nghiên cứu nâng cao hiệu quả và giảm chi phí xử lý nước rỉ rác

Nguyên nhân do sự thay đổi rất nhanh của thành phần nước rỉ rác theo thời gian vận hành của BCL, với thành phần rất phức tạpcác chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học tăng d

CƠ QUAN QUẢN LÝ CƠ QUAN CHỦ TRÌ

(Ký tên/đóng dấu xác nhận) (Ký tên/đóng dấu xác nhận)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU

Từ năm 1990 đến nay, cùng với sự tăng trưởng kinh tế, đời sống của người dân ngày càng được nâng cao, vì thế lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh ngày càng lớn, tại thành phố Hồ Chí Minh khối lượng chất thải rắn sinh hoạt đã vượt khỏi con số một triệu tấn năm, những câu chuyện về rác và những hệ lụy môi trường từ rác đang “nóng lên” trong những năm gần đây Với khối lượng 7.000 tấn chất thải rắn sinh hoạt phát sinh mỗi ngày, phương pháp xử lý duy nhất là chôn lấp, thành phố có 3 bãi chôn lấp (BCL) hợp vệ sinh, BCL Gò Cát, Phước Hiệp 1

và Phước Hiệp 1A (mới đi vào hoạt động) Cho đến nay (6/07) tổng khối lượng rác đã được chôn lấp tại 2 BCL Gò Cát và Phước Hiệp 1 đã lên đến con số 7.900.000tấn, trong đó Gò Cát

là 4.600.000tấn, và Phước Hiệp1 là 3.300.000tấn Theo thiết kế lẽ ra BCL Gò Cát, Phước Hiệp phải đóng bãi trong nhiều tháng nay nhưng BCL Phước Hiệp chỉ mới đóng bãi trong thời gian gần đây và BCL Gò Cát vẫn tiếp tục nhận hàng nghìn tấn rác mỗi ngày Và sự quá tải đó đã dẫn đến những hậu quả về mặt môi trường, như mùi hôi nồng nặc phát sinh từ các BCL đã phát tán hàng kilomét vào khu vực dân cư xung quanh và một vấn đề nghiêm trọng nửa là sự tồn đọng của hàng trăm ngàn mét khối nước rác tại các BCL và cùng với lượng nước rỉ rác phát sinh thêm mỗi ngày khoảng 1.000 - 1.500m3 tại các BCL thì nuớc rỉ rác đang

là nguồn hiểm họa ngầm đối với môi trường

Mặc dù mỗi BCL đều có hệ thống xử lý nước rỉ rác nhưng những phương pháp xử lý nước rỉ rác đang được áp dụng tại các BCL vẫn còn bộc lộ rất nhiều nhược điểm như chất lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải, đặc biệt là hai chỉ tiêu COD và nitơ (TCVN 5945-1995, cột B), tiêu tốn nhiều hóa chất, giá thành xử lý rất cao, khó kiểm soát, và công suất xử lý không đạt thiết kế Nguyên nhân do sự thay đổi rất nhanh của thành phần nước rỉ rác theo thời gian vận hành của BCL, với thành phần rất phức tạp(các chất hữu cơ khó/không

có khả năng phân hủy sinh học tăng dần và nồng độ ammonium tăng đáng kể theo thời gian), không ổn định, việc lựa chọn các công nghệ xử lý chưa phù hợp đã dẫn đến nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường thải ra sông, rạch vẫn còn rất hạn chế trong khi lượng nước rỉ rác tại các BCL thì tiếp tục tăng lên

Vấn đề được đặt ra ở đây là phải tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý hết lượng nước rỉ rác đang tồn đọng, cải tạo lại các hệ thống xử lý nước rỉ rác hiện hữu, và công nghệ tham khảo điển hình đối với xử lý nước rỉ rác của các BCL mới trong tương lai Với những lý do trên việc nghiên cứu công nghệ thích hợp bằng kết hợp giữa các quá trình hóa lý, sinh học, và hóa học nhằm đưa một giải pháp tối ưu về mặt công nghệ (xử lý các chất cơ khó phân hủy sinh học và hợp chất nitơ), hiệu quả kinh tế cũng như đạt được tiêu chuẩn xả thải để giảm thiểu “hiểm họa ngầm” từ nước rỉ rác đối với môi trường

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu được thực hiện với 3 mục đích:

- Đánh giá hiện trạng xử lý nước rỉ rác hiện nay;

- Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý các chất hữu cơ khó/không phân hủy sinh học và các hợp chất nitơ trong nước rỉ rác;

- Đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác đạt tiêu chuẩn xả thải phù hợp với điều kiện thành phố

Hồ Chí Minh nhằm giảm chi phí xử lý cho nước rỉ rác

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Để đạt được những mục đích trên, các nội dung nghiên cứu sau đây được thực hiện:

 Thu thập số liệu

- Thu thập các số liệu về thành phần nước rỉ rác trên thế giới và Việt Nam;

- Thu thập và tổng hợp các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế các quá trình xử nước rỉ rác trên thế giới;

- Thu thập và tổng hợp các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế các quá trình xử lý nước rỉ rác tại Việt Nam

 Khảo sát thực tế

- Khảo sát hiện trạng chôn lấp rác tại các BCL trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh, lấy mẫu phân tích thành phần nước rỉ rác của các BCL;

- Khảo sát dây chuyền công nghệ xử lý nước rỉ rác của các BCL trên địa bàn thành phố

Hồ Chí Minh, lấy mẫu phân tích thành phần nước rỉ rác trước và sau xử lý của các hệ thống xử lý;

- Đánh giá công nghệ và hiệu quả xử lý của các hệ thống xử lý nước rỉ rác tại một số BCL đang hoạt động

 Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

Kế thừa các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế đã có, kết hợp thêm một số thí nghiệm cần thiết để xác định các thông số thích hợp đối với xử lý chất hữu cơ khó/không phân hủy của nước rỉ rác (sau khi đã xử lý N-NH3) bằng phương pháp hóa lý và hóa học:

 Xây dựng mô hình pilot tại BCL Phước Hiệp (công suất 3,0m3/ngđ);

 Tổng hợp, phân tích số liệu và đánh giá hiệu quả kinh tế

1.4 TỔ CHỨC VÀ THÀNH VIÊN THỰC HIỆN

Các thành viên tham gia thực hiện

02 Hoàng Thụy Dzoanh Dzoanh TT Công nghệ và Quản lý Môi trường

10 Nguyễn Thị Phương Thúy Khoa môi trường - Đại Học Văn Lang

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC

2.1 TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHẦN NƯỚC RỈ RÁC

2.1.1 Tổng quan về thành phần nước rỉ rác trên thế giới

Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp có thể được định nghĩa là chất lỏng thấm qua các lớp chất thải

rắn mang theo các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng (Tchobanoglous et al., 1993) Trong hầu

hết các bãi chôn lấp nước rỉ rác bao gồm chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ các nguồn bên ngoài, như nước mặt, nước mưa, nước ngầm và chất lỏng tạo thành trong quá trình phân hủy các chất thải Đặc tính của chất thải phụ thuộc vào nhiều hệ số

Mặc dù, mỗi quốc gia có quy trình vận hành bãi chôn lấp khác nhau, nhưng nhìn chung thành phần nước rỉ rác chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chính như sau:

 Chất thải được đưa vào chôn lấp: loại chất thải, thành phần chất thải và tỷ trọng chất thải;

 Quy trình vận hành BCL: quá trình xử lý sơ bộ và chiều sâu chôn lấp;

 Thời gian vận hành bãi chôn lấp;

 Điều kiện khí hậu: độ ẩm và nhiệt độ không khí;

 Điều kiện quản lý chất thải

Các yếu tố trên ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vận hành bãi chôn lấp, yếu tố này sẽ quyết định được tính chất nước rỉ rác chẳng hạn như nước rỉ rác cũ hay mới, sự tích lũy các chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học nhiều hay ít, hợp chất chứa nitơ sẽ thay đổi cấu trúc Do những yếu tố ảnh hưởng trên mà thành phần đặc trưng của nước rỉ rác ở một số nước trên thế giới được trình bày cụ thể trong Bảng 2.1 và Bảng 2.2

Bảng 2.1 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới

Thành phần Đơn vị Columbia (ii) Pereira Canada (iii) Đức (iv)

(5 năm vận hành) (Vận hành từ năm 1975) Clover Bar BCL CTR đô thị

Thành phần Đơn vị Columbia (ii) Pereira Canada (iii) Đức (iv)

(5 năm vận hành)

Clover Bar (Vận hành từ năm 1975)

Nguồn: (i): Lee & Jone, 1993

(ii): Diego Paredes, 2003

(iii): F Wang et al., 2004

trung bình

BCL độc hại BCL độc

hại-giá trị trung

bình Giai đoạn thủy phân

Bảng 2.3 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á

(ii): Kwanrutai Nakwan, 2002

Bảng 2.4 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á (tiếp theo)

Thành phần Đơn vị Thái Lan Hàn Quốc (iii)

BCL

Pathumthani (ii)

Sukdowon NRR 1 năm NRR 12 năm Sukdowon

Thành phần Đơn vị Thái Lan Hàn Quốc (iii)

BCL

Pathumthani (ii)

