Xây dựng mô hình bể hoạt động theo mẻ (SBR) nghiên cứu xử lý nước rỉ rác của bãi chôn lấp đá mài, tân cương, thái nguyên đã được xử lý bằng phương pháp ozon hoá

2 HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành:Hóa Công nghệ Môi trường Người hướng dẫn khoa học: TS... 5 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT SBR Sequencing Batch Reacto B sinh h c h

1

HÓA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa Công nghệ Môi trường

HÀ NỘI, 2014

2

HÓA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành:Hóa Công nghệ Môi trường

Người hướng dẫn khoa học:

TS Trịnh Văn Tuyên

HÀ NỘI, 2014

3

LỜI CẢM ƠN

V ế TS Trịnh Văn Tuyên – V V – V Hàn lâm

K V N ế

ề

Em ThS Văn Hữu Tập – K K

M T – T K – T N

Em

V N M T

V

Em K H H

ề ề ế

ề ế

ế

c K

t n n m

S

Nguy n Thị Do n

4

LỜI CAM ĐOAN

Em xin

TS Trịnh Văn Tuyên

ế nhân em ế

M ề ế

S

Nguy n Thị Do n

5

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

SBR (Sequencing Batch Reacto) B sinh h c ho ng theo mẻ

6

DANH MỤC HÌNH

H nh S ề

T 11

Hình 1.2: S công ngh x c rác c a BCL Gò Cát 13

Hình1.3: S mặt bằng chôn l M T T

Nguyên 17

Hình 1.4: S chuy n hóa v t ch t h nhiên 18

Hình 1.5: S tổng quát quá trình chuy n hóa ch t bẩn trong công trình x c th i bằ ều ki n hiếu khí 19

Hình 1.6: S cân bằng BOD trong h th ng x c th i bằ

pháp sinh h c hiếu khí 20

Hình 1.7: n ho ng c a b SBR 22

Hình 2.1: Thiết b ozon dùng trong x c th i 32

Hình 2.2: S quá trình x lý hiếu khí 33

Hình 2.3: S quá trình x lý hiếu khí-thiếu khí gián n trong phòng thí nghi m 34

Hình 2.4: Mô hình thí nghi m 35

Hình 3.1: S biến thiên n N-NH4+ và hi u su t theo th i gian trong mô hình hiếu khí SBR-1, SBR-2 40

Hình 3.2: S biến thiên n CODvà hi u su t theo th i gian trong mô hình hiếu khí SBR-1, SBR-2 42

Hình 3.3: Hi u qu x lý COD phụ thu c vào t l th i gian c a chu kỳ hiếukhí/thiếu khí (2:1 và 3:1) v i t l COD:N=2,5 47

Hình 3.4: Hi u qu x lý COD phụ thu c vào t l th i gian c a chu kỳ hiếu khí/thiếu khí (2:1 và 3:1) v i t l COD:N=5,6 48

Hình 3.5: O ều ki n th i gian c a chu kỳ hiếu khí/thiếu khí (2:1 và 3:1) v i t l COD/N=2,5 49

Hình 3.6: O ều ki n th i gian c a chu kỳ hiếu khí/thiếu khí (2:1 và 3:1) v i t l COD/N=5,6 50

7

DANH MỤC BẢNG

Bảng ề ặ

[5]: 5

Bảng 1.2: Thành ph c ri rác m 6

Bảng 2.1: ều ki n quá trình oxy hóa – x lý hiếu khí 35

Bảng 2.2: ều ki n quá trình x n 35

Bảng 3.1: Thành ph c r rác t i bãi chôn l M 36

Bảng 3.2: Ả ng c a ch t keo tụ ến hi u su t x lý COD và NH4+ 37

Bảng 3.3: Ả ng c z ến hi u xu t x lý COD, NH4+ 38

Bảng 3.4: S biến thiên thành ph n c c r rác trong b hiếu khí theo th i gian 39

Bảng 3.5: S ổi thành ph c r rác ều ki n hiếu khí/thiếu khí theo th i gian (2:1) 43

Bảng 3.6: S ổi thành ph c r rác ều ki n hiếu khí/thiếu khí theo th i gian (3:1) 44

Bảng 3.7: Tỷ l gi a NO3-/NO2- n x lý hiếu khí 45

Bảng 3.8: T l ∆ O /∆N ều ki n thí nghi m khác nhau 46

8

MỤC LỤC

MỞ ẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VẤN Ề NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về n c r rác 3

1.1.1 S hình thành n c r rác 3

1.1.2 Phân lo i n c rác 4

1.1.3 Thành ph n và tính ch t n c r rác 4

1.1.4 Các yếu t nh h ến thành ph n tính ch t n c r rác 5

1.2 Các ph ng pháp x lý n c r rác 7

1.2.1 Hi n tr ng x lý n c r rác n c ngoài 8

1.2.2 Hi n tr ng x lý n c r rác Vi t Nam 11

1.3 Bãi chôn l p rác th M T ng, Thái Nguyên 13

1.3.1 V trí bãi chôn l p 13

1 3 2 ều ki n t nhiên t i bãi chôn l p 14

1.3.3 C s v t ch t kỹ thu t 15

1.3.4 Quá trình v n hành bãi chôn l p 15

1.3.5 H th ng x lý n c r rác 16

1.4 Phân tích và l a ch n ph ng pháp x lý sinh h c 17

1.4.1 Nguyên t c chung về x lý n c th i bằng ph ng pháp sinh h c 17

1.4.2 Quá trình x lý n c th i bằng ph ng pháp sinh h ều ki n hiếu khí nhân t o 18

1.4.2.1 Nguyên t c 18

1.4.2.2 Phân lo i các lo i h th ng x c th i bằng bùn ho t tính theo th ng h c trong h th ng 21

1.4.3 Aerotank ho n t ng mẻ - SBR 22

1.4.3.1 Nguyên t t ho ng 22

1 4 3 2 n trong m t b SBR 23

9

1.4.3.3 Các quá trình di n ra trong b SBR 22

CHƯƠNG 2 27

ỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Ph m vi nghiên c u 27

2 2 i t ng nghiên c u 27

2.3 N i dung nghiên c u 27

2.4 Ph ng pháp nghiên c u 27

2.4.1 Ph ng pháp tài li u 27

2 4 2 ều tra kh o sát hi n tr ng qu n lý bãi chôn l M T C ng, Thái Nguyên 28

2.4.3 Ph ng pháp phân tích 28

2.4.4 Ph ng pháp th c nghi m 31

2.4.4.1 Tiền x c r rác bằ ụ và ozon 31

2.4.4.2 X c r rác bằng b sinh h c ho ng theo mẻ SBR 32 CHƯƠNG 3 36

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Tiền x lý bằng keo tụ và ozon 36

3.1.1 Tiền x lý bằng keo tụ 36

3.1.2 Tiền x lý bằng ozon 37

3.2 Quá trình x lý hiếu khí 38

3.2.1 Ảnh h ng c a n u 39

3.2.2 T oxy hóa amoni thành nitrit, nitrat 40

3.2.3 Ảnh h ng c H ến quá trình nitrat hóa 41

3.2.4 Ảnh h ng c a n O u và th i gian l u t i hi u qu x lý COD 42

3.3 Quá trình x lý hiếu khí – thiếu khí trong thiết b SBR 42

3.3.1 S hình thành Nitrit, Nitrat 44

3.3.2 Hi u qu x lý tổng nit 46

3.3.3 Kh ă lý COD 47

10

3.3.4 Kh ă 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

Kết lu n 51

Kiến ngh 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

PHỤ LỤC

1

MỞ ĐẦU

 Sự cần thiết củ đề tài

Hi nh mẽ c vào th i kì công nghi p hóa,

hi i hóa Bên c nh s phát tri t b c c a nền kinh tế nói chung và

công nghi p nói riêng thì v ề ô nhi ề

ng ến s phát tri n bền v ng L ng ch t th i r n ă

m ô nhi m ngày càng nghiêm tr T t th i r n có thành ph n, tính ch t ph c t p, gây ô nhi m ng c, không khí xung quanh khu v ổ th ặc bi c r rác sinh ra t các bãi chôn l p ch t th i r n có n ch t ô nhi m r c n ph i có bi n phát x lý thích h p, nhằm gi m thi u ng ch t ô nhi m th ng nhằm b o v ng T ế

V N ổ ế

T

é ề ặ

ẽ

ẩ

: O2, CH4… T V N ế ề

: N S (S S H N ) G H M M T T N …

N ề

ỳ O O … ế

ẽ ặ

V ế ế ề

2

ề ĩ

é V N

ế

ă M

ề T

, ế r

H ẻ (S R)

ế ụ ế V ề

“ ẻ (S R) rác M T T N ằ ozon ” ụ ề tài này  Mụ đí h ủ đề tài T ế quá ằ

M T T N T

ế

Nên mụ ề

M T

T N ẽ

3

CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng qu n về nướ rỉ rá

1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác

N c r rác là s n phẩm c a quá trình phân h y ch t th i b i quá trình

lý, hóa, sinh h c di n ra trong lòng bãi chôn l p, th m qua l p rác, kéo theo các ch t ô nhi m t rác ch y vào t i bãi chôn l N c r rác là

lo ng b ô nhi m nặng b i các ch t nguy h i nên thành ph n hóa

h c c c r t khác nhau và phụ thu c vào thành ph

i gian chôn l p

Q c r rác b u t ến kh ă

gi c hoặc b c Tro ă c c a ch t th i r n

là tổ c có th l u l i s tác dụng tr ng l c quan tr ng trong vi nh s c r rác Kh

ă c phụ thu c vào tr ng thái b nén c a rác và vi c phân h y ch t

th i trong bãi chôn l p

Hi n nay vi c áp dụng các bãi chôn l p h p v sinh r t phổ biế i

v i các bãi chôn l p này có lót ằng v t li u ch ng th m bằ t sét hoặc l p m ng polyme HDPE, có h th c mặt, có h th ng thu

4

gom và x lý do v c rác các bãi chôn l p không áp dụ p h p v sinh

L ụ :

- ều ki ng, th ă a ch t c a bãi rác, nh t là khí h ế c rác sinh ra

- N c rác phát sinh t các bãi chôn l a hoặc ng ng

ho ng, thành ph n tính ch t lo c rác này phụ thu c vào th phân h y các thành ph n h

- N c rác phát sinh t các bãi chôn l ng hoặc ng ng

5

trong bãi chôn l p ch yếu do ho ng c a các vi sinh v t s dụng các ch t

h ch t th i r n làm ngu ng cho ho ng s ng c a chúng

Các vi sinh v t tham gia vào quá trình phân gi i trong bãi chôn l p

c chia thành các nhóm ch yếu sau:

- Các vi sinh v ẩm: Phát tri n m nh nhi 0-200C

- Các vi sinh v m: Phát tri n m nh nhi 20-400C

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác

R c chôn trong bãi chôn l p ch u hàng lo t các biế ổi lý, hóa, sinh cùng lúc x y ra Thành ph n ch t ô nhi c r rác phụ thu c vào nhiều các yếu t : n ch t th i r ẩm, th i gian chôn l p, chiều sâu bãi chôn l p …Ta sẽ l c xét qua các yếu t chính ng

ến thành ph n và tính ch c r rác :

6

a, Th i gian chôn l p

Tính ch ổi theo th i gian chôn l p Nhiều nghiên

c u cho th y rằng n các ch t ô nhi c r rác là m t hàm theo

th i gian Theo th i gian n các ch t ô nhi c r rác gi m

d n

Bảng 1.2: Thành ph c r rác m c r

pH nghiêng về tính axit pH trung tính hoặc kiềm

(Ngu n: Tchobanoglous và c ng sự 1993)

b, Thành ph n và các bi n pháp x lý s b ch t th i r n

Rõ ràng thành ph n ch t th i r n là yếu t quan tr ng nh ến tính ch t n c r K h n ng trong bãi chôn l p di n ra thì ch t th i

ă phân h y rác so v i khi không nghiền nh Tuy nhiên, sau

m t th i gian dài thì tổng l ng ch t ô nhi m b trôi ra t ch t th i r n là nh nhau b t k c x lý s b hay không

7

c, Chiều sâu bãi chôn l p

Nhiều nghiên c u cho th y rằng bãi chôn l p có chiều sâu chôn l p càng

l n thì n ch t ô nhi m càng cao và bãi rác càng sâu thì c n nhiều n c

t tr ng thái bão hòa, c n nhiều th phân h y quá trình phân h y sẽ x y ra hoàn toàn h c r rác ch a m t hàm l ng l n các ch t ô nhi m

d, ẩm rác và nhi

ẩm và nhi là m t trong nh ng yếu t quyế nh th i gian hình

c r rác nhanh hay ch ẩ c r rác

sẽ ng th i thì nhi càng cao thì ph n ng phân h y ch t th i r n trong bãi chôn l p càng di

- Xây d ng h th ă m xu ng bãi chôn l p

- Xây d ng h th ng ch c r rác rò r ra ngoài

- Xây d ng h th ng ng t p t c có ch ng

- Phát tri n công ngh x c r rác

Hi t nhiều công ngh x c th c ng dụng trong th c ti n N c áp dụng trong x c r rác sinh

- P : ụ, h p phụ ổi ion, oxy hóa, kết

t pháp màng l c, l ng

8

- P c: x lý vi sinh yếm khí, hiếu khí, và thiếu khí và các tổ h p c a chúng

V mang tính sinh v t h

ổ t tính, thông khí (aeration) tiếp xúc, tháp l c sinh h c, x lý ằ ặc bi t

g n sang công n lo i b T c r rác có n ng cao và c tính nhiều, do ph i duy trì s c ch a l n nên tiêu t n

t x lý v i quy mô l n và sau kho ng th i gian nh m là

ch ă a ph n x lý tính kh khí gi m

P lý mang tính v t lý hóa h c v : keo tụ, ozon hóa l c cát, h p phụ than ho t tính, oxi hóa Fenton, phân ly màng V c ch yế ết t a

F n kém và c n chú ý v n hành

V t lý ch yếu là s dụ ẩm th c (R/O: R O M ) u qu

c ế c m c c khi x nhằm

ă a tích tụ bẩn do các ch

mang l i tính kinh tế trong quá trình x c r rác c n

ph i biết cách kết h p gi lý mang tính sinh v t h c v i

9

ế ặ ế (

…)

N ế

ế

ổ ụ ă

P ụ Mỹ… ă 9 a ế ỷ 2 ế

a, X Mỹ T Q (Mỹ) :

-

- ặ ế

ẽ

ề ế

i

- X

ă ề ĩ ẩ

ế c - X ặ

- X

- L ổ

T ặ ẽ ế

ụ ụ ặ ặ

K ụ ụ

10

ẩ “S ” O 28 1992

X ổ ế O (Mỹ) :

sutte (Corvallis Oregen), Rivebend (Yamhill Country) b X N

T K (TSK) -

- ụ ế : ế ĩ ụ ế

ế ă (

)

- T : S ụ ỹ ẩ ặ ẩ - Kỹ ụ ế ( ế

)

 H K :

- ế

ặ

- ( ế ĩ

)

- K ế ế (

nitrat) - T ụ ụ (III)

ụ é

- ế ă

ng

11

ề ằ

Q VN 5495 - 2 5

ế c

T ề

ỵ ế

N ề K NH3 K ụ

Q

H ụ

X

12

- P lý bằng màng l c (Công ty Vermeer, Hà Lan)

- P lý sinh h (T ng Centema)

- P c kế l c màng (Trung tâm ECO)

13

Bãi chôn l M T Thái Nguyên nằm trong vùng thung

n núi bao quanh t o thành nh ng ô chôn l p ch t th i r n

14

M T ằm cách trung tâm thành ph Thái Nguyên 20km về phía Tây Nam c a thành ph 3 c xã Tân ành ph Thái Nguyên

M ổng di n tích 25ha, ô ch u tiên có di n tích 2ha, th i gian s dụng kho ng 18-22 ă M c kh o sát nghiên c u và xây d ă 2 a nhóm chuyên gia xây d ng Vi t Nam

M c T Thái Nguyên chia thành

nh ng ô ch c bao b c b i các dãy núi thu c Bãi rác

c thiết kế theo quy trình bãi chôn l p h p v sinh Tháng 12/2001, ô ch a

u tiên c dụng, t ến nay ô ch a rác tiếp nh n

và x lý toàn b c c a công ty qu Thái

N a bàn thành ph Thái Nguyên Trong nh ă 2001 –

1.3.2 Điều kiện tự nhiên tại bãi chôn lấp

Về a ch t, ch yếu là l c bao quanh b i nh ng dãy núi

i bằng kho ng gi c

d S n núi d c d n về 3 mặ -Tây-Nam Khu

v é n cho vi c x m bãi chôn

l p rác

Khí h u, l nh, khô về ề ẩm cao Bãi chôn l p cách ngu c mặ 1 c ng i sâu

V c (mùa l ) ( )

15

1.3.3 Cơ sở vật chất kỹ thuật

ng vào bãi chôn l p c xây d ng kiên c d i nh ng

t i t n ô chôn l p và khu x c r t rác th i y tế H th n chiế c l ặt quanh khu v c bãi chôn l ều hành t i bãi chôn l p, khu x c r t ch t th i y tế H th n

c mặ c xây d ng quanh ô chôn l p nhằ ng

y t i núi xu c ph lên bề mặt l p v a kỹ thu t (v i PVC) nhằm ch ng thẩ c r rác Thiết

b phục vụ bãi chôn l p có máy i bánh xích, thiết b c thiết kế ặc

bi san t hi u qu ng, xây d ng bãi chôn l p Máy i bánh xích di chuy n d ều ki t l y, tuy nhiên thiết b này không có l i trong vi m nén rác

1.3.4 Quá trình vận hành bãi chôn lấp

M T chôn l ng rác thu gom c a thành ph Rác th i sẽ c chôn l ch a,

ổ rác b u t ( a rác) và kết thúc h tránh c

R ổ t xe ép rác xu ng, công nhân có nhi m vụ phun thu c vi

di t ru m b R ổ 3 máy i bánh xích ng ph n th L ổ

ho 6 c ph m t l t lên trên bề mặ t ph bề

mặ c tr t ến

Rác th i y tế c v n chuy n riêng t L

x t bằng d ều khi n bằ t b o ôn M i mẻ

c kho ng 1 t ến 1,2 t ch t th i trong kho ng th i gian g n 3 gi

S p vào khu v c riêng thu c BCL

16

d n ch y về T c thiết kế

c rác, t c ch y về ng d n chính, ch y ra ngoài thành ô chôn l p theo ng d n về b ch a

17

Hình1.3: S mặt bằng chôn l p M T T

Nguyên

1.4 Phân tí h và lự họn phương pháp xử lý sinh họ

1 4.1 Nguyên tắc chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

18

Vi c x lý c th i có th s dụng nhiều thu c vào tính ch t c c th i và trang thiết b x T i ta c

g ng t o ra nh ều ki ng cho các quá trình phân h y t nhiên

Nh ng s n phẩm c a các ch t h phân h y có th s dụng

ă ẩn S ổi do chúng gây nên trong các quá trình oxy hóa r ĩ a

ch t h nhiên Cacbon và nito là hai yếu t quan tr ng trong chu trình tu n hoàn các ch t h

Quá trình phân h y có th di i d ng mô t c a hình 1.4

Hình 1.4: S chuy n hóa v t ch t h nhiên

1.4.2 Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều

kiện hiếu khí nhân tạo

1.4.2.1 uyên tắc

K c th i vào b ph n ng bằ c trong

ều ki n hiếu khí, các ch t bẩn tr ng thái hòa tan, keo, không hòa tan phân

19

tán nh sẽ h p phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩ S c chuy n hóa

và phân h y nh vi khuẩn Quá trình này g n sau:

 Khếch tán, chuy n d ch và h p thụ ch t bẩn t c lên bề mặt tế bào vi khuẩn

 Oxy hóa ngo i bào và v n chuy n các ch t bẩn h p phụ c qua màng tế bào vi khuẩn

 Chuy n hóa các ch t h ă ng, tổng h p sinh

kh i t ch t h ng khác bên trong tế bào vi khuẩn

S chuy n hóa các ch t h ( ặc tr ng bằng BOD) và các ch t dinh

ng nh vi khuẩn hiế c bi u di n trên hình 1.5

Hình 1.5: S tổng quát quá trình chuy n hóa ch t bẩn trong công trình x

20

gi ă ng hoặc tổng h p thành tế bào ch t Sinh

kh i vi sinh v t sẽ ă T ều ki n thiếu ngu ng, tế bào

ch t l i b oxy hóa n t ă ng c n thiết cho ho ng s ng

Vi khuẩn chuy n hóa các ch t th i h

Vi khuẩn COHN(v t ch t h ) + O2 + ch ng CO2 + NH3 + C5H7NO2(tế bào m i) + nh ng s n phẩm cu i cùng

- G1: ng BOD h p phụ trên bề mặt tế bào vi khuẩn

- G2: ph O c v n chuy n vào bên trong màng tế bào vi khuẩn

- G3: ph n BOD oxy hóa n i bào

- G4: ph O c tổng h p thành sinh kh i tế bào

- G5: ph n BOD oxy hóa n i bào

21

M ng hiếu khí trong b ph n c t o ra bằ không khí vào bằ c, nó có th ch ng h n h p trong m t chế hòa tan hoàn toàn Sau m t th i gian nh nh, h n h p tế bào m

c chuy n vào b l ng T ng tế c tách ra kh c sau

1.4.2.2 P ân loạ c c loạ ệ t ốn xử lý nước t ả bằn bùn oạt tín t eo

t ủy đ n ọc tron ệ t ốn

 Aerotank ho n t ng mẻ (Sequencing Batch Reactor – SBR): trong h th ng này bùn ho c ho ng t i ch theo chu trình: tr n v c th i, h p phụ và oxy hóa ch t h u ng

22

1.4.3 Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ - SBR

1.4.3.1 uyên tắc oạt đ n

Aerotank ho n theo mẻ - SBR là m t d ng công trình

x lý sinh h c th i bằng bùn ho n t di n ra các quá trình thổi khí, l ng bùn và g c th i

1.4.3.2 c a đoạn tron m t bể

n ho ng di n ra trong m ă bao g : y

c th i, thổ l ĩ c th i và c mô t hình 1.7

n này c n tiến hành thí nghi ki m soát các thông s u vào