Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
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
biện pháp đã áp dụng thì biện pháp xử lý sinh học kỵ khí được đánh giá trội hơn
hẳn so với các công nghệ khác bởi hiệu quả xử lý cao, tiết kiệm không gian và
chi phí vận hành thấp. Nhưng do tính chất nước rỉ rác ngày càng phức tạp và thể
tích nước tồn đọng ngày càng nhiều mà khả năng xử lý thì hữu hạn nên việc tiếp
tục nghiên cứu để tìm ra thêm các biện pháp để xử lý nước rỉ rác là luôn cần
thiết. Một công nghệ hoàn chỉnh đáp ứng được nhu cầu xử lý nước rỉ rác hiện nay
và dễ dàng áp dụng trong điều kiện thực tế nước ta là điều mà mọi nghiên cứu
đều hướng đến.
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
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

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
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
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
3
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
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
xử lý, phù hợp với thành phần và tính chất của nguồn nước rỉ rác trong nước.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu ứng dụng mô hình sinh học kỵ khí nhiều ngăn xử lý thành phần
ô nhiễm hữu cơ trong nước rỉ rác.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• Tìm hiểu về các BCL, tình hình nghiên cứu và ứng dụng các công
nghệ xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước
• Thiết kế và vận hành mô hình sinh học kỵ khí nhiều ngăn
• Thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu pH, COD, SS của nước thải ở đầu
vào, đầu ra và trong các thời gian lưu thủy lực khác nhau
• Xử lý số liệu thu thập và phân tích được
• Tổng hợp và đánh giá kết quả, thông qua đó xác đònh hiệu quả xử lý
COD và ảnh hưởng của các thông số vận hành như pH, HRT, ORL,
tỷ lệ giữa thể tích vật liệu đệm với thể tích mô hình
GVHD: TS. Lê Đức Trung

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
vật kỵ khí thích nghi với
chất nền
• Chạy mô hình 1
không hoà trộn và keo
tụ tạo bông trong các
thời gian lưu khác nhau
2.5 tuần • Phân
tích mẫu theo 3 chỉ tiêu
pH, SS, COD ở các thời
gian lưu khác nhau
• Chạy mô hình 2
có hoà trộn và keo tụ
tạo bông
2.5 tuần - nt -
• Tổng hợp, xử lý

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
một lớp vôi bột và lấp lên một lớp đất dày khoảng 20 – 30 cm. Sau một thời gian
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
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.
BCL Đông Thạnh do hình thành tự phát nên không có khoảng cách li vệ
sinh với khu dân cư. Cũng do không được quy hoạch, thiết kế như một BCL hợp
vệ sinh, đạt tiêu chuẩn ngay từ đầu nên bãi rác khi hoạt động đã mắc phải những
sai phạm. Thực tế, BCL chỉ là một bãi đổ hở, không có lớp chống thấm, không có
hệ thống thu gom khí và nước rò rỉ… Hậu quả là ô nhiễm môi trường ở bãi rác
Đông Thạnh khá nghiêm trọng, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cộng đồng dân cư
và môi trường sống.
Hình 2. Sơ đồ cắt ngang đòa hình Bãi chôn lấp Đông Thạnh
Rác chôn ở Đông Thạnh chủ yếu là rác sinh hoạt, trong đó phần lớn các
loại rác có thể tái chế đã được người dân thu lượm trên bãi, còn lại là rác hữu cơ,
rác nilon cũ, các loại rác không thể tái chế. Các công trình nghiên cứu rác thải ở
Thành Phố Hồ Chí Minh cho thấy thành phần của các chất hữu cơ (chủ yếu là
rau, quả, thực phẩm) chiếm 50 – 62% (theo trọng lượng ướt), hàm lượng nước
trung bình trong rác khoảng 50%.
GVHD: TS. Lê Đức Trung

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
11
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
3
/h, bước đầu vận hành chạy thử và đã xử lý xong 6000 m
3
. Nhưng sau khi BCL
Gò Cát chính thức tiếp nhận lượng rác theo thiết kế là 2000 tấn/ngày, đến ngày
27/01/2002 thì bò trục trặc ở hệ thống siêu lọc, công suất giảm còn khoảng 10
m
3
/h, nước rỉ rác qua xử lý chưa ổn đònh. Mặc khác, các chỉ tiêu của nước sau xử
lý không đạt tiêu chuẩn cho phép nhưng cũng được chấp nhận thải ra kênh Nước
Đen. Đây chính là điều làm cho các chuyên gia trong nước quan tâm bởi tính hiệu
quả an toàn của thiết bò này.
Sau 05 năm hoạt động, ngày 01/08/2007, bãi rác Gò Cát chính thức đóng
cửa qua hai năm lùi hẹn. Toàn bộ 4000 tấn rác thải ra hàng ngày buộc phải
chuyển về chôn lấp tại bãi Phước Hiệp (thuộc Khu liên hiệp xử lý chất thải rắn

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.
2.2.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác
Thành phần nước rỉ rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi BCL, loại
rác, khí hậu. Mặc khác, độ dày, độ nén và nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác
động lên thành phần nước rác. Bảng 1 biểu diễn sự biến thiên nồng độ chất ô
nhiễm trong nước rác theo thời gian, từ ngày bãi ngưng hoạt động.
Bảng 2. Sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rỉ rác theo tuổi
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
Thành phần Đơn vò Giá trò
1 năm 5 năm 16 năm
pH 5.2 – 6.4 6.3 -
COD mg/l 10000 - 40000 3000 400
BOD

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
sát các trạm xử lý nước rò rỉ cho thấy hầu hết các trạm có hiệu quả xử lý thấp
hoặc ban đầu cao, sau đó thấp dần là do công tác khảo sát sự thay đổi thành phần
nước rỉ rác không được thực hiện một cách kỹ càng.
Hàm lượng chất hữu cơ nước rỉ rác của bãi rác mới chưa phủ đầy (khoảng
08 tháng tuổi) có thể lên đến 716000 mg/l. Hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ giảm
dần theo tuổi bãi rác. Tương tự, tỷ số BOD:COD cũng giảm dần theo thời gian.
Mức độ giảm này cho thấy chất hữu cơ dễ oxy hoá sinh hoá giảm nhanh, trong khi
đó hàm lượng chất không phân huỷ sinh học gia tăng theo tuổi bãi rác.
GVHD: TS. Lê Đức Trung
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
15
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
Thời gian (năm)
Hình 6. Sự biến thiên tỷ số BOD/COD của nước rỉ rác theo tuổi của BCL
(Nguồn: Chian và DeWalle, 1997)

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
chuyển hoá sinh học, thường bò khử đến khí N
2
và H
2
S. Trong pha này, pH của
nước rác bắt đầu giảm do sự hiện diện các acid hữu cơ và ảnh hưởng của sự gia
tăng nồng độ CO
2
trong bãi rác.
• Pha 3 (pha acid)
Các vi sinh kỵ khí gia tăng tạo ra một lượng lớn các acid hữu cơ và một
lượng ít khí hydro. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là nhóm vi sinh
vật dò dưỡng trong điều kiện cả yếm khí lẫn kỵ khí nghiêm ngặt. Các chất hữu cơ
dạng đơn giản, các amino acid, đường… được chuyển hoá thành các acid béo bay
hơi (VFA), alcohols, CO

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
thành CH
4
. Lúc này, tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các chất dinh
dưỡng đã bò khử loại qua các pha trước và chất nền còn lại thì khả năng phân hủy
sinh học khá chậm. Khí sinh ra chủ yếu là CH
4
và CO
2
. Suốt pha này, nước rác
thường chứa acid humic và fulvic rất khó xử lý sinh học.
Nhìn chung ở những bãi rác mới (giai đoạn acid), nước rỉ rác thường có pH
thấp, nồng độ BOD
5
, TOC, COD và kim loại nặng cao, còn ở những bãi rác lâu
năm (giai đoạn metan của quá trình phân huỷ), pH = 6.5 – 7.5, nồng độ các chất ô

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
SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên
20
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
SO
4
2-
mg/l 11 830 70
Độ cứng mgCaCO
3
/l 11 7420 305
Fe- tổng mg/l 10 940 100
Zn
2+
mg/l 10 68 7.8
Ni

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
21
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
mùa khô
Nước rò rỉ mới
mùa mưa
Nước rò rỉ cũ
pH 4.8 – 6.2 6.5 – 6.9 7.81 – 7.89
TDS mg/l 7300 – 12200 5011 – 6420 6040 – 9145
COD mg/l 39614 – 59750 6621 – 31950 1186 – 1436
BOD
5
mg/l 30000 – 48000 4554 – 25130 200
VFA mg/l 21878 – 25182 2882 26
SS mg/l 1760 – 4310 896 – 1320 235
N – tổng mg/l 974 – 1165 484.4 918.6
P – tổng mg/l 55.8 – 89.6 13.3 6.4 – 10.1
Độ cứng mgCaCO

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
22
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
Quy trình xử lý Các công đoạn có thể áp dụng
Cơ học • Lắng cặn
• Lọc qua lưới lọc
• Làm thoáng
• Lọc qua lớp vật liệu lọc, qua màng
• Tuyển nổi và vớt bọt
• Khử khí
• Khuấy trộn pha loãng
Hoá học • Clo hóa
• Ozon hóa
• Trung hòa bằng dung dòch acid hoặc
kiềm
• Keo tụ
• Hấp thụ và hấp phụ
• Trao đổi ion

• …
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
24
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác
2.3.2.1 Phương pháp hóa học
Đây là quá trình dùng một số hoá chất và bể phản ứng nhằm nâng cao chất
lượng của nước thải để đáp ứng hiệu quả xử lý của các công đoạn sau. Ví dụ:
• Dùng acid hay vôi để điều chỉnh pH
• Dùng than hoạt tính, Clo, Ozon để khử các chất hữu cơ khó oxy hoá,
khử màu, mùi, khử trùng
• Bể lọc trao đổi ion khử kim loại nặng,…
2.3.3. Phương pháp sinh học
Là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân huỷ sinh hoá các
hợp chất hữu cơ. Mục đích cơ bản của quá trình xử lý sinh học là lợi dụng các
hoạt động sống và sinh sản của vi sinh để ổn đònh các hợp chất hữu cơ, làm keo tụ
các chất keo lơ lửng không lắng được trong nước thải sinh hoạt và nước thải từ
các hầm cầu, bể tự hoại để loại chúng ra khỏi nước với sản phẩm cuối cùng là khí
carbonic, metan, nước và các chất vô cơ khác. Phụ thuộc vào các điều kiện môi
trường cụ thể, mục đích xử lý có thể bổ sung thêm, ví dụ khử Nitơ và Photpho,
khử vết của các hợp chất hữu cơ khác. Phương pháp xử lý sinh học có thể chia
làm hai loại: xử lý hiếu khí và kỵ khí trên cơ sở có oxy hoà tan và không có oxy
hoà tan.
Xử lý sinh học gồm các bước:
• Chuyển hoá các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc Cacbon ở dạng keo
và dạng hoà tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh