BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

DƯƠNG GIA ĐỨC

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÙN CẶN
TỪ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ
BẰNG QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ KỴ KHÍ
KẾT HỢP THU HỒI BIOGAS

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường
Mã số: 60. 52.03.20

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2015


Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN VĂN QUANG

Phản biện 1: PGS.TS. TRẦN CÁT

Phản biện 2: TS. NGUYỄN ĐÌNH HUẤN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 11 tháng 8
năm 2015.


kỵ khí kết hợp thu hồi Biogas”
2. Mục đích nghiên cứu
- Xác định tính chất, thành phần bùn cặn phát sinh từ hệ thống xử
lý nước thải đô thị.


2

- Xác định được thành phần và sản lượng biogas sinh ra từ quá
trình phân hủy kỵ khí các loại bùn cặn của hệ thống XLNT và các
thông số của quá trình công nghệ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu :
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: (1) Cặn từ quá trình xử lý cơ
học. (2) Bùn hoạt tính và màng vi sinh vật từ quá trình xử lý sinh học.
(3) Quá trình phân hủy kỵ khí bùn cặn từ HTXLNT đô thị.
* Phạm vi nghiên cứu:
Do hiện tại Đà nẵng chưa có hệ thống XLNT hoàn thiện (công
nghệ hồ kỵ khí) nên các loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống được xác
định bằng cách sử dụng mô hình trình diễn xử lý nước thải chi phí
thấp của Metawater (công nghệ lọc xốp nổi và lọc sinh học) và thiết
lập mô hình vật lý mô phỏng quá trình lắng tĩnh và sinh hóa hiếu khí
Aerotank (SBR) để tiến hành thí nghiệm.
Từ đó xác định tốc độ phân hủy kỵ khí bùn cặn ở quy mô phòng
thí nghiệm với cặn từ quá trình lắng tĩnh, lọc xốp nổi, bùn hoạt tính
SBR và màng vi sinh vật sau lọc sinh học, thực nghiệm được tiến
hành trong trường hợp nạp liệu gián đoạn. Đối với cặn từ quá trình xử
lý cơ học, được tiến hành tiếp tục ở quy mô bán thực nghiệm với điều
kiện nạp liên tục.
Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 12/2014 đến 6/2015.

Chương 2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết luận và kiến nghị


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
1.1.1. Nước thải đô thị
a. Định nghĩa
Nước thải đô thị là nước thải sinh hoạt từ các hoạt động của con
người và nước thải từ các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như cơ
quan, chợ, bệnh viện, trường học trong khu dân cư.
b. Lưu lượng, tính chất, thành phần nước thải
Lưu lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên
cơ sở nước cấp. Thông thường tiêu chuẩn thải lấy bằng 60 – 80% tiêu
chuẩn cấp nước. Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư
còn phụ thuộc vào trang thiết bị vệ sinh, đặc điểm khí hậu thời tiết và
tập quán sinh hoạt của người dân. Lượng nước thải tại các cơ sở dịch
vụ công trình công cộng phụ thuộc vào loại công trình, chức năng, số
người tham gia phục vụ trong đó.
Thành phần và đặc tính nước thải: Các chất chứa trong nước thải
xét theo bản chất bao gồm: Các chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật.
Bảng 1.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt
STT

Các chỉ số



300

200

100

4

COD

1000

500

250

5

Tổng Nitơ

85

40

20

6

Tổng Phốtpho

Phôtphát (P2O5)
Clorua (Cl-)
Chất hoạt động bề mặt

Khối lượng
(g/người.ngày)
60 – 65
30 - 35
65
8
3,3
10
2 – 2,5

1.1.2. Các phương pháp xử lý nước thải
Xử lý nước thải là quá trình tách các tạp chất ra khỏi nước thải
trước khi thải vào nguồn tiếp nhận đảm bảo các tiêu chuẩn, quy chuẩn
của cơ quan quản lý. Để xử lý nước thải thường ứng dụng các phương
pháp xử lý như sau: xử lý cơ học, sinh học và hóa học.
a. Phương pháp cơ học
Nhằm loại bỏ các tạp chất không hòa tan trong nước thải:
- Chất trôi nổi có kích thước lớn: rác, lá cây, giẻ lau, nilon, …
- Khoáng chất vô cơ, cát, mảnh kim loại, thủy tinh, mảnh xương
- Chất hữu cơ lơ lửng, phân tán (một phần các chất dạng keo...)
b. Phương pháp sinh học hiếu khí\
Xử lý sinh học thường áp dụng sau khi nước thải đã được xử lý
sơ bộ bằng các biện pháp cơ học. Quá trình này bao gồm giai đoạn:
hoạt hoá sinh học và tách, hồi lưu bùn hoạt tính từ bể lắng II.
Dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy
các chất hữu cơ trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu

Tỉ trọng
cặn khô
(t/m3)

Tỉ trọng
cặn lắng
(t/m3)

Cặn khô (kg/1000m3)
Giá trị
Khoảng
trung
dao động
bình
107 - 167,7
150

Bể lắng đợt I
1,4
1,02
Bể lắng đợt II
2
1,25
1,005
72 - 96
84
sau aerotank
Bể lắng đợt II
3
1,45

Các phương pháp xử lý: làm khô và phân hủy kỵ khí.
b. Phương pháp làm khô bùn cặn
- Làm khô cặn trên sân phơi bùn.
- Làm khô cặn bằng lọc chân không.
- Làm khô cặn bằng quay ly tâm.
- Làm khô cặn bằng lọc ép.
- Làm khô bằng phương pháp nhiệt.
c. Phương pháp phân hủy kỵ khí
- Bể lắng 2 vỏ.
- Bể mêtan.


8

1.3. TỔNG QUAN VỀ KHÍ SINH HỌC (BIOGAS)
1.3.1. Bioagas và quá trình sản xuất khí biogas
a. Bản chất hóa học của Biogas
Biogas là sản phẩm bay hơi được của quá trình lên men kỵ khí
phân giải các hợp chất hữu cơ. Thành phần của Biogas gồm có CH4,
CO2, H2S, H2, O2, N2,… Trong đó, CH4 là thành phần chủ yếu và là
một loại khí cháy được.
b. Nguồn nguyên liệu sản xuất khí sinh học
Tất cả phế liệu, phế thải có nguồn gốc thực vật trong sản xuất
nông - lâm nghiệp, chế biến nông lâm sản và sinh hoạt gia đình đều có
thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất khí sinh học.
c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo khí
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo khí sinh học như
nhiệt độ môi trường, độ pH của hỗn hợp trong bể phân hủy, tỉ lệ C/N
của nguyên liệu, tỉ lệ pha loãng, thời gian lưu thủy lực, đặc tính
nguyên liệu, tốc độ bổ sung nguyên liệu vào bể phân hủy, mức độ kỵ

2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
* Đối tượng nghiên cứu:
- Bùn cặn của hệ thống xử lý nước thải đô thị Đà nẵng.
- Qúa trình phân hủy kỵ khí bùn cặn.
* Phạm vi nghiên cứu:
Do hiện tại Đà nẵng chưa có hệ thống XLNT hoàn thiện nên các
loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống được xác định bằng cách sử dụng
mô hình trình diễn xử lý nước thải chi phí thấp của Metawater (công
nghệ lọc xốp nổi và lọc sinh học) trong dự án hợp tác giữa EPRC và
MetaWater và thiết lập mô hình vật lý mô phỏng quá trình lắng tĩnh và
sinh hóa hiếu khí Aerotank (SBR) để tiến hành thí nghiệm.
Từ đó thiết lập và vận hành mô hình tốc độ phân hủy kỵ khí bùn
cặn ở quy mô phòng thí nghiệm với cặn từ quá trình lắng tĩnh, lọc xốp
nổi, bùn hoạt tính SBR và màng vi sinh vật sau lọc sinh học, thực
nghiệm được tiến hành trong trường hợp nạp liệu gián đoạn (ở 2 chế
độ lên men ấm và lên men nóng). Đối với cặn từ quá trình xử lý cơ
học, được tiến hành tiếp tục ở quy mô bán thực nghiệm với điều kiện
nạp liên tục (ở chế độ lên men ấm).
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. Xác định lưu lượng, tính chất, thành phần rác, bùn, cặn
của hệ thống xử lý nước thải
- Khảo sát hệ thống XLNT của trạm Phú lộc (xác định lưu lượng,
lượng rác tách ra từ các song chắn rác).
- Hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp của Metawater (xác định
lượng bùn cặn từ quá trình lọc xốp nổi và lọc sinh học).


11

- Mô hình lắng tĩnh và SBR (xác định lượng bùn cặn từ lắng 1 và

b. Mô hình xác định tốc độ phân hủy bùn cặn ở chế độ liên tục

Hình 2.7: Mô hình phân hủy 160 lít
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp thống kê
2.3.2. Phương pháp khảo sát
2.3.3. Phương pháp mô hình
2.3.4. Phương pháp phân tích
2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu & đánh giá kết quả


14

CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU & THẢO LUẬN
3.1. TÍNH CHẤT, THÀNH PHẦN TẠP CHẤT TỪ HỆ THỐNG
XLNT
3.1.1 Lưu lượng nước thải

Hình 3.1: Biểu đồ lưu lượng nước thải theo giờ
Lưu lượng nước thải về không điều hòa trong ngày, lưu lượng
thấp nhất là 886,7 m3/h và lưu lượng lớn nhất là 1760,9 m3/h, tổng lưu
lượng nước thải dao động trong khoảng 37.000 - 39.000m3/ngđ.
3.1.2 Lượng tạp chất giữ lại tại song chắn rác
Tạp chất từ song chắn rác bao gồm: Túi ni lon, vỏ chai nhựa, cỏ
cây, bùn cặn, mỡ. Trong đó các bao bì, túi nilong tại song chắn có
khối lượng lớn nhất, còn lại tồn tại ở dạng mảng kết dính, có màu đen
và nổi lên trên bề mặt.



trong các thùng rác và vận chuyển để thải bỏ bởi công ty Môi trường
đô thị nhằm hạn chế phát sinh mùi hôi tại khu vực hệ thống xử lý, ảnh
hưởng đến môi trường không khí xung quanh.
3.1.3. Khối lượng bùn cặn phát sinh từ hệ thống
Các loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống XLNT được xác định bằng
cách sử dụng mô hình trình diễn xử lý nước thải chi phí thấp của
Metawater (công nghệ lọc xốp nổi và lọc sinh học) và thiết lập mô
hình vật lý mô phỏng quá trình lắng tĩnh và sinh hóa hiếu khí
Aerotank (SBR). Lượng bùn cặn tách ra tại các công trình được thể
hiện tại hình 3.8.


16

Hình 3.8: Tổng hợp lượng tạp chất tách ra tại các công trình
- Bùn cặn tách ra từ công trình cơ học có số lượng lớn hơn công
trình sinh học từ 1,7 - 2,6 lần, bùn phát sinh từ quá trình lắng tĩnh lớn
nhất: 38 kg/1000 m3, cặn phát sinh từ công trình lọc sinh học - HTF
nhỏ nhất: 13 kg/1000 m3.
- Tổng lượng bùn cặn phát sinh từ quá trình lắng tĩnh và quá trình
làm thoáng aeroten theo mẻ là 56 g/m3 nước thải, lớn hơn so với bùn
cặn phát sinh từ quá trình lọc xốp nổi và quá trình lọc sinh học tốc độ
cao là 47 g/m3 nước thải.
3.1.4. Tính chất thành phần của các loại cặn
Bảng 3.4: Thành phần bùn cặn tách ra từ các công trình xử lý
Bùn, cặn
Cặn từ mô
hình lọc xốp
nổi _ FSF
Bùn từ quá

11800 16300

295 407,5

98,3 135,8

96,7 98,6

38,6
-49

410-640

10200 32000

255762,5

85 266,5


17
Bùn, cặn
Cặn từ quá
trình lắng
tĩnh
Bùn dư từ
SBR

Độ
ẩm


9999,1

18,5
-31,9

450-530

7600 9600

190 240

63,3 80

- Các loại bùn, cặn tách ra từ các công trình xử lý có chứa nhiều
chất hữu cơ dễ phân hủy, độ tro dao động từ 38 – 55% (trừ bùn sinh
học SBR 18-32%). Nguyên nhân là do hệ thống thu gom nước thải là
hệ thống chung tuyến cống thu gom dài, một phần chất hữu cơ đã
phân hủy trong quá trình vận chuyển.
- Độ kiềm dao động từ 410 – 710 mg/l và độ ẩm dao động từ 96,7
– 99,1%, Tỷ lệ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng C:N:P ≈ 120:3:1. Qua
đó, đánh giá sơ bộ cặn thu hồi tại HTXLNT có thể được xử lý bằng
phương pháp phân hủy kỵ khí.
3.2. XÁC ĐịNH THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH Ở CHẾ ĐỘ LÊN
MEN ÂM VÀ LÊN MEN NÓNG
Kết quả tính toán các thông số thực nghiệm, sản lượng khí của các
mô hình được thể hiện tại hình 3.10 và bảng 3.7.

Hình 3.10: Tổng lượng khí sinh ra khi kết thúc thí nghiệm



3,4

990

294

14

MH 3

SBR - 55

2,3

498

217

14

MH 4

FSF - 35

3,3

916

271

ngắn (1 - 2 ngày). Tuy nhiên thời gian phân hủy chất hữu cơ ở giai
đoạn sau đó của bùn cặn ở chế độ nóng lại ngắn, và ngắn nhất là 10
ngày đối với cặn - FSF.
- Thời gian lưu cặn - FSF là 12 ngày ở chế độ nóng và 14 ngày ở
chế độ ấm. Bùn - HTF và bùn - SBR có thời gian lưu 15 ngày ở chế độ
nóng và 16 ngày ở chế độ ấm.
- Sản lượng khí của các loại bùn cặn tương ứng ở chế độ nóng cao
hơn chế độ ấm do lúc này vi sinh vật kỵ khí thích nghi ở chế độ nóng
sử dụng được tối đa chất hữu cơ hơn vi sinh vật ở chế độ ấm.
- Sản lượng khí lớn nhất tính trên 1 gam chất hữu cơ phân hủy là
cặn FSF ở chế độ nóng (0,3 l/gCHC), thấp nhất là bùn SBR ở chế độ
ấm (0,18 l/gCHC).


19

- Nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy: ta nhận thấy ở chế độ
nóng cho sản lượng khí cao hơn, thời gian phân hủy chất hữu cơ ngắn
hơn, tuy nhiên yêu cầu phải gia nhiệt thường xuyên, tốn năng lượng
và khó khăn trong kiểm soát vận hành, trong khi đó đối với chế độ ấm
cho sản lượng khí thấp 10% và ở điều kiện khí hậu ở Việt Nam, nhiệt
độ trung bình cao nên trong vận hành có nhiều thời điểm không cần
phải gia nhiệt. Do đó với thực tế Việt Nam nên áp dụng với chế độ ấm
350C.
3.3. XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ PHÂN HỦY BÙN CẶN Ở CHẾ ĐỘ
LIÊN TỤC
Bảng 3.8: Kết quả phân tích các thông số đầu vào và ra của bùn
cặn nạp vào mô hình.
STT


Max
Trung
bình

97,6
98,3

37
56

9800
19700

300
720

245
492,5

98

49,7

16000

550

397,4

Min


4250

732,6

Thông số

Bảng 3.9: Kết quả theo dõi lượng, tính chất thành phần biogas
thu được
STT

Q (lít)

Tải trọng
(g/lit.ngày)

Thể tích khí
V (lít)

CH4
(%)

CO2
(%)

O2
(%)

Khác
(%)


10,7


20
STT

Q (lít)

Tải trọng
(g/lit.ngày)

Thể tích khí
V (lít)

CH4
(%)

CO2
(%)

O2
(%)

Khác
(%)

3

10,0


20,0

1,67

11,5

72,0

15,1

0,9

12

Từ kết quả tính toán ta có biểu đồ hiệu suất phân hủy chất hữu
cơ theo tải trọng hình 3.11

Hình 3.11: Hiệu suất phân hủy chất hữu cơ theo tải trọng
Hiệu suất phân hủy chất hữu cơ giảm dần theo sự tăng tải trọng.
Cao nhất là 40,8 % ứng với tải trọng thấp nhất 0,42 g/lít.ngày; khi tải
trọng tăng lên 0,63 g/lít.ngày thì hiệu suất phân hủy chất hữu cơ là
33,7 %; ở tải trọng 0,84 g/lít.ngày cho hiệu suất 29,7 %; ở tải trọng
1,25 g/lít.ngày cho hiệu suất 25,5 % và thấp nhất là 22,9 % ứng với tải
trọng lớn nhất 1,67 g/lít.ngày.
Hình 3.12 thể hiện tổng lượng khí sinh ra hằng ngày theo từng tải
trọng chất hữu cơ A (gCHC/lít.ngày).


21

hành ở tải trọng 0,84 gCHC/lít.ngày.
3.4. ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ XỬ
LÝ BÙN CẶN TẠI TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÚ LỘC
3.4.1. Đề xuất phương án
Với vấn đề hiện tại và theo quy hoạch trong tương lai TP. Đà Nẵng
sẽ áp dụng công nghệ hiếu khí xử lý nước thải để giải quyết vấn đề
chất lượng nước đầu ra ổn định đảm bảo tiêu chuẩn và tránh phát sinh
mùi. Như vậy với công nghệ hiếu khí sẽ phát sinh lượng bùn cặn cần
phải xử lý.
Theo hướng cải tạo hệ thống xử lý nước thải hiện tại việc áp dụng
công nghệ aerotank theo mẻ - SBR sẽ tận dụng được 2 hồ kỵ khí làm
bể thổi khí, dây chuyền đề xuất sẽ là:


23

Hình 3.15: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý
3.4.2. Tính toán các công trình xử lý bùn cặn
a. Bể nén bùn
b. Bể mêtan
c. Sân phơi bùn
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Thành phần tạp chất trong nước thải sinh hoạt tách ra tại song chắn
rác chủ yếu là túi ni lon, cỏ cây kích thước lớn, bùn cặn, mỡ vụn. Các
tạp chất có kích thước lớn và khó có khả năng phân hủy nên không
thích hợp cho quá trình xử lý kỵ khí. Đề xuất phương án thu gom
riêng, làm ráo nước, vận chuyển và chôn lấp hợp vệ sinh nhằm đảm
bảo vệ sinh môi trường.
Bùn cặn tách ra từ công trình cơ học lắng 1 và sau công trình sinh