Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ xử lý nước rỉ rác phù hợp với điều kiện tỉnh bình dương

Hiện nay, công nghệ SBR dòng vào liên tục SBR dòng liên tục là công nghệ xử lý mới cho phép loại bỏ được các thành phần ô nhiễm, đặc biệt là xử lý Nitơ trong nước thải hiệu quả hơn so vớ

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

-  -

NGUYỄN THANH PHONG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC

RỈ RÁC PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TỈNH BÌNH DƯƠNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

TP Hồ Chí Minh, năm 2017

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN



-NGUYỄN THANH PHONG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC

RỈ RÁC PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TỈNH BÌNH DƯƠNG

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG NƯỚC – NƯỚC THẢI

MÃ SỐ : 62.85.06.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 GS.TS NGUYỄN VĂN PHƯỚC

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tâm của GS.TS Nguyễn Văn Phước

và PGS.TS Lê Đức Trung Cảm ơn thầy đã truyền đạt nhiều kiến thức và phương pháp nghiên cứu sáng tạo, luôn đổi mới Nhờ đó tôi có hướng đi đúng đắn và hoàn thành luận

án này

Cảm ơn gia đình đã luôn hỗ trợ, động viên, theo sát tôi trong những lúc khó khăn

để giúp tôi có quyết tâm vượt qua những trở ngại và chuyên tâm học tập

Cảm ơn các đồng nghiệp đã luôn sát cánh cùng tôi trong thời gian nghiên cứu Luận án hoàn thành là một động lực để tôi và đồng nghiệp nỗ lực hơn trên con đường nghiên cứu những ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thực tế trong tương lai

Tác giả luận án

Nguyễn Thanh Phong

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Nguyễn Thanh Phong, tác giả luận án “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ

xử lý nước rỉ rác phù hợp với điều kiện tỉnh Bình Dương” Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào

Người cam đoan

Nguyễn Thanh Phong

Hiện nay, công nghệ SBR dòng vào liên tục (SBR dòng liên tục) là công nghệ xử

lý mới cho phép loại bỏ được các thành phần ô nhiễm, đặc biệt là xử lý Nitơ trong nước thải hiệu quả hơn so với các công nghệ xử lý sinh học truyền thống khác SBR dòng liên tục với quy trình sục khí tăng cường gián đoạn theo chu kỳ A/O kép, cho phép nước thải đầu vào vào bể xử lý liên tục mà không bị gián đoạn theo mẻ

Luận án đã nghiên cứu xử lý TN bằng công nghệ SBR dòng liên tục trên mô hình thực nghiệm, kết quả cho thấy với thời gian lưu nước (HRT) 4 ngày và chu kỳ vận hành

5 giờ (trong đó sục khí 180 phút và khuấy trộn 40 phút, lắng 60 phút và rút nước 20 phút) cho hiệu suất xử lý đối với thành phần N-NH4+ 98% (< 5 mg/l), TN 76% (35 – 40 mg/l) và COD 79% (170 – 180 mg/l) Kết quả so sánh trong cùng điều kiê ̣n vâ ̣n hành giữa mô hình công nghệ SBR dòng liên tục có hiê ̣u quả xử lý các thành phần ô nhiễm cao hơn công nghê ̣ SBR truyền thống, đă ̣c biê ̣t thành phần N-NH4+ (N-NH4+ sau xử lý luôn đạt QCVN 25:2009/BTNMT, Cột A) Kết quả xử lý TN của SBR dòng liên tục tuy chưa đạt chuẩn QCVN 25:2009/BTNMT (cột A), do có trong thành phần hữu cơ khó phân huỷ sinh học Vì vậy, sau quá trình oxy hóa bậc cao bằng phương pháp Fenton, Nitơ được chuyển hoá và phân huỷ trong hồ sinh học tiếp theo để đạt quy chuẩn xả thải, cột A

Đối với thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR, luận án đã nghiên cứu xử lý bằng phương pháp Fenton dị thể với vật liệu xúc tác Fe/AC tự chế tạo (Fenton dị thể) kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV Kết quả cho thấy với hàm lượng Fe trong vật liệu xúc tác Fe/AC chiếm 3,24%, hiệu suất xử lý COD đạt được hơn 71% (tương ứng với nồng độ COD sau xử lý khoảng 60 – 65 mg/l) với điều kiện tối ưu như sau: pH

= 8,5; thời gian phản ứng 120 phút; hàm lượng xúc tác Fe/AC 20 g/l; tỷ lệ H2O2/COD

là 9/1

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, luận án đã đề xuất quy trình công nghệ xử lý NRR hoàn thiện và phù hợp với điều kiện tỉnh Bình Dương

ABSTRACT

Leachate has a highly polluted level which contains complicated components, especially nitrogen and hardly biodegradable components Many leachate treatment technologies have been applied at the landfill sites in Vietnam However, the quality of treated wastewater had not usually met the discharge standards yet or TN and COD parameters were not stable Therefore, the objective of research provide a suitable technology to improve leachate treatment efficiency, which contribute to the perfect of current leachate treatment technology

Currently, the combination of SBR (Sequencing Biological Reactor) was also known as continuous flow SBR technology which allow remove above-mentioned pollutants than other conventional ones, especially more effective removal of TN in wastewater The continuous flow SBR with interrupting aerobic process based on A/O doubled cycle allows un-intermittent wastewater influent

The thesis studied TN treatment by the continuous flow SBR technology on the empirical model, the result showed that, with the hydraulic retention time (HRT) for 4 days and 5 hours of operation cycle (including 180 minutes of aeration and 40 minutes

of mixing, 60 minutes of sedimentation and 20 minutes of decantation), the process performance of components N-NH4+ is 98% (< 5 mg/l), TN is 76% (35 – 40 mg/l) and COD is 78% (170 – 180 mg/l) The results showed that the treatment capacity of pollutants by the continuous SBR technology, in the same operating conditions, is effective than the conventional SBR technology, especially components of N-NH4+(treated N-NH4+ met QCVN 25:2009/BTNMT, Column A) The result of total Nitrogen treatment by the continuous flow SBR technology has not met the Standard QCVN 25: 2009/BTNMT(column A), due to their presence in hardly biodegradable organic components Thus, after advanced oxidation process by Fenton method, Nitrogen is metabolized and decomposed in the bioreactor to met the discharge standards, Column

A

For hardly biodegradable component in the leachate, the thesis studied its treatment

by the Fenton method using heterogeneous catalytic material Fe/AC in combination with

UV light irradiation The result showed that Fe content in catalytic material Fe/AC is

3.24%, COD removal efficiency achieved 71% (equyvalent to the treated concentration

of about 60-65 mg/l) with optimal conditions are as follows: pH = 8.5; reaction time is

120 minutes; catalytic content Fe/AC is 20 g/l; ratio H2O2/COD is 9/1

On the basis of the research results, the thesis proposes a technological process for treatment of leachate is perfect and suitable with the conditions of Binh Duong province

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT v

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC HÌNH xiii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 5

1.1 Thành phần nước rỉ rác trên thế giới 5

1.1.1Sự phát sinh nước rỉ rác 5

1.1.2 Thành phần nước rỉ rác trên thế giới 6

1.2 Thành phần nước rỉ rác các bãi chôn lấp Vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam 9

1.2.1Hiện trạng một số BCL tại vùng KTTĐPN 9

1.2.2Thành phần NRR một số BCL tại Vùng KTTĐPN 10

1.3 Các quy trình xử lý nước rỉ rác ngoài và trong nước 11

1.3.1Các quy trình công nghệ xử lý NRR ngoài nước 11

1.3.2 Các quy trình công nghệ xử lý NRR trong nước 14

1.4 Các nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác ngoài và trong nước 19

1.4.1 Nghiên cứu xử lý NRR ở ngoài nước 19

1.4.2 Nghiên cứu xử lý NRR ở trong nước 24

1.5 Định hướng nghiên cứu của Luận án 28

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ NITƠ VÀ CHẤT HỮU CƠ KHÓ PHÂN HỦY SINH HỌC TRONG NƯỚC RỈ RÁC 30

2.1 Cơ sở lý thuyết xử lý Nitơ trong nước rỉ rác 30

2.1.1Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải hiện nay 30

2.1.2Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý Nitơ bằng phương pháp sinh học 32

2.1.3Xử lý NRR bằng công nghệ SBR 41

2.1.4Xử lý NRR bằng công nghệ SBR dòng liên tục 46

2.2 Cơ sở lý thuyết xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước rỉ rác 48

2.2.1Tổng quan về các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR 48

2.2.2Tổng quan về quá trình Fenton 50

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 64

3.1 Sơ đồ nghiên cứu chi tiết 64

3.2 Đối tượng thực nghiệm 64

3.3 Mô hình thực nghiệm 67

3.3.1 Mô hình xử lý Nitơ trong NRR bằng công nghệ SBR dòng liên tục 67

3.3.2Mô hình xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR bằng phương pháp Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV 68

3.4 Phương pháp thực nghiệm 69

3.4.1 Mô hình xử lý Nitơ trong NRR bằng công nghệ SBR dòng liên tục 69

3.4.2 Mô hình xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR bằng phương pháp Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV 73

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 80

4.1Kết quả nghiên cứu trên mô hình bể SBR dòng liên tục 80

4.1.1 Xác định thời gian lưu nước tối ưu 80

4.1.2 Xác định thời gian chu kỳ tối ưu 86

4.1.3 Đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ SBR dòng liên tục và so sánh với công nghệ SBR truyền thống 90

4.1.4 Xây dựng phương trình thực nghiệm khử Nitrat 91

4.2 Kết quả nghiên cứu trên mô hình Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV 98

4.2.1Hình thái, cấu trúc và đặc tính hóa lý của vật liệu xúc tác 98

4.2.2Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV 100

4.3 Đề xuất quy trình công nghệ xử lý NRR hoàn thiện phù hợp điều kiện tỉnh Bình Dương 106

4.4Kết quả triển khai thực tế tại Nhà máy xử lý NRR thuộc KLH XLCT BD 108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

Kỵ khí/ Thiếu khí/ Hiếu khí/ Thiếu khí/ Hiếu khí

Các quá trình oxy hóa nâng cao

Nhu cầu oxy sinh hóa

Nhu cầu Oxy sinh hóa các chất gốc Cacbon

Nhu cầu oxy hóa học

Đơn vị đo lường số lượng vi khuẩn hữu hiệu

Oxy hòa tan

Tỷ lệ thức ăn/vi sinh vật

Thời gian lưu nước

XLCT Xử lý chất thải

Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn

Nhu cầu Oxy sinh hóa các chất gốc Nitơ

Bộ điều khiển tự động lập trình theo logic

Bể phản ứng theo mẻ

Chất rắn lơ lửng

Thời gian lưu bùn

Tổng Cacbon hữu cơ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Mối quan hệ giữa tuổi BCL, thành phần NRR và phương pháp xử lý 7

Bảng 1.2 Thành phần NRR theo tuổi BCL của một số quốc gia trên thế giới 8

Bảng 1.3 Thành phần NRR ta ̣i BCL ở TP.HCM, Bà Rịa - Vũng Tàu và Bình Dương 10 Bảng 1.4 Kết quả xử lý NRR BCL Hempsted 12

Bảng 1.5 Nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý 13

Bảng 1.6 Đánh giá hiệu quả một số phương pháp xử lý NRR 14

Bảng 1.7 Chất lượng nước trước và sau xử lý năm 2009 16

Bảng 1.8 Chất lượng NRR trước và sau xử lý năm 2014-2015 18

Bảng 1.9 Các nghiên cứu xử lý NRR áp dụng công nghệ SBR 21

Bảng 2.1 Phân tích, đánh giá các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải 32

Bảng 2.2 Mối quan hệ giữa hiệu suất chuyển hóa Nitơ và tỷ lệ giữa các chất hữu cơ với Nitơ 35

Bảng 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ tăng trưởng đặc trưng tối đa của quá trình nitrat hóa 37

Bảng 2.4 Các chất hữu cơ khó phân huỷ và độc hại trong nước rỉ rác tại bãi rác đô thị 49

Bảng 2.5 Số oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp 51

Bảng 2.6 Các phản ứng chủ yếu trong quá trình Fenton 54

Bảng 2.7 Hiệu suất xử lý của quá trình Fenton 57

Bảng 3.1 Thành phần của NRR sau xử lý bậc 1 65

Bảng 3.2 Thông số của đối tượng thực nghiệm 66

Bảng 3.3 Chế độ thực nghiệm khảo sát thời gian lưu nước (HRT) 70

Bảng 3.4 Các thông số và phương pháp phân tích 73

Bảng 3.5 Diện tích bề mặt THT từ tính (Fe/AC) với hàm lượng Fe khác nhau 74

Bảng 4.1 Kết quả mật độ vi sinh của các thực nghiệm khảo sát HRT 84

Bảng 4 2 Xác định hiệu quả Nitrat hóa của bể SBR dòng liên tục trong giai đoạn sục khí theo thời gian 92

Bảng 4.3 Xác định hiệu quả nitrat hóa của bể SBR dòng liên tục trong giai đoạn sục khí

theo nồng độ TN đầu vào 92

Bảng 4.4 Số liệu thực nghiệm hiệu quả khử Nitrat theo thời gian lắng 94

Bảng 4.5 Số liệu thực nghiệm TN1 94

Bảng 4.6 Số liệu thực nghiệm TN1 sau xử lý 95

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của thời gian đến tốc độ khử Nitrat với tỷ lệ nồng độ BOD5/N-NO3 97

Bảng 4.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ BOD5/N-NO3- đến tốc độ khử Nitrat với thời gian 97

Bảng 4.10 So sánh hiệu quả công nghệ SBR dòng liên tục và SBR truyền thống 108

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sự hình thành nước rỉ rác 5

Hình 1.2 Công nghệ xử lý chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học trong NRR đề xuất 27

Hình 2 1 Chu trình chuyển hóa Nitơ bởi vi sinh vật 33

Hình 2.2 Quá trình Nitrat hóa/khử Nitrat sinh học trong hệ thống xử lý nước thải 33

Hình 2.3 Mối quan hệ giữa các vi sinh vật Nitrat hóa trong hệ thống xử lý nước thải với tác nhân tăng trưởng lơ lửng (bùn hoạt tính) và tỷ lệ BOD5/TKN 34

Hình 2.4 Quá trình Nitrat hóa một bậc và từng giai đoạn 35

Hình 2.5 Quy trình Phoredox (Kỵ khí/Hiếu khí) 40

Hình 2.6 Quy trình Kỵ khí/Thiếu khí/Hiếu khí 41

Hình 2.7 Quy trình Bardenpho (năm giai đoạn) 41

Hình 2.8 Mô hình bể SBR dòng liên tục 46

Hình 2.9 Mô tả ngắn gọn về quá trình 3 giai đoạn phổ biến của bể SBR dòng liên tục 46

Hình 2.10 Cơ chế của sự tạo thành humic 49

Hình 2.11 Fenton đồng thể và Fenton dị thể 52

Hình 2.12 Sự kết hợp giữa quá trình hoá lý, sinh học và quá trình Fenton 53

Hình 2.13 Cơ chế phản ứng Fenton theo đề nghị của Kremer (1999) 55

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 64

Hình 3.2 Than hoạt tính gáo dừa sản xuất trong nước 66

Hình 3.3 Mô hình thực nghiệm bể SBR dòng liên tục 68

Hình 3.4 Mô hình thực nghiệm Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV 68

Hình 3.5 Sơ đồ thực nghiệm mô hình SBR dòng liên tục xử lý NRR 70

Hình 3.6 Khảo sát thời gian chu kỳ xử lý khác nhau 71

Hình 3.7 Sơ đồ khối quy trình thực nghiệm Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV 76

Hình 3.8 Sơ đồ thực nghiệm mô hình Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV 77

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn pH theo thời gian lưu nước 80

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn nồng độ BOD5 theo thời gian lưu nước 81

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn COD theo thời gian lưu nước 81

Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn N-NH4+ theo thời gian lưu nước 82

Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn TN theo thời gian lưu nước 83

Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD, TN và N-NH4+ 83

Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn pH theo chu kỳ vận hành 86

Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn COD theo chu kỳ vận hành 87

Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn N-NH4+ theo chu kỳ vận hành 87

Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn TN theo chu kỳ vận hành 88

Hình 4.11 Ảnh hưởng của thờ i gian chu kỳ vận hành đến hiệu quả xử lý của bể SBR dòng liên tục 89

Hình 4.12 Kết quả thực nghiệm của hai mô hình SBR dòng liên tục và SBR truyền thống 90

Hình 4.13 Sự biến đổi nồng độ N-NH4+ theo thời gian của các thực nghiệm 93

Hình 4.14 Hiệu suất khử Nitrat theo thời gian ứng với tỷ lệ nồng độ BOD5/N-NO3- 97

Hình 4.15 Hiệu suất khử Nitrat theo tỷ lệ nồng độ BOD5/N-NO3- ứng với thời gian 98

Hình 4.16 Than hoạt tính trước và sau khi được chế tạo thành vật liệu Fe/AC 98

Hình 4.17 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu vật liệu Fe/AC 99

Hình 4.18 Ảnh SEM: AC (1) và (2) ; Fe/AC (3) và (4) 99

Hình 4.19 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD ứng với các giá trị pH khác nhau 100

Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu ứng với các giá trị pH khác nhau 100

Hình 4.21 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD ứng với các thời gian khác nhau 101

Hình 4.22 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu ứng với các thời gian khác nhau 102 Hình 4.23 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD ứng với lượng vật liệu Fe/AC khác nhau 103

Hình 4.24 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu ứng với lượng vật liệu Fe/AC khác nhau 103

Hình 4.25 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD ứng với hàm lượng H2O2 khác nhau 105 Hình 4.26 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu ứng với hàm lượng H2O2 khác nhau 105 Hình 4.27 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý NRR đề xuất 106

MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Theo tổng hợp số liệu đến cuối năm 2015, nước ta có khoảng 660 BCL (chưa thống

kê được đầy đủ các BCL nhỏ rải rác ở các xã) với tổng diện tích khoảng 4.900 ha Trong

đó, có 203 BCL hợp vệ sinh, chiếm khoảng 31% tổng số BCL được thống kê Phần lớn các BCL tiếp nhận chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) chưa được phân loại tại nguồn, có thành phần hữu cơ cao nên tính ổn định thấp, chiếm nhiều diện tích đất, phát sinh lượng lớn NRR Nghiêm trọng hơn, các BCL không hợp vệ sinh phần lớn là các bãi rác tạm,

lộ thiên, không có hệ thống thu gom và xử lý NRR, không được che phủ bề mặt, không phun hóa chất khử mùi và diệt côn trùng,…đang là nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí, sinh thái và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe, hoạt động sản xuất của con người

Tính đến tháng 6/2016 Việt Nam có khoảng 795 đô thị, tốc độ tăng dân số và quá trình đô thị hóa nhanh chóng đang gây sức ép về suy giảm môi trường sống do không kiểm soát được rác thải phát sinh Xử lý rác thải đã và đang trở thành vấn đề nóng bỏng, đặc biệt là CTRSH Tổng khối lượng CTRSH thu gom tại đô thị hiện khoảng 38.000 tấn/ngày Tỷ lệ thu gom và xử lý CTRSH trung bình đạt khoảng 85% Phần lớn CTRSH chưa được phân loại tại nguồn: tỷ lệ CTRSH được giảm thiểu, tái sử dụng, tái chế tại các cơ sở xử lý chưa cao; công suất các nhà máy xử lý CTRSH mới chỉ đáp ứng khoảng 20% lưu lượng thu gom,…Bên cạnh đó, việc xử lý CTRSH chủ yếu là chôn lấp, tỉ lệ rác thải đem chôn lấp của các thành phố lớn như: Hà Nội, TP Hồ Chí Minh chiếm tới 80% – 90% Riêng Hà Nội ước tính, tỷ lệ thu gom CTRSH ở các quận nội thành đạt khoảng 95%, các huyện ngoại thành 60%, lượng chất thải rắn công nghiệp thu gom đạt 85% – 90% và các chất thải nguy hại mới chỉ đạt 60% – 70% [1]

Bình Dương là một trong 8 tỉnh thành thuộc Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (KTTĐPN) có tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa cao của cả nước Chính điều này làm phát sinh lượng lớn CTRSH gây sức ép không nhỏ đến môi trường Đến nay, khối lượng CTRSH phát sinh trên toàn tỉnh khoảng hơn 1.000 tấn/ngày được thu gom, vận chuyển

và tập trung về Khu liên hợp Xử lý chất thải Bình Dương (KLH XLCT BD) tại phường Chánh Phú Hòa, Thị xã Bến Cát để xử lý Tại đây, phương pháp xử lý chủ yếu vẫn là chôn lấp hợp vệ sinh, với phương pháp này làm phát sinh một lượng lớn NRR Tuy

nhiên, do CTRSH chưa được phân loại tại nguồn nên NRR phát sinh có thành phần rất phức tạp, nồng độ ô nhiễm cao, biến động lớn giữa các mùa Hệ thống xử lý NRR của KLH XLCT BD được đầu tư bài bản với công nghệ hiện đại đã đi vào hoạt động từ tháng 9 năm 2009 đến nay góp phần đáng kể giải quyết một lượng lớn NRR còn tồn đọng trong thời gian qua và góp phần bảo vệ môi trường địa phương Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, quy trình công nghệ xử lý hiện hữu phát sinh một số nhược điểm như khó duy trì mức độ ổn định, đặc biệt là thành phần TN và COD đôi lúc không đảm bảo quy chuẩn xả thải theo QCVN 25:2009/BTNMT (Cột A) Riêng đối với COD sau

xử lý sinh học chủ yếu là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và phương pháp được áp dụng phổ biến là Fenton đồng thể, phương pháp này tuy có hiệu quả xử lý cao nhưng chi phí xử lý cao do sử dụng nhiều hóa chất, phát sinh nhiều bùn thải và công trình

xuống cấp nhanh,…

Vấn đề xử lý NRR ở các BCL chất thải rắn trong Vùng KTTĐPN (trong đó có tỉnh Bình Dương) đang là vấn đề được quan tâm Hiện nay, có rất nhiều công nghệ xử lý NRR đã và đang được áp dụng tại các BCL CTRSH như: Aeration tank, SBR, FBR, hồ sinh học,…Tuy nhiên, NRR phát sinh từ BCL có thành phần phức tạp, thay đổi theo từng thời điểm khác nhau theo mùa, theo tuổi BCL… Hơn nữa, chất lượng NRR sau xử

lý của hầu như toàn bộ các quy trình công nghệ đã và đang được áp dụng tại các BCL thường không ổn định, chất lượng nước sau xử lý vẫn còn một số thông số chưa đạt quy

chuẩn xả thải, điển hình là 2 thành phần TN và COD

Vì vậy, mục tiêu của luận án là nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý TN và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR, góp phần hoàn thiện quy trình công nghệ xử

lý NRR phù hợp điều kiện tỉnh Bình Dương

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Luận án tập trung nghiên cứu các mục tiêu sau:

- Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng công nghệ xử lý NRR, xác định các nguyên nhân chính của những tồn tại nhằm khắc phục tồn tại, đồng thời tập trung vào nâng cao hiệu quả xử lý TN (đặc biệt là thành phần N-NH4+) và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR

- Đề xuất giải pháp cải tiến quy trình công nghệ xử lý NRR hiện hữu phù hợp với điều kiện tỉnh Bình Dương

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

1 Phân tích, đánh giá, lựa chọn phương pháp xử lý TN và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR

2 Nghiên cứu thực nghiệm:

- Nghiên cứu thực nghiệm xử lý TN (đặc biệt là thành phần N-NH4+) trong NRR bằng công nghệ SBR dòng liên tục Xác định các điều kiện vận hành tối ưu gồm:

 Thời gian lưu nước (HRT);

 Xác định chu kỳ vận hành tối ưu bao gồm: thời gian sục khí, khuấy trộn và lắng;

3 Đề xuất quy trình công nghệ xử lý NRR phù hợp với điều kiện tỉnh Bình Dương

và triển khai thực tế trên quy mô 480 m3/ngày

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

 Ý nghĩa khoa học

+ Làm sáng tỏ bản chất quá trình xử lý Nitơ của công nghệ SBR dòng liên tục, hiệu quả cao hơn và giảm nhu cầu cơ chất từ nguồn bên ngoài so với SBR truyền thống Xây dựng được phương trình thực nghiệm của quá trình xử lý Nitơ bằng SBR dòng liên tục

+ Xác định được hiệu quả xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR của phương pháp Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV

 Tính mới

+ Lần đầu tiên đã thực hiện nghiên cứu áp dụng công nghệ SBR dòng liên tục trong

xử lý NRR phát sinh từ BCL chất thải rắn

+ Bước đầu thử nghiệm ứng dụng Fenton dị thể kết hợp chiếu xạ bằng đèn UV xử

lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR ở điều kiện phòng thí nghiệm

+ Đề xuất hoàn thiện quy trình công nghệ xử lý NRR phù hợp với điều kiện tỉnh Bình Dương và triển khai thực tế quy mô 480 m3/ngày, với hiệu quả xử lý cao hơn

có nhiều tiềm năng đem lại hiệu quả kinh tế cao và dễ dàng triển khai thực tế

+ Luận án còn là tài liệu tham khảo cho các địa phương áp dụng xử lý NRR, cho sinh viên, học viên, cán bộ nghiên cứu về lĩnh vực xử lý NRR

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.1 Thành phần nước rỉ rác trên thế giới

1.1.1 Sự phát sinh nước rỉ rác

NRR từ các BCL có thể được định nghĩa là chất lỏng thấm qua các lớp chất thải rắn mang theo các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng [2] NRR là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình lý, hóa và sinh học diễn ra trong lòng BCL, chúng bao gồm chất lỏng đi vào BCL từ các nguồn bên ngoài như nước mặt, nước mưa, nước ngầm

và chất lỏng tạo thành trong quá trình phân hủy các chất thải

NRR được hình thành khi độ ẩm của rác vượt quá độ giữ nước và lắng xuống dưới đáy ô chôn lấp Mô hình tổng quát minh họa sự hình thành NRR được trình bày trong hình 1.1

Hình 1.1 Sự hình thành nước rỉ rác

Theo cân bằng nước đối với toàn bộ các hố chôn lấp trong BCL:

Qw = Sw + Ww + Lw – Pw – Ew (1.1)

Trong đó:

 Qw: Lượng nước rò rỉ từ bãi rác (m3/ngày)

 Sw: Lượng nước ngấm vào từ phía trên (m3/ngày)

 Ww: Lượng nước do thay đổi độ ẩm của rác và vật liệu phủ bề mặt (m3/ngày)

 Có thể ước tính gần đúng Ww = ∆Cw G/100ρ

 ρ: Khối lượng riêng của nước (tấn/m3) Ở 250 C, ρ = 0,99708

Lượng mưa

Lượng bay hơi

Lượng mưa thâm nhập

Lượng giữ ẩm của rác

Lượng nước rỉ rác BCL

Lượng nước chảy tràn

Lượng nước ngầm thâm nhập

Lượng nước ngầm

thâm nhập

Lượng nước chảy tràn

 ∆Cw: Chênh lệch độ ẩm giữa rác đưa vào và rác trong hố (%)

 G: Lượng rác đưa vào chôn lấp (tấn/ngày)

 Lw: Lượng nước thấm vào từ đất, có thể coi Lw=0 (do có lớp chống thấm)

 Pw: Lượng nước tiêu thụ cho các phản ứng (m3/ngày)

 Ew: Lượng nước bốc hơi (m3/ngày)

1.1.2 Thành phần nước rỉ rác trên thế giới

Ở mỗi quốc gia có quy trình vận hành BCL khác nhau Tuy nhiên, nhìn chung thành phần NRR chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chủ yếu như sau: Chất thải được đưa vào chôn lấp; loại chất thải, thành phần chất thải và tỷ trọng chất thải; Quy trình vận hành BCL (quá trình xử lý sơ bộ và chiều sâu chôn lấp); Thời gian vận hành BCL; Điều kiện khí hậu (độ ẩm và nhiệt độ không khí); Điều kiện quản lý chất thải Các yếu tố này ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính NRR, đặc biệt là thời gian vận hành BCL Yếu tố này

sẽ quyết định thành phần NRR Khả năng phân hủy sinh học của NRR được đánh giá thông qua tỉ lệ BOD5/COD Đối với các BCL mới tỉ lệ này thường trên 0,5, thì tính chất NRR là dễ phân hủy sinh học Đối với các BCL lâu năm, tỉ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0,05 - 0,2, thì tính chất NRR là khó phân hủy sinh học

Nồng độ chất ô nhiễm trong NRR đối với BCL mới cao hơn rất nhiều so với BCL

đã vận hành lâu năm Đối với BCL mới, quá trình axit hóa diễn ra, thông thường pH thấp, các thành phần ô nhiễm như chất hữu cơ, kim loại nặng, TDS có nồng độ rất cao NRR phát sinh trong giai đoạn này gọi là “NRR mới” Khi các quá trình sinh học trong BCL chuyển sang giai đoạn metan hóa thì pH tăng lên, đồng thời nồng độ ô nhiễm các chất hữu cơ, TDS thấp hơn NRR phát sinh trong giai đoạn này gọi là “NRR cũ” Theo

đó, quy trình công nghệ xử lý đối với NRR cũng khác nhau tùy theo độ tuổi của BCL Bảng 1.1 cho thấy mối quan hệ giữa tuổi của BCL, thành phần NRR và phương pháp

xử lý [3]

Bảng 1 1 Mối quan hệ giữa tuổi BCL, thành phần NRR và phương pháp xử lý

Tuổi BCL (năm) < 5 (mới) 5 - 10 (trung bình) > 10 (cũ)

Loại BCL I (phân hủy sinh học) II (trung gian) III (ổn định)

Theo số liệu thu thập được, đối với các BCL trên thế giới nói chung và châu Á nói riêng (trừ Nhật Bản) trong đó có Việt Nam, thì thành phần ô nhiễm chất thải hữu cơ trong CTRSH chiếm 60 - 90% và nhựa chiếm 3 - 18% [4] Ngoài ra, do tập quán người châu Á thường ăn các thực phẩm có nồng độ muối kali, natri và clorua cao, chính điều này làm cho NRR có nồng độ muối cao tương ứng cho nên trong quá trình xử lý sinh học NRR cần phải nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của nó đối với hiệu suất xử lý của quá trình sinh học NRR phát sinh ra từ các BCL từ 0 - 10 năm ở châu Á được đặc trưng bởi nồng độ natri (1.500 - 5.640 mg/l), kali (400 - 1.940 mg/l) và clorua (875 - 2.900 mg/l) Đối với các BCL cũ lớn hơn 10 năm thì NRR có nồng độ muối phổ biến dao động như nồng độ natri (100 - 200 mg/l), kali (50 - 400 mg/l) và clorua (100 - 400 mg/l) Bảng 1.2 trình bày thành phần NRR theo tuổi BCL của một số nước trên thế giới

Bảng 1 2 Thành phần NRR theo tuổi BCL của một số quốc gia trên thế giới

Datianshan Quảng Đông

Sabak Bernam

Taman Beringin

10.700- 4.940

3.230- 4.000 2.250

2.460-

641-873

10.000- 40.000 400 BOD 5

15.000

5.000-

1.180

Từ số liệu trong bảng trên cho thấy, nhìn chung thành phần NRR của một số quốc gia trên thế giới, đối với BCL mới có nồng độ ô nhiễm COD, BOD5, N-NH4+ và TN, tỉ

lệ BOD5/COD cao và pH thấp và đối với BCL lâu năm thì nồng độ ô nhiễm COD, BOD5, N-NH4+ và TN, tỉ lệ BOD5/COD giảm dần và pH tăng Điển hình tại Trung Quốc tỉ lệ BOD5/COD tại BCL Xiaping – Thẩm Quyến (2 năm tuổi) là 0,25, BCL Datianshan - Quảng Đông (10 năm tuổi) là 0,33; tại Thái Lan, BCL Phitsanulok (1 năm tuổi) là 0,6, BCL Pathumthani (9 năm tuổi) là 0,08, BCL Nonthaburi (20 năm tuổi) là 0,09; tại Mỹ, BCL (1 năm tuổi) là 0,75, BCL (16 năm tuổi) là 0,2 Như vậy, dựa trên thành phần, tính chất NRR thay đổi theo thời gian vận hành BCL sẽ quyết định đến việc lựa chọn công nghệ xử lý cho phù hợp

1.2 Thành phần nước rỉ rác các bãi chôn lấp Vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam 1.2.1 Hiện trạng một số BCL tại vùng KTTĐPN

Vùng KTTĐPN có 8 tỉnh thành gồm có Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu, Bình Phước, Tây Ninh, Long An và Tiền Giang Đến nay, công nghệ xử lý CTRSH ở Vùng KTTĐPN được áp dụng phổ biến vẫn là công nghệ chôn lấp bao gồm cả chôn lấp hợp vệ sinh và chôn lấp không hợp vệ sinh Đối với công nghệ chôn lấp này có ưu điểm là công nghệ đơn giản, giá thành đầu tư và chi phí vận hành thấp, rất phù hợp trong điều kiện Việt Nam Nhưng công nghệ này có nhiều nhược điểm là nguy cơ ô nhiễm môi trường do BCL gây ra cao như: mùi hôi thối, các côn trùng gây bệnh, ô nhiễm không khí, ô nhiễm nước mặt, nước ngầm tại các khu vực lân cận và đặc biệt là lượng NRR phát sinh từ hoạt động của BCL là một trong những nguồn gây ô nhiễm rất lớn đến môi trường [5]

Hầu hết, toàn bộ CTRSH trong vùng KTTĐPN chưa được phân loại tại nguồn,

rác có thành phần hữu cơ cao chiếm tỉ lệ 60 - 72% và còn trộn lẫn chất thải nguy hại (rác công nghiệp, y tế, các thành phần nguy hại khác) với tỉ lệ 0,14 - 2,33% [6] Do đó, NRR phát sinh từ các BCL có nồng độ ô nhiễm cao và thành phần rất phức tạp Ngoài

ra, nồng độ các chất ô nhiễm trong NRR còn thay đổi theo mùa (mùa khô, mùa mưa), tuổi BCL, thành phần chất thải chôn lấp…

- Tại Thành phố Hồ Chí Minh: Trước đây, CTRSH của Thành phố được thu

gom, vận chuyển đưa về BCL Gò Cát xử lý và hiện BCL này đã đóng cửa Đến nay, lượng rác phát sinh trên 7.000 tấn/ngày được chuyển về BCL của KLH XLCTR Phước

Hiệp và KLH XLCTR Đa Phước để xử lý Do rác chưa được phân loại nên thành phần, tính chất NRR phát sinh tại đây có nồng độ ô nhiễm cao, phức tạp, khó xử lý và biến

động lớn

- Tại Bà Rịa – Vũng Tàu: tính đến năm 2016, mới chỉ có khoảng 500 - 550 tấn

CTRSH mỗi ngày của 6 địa phương (TP Vũng Tàu, TP Bà Rịa, các huyện Tân Thành, Long Điền, Châu Đức và Đất Đỏ) được chôn lấp hợp vệ sinh tại Khu xử lý chất thải tập trung tại xã Tóc Tiên, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Do chưa được phân loại rác tại nguồn, tính chất NRR phát sinh tại đây cũng có nồng độ ô nhiễm cao, phức

tạp, khó xử lý và biến động lớn

- Tại Bình Dương: toàn bộ khối lượng rác phát sinh trên 1.000 tấn/ngày trên địa

bàn tỉnh đều được thu gom, vận chuyển và đưa về xử lý tại KLH XLCT BD ở Phường Chánh Phú Hòa, Thị xã Bến Cát BCL này bắt đầu hoạt động từ năm 2004, tính đến nay

đã hoạt động được 12 năm Do rác chưa được phân loại nên thành phần, tính chất NRR phát sinh tại đây cũng tương tự như Thành phố Hồ Chí Minh và Bà Rịa - Vũng Tàu

BCL Phước Hiê ̣p

BCL Tóc Tiên

QCVN 25:2009/BTNMT Cột A

các thông số trên cho thấy thành phần ô nhiễm trong NRR cao, phức tạp, khó xử lý và biến động lớn Vì vậy, nếu chỉ áp dụng phương pháp xử lý sinh ho ̣c đơn thuần là không hiê ̣u quả Do đó, để lựa chọn quy trình công nghệ xử lý NRR đảm bảo quy chuẩn xả thải thì đòi hỏi quy trình xử lý phải qua nhiều bậc xử lý rất phức tạp khác nhau và tốn kém, đặc biệt là đối với 2 thành phần TN và COD trong NRR

1.3 Các quy trình xử lý nước rỉ rác ngoài và trong nước

1.3.1 Các quy trình công nghệ xử lý NRR ngoài nước

Quy trình xử lý NRR ở các nước trên thế giới thường áp dụng tổng hợp nhiều công nghệ khác nhau nhằm xử lý các thành phần khác nhau có trong NRR

Một số công nghệ xử lý NRR được áp dụng phổ biến hiện nay [10]:

 Xử lý sinh học → đưa về nhà máy xử lý chung với nước thải sinh hoạt

 Xử lý vi sinh kỵ khí → xử lý vi sinh hiếu khí → ao hồ ổn định → xả ra nguồn tiếp nhận

 Xử lý vi sinh kỵ khí → xử lý vi sinh hiếu khí → oxi hóa bằng hóa chất →

ao hồ ổn định → xả ra nguồn tiếp nhận

 Xử lý sinh học → lọc thẩm thấu ngược (RO)

 Keo tụ → lắng (hoặc tuyển nổi) → xử lý vi sinh kỵ khí → xử lý vi sinh hiếu khí → ao hồ ổn định → xả nguồn tiếp nhận

 Oxy hóa bằng hóa chất → lắng → xử lý vi sinh kỵ khí → xử lý vi sinh hiếu khí → ao hồ ổn định → xả nguồn tiếp nhận

 Keo tụ → lắng (hoặc tuyển nổi) → xử lý vi sinh kỵ khí → xử lý vi sinh hiếu khí → hấp phụ xử lý màu → ao hồ ổn định → xả nguồn tiếp nhận

Một số quy trình công nghệ xử lý NRR ngoài nước

 BCL Hempsted – Anh [11]

BCL Hempsted có diện tích 100 ha ở Gloucester nằm cạnh sông Severn Hệ thống

xử lý NRR này có công suất xử lý 280 m3/ngày, sử dụng công nghệ xử lý sinh học từng

mẻ với quy trình công nghệ đơn giản như sau:

Nước rỉ rác → Bể SBR → Xả ra sông Severn

Kết quả sau xử lý được trình bày trong bảng 1.4 sau:

Từ bảng 1.4 cho thấy, thành phần NRR đầu vào có nồng độ BOD5 tương đối thấp

và tỉ lệ BOD5/COD là 0,21 Với công nghệ được áp dụng là SBR xử lý được cả cơ chất

và dinh dưỡng Tuy nhiên, kết quả NRR sau xử lý cho thấy khả năng xử lý Nitơ của bể SBR là không hiệu quả, nồng độ Nitrat đầu ra cao (247 mg/l) do nồng độ BOD5 đầu vào

thấp và COD sau xử lý còn cao chủ yếu là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

 BCL Sudokwon Hàn Quốc [12]

Quy trình công nghệ xử lý NRR tại BCL Sudokwon Hàn Quốc có công suất xử lý khoảng 3.500 – 7.500 m3/ngày như sau:

Nước rỉ rác → Bể điều hòa → Bể ki ̣ khí → Bể Nitrat hóa → Bể khử Nitrat →

Keo tu ̣ 2 bâ ̣c → Xả thải

Kết quả xử lý NRR được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1.5 Nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý

Bảng 1.6 Đánh giá hiệu quả một số phương pháp xử lý NRR

1 Kết hợp xử lý NRR với

nước thải sinh hoạt

Có hiệu quả cao với xử lý nước rác mới và trung bình

Tồn dư sinh khối và chất dinh dưỡng

2 Quá trình hiếu khí Thích hợp xử lý NRR mới và

trung bình

Bị ức chế bởi các chất khó phân hủy sinh học và tồn dư sinh khối

3 Quá trình kỵ khí Thích hợp xử lý NRR mới và

trung bình

Bị ức chế bởi các chất khó phân hủy sinh học, rất chậm

và tạo khí sinh học

4 Quá trình keo tụ

Thích hợp NRR cũ và trung bình để loại bỏ kim loại nặng

và chất rắn lơ lửng Tạo ra nhiều bùn thải chôn lấp

5 Oxi hóa hóa học

Thích hợp NRR cũ và trung bình để loại bỏ các chất hữu

cơ

Sinh khí ozon dư, tạo bùn thải

có nhiều sắt (quá trình Fenton)

6 Stripping Thích hợp NRR cũ và trung

bình nhằm xử lý amoni Đòi hỏi bổ sung thiết bị để kiểm soát ô nhiễm không khí

7 Trao đổi ion

Thích hợp với tất cả các loại NRR để xử lý các hợp chất hòa tan, các cation/anion

Chi phí cao

8 Siêu lọc Thích hợp để loại bỏ các chất có phân tử lượng cao Chi phí cao, thường xuyên phải thay màng lọc

9 Lọc nano Áp dụng tốt cho tất cả các loại

NRR muốn xử lý Sunphat Chi phí cao

10 Lọc màng thẩm thấu

ngược (R.O)

Có hiệu quả tốt trong xử lý NRR để loại bỏ các hợp chất

vô cơ và hữu cơ

Chi phí cao, yêu cầu tiền xử

lý

1.3.2 Các quy trình công nghệ xử lý NRR trong nước

Thành phần NRR tại các BCL ở Vùng KTTĐPN cũng có nồng độ ô nhiễm cao, thành phần khá phức tạp, khó xử lý và biến động lớn Các phương pháp xử lý đang được

áp dụng cũng tương tự như trên thế giới, trong đó chủ yếu là phương pháp sinh học, hóa

lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên

Một số quy trình công nghệ xử lý NRR điển hình được lựa chọn áp dụng như sau:

1.3.2.1 Tại Thành Phố Hồ Chí Minh [6]

 Công nghệ xử lý NRR BCL Phước Hiệp

Quy trình xử lý NRR tại BCL Phước Hiệp – Công suất 800 m3/ngày như sau:

Hồ lưu chứa → Xử lý cơ học, tách rác → Bể trộn vôi → Tháp Air Stripping khử NH 3 → Khử Canxi → cụm xử lý sinh học (Aeration tank) → Oxy hóa nâng cao (Fenton) → Bể lọc cát → Bể khử trùng → Xả thải ra nguồn tiếp nhận

Công nghệ xử lý trên có ưu điểm:

- Công nghệ hiện đại, điều khiển tự động

- Đầy đủ các công đoạn xử lý các thành phần đặc thù của NRR:

 Loại bỏ NH3 bằng tháp air stripping

 Khử Canxi bằng cách tạo kết tủa CaSO4

 tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học

 Xử lý BOD bằng quá trình sinh học hiếu khí

 Xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học bằng quá trình oxy hóa nâng cao

- Nước thải sau xử lý đạt được cột B, QCVN 25:2009/BTNMT

Tuy nhiên cũng tồn tại nhiều nhược điểm sau:

- Tháp air stripping xử lý NH3 dễ bị nghẹt do hàm lượng cặn vôi lẫn trong NRR

cao dẫn đến hiệu quả xử lý bị ảnh hưởng và không ổn định

- Do NRR qua xử lý bậc 1 (xử lý sơ bộ, khử amoni) nên dễ xảy ra thiếu hụt cơ chất khi vào bể xử lý sinh học

- Hiệu quả xử lý Nitơ kém và không ổn định, thiếu công đoạn khử N-NO3-

- Sau quá trình Fenton đồng thể sinh ra nhiều bùn, làm tăng thêm chi phí xử lý

- Thiết bị ăn mòn nhanh do NRR có độ mặn cao, sử dụng nhiều hóa chất ăn mòn

- Chi phí vận hành cao do xử lý NRR qua nhiều bậc xử lý khác nhau rất phức tạp

- Nước sau xử lý thường không ổn định và chưa đạt quy chuẩn xả thải, nhất là COD thường lớn hơn 100 mg/l, TN thường lớn hơn 60 mg/l

Kết quả xử lý NRR được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1.7 Chất lượng nước trước và sau xử lý năm 2009

Ngày lấy mẫu NRR đầu vào NRR đầu ra

QCVN 25:2009/BTNM Cột A

độ COD, TN không đạt QCVN 25:2009/BTNMT (Cột A) cụ thể COD đầu ra 128 mg/l lớn hơn gấp 2,56 lần, TN đầu ra 44,9 mg/l lớn hơn gấp gần 3 lần; và ở thời điểm 13/10/2009, TN đầu ra 67,3 mg/l lớn hơn gấp 4,5 lần Điều này chứng tỏ quy trình công nghệ xử lý không ổn định và trong NRR có thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và TN còn cao

1.3.2.2 Tại KLH XLCT Bình Dương

Tại KLH XLCT BD, toàn bộ NRR được thu gom và xử lý tại Nhà máy xử lý NRR công suất 480 m3/ngày có quy trình công nghệ như sau:

Bãi chôn lấp → Hồ lưu chứa tự nhiên → Sục khí sơ bộ → Bể trộn vôi nâng

pH → Bể điều hòa → Bể lắng cặn vôi → Tháp Air Stripping khử NH 3 2 bậc → Bể khử Canxi → Xử lý sinh học SBR→ Keo tụ, lắng → Oxy hóa nâng cao Fenton 2 bậc → Bể lọc cát → Bể khử trùng → Hồ sinh học → Xả thải ra nguồn tiếp nhận

Đây là công nghệ xử lý khá hiện đại, hệ thống được điều khiển tự động bằng SCADA được đưa vào vận hành năm 2009 Công nghệ được áp dụng là công nghệ đã

xử lý thành công NRR tại nhiều BCL khác nhau và được cải tiến để phù hợp với tình hình thực tế tại BCL Bình Dương

Quy trình công nghệ của nhà máy xử lý NRR tại KLH XLCT BD như sau:

- Hồ lưu chứa tự nhiên: được lưu chứa trên 1 năm, nhằm làm giảm nồng độ ô nhiễm

trong NRR

- Xử lý sơ bộ: gồm hồ chứa nước rác tươi, máy tách rác & bể trô ̣n vôi, bể điều hòa, bể lắng că ̣n vôi NRR được thu gom làm thoáng sơ bô ̣, tách rác đồng thời ổn định nồng

độ nước thải đầu vào và khử kim loa ̣i trong NRR

- Tháp Stripping hai bậc: Dùng để xử lý N-NH4+ trong NRR Các thiết bị trong tháp hoạt động tự động theo sự hoạt động của bơm cấp nước thải lên tháp

- Bể khư ̉ Canxi + Bể tiền xử lý hóa lý: Dùng để xử lý lắng că ̣n Canxi trong NRR

Bể khử Canxi được bố trí hệ thống châm hóa chất như một bể tiền xử lý hóa lý nhằm tăng cường quá trình xử lý sinh học

- Bể xử lý sinh học SBR: dùng để khử COD, BOD5 đồng thời với quá trình Nitrat

hóa và khử Nitrat Bể được lắp đặt hệ thống phân phối khí dưới đáy bể để cung cấp khí dạng bọt mịn Khí được cấp gián đoạn thông qua van điều khiển

- Bể xư ̉ lý hóa lý: Sử dụng các chất keo tu ̣ để xử lý các chất lơ lững trong NRR và

xử lý mô ̣t phần đô ̣ màu

- Bể oxy hóa Fenton hai bậc liên tiếp: Sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa

các chất mang màu và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học Sử dụng hai bậc liên tiếp nhằm làm tăng hiệu suất của quá trình oxy hóa

- Bể lọc + Khử trùng: Xử lý các thành phần cặn lơ lửng trong NRR bằng hệ thống

bể lọc cát Sử dụng hóa chất NaClO để khử trùng nước thải

Quy trình công nghệ này qua quá trình thực tế vận hành được đánh giá như sau:

- Ưu điểm:

- Đây là hệ thống được đầu tư hiện đại, mức độ tự động hoá cao

- Kết hợp nhiều bước khử nitơ bằng bể sục khí tiền xử lý, tháp air strpping, bể sinh

học SBR, hồ sinh học

- Công nghệ SBR kết hợp quá trình A/O làm tăng hiệu quả xử lý Nitơ

- Công nghệ oxy hoá Fenton 2 bậc có hiệu suất xử lý COD, độ màu cao

- Nitơ phát sinh từ chất hữu cơ khó phân hủy sau quá trình Fenton 2 bậc tiếp tục được

xử lý ở hồ sinh học Do đó, nước thải sau xử lý có thể đạt cột A, QCVN

25:2009/BTNMT

- Sử dụng các hồ sinh học nên giảm một phần chi phí xử lý

- Nhược điểm:

- Bể trộn vôi nâng pH thường xuyên phải vệ sinh do cặn vôi bám vào và sinh nhiều cặn vôi

- Tháp air stripping khử NH3 bị cặn vôi bám vào quả cầu gây tắt nghẽn hiệu suất xử

lý giảm nhanh và thường xuyên vệ sinh nên làm quy trình xử lý bị gián đoạn

- Do NRR qua xử lý bậc 1 (xử lý sơ bộ, khử amoni) nên dễ xảy ra thiếu hụt cơ chất khi vào bể xử lý sinh học

- SBR xử lý Nitơ không ổn định, khi tải lượng ô nhiễm tăng cao thì xử lý không đạt

- Xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học bằng Fenton đồng thể dẫn đến chi phí

xử lý cao do sử dụng nhiều hóa chất, sinh nhiều bùn

- Thiết bị ăn mòn nhanh do NRR có độ mặn cao, sử dụng nhiều hóa chất ăn mòn

- Chi phí vận hành cao do xử lý NRR qua nhiều bậc xử lý khác nhau rất phức tạp

- Công suất và hiệu quả xử lý không ổn định

Kết quả phân tích các thông số đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống được trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.8 Chất lượng NRR trước và sau xử lý năm 2014 - 2015

THÔNG

SỐ

COD vào (mg/l)

COD ra (mg/l)

BOD 5 vào (mg/l)

BOD 5 ra mg/l)

TN vào (mg/l)

TN ra (mg/l) Năm 2014

Mùa khô 2.012 - 3.097 112 - 131 1.269 - 1.568 9 - 17 559 - 908 37 - 65 Mùa mưa 1.245 - 1.804 39 - 133 1.074 - 1.409 11 - 16 788 - 815 13 - 41

Năm 2015

Mùa khô 1.327 - 2.518 114 - 138 604 - 1.151 4 - 18 1.059 - 1.314 50 - 77 Mùa mưa 985 - 2.087 36 - 88 638 - 972 6 - 10 816 - 1.115 13 - 51

Theo kết quả phân tích bảng 1.8, nước thải sau xử lý ở thời điểm năm 2014, nồng

độ BOD5 đạt quy chuẩn xả thải, riêng COD, TN chưa đạt QCVN 25:2009/BTNMT (Cột A), cụ thể COD đầu ra lớn hơn gấp 1,5-2,6 lần, TN đầu ra lớn hơn gấp 2 - 4 lần Năm

2015 cũng tương tự Điều này chứng tỏ quy trình công nghệ xử lý không ổn định và trong NRR có thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và TN còn cao

Nhận xét đánh giá

Từ thực trạng một số quy trình công nghệ xử lý NRR được trình bày ở trên trong vùng KTTĐPN Mặc dù, hầu hết các quy trình công nghệ xử lý NRR đã và đang áp dụng qua nhiều bậc xử lý khác nhau như: xử lý bậc 1 (xử lý sơ bộ, khử NH3 bằng air stripping) nhằm loại bỏ các thành phần ô nhiễm và tạo các điều kiện môi trường tốt cho xử lý bậc 2; xử lý bậc 2 (xử lý sinh học) là công trình xử lý không thể thiếu trong xử lý nước thải nhằm loại bỏ cơ chất và dinh dưỡng; xử lý bậc 3 (xử lý oxy hóa bậc cao) là công trình

xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong NRR nhằm đạt quy chuẩn xả thải theo quy định Tuy nhiên, hiệu quả xử lý của các quy trình công nghệ xử lý NRR hiện hữu thường không ổn định, chưa đảm bảo quy chuẩn xả thải theo quy định, đặc biệt là thành phần COD và TN

1.4 Các nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác ngoài và trong nước

1.4.1 Nghiên cứu xử lý NRR ở ngoài nước

 Một số nghiên cứu xử lý NRR áp dụng công nghệ SBR

 Nghiên cứu của nhóm tác giả Amnani Abu Bakar, Zawawi Daud, Zulkifli Ahmad, Mohamad thuộc Bộ Môn Kỹ thuật Môi trường, Đại học Tun Hussein Onn, Malaysia về “Xử lý NRR sử dụng công nghệ SBR” Nước rỉ rác có thành phần và tính chất như sau: pH là 8,06; độ đục là 841NTU; BOD là 2.107 mg/l; COD là 6.000 mg/l;

SS là 576 mg/l, N-NH4+ là 50.638 mg/l, TP là 24 mg/l, TN là 700 mg/l Dướ i điều kiê ̣n T=250

C; MLSS = 8.000 – 12.000 mg/l nghiên cứu duy trì DO giai đoạn ky ̣ khí và thiếu khí trong khoảng 0 - 0,3 mg/l và DO trong giai đoạn hiếu khí được duy trì trên 2 mg/l Kết quả cho thấy bằng công nghệ SBR, hiệu quả xử lý SS là 80%, Độ đục là 80%, COD

là 90%, N-NH4+ là 76%, TN là 80% và TP là 70% [15]

 Nghiên cứu của các tác giả Zeng Wei, Yongzhen Peng, Wang Shuying Bộ môn

Kỹ thuật Môi trường, Đại học Công nghệ Bắc Kinh, Trung Quốc về “Đánh giá hiệu quả của một quá trình hiếu khí, thiếu oxy luân phiên trong bể phản ứng sinh học từng mẻ

SBR để loại bỏ N” đã cho kết quả đánh giá quá trình này là tối ưu để xử lý TN, đồng thời cũng làm giảm chi phí xử lý nước thải [16]

 Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh M.Vives Farbegas về “Kỹ thuật quản lý và vận hành SBR để loại bỏ TN và xử lý nước thải” để xác định các điều kiện hoạt động phù hợp với một chu kỳ theo từng loại nước thải, yêu cầu xử lý và chất lượng nước thải bằng cách sử dụng công nghệ SBR Nước thải đầu vào của nghiên cứu có nồng độ COD khoảng 322,6 – 1.485 mg/l; N-NH4+ khoảng 6,9 - 62,2 mg/l ; N-NO2– khoảng 0 - 1,86 mg/l ; N-NO3– khoảng 0 - 2,33 mg/l; PO43- là 1,61 - 26,65 mg/l và MLSS là 12 - 568 mg/l Với điều kiện hoạt động DO duy trì là 2 mg/l; pH là 7 - 8, VF/Vt = 0.33 và thời gian xử lý là 8 giờ, kết quả xử lý COD đạt 91% và N-NO3 – đạt 79% [17]

 Ngoài ra, có một số nghiên cứu xử lý NRR dùng công nghệ SBR được trình bày tóm tắt trong bảng dưới đây:

Bảng 1.9 Các nghiên cứu xử lý NRR áp dụng công nghệ SBR

Hiệu quả xử lý (%) Nguồn

P-PO43- NRR sau tháp khử

khí và bể UASB

 Nước thải đầu vào, nhiệt độ (120 lít, 22-250C)

 Quy trình 1 (A/O): dòng vào (0,25 giờ); thiếu khí khuấy trộn (6,0 giờ);

hiếu khí sục khí (16 giờ); lắng (1,5 giờ); rút nước (0,25 giờ)

 Quy trình 2 (A/O/A/O): dòng vào (0,25 giờ); thiếu khí khuấy trộn (3,0 giờ); hiếu khí sục khí (10 giờ); thiếu khí khuấy trộn (3,0 giờ); hiếu khí sục khí (6 giờ); lắng (1,5 giờ); rút nước (0,25 giờ)

 Quy trình 3 (A/O/A/O) nước thải cho vào nhiều lần: dòng vào (80 lít);

thiếu khí khuấy trộn (3,0 giờ); hiếu khí sục khí (10 giờ); dòng vào (40 lít); thiếu khí khuấy trộn (3,0 giờ); hiếu khí sục khí (6 giờ); lắng (1,5 giờ); rút nước (0,25 giờ)

 5 giai đoạn – An/Ax/Ox/Ax/Ox (1/1/2/1/2 giờ)

 Nước thải + nước sạch (1:1)

 Nước thải + nước sạch + 1g/lít PAC

NRR  Pha điền đầy hiếu khí (0,15 giờ)

 Pha phản ứng hiếu khí (2,0 giờ)

 Pha phản ứng thiếu khí (1,0 giờ)

 Lắng (0,30 giờ)

 Rút nước (0,08 giờ)

Nhận xét:

- Công nghệ SBR đóng vai trò rất quan trọng trong các quy trình công nghệ xử lý NRR hiện nay trên thế giới

- Công nghệ xử lý sinh học đồng thời các thành phần ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng có trong NRR áp dụng công nghệ SBR chủ yếu

mô phỏng theo các giai đoạn An/Ox; Ax/Ox/Ax/Ox hoặc An/Ax/Ox/Ax/Ox mà không áp dụng cơ chế, quy trình Anammox

- Hiệu quả xử lý các thành phần hữu cơ, dinh dưỡng có trong NRR của các quy trình rất khác nhau phụ thuộc vào kỹ thuật vận hành bể SBR (thời gian lưu nước, thời gian khuấy trộn, thứ tự cấp khí trong các chu kỳ phản ứng…)

 Một số nghiên cứu xử lý NRR bằng phương pháp Fenton

Các nghiên cứu áp dụng phương pháp Fenton đồng thể xử lý COD trong NRR:

 Theo T.Yilmaz và cộng sự (2010) [23] đã tiến hành nghiên cứu khả năng xử lý nồng độ COD trong NRR mới của thành phố Konya, Thổ Nhĩ Kỳ, có thành phần nước thải đầu vào như sau: pH = 7,25; độ màu 3.510 Pt-Co; COD 32.800 mg/l; tỉ lệ BOD5/COD là 0,58 Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện xảy ra phản ứng Fenton tốt nhất khi pH = 3, với liều lượng Fe2+ là 2.000 mg/l và H2O2 35% là 5.000 mg/l và cho hiệu quả xử lý COD là 55,9% và độ màu là 89,4%

 Theo Shabiimam M A và cộng sự (2012) [24] đã nghiên cứu xử lý NRR cũ tại Mumbai, Ấn độ có thành phần như sau: pH = 7,9; COD là 2.451 mg/l và BOD5 là 202 mg/l; tỉ lệ BOD5/COD là 0,09 Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý COD là 74%, TOC là 76% và độ màu là 80% tại điều kiện pH = 4,5; liều lương H2O2 30% là 12 ml/l

 Theo L A Galeano và cộng sự (2011) [26] đã nghiên cứu xử lý NRR bằng quá trình Fenton dị thể trên chất xúc tác Al/Fe tại thành phố Pasto, Colombia với tính chất nước thải sau khi xử lý sinh học và hoá lý như sau: pH = 8, COD dao động từ 5.000 – 7.000 mg/l, tỉ lệ BOD5/COD là 0,11 – 0,16 Nồng độ peroxit tăng lên (2.34 - 4.68 mol/dm3) và tốc độ khoảng 7.5 - 30 cm3/h trong bể phản ứng 4 giờ, ở điều kiện nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển (291 K, 72 kPa) Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng xử

lý COD trên 50%

Các nghiên cứu quá trình UV-Fenton đồng thể trong NRR:

 Theo Xiaolian Hu và cộng sự (2011) đã nghiên cứu xử lý NRR bằng quá trình UV-Fenton Nước thải rỉ rác đầu và có giá trị trung bình với pH = 9; COD là 7.700 mg/l; BOD5 là 1.300 mg/l; TSS là 1.023 mg/l; TP là 21,34 mg/l và N-NH4+ là 1.780 mg/l Nghiên cứu đã chỉ ra rằng điều kiện tối ưu ở 250C, pH = 4,0; liều lượng H2O2 là 4.000

mg/l; Fe2+ là 30 mg/l và thời gian phản ứng 60 phút cho hiệu quả xử lý COD là 56,8% [27]

 Theo Oscar Primo và cộng sự (2007) đã nghiên cứu xử lý NRR bằng quá trình UV-Fenton Với dòng thải đầu vào có giá trị trung bình pH = 7,94; NTU= 132,7; TSS= 132,7 mg/l; COD = 3.823,8 mg/l; BOD5 = 680 mg/l; và N-NH4+ là 2.016,8 mg/l; PO43-

là 33,2 mg/l Kết quả đã chỉ ra rằng, trong quá trình UV-Fenton với liều lượng H2O2 là 10.000 mg/l và Fe2+ là nồng độ 2.000 mg/l COD bị khử trong khoảng 86% Khi so sánh các quá trình xử lý, hiệu quả xử lý COD từ 49%-78%; giảm dần theo các thứ tự: UV-Fenton > Fenton like > Fenton > UV/H2O2 > UV [28]

 Theo Jeremi Naumczyk và cộng sự (2012) đã nghiên cứu xử lý NRR bằng quá trình UV-Fenton Đặc điểm dòng nước thải đầu vào đầu vào của nghiên cứu có giá trị trung bình của COD là 5.678 mg/l; BOD5 là 1.315 mg/l; N-NH4+ là 330 mg/l Kết quả nghiên cứu cho thấy dưới điều kiện pH= 3, tỷ lệ chất xúc tác H2O2/Fe2+ là 3.500/150 (mg/mg), hiệu quả xử lý COD là 92,7%, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,22 - 0,24 lên 0,43 sau thời gian phản ứng là 30 phút [29]

1.4.2 Nghiên cứu xử lý NRR ở trong nước

 Một số nghiên cứu xử lý NRR bằng phương pháp sinh học và phương pháp Fenton

 Tác giả Nguyễn Văn Phước đã nghiên cứu công nghệ xử lý nước rác từ

01/01/2002 – 01/06/2003 tại các bãi rác Thành Phố Hồ Chí Minh [6] Kết quả nghiên cứu được kết luận như sau:

Công nghệ xử lý nước rác (áp dụng cho cả nước rác cũ và mới) bằng phương pháp sinh học kết hợp hóa học có khả năng xử lý nước rác đạt tiêu chuẩn thải loại B và nếu

áp dụng hồ sinh học có thể đạt tiêu chuẩn A Trong đó, quy trình công nghệ xử lý bao gồm:

- Nước rác mới dễ phân hủy sinh học và có hàm lượng hữu cơ cao Do vậy, trước tiên cần áp dụng phương pháp sinh học (phương pháp kỵ khí kết hợp hiếu khí), sau đó tiến hành oxy hoá và xử lý triệt để các chất ô nhiễm còn lại bằng hồ sinh học

- Nước rác cũ chứa các hợp chất khó phân hủy sinh học nên trước tiên cần tiến hành sục khí để loại bỏ Nitơ, sau đó keo tụ và oxy hóa nhiều bậc để khử triệt để