LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Học viên
Nguyễn Thị Hòa
i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em đã nhận
đƣợc sự ủng hộ, giúp đỡ và sự hƣớng dẫn của các thầy giáo, cô giáo, gia đình và bạn
bè.
Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của PGS.TS.Đặng Xuân
Hiển và TS. Đặng Minh Hằng đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về mọi
mặt nhất để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Trong khoảng thời gian qua,
thầy và cô là ngƣời truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm vận hành hệ thống và là ngƣời
theo sát quá trình thực nghiệm.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Viện Khoa Học và Công Nghệ
Môi Trƣờng, các cán bộ hƣớng dẫn thí nghiệm đã giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian
vừa qua.
Xin cảm ơn các bạn cùng nhóm nghiên cứu về nƣớc rỉ rác cũng nhƣ các bạn lớp
Kỹ thuật Môi Trƣờng đã cùng đồng hành trong thời gian thí nghiệm nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, 10/2015
Học viên
1.2.6. Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật sinh học kết hợp lọc màng (MBR) trong xử lý
nƣớc thải ................................................................................................................................ 25
1.2.7. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBR trong xử lý nƣớc rỉ rác.............................. 27
1.2.8. Những yếu tố ảnh hƣởng tới hoạt động của MBR trong xử lý nƣớc rỉ rác............. 29
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 31
2.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................ 31
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................... 31
2.1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 31
iii
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 32
2.2.1. Xử lý hóa lý trƣớc khi đƣa nƣớc rỉ rác vào hệ thống MBR .................................... 32
2.2.2. Mô hình MBR ............................................................................................................. 33
2.2.3. Các bƣớc nghiên cứu .................................................................................................. 36
2.2.4. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ nghiên cứu và phƣơng pháp phân tích.......................... 38
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 41
3.1. KẾT QUẢ SAU XỬ LÝ HÓA LÝ NƢỚC RỈ RÁC KIÊU KỴ ......................... 41
3.2. QUÁ TRÌNH THÍCH NGHI CỦA BÙN HOẠT TÍNH VỚI NƢỚC RỈ RÁC .. 42
3.3. ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ HOẠT ĐỘNG TỚI HIỆU SUẤT XỬ LÝ
CỦA HỆ THỐNG MBR ............................................................................................ 46
3.3.1. Ảnh hƣởng của thời gian lƣu thủy lực (HRT) tới hiệu quả xử lý của hệ thống MBR
…………………………………………………………………………………....46
3.3.2. Ảnh hƣởng của nồng độ bùn (MLSS) tới hiệu quả xử lý của hệ thống MBR........ 51
3.3.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ tuần hoàn bùn tới hiệu quả xử lý của hệ thống MBR............ 56
3.3.4. Ảnh hƣởng của nồng độ hữu cơ đầu vào tới hiệu quả xử lý của hệ thống MBR ... 59
3.3.5. Ảnh hƣởng của nồng độ DO tới hiệu quả xử lý của hệ thống MBR....................... 62
3.3.6. Xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ, nito và photpho dƣới các điều kiện thích hợp
đã khảo sát ............................................................................................................... 65
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 66
Hình 3.9. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý nito dƣới các thời gian lƣu thủy lực
khác nhau .......................................................................................................................49
Hình 3.10 thể hiện sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý photpho dƣới các thời gian
lƣu thủy lực khác nhau. .................................................................................................50
Hình 3.10. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý photpho dƣới các thời gian lƣu thủy
lực khác nhau .................................................................................................................50
Hình 3.11. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý BOD5 và SS dƣới các thời gian lƣu
thủy lực khác nhau .........................................................................................................51
Hình 3.12. Sự thay đổi thông lƣợng dòng thấm qua màng tại các nồng độ bùn khác
nhau ............................................................................................................................... 52
Hình 3.13. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý COD tại các nồng độ bùn khác nhau ......53
Hình 3.14. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý nito tại các nồng độ bùn khác nhau ......54
Hình 3.15. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý photpho tại các nồng độ bùn khác
nhau ............................................................................................................................... 55
Hình 3.16. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý BOD5 và SS tại các nồng độ bùn
khác nhau .......................................................................................................................56
Hình 3.17. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý COD tại các tỷ lệ tuần hoàn bùn
khác nhau .......................................................................................................................56
vi
Hình 3.18. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý nito tại các tỷ lệ tuần hoàn bùn khác
nhau ............................................................................................................................... 57
Hình 3.19. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý photpho tại các tỷ lệ tuần hoàn bùn
khác nhau .......................................................................................................................58
Hình 3.20. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý COD tại các nồng độ hữu cơ đầu
vàokhác nhau ..................................................................................................................59
Hình 3.21.Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý nito tại các nồng độ hữu cơ đầu vào khác
nhau. ............................................................................................................................... 60
Hình 3.22. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý TP tại các nồng độ hữu cơ đầu vàokhác
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Total phosphorus
Tổng photpho
TKN
SS
SVI
Total Kjeldahl nitrogen
Suspended solid
Sludge volume index
Tổng nitơ Kendan
Chất rắn lơ lửng
Chỉ số thể tích lắng của bùn
SV
MLSS
15
UV Vis
CAS
16
MBR
17
18
QCVN
BTNMT
19
HDTN
Ultraviolet radiation
Visible
Conventional activated
sludge
Membrane Bioreactor
Máy quang phổ tử ngoại khả kiến
Bùn hoạt tính thông thƣờng
Bể phản ứng sinh học kết hợp lọc
màng
Quy chuẩn Việt Nam
nhiều thành phần phức tạp trong nƣớc rỉ rác
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác già từ bãi chôn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ bằng
công nghệ bể phản ứng sinh học kết hợp lọc màng (MBR). Nƣớc rỉ rác đã đƣợc tiền xử
1
lý bằng các phƣơng pháp keo tụ, kết tủa thích hợp để đạt đƣợc tiêu chuẩn đầu vào của
một hệ thống sinh học.
Mục tiêu của đề tài
Tổng quan đƣợc công nghệ MBR ứng dụng để xử lý nƣớc rỉ rác và động học
của các quá trình sinh học xảy ra trong quá trình xử lý;
Tiền xử lý hoá lý nƣớc rỉ rác già bằng các phƣơng pháp thích hợp để đạt tới
điều kiện đƣa vào hệ thống xử lý sinh học;
Xác định đƣợc một số thông số chính ảnh hƣởng đến hoạt động xử lý nƣớc rỉ
rác trong hệ thống MBR: quá trình thích nghi bùn, thời gian lƣu thủy lực, tải trọng hữu
cơ, tỷ lệ tuần hoàn bùn, nồng độ oxy hòa tan;
Lựa chọn một số thông số công nghệ MBR phù hợp ứng dụng trong xử lý nƣớc
rỉ rác.
Nội dung nghiên cứu
Tiền xử lý nƣớc rỉ rác bằng phƣơng pháp hóa lý thích hợp để đảm bảo chất
lƣợng nƣớc đầu vào cho hệ thống MBR. Xác định đƣợc các đặc tính của nƣớc rỉ rác
thô và nƣớc rỉ rác sau quá trình tiền xử lý.
Khảo sát ảnh hƣởng của các thông số chính đến hoạt động xử lý nƣớc rỉ rác
trong hệ thống MBR: quá trình thích nghi bùn, thời gian lƣu thủy lực, nồng độ hữu cơ
đầu vào, tỷ lệ tuần hoàn bùn, nồng độ oxy hòa tan.
Đánh giá hiệu quả xử lý của các thành phần ô nhiễm (COB, BOD5, NH4+, NO3NO2-, TKN, TP) và các quá trình diễn ra trong hệ thống. Từ đó, phân tích lựa chọn ra
một số điều kiện về công nghệ MBR phù hợp để ứng dụng xử lý nƣớc rỉ rác đã qua
quá trình tiền xử lý.
Các hợp phần chính trong nƣớc rỉ rác là:
-
Các ion lớn, nhƣ: canxi, magie, kali, sắt, natri, amoni, bicacbonat, sunphat và
clo…
-
Các kim loại dạng vết nhƣ: kẽm, đồng, crom, niken, chì, cadimi…
-
Các hợp chất hữu cơ đƣợc xác định dƣới dạng: tổng cacbon hữu cơ (TOC), nhu
cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD)…
-
Các hợp phần vi sinh vật.
Thành phần của nƣớc rỉ rác chủ yếu phụ thuộc vào những yếu tố chính sau: (a)
tuổi bãi chôn lấp, (b) chất và lƣợng của chất thải, (c) các quá trình sinh học và hóa học
xảy tra trong bãi chôn lấp và (d) lƣợng nƣớc mƣa [34].
Thành phần hoá học của nƣớc rác trƣớc hết phụ thuộc vào mức độ phân huỷ của
rác (nhiệt độ, độ ẩm, tuổi, điều kiện môi trƣờng), chúng khác nhau rất rõ rệt đối với
từng bãi cụ thể. Nƣớc thải từ các bãi rác với mức độ phân huỷ thấp (mới, mùa khô,
lạnh) đang trong giai đoạn axit hoá thì 80-90% chất hữu cơ trong đó là các axit hữu cơ
dễ bay hơi có khả năng sinh huỷ cao. Ngƣợc lại nƣớc thải từ bãi rác có độ phân huỷ
3
5 – 10
> 10
pH
< 6,5
6,5 – 7,5
> 7,5
BOD/COD
> 0.5
0,1 – 0,5
< 0,1
COD (mg/l)
> 10.000
4.000 – 10.000
< 4.000
NH3-N (mg/l)
giá đặc trƣng của nƣớc rác [1].
Thành phần, tính chất nước rỉ rác ở Việt Nam:
Việt Nam vẫn chƣa áp dụng các phƣơng pháp phân loại rác tại nguồn nên thành
phần nƣớc rỉ rác rất phức tạp. Thành phần nƣớc rỉ rác có thể biến động rất lớn, tùy
thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp, thời gian lấy mẫu – mùa mƣa hay mùa khô và theo
những xu hƣớng khá nhau. Một số kết quả phân tích nƣớc rỉ rác từ bãi chôn lấp rác
Nam Sơn - Hà Nội (2005), Xuân Sơn - Hà Nội (2012), bãi chôn lấp Thủy Phƣơng Huế (2009) đã chỉ ra ra rằng:
Dựa vào các đặ
đƣợ
ại: nƣớc rỉ
rác mới (2 – 3 năm sau khi bãi chôn lấp đi vào hoạt động) và n
ừ năm
thứ 4 – 5 trở đi), có thể nhận thấy n
ại khác nhau:
trong giai đoạn 3 – 6 tháng đầu, n
xít, với nồng độ COD,
BOD, các kim loại nặng đều từ cao đến rất cao, pH và NH4+ tƣơng đối thấp. Giai đoạn
tiếp theo, nồng độ các ion tự do giảm nhiều, pH trung tính, NH4+ bắt đầu tăng, nhƣng
COD và BOD vẫn còn rất cao [2, 3].
-
Các phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác thông thƣờng có thể đƣợc phân chia thành 3
nhóm chính: (a) chuyển nƣớc rỉ rác sang dòng thải khác: tuần hoàn và xử lý kết hợp
với dòng thải sinh hoạt, (b) các phƣơng pháp hóa học và cơ học: oxy hóa hóa học, hấp
phụ, kết tủa hóa học, đông/keo tụ, lắng/tuyển nổi và đuổi khí, (c) phân hủy sinh học:
các quá trình hiếu khí và yếm khí.
1.1.3.1. Chuyển nước rỉ rác sang dòng thải khác
Xử lý kết hợp với dòng thải sinh hoạt
Trƣớc đây, biện pháp thƣờng đƣợc sử dụng để sử xử lý nƣớc rỉ rác là hòa trộn
nƣớc rỉ rác với nƣớc thải sinh hoạt trong nhà máy xử lý nƣớc thải sinh hoạt. Phƣơng
pháp này khá đƣợc ƣa chuộng do có thể dễ dàng duy trì và chi phí hoạt động thấp. Tuy
nhiên, sự có mặt của các hợp chất gây ức chế hữu cơ với khả năng phân hủy sinh học
thấp và các kim loại nặng có thể làm giảm hiệu quả xử lý và làm tăng nồng nồng độ
nƣớc đầu ra. Đặc điểm của phƣơng pháp thay thế này là nito (trong nƣớc rác) và
photpho (trong nƣớc thải sinh hoạt) không cần thiết phải bổ sung thêm tại nhà máy.
Phƣơng pháp xử lý kết hợp sử dụng bể phản ứng sinh học theo mẻ (SBR) bao gồm các
giai đoạn dẫn nƣớc vào, thiếu khí, hiếu khí và lắng. Khi tỷ lệ nƣớc thải sinh hoạt so với
nƣớc rác là 9/1, hiệu quả xử lý BOD và nito đạt đƣợc là 95% và 50% tại thời điểm kết
thúc của các chu kỳ ngày. Hiệu quả khử COD và NH4+ - N cũng giảm khi tăng tỷ lệ
nƣớc rỉ rác/nƣớc thải sinh hoạt. Hơn nữa, chất lƣợng nƣớc đầu ra cũng đƣợc cải thiện
khi bổ sung thêm cacbon hoạt tính dạng bột (PAC), đặc biệt nếu đầu vào nƣớc rỉ rác
vƣợt quá 10% [7].
Tuần hoàn
Tuần hoàn nƣớc rỉ rác trở lại phía trên bãi chôn lấp đƣợc sử dụng khá nhiều
trong thập kỷ qua bởi nó là một trong những công cụ hiện hữu tốn ít chi phí nhất. Tuần
hoàn nƣớc rác làm tăng hàm lƣợng ẩm trong hệ thống phản ứng đƣợc kiểm soát, cung
cấp sự phân bố dinh dƣỡng và enzyme giữa các loài vi sinh vật metan hóa và pha
rắn/lỏng. Tuần hoàn nƣớc rỉ rác không chỉ tăng cƣờng chất lƣợng nƣớc đầu ra, mà còn
6
Tuy nhiên, phƣơng pháp này hiện vẫn tồn tại một số nhƣợc điểm: sinh ra một
lƣợng lớn bùn đặc và có thể làm tăng nồng độ nhôm hoặc sắt trong pha lỏng.
Kết tủa hóa học
7
Trong xử lý nƣớc rỉ rác, kết tủa hóa học đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ một bƣớc
tiền xử lý để loại bỏ nito dạng amoni nồng độ cao. Các ion amoni đƣợc kết tủa bằng
cách
bổ
sung
Magie-nhôm-photphat
(MAP)
cùng
với
MgCl2.6H2O
và
Na2HPO4.12H2O với tỷ lệ Mg:NH4:PO4 là 1:1:1 tại pH 8,5 – 9. Nồng độ amoni giảm
từ 560 xuống 110 mg/l trong 15 phút bởi phƣơng pháp này. Gần đây, kết tủa struvite
(Mg:NH4:PO4 = 1:1:1) đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong xử lý amoni. Nồng độ nito
amoni tƣơng ứng giảm 72 và 20% tại pH 12 và 10-11 [26].
bột cacbon hoạt tính (PAC) sử dụng tƣơng đối lớn. Hấp phụ bằng cacbon hoạt tính
đƣợc sử dụng cùng với quá trình xử lý sinh học để xử lý nƣớc rỉ rác hiệu quả hơn. Các
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, COD trơ và độ màu có thể đƣợc khử tới các mức
có thể chấp nhận trong quá trình xử lý nƣớc rỉ rác bằng phƣơng pháp sinh học.
Oxy hóa hóa học
Oxy hóa hóa học là phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu rộng rãi trong xử lý nƣớc rỉ
rác. Các quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) đang nhận đƣợc nhiều sự chú ý. Ngoại trừ
quá trình ozon hóa đơn giản (O3), hầu hết các quá trình AOP sử dụng kết hợp các chất
oxy hóa mạnh, ví dụ O3 và H2O2, bức xạ; tia cực tím (UV), siêu âm (US) hoặc các
chùm tia điện (EB), và các chất xúc tác; chuyển vị các ion kim loại hoặc xúc tác quang
học. AOP đƣợc ứng dụng trong xử lý nƣớc rác già hoặc đã đƣợc ổn định:
- Oxyt hóa các hợp chất hữu cơ thành trạng thái oxy hóa ổn định cao nhất của nó
là cacbon dioxit hoặc/và nƣớc (nghĩa là đạt sự khoáng hóa hoàn toàn),
- Cải tiện khả năng có thể phân hủy sinh học của các chất ô nhiễm hữu cơ khó
phân hủy tới giá trị thích hợp để xử lý sinh học một cách hiệu quả về mặt kinh tế.
Nhiều nghiên cứu đã sử dụng quá trình ozon hóa nhƣ bƣớc xử lý nƣớc thải bậc
ba trƣớc khi xả thải ra môi trƣờng, hiệu quả loại bỏ COD khoảng 50 – 70% trong hầu
hết các trƣờng hợp. Đôi khi, hiệu quả xử lý các nƣớc rác đã ổn định đạt mức trung
bình. Theo một số nghiên cứu, sau 1 giờ ozon hóa (1.3 – 1.5 g O3/g COD phân hủy),
chỉ 30% COD đƣợc xử lý. Hiệu quả COD đƣợc tăng cƣờng rất nhiều khi kết hợp các
chất oxy hóa (H2O2/O3) hoặc bổ dung thêm hệ thống bức xạ (H2O2/UV). Hiệu quả loại
bỏ các vật chất hữu cao khoảng 90% khi sử dụng quá trình H2O2/O3. Các quá trình
Fenton và quang – Fenton cho phép giảm lƣợng COD tƣơng ứng 45 – 75% và 70 –
78%. Theo mục tiêu cải thiện khả năng phân hủy sinh học, tỷ lệ BOD/COD đạt gần 0,5
sau quá trình oxy hóa sử dụng quá trình Fenton. Những công nghệ này đã đƣợc áp
dụng để xử lý hoặc phân hủy chủ yếu các hợp chất mùn [7].
9
Tuy nhiên, các hạn chế chung của AOP là nhu cầu về năng lƣợng điện cao cho
Bể phản ứng sinh học theo mẻ (SBR) khá thích hợp đối với các quá trình nitrat
hóa – khử nitrat do nó cung cấp một chế độ hoạt động phù hợp với quá trình oxy hóa
cacbon hữu cơ đồng thời với quá trình nitrat hóa. Nhiều tác giả đã ghi nhận hiệu quả
loại bỏ COD lên tới 75%. Hiệu quả loại bỏ NH3-N lên tới 99% cũng đƣợc nhận thấy
bởi Lo trong quá trình xử lý hiếu khí nƣớc rỉ rác sinh hoạt trong SBR với thời gian lƣu
từ 20 – 40 ngày [34].
Các hệ thống sinh khối sinh trưởng bám dính
Do những vấn đề chính của bùn là sự kết khối hoặc không đủ khả năng phân
tách trong các hệ thống hiếu khí thông thƣờng, nên một số quá trình hiếu khí cải tiến,
đƣợc gọi là hệ thống sinh khối sinh trƣởng bám dính, gần đây đã đƣợc phát triển.
Những hệ thống này có ƣu điểm là không mất mát sinh khối hoạt tính. Quá trình nitrat
cũng ít bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ thấp hơn so với trong các hệ thống sinh trƣởng lơ
lửng, và bởi quá trình ức chế do hàm lƣợng nito cao.
Các thiết bị lọc nhỏ giọt. Các thiết bị lọc nhỏ giọt có hiệu quả xử lý nito sinh
học trong nƣớc rỉ rác từ bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt khá thấp. Các thiết bị lọc sinh
học vẫn là một công cụ đƣợc ƣu tiên ứng dụng cho quá trình nitrat hóa bởi phƣơng tiện
lọc chi phí thấp. Trong nghiên cứu của Jokela và các cộng sự, quá trình nitrat hóa nƣớc
rỉ rác đạt hơn 90% trong các thiết bị lọc bằng gạch nghiền hiếu khí ở khu thử nghiệm
và trong phòng thí nghiệm với các tải trọng NH3-N nằm trong khoảng 100 và 130
mg/l.ngày tại 25°C và thậm chí 50 mg/l.ngày NH3-N tại các nhiệt độ thấp từ 5 – 10°C
[28].
Bể phản ứng sinh học đệm chuyển động (MBBR) (hay bể phản ứng sinh học vật
mang lơ lửng (SCBR) hay bể phản ứng đệm tầng sôi). Quá trình MBBR dựa trên việc
sử dụng các vật mang bằng nhựa lỗ rỗng lơ lửng, đƣợc giữ chuyển động liên tục trong
bể hiếu khí, trong khi sinh khối hoạt tính sinh trƣởng nhƣ một màng sinh học trên các
bề mặt của chúng. Những ƣu điểm chính của phƣơng pháp này so với các quá trình
sinh trƣởng lơ lửng thông thƣờng là: hàm lƣợng sinh khối cao hơn, thời gian lắng bùn
không dài, mức độ nhạy với các hợp chất độc thấp hơn và loại bỏ đƣợc cả chất hữu cơ
điểm chính của quá trình xử lý này là độ nhạy cảm lớn trƣớc các hợp chất độc [26].
Quá trình sinh khối sinh trưởng bám dính
Lọc yếm khí. Lọc yếm khí là một hệ thống tốc độ cao tập trung những ƣu điểm
của các hệ thống yếm khí khác và giảm thiểu nhƣợc điểm. Trong thiết bị lọc yếm khí
dòng chảy ngƣợc, sinh khối đƣợc giữ lại nhƣ các màng sinh học trên vật liệu giá đỡ,
nhƣ các vòng nhựa. Ví dụ, Henry và các cộng sự đã chứng minh rằng thiết bị lọc yếm
khí có thể giảm COD xuống tới 90%, tại các tải trọng thay đổi từ 1,26 tới 1,45
kgCOD/m3ngày đối với các bãi chôn lấp có tuổi khác nhau. Tổng lƣợng khí sinh học
12
sinh ra nằm trong khoảng 400 tới 500 L khí/kg COD phân hủy và hàm lƣợng metan
chiếm khoảng 75 tới 85% [22].
Kết luận về các phương pháp xử lý thông thường:
Các phƣơng pháp xử lý sinh học thông thƣờng và các phƣơng pháp lý – hóa học
đang đƣợc xem là các công nghệ thích hợp nhất để xử lý và quản lý các dòng thải nồng
độ cao nhƣ nƣớc rỉ rác. Đối với nƣớc rỉ rác mới, các kỹ thuật sinh học có thể xử lý
hiệu quả COD, NH3-N. Đối với nƣớc rác đã ổn định (khả năng phân hủy sinh học thấp
hơn), các quá trình xử lý hóa-lý đƣợc xem là thích hợp hơn, và đƣợc xem nhƣ một
bƣớc tinh sạch cho nƣớc rỉ rác đã xử lý sinh học, để loại bỏ các hợp chất hữu cơ khó
phân hủy. Các quá trình hóa-lý-sinh học kết hợp giúp cải thiện những hạn chế của từng
quá trình riêng lẻ để đạt hiệu quả xử lý cao hơn cho toàn quá trình.
Tuy nhiên, với các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt ở hầu hết các quốc gia và sự
già hóa các bãi chôn lấp với lƣợng nƣớc rỉ rác đã ổn định ngày càng nhiều, các quá
trình xử lý thông thƣờng (sinh học hoặc hóa-lý) không đủ để đạt đƣợc mức tinh sạch
cần thiết để giảm hoàn toàn những tác động bất lợi của nƣớc rỉ rác lên môi trƣờng. Do
vậy, công cụ xử lý thay thế mới là cần thiết. Trong những năm qua, nhiều quá trình xử
lý hiệu quả hơn dựa trên công nghệ màng đƣợc xem nhƣ một công nghệ xử lý thay thế
hiệu quả để đạt đƣợc các quy chuẩn về chất lƣợng nƣớc ở hầu hết các quốc gia.
1.1.5. Các công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác ở Việt Nam
Nhận xét chung: mặc dù nhiều công nghệ xử lý đã đƣợc đƣa ra và áp dụng
trong thực tế xử lý nƣớc rỉ rác, nhƣng chất lƣợng nƣớc sau xử lý vẫn chƣa đạt các tiêu
chuẩn xả thải nên cần phải có một quy trình xử lý tiên tiến hơn.
1.2. BỂ PHẢN ỨNG SINH HỌC KẾT HỢP LỌC MÀNG (MBR)
Công nghệ bể phản ứng sinh học kết hợp lọc màng (MBR) là công nghệ kết hợp
giữa quá trình bùn hoạt tính và lọc màng. Ý tƣởng về sự kết hợp giữa quá trình bùn
hoạt tính và quá trình phân tách màng đƣợc ghi nhận lần đầu tiên bởi nghiên cứu đƣợc
thực hiện tại Viện Công nghệ Rensselaer, Troy, New York và Dorr-Oliver, Inc.
Milford, Connecticut, Mỹ. Trƣớc những năm 1990, hầu hết các hệ thống MBR thƣờng
đƣợc sử dụng trong các quá trình xử lý nƣớc công nghiệp. Hiện tại rất nhiều loại MBR
đã đƣợc ứng dụng trong xử lý các loại nƣớc thải [29].
1.2.1. Các loại vi sinh vật trong xử lý sinh học
Quần xã vi sinh trong hệ bất kỳ hệ thống sinh học nào cũng bao gồm một lƣợng
lớn các loài vi khuẩn khác nhau. Trong hệ thống MBR, thời gian lƣu bùn dài giữ cho
14
quần thể vi sinh tách biệt khỏi các loài vi khuẩn phân giải protein. Nitrosomonas và
Nitrosospira là vi khuẩn thực hiện quá trình oxy hóa amoni trong bùn hoạt tính,
Nitrobacter và Nitrospira là vi khuẩn thực hiện quá trình oxy hóa nitrit. Sofia và các
cộng sự [46] đã phát hiện ra các vi khuẩn nitrat chiếm ƣu thế là Nitrosospira và
Nitrospira, trong khi đó Witzig và các cộng sự [55] không nhận thấy sự có mặt của
Nitrosomonas, Nitrobacter hoặc Nitrosospira trong bùn đƣợc lọc qua màng. Điều này
cho thấy rằng vi khuẩn oxy hóa amoni là đặc hiệu cho hệ thống và Nitrosospiralà vi
khuẩn chính thực hiện quá trình khử nitrat. Các loài tự dƣỡng nitrit hóa là vi khuẩn
sinh trƣởng chậm. Vì vậy, SRT dài trong một hệ thống MBR đƣợc xem là một thuận
lợi lớn cho quá trình nitrat hóa.
Vi sinh vật thực hiện quá trình khử trên có tên chung là Denitrifier bao gồm ít
nhất là 14 loại vi sinh vật, ví dụ Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Thiobacillus.
Phần lớn loại vi sinh trên thuộc loại tùy nghi với nghĩa là chúng sử dụng oxy hoặc
Trong đó Ks là hệ số bão hòa (g/m3), θx là SRT hay tuổi bùn (ngày) và ke (ngày1
) là hằng số tốc độ chết. SRT là một thông số thiết kế quan trọng đƣợc sử dụng cho
các hệ thống sinh trƣởng lơ lửng. Một trong những ƣu điểm của một hệ thống MBR là
tất cả các chất rắn đƣợc giữ lại bởi màng, là yếu tố kiểm soát hoàn toàn hoạt động của
hệ thống thông qua SRT. Hằng số tốc độ chết đối với chuyển hóa nội sinh, là quá trình
sử dụng bởi các tế bào dự trữ vật chất và sự có mặt của các polyme ngoại bào liên
quan tới sinh khối. ke đối với bùn hoạt tính thông thƣờng và quá trình yếm khí thƣờng
nằm trong khoảng 0,04 – 0,75 ngày-1, và tƣơng đồng đối với MBR. Các thí nghiệm
đƣợc thực hiện bởi Huang và các cộng sự đã chỉ ra rằng sự phân hủy nội bào trong
MBR cao (0,05 – 0,32 /ngày) hơn so với hệ bùn hoạt tính thông thƣờng (0,04 – 0,075
ngày-1) [23].
1.2.2.2.
Sản lượng bùn
Theo nguyên tắc, bùn hình thành từ quá trình phân hủy sinh học trong MBR có
thể giảm xuống 0 bằng cách kiểm soát SRT (θx), ke và Y. Thay đổi θx tác động lớn
nhất tới quá trình hình thành bùn và MLSS. MLSS ảnh hƣởng tới khả năng sinh bùn,
nhu cầu sục khí và sự tắc màng cũng nhƣ sự bít kín màng. Sử dụng MLSS và SRT
thiết kế, thể tích bể có thể đƣợc tính toán theo công thức [29]:
V
1.2.2.3.
( Px
X0)
SRT
(1.4)
Tỷ lệ thức ăn trên vi sinh vật (F:M – các đơn vị thời gian nghịch đảo) xác định
leu lƣợng mà tại đó cơ chất đƣợc bổ sung vào bể (Q là lƣu lƣợng dòng đầu vào tính
theo thể tích, m3/ngày) so với lƣợng chất rắn trong bể phản ứng [29]:
F :M
SQ
VX
(1.5)
Tỷ lệ này liên quan tới SRT và hiệu quả quá trình E (%) bởi biểu thức[29]:
1
Y (F : M )
x
E
ke
100
(1.6)
Các giá trị SRT trong các nhà máy bùn hoạt tính xử lý nƣớc thải đô thị thƣờng
nằm trong khoảng từ 5 – 15 ngày tƣơng ứng với các giá trị F:M từ 0,2 – 0,4 ngày-1. Sự
Quá trình sản sinh bùn từ quá trình nitrat hóa đƣợc tính nhƣ sau [29]:
17
Copyright: Tài liệu đại học ©