Xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ mbbr (moving bed biofilm reactor)

• Nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn khi xả vào nguồn tiếp nhận được quy định trong Bảng 1.• Cột A: Nồng độ tối đa cho phép c

Xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

1

Mục lục

1 Tổng quan về nước rỉ rác _ Yêu cầu xử lý

2 Công nghệ xử lý nước rỉ rác trên thế giới và ở VN

3 MBBR

4 Ưu, nhược điểm _ Phạm vi áp dụng

5 Các yếu tố ảnh hưởng

Tổng quan về nước rỉ rác

Nước rỉ rác là gì?

• Nước thải rỉ rác là nước loại nước thải được sinh

ra trong quá trình chôn lấp rác thải, được hình

thành do sự rò rỉ nước mưa thấm vào trong lòng

bãi rác, do rác thải có chứa sẵn độ ẩm khi được

chôn lấp.

• Nước rỉ rác [từ bãi chôn lấp] (landfill leachate):

Tất cả các chất lỏng, kể cả các thành phần lơ lửng

trong chất lỏng đó, được thấm qua hoặc chảy ra

từ chất thải được chôn lấp trong ô chôn lấp của

một bãi chôn lấp chất thải rắn (TCVN 6696 :

2009)

3

QCVN 25: 2009/BTNMT

(QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI CỦA BÃI CHÔN LẤP CHẤT THẢI RẮN)

5

• Nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn khi xả vào nguồn tiếp nhận được quy định trong Bảng 1.

• Cột A: Nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải của bãi chôn lấpchất thải rắn khi xả vào các nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

• Cột B1: Nồng độ tối đa cho phép các thông số ô nhiễm trong nước thải của bãi chôn lấp chấtthải rắn hoạt động trức ngày 1 tháng 1 năm 2010 khi xả vào các nguồn nước không dùng chomục đích cấp nước sinh hoạt

• Cột B2: Nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải của bãi chôn lấpchất thải rắn xây dựng mới kể từ ngày 1 tháng 1 năm 2010 khi xả vào các nguồn nước khôngdùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

Thành phần nước rỉ rác qua từng giai đoạn chôn lấp

Farquhar và Rovers (1973)

• giai đoạn hiếu khí

• giai đoạn axit kỵ khí,

• giai đoạn tạo methanogenic ban đầu

• giai đoạn methanogenic ổn định.

Giai đoạn hiếu khí trong bãi chôn lấp chỉ kéo dài vài ngày vì oxy không được bổ sung sau khi được chất thải

che phủ Hầu hết nước rỉ rác được tạo ra trong giai đoạn này là kết quả của việc giải phóng hơi ẩm trong quá trình đầm nén cũng như sự kết tủa ngắn mạch qua rác chôn lấp.

Giai đoạn acid hóa Khi nguồn oxy cạn kiệt, chất thải trở nên yếm khí, hỗ trợ các phản ứng lên men vi khuẩn

thủy phân, lên men và acetogenic chiếm ưu thế, dẫn đến sự tích tụ của các axit cacboxylic và làm giảm độ

pH Nồng độ BOD và COD cao nhất trong nước rỉ rác sẽ được đo trong giai đoạn này

Giai đoạn tạo methanogenic ban đầu Trong giai đoạn này, các axit tích tụ trong pha axit được vi khuẩn sinh

metan chuyển hóa thành metan và carbon dioxide, và tốc độ sản sinh metan sẽ tăng lên Nồng độ COD và BOD bắt đầu giảm và pH tăng lên khi axit được tiêu thụ.

Giai đoạn methanogenic ổn định Tốc độ sản sinh metan sẽ đạt mức tối đa, và giảm sau đó khi lượng chất

nền hòa tan (axit cacboxylic) giảm.

Để tách các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc bé hơn nước dùng

bể lắng:

 Các chất lơ lửng nguồn gốc khoáng (chủ yếu lá cát) được lắng ở bể lắng cát.

 Các hạt cặn đặc tính hữu cơ được tách ra ở bể lắng.

 Các chất cặn nhẹ hơn nước: dầu, mỡ, nhựa,ễ được tách ở bể thu dầu, mỡ, nhựa (dùng cho nước thải công nghiệp).