Sukdowon NRR 1 năm

Sukdowon NRR 12 năm

Nguồn: (ii): Kwanrutai Nakwan, 2002

(iii): Jong-Chou Won et al., 2004

Tuy đặc điểm và công nghệ vận hành bãi chôn lấp khác nhau ở mỗi khu vực nhưng nước rỉ rác nhìn chung đều có tính chất giống nhau là có nồng độ COD, BOD5 cao (có thể lên đến hàng chục ngàn mgO2/L) đối với nước rỉ rác mới và nồng độ COD, BOD thấp đối với BCL

cũ Từ các số liệu thống kê trên cho thấy, trong khi giá trị pH của nước rỉ rác tăng theo thời gian, thì hầu hết nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác giảm dần theo thời gian, ngoại trừ nồng độ NH3 trong NRR cũ rất cao (nồng độ trung bình khoảng 1.800mg/L) Nồng độ các kim loại hầu như rất thấp, ngoại trừ nồng độ sắt

Khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian, dễ phân hủy trong giai đoạn đầu vận hành BCL và khó phân hủy khi BCL đi vào giai đoạn hoạt động ổn định Sự thay đổi này có thể được biểu thị qua tỷ lệ BOD5/COD, trong thời gian đầ tỷ lệ này có thể lên đến 80-90%, với tỷ lệ BOD5/COD lớn hơn 0,4 chứng tỏ các chất hữu cơ trong nước rỉ rác dễ

bị phân hủy sinh học còn đối với các bãi chôn lấp cũ, tỷ lệ này thường rất thấp nằm trong khoảng 0,05 – 0,2, tỷ lệ thấp như vậy do nước rỉ rác cũ chứa lignin, axít humic và axít fulvic

là những chất khó phân hủy sinh học

2.1.2 Tổng quan về thành phần nước rỉ rác Việt Nam

Hiện nay, Việt Nam có 3 BCL chất thải rắn sinh hoạt hợp vệ sinh đang hoạt động như: BCL Nam Sơn, Phước Hiệp số 2, và BCL Gò Cát Mặc dù các BCL đều có thiết kế hệ thống xử lý nước rỉ rác, hầu hết các BLC đã nhận rác nhưng hệ thống xử lý nước rỉ rác vẫn chưa xây dựng, đây chính là một trong những nguyên nhân gây tồn đọng nước rỉ rác gây ô nhiễm đến môi trường Trong số 3 BCL chất thải rắn sinh hoạt chỉ có 2 BCL là có hệ thống xử lý nước rỉ rác đang được vận hành vào thời điểm hiện nay (2/2007), đó là hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Nam Sơn và các hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp, ngoài ra còn có hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát nhưng chỉ xử lý với công suất 15 – 20m3

/ngày so với thiết kế ban đầu là 400m3/ngày Công suất xử lý của các hệ thống xử lý nước rỉ rác này hầu như không xử lý hết lượng nước rỉ rác phát sinh ra hằng ngày tại BCL, do đó hầu hết các hồ chứa nước rỉ rác ở các BCL hiện nay đều trong tình trạng đầy và không thể tiếp nhận nước rỉ rác thêm nữa Thậm chí còn có trường hợp phải sử dụng xe bồn để chở nước rỉ rác sang nơi khác xử lý (BCL Gò Cát) hoặc có nơi phải xây dựng thêm hồ chứa nước rỉ rác để giải quyết tình hình ứ đọng nước rỉ rác như hiện tại

BCL là công trình tương đối mới với Việt Nam, do đó việc vận hành BCL chưa đúng với thiết

kế, hoạt động quá tải của BCL, và sự cố xảy ra trong quá trình vận hành (trượt đất, hệ thống ống thu nước rỉ rác bị nghẹt, …) đã làm thành phần nước rỉ rác thay đổi rất lớn gây ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước rỉ rác

Nước rỉ rác phát sinh từ hoạt động của bãi chôn lấp là một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đến môi trường Nó bốc mùi hôi nặng nề lan tỏa nhiều kilomet, nước rỉ rác có thể

ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và dễ dàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt Hơn nữa, lượng nước rỉ rác có khả năng gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường sống vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước rất cao và lưu lượng đáng kể

Cũng như nhiều loại nước thải khác, thành phần (pH, độ kiềm, COD, BOD, NH3,SO42-, ) và tính chất (khả năng phân hủy sinh học hiếu khí, kị khí, ) của nước rỉ rác phát sinh từ các bãi chôn lấp là một trong những thông số quan trọng dùng để xác định công nghệ xử lý, tính toán thiết kế các công trình đơn vị, lựa chọn thiết bị, xác định liều lượng hoá chất tối ưu và xây dựng qui trình vận hành thích hợp Thành phần nước rỉ rác của một số BCL tại thành phố Hồ Chí Minh được trình bày trong Bảng 2.5

NRR cũ 4/03- 8/06

CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ KẾT QUẢ

NRR cũ 4/03- 8/06

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

10,645

53,240

55,660 52,542

1595

1,375 1,591 2,4002,408 57,348

06/03

07/03

08/03

09/03

10/03

11/03

12/03

1456

500 1000 1500 2000

03/03

04/03

05/03

06/03

07/03

08/03

09/03

10/03

11/03

12/03

Kết quả phân tích cũng cho thấy sự khác biệt giữa thành phần nước rỉ rác tại hai BCL Gò Cát

và Phước Hiệp, cho đến nay sau hơn 5 năm vận hành BCL Gò Cát nồng độ COD trong nước

rỉ rác vẫn còn khá cao trung bình dao động trong khoảng 20.000 – 25.000mgO2/L, tỉ lệ BOD5/COD dao động trong khoảng 0,45 – 0,50; với nồng độ NH3 cao nhất lên đến > 2.000mg/l, giá trị pH lớn hơn 7,3 Trong khi đó BCL Phước hiệp hoàn toàn khác biệt, chỉ sau gần một năm vận hành nồng độ COD giảm còn rất thấp trung bình dao động trong khoảng 2.000 – 3.000 mgO2/L cao nhất đạt đến 5.000 mgO2/L, tỉ lệ BOD5/COD thấp dao động trong khoảng 0,15 - 0,30, nồng độ NH3 tăng lên trên 1.000mg/L theo thời gian vận hành và giá trị

pH lớn 8,0 Giải thích sự khác biệt số liệu giữa giữa hai BCL là do qui trình vận hành của mỗi BCL và hệ thống thu gom NRR ở BCL Phước Hiệp và BCL Gò Cát cũng khác nhau nên dẫn đến thành phần các chất ô nhiễm trong NRR ở 2 BCL cũng khác nhau

Các số liệu phân tích cho thấy một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thành phần nước rỉ rác là thời gian vận hành Để nghiên cứu sự thay đổi thành phần nước rỉ rác theo thời gian vận hành của bãi chôn lấp, BCL Phước Hiệp số 1 được lựa chọn là do thời gian vận hành của BCL này phù hợp với thời gian nghiên cứu của đề tài

BCL Phước Hiệp số 1 bao gồm 4 ô chôn lấp và rác được chôn lấp theo phương pháp cuốn chiếu Mỗi ô chôn lấp có một hố thu nước rỉ rác và từ đây nước rỉ rác được bơm vào các hồ chứa nước rỉ rác trước khi được xử lý Để theo dõi sự thay đổi thành phần nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp mẫu nước rỉ rác được lấy tại ô chôn lấp số 3 trong những khoảng thời gian xác định trong suốt quá trình vận hành của BCL

Biến thiên nồng độ COD theo thời gian của BCL Phước Hiệp

2,058 1590

865 1024

1465 1789

2190 1936

1752 1685 1652

1485 3,018

1,875

2,657 3,839

4,723

1,680 2,000

2,340 1,346

2,246

5,015 5,000

2,165 1,905

1647

1436 1463

7.6 7.8

8.1 8 7.9

8.2 8.1 7.9 8.1

7.9 7.7 7.8

Thời điểm

Hình 2.1 Biến thiên nồng độ COD và N-NH3 của BCL Phước Hiệp theo thời gian

Hình 2.2 Biến thiên pH của BCL Phước Hiệp theo thời gian

Thời điểm bắt đầu vận hành BCL Phước Hiệp từ tháng 1 năm 2003 Sau 4 tháng vận hành BCL, nồng độ COD trong nước rỉ rác từ trên 50.000mgO2/l bắt đầu giảm xuống còn 10.654mgO2/L, theo số liệu ghi nhận từ nhiều năm thì nồng độ COD của nước rỉ rác từ tháng

8 đến tháng 1 của năm 2004 dao động từ 1.346 – 2.408mgO2/l Trong thời gian từ tháng 04 năm 2006 đến tháng 08 năm 2006 có một số điểm có nồng độ COD vượt quá 5.000mgO2/L, giá trị này xuất hiện phụ thuộc vào chu kỳ đổ rác của BCL, cụ thể như khi rác được đổ trên ô chôn rác số 3 thì nước rỉ rác phát sinh trong thời gian này của ô số 3 có nồng độ COD tăng lên

từ 4.000 đến 5.000mg O2/L, và khi rác được đổ sang các ô chôn rác khác thì nồng độ COD của nước rỉ rác trong ô số 3 lại giảm xuống trung bình khoảng 2.000mgO2/L Bên cạnh đó sự thay đổi thành phần nước rỉ rác theo mùa cũng được khảo sát, thành phần nước rỉ rác biến

thiên theo mùa được trình bày trong Bảng 2.6

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Bảng 2.6 Thành phần nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp biến thiên theo mùa (mẫu lấy tại hố

thu ô số 3, mẫu lấy từ tháng 12/2005 đến tháng 12/2006)

(tháng 6 – 11/06)

Mùa nắng (tháng 12/05 – 5/06)

kỹ Khi chiều dày lớp rác đạt đến chiều cao 2,2m thì sẽ phủ lớp đất lên trên bề mặt rác, cuối cùng là phủ một lớp nhựa PE để hạn chế mùi hôi và tránh nước mưa xâm nhập vào Vì vậy

mà thành phần nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp giữa mùa mưa và mùa nắng tại thời điểm lấy mẫu không khác nhau nhiều

Nhìn chung thành phần nước rỉ rác mới của BCL ở Việt Nam cũng tương tự như trên thế giới, hàm lượng chất hữu cơ cao trong giai đoạn đầu (COD: 45.000 mgO2/L, BOD: 30.000 mgO2/L) và giảm dần theo thời gian vận hành của BCL, các hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học tích lũy và tăng dần theo thời gian vận hành Khi thời gian vận hành BCL càng lâu hàm lượng amonium càng cao Giá trị pH của nước rỉ rác cũ cao hơn hơn nước rỉ rác mới

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC

2.2.1 Công nghệ xử lý nước rỉ rác trên thế giới

Một trong những công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức được tham khảo là công nghệ kết hợp giữa 3 quá trình: sinh học, cơ học và hóa học Bước đầu tiên trong công nghệ xử lý là áp dụng các quá trình nitrat hóa và khử nitrat để loại bỏ nitơ, bên cạnh đó bể lắng được áp dụng với mục đích lắng các bông cặn từ quá trình sinh học và để giảm ảnh hưởng của chất rắn lơ lửng đến quá trình oxy hóa bằng ozone bể lọc được áp dụng để loại bỏ một phần độ màu của nước

rỉ rác và xử lý triệt để cặn lơ lửng Phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học còn lại sau quá trình khử nitơ được oxy hóa với ozone nhằm cắt mạch các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành các chất có khả năng phân hủy sinh học làm tăng hiệu quả xử lý cho quá trình sinh học phía sau và khoáng hóa một phần chất hữu cơ tạo thành CO2 và H2O Sau bể oxy hóa bằng ozone các thành phần hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học được tiếp tục loại bỏ trong bể tiếp xúc sinh học quay Bể lọc là bước cuối cùng của dây chuyền xử lý với mục đích loại bỏ các cặn lơ lửng từ bể tiếp xúc sinh học quay, sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác ở miền Bắc nước Đức được trình bày trong Hình 2.3 (công nghệ 1) Với quy trình xử lý trên các thành phần ô nhiễm chính trong nước rỉ rác như COD, NH4+, và AOX (absorbable organic halides) sau quá trình xử lý đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn tiếp nhận, nồng độ các chất ô nhiễm sau mỗi công đoạn xử lý được trình bày trong Bảng 2.7

Công nghệ xử lý nước rỉ rác ở miền Bắc nước Đức (công nghệ 1)

Hình 2.3 Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức (1)

Bảng 2.7 Nồng độ nước rỉ rác trước và sau xử lý (công nghệ 1) và giới hạn cho phép xả vào

nguồn tiếp nhận theo tiêu chuẩn của Đức đối với nước rỉ rác

Ra khử nitơ

Ra oxy hóa

Ra sinh học quay

Nồng độ giới hạn

Nguồn tiếp nhận

Lắng Lọc Oxy hóa với Ozone

Bể tiếp xúc sinh học

[ Khử Nitrat

Lọc

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Hình 2.4 Nồng độ các chất ô nhiễm sau các công đoạn xử lý

Với thành phần nước rỉ rác đầu vào có nồng độ COD thấp, AOX, NH4+ cao dây chuyền công nghệ kết hợp giữa sinh học, hóa học và cơ học là hợp lý Sau bước nitrate hóa và khử nitrate, hiệu quả xử lý khử nitơ đạt cao nhất 99.9%, hiệu quả khử COD đạt 65%, và AOX đạt hiệu quả 40% Mục đích chính của quá trình oxy hóa là oxy hóa các hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học, hai thành phần được khử chính trong quá trình oxy hóa là COD

và AOX với hiệu quả là 85% và 91%, kết quả cho thấy trong bước oxy hóa các hợp chất AOX được xử lý triệt để hơn Đối với công đoạn xử lý sinh học bằng bể sinh học lọc tiếp xúc hiệu quả xử lý không cao, COD chỉ đạt 46% và AOX đạt 43% số liệu phù hợp với tính chất của nước rỉ rác là khó phân hủy Tuy nhiên, công nghệ được áp dụng có chi phí vận hành cao do

sử dụng ozone và công đoạn nitrate hóa và khử nitrate đòi hỏi năng lượng cao

Quy trình xử lý nước rỉ rác của Đức kết hợp sinh học và hóa lý (công nghệ 2)

Đầu vào

Ra sinh học

Ra oxy hóa hóa học

Ra bể tiếp xúc sinh học quay

Hình 2.5 Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức (2)

Một công nghệ khác cũng được áp dụng tại miền Bắc nước Đức để xử lý nước rỉ rác của BCL

đã được vận hành trong thời gian dài (từ năm 1993), công nghệ áp dụng xử lý nước rỉ rác bao gồm công đoạn khử ammonium bằng phương pháp sinh hóa truyền thống với hai quá trình nitrate hóa và khử nitrate, ammonium sẽ được nhóm vi sinh vật nitrosomonas oxy hóa thành nitrite và nitrite tiếp tục được nhóm vi sinh vật nitrobacter oxy hóa thành nitritate và khí nitơ

tự do, hiệu quả khử nitơ đạt 99.9% và COD đạt 45% trong giai đọan này Bể lắng được ứng dụng để tách các bông bùn từ bể sinh học, các chất hữu cơ còn lại sau quá trình khử nitơ chỉ là các chất khó/không có khả năng phân hủy sinh học, do đó phương pháp hóa lý, cụ thể là quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính được áp dụng, tạo bông và kết tủa là bước tiếp theo sau công đoạn hấp phụ, trong giai đoạn này hiệu quả xử lý COD đạt 86% và AOX đạt 87% Trung hòa là công đoạn cuối của dây chuyền xử lý nước rỉ rác tại BCL Với dây chuyền công nghệ kết hợp các quá trình sinh học, hấp phụ và keo tụ nồng độ của các chất ô nhiễm chính sau xử lý đều đạt nồng độ giới hạn

Bảng 2.8 Nồng độ nước rỉ rác trước và sau xử lý (công nghệ 2) và giới hạn cho phép xả vào

nguồn tiếp nhận của Đức đối với nước rỉ rác sau xử lý

Thông số Đơn vị Đầu vào Ra sinh học Ra cuối cùng Nồng độ giới hạn

Nitrat hóa Khử Nitrat Nước rỉ rác

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Hình 2.6 Quy trình xử lý nước rỉ rác của Đức kết hợp sinh học và hóa lý

Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức (công nghệ 3)

Hình 2.7 Quy trình xử lý nước rỉ rác của Đức kết hợp sinh học và thẩm thấu ngược (3)

Bùn hoạt tính sinh học Nước rỉ rác

Cũng như hầu hết các công nghệ xử lý nước rỉ rác khác trên thế giới, trong công nghệ xử lý nước rỉ rác theo sơ đồ Hình 2.7 tại miền bắc nước Đức cũng không thể thiếu quá trình bùn hoạt tính sinh học, quá trình này như là một bước thiết yếu đối với xử lý nước rỉ rác, trong bước này các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học được loại bỏ và đây cũng là công đoạn chính để xử lý ammonium, hiệu quả khử nitơ đạt 99% Tiếp theo công đoạn sinh học là quá trình cơ học với thiết kế bể lắng để tách bông bùn ra khỏi hỗn hợp, và bể lọc được sử dụng để tách triệt để cặn lơ lửng từ bể lắng tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn tiếp theo là

RO Cuối công nghệ quá trình thẩm thấu ngược (RO) được đưa vào để tiếp tục xử lý các chất hữu cơ khó/không phân hủy sinh học, trong công đoạn này hiệu quả xử lý AOX đạt 98%, và COD đạt 93%, đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn tiếp nhận Một đặc điểm cần lưu ý là thành phần nước rỉ rác đầu vào hệ thống xử lý có có nồng độ COD, và NH4 rất thấp lần lượt là 668mg/L,

và 180mg/L Công nghệ này cũng có chi phí vận hành và đầu tư rất cao do sử dụng công nghệ tiên tiến là RO

Thành phần nước rỉ rác tại 3 BCL của Đức đã được nêu trên cho thấy nồng độ COD thấp dao động từ 1.506 – 2.600mg/L, tỉ lệ BOD/COD thấp dao động trong khoảng 0,15 đến 0,2, và nồng độ ammonium cao nhất chỉ đạt 1.100mg/L Đặc tính chung của nước rỉ rác với nồng độ ammonium cao do đó trong các công nghệ xử lý nước rỉ rác bước đầu khử nitơ với áp dụng phương pháp sinh học (nitrification và denitrification) được áp dụng, các bước xử lý tiếp theo được thiết kế là xử lý hóa học(ozone), hay cơ học, hóa lý (thẩm thấu ngược, tạo bông/kết tủa), sinh học (tiếp xúc sinh học quay) là phụ thuộc vào tiêu chuẩn cho phép xả thải hay mục đích tái sử dụng Một điểm cần lưu ý là với nồng độ ammonium trong khoảng 500 - 1.000mg/L áp dụng phương pháp sinh học (nitrification và denitrification) cho hiệu quả cao và điều này cũng khẳng định là nồng độ ammonium từ 500 – 1.000mg/L vẫn chưa ảnh hưởng quá trình

xử lý sinh học bằng phương pháp truyền thống Các chất khó phân hủy sinh học trong nước rỉ rác chỉ có thể loại bỏ bằng các phương pháp hóa học hoặc hoá lý

Số liệu tham khảo năm 1994 tại 7 trạm xử lý nước rỉ rác của Đức có công suất 11.000 – 64.000m3 cho thấy tổng chi phí vận hành rất cao dao động khoảng 9 – 30 Euro/m3 tương ứng 180.000 – 600.000đồng/m3 Sự dao động lớn về chi phí vận hành là do sự khác biệt về công nghệ áp dụng, nếu trạm xử lý chỉ sử dụng những công nghệ truyền thống thì chi phí đầu tư và vận hành sẽ rẻ và ngược lại nếu áp dụng công nghệ hiện đại thì chi phí đầu tư và vận hành cao

Hàn Quốc

Công nghệ xử lý nước rỉ rác của một số BCL ở Hàn Quốc cũng giống như ở Đức là áp dụng quá trình sinh học (kị khí, nitrate hoá và khử nitrate) và quá trình xử lý hóa lý (keo tụ hai giai đoạn được ứng dụng nhằm loại bỏ các chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học), sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Sudokwon Hàn Quốc, công suất 3.500 – 7.500m3/ngày được trình bày trong Hình 2.8

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Nguồn: Jong-Choul Won et al., 2004

Hình 2.8 Công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Sudokwon Hàn Quốc

Công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Hàn Quốc bao gồm hai công trình chính: quá trình xử lý sinh học (quá trình phân hủy sinh học kị khí và quá trình khử nitơ) và quá trình hóa lý Trong giai đoạn đầu vận hành BCL (1992) quá trình phân hủy kị khí là một công đoạn cần thiết để xử lý các chất hữu cơ có nồng độ cao như nước rỉ rác phát sinh trong giai đoạn đầu vận hành bãi chôn lấp, đến năm 2004, do sự giảm tải trọng chất hữu cơ sau 12 năm hoạt động (1992-2004) nên hiện tại quá trình phân hủy kị khí được thay thế bằng quá trình sinh học bùn hoạt tính lơ lửng

Quá trình sinh học bùn hoạt tính lơ lửng được áp dụng trong công nghệ này là MLE (Modified Ludzack Ettinger), công nghệ MLE chủ yếu để xử lý nitơ trong nước rỉ rác và gồm hai quá trình chính: quá trình nitrate hóa và quá trình khử nitrate, theo công nghệ MLE nước được tuần hoàn trong bể anoxic với tỷ lệ tuần hoàn là 600% (100% tuần hoàn trong bể khử nitrate và 500% tuần hoàn từ bể lắng) Đối với quá trình nitrate hóa (oxy hóa ammonia) nước

rỉ rác được lưu trong bể 6,3 ngày, vi khuẩn chuyển hóa ammonia thành nitrite và nitrate Sau giai đoạn nitrate hóa, nước rỉ rác được chuyển sang giai đoạn khử nitrat, khi đó vi khuẩn chuyển hóa nitrate chuyển nitrate thành nitơ tự do, trong giai đoạn này nước rỉ rác được lưu trong 2,5 ngày

Quá trình hóa lý là bước thứ hai được thực hiện tiếp theo sau quá trình sinh học để được xử lý triệt để các thành phần ô nhiễm trong nước rỉ rác, quá trình xử lý hóa lý bao gồm hai bậc với

sử dụng hóa chất keo tụ là FeSO4 Thành phần chất ô nhiễm trong nước rỉ rác tại BCL

Nước rỉ rác sau xử lý

HRT 10 ngày

HRT 2,5 ngày

HRT 6,3 ngày Khử Nitrate

HRT 1 giờ

HRT 3,6 giờ

Sudokwon Hàn Quốc cho thấy nồng độ COD đầu vào trạm xử lý không cao dao động từ 2.200 – 3.600 mg/L sau 12 năm hoạt động) giảm rất nhiều so với những năm đầu hoạt động COD lớn hơn 50.000mg/L, trái lại nồng độ ammonium tăng dần và đạt giá trị cao nhất là 2.000mg/L

Nguồn: Jong-Choul Won et al., 2004

Với tính chất nước rỉ rác của BCL Hàn Quốc có tỉ lệ BOD/COD khoảng 0,3 – 0,4; Hàn Quốc cũng đã áp dụng phương pháp sinh học kết hợp hóa lý để xử lý chất hữu cơ và nitơ có trong nước rỉ rác Kết quả cho thấy bể oxy hóa amonium hoạt động rất hiệu quả, nồng độ ammonium được xử lý đến 99% (N-NH4+ đầu ra dao động khoảng 1 – 20mg/L), tuy nhiên tổng nitơ đầu ra có khi lên đến 240mg/L Kết quả chứng minh rằng với nồng độ ammonium cao (2.000mg/L) thì phương pháp khử nitơ bằng phương pháp truyền thống không đạt hiệu quả cao là do sự ức chế của các vi khuẩn nitrosomonas và nitrobacter

Trong công nghệ xử lý nước rỉ rác của BCL Sudokwon Hàn Quốc, sau quá trình xử lý sinh học quá trình keo tụ và oxy hóa bằng Fenton được áp dụng và vận hành khá thành công từ tháng 3 năm 2000 đến tháng 11năm 2003, nồng độ COD đầu ra dao động trong khoảng 200 –

300 mgO2/L Tuy nhiên trong quá trình vận hành có hiện tượng bông cặn nổi lên, dẫn đến độ màu sau xử lý cao Do đó từ tháng 12 năm 2003 cho đến nay công nghệ xử lý nước rỉ rác của BCL Sudokwon đã thay quá trình keo tụ - Fenton bằng quá trình keo tụ 2 bậc Số liệu cho thấy hiệu quả xử lý COD hầu như tương tự nhau đối với cả hai quá trình, hiệu quả khử độ màu của quá keo tụ hai bậc cao hơn (171 Pt-Co) quá trình oxy hóa (232 Pt-Co) Kết quả cũng cho thấy đối với các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học còn lại trong nước rỉ rác thì oxy hóa bằng Fenton không thực hiện hoàn toàn So sánh chi phí xử lý của hai quá trình, chi phí xử lý của quá trình keo tụ-oxy hóa Fenton cao hơn 120 won (1.920 đồng) so với chi phí của quá trình keo tụ 2 bậc

Nồng độ COD đầu ra cao có thể được giải thích rằng một số hợp chất hữu cơ khó/không phân hủy sinh học như axít fulvic vẫn không thể khử được bằng quá trình keo tụ So sánh quá trình

xử lý bằng phương pháp keo tụ - Fenton và phương pháp keo tụ 2 giai đoạn được trình bày

trong Bảng 2.10

Bảng 2.10 So sánh kết quả quá trình keo tụ-Fenton và keo tụ hai bậc

150mgFe2+/L 100mgH 2 O 2 /L

Giai đoạn 1: 350mgFe 3+

/L Giai đoạn 2: 350mgFe 3+

/L

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Tóm lại, quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác của các nước trên thế giới đều kết hợp các quá

trình sinh học, hóa học và hóa lý, hầu hết các công nghệ xử lý đều bắt đầu xử lý nitơ bằng phương pháp cổ điển (nitrate hóa và khử nitrate), tuy nhiên với nồng độ nitơ cao (2.000mg/L) thì phương pháp này cũng bị hạn chế Tùy thuộc vào thành phần nước rỉ rác cũng như tiêu chuẩn xả thải mà quy trình xử lý tiếp theo được thay đổi với việc áp dụng quá trình cơ học (màng lọc), hóa lý (keo tụ/ tạo bông) và oxy hóa nâng cao (fenton, ozone, )

Tiêu chuẩn xả thải đối với nước rỉ rác của các nước cao hơn so với tiêu chuẩn của Việt Nam như tiêu chuẩn giới hạn COD dao động từ 200-300mgO2/l, trong khi của Việt Nam tương đương với cột B, COD là 100mgO2/l Để đạt được nồng độ COD giảm từ 200-300mgO2/L xuống 100mgO2/L đòi hỏi chi phí cao và áp dụng các phương pháp tiên tiến

2.2.2 Công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam

Bãi chôn lấp là phương pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt thích hợp nhất đang được áp dụng ở Việt Nam do chi phí thấp, dễ vận hành và cũng là phương pháp chủ yếu để giải quyết vấn đề

xử lý chất thải rắn của cả nước Tuy nhiên, phương pháp này đã gây ra những ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường như hoạt động của các xe vận chuyển rác gây ra bụi, rung và tiếng ồn, khí rác, mùi, đặc biệt là nước rỉ rác là nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm môi trường của các bãi chôn lấp hiện nay

Công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam hiện nay bộc lộ rất nhiều nhược điểm nguyên nhân

là do:

 Thiết kế hệ thống thu gom nước rỉ rác chưa tối ưu;

 Quy trình vận hành BCL;

 Thành phần chất thải rắn sinh hoạt và chất thải rắn đô thị đưa vào BCL;

 Sự thay đổi nhanh của nồng độ chất ô nhiễm có trong nước rỉ rác;

 Nhiệt độ cao của Việt Nam;

 Giá thành xử lý bị khống chế;

 Giới hạn về chi phí đầu tư;

Ba quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác hiện đang áp dụng tại các BCL như BCL Nam Sơn (Hà Nội), Gò Cát, và Phước Hiệp (thành phố Hồ Chí Minh) được liệt kê dưới đây:

Trạm Xử Lý Nước Rỉ Rác Bãi Chôn Lấp Nam Sơn (Hà Nội)

Trạm xử lý nước rỉ rác được đưa vào vận hành sau khi BCL đã hoạt động gần một năm(1999) với công suất 500 - 700m3/ngày.đêm Sơ đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý nước rỉ rác BCL Nam Sơn trong giai đoạn đầu được trình bày trong Hình 2.9

Hình 2.9 Sơ đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý nước rỉ rác Nam Sơn

Trong sơ đồ dây chuyền công nghệ này UASB là công trình quan trọng nhất có khả năng tiếp nhận nước thải với nồng độ và tải trọng rất cao (COD = 50.000 mg/L và L = 50 - 80 kgCOD/m3.ngđ) Bể thổi khí và hồ sinh vật có nhiệm vụ giảm nồng độ chất hữu cơ và nitơ xuống giới hạn cho phép trước khi xả vào nguồn Trong giai đoạn khởi động, UASB hoạt động khá tốt, các quan sát cho thấy lượng khí sinh ra khá lớn, hiệu quả xử lý đạt đến 70-80% Tuy nhiên sau một thời gian ngắn, hiệu quả xử lý của UASB giảm đáng kể và trạm xử lý đã phải ngừng hoạt động sau 8 tháng vận hành do các nguyên nhân chính sau đây:

 Trạm xử lý nước rỉ rác được đưa vào vận hành sau khi bãi chôn lấp đã hoạt động gần một năm, vào thời gian đó lượng nước rỉ rác trong bãi chôn lấp đã bị pha loãng bởi nước mưa, làm cho nồng độ chất hữu cơ giảm đáng kể (từ COD = 50.000 - 70.000 mgO2/L còn 3.000

- 4.000 mgO2/L) và pH tăng đến trị số cao hơn 6,2; tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học kị khí xảy ra một cách tự nhiên trong bãi chôn lấp Cần ghi nhận là ở nồng độ chất hữu cơ cao và pH thấp tốc độ phân hủy chất hữu cơ xảy ra rất chậm Cho nên đến khi trạm xử lý nước rỉ rác được đưa vào hoạt động thì trong nước rỉ rác chỉ còn lại một lượng nhỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học Vì tỷ lệ BOD/COD quá thấp nên công nghệ xử lý sinh học không thích hợp hay nói cách khác hiệu quả xử lý rất thấp

 Do thành phần chất thải rắn sinh hoạt, do thành phần vật liệu phủ (đất) được sử dụng để phủ lấp mỗi ngày, và do một lượng vôi khá lớn (gần 2.000 kg) được sử dụng trước đó để khử mùi hôi, độ cứng có trong nước rỉ rác rất cao (1.500 - 2.500 mgCaCO3/L) Trong quá trình phân hủy sinh học (kị khí và hiếu khí), do việc tạo thành khí carbonic CO2 và tăng

pH, canxi và các chất tạo độ cứng kết tủa trong bùn, gây nên hiện tượng bê tông hóa và làm giảm dần hoạt tính của bùn Kết quả khảo sát cho thấy trong bể UASB có các khối bê tông tạo thành, trong bể thổi khí các tinh thể CaCO3 bám cứng trên các sợi vật liệu mang, thành phần hữu cơ VSS (vi sinh vật) của bùn giảm dần Hiện tượng trên dẫn đến việc hiệu quả xử lý giảm đáng kể

 Nồng độ các hợp chất chứa nitơ trong nước rỉ rác tăng khá cao, nhưng không có các công trình hoặc thiết bị khử nitơ nên các quá trình sinh học bị ức chế

Cho đến nay, để khắc phục tình trạng trên, công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Nam Sơn đã được cải tạo và xây dựng mới với sơ đồ công nghệ được trình bày trong Hình 2.10

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Hình 2.10 Công nghệ xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn

Bể đệm 1

Bể lắng 1

Bể đệm 2

Striping (thổi khí)

Trong sơ đồ công nghệ trên nước rỉ rác được bơm trực tiếp từ các hố thu nước lên hồ sinh học, hồ sinh học có chức năng như bể điều hòa và xử lý một phần chất hữu cơ Với nồng độ ammonium cao trong nước rỉ rác sẽ ảnh hưởng đến các công đoạn sinh học phía sau nên bước khử nitơ đuợc áp dụng Phương pháp xử lý nitơ được áp dụng là phương pháp đuổi khí (air stripping) với bổ sung vôi nhằm mục đích nâng pH của nước rỉ rác lên 10 – 12 với tác dụng tăng chuyển hóa NH4+

sang NH3:

Với nồng độ ammonium cao lớn hơn 1.000mg/L thì phương pháp xử lý nitơ bằng phương pháp truyền thống không cho hiệu quả cao nhưng đối với việc áp dụng quá trình air stripping

sẽ có hiệu quả hơn Sau quá trình air stripping nước rỉ rác được chỉnh pH (6,5 ÷ 7,5) trước khi vào hệ thống xử lý sinh học bằng quá bùn hoạt tính lơ lửng dạng mẻ, trong quá trình này các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học sẽ được khử và ammonium còn lại sau quá trình air stripping cũng được khử triệt để hơn trong giai đoạn này Kế tiếp nước rỉ rác lại được xử lý bằng hệ thống UASB đây là công trình xử lý chất hữu cơ với tải lượng chất hữu cơ cao, đây chính là điểm không hợp lý của công nghệ xử lý vì với nồng độ COD đầu vào thấp và phần chủ yếu là các hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học thì áp dụng UASB

sẽ không có hiệu quả Các hợp chất hữu cơ khó/không phân hủy sinh học được khử bằng quá trình oxy hóa bậc cao với áp dụng hệ Fenton, sau bước Fenton quá trình keo tụ/tạo bông kết hợp lắng với chất keo tụ là PAC và chỉnh pH về ngưỡng tối ưu được thực hiện trong bể Semultech Bể Semultech có chức năng của bể keo tụ/tạo bông kết hợp lắng Với quá trình Fenton và keo tụ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy được loại bỏ một phần mà chủ yếu là axít humic Các chất hữu cơ khó phân hữu còn lại trong nước rỉ rác chủ yếu là axít fulvic được xử

lý triệt để bằng quá trình hấp phụ sử dụng than hoạt tính, sau bước này nước rỉ rác được khử trùng trước khi thải vào nguồn tiếp nhận, thành phần nước rỉ rác sau hệ thống xử lý tại BCL Nam Sơn – Hà Nội được trình bày trong Bảng 2.11

Với công nghệ như trên có ưu điểm ở chỗ khi nồng độ ammonium của nước rỉ rác đầu vào tăng cao thì các quá trình sinh học phía sau sẽ không bị ức chế, kết quả phân tích cho thấy tất

cả các chỉ tiêu phân tích đều đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam 5945-1995, cột B Mặc dù đạt được tiêu chuẩn cho phép nhưng dây chuyền công nghệ trên cũng cho thấy có vài khuyết điểm:

- Với phương pháp thổi khí (air stripping), chuyển chất ô nhiễm (ammonium) từ nước sang khí (NH3), phương pháp này mặc dù có khả năng xử lý nitơ có nồng độ cao nhưng năng lượng tiêu tốn là rất lớn,

- Quá trình xử lý sử dụng một lượng hóa chất rất lớn cho các công đoạn:

o Nâng pH của nước rỉ rác lên 10 – 12 trong quá trình air stripping;

o Chỉnh pH trước khi vào hệ thống sinh học (pH thích hợp cho vi sinh vật phát triển tốt là 6,5 ÷ 7,5);

o Fenton (H2O2 + FeSO4 + H2SO4);

o Semultech (PAC, NaOH)

- Vị trí của hệ thống UASB trong dây chuyền công nghệ không thích hợp với thành phần

NH4+ NH3+ H+

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

- Trong nước rỉ rác sau quá trình xử lý vẫn có thể có sự hiện diện của các hợp chất humic do

đó với sử dụng NaOCl, humic có thể phản ứng với chlorine tới tạo thành chất gây ung thư (carcinogen chloroform) và những hợp chất hữu cơ halogenate độc hại khác như trihalomethane(THM);

- Chi phí đầu tư cao: 20 - 25 tỷ (30 - 40 triệu đồng/m3 nước rỉ rác);

- Giá thành xử lý cho 1m3 nước rỉ rác cao: 80.000 - 90.000đồng/m3

nước rỉ rác (chưa tính giá chi phí cho xử lý bùn)

Bảng 2.11 Thành phần NRR sau hệ thống xử lý tại BCL Nam Sơn – Hà Nội

Nguồn: Công ty cổ phần kỹ thuật SEEN 01/2006

Công Nghệ Xử Lý Nước Rỉ Rác tại Bãi Chôn Lấp Gò Cát

Bãi chôn lấp Gò Cát có diện tích 25 ha với vốn đầu tư lên đến 22 triệu USD được xây dựng theo tiêu chuẩn cao hơn (tiêu chuẩn của bãi chôn lấp vệ sinh hiện đại), thời gian họat động của BCL Gò Cát từ năm 2001 đến 2006 Hệ thống xử lý NRR tại BCL Gò Cát được xây dựng với công suất 400m3/ngày đêm Sơ đồ dây chuyền xử lý nước rỉ rác của bãi chôn lấp Gò Cát theo công nghệ của Hà Lan được trình bày tóm tắt trong Hình 2.11

Hình 2.11 Sơ đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý nước rỉ rác Gò Cát

Với dây chuyền công nghệ trên, trong giai đoạn đầu vận hành BCL nước rỉ rác đã bị pha loãng bởi nước mưa và đã bị phân hủy sinh học (nồng độ COD chỉ còn trên dưới 1.000 mg/L) cho thấy kết quả rất tốt, nồng độ COD còn lại khoảng 17-32 mg/L, các thành phần khác đều đạt Nhưng khi BCL hoạt động với công suất 2.000 tấn/ngày và lượng nước rỉ rác sinh ra có nồng độ COD lên đến 50.000-60.000 mg/L, thì hiệu quả xử lý chỉ còn trên dưới 50%, nồng độ COD của nước rỉ rác sau khi xử lý còn hơn 20.000 mg/L, thời gian hoạt động và công suất của thiết bị UF giảm đáng kể, thời gian hoạt động giảm từ 24 – 48 h còn 2 – 3 h và lưu lượng giảm từ 17,8 m3

/h còn 8-9 m3/h Sau đó toàn bộ hệ thống đã phải ngưng hoạt động và yêu cầu

tư vấn Hà Lan hiệu chỉnh lại Nguyên nhân của sự cố này có thể kết luận như sau:

- Trong nước rỉ rác chứa một khối lượng lớn VFA (Volatile Fatty Acid), như axít acetic, axít propionic, axít butyric, là sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ trong BCL Lượng VFA này chiếm khoảng 50% hàm lượng COD có trong nước rỉ rác và có thể

xử lý dễ dàng bằng các thiết bị sinh học kị khí hoặc hiếu khí, trong khi đó các loại thiết bị lọc màng lại có hiệu quả rất kém khi xử lý VFA

- Bể lên men kị khí (Anaerobic Fermentation Tank) chỉ vận hành như bể điều hòa (Equalization Tank), không có vi sinh vật, vì vậy hiệu quả xử lý hầu như không đáng kể

- Cán bộ vận hành không có kinh nghiệm

- Công trình xử lý sinh học thiết kế không hợp lý, sử dụng quá trình sinh học kị khí tải trọng thấp

Đây là nguyên nhân chính gây nên hiệu quả xử lý thấp của hệ thống xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Gò Cát trong giai đoạn đầu Với hiệu quả xử lý thấp, hệ thống xử lý nước rỉ rác được thiết kế và xây dựng lại với sơ đồ công nghệ được trình bày trong Hình 2.12

Thiết bị lọc màng UF (Ultra filter) (17,8

m3/h)

Bể thổi khí

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Hình 2.12 Công nghệ xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Gò Cát

H 2 SO 4

Công nghệ xử lý được áp dụng bao gồm quá trình sinh học kết hợp hóa lý và chức năng của mỗi công trình chính như sau:

Khử Canxi: loại bỏ hàm lượng Canxi có trong nước rỉ rác để tránh hiện tượng bêtông hoá trong bể UASB;

UASB: được ứng dụng với mục đích xử lý các hợp chất hữu cơ với tải trọng cao;

Tiền hiếu khí, và hậu khử Nitơ: đây là các quá trình chính để xử lý các hợp chất nitơ; Hóa lý (keo tụ): khử các hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học như humic, lignin;

Lọc màng Nano: xử lý các hợp chất hữu cơ còn lại sau quá trình hóa lý

Như đã trình bày trong phần trên trong giai đoạn đầu vận hành BCL nước rỉ rác có độ nhiễm bẩn rất cao, nồng độ chất hữu cơ của nước rỉ rác đạt đến trị số COD = 39.614 - 59.750 mg/L, trong đó thành phần chất hữu cơ dễ bị phân hủy chiếm tỷ lệ 90 - 95% (BOD = 41.456 - 56.250 mgO2/L) Nồng độ các hợp chất chứa nitơ khá cao, hàm lượng nitơ hữu cơ Org-N =

336 - 678 mg/L, N-NH3 = 297 - 790 mg/L nhưng sau thời gian 1 năm vận hành nồng độ COD giảm nhanh , nồng độ COD trung bình khoảng 3.000 - 5.000mgO2/l, tuy nhiên trong giai đoạn hiện nay nồng độ COD tăng lên từ 10.000 - 20.000mg/L, giải thích cho hiện tượng tăng COD

có thể là do BCL đã hết thời gian nhận rác nhưng vẫn tiếp tục nhận rác do trong giai đoạn này BCL Phước Hiệp số 2 chưa nhận rác Nồng độ ammonia lại tăng rất cao theo quá trình vận hành, nồng độ ammonia đạt cao nhất là trên 2.000mg/L và trung bình khoảng 1.700 - 1.800mg/L Nồng độ ammonia cao trong nước rỉ rác là nguyên nhân chính gây ức chế đối với các quá trình xử lý sinh học và quá trình nitrate hóa và khử nitrate Số liệu phân tích cho thấy hiệu quả xử lý COD của bể UASB đạt 57% và ammonia thì hầu như không thay đổi, trong các bước khử nitơ số liệu cho thấy hiệu quả xử lý không đáng kể, nguyên nhân có thể là do nồng độ ammonium trên 1.000mg/L sẽ làm ức chế đến quá các quá trình chuyển hóa Ngoài

ra đầu bài đặt ra khi thiết kế hệ thống xử lý nồng độ ammonia trong khoảng 800 - 1.000mg/L

do đó với nồng độ ammonia cao như hiện nay thì thời gian lưu nước tại các công trình xử lý nitơ không đủ để thực hiện quá trình chuyển hóa Công nghệ nano có thể xử lý được các hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học, nước rỉ rác sau lọc nano rất trong và không màu nồng độ COD sau xử lý đạt 127mgO2 /L nhưng nồng độ N-NH3 vẫn còn rất cao 1.024mg/L

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Bảng 2.12 Thành phần nước rỉ rác BCL Gò Cát trước và sau xử lý (mẫu lấy ngày 31/8/06)

STT Thông số Đơn

vị

NRR vào

UASB Tiền

khử Nitơ

Aeroten Hậu

khử Nitơ

Lắng Lọc

Nano

TCVN 5945-

độ ammonia sau quá trình khử nitơ vẫn còn rất cao lớn hơn 1.000mg/L

Hiện tượng tắc lọc thường xảy ra đối với lọc nano do đó phải được thường xuyên rửa lọc nên mặc dù công suất thiết kế là 400m3/ngày nhưng hiện tại hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát chỉ đạt công suất khoảng 15 – 20m3

/ngày;

Sử dụng một lượng lớn hóa chất cho rửa lọc;

Tuần hoàn của dòng đậm đặc là một trong những nguyên nhân làm tăng hàm lượng chất rắn hòa tan (TDS) của nước đầu vào đã dẫn đến khó khăn trong xử lý nước rỉ rác;

Công nghệ xử lý nước rỉ rác tại Bãi Chôn Lấp Phước Hiệp

 Trung tâm CENTEMA

Bãi chôn lấp Phước Hiệp giai đoạn 1 có diện tích 43ha, tổng lượng chất thải rắn được xử lý là 2.600.000 tấn, thời gian vận hành từ 2003-2006

Hệ thống xử lý nước rỉ rác được xây dựng vào năm 2003 với công suất 400m3/ngày đêm Quá trình xử lý của hệ thống được thực hiện qua các bước:

- Nước từ các bể Aerotank tự chảy vào hệ thống hồ sinh học từ hồ số 2 tới hồ số 5 và sau

đó được xử lý triệt để hơn bằng hệ sinh thái rừng tràm Khi đó, nước đạt tiêu chuẩn xả vào kênh 15

Trong giai đoạn đầu vận hành BCL hàm lượng các chất hữu cơ rất cao COD 57.325 mgO2/L,

tỉ lệ BOD/COD rất cao 80 - 90% Công nghệ tổng hợp xử lý nước thải rỉ rác thích hợp nhất là kết hợp giữa các quá trình xử lý sinh học (UASB, ASSBR, hệ thống hồ sinh học) Với công nghệ này nước rỉ rác sau xử lý có thể đạt tiêu chuẩn tiêu chuẩn giới hạn cho phép xả vào nguồn loại B (5942-1995) Nhưng chỉ sau hơn 1 năm vận hành nồng độ COD giảm từ 50.574 – 57.325mg/L xuống 1.375 – 2.683mg/l, tỉ lệ BOD/COD thấp, hàm luợng nitơ cao, và hàm lượng các chất khó phân hủy sinh học tăng làm cho hệ thống xử lý không còn hiệu quả và hiện tại hệ thống xử lý đang được cải tạo

 Công ty TNHH Khoa Học Công Nghệ Môi Trường Quốc Việt

Năm 2004 Công ty Khoa Học Công Nghệ Môi Trường Việt đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước rỉ rác với công suất 800m3/ngày Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Công ty Quốc Việt áp dụng là kết hợp phương pháp sinh học và hóa lý, nước rỉ rác từ hồ chứa của BCL được bơm vào hồ tiếp nhận, tại đây axít H2SO4 được cho vào nhằm làm giảm pH của nước rỉ rác để tạo môi trường thuận lợi cho quá trình kị khí diễn ra đạt hiệu quả cao, để đảm bảo điều kiện kị khí toàn bộ mặt thoáng của hồ được phủ bằng một lớp bạt nhựa Tiếp theo nước tự chảy sang hồ phản ứng, ở đây FeCl3 được đưa vào và sử dụng hệ thống thổi khí để hòa trộn phèn với nước

rỉ rác, nước rỉ rác được tiếp tục xử lý tại hồ hiếu khí sau đó tự chảy vào hồ lắng, và cuối cùng được dẫn vào hồ sinh học sử dụng thực vật nước, nước sau hồ sinh học nước rỉ rác có màu vàng nhạt Được sự cho phép của Công ty Môi Trường Đô Thị nước rỉ rác sau hồ sinh học được pha loãng bằng nước ngầm với tỉ lệ nước rỉ rác và nước sạch là 6:1 trước khi xả vào kênh 15 (tỉ lệ 6:1 được tính dựa vào bảng thống kê công suất xử lý nước rỉ rác của Công ty Quốc Việt do Công Ty Môi Trường Đô Thị cung cấp)

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Ra kị khí

Ra phản ứng

Ra hiếu khí

Lắn

g

Ra HSH

2

Đầu

ra

TCVN 5945-1995, cột B

Kết quả phân tích cho thấy hiệu quả xử lý COD của hệ thống hồ kị khí hầu như không đáng

kể (3-5%) điều này cũng có thể được giải thích là cho tới nay các chất hữu cơ còn lại trong nước rỉ rác được lưu trữ tại các hồ hầu hết là khó /không có khả năng phân hủy sinh học,

Hồ kỵ khí

Hồ phản ứng

Hồ hiếu khí

Hồ sinh học FeCl 3

COD giảm chủ yếu tại bước keo tụ với sử dụng FeCl3 hiệu quả khoảng 50%, ở các bước tiếp theo hiếu khí và hồ sinh học thì hiệu quả xử lý không cao, nồng độ COD trong hồ sinh học 2 vẫn còn rất cao (COD 600mg/L) Ammonia chỉ được xử lý tại bước phản ứng, nồng độ giảm

từ 1.092 xuống 658mg/L đạt hiệu quả xử lý 40%, trong quá trình này ammonia được xử lý chủ yếu là do bay hơi vì ở pH 7 và được sục khí liên tục, kết hợp với bề mặt thoáng lớn của

hồ phản ứng, ammonia chuyển thành ammoniac và pH của nước rỉ rác tăng lên trên 8 Tương

tự ở các công đoạn hiếu khí, lắng và hồ sinh học, ammonia được khử thêm một phần do ammoniac bay hơi trong điều kiện pH trên 8 và bề mặt thoáng của các hồ rất lớn Dựa vào kết quả ở Bảng 2.13 cho thấy đối với mẫu lấy tại điểm cuối của hồ sinh học 2 (công đoạn xử lý cuối cùng) nồng độ COD là 600mg/L, và N-NH3 258mg/L nhưng nồng độ các chất ô nhiễm ở đầu ra COD 77mg/L, N-NH3 22mg/L, như vậy có thể nói tỉ lệ nước sạch dùng pha loãng với nước rỉ rác trước khi xả thải nhiều hơn so với tỉ lệ 6:1 đã ghi nhận tại bảng theo dõi của Công

ty Môi Trường Đô Thị TP Ngoài những ưu điểm của công nghệ là chi phí đầu tư và vận hành thấp, công nhân vận hành không cần trình độ cao thì công nghệ này cũng có những nhược điểm như:

- Chiếm diện tích đất lớn;

- Công nghệ không đáp ứng được tiêu chuẩn xả thải;

- Phải pha loãng nước thải;

- Vận hành thủ công, không kiểm soát được quá trình dẫn đến thành phần nước rỉ rác đầu ra không ổn định

Cho đến nay, hầu hết các HTXL nước rỉ rác của các BCL ở Tp HCM đều không đạt tiêu chuẩn xả thải (đặc biệt là hai chỉ tiêu COD và ammonia) cũng như công suất xử lý, công nghệ

xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam hiện nay còn bộc lộ rất nhiều nhược điểm nguyên nhân là do:

- BCL hợp vệ sinh vẫn còn là vấn đề mới đối với Việt Nam nên sự thay đổi nhanh chóng thành phần nước rỉ rác đã ảnh hưởng công nghệ xử lý;

- Tính chất phức tạp của nước rỉ rác, đặc biệt là nồng độ ammonia cao và sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học (hợp chất humic) trong nước rỉ rác;

- Với nồng độ ammonia cao (2.000mg/L) phương pháp xử lý sinh học không mang lại hiệu quả cao;

- Giá thành xử lý cao;

- Giới hạn về chi phí đầu tư

Tóm lại tuy thành phần chất thải rắn sinh hoạt và công nghệ vận hành bãi chôn lấp khác nhau

ở mỗi nước nhưng nước rỉ rác phát sinh từ các BCL nhìn chung đều có tính chất giống nhau là

có nồng độ COD, BOD5 cao (có thể lên 50.000mgO2/L) đối với nước rỉ rác mới, và nồng độ COD, BOD thấp đối với BCL đã vận hành trong thời gian dài Khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian, sự thay đổi này có thể được giám sát bằng việc kiểm tra tỷ lệ BOD5/COD Vào thời gian đầu, tỷ lệ này sẽ nằm trong khoảng 0,5 hoặc lớn hơn Tỷ

số BOD5/COD lớn hơn 0,4 chứng tỏ các chất hữu cơ trong nước rỉ rác dễ bị phân hủy sinh học Trong các bãi chôn lấp đã vận hành lâu, tỷ lệ này thường rất thấp nằm trong khoảng 0,05 – 0,2 Tỷ lệ thấp như vậy do nước rỉ rác cũ chứa lignin, axít humic và axít fulvic là những chất khó phân hủy sinh học Theo thời gian vận hành BCL giá trị pH của nước rỉ rác tăng theo

Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường

Với thành phần phức tạp và thay đổi rất nhanh của nước rỉ rác, công nghệ xử lý nước rỉ rác của các nước trên thế giới đều kết hợp các quá trình sinh học, hóa học và hóa lý Hầu hết các công nghệ xử lý đều bắt đầu với xử lý nitơ bằng phương pháp cổ điển (nitrate hóa và khử nitrate), với nồng độ ammonia nhỏ hơn 1.000mg/L phương pháp nitrate hóa và khử nitrate cho hiệu quả khử cao nhưng với nồng độ nitơ lớn hơn 1.000mg/L thì phương pháp này cũng

bị hạn chế điều này được chứng minh trong trường hợp của BCL Sudokwon Hàn Quốc, BCL Nam Sơn, Gò Cát và Phước Hiệp của Việt Nam Phụ thuộc vào tiêu chuẩn xả thải của mỗi nước các bước xử lý tiếp theo sau quá trình sinh học để xử lý các hợp chất hữu cơ khó/không

có khả năng phân hủy thường được áp dụng là hóa lý (keo tụ/tạo bông, than hoạt tính), oxy hóa nâng cao (fenton, ozone, ), màng lọc

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC

3.1 XỬ LÝ NITƠ

Trong thành phần chất thải rắn sinh hoạt chất hữu cơ có thể chiếm đến 96%, và một trong

những thành phần chủ yếu của các chất hữu cơ là protêin, bãi chôn lấp là thiết bị phản ứng

hoá lý và sinh hoá tự nhiên không kiểm soát Các quá trình sinh hoá xảy ra trong BCL được

chia làm 5 pha, ammonium chủ yếu được tạo thành suốt trong pha methanogenic do bẻ gãy

của các phân tử protein sang các amino axít và kế tiếp là de-amination tới giải phóng ion

ammonium, rất ít ion ammonium được chuyển thành amoniac trong điều kiện kị khí, do đó

nồng độ amonium được tích lũy trong nước rỉ rác ngày tăng theo thời gian vận hành BCL

Có nhiều phương pháp xử lý nitơ, phương pháp sinh học thường được áp dụng rộng rãi là quá

trình nitrate hóa và khử nitrate, và quá trình mới được phát hiện gần đây là quá trình

annamox, ngoài ra còn có một số phương pháp khác được áp dụng là phương pháp hóa lý và

hóa học như trao đổi ion, thẩm thấu ngược (reverse osmosis), break-point chlorination và đuổi

khí (air stripping) Phương pháp Chlorination thì ít được áp dụng trong xử lý nitơ bởi vì nó có

thể dẫn đến tạo thành chloramines là chất gây ung thư, trao đổi ion và thẩm thấu ngược đòi

hỏi phải có bước tiền xử lý, và xử lý dòng đậm đặc và giá thành xử lý cao nên cũng rất ít được

áp dụng, với nồng độ nitơ cao trong nước rỉ rác thì áp dụng phương pháp đuổi khí NH3 sẽ có

hiệu quả kinh tế hơn đối với bước nitrate hoá và khử nitrate

3.1.1 Quá trình xử lý nitơ truyền thống

Hệ thống xử lý nitơ truyền thống là sự kết hợp chặt chẽ của hai quá trình nitrat hóa và khử

nitrat hóa Trong giai đoạn nitrate hóa ammonium bị oxy hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn

nitrosomonas Sau đó nitrite được oxy hóa thành nitrat bởi vi sinh vật nitrobacter Các phản

ứng sau thể hiện quá trình nitrate hóa

2 NH4+ + 3 O2 = > NO2- + 4 H+ + 2 H2O

2 NO2- + O2 = > 3 NO3-

NH4+ + 2 O2 = > NO3- + 2 H+ + H2O Trong điều kiện bán kị khí ở giai đoạn khử nitrate vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có

trong nước thải hoặc nguồn carbon (CH3OH) được bổ sung để khử nitrate thành nitơ (N2)

Nhiệt độ

Tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn nitrate hóa phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ tối ưu khoảng

300C, tuy nhiên từ 150C đến 35 0C vi khuẩn nitrate hóa vẫn thích nghi được

pH

Trong khoảng 7,5 – 8,5 là pH tối ưu cho sự hoạt động của vi khuẩn nitrate hóa nếu pH thấp hơn 6 quá trình nitrate hóa sẽ không xảy ra Vì quá trình oxy hóa ammonium thành nitrite mang tính axít

NH4 ++ 1,5 O2 → NO2- + 2H+ + H2O Nên trong nước thải luôn phải có độ kiềm vừa đủ để cân bằng với hàm lượng axít sinh ra trong quá trình nitrate hóa Theo lý thuyết cứ 1 mg N-NH4 bị oxy hóa thì tiêu thụ độ kiềm là 7,14 mgCaCO3

Kim loại nặng

Các kim loại như Cu, Zn, Cd, Ni, Pb, và Cr nhỏ hơn 5 mg/l gây ức chế quá trình nitrate hóa

Các yếu tố ảnh hưởng quá trình khử nitrate

Điều kiện thiếu oxy

Oxy cạnh tranh với nitrate trong việc nhận điện tử trong quá trình hô hấp, sự oxy hóa các chất carbon hoặc glucose giải phóng nhiều năng lượng khi có mặt oxy, do đó quá trình nitrate hóa phải tiến hành trong điều kiện thiếu oxy Quá trình khử nitrate hóa xảy ra bên trong bông bùn hoạt tính hay màng vi sinh vì thế sự hiện diện của oxy với nồng độ thấp không ảnh hưởng đến qúa trình khử nitrate hóa

Nguồn chất hữu cơ

Vi khuẩn khử nitrate phải có chất nhận điện tử để thực hiện quá trình khử nitrate Các nguồn carbon có thể sử dụng trong quá trình này như: axít acetic, axít citric, metanol, nước thải thực phẩm có chứa protein, đường, mật

3.1.2 Quá trình Anammox

Anammox là chữ viết tắt của nhóm chữ Anaerobic Ammonia Oxidation, có nghĩa là trong

điều kiện kị khí vi khuẩn Planctomycetales có thể tiêu thụ đồng thời cả N- NH3 và N- NO2 ,

và quá trình này được gọi là anammox

Hydrazine (N2H2) là chất trung gian duy nhất trong quá trình anammox, từ lâu các nhà nghiên cứu cũng đã biết rằng (N2H2) không được tạo thành trong bất cứ quá trình sinh học nào Sản phẩm của hydrazine từ hydroxylamin trong hệ thống xử lý là dấu hiệu để phát hiện ra sự hoạt động của vi khuẩn anammox Vi sinh vật oxy hóa amonium trong điều kiện hiếu khí chuyển hóa ngược hydroxylamine thành NO3 khi lượng khí cung ứng đủ, hay thành NO, hoặc N2O khi oxy không hiện diện trong hệ thống xử lý

Để chứng minh cho sự họat động của vi khuẩn anammox, một thí nghiệm đã được thực hiện như sau: khi cung cấp hydroxylamine vào hệ thống xử lý, enzyme hydrazinase chuyển hóa hydroxylamine thành hydrazine Hydrazine được hình thành và bị oxy hóa bởi hydroxyloamine- oxidoreductase (HAO) thành nitơ tự do trong khi đó 4 proton và 4 electron được giải phóng Khi nitrit hiện diện trong hệ thống, 4 electron đượcgiải phóng cùng với nitrite được chuyển hóa thành hydroxylamine bởi enzym nitrite, khi nitrite không hiện diện trong hệ thống (hoặc trong những trường hợp qui trình anammox được vận hành trong điều kiện giới hạn N-NO2) các electron được giải phóng ra khỏi hệ thống bằng cách khác Điều này thường xảy ra vì hydrazine không tỷ lệ với NH3 và N2 theo phản ứng sau:

3N2 H4 → 4NH3 + N2

Sự phân hủy của hydrazine thì chậm hơn sự hình thành của hydroxylamine vì thế hydrazine bị tích lũy trong hệ thống, hydrazine phân hủy tạo thành NH3 và N2, nồng độ NH3 cũng bị tích lũy (Wilasinee Yoochatchaval, Thailan 2004)

Hình 3.1 Tế bào anammox phân khoang (Lindsay at el., 2001)

Hình trên cho ta thấy tế bào được chia thành các ngăn đặc trưng Ngăn trong chứa enzym hydroxylamine oxyductase được gọi là anammoxosome, ngăn chính giữa chứa nucleoid và rebosome như là riboplasm, lớp ngoài cùng được đặt tên là parypolasm (Lindsay et al., 2001)

Anammoxo

HH = Hydrazine hydrolase or hydrazine forming enzyme

HAO = Hydroxylamine oxydoreductase

NIR = Nitrit reductase

Hình 3.2 Cơ chế chuyển đổi của quá trình Anammox

Anammox có thể oxy hóa amonium từ nước thải, trong điều kiên kị khí amonium được chuyển hóa thành khí nitơ và nitrite đóng vai trò như là chất nhận điện tử Hệ thống được khởi động trong điều kiện thiếu oxy sau khi cấy bùn từ bể phản ứng oxy hóa ammonia trong điều kiện kị khí Oxy được cấp vào bể phản ứng và kết quả là số lượng vi khuẩn nitrite gia tăng (Siekers) Trong điều kiện oxy bị giới hạn amonium bị oxy hóa thành nitrite bởi vi khuẩn oxy

hóa amonium hiếu khí, như là Nitrosomonas và nitrosospira (Third et al., 2001)

NH4 ++ 1,5 O2 → NO2- + 2H+ + H2O Giống như Planctomycete, vi khuẩn Anammox có thể sử dụng nitrite đã được tạo ra trong phản ứng trên Anammox là một quá trình sinh học oxy hóa amonium ở điều kiện kị khí Amonium có thể được chuyển hóa thành khí N2 với nitrite như là chất nhận điện tử

4e

5H+ Cytoplasm

Anammoxosome

Anammox là quá trình tự dưỡng, vì vậy phản ứng hoàn toàn có thể xảy ra để chuyển hóa amonium thành khí N2 mà không cần thêm vào nguồn carbon như methanol hoặc các hợp chất carbon hữu cơ khác

Lợi ích của sự kết hợp một phần quá trình nitrate hóa và quá trình anammox là chỉ sử dụng 40% oxy so với quá trình nitrate hóa cổ điển cũng như không phải bổ sung nguồn carbon (Joss et al., 2001)

- Anammox là quá trình thích hợp để khử ammonium;

- Quá trình Anammox cần được vận hành trong điều kiện nhiệt độ và pH tối ưu;

- Các loại hình bể phản ứng khác nhau có thể áp dụng cho sự chuyển đổi ammonium trong quá trình anammox;

- Có thể áp dụng cho các bể phản ứng dạng mẻ nối tiếp nhau đơn giản và ổn định với tải trọng nitơ cao 1,4 – 8,9 kgN/m3ngđ

Vi khuẩn Anammox tăng trưởng rất chậm (thời gian nhân đôi khoảng 11 ngày) Vì thế quá trình anammox cần thời gian dài để khởi động từ 105 ngày (Third 2003) đến 455 ngày (Top et

al 2002b) Giải pháp tốt hơn để nhanh chóng làm giàu sinh khối anammox là nuôi cấy sinh

Quá trình nitrat hóa và

khử nitơ truyền thống

N2

CH3OH 2O2 (100%)

NO3

C (Dalsgaard và Thamdrup, 2002)

pH

Quá trình nitrat hóa bao gồm một số bước trong đó nitrat được chuyển hóa thành khí N2, NO hoặc NO2, phụ thuộc vào loại vi khuẩn hiện diện trong mô hình và gía trị pH của nước thải Nếu pH lớn hơn 7,0 thì nồng độ NO gia tăng, vì vậy để giữ cho vi khuẩn anammox tăng trưởng ổn định thì pH nên lớn hơn 7,0 nhưng không quá 8,2 (Welander và Mattiassion, 2003)

Oxy và nitrite

Vi khuẩn anammox rất nhạy cảm đối với oxygen và nitrite, để vi khuẩn thích nghi tốt nồng

độ oxy nên nhỏ hơn 2 µM và vi khuẩn sẽ bị ức chế trong khoảng 5 – 10 mM nitrit (Jetten et al., 2001) Thuật ngữ ức chế bởi nitrite là khả năng gây độc của nồng độ nitrite lên vi sinh vật trong thời gian mô hình đang được vận hành Khả năng ức chế nitrit chế xảy ra tùy thuộc vào thời gian vận hành và nồng độ nitrite Trong thời gian đầu vận hành mô hình vi sinh vật có thể

bị ức chế ngay cả khi nồng độ nitrite thấp, nhưng sau một thời gian dài vận hành vi sinh vật mới có thể thích nghi với môi trường có nồng độ nitrite thấp và sẽ bị ức chế khi mà nồng độ nitrite tăng cao hơn

Các yêu tố khác

Acetylene và phosphate cũng là những yếu tố ức chế mạnh đến hoạt tính của amnammox (Van de Graaf et al., 1996)

Kết hợp quá trình Sharon và Anammox

Gần đây, cả hai quá trình sharon và anammox được kết hợp để xử lý các hợp chất nitơ, trong quá trình sharon các vi khuẩn chuyển hóa một phần ammonium thành nitrite và tiếp theo đó quá trình anammox sẽ chuyển hoá ammonium và nitrite thành khí N2 trong điều kiện kị khí bởi vi khuẩn tự dưỡng Với sự kết hợp giữa quá trình sharon và anammox, nồng độ nitơ đầu

ra thấp, trong khi đó chi phí cho quá trình hiếu khí giảm đi rất nhiều, không cần bổ sung nguồn carbon và lượng bùn sinh ra rất ít, mang lại nhiều lợi ích kinh tế