ĐÁNH GIÁ và đề XUẤT GIẢI PHÁP cải tạo hệ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ CỦA BÃI RÁC SÓC VỒ SÓC TRĂNG

 Ảnh hưởng của thành phần đất phủ bãi chôn lấp đến độ cứng của nước rỉ rác Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Trung Việt 2003 đã đưa ra những kết luận sau: Độ cứng nói chung, canxi nói

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO HỆ THỐNG

XỬ LÝ NƯỚC RỈ CỦA BÃI RÁC SÓC VỒ - SÓC TRĂNG

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2015

LỜI CẢM TẠ

Kết thúc cho một quá trình học tập trên giảng đường đại học là luận văn tốt nghiệp Luận văn có vai trò quan trọng: giúp chúng tôi tổng kết, củng cố kiến thức chuyên ngành, rèn luyện các kỹ năng thiết kế mô hình, kỹ năng phân tích trong phòng thí nghiệm, kỹ năng viết bài nghiên cứu và kỹ năng làm việc nhóm

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài “Đánh giá và đề xuất giải pháp cải tạo hệ thống

xử lý nước rỉ của bãi rác Sóc Vồ - Sóc Trăng” do thầy Nguyễn Xuân Hoàng hướng

dẫn Chúng tôi đã học hỏi được nhiều kinh nghiệm quí báu từ Thầy như cách lựa chọn tài liệu, sắp xếp thời gian, tính trách nhiệm và kỷ luật Những kinh nghiệm này giúp chúng tôi tự tin hơn, vững chắc và trưởng thành hơn trong con đường học tập và làm việc sau

này

Để có thể hoàn thành đề tài, ngoài sự cố gắng của bản thân, chúng tôi còn nhận được rất nhiều sự động viên, khích lệ từ nhiều phía

Đầu tiên, chúng con xin gửi lòng biết ơn Cha mẹ và người thân trong gia đình đã ủng hộ

cả về mặt vật chất lẫn tinh thần, luôn quan tâm và động viên con trong những lúc chúng con gặp khó khăn

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Kỹ thuật môi trường đã hỗ trợ và giúp đỡ chúng em trong thời gian vừa qua, đặc biệt là thầy Việt, thầy Toản, thầy Thành, cô Vân Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban lãnh đạo Công ty TNHH MTV Công Trình Đô Thị Tỉnh Sóc Trăng, đặc biệt là ông Đậu Đức Hiển và anh Thái Bình Khuôl đã tận tình giúp

đỡ, tạo điều kiện cho chúng em tiếp cận lấy mẫu, khảo sát và hỗ trợ cho công tác vận chuyển và phân tích mẫu

Cuối cùng, cảm ơn bạn bè và tập thể lớp Kỹ thuật môi trường K38 đã chia sẻ, giúp đỡ và động viên chúng tôi

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do còn kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện

đề tài tương đối ngắn nên chắc chắn không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được những

ý kiến đóng góp từ phía quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015

Nguyễn Cẩm Đỉnh Nguyễn Bảo Lời

MỤC LỤC

MỤC LỤC……….i

DANH SÁCH BẢNG……… iii

DANH SÁCH HÌNH………iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT……… vi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2

1.2.1 Mục tiêu chung 2

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 2

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC RỈ TỪ RÁC 3

2.1.1 Định nghĩa nước rỉ từ rác 3

2.1.2 Quá trình hình thành nước rỉ từ rác 3

2.1.3 Thành phần hóa lý của nước rỉ từ rác 3

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đén thành phần của nước rỉ từ rác 4

2.1.5 Các công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam 7

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC 8

2.2.1 Tổng quan về phương pháp keo tụ tạo bông 9

2.2.2 Sơ lược về bể bùn hoạt tính 19

2.2.3 Sơ lược về thiết kế bể UASB 26

2.2.4 Sơ lược về quá trình lắng và bể lắng 28

2.3 TỔNG QUAN VỀ BÃI RÁC SÓC VỒ - SÓC TRĂNG 29

2.3.1 Đặt trưng khí hậu 29

2.3.2 Đặc điểm chế độ thủy văn tỉnh Sóc Trăng 30

2.3.3 Đặt điểm kinh tế, xã hội 31

2.3.4 Một số biện pháp xử lý tại bãi rác phường 7 31

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 32

3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN 32

3.2 ĐỐI TƯỢNG THÍ NGHIỆM 32

3.2.1 Nước rỉ từ rác 32

3.2.2 Bùn hoạt tính 33

3.2.3 Bùn yếm khí 33

3.3 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 33

3.3.1 Hóa chất 33

3.3.2 Phương tiện thí nghiệm 33

3.4 CÁC CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP 40

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN 42

4.1 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ HIỆN HỮU 42

4.1.1 Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào 42

4.1.2 Đánh giá công nghệ và hệ thống xử lý nước thải nước thải hiện hữu 43

4.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TIẾN HỆ THỐNG 45

4.2.1 Thí nghiệm 1: Thí nghiệm mô hình kiểm chứng qui mô phòng thí nghiệm 45

4.2.2 Đề xuất quy trình công nghệ cải tiến 50

4.3 THÍ NGHIỆM 2: MÔ HÌNH CẢI TIẾN QUI MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM 56

4.3.1 Thí nghiệm định hướng 1: xác định liều lượng các chất keo tụ trong khoảng chất keo tụ từ 1300 – 1500 mg/L trên thiết bị Jartest (với tỉ lệ PAC:Vôi = 1:1) 56

4.3.2 Thí nghiệm định hướng 2: xác định liều lượng các chất keo tụ trong khoảng chất keo tụ từ 500 – 900 mg/L trên thiết bị Jartest 57

4.3.3 Thí nghiệm vận hành trên mô hình bể keo tụ - BBHT- Bể lắng – Bể lọc 58

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI THEO QUI TRÌNH CẢI TIẾN 64

5.1 BỂ KEO TỤ - TẠO BÔNG VÀ LẮNG 65

5.2 BỂ BÙN HOẠT TÍNH 68

5.3 BỂ LẮNG THỨ CẤP 75

5.4 BỂ LỌC CÁT 78

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

6.1 KẾT LUẬN 79

6.2 KIẾN NGHỊ 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 1 83

PHỤ LỤC 2 90

PHỤ LỤC 3 93

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất của nước rỉ rác từ các bãi

chôn lấp mới và lâu năm 4

Bảng 2.2 Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình keo tụ 11

Bảng 2.3 Ưu và nhược điểm của các chất keo tụ 13

Bảng 2.4 Liều lượng chất keo tụ ứng với các liều lượng khác nhau của các tạp chất

nước thải 14

Bảng 2.5 So sánh hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm có và không sử dụng hóa chất 19

Bảng 2.6 Thời gian tồn lưu nước của một số loại bể bùn hoạt tính 23

Bảng 2.7 Tải nạp COD cho bể UASB (ở 30oC) để đạt hiệu quả xử lý 85 – 95% 27

Bảng 2.8 Vận tốc nước đi lên và chiều cao của bể UASB 28

Bảng 2.9 Thành phần chất thải rắn tại thành phố Sóc Trăng 29

Bảng 3.1 Các phương pháp và phương tiện nghiên cứu 40

Bảng 4.1 Bảng nhận xét và đánh giá hệ thống xử lý nước rỉ hiện hữu 44

Bảng 4.2 Các chỉ tiêu phân tích đầu vào, đầu ra của thí nghiệm 1 46

Bảng 4.3 Phân tích ưu điểm và nhược điểm của các qui trình công nghệ 54

Bảng 4.4 Điểm số và gia trọng của từng qui trình công nghệ 55

Bảng 4.5 Các chỉ tiêu phân tích đầu vào, đầu ra của thí nghiệm 2 58

Bảng 4.6 Chi phí hóa chất xử lý nước rỉ từ rác bằng keo tụ 63

Bảng 5.1 Các thông số đầu vào bể bùn hoạt tính 68

Bảng 5.2 Các thông số động lực học của quá trình nitrat hóa 69

trong môi trường bùn hoạt tính lơ lửng ở 200C 69

Bảng 5.3 Các giá trị nạp tiêu biểu để thiết kế bể bùn hoạt tính theo kiểu

truyền thống 69

Bảng 5.4 Các thông số tham khảo để thiết kế bể lắng thứ cấp 75

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ Công nghệ xử lý nước rỉ từ rác cho bãi chôn lấp Nam Sơn- Hà Nội,

Thành Phố Hạ Long và Thành Phố Đà Nẵng 7

Hình 2.2 Sơ đồ Công nghệ xử lý nước rỉ từ rác ở khu liên hiệp xử lý chất thải rắn Tây Bắc- TP Hồ Chí Minh 8

Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu nước thải 32

Hình 3.2 Mô hình bể bùn hoạt tính thí nghiệm 1 34

Hình 3.3 Mô hình bể lắng thí nghiệm 1 35

Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm trên Jartester 36

Hình 3.5 Mô hình bể keo tụ-tạo bông và lắng thí nghiệm 2 37

Hình 3.6 Mô hình bể bùn hoạt tính thí nghiệm 2 38

Hình 3.7 Mô hình bể lắng thí nghiệm 2 39

Hình 3.8 Mô hình bể lọc thí nghiệm 2 39

Hình 4.1 Sơ đồ công nghệ của hệ thống hiện tại 43

Hình 4.2 Kế hoạch các bước thực hiện 45

Hình 4.3 Nồng độ COD, BOD5, SS (mg/L) đầu vào và đầu ra thí nghiệm 1 47

Hình 4.4 Nồng độ N tổng, N-NH3, P tổng (mg/L) đầu vào và đầu ra thí nghiệm 1 48

Hình 4.5 Nồng độ Cu (mg/L) đầu vào và đầu ra thí nghiệm 1 49

Hình 4.6 Nước thải đầu vào và đầu ra của thí nghiệm 1 50

Hình 4.7 Quy trình công nghệ 1 51

Hình 4.8 Qui trinh công nghệ 2 52

Hình 4.9 Qui trình công nghệ 3 53

Hình 4.10 Độ đục và pH của nước rỉ sau khi keo tụ với các liều lượng chất keo tụ

từ 1300 – 1700 mg/L 56

Hình 4.11 Độ đục và pH của nước rỉ sau khi keo tụ với liều lượng chất keo tụ từ 500-900 mg/L 57

Hình 4.12 Nồng độ COD, BOD5, SS (mg/L) đầu vào và đầu ra thí nghiệm 2 59

Hình 4.13 Nồng độ N tổng, N-NH3, P tổng (mg/L) đầu vào và đầu ra thí nghiệm 2 60

Hình 4.14 Nồng độ Cu (mg/L) đầu vào và đầu ra thí nghiệm 2 61

Hình 4.15 Chất lượng nước thải sau xử lý của thí nghiệm 2 62

Hình 5.1 Qui trình công nghệ cải tiến 64

Hình 5.2 Mặt cắt bể lắng thứ cấp 77

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa

COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học

MLVSS Mixed Liqouz Volatile

Suspended Solids

Hàm lượng vật chất rắn bay hơi

RBC Rotating Biological Contactor Đĩa tiếp xúc sinh học

TSS Total Suspended Soild Tổng các chất rắn lơ lững

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong xu thế phát triển kinh tế xã hội, với tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng và sự phát

triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, dịch vụ, du lịch,…kéo theo mức sống của

con người cũng được nâng cao và nhu cầu của con người ngày càng thay đổi Hệ quả

của sự phát triển ấy là một loạt các vấn đề về môi trường như trái đất nóng lên, ô nhiễm

không khí, ô nhiễm nguồn nước, mực nước biển dâng hay biến đổi khí hậu, ô nhiễm do

chất thải rắn,… một trong những vấn đề đáng quan tâm nhất đó là tình trạng chất thải

rắn của đô thị phát sinh ngày càng nhiều và ngày càng khó kiểm soát

Các chất thải rắn rất đa dạng về thành phần và tính chất, nếu không được xử lý tốt sẽ là

mầm mống gây bệnh ảnh hưởng đến sức khỏe người dân, gây mất mỹ quan đô thị, ô

nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến kinh tế-xã hội Theo báo cáo hiện trạng môi trường

tỉnh Sóc Trăng (2009), số lượng chất thải rắn sinh ra hàng ngày tại thành phố Sóc

Trăng là 122,25 tấn/ngày Cũng trong báo cáo này dự báo lượng chất thải rắn sẽ có

nhiều thay đổi, ước tính tăng thêm khoảng 60% mỗi năm Dự báo này cho thấy chi phí

cho việc xử lý và diện tích cần thiết của những bãi chôn lấp hợp vệ sinh sẽ tương đối

lớn

Bãi rác Sóc Trăng là một bãi rác lớn có diện tích 5ha và được đặt cách trung tâm thành

phố Sóc Trăng 3 km Tất cả lượng chất thải rắn phát sinh của thành phố đều được xử lý

bằng phương pháp chôn lấp tại đây Trong quá trình chôn lấp rác, một lượng nước rỉ từ

rác được sinh ra và cần được xử lý Do bãi rác sử dụng công nghệ chôn lấp cũ nên việc

xử lý nước rỉ chưa hoàn chỉnh Mặc dù, Công ty TNHH MTV Công trình đô thị Sóc

Trăng đã đầu tư và xây dựng trạm xử lý nước rỉ rác cho bãi rác Sóc Vồ do vào năm

2013 với công suất 80 m3/ngày.đêm Nhưng sau hơn 1 năm đưa vào hoạt động trạm xử

lý gặp một số sự cố như bể xử lý lồng quay sinh học bị hư hỏng trục quay và được

chuyển sang sử dụng bể bùn hoạt tính, nhưng một số chỉ tiêu nước thải đầu ra của trạm

xử lý vẫn chưa đạt như BOD5, COD và màu nước rỉ vẫn còn màu khá đậm Nước rỉ rác

do bãi rác sinh ra đã và đang làm ảnh hưởng đến sức khỏe, sinh hoạt và sản suất của

người dân xung quanh khu vực bãi rác Mặc dù bãi rác có hệ thống xử lý nước rỉ nhưng

do các sự cố trong việc vận hành hệ thống nên nước thải đầu ra chưa đủ tiêu chuẩn để

xả thải ra ngoài môi trường Vì thế, vấn đề này đang gây áp lực cho Ban quản lý bãi rác

và gây ra sự lo lắng của người dân trong khu vực xung quanh

Trước thực trạng trên việc cải tạo trạm xử lý là một vấn đề cần thiết và quan

trọng Vì vậỵ, đề tài “Đánh giá và đề xuất giải pháp cải tạo hệ thống xử lý nước rỉ

của bãi rác Sóc Vồ - Sóc Trăng” nhằm tìm ra phương án tối ưu cho việc xử lý nước

rỉ tại bãi rác Sóc Vồ đạt tiêu chuẩn cho phép, góp phần vào việc bảo vệ môi trường

của khu vực kênh Maspero

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1.2.1 Mục tiêu chung

Thiết kế và cải tạo lại hệ thống xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Sóc Vồ - Sóc Trăng,

công suất 80 m3/ngày.đêm đạt cột B1 QCVN 25: 2009/BTNMT về nước thải của bãi

chôn lấp chất thải rắn

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

- Khảo sát và đánh giá hiện trạng của hệ thống xử lý hiện tại

- Đánh giá hiệu quả xử lý của qui trình công nghệ của hệ thống hiện hữu qua mô hình

qui mô phòng thí nghiệm

- Đề xuất phương án cải thiện hệ thống và đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống đó

- Thiết kế cải tạo lại hệ thống xử lý nước thải của bãi rác Sóc Vồ theo qui trình công

nghệ cải tiến

CHƯƠNG 2:

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC RỈ TỪ RÁC

2.1.1 Định nghĩa nước rỉ từ rác

Nước rỉ từ rác có thể định nghĩa là lượng chất lỏng thấm qua rác bao gồm: chất

lỏng sinh ra trong quá trình phân hủy rác và các chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ các

nguồn bên ngoài như: nước mưa, nước chảy tràn trên mặt đất, nước ngầm và nước của

dòng chảy ngầm (Lê Hoàng Việt, 2003)

2.1.2 Quá trình hình thành nước rỉ từ rác

Theo Trần Hiếu Nhuệ và cộng tác viên (2001), nước rỉ từ rác (hay còn gọi là nước

rỉ rác) được hình thành khi nước thấm vào các ô chôn lấp Nước có thể thấm vào rác

theo một số cách sau đây:

- Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp

- Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ô

rác đóng lại

- Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp sau khi ô rác đầy

- Nước có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác

- Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống các ô chôn lấp

- Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn lấp

Lượng nước rỉ rác tạo ra được tính bằng tổng lượng nước đi vào bãi chôn lấp trừ đi

lượng nước tham gia vào các phản ứng hóa học, lượng nước bay hơi và lượng nước giữ

trong lớp rác

Lượng nước đi ra khỏi bãi chôn lấp bao gồm:

- Ngấm xuống tầng nước ngầm

- Bốc hơi từ bề mặt bãi chôn lấp rác

- Tạo thành dòng chảy và chảy vào các dòng nước mặt

2.1.3 Thành phần hóa lý của nước rỉ từ rác

Thành phần nước rỉ từ rác rất phức tạp vì một loạt các điều kiện tác động lên sự

hình thành của nước rác Thời gian chôn lấp, khí hậu, mùa, độ ẩm của bãi rác, mức độ

pha loãng với nước mặt và nước ngầm và các loại rác chôn lấp, tất cả đều tác động lên

thành phần của nước rác Độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng cũng

tác động lên thành phần nước rỉ từ rác (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

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

từ các bãi chôn lấp mới và lâu năm Thành phần Bãi lâu năm (trên 10 năm) Bãi mới (dưới 2 năm)

50 - 4200

700 - 15000 2,5 - 300

0 – 7,5

40 - 1750

400 - 1800 0,01 – 5,9

920 - 8070

950 - 15150

75 - 1150

55 - 500 0,12 -10 1,27 – 19,9

1150 - 9200

7,9 18,3

1050

5350

55 1,75

940

1100 0,48

4950

7600

340

210 3,0 8,8

580 - 10100

6,2 29,5

(Tatsi, Zouboulis, Matis và Samaras, 2003)

2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đén thành phần của nước rỉ từ rác

Theo Nguyễn Trung Việt (2003), thông qua nhiều nghiên cứu đã đưa ra những kết luận

về các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần của nước rỉ rác như:

 Ảnh hưởng do rác thải sinh hoạt

Do chất thải rắn sinh hoạt thường có nhiều thành phần khác nhau, từ chất hữu cơ dễ

phân hủy (thực phẩm thừa) đến các chất hữu cơ khó phân hủy (giấy, dầu mỡ ), từ các

chất không nguy hại đến các chất nguy hại,…Kết quả là nước rỉ rác cũng có nhiều

thành phần khác nhau Các thành phần của chất thải rắn ảnh hưởng đáng kể đến thành

phần và tính chất của nước rỉ rác

 Ảnh hưởng của thành phần đất phủ bãi chôn lấp đến độ cứng của nước rỉ rác

Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Trung Việt (2003) đã đưa ra những kết luận sau:

Độ cứng nói chung, canxi nói riêng là một trong những thành phần làm giảm đáng kể

hoạt tính bùn kỵ khí cũng như hiếu khí, dẫn đến làm giảm hiệu quả của các công trình

xử lý sinh học, do hiện tượng bêtông hóa (kết tủa CaCO3) trong các thiết bị phản ứng

và tích lũy thành phần vô cơ trong bùn

Đối với nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp có độ cứng và nồng độ Ca2+ cao là do lượng

canxi có sẵn trong thành phần chất thải rắn và lượng canxi có trong thành phần lớp vật

liệu phủ của bãi chôn lấp

Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần của lớp đất phủ đã chứng minh

rằng khi sử dụng xà bần làm vật liệu phủ độ cứng tổng cộng và nồng độ Ca2+ tăng lên

đáng kể

Hơn nữa trong thành phần của nhiều loại đất phủ có chứa một hàm lượng lớn canxi và

các chất gây độ cứng (các ion kim loại hóa trị hai) do đó trong điều kiện CO2 cao sẽ

dẫn đến hòa tan các ion kim loại này và độ cứng tăng lên đáng kể

Độ cứng và nồng độ Ca2+ có trong nước rỉ rác của các bãi chôn lấp cao gây ảnh hưởng

rất lớn đến hiệu quả xử lý nước rỉ bằng phương pháp sinh học, làm giảm hiệu quả xử

lý chất hữu cơ

 Ảnh hưởng của thời gian, một trong những yếu tố quan trọng

Theo thời gian, trong bãi chôn lấp có nhiều phản ứng sinh học và hóa học diễn ra, do

đó nồng độ các chất ô nhiễm nước rỉ có rất nhiều thay đổi

Theo nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới: Tất cả các bãi rác đều có khả năng phân

hủy tiềm tàng theo thời gian qua năm giai đoạn phân hủy khác nhau:

Giai đoạn thứ nhất: Phân hủy hiếu khí

Rác thải hữu cơ phân hủy dưới sự có mặt của oxy Vật chất có thể thối rửa (rau cải,

thức ăn thừa…) phân hủy rất dễ dàng và tiếp theo là giấy, bột gỗ, sợi thiên nhiên và

cao su

Giai đoạn này được đặc trưng bởi sự gia tăng nồng độ CO2 được sản sinh từ quá trình

hô hấp hiếu khí của vi sinh vật và sự tăng nhiệt độ của rác thải do quá trình phân hủy

phát nhiệt của vi sinh vật Thêm vào đó là sự gia tăng nồng độ của các acid carboxylic

(acid acetic, acid butyric…) trong nước rỉ - sản phẩm của quá trình chuyển hóa không

hoàn toàn của vi khuần

Giai đoạn này chỉ kéo dài một vài ngày hoặc một vài tuần trong bãi rác được vận hành

tốt Nếu trong bãi rác không được vận hành tốt, với độ dày đặc của rác thải và không

được đầm nén thì quá trình này có thể kéo dài hơn

Giai đoạn hai: Phân hủy kị khí

Giai đoạn này có thể kéo dài một vài tháng trong bãi rác vận hành tốt Trong khoảng

thời gian này, hàm lượng CO2 gia tăng khoảng trên 70% tổng thể tích lượng khí sinh

ra và hàm lượng acid carboxylic cũng tiếp tục tăng

Trong giai đoạn này, phần lớn là sự hình thành acid và vi khuẩn acetogenic, vi khuẩn

này chuyển hóa cellulose thành acid carboxylic (chủ yếu là acid acetic), CO2 và một

lượng nhỏ hydro

Giai đoạn ba: Phân hủy kỵ khí – Tăng nồng độ khí methane

Oxy tiếp tục suy giảm và điện thế oxy hóa khử của nước rỉ từ rác khoảng 200mV, điều

kiện này rất thích hợp cho vi khuẩn methanogen phát triển Khoảng một vài tuần

lượng khí methane bắt đầu gia tăng và CO2 giảm, đó là do acid acetic được vi khuẩn

methanogen sử dụng để tạo methane, CO2 và nước Bên cạnh đó nhiệt độ của bãi chôn

lấp thường ổn định trong khoảng 40oC

Giai đoạn bốn: Giai đoạn phân hủy kỵ khí – Nồng độ khí methane ổn định

Giai đoạn này kéo dài ít nhất là 10 – 15 năm (nhưng không chắc chắn) trong vùng có

khí hậu điều hòa Giai đoạn này có những đặc trưng sau: lượng khí CH4 và CO2 được

giữ ổn định lần lượt ở khoảng 65% và 35%, hàm lượng acid carboxylic ít hơn và có sự

suy giảm dần dần lượng chất nền chứa cenllulose có sẵn trong rác thải

Giai đoạn năm: Sự gia tăng các thành phần khí của khí quyển

Chưa có nghiên cứu nào chứng minh sự phân hủy của rác thải là hoàn toàn Tuy nhiên,

bằng chứng từ các bãi rác cũ cho thấy cellulose có sẵn trong rác thải được vi khuẩn

methanogen sử dụng hết, hàm lượng methane và CO2 sẽ dần dần suy giảm Người ta đã

tranh luận với nhau rằng, một thời điểm nào đó trong tương lai, nồng độ oxy sẽ bắt đầu

gia tăng Cuối cùng là lượng rác thải còn lại sẽ được tái thiếp lập Trường hợp này chưa

được chứng minh trong bãi chôn lấp

 Ảnh hưởng của lượng mưa đến thành phần nước rỉ rác

Vì nước ta nằm cận vùng xích đạo, không khí ẩm cao nên hằng năm các bãi chôn lấp

phải chịu một lượng mưa lớn, dao động trung bình khoảng 1.800 – 2.200 (mm)

Mặt khác, lượng mưa tập trung vào tháng sáu cuối năm chiếm tỷ lệ 80% thì mỗi năm

bãi chôn lấp rác sẽ chịu một lượng nước đổ vào 700 – 800 l/m2 Lượng nước mưa này

sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến nồng độ và thành phần chất ô nhiễm có trong nước rỉ rác

 Ảnh hưởng của các mùa đến thành phần nước rỉ rác

Nồng độ chất ô nhiễm của nước rỉ rác có sự khác biệt theo mùa, đặc biệt đối với nước

rỉ mới rò rỉ Nồng độ các chất gây ô nhiễm khác như photpho tổng (Pt), nitơ tổng (Nt),

canxi, sắt tổng, độ cứng tổng,…vào mùa mưa nhỏ hơn vào mùa khô từ 30 – 40%

Các chỉ tiêu khác như pH, COD cũng thay đổi Trong mùa mưa pH thường trong

khoảng 6,5 – 7,2 cao hơn mùa nắng (4,8 – 6,2) Thêm vào đó lượng COD ở mùa mưa

tương đối thấp (dao động khoảng 6.621 – 31.950 mg/l, thấp hơn mùa nắng gần 3 lần)

khiến cho nước rỉ rác vào mùa mưa rất dễ tự phân hủy sinh học

2.1.5 Các công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam

a Công nghệ xử lý nước rỉ từ rác cho bãi chôn lắp Nam Sơn- Hà Nội, Thành Phố

Hạ Long và Thành Phố Đà Nẵng

Sơ đồ công nghệ sử dụng bể tuyển nổi áp lực, kết hợp xử lý sinh học kỵ khí với lớp

bùn lơ lửng, dòng nước hướng lên (bể UASB) và xử lý sinh học hiếu khí trong bể

aerotank với bùn hoạt hóa Nước rác được tập trung vào bể thu và nhờ bơm đưa nước

vào bể tuyển nổi áp lực Hiệu suất tách cặn lơ lửng ở bể tuyến nổi đạt cao hơn so với

bể lắng, tạo điều kiện tốt cho bể UASB hoạt động COD của nước sau khi qua bể

UASB giảm từ 4000-6000 mg/L xuống khoảng 300-500 mg/L đảm bảo tốt cho quá

trình sinh học hiếu khí trong bể aerotank Nước sau khi xử lý cũng thỏa mãn yêu cầu

xả ra nguồn theo tiêu chuẩn cột B1 QCVN 25:2009/BTNMT

Bể tuyển nổi

Bể lắng đợt II

Nguồn tiếp nhận

Xử lý bùn Bùn tuần hoàn

b Công nghệ xử lý nước rỉ từ rác ở khu liên hiệp xử lý chất thải rắn Tây Bắc-

TP Hồ Chí Minh

Nước rỉ từ bãi rác được thu gom qua các ống thu, sau đó đem vào hố thu gom Một

ngày có khoảng 800 m3 nước rỉ Sau đó, nước rỉ được chứa trong 5 hồ, mỗi hồ sâu 5

m, ở lớp đáy hồ có 2 lớp vải địa kỹ thuật Tại đây, nước rỉ rác sẽ được châm hóa chất

Sau khi qua hồ trộn hóa chất nước rỉ rác được xử lý yếm khí để phân hủy các chất

hữu cơ và tiếp theo được xử lý hiếu khí để xử lý các chất hữu cơ còn lại đồng thời xử

lý mùi hôi của nước rỉ Nước đầu ra sẽ được qua cánh đồng lọc – khâu xử lý cuối

cùng và thải ra kênh Bùn từ quá trình xử lý yếm khí và hiếu khí sẽ được ủ thành phân

vi sinh và bán cho nông dân

Hình 2.2 Sơ đồ Công nghệ xử lý nước rỉ từ rác ở khu liên hiệp xử lý

chất thải rắn Tây Bắc- TP Hồ Chí Minh 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC

Tùy theo bản chất của các phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia chúng

thành phương pháp lý học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học Một hệ thống

xử ký hoàn chỉnh thường kết hợp đủ các thành phần kể trên Tuy nhiên, tùy theo tính

chất nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta có thể cắt bớt một số

đoạn (Lê Hoàng Việt, 2003)

Theo Ntampou, Zouboulis và Samaras (2005), nước rỉ rác được xem như một dạng

nước thải của ngành công nghiệp nặng Nước rỉ rác chứa các thành phần phức rất tạp

và mức độ độ ô nhiễm cao, đặc tính nổi bật của nó là nồng độ của nó là nồng độ chất

hữu cơ và kim loại nặng chiếm tỷ lệ khá lớn Trong các quy trình xử lý nước rỉ rác, hầu

hết các thành phần vô cơ như kim loại nặng thường được loại bỏ trước, sau đó mới tiếp

đến xử lý các thành phần hữu cơ Điều này đảm bảo cho việc cải thiện khả năng phân

hủy sinh học của nước rỉ rác, giúp tránh được những độc tính của kim loại cũng như

các tác nhân gây ức chế hoạt động của vi sinh vật, tạo điều kiện cho quá trình xử lý

sinh học đạt hiệu quả cao hơn

Trong quyển luận văn này chúng tôi sẽ lược khảo 2 phương pháp xử lý sử dụng trong

các thí nghiệm của chúng tôi:

 Phương pháp hóa học: Phương pháp keo tụ và tạo bông

 Phương pháp sinh học: Bể bùn hoạt tính và bể UASB

Hố thu gom Hồ trộn hóa chất Hồ xử lý yếm khí + hiếu khí

Cánh đồng lọc

2.2.1 Tổng quan về phương pháp keo tụ tạo bông

a Khái niệm

Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo lơ

lửng trong nước nhờ tác dụng của các chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành các

hạt bông có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng khỏi nước một cách dễ

dàng bằng các biện pháp lắng lọc hay tuyển nổi (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2003)

Theo Ngô Xuân Trường et al (2004) cho rằng keo tụ - kết bông là một trong những

hình thức xử lý nước thải làm các chất lơ lửng và các chất keo kết tủa lại thành những

hạt cặn có kích thước lớn hơn hoặc kết thành những bông cặn và có thể loại ra khỏi

nước bằng cách để lắng hoặc lọc chậm Nhờ keo tụ nước trở nên trong hơn và các vi

trùng gây bệnh bám vào các hạt sẽ bị khử đi

b Bản chất keo hạt nước

Theo Trịnh Xuân Lai (2004), trong quá trình xử lý nước ta thường gặp 2 loại keo:

Keo kị nước: keo không kết hợp với các phân tử nước của môi trường để tạo ra vỏ bọc

hyđrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích lớn và khi điện tích này được trung hòa

thì độ bền của hạt keo sẽ bị phá vỡ

Kéo háo nước: có khả năng kết hợp với các phân tử nước tạo thành vỏ bọc hyđrat, các

hạt keo riêng biệt mang điện tích bé và dưới tác dụng của các chất điện phân không bị

keo tụ

Trong quá trình xử lý nước thải bằng chất keo tụ thì keo kị nước đóng vai trò chủ yếu

các hạt keo mang điện tích âm trong nước hút các ion dương tạo thành hai lớp điện tích

dương bên trong và bên ngoài, các ion dương bên ngoài liên kết lỏng lẻo, nên dễ dàng

bị trượt ra làm điện tích âm của hạt giảm, do đó hiệu số điện nặng giữa hai điện thế

zeta bằng cách cho thêm các ion dương để phá vỡ sự ổn định của các hạt keo ở trạng

thái trung hòa, làm tăng khả năng keo tụ tạo bông

c Phương pháp keo tụ bằng hệ keo

Nguyễn Thị Thu Thủy (2003) cho rằng trong quá trình này người ta sử dụng muối

nhôm hoặc sắt hóa trị 3, còn gọi là phèn nhôm hoặc sắt làm chất keo tụ đây là hai loại

hóa chất rất thông dụng trong xử lý nước cấp, nhất là nước sinh hoạt Ưu điểm của các

loại phèn trên là chúng có khả năng tạo ra hệ keo kị nước và khi keo tụ thì tạo ra bông

cặn có bề mặt hoạt tính phát triển cao, có khả năng hấp thụ, thu hút, dính kết các tạp

chất và keo làm bẩn trong nước

Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng

phân ly thành các cation và anion theo phản ứng sau:

Al2(SO4)3 2Al3+ + 3SO4FeCl3 Fe3+ + 3Cl- Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm, sắt có khả năng tạo ra ba loại bông cặn sau:

2-Loại thứ nhất là tổ hợp của các hạt keo tự nhiên bị phá vỡ thế điện động zeta, loại này

chiếm số ít

Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và trung hòa

điện tích Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình lắng tiếp

theo, vì vậy số lượng cũng không đáng kể

Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy ngân chất keo tụ với anion có trong

nước nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng phụ chất bẩn trong khi lắng

tạo thành các bông cặn lớn hơn Trong xử nước bằng keo tụ, loại bông cặn thứ ba

chiếm ưu thế và có tính quyết định đến hiệu quả keo tụ nên các điều kiện ảnh hưởng

đến sự hình thành bông cặn loại này được quan tâm hơn cả

d Cơ chế của quá trình keo tụ

Theo Lâm Minh Triết (2006), khi chất keo tụ cho vào nước và nước thải, các hạt keo

bản thân trong nước bị mất tính ổn định, tương tác với nhau kết cụm hình thành các

bông cặn lớn, dễ lắng Quá trình mất tính ổn định của hạt keo là quá trình hóa phức tạp,

có thể giải thích dựa trên các cơ chế sau:

Giảm điện thế zeta tới giá trị mà tại đó dưới tác dụng của lực hấp dẫn Van der Waals

cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấp thêm, các hạt keo trung hòa kết cụm và tạo

thành bông cặn;

Các hạt kết cụm lại do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính trên hạt keo;

Các bông cặn đã hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keo trên quỹ đạo lắng

e Các chất keo tụ

Hóa chất được sử dụng làm keo tụ phổ biến là:

 FeCl3: clorua sắt (III)

 FeSO4: sulfat sắt (II)

 Al2SO4: sulfat nhôm (III)

 Polyalummiumchloride (PAC)

Ngoài ra, vôi Ca(OH)2 và carbonate natri Na2CO3 cũng được sử dụng để tạo thuận lợi

cho việc kết bông Liều lượng hóa chất phải được thử nghiệm dần trong phòng thí

nghiệm hóa nước để xác định liều lượng thích hợp cho nhu cầu dùng nước Ngoài ra,

các hóa chất polyelectrolyte có thể dùng như một chất phụ gia để tăng tính keo tụ và

làm cho lắng đọng có hiệu quả hơn (Ngô Xuân Trường et al 2004)

Bảng 2.2 Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình keo tụ Tên hóa chất Công thức Trọng lượng phân

(Metcalf & Eday, 1991)

Phèn nhôm

Nhôm sulfat Al2(SO4)3.18H2O hay nhôm clorua là chất keo tụ truyền thống sử dụng

rộng rãi Phèn đơn loại tiêu chuẩn (nhôm sulfat) có hàm lượng nhôm oxit tính theo

Al-2O3 là 15,5% (8,1% Al3+) Khi sử dụng phèn nhôm muối nhôm bị thủy phân và tạo ra

axit, mỗi ion Al3+ tạo ra 3 ion H+, tức là 1Kg phèn nhôm tạo 0,75 lít axit clohyđric đặc

(36%) Axit sinh ra sẽ làm nồng độ giảm độ kiềm của nước và làm giảm độ pH Do sau

khi keo tụ, nước được tiếp tục xử lý vi sinh để oxi hóa amonmi và chất hữu cơ với

vùng pH tối ưu của nó la khoảng 8-9, quá trình cần một lượng kiềm khá lớn, vì vậy chế

độ keo cần đảm bảo hài hòa các yếu tố trên (Lê Văn Cát, 2007)

Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001), nhôm sulfat khi cho vào nước sẽ tác dụng tương hỗ với

bicacbonate chứa trong nước tạo thành nhôm hyđroxit dạng gel:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2  2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Nếu độ kiềm của nước không đủ ta phải tăng bằng cách chó thêm vôi khi đó:

Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2  2Al(OH)3 + 3CaSO4

Bông hyđoxit tạo thành sẽ hấp thụ và dính kết các chất huyền phù, các chất ở dạng keo

trong nước thải tức là chuyển sang trạng thái tập hợp không ổn định Với các điều kiện

thủy động học thuận lợi, những bông đó sẽ lắng xuống đáy bể lắng ở dạng cặn

Phèn sắt

Sulfat sắt ngậm nước và vôi: Theo Lê Hoàng Việt (2003), trong hầu hết các trường hợp

sắt sulfat không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa, các phản ứng

xảy ra như sau:

FeSO4.7H2O + Ca(HCO3)2 2Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 2H2O

2Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 2Fe(OH)2 + CaCO3 + 2H2O

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau:

FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl

-3H+ + 3HCO3- 3H2CO3

Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau:

FeCl3 + Ca(OH)2 3CaCl2 + 2Fe(OH)3

Feric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau:

Fe(SO4)3 + Ca(OH)2 3CaSO4 + 2Fe(OH)3

Theo Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (1999) cho rằng các muối sắt được sử dụng làm

chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do:

Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp

Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn;

Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giá trị giới hạn rộng của thành phần

muối;

Có thể khử được mùi vị khi có H2S

Bảng 2.3 Ưu và nhược điểm của các chất keo tụ

1 Aluminum sulfat

Al2(SO4)3.18H2O

Dễ bảo quản, dễ sử dụng, được

sử dụng phổ biến, tạo ít bùn hơn khi sử dụng vôi, hiệu quả nhất ở

pH 6.5 7.5

Tạo thêm muối hòa tan trong nước, chỉ hiệu quả trong khoảng pH nhỏ

3 Polyalumium Chloric

Al13(OH)20(SO4)2.Cl15

Trong một vài trường hợp bông cặn tạo thành dày hơn và dễ lắng hơn so với sử dụng phèn nhôm

4 Ferric Sulfat Hiệu quả ở pH = 46 và pH =

8.8 9.2

Tạo thêm muối hòa tan trong nước, cần phải thêm alkalinity

5 Ferric Chlorua

FeCl3.6H2O

Hiệu quả ở pH = 411 Tạo thêm muối hòa tan

trong nước, tiêu thụ lượng ankalinity gấp 2 lần phèn nhôm

6 Ferrous Sulfat

(Copperas)

FeSO4.7H2O

Không nhạy với pH như vôi Tạo thêm muối hòa tan

trong nước, cần phải thêm alkalinity

Hóa chất Ưu điểm Nhược điểm

7 Vôi Ca(OH)2 Sử dụng phổ biến và rất hiệu

quả Có thể không tạo thêm muối trong nước thải sau xử lý

Rất phụ thuộc vào pH, tạo lượng bùn lớn, sử dụng quá liều sẽ cho chất lượng nước đầu ra thấp

(US Army Corps of Engineers, 2001)

Bảng 2.4 Liều lượng chất keo tụ ứng với các liều lượng khác nhau của

các tạp chất nước thải Nồng độ tạp chất trong nước thải

Theo Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (1999), để tăng cường quá trình tạo thành bông

keo hyđrat nhôm và sắt với mục đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành quá trình keo

tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ keo tụ

Việc sử dụng các chất trợ keo tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ và nâng cao

tốc độ lắng của các bông keo

Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) cho rằng hiệu suất keo tụ cao nhất khi pH = 4-8,5 Để

loại các bông cặn lớn và dễ dàng người ta cho thêm các chất trợ keo tụ Đó là chất cao

phân tử tan trong nước và dễ phân ly thành ion Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân

ly mà các chất trợ keo tụ có điện tích âm hoặc dương (các chất trợ keo tụ loại anion

hoặc cation) Chất trợ keo tụ thông dụng nhất là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n, chất

trợ keo tụ vô cơ loại anion silicat hoạt tính và nhiều chất khác Đa số chất bẩn hữu cơ

vô cơ dạng keo trong nước thải có điện tích âm và do đó nếu dùng chất trợ keo tụ

cation sẽ không cần kẹo sơ bộ trước đó Việc chon loại hóa chất, liều lượng tối ưu, thứ

tự cho vào nước, lượng cặn tạo thành,…phải được tiến hành bằng thực nghiệm thông

thường chất trợ đông tụ cho vào khoảng 1-5 mg/l

Theo Lê Văn Cát (2007) cho rằng trong từng họ chất trợ keo tụ chúng thường khác

nhau về đặc trưng:

 Độ dài hay phân tử lượng

 Độ nhớt của dung dịch

 Mật độ điện tích

g Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất keo tụ

Liều lượng của chất keo tụ: Theo Trịnh Xuân Lai (2004), khi keo tụ hệ keo bằng cách

cho vào nước các chất keo tụ điên thế zeta của các hạt keo giảm dần có khi đến 0

Nhưng nếu tăng nồng độ của chất keo tụ quá mức có thể gây ra quá trình tích điên lại

đối với hạt keo khi đó điện tích của hạt keo đổi dấu và thế năng của hạt keo lại tăng

lên Từ đó nếu cho phèn vào nước nhiều hơn liều lượng cần thiết sẽ làm cản trở quá

trình keo tụ

pH của nước thải: mỗi loại chất cho khoảng pH hoạt động thích hợp, vì vậy tùy vào

loại nước thải mà lựa chọn loại hóa chất sử dụng Người ta có thể điều chỉnh pH bằng

cách thêm vào gốc H+

,OH- Alkalinity: Nguyễn Trung Việt et al (2011) cho rằng độ kiềm (alkalinity) có ảnh hưởng

đến quá trình keo tụ Các hóa chất được sử dụng trong quá trình keo tụ nước và phản

ứng với nước thải để tạo thành chất kết tủa hyđroxit không tan Ion hyđro giải phóng ra

sẽ phản ứng với độ của nước Vì vậy độ kiềm có tác dụng đệm cho nước trong khoảng

pH tối ưu đối với quá trình keo tụ Độ kiềm phải tồn tại trong nước đủ để trung hòa

lượng axit được giải phóng ra từ các chất keo tụ và hoàn thành các quá trình keo tụ

Theo Lê Hoàng Việt (2003), trong nước thải luôn chứa một lượng alkalinity để phản

ứng với chất keo tụ Khi lượng alkalinity không đủ phản ứng thì ta thêm vôi hay soda

để bổ sung

Nhiệt độ của nước và hàm lượng cặn: Theo Trịnh Xuân Lai (2004) cho rằng nhiệt độ

của nước có ảnh hưởng lớn đến quá trình keo tụ Khi nhiệt độ của nước tăng thì liều

lượng phèn cần thiết để keo tụ giảm, thời gian và cường độ khuấy trộn giảm theo Hàm

lượng, tính chất của cặn cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ vì số va chạm giữa các

hạt phụ thuộc vào nồng độ còn hiệu quả va chạm phụ thuộc vào tính chất phân tán,

hoạt tính bề mặt của cặn và phèn Khi hàm lượng cặn tăng lên thì liều lượng phèn cần

thiết để keo tụ tăng

Thời gian khuấy trộn: Theo nghiên cứu Mohd el al (2009) thì thời gian khuấy trộn có

vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển của các hạt keo trong quá trình

keo tụ Nếu thời gian khuấy trộn quá ngắn sẽ không tạo được sự va chạm của các bông

cặn và chất keo tụ nên không hiệu quả trong việc giảm chất rắn lơ lửng trong nước thải

Mặc khác, nếu thời gian khuấy trộn quá dài sẽ làm phá vỡ các bông cặn, giảm tốc độ

kết bông, giảm kích thước của các bông cặn, dẫn đến nước sẽ bị đục trở lại

h Thí nghiệm Jartest

Thông thường thí nghiệm Jartest được thực hiện nhằm mục đích xác định liều lượng tối

ưu của chất keo tụ và xác định vùng pH tối ưu cho quá trình keo tụ Thí nghiệm Jartest

được thực hiện qua ba bước sau:

Bước 1: Keo tụ

Chất keo tụ được cho vào nước khuấy trộn nhanh để đảm bảo cường độ và các chất keo

tụ tiếp xúc ngay lập tức với các hạt keo Quá trình khuấy trộn rất quan trọng và ảnh

hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình keo tụ/ tạo bông

Bước 2: Tạo bông cặn

Sau khi khuấy trộn nhanh, giảm vận tốc khuấy trộn để tạo điều kiện cho các hạt tiếp

xúc với nhau để chúng kết hợp lại với nhau tạo thành bông cặn

Bước 3: Tách hạt keo

Tách các hạt keo ra khỏi nước bằng chu trình lắng, khi bông cặn lắng xuống nước sẽ

trong hơn

i Hệ thống keo tụ, tạo bông liên tục

Theo Nguyễn Văn Sức (2012), hệ thống keo tụ tạo bông liên tục bao gồm: hệ thống bổ

sung chất hóa học: bơm liên tục chất keo tụ vào nước thải; bể trộn nhanh: tạo điều kiện

cho tốc độ di chuyển cao của hạt keo và chất keo tụ và trộn chất keo tụ với nước thải;

bể tạo tụ: khuấy nhẹ để tăng sự kết hợp của hạt keo; bể lắng: tách các hạt bông tụ

- Bể trộn :

Theo Trịnh Xuân Lai (2004), trộn là đưa các phân tử hóa chất vào trạng thái phân tán

đều với môi trường nước Hiệu quả của quá trình trộn phụ thuộc vào cường độ và thời

gian khuấy Thời gian khuấy trộn hiệu quả được tính cho đến lúc hóa chất đã phân tán

đều vào nước và hình thành tác nhân keo tụ Trong thực tế, giá trị radian vận tốc

thường lấy từ 200-1000s-1, thời gian hòa trộn từ 1 đến 2 phút

- Bể tạo bông:

Theo Trịnh Xuân Lai (2004), mục đích của quá trình tạo bông cặn là tạo điều kiện

thuận lợi để các hạt keo phân tán trong nước sau quá trình pha và trộn với phèn đã mất

tính ổn định và có khả năng kết dính với nhau, va chạm với nhau để tạo thành các hạt

cặn có kích thước đủ lớn để lắng Bể phản ứng tạo bông cặn được chia thành 5 loại:

thủy lực, cơ khí, khí nén, tiếp xúc qua lớp cặn lơ lửng hay qua lớp vật liệu hạt cứng,

tuần hoàn lại cặn

Bể phản ứng cơ khí dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo sự xáo trộn của dòng chảy

Kích thước cánh khuấy phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo của bể Thời gian lưu

nước từ 10 – 30 phút Bể được chia làm nhiều ngăn, giá trị gradian ở ngăn đầu tiên

thường là 60 – 70s_1, buồng cuối cùng là 30 – 20s-1

- Bể lắng:

Bể lắng ngang và bể lắng đứng thường dùng để lắng các hạt cặn sau bể keo tụ, nhưng

bể lắng ngang có hiệu quả hơn nhiều Theo sổ tay xử lý nước tập 2 (1999), ở bể lắng

ngang tỉ lệ dài/ rộng thường bằng từ 3 – 6 Quá trình lắng phụ thuộc vào chế độ thủy

động của lực nhớt biểu thị bằng chuẩn số Reynold, nếu Re >2000 sẽ tạo ra các chuyển

động xoáy nhỏ, đẩy hạt cặn lên, xuống theo phương bất kỳ làm kìm hãm quá trình lắng

của các hạt tự do, còn các hạt keo thì giúp tăng số lần va chạm và kết dính làm tăng

kích thước và độ kết dính của bông bùn

j Hiệu quả xử lý của quá trình keo tụ

Theo Lê Hoàng Việt (2003), hiệu suất lắng phụ thuộc vào liều lượng hóa chất sử dụng

và yêu cầu quản lý Thông thường nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 –

90% TSS, 40 – 70% BOD5, 30 – 60% COD, 80 – 90% vi khuẩn trong khi các quá trình

lắng cơ học thông thường chỉ loại được từ 50 -70% TSS, 30 – 40 % chất hữu cơ

Bảng 2.5 So sánh hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm có và không sử dụng hóa chất

Có hóa chất % Không có hóa chất %

(Metcalf & Eddy, 1991)

2.2.2 Sơ lược về bể bùn hoạt tính

a Giới thiệu về bể bùn hoạt tính

Xử lý nước thải bằng bể bùn hoạt tính được áp dụng ở Anh vào đầu thế kỷ 20 và được

duy trì, phát triển đến ngày nay với phạm vi áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh

hoạt và nước thải công nghiệp, trong đó có nước rỉ từ rác

Trong bể bùn hoạt tính sẽ diễn ra các quá trình sinh trưởng lơ lửng, đây là những quá

trình xử lý sinh học hiếu khí mà trong đó các vi sinh vật chịu trách nhiệm chuyển chất

hữu cơ hoặc các thành phần khác trong nước thải thành khí và tế bào chất Những vi

sinh vật này luôn được giữ ở trạng thái lơ lửng và xáo trộn cùng với thể lỏng Với điều

kiện như vậy, hiệu suất phân hủy (oxy hóa) các chất hữu cơ là khá cao (Trần Văn

Nhân, Ngô Thị Nga, 1999)

b Thành phần tính chất của bùn hoạt tính

Theo Lương Đức Phẩm (2007), bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, kết

lại thành dạng hạt bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng ở trong nước Các

bông này có màu vàng nâu, dễ lắng, có kích thước từ 3 – 10m Những bông này gồm

các vi sinh vật sống và cặn rắn (khoảng 30 – 40% thành phần cấu tạo bông, nếu hiếu

khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng 30%, thời gian dài

khoảng 35% và kéo dài ngày có thể lên đến 40%) Những vi sinh vật sống ở đây chủ

yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn có nấm men, nấm móc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh,

dòi, giun…

Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014), các vi khuẩn trong bể bùn hoạt

tính chiếm 95% tổng sinh khối của bùn hoạt tính Chúng là những vi sinh vật đơn bào

phát triển trong nước thải nhờ sự tiêu thụ các chất hữu cơ có thể phân hủy sinh hoạt

như carbohydrate, protein, chất béo và nhiều hợp chất khác Các vi khuẩn này thuộc

các loài Flavobacterium, Achromobacter, Pseudomonas, Zoogloea, Nocardia,

Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn ni trát hóa Nitrosomonas và

Nitrobacter Thêm vào đó nhiều vi khuẩn hình sợi như: Sphaerotilus, Beggiatoa,

Thiothirx, Lecicothirx và Geotrichum cũng có thể xuất hiện trong bể Nguyên sinh

động vật và luân trùng hiện diện trong bể và đóng vai trò “làm sạch” nước thải, các

nguyên sinh động vật ăn các vi khuẩn không kết hợp với nhau để tạo thành bông cặn và

luân trùng ăn các bông cặn sinh học không lắng được

Ngoài ra, các loài động vật nguyên sinh cũng tham gia phân hủy các chất hữu cơ ở điều

kiện hiếu khí, điều chỉnh loài và tuổi cho quần thể vi sinh vật trong bùn, giữ cho bùn

luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu, làm đậm đặc màng nhầy nhưng lại làm xốp khối

bùn, kích thước vi sinh vật tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hủy cơ nhiễm bẩn

và làm kết lắng bùn nhanh

Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp thụ các chất lơ lửng, các chất

màu, mùi… trong nước thải Do vậy, hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lượng bùn cũng tăng

dần lên, rồi từ từ lắng xuống đáy Kết quả là nước sang màu, giảm lượng ô nhiễm, các

chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước được làm sạch

Tùy thuộc vào điều kiện bên trong cũng như bên ngoài của nước thải, các nhóm vi sinh

vật tồn tại trong bùn sẽ khác nhau Thành phần nước thải thay đổi sẽ làm thay đổi

chủng loại, thành phần, tăng hay giảm số lượng từng loại trong quần thể vi sinh vật của

bùn hoạt tính

Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bông Sự tạo bông xảy ra ở giai đoạn trao

đổi chất có tỷ lệ chất dinh dưỡng với sinh khối trở nên thấp dần Tỷ lệ này thấp sẽ đặc

trưng cho nguồn năng lượng thấp của hệ thống và dẫn tới giảm năng lượng chuyển

động Động năng tác động đối kháng với lực hấp dẫn Nếu động năng nhỏ thì tác động

đối kháng cũng sẽ nhỏ và tế bào vi khuẩn hấp dẫn lẫn nhau Diện tích bề mặt tế bào, sự

tạo thành vỏ nhầy và tiết ra niêm dịch là nguyên nhân keo tụ của các tế bào vi khuẩn

(Lương Đức Phẩm, 2007)

c Nguyên lý hoạt động của bể bùn hoạt tính

Nguyên lý cơ bản của bể bùn hoạt tính là tạo điều kiện hiếu khí cho quần thể vi sinh

vật có trong bể phát triển tạo thành bùn hoạt tính Khi ở trong bể các chất lơ lửng đóng

vai trò là các hạt nhân cho vi khuẩn bám vào, sinh sản và phát triển dần lên thành các

bông cặn bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất

hữu cơ hấp thụ từ nước thải, nơi cư trú, phát triển của vô số vi khuẩn và các vi sinh vật

khác Vi khuẩn và vi sinh vật dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (Nitơ,

Photpho) trong nước thải làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các tế bào mới Một

vài loài tấn công vào các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hóa thải ra

các chất hữu cơ đơn giản hơn, một vài loài vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức

ăn và lại thải ra các chất hữu cơ đơn giản hơn nữa và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi

chất thải cuối cùng không thể dùng làm thức ăn cho bất kỳ loài vi sinh vật nào nữa

(Trịnh Xuân Lai, 2002)

Theo Lương Đức Phẩm (2007), quá trình oxy hóa các chất hữu cơ diễn ra trong bể bùn

hoạt tính xảy ra theo 3 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Ở giai đoạn này, bùn hoạt tính hình thành và phát triển Tốc độ oxy

hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy Hàm lượng oxy cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc

biệt ở giai đoạn đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng

sinh khối trong thời gian này rất ít Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường

chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân Vì vậy, lượng tiêu thụ oxy tăng cao

dần

- Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy cũng ở mức dần

như ít thay đổi Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất

- Giai đoạn 3: Sau một thời gian khá dài tốc độ oxy hóa cầm chừng (hầu như ít thay

đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxy tăng lên Đây là giai đoạn

nitrat hóa các muối amon

Sau cùng nhu cầu oxy lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của bể bùn hoạt

tính

d Diễn biến của quá trình nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính

Các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất keo và phân tán nhỏ sẽ được chuyển hóa bằng

cách hấp thụ và keo tụ sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật Tiếp đó, trong quá

trình trao đổi chất, dưới tác dụng của những men nội bào, các chất hữu cơ sẽ bị phân

hủy Quá trình xử lý nước thải và việc vi sinh vật tiêu thụ các chất bẩn từ nước thải là

một quá trình gồm 3 giai đoạn:

1 Khuếch tán và chuyển chất từ dịch thể tới bề mặt của tế bào vi sinh vật

2 Hấp phụ: khuếch tán và hấp thụ các chất bẩn từ mặt ngoài của tế bào qua màng

bán thấm vào trong tế bào

3 Chuyển hóa các chất đã được khuếch tán và hấp thụ ở trong tế bào vi sinh vật

với sinh ra năng lượng và tổng hợp các chất mới của tế bào

Các giai đoạn trên có mối quan hệ với nhau rất khăng khít Mặc dù hấp thụ và hấp phụ

là giai đoạn cần thiết trong việc tiêu thụ chất hữu cơ của vi sinh vật song không phải có

ý nghĩa quyết định trong việc xử lý nước thải Đóng vai trò chủ yếu quyết định là các

quá trình diễn ra bên trong tế bào vi sinh vật

Quá trình phân giải các chất bẩn hữu cơ trong nguyên sinh chất của tế bào sống là phản

ứng oxy hóa khử Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014), quá trình này

có thể diễn ra như sau:

- Quá trình oxy hoá (Dị hóa):

(COHNS) + O2 + Vk hiếu khí  CO2 + NH4+ + Sản phẩm khác + Q

Chất hữu cơ

- Quá trình tổng hợp (Đồng hóa):

(COHNS) + O2 + Vk hiếu khí + Q  C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới)

Trong đó

Q: năng lượng được tạo ra từ quá trình phân hủy chất hữu cơ

C5H7O2N: công thức thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn

Trong các trường hợp vận hành bể ở tải lượng nạp chất hữu cơ thấp hơn nhu cầu của vi

khuẩn, vi khuẩn sẽ trải qua quá trình hô hấp nội bào hay là tự oxy hóa sử dụng nguyên

sinh chất của bản thân chúng làm nguyên liệu

C5H7O2N + 5O2  5CO2 + NH4+ + 2H2O + năng lượng

Cơ chế của quá trình phân hủy các chất trong tế bào có thể tóm tắt như sau:

Các chất đầu tiên bị oxy hóa là carbonhydrat và một số các chất hữu cơ khác Men của

vi sinh vật sẽ tách hydro ra khỏi móc xích và đem phối hợp với oxy của không khí để

tạo thành nước Nhờ có hydro và oxy trong nước, các phản ứng oxy hóa – khử giữa các

nguyên tử cacbon mới diễn ra được

Đường, rượu và các acid hữu cơ khác là sản phẩm đặc trưng nhất của quá trình oxy hóa

bởi vi khuẩn hiếu khí Các chất đó khi phân hủy hoàn toàn sẽ tạo thành CO2 và H2O

Một phần các chất bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 và H2O, phần còn lại sẽ bị đồng

hóa và được sử dụng để tổng hợp các chất mới của tế bào, tức là để sinh khối của vi

sinh vật tăng lên Song song với quá trình đồng hóa, trong tế bào vi sinh vật còn diễn ra

quá trình dị hóa – phân hủy các chất có trong thành phần của tế bào sống Như vậy,

một phần trong số các chất đã được tổng hợp lại tự bị oxy hóa

e Đặc điểm quá trình tăng trưởng của vi sinh vật

Theo Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết (2005), sự tăng trưởng của một quần thể vi

sinh vật là sự tăng số lượng hoặc tăng sinh khối của quần thể Sự tăng số lượng hoặc

tăng sinh khối trên một đơn vị thời gian được gọi là tốc độ tăng trưởng

Theo Lê Hoàng Việt (2003), trong các bể xử lý sinh học, các vi khuẩn đóng vai trò rất

quan trọng vì chúng chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải

Vi khuẩn có thể sinh sản vô tính bằng cách phân đôi, sinh sản hữu tính hay bằng cách

tạo chồi, nhưng chủ yếu chúng phát triển bằng cách phân đôi Thời gian cần để phân

đôi tế bào thường gọi là thời gian để cho ra một thế hệ mới (Thời gian thế hệ -

Generation time) hay thời gian phân đôi (doubling time) Thời gian này có thể dao

động từ vài phút đến vài ngày tùy loài vi sinh vật Vi khuẩn không thể tiếp tục sinh sản

đến vô tận bởi vì quá trình sinh sản phụ thuộc vào môi trường Khi thức ăn cạn kiệt, pH

và nhiệt độ thay đổi ra ngoài giá trị tối ưu, việc sinh sản sẽ ngừng lại sự sinh trưởng

của quần thể vi sinh vật được chia làm 4 giai đoạn:

- Giai đoạn chậm (Lag – phase): Giai đoạn tế bào thích nghi với môi trường mới, tế

bào tăng kích thước và trọng lượng rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất Trong pha

này vi sinh vật không phân chia tức là không tăng về số lượng Thời gian của pha

này phụ thuộc vào các yếu tố tiền sử của tế bào như: tuổi, thành phần môi trường,

khả năng chịu đựng các yếu tố vật lý, hóa học…

- Giai đoạn tăng trưởng (Log – phase): Trong giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến

hành phân bào và số lượng tế bào sẽ tăng theo số mũ Tốc độ tăng trưởng mũ phụ

thuộc vào loại vi sinh vật và điều kiện tăng trưởng (nhiệt độ, thành phần môi

trường…)

- Giai đoạn cân bằng (Stationary phase): Trong pha này, tốc độ sinh trưởng của vi

sinh vật giảm dần do sự thiếu hụt các chất dinh dưỡng, cùng với sự sinh sản và tích

tụ các sản phẩm trao đổi chất độc hại Ở giai đoạn này, số lượng tế bào mới sinh ra

sẽ bằng số tế bào chết đi Do đó, có sự cân bằng quần thể trong pha này

- Giai đoạn chết (Log – death phase): Trong pha này, số lượng vi khuẩn chết đi nhiều

hơn số lượng vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn giảm nhanh Giai đoạn

này có thể do các loài có kích thước khả kiến hoặc đặc điểm môi trường

f Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của bể bùn hoạt tính

 Loại bể phản ứng

Tùy theo cấu tạo của loại bể phản ứng mà hiệu quả xử lý sẽ khác nhau, do có thời

gian lưu khác nhau, chế độ nạp nước khác nhau…

 Thời gian tồn lưu nước trong bể phản ứng

Thời gian tồn lưu nước là cần thiết vì vi sinh vật cần đủ thời gian để phân hủy chất hữu

cơ hòa tan trong nước thải Thời gian tồn lưu nước quá ngắn thì hiệu suất xử lý thấp,

còn thời gian tồn lưu nước quá lâu đồng nghĩa với tăng thể tích bể như vậy không khả

thi về mặt kinh tế Thông thường thời gian lưu nước khoảng 4 – 8 giờ

Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014), thời gian lưu nước của một số

bể bùn hoạt tính:

Bảng 2.6 Thời gian tồn lưu nước của một số loại bể bùn hoạt tính

 Chế độ nạp nước và chất hữu cơ

Lưu lượng nạp nước phài điều hòa, nạp liên tục với lưu lượng ổn định (bể bùn hoạt tính

hoạt động liên tục) hoặc nạp nước đúng theo định kỳ (bể bùn hoạt tính hoạt động theo

mẻ) nhằm đảm bảo các điều kiện về dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động, Các chất

hữu cơ trong nước thải phải là chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học

 Cung cấp Oxy

Để oxy hóa các chất hữu cơ, các vi sinh vật tring bể bùn cần có oxy và chúng chỉ có thể

sử dụng oxy hòa tan Để cung cấp oxy cho nước thải người ta tiến hành quá trình thông

khí, khuếch tán dòng không khí thành các bóng khí nhỏ phân bố đều trong khối chất

lỏng Oxy thường có hiệu suất hòa tan thấp và thường phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ,

nồng độ muối trong nước thải Chỉ tiêu oxy hòa tan đảm bảo cho quá trình xử lý là 1,5

– 4 mg/L (thông thường khoảng 2 mg/L ở tải trọng trung bình và khoảng 0,5 mg/L ở

tải đỉnh) ở mọi khu vực trong bể, trên 4 mg/L không chỉ tăng hiệu suất của quá trình xử

lý mà còn gây hao tốn năng lượng để vận hành máy cung cấp oxy (Lương Đức Phẩm,

2007)

 Thời gian tồn lưu vi sinh vật trong bể phản ứng

Lượng vi sinh vật trong bể có ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý của bể bùn Thời gian tồn

lưu vi sinh vật quá ngắn sẽ dẫn đến hiệu quả loại BOD thấp, thời gian tồn lưu vi sinh

vật quá lâu sẽ dẫn đến nước đầu ra có nhiều chất rắn Thời gian tồn lưu vi sinh vật

trong bể phản ứng từ 3 – 15 ngày cho hiệu quả xử lý và thời gian lắng của bùn tốt (Lê

Hoàng Việt, 2003)

 Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật (Tỷ lệ F/M)

Bể bùn hoạt tính là một hệ thống hoạt động trong đó các vi sinh vật phát triển và chết

đi liên tục Để hoạt động có hiệu quả người ta thường sử dụng các thông số F/M để

thiết kế và vận hành hệ thống Hệ thống đạt cân bằng khi lượng thức ăn F và lượng vi

khuẩn M nằm trong khoảng thích hợp cho điều kiện hoạt động của hệ thống Tỷ lệ F/M

dùng để kiểm soát quá trình oxy hóa sinh hóa và sinh khí bằng cách duy trì sự phát

triển của hệ vi sinh vật ở giai đoạn log hay ở giai đoạn phân hủy nội bào

F/M: tỷ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn, 1/ngày

S0: BOD của nước thải đầu vào, mg/L (g/m3)

: thời gian lưu tồn nước trong bể bùn hoạt tính = V/Q, ngày

V: thể tích bể bùn hoạt tính, m3

Q: lưu lượng nước thải nạp vào bể, m3/ngày

X: mật độ vi khuẩn trong bể tính bằng hàm lượng vật chất rắn bay hơi (MLVSS) trong

bể mg/L (g/m3)

Các giá trị thực nghiệm cho thấy F/M của bể bùn hoạt tính hoạt động theo mẻ nằm

trong khoảng 0,04 – 1,0

 pH

Quá trình xử lý sinh học nước thải rất nhạy cảm với sự dao động của trị số pH Giá trị

pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp phụ các chất

dinh dưỡng vào tế bào Trong quá trình tăng trưởng vi khuẩn thường làm giảm pH của

môi trường vì chúng giải phóng các sản phẩm trao đổi chất như các acid hữu cơ…(Đổ

Hồng Lan Chi, Lâm Minh Triết, 2005) Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi pH trong

khoảng 6,5 -8,5 (Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

 Nhiệt độ

Nhiệt độ trong nước thải ảnh hưởng rất lớn đến chức năng hoạt động của vi sinh vật

Tốc độ phản ứng oxy sinh hóa tăng khi tăng nhiệt độ Hầu hết các vi sinh vật trong bể

bùn hoạt tính là các cá thể ưa ấm, chúng có thể sống trong điều kiện nhiệt độ từ 5oC –

40oC Khi nhiệt độ tăng quá cao có thể làm chết các vi khuẩn, còn nhiệt độ quá thấp có

thể làm bất hoạt quá trình vận chuyển các chất hòa tan qua màng tế bào chất dẫn đến

tốc độ làm sạch nước thải sẽ bị giảm Vì vậy, nhiệt độ thích hợp để xử lý nước thải là

6oC – 37oC, tốt nhất là 15oC – 35oC (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

 Ảnh hưởng của kim loại nặng

Theo Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (1999), bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ các

muối kim loại nặng Khi đó, hoạt động sinh hóa của chúng bị giảm do sự phát triển

mạnh của các vi khuẩn dạng sợi làm cho bùn hoạt tính bị phồng lên Theo mức độ độc

hại, các kim loại nặng có thể được sắp xếp theo thứ tự sau:

Sb> Ag> Cu> Hg> Co> Ni> Pb> Cr3+> V Cd> Zn> Fe

Nồng độ cho phép của các chất độc để quá trình oxy hóa sinh hóa có thể xảy ra phụ

thuộc vào bản chất của các chất đó Trong trường hợp, khi nước thải chứa một số loại

chất độc thì trong tính toán các công trình xử lý sẽ theo chất độc nhất Hàm lượng của

các chất này khi cao hơn nồng độ cho phép cực đại cũng có thể ảnh hưởng xấu đến tốc

độ làm sạch của nước thải

 Ảnh hưởng của các chất dầu, mỡ trong nước thải

Chất béo và dẩu mỡ thường bền vững và khó phân hủy Trong quá trình bùn hoạt tính,

các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn và can thiệp vào hoạt động vi khuẩn cũng

như cấu trúc bông bùn Các chất béo, dầu mở này có cấu trúc hóa học tương tự như

lipid của thành tế bào sẽ được hấp thụ vào thành tế bào vi khuẩn Các hợp chất này khi

ở trên bề mặt tế bào sẽ làm tăng nồng độ MLVSS Một số hợp chất béo, dầu mỡ khó

phân hủy sẻ tích tụ trong bông bùn và chuyển thành dạng kỵ khí gây độc như mêtan

 Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt

Khi có sự hiện diện của các chất hoạt động bề mặt như xà phòng, thuốc tẩy…trong

nước thải sẽ làm cho hoạt động của các vi sinh vật chậm lại Các chất hoạt động bề mặt

này còn làm tăng tổng chất rắn hòa tan (TSS) Ngoài ra, chúng còn làm thay đổi sức

căng bề mặt nước vì thế đôi khi cũng sinh ra bọt váng Một vài chất hoạt động bề mặt

còn hiện diện như là độc tố

2.2.3 Sơ lược về thiết kế bể UASB

Bể UASB được sử dụng để làm giảm nồng độ chất hữu cơ của các loại nước thải công

nghiệp nhất là các loại hình chế biến nông, thủy sản và hóa chất Chí (2005) cũng đã

nghiên cứu sử dụng UASB để xử lý nước rỉ rác

Srinivas (1994) đã đưa ra một số khuyến cáo về thiết kế bể UASB như sau:

- Nên thiết kế bể UASB vận hành ở nhiệt độ lớn hơn 20oC

- Thời gian lưu chất rắn (vi khuẩn) trong bể là 30 – 50 ngày

- Thời gian lưu tồn nước từ 8 – 10 giờ

- Độ dày của thảm bùn từ 2 – 2,5 m (trong trường hợp xử lý nước thải sinh hoạt)

- Tải nạp nước bề mặt 20 – 28 m3/m2*ngày ở tải đỉnh

- Vận tốc đi lên của nước 0,5 – 1,2 m/h

Các công thức thường sử dụng trong tính toán bể UASB như sau:

Thể tích hữu dụng (Vn): đây là phần thể tích chứa thảm bùn và các vi sinh vật hoạt

động, hầu hết các hoạt động phân hủy chất hữu cơ diễn ra ở đây Phía trên phần thể tích

hữu dụng còn có phần thể tích chung quanh phần thu khí, phần thể tích này chứa rất ít

sinh khối và quá trình lắng thường diễn ra ở đây

Thể tích hữu dụng được tính bằng công thức:

Vn: thể tích hữu dụng của bể UASB, m3

Q: lưu lượng nước thải, m3/ngày

So: nồng độ COD đầu vào, kg COD/m3

Lorg: tải nạp chất hữu cơ, kg/COD/m3*ngày

Để tính thể tích chứa nước trong bể (bao gồm thể tích hữu dụng và thể tích lắng) người

ta sử dụng hệ số hữu dụng

n

L

V V

E

Trong đó

VL: tổng thể tích chứa nước của bể UASB

E: hệ số hữu dụng, không đơn vị (thường từ 0,8 – 0,9)

Vận tốc nước đi lên trong bể được tính bằng công thức:

v Q

A

Trong đó A là diện tích của bể (m2)

Chiều cao lớp nước trong bể phản ứng được tính bằng công thức :

L

L

V H

A

Phần chứa khí được đặt trong bể và chiếm chiều cao từ 2,5 – 3 m, do đó tổng chiều cao

của bể sẽ là :

HT = HL + HG

Trong đó HG là chiều cao chứa khí, m

Như vậy, để tính toán bể UASB ta phải chọn được tải nạp chất hữu cơ và vận tốc nước

Bùn dạng hạt, loại SS thấp

1000 - 2000 0,1 – 0,3

0.2 – 0.6 0,6 – 1,0

Bảng 2.8 Vận tốc nước đi lên và chiều cao của bể UASB

Loại nước thải Vận tốc nước đi lên, m/giờ Chiều cao bể, m

Khoảng Tiêu biểu Khoảng Tiêu biểu Gần 100% COD ở dạng hòa

tan

Một phần COD ở dạng hòa tan 1,0 – 1,25 1,0 3 - 7 6

(Metcalf & Eddy, 2003)

2.2.4 Sơ lược về quá trình lắng và bể lắng

a Quá trính lắng

Quá trình lắng là quá trình tách các chất lơ lững ra khỏi nước thải dưới tác dụng của

trọng lực lên hạt lơ lững có tỉ trọng nặng hơn tỉ trọng của nước

Theo Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002) quá trình lắng được ứng dụng trong:

 Lắng cát (cặn dễ tách nước nói chung như cát, mảnh kim loại, thủy tinh, hạt trái

cây, mảnh xương…)

 Loại bỏ cặn hữu cơ trong bể lắng đợt I

 Loại bỏ cặn sinh học (bùn hoạt tính, màng vi sinh vật) trong bể lắng II

 Loại bỏ các bông cặn trong quá trình keo tụ - tạo bông

 Nén bùn trọng lực nhằm giảm độ ẩm bùn trong công đoạn xử lý bùn

 Dựa vào hàm lượng và khả năng tương tác giữa các hạt, có thể xảy ra ba loại lắng

chính (hay còn gọi là vùng lắng) sau:

- Lắng riêng rẽ từng hạt

- Lắng keo tụ

- Lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng chen

b Sơ lược về bể lắng

Theo Hoàng Huệ (1996), tùy theo công dụng của bể lắng trong dây chuyền công nghệ

mà người ta phân biệt bể lắng đợt I (bể lắng sơ cấp) và đợt II (bể lắng thứ cấp) Bể lắng

đợt I đặt trước công trình xử lý sinh học, bể lắng đợt II đặt sau công trình xử lý sinh

học

Bể lắng thứ cấp có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn, có chức năng loại bỏ các tế bào

vi khuẩn ở dạng các bông cặn, các bông cặn này sẽ lắng xuống đáy bể lắng tạo thành

bùn, một phần bùn ở bể lắng được hoàn lưu về bể bùn hoạt tính, phần còn lại được xả

ra ngoài hệ thống xử lý bùn

Thời gian lưu tồn (giờ) có hoàn lưu bùn hoạt tính trong bể lắng biến thiên trong khoảng

1,5 – 2,5 giờ (Metcalf & Eddy, 1991)

2.3 TỔNG QUAN VỀ BÃI RÁC SÓC VỒ - SÓC TRĂNG

Bãi rác Sóc Vồ - Sóc Trăng là một bãi rác cũ, hiện đang nằm ở đường Nam Kỳ Khởi

Nghĩa, Phường 7, Thành phố Sóc Trăng Đây là bãi rác dạng đổ đống tập trung, rác

thải được chuyển đến đây không được phân loại trước Theo thống kê của Công ty

TNHH MTV Công Trình Đô Thị tỉnh Sóc Trăng hàng ngày bãi rác tiếp nhận khoảng

506,1 tấn/ngày (2009) với thành phần rác như sau:

Bảng 2.9 Thành phần chất thải rắn tại thành phố Sóc Trăng

Khí hậu tỉnh Sóc Trăng có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo và

chia làm hai mùa rõ rệt Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11 Mùa khô bắt đầu từ

tháng 12 đến tháng 4 năm sau

- Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình năm 26,6°C (năm 2008) Nhiệt độ cao nhất trong

năm vào tháng 4 (28,2°C) và nhiệt độ thấp nhất vào tháng 1 (25,4°C)

- Nắng: Tổng lượng bức xạ trung bình trong năm tương đối cao, đạt 140 – 150

kcal/cm2 Tổng giờ nắng bình quân trong năm 2.292,7 giờ (khoảng 6,28 giờ/ngày), cao

nhất thường vào tháng 3 là 282,3 giờ, thấp nhất thường vào tháng 9 là 141,5 giờ

- Mưa: Lượng mưa trung bình hàng năm là 1.660 – 2.230 mm, chênh lệch lớn

theo mùa, mùa mưa chiếm 90% tổng lượng mưa, mùa khô rất ít, có tháng không mưa

- Độ ẩm: Độ ẩm trung bình cả năm là 84% (cao nhất 89% vào mùa mưa, thấp

nhất 75% vào mùa khô)

- Gió: nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, tỉnh Sóc Trăng có các hướng

gió chính như sau: Tây, Tây Nam, Đông Bắc, Đông Nam và gió được chia làm hai mùa

rõ rệt là gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam Mùa mưa chịu ảnh hưởng của gió

mùa Tây Nam là chủ yếu; còn mùa khô chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc là chủ

yếu với tốc độ gió trung bình là 1,77m/s

- Các yếu tố khác: Tỉnh Sóc Trăng nằm trong khu vực rất ít gặp bão Theo tài

liệu về khí tượng thủy văn ghi nhận, trong 100 năm qua chỉ có 2 cơn bão đổ bộ vào Sóc

Trăng (năm 1952, 1997) gây thiệt hại rất lớn

Thành phố Sóc Trăng là trung tâm tỉnh Sóc Trăng nên có đặt điểm khí hậu tương tự

Những năm gần đây, lốc thường xảy ra ở Sóc Trăng Lốc tuy nhỏ nhưng cũng

gây ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống của nhân dân

2.3.2 Đặc điểm chế độ thủy văn tỉnh Sóc Trăng

Sông rạch tỉnh Sóc Trăng đa phần thuộc vùng ảnh hưởng của chế độ bán nhật

triều không đều, cao độ mực nước của hai đỉnh triều và hai chân triều không bằng

nhau Đỉnh triều cao nhất là 160 cm (vào tháng 10, 11), thấp nhất là 123 cm (vào tháng

5, 8), chân triều cao nhất là -24 cm (tháng 11), thấp nhất là -103 cm (tháng 6), biên độ

triều trung bình từ 194 – 220 cm

Nguồn nước trên hệ thống sông rạch tỉnh Sóc Trăng là kết quả của sự pha trộn

giữa lượng mưa tại chỗ, nước biển và nước thượng nguồn sông Hậu đổ về Dòng cửa

sông Hậu khá mạnh vào mùa mưa, ảnh hưởng ra xa quá 4 hải lý, đây cũng là thời kỳ

mùa lũ ở sông Hậu Dòng tổng hợp ven bờ khoảng 1m/s Dòng hải lý theo mùa và

dòng chảy ven bờ lấn át dòng chảy sông tại vùng cửa Định An – dòng chảy theo hướng

Tây – Nam là chủ yếu trong mùa khô và theo hướng Đông – Bắc trong mùa mưa

2.3.3 Đặt điểm kinh tế, xã hội

Thành phố Sóc Trăng là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hoá - xã hội và là đầu mối

giao lưu kinh tế quan trọng của tỉnh Sóc Trăng;

Thành phố Sóc Trăng bao gồm 10 phường với 60 khóm, tổng diện tích tự nhiên là

7.616,21ha; dân số 136.348 người, bao gồm 03 dân tộc Kinh, Hoa, Khmer cùng sinh

sống; mật độ dân số 1.790 người/km2; về cơ cấu lao động: lao động nông nghiệp chiếm

11,73%; phi nông nghiệp chiếm 88,27%

Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân giai đoạn năm 2006- 2010 là 15,93% Trong

đó: khu vực I là 3,49%; khu vực II tăng 7,92%; khu vực III tăng 35,25% Cơ cấu kinh

tế khu vực I là 5,03%; khu vực II là 42,25%; khu vực III là 52,72%, cơ cấu kinh tế so

với năm 2005 có sự chuyển dịch giảm 25,68% ở khu vực II và tăng 28,36% ở khu vực

III, phù hợp với xu thế phát triển của đô thị

2.3.4 Một số biện pháp xử lý tại bãi rác phường 7

Rác được xử lý tạm thời để hạn chế tối đa việc phát sinh mùi hôi, ruồi, nước rỉ từ rác

thải bằng một số giải pháp như:

+ Cuốc rác thành luống kết hợp với việc phun thuốc khử mùi để xử lý mùi hôi

và diệt ấu trùng ruồi;

+ Bên cạnh đó kết hợp với phun thuốc ruồi để diệt ruồi, rắc vôi xuống các ao và

xung quanh chân bãi rác để khử trùng;

+ Khi luống rác đầy sẽ tiến hành đậy bạt để ngăn ngừa mùi hôi khuếch tán ra

môi trường xung quanh trong quá trình phân hủy rác và hạn chế lượng nước rỉ rác phát

sinh do nước mưa chảy tràn trên bề mặt;

+ Ngoài ra còn thực hiện một số công tác như: thả lục bình, phun chế phẩm xử

lý nước xuống các ao để xử lý nước, trồng cây xanh xung quanh gần tường bao và trên

đường vào bãi rác

+ Vận hành trạm xử lý nước rỉ rác, công suất xử lý: 80m3/ngày, sau đó thải ra

môi trường xung quanh (kênh phục vụ tưới tiêu)