Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nước rỉ rác
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.26 MB, 101 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------
NGUYỄN DUY THÀNH
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP
HÓA LÝ – SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ MÔ HÌNH,
ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS ĐẶNG XUÂN HIỂN
Hà Nội - 2013
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
LỜI CẢM ƠN
Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS Đặng Xuân Hiển, ngƣời đã
luôn quan tâm động viên, giúp đỡ và hƣớng dẫn em trong quá trình thực hiện luận
văn này. Sự tận tình, tâm huyết của thầy đã giúp em hoàn thành tốt nghiên cứu của
mình.
Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Viện Khoa học và Công nghệ
Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã trang bị cho em những kiến
thức, những kinh nghiệm thực tế và những nhận xét quý báu để em có khả năng
hoàn thành luận văn, củng cố kiến thức của mình.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình và bạn bè đã dành nhiều
sự quan tâm quý báu, sự giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận văn và luôn cùng em
chia sẻ, giải quyết những khó khăn, vƣớng mắc gặp phải.
Xin chân thành cảm ơn!
HỌC VIÊN
Nguyễn Duy Thành
1
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu công nghệ
tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nước rỉ rác”
là do tôi thực hiện với sự hƣớng dẫn của PGS.TS Đặng Xuân Hiển. Đây không phải
là bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, nguồn thông tin
trong Luận văn là do tôi điều tra, trích dẫn, tính toán và đánh giá.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày
trong Luận văn này.
Hà Nội, ngày … tháng 9 năm 2013
HỌC VIÊN
Nguyễn Duy Thành
2
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
AAO
ASM1
AOPs
ASM2
Tiếng Anh
Anerobic Anoxic Aerobic
Activated Sludge Model No.1
Advanced oxidation processes
Activated Sludge Model No.2
ASM2d
Activated Sludge Model No.2_deni
ASM3
DO
DOana.
DOano
PAOs
XLNT
COD
BOD
QCVN
SS
Activated Sludge Model No.3
Dissolved Oxy
Phosphoruse Accumulating Organic
Chemical oxygen demand
Biological oxygen demand
3
Tiếng Việt
Yếm khí – Thiếu khí – Hiếu khí
Mô hình bùn hoạt tính số 1
Quá trình oxi hóa nâng cao
Mô hình bùn hoạt tính số 2
Mô hình bùn hoạt tính số 2 có
khử nitrat của PAO
Mô hình bùn hoạt tính số 3
Oxy hòa tan
Oxy hòa tan trong bể yếm khí
Oxy hòa tan trong bể thiếu khí
Tích lũy photpho hữu cơ
Xử lý nƣớc thải
Nhu cầu oxy hoá học
Nhu cầu oxy sinh hoá
Quy chuẩn Việt Nam
Chất rắn lơ lửng
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU
1.1. ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NƢỚC RÁC
1.1.1. Sự hình thành nƣớc rác
1.1.2. Các đặc trƣng của nƣớc rác
1.1.2.1. Tính chất lý học, hóa học của nƣớc rác
1.1.2.2. Các thông số ô nhiễm chính cần xử lý đối với nƣớc rác
1.1.3. Một số đặc tính nƣớc rác trên thế giới và Việt Nam
1.1.3.1. Đặc tính nƣớc rác trên thế giới
1.1.3.2. Một số đặc tính nƣớc rác tại Việt Nam
1.2. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC RÁC ĐANG ĐƢỢC ÁP DỤNG
1.2.1. Một số công nghệ xử lý nƣớc rác đã đƣợc áp dụng ở trên Thế giới
1.2.2. Một số công nghệ xử lý nƣớc rác đã đƣợc áp dụng ở Việt Nam
1.3. LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI
CHƢƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA CÔNG
NGHỆ TÍCH HỢP HÓA LÝ – SINH HỌC
2.1. CÁCH TIẾP CẬN
2.1.1. Phƣơng pháp xử lý nƣớc rác
2.1.1.1. Phương pháp hóa lý
2.1.1.2. Phương pháp sinh học
2.1.1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải AAO
2.1.2. Phƣơng pháp mô hình
2.1.2.1. Định nghĩa
2.1.2.2. Một số nguyên tắc khi xây dựng mô hình
2.1.2.3. Các loại mô hình đƣợc sử dụng trong công nghệ môi trƣờng
2.1.2.4. Một số chƣơng trình ứng dụng mô hình bùn hoạt tính trong xử lý nƣớc thải
2.2. MÔ HÌNH ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.2.1. Mô hình đƣợc lựa chọn để mô phỏng
2.2.2. Mô hình động học ASM2d
2.2.3. Chƣơng trình mô phỏng BioWin
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP
HÓA LÝ – SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ MÔ HÌNH
3.1. THU THẬP SỐ LIỆU VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ ĐẶC TRƢNG XỬ LÝ
NƢỚC RÁC
3.1.1. Thu thập số liệu
3.1.2. Lựa chọn công nghệ
3.2. PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT XỬ LÝ CÔNG NGHỆ HÓA LÝ
3.2.1. Tiền xử lý nƣớc rác bằng phƣơng pháp keo tụ với PAC
3.2.2. Quá trình kết tủa hóa học
3.2.3. Sử dụng tháp Stripping
4
2
3
7
11
11
13
13
14
15
15
17
22
22
25
29
33
33
33
33
39
44
45
45
45
47
50
53
53
53
62
67
67
67
67
70
70
71
72
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
3.2.4. Quá trình oxy hoá trực tiếp bằng O3/UV
3.3. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC BẰNG CÔNG NGHỆ AAO
3.3.1. Các kết quả chạy mô hình với nƣớc rác cũ
3.3.2. Các kết quả chạy mô hình với nƣớc rác mới
3.4. SO SÁNH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHÙ HỢP NHẤT
3.4.1. Phân tích lựa chọn công nghệ phù hợp nhất đối với nƣớc rác cũ
3.4.2. Phân tích lựa chọn công nghệ phù hợp đối với nƣớc rác mới
3.5. TỐI ƢU GIÁ TRỊ DO CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
5
72
73
74
80
86
86
88
89
95
97
100
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. QCVN 25:2009/BTNMT các thông số ô nhiễm của nƣớc rác ........................... 15
Bảng 1. 2. Thành phần nƣớc rác của các nƣớc [WHO, Mỹ] ............................................... 16
Bảng 1. 3. Thành phần nƣớc rỉ rác thu đƣợc từ ba độ sâu khác nhau kể từ lớp phủ bề mặt
tại giếng khoan thử nghiệm ................................................................................................. 16
Bảng 1. 4. Thành phần chất thải chôn lấp tại bãi chôn lấp rác Nam Sơn ............................ 18
Bảng 1. 5. Kết quả phân tích nƣớc rác tại thành phố Hà Nội .............................................. 19
Bảng 1. 6. Thành phần nƣớc rỉ rác tại Bãi chôn lấp Gò Cát ở các mùa khác nhau .................. 20
Bảng 1. 7. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nƣớc rác củacác bãi chôn lấp
mới và lâu năm..................................................................................................................... 21
Bảng 2. 1. Các hóa chất thƣờng sử dụng trong quá trình kết tủa ........................................ 34
Bảng 2. 2. Các liều lƣợng phèn nhôm thƣờng sử dụng và hiệu suất khử phospho[29] ....... 35
Bảng 2. 3. Lƣu lƣợng nạp nƣớc thải cho bể lắng trong trƣờng hợp có sƣ dụng hóa chất trợ
lắng[29] ................................................................................................................................ 36
Bảng 2. 4. pH thích hợp cho việc kết tủa các kim loại[29].................................................. 37
Bảng 2. 5. Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng 12 .................... 37
Bảng 2. 6. Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng 12 .............................. 38
Bảng 2. 7. Các mô hình bùn hoạt tính hiện nay ................................................................... 49
Bảng 2. 8. Ma trận tỷ lƣợng υji, và ma trận thành phần lk,i của ASM2d [22] ...................... 56
Bảng 2. 9. Bảng tính bổ sung một số vị trí điển hình cho ma trận tỷ lƣợng của ASM2d .... 59
Bảng 2. 10. Biểu thức động học của ASM2d, rj ≥ 0 22 .................................................. 60
Bảng 2. 11. Bảng mô tả các biến của mô hình ASM2d và BioWin[22;28] ......................... 63
Bảng 2. 12. Các thông số mặc định của mô hình BioWin[28] ............................................ 65
Bảng 3. 1. Thành phần ban đầu của nƣớc rác ...................................................................... 67
Bảng 3. 2. Nồng độ các chất sau keo tụ ............................................................................... 71
Bảng 3. 3. Nồng độ các chất sau công đoạn kết tủa hóa học 1 ............................................ 71
Bảng 3. 4. Nồng độ các chất sau công đoạn kết tủa hóa học 2 ............................................ 72
Bảng 3. 5. Nồng độ các chất sau xử lý O3/UV (qua tripping) ............................................. 73
Bảng 3. 6. Kết quả mô phỏng vận hành công nghệ số 1 xử lý nƣớc rác cũ ......................... 74
Bảng 3. 7. Kết quả mô phỏng vận hành công nghệ số 2 xử lý nƣớc rác cũ ......................... 76
Bảng 3. 8. Kết quả mô phỏng vận hành công nghệ số 3 xử lý nƣớc rác cũ ......................... 77
Bảng 3. 9. Kết quả mô phỏng vận hành công nghệ số 4 xử lý nƣớc rác cũ ......................... 78
Bảng 3. 10. Kết quả mô phỏng vận hành công nghệ số 1 xử lý nƣớc rác mới .................... 80
Bảng 3. 11. Kết quả mô phỏng vận hành công nghệ số 2 xử lý nƣớc rác mới .................... 81
Bảng 3. 12. Kết quả mô phỏng vận hành công nghệ số 3 xử lý nƣớc rác mới .................... 83
Bảng 3. 13. Kết quả mô phỏng vận hành công nghệ số 4 xử lý nƣớc rác mới .................... 84
Bảng 3. 14. Bảng tổng hợp kết quả xử lý nƣớc rác cũ của các công nghệ .......................... 86
Bảng 3. 15. Bảng tổng hợp kết quả xử lý nƣớc rác mới của các công nghệ ........................ 88
Bảng 3. 16. Diễn biến NH4+-N qua các bể khi mô phỏng các kịch bản xử lý nƣớc rác cũ . 90
Bảng 3. 17. Nồng độ NH4+-N qua các bể khi mô phỏng các kịch bản xử lý nƣớc rác mới. 90
Bảng 3. 18. Nồng độ TT-N qua các bể khi mô phỏng các kịch bản xử lý nƣớc rác cũ ....... 91
Bảng 3. 19. Nồng độ T-N qua các bể khi mô phỏng các kịch bản xử lý nƣớc rác mới ....... 91
Bảng 3. 20. Nồng độ COD qua các bể khi mô phỏng các kịch bản xử lý nƣớc rác cũ........ 92
Bảng 3. 21. Nồng độ COD qua các bể khi mô phỏng các kịch bản xử lý nƣớc rác mới ..... 92
Bảng 3. 22. Nồng độ CBOD qua các bể khi mô phỏng các kịch bản xử lý nƣớc rác cũ ..... 93
Bảng 3. 23. Nồng độ CBOD qua các bể khi mô phỏng các kịch bản xử lý nƣớc rác mới .. 93
6
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Các thành phần trong cân bằng nƣớc trong ô chôn lấp ....................................... 12
Hình 1. 2. Sơ đồ cân bằng nƣớc ........................................................................................... 12
Hình 1. 3. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rác tại Bãi chôn lấp Koumyoji – thành phố
Ichinomiya – Nhật Bản ........................................................................................................ 22
Hình 1. 4. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rác tại URM – Nova Scotia – Canada................... 23
Hình 1. 5. Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA) ........................................... 24
Hình 1. 6. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 2 (USEPA) ........................... 24
Hình 1. 7. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc tại Bãi chôn lấpNam Sơn – Sóc Sơn, HN ............. 27
Hình 1. 8. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rác tại Bãi rác Gò Cát – Bình Tân – TP. HCM ..... 28
Hình 2. 1. Sơ đồ công nghệ AAO[18] ................................................................................. 44
Hình 2. 2. Cấu trúc dòng của Trạm xử lý trong ASIM [26] ................................................ 51
Hình 2. 3. Sơ đồ mô tả lý thuyết hai lớp màng đối với quá trình hấp thụ oxi từ pha khí vào
pha lỏng................................................................................................................................ 62
Hình 3. 1. Sơ đồ tích hợp công nghệ hóa lý - sinh học ứng dụng xử lý nƣớc rác ............... 68
Hình 3. 2. Sơ đồ tích hợp công nghệ hóa lý - sinh học bổ sung tháp Stripping trƣớc xử lý
sinh học. ............................................................................................................................... 69
Hình 3. 3. Sơ đồ tích hợp công nghệ hóa lý - sinh học bổ sung tháp Stripping và O3/UV
trƣớc xử lý sinh học ............................................................................................................. 69
Hình 3. 4. Sơ đồ tích hợp công nghệ hóa lý - sinh học bổ sung O3/UV ............................. 70
Hình 3. 5. Cấu hình mô phỏng công nghệ AAO bằng phần mềm BioWin ......................... 74
Hình 3. 6. Diễn biến các chất Ammonia-N, T-N, COD, CBOD qua các bể xử lý nƣớc rác
cũ khi mô phỏng vận hành công nghệ số 1 .......................................................................... 75
Hình 3. 7. Diễn biến các chất Ammonia-N, T-N, COD, CBOD qua các bể xử lý nƣớc rác
cũ khi mô phỏng vận hành công nghệ số 2 .......................................................................... 76
Hình 3. 8. Diễn biến các chất Ammonia-N, T-N, COD, CBOD qua các bể xử lý nƣớc rác
cũ khi mô phỏng vận hành công nghệ số 3 .......................................................................... 78
Hình 3. 9. Diễn biến các chất Ammonia-N, T-N, COD, CBOD qua các bể xử lý nƣớc rác
cũ khi mô phỏng vận hành công nghệ số 4. ......................................................................... 79
Hình 3. 10. Diễn biến các chất Ammonia-N, T-N, COD, CBOD qua các bể xử lý nƣớc rác
mới khi mô phỏng vận hành công nghệ số 1 ....................................................................... 81
Hình 3. 11. Diễn biến các chất Ammonia N, T-N, COD, CBOD qua các bể xử lý nƣớc rác
mới khi mô phỏng vận hành công nghệ số 2. ...................................................................... 82
Hình 3. 12. Diễn biến các chất Ammonia-N, T-N, COD, CBOD qua các bể xử lý nƣớc rác
mới khi mô phỏng vận hành công nghệ số 3. ...................................................................... 84
Hình 3. 13. Diễn biến các chất Ammonia-N, T-N, COD, CBOD qua các bể xử lý nƣớc rác
mới khi mô phỏng vận hành công nghệ số 4 ....................................................................... 85
Hình 3. 14. Biểu đồ nồng độ các chất sau xử lý nƣớc rác cũ của các công nghệ ................ 86
Hình 3. 15. Biểu đồ nồng độ các chất sau xử lý nƣớc rác mới của các công nghệ.............. 88
Hình 3. 16. Biểu đồ so sánh nồng độ Ammonia N trong nƣớc rác cũ/mới qua các bể xử lý
của các kịch bản ................................................................................................................... 90
Hình 3. 17. Biểu đồ so sánh nồng độ Tổng nitơ trong nƣớc rác cũ/mới qua các bể xử lý của
các kịch bản ......................................................................................................................... 91
Hình 3. 18. Biểu đồ so sánh nồng độ COD trong nƣớc rác cũ/mới qua các bể xử lý của các
kịch bản ................................................................................................................................ 93
Hình 3. 19. Biểu đồ so sánh nồng độ CBOD trong nƣớc rác cũ/mới qua các bể xử lý của
các kịch bản ......................................................................................................................... 93
7
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Nƣớc rỉ rác từ bãi chôn lấp (gọi là nƣớc rác) là chất lỏng thấm qua các lớp
chất thải rắn mang theo các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng. Trong hầu hết các
bãi chôn lấp nƣớc rác bao gồm chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ các nguồn bên ngoài
nhƣ nƣớc mặt, nƣớc mƣa, nƣớc ngầm và chất lỏng tạo thành trong quá trình phân
hủy các chất thải. Đặc tính của chất thải phụ thuộc vào nhiều hệ số.
Do thành phần rất phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nƣớc rác từ bãi rác
đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu xử lý nhƣ xử
lý sơ bộ, xử lý bậc hai, xử lý bậc ba để đạt tiêu chuẩn thải. Thành phần và lƣu lƣợng
nƣớc rác biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dây chuyền xử lý nƣớc
rác cũng sẽ thay đổi theo thời gian. Việc tìm ra các giải pháp xử lý nƣớc rác cho các
bãi chôn lấp, thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và điều kiện khí hậu tại nƣớc
ta là một bài toán đang đƣợc đặt ra trong thời gian gần đây.
Mặc dù mỗi bãi chôn lấp của chúng ta đều có hệ thống xử lý nƣớc rác nhƣng
những phƣơng pháp xử lý nƣớc rác đang đƣợc áp dụng tại các bãi chôn lấp vẫn còn
bộc lộ nhiểu nhực điểm nhƣ chất lƣợng nƣớc sau xử lý thƣờng không đạt tiêu chuẩn
xả thải, đặc biệt là chỉ tiêu COD, BOD5, T-N, NH4-N (QCVN 25:2009/BTNMT, cột
B2) tiêu tốn nhiều năng lƣợng và hóa chất, giá thành xử lý cao, khó kiểm soát và
công suất xử lý không đạt thiết kế. Nguyên nhân do sự thay đổi rất nhanh của thành
phần nƣớc rác theo thời gian vận hành bãi chôn lấp, với thành phần phức tạp (các
chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học tăng dần và nồng độ
ammonium tăng đáng kể theo thời gian), không ổn định, việc lựa chọn các công
nghệ xử lý chƣa phù hợp đã dẫn đến nƣớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trƣờng thải
ra sông, rạch vẫn còn rất hạn chế trong khi lƣợng nƣớc rác tại các bãi chôn lấp tiếp
tục tăng lên.
Vấn đề đƣợc đặt ra ở đây là phải tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý
hết lƣợng nƣớc rác đang tồn đọng, cải tạo các hệ thống xử lý nƣớc rác hiện hữu và
công nghệ xử lý điển hình đối với xử lý nƣớc rác của các bãi chôn lấp mới trong
8
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
tƣơng lai. Vì vậy, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý –
sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nước rỉ rác”, nhằm đƣa ra một
giải pháp tối ƣu về mặt công nghệ (xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và
hợp chất nitơ, COD, BOD), hiệu quả kinh tế cũng nhƣ đạt đƣợc tiêu chuẩn xả thải
nhằm giảm thiểu “hiểm họa ngầm” từ nƣớc rác đối với môi trƣờng.
2. Mục tiêu của đề tài
- Ứng dụng mô hình BioWin nghiên cứu hiệu quả xử lý của các công nghệ
xử lý nƣớc rác. Trên cơ sở đó, so sánh lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp.
- Mô phỏng hoạt động của công nghệ AAO trong các trƣờng hợp thay đổi
nồng độ DO trong bể thiếu khí, nhằm đƣa ra giá trị DO tối ƣu nhất cho quá trình xử
lý sinh học.
3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu: Nƣớc rác của các bãi chôn lấp tập trung ở Việt
Nam.
* Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu theo quy mô lý thuyết.
* Phương pháp nghiên cứu:
- Thu thập thông tin, tài liệu đã đƣợc công bố, các số liệu tổng hợp, tổng kết
của các cơ quan có chức năng về môi trƣờng.
- Nghiên cứu tổng quan về các quá trình, phƣơng pháp xử lý nƣớc rác, đặc
biệt là quá trình xử lý bằng phƣơng pháp hóa lý và sinh học.
- Tập hợp, đánh giá số liệu thu thập hiệu quả xử lý của công nghệ hóa lý; kết
quả mô phỏng bằng phần mềm BioWin áp dụng mô hình bùn hoạt tính ASM2d
trong quá trình xử lý nƣớc rác bằng công nghệ AAO.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu là cơ sở đƣa ra đề xuất mới cho việc
lựa chọn công nghệ phù hợp, xử lý hiệu quả đối với nƣớc rác chứa các hợp chất hữu
cơ khó phân hủy trong thành phần của nƣớc thải.
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Từ kết quả nghiên cứu có thể đề xuất đƣợc các
quy trình công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học ứng dụng để xử lý triệt để nƣớc rác
đạt yêu cầu theo QCVN 25:2009/BTNMT cột B2 trƣớc khi thải ra môi trƣờng.
9
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
10
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
CHƢƠNG I - TỔNG QUAN
1.1. ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NƢỚC RÁC
1.1.1. Sự hình thành nƣớc rác
Nƣớc rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình lý, hóa
và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Nƣớc rác là loại nƣớc chứa nhiều chất ô
nhiễm hòa tan từ quá trình phân hủy rác và lắng xuống dƣới đáy ô chôn lấp. Lƣợng
nƣớc rác đƣợc hình thành trong bãi chôn lấp chủ yếu do các quá trình sau:
- Nƣớc thoát ra từ độ ẩm nƣớc: chất thải đô thị luôn chứa một hàm lƣợng ẩm.
Trong quá trình đầm nén lƣợng nƣớc tách ra khỏi chất thải và gia nhập vào nƣớc rác.
- Nƣớc từ quá trình phâm hủy sinh học các chất hữu cơ: nƣớc là một trong
những sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học.
- Nƣớc gia nhập từ bên ngoài vào là nƣớc mƣa thấm từ trên xuống qua lớp
phủ bề mặt.
Đối với các bãi chôn lấp hợp vệ sinh (có lót đáy bằng các vật liệu chống
thấm bằng đất sét hoặc lớp vải địa kỹ thuật HDPE, có hệ thống tách nƣớc mặt, hệ
thống thu gom và xử lý nƣớc rác, khí thải và khi đóng bãi có phủ phía trên bằng vật
liệu chống thấm) thì lƣợng nƣớc rác thƣờng ít hơn so với không áp dụng các biện
pháp trên. Nhƣ vậy, lƣợng nƣớc rác sinh ra phụ thuộc vào:
- Điều kiện tự nhiên khu vực chôn lấp (lƣợng mƣa, bốc hơi, nƣớc ngầm...)
- Độ ẩm chất thải chôn lấp.
- Kỹ thuật xử lý đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nƣớc mặt.
Lƣợng nƣớc rác sinh ra trong bãi chôn lấp phụ thuộc vào sự cân bằng nƣớc
trong một ô chôn lấp. Các thành phần tác động tới quá trình hình thành lƣợng nƣớc
rác đƣợc trình bày trong hình sau và lƣợng nƣớc rác đƣợc tính theo công thức:
LC = R + RI – RO – E - lkl∆V
Trong đó: LC- nƣớc rác; R- Nƣớc mƣa thấm vào ô chôn lấp; RI- Dòng chảy
từ ngoài thâm nhập vào ô chôn lấp (bao gồm dòng chảy mặt và nƣớc ngầm gia nhập
từ bên ngoài vào ô chôn lấp); RO - Dòng chảy ra khỏi khu vực ô chôn lấp; E Lƣợng nƣớc bay hơi; ∆V- Sự thay đổi lƣợng nƣớc chứa trong ô chôn lấp bao gồm:
11
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
độ ẩm ban đầu của rác và bùn thải mang đi chôn lấp; độ ẩm của vật liệu phủ; lƣợng
nƣớc thất thoát trong quá trình hình thành khí; lƣợng nƣớc thất thoát do bay hơi
theo khí thải, lƣợng nƣớc thất thoát ra từ phía đáy bãi rác.
Nƣớc gia nhập
từ ngoài (RI)
Nƣớc mƣa (R)
Bay hơi (E)
Dòng chảy mặt(RO)
Nƣớc trong Nƣớc chứa
CTR
trong lớp
vật liệu phủ
Nƣớc
trong
bùn
Nƣớc rác (LC)
Hình 1. 1. Các thành phần trong cân bằng nƣớc trong ô chôn lấp
Phƣơng trình cân bằng nƣớc ở trên áp dụng cho một ô chôn lấp cho thấy:
lƣợng nƣớc rác của ô chôn lấp bằng tổng lƣợng nƣớc đến và lƣợng nƣớc sinh ra do
phân hủy rác trừ đi lƣợng bay hơi. Sơ đồ cân bằng nƣớc.
Nƣớc mƣa từ lớp trên G1
Ngấm xuống G1
Nƣớc bay hơi G4
Nƣớc trong rác vật
Liệu phủ G2
Nƣớc tiêu tốn cho phản
ứng sinh học G5
Nƣớc trong EMG3
Nƣớc ngấm xuống ở
lớp dƣớiG7
Hay nƣớc rỉ rác G7
Nƣớc tích trong
rácG6
Vật liệu phủ G6
Gnƣớc rác = G7 = [G1+ G2 + G3 ] – [G4 + G5+ G6]
Hình 1. 2. Sơ đồ cân bằng nƣớc
12
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
1.1.2. Các đặc trƣng của nƣớc rác
1.1.2.1. Tính chất lý học, hóa học của nước rác
* Tính chất lý học
- pH: pH là một trong những thông số quan trọng ảnh hƣởng trực tiếp tới
hiệu quả của quá trình xử lý sinh học. Khoảng già trị pH tối ƣu cho quá trình xử lý
yếm khí là 7-8 và quá trình xử lý hiếu khí là 6,5-8,5.
- Độ màu, độ đục: Nƣớc rác có độ màu rất cao từ 6.900-8.600 Pt/Co, hàm
lƣợng cặn lơ lửng trong khoảng 200-1000mg/l. Độ màu và độ đục của nƣớc rác gây
ra bởi các hợp chất hữu cơ có màu nhƣ axit humic, axit fuvic, ligin ...Một số chất vô
cơ nhƣ muối, oxit, hydroxit kim loại (sắt, mangan, đồng…) cũng gây ra màu cho
nƣớc rác. Chúng tồn tại ở dạng keo lơ lửng và hòa tan trong nƣớc rác .
- Mùi: Nƣớc rác cò mùi đặc trƣng khó chịu của các chất gây mùi là sản phẩm
của quá trình phân hủy các chất hữu cơ: NH3, H2S, mecaptan, phenol…
- Độ kiềm: Là đại lƣơng đặc trƣng cho khả năng tiếp nhận proton của môi
trƣờng nƣớc. Độ kiềm của nƣớc gây ra bởi các gốc muối của axit vô cơ yếu
(H2CO3, H2SiO3, H3PO4), các dạng tồn tại cụ thể của muối phụ thuộc vào pH của
môi trƣờng. Trong quá trình phân hủy yếm khí rác thải, các axit yếu trên hình thành
do các phản ứng sinh hóa dƣới tác dụng của vi sinh vật trong đó. Độ kiềm của nƣớc
rác rất cao nằm trong khoảng 100-10.000mg CaCO3/l.
* Tính chất hóa học
-Các chất hữu cơ: Các chất hữu cơ có trong nƣớc rác là do quá trình hòa tan
các thành phần trong rác, là các sản phẩm của quá trình phân hủy rác. Nồng độ chất
hữu cơ đƣợc đặc trƣng bởi các chỉ số nhƣ BOD5, COD, TOC.
-Các chất vô cơ: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-… có nồng độ tƣơng đối lớn:
Na+ từ 200-2500mg/l, K+ từ 200-1000mg/l, Ca2+ và Cl- trong khoảng 200-3000mg/l,
Mg2+50-1500mg/l, SO42- 50-1000mg/l… có ảnh hƣởng đến hoạt động của vi sinh
vật, hàm lƣợng Ca2+ và Mg2+ quyết định độ cứng của nƣớc rác. Các kim loại nặng
có thể có trong nƣớc rác nhƣ Fe, Mn, Pb, Zn, Cd, Cr, Hg…do sự hòa tan các thành
phần trong nƣớc rác hoặc là sản phẩm của các quá trình ăn mòn hay tạo phức. Nồng
độ của các kim loại nặng phụ thuộc vào đặc trƣng của nƣớc rác nhƣ pH, lƣu lƣợng
13
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
và nồng độ của các tác nhân tạo phức. Nhìn chung khi pH tăng thì độ tan của kim
loại giảm .
- Hợp chất nitơ, photpho:
+ Hợp chất nitơ: Nitơ tồn tại trong nƣớc rác dƣới dạng nitơ hữu cơ,
NH3/NH4+, NO-2, NO3-…Nitơ hữu cơ và amoni sinh ra từ quá trình phân giải các
hợp chất hữu cơ chứa nitơ (protein, axitamin). Hàm lƣợng Nitơ hữu cơ, amoni trong
nƣớc rác khá cao ở các bãi chôn lấp mới có thể đạt 800mg/l trong khi ở các bãi rác
cũ chỉ là 80-120mg/l. Hàm lƣợng nitrat tƣơng đối thấp (5-40mg/l) chứng tỏ vẫn còn
một phần nitơ bị oxi hóa thành nitrat.
+ Hợp chất photpho: Photpho tồn tại trong nƣớc dƣới dạng photpho hữu cơ,
orthophotphat (PO43-, HPO43-, H2PO43-) và polyphotphat [Na3(PO4)6]. Nói chung
nồng độ photpho trong nƣớc rác là tƣơng đối thấp so với amoni. Hàm lƣợng
photpho tổng trong nƣớc rác mới từ 5-100mg/l, nƣớc rác cũ từ 5-10mg/l.
* Tính chất sinh học
Đặc trƣng về vi sinh vật trong nƣớc rác đƣợc biết đến ít hơn so với các thành
phần hóa học khác. Một số lƣợng lớn các vi sinh vật có trong nƣớc rác của các bãi
chôn lấp chất thải đô thị. Thành phần vi sinh vật có trong nƣớc rác phụ thuộc vào
giai đoạn phân hủy xảy ra trong ô chôn lấp. Mỗi giai đoạn có các chủng vi sinh vật
đặc trƣng hoạt động và nƣớc rác mang theo các vi sinh vật có trong rác ra ngoài.
Hàm lƣợng vi khuẩn trong nƣớc rác (tổng coliform, fecal coliform, fecal
streptococci) thay đổi đột theo tuổi bãi rác và do vậy thay đổi theo thành phần hóa
học của nƣớc rác.
1.1.2.2. Các thông số ô nhiễm chính cần xử lý đối với nước rác
Nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải của bãi
chôn lấp chất thải rắn khi xả vào nguồn tiếp nhận đƣợc quy định trong Bảng 1.1
dƣới đây:
14
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
Bảng 1. 1. QCVN 25:2009/BTNMT các thông số ô nhiễm của nƣớc rác
STT
Thông số
1
Nồng độ tối đa cho phép (mg/l)
A
B1
B2
BOD5 (20oC)
30
100
50
2
COD
50
400
300
3
Tổng nitơ
15
60
60
4
Amoni, tính theo N
5
25
25
Trong đó:
- Cột A quy định nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong
nƣớc thải của bãi chôn lấp chất thải rắnkhi xả vào các nguồn nƣớc dùng cho mục
đích cấp nƣớc sinh hoạt;
- Cột B1 quy định nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong
nƣớc thải của bãi chôn lấp chất thải rắnhoạt động trƣớc ngày 01 tháng 01 năm 2010
khi xả vào các nguồn nƣớc không dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt;
- Cột B2 quy định nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong
nƣớc thải của bãi chôn lấp chất thải rắn xây dựng mới kể từ ngày 01 tháng 01 năm
2010 khi xả vào các nguồn nƣớc không dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.
1.1.3. Một số đặc tính nƣớc rác trên thế giới và Việt Nam
1.1.3.1. Đặc tính nước rác trên thế giới
Nƣớc rác đang là một vấn đề nan giải của hầu khắp thế giới kể cả ở các quốc
gia đang phát triển. Do rác sinh hoạt của các nƣớc đƣợc áp dụng biện pháp phân
loại rác nghiêm ngặt tại nguồn nên thành phần hóa học của nƣớc rác không phức
tạp, nƣớc rác chỉ chứa chủ yếu các chất hữu cơ, nitơ, phốt pho, còn các kim loại
nặng, các chất hữu cơ độc hại nguy hiểm có nồng độ không lớn. Thành phần chủ
yếu tại các bãi chôn lấp của các nƣớc WHO và Mỹ đƣợc giới thiệu trong bảng 1.2
dƣới đây:
15
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
Bảng 1. 2. Thành phần nƣớc rác của các nƣớc [WHO, Mỹ]
TT
1
2
3
4
5
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Thông số
WHO (mg/l)
Tổng chất rắn hòa tan
Tổng các chất lơ lửng
200 – 1000
Nhu cầu oxy sinh hóa
2000 – 30000
Nhu cầu oxy hóa học
3000 – 45000
Tổng cacsbon hữu cơ
1500 – 20000
pH
5,3 – 8,3
Tổng độ kiềm
1000 – 10000
Độ cứng
300 - 10000
Cl
50 – 1500
2+
Ca
200 – 3000
Tổng N
10 – 800
Amonia N
10 – 600
SO4
100 - 1500
Tổng P
1 - 70
[Nguồn: Viện Công nghệ môi trường]
Mỹ (mg/l)
584 – 5500
2,0 – 140000
KPH – 195000
6,6 - 299000
KPH – 40000
3,7 – 8,9
KPH – 15050
0,1 – 225000
2 – 11375
3,0 – 2500
2 – 3320
KPH – 1200
KPH - 1850
KPH - 234
Trong nƣớc rác thƣờng chứa một hàm lƣợng các nguyên tố nhƣ Cd, Cr, Pb,
Zn, Cu, Hg, As… nhất định, đôi khi khá cao tùy thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ nguồn
rác, thời gian chôn lấp, kể cả độ sâu của bãi chôn lấp, nhƣ trình bày trong bảng 1.3
dƣới đây:
Bảng 1. 3. Thành phần nƣớc rỉ rác thu đƣợc từ ba độ sâu khác nhau kể từ
lớp phủ bề mặt tại giếng khoan thử nghiệm
TT
Chỉ tiêu
Đơn vị
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Độ dẫn điện, 250C
pH
ClNO3-N
NH4-N
Tổng N
Fe
Mn
Tổng S
mS/m
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
Độ sâu
2m
6m
9m
315
541
701
7,0
7,3
7,3
83
390
600
0,79
0,61
0,82
150
450
540
180
610
950
150
130
350
2,3
2,9
9,9
15
27
70
16
Dung sai phép đo
(%)
5
0,2
5
5 – 10
5 – 15
5 – 14
5 – 10
2 – 10
-
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
TT
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Chỉ tiêu
Đơn vị
2m
COD
mg/l
5.700
BOD
mg/l
290
Tổng P
mg/l
25
B
mg/l
1,4
Al
mg/l
120
Cd
mg/l
0,096
Cu
mg/l
0,49
Co
mg/l
0,058
Cr
mg/l
0,16
Ni
mg/l
0,13
Pb
mg/l
1,7
Zn
mg/l
65
Hg
µg/l
0,75
As
µg/l
42
(Nguồn: W. Hogland et al, 2000)
Độ sâu
6m
4.200
180
24
1,0
85
0,019
0,75
0,89
0,36
0,27
2,8
8,1
4,6
< 0,2
9m
9.400
1.900
19
2,4
77
0,024
0,43
0,098
0,26
0,14
1,4
10
10
<0,2
Dung sai phép đo
(%)
5 – 10
10
7–9
2–5
2 – 10
5 – 25
2–5
2 –5
2–5
2–5
2 – 10
2–5
7 – 10
-
Nƣớc rác sinh ra do độ ẩm cao của bãi rác trong quá trình phân hủy các chất
hữu cơ tạo thành nƣớc. Ngoài ra, một lƣợng nƣớc mƣa đáng kể thấm từ trên bề mặt
xuống và lƣợng nƣớc thấm từ đáy, thành hộc chôn lấp nếu việc xử lý chống thấm
không triệt để. Nếu nƣớc rác thấm qua các tầng chôn lấp rác trong hộc rác kéo theo
các chất bẩn hòa tan hoặc lơ lửng nên hàm lƣợng các chất hữu cơ cao và chứa nhiều
chất độc hại vi sinh gây bệnh. Nƣớc rác có khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng không
khí, môi trƣờng đất và đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm.
1.1.3.2. Một số đặc tính nước rác tại Việt Nam
Phần lớn các bãi chôn lấp rác thải ở Việt Nam hiện có những đặc điểm chính
sau: Hầu hết các bãi rác thải đều xây dựng và hoạt động không đúng kỹ thuật,
không theo quy hoạch; Rác thải sinh hoạt không đƣợc phân loại khi thu gom, không
kiểm soát đƣợc thành phần khi đƣa đi chôn lấp. Vì vậy nƣớc rác vừa có tải lƣợng
lớn, vừa có nồng độ chất ô nhiễm cao, có thành phần phức tạp, khó xử lý; Do nhiều
nguyên nhân, các bãi rác đều ở gần khu dân cƣ, việc ô nhiễm môi trƣờng gây ảnh
hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng.
17
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
a) Thành phần chất thải đem chôn lấp
Theo viện Công nghệ môi trƣờng Việt Nam, thành phần chất thải chôn lấp
tại bãi chôn lấp rác Nam Sơn nhƣ sau:
Bảng 1. 4. Thành phần chất thải chôn lấp tại bãi chôn lấp rác Nam Sơn
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Thành phần chất thải
Khoảng dao động
(% trọng lƣợng ƣớt)
Trung bình dao động
chuẩn (% trọng lƣợng
ƣớt)
Giấy các loại
2,0 – 6,4
3,07 ± 1,27
Thủy tinh
0,2 – 0,9
0,58 ± 0,22
Chất trơ
0,4 – 1,2
0,93 ± 0,98
Nhựa các loại
0,43 – 1,0
0,74 ± 0,18
Nilon
5,1 – 8,2
6,90 ± 1,02
Kim loại
0,17 – 1,8
1,14 ± 0,57
Chất hữu cơ dễ phân hủy
55,8 – 60,8
59,01 ± 3,27
Cao su, da
0,2 – 3,2
1,62 ± 1,02
Tro xỉ than
0,6 – 1,9
1,52 ± 0,74
Vải sợi
1,2 – 3,8
2,44 ± 1,11
Chất thải độc hại
0 – 0,1
0,05 ± 0,04
Tạp chất không phân loại
20,9 – 25,2
21,69 ± 4,34
(đất, bùn, cát…)
Việt Nam là một nƣớc nhiệt đới, có nhiệt độ trung bình năm cao (24oC –
28oC), rác chôn lấp có thành phần chất hữu cơ lớn nên rác thải phân hủy nhanh và
độ phân hủy sâu. Yếu tố này cộng với thời gian lƣu giữ lâu ngày trong hồ chứa, nên
thực tế khó có thể thu đƣợc nƣớc rác mới cho quá trình xử lý tại Việt Nam. Quá
trình vận hành bãi chôn lấp đã sinh ra một lƣợng đáng kể nƣớc rỉ rác với nồng độ
các chất ô nhiễm cao.
b) Đặc tính nước rác
Do Việt Nam vẫn áp dụng biện pháp phân loại rác tại nguồn nên thành phần
hóa học của nƣớc rác phức tạp. Nƣớc rác chứa không chỉ các chất hữu cơ mà còn
chứa các chất vô cơ hòa tan, kim loại nặng, các chất hữu cơ độc hại nguy hiểm ở
nồng độ khá cao. Vì vậy, vấn đề vƣớng mắc hiện nay mà hầu hết các bãi chôn lấp
rác ở Việt Nam gặp phải nhƣng chƣa có phƣơng hƣớng giải quyết thích hợp đó là
vấn đề xử lý nƣớc rác.
18
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
Theo nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ môi trƣờng, thành phần
của nƣớc rác có pH trong khoảng 6,7-8,9 còn giá trị COD (8220 - 1270 mg/l), tỷ lệ
BOD/COD thấp, nồng độ Nitơ rất cao (156 – 280 mg/l). Ngoài ra nƣớc rác còn
chứa nhiều kim loại hòa tan nhƣ Ca2+ (314 – 650 mg/l), Zn2+ (0,25 – 0,84 mg/l),
Ni2+ (0,5 – 0,8 mg/l), Cr6+ (0,12 mg/l), Cu2+ (0,46 mg/l), Pb2+< 0,13 mg/l, Hg2+(0,05
– 0,1 mg/l), As (0,5 – 2 mg/l), Cadmi (0,01 – 0,2 mg/l), Pb (0,03 – 0,09 mg/l).[4]
Các thành phần nƣớc rác có thể biến động rất mạnh, tùy thuộc vào tuổi bãi
rác, thời gian lấy mẫu – mùa mƣa hay mùa khô, và theo những xu hƣớng khác nhau.
Vì vậy, việc khảo sát các đặc trƣng của nƣớc rác tại các bãi chôn lấp suốt một thời
gian dài, ngay từ khi chúng mới đi vào hoạt động, có thể cung cấp những thông tin
quan trọng làm cơ sở để chọn lựa công nghệ xử lý phù hợp.
