Mở đầu

1
MỤC LỤC
Chương 1: MỞ ĐẦU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu luận văn 1
1.3. Phạm vi nghiên cứu 2
1.4. Nội dung nghiên cứu 2
Chương 2 : TỔNG QUAN 3
2.1.Giới thiệu bãi rác Gò Cát 3
2.2. Tổng quan về nitrat hoá và khử nitrat hoá 7
2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hoá 7
2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat hoá 10
2.3. Tổng quan về công nghệ MBR ( Membrane bioreactor ) 12
2.3.1. Giới thiệu 12
2.3.2. Những thuận lợi, hạn chế và nguyên nhân gây nghẹt
màng 14
2.3.3. Một số công trình ứng dụng của MBR vào xử lý nước thải
15
2.3.4. Ứng dụng Membrane Bioreactor (MBR) trong xử lý nitơ
16
2.4. Tổng quan về Anammox ( Anaerobic Ammonia Oxidation )
18
2.4.1. Mô tả cơ chế 18
2.4.2. Mô tả quá trình xử lý 25
2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox 26
2.5. Tổng hợp về các nghiên cứu , các công nghệ xử lý ammonia
trong nước thải bằng sinh học 28
2.5.1. Caùc nghieân c#ùu ở n#ôùc ngoài 31
2.5.2. Caùc nghieân c#ùu trong n#ôùc 37

4.1.9. Ammonia – nitrit 58
4.1.10. Thời gian lưu bùn (SRT) – Thời gian lưu nước (HRT) . 58
4.1.11. Hiệu quả xử lý nitơ 59
4.2. Mô hình Anoxic 61
4.2.1. Xác đònh hiệu quả xử lý theo DO và tỉ lệ N-NH
4
+
: N-NO
2

: 61
4.2.2. DO 63
4.2.3. Nhiệt độ 63
4.2.4. pH 64
4.2.5. Chất dinh dưỡng – COD 64
4.2.6. Sinh khối……………………………………………………………………….64
Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65
5.1. Kết luận 65
5.2. Hướng phát triển và mở rộng 65
5.3. Kiến nghò 66
PHỤ LỤC 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….79
Mở đầu

3
Bàng 4.4: Kết quả vận hành mẻ 7 104
Bàng 4.5: Kết quả vận hành mẻ 8 105
Bàng 4.6: Kết quả vận hành mẻ 9 105
Bàng 4.7: Kết quả vận hành mẻ 10 106
Bàng 4.8: Kết quả vận hành mẻ 11 107
Bàng 4.9: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 1 108
Bàng 4.10: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 2 108
Bàng 4.11: Kết quả về thời gian lưu nước cần thiết 109
Bàng 4.12: Kết quả độ kiềm đo đạc được 110
Bàng 4.13: Sự tăng trưởng của sinh khối trong mô hình MBR 112
Bàng 4.14: Thống số sinh học của quá trình nitrat hoá 113
Bảng 4.15: Nồng độ ảnh hưởng của kim loại nặng 118
Bảng 4.16: Các mẻ vận hành mô hình Anoxic 122
Bảng 4.17: Kết quả theo dõi của mẻ 1 (DO = 0,16-0,2 mg/L) 123
Bảng 4.18: Kết quả theo dõi của mẻ 2 ( DO = 0,26-0.3 mg/L) 124
Bảng 4.19: Kết quả theo dõi mẻ 3 (DO = 0,29-0,33 mg/L) 125
Bảng 4.20: Kết quả theo dõi mẻ 4 (DO = 0,92-1,16 mg/L ) 125
MỤC LỤC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của BCL Gò Cát
(CENTEMA 2002) 30
Mở đầu

5

Hình 2.21 : Mô hình nghiên cứu ứng dụng MBR để khử nitơ 83
Hình 2.22 : Kết quả sau xử lý 84
Mở đầu

6
Hình 2.23 : Mô hình nghiên cứu 85
Hình 2.24 : Kết qủa nghiên cứu 85
Hình 3.1: Mô hình MBR nitrat hoá bán phần 94
Hình 3.2. Mô hình Anoxic 95
Hình 4.1: Quá trình thích nghi thể hiện qua TKNError! Bookmark
not defined.
Hình 4.2: Sự biến thiên TKN , N-NH
4
+
, N-NO
2
-
và N-NO
3
-
ở mẻ 2
(DO=0,16 mg/L) 101
Hình 4.3:Sự biến thiên TKN ,N-NH
4
+
,N-NO
2
-
,N-NO
3

Hình 4.18: Sự biến thiên của COD khi có tính đến ảnh hưởng của
nitrit 115
Hình 4.19: Ảnh hưởng của K
L
a đến quá trình nitrat hoá 116
Hình 4.20: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của vi khuẩn oxi
hoá ammonia và vi khuẩn oxi hoá nitrit (Grunditz and
Dalhammar, 2001) 117
Hình 4.21: Tốc độ sinh trưởng cực đại của vi khuần oxi hoá
ammonia (-) và vi khuẩn oxi hoá nitrit ( ) theo nhiệt độ 117
Hình 4.22: Mối quan hệ giữa NH
3
tự do và HNO
2
tự do (Anthnisen
et al. , 1976) 119
Hình 4.23: Thời gian lưu nước dựa vào nhiệt độ 120
Hình 4.24: Ảnh của K
L
a và nhiệt độ đến HRT 120
Hình 4.25: Hiệu quả xử lý TKN và ammonia 121
Hình 4.26: Thông số TKN ở giai đoạn thích nghi 123
Hình 4.27: Sự phát triển của sinh khối trong mô hình Anoxic 127 Mở đầu


Gò Cát : TKN là 1400 -1900 mg/l, Ammonia là 700 - 900 mg/l ,
NO
2
-
là 0,2 - 0,3 mg/l, NO
3
-
là 6 – 8 mg/l.
Như vậy việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý hàm lượng
Mở đầu

2
nitơ trong nước rác ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi
cấp bách nhằm ứng dụng trong công nghệ xử lý nước rác hiện nay
sao cho thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi
trường.
Công nghệ MBR ( bể sinh học màng ) ưu điểm là cho chất
lượng nước sau xử lý đạt hiệu quả tốt , chiếm diện tích nhỏ , lượng
bùn sinh ra ít , thời gian lưu bùn lâu tạo điều kiện cho vi khuẩn
nitrat hóa phát triển . Nếu kết hợp với công nghệ Anammox ( oxi
hoá ammonia kò khí ) sẽ tạo bước chuyển biến tốt vì sẽ tiết kiệm
được năng lượng và dinh dưỡng phải cung cấp so với quá trình nitrat
và khử nitrat .
Vì thế cho nên đây sẽ là mục tiêu nghiên cứu của luận văn
nhằm tìm ra kết quả khả thi ứng dụng vào thực tế .
1.2. Mục tiêu luận văn
 Nghiên cứu úng dụng bể sinh học SBR cho quá trình nitrat
hoá bán phần nhằm tạo ra tỉ lệ N-ammonia : N-NO
2
thích hợp sử

hoạt động thích hợp (tỉ lệ N-ammonia : N-NO
2
, HRT , DO )
tạo điều kiện thuận lợi cho các bước xử lý tiếp theo .

Mở đầu

4
Chương 2 : TỔNG QUAN
2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BÃI CHÔN LẤP RÁC
2.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Ô nhiễm bởi nước rác là một trong những vấn đề nan giải đang
được sự quan tâm của toàn xã hội. Thực trạng cho thấy, nước rác
gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường bởi hàm lượng chất
hữu cơ rất cao: COD dao động từ 2.000 lên đến 50.000 – 60.000
mg/l, hàm lượng nitơ vào khoảng 400 – 1200 mg/l. Thêm vào đo,ù
thành phần độc tố, kim loại nặng, hàm lượng vi khuẩn gây bệnh
cũng đáng kể. Nước rác nếu không được xử lý triệt để, khi thải
vào môi trường sẽ gây ô nhiễm đến nguồn nước ngầm, nước mặt,
chi phối trực tiếp đến hoạt động sống của dân cư quanh vùng.
Ở nước ta, các nghiên cứu xử lý nước rác đã được thực hiện
bởi nhiều đơn vò nghiên cứu như: EPC, Centerma, Công ty cổ
phần An Sinh, trung tâm nghiên cứu công nghệ và thiết bò, công
ty Thái Dương… Tuy nhiên kết quả cuối cùng cho thấy: nước sau
xử lý vẫn không đạt tiêu chuẩn thải loại B.

2.1.2 HIỆN TRẠNG CÁC BÃI CHÔN LẤP RÁC Ở THÀNH
PHỐ HỒ CHÍ MINH
Hiện nay, lượng rác của thành phố mỗi ngày là 4.500 tấn,
trong đó khoảng 3.360 tấn là rác hữu cơ và khoảng 1.140 tấn là

nước trung bình trong rác khoảng 50%. Lượng nước này chủ yếu
nằm trong các chất thải hữu cơ.
Bãi rác Đông Thạnh không được thiết kế theo đúng tiêu chuẩn
(không có lớp lót đáy, không có hệ thống xử lý nước) đã và đang
gây ô nhiễm đáng kể đến môi trường.
(2 ) BÃI CHÔN LẤP RÁC GÒ CÁT
Theo kế hoạch, bãi rác Đông Thạnh phải đóng cửa vào tháng
8/2001, chuyển rác về đổ ở Gò Cát. Tháng 8/2001, bãi rác Gò
Mở đầu

6
Cát chỉ mới tiếp nhận thí điểm khối lượng rác từ 300 đến 500
tấn/ngày, nhưng mùi hôi thối đã lan rộng khiến những hộ dân
sống gần đó phản ứng nên việc tiếp nhận rác tại đây phải tạm
ngưng. p lực rác lại dồn trở về bãi rác Đông Thạnh.
Đầu năm 2000 bãi rác Gò Cát đã được đóng cửa để xây dựng
lại với tổng diện tích là 25ha từ nguồn vốn ODA của chính phủ
Hà Lan và vốn ngân sách của thành phố Hồ Chí Minh. Hiện nay,
bãi rác Gò Cát đã tiếp nhận rác với công suất 2000 tấn/ngày.
Khoảng cách trung bình vận chuyển rác từ thành phố đến bãi Gò
Cát là 18 km. Đây là một cự ly vận chuyển đến bãi đổ ngắn nhất
và gần kênh Tham Lương để xả nước thải sau khi xử lý. Với một
vùng đất bạc màu khai thác nông nghiệp không hiệu quả, dân cư
thưa thớt. Bãi có một trạm cân để xác đònh khối lượng rác đổ vào
trạm.
Công trường xử lý rác Gò Cát là công trường xử lý rác hiện
đại, được xây dựng theo công nghệ tiên tiến của Hà Lan, rác sinh
hoạt được xử lý theo phương pháp chôn lấp kỵ khí hợp vệ sinh.
Bãi chôn lấp có trang bò lớp chống thấm ở đáy bằng nhựa HDPE
và lớp phủ trên bằng nhựa VLDPE, có trang bò hệ thống thu gom

khô của chất thải rắn).
 W : khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính
tại chính giữa chiều cao ô chôn lấp, pound.
Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên
bãi chôn lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu
việc chôn bùn được cho phép. Việc mất đi của nước được tích trữ
trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành
khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra từ
đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ).
Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa 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 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. Lưu lượng nước
M u

8
rũ r s tng lờn dn trong sut thi gian hot ng v gim dn sau
khi úng ca bói chụn lp do lp ph cui cựng v lp thc vt
trng lờn trờn mt gi nc lm gim m thm vo.
2.2.2 Thaứnh phan vaứ tớnh chaỏt nửụực roứ rổ
(1) Thnh phn v tớnh cht nc rũ r
Thnh phn nc rỏc thay i rt nhiu, ph thuc vo tui ca
bói chụn lp, loi rỏc, khớ hu. Mt khỏc, dy, nộn v lp
nguyờn liu ph trờn cựng cng tỏc ng lờn thnh phn nc rỏc.
Thnh phn v tớnh cht nc rũ r cũn ph thuc vo cỏc phn
ng lý, húa, sinh xy ra trong bói chụn lp. Cỏc quỏ trỡnh sinh húa
xy ra trong bói chụn lp ch yu do hot ng ca cỏc vi sinh vt
s dng cỏc cht hu c t cht thi rn lm ngun dinh dng cho

4
, CO
2
sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy phân, lên men axit và
lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và các
sản phẩm trung gian khác (giai đoạn III). Trong giai đoạn II, pH của
nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ
và ảnh hưởng của nồng độ CO
2
tăng lên trong bãi rác.
Giai đoạn III - giai đoạn lên men axit: các vi sinh vật trong
giai đoạn II được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và
lượng H
2
ít hơn. Bước đầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến
sự chuyển hóa các enzym trung gian (sự thủy phân) của các hợp
chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein) thành các chất đơn giản
thích hợp cho vi sinh vật sử dụng. Tiếp theo là quá trình lên men
axit. Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hình
thành ở bước trên thành các chất trung gian phân tử lượng thấp hơn
như là axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic, các axit hữu cơ khác.
Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng
nhỏ H
2
S cũng được hình thành.
Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 do sự có mặt
của các axit hữu cơ và khí CO
2
có trong bãi rác. Nhu cầu oxy sinh
hóa (BOD

CH
4
, CO
2
trong giai đoạn IV. Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi
chôn lấp làm các chất có khả năng phân hủy sinh học trước đó chưa
được phân hủy sẽ tiếp tục đựơc chuyển hóa. Tốc độ phát sinh khí
trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu là CH
4
và
CO
2.
Trong giai đoạn ổn định, nước rò rỉ chủ yếu axit humic và axit
fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa. Tuy
nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và
fulvic cũng giảm xuống.
Từ Hình 2.1 có thể thấy rằng nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn
lấp chất thải rắn có pH thấp, BOD
5
và VFA cao, hàm lượng kim loại
nặng cao, tương ứng với giai đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV
của bãi chôn lấp. Khi đã chôn lấp trong một thời gian dài thì các
chất hữu cơ trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan, khi
đó thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ cũng giảm xuống đáng kể.
Khi pH tăng lên sẽ làm giảm nồng độ các chất vô cơ, đặc biệt các
kim loại nặng có trong nước rò rỉ.
Mở đầu

11
Hình 2.1: Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp

Mở đầu

12
BOD
5

2.000-
55.000
10.000
100-200
TOC
1.500-
20.000
6.000
80-160
COD
3.000-
90.000
18.000
100-500
Chất rắn hòa tan
10.000-
55.000
10.000
1.200
Tổng chất rắn lơ
lửng
200-2.000
500
100-400

4,5-7,5
6
6,6-9
Độ cứng theo
CaCO
3

300- 25.000
3.500
200-500
Canxi
50-7.200
1.000
100-400
Magie
50-1.500
250
50-200
Clorua
200-5.000
500
100-400
Sunphat
50-1.825
300
20-50
Tổng sắt
50-5.000
60
20-200

5
/COD. Khi
mới chôn lấp tỷ lệ này thường khoảng 0,5 hoặc lớn hơn. Khi tỷ lệ
BOD
5
/COD trong khoảng 0,4-0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ
trong nước rò rỉ dễ phân hủy sinh học. Trong các bãi rác lâu năm, tỷ
lệ BOD
5
/COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2. Khi đó nước rò rỉ chứa
nhiều axit humic và fulvic có khả năng phân hủy sinh học thấp
Khi thành phần và tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian
thì việc thiết kế hệ thống xử lý cũng rất phức tạp. Chẳng hạn như,
hệ thống xử lý nước rác cho bãi chôn lấp mới sẽ khác so với hệ
thống xử lý các bãi rác lâu năm. Đồng thời, việc phân tích tính chất
nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi nước rò rỉ có thể là hỗn hợp của
nước ở các thời điểm khác nhau. Từ đó, việc tìm ra công nghệ xử lý
thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải nghiên cứu thực tế
mới có thể tìm ra công nghệ xử lý hiệu quả.
Mở đầu

14
(2) Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò
rỉ
Rác được chọn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi
lý, hóa, sinh cùng lúc xảy ra. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các
chất hóa học đã được phân hủy từ rác. Thành phần chất ô nhiễm
trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất
thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm,
chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ

– Vi sinh vật có số lượng lớn.
– Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao.
Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó
chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm
cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể
kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. Đặc điểm nước thải ở giai
đoạn này :
– Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp.
– pH trung tính hoặc kiềm.
– BOD thấp.
– Tỷ lệ BOD/COD thấp.
– Nồng độ NH
4
+
thấp.
– Vi sinh vật có số lượng nhỏ.
– Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp.
Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ
cũng có sự thay đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu
axit béo bay hơi. Các axit thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp
theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhân vòng thơm. Cả
axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rác nghiên về
tính axit. Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò
rỉ có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi
và sự tăng lên của axit fulvic và humic. Khi bãi rác đã đóng cửa
Mở đầu

16
trong thời gian dài thì hầu như nước rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ
các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.

0.040
TVS = 24.000e-kt
mg/l
0,185
TDS = 16.000e
-kt

mg/l
0,075
Nitơ hữu cơ = 130e
-kt

mg/l
0,185
N– Amoniac =
12.000e
-kt

mg/l
0,1
Độ kiềm = 1.400e
-kt

mg/l CaCO
3

0,04
Ca = 9.360 x10
-kt


Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác
động đến tính chất nước rò rỉ. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp
diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có
những đặc tính gì thì nước rò rỉ cũng có các đặc tính tương tự.
Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước rác
cũng chứa nhiều thành phần độc hại…
Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những
tác động đến tính chất nước rác. Chẳng hạn như, các bãi rác có rác
không được nghiền nhỏ. Bởi vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân
hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ rác. Tuy nhiên,
sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất
thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộ hay không. c.Chiều sâu bãi chôn lấp
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn
lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn
lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi
rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều
thời gian để phân hủy. Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian
tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển của
nước sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên
nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm.
Mở đầu

18
d. Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi
Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất
quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng
nhanh thời gian tạo nước rò rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng