Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ lọc kị khí kết hợp hiếu khí ifas

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN - Đánh giá hiệu suất xử lý COD và SS trong nước thải đô thị thông qua bể lọc kị khí; - Đánh giá khả năng tăng cường xử lý các chất dinh dưỡng N, P thông qua bể hiếu kh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS Đặng Viết Hùng

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Thị Thanh Phượng

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc Gia TP.HCM ngày…… tháng… năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1………

2………

3………

4………

5………

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

-o0o - -o0o -

TP HCM, ngày tháng năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGUYỄN THỊ NGỌC HÀ Giới tính : Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 15/11/1987 Nơi sinh : Thanh Hóa Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường MSHV : 12250606

I TÊN ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ lọc kị khí kết hợp hiếu khí IFAS”

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

- Đánh giá hiệu suất xử lý COD và SS trong nước thải đô thị thông qua bể lọc

kị khí;

- Đánh giá khả năng tăng cường xử lý các chất dinh dưỡng N, P thông qua bể hiếu khí IFAS

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2014

Tôi xin trân trọng cảm ơn TS.Đặng Viết Hùng công tác tại trường Đại học Bách khoa TP HCM và TS.Nguyễn Thị Thanh Phượng công tác tại Viện Môi trường và Tài nguyên đã hướng dẫn luận văn, tận tình chỉ bảo, giúp

đỡ để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Môi trường và Tài nguyên - khóa 2010 đã hỗ trợ trong suốt quá trình nghiên cứu

Sau cùng, tôi gửi lời cám ơn chân thành đến những người thân, người bạn

đã động viên và ủng hộ tôi vượt qua những khó khăn trở ngại trên mọi bước đường và còn là động lực để tôi phấn đấu

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của tất cả mọi người

TP HCM, 07/2014

Xử lý nước thải đô thị ở Việt Nam vẫn đang trong giai đoạn khởi đầu và sẽ đối mặt với nhiều trở ngại về mặt kỹ thuật và tài chính nhằm đạt hiệu quả xử lý cao và chi phí xử lý thấp Kết hợp xử lý kị khí với xử lý hiếu khí là một cách tiếp cận và trong nghiên cứu này, một bể lọc kị khí đã được đặt trước một bể hiếu khí IFAS (Integrated Fixed-film Activated Sludge) Bể lọc kị khí và bể hiếu khí IFAS đều được chế tạo từ mica (polyacrylic) với cùng thể tích làm việc là 9,68 lít Lượng giá thể Anox Kaldnes K3 cho vào bể lọc kị khí là khoảng 3,87 lít chiếm 40 % thể tích

bể Lượng giá thể Mutag BioChipTM cho vào bể hiếu khí IFAS là khoảng 1,45 lít ở dạng đổ đống Mô hình nghiên cứu được vận hành với thời gian lưu nước trong bể lọc kị khí giảm dần từ 7,7 đến 2,3 giờ tương ứng tải trọng hữu cơ ở bể hiếu khí IFAS tăng dần từ 0,5 đến 1,7 kgCOD/m3.ngày Các kết quả thu được cho thấy bể lọc kị khí có khả năng loại bỏ SS và COD luôn trên 70 % và 60 %, giảm tải rất nhiều cho bể hiếu khí IFAS phía sau Bể hiếu khí IFAS có thể giúp cho nước thải đầu ra có chất lượng tốt, đặc biệt là chỉ tiêu nitơ và photpho, đáp ứng yêu cầu xả thải nghiêm ngặt Ở các tải trọng 0,8; 1,1; 1,4 kgCOD/m3.ngày, nước thải sau khi xử

lý của toàn mô hình có giá trị COD, SS, NH4+-N, TN, TP đều nằm trong giới hạn cột A của QCVN 40:2011/BTNMT Ở tải trọng 1,1 kgCOD/m3.ngày, hiệu suất xử

lý các chỉ tiêu trên là cao nhất, ứng với 94,29; 96,11; 94,94; 73,91 và 69,88 %

Treatment of municipal wastewater in Vietnam has been in the beginning stage and must face to technical and financial problems such as high efficiency and low cost

A combination of anaerobic and aerobic processes such as an anaerobic filter followed by an integrated fix-film activated sludge (IFAS) reactor was the approach

in this study The anaerobic filter and IFAS reactor were made from mica (polyacrylic) with the same capacity of 9.68 liters Anox Kaldnes K3 media placed

in the anaerobic filter to a fill fraction of 40 % was approximately 3.87 liters Mutag BioChipTM media placed in the IFAS reactor in state of free-moving was approximately 1.45 liters The experimental model was operated with hydraulic retention time (HRT) decreased from 7.7 to 2.3 hours in the anaerobic filter and organic loading rates (OLRs) increased from 0.5 to 1.7 kgCOD/m3.day in the IFAS reactor The results showed that removal efficiencies of SS and COD in the anaerobic filter was high and reached over 70 % and 60 %, respectively and it greatly reduced loading rate for the IFAS reactor The IFAS reactor was able to creat high quality effluent, especially in nitrogen and phosphorus parameters, in order to satisfy stringent permits required for discharges For OLRs of 0.8, 1.1, 1.4 kgCOD/m3.day, effluent concentrations of COD, SS, NH4+-N, TN and TP of the whole model were within the limits of QCVN 40:2011/BTNMT, column A For OLR of 1.1 kgCOD/m3.day, treatment efficiencies were the highest as 94.29, 96.11, 94.94, 73.91 and 69.88 %, respectively for the parameters stated above

Tôi tên là NGUYỄN THỊ NGỌC HÀ, là học viên cao học ngành Công nghệ Môi trường khóa 2012, mã số học viên 12250606 Tôi xin cam đoan: Luận văn cao học này là công trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.Đặng Viết Hùng và TS Nguyễn Thị Thanh Phượng Các hình ảnh, số liệu và thông tin tham khảo trong luận văn này được thu thập từ những nguồn đáng tin cậy, đã qua kiểm chứng, được công bố rộng rãi và đã được tôi trích dẫn rõ ràng ở phần Tài liệu tham khảo Các bản đồ, đồ thị, số liệu tính toán và kết quả nghiên cứu được tôi thực hiện nghiêm túc và trung thực

