Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác theo hướng thu hồi nitơ và tiết kiệm năng lượng (TT)

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm qua nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Việt
Nam được đánh giá là quốc gia có tốc độ tăng trưởng nhanh, dự kiến đạt 7-8% trong thập kỷ
này. Cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống người dân cũng được nâng cao, nhu cầu tiêu
dùng tăng nhanh là sự thách thức mới về ô nhiễm môi trường đặc biệt là sự gia tăng đột biến
chất thải ở các đô thị.
Chôn lấp rác thải là phương pháp phổ biến ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Ở nước
ta việc chôn lấp rác thải sinh hoạt và đô thị đã, đang và sẽ còn được áp dụng ở hầu hết các
địa phương trong cả nước.
Công nghệ xử lý sinh học được hướng tới nhằm giảm chi phí xử lý. Tuy nhiên trong
nước rác có chứa hàm lượng amoni lớn gây kìm hãm quá trình xử lý sinh học. Gần đây một
số bãi rác sử dụng công nghệ Stripping - loại nitơ bằng đuổi khí NH3 do thổi khí ở áp lực cao
trong môi trường kiềm mạnh (pH>10) hoặc khuấy trộn ở tốc độ cao hoặc phương pháp hoá
học để loại amoni trong nước rác. Tuy nhiên các hợp chất tạo thành như: NH2Cl, NHCl2 hay
NCl3 là những chất có tính oxy hoá mạnh nên phương pháp này không thể áp dụng trước xử
lý sinh học. Các phương pháp xử lý này đều có chi phí cao và gây ô nhiễm thứ cấp.
Kết tinh MAP (struvite) được nghiên cứu nhằm loại bỏ amoni đã được nhiều tác giả
trên thế giới nghiên cứu áp dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi và đã thu được một số
thành công nhất định. Struvite có tích số tan 7,8.10-15 ở nhiệt độ 250C nên được sử dụng
dưới dạng phân bón nhả chậm rất hiệu quả cho cây trồng.
Vì vậy nghiên cứu này được thực hiện nhằm thu hồi nitơ, phốt pho trong nước rác.
Ngoài tận thu nguồn dinh dưỡng có ích cho cây trồng còn góp phần loại được yếu tố ức chế
quá trình xử lý sinh học và đơn giản hoá, nâng cao hiệu quả của công nghệ xử lý.
2. Mục tiêu của luận án
Các nghiên cứu của luận án nhằm thực hiện các mục tiêu chính:
- Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình tách nitơ, phốt pho trong nước rác dưới dạng
kết tinh MAP.
- Xử lý nước rác bằng công nghệ sinh học ( yếm - thiếu khí - bãi lọc trồng cây) chi phí
thấp.
3. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách nitơ, phốt pho tạo MAP và
tách nitơ, phốt pho trong nước rác.
1


- Nghiên cứu xử lý sinh học nước rác sau tách MAP bằng công nghệ sinh học đơn giản
tiêu tốn ít năng lượng theo 2 công đoạn:
+ Xử lý yếm khí - thiếu khí tiêu tốn ít năng lượng
+ Xử lý nước rác đến đạt tiêu chuẩn thải bằng bãi lọc trồng cây.
- Đề xuất công nghệ xử lý nước rác cho bãi chôn lấp quy mô vừa và nhỏ (bãi chôn lấp
Đá Mài - Thành Phố Thái Nguyên)
4. Đối tƣợng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nước rác tươi bãi chôn lấp Đá Mài, Thành phố Thái Nguyên.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan, hồi cứu tài liệu: Thu thập các tài liệu đã công bố trên thế giới
và trong nước về kết tinh MAP.
- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm theo các công nghệ khác nhau:
+ Xử lý nitơ, phốt pho trong nước rác bằng tạo kết tinh MAP.
+ Xử lý nước rác sau tách MAP bằng công nghệ liên hợp yếm - thiếu khí.
+ Xử lý tiếp tục đến đạt tiêu chuẩn thải bằng bãi lọc trồng cây.
- Dùng phương pháp thống kê toán học xử lý số liệu thực nghiệm.
- Phương pháp phân tích: sử dụng các phương pháp phân tích theo TCVN.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đưa ra một công nghệ xử lý nước rác với nhu cần năng lượng thấp và vận hành đơn giản.
- Xác định được các thông số tối ưu cho quá trình tách MAP, tận thu được nguồn nitơ,
phốt pho trong nước rác dưới dạng phân bón nhả chậm dùng trong nông nghiệp đồng thời
hạn chế ô nhiễm môi trường không khí do đuổi NH3.
- Công nghệ áp dụng không sử dụng các hóa chất gây ô nhiễm môi trường.
- Áp dụng công nghệ xử lý cho bãi chôn lấp Đá Mài - Thành Phố Thái Nguyên và các

bãi chôn lấp quy mô nhỏ.
7. Những kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án
- Hoàn thiện công nghệ xử lý nước rác để áp dụng vào thực tế với chi phí năng lượng
thấp, vận hành đơn giản.
- Kết tinh MAP giúp thu hồi nitơ, phốt pho trong nước rác, giảm tác nhân ức chế cho
quá trình xử lý sinh học.

2


Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1 Đặc trƣng của nƣớc rác
Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước rác mới (tươi) cao hơn rất nhiều so với nước
rác đã chôn lấp lâu năm. Tỷ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4-0,6 đối với nước rác tươi;
0,005-0,2 đối với nước rác cũ, ở thời điểm này thành phần hữu cơ trong nước rác chủ yếu là
axit humic và axit fulvic, đây là những chất hữu cơ khó phân hủy sinh học .
Ngoài ra nước rác của một số bãi chôn lấp ở Việt Nam còn có thêm đặc điểm do nằm
trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa (nóng ẩm mưa nhiều) khí hậu Việt Nam chia hai
mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. Vì vậy nước rác ở các bãi chôn lấp biến động lớn về
thành phần và khối lượng theo các thời điểm trong năm. Thêm vào đó, do rác chôn lấp hầu
như chưa được phân loại tại nguồn nên thành phần khá phức tạp, hàm lượng ô nhiễm hữu cơ
cao đến rất cao, đặc biệt đối với nước rác tươi.
Nhìn chung, nước rác ở nước ta có nồng độ ô nhiễm cao và thành phần phức tạp. Vì
vậy, việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp cho mỗi bãi chôn lấp gặp rất nhiều khó khăn.
1.2 Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc rác
1.2.1 Một số công nghệ xử lý nước rác trên thế giới
Rác sinh hoạt ở các nước phát triển được phân loại nghiêm ngặt tại nguồn nên nước rác có
thành phần ô nhiễm không lớn và ít biến động. Nước rác ít thành phần độc hại gây kìm hãm sự
phát triển của vi sinh vật nên công nghệ sinh học được áp dụng phổ biến trong xử lý nước rác.
1.2.2 Công nghệ xử lý nước rác ở Việt Nam

- Tuần hoàn nước rác và phân hủy vi sinh trong môi trường sunphat được Tô Thị Hải
Yến và đồng nghiệp nghiên cứu nhằm tạo điều kiện phân hủy thành phần hữu cơ ở thể rắn
chuyển sang dạng hòa tan, tạo khả năng oxy hóa khử mạnh hơn cho xử lý sinh học tiếp theo.
- Công nghệ SBR cải tiến và oxy hóa bằng fenton do tác giả Nguyễn Hồng Khánh và
cộng sự nghiên cứu. Công nghệ này phải điều chỉnh pH về 2 - 4 và có thể dùng ion Fe2+
dạng hòa tan. Quy trình cơ bản của phản ứng Fenton là bổ sung Fe2+ và H2O2 vào dung dịch
cần xử lý. Cơ chế của phản ứng này bao gồm nhiều bước trong đó sự biến đổi giữa trạng
thái oxy hóa 2+ và 3+ của ion sắt.
- Công nghệ keo tụ - tạo phức - fentol - Perozon do tác giả Trần Mạnh Trí nghiên cứu
và áp dụng tại bãi chôn lấp Gò Cát để xử lý nước rác sau UASB với COD = 5.424mg/l,
Hiệu quả xử lý COD đạt 97%. Công nghệ này chỉ xử lý được COD và độ màu nhưng chưa
xử lý được nitơ trong nước rác.

3


- Công nghệ UV/fenton được Trương Quý Tùng và cộng sự nghiên cứu xử lý nước rác
tại bãi Thủy Tiên – Huế. Công nghệ sử dụng đèn UV và H2O2 ở pH ~3 đã loại được 71%
COD và 90% độ màu sau 2 giờ. Nước sau xử lý có tỷ lệ BOD5/COD tăng từ 0,15 lên 0,46.
- Công nghệ fenton 3 bậc được tác giả Nguyễn Văn Phước và cộng sự nghiên cứu. Với
COD dòng vào 665mg/l cần bổ sung 750 mg/l H2O2 và 3.750 mg/l phèn sắt. Thời gian
phản ứng 7 phút, hiệu quả xử lý COD đạt 87,5%.
- Công nghệ Ozone đơn và Perozon được tác giả Hoàng Ngọc Minh nghiên cứu xử lý
nước rác tươi bãi chôn lấp Nam Sơn - Sóc Sơn (Hà Nội). Sau 120 phút hiệu quả xử lý đạt
11-15% COD và 78-87% độ màu; nước rác cũ (trơ) xử lý được 36% độ màu và 9% COD.
Tác giả cũng cho biết quá trình catazon với xúc tác Al2(SO4)3 cho hiệu quả cao hơn Perozon
1,27-1,31 lần và xúc tác FeSO4 cao hơn Perozon 1,47-1,68 lần.
Nhìn chung các công nghệ xử lý nước rác ở Việt Nam chủ yếu là công nghệ kết hợp,
tuy nhiên hiệu quả xử lý chưa cao do chưa loại bỏ được yếu tố kìm hãm. Các phương pháp
này còn gặp phải một số hạn chế do gây ô nhiễm thứ cấp, xử lý không triệt để và đặc biệt là:

giá thành cao, tiêu tốn nhiều năng lượng.
1.3. Tổng quan nghiên cứu về MAP
Quá trình tách MAP đã được nghiên cứu trên một số loại nước thải khác nhau nhằm
tận thu nguồn nitơ phốt pho. Kết quả nghiên cứu khẳng định hiệu quả của quá trình xử lý sơ
bộ bằng tách MAP là khá cao.
Kurt. N. O và cộng sự đã nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải đô thị bằng kết tinh
MAP, nhờ vậy có thể tránh gây tắc nghẽn đường ống do tinh thể MAP tạo thành. Kochany.
J đã tiến hành nghiên cứu so sánh phương pháp tạo MAP với phương pháp fenton trong xử
lý sơ bộ trước khi xử lý yếm khí. Kết quả tiền xử lý bằng kết tinh MAP loại bỏ 56% amoni
và 30% COD, trong khi phương pháp fenton có khả năng loại bỏ tới 60% COD nhưng hầu
như không loại được amoni, yếu tố kìm hãm và hạn chế đáng kể quá trình xử lý sinh học
yếm khí. Cũng theo tác giả này chi phí đầu tư cho kết tinh MAP trước xử lý sinh học là lựa
chọn cho hiệu quả kinh tế cao hơn rõ rệt.
Nathan. O và cộng sự (2003) nghiên cứu tách nitơ, phốt pho trong nước thải chăn
nuôi lợn cho thấy ở tỷ lệ 1:1,6:1, PO43- giảm 91% - 96%, amoni loại được 46,3%. Cũng với
nước thải chăn nuôi Yong Huy Song và cộng sự (2014) đã nghiên cứu: kết quả cho thấy
hiệu quả loại bỏ phốt pho đạt 90-94% ở pH = 9-10,5.
Khả năng tách MAP đã được khẳng định là hiệu quả trong nhiều nghiên cứu với
nước thải chăn nuôi. Nước rác là một đối tượng giầu nitơ và phốt pho, tuy nhiên chưa có
nhiều nghiên cứu trên đối tượng này do thành phần ô nhiễm rất phức tạp.
4


CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là nước rác tươi bãi chôn lấp Đá Mài - Thành phố Thái
Nguyên. Đặc trưng nước rác tươi được khảo sát từ ngày 23/5/2011 đến 17/10/2014 được
thể hiện trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1 Đặc trưng nước rác bãi chôn lấp Đá Mài

QCVN 25: 2009/BTNMT

TT

Tên chỉ tiêu

Đơn vị

Kết quả

1

pH

-

6,2÷7,3

5,5÷9

2

BOD5

mg/l

1.275÷5.190

100

3

COD

mg/l

2.811÷9.758

400

4

Tổng N

mg/l

242,1÷577,5

60

+

(cột B2)

5

NH4

mg/l

214,4÷402,1

25

6

Tổng P

mg/l

40,7÷52,3

6

mg/l

35,7÷41,4

-

3-

7

PO4

8

SS

mg/l

832-1135

100

9

Độ màu

Pt/Co

4895-8550

150

10

Độ kiềm

mg/l

335÷788

-

mg/l

277-392

-

11

Ca

2+

12

Cu

mg/l

0,03÷0,06

2

13

Fe

mg/l

1,1÷1,6

5

14

Mn

mg/l

0,2÷0,4

1

15

Mg

mg/l

13,4-28,7

-

16

Ni

mg/l

0,03 ÷0,13

0,5

17

Pb

mg/l

0,02÷0,03

0,5

18

Coliform

MPN/100ml

4,5.103÷ 10.103

5000

Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu xử lý N, P bằng kết tinh MAP ở quy mô phòng thí nghiệm
- Nghiên cứu xử lý sinh học nước rác sau tách MAP bằng công nghệ yếm thiếu khí, bãi lọc
trồng cây ở quy mô phòng thí nghiệm.

5


2.2 Phân tích lựa chọn phƣơng pháp xử lý nƣớc rác với công nghệ đơn
giản, tiêu tốn ít năng lƣợng và chi phí thấp
Trên cơ sở lý thuyết đã trình bày ở phần trên, căn cứ vào mục tiêu, yêu cầu, nội dung
nghiên cứu, tài liệu tham khảo cũng như các yêu cầu thực tế đặt ra, phương pháp xử lý được

lựa chọn là xử lý hóa học - sinh học theo các bước sau:
Bước 1: Xử lý sơ bộ - tách nitơ bằng phương pháp hóa học (kết tinh tạo MAP).
Bước 2: Xử lý sinh học bằng thiết bị tích hợp yếm - thiếu khí kết hợp bãi lọc trồng cây.

2.3 Thiết bị và vật liệu nghiên cứu
2.3.1 Thiết bị nghiên cứu tách MAP
2.3.1.1 Mô tả kết cấu và nguyên lý hoạt động
Thiết bị gồm:
- 1 bình phản ứng hình trụ có d = 150 mm; H = 500 mm; Vpư =6 lít.
- 3 bình chứa: NaOH (để điều chỉnh pH); dung dịch MgCl2 và dung dịch PO43-.
- 1 bộ điều chỉnh pH tự đồng.
- 1 bơm định lượng.
- 1 bộ cánh khuấy có điều chỉnh được vận tốc.

Hình 2.1 (a) Sơ đồ thiết bị tách MAP

- Nguyên lý hoạt động
Hỗn hợp Mg2+, NH4+, PO43- được điều chỉnh theo tỷ lệ nghiên cứu được đưa vào bình
phản ứng. Hỗn hợp dung dịch được điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH bởi thiết bị đo và
điều chỉnh pH tự động. Ở đây tốc độ cánh khuấy được điều chỉnh với vận tốc nhất định
nhằm tạo độ đồng nhất, nâng cao hiệu quả của quá trình phản ứng tạo MAP. Sau thời gian
phản ứng tinh thể MAP tạo thành được để lắng và lấy ra từ đáy thiết bị.
6


2.3.2 Thiết bị tích hợp yếm khí, thiếu khí
2.3.2.1 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của thiết bị tích hợp yếm khí - thiếu khí

- Kết cấu của thiết bị tích hợp yếm khí – lọc thiếu khí
Thiết bị xử lý liên hợp: yếm khí - lọc thiếu khí là thiết bị hợp khối được chế tạo bằng

thuỷ tinh hữu cơ gồm 2 modul.
Modul 1: Khoang xử lý yếm khí (dạng UASB) dung tích hoạt động 110 lít, bao gồm
hệ thống phân phối nước, thiết bị gia nhiệt và chụp thu biogas.
Modul 2: Khoang lọc thiếu khí được thiết kế gồm 5 ngăn, tổng dung tích chứa 63,25
lít. Mỗi khoang lọc được thiết kế gồm 2 phần: khe chảy tràn và lớp vật liệu lọc đã được hoạt
hóa (chiếm 30% dung tích) Hình 2.2(a) và 2.2(b) .

1. Bể UASB
7. Ống thoát nước sau xử lý
2. Ống cấp nước vào
8. Ống thu biogas
3. Kết cấu phân phối nước
9. Dẫn cảm biến nhiệt
4. Nắp UASB
10. Van xả bùn
5. Ngăn Anoxic (5 ngăn)
11. Chụp thu biogas
6. Giá thể sinh học
Hình 2.2(a) Sơ đồ thiết bị xử lý tích hợp yếm khí - thiếu khí

- Nguyên lý hoạt động
Nước được bơm vào bể phản ứng bằng bơm định lượng với vận tốc 2,0; 2,3; 2,6 lít/giờ
(theo từng nghiên cứu). Dòng vào qua kết cấu phân phối lỏng (3). Nước rác sau xử lý yếm khí
được lưu vào bình chứa hoặc tự chảy sang thiết bị thiếu khí (nếu xử lý liên tục) qua kết cấu
chảy tràn (h=5mm). Nước được đưa xuống đáy ngăn lọc theo nguyên tắc chảy ngược qua lớp
vật liệu lọc được cố định màng vi sinh vật. Quá trình lọc thiếu khí được thực hiện liên tục từ
ngăn 1 đến ngăn 5. Cuối cùng nước sau xử lý được đưa ra ngoài qua ống thoát (7).

7

2.3.3 Thiết bị mô phỏng bãi lọc trồng cây
2.3.3.1 Kết cấu thiết bị

Thiết bị mô phỏng bãi lọc trồng cây được lắp ráp bằng kính chịu lực.
+ Kích thước thiết bị: 1.200 x 500 x 700mm.
+ Tổng dung tích 420 lít
+ Dung tích hoạt động 300 lít
- Vật liệu lọc là sỏi cuội và đá dăm có độ dày 550mm, gồm 3 lớp (hình 2.6)
+ Lớp dưới cùng H = 300 mm là sỏi cuội  = 30÷40mm, độ rỗng 46%, tỷ trọng:
1450 kg/m3.
+ Lớp thứ 2 là đá dăm H= 200mm, đường kính trung bình 15÷20mm; độ rỗng 50%;
tỷ trọng 1080kg/m3.
+ Lớp thứ 3 (trên cùng) là sỏi cuội nhỏ H = 50mm;  = 5mm; tỷ trọng 1,26 kg/l; độ
rỗng 43,5%.
- Cây riềng hoa (Canna lily) được lựa chọn trồng trên mô hình bãi lọc.

1.Ống dẫn nước dòng vào
2.Khe chảy tràn dòng vào
3.Lớp sỏi cuội d= 5mm
4.Lớp đá dăm, kích thước15-20mm
5. Lớp sỏi cuội d=30-40mm

6. Tấm chắn thu nước
7. Ngăn thu nước sau xử lý
8. Ống thoát dòng ra
9. Khe thu nước (H=5mm)

Hình 2.5 Sơ đồ bãi lọc trồng cây

2.4 Phƣơng pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm
Để khái quát hóa các kết quả nghiên cứu thực nghiệm, có thể sử dụng các mô hình
toán học. Kết quả này được biểu diễn bằng các phương trình hồi quy với phần mềm R phiên
bản 2014.

8


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tách nitơ tạo tinh thể MAP (bƣớc 1)
3.1.1 Nghiên cứu quá trình tạo MAP trong môi trƣờng giả định
3.1.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ Amoni ban đầu

Nghiên cứu được thực hiện với tỷ lệ mol Mg2+:NH4+:PO43- ở các tương tác sau:
1:0,6:1; 1:1:1; 1:1,6:1; 1:1,9:1và 1:2:1. Thí nghiệm được tiến hành ở giải pH từ 7-10,5 với
thời gian phản ứng 60 phút và vận tốc khuấy trộn 50 vòng/phút.
% MAP
1:1:1
1:1,6:1
1:1,9:1
1:2:1
1:0,6:1

80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00

10,00
0,00
7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

10,5

pH

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu tới hiệu quả
tách amoni

Hiệu quả loại bỏ nitơ tạo MAP phụ thuộc tuyến tính với hàm lượng NH4+ ban đầu,
nghĩa là khi tăng nồng độ NH4+ ban đầu hiệu quả tạo MAP tăng ( Hình 3.1). Kết quả này
phù hợp với kết quả nghiên cứu của Jiansen Wang và SEPA 2002, Jiansen Wang (2006) và
Kristell (2007).
3.1.1.2 Ảnh hưởng của độ pH tới quá trình tạo MAP

Các thí nghiệm được tiến hành với tương tác Mg2+:NH4+:PO43- là 1:1,9:1, pH ở vùng:

8,0÷10,5, vận tộc khuấy trộn 50v/phút. Kết quả nghiên cứu cho thấy: sau 180 phút hiệu quả
loại PO43- và Mg2+ đạt khá cao ( 96,12 % và 97,12%). Nếu pH duy trì ở pH từ 8-10,5 thì
hiệu quả loại NH4+ cũng tăng khi pH tăng, cao nhất ở pH 9,3÷9,5 đạt 70,29%, nhưng hiệu
quả tách NH4+ có su hướng giảm khi pH >9,5 (Hình 3.2).
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, ở tất cả các giá trị pH được khảo sát, đều có một
lượng amoni dư, tồn tại trong dung dịch. Lượng amoni dư này có vai trò ổn định pH trong
quá trình tạo MAP, đồng thời magiephotphat cũng được hình thành.

9


Hình 3.2 Ảnh hưởng của pH tới quá trình loại NH4+, PO43và Mg2+

3.1.1.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới quá trình tạo MAP

Thí nghiệm được tiến hành với các tỷ lệ phản ứng khác nhau ở thời gian lưu 1; 30;
60; 120 và 180 phút và vận tốc khuấy 50v/phút.
Trong hầu hết các kết quả thí nghiệm ở các tỷ lệ khác nhau đều cho thấy hiệu quả
loại NH4+ tăng và tăng nhiều nhất ở thời gian từ 1-60 phút. Sau 60 phút hiệu quả loại bỏ
amoni vẫn còn tăng, tuy nhiên không nhiều (3-5,6%). Vì vậy thời gian phản ứng được lựa
chọn là 60 phút.
3.1.1.4 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tới hiệu quả tạo MAP

Kết quả nghiên cứu cho thấy: tốc độ khuấy trộn ít ảnh hưởng tới quá trình tạo tinh thể
MAP. Ở bình phản ứng tĩnh kết tinh MAP hình thành ít do sự tiếp súc của các phần tử bị
hạn chế. Khi cường độ khuấy quá cao (100 vòng/phút) có thể làm gãy tinh thể ảnh hưởng
đến tính ổn định và khả năng loại bỏ nitơ.
Vậy vận tốc phù hợp cho quá trình tạo MAP là 50v/phút.
3.1.1.5 Thiết lập phương trình hồi quy mô tả mối quan hệ của nồng độ amoni ban đầu,
pH, thời gian phản ứng và tốc độ khuấy trộn tới hiệu quả tách Amoni tạo MAP

Gọi

x1: Nồng độ NH4+ (mg/l)
x2: Độ pH
x3: Thời gian phản ứng (phút)
x4: Tốc độ khuấy trộn (vòng/phút)
Y: Hiệu quả tạo MAP (%)

Mối quan hệ của 4 yếu tố đến quá trình tạo MAP được mô tả bằng phương trình hồi quy
có dạng:
Y = -1,562 +1,499x1 + 4,575x2 + 0,044x3 + 0,104x4 + ξ
Với

0,6
10


Vậy hiệu quả của quá trình tách amoni tạo MAP phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ
amoni ban đầu (x1), pH (x2), thời gian phản ứng (x3) và tốc độ khuấy trộn (x4). Phương trình
trên cũng cho thấy ảnh hưởng của pH (x2) là lớn nhất, tiếp đến là nồng độ amoni ban đầu và
tốc độ khuấy trộn. Thời gian phản ứng ảnh hưởng ít nhất đến quá trình tách amoni tạo MAP.
3.1.1.6 Ảnh hưởng của pH, thời gian phản ứng và tốc độ khuấy đến kích thước tinh thể
MAP trong môi trường giả định

Kích thước tinh thể có ý nghĩa quan trọng trong việc thu hồi MAP. Khi kích thước
tinh thể quá nhỏ (<100m) chúng rất dễ bị cuốn theo dòng nước nên khó thu hồi.
- Ảnh hưởng của pH tới kích thước tinh thể MAP
Kết quả nghiên cứu cho thấy kích thước tinh thể tăng khi pH tăng. Khi pH > 9,5

lượng magie phốt phát được hình thành ảnh hưởng đáng kể tới quá trình tạo MAP, kích
thước tinh thể giảm (Hình 3.7).
- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới kích thước tinh thể MAP
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới kích thước tinh thể MAP

% loại bỏ
PO43-

Chiều dài
tinh thể, m

Thời gian,
phút

NH4

1

39,24

62,80

76,43

87÷120

30

50,22

76,50

85,19

300÷350

60

60,47

92,47

91,34

1.600÷2.130

120

64,88

93,7

95,28

2.500÷3.200

180

70,29

95,12

97,12

4.000÷4.600

+

2+

Mg

(b)

(a)

(a)

(a)

(c)

(d)

(a)

(a)

11

Hình 3.7 Tinh thể MAP sau (a) 1 phút, (b) 30 phút, (c) 60 phút, (d) 180 phút tương tác 1:1,9:1

Kích thước tinh thể tăng lên rõ rệt theo thời gian phản ứng (Bảng 3.3): chiều dài tinh
thể đạt tối đa (4.600m) sau 180 phút (Hình 3.8d). Sau thời gian trên, kích thước tinh thể
hầu như không thay đổi. Sau 60 phút kích thước tinh thể đạt 1.600÷ 2.130 m là có thể tách
được một cách dễ dàng. Vậy thời gian lưu tối ưu được lựa chọn là 60 phút.
- Ảnh hưởng của vận tốc khuấy đến kích thước tinh thể

Thí nghiệm được tiến hành với tỷ lệ 1:1,9:1 ở pH =9 với vận tốc khuấy trộn 0; 50;
100 vòng/phút. Ở 100 vòng/phút sau 3 giờ có hiện tượng tinh thể bị gẫy vụn do va đập,
kích thước tinh thể < 211m (Hình 3.9.a). Vận tốc 50 vòng/phút là tối ưu cho quá trình tạo
tinh thể.

(b)

(a)

Hình 3.8 Kích thước tinh thể ở vận tốc khuấy (a) 100 vòng/phút (D  320m),
(b)50 vòng/phút (D  4600m)

- Thiết lập phương trình hồi quy về mối quan hệ của pH, vận tốc khuấy và thời gian phản ứng đến
kích thước tinh thể MAP.

Y = -1730 + 387,5x2 +222,6 x22 + 10,07x3 + 47,49x4 - 48,53x42 + ξ
Với

7,0
Phương trình trên cho thấy kích thước tinh thể phụ thuộc vào cả 3 yếu tố x 2, x3 và x4.

Khi thời gian tăng kích thước tinh thể tăng, tuy nhiên kích thước tăng nhiều ở thời gian từ
30 đến 60 phút. Kích thước tại thời điểm 60 phút phản ứng có thể thu hồi được.
Khi vận tốc khuấy tăng làm gãy các tinh thể dẫn đến kích thước tinh thể nhỏ khó thu hồi
vì vậy vận tốc khuấy là 50 vòng/phút là phù hợp để kích thước tinh thể ổn định và dễ thu hồi.
12


3.1.1.7. Kết quả phân tích MAP trong môi trường giả định

Để xác định, đánh giá kết tinh MAP thu được, mẫu MAP được quan sát bằng trắc vi thị
kính, chụp SEM, và Chụp phổ XRD.

13


Hình 3.9 Ảnh SEM của MAP từ chất chuẩn ở tỷ lệ mol Mg2+:NH4+: PO43- =1:1,9:1;
thời gian phản ứng 60 phút
VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau MgNH4PO4.6H2O - M3
7000

d=5.601

6000

4000

d=2.7999

Lin (Cps)

5000

3000

d=1.3602

d=1.4165
d=1.3986
d=1.3903

d=1.4827

d=1.5117

d=1.4582

d=1.5550

d=1.6051
d=1.5906

d=1.6794
d=1.6560
d=1.6424

d=1.8765
d=1.8689
d=1.8476
d=1.8233
d=1.8034

d=1.7964
d=1.7601
d=1.7386
d=1.7126

d=2.0514
d=2.0136
d=1.9801
d=1.9578
d=1.9205

d=2.1774
d=2.1291

d=2.3915
d=2.3464
d=2.2950
d=2.2514

d=2.5447
d=2.5061

d=2.7190
d=2.6879
d=2.6569

d=3.291
d=3.188
d=3.071
d=3.020

d=2.9577
d=2.9187

d=3.555
d=3.470

d=4.259
d=4.137
d=4.589

d=6.134
d=5.911

1000

d=5.386

2000

0
5

10

20

30

40

50

60

70

2-Theta - Scale
File: Quynh-DHKTCNTN-MgNH4PO46H2O-M3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 2.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 02/02/15 13:31:23
15-0762 (*) - Struvite, syn - NH4MgPO4·6H2O - Y: 16.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

2+

+

3-

Hình 3.10 Phổ XRay của MAP từ chất chuẩn ở tỷ lệ mol Mg : NH4 :PO4
=1:1,9:1;
pH
=
9,
thời
gian
phản
ứng
vận tốc
50 vòng/phút
Kết quả chụp mẫu cho thấy mẫu đo được60làphút,
struvite.
Cường

độ lớn nhất là kết quả mà

tại góc đo đó phần lớn các tinh thể được xác định là struvite. Tinh thể MAP ở môi trường
giả định có kích thước lớn và đặc biệt khi chụp MAP các tinh thể có sự đồng đều về kích
thước và không có kết tủa Magie phốt phát.
3.1.2 Nghiên cứu tách nitơ trong nƣớc rác bãi chôn lấp Đá Mài
3.1.2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nước rác tươi bãi chôn lấp Đá Mài (Bảng 2.1).
3.1.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng NH4 + ban đầu
Hàm lượng NH4+ trong nước rác có cũng có biến động nhất định. Kết quả khảo sát nước rác
bãi chôn lấp Đá Mài trong nhiều tháng cho thấy: hàm lượng NH4+ dao động trong khoảng
214,4÷402,1mg/l. Hiệu quả tách MAP và kích thước tinh thể tăng khi hàm lượng NH4+ tăng.

14


Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ NH4+ đến hiệu quả tách N,P

NH4+ (mg/l)
214,00
288,00
375,00
402,00
Kích thước tinh
thể (µm)

pH=7
16,83
18,40

20,80
21.33
35,1-70,4

pH=8
46,15
48,96
49,07
49,55

Hiệu suất xử lý (%)
pH=8,5
50,96
52,60
52,80
53,10

pH=9
53,37
54,86
54,67
54,88

138,4-284,3 305,7-355,2 318,6-413,6

pH=11
29,81
32,64
33,87
35,45

49,3-105,4

3.1.2.3 Ảnh hưởng của mầm tinh thể
Bổ sung vào bình phản ứng 100mg tinh thể có kích thước 30-50µm. Kết quả nghiên
cứu (Bảng 3.7).
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của mầm tinh thể

Hiệu quả loại bỏ (%)
Thông số

Bình phản ứng
không có mầm

Bình phản ứng
có mầm

NH4+ (mg/l)

52,34 - 52,71

52,47 - 53,13

Kích thước tinh thể (µm)

322-418

411-575

Trong quá trinh kết tinh MAP, trước tiên mầm tinh thể (các tinh thể có kích thước nhỏ)
được hình thành, tiếp theo nhờ quá trình khuấy trộn phản ứng xảy ra, tinh thể lớn dần. Kết

quả nghiên cứu cho thấy: kích thước tinh thể MAP thu được lớn hơn rõ rệt ở mẫu có bổ
xung mầm (Bảng 3.7).
3.1.2.4 Tách nitơ trong nước rác bằng kết tinh MAP
Các điều kiện tối ưu đã được nghiên cứu ở mục trên. Nghiên cứu tách MAP trong
nước rác được thực hiện ở pH =9,0; thời gian phản ứng 60 phút; vận tốc khuấy 50
vòng/phút, bổ sung Mg2+; PO43- đạt tỷ lệ Mg2+: NH4+:PO43- là 1:1,9:1.
Kết quả nghiên cứu (Bảng 3.8) cho thấy khả năng loại bỏ NH4+ tạo tinh thể MAP đạt
được khoảng 52,24% - 53,05%. Lượng MAP thô thu được cao nhất là 2,34 mg/l nước rác.
Bảng 3.8 Tách nitơ tạo MAP trong nước rác

pH
Thông số
NH4+ loại bỏ (%)
PO43- loại bỏ (%)
Mg2+ được loại bỏ (%)
COD được loại bỏ (%)
Kích thước tinh thể (µm)
15

pH=9,0
52,24 ÷ 53,05
95,21÷ 96,01
95,46 ÷97,19
25,70 ÷ 26,21
322÷455,8


3.1.2.5 Kết quả phân tích MAP trong nước rác
- Đo kích thước bằng trắc vi thị kính, SEM và chụp phổ XRD

2+

+

3-

Hình 3.11 Ảnh SEM của MAP từ nước rác ở tỷ lệ mol Mg : NH4 :PO4 =1:1,9:1;
thời gian phản ứng 60 phút vận tốc 50 vòng/phút

VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau MgNH4PO4.6H2O - M4

d=8.765

500

d=1.4011

d=1.3687

d=1.4859

d=1.6165

d=1.5807

d=1.6706
d=1.6547

d=1.8727
d=1.8517

d=1.8196
d=1.7826
d=1.7537
d=1.7236

d=1.9290

d=2.1163

d=2.0378

d=2.1911

d=2.3928
d=2.3302
d=2.2724

d=2.4927

d=2.5774

d=2.7174

d=2.9164

d=3.084
d=3.035

d=3.640

d=4.497

d=5.961
100

d=5.329

200

d=3.457

d=4.725

300

d=4.203

Lin (Cps)

d=2.8003

400

0
5

10

20

30

40

50

60

70

2-Theta - Scale
File: Quynh-DHKTCNTN-MgNH4PO46H2O-M4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 3.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 02/02/15 11:14:16
36-1491 (*) - Ammonium Magnesium Phosphate Hydrate - NH4MgPO4·H2O - Y: 2.40 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
35-0780 (*) - Newberyite, syn - MgHPO4·3H2O - Y: 0.66 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

Hình 3.12 Phổ XRD của MAP thu được từ nước rác

Ảnh chụp SEM tinh thể MAP thu được từ nước rác và quan sát qua trắc vi thị kính cho
thấy các tinh thể không đồng đều. Khi chụp phổ XRD ngoài tinh thể MAP còn có các thành
phần khác như magie phốt phát (cường độ đo được mầu xanh, Hình 3.12).
- Hòa tách xác định thành phần MAP
Kết quả phân tích MAP trong nước rác được trình bày trong Bảng 3.9

16


Bảng 3.9. Kết quả phân tích thành phần MAP thu được

Thông số

Đơn vị

Kết quả

TCVN (*)

1

NH4+ - N

%

10,75

-

2

3-

PO4 - P

%

46,00

-

3

Mg

%

26,7

-

4

SS

%

8,3

-

5

Fe

mg/kg

207,3

10.000

6

Ca

mg/kg

62,38

-

7

Zn

mg/kg

28,06

15.000

8

Cd

mg/kg

0,11

< 25

9

Pb

mg/kg

2,58

300

10

Mn

mg/kg

119,47

15.000

11

Ni

mg/kg

1,94

-

12

Cu

mg/kg

12,80

15.000

13

As

mg/kg

0,044

<3

TT

(*) Thông tư 36/2010/TT-BNNVPTNT về việc xản xuất và kinh doanh phân bón.

Kết quả phân tích MAP bằng phương pháp hòa tách tại Viện Khoa học và Công
Nghệ Môi trường Trường Đại học Bách Khoa Hà nội cho thấy thành phần trong MAP ngoài
Mg2+ NH4+ và PO43- còn có thành phần kim loại khác. Tuy nhiên các thành phần kim loại
này đều không vượt quá tiêu chuẩn cho phép để sử dụng làm phân bón.

3.2 Nghiên cứu xử lý nƣớc rác bằng phƣơng pháp sinh học (bƣớc 2)
3.2.1 Nghiên cứu xử lý yếm khí nƣớc rác

- Đối tượng nghiên cứu là nước rác tươi bãi chôn lấp Đá Mài Thành phố Thái Nguyên sau
tách MAP. Nước có đặc trưng (Bảng 3.10) được đưa vào xử lý yếm khí thu biogas.
Bảng 3.10 Đặc trưng nước rác bãi chôn lấp Đá Mài sau tách MAP
TT

Tên chỉ
tiêu

Đơn vị

Trước tách
MAP (*)

Sau tách
MAP

Hiệu suất
XL (%)

1
2

pH
BOD5

mg/l

6,2 - 7,3
2.465÷5.090

8,5
1.796÷3.698

27,10÷28,75

3

COD

mg/l

5.745÷9.758

4.268÷7.284

25,71÷26,21

4

Tổng N

mg/l

353,0÷577,5

139,4-276,0

52,20 - 60,50

5

NH4+

mg/l

214,4 - 402,1

103,3- 192,6

51,82 – 52,10

6

Tổng P

mg/l

40,7-52,3

35,2÷ 47,3

9,56 - 13,51

7

PO43-

mg/l

35,7-41,2

28,4-39,94

3,10 - 20,44

(*) Mẫu khảo sát từ tháng 9/2013 đến 1/2014

17


3.2.1.1 Ảnh hưởng của COD dòng vào

Nghiên cứu được tiến hành với COD dòng vào 7.200; 6.080; 5.135 và 4.268 mg/l,
thời gian lưu 48 giờ. Kết quả nghiên cứu (Bảng 3.11) cho thấy: khi COD dòng vào tăng từ
4.268 lên 7.200mg/l hiệu suất xử lý tăng từ 83,25% lên 85,58%. Tải trọng COD tăng từ 2,09
lên 3,60 g/l.ngày. Hệ số tạo biogas tăng từ 0,302÷0,324 lít/gamCODCH.
Như vậy, ở các nồng độ đã khảo sát được đều cho hiệu quả xử lý cao (Bảng 3.11).
Bảng 3.11 Ảnh hưởng của COD dòng vào đến hiệu quả xử lý

STT
1
2
3
4
5
6

CODvào
(mg/l)
Thông số

CODra (mg/l)
pHra
Axit bay hơi
(VFA ra)
Y.COD (%)
Tải trọng COD
(g/l.d)
Hệ số tạo biogas
(l/gCODCH)

4.268

5.135

6.080

7.200

715

826

898

1.050

7,76

7,74

7,8

7,78

32,4

35,7

40,1

32,8

83,25

83,91

85,25

85,58

2,09

2,53

3,00

3,60

0,302

0,308

0,312

0,324

3.2.1.2 Ảnh hưởng của thời gian lưu

Nghiên cứu được thực hiện với COD dòng vào cao nhất là 7.200mg/l. Thời gian
được khảo sát ở 36, 42, 48 và 54 giờ. Kết quả nghiên cứu cho thấy với thời gian lưu 48 giờ,
hiệu quả xử lý COD cao (85,84%); COD dòng ra là 1.022mg/l, pH dòng ra 7,76, tải trọng
COD đạt 3,10 gCOD/lít.ngày, hiệu quả tạo biogas đạt 0,32 lít/g CODCH.
Khi thời gian lưu lên đến 54 giờ (tăng thêm 6 giờ) hiệu quả xử lý COD tăng không đáng kể
(1,04%). Vậy thời gian lưu ở 48 giờ là tối ưu cho quá trình xử lý yếm khí (Bảng 3.12).
Bảng 3.12 Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý
Thông số

Dòng
vào

T = 36 (giờ)

8,5

Dòng ra
(mg/l)
6,65

BOD5 (mg/l)

3.820

COD (mg/l)

T = 42 (giờ)

-

Dòng ra
(mg/l)
7,15

1.044

72,67

7.216

2180

TN (mg/l)

239,7

TP (mg/l)

45,2

pH

TK (g/l/d)
Y biogas
(l/gCODCH)

T = 48 (giờ)

-

Dòng ra
(mg/l)
7,76

666

82,56

69,79

1.453

167,3

30,20

35,7

21,02

Y(%)

T = 54 (giờ)

-

Dòng ra
(mg/l)
7,82

461

87,93

402

89,48

79,86

1.022

85,84

947

86,88

147

38,67

147,4

38,51

148,7

37,96

35,4

21,68

31,79

29,67

32,4

28,32

Y(%)

Y(%)

-

2,52

2,88

3,10

3,13

-

0,204

0,252

0,320

0,326

18

Y(%)
-


3.2.1.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng

Các nguyên tố vi lượng được bổ sung dưới dạng muối sunphát hoặc clorua. Lượng vi
lượng cần thiết cho vi khuẩn metan hoá ở các nồng độ sau:
[Co2+] = 0,63 (µg/gCOD)
[Ni2+] = 0,65 (µg/gCOD)
[Mo2+] = 0,63 (µg/gCOD)
[Cu2+] = 0,0038 (mg/gCOD)

[Se2+] = 0,04 (mg/gCOD)

[Fe2+] = 0,02 (mg/gCOD)
[Mn2+] = 0,05 (mg/gCOD)

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến hiệu quả xử lý

8,5
3.465
7.184
236,3
46,2

Không bổ sung vi lượng
Hiệu quả
Dòng ra
xử lý (%)
7,52
420
87,88
1.037
85,57
148,3
37,24
32,6
29,44

Có bổ sung vi lượng
Hiệu quả
Dòng ra
xử lý (%)
7,76

235
93,22
807
88,77
128,4
45,66
29,1
37,01

-

0,304

0,345

Thông số

dòng
vào

pH
BOD5 (mg/l)
COD(mg/l)
TN (mg/l)
TP (mg/l)
Ybiogas
(l/gCODCH)

Các nguyên tố vi lượng với nồng độ thích hợp giúp tăng đáng kể hoạt lực khí hóa của
vi khuẩn metan, ổn định giá trị pH dòng ra, nâng cao hiệu quả xử lý COD và BOD5.

3.2.2 Nghiên cứu xử lý nƣớc rác bằng lọc thiếu khí
3.2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của COD dòng vào

Nước rác sau xử lý yếm khí được đưa vào lọc thiếu khí có COD từ 715 ÷ 1.050mg/l
(Bảng 3.14; Hình 3.14).
Bảng 3.14 Đặc trưng dòng vào lọc thiếu khí
STT

Thông số

Đơn vị

Kết quả

-

7,60 ÷ 7,75

QCVN 252009/BTNMT
(cột B)
5,5 ÷ 9

1

pH

2

BOD5

mg/l

308 ÷ 472

100

3

COD

mg/l

715 ÷ 1.050

400

4

TN

mg/l

136,3 ÷ 150,4

60

5

TP

mg/l

24,7 ÷ 33,44

-

Thời gian lưu 24 giờ, thể tích đệm 30%. Với COD biến động từ 700-1000mg/l có thể xử
lý được bằng bể lọc thiếu khí với thời gian lưu 24 giờ.

19


Hình 3.14 Ảnh hưởng của COD dòng vào đến hiệu quả xử lý bằng lọc thiếu khí

3.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu

Để khẳng định một lần nữa kết quả nghiên cứu trên, nước rác sau xử lý yếm khí có
COD ~ 1000mg/l được đưa vào nghiên cứu với thời gian lưu 12, 24 và 36 giờ, thể tích đệm
30% . Ở thời gian lọc 12 giờ, hiệu quả xử lý COD chỉ đạt 42,22%. Khi tăng thời gian lên 24
giờ hiệu quả xử lý COD, BOD5, TN, TP tăng đáng kể (YCOD đạt 61,36%, YTN đạt 52,26%).
Tuy nhiên ở thời gian lưu 36 giờ hiệu quả xử lý tăng không đáng kể (3,06%) . Vì vậy thời
gian lưu được lựa chọn là 24 giờ.
3.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thể tích đệm

- Vật liệu đệm sử dụng trong nghiên cứu là xỉ than. Thí nghiệm được tiến hành với
COD dòng vào ~ 900mg/l thời gian lưu 24 giờ
- Thể tích đệm nghiên cứu ở: 20%; 30%; và 40%.
Bảng 3.17 Ảnh hưởng của thể tích đệm đến hiệu quả xử lý trong lọc thiếu khí
VĐệm(%)
20

COD (mg/l)
Dòng vào
Dòng ra
995
456

YCOD (%)
54,17

TN (mg/l)
Dòng vào Dòng ra
144,1
72,3

YTN

TKCOD

(%)

(gCOD/lít)

49,83

0,593

30

1012

358

64,62

148,1

61,7

58,34

0,654

40

998

334

66,53

145,7

56,8

`61,02

0,598

Kết quả nghiên cứu cho thấy: Thể tích đệm 30% là phù hợp cho quá trình lọc thiếu khí.

3.2.3 Nghiên cứu xử lý bằng bãi lọc trồng cây
3.2.3.1 Ảnh hưởng của thời gian lưu

Nghiên cứu được thực hiện với dòng vào có CODTB = 501 mg/l, BOD5 = 181mg/l,
TN = 67,4 mg/l, TP = 13,2 mg/l. Thời gian lưu được nghiên cứu ở 48, 54, 60, 72 và 96 giờ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy: khi thời gian lưu tăng, hiệu quả xử lý tăng. Thời gian
lưu của bãi lọc trong nghiên cứu này phù hợp với nghiên cứu của Dennis Konnerupa. Mặc dù

20


thời gian lưu ở 54 giờ hiệu quả xử lý chỉ đạt 75,86% nhưng dòng ra đã đạt quy chuẩn thải
(QCVN 25-2009/BTNMT cột B2). Vậy thời gian lưu của bãi lọc trồng cây chỉ cần là 54 giờ.
Bảng 3.19 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây
T = 42(giờ)
Thông
số (mg/l)

Dòng
vào

COD
BOD5
TN
TP

501
181
67,4
13,2

dòng
ra
382
62,4
37,2
6,2

HQ
XL (%)
23,75
65,52
44,81
53,03

T = 54 (giờ)
dòng
ra
366
43,7
21,5
3,7

T = 60 (giờ)

HQ
XL (%)
26,95
75,86
68,10

71,97

dòng
ra
348
32,2
19,7
2,6

HQ
XL (%)
30,54
82,21
70,77
80,30

T = 72 (giờ)
dòng
ra
322
24,8
17,7
2,3

HQ
XL (%)
35,73
86,30
73,74
82,58

T = 96 (giờ)
dòng
ra
304
22,1
15,2
2,0

HQ
XL (%)
39,32
87,79
77,45
84,85

3.2.3.2 Ảnh hưởng của COD dòng vào

Nghiên cứu được thực hiện với COD dòng vào ở: 386 mg/l; 436mg/l và 506 mg/l. Các
thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình. Thời gian lưu 54 giờ.

Hình 3.16 Ảnh hưởng COD dòng vào đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây

3.2.3.3 Ảnh hưởng của tổng nitơ dòng vào

Thí nghiệm được tiến hành với COD dòng vào từ 356527mg/l, TN dòng vào được
khảo sát ở: 55,6; 60,6 và 69,3 mg/l. Thời gian lưu 54 giờ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý nitơ tăng khi TN dòng vào tăng, hiệu quả đạt
cao nhất là 67,39 % ở TN vào = 69,3 mg/l. Cũng vậy, hiệu quả xử lý NH4+ tăng khi nồng độ
NH4+ dòng vào tăng: cao nhất ở hàm lượng NH4+ = 46,1mg/l, hiệu quả xử lý đạt 83,51%.

Bảng 3.23 Khả năng tải của bãi lọc trồng cây
Dòng vào

Dòng ra

Hiệu quả
XL (%)

Tải lượng
(g/m2.ng)

COD (mg/l)

506

361,2

28,62

16,09

BOD5 (mg/l)

185

42,7

76,92

15,81

TN (mg/l)

69,3

22,6

67,39

5,19

TP (mg/l)

12,7

4,7

62,99

0,089

Chỉ tiêu

21


3.3 Nghiên cứu xử lý với dòng liên tục bằng công nghệ kết hợp tách
MAP- sinh học (yếm - thiếu khí - bãi lọc trồng cây)
Nghiên cứu này nhằm khẳng định lại hiệu quả xử lý của các công nghệ trong xử lý
nước rác cũng như sự tác động của các yếu tố trong từng thiết bị của hệ thống.

3.3.1 Đặc trƣng nƣớc thải dòng vào

Nước rác tươi có thành phần ô nhiễm khá cao, nước rác được đưa nghiên cứu lấy giá
trị trung bình của bốn lần lấy mẫu. COD = 6.821mg/l; BOD5 = 3.294 mg/l; TN =
427,5mg/l; TP = 73,7mg/l; SS = 521mg/l; độ màu = 4.359 Pt/Co
3.3.2 Kết quả nghiên cứu xử lý với dòng liên tục bằng công nghệ kết hợp

Nước rác được tiến hành xử lý liên tục qua 3 giai đoạn: tách MAP; xử lý liên hợp yếm
khí - thiếu khí và bãi lọc trồng cây.

Chỉ tiêu
pH

Dòng
vào
7,3

Bảng 3.24 Hiệu quả xử lý liên tục của hệ thống
Sau yếm khí
Sau bãi lọc
Sau tách MAP
thiếu khí
trồng cây
Dòng
Y1
Dòng
Y2
Dòng
Y3
ra

(%)
ra
(%)
ra
(%)
8,5
7,66
7,67
-

HQXL
của hệ
thống
(%)
-

QCVN
(*)
5,5-9,0

BOD5 (mg/l)

3.294

2.355

28,51

161

66,61

42,6

3,59

98,71

50

COD (mg/l)

6.821

5.037

26,15

457

67,15

341

1,70

95,00

400

Tổng N (mg/l)

427,5

213,8

49,99

71,2

33,36

28,5

9,99

93,33

60

Tổng P (mg/l)

73,7

35,02

52,48

11,4

32,05

3,21

11,11

95,64

6

SS (mg/l)
Độ màu
(Pt/Co)

521

332

36,28

38,4

56,35

22,8

2,99

95,62

100

4.359

4.108

5,76

1.157

67,70

138

22,23

95,69

150

(*) QCVN 25-2009/BTNMT (cột B2)

Bảng 3.22 cho thấy hiệu quả xử lý của hệ thống đạt 98,71% với BOD 5; 95% với COD;
93,33% với TN; 95,64 % với TP; 95,62% với SS và 97,52% độ màu.
Với công nghệ xử lý được đề xuất, nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải mức B2 QCVN
25/2009 - BTNMT. Lượng MAP thu được là 2,34g/lít. Hiệu quả tạo biogas là 0,31 lit
biogas/gCOD chuyển hóa. Tải trọng của bãi lọc trồng cây đạt: 13,1g BOD5; 12,9g COD;
4,7g TN; 0,9g TP và 1,7g SS trên 1m2 diện tích.
Kết quả nghiên cứu công nghệ xử lý nước rác: MAP - Sinh học (yếm,thiếu khí, bãi lọc
trồng cây) có hiệu quả khá cao không những về mặt môi trường mà còn có giá trị về mặt

thẩm mỹ.

22


3.4 Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc rác theo hƣớng thu hồi nitơ và tiết
kiệm năng lƣợng
3.4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ (Hình 3.17)
Nước rác
Bể điều hòa
PAC

Đông keo tụ

NaOH, MgCl2;
KH2PO4

Lắng 1
Kết tinh MAP
Ly tâm tách MAP
Bể chứa trung gian
Bể tích hợp
yếm – thiếu khí

MAP
Bùn

Bãi lọc trồng cây
Xử lý bùn
Nước rác sau xử lý

Hình 3.17 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài
bằng công nghệ tiết kiệm năng lượng

3.4.2. So sánh với một số công nghệ hiện hành

a, Một số công nghệ xử lý nước rác đang được áp dụng
- Công nghệ oxy hóa - sinh học 1:
Nước rác → đông keo tụ → oxy hóa (peroxon) → yếm khí → thiếu khí → hiếu khí →
hồ sinh học → nguồn tiếp nhận
- Công nghệ Stripping – sinh học 2:
Nước rác → đông keo tụ → tháp striiping (đuổi amoniac) → yếm khí → hiếu khí →
hồ sinh học → nguồn tiếp nhận
- Công nghệ tách MAP – sinh học 3:
Nước rác → đông keo tụ → MAP → yếm khí → thiếu khí → bãi lọc trồng cây →
nguồn tiếp nhận
23


b, So sánh chi phí vận hành
Bảng 3.29 So sách chi phí vận hành hệ thống (VNĐ/m3)

STT

Công nghệ

1
2
3

Peroxon -sinh học 1

Stripping -sinh học 2
MAP - sinh học 3

Chi phí
điện năng
33.451
29.717
2.137

Chi phí
hóa chất
38.086
10.843
31.338

Chi phí
nhân công
7.019
8.365
6.154

Tổng chi phí
vận hành
78.557
48.925
31.629

MAP thu được ~ 400kg MAP/ngày
2kg MAP/1m3 *4.000 đ = 8000 đ
Vậy chi phí xử lý nước rác của công nghệ MAP là 39.629 – 8.000 = 31.629 đ/m3

24


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Luận án đã nghiên cứu và đưa ra được công nghệ xử lý nước rác tích hợp các phương
pháp hóa lý, hóa học và sinh học. Công nghệ xử lý thân thiện với môi trường và tiết kiệm
năng lượng (1,54kWh/m3) và có giá trị thẩm mỹ cao. Mặt khác công nghệ còn tận thu được
nguồn nitơ phốt pho trong nước rác làm phân bón cho cây trồng.
Công nghệ này được tích hợp 3 công đoạn:
- Tách nitơ phốt pho thu hồi MAP trong nước rích rác đã loại bỏ được ~ 51-52%
NH4 ở pH = 9,0. Kết tinh MAP thu được có kích thước có thể đạt 502m. Lượng MAP thu
được 1,43-2,34 g/lít nước rác. Với kích thước này có thể tách MAP bằng lắng đơn giản
(nhờ lực trọng trường).
+

- Nước rác sau tận thu nitơ, phốt pho bằng kết tinh MAP được xử lý yếm khí, hiệu quả
xử lý đạt 88,7% COD và hiệu quả thu biogas là 0,345 lít/gCODCH.
- Xử lý thiếu khí sử dụng vật liệu đệm là xỉ than hiệu quả xử lý đạt 46-55% COD, 5060%TN; 54-65%TP.
- Cuối cùng nước rác được xử lý tại bãi lọc trồng cây, thực vật được sử dụng là cây
riềng hoa (Canna Lily) trồng trên giá thể. Với thời gian lưu 54 giờ hiệu quả xử lý của bãi lọc
là 76% BOD5; 50% với TN; 63% với TP, nước thải dòng ra đạt quy chuẩn thải QCVN 252011/BTNMT. Năng lực tải của bãi lọc đạt 16,09gCOD; 3,86gTN; 0,89gTP/m2.ngày.
- Công nghệ kết hợp tách MAP và xử lý sinh học (yếm - thiếu khí - bãi lọc trồng cây).
Cho hiệu quả kinh tế cao, ước tính nhu cầu điện năng 1,54kW/h điện/m3 nước rác, chỉ bằng
7,2% so với công nghệ stripping và 6,4% so với công nghệ oxi hóa nâng cao.
2. Kiến nghị
- Hoàn thiện công nghệ và thiết bị tách MAP ở quy mô pilot làm sơ sở để triển khai
quy mô lớn hơn.
- Liên kết với một đơn vị chức năng để nghiên cứu sử dụng hiệu quả MAP trong trồng trọt.

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của luận án, tiếp tục nghiên cứu tách MAP ở các loại
nước thải giầu nitơ, phốt pho khác (nước thải chế biên thuỷ sản, chăn nuôi, chế biến mủ cao
su…).
- Nghiên cứu sâu hơn về giá trị kinh tế mà Canna lily đem lại.

25