 Để giải phóng chất thải khỏi các chất huyền phù, phân tán nhỏ…dùng lưới lọc, vải lọc, hoặc lọc qua lớp vật liệu lọc.

1.2 Bể lắng nước thải

• Dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải theo nguyên tắc dựa vào sự khác nhau giữa trọng lượng các hạt cặn có trong nước thải.

• Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt một trước công trình xứ lý sinh học và bể lắng đợt hai sau công trình

xứ lý sinh học

=> Theo cấu tạo và hướng dòng chảy người ta phân ra các loại bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng ly tâm…

2 Phương pháp hóa học

• Bể keo tụ, bể tạo bông:

Quá trình keo tụ tạo bông được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng

và các hạt keo có kích thước rất nhỏ (10-7 - 10-8cm)

• Bể tuyển nổi:

Tuyển nổi là phương pháp được áp dụng tương đôi rộng rãi nhằm loại bỏcác tạp chất không tan, khó lắng Trong nhiều trường hợp, tuyển nổi cònđược sử dụng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt

Đầmsục khí

Lọctừnggiọt

Bộ lọcsinh họcquay

Hóa lý

Than hoạt tính

Ozon + UV

Bộ lọc kỵ khí

• Là 1 bể phản ứng sinh học, sử dụng 1 hoặc nhiều buồng lọc nối tiếp nhau.

• Khi nước thải chảy qua bộ lọc, các hạt sẽ bị giữ lại và các phần tử hữu

cơ sẽ bị phân hủy bởi hoạt động của sinh khối được bám trên bề mặt của vật liệu lọc

15

 Hiệu suất làm giảm vi sinh vật gây bệnh thấp, đồng thời

làm giảm các yếu tố dinh dưỡng

 Nước thải vẫn cần được xử lý them

 Có thể tắc nghẽn đường ống

 Việc tháo và làm sạch phương tiện lọc phức tạp

Với công nghệ này, việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng và

BOD có thể lên đến 90%, nhưng việc loại ni tơ tổng số

không hiệu quả (thường chỉ đạt 15%)

Bể sinh học kỵ

khí ngược dòng

• Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn

hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước

thải tiếp xúc với bùn hạt

• Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là methane và

CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình

hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh ra từ

lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do

nổi lên phía mặt bể

• Tại đây, quá trình tách pha khí-lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận

tách pha Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung

dịch NaOH 5-10%

• Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống

• Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử

lý tiếp theo

Ưu điểm nổi bật:

- Xử lý các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, COD=

15000mg/l

- Hiệu suất xử lý COD có thể đến 80%

- Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống

Bể sinh học kỵ khí ngược dòng

19

Đầm sục khí

• Ý tưởng cơ bản của phương pháp

này là thời gian lưu của nước rỉ rác

sẽ đủ lâu để vi khuẩn có thể phát

triển theo thời gian, sau đó chúng

sẽ được vận chuyển ra khỏi đầm

cùng với nước thải.

Bộ lọc sinh học quay

• Là các lò phản ứng cố định bao gồm các chồng

đĩa quay được gắn trên 1 trục nằm ngang Các

vi sinh vật sẽ được tiếp xúc luân phiên với

nước thải và khí quyển

• Ưu điểm:

 Hiệu suất xử lý nước thải cao

 Tiết kiệm thời gian do bề mặt hoạt động của

 Đầu tư cao vào chi phí vận hành và bảo trì

 Các vấn đề về mùi có thể xảy ra

 Yêu cầu nhân lực có tay nghề kỹ thuật cao 21

Bộ lọc sinh học quay

• Đĩa được làm bằng vật liệu nhẹ

(polyetylen, polystyren hay

polyvinylclorua), có vân, gợn sóng hoặc

dạng lưới để tạo được tối đa bề mặt

bám cho màng sinh học

• Bề mặt của đĩa cung cấp vị trí bám cho

vi khuẩn và khi đĩa quay, một lớp màng

sinh khối sẽ phát triển trên bề mặt của

đĩa Lớp màng sinh học này luân phiên

tiếp xúc với nước thải và không khí

Oxy được vi sinh vật hấp thụ khi đĩa

quay ra khỏi chất lỏng; khi đĩa quay

ngập trong pha lỏng, các chất dinh

dưỡng và ô nhiễm hữu cơ bị hấp thụ

Lọc từng giọt

• Bộ lọc sinh học nhỏ giọt hoạt động trong

hầu hết các điều kiện hiếu khí Nước thải

đã được lắng trước liên tục được nhỏ giọt

hoặc phun qua bộ lọc Khi nước di chuyển

qua các lỗ của bộ lọc, các chất hữu cơ bị

phân hủy theo phương pháp hiếu khí bởi

lớp màng sinh học bao phủ vật liệu lọc

• Bộ lọc sinh học nhỏ giọt bao gồm 1 bể hình

trụ, bên trong chứa đầy vật liệu có diện

tích bề mặt lớn (đá, sỏi, chai PVC, hoặc 1

dụng cụ lọc bằng nhựa được tạo trước)

• Diện tích bề mặt lớn để hình thành các

màng sinh học, các sinh vật phát triển trên

lớp màng sinh học mỏng trên bề mặt giá

thể sẽ oxy hóa các chất hữu cơ trong nước

tạo thành CO2 và H2O, đồng thời tạo ra

sinh khối mới Nước thải sau khi được xử

lý sơ cấp sẽ được nhỏ giọt qua bộ lọc, ví

dụ như bằng cách xử dụng vòi phun nước

23

Lọc từng giọt

• Ưu điểm:

 Khả năng nitrat hóa hiệu quả

 Hiệu quả trong việc loại BOD và chất rắn lơ lửng

 Tiêu tốn diện tích nhỏ

• Nhược điểm:

 Chi phí cao

 Yêu cầu chuyên gia thiết kế và xây dựng, được vận hành bởi nhân viên kỹ thuật

 Nguy cơ tắc nghẽn, phụ thuộc vào bước xử lý sơ bộ trước đó

Xử lý với ozon

• Khí ozone khử màu, khử mùi, tiêu diệt vi khuẩn, nấm

mốc hiệu quả Nguyên tử oxy còn phá vỡ cấu trúc các

phân tử hữu cơ như mạch benzen (C6H6),, phân tử

thuốc trừ sâu… và phân hủy chúng thành các chất

hóa học cơ bản và trung tính Đồng thời, phản ứng

oxy hóa khử biến những hóa chất kim loại trong

nước thành chất kết tủa, kết hợp với phần từ vô cơ

như phốt pho, lưu huỳnh… thành những dạng khí

thoát khỏi nước

• Phản ứng của ozone với nước và một số hóa chất

khác trong nước sinh ra các hợp chất H2O2 , OH&…

có tính chất khử và hòa tan tạp chất kim loại, hữu cơ,

vô cơ… Các Ion âm như OH-, O- , O2H2- có tác dụng

bắt các tạp chất lững lơ, làm cho nước tinh sạch hơn

25

Quy trình xử lý nước rỉ rác

của nhà máy Đông Đức

Sử dụng than hoạt tính

• Bổ sung than hoạt tính dạng bột vào bể

phản ứng (chủ yếu với bước tiền xử lý

sinh học nước rỉ rác) Than hoạt tính sau

đó được loại bỏ bằng phương pháp kết

tủa/keo tụ sử dụng muối sắt hoặc nhôm

Thn hoạt tính kết tủa sau đó đc loại bỏ

bằng bể lắng sau bể phản ứng

• Ngày nay, cacbon dạng hạt được sử dụng

nhiều hơn, chúng đc đặt trong các cột và

cho nc rỉ rác đi qua Ưu điểm của quá

trình này là tránh được bước phải kết

tủa/keo tụ để loại bỏ cacbon dạng bột

27

 Việt Nam:

 Một vài hệ thống xử lý đơn giản, chỉ có quá trình phân tách chất rắn lơ lửng

 Hệ thống xử lý nước rỉ rác ở bãi rác Nam Sơn, Hà Nội:

• Hệ thống được thiết lập bởi Trung tâm nghiên cứu, Đào tạo và Tư vấn Môi trường:

Ao thu

 Việt Nam:

 Hệ thống xử lý nước rỉ rác ở bãi rác Nam Sơn, Hà Nội:

• Hệ thống được thiết lập bởi Công ty Cơ học và Nông nghiệp:

Ao ổn

29

 Việt Nam:

 Hệ thống xử lý nước rỉ rác ở bãi rác Phước Hiệp, TP Hồ Chí Minh:

• Hệ thống được thiết lập bởi Trung tâm Môi trường CENTEMA có công suất 40m3/ ngày:

Bể keo tụ + Lắng

Bể phản ứng đá vôi

Bể keo tụ

Bể lắng đá vôi Bể trung

 Việt Nam:

 Hệ thống xử lý nước rỉ rác ở bãi rác Phước Hiệp, TP Hồ Chí Minh:

• Hệ thống được thiết lập bởi công ty Quốc Việt công suất 200m3/ ngày:

Nước rác Xử lý hóa

Ao hiếu khí Ao sinh học Xả thải

=> Kết luận: nhiều công nghệ đã được đưa ra và áp dụng nhưng chất lượng nước sau xử lý vẫn chưa đạt tiêu chuẩn

31

Công nghệ MBBR ( Moving Bed Biofilm Reactor)

- Được phát triển dựa trên công nghệ bùn hoạt tính truyền thống và

công nghệ màng sinh học.

- Sử dụng các giá thể được thiết kế đặc biệt cho vi sinh vật bám dính

được giữ lơ lửng khắp nơi trong bể phản ứng bằng sục khí, tuần

hoàn hoặc khuấy trộn cơ học

- Sử dụng trong cả điều kiện hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí phụ thuộc

vào cách khuấy trộn vật liệu mang

- Nguyên liệu đầu vào đã tối ưu hóa các điều kiện hóa

– lý cho sinh trưởng của vi sinh vật được dẫn vào bể

phản ứng MBBR Sinh trưởng của vi sinh vật trên vật

liệu mang tạo thành màng sinh học có hoạt tính cao

đồng thời tiêu thụ các chất ô nhiễm cần xử lý

- Trong bể có hệ thống sục khí và (hoặc) khuấy trộn để

tạo chế độ chuyển động của vật liệu mang tùy theo

chế độ làm việc hiếu khí, thiếu khí hay kỵ khí

- Nước sau khi xử lý được dẫn ra ngoài qua tấm lưới

chắn để ngăn vật liệu mang cùng đi ra

Nguyên tắc hoạt động

33

vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước.

- Đ ược phân phối đồng đều trong khối chất lỏng nhờ hệ thống cấp khí, tuần hoàn chất lỏng, hay hệ thống khuấy trộn.

- Màng sinh học chủ yếu phát triển trên bề mặt được bảo vệ bên trong của giá thể

- Yêu cầu

 Diện tích bề mặt lớn

 Có kết cấu bảo vệ để vi sinh vật sinh trưởng nhưng không bị bong tróc

 Đủ nhẹ để chuyển động mà tiêu tốn ít năng lượng.

Bảng 2: Một số loại giá thể sử dụng cho hệ thống MBBR trên thế giới ([1]-Tr 23)

Bảng 2: Một số loại giá thể sử dụng cho hệ thống MBBR trên thế giới ([1]-Tr 23)

37

Hệ thống cấp khí

- Khí khuếch tán có áp suất thấp được sử

dụng trong bể MBBR hiếu khí Dòng khí đi

vào bể phản ứng thông qua hệ thống ống

dẫn và hệ thống sục khí được gắn phía dưới

Hệ thống khuấy trộn cơ học

- Trong ứng dụng MBBR khử nito, cánh khuấy cơ học đặt chìm sử dụng để

tuần hoàn và đảo trộn trong bể phản ứng và luân chuyển các giá thể

- Không phải tất cả máy khuấy đều thích hợp cho việc sử dụng lâu dài

trong MBBR Máy khuấy phải phù hợp và chịu được tính chất mài mòn

gây ra từ sự tiếp xúc của cánh khuấy với giá thể chuyển động.

Sàng chắn giá thể

- Mục đích: giữ giá thể lại trong bể phản ứng MBBR

39

Kích thước tấm chắn

Loại lưới

- Thường sử dụng lưới dạng lỗ tròn, vật liệu thường

là inox 304 Đường kính lỗ trong là 20 – 22 mm

Phần trăm diện tích lỗ phải lớn hơn 50% diện tích

lưới

- Tùy vào vị trí của nơi đặt lưới chắn sẽ có các hình

dạng phù hợp Có hai vị trí cần đặt lưới đó là:

đường nước chảy tràn từ bể MBBR sang bể

kế tiếp và bảo vệ bơm

tuần hoàn Có thể thiết kế theo hình trụ đứng, trụ ng

ang

Lưới trụ đứng

Lưới trụ ngang

Sục tốc độ bao nhiêu

Lượng oxy cần thiết đáp ứng oxy hóa amoni và chất hữu cơ ( BOD )

trong bể hiếu khí được tính:

[O2]=CBOD + NOD Trong đó:

CBOD là nhu cầu oxy để oxy hóa BOD NOD là nhu cầu oxy hóa amoni

Từ lượng oxy tính toán ra lượng khí cần cấp

43

Phạm vi áp dụng

 Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ:

• Nước thải sinh hoạt

• Nước thải y tế

• Nước thải nuôi trồng thủy hải sản

• Nước thải sản xuất chế biến thực phẩm

• Nước thải công nghiệp, dệt nhuộm…

 Hệ vi sinh bền: các giá thể vi sinh tạo cho màng sinh học một môi trường bảo vệ,

do đó, hệ vi sinh xử lý dễ phục hồi.

 Mật độ vi sinh cao: so với bể thổi khí thông thường, mật độ vi sinh xử lý trong mỗi đơn vị thể tích cao hơn, do đó thể tích bể xử lý nhỏ hơn và hiệu quả xử lý chất

hữu cơ cao hơn.

 Chủng vi sinh đặc trưng: các nhóm vi sinh khác nhau phát triển giữa các lớp màng

vi sinh, điều này giúp cho các lớp màng sinh học phát triển theo xu hướng tập

trung vào các chất hữu cơ chuyên biệt.

Ưu điểm

45

 Kích thước nhỏ, dễ vận hành, dễ dàng nâng cấp.

 Dễ kiểm soát hệ thống: có thể bổ sung giá thể Biofilm tương ứng với tải trọng ô nhiễm

và lưu lượng nước thải.

[4]

Ưu điểm

 Tiết kiệm diện tích: giảm 30-40% thể tích bể

Aerotank và có thể kết hợp với nhiều công

nghệ xử lý khác.

 Tải trọng cao, biến động ô nhiễm lớn: khả

năng phát triển của màng sinh học theo tải

trọng tăng dần của chất hữu cơ làm cho bể

So sánh MBBR và Aerotank

 Công nghệ MBBR cần phải có các công trình

lắng, lọc phía sau MBBR.

 Chất lượng bám sinh của vi sinh vật sẽ phụ

thuộc vào chất lượng của giá thể MBBR.

 Giá thể vi sinh MBBR rất dễ vỡ sau một thời

Yếu tố ảnh hưởng

1 Tải trọng khối đầu vào

Yếu tố ảnh hưởng

1 Tải trọng khối đầu vào

Hiệu suất xử lý chất hữu cơ trong nước rỉ

rác với tải trọng khối đầu vào khác nhau [1]

Hiệu suất xử lý nito trong nước rỉ rác với tải

trọng khối đầu vào khác nhau [1]

51

Yếu tố ảnh hưởng

Hiệu suất xử lý chất hữu cơ trong nước thải

với tỷ lệ COD/TN đầu vào khác nhau [9]

Hiệu suất xử lý nito trong nước thải với tỷ

lệ COD/TN đầu vào khác nhau [9]

Yếu tố ảnh hưởng

4 Độ lấp đầy giá thể

Hiệu suất xử lý chất hữu cơ trong nước rỉ

rác với các tỷ lệ giá thể khác nhau [1]

Hiệu suất xử lý nito trong nước rỉ rác các tỉ

lệ giá thể khác nhau [1]

- Lượng giá thể thường chiếm 1/3 đến 2/3 diện tích của bể

- Tính toán thể tích vật liệu đệm:

Ví dụ: chọn giá thể Biochip có các thông số như sau

- Lượng giá thể theo BOD5:

Yếu tố ảnh hưởng

5 Loại giá thể

57

Yếu tố ảnh hưởng

4 Loại giá thể

Đặc điểm các loại giá thể [1]