Thiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngày

Thiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngàyThiết kế môn học thiết kế uasb trong hệ thống xử lí nước rác mới công suất 800 m3ngày

Chương 1

MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp (còn gọi là nước rác) đang là vấn đề nhức nhối trong xã hội về mặt môi trường và mỹ quan Nước rò rỉ có nồng độ chất ô nhiễm cao, có mùi chua nồng, có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ô nhiễm đất Khi không được tích trữ và xử lý tốt, một lượng lớn tràn ra ngoài vào mùa mưa sẽ gây ô nhiễm cho các khu vực xung quanh, ảnh hưởng đến cộng đồng dân cư sống gần bãi chôn lấp Đây là vấn đề nan giải của các bãi rác không

có trạm xử lý nước rò rỉ hiện nay

Do thành phần phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi rác đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu xử lý như

xử lý sơ bộ, xử lý bậc hai, xử lý bậc ba để đạt tiêu chuẩn thải Thành phần và lưu lượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dây chuyền công nghệ xử lý nước rò rỉ cũng sẽ thay đổi đối với các loại nước rác có thời gian chôn lấp khác nhau Việc đề ra một dây chuyền công nghệ thích hợp để xử lý nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp, thõa mãn các vấn đề về kỹ thuật, điều kiện kinh tế… là cần thiết

1.2 Nhiệm vụ của đồ án môn học

Nhiệm vụ của đồ án môn học là thiết kế bể xử lý yếm khí có lớp cặn lơ lửng (UASB) trong hệ thống xử lý nước rác mới với công suất là 800m3/ngày đêm

1.3 Nội dung thực hiện

Đồ án sẽ thực hiện những nội dung sau đây:

 Tổng quan về nước rò rỉ

 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước rò rỉ

 Phân tích lựa chọn, đề xuất công nghệ xử lý, phân tích ưu nhược điểm của phương án chọn lựa

 Tính toán công nghệ, đặc biệt tính toán chi tiết cho bể UASB

 Khái toán chi phí xây dựng và chi phí xử lý của sơ đồ công nghệ đề xuất.

1.4 Phạm vi đồ án

Do nhiệm vụ chính của đồ án là thiết kế bể xử lý yếm khí UASB trong hệ thống xử lý nước rác mới với công suất 800m3/ngày nên đồ án sẽ không đi sâu vào tính toán chi tiết các công trình xử lý khác mà chỉ tính toán sơ bộ kích thước, thiết bị… của các công trình này

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ2.1 Sự hình thành nước rò rỉ

Nước rò rỉ từ bãi rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép”

ra từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén

Quá trình tạo thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng giữ nước hay khi nó bị bão hòa nước Khả năng giữ nước (FC – Field Capacity) của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác dưới tác dụng của trọng lực FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng trong việc xác định sự hình thành nước rò rỉ FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác và việc phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp Cả rác và lớp phủ đều có khả năng giữ nước trước sức hút của trọng lực FC có thể tính theo công thức sau :

W10000

W55

,06,0FC

Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chôn lấp,

độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép Việc mất đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ)

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

nước rò rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt giữ nước làm giảm độ ẩm thấm vào.

2.2 Thành phần và tính chất nước rò rỉ

2.2.1 Thành phần và tính chất nước rò rỉ

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

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

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

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

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

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

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

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

khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn ra, bởi

vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữ lại Giai đoạn này có thể kéo một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân hủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh hiếu khí và kị khí

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

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

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

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

Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 do sự có mặt của các axit hữu cơ và khí CO2 có trong bãi rác Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạn III do sự hòa tan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ Do pH thấp, nên một số chất vô cơ chủ yếu là các kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này Nếu nước rò rỉ không được tuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng bị loại bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp

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

sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình thành

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

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

độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ giảm xuống trong giai đoạn này

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

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

Từ Hình 2.1 có thể thấy rằng nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn lấp chất thải rắn có pH thấp, BOD5 và VFA cao, hàm lượng kim loại nặng cao, tương ứng với giai đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV của bãi chôn lấp Khi đã chôn lấp

trong một thời gian dài thì các chất hữu cơ trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan, khi đó thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ cũng giảm xuống đáng kể Khi pH tăng lên sẽ làm giảm nồng độ các chất vô cơ, đặc biệt các kim loại nặng có trong nước rò rỉ.

Hình 2.1: Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp [12]

Bên cạnh các chất ô nhiễm bị phân hủy và hòa tan vào nước rò rỉ, các chất khí từ bãi chôn lấp cũng được hình thành và phát tán vào không khí gây ra hiện tượng nóng lên của trái đất (hiệu ứng nhà kính)

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

Việc tổng hợp và đặc trưng thành phần nước rác là rất khó vì có nhiều yếu

tố khác nhau tác động lên sự hình thành nước rò rỉ Nên tính chất của nó chỉ có thể xác định trong một khoảng giá trị nhất định và được cho trong bảng 2.1

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

của các bãi chôn lấp mới và lâu năm.

a Bãi mới (dưới 2 năm) Bãi lâu năm

Fe, ZnVFA

Thời gian

Nồng độ chất ô nhiễm trong nước rò rỉ của bãi rác mới chôn lấp cao hơn rất nhiều so với bãi rác chôn lấp lâu năm Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu năm, chất thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần khác như BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng rất cao Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan hóa thì

pH sẽ cao hơn (6,8 - 8,0), đồng thời BOD5, COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấp đi Hàm lượng kim loại nặng giảm xuống bởi vì khi

pH tăng thì hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan

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

bãi rác lâu năm, tỷ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2 Khi đó nước rò rỉ chứa nhiều axit humic và fulvic có khả năng phân hủy sinh học thấp

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

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

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ

Rác được chọn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh cùng lúc xảy ra Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy từ rác Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý nước thải… Ta sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rò rỉ :

2.2.2.1 Thời gian chôn lấp

Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời gian Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần Thành phần của nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng

là quá trình tạo ra khí metan Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ Trong giai đọan này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rò rỉ có những đặc điểm sau :

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

– pH nghiêng về tính axit

– BOD cao.

– Tỷ lệ BOD/COD cao

– Nồng độ NH4+ và nitơ hữu cơ cao

– Vi sinh vật có số lượng lớn

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

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

– Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp

– pH trung tính hoặc kiềm

– BOD thấp

– Tỷ lệ BOD/COD thấp

– Nồng độ NH4+ thấp

– Vi sinh vật có số lượng nhỏ

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

Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có sự thay đổi Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay hơi Các axit thường là acetic, propionic, butyric Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhân vòng thơm Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rác nghiên về tính axit Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò rỉ có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

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

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

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

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

Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động đến tính chất nước rác Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiền nhỏ Bởi vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ rác Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộ hay không

2.2.2.3 Chiều sâu bãi chôn lấp

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

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

2.2.2.4 Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi

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

rò rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng

độ các chất ô nhiễm nhỏ Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ

ô nhiễm Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp

và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ …

2.2.2.5 Độ ẩm rác và nhiệt độ

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

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

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

Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rảnh và bùn của trạm xử

lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ Bùn sẽ làm tăng

độ ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rò rỉ Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ có pH thấp và BOD5 cao hơn

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

Chương 3

TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC RÒ RỈ

Phương pháp xử lý nước rò rỉ gồm có xử lý sinh học, cơ học, hóa học hoặc liên kết các phương pháp này, xử lý cùng với nước thải sinh hoạt Để xử lý nước

rò rỉ thì nên sử dụng phương pháp cơ học kết hợp xử lý sinh học và hóa học bởi

vì quá trình cơ học có chi phí thấp và thích hợp với sự thay đổi thành phần tính chất của nước rò rỉ Tuy nhiên, nước rò rỉ từ bãi rác mới chôn lấp thường có thành phần chất hữu cơ phân hủy sinh học cao, do đó việc sử dụng các quá trình

xử lý sinh học sẽ mang lại hiệu quả cao hơn Quá trình xử lý hóa học thích hợp đối với xử lý nước rò rỉ của bãi chôn lấp lâu năm

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

H Bay hơi Bay hơi nước rò rỉ Phụ thuộc vào nhiệt độ, gió, độ

ẩm và mưa

PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ

A Keo tụ, tạo bông Hệ keo bị mất ổn định do sự phân tán nhanh của hóa

chất keo tụ Chất hữu cơ, SS, photphate, một số kim loại và độ đục bị loại bỏ khỏi nước Các loại muối nhôm, sắt và polymer hay được sử dụng làm hóa chất keo tụ

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

cứng, photphat và nhiều kim loại nặng được loại ra khỏi nước rò rỉ

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

permanganate… được sử dụng để oxy hóa các chất hữu cơ, H2S, sắt và một số kim loại khác Amoniac

và cianua chỉ bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa mạnh

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

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

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

F Hấp thụ bằng Dùng để khử COD, BOD còn lại, các chất độc và các

cacbon hoạt tính chất hữu cơ khó phân hủy Một số kim loại cũng

được hấp thụ Cacbon thường được sử dụng dưới dạng bột và dạng hạt

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

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

O2 Bùn được tuần hoàn Sản phẩm cuối cùng là CO2

a Sinh trưởng lơ lững

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

sục khí Bùn hoạt tính lắng xuống và được tuần hoàn

về bể phản ứng Các quá trình bùn hoạt tính bao gồm: dòng chảy đều, khuấy trộn hoàn chỉnh, nạp nước vào bể theo cấp, làm thoáng kéo dài, quá trình

ổn định tiếp xúc…

- Nitrat hóa Amoniac được oxy hóa thành nitrat Quá trình khử

BOD có thể thực hiện trong cùng một bể hay trong

bể riêng biệt

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

được sục để tăng cường quá trình oxy hóa chất hữu cơ

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

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

là rất cần thiết trong quá trình hoạt động

-Bể tiếp xúc sinh học

quay (RBC)

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

- Quá trình kị khí cổ

điển (conventional)

Chất thải nồng độ cao hoặc bùn được ổn định trong

bể phản ứng

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

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

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

lực nặng của nước và khí biogas từ quá trình phân hủy sinh học tạo thành lớp bùn lơ lững, xốn trộn liên tục Vi sinh vật kị khí có điểu kiện rất tốt để hấp thụ

và chuyển đổi chất hữu cơ thành khí metan và cacbonic Bùn được tách và tự tuần hoàn lại bể UASB bằng cách sử dụng thiết bị tách rắn - lỏng – khí

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

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

b Sinh trưởng dính bám

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

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

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

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

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

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

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

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

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

D Xử lý đất (land

treatment)

Tận dụng thực vật, đặc tính của đất và các hiện tượng

tự nhiên khác để xử lý nước rò rỉ bằng việc kết hợp các quá trình lý – hóa – sinh cùng xảy ra

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

xử lý Đặc tính của nước rác thường đặc trưng bởi các chỉ tiêu như COD, BOD5, TDS, SO42-, kim loại nặng Ca2+, và một số chỉ tiêu khác Chú ý rằng nước rò rỉ có hàm lượng chất rắn hòa tan lớn và kim loại nặng nên có thể ức chế quá trình xử

lý sinh học Đồng thời, xử lý sinh học chỉ loại được một phần nhỏ các chất rắn hòa tan Khi nước rác có COD cao thì có thể dùng phương pháp xử lý sinh học kị khí bởi vì xử lý hiếu khí rất tốn kém Sunphat, với nồng độ cao có thể làm ảnh hưởng đến quá trình xử lý kị khí, mùi hình thành do sunphat do bị khử thành sunphit cũng có thể hạn chế việc sử dụng công trình kị khí khi xử lý nước rác Độc tính của kim loại nặng cũng là một vấn đề cần quan tâm trong việc ứng dụng các quá trình sinh học Canxi gây ra các hiện tượng kết tủa, đóng cáu cặn là giảm hoạt tính của bùn, hoạt tính trong các công trình xử lý sinh học, làm tắc nghẽn đường ống dẫn nước, từ đó làm giảm đáng kể đến hiệu quả xử lý

Lựa chọn kích thước thiết bị hay lưu lượng cần xử lý tùy thuộc vào vị trí, kích cỡ của từng bãi chôn lấp và thời gian hữu ích của công trình

Sau đây ta sẽ tìm hiểu chi tiết về từng quá trình xử lý đã và đang được áp dụng cũng như các nghiên cứu trong và ngoài nước đã thực hiện để xử lý nước

độ cũng có ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình

Hiệu quả khử VOC đạt đến hơn 90% Trở ngại chính của quá trình trao đổi

và khử khí là sự đóng cáu cặn canxi cacbonat trong tháp tiếp xúc khí khử

3.1.2 Bay hơi

Bay hơi là biện pháp đơn giản nhất để giảm lưu lượng và cô đặc nước rác ở các nước có khí hậu nóng, khô Nước rác được chứa trong các hồ được lắp đặt lớp lót Quá trình bay hơi diễn ra trên bề mặt nước phụ thuộc vào nhiệt độ, vận

tốc gió và độ ẩm không khí Bay hơi nước rò rỉ được tiến hành trong các tháng mùa hè khi nhiệt độ cao và ít có mưa Nước rò rỉ cũng có thể được phun lên bề mặt bãi chôn lấp và để bay hơi tự nhiên Việc sục khí có thể cần thiết để kiểm soát mùi.

3.1.3 Tuyển nổi

Phương pháp này sử dụng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm Trong một số trường hợp, quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt (quá trình tách bọt hay làm đặc bót) Quá trình thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào pha lỏng Các bọt khí kết dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó lớp váng này được thu gom nhờ thiết bị vớt bọt Phương pháp tuyển nổi có nhiều ưu điểm như : cấu tạo thiết bị đơn giản, vốn đầu tư và chi phí năng lượng vận hành thấp, có độ lựa chọn tách các tạp chất, tốc độ quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng; nhược điểm là các lổ mao quản hay bị bẩn, tắt

3.1.4 Điều hòa lưu lượng và nồng độ - Trung hòa:

Lưu lượng và tính chất của nước rác thay đổi liên tục, do đó hệ thống xử lý nước rác cần có công trình điều hòa nhằm đảm bảo việc cung cấp nước liên tục với lưu lượng và nồng độ ổn định cho hệ thống xử lý Nhờ đó, các công trình xử

lý phía sau mới hoạt động ổn định và đạt hiệu quả cao Bể điều hòa thường gắn các thiết bị sục khí để kiểm soát mùi và cặn lắng

Nước rác mới thường có pH thấp, để có thể xử lý ở các công trình sinh học thì cần phải tăng pH nước rác bằng cách sử dụng các hóa chất như NaOH, KOH Nên hạn chế việc sử dụng Ca(OH)2 vì làm tăng nồng độ ion canxi trong nước, ảnh hưởng đến các công trình sinh học, đặc biệt quá trình kỵ khí do đóng cặn CaCO3

Khi xử lý nước rác bằng phương pháp hóa lý cũng cần phải hiệu chỉnh pH

về giá trị tối ưu để các phản ứng xảy ra với hiệu quả cao nhất

3.1.5 Lọc

Lọc là quá trình xử lý bậc ba thường được áp dụng trong xử lý nước rác nhằm làm giảm chất rắn lơ lửng trong đặc biệt đối với nước rác ở trạm trung chuyển ép rác kín Lọc cũng rất cần thiết trong việc tiền xử lý trước khi đưa nước

vào các công trình xử lý bậc cao như siêu lọc, thẩm thấu ngược, trao đổi ion, hấp phụ than hoạt tính… Các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất vi hữu cơ (micro-organic matter) bị khử loại qua quá trình lọc cát (cơ học) hay hấp phụ (lý hóa).Quá trình lọc diễn ra khi cho dòng nước được qua lớp vật liệu lọc Vật liệu lọc thường sử dụng là cát Hoạt động của thiết bị lọc có thể dưới tác dụng của trọng lực hoặc lọc áp lực Vấn đề hay gặp phải trong xử lý nước rác ép là SS lớn nên dễ tắc lọc làm tăng tổn thất áp lực và được khắc phục bằng cách định kỳ rửa vật liệu lọc.

3.1.6 Thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược được ứng dụng để loại bỏ các chất vô cơ hòa tan (khử khoáng) Đây là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới áp suất cao (trên 100atm) Màng lọc cho các phân tử dung môi đi qua và giữ lại các hạt (phân tử, ion bị hydrat hóa) có kích thước không lớn hơn phân tử dung môi Hiệu quả quá trình phụ thuộc vào tính chất màng lọc Phương pháp này có ưu điểm là: tiêu hao năng lượng ít, có thể tiến hành ở nhiệt độ thường, kết cấu đơn giản Hơn nữa, quá trình hoạt động dưới áp suất cao nên cần có vật liệu đặc biệt làm kín thiết bị Thẩm thấu ngược thường chỉ được dùng ở giai đoạn cuối của quá trình

xử lý (sau khi đã qua xử lý sinh học hoặc đã tách loại các chất lơ lửng)

Nhiều dạng màng bán thấm được sử dụng, nhưng loại màng xenlulose acetat và polyamit (nylon) được sử dụng rộng rãi nhất Thông thường thì thẩm thấu ngược hay sử dụng cho các công trình xử lý nước cấp, khi áp dụng cho xử

lý nước rác thì có nhiều trở ngại như việc đóng cáu cặn và khả năng sử dụng bị hạn chế, thời gian sử dụng rất ngắn Hiện nay, trên thế giới đã và đang chế tạo nhiều loại màng bán thấm dạng ống có thể sử dụng để xử lý nước rác Các loại màng bán thấm này có thời gian sử dụng lâu, chống được hiện tượng đóng cáu cặn trong màng, thiết bị chế tạo theo module rất thuận lợi khi tính chất và lưu lượng nước rác thay đổi

Trong tất cả các phương pháp được áp dụng để xử lý nước rác rò rỉ, thẩm thấu ngược là phương pháp khử COD hiệu quả nhất Tuy nhiên, một số axít béo

có thể thấm qua màng làm giảm hiệu quả xử lý Bên cạnh việc xử lý các chất hữu

cơ, các chất rắn hòa tan cũng được loại bỏ với hiệu suất rất cao Tuy nhiên, trong hầu hết các nghiên cứu sử dụng thẩm thấu ngược để xử lý nước rò rỉ đều cho thấy rằng việc đóng cáu cặn ảnh hưởng rất xấu đến màng bán thấm, và từ đó ảnh

hưởng đến hiệu quả xử lý và làm tăng trở lực của hệ thống Màng bán thấm cũng rất nhạy cảm với pH

Slater (1983) nghiên cứu việc kết hợp thẩm thấu ngược với các quá trình xử

lý khác để xử lý nước rò rỉ Giai đọan tiền xử lý bao gồm việc loại bỏ dầu thô, keo tụ bằng vôi, recacbonac và điều chỉnh pH Lưu lượng nước rò rỉ vào thiết bị

RO là 180l/m2.ngày Hiệu quả xử lý TDS,COD, TOC lần lượt là 98%, 68%, 59% Sau đó nghiên cứu được tiếp tục với việc sử dụng các quá trình keo tụ, recacbonat, lắng, xử lý sinh học, lọc trước khi cho qua thẩm thấu ngược Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý COD, TDS và TOC tăng lên đáng kể

Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWalle (1977) dùng thiết bị RO để xử

lý nước rò rỉ được cho trong Bảng 3.2:

Bảng 3.2: Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWalle sử dụng RO xử lý

nước rác COD ban

% khử COD

53.000 0,65 RO bằng màng xenlulose acetate, pH=5.5 5653.000 0,65 RO bằng màng xenlulose acetate, pH=8,0 89

900 - RO nước rò rỉ sau khi qua bể lọc kị khí 98

536 - RO cho nước rác từ hồ sục khí, màng

3.1.7 Keo tụ, tạo bông, kết tủa và lắng

Keo tụ, tạo bông nhằm khử các chất ô nhiễm dạng keo, chất lơ lửng bằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa điện tích các hạt keo nhằm liên kết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng, trong đó phổ biến nhất là Al2(SO4)3 ( phèn nhôm) vì Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động hiệu quả cao trong khoảng pH = 5 – 7,5 Ngoài ra, người ta còn thêm các chất trợ đông tụ giúp nâng cao tốc độ lắng của bông keo, giảm thời gian quá trình và liều lượng chất đông tụ cần thiết

Kết tủa là phương pháp thông dụng nhất để khử kim loại và một số anion Kim loại bị kết tủa dưới dạng hydroxide, sulfit và cacbonat bằng cách thêm các

chất làm kết tủa và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình Phương pháp này có thể dùng để khử hầu hết các kim loại (As, Cd, Cr3+, Cu, Fe, Pb, Hg, Ni, Zn,…) và nhiều loại anion (PO43-, SO42-, F,…) Kết tủa sulfit cho hiệu quả khử tốt hơn nhưng đắt tiền và có thể tạo ra khí H2S nên thực tế người ta thường dùng vôi (tạo kết tủa hydroxide) hay NaOH, vừa rẻ vừa ít nguy hiểm hơn Các nghiên cứu cho thấy, hiệu quả khử COD bằng kết tủa vôi thì thấp nhưng hiệu quả khử màu, sắt

và các cation đa hóa trị thì lại rất tốt với nồng độ vôi cao (300-1000 mg/l) Mặc khác việc dùng vôi để kết tủa sẽ tạo ra các cặn bám không tốt cho quá trình sinh học về sau

Quá trình keo tụ dùng phèn nhôm và sắt có hiệu quả thấp khi xử lý nước rác mới Liều lượng sử dụng thường rất lớn và cần phải hiệu chỉnh pH thích hợp Sử dụng polymer có thể nâng cao hiệu quả xử lý Tuy nhiên, hiệu quả xử lý tăng lên khi sử dụng chất keo tụ xử lý nước rò rỉ lâu năm Nhìn chung, quá trình keo tụ, tạo bông thường áp dụng xử lý ban đầu nước rò rỉ, loại bỏ một phần COD và kim loại nặng ức chế vi sinh vật trước khi xử lý sinh học

Các nghiên cứu trước đây sử dụng phèn, vôi để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước rò rỉ không đạt hiệu suất cao Nguyên nhân chính là do các nghiên cứu này đều thực hiện với nước rò rỉ có thành phần chất hữu cơ phân hủy sinh học cao (BOD/COD cao) và hầu hết đều ở dạng chất hữu cơ hòa tan nên keo tụ không đạt hiệu quả tốt Hơn nữa liều lượng hóa chất sử dụng là khá lớn nên sẽ không kinh tế

Trong các nghiên cứu gần đây được thực hiện tại Khoa Môi trường – Đại học Bách Khoa, dùng phương pháp keo tụ, tạo bông, lắng kết hợp với oxy hóa các chất hữu cơ trong nước rò rỉ bằng oxy già và xúc tác, mang lại kết quả rất khả quan Nước rác được lấy từ bãi rác Đông Thạnh – Tp.Hồ Chí Minh, có thành phần các chất hữu cơ phân hủy sinh học thấp, sau khi được xử lý keo tụ bằng hóa chất để giảm một phần COD sẽ được oxy hóa nhiều bậc bằng H2O2 có sử dụng chất xúc tác và polymer để trợ keo tụ Kết quả sau khi xử lý nước có COD nhỏ hơn 100mg/l, màu mùi được khử, nước trong, vi sinh vật đạt tiêu chuẩn thải

3.1.8 Hấp phụ than hoạt tính và trao đổi ion

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu

cơ hòa tan sau xử lý sinh học mà chúng thường có độc tính cao hay kim loại nặng hoặc không phân hủy sinh học Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính (phổ

biến nhất), các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất như: xỉ tro, mạc sắt, khoáng chất như đất sét, silicagen, keo nhôm…Than hoạt tính sử dụng có thể ở dạng bột (PAC) hoặc dạng hạt (GAC) Phương pháp này có hiệu quả lọc cao nhưng thường chỉ sử dụng ở giai đoạn xử lý bậc cuối vì nó cũng không hiệu quả bằng phương pháp sinh học đối với các bãi rác mới Ngoài ra, nó cần quá trình rửa tái hồi phục chất hấp phụ

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá khả năng sử dụng than hoạt tính xử lý nước rác và chỉ ra rằng việc sử dụng than hoạt tính xử lý nước rác mới đạt hiệu quả thấp hơn nhiều so với xử lý bằng phương pháp sinh học bởi vì trong nước rò rỉ có nhiều axít béo bay hơi dễ phân hủy sinh học hơn nhiều Kipling (1965) nghiên cứu và cho biết rằng than hoạt tính dù với liều lượng lớn khoảng 5.000mg/l có hiệu suất xử lý các axit acetic, propionic, butyric lần lượt là 24%, 33% và 60% Burchinal (1970) cho rằng hiệu suất xử lý COD bằng than hoạt tính cho nước rác mới thường dao động là do độ lớn và thành phần khác nhau của các axit béo bay hơi có phân tử lượng thấp và cao trong nước rác

Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy rằng dùng than hoạt tính để xử lý nước rác sau khi qua xử lý sinh học đạt hiệu quả cao hơn nhiều so với xử lý trực tiếp Hiệu quả xử lý COD của nước rác đã ổn định có tỉ lệ BOD/COD thấp khoảng dưới 0,1

là 70% (Chian và DeWall, 1977) với liều lượng cacbon sử dụng 1mg than hoạt tính/0,17 mg COD McClinton (1900) nghiên cứu xử lý nước rác sau khi xử lý ở

bể kị khí kết hợp thiếu khí, than GAC với liều lượng 2g/l được sử dụng, hiệu quả

xử lý đạt 84% theo COD sau 40h tiếp xúc Pohland (1975) nghiên cứu xử lý nước rò rỉ kết hợp 2 quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính và trao đổi ion, đạt hiệu quả xử lý COD cao Nghiên cứu này cũng cho biết rằng than họat tính nên đứng trước cột trao đổi ion thì hiệu quả sẽ cao hơn và khắc phục các khó khăn trong khi vận hành Porbarazi (1989) nghiên cứu xử lý kết hợp quá trình hấp phụ

và phân hủy sinh học nhờ các màng vi sinh vật hình thành trong cột hấp phụ than hoạt tính, hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao và phù hợp với các tính toán lý thuyết.Tuy rằng việc sử dụng than hoạt tính đem lại hiệu quả tốt khi ứng dụng xử

lý nước rác nhưng giá thành lại rất cao Cần cân nhắc khi sử dụng than hoạt tính sao cho đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất Thông thường thì hấp phụ than hoạt tính được sử dụng trong giai đoạn xử lý bậc 3 làm sạch hoàn toàn nước thải khỏi chất hữu cơ, màu, mùi, vị, các chất độc hại và kim loại nặng

Phương pháp trao đổi ion ứng dụng làm sạch nước khỏi các kim loại như:

Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn,… cũng như các hợp chất của Asen, Photpho,

Cyanua Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn (chất trao đổi ion – ionit, không tan trong nước) trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếo xúc nhau Các ionit có thể là các chất vô cơ

có nguồn gốc tự nhiên ( zeolit, kim loại khóang chất, đất sét, fenspat, mica…), chất vô cơ tổng hợp (cilicagen, permutit, các oxit khó tan và hydroxit của một số kim loại như Al, Cr, ziriconi…), chất hữu cơ tự nhiên (acid humic của đất – chất bùn, than đá) và các chất hữu cơ tổng hợp là các nhựa cao phân tử có bề mặt riêng lớn…Phương pháp này có hiệu quả cao, xử lý khá triệt để, song chỉ có thể

áp dụng ở giai đoạn “ đánh bóng” cuối cùng, và nó cũng đòi hỏi quá trình tái sinh các ionit và giá thành cao

3.1.9 Oxy hóa

Phương pháp oxy hóa khử có khả năng phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và

vô cơ trong nước rác, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm COD, nâng tỷ lệ BOD/COD), nó còn ứng dụng khử độc một số chất vô cơ (Cyanide, Ammonia, một số kim loại Fe, Mn, Se, Cr… Phương pháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhân oxy hóa, tác nhân khử dưới pH thích hợp Các chất oxy hóa có thể được sử dụng là Clo ở dạng khí hay hóa lỏng, dioxitclo, cloratecanxi, hypocloritcanxi, hay natri, permanganatkali (KMnO4), bicromatkali, peroxithydro (H2O2), oxit không khí, O3, pyroluzit (MnO2) Phương pháp khử (chất khử : NaHSO3, FeSO4) dùng để tách các hợp chất Hg, Cr, As…ra khỏi nước rác Quá trình tiêu tốn một số lượng lớn hóa chất nên thường chỉ được dùng trong trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn không thể xử lý được bằng các phương pháp khác

Nhìn chung việc sử dụng chất oxy hóa để xử lý nước rác mới không đạt hiệu quả cao Việc sử dụng ozon để xử lý nước rác mới không đạt hiệu quả vì có

sự chống lại rất mạnh của các axit béo đối với ozon Hiệu quả xử lý dùng chất oxy hóa đối với nước đã ổn định cao hơn nhiều Chất oxy hóa có tác dụng bẻ gãy các liên kết của các chất hữu cơ có phân tử lượng cao, chuyển chúng từ dạng hòa tan, các phức chất thành dạng không tan và có thể dùng quá trình keo tụ để loại chúng ra khỏi nước Một số nghiên cứu cho biết rằng quá trình sinh học chỉ loại được các chất hữu cơ có phân tử lượng bé hơn 500, còn các chất hữu cơ có phân

tử lượng lớn hơn 500 sẽ theo nước sau khi xử lý sinh học trôi ra ngoài làm ảnh hưởng đến chất lượng nước Ngược lại, quá trình oxy hóa có tác dụng rất tốt đối với các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn hơn 500 Do vậy, ta có thể kết hợp quá

trình xử lý sinh học với quá trình oxy hóa để loại bỏ các chất hữu cơ, đảm bảo nước rò rỉ sau xử lý đảm bảo tiêu chuẩn thải ra nguồn.

Hiện nay, việc sử dụng H2O2 mang lại nhiều triển vọng trong việc xử lý nước rác từ bãi chôn lấp đã lâu năm Khi H2O2 kết hợp với các chất xúc tác tạo ra gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa rất mạnh, do đó hiệu quả khử COD cũng được nâng lên rõ nét Đồng thời H2O2 là chất tự phân hủy nên không gây ô nhiễm môi trường và không tạo ra các sản phẩm trung gian độc hại khác Đối với nước rác thường không dùng Clo để oxy hoá vì có thể tạo ra các gốc halogen độc hại cho môi trường khi chúng kết hợp với kim loại nặng có trong nước thải

3.2 Xử lý sinh học

3.2.1 Bùn hoạt tính

Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học có thể xử lý hiệu quả bằng hệ thống sinh học bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là khối quần thể vi sinh hoạt tính có khả năng ổn định chất hữu cơ hiếu khí Các hệ thống bùn hoạt tính thường dùng như: xáo trộn hoàn toàn, hoạt động theo mẻ, dòng chảy nút…

Những thuận lợi và khó khăn khi ứng dụng quá trình bùn hoạt tính:

• Thuận lợi:

- Bùn hoạt tính thích nghi nhanh

- Lượng bùn sử dụng trong quá trình khởi động ít

- Hiệu quả đạt được cao

• Khó khăn:

- Hao tốn nhiều năng lượng trong quá trình xử lý

- Sục khí quá nhiều kết hợp nồng độ kim loại cao làm nổi bọt nhiều

- Mặt bằng công trình lớn và các thiết bị sử dụng đắt tiền

- Lượng bùn dư sinh ra nhiều nên chi phí xử lý bùn tốn kém

- Áp dụng đối với nồng độ và tải trọng thấp

• Một số điều kiện và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bùn hoạt tính:

- Phải đảm bảo cung cấp đủ Oxy một cách liên tục và sao cho lượng Oxy hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng 2 không nhỏ hơn 2 mg/l

- Nồng độ độc chất gây hại cho vi sinh ở trong ngưỡng cho phép

- Lượng các nguyên tố dinh dưỡng để các quá trình sinh hoá diễn ra bình thường không được thấp hơn giá trị cần thiết (BOD5:N:P = 100:5:1).

- pH vào nằm trong khoảng 6,5 – 8,5 pH ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men trong tế bào và hấp thu các chất dinh dưỡng vào tế bào

- Nhiệt độ nước thải không dưới 60C và không quá 370C

- Nồng độ của muối vô cơ trong nước thải không quá 10 g/l

- SS vào không quá 100 mg/l khi dùng bể lọc sinh học và 150 mg/l khi dùng aerotank

• Một số nghiên cứu ứng dụng bùn hoạt tính xử lý nước rác ở nước ngoài:

Đối với nước rò rỉ rác mới thì hiệu quả xử lý của quá trình bùn hoạt tính có thể khử 95,2% BOD5; với BOD5 vào 5294 mg/l giảm còn 254mg/l; trên 87% COD được loại bỏ, nồng độ COD vào từ 12359 mg/l giảm còn 1566 mg/l (After Ehrig, 1989) Quá trình bùn hoạt tính có thể khử 90 – 99% BOD5 và COD và loại

bỏ 80 – 90% kim loại; ứng với nồng độ MLVSS khoảng 5000 – 10000 mg/l; tỉ

số F/M khoảng 0,02 – 0,06 ngày-1, thời gian lưu nước từ 1 – 10 ngày, thời gian lưu bùn 15 – 60 ngày và nhu cầu dinh dưỡng BOD5:N:P = 100:3,2:0,5) ( Syed R.Qasim và Walter Chiang)

• Một số nghiên cứu trong nước:

Các nghiên cứu ứng dụng quá trình BHT dạng mẻ xử lý nước rác mới:

Ở tải trọng 0,3 – 0,38 kgCOD/kgVSS.ngđ, sau 24 giờ thổi khíCOD giảm từ

1858 – 1938 mg/l xuống còn 62 – 80 mg/l Ở các tải trọng 0,46 – 0,67 kgCOD/kgVSS.ngđ; 0,6 – 0,87 kgCOD/kgVSS.ngđ khả năng xử lý sinh học tương ứng đạt 96,7 – 95,4%; 76,5 – 71,1% và 80 – 80,9%

Các pha sử dụng chất nền bởi vi sinh vật khi xử lý nước rò rỉ bằng phương pháp sinh học bao gồm:

Các chất hữu cơ trong pha (4) chủ yếu có phân tử lượng trong khoảng từ 500-10.000 nên rất khó phân hủy sinh học Ta thấy rằng nước rác mới chứa nhiều axit béo bay hơi VFA có phân tử lượng thấp nên dễ xử lý sinh học.

Nhiều nghiên cứu dùng quá trình sinh học hiếu khí bùn hoạt tính xử lý nước

rò rỉ để xác định các thông số động học đã được thực hiện Kết quả được tổng kết trong bảng sau:

Bảng 3.3: Các thông số động học của quá trình xử lý nướ rò rỉ

(dễ phân hủy) BOD5

(mg/l)

k

(mg/l)

Ks (mg/l)

Y (mg/mg)

kd (ngày -1 )

θc (ngày)

Nhiệt

độ ( 0 C)

Mavinic (1981)

Mavinic (1981)8.090 1,16 81,8 0,49 0,009 1,8 22-23 Wrong & Mavinic

3.2.2 Bể phản ứng hoạt động theo mẻ (Sequencing Batch Reactor)

Hệ thống aerotank làm việc theo mẻ kế tiếp (SBR) là quá trình bùn hoạt tính hay được sử dụng để xử lý nước rò rỉ Quá trình gồm 5 giai đọan: cho nước vào, phản ứng (kị khí, hiếu khí, thiếu khí), lắng, tháo nước ra, nạp mẻ mới được thực hiện trong cùng 1 bể phản ứng, do đó rất tiết kiệm diện tích xây dựng Đồng

thời, bùn hoạt tính không cần tuần hoàn để duy trì nồng độ bùn trong bể như các quá trình bùn hoạt tính khác SBR có hiệu quả cao khi xử lý nước rác có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan và chất dinh dưỡng cao Nó còn được áp dụng để xử

lý nước thải nhiễm phenol, benzoic axit, các chất béo… Các nghiên cứu và công trình thực tế cho biết rằng hiệu quả xử lý nước rác của SBR khoảng 72-79% COD, 98% BOD5 và khử được hơn 72% tổng nitơ, hơn 98% sắt và hơn 82% mangan, đồng thời kẽm cũng được giảm xuống còn rất thấp (0,02mg/l)

Hiệu quả xử lý kim loại của các công trình sinh học bùn hoạt tính khi xử lý nước rác mới rất cao Tuy nhiên, khi các kim loại như Fe, Mn, Al, Cr, Ca, Pb, Ni

bị loại ra khỏi nước thải sẽ lắng trong các công trình xử lý sinh học cũng như hấp phụ trong bùn hoạt tính, thì tỉ lệ MLVSS/MLSS sẽ giảm xuống rất thấp ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý sinh học Do vậy cần có những công trình sơ bộ giảm nồng độ kim loại trước khi xử lý sinh học

Hồ được dùng để xử lý sơ bộ nước rác trước khi thải vào cống rãnh hoặc tuần hoàn trở lại bãi rác Theo các kết quả nghiên cứu của trung tâm CENTEMA

về sự thay đổi nồng độ chất hữu cơ của nước rác chứa trong hồ: trong thời gian 3 tháng COD giảm từ 39496 mg/l xuống còn 2238 mg/l, hiệu quả đạt khoảng 95%, pH tăng từ 6,02 lên 7,86; BOD giảm từ 30000 mg/l xuống còn 200 mg/l; VFA giảm từ 21878 xuống còn 26, hiệu quả đạt 99%

3.2.4 Hồ làm thoáng

Hồ làm thoáng có lắp đặt thiết bị làm thoáng bề mặt nhằm khắc phục mùi

từ hồ do bị quá tải bởi lượng chất hữu cơ Quá trình hồ làm thoáng giống như quá trình bùn hoạt tính kéo dài thông thường ( thời gian lưu bùn khoảng 10 ngày)

Chian và DeWall (1977) đã tổng kết và so sánh kết quả của nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng quá trình hồ làm thoáng về xử lý nước rác (bảng 2.9 ) Hiệu quả xử lý của các nghiên cứu này có thể khử khoảng 22 – 99% COD Tỉ số BOD5/COD khoảng 0,03 – 0,8.

Bảng 3.4: So sánh hiệu quả xử lý nước rác bằng hồ làm thoáng của

nhiều nhà nghiên cứu.

Thời gian lưu (ngày)

vi khuẩn chỉ hình thành ở một khu vực, sau đó màng vi sinh vật sẽ không ngừng phát triển phủ kín toàn bộ bề mặt vật liệu tiếp xúc Chất dinh dưỡng (chất hữu

cơ, muối khoáng) và oxy có trong nước thải sẽ khuếch tán vào lớp màng biofilm

và từ đó quá trình ổn định chất hữu cơ sẽ diễn ra làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải

Bể tiếp xúc sinh học quay hay đĩa lọc sinh học (Rotating Biological Contactor RBC)

Đĩa sinh học gồm nhiều đĩa tròn, phẳng, bằng polystyren hoặc polivinylclorua (PVC) lắp trên một trục Các đầu đĩa được đặt ngập trong nước một phần và quay chậm Đĩa sinh học thường được thiết kế dựa trên tải trọng thu được từ thực nghiệm

Lugowski (1989) đã nghiên cứu so sánh hiệu quả của quá trình bùn hoạt tính và bể tiếp xúc sinh học quay trong xử lý nước rác từ các bãi chôn lấp mới Những kết quả nghiên cứu trên mô hình pilot cho biết hiệu quả khử BOD5 trong RBC đạt 95 – 97%, khử COD hoà tan 80 – 90% Quá trình bùn hoạt tính có hiệu quả xử lý thấp hơn Nếu sử dụng kết hợp RBC với các phương pháp hóa lý thì nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải

3.2.6 Xử lý kỵ khí

Xử lý kị khí gồm các công trình: Hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc đệm giãn nở, công nghệ đệm bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB) So với xử lý hiếu khí, xử lý kỵ khí nước rác cho thấy tính khả thi cao hơn Lý thuyết về xử lý kị khí và bể UASB sẽ được trình bày kĩ ở phần 3.4

3.3 Một số công nghệ xử lý nước rác trong và ngoài nước:

3.3.1 Trong nước

3.3.1.1 BCL Gò Cát

Hiện nay, tại bãi rác Gò Cát có 2 hệ thống xử lý nước rỉ rác hoạt động đồng thời với công suất 400 m3/ngày: (1) do CENTEMA thiết kế và lắp đặt và (2) do Công ty Hà Lan Vermeer thiết kế và Công ty ECO lắp đặt và vận hành

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát

và Tam Tân (CENTEMA)

Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường (CENTEMA, 2002) đã nghiên cứu xử

lý nước rỉ rác Gò Cát có hàm lượng 50.000 – 60.000 mg COD/l bằng phương pháp sinh học UASB nối tiếp sinh học hiếu khí bùn hoạt tính từng mẽ (SBR) với qui mô pilot 1m3/h

Kết quả cho thấy hiệu quả khử COD rất cao sau hai tháng vận hành (trên 98%) Tuy nhiên COD không phân huỷ còn lại sau xử lý hiếu khí dao động trong khoảng 380 – 1.100 mg/l Hệ thống bao gồm hồ tiếp nhận nước rỉ rác 25.000 m3,

bể UASB nối tiếp bể sinh học từng mẽ (SBR) và xả vào hồ sinh học trước khi ra kênh Đen Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý nước rỉ rác khoảng 2 tỷ đồng Việt Nam và giá thành chi phí cho xử lý 1 m3 nước rỉ rác khoảng 20.000 đồng Việt Nam

Hình 3.2: Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát theo thiết kế

Bể Anoxic 2 là giai đoạn khử nitrate bổ sung, sử dụng nitrate sinh ra ở bể

Aerobic 1 Nguồn carbon mà vi khuẩn khử nitrate sử dụng ở bể Anoxic 2 chính

là nguồn carbon từ quá trình phân huỷ nội bào của bùn Giai đoạn Aerobic 2

nhằm tách khí N 2 sinh ra từ bể Anoxic 2 Bùn lắng ở bể lắng được tuần hoàn về

bể Anoxic 1 Nước rỉ rác khử CBOD và nitơ tiếp tục khử màu đồng thời giảm nbCOD, ở bể keo tụ-tạo bông kết hợp lắng Bông cặn nhỏ khó lắng sẽ được giữ

FeCl2Polymer

Khử

cứng UASB Anoxic 1 Aerobic

1 Anoxic1 Oxic 2

Na2CO3

lại ở bể lọc cát Dung dịch H2SO4 được châm vào bể đưa về pH thích hợp cho quá trình keo tụ Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn sắt (FeCl3) và chất trợ keo tụ polymer Trước khi lọc cát, pH được đưa lên giá trị trung hoà bằng dung dịch Na2CO3.

3.3.1.2 BCL Đông Thạnh

Hiện nay, ở BCL Đông Thạnh có ba hệ thống xử lý đang vận hành: (1) công ty TNHH Quốc Việt, (2) công ty NUPHACO và (3) công ty CTA

Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh

của công ty TNHH Quốc Việt

Công nghệ áp dụng hệ hồ này đơn giản, phù hợp ở những nơi có diện tích mặt bằng rộng và dễ vận hành Như kết quả phân tích của công ty Quốc Việt đưa

ra, với chất lượng nước đầu vào có COD = 3.094 mg/l, chất lượng nước rỉ rác sau xử lý đạt yêu cầu xả ra nguồn loại B (COD = 78 mg/l) Tuy nhiên khi đi vào chi tiết về hoá chất sử dụng, tính toán chi tiết công trình đơn vị và xử lý bùn lắng, công nghệ này còn nhiều điểm chưa rõ ràng và chưa có tính thuyết phục cao

Công nghệ xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của NUPHACO thể hiện ở hình 3.4 Công nghệ này ứng dụng quá trình hồ sinh học Nước sau khi qua hồ sinh học, được hấp phụ ba bậc hồ bằng bùn lắng từ nhà máy nước Thủ Đức Công đoạn cuối cùng là khử trùng bằng Chlorine

Hình 3.4: Sơ đồ công nghệ NUFACO xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh

Kết quả cho thấy giá trị BOD và COD còn khá cao (87 mg BOD/l và 530

mg COD/l) Công nghệ này cho thấy hiệu quả khử ammonia cao (98%) Ammonia được khử chủ yếu từ hồ sinh học do quá trình sinh trưởng của tảo tiêu thụ ammonia

Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh theo

thiết kế CTA

Công nghệ của công ty CTA thể hiện trong hình 3.5 Công nghệ này cũng được ứng dụng hồ sinh học nuôi tảo, sau đó được tuyển nổi bằng phương pháp hoá học Phần COD còn lại sau bể tuyển nổi tiếp tục được khử bằng phương pháp oxy hoá Fenton

 Các công nghệ trên đều ứng dụng quá trình hồ sinh học, đòi hỏi mặt bằng lớn Quá trình hồ với sự tham gia của thực vật nước như tảo, lục bình có thể đạt hiệu quả cao trong xử lý ammonia đối với nước rỉ rác của BCL lâu năm (hàm lượng BOD thấp) Tuy nhiên để đạt yêu cầu xả ra nguồn tiếp nhận B (COD =100 mg/l), các công nghệ trên đều phải ứng dụng các phương pháp oxy hoá mạnh (H2O2 với xúc tác FeSO4) hoặc phương pháp keo tụ, hấp phụ để khử nbCOD còn lại Điều này dẫn đến chi phí vận hành, chi phí hoá chất tăng khá cao

3.3.2 Ngoài nước

Bãi chôn lấp Buckden South miền Đông nước Anh nằm trong vùng chịu

ảnh hưởng thuỷ triều của sông Great Ouse Hệ thống xử lý nước rỉ rác của bãi chôn lấp này gồm hai bể SBR hoạt động song song nhằm khử BOD và nitrate hoá Nước sau xử lý sinh học tiếp tục xử lý bổ sung bằng bãi lau sậy 1 (reed constructed wetland) có diện tích 2000 m2 tiếp theo là oxy hoá mạnh bằng ozone nhằm phá vỡ dư lượng thuốc bảo vệ thực vật thành các chất hữu cơ phân tử nhỏ hơn Các chất hữu cơ này phân huỷ sinh học ở bãi sậy thứ 2 (500 m2) trước khi

xả vào sông Ouse

Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rò rỉ bãi chôn lấp

Bãi chôn lấp Saria, Ontario, Canada có diện tích 21 hecta.

Trạm xử lý có công suất 90 m3/ ngày, gồm có: xử lý sinh học khử BOD, lọc cát và hồ sinh học làm thoáng nitrate hoá Sau đó nước sau xử lý thải vào đầm lầy và ra sông St.Clair Nước sau xử lý vẫn còn hàm lượng nbCOD khá cao (390 mg/l)

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

Bãi sậy 2

Oxy hoá(O3)

SBR1

SBR2

xử lý

Công nghệ xử lý ở BCL 1 bao gồm kết tủa hdroxyde, xử lý sinh học (tháp sinh học kị khí và hiếu khí) và cuối cùng xử lý bằng lọc nhiều lớp Sơ đồ công

nghệ thể hiện ở hình 3.7 Xử lý sinh học được sử dụng ở đây chủ yếu để khử

N-ammonia (99%) và COD (91%) Hàm lượng COD và N-N-ammonia còn lại trước khi xả ra sông là 159 mg COD/l và 1,2 mg N-ammonia/l Các hàm lượng chất hữu cơ độc và kim loại nặng giảm đáng kể

Hình 3.7: Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA)

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

cát, cột than hoạt tính và tiếp xúc chlorine Sơ đồ công nghệ thể hiện ở hình 3.8.

COD đầu ra vẫn khoảng 160 – 250 mg/l Kết quả trên cho thấy với công nghệ xử lý bậc cao (sau xử lý sinh học) như trên (lọc, than hoạt tính) để đạt COD

<100 mg/l là không thể

Hình 3.8: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý của bãi chơn lấp 2 (USEPA)

 Tĩm lại, hầu hết nước rác đã xử lý sinh học của các nước trên thế giới mặc dầu cĩ giá trị BOD (< 30 mg/l) và N-ammonia thấp (< 10 mg/l), nhưng giá trị COD cịn khá cao (> 100 mg/l) Điều này cho thấy việc áp dụng giá trị giới hạn COD của tiêu chuẩn nước thải cơng nghiệp Việt Nam (COD = 100 mg/l) cho

xử lý nước rỉ rác là rất ngặt nghèo

Kết luận: Qua các cơng nghệ xử lý nước rác trong và ngồi nước thì nhiệm

vụ chủ yếu trong xử lý nước rác mới là khử BOD và N hữu cơ Do tính chất là nước rác mới nên COD cao, N cao nên việc ứng dụng phương pháp sinh học kết hợp với các quá trình hĩa lý là hồn tồn hợp lý

3.4 Sơ nét về xử lý kị khí và bể UASB

3.4.1 Khái quát về quá trình xử lí kị khí

Sự phân hủy kị khí có thể được định nghĩa là sự phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện không có mặt của oxy Sự phân hủy kị khí của các hợp chất hữu cơ có thể được chia làm 6 quá trình:

 Quá trình thủy phân các polymer:

- Thủy phân protein

- Thủy phân các polysaccharide

- Thủy phân các chất béo

 Lên men các amino acid và các đường

 Oxy hóa kị khí các acid béo và alcohol

 Oxy hóa kị khí các acid béo bay hơi (trừ acetic)

 Tạo thành mêtan từ acid acetic

 Tạo thành mêtan từ hydro và carbon dioxide

Các quá trình này có thể nhóm lại thành 4 giai đoạn như sau:

Giai đọan thủy phân

Các vi khuẩn tiết ra các loại enzim để chuyển các chất hữu cơ phức tạp và các chất không tan (như: polysaccharide, lipit…) thành các chất hòa tan đơn giản có khối lượng phân tử nhỏ hơn hoặc chất hòa tan Trong giai đọan này, các protein được chuyển thành amino acid, carbonhydrat được chuyển thành đường hòa tan, lipids chuyển thành các acid mạch dài và glycerin

Quá trình này xảy ra chậm, tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặïc tính dễ phân hủy của cơ chất Chất béo phân hủy chậm

Giai đoạn acid hóa

Các loại vi sinh vật lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành các chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0 Giai đoạn này được thực hiện chủ yếu do vi khuẩn kị khí bắt buộc

Các amino acid được phân hủy tạo thành NH3 là một hợp chất rất quan trọng trong quá trình phân hủy kị khí Ở nồng độ thấp nó cần thiết cho quá trình phát triển của vi khuẩn Ở nồng độ cao nó rất độc đối với vi khuẩn mêtan hóa

Giai đoạn acetic

Dưới tác dụng của vi khuẩn acetic, các sản phẩm của quá trình acid hóa được chuyển hóa thành acetate và H2, CO2 và sinh khối mới

Các vi khuẩn acetate hĩa trở nên bị ức chế ở nồng độ H2 cao Sự ức chế này

cĩ thể đưa đến sự tích lũy các acid Tốc độ phân huỷ acid acetic giảm cĩ thể làm giảm pH bởi vì các vi khuẩn methane hĩa sử dụng acetat phát triển rất chậm nên acid acetic cĩ thể tích lũy sau khi tải trọng tăng đột biến

Giai đoạn methane hóa

Đây là giai đọan cuối của quá trình phân hủy kị khí Acid acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

Nĩi chung 70-80% methane được tạo thành từ acetat Vi khuẩn tạo methane

từ acetat cĩ tốc độ phát triển tương đối chậm Đây là lý do chính tại sao quá trình phân huỷ kị khí địi hỏi thời gian lưu sinh khối cao

Vi khuẩn tạo methane từ CO2 và H2 cĩ tốc độ phát triển nhanh hơn vi khuẩn tạo methane từ acetat Một sự tăng nhẹ nồng độ hydrogen sẽ đưa đến các sản phẩm khác nhau của vi khuẩn tạo acid

Sự hiện diện của các chất nhận điện tử như là nitrate hoặc sunfate cĩ thể ức chế giai đoạn tạo methane bởi vì các vi khuẩn làm giảm sunfate cĩ thể cạnh tranh trội hơn các vi khuẩn tạo methane

Các phương trình phản ứng xảy ra như sau :

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2OCH3COOH → CH4 + CO2

4 CH3OH → 3CH4 + CO2 + H2O4(CH3)3N + H2O → 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3Trong 3 giai đọan thủy phân, acid hóa và acetic hóa, COD trong dung dịch hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong quá trình mêthane hóa

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí:

 Nhiệt độ:

Phản ứng kị khí phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Tốc độ chuyển hóa cực đại tại nhiệt độ 35-40 oC đối với các vi khuẩn mosophilic và đối với vi khuẩn

thermophilic là 55-60oC Tốc độ phản ứng giảm nếu nằm ngoài khoảng trên Sự liên hệ giữa nhiệt độ và tốc độ phản ứng được thể hiện theo phương trình sau:

Rt=R30(1,11)(t-30)Trong đó:

ra trực tiếp từ methanol mới có khoảng pH dao động rộng hơn

Aûnh hưởng của pH lên sự tạo thành methan có liên quan đến nồng độ của các acid béo bay hơi Các dạng phi ion của các acid này rất độc cho quá trình hình thành mêtan

Giá trị pH thấp gây ra các tác động gián tiếp: một vài protein bị biến đổi tại pH thấp Những protein bị biến đổi này rất khó bị phân hủy và làm cho hệ số sinh bùn cao làm bùn bị trôi ra ngoài bể phản ứng (khi lượng protein này lớn)

Giá trị pH cao ít nguy hiểm hơn là pH thấp Khi pH cao, quá trình hình thành mêtan làm cho pH trở lại khoảng giá trị thích hợp Thậm chí khi pH = 10.6, quá trình rạo thành mêtan cũng có thể làm cho khoảng pH về lại 6.5 – 7.5

 Liều lượng nạp nguyên liệu (bùn) và mức độ khuấy trộn:

Nguyên liệu nạp cho quá trình cần cĩ hàm lượng chất rắn khoảng 7 – 9 % Tác dụng của khuấy trộn tạo sự phân bố đều chất dinh dưỡng và tạo điều kiện tiếp xúc tốt với vi sinh vật và giải phĩng sản phẩm khi hỗn hợp ra khỏi lỏng rắn

 Ảnh hưởng của độc chất:

Chất độc sulfide gây ảnh hưởng rất lớn cho quá trình lên men methane

ở nồng độ 1500mg/l Nồng đồ ammonia trong nước thải nếu lớn hơn 2000mg/l thì ta không dùng được bể UASB

Ngoài ra, kim loại nặêng cũng gây ra những tác động tiêu cực cho hệ vi sinh vật kị khí Người ta cũng đã xác định được tính độc lên hệ vi sinh này như sau: Cr > Cu > Zn > Cd > Ni Giới hạn nồng độ của kim loại này cho phép lên vi sinh là:

Cr: 690 mg/l, Cu:500 mg/l, Pb: 900 mg/l, Zn: 690 mg/l, Ni: 73 mg/l

 Ảnh hưởng của nồng độ muối:

Nồng độ muối là một yếu tố ảnh hưởng đáng kể trên quần thể vi khuẩn tạo methan Từ 5000 mg/l đến 15000 mg/l thì có thể coi là độc đối với quần thể vi khuẩn mêthan Nồng độ muối gây độc và tác động của từng loại muối lên quá trình phân huỷ kị khí tuỳ thuộc vào bản chất của từng loại muối

Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng quá trình kị khí xử lý nước rác ở nước ngồi:

Nhiều nhà nghiên cứu đã chứng minh quá trình kị khí cĩ thể khử 90 – 99 % BOD5; tỉ số BOD5/COD tương ứng là 0,68 (Boyle và Ham 1974; Pohland 1975; Chian và DeWalle 1977) Chian và DeWall (1977) đã tổng kết những kết quả nghiên cứu này trong bảng dưới đây:

Bảng 3.5: Hiệu quả phân hủy kị khí cho xử lý nước rác của một số nhà nghiên cứu.

COD vào,

mg/l BOD5/COD %COD khử Thời gian lưu, ngày Nguồn

(1974)

• Một số ứng dụng nghiên cứu quá trình kị khí trong nước:

Các nghiên cứu ứng dụng quá trình kị khí trên mơ hình pilot UASB xử lý nước rác mới của CENTEMA:

Hiệu quả xử lý cĩ thể đạt 93,57% ở tải trọng chất hữu cơ 3 – 4 kgCOD/m3.ngđ Nồng độ COD giảm từ 1.824 – 4.381mg/l xuống cịn 214 mg/l, HRT = 24h, pH tăng từ 6,41 – 7,77 Ở tải trọng 6 kgCOD/m3.ngđ hiệu quả đạt 94,63 – 95,54%, nồng độ giảm từ 63.000 mg/l xuống cịn 260 mg/l Khi tải trọng

từ 40 – 50 kgCOD/m3.ngđ hiệu quả đạt 92 – 94% theo COD, HRT = 12h, nồng

độ COD từ 20.844 – 24.848mg/l giảm xuống cịn 1.196 – 2.027mg/l

3.4.2 Sơ nét về bể UASB

Bể xử lí sinh học kị khí dòng chảy ngược UASB được áp dụng để xử lí các loại nước thải có hàm lượng hữu cơ cao, nhưng không sử dụng các vật liệu đỡ Dưới tác dụng của dòng chảy ngược làm cho các hạt bùn lơ lững xáo trộn, tạo sự tiếp xúc giữa nước thải và bùn Sự tiếp xúc giữa bùn và nước thải vào càng tốt, hiệu quả xử lý càng cao Các loại khí tạo ra trong điều kiện kị khí sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ làm xáo trộn lớp bùn tạo sự tiếp xúc giữa bùn và nước thải và được thu lại tại hệ thống tách rắn – khí đặt trên đỉnh bể phản ứng