Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƢỚC RỈ RÁC 10 1.1 Sự hình thành nƣớc rỉ rác 10 1.2 Tổng quan thành phần nƣớc rỉ rác giới 13 1.3 Quá trình phân hủy chất thải rắn bãi chôn lấp 16 1.4 Thành phần tính chất nƣớc rỉ rác 18 1.5 Đặc trƣng nƣớc rác số thành phố lớn Việt Nam 20 1.6 Các yếu tố ảnh hƣởng tới thành phần nƣớc rỉ rác 22 1.6.1 Ảnh hƣởng yếu tố công nghệ 23 1.6.1.1 Ảnh hƣởng thời gian chôn lấp 23 1.6.1.2 Ảnh hƣởng thành phần biện pháp xử lý sơ chất thải rắn 24 1.6.1.3 Ảnh hƣởng chiều sâu bãi chôn lấp 25 1.6.1.4 Ảnh hƣởng từ thành phầnchôn lấp bổ sung 25 1.6.2 Ảnh hƣởng yếu tố môi trƣờng 25 1.6.2.1 Ảnh hƣởng độ ẩm nhiệt độ 25 1.6.2.2 Ảnh hƣởng trình thấm, chảy tràn, bay 26 1.7 Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác 26 1.7.1 Công nghệ xử lý nƣớc rác giới Việt Nam 26 1.7.2 Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ SBR xử lý nƣớc rỉ rác 38 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ SBR 40 2.1 Giới thiệu chung công nghệ SBR 40 2.2 Các giai đoạn công nghệ 40 2.3 Các trình sinh học diễn bể SBR 42 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác 2.3.1 Quá trình oxy hóa hợp chất hữu 42 2.3.2 Quá trình nitrat hóa 42 2.3.3 Quá trình khử nitrat 43 2.4 Ƣu nhƣợc điểm công nghệ 44 2.4.1 Ƣu điểm 44 2.4.2 Nhƣợc điểm 45 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SBR TRONG XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN 46 3.1 Mục tiêu, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 46 3.1.1 Mục tiêu đề tài 46 3.1.2 Đối tƣợng, phạm vi thời gian nghiên cứu 46 3.1.3 Ý nghĩa tính thực tiễn nghiên cứu 46 3.1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 46 3.2 Nội dung nghiên cứu 47 3.2.1 Quá trình xử lýhóa lý nƣớc rác 47 3.2.2 Quá trình xử lý sinh học 48 3.2.3 Thông số kĩ thuật mô hình SBR 49 3.3 Kết nghiên cứu thảo luận 51 3.3.1 Giai đoạn thích nghi bùn với nƣớc rác 51 3.3.2 Giai đoạn oxic (hiếu khí) 53 3.3.3 Giai đoạn anoxic (thiếu khí) 57 3.2.5 Thí nghiệm kiểm chứng: 64 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 68 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Hà Nội, 10/03/2015 Học viên Dương Quốc Hiệp Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy PGS.TS Đặng Xuân Hiển - ngƣời tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi mặt để em hoàn thành luận văn Trong khoảng thời gian qua, thầy ngƣời truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm vận hành hệ thống ngƣời theo sát trình thực nghiệm em Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Khoa Học Công Nghệ Môi Trƣờng, cán hƣớng dẫn thí nghiệm giúp đỡ nhiệt tình thời gian vừa qua Xin cảm ơn bạn nhóm nghiên cứu nƣớc rỉ rác nhƣ bạn lớp Kỹ thuật Môi Trƣờng đồng hànhtrong thời gian thí nghiệm nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 10/03/2015 Học viên Dương Quốc Hiệp Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CTR : Chất thải rắn; SBR : Bể xử lý hiếu khí hoạt động theo m (Sequencing Batch Reactor); UASB : Bể phản ứng sinh học kỵ khí (Upflow Anaerobic Sludge Blanket); MBR : Bể sinh học màng vi lọc (Membrance Bio Reactor); DAF : Tuyển khí hòa tan (Dissolved Air Flotation); VFAs : Axit béo dễ bay (Volatile Fatty Acids); MBBR : Công nghệ xử lý nƣớc thải màng sinh học chuyển động đệm (Moving bed biofilm reactor); COD : Nhu cầu oxi hóa học (Chemical Oxygen Demand); BOD : Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical oxygen Demand); DO : Nồng độ oxi hòa tan (Dissolved Oxygen); TSS : Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid); PBCs : Polychloro biphenyls; TKN : Tổng sốnitơ Kjeldahl; TDS : Tổng chất rắn hòa tan (Total dissolved solids); HSXL : Hiệu suất xử lý HSCH : Hiệu suất chuyển hóa MAP : Magnesium – Amonium – Phosphate; SVI : Chỉ số thể tích bùn ( Sludge Volume Index) Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 - Thành phần nƣớc rỉ rác số quốc gia giới 14 Bảng 1.2 - Thành phần nƣớc rỉ rác số quốc gia Châu Á 14 Bảng 1.3- Bảng so sánh nƣớc rác cũ 18 Bảng 1.4 –Đặc trƣng chất lƣợng nƣớc rác bãi rác Nam Sơn[4 20 Bảng 1.5 –Đặc trƣng chất lƣợng nƣớc rác bãi chôn lấp G Cát, Phƣớc Hiệp TP Hồ Chí Minh bãi chôn lấp Tràng Cát – Hải Ph ng [4 21 Bảng 1.6 -Thành phần nƣớc rỉ rác BCL Phƣớc Hiệp thay đổi theo mùa (mẫu lấy hố thu ô số 3, mẫu lấy từ tháng 12/2008 đến tháng 12/2009) [4] 24 Bảng 1.7 -Nồng độ chất ô nhiễm trƣớc sau xử lý 28 Bảng 1.8 - Thành phần NRR sau hệ thống xử lý BCL Nam Sơn – Hà Nội [1] 36 Bảng 2.1 -Tham số thiết kế đặc trƣng SBR:[3] 41 Bảng 3.1 Kết thành phần nƣớc rác sau xử lý hóa lý 48 Bảng 3.2 : Các thông số đầu vào hệ thống SBR 51 Bảng 3.3: Các thông số đo đạc trình thích nghi bùn 52 Bảng 3.4: Hiệu suất xử lý COD, Amoni theo khoảng thời gian từ – 24 h giai đoạn hiếu khí 54 Bảng 3.5 : Biến thiên nồng độ Nitrat Nitrit hệ thống 58 Bảng 3.6: Kết kiểm chứng số thông số chu trình SBR 64 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sự hình thành nƣớc rác bãi chôn lấp 12 Hình 1.2 Sơ đồ cân nƣớc rác 13 Hình 1.3: Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác BCL Sudokwon Hàn Quốc 27 Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rác URM – Nova Scotia – Canada 29 Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống xử lý bãi chôn lấp (USEPA) 30 Hình 1.6: Sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý nƣớc rỉ rác Nam Sơn [4 32 Hình 1.7: Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác bãi chôn lấp Nam Sơn [4 34 Hình 2.1: Các pha phản ứng chu kỳ bể SBR 41 Hình 3.1: Vị trí lấy mẫu nƣớc rỉ rác bãi chôn lấp Nam Sơn – Hà Nội 47 Hình 3.2: Bùn hoạt tính đƣợc hoạt hóa 49 Hình 3.3: Mô hình hệ thống SBR phòng thí nghiệm (C5-10) 49 Hình 3.4: Máy thổi khí bơm cấp nƣớc thải dùngtrong hệ thống 50 Hình 3.5: Tốc độ tăng trƣởng bùn hoạt tính trình hoạt hóa 52 Hình 3.6: Biến thiên số lắng bùn giai đoạn hoạt hóa 53 Hình 3.7: Đồ thị mô tả hiệu suất xử lý COD giai đoạn oxic 55 Hình 3.8: Đồ thị mô tả hiệu suất xử lý Amoni giai đoạn oxic 56 Hình 3.9: Hệ thống giai đoạn oxic sau lắng 30 phút 59 Hình 3.10: Biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm 1) 60 Hình 3.11: Biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm 2) 60 Hình 3.12: Biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm 3) 61 Hình 3.13: Biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm 4) 61 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác MỞ ĐẦU Kinh tế ngày phát triển, chất lƣợng sống ngƣời cao, theo lƣợng chất thải môi trƣờng tăng nhanh chóng, thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Ph ng Năm 2010, trung bình ngƣời dân thành thị phát thải kg rác/ngƣời/ngày [1 Lƣợng chất thải rắn tăng nhanh khiến bãi chôn lấp chịu áp lực lớn, đồng thời theo nƣớc rỉ rác phát sinh bãi rác tập trung vấn đề đáng báo động Với thành phần phức tạp trình chôn lấp không đảm bảo yêu cầu nghiêm ngặt, nƣớc rỉ rác Việt Nam trở thành vấn đề đặc biệt quan tâm công tác quản lý chất thải rắn xử lý nƣớc thải Nƣớc rỉ từ bãi chôn lấp rác(c n gọi nƣớc rác) nƣớc thấm qua lớp rác ô chôn lấp, kéo theo chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng dƣới bãi chôn lấp Nƣớc rác hình thành từ nhiều nguồn khác nhƣng chủ yếu gồm nguồn chính: Nƣớc mƣa chảy tràn, thấm từ nguồn nƣớc ngầm, thấm từ nƣớc mƣa, độ ẩm rác, nƣớc đƣợc hình thành phản ứng bãi chôn lấp Trên giới, đặc biệt Châu Âu Mĩ, có nhiều nghiên cứu áp dụng công nghệ sinh học vào xử lý nƣớc rỉ rác Tại Việt Nam, vấn đề xử lý nƣớc rỉ rác thực đƣợc quan tâm khoảng 15 năm trở lại nhƣng hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác chƣa đạt đƣợc hiệu nhƣ mong muốn Nguyên nhân việc phân loại rác thải nguồn chƣa đƣợc thực rộng rãi, thƣờng đƣợc thu gom chung mang chôn lấp bãi rác Ngoài ra, số chất thải độc hại đƣợc đem chôn lấp với chất thải đô thị (nhƣ pin thải, lọ đựng hóa chất,lọ đựng thuốc trừ sâu …) dẫn đến thành phần độc tố, kim loại nặng nƣớc rỉ rác cao Xử lý sơ khâu quan trọng toàn hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác Nếu khâu xử lý sơ tốt tạo điều kiện thuận lợi cho khâu xử lý sinh học đạt hiệu suất cao Những bãi chôn lấp Việt Nam sử dụng hệ thống bể UASB, SBR, AS khâu xử lý sinh học nhƣng chƣa đạt đƣợc hiệu mong muốn Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu công nghệ sinh học, nhằm Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác đạt đƣợc hiệu xử lý cao, làm việc ổn định chi phí đầu tƣ không lớn xử lý nƣớc rỉ rác điều cần thiết SBR (Sequence Bath Reactor): Là phƣơng pháp xử lý nƣớc thải theo m dựa phƣơng pháp bùn hoạt tính với giai đoạn chính: Điền nƣớc, sục khí, khuấy trộn, lắng xảy thiết bị phản ứng SBR với nhiều giai đoạn xử lý khác nhau: Hiếu khí (xử lý COD, oxy hóa Amoni); thiếu khí (khử Nitrit, Nitrat, xử lý phần COD) ; yếm khí (Nitrat, COD) Chính khả xử lý đa dạng phù hợp với đặc điểm phức tạp nƣớc rác Ngoài ra, với việc linh động giai đoạn xử lý (có thể thay đổi thời gian phản ứng pha cho phù hợp với nồng độ ô nghiễm nƣớc rác) giải đƣợc biến động nồng độ nƣớc thải theo mùa nƣớc rỉ rác Với đặc điểm trên, SBR giải pháp phù hợp cho trình nghiên cứu ứng dụng vào xử lý nƣớc rỉ rác Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƢỚC RỈ RÁC 1.1 Sự hình thành nƣớc rỉ rác Cả nƣớc có đô thị loại đặc biệt (Hà Nội, Tp HCM); đô thị loại trực thuộc Trung ƣơng (Hải Ph ng, Đà Nẵng, Cần Thơ); đô thị loại trực thuộc tỉnh (Hạ Long, Huế, Vinh, Đà Lạt, Nha Trang, Quy Nhơn, Buôn Ma Thuột); 12 đô thị loại (Biên H a, Cà Mau, Hải Dƣơng, Long Xuyên, Mỹ Tho, Nam Định, Phan Thiết, Pleiku, Thái Nguyên, Thanh Hóa, Việt Trì, Vũng Tàu); 47 đô thị loại 3; 50 đô thị loại 630 đô thị loại Tốc độ đô thị hóa diễn nhanh chóng trở thành nhân tố tích cực phát triển KT-XH đất nƣớc Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích KT-XH, đô thị hóa nhanh tạo sức ép nhiều mặt, dẫn đến suy giảm chất lƣợng môi trƣờng phát triển không bền vững Các hoạt động sản xuất, sinh hoạt tăng lƣợng chất thải tăng theo Tính bình quân ngƣời dân đô thị tiêu dùng lƣợng, hàng tiêu dùng, thực phẩm, cao gấp - lần ngƣời dân nông thôn kéo theo lƣợng rác thải ngƣời dân đô thị gấp - lần ngƣời dân nông thôn Mức sống cao ngƣời dân kèm với lƣợng rác thải lớn: Theo số liệu báo cáo môi trƣờng quốc gia năm 2010, tổng lƣợng chất thải rắn (CTR) sinh hoạt đô thị phát triển toàn quốc năm 2008 khoảng 35100 tấn/ngày, CTR sinh hoạt nông thôn khoảng 24900 tấn/ngày, tổng lƣợng phát sinh CTR có xu hƣớng tăng đều, trung bình từ 10 – 16% năm [1] Lƣợng rác thải đem chôn lấp với nhiều thành phần khác nhau, chất hữu cơ, vật liệu vô có kích thƣớc không lớn, phần loại phế liệu giá trị sử dụng (xăm lốp cũ, mảnh vụn nhựa, giấy…) phần rác thải độc hại Sự phức tạp thành phần rác chôn lấp nguyên nhân dẫn tới phức tạp thành phần chất ô nhiễm có nƣớc rỉ rác 10 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác 90% 250 80% 200 70% 60% 150 50% Amoni (mg/l) 40% 100 Hiệu suất xử lý Amoni 30% 20% 50 10% 0% 4h 5h 6h 7h 8h 12h 16h 20h 24h Hình 3.8: Đồ thị mô tả hiệu suất xử lý Amoni giai đoạn oxic Mặc dù hai trình oxy hóa amoni COD đƣợc thực loại chủng vi sinh khác nhau, độc lập với trình nhƣng tác động lẫn tốc độ hiệu xử lý Hiện tƣợng cạnh tranh nguồn Oxy bể phản ứng chủng vi sinh nguyên nhân chính, dù lƣợng cấp Oxy vào đảm bảo khoảng từ – mg/l  Nhận xét qua bảng: Chọn thời gian tối ưu cho trình xử lý hiếu khí 6hdo: - Hiệu suất chuyển hóa COD đạt 73 % Amoni đạt 66% 6h bắt đầu tăng chậm thời gian dịch chuyển đến 7h Lúc hiệu suất COD 77% Amoni 70 % Với mục tiêu quan trọng xử lý lƣợng Amoni (khi Amoni đƣợc xử lý COD đồng thời giảm theo) - Các sản phẩm tạo trình oxy hóa Amoni Nitrit Nitrat sản phẩm không bền => cần phải chuyển hóa Ni tơ phân tử Trong trình chuyển hóa Nitrit Nitrat Nitơ cần lƣợng chất để thực trình Để khử 1g Nitrat cần lƣợng chất hữu từ – 10 g tính theo COD, khử 1g Nitrit cần khoảng 60 % chất hữu so với khử Nitrat Với hiệu suất chuyển hóa COD nhƣ trên, thời điểm 6h lƣợng chất khoảng 1175 – 1472 mg/l ; lƣợng Nitrat đƣợc tạo khoảng từ 90 – 100 mg/l ; lƣợng Nitrit khoảng từ 100 – 120 mg/l 56 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác Chính vậy, việc dừng trình oxy hóa Amoni 6h vừa đảm bảo cho trình xử lý Amoni đạt hiệu cao giữ lại chất cho trình xử lý Nitrit Nitrat 3.3.3 Giai đoạn anoxic (thiếu khí) 3.2.4.1Trình tự tiến hành: - Chu trình SBR thực nhƣ sau: + Cố định giai đoạn: cấp nƣớc (5 phút); hiếu khí (6h); lắng (30 phút) +Khảo sát khả chuyển hóa Nitrat Nitrit mốc thời gian: 1h; 2h; 3h; 4h Các tiêu phân tích: Nồng độ Nitrat, Nitrit sau giai đoạn hiếu khí chọn (6h); nồng độ Nitrat, Nitrit mốc thời gian 3.2.4.2Kết quả: - Tỷ lệ hình thành Nitrit/Nitrat sau trình oxic (6h) + Thí nghiệm 1: Nồng độ Nồng độ Nitrat Nồng độ Tỷ lệ Amoni (mg/l) (mg/l) Nitrit (mg/l) Nitrit/nitrat Đầu vào 454 143 164 1,17 Đầu 168 90,5 105 1,16 + Thí nghiệm 2: Nồng độ Nồng độ Nitrat Nồng độ Tỷ lệ Amoni (mg/l) (mg/l) Nitrit (mg/l) Nitrit/nitrat Đầu vào 476 152 190 1,25 Đầu 183 94 116 1,23 +Thí nghiệm 3: Nồng độ Nồng độ Nitrat Nồng độ Tỷ lệ Amoni (mg/l) (mg/l) Nitrit (mg/l) Nitrit/nitrat Đầu vào 486 161 198 1,27 Đầu 192 97 118,5 1,22 57 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác + Thí nghiệm 4: Nồng độ Nồng độ Nitrat Nồng độ Tỷ lệ Amoni (mg/l) (mg/l) Nitrit (mg/l) Nitrit/nitrat Đầu vào 472 130 163 1,25 Đầu 167 84 106 1,26 Từ kết ta thấy: - Tỷ lệ NO2/NO3 lớn (tập trung dải từ 1,16 – 1,26) điều chứng tỏ lƣợng oxy cấp dƣ thừa nhƣng không đủ cho phản ứng oxy hóa thành NO3 (có thể khả h a tan oxy vào nƣớc dù lƣợng oxy cấp vào dƣ thừa) => Đây điều thuận lợi cho trình khử Nitrat Nitrit hợp chất trung gian Quá trình tạo lƣợng Nitrit nhiều giúp cho ta tiết kiệm đƣợc lƣợng chất cho giai đoạn sau - Tổng giá trị nồng độ Ni tơ sau trình (Nitrat +Nitrit+Amoni c n lại) so với lƣợng Amoni ban đầu chiếm dao động khoảng 78% - 82% chứng tỏ có lƣợng Amoni định tham gia vào trình tổng hợp tế bào Biến thiên nồng độ Nitrat Nitrit trình Anoxic đƣợc thể Bảng 3.6 Bảng 3.5 : Biến thiên nồng độ Nitrat Nitrit hệ thống Thí nghiệm Nồng độ Nitrat (mg/l) Nồng độ Nitrit (mg/l) 90,5 105 46,7 123,5 23,2 55,2 9,8 29,5 4,7 22,4 Thời gian (h) Thí nghiệm 94 116 50,2 127,3 58 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác 22 58,7 10,4 27,6 5,3 20,5 Thí nghiệm 97 118,5 47,5 129,7 25,8 55,3 12,7 24,5 6,2 18,2 Thí nghiệm 84 106 42,6 125,7 27,3 57,4 13,5 35,4 7,3 17,6 (Ghi chú: mốc thời gian h thời điểm kết thúc trình oxic (6h) thời điểm bắt đầu tiến hành khuấy trộn thiếu khí) Hình 3.9: Hệ thống giai đoạn oxic sau lắng 30 phút 59 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác Thí nghiệm 140 123.5 120 105 90.5 100 80 Nitrat (mg/l) 60 55.2 46.7 40 Nitrit (mg/l) 29.5 23.2 20 22.4 9.8 0 1h 2h 3h 4.7 4h Hình 3.10: Biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm 1) Nitrit có khoảng thời gian tăng nồng độ: Tại thời điểm ban đầu trình thiếu khí (0-1h), hàm lƣợng nitrit tăng lêntừ 105 – 123,5 (mg/l) sau nồng độ nitrit giảm từ123,5 – 55,2 (mg/l) (1-2h) giảm c n 22,4mg/l sau 4h khuấy trộn Thí nghiệm 140 127.3 120 116 100 94 80 Nitrat (mg/l 60 58.7 50.2 40 Nitrit (mg/l) 27.6 22 20 20.5 5.3 10.4 0 1h 2h 3h 4h Hình 3.11: Biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm 2) 60 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác Ở thí nghiệm tƣơng tự Tại thời điểm ban đầu trình thiếu khí (0-1h), hàm lƣợng nitrit tăng lêntừ 116 – 127,3 (mg/l) sau nồng độ nitrit giảm từ127,3 – 58,7 (mg/l) (1-2h) giảm c n 20,5mg/l sau 4h khuấy trộn Thí nghiệm 140 120 118.5 100 97 123.5 80 Nitrat (mg/l) 62.2 60 Nitrit (mg/l) 47.5 40 25.8 20 25.7 12.7 18.2 6.2 0 1h 2h 3h 4h Hình 3.12: Biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm 3) Ở thí nghiệm Tại thời điểm ban đầu trình thiếu khí (0-1h), hàm lƣợng nitrit tăng lêntừ 118 – 123,5 (mg/l) sau nồng độ nitrit giảm c n 18,2mg/l sau 4h khuấy trộn Thí nghiệm 140 125.7 120 100 106 80 84 Nitrat (mg/l) 60 57.4 Nitrit (mg/l) 42.6 40 35.4 27.3 20 17.6 7.3 13.5 0 1h 2h 3h 4h Hình 3.13: Biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm 4) 61 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác Đồ thị hình 3.9, hình 3.10, hình 3.11 hình 3.12 có tƣơng đồng dạng đồ thị: Trong thời gian phản ứng, giá trị Nitrat liên tục giảm nhƣng nồng độ Nitrit có thời điểm lại tăng đạt cực đại 1h Trong trình này, chất hữu dễ sinh hủy chất nhận điện tử thay oxy Nitrat chuyển hết dạng Nitrit trƣớc chuyển dạng Nito có số oxy hóa thấp Quá trình khử Nitrat xảy theo giai đoạn nối tiếp nhau, từ hóa trị cao xuống thấp dần đạt tới giá trị cuối không: NO3- NO2- NO N2O N2 Trong khoảng thời gian từ – h , nồng độ Nitrat chuyển nồng độ từ khoảng 84 - 97(mg/l) xuống 4,7 – 7,3(mg/l) Đặc biệt, khoảng thời gian 1h đầu tiên, lƣợng Nitrat giảm nhanh với hiệu suất dao động từ 51 – 54 % , sau tốc độ giảm dần sau Tại thứ 4, Nitrat dao động khoảng 4,7 – 7,3 (mg/l Sự hình thành Nitrit với điểm cực đại (tại 1h) chứng tỏ chế khử Nitrat có giai đoạn trung gian hình thành Nitrit Nitrit tổng cộng trình bao gồm: Nitrit tạo trình hiếu khí Nitrit hình thành từ Nitrat trình thiếu khí Sau đạt cực đại 1h, Nitrit bắt đầu giảm nhanh thứ 2, cụ thể: - Ở thí nghiệm 1: Giảm từ 123,5 (mg/l) xuống 55,2 (mg/l) => Hiệu suất đạt 55,3% - Ở thí nghiệm thứ 2: Giảm từ 127,3 (mg/l) xuống 58,7 (mg/l) => Hiệu suất đạt 53,9% - Ở thí nghiệm thứ 3: Giảm từ 123,5 (mg/l) xuống 62,2 (mg/l) => Hiệu suất đạt 49,6% - Ở thí nghiệm thứ 4: Giảm từ 127,6 (mg/l) xuống 61,6 (mg/l) => Hiệu suất đạt 54,3% Sau trình giảm nhanh thứ 2, khả khử Nitrit bắt đầu giảm dần thứ thứ Tại thứ 3, nồng độ Nitrit lúc dao động khoảng 25,7 62 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác - 35,4 (mg/l) Và thứ 4, nồng độ Nitrit lúc dao động khoảng 17,6 – 22,4 (mg/l) Dễ nhận thấy, nồng độ Nitrit thứ giảm không nhiều so với thứ 3, điều chứng tỏ khả nồng độ Nitrit tiệm cận gần tới điểm không c n khả giảm nồng độ.Chọn thời gian cho giai đoạn 3h Việc dừng 3h cân yếu tố kinh tế kĩ thuật: đảm bảo khả xử lý Nitrat Nitrit đạt hiệu cao so với thời gian khuấy trộn (hiệu suất Nitrat đạt khoảng 90% Nitrit đạt khoảng 78%) Nếu ta tiếp tục khuấy trộn tiếp thứ 4,5,6 nồng độ Nitrat Nitrit giảm nhƣng không nhiều Và việc khuấy trộn không mang lại lợi ích mặt kinh tế Tại thời điểm thứ khuấy trộn thiếu khí: Lƣợng Nitrat (từ 9,8 – 13,5 mg/l) Nitrit (từ 25,7 – 35,4 mg/l) chƣa đảm bảo đầu theo QCVN 25:20009/BTNMTcột B2 nhƣng lƣợng chất đo đƣợc giai đoạn dao động khoảng 500 (chủ yếu COD khó phân hủy khả phân hủy sinh học) 63 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác 3.2.5 Thí nghiệm kiểm chứng: Sau chọn đƣợc thời gian thích hợp cho giai đoạn oxic anoxic Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng lại chu trình với thông số lựa chọn bên a Trình tự tiến hành - Cấp nƣớc vào pilot: phút - Tiến hành sục khí: 6h - Tiến hành khuấy trộn thiếu khí: 3h - Lắng: 30 phút b Kết Bảng 3.6: Kết kiểm chứng số thông số chu trình SBR Đầu vào Sau Oxic Sau Anoxic Hiệu suất chuyển hóa (mg/l) (mg/l) (mg/l) (%) COD 4485 2346 645 85,6 N - NH4+ 482 168 59 65,1 N – NO3- 104 92 10,4 88,7 N – NO2- 155 118,5 27,6 76,7 64 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác KẾT LUẬN - Nƣớc rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cao, thành phần phức tạp Cần kết hợp nhiều phƣơng pháp khác để đảm bảo quy chuẩn đầu - Quá trình thích nghi bùn hoạt tính nƣớc rác tốt - Trong giai đoạn oxic (xử lý hiếu khí), Nitrit thƣờng có nồng độ cao Nitrat Oxy hóa Amoni tới sản phẩm trung gian nitrit giảm đƣợc chi phí xử lý - Kết nghiên cứu SBR lựa chọn khoảng thời gian thích hợp cho giai đoạn Oxic Anoxic nhƣ sau: +Pha oxy hóa 6h (hiệu suất COD đạt 70%, hiệu suất chuyển hóa Amoni đạt 66%) +Pha thiếu khí 3h (với hiệu suất chuyển hóa Nitrat đạt khoảng 90% ;, hiệu suất chuyển hóa Nitrit đạt khoảng 78%)  Tổng thời gian cho chu trình SBR nghiên cứu là: 9h35’ (5’ cấp nƣớc + 6h sục khí + 3h khuấy trộn + 30’ lắng) - Nồng độ nƣớc sau xử lý chƣa đảm bảo theo QCVN 25:2009/BTNMT cột B2 đặc biệt nồng độ Nitơ Để giải triệt để, cần tăng lƣợng COD có khả phân hủy sinh học nhƣ đƣờng, Metanol để trình khử Nitrat giai đoạn Anoxic đƣợc thực triệt để - Hàm lƣợng COD khả sinh hủy sau chu trình SBR dao động dƣới 500 mg/l Sau SBR nƣớc rỉ rác đƣợc xử lý công nghệ sinh thái số bãi lọc trồng kiến tạo Hoặc có biện pháp xử lý hóa lý bổ sung ( keo tụ/ÂOPs) nhằm đạt quy chuẩn xả môi trƣờng 65 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Bộ Tài Nguyên Môi trƣờng (2011) Báo cáo môi trường quốc gia 2010: Tổng quan môi trường Việt Nam Lê Văn Cát (2007) Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ photpho Nhà Xuất Bản Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002) Giáo trình công nghệ xử lý nước thải Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Tổng quan công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác giới Việt Nam, Đề tài nghiên cứu khoa học 08/05/2012 Lê Quang Huy, Nguyễn Phƣớc Dân, Nguyễn Thanh Phong (2009).Ứng dụng trình thiếu khí mẻ để xử lý oxit nitơ nồng độ cao nước rác cũ Trƣờng Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM Trung tâm nghiên cứu, Đào tạo Tƣ vấn Môi trƣờng, Viện Cơ Học (2003) Báo cáo đánh giá tác động môi trường Dự án “Đầu tư xây dựng khu xử lý chôn lấp chất thải công nghiệp Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội” Nguyễn Hồng Khánh, Nguyễn Anh Thảo, Lê Mai Thảo, Viện Cơ Học (2001) Dự án nghiên cứu khả thi xây dựng hồ sinh học khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, Hà Nội Viện Công Nghệ Môi Trƣờng Việt Nam, Viện Khoa học Công Nghệ Việt Nam (2006) Báo cáo khoa học “ Điều tra trạng môi trường, xây dựng giải pháp kỹ thuật khắc phục triệt để ô nhiễm môi trường vận hành ba bãi chôn lấp phía Bắc Việt Nam” Sở Khoa Học Công nghệ Hà Nội, Viện Công Nghệ Môi Trƣờng (2006) Báo cáo khoa học “Nghiên cứu so sánh công nghệ nước xử lý nước rác, sở đề xuất công nghệ xử lý nước rác đạt loại B theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) cho bãi chôn lấp địa bàn thành phố Hà Nội” 66 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác 10 Cục bảo vệ Môi trƣờng, Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Liên hiệp Khoa học sản xuất công nghệ Hóa Học, Trung tâm KHTN&CNQG (2003) Báo cáo khoa học “Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước rác từ bãi thải điển hình Việt Nam đề xuất công nghệ xử lý thích hợp, hợp vệ sinh” TÀI LIỆU TIẾNG ANH(*) Bodzek M., Surmacz-Gorska J., and Hung Y.T (2006) In Hazardous Industrial Waste Treatment:Treatment of Landfill CRC Press F Nie, J Liu Status and problem on leachate management of MSW landfill in China Aplas Seoul 2002 In: “The 2nd Asian pacific landfill symposium” Proceeding 37 – 42 Renoua S., Givaudan J.G., Poulain S., Dirassouyan F., and Moulin P Landfill leachate treatment: Review and opportunity Journal of Hazardous Material 150, pp.468 - 493 Lei Miao, Kai Wang, Shuying Wang, Rulong Zhu, Baikun Li, Yongzhen Peng, Dongchen Weng (2014) Advanced nitrogen removal from landfill leachate using real-time controlled three-stage sequence batch reactor (SBR) system Metcatf & Eddy (2003) Wastewater Engineering McGraw Hill Soon-An Ong, E Toorisaka, M Hirata, T Hano (2005) Treatment of azo dye Orange II in aerobic and anaerobic - SBR systems, Process Biochem B Arrojo, A Mosquera-Corral, J.M Garrido, R Mendez (2004) Aerobic granulation with industrial wastewater in sequencing batch reactors, Water Res U.S Environmental Protection Agency (2009) Nutrient Control Design Manual State of Technology Review Report USA 67 Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác PHỤ LỤC  Bảng phụ lục kết chi tiết giai đoạn hiếu khí (Oxic) Thời gian sục khí 4h pH Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 7,15 4235 7,30 7,20 7,22 7,23 NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Đầu HSXL Đầu Đầu (%) vào 1863 56 486 233 52 4150 1909 54 458 230 50 7,16 4135 1943 53 475 210 56 7,14 4550 1911 58 510 250 51 HSCH.( %) Thời gian sục khí 5h pH Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 7,2 4235 7,30 7,23 7,22 7,23 NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Đầu HSXL Đầu Đầu (%) vào 1779 58 486 185 62 4150 1411 66 458 207 55 7,15 4135 1571 62 475 220 54 7,22 4550 1775 61 510 210 59 HSCH.( %) Thời gian sục khí 6h pH NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 6,89 4235 7,30 7,18 7,22 7,23 Đầu HSXL Đầu (%) vào 1186 72 486 160 67 4150 1204 71 458 138 70 6,90 4135 1075 74 475 162 66 7,16 4550 1274 72 510 184 64 68 Đầu HSCH (%) Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác Thời gian sục khí 7h pH Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 6,98 4235 7,30 7,10 7,22 7,23 NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Đầu HSXL Đầu Đầu (%) vào 1101 74 486 156 68 4150 1038 75 458 133 71 7,12 4135 910 78 475 157 67 7,05 4550 956 79 510 138 73 HSCH.( %) Thời gian sục khí 8h pH Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 6,92 4235 7,30 7,0 7,22 7,23 NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Đầu HSXL Đầu Đầu (%) vào 974 77 486 122 75 4150 747 82 458 120 74 7.05 4135 868 79 475 128 73 6,96 4550 865 81 510 123 76 HSCH.( %) Thời gian sục khí 12h pH NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 6,88 4235 7,30 7,15 7,22 7,23 Đầu HSXL Đầu (%) vào 720 83 486 102 79 4150 664 84 458 87 81 6,78 4135 744 82 475 105 78 7,12 4550 637 86 510 112 78 69 Đầu HSCH.( %) Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác Thời gian sục khí 16h pH NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 6,84 4235 718 83 486 88 82 7,30 7,37 4150 623 85 458 85 81 7,22 6,72 4135 662 84 475 103 78 7,23 7,22 4550 683 85 510 106 79 Đầu HSXL Đầu (%) vào Đầu HSCH.( %) Thời gian sục khí 20h pH Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 6,87 4235 7,30 7,26 7,22 7,23 NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Đầu HSXL Đầu Đầu (%) vào 678 84 486 83 83 4150 623 85 458 82 82 6,78 4135 538 87 475 100 79 6,68 4550 637 86 510 92 82 HSCH.( %) Thời gian sục khí 24h pH NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Mẫu pH pH Đầu đo vào vào 7,10 6,86 4235 7,30 6,84 7,22 7,23 Đầu HSXL Đầu (%) vào 593 86 486 78 84 4150 540 87 458 76 83 6,9 4135 496 88 475 86 82 6,72 4550 592 87 510 87 82 70 Đầu HSCH (%) ... vật phủ … 1.7 Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác 1.7.1 Công nghệ xử lý nƣớc rác giới Việt Nam 1.7.1. 1Công nghệ xử lý nước rỉ rác giới:  Quy trình xử lý nước rỉ rác Hàn Quốc: Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác.. . bể UASB, SBR, AS khâu xử lý sinh học nhƣng chƣa đạt đƣợc hiệu mong muốn Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu công nghệ sinh học, nhằm Luận văn Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc... Thạc Sĩ: Nghiên cứu công nghệ SBR ứng dụng xử lý nƣớc rác Quá trình sinh học bùn hoạt tính lơ lửng đƣợc áp dụng công nghệ MLE(Modified Ludzack Ettinger), công nghệ MLE chủ yếu để xử lý nitơ nƣớc