Nghiên cứu quá trình sinh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên tục xử lý nitơ trong nước rò rỉ bải rác cũ

Nghiên cứu quá trình sinh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên tục xử lý nitơ trong nước rò rỉ bải rác cũ

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitrate hóa và khit nitrate bằng mô hình liên tục xử lý nitơ Lrong nước rò rỉ bãi rắc cũ

MỤC LỤC

Trang CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU . 2: ©55+22+SE++v£Exvterxvrtrrrrrrrrree 1

1.2 Mục tiêu nghién cu cece csccccesesssneeeecceeeeesensecaeeecceseesesaaeeseeeesseees 2 1.3 Nội dung nghiên COU ou ceescsccsssseceeessneceeesseceecessnseeecessaeeeeesetsaeeeeees 2

1.4 _ Giới hạn đỀ tài - Làn TT nh TT TT TH HH ngu 3

CHUONG II: TONG QUAN VE MOT SO BAI RAC Ở TP.HCM 4

2.1 Hién trang cdc bai rac 6 TP.HCM 0.0 ceseccccsscccessseccsseeeessescessseeeees 4 2.1.1 Bãi rác Đông Thạnh c cv vn ng ng vn rry 4

1.2 _ Hiện trạng ô nhiễm môi trường -. +2 + se +szx+eceecse 5

1.3 BiOm php XY ccccccccccscscsseccossecsssecsssessssecessesssecessecssteceseeseseeeee 7 2.1.2 Bãi rác GO Cat oo ccccccsscsssssssssceensenscnecaeaeeceeeescscesssesececececeseeseeeeees 8

2.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường - +55 sss+scxcxsesezs 8

3.1 Phương pháp hóa lý -á GQ SH HH re 21 3.1.1 Phương pháp Clo hóa - - G5 c1 1v vn ket 21

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitraLe hóa và khử nitrate bằng mô hình liên tục xi ly nite trong nude ro ri bai rac ct

3.3.3 SBR (SEQUENCING BATCH REACTORS) <52-<<<2 38 3.3.4 Mương Ôxy hÓa - Q QQ TT 900 nghe 39 3.3.5 9496 40 CHUONG IV: MO HINH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4I

“8a 41

ALL Bé bi€u Khi (OXIC) ec eccesesscesssseseeseseseeaceesseseeesecseeesetsesseaeeveseaeenes 41

4.1.2 Bể thiếu khí (ANOXIC) ¿- 5 St Exrrerrrtrrrererereree 41

AV.3 Be KOU KBE 42

4.2 Phương pháp nghiên cứu trên mô hình - ««s++++<++ssssss 43

„Am an 43

4.2.3 Nguồn carbon bổ sung cho quá trình khử Nitrate 43

4.2.4 Thí nghiệm trên mô hình - - - - 55 S111 1111111 1 1 1 1 vn rep 44

CHƯƠNG V: KẾT QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47

5.1.1 Hiệu quả xử lý ammOnia - s55 vn esee 47

Nghiên cứu, ứng dụng quá Lrinh sinh hoc nitrate héa và khử nitrate bằng mô hình liên Lục xử lý niLø Lrong nước rò rỉ bãi rắc cũ

CHƯƠNG VI: ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

AMMONIA TRAM XU LY NUGC RO Ri BAI RAC

DONG THANH CONG SUẤT 400M/NGÀY 65 6.1 Để xuất công nghệ -G- G1 HT HT Hưng gxee 65 6.2 Tinh todn cong nghé 0n 65

6.2.1 B@ Wi€u Khi .cccccccccccscccscsccesscesssscscscscscscscscssscscscacscscscsvscsesescsescacscsves 65 6.2.2 Bể lắng đợt II sau bể hiếu khí . 5 se k+E#EeEeececeEsrerexexcee 70 6.2.3 Bể thiếu khí . Ss+sSn tt tt SEEESEEESEEESEEEEEEEEEeEsEersrersrrsrrsee 73

6.2.4 BE KAU KHL ccccccccccscccscsscscceccsssscssesecsessscscesecssersesssesersctsecsseess 77

6.2.5 Bé ling dot II sau bé thi€u Khi .ccccccccsecccseccecesececsesessesesesseseeeeseees 78 6.2.6 SAn phoi DUN eeccccccccccesscsesessesessecesecsesessesesucsesessecstsusatstsseasseseesesnes 80 CHUONG VII: KET LUAT VA KIEN NGHI oocccccsccsssscsssssscssssessecssecssecsseee 81 TAL K@t lua coc ccescccssccsscceccccsccssecssecsesecessccsseceseceseseseesssecesscensecesues 81 7.2 Kim nghi .cccsessssssssessssscscscscsesscscsssssescssscsssssssscssscsssssssssesesscsaeseseens 81 TAI LIEU THAM KHAO ccccccccccssssssssosssssessssssssssseseevsssscscsresesvesesvaveseevenes 82

PHU LUC: KET QUA NGHIEN CUU occcccccscscsssscssesssessescsscssesssessssesseeseesses 83

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên tục xử lý nitơ trong nước rò tỈ bãi rác cũ

Thành phố Hồ Chí Minh

Công ty Xử lý Chất thải thành phố Hồ Chí Minh

Sở giao thông công chánh- Thành phố Hồ Chí Minh Chất thải rắn sinh họat

High Density Polyethylen Mixed Liquor Suspended Solid Mixed Liquor Volatile Suspended Solid |

Chemical Oxygen Demand Sludge Volume Index Dissolved Oxygen (Oxy hda tan) Total Kjeldahl Nitrogen

Effective Microorganis Total Dissolved Solid Sluge Volume Imdex

Solid Retention Time

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh học nitrate hóa và khử nirate bằng mô hình liên Lục xử lý niLơ trong nước rỏ rỉ bãi rác cũ

DANH SÁCH CAC BANG

Bảng I : Sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rác theo tuổi

8 2 10

Bảng 2 : Thành phần và tính chất nước rò rỉ rác theo Tchobanoglous "6n 14

Bảng 3 : Tính chất nước rò rỉ bãi rác Gò Cát ở các mùa khác nhau 15

Bảng 4 : Tính chất nước rò rỉ bãi rác Gò Cát 5-5 cscsxcscrvsxe 16 Bảng 5 : Tính chất nước rỏ rỉ bãi rác Đông Thạnh theo mùa 17

Bảng 6 : Tính chất nước rò rỉ bãi rác Đông Thạnh theo Báo cáo khoa học về “Quản lý CTRSH ở TPHCM ”,8/1997 -¿ 2 18 Bảng 7 : Tính chất nước rò rỉ bãi rác Đông Thạnh theo EMS, 0/0200 0n na 18

Bảng 8 : Tính chất nước rò rỉ rác cũ và mới của BCL Đông Thạnh 19

Bảng 9 : Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực "0 g0 28

Bảng 10: Loài Nitrobacter bị ức chế trong khoảng nổng độ ammonium và NO; theo pH, ở nhiệt độ 20°C - 5: 30 Bang 11: Cac hợp chất hữu cơ gây ức chế quá trình nitrate hóa trong 0002018088086 30

Bang 12: Các chỉ tiêu phân tích nước thải trong quá trình thí nghiệm 43

Bảng 13: Tóm tắt các thông số của quá trình nitrate hóa 47

Bảng 14: Hiệu quả xử lý COD của quá trình nitrate hóa -.- 53

Bảng 15: SVI ứng với mỗi mức tải trọng khác nhau -«- 55

Bảng 16: Mối quan hệ giữa SVI va đặc tính lắng và nén của bùn hoạt "5 0 = 55

Bang 17: Tóm tắt các thông số của quá trình khử nitrate 57

Bảng 18: Phần trăm lượng COD dư sau quá trình khử nitrate 62

Bảng 19: SVI ứng với mỗi mức nồng độ đầu vào khác nhau 64

Bảng 20: Tóm tắt thông số thiết kế bể hiếu khí . - - s52 c5: 70 Bang 21: Tém tat thông số thiết kế bể lắng đợt II sau bể hiếu khí 73

Bảng 22: Tóm tắt thông số thiết kế bể thiếu khí 2-2 5s csesesev+ 76 Bảng 23: Tóm tắt thông số thiết kế bể khử khí . - 77

Bảng 24: Tóm tắt thông số thiết kế bể lắng đợt II sau bể thiếu khí 80

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh học nitrate hóa vả khử nitrate bằng mô hình liên tục xử lý niLơ trong nước rỏ rỉ bãi rác cũ

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình Trang

Hình 1 : Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rò rỉ bãi rác Đông

Thạnh theo thiết kế của công ty TNHH Quốc Việt 7

Hình 2 : Sơ đồ dây chuyển công nghệ trạm xử lí nước rò rỉ Gò Cát của trung tâm CENTEEMA - 5 ccccxk*c2< 2E ckcvckrsee 9 Hình 3 : Sơ đổ quá trình LUDZACK - ETTINGER hiệu chỉnh sưu —“——-"®^®^.'F 37

Hình 4 : Sơ đồ quá trình Bardenpho T Ứ + 2 s+s+ss£x£EsE£kEkzExrkevereee 38 Hình 5 : Các giai đoạn của quá trình SBR - 5-5555 <<sss<cssccs 38 Hình 6 : Sơ đồ mương oxy hóa khử nitƠ - - se sxskveveEsvsrxei 39 Hình 7 : Sơ đồ công nghệ BIOERG kết hợp khử nitơ và phospho 40

Hình § : Mô hình khử nitơ riêng biệt liên tục (KNRBLT) 42

Hình9 : Đồ thị biếu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và nồng độ NH;-N đầu vào và ra Qt TH TH TH TT ng ng ng nscescec 47 Hình 10: Đồ thi biéu dién hiéu qua kht ammonia theo tai trong 50

Hình 11: Đồ thị biễu diễn hiệu quả khử ammonia theo tỉ số F/M 51

Hình 12: Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD qué trinh Nitrate héa 53

Hình 13: Đồ thị biểu diễn SVI theo tải trọng ammonia 55

Hình 14: Đồ thị biểu diễn diễn mối quan hệ giũa tải trọng và nồng độ NOz-N và NO:-N đầu vào và ra -cccn nen vx set sec seserersree 57 Hình 15: Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử Nitrate theo tải trọng 59

Hình 16: Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý theo tỉ số E/M - 60

Hình 17: Đồ thị biểu diễn % lượng COD dư sau quá trình khử nitrate 62

Hình 18: Đồ thị biểu diễn SVI theo tải trọng NO;-N và NOz-N 64 Hình 19: Đề xuất công nghệ xử lý ammonia .- 2 2c sezcszsxezers 65 Hình 20: Sơ đổ cân bằng vật chất . + + 2S Ss+E2 23 xcrkrkessre 69

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học niteaLe hóa và khử nitraLe bằng mô hình lién tuc xt ly nitd trong nude rd ri bai rac cf

CHƯƠNG I

GIỚI THIẾU

Từ năm 1990 trở lại đây, bên cạnh nước thải và khí thải từ các hoạt động

công nghiệp và sinh hoạt là hai nguồn gây ô nhiễm nặng đến môi trường sống của TP.HCM Vấn để ô nhiễm môi trường do các bãi rác gây ra ngày càng nghiêm trọng, gây nhiều vấn để nan giải trong công tác vận hành và quản lý các bãi chôn lắp cụ thể là nước rò rỉ

Nước rò rỉ có khả năng làm ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, đất Nước rò rỉ có nồng độ chất ô nhiễm cao, một lượng lớn tràn ra ngoài vào mùa mưa sẽ gây phản ứng mạnh mẽ đối với cộng đồng dân cư sống gần bãi chôn lắp

và đó là vấn đề nan giải nhất hiện nay

Nước rò rỉ từ bãi rác cũ thông thường có nồng độ ammonia rất cao Hàm lượng nitơ cao là chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong rêu, tảo gây

ra hiện tượng phú dưỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nước, gây thiếu hụt ôxy hòa tan (DO) trong nước do ôxy bị tiêu thụ trong quá trình ôxy hóa chất hữu co NH3 hòa tan > 0.2 mg/1 gây chết nhiều loài cá Vì vậy, xử lý nitơ trong nước rác là vấn dé cần quan tâm

Nước rò rỉ rác bãi rác Đông Thạnh có nồng độ ammonia cao, dao động trong khoảng 700-900 mg/1, hàm lượng N hữu cơ thấp (70-100 mg/l) Nito trong nước rác tổn tại chủ yếu dưới dang ammonia (NH,* hay NH3) Ham lượng COD

t (2.000-3.000 mg/l), hàm lượng COD này đã bi tro, kha nang phan hủy sinh

học rất thấp Như vậy, vấn đề chính của nước rò ri bãi rác cũ (Đông Thạnh) là

xử lý nitơ cũng chính là xử lý ammonia

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitraLe hóa và khit nilrate bằng mô hình liên tục xử lý niLơ trong nước rỏ rỉ bãi rác cũ

1.2 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu dai han:

Tìm ra phương pháp xử lý ammonia trong nước rò rỉ bãi rác cũ

Tìm ra phương pháp cắt mạch corbon để xử lý hàm lượng COD trong nước rò rỉ bãi rác cũ

Ứng dụng kết quá nghiên cứu để tính toán hệ thống xử lý nitơ trong nước

rò rỉ bãi rác cũ có công suất 400 m”/ngày

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Thu thấp số liệu, tài liệu có liên quan đến luận văn

Tham quan, khảo sát các bãi rác ở TP.HCM như Đông Thạnh, Gò Cát, Tam Tân

Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu trong nước rò ri bãi rác Đông Thạnh Thiết lập mô hình khử nitơ riêng biệt liên tục (KNRBLT) trong điểu kiện phòng thi nghiệm

Vận hành mô hình thí nghiệm, tiến hành phân tích các chỉ tiêu pH,

NHạ-N, N hữu cơ, COD, NON, NON, độ kiểm, MLSS, MLVSS, SVI

trong nước rò rỉ bãi rác Đông Thạnh đầu vào và của từng quá trình

Tổng kết số liệu, xử lý số liệu, đánh giá hiệu quả của từng quá trình, xác định các thông số thiết kế thích hợp cho từng quá trình

Đề xuất công nghệ và thiết kế Trạm xử lý nước thải rò rỉ bãi rác Đông Thạnh

Nghiên cứu, ứng dụng qué trinh sinh hoc nitrate hda va khit nitrate bing mé hinh liên Lục xử lý nitơ trong nước rò rỉ bãi rác cũ

Đề tài nghiên cứu hai quá trình sinh học nitrate hóa và khử nitrate xử lý ammonia bằng mô hình KNRBLT trong nước rò rỉ bãi rác cũ (Đông Thạnh)

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp thực nghiệm bằng mô hình trong điều kiện phòng thi nghiệm

- Phương pháp phân tích, xét nghiệm các chỉ tiêu của nước thải theo

(APHA, 1995)

No

Nghién citu, ttng dung qué Lrinh sinh hoc nitrate hóa và khit nitrate bằng mô hình liên Lục xử lý nitơ trong nước rỏ rỉ bãi rác cũ

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ BÃI RÁC Ở TP.HCM

2.1 HIỆN TRẠNG CÁC BÃI RÁC Ở TP.HCM

2.1.1 BÃI RÁC DONG THANH

11 GIỚI THIỆU

TPHCM hiện chỉ có 3 khu xử lý rác chính là Đông Thạnh (Hóc Môn), Gò

Cát (Bình Hưng Hòa-Bình Chánh) và Phước Hiệp (Tam Tân-Củ Chi) Theo kế

hoạch, bãi rác Đông Thạnh phải đóng cửa vào tháng 8/2001, chuyển rác về đổ ở

Gò Cát Tháng 8/2001, bãi rác Gò Cát chỉ mới tiếp nhận thí điểm khối lượng rác

từ 300 tấn đến 500 tấn/ngày, nhưng mùi hôi xuất hiện đã lan rộng, những hộ dân

sống gần đó phản ứng nên việc tiếp nhận rác tại đây phải tạm ngưng Khu xử lý rác Gò Cát cho đến tháng 11/2001 vẫn chưa đảm bảo các giải pháp kỹ thuật nên chưa thể đổ rác theo đúng kế hoạch Rác lại dồn trở về bãi rác Đông Thạnh Bãi rác Đông Thạnh tính đến năm 2002 đã quá tải với 6,500,000 tấn, trong khi sức chứa thực tế của bãi rác này chỉ 4 triệu tấn

Khu xử lý rác Đông Thạnh nằm trong xã Đông Thạnh, phía Bắc huyện Hốc Môn, trên ranh giới giáp xã Bình Mỹ huyện Củ Chị, xung quanh là ruộng Địa hình nơi đây dạng đồng bằng cao hơi nghiêng về hướng sông Sài Gòn ở phía Đông và hướng Rạch Tra ở phía Bắc

Suốt hơn 10 năm qua, hầu như toàn bộ lượng rác thải từ các khu vực nội

thành của thành phố Hồ Chí Minh được chôn lấp tại đây Bãi rác Đông Thạnh

bắt đầu hoạt động đổ rác một cách tự phát từ năm 1989 Trước đó, đây là các hố khai thác đất Đến năm 1991, nó chính thức trở thành công trường xử lý rác

Đông Thạnh do Công ty Xử lý Chất thải (HOWADICO) trực thuộc Sở Giao Thông Công Chánh TP.Hồ Chí Minh (Sở GTCC-TP.HCM) quản lý Diện tích

Nghiên cứu, ứng dụng qué trinh sinh hec nitrate héa va khif nitrate bằng mô hình liên Lục xử lý nitơ trong nước rò rỉ bãi rác cũ

ban đầu 10 ha, sau đó mở rộng thêm lần lượt 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 4,000 tấn rác/ngày

Rác chôn ở bãi rác Đông Thạnh chủ yếu là rác sinh hoạt, chưa được phân loại, chưa được xử lý trước khi chôn lấp 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 khác không tái chế được Các công trình nghiên cứu rác thải ở TP.HCM cho thấy thành phần thực phẩm dư thừa và chất hữu cơ (chủ yếu là rau, quả, thực phẩm ) chiếm 61-96,6% Độ ẩm lên đến 70-80%, mùa mưa có thể lên đến 90% (CENTEMA, 2002) Ngoài ra còn chứa rất nhiều chất thải sinh

hoạt nguy hại và chất thải công nghiệp nguy hại do không phân loại chất thải

rắn (CTR) tại nguồn và không kiểm soát được CTR đổ vào bãi chôn lấp (BCL)

Khuôn viên eông 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 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 nhất định, 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 Chiều cao chất rác lên tới 9 m so với mặt đất

1.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường Bãi rác Đông Thạnh do hình thành tự phát nên đã không có khoảng cách

li vệ sinh với khu dân cư Theo quy định, khoảng cách li vé sinh bãi rác phải cách xa khu vực dân cư từ 300-1000 m Cũng do không được quy hoạch, thiết kế như một bãi chôn lấp hợp vệ sinh, đạt tiêu chuẩn ngay từ đầu nên bãi rác hoạt động đã mắc phải những sai phạm Thực tế, bãi rác Đông Thạnh chỉ là một bãi

đổ hở, không có lớp lót 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 khỏe cộng đồng dân cư gần đó Rác thải chứa vô số

mầm bệnh và là môi trường tốt cho sự lây lan các bệnh truyền nhiễm

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitrate hóa và khử nitrat bằng mô hình liên Lục xử lý niLơ Lrong nước rò tỉ bãi rác cũ

Thành phần CTR ở bãi rác Đông Thạnh chứa phần lớn là chất hữu cơ như thức ăn, vỏ rau củ và các chất này dưới điều kiện phân hủy ky khí đã tạo ra các chất khí Vấn để ở đây là khí sinh ra không được xử lý vì chưa có hệ thống thu gom Thành phần khí gồm 55% CH¿, 45% CO; và một lượng nhỏ H;, H;S, NH;, Mercaptan Khí mêtan là nguồn ô nhiễm nặng nhất Mùi hôi do sự phân hủy protein của động thực vật, đặc trưng là: H;ạS, NH;, CO; Nồng độ HS vượt mức cho phép 6-1,362 lần Việc điểu tra nghiên cứu cho thấy, ô nhiễm không khí tại bãi rác chủ yếu do mùi của nước rò rỉ Vấn để mùi và ruồi muỗi đã được

xử lý bằng vôi và thuốc diệt ruôi

Năm 2000 đã có 3 sự cố tràn nước rỉ rác ra môi trường xung quanh do bể

bờ bao trong mùa mưa Nguyên nhân là do bờ bao bằng đất, mực nước trong hỗ cao hơn nền ruộng, gây thiệt hại nặng nể đối với sản xuất nông nghiệp làm cho hàng nghìn cây xanh được trồng cách đó khoảng 4 năm để cải thiện môi trường bãi rác Đông Thạnh cũng bị chết dần Lượng nước rò rỉ sinh ra khoảng

600 mỶ/ngày, chưa kể nước mưa Khối lượng nước rác tổn đọng lên đến hơn 200,000 mỶ chứa trong 4 hồ với diện tích khoảng 3 ha Khi trời mưa, nước mưa

hòa cùng nước rác chảy khắp nơi khó có thể tách nước mưa và nước rác Có

khoảng 100,000 mỶ chưa xử lý, đã rò rỉ và tràn ra xung quanh, đang có nguy cơ tràn ra sông rạch, ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngâm Sự chuyển dời ô nhiễm nước ngầm tuy xảy ra chậm nhưng khá năng thấm sẽ diễn ra liên tục và ảnh hưởng có thể lâu dài đến hàng thế kỷ sau do cấu tạo địa tầng thuộc loại đất sét (laterit thường, sét pha có độ chặt không lớn lắm)

Hiện nay, tính đến năm 2003 công trường xử lý rác Đông Thạnh còn tổn

đọng 600,000 mỶ nước rò rỉ chưa được xử lý đang lưu trữ tại 7 hồ Lượng nước rò

ri 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 Bãi rác Đông Thạnh đã chấm dứt hoạt động vào cuối năm 2002 Bãi rác Đông Thạnh đã ngưng tiếp nhận rác sinh hoạt, nhưng vẫn tiếp nhận rác xà bần

Đến tháng 4/2002 việc xử lý nước rò rỉ tại bãi rác Đông Thạnh được phân cho 4 đơn vị xử lý Sau khi đạt tiêu chuẩn xả vào nguôn loại B (TCVN 5945- 1995) lượng nước này sẽ thải ra Rạch Tra, Những đơn vị này bước đầu đã xử lý khoảng 20,000 mỶ bằng phương pháp từ, hóa, lý, vi sinh nhưng vẫn chưa đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn chủ yếu vì lượng NH;-N và COD còn cao Việc xử lý khối lượng nước ô nhiễm nặng này là hết sức cấp bách cần phải giải quyết trong mùa khô, vì đây là mối nguy tiểm ẩn mỗi khi mùa mưa đến, lượng nước từ các hổ chứa nước rỉ rác lại tăng lên nhiều hơn, đe dọa bờ bao bị vỡ hay chảy tràn ra khu dân cư, đổ ra sông Sài Gòn đe dọa nguồn nước cấp của các nhà máy cấp nước cho thành phố và khu vực nhất là dự án nhà máy nước Bến Than khi đi vào hoạt động đòi hỏi phải xử lý đạt tiêu chuẩn loại A và một số chỉ tiêu khác khắc khe hơn Việc xử lý nước rác lại càng khó khăn hơn vì tính chất nước thay đổi theo mùa và theo thời gian

Hình 1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rò rỉ bãi rác Đông Thanh theo

thiết kế của công ty TNHH Quốc Việt

Nghién citu, ting dung qua trinh sinh hoc nitrate héa va khif nitrate bang mé hinh lién Luc xt lý nitơ trong nước rô rỉ bãi rác cũ

2.1.2 BAIRAC GO CAT 2.1 Giới thiệu

Bãi rác Gò Cát do Công ty Xử lý Chất thải Thành phố Hồ Chí Minh

(HOWADICO) lam chủ đầu tư với sự hỗ trợ tài chính và kỹ thuật của chính phủ

Hà Lan, là dự án đầu tiên về xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) và tái sử

dụng năng lượng của thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam Đây cũng là

dự án đầu tiên của Việt Nam trình diễn kỹ thuật xây dựng BCL hiện đại với các

hệ thống thu gom và xử lý nước rò rỉ, thu gom khí BCL và phát điện tiên tiến nhất hiện nay

Bãi rác Gò Cát đặt tại xã Bình Hưng Hòa huyện Bình Chánh TP.HCM,

có diện tích 25 ha, trong đó có 5 ha dành cho công trình phụ trợ (trạm cân, trạm

xử lý nước rò rỉ, trạm phát điện, đường giao thông nội bộ ) được xây dựng theo công nghệ hiện đại nhất từ trước đến nay tại Việt Nam Đáy các hố chôn rác có lớp lót bằng vật liệu HDPE (High Density Polyethylen) dày 2 cm, có hệ thống thu gom khí và tái sử dụng khí để phát điện, có hệ thống thu gom và xử lý nước rác Công suất thiết kế bãi chôn lấp là 2000 tấn/ngày

Hiện nay, bãi rác Gò Cát đã có công trình xử lý nước rò rỉ của Trung tâm CENTEMA-ĐH Văn Lang đang hoạt động Ngoài ra còn có công trình xử lý nước rò rỉ của công ty ECO-Bộ Quốc Phòng nên vấn để phát sinh do nước rỉ rác cũng giảm đáng kể

2.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường

Tháng 8/2001, bãi rác Gò Cát chỉ mới tiếp nhận thí điểm khối lượng rác

từ 300 tấn đến 500 tấn/ngày, nhưng mùi hôi xuất hiện đã lan rộng, những hộ dân sống gần đó phần ứng nên việc tiếp nhận rác tại đây phải tạm ngưng Khu xử lý rác Gò Cát cho đến tháng 11/2001 vẫn chưa đảm bảo các giải pháp kỹ thuật nên chưa thể đổ rác theo đúng kế hoạch

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh hoc nitrate héa va khif nitrate bang mô hình liên tục xử lý niLơ trong nước rò rỉ bãi rác cũ

2.3 Biện pháp xử lý Hiện nay, bãi rác Gò Cát đã có hai hệ thống xử lý nước rò rỉ rác:

- _ Hệ thống xử lý bằng công nghệ sinh học với công suất 400 m”/ngày của trung tâm CENTEMA xây dựng vào tháng 9 năm 2002 cho đến tháng 12 năm

2002 hệ thống này đã xử lý được trên 23,000 mẻ, tạo điều kiện thuận lợi cho cho

Hình 2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lí nước rò rỉ Gò Cát

của trung tâm CENTEMA

NƯỚC RÒ RỈ RÁC

2.2.1 CAC YEU TO ANH HUGNG DEN NUGC RO Ri RAC

Thành phần và tính chất nước rò rỉ rác dao động rất lớn, có thể thay đổi

từ bãi rác này đến bãi rác khác Các bãi rác khác nhau thì có thành phần, tính chất khác nhau Thành phần và tính chất nước rò rỉ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

- _ Điều kiện thủy văn khu vực;

Nghiên cứu, ứng dụng qué trinh sinh hoc nitrate hóa va khif nitrate bang mé hinh lién tuc xi ly nita trong nước rò rÏ bãi rác cũ

Hàm lượng chất hữu cơ trong nước rò rỉ bãi rác mới chưa phủ đẩy (khoảng 8 tháng tuổi) có thể lên đến 71.600 mg/1 (Chian và Dewalle, 1977) Hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ giảm dần theo tuổi của bãi rác Tương tự, ti so BOD/COD cũng giảm dân theo thời gian Mức độ giảm này cho thấy chất hữu

cơ dễ ôxy hóa sinh hóa giảm nhanh, trong khi đó hàm lượng chất không phân huỷ sinh học gia tăng theo tuổi của bãi rác Những chất hữu cơ không phân hủy sinh học này thông thường là các sản phẩm phân hủy do hoạt động của vi sinh

Ngoài ra, thành phần và tích chất nước rò rỉ rác còn thay đổi theo từng giai đoạn của quá trình phân hủy CTR (sold waste) Quá trình phân hủy CTR trải qua 3 giai đoạn (phase) chính như sau:

a Giai đoạn 1

Phân hủy hiếu khí xẩy ra nhanh, khoảng thời gian đặc trưng ít hơn một

tháng Khi ôxy có sẵn trong rác được sử dụng hết (trừ những vùng gần bề mặt)

thì pha phân hủy hiếu khí sẽ ngưng Giai đoạn 1 cũng có thể kéo dài một vài ngày hoặc một vài tuần Tuy nhiên nó có thể kéo dài thêm một khoảng thời gian lâu hơn và tạo ra một lượng đáng kể CO;, một lượng đáng kể H; cũng có thể tạo

ra (lên đến 20% thể tích), đặc biệt ở các khu vực chôn lấp khô ráo

b Giai đoạn 2

Các vị sinh vật kị khí và tùy tiện thủy phân và lên men cellulose và các chất có thể phân hủy tạo ra các hợp chất đơn giản, hòa tan như acid béo bay hơi

(làm tang gid tri BOD;) và ammonia Giai đoạn 2 có thể kéo dài sau một vài

năm, thậm chí cả thập niên Nước rò rỈ tạo ra trong giai đoạn này có giá trị BOD; cao (thường lớn hơn 10,000 mg/l), BODz/COD > 0.7, tỷ số này cho thấy thành phần chất hữu cơ hoà tan chiếm tỷ lệ cao và dễ phân hủy sinh học Trong giai đoạn này, nước rò rỉ rác có pH từ 5-6, đậm đặc, mùi, nồng độ ammonia cao (<1,000 mg/l) Với đặc tính hoá học này, giúp hòa tan các thành phần khác trong rác dẫn đến nồng độ của Fe, Mn, Zn, Ca, Mg trong nước rác cao Khí sinh

ra chủ yếu là CO, mùi và hydrogen với lượng ít hơn

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình øinh học nitrate hóa và khử nitratc bằng mô hình liên tục xử lý nitơ trong nước rỏ rỉ bãi rắc cũ

c Giai đoạn 3

Sự phát triển chậm của vi khuẩn methane dần dần trở nên chiếm ưu thế

và bắt đầu phân hủy những hợp chất đơn giản, tạo ra các hỗn hợp khí CO; và CH¡ạ (cộng với 1 số thành phần vết khác) tạo ra nguồn khí của bãi rác Trong giai đoạn 3, vi khuẩn lên men methane phát triển, chúng sử dụng những hợp chất hữu cơ hoà tan (chủ yếu là những acid béo) là thành phần chính trong nước

rò rỉ rác ở giai đoạn 2 Những vi khuẩn này là loại kị khí và chuyển đổi các hợp chất hữu cơ hoà tan thành methane và CO¿, mà sau đó thoát ra ngoài như là khí

của bãi rác

Nước rò rỈ rác tạo ra trong suốt giai đoạn 3 thường ổn định Trong giai đoạn này, hoạt động về mặt sinh học xem là hiệu quả nhất Cân bằng động học cuối cùng tạo ra giữa vi khuẩn tạo methane và vi khuẩn tạo acid, chất thải tiếp

tục phân hủy tạo ra khí với tốc độ tương đối cao, có thể sau nhiều năm Sau đó

dân dẫn giảm tốc độ sau nhiều thập niên trước khi rác thải đã bị phân huỷ phần lớn khối lượng rác

Nước rò rỉ rác tạo ra trong giai đoạn 3 có giá trị BODz tương đối thấp, tỉ

số BODz/COD thấp Tuy nhiên, ammonia vẫn tiếp tục sinh ra bởi quá trình lên men acid theo bậc 1 và có nổng độ rất cao trong nước rò rỉ rác Các chất vô cơ nhu: Fe, Na, K, SO,” va CI tiếp tục tan và rỈ ra từ bãi rác trong nhiều năm Ngoài ra còn có 2 giai đoạn phụ:

- _ Thời kì chuyển tiếp từ giai đoạn 2 sang giai đoạn 3

Có thể xảy ra trong nhiễu năm, có thể không ngưng trong 1 thập niên (đôi khi không bao giờ ngưng) Ôxy cạn dẫn và điều kiện ky khí bắt đầu phát triển Nitrate và sunphat đóng vai trò chất nhận electron trong các phan ting chuyển hóa sinh học, thường bị khử đến khí N; và HạS Trong pha này, pH của nước rò rỉ rác bắt đầu giảm do sự hiện điện các acid hữu cơ và ảnh hưởng của sự gia tăng nồng độ CO; trong bãi rác

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hỉnh liên Lục xử lý niLơ trong nude ré rf bai rac cl

- - Giai đoạn chín mùi Xuất hiện sau khi các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã chuyển thành

CH, va CO) Liic này, tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các chất dinh dưỡng đã dùng hết ở các pha trước và chất nền còn lại thì khả năng phân hủy sinh học khá chậm Khí sinh ra chủ yếu là CHạ và CO¿ Suốt pha này, nước rò rỉ rác chứa chất hữu cơ trơ như acid humic và fulvic rất khó xử lý sinh học

Như vậy, trong quá trình phân hủy CTR thì ở giai đoạn 2 và 3 các vi sinh vật kị khí và tùy tiện thủy phân và lên men cellulose và các chất có thể phân hủy tạo ra các hợp chất đơn giản, hòa tan như acid béo bay hơi làm tăng giá trị

BODs va ammonia Cho nén 6 hai giai doan nay ammonia rat cao

Nhìn chung, ở những bãi rác mới (giai đoạn acid), nước rò rỉ rác thường

có pH thấp, nồng độ BOD, COD và kim loại nặng cao Ở những bãi rác lâu năm (giai đoạn mêtan của quá trình phân hủy) pH từ 6.5-7.5, nổng độ các chat 6

nhiễm thấp hơn rất nhiễu, nồng độ kim loại nặng giảm do phần lớn kim loại ít

tan ở pH trung tính Khả năng phân hủy sinh học của nước rác thay đổi theo thời gian, thể hiện qua tỉ số BOD;/COD Ban dau, tỉ số sẽ ở khoảng trên 0.5 (Tỉ số 0.4-0.6 cho thấy chất hữu cơ trong nước rác đã sẵn sàng để phân hủy) Ở những bãi chôn lấp lâu năm có ammonia cao (>1,000 mg/I), ti sé BOD;/COD thường là 0.05-0.2 Tỉ số giảm do nước rò ri rác từ các bãi lâu năm chứa acid humic va fulvic khó phân hủy sinh học Ngoài ra, nỗổng độ các chất 6 nhiễm cũng dao động theo mùa trong năm (mùa mưa-mùa khô)

Thành phần nước rò rỉ rác từ CTRSH có hàm lượng chất ô nhiễm sinh học, vi sinh gây bệnh cao Trong khi đó, nước rò rỈ từ các bãi chôn lấp chứa chất thải công nghiệp thường có hàm lượng ô nhiễm vô cơ và kim loại nặng cao Nói cách khác, thành phần tính chất của nước rò rỉ rác liên quan chặt chẽ với thành

phần đặc trưng của rác

Thành phân Khoảng Trung bình ˆ (Trên 10 năm)

Nhu cầu ôxy hóa sinh hóa

Nguén: Tchobanoglous et al.,1993

Thành phân Don vj Nước rò rỉ mới Nước rò rỉ Nước rò rỉ

mùa khô mới mùa mưa cũ

Nghiên cứu, ứng dụng quá trinh sinh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên Lục xử lý niLơ trong nước rò rỉ bãi rác cũ

Nguồn : CENTEMA, tháng 3 & 4/2002

Dựa vào 2 bảng trên cho thấy BCL Gò Cát mới hoạt động từ 2/2002 nên nước rò rỉ rác còn mới nhưng có mức độ ô nhiễm hữu cơ cao hơn nhiều khi so với các số liệu về thành phần và tính chất nước rò rỉ rác đã được ghi nhận trên thế giới (Tchobanoglous et al.,1993), có thể do BCL Gò Cát không có quá trình phân loại CTR tại nguồn và không xử lý trước khi đưa vào BCL và thành phần, tính chất nước rò rỉ rác thay đổi theo mùa trong năm

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên Lục xử lý nitơ trong nước rò rỈ bãi rác cũ

2.2.3 TÍNH CHẤT NƯỚC RÒ Ri BAI RAC DONG THANH

Khác với BCL Gò Cát, BCL Đông Thạnh có cả phần chôn lắp củ (năm

1990) và phần chôn lắp mới (mới chôn lấp vào năm 2001 trước khi bãi rác đóng cửa và lượng rác xà bần đang hoạt động chôn lấp) Vì vậy, BCL Đông Thạnh có

cả nguồn nước rò rỉ rác củ đang chứa trong các hổ và nước rò rỉ rác mới theo thời gian chôn lắp khác nhau đang tiếp tục sinh ra

Nước mưa ngấm vào bãi chôn lấp, độ ẩm của rác cao, quá trình phản ứng sinh hóa của các chất hữu cơ, việc phun thêm vào rác chất khử mùi hôi EM (Effective Microorganis) là những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước rò rỉ bãi rác Đông Thạnh

Dưới đây là các bảng số liệu phân tích nước rò rỉ bãi rác Đông Thạnh ở những thời điểm khác nhau và trích từ các nguồn khác nhau sẽ giúp chúng ta có cái nhìn khái quát về thành phân và tính chất nước rò rỉ bãi rác Đông Thạnh, sự

thay đổi tính chất nước rác theo mùa, thời gian và đặc điểm ô nhiễm của nước

rò rÏ rác hiện tại

Bảng 5: Tính chất nước rò rỉ bãi rác Đông Thạnh theo mùa

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên tục xử lý nitơ trong nước rỏ rỉ bãi rác cũ

Bảng 6: Tính chất nước rò rỉ bãi rác Đông Thạnh theo Báo cáo khoa

học về “Quần lý CTRSH ở TP.HCM”, 8/1997

Thông số Đơn vị Giá trị thấp Giá trị cao

` Nong độ, mg/1 (trừ pH) Thành phần

Chất lượng nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn rác, theo mùa (mùa

khô, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò ri rác cao hơn 2-3 lần so với mùa mưa) Phân tích các bảng số liệu cho thấy rằng sau một thời gian phân hủy, hàm lượng BOD;, COD khi bãi rác bắt đầu đóng cửa đã giảm nhiều so với thời gian trước đây Tỉ lệ BODz/COD hiện nay đã giảm xuống rất thấp, chỉ còn khoảng 0.2-0.3 Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) cũng giảm vì nước rác đã lắng khá lâu Hiện nay pH dao động trong khoảng 8-8.5 do nước rác có độ kiểm cao được tạo

ra bởi các acid humic, fluvic, ammonia và một số hợp chất khác

Tóm lại, nước rác chứa trong các hé va ứ đọng ở một số chỗ bị ô nhiễm rất nặng, mùi hôi khó chịu Nước có hàm lượng chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, độ kiểm, ammonia, vi sinh gây bệnh cao

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên tục xử lý niLơ trong nước rò rỉ bãi rác cũ

Kim loại nặng trong nước rỉ rác Đông Thạnh Theo EMS thuộc Bộ Khoa Học Công Nghệ Môi Trường, 8/2000 thì hàm lượng Cd < 0.001 mg/1; Pb < 0.02 mg/1; Hg < 0.001 mz/1; Cu < 0.01 mg/1

Theo Công ty xử lý chất thải TP.HCM, 2000 phân tích các mẫu nước rác lấy ở các vị trí khác nhau cho thấy nổng độ Pb = (0.05-0.37) ppm;

Hg = 0.02 ppm; Zn = (0.08-3.33) ppm

Theo các nghiên cứu trước đây về khả năng gây ức chế của kim loại nặng lên loài vi khuẩn nitrate hóa như: Skinner và Walker (1961) cho thấy các kim loại với nồng độ cao gây độc cho loài Nitrosomonas dudc tim thay nhu:

Nickel = 0.25 mg/1, Crôm = 0.25 mg/1, Đồng = (0.1-0.5) mg/1 Beckman (1972)

cho biết 100% loài Nửrosomonas bị ức chế đối với nồng độ nickel và kẽm là

3 mg/l Loveless va Painter (1968) cho biét loai Nitrosomonas bi ttc ché hoan toàn với nỗng độ đồng là 0.1 mg/

Theo các kết quả phân tích trên thì nổng độ các kim loại nặng trong nước thải rác Đông Thạnh chưa gây ức chế quá trình nitrare hóa

Nghiên cứu, ứng dụng qué trinh sinh hoc nitrate hóa và khử nitratc bằng mô hình liên Lục xử lý nitơ trong nước rỏ rỉ bãi rác cũ

CHUONG III

PHUONG PHAP XU LY AMMONIA VA MOT SO

CONG TRINH SINH HOC KHU NITO

3.1 PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ

Ammonia có thể chuyển thành khí N; bằng các quá trình sau: clo hóa,

tách khí NHạ, trao đổi ion, lọc màng

3.1.1 PHƯƠNG PHÁP CLO HÓA

Ammonia bi 6xy hóa thành khí nitơ (N;) Quá trình này liên quan đến

một chuỗi phản ứng phức tạp hình thành các sản phẩm trung gian như NH;CI, NHCI1;, NCI; Ngoài khí Nạ ra còn có NO; Phản ứng đơn giản được viết như

NH¿ + 4Clạ+ 3HạO = NO; + 10H*+8 CI Nhu cau Cl, cho phản ứng là 7.6 mgCl,/mg NH,*-N bi 6xy héa Do ammonia chuyển thành nitrate và một số sản phẩm khác nên liễu lượng Cl; thực

tế khoảng 10 mg/mgNH¿}-N Quá trình clo hóa tạo ra một lương đáng kể acid

HCI nên độ kiểm bị tiêu thụ là 10.7 mgCaCOz/mgNH/?-N bị ôxy hóa Khoảng

pH tối ưu cho quá trình từ 6-7

Ưu điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư thấp, đảm bảo mức khử trùng cao, nếu kiểm soát thích hợp, hầu như tất cả NH, -N trong nước thải có thể bị ôxy hóa thành khí N¿ giảm mức độc hại cho bầu khí quyển, tốc độ phan

ứng nhanh, ít nhạy cảm với chất độc hay nhiệt độ, chiếm ít diện tích, đồng thời

có tác dụng khử trùng

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh học nitrate hóa và khử niLrat© bang mô hình liên tục xử lý nitơ trong nước rò rỉ bãi rác cũ

Nhược điểm là lượng clo dư cao gây độc cho thủy sinh, nhạy cảm với pH dẫn đến chỉ phí hóa chất, chỉ phí vận hành cao, tăng TDS dòng ra, sự hình thành các hợp chất halogen hóa hữu cơ như trihalomethanes (CHC];) là chất gây ung thư, lưu trữ và phân phối phải an toàn

Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu quả của quá trình:

- _ Xáo trộn tạo sự tiếp xúc giữa nước thải và clo;

- _ Thời gian tiếp xúc;

- Liểu lượng clo;

từ 10.5-11.5 Do đó, pH là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả quá trình Bên cạnh đó, quá trình còn rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ, nhiệt độ càng giảm thì độ hòa tan của ammonia càng tăng Vì vậy, khi nhiệt độ giảm, lượng không khí cần cung cấp tăng đáng kể nhu cầu năng lượng sử dụng

Ưu điểm là nếu vận hành thích hợp, quá trình có thể cho hiệu quả khử ammonia cao, không nhạy cảm với các chất độc hại, không tạo cặn dư, Tuy nhiên, quá trình cũng tồn tại những bất lợi như khi pH cao, CO; bị hấp thụ từ không khí kết hợp với vôi (nếu sử dụng để nâng pH) tạo nên đóng cặn CaCO; trong tháp Mặt khác, quá trình cho hiệu quả thấp ở điều kiện thời tiết lạnh

Nghiên cứu, ting dung qué trinh sinh hoc nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên Lục xử lý niLơ trong nước rò rỶ bãi rác cũ

Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu quả quá trình:

3.1.3 PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION

Một trong những loại nhựa tự nhiên dùng để khử ammonia tốt nhất là clinoptilolite (một dạng zeolit) bởi tính chọn lọc của nó đối với ion NH¿” hơn là

ion Ca**, Mg”*, Na” Năng suất của nhựa này tương đối ổn định trong khoảng

Tuy nhiên, phương pháp trao đổi ion có một số nhược điểm sau: hệ thống tái sinh phức tạp và vấn dé liên quan đến vòng đời của nhựa trao đổi, nông độ của các cation khác như Ca”", Mg”*, Na” cao làm giảm hiệu suất của quá trình, yêu cầu phải tiền xử lý bằng lọc để ngăn ngừa tích lũy cặn lơ lững, chi phí đầu

tư và vận hành cao

Hai quá trình trên được thực hiện kế hợp với nhau để khử ammonia trong

nước thải rác Quá trình nitrate hóa không loại được nitơ trong nước thải, thực ra

nó chỉ chuyển nitơ từ dạng này sang dạng khác Do đó cần phải thực hiện bước tiếp theo là quá trình khử nitrate để chuyển chúng thành khí nitơ thoát ra khỏi nước thải

3.2.1 QUÁ TRÌNH NITRATE HÓA (NITRIFICATION)

11 Mô tả quá trình Quá trình nitrate hóa là quá trình ôxy hóa hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là ammonia được chuyển thành nitrite sau đó nitrite được ôxy hóa thành nitrate

Quá trình nitrate hóa diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 chủng loại vi sinh vật

tu duGng Nitrosomonas va Nitrobacter

Bước 1: Ammonium được chuyển thành nitrite được thực hiện bởi loài

Nitrosomonas:

NH¿' + 1.5 O; —> NO; + 2H + HO (l) Bước 2: Nitrite được chuyển thành nitrate được thực hiện bởi loài

Nitrobacter:

Phương trình phản ứng (1) và (2) tạo ra năng lượng Theo Painter (1970),

năng lượng tạo ra từ quá trình ôxy hoá ammonia khoảng 66-84 kcal/mole ammonia và từ ôxy hoá nitrite khoảng 17.5 kcal/mole nitrite Nitrosomonas va Nitrobacter sử dụng năng lượng này cho sự sinh trưởng của tế bào và duy trì sự sống Tổng hợp 2 phản ứng được viết lại như sau:

dung cho tao nitrate, 2 đương lượng ion HỶ tạo ra khi ôxy hóa | mole

ammonium, ion HỈ trở lại phản ứng với 2 đương lượng ion bicarbonate trong

nước thải Kết quả độ kiểm bị tiêu thụ là 7.14 gCaCOz/gNH¿”-N bị ôxy hóa

Phương trình (3) sẽ thay đổi chút ít khi quá trình tổng hợp sinh khối được

xem xét đến, nhu cầu ôxy sẽ ít hơn 4.57 gOz/gNH,}-N do ôxy còn nhận được từ

sự cố định CO; , một số ammonia và bicarbonate đi vào trong tế bào

Cùng với năng lượng đạt được, ion ammonium được tiêu thụ vào trong tế

bào Phản ứng tạo sinh khối được viết như sau:

4CO, + HCO; + NH, +H,O0 > C;H,O.N + 50,

- Theo U.S.EPA Nitrogen Control Manual (1975): toan b6 phan ting éxy hóa và tổng hợp sinh khối được viết như sau:

NH¿" + 1.83O; +1.98HCO; -> 0.021C;H;O;N + 0.98 NO;

+ 1.041 HO +1.88 H,CO;

Nhu cầu O; là 4.2 gOz/gNH,† -N bị ôxy hóa

- Theo Gujer và Jenkins (1974): toàn bộ phản ứng ôxy hóa và tổng hợp sinh khối được viết như sau:

1.02 NH," + 1.890, +2.02 HCO; -—> 0.021C;H;O¿N +NOz

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên tục x lý nitơ trong nước rò rỈ bãi rác cũ

- _ Quá trình nitrate hóa có thể thực kết hợp hay tách riêng quá trinh nitrate hóa với ôxy hóa chất hữu cơ

Ôxy hóa carbon và nitrate hóa có thể xảy ra trong cùng một công trình đơn vị hay trong hai công trình riêng biệt Quá trình sinh trưởng lơ lững hay sinh trưởng bám dính được áp dụng cho cả hai loại trên

Vi khuẩn nitrate hóa có mặt hâu hết trong các công trình sinh học hiếu khí, nhưng số lượng bị hạn chế Khả năng nitrate hóa của các quá trình bùn hoạt

tính khác nhau tùy thuộc vào tỉ số BODz/TKN (TKN: Total Kjeldahl nitrogen)

Theo U.S EPA: khi ti s6 BOD,/TKN > 5 thì quá trình ôxy hóa carbon và nitrate kết hợp, BODz/TKN < 3 hai quá trình ôxy hóa carbon và nitrate hóa được tách riêng

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate hóa

a Ôxy hòa tan (DO)

HM, = Games| Po

Phương trình động học của Monod DO: nồng độ ôxy hòa tan, mg/];

K;: hệ số báh bão hòađối với nitơ, mg/l;

Ko: Hệ số bán bão hòa đối véi DO, mg/l

Ảnh hưởng DO lên quá trình nitrate hóa khác nhau được báo cáo từ các nghiên cứu khác nhau của Downing và Scragg (1958) cho thay: Néng d6 DO cần thiết cho quá trình nitrate hóa xảy ra ít nhất là 0.3 mg/1 Schoberl và Angel nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (1964): Tốc độ nitrate hóa đối với Niirosomonas không phụ thuộc vào DO nếu DO trên lI mg/1 và đối với Nitrobacter néng độ DO > 2 mg/1 Boon và Laudeluot (1962) nghiên cứu tốc độ sinh trưởng của Nirobacter winogradki ở nông độ DO là 1mg/1 và DO bão hòa

ở nhiệt độ 25-35 ”C cho thấy tốc độ sinh trưởng ở nồng độ DO là 1 mg/I thì thấp

Nghién citu, ting dung qué trinh sinh hoc nitrate hoa va khit nitrate bang mô hình liên Lục xử lý nitơ rong nước rò rỉ bãi rác cũ

hơn ở nồng độ DO bão hòa và tùy thuộc vào nhiệt độ Tốc độ sinh trưởng ở DO

= 1 mg/l bằng 79%, 80%,70%,58% ở DO bão hòa tương ứng với các nhiệt độ 20; 23,7 ; 29 ; 35C Downing et al (1964) và Wild et al (1971) nghiên cứu hỗn

hợp bùn lồng trong bể bùn hoạt tính cho thấy nông độ DO > Img/l, tốc độ nitrate hóa không bị ảnh hưởng Wuhrman (1963) cho thấy nổng độ

DO = 4-7 mg/l, tốc độ nitrate hóa không bị ảnh hưởng, nhưng DO = ImgíI thì tốc độ chỉ bằng 90% tốc độ ở nồng độ DO cao hon Nagel và Haworth (1969) cho thấy tốc độ nitrate hóa trong bùn hoạt tính gấp đôi khi nồng độ DO tăng từ

1-3 mg/l Okun (1949), Haug va McCarty (1971) cho thấy vi khuẩn nitrate hóa

không bị ảnh hưởng bởi DO, không có sự ức chế khi nồng độ DO = 3 mg/l

Sự khác nhau của những nghiên cứu ảnh hưởng DO lên động học phản ứng được giải thích dựa trên cơ chế vận chuyển và tiêu thụ ôxy của các bông

bùn hoạt tính

b pH Một số nghiên cứu quan sát thấy rằng tốc độ nitrate hóa cực đại khi pH nằm trong khoảng từ 7.2-9.0 Ảnh hưởng pH lên tốc độ nitrate hóa khác nhau

được báo cáo từ các nghiên cứu khác nhau như: U.S.EPA (1975) để xuất phương

trình ảnh hưởng của pH lên tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn nitrate hóa trong các hệ thống kết hợp ôxy hóa cacbon và nitrate hóa khi pH<7.2

Mapn = (1„7.2)[1-0.833(7.2-pH) ]

University of Capetown (1984) mô tả ảnh hưởng của pH < 7.2

Map = (fn 7.2)(2.35) PH”?

Angle va Alexander (1958) va Downing (1964) cho thấy ít có sự ảnh

hưởng khi pH trong khoảng từ 7.2-8 và tốc độ nitrate hóa giảm tuyến tính khi

pH < 7.2 Boon và Laudelout (1962) cho thấy tốc độ nitrate hóa đối với Nitrobacter ở pH = 6.5 bằng 60% tốc độ ở pH = 7.5 Antoniou et al (1990) sử

dụng các mẻ vi khuẩn nuôi cấy chưa thích nghi cho thấy tốc độ nitrate hóa ở pH

Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh hoc nitrate héa và khử niLrate bằng mô hình liên Lục xử lý nitơ trong nước rò rÏ bãi rác ơi

= 6.9 bằng 84 % tốc độ ở pH = 7.9 tại 20°C Tốc độ nitrate hóa ở pH = 6.8 bằng 42% tốc độ ở pH = 7.8 tại 15C, ở nhiệt độ thấp hơn thì ảnh hưởng của pH nhiều hơn Stankwich (1972), Haug và McCarty (1972) cho thấy tốc độ sinh trưởng riêng cực đại được phục hôi sau khi thích nghi với pH thấp hơn và thích nghi hoàn toàn sau 10 ngày khi pH giảm từ 7-6 trong các quá trình sinh trưởng

bám dính

c Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng lên tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của vi khuẩn nitrate hóa Tốc độ nitrate hóa giảm với sự suy giảm nhiệt độ Một số nghiên cứu đề xuất mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại như

sau:

Bảng 9: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại

Downing (1964) 0.47.60 0787-15) 0.29 0.47 0.77 Hultman (1971) 0.50.e9932Œ-1) 0.23 0.34 0.50 Barnard (1975) 0.33.(1.127)72 0.10 0.18 0.37

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hệ số bán bảo hòa K„ của quá trình nitrate hóa:

Knowles et al (1965) để nghị mối quan hệ giữa Kạ và nhiệt độ

K =1009951T-1.148

T: nhiệt độ, °C

Focht và Chang (1975); Painter (1970): Nhiệt độ tối ưu cho quá trình

nitrate hóa trong khoảng 30-36°C, nhưng chúng có thể phát triển ở 4-50°C

Nghién citu, ting dung qua trinh sinh hoc nitrate hóa và khử nitrate bằng mô hình liên Lục xử lý nitơ trong nước rò rỉ bãi rác cũ

Nhiệt độ ảnh hưởng lên thời gian lưu bùn (SRT) Khi nhiệt độ giảm thì

SRT phải đủ lâu để vi khuẩn nitrate hóa phát triển ổn định, vì chúng rất nhạy

cảm với nhiệt độ

d Nông dé ammonia va nitrite

Turk va Mavinic (1986) cho thay néng d6 khi ammonia hoa tan trong khoảng từ 0.1-1 mg/l thì sự ôxy hóa nitrite bi ức chế, quá trình ôxy hóa ammonia bi tfc ché khi néng dé khi ammonia tiv 5-20 mg/l Ford et al (1980)

cho thấy quá trình ôxy hóa nitrite bị ức ché khi néng d6 ammonia từ

10-150 mg/l Beccari et al (1979) cho thay sự ôxy hóa ammonia thành nitrite ít nhạy cảm hơn sự ôxy hóa nitrite thành nitrate ở pH thấp Sự ức chế quá trình ôxy hóa nitrite thành nitrate 6 pH thấp là do sự hiện diện của acid nitrous

(HNO;?) tu do (FNA: Free Nitrous Acid) Anthonisen et al (1976) cho thay néng

độ FNA từ 0.2-2.8 mg/1 sẽ ức chế loài Nitrobacter N6ng d6 khi ammonia FA (FA: free ammonia) và ENA được biểu diễn như sau:

740” 17/14 (

Nghiên cứu, ứng dụng quá trinh ainh học nitrate hóa và khử nitratc bằng mô hình liên Lục xử lý niLơ trong nước rò rỉ bãi rác cũ

Bảng 10: loài Nitrobacter bị ức chế trong khoảng nồng độ ammonium

va NO; theo pH, ở nhiệt độ 20°C

cho loài Nitrosomonas được tìm thấy như nickel = 0.25 mg/l,

Crôm = 0.25mg/l, Déng tiv 0.1-0.5 mg/l Beckman et al (1972) cho thay 100% loai Nitrosomonas bi ttc ché d6i v6i néng dé nickel va kém 14 3 mg/l Loveless

và Painter (1968) cho thấy loài Nirosomonas bị ức chế hoàn toàn với nông độ : đồng là 0.1 mg/l Painter (1970) cho tha@y các tác nhân ức chế như thioure, allyl-thioure, 8-hydrôxyquinoline, salicyladotime và histidine gây độc cho loài Nitrosomonas Pepton làm giảm tốc độ sinh trưởng của loài Nifrosomonas 25%

ở nồng độ 1 mg/1 và giảm 60% 6 néng dé 10 mg/l

Bảng 11: Các hợp chất hữu cơ gây ức chế quá trình nitrate hóa trong

nước thải

Nguồn: Hockenburg và Grady, 1977

f Thời gian lưu bùn (SRT)

Thời gian lưu bùn đủ lâu để đảm bảo cho vi khuẩn nitrate hóa phát triển

n

ốn định

Thời gian lưu bùn rất quan trọng đối với nước thải chứa các hợp chất độc

hại SRT đủ lâu để cho vi khuẩn thích nghi dần với các chất độc hại Theo

Bridle và cộng sự cho thấy đối với đối với một số nước thải công nghiệp chứa các hợp chất độc hại SRT > 160 ngày thì hiệu quả khử nitrate hóa đạt trên 90%

Thời gian lưu bùn ảnh hưởng tới nhu câu ôxy mà loài vi khuẩn nitrate hóa nhạy

Nghiên cứu, ứng dung qua trinh sinh hoc nitrate héa va khif nitrate bang mô hình liên Lục xử lý niLơ trong nước rò rÏ bãi rác cũ

3.2.2 QUÁ TRÌNH KHỬ NITRATE (DENITRIFICATION) 2.1 Mô tả quá trình

Khử nitrate, bước thứ hai theo sau quá trình nitrate hóa là quá trình khử

nitrate-nitrosgen thành khí nitơ, nitrous ôxyde (N;O) hoặc nitrite ôxyde (NO)

được thực hiện trong môi trường thiếu khí (znôxyc) và đòi hỏi một chất cho electron là chất hữu cơ hoặc vô cơ

Hai con đường khử nitrate có thể xảy ra trong hệ thống sinh học đó là:

- Đồng hóa: Con đường đổng hóa liên quan đến khử nitrate thành ammonia sử dụng cho tổng hợp tế bào Nó xảy ra khi ammonia không có sẵn, độc lập với sự ức chế của ôxy

- - Dị hóa (hay khử nitrate): Khử nitrate bằng con đường dị hóa liên quan đến sự khử nitrate thành ôxyde nitrite, ôxyde nitrous và nitơ

NO; — NO; -> NO(g) > N2O(g)—> No(g) Một số loài vi khuẩn khử nitrate được biết như: Bacillus, Pseudomonas,

Methanomonas, Paracoccus, Spirillum, va Thiobacillus, Achromobacterium,

Denitrobacillus, Micrococus, Xanthomonas (Painter 1970) Hau hét vi khuan khử nitrate là di dưỡng, nghĩa là chúng lấy carbon cho quá trình tổng hợp tế bào

từ các hợp chất hữu cơ Bên cạnh đó, vẫn có một số loài tự dưỡng, chúng nhận carbon cho tổng hợp tế bào từ các hợp chất vô cơ Ví dụ loài Thiobacillus denitrificans ôxy hóa nguyên tố S tạo năng lượng và nhận nguồn carbon tổng hợp tế bào từ CO; tan trong nước hay HCO;