai thác dầu thì vấn đề ô nhiễm dầu cũng bắt đầu xuất hiện do: tràn dầu, nước thải từ nhà máy lọc dầu, kho xăng dầu, gây ảnh hưởng đến môi trường sống của con người. Bên cạnh đó các phương pháp xử lý nước thải ô nhiễm dầu hiện nay chi phí khá cao và vận hành phức tạp. Do đó lựa chọn một công nghệ xử lý có hiệu quả, chi phí thấp, phù hợp với tình hình kinh tế hiện nay là điều cần thiết. Việc ứng dụng khả năng xử lý nước thải của thực vật nổi phần nào đáp ứng được những nhu cầu đó. [4] 4.2.2 Phương pháp cụ thể Tổng hợp các số liệu. Xử lý, phân tích, tổng hợp các tài liệu, số liệu, thu thập theo mục tiêu đề ra. Phương pháp khảo sát thực địa. Tiến hành thực hiện khảo sát thực địa lấy mẫu, thí nghiệm, khảo sát, đo đạc và quan trắc. Phương pháp thống kê. Hệ thống hóa các chỉ tiêu cần thống kê, tiến hành điều tra thống kê, tổng hợp thống kê, phân tích và dự đoán. Phương pháp xây dựng mô hình thực tế, phân tích thực nghiệm hóa, lý của nước. Phân tích các chỉ tiêu về BOD5, COD, SS, pH trong nước [3]. 435 4.2.3 Quy trình thực hiện Hình 3. Quy trình xử lý nước thải nhiễm dầu Hình 4. Mô hình hệ thống xử lý Chú thích: 1 – Hồ chứa 7 – Máng gạt 2 – Hồ keo tụ - tạo bông 8 – Ống xả nước 3 – Hồ lục bình 9 – Van (9) 4 – Hồ bèo tấm 10 – Van (10) 5 – Hồ chứa dầu 11 – Van (11) 6 – Trục bẫy dầu 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 7 436 Nguyên lý hoạt động Đưa nước thải vào hồ chứa. Hồ chứa có tác dụng chứa nước thải để xử lý lại có tác dụng như một bể lắng, tại đây đặt hệ thống tách dầu nhằm tách dầu sơ bộ trước khi đem qua hồ keo tụ tạo bông. Dầu nổi trên mặt nước bám vào trục bẫy dầu, sau đó theo máng gạt chảy sang hồ chứa dầu. Nước thải sau khi đã được tách dầu sơ bộ thì mở van để đưa nước thải từ hồ chưa qua hồ keo tụ - tạo bông. Ở đây ta dùng phèn nhôm để thực hiện quá trình keo tụ. Hồ này có tác dụng làm giảm hàm lượng COD, TSS của nước thải. Sau khi hàm lượng COD của nước thải giảm được 7 – 10 lần thì dùng bơm, bơm lượng nước (lớp nước trên mặt) từ hồ keo tụ sang 2 hồ thủy sinh sao cho lưu lượng nước đi vào là 0,711/h. Van 10 đưa nước ra khỏi hồ lục bình, van 11 đưa nước ra khỏi hồ bèo tấm. Điều chỉnh đồng thời 2 van này sao cho lưu lượng nước đi ra khỏi hồ cũng là 0,711/h. 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5.1 Kết quả phân tích nước đầu vào của hệ thống Bảng 1. Kết quả phân tích nước thải đầu vào Chỉ tiêu pH COD (mg/l) SS (mg/l) BOD5 (mg/l) Hàm lượng dầu (mg/l) Đầu vào 6,7 3.000 376 2.100 12 QCVN 40: 2011/BTNMT LOẠI B 5,5 - 9 150 100 50 10 Nhận xét: Chất lượng nước thải đầu vào khi so với QCVN 40: 2011/BTNMT loại B thì nước thải dầu vào có nồng độ các chất ô nhiễm quá cao, vượt quy chuẩn nhiều lần. COD vượt quy chuẩn 20 lần, BOD vượt 3,76 lần, hàm lượng dầu vượt 1,2 lần. Nhận xét chung: Do đó, ta không thể xử lý trực tiếp bằng hồ thủy sinh mà phải thực hiện tách dầu, rồi xử lý bằng phương pháp keo tụ để giảm bớt một phần nồng độ các chất ô nhiêm, trước khi