Luan van_xu ly nuoc ri rac tren mo hinh MBR va anoxic (anamox) doc

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia thành các nhóm chủ yếu sau:– Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-200C – Các vi sinh vật ưa ấ

MỤC LỤC

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu luận văn 1

1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 2 : TỔNG QUAN 3

2.1.Giới thiệu bãi rác Gò Cát 3

2.2 Tổng quan về nitrat hoá và khử nitrat hoá 7

2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hoá 7

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat hoá 10

2.3 Tổng quan về công nghệ MBR ( Membrane bioreactor ) 12

2.3.1 Giới thiệu 12

2.3.2 Những thuận lợi, hạn chế và nguyên nhân gây nghẹt màng 14

2.3.3 Một số công trình ứng dụng của MBR vào xử lý nước thải 15

2.3.4 Ứng dụng Membrane Bioreactor (MBR) trong xử lý nitơ 16

2.4 Tổng quan về Anammox ( Anaerobic Ammonia Oxidation ) 18

2.4.1 Mô tả cơ chế 18

2.4.2 Mô tả quá trình xử lý 25

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox 26

2.5 Tổng hợp về các nghiên cứu , các công nghệ xử lý ammonia trong nước thải bằng sinh học 28

2.5.1 Caùc nghieân c#ùu ở n#ôùc ngoài 31

2.5.2 Caùc nghieân c#ùu trong n#ôùc 37

Chương 3 : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

3.1 Mô hình và nguyên vật liệu……… 38

3.1.1 Nước thải đầu vào 38

3.1.2 Bùn hoạt tính dùng để nghiên cứu 38

3.1.3 Mô hình nghiên cứu 38

3.2 Phương pháp nghiên cứu 40

3.3 Phương pháp phân tích 41

Chương 4 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43

4.1 Quá trình nitrat hoá bán phần trong mô hình AMBR 43

4.1.1 Xác định thời gian lưu nước cần thiết để có tỉ lệ N-NH4+: N-NO2- cần :43 4.1.2 Độ kiềm 51

4.1.3 pH 53

4.1.4 Sinh khối 53

4.1.5 COD 54

4.1.6 DO – Hệ số truyền khối KLa 55

4.1.7 Nhiệt độ 56

4.1.8 Chất độc hại 57

4.1.9 Ammonia – nitrit 58

4.1.10 Thời gian lưu bùn (SRT) – Thời gian lưu nước (HRT) 58

4.1.11 Hiệu quả xử lý nitơ 59

4.2 Mô hình Anoxic 61

4.2.1 Xác định hiệu quả xử lý theo DO và tỉ lệ N-NH4+ : N-NO2 : 61

4.2.2 DO 63

4.2.3 Nhiệt độ 63

4.2.4 pH 64

4.2.5 Chất dinh dưỡng – COD 64

4.2.6 Sinh khối……….64

Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

5.1 Kết luận 65

5.2 Hướng phát triển và mở rộng 65

5.3 Kiến nghị 66

PHỤ LỤC 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO………….79

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1: Tính chất nước rác BCL Gị Cát ở các mùa khác nhau 14

Bảng 2.3: Chất lượng nước rỉ rác của hệ thống Vermeer ở BCL Gò Cát 5/2003 25

Bảng 2.4: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại 35

Bảng 2.5: Kết quả thực nghiệm ứng dụng MBR trong xử lý nước thải 52

Bàng 2.7 : So sánh một số hệ thống xử lý nitơ bằng sinh học 58

Bảng 3.1 : Tính chất nước thải đầu vào 68

Bảng 3.1: Thơng số vận hành mơ hình SBR, MBR 72

Bảng 3.1: Thơng số vận hành mơ hình SBR 72

Bàng 3.2: Thơng số vận hành mơ hình Anoxic 73

Bảng 4.2: Kết quả vận hành mẻ 1 (DO = 0,11 mg/L) 75

Bàng 4.3: Kết quả vận hành mẻ 6 77

Bàng 4.4: Kết quả vận hành mẻ 7 78

Bàng 4.5: Kết quả vận hành mẻ 8 79

Bàng 4.6: Kết quả vận hành mẻ 9 79

Bàng 4.7: Kết quả vận hành mẻ 10 80

Bàng 4.8: Kết quả vận hành mẻ 11 80

Bàng 4.9: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 1 81

Bàng 4.10: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 2 81

Bàng 4.11: Kết quả về thời gian lưu nước cần thiết 82

Bàng 4.12: Kết quả độ kiềm đo đạc được 83

Bàng 4.13: Sự tăng trưởng của sinh khối trong mơ hình MBR 84

Bàng 4.14: Thống số sinh học của quá trình nitrat hố 85

Bảng 4.15: Nồng độ ảnh hưởng của kim loại nặng 89

Bảng 4.16: Các mẻ vận hành mơ hình Anoxic 92

Bảng 4.17: Kết quả theo dõi của mẻ 1 (DO = 0,16-0,2 mg/L) 93

Bảng 4.18: Kết quả theo dõi của mẻ 2 ( DO = 0,26-0.3 mg/L) 94

Bảng 4.19: Kết quả theo dõi mẻ 3 (DO = 0,29-0,33 mg/L) 94

Bảng 4.20: Kết quả theo dõi mẻ 4 (DO = 0,92-1,16 mg/L ) 94

MỤC LỤC HÌNH Hình 2.3: Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát theo thiết kế Vermeer .25

Hình 2.10 : Quá trình khử nitơ truyền thống và quá trình Anammox

42

Trên cơ sở cân bằng khối lượng từ thí nghiệm nuôi cấy làm giàu với kỹ thuật mẻ liên tục (SBR) có tính đến sự sinh trưởng sinh khối, phản ứng anammox được xác địn với csac hệ số tỉ lượng như sau (Strous et al., 1999):.42 Hình 2.6: Sơ đồ mô hình nghiên cứu 54

Hình 2.18 : Mơ hình bể SHARON 60

Hình 3.1: Mô hình MBR nitrat hoá bán phần 70

3.1.3.3 Mô hình đối chứng SBR nitrat hoá bằng nước thải nhân tạo 70

75

Hình 4.2: Sự biến thiên TKN , N-NH4+, N-NO2- và N-NO3- ở mẻ 2 (DO=0,16 mg/L) .76

Hình 4.3:Sự biến thiên TKN ,N-NH4+ ,N-NO2-,N-NO3- ở mẻ 3(DO=0,19-0,21mg/L) .76

Hình 4.4: Kết quả của mẻ 4 (DO = 0,25-0,31 mg/L) 77

Hình 4.5: Kết quả của mẻ 5 (DO = 0,57-0,72 mg/L) 77

Hình 4.6: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 6 (DO = 1,62-2,13 mg/L) .77

Hình 4.7: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 7 (DO = 2,22-2,35mg/L) 78

Hình 4.8: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 8 (DO = 2,45-2,56mg/L) 79

Hình 4.9: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 9 (DO = 2,54-2,77mg/L) 79

Hình 4.10: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 10(DO = 2,62-2,87mg/L) 80

Hình 4.11: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 11 (DO = 2,92-3,09 mg/L) 80

Hình 4.12:Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 12 lần 1(DO=3,12-3,38 mg/L) 81 Hình 4.13:Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 12 lần 2(DO=3,12-3,38 mg/L) 81 Hình 4.14: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mơ hình đối chứng 82

Hình 4.15: Sự biến thiên của độ kiềm ở DO =3,12-3,38 mg/L 83

Hình 4.16: Ảnh hưởng của pH đến quá trình nitrat hố 84

Hình 4.17: Sự biến thiên của COD khi khơng tính đến ảnh hưởng của nitrit 86

Hình 4.18: Sự biến thiên của COD khi cĩ tính đến ảnh hưởng của nitrit 86

Hình 4.19: Ảnh hưởng của KLa đến quá trình nitrat hố 87

Hình 4.20: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của vi khuẩn oxi hố ammonia và vi khuẩn oxi hố nitrit (Grunditz and Dalhammar, 2001) 88

Hình 4.21: Tốc độ sinh trưởng cực đại của vi khuần oxi hố ammonia (-) và vi khuẩn oxi hố nitrit (-.-) theo nhiệt độ 88

Hình 4.22: Mối quan hệ giữa NH3 tự do và HNO2 tự do (Anthnisen et al , 1976) 90

Hình 4.23: Thời gian lưu nước dựa vào nhiệt độ 90

Hình 4.24: Ảnh của KLa và nhiệt độ đến HRT 91

Hình 4.25: Hiệu quả xử lý TKN và ammonia 92

Hình 4.26: Thơng số TKN ở giai đoạn thích nghi 93

Hình 4.27: Sự phát triển của sinh khối trong mơ hình Anoxic 96

Chương 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp (còn gọi là nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ô chôn lấp, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng dưới của bãi chôn lấp có khả năng làm nhiễm bẩn nguồn nước ngầm và nước mặt nếu không được thu gom và xử lý triệt để

Do thành phần rất phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi rác đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu xử lý như xử lý sơ bộ, xử lý bậc hai, xử lý bậc ba để đạt tiêu chuẩn thải Thành phần và lưu lượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dây chuyền xử lý nước rác cũng sẽ thay đổi theo thời gian Việc tìm ra các giải pháp xử lý nước rò rỉ cho các bãi chôn lấp, thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và điều kiện khí hậu tại nước ta là một bài toán đang được đặt ra trong thời gian gần đây

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 oxy hòa tan (DO) trong nước Khí NH3 hòa tan > 0.2 mg/l gây chết nhiều loài cá Vì vậy, xử lí nitơ trong nước rác là vấn đề cần quan tâm

Đối với bãi rác Gò Cát, tuy đã được đầu tư một hệ thống xử lý nước nước rỉ rác của Hà Lan nhưng trong thời gian gần đây hệ thống không phát huy được hiệu quả, đặc biệt là việc khử nitơ trong nước rỉ rác Nồng độ nitơ trong thành phần nước

rỉ rác của bãi rác Gò Cát : TKN là 1400 -1900 mg/l, Ammonia là 700 - 900 mg/l ,

NO2- là 0,2 - 0,3 mg/l, NO3- là 6 – 8 mg/l

Như vậy việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý hàm lượng nitơ trong nước rác ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi cấp bách nhằm ứng dụng trong công nghệ xử lý nước rác hiện nay sao cho thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường

Công nghệ MBR ( bể sinh học màng ) ưu điểm là cho chất lượng nước sau xử lý đạt hiệu quả tốt , chiếm diện tích nhỏ , lượng bùn sinh ra ít , thời gian lưu bùn lâu tạo điều kiện cho vi khuẩn nitrat hóa phát triển Nếu kết hợp với công nghệ Anammox ( oxi hoá ammonia kị khí ) sẽ tạo bước chuyển biến tốt vì sẽ tiết kiệm được năng lượng và dinh dưỡng phải cung cấp so với quá trình nitrat và khử nitrat

Vì thế cho nên đây sẽ là mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm tìm ra kết quả khả thi ứng dụng vào thực tế

1.2 Mục tiêu luận văn

 Nghiên cứu úng dụng bể sinh học SBR cho quá trình nitrat hoá bán phần nhằm tạo ra tỉ lệ N-ammonia : N-NO2 thích hợp sử dụng cho quá trình Anammox

 Nghiên cứu ứng dụng bể sinh học màng MBR cho quá trình nitrat hoá toàn phần

 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ trên hai mô hình tĩnh hoạt động nối tiếp : MBR và Anoxic

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Để đạt được những mục tiêu trên luận văn phải thực hiện những công việc sau:

• Sử dụng nguồn nước rỉ rác sau công trình xử lý UASB ở bãi rác Gò Cát

• Vận hành mô hình SBR, MBR ở điều kiện hiếu khí có thể tích là 10L trong đó thể tích làm việc là 05L

• Vận hành sơ khởi mô hình Anoxic có thể tích là 10L trong đó thể tích làm việc là 05L

1.4 Nội dung nghiên cứu

Luận văn bao gồm các nội dung sau :

• Tổng quan về các công nghệ và các nghiên cứu xử lý nitơ bằng sinh học ở nồng độ cao trong các loại nước thải nói chung và trong nước rỉ rác nói riêng

• Nghiên cứu úng dụng bể sinh học SBR cho quá trình nitrat hoá bán phần nhằm tạo ra tỉ lệ N-ammonia : N-NO2 thích hợp sử dụng cho quá trình Anammox

• Nhgiên cứu ứng dụng bể sinh học màng MBR cho quá trình nitrat hoá toàn phần

• Vận hành mô hình SBR, MBR, anoxic để xác định thông số hoạt động thích hợp (tỉ lệ N-ammonia : N-NO2 , HRT , DO ) tạo điều kiện thuận lợi cho các bước xử lý tiếp theo

Chương 2 : TỔNG QUAN2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BÃI CHÔN LẤP RÁC

2.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Ô nhiễm bởi nước rác là một trong những vấn đề nan giải đang được sự quan tâm của toàn xã hội Thực trạng cho thấy, nước rác gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường bởi hàm lượng chất hữu cơ rất cao: COD dao động từ 2.000 lên đến 50.000 – 60.000 mg/l, hàm lượng nitơ vào khoảng 400 – 1200 mg/l Thêm vào đo,ù thành phần độc tố, kim loại nặng, hàm lượng vi khuẩn gây bệnh cũng đáng kể Nước rác nếu không được xử lý triệt để, khi thải vào môi trường sẽ gây

ô nhiễm đến nguồn nước ngầm, nước mặt, chi phối trực tiếp đến hoạt động sống của dân cư quanh vùng

Ở nước ta, các nghiên cứu xử lý nước rác đã được thực hiện bởi nhiều đơn vị nghiên cứu như: EPC, Centerma, Công ty cổ phần An Sinh, trung tâm nghiên cứu công nghệ và thiết bị, công ty Thái Dương… Tuy nhiên kết quả cuối cùng cho thấy: nước sau xử lý vẫn không đạt tiêu chuẩn thải loại B

2.1.2 HIỆN TRẠNG CÁC BÃI CHÔN LẤP RÁC Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Hiện nay, lượng rác của thành phố mỗi ngày là 4.500 tấn, trong đó khoảng 3.360 tấn là rác hữu cơ và khoảng 1.140 tấn là xà bần các loại đổ về các bãi rác Đông Thạnh, Gò Cát, Đa Phước và một số bãi rác nhỏ tại các huyện Củ Chi, Cần giờ, Nhà Bè

(1) BÃI CHÔN LẤP RÁC ĐÔNG THẠNH

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

TP 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 trực thuộc Sở Giao thông Công chánh TP.Hồ Chí Minh quản lý Diện tích ban đầu 10

ha, sau đó mở rộng thêm lần lượt 6 ha rồi 22,6 ha…đến nay, tổng diện tích công trường xử lý rác Đông Thạnh đã lên đến 43,5 ha với công suất xử lý hiện tại khoảng 4.000 tấn rác/ngày

Khuôn viên công 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 8m 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; trên cùng lấp đất tới cao trình 9m

Rác chôn ở bãi Đông Thạnh chủ yếu là rác sinh hoạt, 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 thể tái chế Các công trình nghiên cứu rác thải ở TP HCM cho thấy thành phần của các chất hữu cơ (chủ yếu là rau, quả, thực phẩm…) 60-62% (theo trọng lượng ướt) Hàm lượng nước trung bình trong rác khoảng 50% Lượng nước này chủ yếu nằm trong các chất thải hữu cơ.

Bãi rác Đông Thạnh không được thiết kế theo đúng tiêu chuẩn (không có lớp lót đáy, không có hệ thống xử lý nước) đã và đang gây ô nhiễm đáng kể đến môi trường

(2 ) BÃI CHÔN LẤP RÁC GÒ CÁT

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 đến 500 tấn/ngày, nhưng mùi hôi thối đã lan rộng khiến những hộ dân sống gần đó phản ứng nên việc tiếp nhận rác tại đây phải tạm ngưng Aùp lực rác lại dồn trở về bãi rác Đông Thạnh

Đầu năm 2000 bãi rác Gò Cát đã được đóng cửa để xây dựng lại với tổng diện tích là 25ha từ nguồn vốn ODA của chính phủ Hà Lan và vốn ngân sách của thành phố Hồ Chí Minh Hiện nay, bãi rác Gò Cát đã tiếp nhận rác với công suất 2000 tấn/ngày Khoảng cách trung bình vận chuyển rác từ thành phố đến bãi Gò Cát là 18 km Đây là một cự ly vận chuyển đến bãi đổ ngắn nhất và gần kênh Tham Lương để xả nước thải sau khi xử lý Với một vùng đất bạc màu khai thác nông nghiệp không hiệu quả, dân cư thưa thớt Bãi có một trạm cân để xác định khối lượng rác đổ vào trạm

Công trường xử lý rác Gò Cát là công trường xử lý rác hiện đại, được xây dựng theo công nghệ tiên tiến của Hà Lan, rác sinh hoạt được xử lý theo phương pháp chôn lấp kỵ khí hợp vệ sinh Bãi chôn lấp có trang bị lớp chống thấm ở đáy bằng nhựa HDPE và lớp phủ trên bằng nhựa VLDPE, có trang bị hệ thống thu gom và xử lý nước, khí từ bãi rác và máy phát điện chạy từ khí thu gom này

2.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ

2.2.1 Sự hình thành nước rò rỉ

Nước rị rỉ từ bãi rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ơ nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chơn lấp Trong giai đoạn hoạt động của bãi chơn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén

Quá trình tạo thành nước rị rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng giữ nước hay khi nĩ bị bão hịa nước Khả năng giữ nước (FC – Field Capacity) của chất thải rắn là tổng lượng nước cĩ thể lưu lại trong bãi rác dưới tác dụng của trọng lực FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng trong việc xác định sự hình thành nước rị

rỉ FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác và việc phân hủy chất thải trong bãi chơn lấp Cả rác và lớp phủ đều cĩ khả năng giữ nước trước sức hút của trọng lực FC cĩ thể tính theo cơng thức sau :

W10000

W55

,06,0FC

+

−

=Trong đĩ :

 FC : khả năng giữ nước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng khơ của chất thải rắn)

 W : khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính tại chính giữa chiều cao ơ chơn lấp, pound

Các nguồn chính tạo ra nước rị rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chơn lấp, độ

ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chơn bùn được cho phép Việc mất đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hịa bốc hơi theo khí và nước thốt

ra từ đáy bãi chơn lấp (nước rị rỉ)

Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rị rỉ sinh ra Tốc độ phát sinh nước rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác Trong suốt những năm đầu tiên, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chơn lấp Lưu lượng nước rị rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đĩng cửa bãi chơn lấp

do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt giữ nước làm giảm độ ẩm thấm vào

2.2.2 Thành phần và tính chất nước rò rỉ

(1) Thành phần và tính chất nước rị rỉ

Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chơn lấp, loại rác, khí hậu Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác

Thành phần và tính chất nước rị rỉ cịn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hĩa, sinh xảy ra trong bãi chơn lấp Các quá trình sinh hĩa xảy ra trong bãi chơn lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia thành các nhóm chủ yếu sau:

– Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-200C

– Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-400C

– Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-700C

Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn I – giai đoạn thích nghi ban đầu: chỉ sau một thời gian ngắn từ

khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn ra, bởi vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữ lại Giai đoạn này có thể kéo một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân hủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh hiếu khí và kị khí

Giai đoạn II - giai đoạn chuyển tiếp: oxy bị cạn kiệt dần và sự phân hủy

chuyển sang giai đoạn kị khí Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro sulfit Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ trong rác thải thành CH4 , CO2 sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy phân, lên men axit và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác (giai đoạn III) Trong giai đoạn II, pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ và ảnh hưởng của nồng độ CO2 tăng lên trong bãi rác

Giai đoạn III - giai đoạn lên men axit: các vi sinh vật trong giai đoạn II được

kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và lượng H2 ít hơn Bước đầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến sự chuyển hóa các enzym trung gian (sự thủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein) thành các chất đơn giản thích hợp cho vi sinh vật sử dụng Tiếp theo là quá trình lên men axit Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hình thành ở bước trên thành các chất trung gian phân tử lượng thấp hơn như là axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic, các axit hữu cơ khác Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng nhỏ H2S cũng được hình thành

Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 do sự có mặt của các axit hữu

cơ và khí CO2 có trong bãi rác Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạn III do sự hòa tan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ Do pH thấp, nên một số chất vô cơ chủ yếu là các kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này Nếu nước rò rỉ không được tuần hoàn

thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng bị loại bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp.

Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan: trong giai đoạn này nhóm vi sinh

vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình thành từ giai đoạn trước thành CH4, CO2 sẽ chiếm ưu thế Đây là nhóm vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan Trong giai đoạn này, sự hình thành metan và các axit hữu cơ xảy ra đồng thời mặc dù sự tạo thành axit giảm nhiều Do các axit hữu

cơ và H2 bị chuyển hóa thành metan và cacbonic nên pH của nước rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6,8 – 8,0 Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và

độ dẫn điện của nước rò rỉ giảm xuống trong giai đoạn này

Giai đoạn V- giai đoạn ổn định: giai đoạn ổn định xảy ra khi các vật liệu hữu

cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành CH4, CO2 trong giai đoạn IV Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các chất có khả năng phân hủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp tục đựơc chuyển hóa Tốc độ phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu là CH4 và CO2 Trong giai đoạn ổn định, nước rò rỉ chủ yếu axit humic và axit fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa Tuy nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và fulvic cũng giảm xuống

Từ Hình 2.1 có thể thấy rằng nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn lấp chất thải rắn có pH thấp, BOD5 và VFA cao, hàm lượng kim loại nặng cao, tương ứng với giai đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV của bãi chôn lấp Khi đã chôn lấp trong một thời gian dài thì các chất hữu cơ trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan, khi đó thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ cũng giảm xuống đáng kể Khi

pH tăng lên sẽ làm giảm nồng độ các chất vô cơ, đặc biệt các kim loại nặng có trong nước rò rỉ

Hình 2.1: Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp

Bên cạnh các chất ô nhiễm bị phân hủy và hòa tan vào nước rò rỉ, các chất khí

từ bãi chôn lấp cũng được hình thành và phát tán vào không khí gây ra hiện tượng nóng lên của trái đất (hiệu ứng nhà kính)

Khi nước thấm qua chất thải rắn đang phân hủy được chôn trong bãi rác, thì các thành phần hóa học và sinh học đã được phân hủy sẽ hòa vào nước làm tăng nồng độ ô nhiễm của nước và tạo thành nước rò rỉ

Việc tổng hợp và đặc trưng thành phần nước rác là rất khó vì có nhiều yếu tố khác nhau tác động lên sự hình thành nước rò rỉ Nên tính chất của nó chỉ có thể xác định trong một khoảng giá trị nhất định và được cho trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của

các bãi chôn lấp mới và lâu năm.

Fe, ZnVFA

Thời gian

Nồng độ chất ô nhiễm trong nước rò rỉ của bãi rác mới chôn lấp cao hơn rất nhiều so với bãi rác chôn lấp lâu năm Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu năm, chất thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần khác như BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng rất cao Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan hóa thì pH sẽ cao hơn (6,8 - 8,0), đồng thời BOD5, COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấp đi Hàm lượng kim loại nặng giảm xuống bởi vì khi pH tăng thì hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan.

Khả năng phân hủy của nước rác thay đổi theo thời gian Khả năng phân hủy sinh học có thể xét thông qua tỷ lệ BOD5/COD Khi mới chôn lấp tỷ lệ này thường khoảng 0,5 hoặc lớn hơn Khi tỷ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4-0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ trong nước rò rỉ dễ phân hủy sinh học Trong các bãi rác lâu năm, tỷ

lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2 Khi đó nước rò rỉ chứa nhiều axit humic

và fulvic có khả năng phân hủy sinh học thấp

Khi thành phần và tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian thì việc thiết kế

hệ thống xử lý cũng rất phức tạp Chẳng hạn như, hệ thống xử lý nước rác cho bãi

chôn lấp mới sẽ khác so với hệ thống xử lý các bãi rác lâu năm Đồng thời, việc phân tích tính chất nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi nước rò rỉ có thể là hỗn hợp của nước ở các thời điểm khác nhau Từ đó, việc tìm ra công nghệ xử lý thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải nghiên cứu thực tế mới có thể tìm ra công nghệ xử

lý hiệu quả

(2) Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ

Rác được chọn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh cùng lúc xảy ra Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy từ rác Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm,

sự có mặt của các chất ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết

kế và hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý nước thải… Ta sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rò rỉ :

a Thời gian chôn lấp

Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời gian Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần Thành phần của nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ Trong giai đọan này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rò rỉ có những đặc điểm sau :

– Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao

– Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao.

Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra Khi đó chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa Đặc điểm nước thải ở giai đoạn này :

– Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp

– pH trung tính hoặc kiềm

– BOD thấp

– Tỷ lệ BOD/COD thấp

– Nồng độ NH4+ thấp

– Vi sinh vật có số lượng nhỏ

– Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp

Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có sự thay đổi Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay hơi Các axit thường là acetic, propionic, butyric Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl

và nhân vòng thơm Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rác nghiên về tính axit Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò rỉ có

sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước

rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

Nghiên cứu của Lu (1984) về mối quan hệ thời gian chôn lấp và các thành phần của nước rò rỉ đã đưa ra các phương trình tương quan giữa thời gian và sự sụt giảm của COD, BOD5, TOC, độ kiềm, canxi, kali, natri, sulphat và clorua… trong nước rác tại nhiều bãi chôn lấp Trong các nghiên cứu này, hầu hết các trường hợp cho bãi chôn lấp hoạt động trên 3 năm và thấp hơn 30 năm (xem bảng sau)

Bảng 2.2: Phương trình tốc độ phân hủy và hệ số.

b.Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn

Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động đến tính chất nước rò rỉ Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rò rỉ cũng có các đặc tính tương tự Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại…

Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động đến tính chất nước rác Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiền nhỏ Bởi

vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ rác Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi

ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộ hay không

c.Chiều sâu bãi chôn lấp

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt

trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm.

d Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi

Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo nước rò

rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ …

c Độ ẩm rác và nhiệt độ

Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt Khi bãi chôn lấp đạt trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉ được hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp Độ ẩm trong rác cao thì nước

rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ Khi nhiệt độ môi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn

e Ảnh hưởng từ bùn cống rảnh và chất thải độc hại

Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rảnh và bùn của trạm xử lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ Bùn sẽ làm tăng độ

ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rò rỉ Đồng thời chất dinh dưỡng

và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ có pH thấp và BOD5 cao hơn

Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế như kim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật… Đồng thời, theo thời gian các chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ và khí thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rác

Bảng 2.1: Tính chất nước rác BCL Gị Cát ở các mùa khác nhau

mùa khô

Nước rò rỉ mới mùa mưa

Nước rò rỉ cũ

2.2.3 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác

2.1.3 Xử lý nước rỉ rác

2.1.3.1 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác

Phương pháp xử lý nước rỉ rác gồm cĩ xử lý sinh học, cơ học, hĩa học hoặc liên kết các phương pháp này, xử lý cùng với nước thải sinh hoạt Để xử lý nước rỉ rác thì nên sử dụng phương pháp cơ học kết hợp xử lý sinh học và hĩa học bởi vì quá trình cơ học cĩ chi phí thấp và thích hợp với sự thay đổi thành phần tính chất của nước rỉ rác Tuy nhiên, nước rỉ rác từ bãi rác mới chơn lấp thường cĩ thành phần chất hữu cơ phân hủy sinh học cao, do đĩ việc sử dụng các quá trình xử lý sinh học sẽ mang lại hiệu quả cao hơn Quá trình xử lý hĩa học thích hợp đối với xử

lý nước rỉ rác của bãi chơn lấp lâu năm

Các phương pháp xử lý nước rỉ rác được cho trong bảng sau:

B Chắn rác Các loại mảnh vụn, rác được loại bỏ bằng song chắn, lưới chắn rác.

C Lắng Chất lơ lững và bơng cặn được loại bỏ do trọng lực

D Tuyển nổi

Các hạt nhỏ được tụ lại và đưa lên khỏi mặt nước nhờ các bọt khí và loại khỏi mặt nước nhờ cánh gạt Khuấy trộn, sục các bọt khí nhỏ được sử dụng

E Khử khí Nước và khơng khí tiếp xúc với nhau trong các dịng xốy trộn trong tháp khử khí Ammonia, VOC và một số

khí khác được loại bỏ khỏi nước rỉ rác

G Quá trình màng

Đây là quá trình khử khống Các chất rắn hịa tan được loại bỏ bằng phân tách màng Quá trình siêu lọc (Ultrafiltrtion), thẩm thấu ngược (RO) và điện thẩm tách (electrodialysis) hay được sử dụng

H Bay hơi Bay hơi nước rỉ rác Phụ thuộc vào nhiệt độ, giĩ, độ ẩm

bông Hệ keo bị mất ổn định do sự phân tán nhanh của hóa chất keo tụ Chất hữu cơ, SS, photphate, một số kim loại và độ

đục bị loại bỏ khỏi nước Các loại muối nhôm, sắt và polymer hay được sử dụng làm hóa chất keo tụ

B Kết tủa Giảm độ hòa tan bằng các phản ứng hóa học Độ cứng,

photphat và nhiều kim loại nặng được loại ra khỏi nước rỉ rác

C Oxy hóa Các chất oxy hóa như ozon, H2O2, clo, kali

permanganate… được sử dụng để oxy hóa các chất hữu

cơ, H2S, sắt và một số kim loại khác Ammonia và cianua chỉ bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa mạnh

D Phản ứng khử Kim loại được khử thành các dạng kết tủa và chuyển thành

dạng ít độc hơn (ví dụ: Crom) Các chất oxy hóa cũng bị khử (quá trình loại do clo dư trong nước) Các hóa chất khử hay sử dụng: SO2, NaHSO3, FeSO4

E Trao đổi ion Dùng để khử các ion vô cơ có trong nước rỉ rác

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

A Hiếu khí Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn khi có O2

a Sinh trưởng lơ lững

- Bùn hoạt tính Trong quá trình hoạt tính chất hữu cơ và vi sinh được sục

khí Bùn hoạt tính lắng xuống và được tuần hoàn về bể phản ứng Các quá trình bùn hoạt tính bao gồm: dòng chảy đều, khuấy trộn hoàn chỉnh, nạp nước vào bể theo cấp, làm

thoáng kéo dài, quá trình ổn định tiếp xúc…

- Nitrat hóa Ammonia được oxy hóa thành nitrat Quá trình khử BOD

có thể thực hiện trong cùng một bể hay trong bể riêng biệt

- Hồ sục khí Thời gian lưu nước trong hồ có thể vài ngày Khí được sục

để tăng cường quá trình oxy hóa chất hữu cơ

Bảng 2.3 (tiếp theo)

- SBR Các quá trình tương tự bùn hoạt tính Tuy nhiên, việc

ổn định chất hữu cơ lắng và tách nước sạch sau xử lý chỉ xảy ra trong một bể

cơ Cung cấp không khí và tuần hoàn nước là rất cần thiết trong quá trình hoạt động

-Bể tiếp xúc sinh học

quay (RBC) Gồm các đĩa tròn bằng vật liệu tổng hợp đặt sát gần nhau Các đĩa quay này một phần ngập trong nước

B Kị khí

a Sinh trưởng lơ

lững Nước thải đước trộn với sinh khối vi sinh vật Nước thải trong bể phản ứng thường được khuấy trộn và đưa

đến nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh học kị khí xảy ra

- Quá trình kị khí cổ

điển (conventional) Chất thải nồng độ cao hoặc bùn được ổn định trong bể phản ứng

- Quá trình tiếp xúc Chất thải được phân hủy trong bể kị khí khuấy trộn

hoàn chỉnh Bùn đựơc lắng tại bể lắng và tuẩn hoàn trở lại bể phản ứng

- UASB Nước thải được đưa vào bể từ đáy Bùn trong bể dưới

lực nặng của nước và khí biogas từ quá trình phân hủy sinh học tạo thành lớp bùn lơ lững, xốn trộn liên tục

Vi sinh vật kị khí có điểu kiện rất tốt để hấp thụ và chuyển đổi chất hữu cơ thành khí metan và cacbonic Bùn được tách và tự tuần hoàn lại bể UASB bằng cách

sử dụng thiết bị tách rắn - lỏng – khí

- Khử nitrat Nitrit và nitrat bị khử thành khí nitơ trong môi trường

thiếu khí Cần phải có một số chất hữu cơ làm nguồn cung cấp cacbon như methanol, axit acetic, đường…

b Sinh trưởng dính bám

- Bể lọc khí Nước thải được đưa từ phía trên xuống qua các vật liệu

tiếp xúc trong môi trường kị khí Có thể xử lý nước thải có nồng độ trung bình với thời gian lưu nước ngắn

- EBR và FBR Bể gồm các vật liệu tiếp xúc như các, than, sỏi Nước

và dòng tuần hoàn được bơm từ đáy bể đi lên sao cho duy trì vật liệu tiếp xúc ở trạng thái trương nở hoặc giả lỏng Thích hợp với khi xử lý nước thải có nồng độ cao

vì nồng độ sinh khối được duy trì trong bể khá lớn Tuy nhiên, thời gian satart-up tương đối lâu

- Đĩa sinh học quay Các đĩa tròn được gắn vào trục trung tâm và quay trong

khi chìm hoàn toàn trong nước Màng vi sinh vật phát triển trong điều kiện kị khí và ổn định chất hữu cơ

- Khử nitrat Quá trình sinh trưởng dính bám trong môi trường kị

khí và có mặt của nguồn cung cấp cacbon, khử nitrit và nitrat thành khí nitơ

c Sinh trường lơ lửng Kết hợp quá trình sinh trưởng lơ lửng và dính bám để

D Xử lý đất (land

treatment) Tận dụng thực vật, đặc tính của đất và các hiện tượng tự nhiên khác để xử lý nước rỉ rác bằng việc kết hợp

các quá trình lý – hóa – sinh cùng xảy ra

E Tuần hoàn nước Nước rỉ rác có nồng độ cao được tuần hoàn về bãi rác.Việc lựa chọn công nghệ xử lý căn cứ rất nhiều vào lượng chất ô nhiễm cần loại bỏ để đạt tiêu chuẩn thải Thông thường, công nghệ xử lý tùy thuộc chủ yếu vào đặc tính của nước rỉ rác Đồng thời, các điều kiện vị trí địa lý và tự nhiên của bãi chôn lấp cũng có vai trò nhất định trong việc quyết định lựa chọn công nghệ xử lý

Quá trình (d) ( O C)

(kg/m 3 -d) (mg/L) BOD/COD (%) (mg/L) (%) 4 Nguồn

Xử lý theo mẻ 1-5

10 5

23-25 22 22

0,5-1,7 1,66 3,32

3000-9000 16000 16000

6,0-8,0 7,6-8,4 8,0

0,5-0,8 0,4 0,4

30-90 97 47

-TN 280

TN 280

92-95 58

-Boyle và Ham, 1974 Cook và Foree, 1974 Cook và Foree, 1974

SBR

1 0,5 3,2 20 8,5

20 25 - - 20-25

0,1 - 0,69 0,62 -

100-150 5295 2200 12400 1690

9,1 6,8-7,1 - -

0,4-0,5 0,46 0,4 0,05

-36-38 60-68 95 91 -

100-330 872 35 179 616

99 -

>99

>99

>99

Hosomi., 1989 Dollerer và Wilderer, 1996

Zaloum và Abbott, 1997

Zaloum và Abbott, 1997

Fisher và Fell, 1999

Hồ hiếu khí 34

-0-20 -

<1,0 -

5600 34000

-

-0,7 0,6

97 99

130 600

93 99

Robinson và Grantham, 1988 Robinson,, 1992

Bùn hoạt tính

20 20 0,3

10 10 -

1,2 0,06 -

24000 1200 250-1200

6,0-7,5 - -

0,5 0,2 -

98 41 85-90

790 370 -

>99 90 -

Robinson và Maris, 1985

Robinson và Maris, 1985

Schuk và James, 1986 Avezzu, 1992

15 23 10 29-38

0,7 0,4-2,2 0,7 0,2-1,3

8400 2700-12000 8300 20000-30000

6,9-8,1 6,9-8,1 6,9-8,1 5,0-5,3

0,7 0,6-0,8 0,8 0,5

73 87-96 22 65-80

Boyle và Ham, 1974 Boyle và Ham, 1974 Boyle và Ham, 1974 Cameron và Koch, 1980

Hồ kị khí 86 20-25 - 6280 6,6 0,7-0,8 95 Bull,, 1983

Lọc sinh học kị khí

2-4 0,5-1,0 0,5-1,0 17

21-25 21-25 21-25 37

1,5-2,9 1,3-3,1 1,4-2,7 3,8

13780 3750 1870 9000

7,3-7,7 7,0-7,2 7,1-7,9 -

0,7 0,3 - 0,7

68-95 60-95 88-90 83

Henry, 1987 Henry, 1987 Henry, 1987

Wu, 1988

UASB

0,3-0,5 1,0-3,2 0,6 0,5-1,0

33-35 28-32 15-20 -

15-25 3,6-20 5-15 1,2-19,7

25000-35000 11500-33400 2800-13000 4800-9840

7,4-7,8 - - -

0,7 - 0,86

-80-85 66-92 73-93 77-91

Jans,, 1992 Blakey, 1992 Garcia,, 1996 Kennedy và Lentz, 2000

UASB/lọc kị khí 2,5-5,0 30 1,3-2,5 17000-20000 - - 80-97 Nedwell và Reynolds, 1996

Bể kị khí theo mẻ 1,5-10,0 35 0,4-9,4 3800-15900 7,4-8,0 0,54-0,67 65-85 Timur và Ozturk, 1999

2.2.4 Hiện trạng xử lý nước rỉ rác

2.2.4.1 Hiện trạng xử lý nước rỉ rác trong nước

(1)B ãi ch ôn l ấp G ò C át

Bãi chơn lấp Gò Cát mới hoạt động 2/2002 nên nước rò rỉ 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 đã được ghi nhận trên thế giới (Tchobanoglous et al.,1993), có thể

do không có quá trình phân loại CTR tại nguồn và không xử lí trước khi đưa vào BCL và thay đổi theo mùa trong năm.Chất lượng nước rỉ rác ở các BCL Gò Cát gần tương tự như số liệu của Quasim và Chiang (1994) Hàm lượng BOD giảm nhiều theo thời gian, trong khi đó tỉ lệ lượng chất hữu cơ khó phân huỷ tăng lên (tỉ lệ BOD:COD giảm)

Nước rác có độ kiềm và độ cứng rất cao Có khi lên đến trên 9000 mg CaCO3/l vào mùa khô Độ cứng giảm theo tuổi, trong khi đó độ kiềm tăng lên Điều này có thể do hàm lượng VFA giảm từ quá trình phân huỷ kị khí ngay trong lòng BCL Hàm lượng kim loại nặng đều thấp hơn tiêu chuẩn Hàm lượng muối (TDS) khá cao (8-10 g NaCl/l) tương đương với độ mặn của nước lợ Theo Quasim và Chiang (1994) hàm lượng muối giảm theo tuổi BCL do một phần hàm lượng sulfate (SO42-) chuyển thành sulfit trong quá trình phân huỷ kị khí Đồng thời cả hàm lượng sulphate và chlorua đều giảm theo tuổi do kết tủa với sắt, canxi và các kim loại nặng khác như kẽm

Tổng hàm lượng nitơ rất cao trong nước rỉ rác (600 – 1200 mg/l) Hàm lượng nitơ cao sẽ kích thích sự phát triển của phiêu sinh thực vật như rong tảo, tạo điều kiện phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận Điều này có thể dẫn đến làm bẩn trở lại nguồn nước, gây thiếu hụt oxy hòa tan (DO) trong nước

Hiện nay, tại bãi rác Gò Cát có 2 đơn vị đang vận hành hệ thống xử lí nước

rỉ rác: một là của CENTEMA (bắt đầu vận hành đầu năm 2002) và một là của Vermeer-Hà Lan (bắt đầu vận hành đầu năm 2003) Theo báo cáo tiến độ trạm xử lý nước rỉ rác Gò Cát có công suất 400 m3/ngđ đã bắt đầu vận hành từ tháng 8/2002 Hệ thống bao gồm hồ tiếp nhận nước rỉ rác có thể tích là 25 000 m3, bể UASB nối tiếp bể sinh học từng mẽ (SBR) và xả vào hồ sinh học trước khi ra kênh Đen

4

Khí

Khí

ravào

loãng

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của BCL Gò Cát (CENTEMA 2002)

Hình 2.2: Hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát do CENTEMA lắp đặt

Bảng 2.2: Kết quả hoạt động của BCL Gò Cát Thành

Bảng 2.2 cho thấy COD của hồ tiếp nhận bị loãng đi do nước mưa

(2650-6850 mg/l), COD sau xử lý hiếu khí SBR vẫn còn cao (550-780 mgCOD/l) Hồ sinh học đã xử lý phần chất hữu cơ còn lại, đạt COD giới hạn xả ra nguồn tiếp nhận (100 mg/l) Tuy nhiên thực tế cho thấy vào mùa khô, nước rỉ rác không bị pha

loãng (50000-60000 mg/l), khi đó có thể giá trị nbCOD (COD không phân hủy sinh

học) xả ra nguồn vượt cao dao động trong khoảng 380 – 1100 mg/l

Công nghệ Vermeer của Hà Lan được thể hiện trong hình 2.4 Công nghệ này bao gồm khử cứng, khử BOD, nitơ, khử màu và cặn Nước rỉ rác sau khi qua cột khử cứng, đi vào bể kị khí UASB để khử phần lớn BOD Sau đó nước rỉ rác qua cụm bể Anoxic 1 và Aerobic 1 thực hiện quá trình khử BOD còn lại sau UASB, nitrate hoá (ở Aerobic 1) và khử nitrate kết hợp (ở Anoxic 1) Bể Anoxic 2 là giai đoạn khử nitrate bổ sung, sử dụng nitrate sinh ra ở bể Aerobic 1 Nguồn carbon mà

vi khuẩn khử nitrate sử dụng ở bể Anoxic 2 chính là nguồn carbon từ quá trình phân huỷ nội bào của bùn

nitrate

Hình 2.3: Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát theo thiết kế

Vermeer

Giai đoạn Aerobic 2 nhằm tách khí N2 sinh ra từ bể Anoxic 2 Bùn lắng ở bể lắng được tuần hoàn về bể Anoxic 1.Nước rỉ rác khử BOD và nitơ tiếp tục khử màu đồng thời giảm nbCOD, ở bể keo tụ-tạo bông kết hợp lắng Bông cặn nhỏ khó lắng sẽ được giữ lại ở bể lọc cát Dung dịch H2SO4 được châm vào để đưa về pH thích hợp cho quá trình keo tụ Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn sắt (FeCl3) và chất trợ keo tụ polymer Trước khi lọc cát, pH được đưa lên giá trị trung hòa bằng dung dịch

Na2CO3

Bảng 2.3: Chất lượng nước rỉ rác của hệ thống Vermeer ở BCL Gò Cát 5/2003

(2) Bãi chôn lấp Phước Hiệp

Bãi chôn lắp Phước Hiệp đặt tại xã Tam Tân,huyện Củ Chi vừa mới khởi công năm 2003 theo công nghệ BCL hợp vệ sinh như BCL gò Cát Trạm xử lý nước

rỉ rác do CENTEMA lắp đặt có công nghệ tương tự như công nghệ xử lý nước rỉ rác Gò Cát

(3) Bãi chôn lấp Nam Sơn Hà Nội

Khu liên hiệp xử lý chất thải Nam Sơn, nơi tập trung xử lý rác lớn nhất cho

thành Phố Hà Nội với qui mô 83 ha, nằm trên đia bàn 3 xã Nam Sơn, Bc81 Sơn và Hồng Kỳ Bãi chôn lắp có lót lớp chống thấm HDPE ( high density polyethylen), có hệ thống thu khí đột trực tiếp, hệ thống thu gom và xử lý nước rỉ rác Mỗi ngày bãi tiếp nhân khoảng 1200 tấn rác Nước rác đuợc chứa trong các hồ nhân tạo (120000

m3), mực nước ngày càng dân cao, khi mùa mưa đến nước tràn ra khu dân cư gây ô

nhiễm trầm trọng UBND TP Hà Nội đã phê duyệt dự án xây dựng khẩn cấp trạm xử lý với công suất 1000-1500 m3/ngđ để giải quyết nước tồn đọng Sơ đồ công nghệ, cũng tương tự như công nghệ của CENTEMA, gồm UASB nối tiếp bùn hoạt tính và xử lý bổ sung bằng hệ hồ sinh học.

(4) Bãi chôn lấp Đông Thạnh

Công nghệ xử lý nước rác BCL Đông Thạnh của công ty Quốc Việt gồm các quá trình sau: sinh học hồ kị khí, nối tiếp keo tụ khử màu bằng vôi, sau đó tiếp tục xử lý sinh học hồ hiếu khí hai bậc và hệ hồ sinh học có sự tham gia của hệ thực vật nước Cuối cùng là khử trùng bằng chất oxi hoá mạnh H2O2 hay Clorine

Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lí nước rỉ rác Đông Thạnh theo thiết kế của công ty TNHH Quốc Việt.

2.2.3.2 Hiện trạng xử lý nước rò rỉ rác ở nước ngoài

(1) Bãi chôn lấp Hempsted

Bãi chôn lấp này có diện tích khoảng 100 ha ở Gloucester, nằm cạnh sông Severn và chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Hệ rhống xử lí nước rỉ rác này có công suất xử lí 280 m3/ngày sử dụng bể sinh học từng mẽ xử lí kết hợp BOD và Nitrat hoá

Bảng 2.4: chất lượng nước rỉ rác sau xử lí của hệ thống SBR cho bãi chôn lấp Hempsted ở Anh.

Nước rác tươi Hồ rác số 7

( có hoá chất) Hồ rác số 3( có hoa 1chất) Hồ kị khí

Hồ xử lý vôi Hồ lắng vôi

Hồ xử lý hoá Hồ sinh học

Khử trùng Nguồn tiếp nhận

Thông số Nước rò rỉ Đầu ra

(2) Bãi chôn lấp Trecatti

Chất lượng nước rỉ rác xử lý sinh học bằng SBR, công suất 180 m3/ngđ cho bãi chon lấp Trecatti, Merthyr Tydfil, South Wales ( Anh) thể hiện bảng sau:

Bảng 2.5: Chất lượng nước rỉ rác xử lí sinh học bằng SBR cho bãi chôn lấp trecatti, Anh.

(3) Bãi chôn lấp Sarnia-Canada

Bãi chôn lắp Sarnia, ontario Canada có diện tích 21 ha Nước rỉ rác có khoảng 75% là nước rác cũ và còn lại là nước mới Trạm xử lí có công suất 90 m3/ngày Hệ thống xử lí gồm có: xử lí sinh học khử BOD, lọc cát và hồ sinh học làm thoáng nitrat hoá Sau xử lí nước được thải ra đầm lầy và ra sông

Bảng 2.6: Chất lượng nước rỉ rác sau xử lí sinh học nitơ của bãi chôn lấp

-“ nguồn Quasim S.R và Chiang, 1994”

(4)Bãi chơn lấp Buckden South

Bãi chơn lấp Buckden South miền Đơng nước Anh nằm trong vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều của sơng Great Ouse Hệ thống xử lý nước rỉ rác của bãi chơn lấp này gồm hai bể SBR hoạt động song song nhằm khử BOD và nitrate hố Nước sau xử lý sinh học tiếp tục xử lý bổ sung bằng bãi lau sậy 1 (reed constructed wetland) cĩ diện tích 2000 m2 tiếp theo là oxy hố mạnh bằng ozone nhằm phá vỡ dư lượng thuốc bảo

vệ thực vật thành các chất hữu cơ phân tử nhỏ hơn Các chất hữu cơ này phân huỷ sinh học ở bãi sậy thứ 2 (500 m2) trước khi xả vào sơng Ouse

Hình 2.7: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác bãi chơn lấp Buckden South

Kết quả hoạt động hơn 8 năm cho thấy mặc dù nước rỉ rác sau xử lý cĩ hàm lượng COD (350 mg/l) vượt quá giới hạn cho phép (200 mg/l), nhưng thật sự khơng ảnh hưởng đến cá hồi sống trong sơng Ouse Điều này cho thấy chất hữu cơ cịn lại sau xử

lý chủ yếu là các sản phẩm vơ hại đối với thuỷ sinh, như axit fulvic và axit humic

(5) Hệ thống xử lý nước rỉ rác của hai BCL rác sinh hoạt ở Mỹ.

Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA)

Công nghệ xử lý ở BCL 1 bao gồm kết tủa hydroxyde, xử lý sinh học (tháp sinh học kị khí và hiếu khí) và cuối cùng xử lý bằng lọc nhiều lớp Xử lý sinh học được sử dụng ở đây chủ yếu để khử N-ammonia (99%) và COD (91%) Hàm lượng COD và N-ammonia còn lại trước khi xả ra sông là 159 mg COD/l và 1,2 mg N-ammonia/l Các hàm lượng chất hữu cơ độc và kim loại nặng giảm đáng kể

Hệ thống xử lý ở BCL 2 gồm bể keo tụ vôi, sinh học từng mẻ (SBR), lọc cát, cột

than hoạt tính và tiếp xúc chlorine Sơ đồ công nghệ thể hiện ở hình 2.9.

COD đầu ra vẫn khoảng 160 – 250 mg/l Kết quả trên cho thấy với công nghệ xử

lý bậc cao (sau xử lý sinh học) như trên (lọc, than hoạt tính) để đạt COD <100 mg/l là không thể

Hình 2.9: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 2 (USEPA)

Qua các cơng nghệ xử lý nước rác trong và ngồi nước cho thấy nhiệm vụ chủ yếu trong xử lý nước rác mới là khử BOD và N hữu cơ, chưa được đầu tư đúng mức cho việc xử lý nitơ ammonia trong nước thải.

Mokrane et al (1997) đã thống kê một số công nghệ xử lý thường áp dụng cho nước rỉ rác Các công nghệ bao gồm: sinh học ( phân huỷ kị khí , hiếu khí), oxi hoá hoá học, keo tụ – tạo bông, than hoạt tính và quá trình màng Quá trình xử lý sinh học đạt hiệu quả cao cho nuớc rỉ rác trẻ và xử lý nitơ ( nitrat hoá và khử nitrat) Do hàm lượng photpho trong nước rỉ rác thấp, việc bổ sung photpho là cần thiết Nước rỉ rác qua quá trình sinh học hàm lượng COD còn khá cao ( 185 – 374mg/l) để giảm hàm lượng COD này cần tiếp tục bổ sung qua nhiều công đoạn tốn kém như keo tụ, oxi hoá fenton và hấp phụ than hoạt tính

Quá trình màng MF, màng siêu lọc UF và màng RO thường được sử dụng trong xử lý nước rác Màng lọc MF và màng siêu lọc UF thường được đặt trứơc màng RO Nhiều bãi chôn lấp có tuổi > 10 năm, nước rò rỉ trở nên ổn định, các quá trình phân huỷ sinh học, xử lý hoá lý và hấp phụ than hoạt tính không còn phù hợp cho xử lý nước rác cũ này.trong khí đó màng RO có thể làm giảm COD đến 95% Tuy nhiên, xử lý nước rác bằng màng RO chỉ khả thi khi lựa chọn các công trình tiền xử lý hợp lý Đối với nước rỉ rác cũ, các quá trình sinh học cho tiền xử lý đã được chứng minh là không hiệu quả Màng lọc MF và màng siêu lọc UF là hiệu quả hơ Nhưng trước đó phải có quá trình xử lý bằng hoá lý như keo tụ - tạo bông hợac kết tủa bằng vôi Hiệu quả của một số công nghệ xử lý thường được áp dụng tuỳ theo tuổi của bãi chôn lấp thể hiên bảng sau:

Bảng 2.7: Tính chất nước rỉ rác và hiệâu quả của các quá trình xử lý chất hữu cơ.

Tính chất nước rỉ rác < 5 năm 5 – 10 năm > 10 năm

“Nguồn: Amokrane et al.,1997”

2.3 Tổng quan về quá trình khử Nitơ

2.3.1 Quá trình khử Ammonia bẳng phương pháp sinh học

Quá trình xử lý sinh học được ứng dụng trong việc khử ammonia và nitrate trong nước thải đã được ứng dụng một cách rộng rãi với nhiều quy trình cơng nghệ xử lý ngày càng trở nên phổ biến, từ đầu tiên là cơng nghệ SBR, mương oxy hĩa đến những cơng nghệ gần đây như ANAMMOX (Mulder, 1995), CANON (Schmidt, 2003) và SHARON (Hellinga, 1998)

Quá trình thơng thường nitơ trong nước thải được loại bỏ nhờ sự chuyển hĩa của

vi khuẩn đối với các hợp chất của nitơ như N-NH4 , N-NO3-, N-NO2-,… thành nitơ tự

do nhờ quá trình nitrate hĩa và khử nitrate (nitrification/denitrification) Bảng 2.6 cho tổng kết các quá trình chuyển hĩa nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học

Bảng 2.6: Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước (Luiza Gut, 2006)

STT Phản ứng Quá trình Vi sinh vật Nguồn 1a C5 H 7 O 2 N + 4H 2 O→2,5CH 4 +

1,5CO 2 + HCO 3- + NH 4

-Ammonification (kị khí) Vi khuẩn

Environmental Biotechnology : principles and

applications,

Rittmann và McCarty (2001);

Henze (2002)

1b C5 H 7 O 2 N + 5O 2 →

4CO 2 + HCO 3- + NH 4- + H 2 O

Ammonification (hiếu khí) Vi khuẩn

2 NH 4+ + OH - →NH 3 + H 2 O Cânammonia/ammonibằng

a

Không (quá trình vật lý)

3 4CO2 + HCO 3- + NH 4- + H 2 O

→C 5 H 7 O 2 N + 5O 2

Quang hợp, tự dưỡng Vi khuẩn, tảo

4 NH4+ + 1,5O 2 + 2HCO 3-→

NO 2- + 2CO 2 + 3H 2 O Nitritation

Nitrisomonas, e.g.

N eutropha, N.europea;

Nitrosospira

5 NO 2- + 0,5O 2→NO 3- Nitratation

Nitrobacter, e.g.

N agilis, Nitrospira, Nitrococcus, Nitrosocystics

4 + 5 NH4+ + 2O 2 + 2HCO 3- →

NO 3- + 2CO 2 + 3H 2 O Nitrification Nitrifying bacteria

6 C + 2NO 3- →2NO 2- + CO 2 Denitratation Denitrifyingheterotrophic

bacteria

7 3C + 2H2 O + CO 2 + 4NO 2-→

2N 2 + 4HCO 3- Denitritation

Denitrifying heterotrofic bacteria

6 + 7 5C + 2H2 O + 4NO 3- →

2N 2 + 4HCO 3- + CO 2 Denitrification

Heterotrophs:

Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Paracoccus

8 NH4

+ + 0,75O 2 + HCO 3-→0,5NH 4+ + 0,5NO 2- +

CO 2 + 1,5H 2 O

Nitrate hóa bán phần (partial nitritation)

oxidizing bacteria

Ammonia-Van Dongen (2001a)

9a NH 4+ + NO 2-→N 2 + 2H 2 O Anammox (không tổng hợp tế bào) Planctomycetales

9b NH4

+ + 1,32NO 2- + 0,066HCO 3-

→1,02N 2 + 0,26NO 3- + 0,066CH 2 O 0, 5 N 0, 15 +2,03H 2 O

Anammox(có tổng hợp tế bào) Planctomycetales

4 + 7

4NH 4+ + 6O 2 + 3C + 4HCO 3- → 2N 2 + 7CO 2 +

10H 2 O

Modified nitrogen removal Bacteria

Rittmann và McCarty (2001);

Henze

4 + 5 + 6

+ 7

4NH 4+ + 8O 2 + 5C + 4HCO 3- → 2N 2 + 9CO 2 +

10H 2 O

Khử nitơ truyền thống (Traditional nitrogen

11 3NH4+ + 3O 2 + 3[H] →

1,5N 2 + 3H + + 6H 2 O Quá trình NOx Nitrosomonas Schmidt (2003)

2.3.2 Quá trình Nitrate hoá

2.3.2.1 Mô tả quá trình

Quá trình nitrate hĩa là quá trình oxy hĩa hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là ammonia được chuyển thành nitrite sau đĩ nitrite được oxy hĩa thành nitrate Quá trình nitrate

hĩa diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 chủng loại vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas

oxy hố nitrite khoảng 17,5 kcal/mole nitrite Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng

năng lượng này cho sự sinh trưởng của tế bào và duy trì sự sống Tổng hợp 2 phản ứng (1) và (2) được viết lại như sau:

2.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hoá

a Oxy hoà tan (DO)

Phương trình động học của Monod :

DO : nồng độ oxy hòa tan, mg/l

Kn : hệ số bán bão hòađối với nitơ, mg/l

K0 : Hệ số bán bão hòa đối với DO, mg/l

Aûnh hưởng DO lên quá trình nitrate hóa khác nhau được báo cáo từ các nghiên cứu khác nhau của Downing và Scragg (1958) cho thấy: Nồng độ DO cần thiết cho quá trình nitrate hóa xảy ra ít nhất là 0.3 mg/l

=

DOK

DON

K

Nmax

O n

n

µ

Schoberl và Angel nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (1964): Tốc độ nitrate

hóa đối với Nitrosomonas không phụ thuộc vào DO nếu DO trên 1 mg/l và đối với

Nitrobacter nồng độ DO > 2mg/l

Boon và Laudeluot (1962) nghiên cứu tốc độ sinh trưởng của Nitrobacter

winogradki ở nồng độ DO là 1mg/l và DO bão hòa ở nhiệt độ 25 - 35 0C cho thấy tốc độ sinh trưởng ở nồng độ DO là 1 mg/l thì thấp 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 ; 350C

Downing et al (1964) và Wild et al (1971) nghiên cứu hỗn hợp bùn lỏng trong bể bùn hoạt tính cho thấy nồng độ DO > 1mg/l, tốc độ nitrate hóa không bị ảnh hưởng

Wuhrman (1963) cho thấy nồng độ DO = 4 - 7 mg/l, tốc độ nitrate hóa không

bị ảnh hưởng, nhưng DO = 1mg/l thì tốc độ chỉ bằng 90% tốc độ ở nồng độ DO cao hơn

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 và 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 oxy 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 7.2-9.0 Aûnh hưởng pH lên tốc độ nitrate hóa khác nhau được báo cáo từ các nghiên cứu khác nhau như: U.S.EPA (1975) đề xuất phương trình ảnh hưởng của pH lên tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn nitrate hóa trong các hệ thống kết hợp oxy hóa cacbon và nitrate hóa khi pH dưới 7.2

µn,pH = (µn,7.2)[ 1-0.833(7.2-pH) ] University of Capetown (1984) mô tả ảnh hưởng của pH < 7.2

µn,pH = (µ n,7.2)(2.35) pH - 7.2

Angle và Alexander (1958) và Downing (1964) cho thấy ít có sự ảnh hưởng khi

pH = 7.2- 8 và tốc dộ nitrate hóa giảm tuyến tính khi pH < 7.2

Boon và Laudelout (1962) cho thấy tốc dộ 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 dộ nitrate hóa ở pH 6.9 bằng 84 % tốc độ ở pH =7.9 tại 200C Tốc dộ

nitrate hóa ở pH = 6.8 bằng 42% tốc độ ở pH = 7.8 tại 150C, ởû 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 hồi 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

Bảng 2.4: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại

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

• Knowles et al (1965) đề nghị mối quan hệ giữa Kn và nhiệt độ :

Kn = 100.051T-1.148 với T : nhiệt độ, 0C

•Focht và Chang (1975) ; Painter (1970) : Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nitrate hóa trong khoảng 30 - 360C, nhưng chúng có thể phát triển ở 4 - 500C

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 Nồng độ ammonia và nitrite

Turk và Mavinic (1986) cho thấy nồng độ khí NH3 hòa tan trong khoảng (0.1÷

1.0) mg/l thì sự oxy hóa nitrite bị ức chế, quá trình oxy hóa ammonia bị ức chế khi nồng độ khí ammonia từ 5 - 20 mg/l Ford et al (1980) cho thấy quá trình oxy hóa nitrite bị ức chế khi nồng độ NH3-N từ 10 - 150 mg/l