Đề tài : Nghiên cứu khả năng xử lý nước rỉ rác bằng thiết bị phản ứng sinh học kỵ khí 03 ngăn

Việc tiêu tốn hàng tỉ đồng để lắp đặt nhà máy xử lý nước rỉ rác tại Bãi chôn lấp BCL Gd Cat của công ty Vemeer - Hà Lan với công nghệ màng lọc Nano là công trình có quy mô và được kỳ vọn

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC RI

RAC BANG THIET BI PHAN UNG SINH HOC

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2008

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ

RAC BANG THIET BI PHAN UNG SINH HOC

1.6 Giới hạn của để tài .-ccc che 04

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về các Bãi chôn lấp :-c+cscsrrererereriee 05

2.1.1 BCL Đông Thạnh + SằSĂhhhhhnrerriie 05 2.1.2 BCL Gò Cát - nàng he 05 2.1.3 BCL Phước Hiệp - 3 sàềeeeehhhre 06

2.2 Đặc trưng của nưỚC rỈ rác -ssseshheihhrhhhhiiig 06

2.2.1 Nguyên nhân phát sinh nước rỉ rác - 06 2.2.2 Thành phần và tính chất nước rỉ rác - 06 2.3 Công nghệ sinh học ky khí c cà SSnhhhhheerrrrrrde 08

"HN: na 08

2.3.2 Ưu điểm của công nghệ sinh học ky khí 09

2.3.3 Tình hình áp dụng Ặ cà SSehhhneehheeee 09

CHUONG 3

MÔ HÌNH - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Giới thiệu công nghệ .-. -+-+sseeheehhhhrettnrrtrrrrrrrrrrrde 10 3.2 Vật liệu . set Hi r1 tr 11

3.2.1 Nước thải -<<<<<°<<<eeehhhhrrerrrrrrrrtrrrn 11 3.2.2 ` ï‹ on 12

3.2.3 Vật liệu tiẾp XÚC -. cccssihhhhhrrhrrrrrrrree 12

3.3, Thi€t k@ m6 Dinh .ố 13

3.3.1 M6 ta hinh dang m6 hình - ++‡seeteeerre 13 3.3.2 BO tri vat HEU dOM 0 ee ceceeeeteeesteeeeneeeereneneeeenes 14 3.3.3 Phân phối nưỚc -‹ -+cseenhhehhrrrrrrerrrre 14 3.4 Vận hành mô hình - 55-5 + n+sehnhhhhhnhhHhưHhhHhre 15

3.5 Lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân tích mẫu - 15

3.5.1 Lấy mẫu, bảo quản mẫu . -ccecsesererre 15 3.5.2 Phân tích mẫu - -++csesseterttrrrtrerrrrrre 16 CHƯƠNG 4

KẾT QUÁ NGHIÊN CỨU - THẢO LUẬN

4.1 Đặc trưng của nước rỉ rác nghiÊn cỨU -. ‹‹ +-x+eteeretree 17 4.2 Giai đoạn 1 Chạy thích nghĩ -+$S+‡nhhhhhtrrteteree 17 4.3 Giai đoạn 2 Chạy mô hình 1- Nước rỉ rác không qua xử lý hóa lý

~ xác định các thông số vận hành tối ưu :-:+++tetseeeeerererrtre 21

4.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định thời gian lưu thuỷ lực HRT tối ưu 4.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định pH tối ưu - 23

4.4 Giai đoạn 3 Chạy mô hình 2 - Nước rỉ rác đã qua xử lý hoá lý

i

Chất rắn lơ lửng Nhu cầu oxy hóa học Tải trọng hữu cơ Nhu cầu oxy sinh hóa

Acid béo bay hơi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ii

DANH MUC CAC BANG

Bảng 1 Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Đông Thạnh Bảng 2 Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Gò Cát Bảng 3 Các thông số vận hành ban đầu

Bảng 4 Thời gian và địa điểm lấy mẫu Bảng 5 Đặc trưng của nước rỉ rác Đông Thạnh tháng 10 - 2007 Bảng 6 Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 100 lần

Bảng 7 Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 50 lần

Bảng 8 Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 20 lần

Bảng 9 Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 10 lần Bảng 10 Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 2 lần Bảng 11 Các thông số của nước rỉ rác không pha loãng

Bảng 12 Kết quả thí nghiệm chạy mô hình 1 Bảng 13 Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu Bảng 14 Kết quả thí nghiệm Jar test với nước rỉ rác Bảng 15 Thông số vận hành mô hình 2

Bảng 16 Kết quả xử lý nước rỉ rác trên mô hình 2

ii

Hi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 Sơ đồ phân hủy ky khí các hợp chất hữu cơ

Hình 2 Các loại hình thiết bị ky khí cao tải

Hình 3 Bể phản ứng ky khí nhiều ngăn với hướng dòng chảy Hình 4 Mẫu nước rỉ rác và sinh khối

Hình 5 Hai loại vật liệu tiếp xúc Hình 6 Mô hình MCABR và tấm đỡ vật liệu tiếp xúc Hình 7 Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý và quá trình tăng tải trọng trong giai đoạn thích nghi

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,

đồng thời loại chất thải này sinh ra một loại nước thải đặc biệt ô nhiễm là nước rÏỈ

rac

Nước rỉ rác xâm nhập vào nguồn nước mặt lẫn nước ngầm khi chưa được xử

lý là nguy cơ tiểm ẩn của nhiều căn bệnh cho dân cư trong vùng Đứng trước mối

de dọa này thì nhiều công nghệ trong và ngoài nước được nghiên cứu và ứng

dụng Nhưng do tính chất nước rỉ rác ngày càng phức tạp và thể tích nước tổn

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 điểu mà mọi nghiên cứu đều hướng đến

1I DAT VAN DE

Nước rỉ rác có chỉ số BOD và COD cao, thành phần phức tạp và khả năng

gây ô nhiễm rất lớn Việc tiêu tốn hàng tỉ đồng để lắp đặt nhà máy xử lý nước rỉ

rác tại Bãi chôn lấp (BCL) Gd Cat của công ty Vemeer - Hà Lan với công nghệ

màng lọc Nano là công trình có quy mô và được kỳ vọng nhưng kết quả không

như mong đợi vì nhiễu lý do Sự thất bại của công trình Gò Cát càng làm cho các

nhà Môi trường trong nước quan tâm đặc biệt đến vấn để này và đã đưa ra nhiều

công nghệ như Xử lý nước rỉ rác bằng các thiết bị công nghệ sinh học ky khí cao

tốc UASB, FBABR và UFAF kết hợp với FBR của T.S Trần Minh Chí hay Ứng

dụng quá trình bùn sinh trưởng lơ lửng hiếu khí và ky khí kết hợp kỹ thuật màng vi

lọc để xử lý nước rỉ rác của Th.S Vũ Phá Hải đều đạt hiệu quả xử lý COD trên

90% Từ đó cho thấy công nghệ sinh học ky khí đặc biệt thích hợp cho xử lý nước

rỉ rác Tuy nhiên, nó vẫn thể hiện những nhược điểm như quá trình chưa ổn định,

sản lượng khí sinh học thu hổi được ít do các giai đoạn xử lý ky 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 ky 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 ky khí, làm tăng tính ổn định 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, để tài 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

3

ee

1.2 MUC TIEU NGHIEN CUU

Nghiên cứu ứng dụng mô hình sinh học ky khí nhiều ngăn xử lý thành phần

ô nhiễm hữu cơ trong nước rỉ rác

143 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

e Tìm hiểu về các BCL, tình hình nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước

e _ Thiết kế và vận hành mô hình sinh học ky khí nhiều ngăn

e Thi 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

e Xử lý và phân tích số liệu

e Tổng hợp và đánh giá kết quả, thông qua đó xác định hiệu quả xử lý

COD và ảnh hưởng của các thông số vận hành: pH, HRT, OLR, tỷ lệ

giữa thể tích vật liệu đệm với thể tích mô hình

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

*® Nghiên cứu lý thuyết

e Thu thập thông tin về thành phần, tính chất nước rỉ rác các

BCL tại TP.HCM

° Thu thập thông tin về các nghiên cứu ứng dụng liên quan đến

để tài trong và ngoài nước

e Tập hợp cơ sở lý thuyết về các phương pháp lấy mẫu và phân

tích mẫu

4 Nghiên cứu thực nghiệm

e — Khảo sát, lấy mẫu nước thải

e Thiết kế mô hình ky khí nhiều ngăn

e Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu pH, COD, SS

ee

e Thí nghiệm xác định ảnh hưởng cua pH va HRT

e Xử lý kết quả phân tích bằng Excel

1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

e Nước rỉ rác Bãi chôn lấp rác Đông Thạnh - TP Hồ Chí Minh

16 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

e Pham vi không gian: BCL Đông Thạnh —- TP.HCM

e Pham vi thdi gian: 1/10/2007 — 25/12/2007

BCL Đông Thạnh bắt đầu hoạt động đổ rác một cách tự phát từ năm 12/2 Đến

nay, tổng diện tích công trường xử lý rác Đông Thạnh đã lên đến 43.5 ha và đã

đóng cửa vào cuối năm 2002

Theo ước tính đến nay công trình rác Đông Thạnh còn tổn đọng 600.000m” nước

rò rỉ chưa được xử lý lưu trữ tại hổ số 7 Lượng nước rò rỉ phát sinh hàng ngày

được bơm về hồ chứa Do đặc trưng của nước rò rỉ lưu trữ lâu năm nên việc xử lý

rất khó khăn và phức tạp Đến tháng 8/2007 BCL Đông Thạnh lại tái mở cửa và

tiếp nhận bùn thải hầm câu từ cơ sở Hoà Bình chuyển đến cùng với xà ban va các

loai rac khac

2.1.2 BCL Go Cat:

BCL Gò Cát chính thức đi vào hoạt động từ ngày 19/01/2002 Diện tích của

BCL 25 ha được xây dựng theo công nghệ hiện đại nhất từ trước đến nay tại Việt

Nam., đáy của BCL có tấm lót HDPE - Hight Density Polyethylen dày 2mm, có

hệ thống thu gom khí và tái sử dụng khí để phát điện, có hệ thống thu gom và xử

lý nước rỉ rác Công suất thiết kế bãi rác 2000 tấn/ngày

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 Vemier — Hà Lan lắp đặt có công suất 17.5 m”⁄h

1

=———ỄỄễễ———

Ngày 01/08/2007, bãi rác Gò Cát chính thức đóng cửa Sau khi đóng cửa trên

1000 mỶ nước rỉ rác/ngày vẫn phải tiếp tục xử lý Trong khi đó, với công nghệ xử

lý nước rỉ rác hiện tại công trường này chỉ có thể xử lý 400 m”/ngày

2.1.3 BCL Phước Hiệp:

BCL Phước Hiệp xây dựng từ đầu năm 2003 theo công nghệ BCL vệ sinh như BCL Gò Cát Trạm xử lý nước rỉ rác tạm thời giải quyết trong giai đoạn đầu do

CENTENMA lắp đặt cũng đã bắt đầu hoạt động, hệ thống này có công nghệ xử

lý nước rỉ rác tương tự như hệ thống xử lý tại BCL Gò Cát

Hiện nay, BCL Phước Hiệp cũng đang trong tình trạng quá tải vì BCL Gò Cát vừa đóng cửa, BCL mới Đa Phước chưa hoạt động, gánh nặng của rác thải toàn

Thành phố đổ dồn về đây

2.2 ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC RỈ RÁC:

2.2.1 Nguyên nhân phát sinh nước rỉ rác Nước rò rỉ từ bãi rác là nước bẩn thấm qua lớp rác kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới BCL Nước rác được hình thành khi độ ẩm của rác

vượt quá độ giữ nước Đối với bãi chôn lấp hoạt động khoảng 05 năm thì lượng

7

Các số liệu thu thập tại Việt Nam, tại các BCL khác nhau và vào những thời

điểm khác nhau cũng cho thấy mức độ ô nhiễm đặc biệt cao của nước rÍ rác

Bảng 1 Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Đông Thanh

COD 1079 — 2507 38533 — 65333 BOD; 735 33571 — 56250

Cr- tổng mg/l 0.04 — 0.05 - - Zn” mg/l 93 - 202 - -

Pb** mg/l 0.32 - 1.9 - -

cd** mg/l 0.02 - 0.1 - - Mn?* mg/l 14.5 — 32.17 - - Cu" mg/l 3.5 — 4.0 - -

(Nguén: CENTENMA , 2002)

Từ những số liệu trên, nhận thấy rằng tình trạng ô nhiễm nước rỉ rác rất nghiêm

trọng Có thể chia thành hai loại nước rỉ rác để xử lý là nước rỉ rác cũ và nước rỉ

rác mới Nước rác cũ chiếm thể tích lớn, nồng độ ô nhiễm thấp, pH cao nhưng đặc

biệt khó xử lý bằng phương pháp sinh học vì chỉ còn lại các thành phần hữu cơ

trơ Còn với nước rỉ rác mới mỗi ngày đều tăng lên về thể tích, nồng độ ô nhiễm

hữu cơ rất cao và dễ phân hủy sinh học Nước rỉ rác rác mới vì dễ phân hủy nên

dễ dàng được xử lý bằng nhiều phương pháp, còn lại nước rỉ rác cũ tổn đọng mới

là nỗi lo của xã hội, vì thế để tài đã chọn nước rỉ rác cũ làm đối tượng để nghiên

Các chất hữu cơ đơn giản: đường,

amoni acids pevtides

Sản phẩm cuối cùng của quá trình phan huy ky khi 1A methane CH, va khi

carbonic CO; theo sơ đồ phân huỷ hữu cơ gồm 3 giai đoạn tổng quát được trình

bày ở hinh 1

2.3.2 Ưu điểm của công nghệ sinh học ky khí

e _ Tải trọng phân huỷ hữu cơ cao

e _ Nhu cầu năng lượng thấp do không cần năng lượng cấp khí

e _ Có thể thu hồi năng lượng thông qua việc gom và đốt khí methane

e Chịu được cách thay đổi đột ngột về lưu lượng và tải lượng hữu cơ

e - Sinhra ít bùn

© _ Thiết kế đơn giản

se Tiết kiệm mặt bằng

Có nhiều kỹ thuật cố định vi khuẩn nhằm nâng cao hiệu quả phân huỷ các chất

hữu cơ dẫn đến nhiều loại hình thiết bị khác nhau Các loại hình thiết bị ky khí

cao tải được áp dụng rộng rãi nhất thể hiện trong hình 2:

Trong nước : Ở Việt Nam cũng đã có nhiều nhà máy áp dụng công nghệ sinh

học ky khí để xử lý nước thải như nhà máy bia Heineken, công ty cao su Long

Thanh và công ty bột ngọt Vedan (UASB), công ty cao su Lộc Ninh (UFAF) Các

bể xử lý sinh học ky khí tại các công trình nay đều đạt được hiệu suất phân huỷ

hữu cơ cao (khoảng 80 — 92%)

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH- NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ

Với sự gia tăng về nhu câu năng lượng và ảnh hưởng của chi phí bảo vệ môi trường, công nghệ phân huỷ ky khí đã trở thành tiêu điểm chú ý của toàn

Thế giới Lợi ích chính của sự phân hủy ky khí khi đem so sánh với những phương

pháp xử lý nước thải khác là sản lượng bùn ít, giá rẻ, hiệu quả xử lý cao và quá

trình đơn giản Hơn nữa, nó mang lại một tác động môi trường rõ ràng là không

những không tiêu tốn năng lượng trong công tác vận hành mà còn (ạo ra một

nguồn năng lượng đáng kể là khí đốt sinh học- Biogas

Tuy nhiên, công nghệ này cũng có những hạn chế tất yếu như đòi hỏi thời gian khởi động dài hơn và quá trình không ổn định, dẫn đến tình trạng phân huỷ

không hoàn toàn Để tăng sự ổn định của quá trình ky khí, hệ thống ky khí tách

hai giai đoạn đã được giới thiệu và kiểm chứng qua một nghiên cứu của Ban

Khoa học- Đại học Sardar Patel- Gujarat- Ấn Độ

So sánh với các công nghệ ky khí trước đó thì công nghệ MCABR- bỂ phản

ứng sinh học ky khí nhiều ngăn chính là sự cải tiến của chúng- những bể phản ứng

một ngăn gồm nhiều giai đoạn Với bể phản ứng dạng cột chỉ gồm một ngăn

trong đó diễn ra tất cả các quá trình phân huỷ ky khí, sẽ gây ra sự chồng chéo

giữa các giai đoạn, làm giảm hiệu quả xử lý cũng như khả năng thu hổi khí sinh

11

ứng Metan có thể được ngăn chặn do bước acid hóa được kiểm soát chặt chẽ Hơn

thế nữa, việc tách pha cũng cho phép duy trì mật độ vi khuẩn tạo acid và metan

thích hợp ở các ngăn phản ứng và làm tối đa hoá hoạt động của hai nhóm vi

khuẩn này bằng cách áp dụng các điều kiện hoạt động tối ưu quyết định bởi sự

chuyển hóa và đặc điểm động lực sinh học của cả hai nhóm Ngăn phản ứng acid

cũng có thể trở thành một hệ thống đệm khi thành phân nước thải dễ thay đổi và

giúp tách loại các hợp chất có độc đối với vi khuẩn metan hóa Cuối cùng, ngăn

phan ứng pha acid giúp thay đổi chất nền dần dần thích hợp cho giai đoạn metan

quanh bãi chôn lấp Đông Thạnh, có COD dao động từ khoảng 2000 — 10000 mg/l

Do thời gian thực hiện Đề tài mùa mưa nên nồng độ ô nhiễm của nước rỉ rác

tương đối thấp do đã được nước mưa pha loãng khá nhiều

3.2.2 Sinh khối:

Vật liệu tiếp xúc sử dụng trong mô hình gồm có hai loại:

- Loại]: sỏi trắng có kích thước trung bình 10 x 10 x 10 mm

-_ Loại H: than xô (từ sọ dừa, dạng miếng)

Cả hai loại vật liệu này đều đảm bảo tính chất của vật liệu tiếp xúc là trơ

và diện tích tiếp xúc lớn Việc dùng hai loại vật liệu khác nhau này nhằm mục

đích tăng hiệu quả tách pha của công nghệ

Hình 5 Hai loại vật liệu tiếp xúc