Tôi xin lấy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này

TP HCM, ngày 30 tháng 8 năm 2014

Nguyễn Thị Ngọc Hà

MỤC LỤC

MỤC LỤC I DANH MỤC BẢNG V DANH MỤC HÌNH VI DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VIII

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT 1

2 MụC TIÊU Đề TÀI 2

3 NộI DUNG Đề TÀI 3

4 ĐốI TƯợNG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU 4

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

6 Ý NGHĨA Đề TÀI 5

7 TÍNH MớI CủA Đề TÀI 6

CHƯƠNG 1 7

TỔNG QUAN 7

1.1 TổNG QUAN Về NƯớC THảI ĐÔ THỊ 7

1.1.1 Nguồn gốc nước thải đô thị 7

1.1.2 Tính chất đặc trưng của nước thải đô thị 7

1.2 HIỆN TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TẠI VIỆT NAM 10

1.2.1 Hiện trạng hệ thống thu gom nước thải ở các đô thị Việt Nam 10

1.2.2 Một số công nghệ xử lý nước thải đô thị điển hình ở Việt Nam 11

1.2.3 Hiệu quả hoạt động của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam 18

1.3 CƠ Sở LÝ THUYếT QUÁ TRÌNH Kị KHÍ, HIếU KHÍ 19

1.3.1 Quá trình kị khí 19

1.3.1.1 Cơ sở lý thuyết 19

1.3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng 21

1.3.1.3 Các công nghệ xử lý kị khí 22

1.3.1.4 Lọc kị khí – Giá thể cố định 23

1.3.2 Quá trình hiếu khí 25

1.3.2.1 Cơ sở lý thuyết 25

1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng 26

1.3.2.3 Các công nghệ xử lý hiếu khí 27

1.3.2.4 Quá trình bùn hoạt tính 28

1.3.3 Xu hướng kết hợp kị khí - hiếu khí 30

1.4 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH IFAS 33

1.4.1 Đặc điểm cấu tạo 33

1.4.2 Nguyên lý hoạt động 35

1.4.3 Cơ chế xử lý 35

1.4.4 Ưu và nhược điểm của bể IFAS 43

1.5 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 44

1.5.1 Các nghiên cứu ngoài nước 44

1.5.2 Các nghiên cứu trong nước 46

CHƯƠNG 2 47

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47

2.1 SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU 47

2.2 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 48

2.2.1 Nước thải đầu vào 48

2.2.2 Bùn cấy ban đầu 48

2.2.3 Giá thể sử dụng 48

2.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CứU 49

2.3.1 Thiết kế mô hình 49

2.3.2 Thông số các thiết bị trong mô hình 51

2.3.3 Quy trình hoạt động của mô hình 51

2.4 TRÌNH Tự THÍ NGHIệM 52

2.4.1 Giai đoạn thích nghi 52

2.4.2 Giai đoạn tăng tải 53

2.5 LẤY MẪU VÀ PHÂN TÍCH 54

2.5.1 Vị trí và tần suất lấy mẫu 54

2.5.2 Phương pháp phân tích 55

2.6 Xử LÝ Số LIệU 56

CHƯƠNG 3 57

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 57

3.1 GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI 57

3.1.1 Hiệu suất xử lý COD 57

3.1.2 Giá trị pH 59

3.2 GIAI ĐOẠN TĂNG TẢI 60

3.2.1 Hiệu suất xử lý COD 61

3.2.2 Hiệu suất xử lý SS 65

3.2.3 Hiệu suất xử lý NH 4+-N 68

3.2.4 Mối tương quan giữa TN, NH 4+-N,NO 3--N 70

3.2.5 Hiệu suất xử lý TN 72

3.2.6 Giá trị pH 74

3.2.7 Hiệu suất xử lý TP 76

3.2.8 Đánh giá sinh khối tạo thành trong bể hiếu khí IFAS 78

PHẦN KẾT LUẬN 80

1 KẾT LUẬN 80

2 KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 84

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư 8

Bảng 1 2 Giá trị thông số ô nhiễm của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam 9

Bảng 1 3 Ưu và nhược điểm của bể lọc kị khí 24

Bảng 1 4 Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng 29

Bảng 1 5 Ưu và nhược điểm của các hệ thống kết hợp kị khí – hiếu khí 32

Bảng 1 6 Các đặc điểm chủ yếu của quá trình kị khí, hiếu khí 33

Bảng 1 7 Ưu và nhược điểm của bể IFAS 43

Bảng 2 1 Thành phần và thông số ô nhiễm của nước thải đầu vào 48

Bảng 2 2 Các thông số đặc trưng của giá thể 49

Bảng 2 3 Thông số các thiết bị sử dụng trong mô hình 51

Bảng 2 4 Thông số vận hành ở giai đoạn thích nghi 53

Bảng 2 5 Thông số vận hành ở giai đoạn tăng tải 54

Bảng 2 6 Các chỉ tiêu phân tích 54

Bảng 2 7 Các phương pháp phân tích 55

Bảng 3 1 Kết quả xử lý COD tại các tải trọng hữu cơ 62

Bảng 3 2 Kết quả xử lý SS ở các tải trọng hữu cơ 66

Bảng 3 3 Kết quả xử lý NH 4 + -N ở các tải trọng hữu cơ 69

Bảng 3 4Kết quả xử lý TN ở các tải trọng hữu cơ 73

Bảng 3 5Kết quả xử lý TP ở các tải trọng hữu cơ 77

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Hiện trạng quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam 10

Hình 1 2 Sơ đồ tổng quát công nghệ xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam 13

Hình 1 3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng Hòa 14

Hình 1 4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng 15

Hình 1 5 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại thành phố Đà Nẵng 16

Hình 1 6 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại thành phố Đà Lạt 17

Hình 1 7 Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí 20

Hình 1 8 Phân loại các công nghệ xử lý kị khí 22

Hình 1 9 Cấu tạo bể lọc kị khí 23

Hình 1 10 Phân loại các công nghệ xử lý hiếu khí 28

Hình 1 11 Phân loại các hệ thống kết hợp kị khí – hiếu khí 32

Hình 1 12 Cấu tạo bể IFAS 34

Hình 1 13 Cấu tạo màng sinh học cơ bản 36

Hình 1 14 Cơ chế trao đổi chất của màng sinh học 38

Hình 1 15 Mô tả các chủng loại vi sinh vật trong lớp màng sinh học 39

Hình 1 16 Sơ đồ mô tả nồng độ NH 3 -N và NO 3 -N 41

Hình 2 1Sơ đồ nghiên cứu 47

Hình 2 2 Mô hình thí nghiệm 50

Hình 2 3 Mô hình nghiên cứu thực tế 52

Hình 3 1 Nồng độ COD đầu vào và đầu ra trong giai đoạn thích nghi 57

Hình 3 2 Hiệu suất xử lý COD trong giai đoạn thích nghi 58

Hình 3 3Giá trị pH trong giai đoạn thích nghi 59

Hình 3 4 Nồng độ COD đầu vào và đầu ra ở các tải trọng hữu cơ 61

Hình 3 5 Hiệu suất xử lý COD ở các tải trọng hữu cơ 61

Hình 3 6Hàm lượng SS đầu vào và đầu ra ở các tải trọng hữu cơ 65

Hình 3 7Hiệu suất xử lý SS ở các tải trọng hữu cơ 65

Hình 3 8 Nồng độ NH 4 + -N ở các tải trọng hữu cơ 68

Hình 3 9Hiệu suất loại bỏ NH 4 + -N ở các tải trọng hữu cơ 68

Hình 3 10Mối tương quan giữa TN, NH 4 + -N, NO 3 - -N 70

Hình 3 11Nồng độ TN ở các tải trọng hữu cơ 72

Hình 3 12Hiệu suất xử lý TN ở các tải trọng hữu cơ 72

Hình 3 13Giá trị pH ở các tải trọng hữu cơ 74

Hình 3 14Nồng độ TP ở các tải trọng hữu cơ 76

Hình 3 15Hiệu suất xử lý TP ở các tải trọng hữu cơ 76

Hình 3 16 Hàm lượng sinh khối bám dính và lơ lửng trong bể hiếu khí IFAS 78

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ASBR : Anaerobic Sequencing Batch Reactor (Bể phản ứng kị khí theo mẻ) BOD : Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh học)

BTNMT : Bộ Tài Nguyên Môi Trường

COD : Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

HRT : Hydraulic Retention Time (Thời gian lưu nước)

HUSB : Hydrolytic Upflow Sludge Bed (Bể phân hủy bùn dòng chảy ngược) IFAS : Integrated Fixed-film Activated Sludge

MBR : Membrane Bioreactor (Bể phản ứng sinh học màng)

MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid

NTĐT : Nước thải đô thị

NH4+-N : Ammonium Nitrogen (Ammonium tính theo nitơ)

NO3--N : Nitrate Nitrogen (Nitrate tính theo nitơ)

NO2--N : Nitrite Nitrogen (Nitrite tính theo nitơ)

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

SRT : Sludge Retention Time (Thời gian lưu bùn)

SS : Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng)

SVI : Sludge Volume Index (Chỉ số thể tích bùn)

TSS : Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)

TN : Total Nitrogen (Tổng nitơ)

TP : Total Phosphorous (Tổng Photpho)

TP HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

VSS : Volatile Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng bay hơi)

UASB : Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bể dòng chảy ngược qua tầng

bùn kị khí) USBF : Upflow Sludge Blanket Filter (Lọc dòng ngược bùn sinh học)

XLNT : Xử lý nước thải

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT

Theo báo cáo “Đánh giá đô thị hóa ở Việt Nam” của Ngân hàng Thế giới, tính đến năm 2011, Việt Nam đang ở những bước đầu tiên của quá trình đô thị hóa và sẽ sớm chuyển sang giai đoạn trung gian với dân số đô thị chiếm 34% dân số toàn quốc và tốc độ tăng trưởng là 3,4% mỗi năm Như vậy, quá trình đô thị hóa đã và đang gây ra áp lực lớn đối với hệ thống hạ tầng kỹ thuật, trong đó có thoát nước và

xử lý nước thải đô thị [1].Theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của Ngân hàng Thế giớicho biết trong năm 2012 có 17 nhà máy

xử lý nước thải đô thị đã được xây dựng ở thủ đô Hà Nội, thành phố Đà Nẵng và

TP HCM cùng với 5 dự án khác ở các đô thị cấp tỉnh với tổng công suất là 530.000

m3/ngày, chiếm 10% tổng lượng nước thải phát sinh [2] Ngoài ra, Trung tâm Chống ngập TP HCMcũng khẳng định trong tương lai thành phố sẽ đầu tư xây dựng thêm nhiều nhà máy XLNT đô thị Cụ thể như: nhà máy XLNT Tây Sài Gòn ở quận Tân Phú, công suất 150.000 m3/ngày; nhà máy XLNT Bắc Sài Gòn 1 ở quận Thủ Đức, công suất 139.000 m3/ngày; nhà máy XLNT Bình Hưng (giai đoạn 2) ở huyện Bình Chánh, công suất 469.000 m3/ngày; nhà máy XLNT Tham Lương-Bến Cát ở quận 12, công suất 131.000 m3/ngày; nhà máy XLNT Suối Nhum ở quận Thủ Đức, công suất 65.000 m3/ngày

Cũng theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của Ngân hàng Thế giớiđã đưa ra những nhận xét tổng quát rằng những công nghệ hiện đang áp dụng chủ yếutại các nhà máy XLNT là quá trình bùn hoạt tính bao gồm: bùn hoạt tính truyền thống, kị khí – thiếu khí – hiếu khí, phản ứng theo mẻ hoặc mương ô-xy hóa Đây là những công nghệ vốn phù hợp để xử lý nước thải có nồng

độ ô nhiễm ở mức độ trung bình Quá trình xử lý NTĐT ở Việt Nam vẫn đang ở giai đoạn khởi đầu và sẽ đối mặt với nhiều trở ngại về kỹ thuật và tài chính, đó là hiệu quả và chi phí xử lý [2].Trong đó, công nghệ xử lý kết hợp kị khí - hiếu khí

đang là một giải pháp tiếp cận J.A A´ lvarez và cộng sự(2008)đã đặt bể lọc kị khí

phía trước khu đất ngập nước nhằm kiểm soát việc tắc nghẽn và giảm tải lượng ô

nhiễm nhờ khả năng cao trong loại bỏ SS và COD [3].Yi Jing Chan và cộng sự (2009) đã nhận định sự kết hợp này đem lại nhiều ưu điểm trong xử lý nước thải

như giảm diện tích, bớt chi phí nhưng hiệu quả cao và chia thành 4 dạng: kị khí và hiếu khí khác bể, kị khí và hiếu khí cùng bể, kị khí và hiếu khí trong một chu kỳ gián đoạn và kị khí và hiếu khí sinh trưởng trong cùng vật mang [4]