xử lý bằng hồ thủy sinh. 5.2 Kết quả quá trình xử lý của thực vật nổi trong hồ thủy sinh 5.2.1 Hồ lục bình Bảng 2. Kết quả đo và phân tích mẫu nước đầu vào và ra của hồ lục bình Chỉ tiêu pH COD (mg/l) SS (mg/l) BOD5 (mg/l) Đầu vào 7,2 426 189 277 Tuần 1 7 390 168 250 Tuần 2 6,9 283 142 172 Tuần 3 6,75 175 114 99 437 Chỉ tiêu pH COD (mg/l) SS (mg/l) BOD5 (mg/l) Tuần 4 6,72 102 78 65 Tuần 5 6,72 74 70 47 QCVN 40: 2011/BTNMT LOẠI B 5,5-9 150 100 50 5.2.2 Hồ bèo tấm Bảng 3. Kết quả đo và phân tích mẫu nước đầu vào và ra của hồ bèo tấm Chỉ tiêu pH COD (mg/l) SS (mg/l) BOD5 (mg/l) Đầu vào 7,2 426 189 277 Tuần 1 7 400 171 262 Tuần 2 6,92 352 163 209 Tuần 3 6,8 290 144 180 Tuần 4 6,73 241 125 148 Tuần 5 6,73 219 103 124 QCVN 40: 2011/BTNMT LOẠI B 5,5-9 150 100 50 5.2.3 Hiệu quả xử lý COD (a) (b) Hình 5. Biểu đồ thể hiện hiệu suất COD của (a) Lục bình, (b) Bèo tấm 438 5.2.4 Hiệu quả xử lý BOD (a) (b) Hình 6. Biểu đồ thể hiện hiệu suất COD của (a) Lục bình, (b) Bèo tấm 5.2.5 Hiệu quả xử lý TSS (a) (b) Hình 7. Biểu đồ thể hiện hiệu suất COD của (a) Lục bình, (b) Bèo tấm 6 KẾT LUẬN Thực vật thủy sinh bao gồm 3 nhóm: thực vật ngập nước, thực vật trôi nổi, thực vật nửa ngập nước. Thực vật thủy sinh hấp thụ chất dinh dưỡng và các nguyên tố cần thiết qua bộ rễ và chuyển hóa chúng qua quá trình trao đổi chất. Bộ rễ của chúng còn là nơi cư trú của vi khuẩn phân hủy và tiêu thụ các chất hữu cơ. Nhờ đó chúng đều có khả năng xử lý nước thải ô nhiễm. Qua các phương pháp xử lý từ đó so sánh khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của lục bình và bèo tấm. Sau đây là kết quả thu được từ mô hình thí nghiệm: - pH tối ưu, lượng phèn tối ưu để thực hiện trong quá trình keo tụ - Có thể sử dụng lục bình và bèo tấm để xử lý nước thải dầu - Khả năng xử lý các chỉ tiêu COD, BOD5, SS của nước thải nhiễm dầu bằng lục bình có hiệu suất lần lượt là 82,6%, 83%, 56,6% - Khả năng xử lý các chỉ tiêu COD, BOD5, SS của nước thải nhiễm dầu bằng bèo tấm có hiệu suất lần lượt là 48,6%, 55,2%, 45,5%. - Khả năng xử lý của lục bình cao hơn bèo tấm. 439 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Thúy Hoa, 2004, Một số loài thực vật thủy sinh tiêu biểu, Nhà xuất bản Trẻ. [2] Lâm Vĩnh Sơn, 2008, Giáo trình thực hành xử lý nước thải, Khoa Môi trường - Công nghệ sinh học Trường Đại học Công nghệ TP. HCM. [3] Lê Huy Bá, 2005, Giáo trình phương pháp luận nghiên cứu khoa học, Khoa Môi trường – Công nghệ Sinh học Trường Đại học Công nghệ TP.HCM. [4] Lê Văn Cát, 1999, Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia, Nhà xuất bản Thanh niên Hà Nội. [5] Lương Đức Phẩm, 2002, Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học – Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội. [6] Nguyễn Đức Lượng, 2002, Công nghệ sinh học môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. HCM. [7] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 1999, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội.