Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
o0o
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
KỴ KHÍ CAO TẢI XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
Mã số ngành: 108
GVHD: T.S LÊ ĐỨC TRUNG
SVTH: NGUYỄN THỊ THỤC QUYÊN
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
1
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2007
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi chất lượng cuộc sống đang được cải thiện thì vấn đề môi
trường cũng được quan tâm, đặc biệt là vấn đề rác thải và nước thải. Rác thải sinh
ra từ mọi hoạt động của con người và ngày càng tăng về khối lượng. Hầu hết rác
thải ở nước ta nói chung và Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng đều chưa có sự
phân loại tại nguồn. Do đó gây rất nhiều khó khăn cho công tác quản lý và xử lý
loại chất thải này, đồng thời loại chất thải này sinh ra một loại nước thải đặc biệt
ô nhiễm là nước rỉ rác.
Hiện nay, việc xử lý rác thải bằng cách chôn lấp hợp vệ sinh được coi là
biện pháp hữu dụng bởi tính kinh tế cao và ít làm ô nhiễm môi trường do hạn chế
mùi hôi lan toả. Tuy nhiên, lượng nước rỉ rác sinh ra từ các bãi chôn lấp rác đã
gây những tác động môi trường nghiêm trọng đến sức khoẻ con người. Nước rỉ rác
xâm nhập vào nguồn nước mặt lẫn nước ngầm khi chưa được xử lý đạt tiêu chuẩn
là nguy cơ tiềm ẩn của nhiều căn bệnh cho dân cư trong vùng. Trước vấn đề này
thì nhiều công nghệ trong và ngoài nước được đề ra và áp dụng xử lý. Trong các
3
.
Nước rỉ rác có chỉ số BOD và COD cao, thành phần phức tạp và khả năng
gây ô nhiễm rất lớn. Việc tiêu tốn hàng tỉ đồng để lắp đặt nhà máy xử lý nước rỉ
rác tại Bãi chôn lấp (BCL) Gò Cát của công ty Vemeer – Hà Lan, với công nghệ
màng lọc Nano là công trình có quy mô và được mong đợi nhưng kết quả là chưa
ngày nào nhà máy chạy hết công suất, vì lý do công nghệ không phù hợp với
thành phần và tính chất của nước rỉ rác Thành phố. Sự thất bại của công trình Gò
Cát càng làm cho các nhà Môi trường trong nước quan tâm đặc biệt đến vấn đề
này và đã đưa ra nhiều công nghệ ở quy mô Pilot đạt hiệu quả xử lý cao như Xử
lý nước rỉ rác bằng các thiết bò công nghệ sinh học kỵ khí cao tốc UASB, FBABR
và UFAF kết hợp với FBR của T.S Trần Minh Chí đạt hiệu quả xử lý COD lên đến
95% hay Ứng dụng quá trình bùn sinh trưởng lơ lửng hiếu khí và kỵ khí kết hợp kỹ
thuật màng vi lọc để xử lý nước rỉ rác của Th.S Vũ Phá Hải cũng đem lại hiệu quả
xử lý COD trên 90%. Từ đó cho thấy công nghệ sinh học kỵ khí đặc biệt thích hợp
cho xử lý nước rỉ rác. Tuy nhiên, nó vẫn thể hiện những nhược điểm như quá trình
chưa ổn đònh, sản lượng khí sinh học thu hồi được ít do các giai đoạn xử lý kỵ khí
diễn ra đồng thời, chồng chéo nhau. Trong một nghiên cứu khác của các tác giả
thuộc trường Đại học Sardar Patel, Gujarat, Ấn Độ đã đưa ra mô hình kỵ khí
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
4
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
nhiều ngăn có lớp vật liệu đệm để xử lý nước thải hóa dầu nhiễm acid, bằng cách
này người ta đã tách thành công các giai đoạn của quá trình kỵ khí, làm tăng tính
ổn đònh cho quá trình và tăng sản lượng khí sinh học mà không làm giảm hiệu
quả xử lý COD.
Nắm bắt được hướng nghiên cứu trên, Đồ Án đã ứng dụng bằng cách thay
thế nước thải hoá dầu bằng nước rỉ rác của BCL Đông Thạnh với mong muốn xử
lý thành công, theo dõi và đưa ra được các thông số vận hành tối ưu cho quá trình
• Thí nghiệm xác đònh ảnh hưởng của pH và thời gian lưu thủy
lực
• Xử lý kết quả phân tích bằng Excel
1.5. ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU
• Nước rỉ rác Bãi chôn lấp rác Đông Thạnh
1.6. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
• Phạm vi không gian: BCL Đông Thạnh – TP.HCM
• Phạm vi thời gian: từ ngày 01/10/2007 đến ngày 25/12/2007
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
6
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
1.7. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN
Nội dung Thời gian Kết quả dự kiến
• Tổng quan lý
thuyết
1 tuần • Hoàn tất
chương I và chương II
• Thiết kế và xây
dựng mô hình kỵ khí
nhiều ngăn
5 tuần • Mô hình
kỵ khí 3 ngăn
• Lấy mẫu và phân
tích mẫu đầu vào
0.5 tuần • Đo độ
pH, phân tích COD, SS
• Chạy thích nghi
mô hình
2 tuần • Vi sinh
2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
8
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
2.1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN THẢI
2.1.1.1. Giới thiệu BCL Đông Thạnh
BCL Đông Thạnh thuộc xã Đông Thạnh, phía Bắc huyện Hóc Môn, giáp xã
Bình Mỹ- Củ Chi, xung quanh là ruộng. Đòa hình nơi đây dạng đồng bằng cao hơi
nghiêng về hướng sông Sài Gòn ở phía Đông và hướng Rạch Tra ở phía Bắc.
Trên 10 năm qua, hầu như toàn bộ lượng rác thải từ các khu vực nội ô của Thành
phố Hồ Chí Minh được chôn lấp tại đây. Bãi rác Đông Thạnh bắt đầu hoạt động
đổ rác một cách tự phát từ năm 1979. Trước đây là hố khai thác đất. Đến năm
1991, nó chính thức trở thành công trường xử lý rác Đông Thạnh do Công ty Xử
Lý Chất Thải (HOWADICO) trực thuộc Sở Giao Thông Công Chánh quản lý.
Diện tích ban đầu là 10 ha, sau đó mở rộng thêm 6 ha rồi 22.6 ha. Cho đến nay,
tổng diện tích công trường xử lý rác Đông Thạnh đã lên đến 43.5 ha với công suất
xử lý khoảng 4000 tấn rác/ngày.
Hình 1. Núi rác Đông Thạnh
Khuôn viên công trường quy hoạch tuyến đường cho xe chở rác, trạm cân
xe, các hồ chứa nước rò rỉ, khu vực chôn rác,… Khu vực chôn rác phân chia ra
nhiều lô, mỗi lô đào hố sâu khoảng 8 m rồi đổ rác xuống theo từng lớp, sau đó rải
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
9
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
một lớp vôi bột và lấp lên một lớp đất dày khoảng 20 – 30 cm. Sau một thời gian
nhất đònh lớp rác này xẹp xuống thì tiến hành đổ tiếp lên đó một lớp rác khác, cứ
thế lớp rác và lớp đất xen kẽ nhau, trên cùng lấp đất tới cao trình 9 m.
đến cùng với xà bần và các loại rác khác.
Hình 3. Lượng nước thải từ Cơ sở Hòa Bình được chuyển sang
Công trường Đông Thạnh
2.1.2. Giới thiệu BCL Gò Cát
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
11
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
Sau nhiều năm thi công, công trường xử lý rác Gò Cát chính thức đi vào
hoạt động từ ngày 19/01/2002. Dự án công trường xử lý rác Gò Cát có vốn đấu tư
261 tỷ đồng, trong đó Chính Phủ Hà Lan tài trợ không hoàn lại 60%. BCL Gò Cát
đặt tại xã Bình Hưng Hoà – Bình Chánh có diện tích 25 ha được xây dựng theo
công nghệ hiện đại nhất từ trước đến nay tại Việt Nam. Đáy của BCL có tấm lót
HDPE- Hight Density Polyethylen dày 2 mm, có hệ thống thu gom khí và tái sử
dụng khí để phát điện, có hệ thống thu gom và xử lý nước rỉ rác. Công suất thiết
kế bãi rác 2000 tấn/ngày.
Hình 4. Công trường xử lý rác Gò Cát
Nước rỉ rác của BCL sinh ra từ 04 nguồn chính sau: nước rỉ rác từ các ô
chôn lấp, nước rỉ rác từ các ô đổ rác tạm thời và xe vận chuyển rác, nước rửa xe
chở rác trước khi ra khỏi bãi chôn lấp và nước thải sinh hoạt, trong đó nước rỉ rác
từ các ô chôn lấp là nguồn gây ô nhiễm cao nhất, lưu lượng lớn nhất và cần được
xử lý. Lượng nước này được thu gom bằng hệ thống các ống thu nước đặt dưới
đáy BCL và dẫn về hồ tập trung rồi bơm về hệ thống xử lý.
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
12
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
BCL Gò Cát có nhà máy xử lý nước rỉ rác được xây dựng từ năm 2001, do
Công ty Gibros chế tạo và Công ty Vemeer – Hà Lan lắp đặt có công suất 17.5
m
từ đầu năm 2003 theo công nghệ BCL vệ sinh như BCL Gò Cát. Trạm xử lý nước
rỉ rác, tạm thời giải quyết trong giai đoạn đầu, do Centenma lắp đặt cũng đã bắt
đầu hoạt động, hệ thống này có công nghệ xử lý nước rỉ rác tương tự như hệ
thống xử lý tại BCL Gò Cát.
Hiện nay, BCL Phước Hiệp cũng đang trong tình trạng quá tải vì BCL Gò
Cát vừa đóng cửa, BCL mới Đa Phước chưa hoạt động, gánh nặng của rác thải
toàn Thành phố đổ dồn về đây.
Hình 5. Bãi chôn lấp Phước Hiệp cũng đang quá tải
2.1.2. ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC RỈ RÁC
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
14
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
2.2.1. Nguyên nhân phát sinh nước rỉ rác
Nước rò rỉ từ bãi rác là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô
nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới BCL. Nước rác được hình thành khi độ ẩm
của rác vượt quá độ giữ nước. Độ giữ nước của chất thải rắn là lượng nước lớn
nhất được giữ lại trong các lỗ rỗng mà không phát sinh ra dòng thấm hướng
xuống, dưới tác dụng của trọng lực. Trong giai đoạn hoạt động của BCL, nước rỉ
rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất thải
do các thiết bò dầm nén. Sự phân hủy chất hữu cơ trong rác cũng phát sinh nước
rò rỉ nhưng với lượng rất nhỏ.
Điều kiện khí hậu thuỷ văn, đòa hình, đòa chất của bãi rác, nhất là khí hậu,
lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh nước
rỉ rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Trong
suốt những năm đầu tiên, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ
và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp. Đối với bãi chôn
lấp hoạt động khoảng 05 năm thì lượng nước rò rỉ khoảng 0.2 m
3
/tấn rác.
Cl
-
mg/l 600 – 800 5330 70
SO
4
2-
mg/l 400 – 650 2 2
Ca
2+
mg/l 900 – 1700 308 109
Na
+
mg/l 450 – 500 810 34
K
+
mg/l 295 – 310 610 39
Fe- tổng mg/l 210 – 325 6.3 0.6
Mg
2+
mg/l 160 – 250 450 90
Mn- tổng mg/l 75 – 125 0.06 0.06
Cu
2+
mg/l - <0.5 <0.5
Zn
2+
mg/l 10 – 30 0.4 0.1
(Nguồn: Chian và DeWalle, 1996- 1997)
Sự thay đổi về thành phần và tính chất nước rò rỉ theo thời gian sẽ dẫn đến
sự khác nhau trong việc lựa chọn công nghệ và thông số thiết kế. Kết quả khảo
20
pH
5
6
7
8
Thời gian (năm)
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
Hình 7. Sự biến thiên pH của nước rỉ rác theo tuổi của BCL
(Nguồn: Chian và DeWalle, 1997)
Trong quá trình hoạt động của bãi rác, các thành phần trong nước rỉ rác
biến đổi qua các giai đoạn như sau:
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
18
Pha I Pha II Pha III Pha IV Pha V
Thời gian
Hình 8. Sự biến thiên các thành phần trong nước rỉ rác
COD
pHVAF
Fe, Zn
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
• Pha 1 (pha thích nghi):
Sau một thời gian ngắn khi bãi rác đi vào hoạt động, quá trình phân hủy
hiếu khí xảy ra, ở giai đoạn này các chất hữu cơ dễ bò oxy hóa sinh hoá thành
dạng đơn giản như protein, tinh bột, chất béo và một lượng nhất đònh chất
xenlulo. Pha 1 có thể kéo dài một vài ngày hoặc một vài tuần.
• Pha 2 (pha chuyển tiếp):
Khi oxy bò các vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần thì các vi sinh vật kỵ khí bắt
đầu xuất hiện. Nitrat và sulfat đóng vai trò chất nhận electron trong các phản ứng
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
19
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
này cho thấy thành phần chất hữu cơ hoà tan chiếm tỷ lệ cao và dễ bò phân huỷ
sinh học.
• Pha 4 (pha lên men Metan)
Sự phát triển chậm của vi khuẩn metan dần dần được hình thành, chiếm ưu
thế và bắt đầu tiêu thụ những hợp chất đơn giản, tạo ra các hỗn hợp CO
2
và CH
4
cùng với một số thành phần vết khác tạo thành khí của bãi rác. Pha này nhạy cảm
hơn pha 2.
Nước rò rỉ tạo ra trong pha 4 có giá trò BOD
5
tương đối thấp, tỷ số
BOD
5
/COD thấp. Tuy nhiên, NH
3
vẫn tiếp tục thoát ra bởi quá trình lên men acid
theo bậc 1 và có nồng độ rất cao trong nước rỉ rác. Các chất vô cơ như: Fe, Na, K,
SO
4
2-
và Cl
-
tiếp tục tan và rỉ ra trong nhiều năm.
• Pha 5 (pha chín):
Xuất hiện sau khi các chất hữu cơ sẵn sàng phân hủy sinh học đã chuyển
nhóm thông số chính, bao gồm các chất rắn lơ lửng, các hợp chất hữu cơ dễ phân
huỷ sinh học, các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học, các chất dinh dưỡng (N,
P), các muối vô cơ và các kim loại nặng, …Các đặc trưng của nước rỉ rác ở các
nước phát triển được liệt kê trong bảng dưới đây.
• Đặc trưng của nước rỉ rác ở các nước phát triển
Thông số Đơn vò Số mẫu kiểm tra Giá trò TB Sai số
pH 6 5.6 0.13
COD mg/l 11 22850 1445
BOD
5
mg/l 11 16720 1940
Tổng Nitơ mg/l 10 490 100
NH
4
– N mg/l 11 370 18
Tổng P mg/l 10 9.1 3.5
PO
4
– P mg/l 11 0.45 0.54
Tổng rắn mg/l 11 15730 950
Tổng rắn hoà tan mg/l 11 15300 1100
Tổng rắn bay hơi mg/l 2 6190 -
VAF mg/l 2 10100 -
Ca
2+
mg/l 9 1740 105
Độ kiềm mgCaCO
3
/l 11 3850 360
GVHD: TS. Lê Đức Trung
3
- 12500
COD 1079 – 2507 38533 – 65333
BOD
5
735 33571 – 56250
Org- N 196 – 470 79 – 230
NH
3
- N 297 – 790 515 – 1300
NO
2
-N 2.5 – 2.9 3.0 – 4.8
P 14.9 – 21.5 4.7 – 9.6
Ca
2+
1122 – 1844 240 – 187
Mg
2+
356 – 405 154 – 373
Fe- tổng 180 – 303 64 - 132
Bảng 4. Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Đông Thạnh
(Nguồn: CENTENMA, 2002)
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
22
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
• Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Gò Cát
Thành phần Đơn vò
Nước rò rỉ mới
Fe- tổng mg/l 204 – 208 46.8 4.5
Cr- tổng mg/l 0.04 – 0.05 - -
Zn
2+
mg/l 93 – 202 - -
Pb
2+
mg/l 0.32 – 1.9 - -
Cd
2+
mg/l 0.02 – 0.1 - -
Mn
2+
mg/l 14.5 – 32.17 - -
Cu
2+
mg/l 3.5 – 4.0 - -
Bảng 5. Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Gò Cát
(Nguồn: CENTENMA, 2002)
2.1.3. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ
LÝ NƯỚC THẢI
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
23
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
Có thể phân loại các phương pháp xử lý nước thải theo đặc tính của quy
trình xử lý như: xử lý cơ học, xử lý hoá học, xử lý sinh học. Một hệ thống xử lý
nước thải hoàn chỉnh có thể gồm một vài công trình đơn vò trong các công đoạn
xử lý cơ học, hoá học, sinh học và xử lý bùn cặn.
Một vài phương pháp xử lý nước thải theo 03 quy trình xử lý cơ bản
bể Metan
Bảng 6. Các phương pháp xử lý nước thải
2.3.1.1 Phương pháp cơ học
Gồm những quá trình mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ không thay
đổi tính chất hoá học và sinh học. Xử lý cơ học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu
quả của các bước xử lý tiếp theo. Ví dụ:
• Lưới chắn ngăn chặn các vật cứng, vật nổi có kích thước lớn đi vào
máy bơm
• Bể lắng cát, bể lắng cặn đợt 1 có cấu tạo mặt bằng là hình tròn hay
chữ nhật, được thiết kế để loại bỏ bằng trọng lực các hạt cặn có trong
nước theo dòng chảy vào bể
• Bể tuyển nổi, vớt bọt giúp loại bỏ dầu mỡ và các chất hoạt động bề
mặt gây cản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu
• Bể lọc loại bỏ cặn lơ lửng làm cho trong nước trước khi xả ra nguồn
tiếp nhận
• …
Trên mạng lưới thu gom, đôi khi có một vài nhà máy công nghiệp có lượng
nước thải nhỏ chứa các chất gây hại cho quá trình xử lý sinh học cần phải xử lý
trước hoặc đặt các bể khuấy trộn với nước thải chung để pha loãng các chất này
xuống dưới nồng độ cho phép trước khi đi vào nhà máy xử lý tập trung.
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
25
Copyright: Tài liệu đại học ©