Hơn nữa,T Sriwiriyarat và C.W Randall (2005)đã cho biết IFAS là một quá trình

đầy hứa hẹn nhằm tăng cường khả năng nitrat hóa và khử nitrat đối với các hệ thống bùn hoạt tính thông thường cần nâng cấp nhờ lớp màng sinh học trên bề mặt giá thể

để xử lý thành phần dinh dưỡng có trong nước thải, đặc biệt khi diện tích mặt bằng

bị hạn chế hoặc chi phí đầu tư là không nhiều [5] Một nghiên cứu khác của T Sriwiriyarat và cộng sự (2008) đã chỉ ra rằng khi giảm thời gian lưu nước (HRT) và

thời gian lưu bùn (SRT) hoặc tăng tải trọng hữu cơ thì bể IFAS vẫn hoạt động ổn định, duy trì được hiệu suất xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao hơn bể bùn hoạt tính thông thường Đồng thời nghiên cứu này cũng tiến hành quan sát sự phát triển của các vi sinh vật dạng sợi trong cả hai bể IFAS và bể bùn hoạt tính với cùng các điều kiện vận hành Khi vi sinh vật dạng sợi phát triển làm giảm hiệu quả xử lý

và giảm quá trình nitrat hóa trong bể bùn hoạt tính Đối với bể IFAS, nồng độ sinh khối được tăng cường nhờ lượng vi sinh bám dính trên giá thể, sử dụng phần lớn các chất hữu cơ trong nước thải làm giảm lượng thức ăn của vi sinh vật dạng sợi, góp phần ổn định quá trình xử lý.Quá trình nitrat hóa cũng được hoàn thiện hơn trong bể IFAS, ít phụ thuộc vào HRT và SRT [6]

Từ những phân tích và nhận định trên đây, đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải đô

thị bằng công nghệ lọc kị khí kết hợp hiếu khí IFAS” đã được đề xuất và thực

hiện nhằm góp phần giải quyết những vấn đề nêu trên nhưgiảm bớt chi phí xử lý và tăng cường hiệu quả xử lý nhằm đáp ứng các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật

2 MụC TIÊU Đề TÀI

Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả xử lý NTĐT bằng mô hình kết hợp lọc kị khí – hiếu khí IFAS trên quy mô phòng thí nghiệm thông qua 2giai đoạn sau:

- Đánh giá hiệu quảxử lý COD và SS trong nước thải đô thịthông quabể lọc kị khí;

- Đánh giá khả năng tăng cường xử lý các chất dinh dưỡng N, P thông qua bể hiếu khí IFAS

3 NộI DUNG Đề TÀI

Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo các nội dung sau:

 Nội dung 1:Giới thiệu tổng quan về nước thải đô thị và công nghệ IFAS

- Giới thiệu tổng quan về nước thải đô thị và hiện trạng xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam;

- Trình bày cơ sở lý thuyết của các quá trình sinh học: kị khí, hiếu khí;

- Xu hướng kết hợp kị khí và hiếu khí trong XLNT;

- Giới thiệu quá trình hiếu khí IFAS;

- Tổng hợp một số nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài

 Nội dung 2: Thiết lập mô hình nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm

- Lập kế hoạch và sơ đồ nghiên cứu;

- Chế tạo mô hìnhở quy mô phòng thí nghiệm;

- Tổng hợp và thu thập các vật liệu phục vụ nghiên cứu: nước thải, bùn kị khí, bùn hiếu khí và các loại giá thể;

- Tiến hành lấy mẫu và phân tích mẫu nước thải, mẫu bùn ban đầu trước khi khởi động mô hình

 Nội dung 3: Vận hành mô hình theo các tải trọng khác nhau

- Chạy thích nghi mô hình với tốc độ nước dâng trong bể lọc kị khí là 0,025 m/giờ và với tải trọng hữu cơ 0,3 kgCOD/m3.ngày trong bể hiếu khí IFAS;

- Vận hành mô hình ở HRT của bể lọc kị khí giảm dần từ 7,68 đến 2,25 giờ tương ứng với các tải trọng hữu cơ củabể hiếu khí IFAS tăng dần từ 0,5 đến 1,7 kgCOD/m3.ngày;

- Lấy mẫu theo trình tự kế hoạch đề ra và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, SS,

NH4+-N, NO3--N, NO2--N, TN, TP, MLSS

 Nội dung 4: Trình bày kết quả

- Dựa trên kết quả phân tích, tiến hành tính toán, xử lý số liệu và dựng đồ thị thể hiện kết quả bằng phần mềm Excel;

- Trình bày và thảo luận các kết quả thông qua đồ thị

4 ĐốI TƯợNG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU

 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Nước thải đô thị được lấy tại hố thu của Trạm bơm Phú Lâm, quận 6, TP HCM;

- Mô hình nghiên cứuđược chế tạo bằng mica ở quy mô phòng thí nghiệm, gồm bể lọc kị khí, bể hiếu khí IFASvà bể lắng nối tiếp nhau;

- Giá thể sử dụng trong bể lọc kị khí là giá thể Anox Kaldnes K3 của nhà cung cấp Veolia Water Solutions TechnologiesViệt Nam và trong bể hiếu khí IFAS là Mutag BioChipTM của nhà cung cấp Industrial Water Engineers (M) Sdn Bhd (Malaysia)

 Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài được thực hiện với nước thải lấy tại Trạm bơm Phú Lâm thuộc quận 6,

TP HCM Trạm bơm này phục vụ tiêu thoát nước các tuyến cống Bình Thới, Minh Phụng, 3 tháng 2, Hùng Vương thuộc lưu vực Hàng Bàng

- Quá trình nghiên cứu trên mô hình kết hợp lọc kị khí – hiếu khí IFAS tiến hànhtheo 5 tải trọng hữu cơ củabể hiếu khí IFAS: 0,5; 0,8; 1,1; 1,4; 1,7 kgCOD/m3.ngày tương ứng với thời gian lưu nước củabể lọc kị khí lần lượt là: 7,68; 4,8; 3,5; 2,7;2,25 giờ.Nồng độ COD đầu vào bể lọc kị khí dao động trong khoảng 387 – 469 mg/L;

- Mô hình được đặt tại Trạm bơm Phú Lâm, Q.6 và được vận hành trong điều kiện nhiệt độ phòng dao động từ 30 – 32oC

- Các thí nghiệm phân tích mẫu được tiến hành tại phòng thí nghiệm thuộc Viện Môi trường và Tài nguyên – Đại học Quốc gia TP HCM

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Tổng quan tài liệu

Tiến hành thu thập thông tin, tài liệu, số liệu về đối tượng và phạm vi nghiên cứu trên tất cả các nguồn sáchbáo, giáo trình, tạp chí khoa học, internet.Phân tích, tổng hợp làm cơ sở cho việc định hướng và thực hiện các nội dung nghiên cứu

 Thực nghiệm mô hình

Thiết kế, chế tạo và ứng dụng mô hình ở quy mô phòng thí nghiệm Lập kế hoạch vận hành, thu thập và phân tích mẫu để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải đô thị của

mô hình nghiên cứu

 Lấy mẫu và phân tích

Mẫu nước được lấy tại các vị trí:đầu vào và đầu ra bể lọc kị khí, đầu ra bể hiếu khí IFAS Các chỉ tiêuđược phân tích theo các phương pháp trong Qui chuẩn Việt Nam (QCVN) kết hợp với Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, Eaton DA, và AWWA)

 Đối chiếu so sánh

Các tài liệu, số liệu từ lý thuyết và các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài được dùng làm tư liệu đối chiếu và so sánh Từ đó đưa ra những đánh giá khách quan về hiệu quả hoạt động của mô hình nghiên cứu

 Xử lý số liệu

Số liệu được trình bày trong luận văn là giá trị trung bình từ ba lần thí nghiệm Độ lệch chuẩn của các thông số khảo sát được tính toán bằng phần mềm Excel Độ tin cậy của các số liệu thực nghiệm nằm ở mức 95-98%

6 Ý NGHĨA Đề TÀI

 Ý nghĩa khoa học

- Sự kết hợp giữa kị khí và hiếu khí nhằm giảm tải trọng đầu vào cho việc xử

lý nước thải đô thị bằng phương pháp hiếu khí truyền thống;

- Sự kết hợp giá thể cùng với quá trình bùn hoạt tính (quá trình IFAS) góp phần tăng cường hiệu quả xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải đô thị

 Ý nghĩa thực tiễn

Khi đề tài đạt được các mục tiêu đề ra, khả năng ứng dụng của hệ thống kết hợp này vào thực tiễn là rất lớn Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cải thiện những khía cạnh sau:

- Về mặt kỹ thuật: Công nghệ kết hợp lọc kị khí phía trước hiếu khí IFAS đảm bảo hiệu suất xử lý của hệ thống luôn ổn định trong trường hợp nước thải đầu vào có nồng độ các chất ô nhiễm tăng cao;

- Về mặt kinh tế: Công nghệ kết hợp lọc kị khí - hiếu khí IFAS đạt hiệu quả xử

lý COD, N, P, SS cao hơn tương ứng HRT và SRT thấp hơn so với quá trình bùn hoạt tính thông thường Do đó góp phần tiết kiệm diện tích xây dựng, giảm chi phí vận hành bể hiếu khí;

- Về mặt môi trường: Áp dụng công nghệ IFAS trong xử lý nước thải góp phần giảm lượng bùn thải bỏ, giảm áp lực trong xử lý bùn

7 TÍNH MớI CủA Đề TÀI

Các công nghệ đang được áp dụng trong xử lý NTĐT tại Việt Nam chủ yếu là quá trình bùn hoạt tính.Việctiến hành đề tài nghiên cứutrên mô hìnhkết hợp lọc kị khí - hiếu khí IFAS trong xử lý NTĐTgóp phần cải thiện được những hạn chế của quá trình trên như đảm bảo hiệu quả xử lý khi tăng tải trọng hữu cơ, kết hợp tăng cường hiệu quả xử lý các chất dinh dưỡng và góp phần giảm chi phí xử lý

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TổNG QUAN Về NƯớC THảI ĐÔ THỊ

1.1.1 Nguồn gốc nước thải đô thị

Nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát nước của thành phố, bao gồm: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải thấm qua và nước thải tự nhiên

 Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người Một

số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn… cũng tạo ra loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt

 Nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp từ các nhà máy đang hoạt động, bao gồm cả nước thải sinh hoạt của công nhân và nước thải sản xuất

 Nước thải thấm qua

Đây là loại nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga

 Nước thải tự nhiên

Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên Ở những thành phố hiện đại, nước thải

tự nhiên được thu gom như một hệ thống thoát nước riêng

1.1.2 Tính chất đặc trưng của nước thải đô thị

NTĐT thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước thấm

và 36% là nước thải sản xuất[7]

- Theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của Ngân hàng Thế giới, đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa

nhiều tạp chất khác nhau, bao gồm khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một lượng lớn vi sinh vật Trung bình có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn [2]

- Nước thải công nghiệp có thành phần và tính chất rất đa dạng và phức tạp Thành phần ô nhiễm chính của nước thải công nghiệp là các chất vô cơ, các chất hữu cơ dạng hòa tan, các chất hữu cơ vi lượng gây mùi vị, các chất hữu

cơ khó phân hủy sinh học, các chất hoạt động bề mặt

- Nước mưa là nguồn nước tương đối sạch, đáp ứng được một số tiêu chuẩn dùng nước

Thành phần và các thông số đặc trưng của NTĐT được thể hiện trong các bảng sau:

Bảng 1 1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư

Thông số Đơn vị Khoảng giá trị Giá trị trung bình

Nguồn: Metcalf& Eddy(2004)[8]

Cũng theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của Ngân hàng Thế giới (2013) cho thấy, các đô thị lớn tại Việt Nam đang sử dụng 2 hệ thống thoát nước chung và riêng để thu gom NTĐT Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải từ hệ thống thoát nước chung nhỏ hơn nhiều so với nước thải từ hệ thống thoát nước riêng Đối với hệ thống thoát nước chung, nước mưa và nước thải được thu gom trong một hệ thống cống khiến nước thải chảy về nhà máy xử lý có nồng độ hữu cơ rất thấp Hệ thống thoát nước riêng được thiết kế để thu gom và vận chuyển nước thải riêng rẽ, không lẫn nước mưa và nước chảy bề mặt Nước thu

gom và vận chuyển về nhà máy xử lý chỉ là nước thải sinh hoạt, do vậy có nồng độ

chất hữu cơ cao [2]

Bảng 1 2Giá trị thông số ô nhiễm của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam

STT Nhà máy XLNT Hệ thống thu gom BOD COD TSS NH 4 + -N TN

1.2 HIỆN TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TẠI VIỆT NAM

Hình 1 1 Hiện trạng quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam

Nguồn: Ngân hàng Thế giới(2013) [2]

Việt Nam đã xây dựng khung

chính sách pháp luật tương đối toàn diện về vệ sinh môi trường, bao gồm cả quản lý NTĐT, từ luật, chiến lược quốc gia, nghị định, thông tư đến quyết định, chương trình và kế hoạch

1.2.1 Hiện trạng hệ thống thu gom nước thải ở các đô thị Việt Nam

Báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của Ngân hàng Thế giới đã nhận định, phần lớn các hộ gia đình thực hiện đấu nối vào hệ thống thu gom nước thải để giải quyết nhu cầu thoát nước thải Tại các thành phố lớn ở Việt Nam như thủ đô Hà Nội, TP HCM, thành phố Hải Phòng và các đô thị cấp tỉnh

Thoát nước trực tiếp (không qua

an toàn

Bùn thải thu gom

an toàn

Tổng lượng nước thải được xử lý

10%

Tổng lượng bùn thải xử lý an toàn

4%

Nước thải, bùn thải không an toàn xả vào môi trường

khác, việc đấu nối của hộ gia đình vào hệ thống thoát nước thường không được thiết

kế và thực hiện đúng kỹ thuật Việc các hộ gia đình tự đấu nối để thoát nước thải vào hệ thống cống công cộng xảy ra phổ biến ở Việt Nam, dẫn đến tình trạng ô nhiễm ở nhiều khu vực xung quanh nhà dân Trong khi đó, tỷ lệ đấu nối của hộ gia đình vào hệ thống thoát nước công cộng ở các thị trấn nhỏ vùng sâu vùng xa, khu vực ven đô và trong các đô thị miền Trung lại rất thấp do nền đất chủ yếu là cát cho phép thấm nước tốt Khảo sát của Ngân hàng Thế giới ở thành phố Đà Nẵng năm

2012 cho thấy, nhiều khu vực có tỷ lệ đấu nối vào hệ thống thoát nước dưới 10%, hầu hết các bể tự hoại đều có giếng thấm để tiêu nước [2]

1.2.2 Một số công nghệ xử lý nước thải đô thị điển hình ở Việt Nam

Sơ đồ công nghệ xử lý NTĐT phổ biến tại Việt Nam gồm4 khối chính như sau:

 Khối xử lý cơ học (xử lý sơ cấp)

Nước thải tuần tự qua song chắn rác, bể lắng cát, bể điều hòa và bể lắng cát đợt 1 Chức năng của khối xử lý cơ học là tách rác và các hạt rắn có kích thước lớn khỏi dòng nước thải, đảm bảo chế độ làm việc ổn định cho các công trình phía sau

 Khối xử lý sinh học (xử lý thứ cấp)

Nước thải tuần tự qua các khối xử lý cơ học, công trình xử lý sinh học, bể lắng đợt

2 Tại đây các chất hòa tan và các chất rắn không tan mà không bị loại bỏ ở các công trình phía trước sẽ được xử lý tương đối triệt để và tách ra khỏi nước Một số

vi sinh vật gây bệnh trong nước thải cũng bị loại bỏ bằng công trình xử lý sinh học

 Khối khử trùng

Nước thải sau khi qua khối xử lý cơ học (nếu điều kiện vệ sinh cho phép) hoặc khối

xử lý sinh học sẽ được hòa trộn cùng với chất khử trùng, tới máng trộn, bể tiếp xúc

và phản ứng khử trùng xảy ra ở bể tiếp xúc Nước thải sau khi qua khối khử trùng sẽ được thải ra nguồn tiếp nhận

 Khối xử lý cặn

Bùn cặn lấy ra từ các bể lắng được đưa tới các công trình xử lý cặn để tiếp tục xử

lý Qua các công đoạn tách nước, ổn định, làm khô, bùn cặn sẽ được đưa đi chôn lấp hay sử dụng vào mục đích khác

Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát công nghệ xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam

Nước thải đô thị

Song chắn rác

Bể lắng cát Sân phơi cát

XỬ LÝ BÙN CẶN

Bể nén bùn

KHỬ TRÙNG

 Nhà máy XLNT Bình Hưng Hòa

Hình 1.3Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng Hòa

Nước thải từ kênh đen được dẫn về giếng thu, bơm trục vít bơm nước thải từ giếng thu vào mương lắng cát Trước mương lắng cát có một song chắn rác lớn, nước chảy vào mương và cát được lắng xuống Nước sau khi qua mương lắng cát sẽ vào

hồ sục khí Nước trong hồ sục khí được thu vào hố thu (đập tràn mỏ vịt) để dẫn qua

hồ lắng Mục đích hồ lắng nhằm lắng bông bùn có trong nước thải Từ hồ lắng, nước thải được dẫn vào hồ hoàn thiện Mục đích hồ hoàn thiện là tiếp tục làm giảm

Trạm bơm

Kênh lắng cát

Máng chia lưu lượng

Hồ sục khí

Hồ lắng

Hồ hoàn thiện

Nước sau xử lý

nồng độ COD, BOD trong nước và diệt vi khuẩn bằng ánh sáng mặt trời Cuối cùng nước đầu ra được dẫn vào một máng thu chung để xả ra hạ lưu kênh đen

 Nhà máy XLNT Bình Hưng

Hình 1.4Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng

Nước thải sinh hoạt của thành phố được thu gom tập trung theo cống về trạm Đồng Diều Tại đây nước thải được đưa qua công trình song chắn rác và bể lắng cát Sau

đó trạm bơm chuyển tiếp sẽ bơm lượng nước thải này đến nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng Tại đây nước thải tiếp tục được bơm nâng bơm vào bể tiếp nhận tại nhà máy và qua kênh phân phối, từ kênh phân phối nước thải được phân phối đều vàobể lắng sơ cấp (bể lắng đợt 1).Theo thiết kế tự chảy, nước thải qua bể lắng sơ cấp tiếp tục đến quy trình xử lý sinh học kế tiếp Quá trình xử lý sinh học được áp dụng là bể

sục khí xử lý nước thải nhờ bùn hoạt tính cải tiến với hệ thống cấp khí liên tục Nước thải sau xử lý tại bể sục khí sẽ được dẫn qua bể lắng thứ cấp nhằm tách phần nước và phần bùn.Nước ra khỏi bể lắng thứ cấp được khử trùng bằng Javen tại

bể tiếp xúc,nước sau khử trùng được xả ra nguồn tiếp nhận.Ngoài ra, một phần nước sau khử trùng được tái sử dụng làm nước tưới cây; rửa máy móc, thiết bị; rửa lọc, rửa bể

 Nhà máy XLNT tại Đà Nẵng

Hình 1.5Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại thành phố Đà Nẵng

Nước thải được đưa vào kênh dẫn dòng thông qua trạm bơm cuối cùng của hệ thống thu gom nước thải Tại kênh lắng, các vật liệu thô như cát, sạn sẽ được lắng xuống

và song chắn rác ngăn cản không cho các vật liệu có kích thước lớn như bao nilon,

gỗ nhỏ, nhựa…xuống hồ kị khí Bùn cát, rác… tại kênh dẫn được vớt bằng thủ công

và được chuyển đến nơi quy định Các đường ống chuyển nước xuống hồ kị khí còn

có tác dụng hút bùn dưới hồ khi cần thiết

Nước thải

Song chắn rác

Kênh dẫn dòng: lắng cát, điều tiết lưu lượng

Nước tại kênh lắng tiếp tục đi vào hồ kị khí được xây dựng bằng bê tông cốt thép và

có màng nổi bên trên để giảm mùi hôi và tăng hiệu suất xử lý Nước thải chuyển vào hồ kị khí thông qua hệ thống ống bố trí dọc theo kênh Với công nghệ xử lý nước thải kị khí, hàm lượng BOD5 giảm xuống khoảng 50% so với ban đầu Thời gian lưu nước trong hồ kị khí là 3-7 ngày trước khi xả ra môi trường bên ngoài Điểm tiếp nhận nguồn nước thải sau khi xử lý là các sông, vịnh Đà Nẵng Công nghệ XLNT bằng hồ kị khí có một số ưu điểm như thiết kế đơn giản, diện tích nhỏ, chi phí thấp, vận hành đơn giản và tạo tiền đề tốt cho việc nâng cấp sau này Tuy nhiên các kết quả chất lượng nước sau xử lý hồ kị khí còn hạn chế Hàm lượng ô nhiễm còn ở mức độ cao, có khả năng gây ô nhiễm cho nguồn tiếp nhận

 Nhà máy XLNT tại Đà Lạt

Hình 1.6Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại thành phố Đà Lạt

Lưới chắn rác (4mm)

Bể lắng cát

Bể Imhoff

Bể lọc sinh học cao tải

Bể lắng thứ cấp

Hồ sinh học và khử trùng

Nước sau xử lý

Nước thải từ trạm bơm chính đi qua bể chắn rác thô Tất cả rác bị giữ lại được chuyển vào thùng chứa có nắp đập kín Nước thải từ bể chắn rác tiếp tục được dẫn đến bể lắng cát nhằm lắng cát, sỏi Sau đó, nước thải được đưa đến bể phân phối nước trước bể Imhoff Bể Imhoff được chia thành hai bể chính riêng biệt Mỗi bể chính gồm: hai bể lắng bên trên, một bể phân hủy bên dưới, ba phễu thu bùn và tách bùn Các cặn bùn trong nước thải lắng xuống từ bể bên trên sẽ tự rơi qua khe hở nhỏ dưới đáy và đi vào bể phân hủy bên dưới Nước trong bên trên bể lắng của bể Imhoff tiếp tục được dẫn đến bể phân phối của bể lọc và đi vào bể lọc cao tải Nước vào bể lọc được phân phối đều bởi bộ phận tưới Sau khi qua bể lọc, nước thải tiếp tục được chuyển đến bể lắng thứ cấp Cuối cùng, nước đi ra từ bể lắng sẽ được dẫn đến hồ sinh học và được khử trùng bằng ánh sáng mặt trời và tảo Nước sạch sau khi được xử lý được xả trực tiếp vào hạ lưu suối Cam Ly

1.2.3 Hiệu quả hoạt động của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam

Các công nghệ xử lý nước thải sử dụng trong 17 nhà máy XLNT rất khác nhau Có

8 trong số 13 nhà máy tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước chung áp dụng công nghệ bùn hoạt tính, sử dụng phương pháp bùn hoạt tính truyền thống, kị khí – thiếu khí – hiếu khí, bể phản ứng sinh học hoạt động theo mẻ hay mương oxi hóa Các phương pháp này đảm bảo XLNT đạt chất lượng cao và thường được thiết kế để xử

lý nước thải đầu vào có nồng độ BOD5 cao hơn nhiều so với nồng độ thực tế nhà máy đang tiếp nhận Vì vậy, 8 nhà máy XLNT có khả năng XLNT đạt tiêu chuẩn thải hiện hành Nồng độ BOD5 trung bình trong nước thải sau xử lý của 8 nhà máy tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước chung dao động từ 3-23 mg/L, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn 50mg/L cho loại “B” Với nồng độ chất ô nhiễm thấp như vậy, thực ra có thể xử lý đạt tiêu chuẩn nước thải đầu ra bằng cách phân kỳ xây dựng nhà máy xử lý hoặc lựa chọn công nghệ xử lý thấp hơn, nhờ đó có thể tiết kiệm chi phí đầu tư cơ bản

Nước thải trong hệ thống thoát nước chung và riêng có đặc điểm khác nhau Chỉ có

4 trong số 17 nhà máy XLNT tập trung tiếp nhận nước thải từ hệ thống thoát nước riêng, 13 nhà máy XLNT còn lại tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước chung Công suất hoạt động của các nhà máy xử lý NTĐT dao động trong khoảng 18,4% đến 128% công suất thiết kế Hầu hết các nhà máy XLNT đều xử lý đạt tiêu chuẩn,

dù tiếp nhận nước thải từ hệ thống thoát nước chung hay riêng Công suất hoạt động

và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào thấp hơn thiết kế giúp hầu hết các nhà máy XLNT tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước chung dễ dàng xử lý đạt tiêu chuẩn, cho dù áp dụng công nghệ xử lý nào

Cần cân nhắc cẩn trọng các đặc điểm khác biệt của nước thải trong hai phương pháp thu gom khi lập kế hoạch dự án XLNT và lựa chọn công nghệ xử lý Hệ thống thoát nước riêng có tỷ lệ đấu nối hộ gia đình trực tiếp vào cống thoát nước cao (không qua bể tự hoại), do vậy nước thải đầu vào có nồng độ chất ô nhiễm cao hơn nhiều so với nước thải chảy trong hệ thống thoát nước chung Tuy nhiên, tại Việt Nam hiện nay khi lựa chọn công nghệ và thiết kế công trình xử lý vẫn tính nồng độ chất

ônhiễm trong hai hệ thống này như nhau, Ngân hàng Thế giới(2013)[2]

1.3 CƠ Sở LÝ THUYếT QUÁ TRÌNH Kị KHÍ, HIếU KHÍ

(CHO) n NS→CO 2 + H 2 O+CH 4 +NH 3 +H 2 + H 2 S+Tế bàovi sinh

Phân hủy kị khí có thể chia làm 6 quá trình:

1 Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccharide, chất béo;

2 Lên men các amino axit và đường;

3 Phân hủy kị khí các axit béo mạch dài và rượu (alcohols);

4 Phân hủy kị khí các axit béo dễ bay hơi (ngoại trừ axit acetic);

5 Hình thành khí metan từ axit acetic;

6 Hình thành khí metan từ hydrogen và CO2

Các quá trình này có thể hợp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kị khí chất hữu cơ:

Hình 1.7Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí

 Thủy phân

Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và chất không tan (như polysaccharide, protein, lipit) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc các chất hòa tan (như đường, các amino axit, axit béo)

Quá trình này xảy ra chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước và đặc tính dễ phân hủy của các cơ chất Chất béo thủy phân rất chậm

Chất hữu cơ phức tạp (gluxit, protein, lipit)

Chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, peptit, axit

amin, glixerin, axit béo)

Các axit béo dễ bay hơi(propionic, butyric, lactic),

 Axit hóa

Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như axit béo dễ bay hơi, alcohols, axit lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới Sự hình thành các axit có thể làm pH giảm xuống 4

 Acetat hóa

Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn axit hóa thành acetat, H2,

CO2, và sinh khối mới

- Giá trị pHlà yếutốthứ 2cóảnhhưởngmạnhmẽ đếnquátrìnhphânhuỷkịkhí.Trong quátrìnhxử lýkịkhícácgiaiđoạnphânhủycóảnhhưởngtrựctiếpqualạilẫn nhau,làmthayđổitốcđộquátrìnhphânhủychung.Nước thảimới nạpvàocông trìnhthìnhómvisinhvật axithóathíchnghihơnnhómvisinhvật metanhóa.Khi pH giảm mạnh (pH < 6) sẽ làm cho khí metan sinh ra giảm đi Khoảng pH tối ưu dao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 – 8,5

- Các chất có mặt trong môi trường ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật kị khí:

+ Oxy được coi là độc tố của quá trình này

+ Một số dẫn xuất của metan như CCl4, CHCl3, CH2Cl2

+ Một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn…)

+ Các chất như HCHO, SO2, H2S

+ NH4+ gây ức chế cho quá trình kị khí

+ S2- được coi là chất gây ức chế cho quá trình metan hóa

+ Các chất có tính oxi hoá mạnh như thuốc tím, các halogen và các muối

có oxy của nó, ozone… được coi là chất diệt khuẩn hữu hiệu hiện nay

- Quá trình phân hủy kị khí xảy ra thuận lợi khi nước thải có đầy đủ nguồn cacbon, nitơ, photpho và một số nguyên tố vi lượng với một tỷ lệ thích hợp tức là thành phần nước thải hay bùn cặn đều có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men

Lọc kị khí

Tầng

lơ lửng

Vách

bể

1.3.1.4 Lọc kị khí – Giá thể cố định

 Đặc điểm cấu tạo

Bể lọc kị khí chứa đầy vật liệu rắn trơ làm giá thể cố định cho các vi sinh vật sống bám trên bề mặt.Với cấu trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy chất rắn không bám dính, thích hợp cho xử lý nước thải có hàm lượng SS cao Do khả năng bám dính tốt của màng vi sinh dẫn đến lượng sinh khối trong bể tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài Vì vậy thời gian lưu nước nhỏ có thể vận hành ở tải trọng rất cao.Trong bể lọc kị khí do dòng chảy quanh co đồng thời do tích lũy sinh khối nên

dễ gây ra các vùng chết và dòng chảy ngắn Để khắc phục nhược điểm này cần bố trí thêm hệ thống xáo trộn bằng khí sinh học sinh ra thông qua hệ thống phân phối khí đặt dưới lớp vật liệu và máy nén khí sinh học

Sau thời gian vận hành dài, các chất rắn không bám dính gia tăng Điều này chứng

tỏ khi hàm lượng SS đầu ra tăng, hiệu quả xử lý giảm do thời gian lưu nước thực tế trong bể bị rút ngắn lại Chất rắn không bám dính có thể lấy ra khỏi bể bằng cách xả đáy và rửa ngược

Lọc kị khí có thể được chia thành 2 dạng cơ bản: lọc kị khí dòng chảy xuôi và lọc kị khí dòng chảy ngược Sơ đồ cấu tạo 2 loại bể lọc được thể hiện sau đây:

Hình 1.9Cấu tạo bể lọc kị khí

(a): Dòng chảy xuôi; (b): Dòng chảy ngược

 Nguyên lý hoạt động

Dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) ở lớp màng sinh học để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Các màng sinh học là tập thể các

vi sinh vật kị khí và tùy nghi,Lương Đức Phẩm(2003) [9]

Trong quá trình này nước thải chảy từ trên xuống qua lớp giá thể Giá thể này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối thẳng theo hướng từ trên xuống Đường kính dòng chảy nhỏ xấp xỉ 4 cm

+ Diện tích riêng lớn và thay đổi từ 80 – 220 m2/m3;

+ Nhẹ, có thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 – 10 m hoặc cao hơn);

+ Có độ bền cơ học đủ lớn;

+ Quán tính sinh học cao;

+ Ổn định hóa học

 Ưu và nhược điểm bể lọc kị khí

Bảng 1 3Ưu và nhược điểm của bể lọc kị khí

- Xử lý được nước thải có COD thấp;

- Không cần tuần hoàn bùn kị khí;

- Hình thành dòng chảy quanh co theo các

lỗ rỗng xuyên qua lớp vật liệu;

- Hình thành vùng chết do sự tắc nghẽn của chất rắn