Bảng 1. 5. Kết quả phân tích nƣớc rác tại thành phố Hà Nội
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Hố thu gom
Mùa khô
Mùa mƣa
pH
6,8 – 7,6
7,1 – 7,8
Độ dẫn
mS/cm
21,2 – 23,2
11,2 – 14,4
TSS
mg/l
950 – 2240
425 – 1546
Ca
mg/l
314 – 650
186 – 520
COD
mg/l
9225 – 22780
2.152 - 6.245
BOD5
mg/l
6055 – 12300
780 – 4.250
TOC
mg/l
2.500 – 6.800
470 – 2.700
T-Nitơ (TN)
mg/l
1.568 – 2.151
485 – 875
T-Phốt pho (TP)
mg/l
10 – 24,8
9,8 – 14,1
Phenol (tổng)
mg/l
0,16 – 0,48
0,01 – 0,05
As
mg/l
1–2
1–3
Hg
mg/l
0,1 – 0,2
0,1 – 0,9
Cd
mg/l
<0,01
0,01 – 0,02
Pb
mg/l
0,05 – 0,07
0,01 – 0,09
Hợp chất cơ clo
mg/l
<1
<1
[nguồn: Viện công nghệ môi trường]
Chỉ tiêu
Đơn vị
Kết quả phân tích nƣớc rác tại thành phố Hà Nội của viện công nghệ Môi
trƣờng Việt Nam cho thấy: pH trong khoảng 7-9, giá trị COD tại ô chôn lấp cao:
9.225-22.780 mg/l (mùa khô), 2.152 – 6.245 mg/l (mùa mƣa); tỷ lệ BOD/COD
19
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
thấp; nồng độ nitơ rất cao (mùa khô: 1.586 – 2/151 mg/l, mùa mƣa: 485 – 875 mg/l
tại ô chôn lấp.
Chẳng hạn, kết quả khảo sát nƣớc rác tại Bãi chôn lấp Gò Cát, bắt đầu hoạt
động từ cuối tháng 1/2002, trong khoảng thời gian từ khoảng tháng 5/2002 đến
tháng 9/2002, trình bày tại bảng 1.7, cho thấy cƣờng độ ô nhiễm hữu cơ của nƣớc
rác vào mùa mƣa thấp hơn mùa khô đến ~40%, mặc dù tỷ lệ BOD/COD không dao
động nhiều. Trong quá trình phân hủy kỵ khí, kéo dài trong vòng hơn 5 tháng,
cƣờng độ ô nhiễm hữu cơ giảm từ ~39.500 mg/l xuống chỉ còn ~1.500 mg/l. Kèm
theo đó, pH cũng tăng nhanh và hàm lƣợng một số nguyên tố nhƣ Ca, Fe giảm rất
mạnh. Với thời gian, hàm lƣợng NH4-N trong nƣớc rác tăng lên rất đáng kể.
Bảng 1. 6. Thành phần nƣớc rỉ rác tại Bãi chôn lấp Gò Cát ở các mùa khác nhau
TT Chỉ tiêu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
22
Đơn vị
Nƣớc rỉ rác
Mùa khô
4,8 – 6,2
7.300 – 12.200
pH
TDS
mg/l
Độ cứng
mgCaCO3/l
5.833 – 9.667
tổng
SS
mg/l
1.760 – 4.311
COD
mgO2/l
39.614 – 59.750
VFA
mg/l
21.878 – 25.182
BOD
mgO2/l
30.000 – 48.000
Tổng P
mg/l
55,8 – 89,6
Tổng N
mg/l
974 – 1.165
2SO4
mg/l
1.400 – 1.590
Cl
mg/l
3.960 – 4.100
2+
Ca
mg/l
1.670 – 2.739
Mg2+
mg/l
404 – 687
Fe tổng
mg/l
204 – 208
(Nguồn: NTViệt, 2002)
Nƣớc rỉ rác
Mùa mƣa
6,50 – 6,92
5.011 – 6.420
Nƣớc rỉ rác
Rác cũ
7,81 – 7,89
6.040 – 9.145
1.840 – 4.250
1.260 – 1.720
896 – 1.320
6.621 – 31.950
2.822
4.554 – 25.130
13,3
484.4
1.075
465
165
46,8
235
1.186 – 1.436
26
200
6,4 – 10,1
918,6
14
2.450 – 2.697
60 – 80
297 – 381
4,5
Ngoài ra trong cả mùa khô và mùa mƣa nƣớc rác còn chứa nhiều kim loại
hòa tan và chất hữu cơ độc hại nhƣ thuốc bảo vệ thực vật, PCBs…do trong rác thải
sinh hoạt đƣợc chôn lấp có chứa nhiều phế thải hàng công nghiệp dùng trong sinh
20
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
hoạt nhƣ các loại: Ác qui gia dụng, pin tiểu; Các dụng cụ chiếu sáng dùng điện;
Sơn; Cặp nhiệt độ y tế; Các sản phẩm điện tử; Các chất tạo màu (pigments) …
Việc tổng hợp và đặc trƣng thành phần nƣớc rác là rất khó vì có nhiều yếu tố
khác nhau tác động lên sự hình thành nƣớc rò rỉ. Nên tính chất của nó chỉ có thể xác
định trong một khoảng giá trị nhất định và đƣợc cho trong bảng 1.7
Bảng 1. 7. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nƣớc rác củacác bãi
chôn lấp mới và lâu năm
TT
Thành phần
Giá trị, mg/l
Bãi mới (dƣới 2 năm)
Khoảng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Trung bình
BOD5
2.000-55.000
10.000
TOC
1.500-20.000
6.000
COD
3.000-90.000
18.000
Chất rắn hòa tan
10.000-55.000
10.000
Tổng chất rắn lơ lửng
200-2.000
500
Nitơ hữu cơ
10-800
200
Amoniac
10-800
200
Nitrat
5-40
25
Tổng lƣợng photpho
5-100
30
Độ kiềm theo CaCO3
1.000-20.900
3.000
pH
4,5-7,5
6
Canxi
50-7.200
1.000
Magie
50-1.500
250
Clorua
200-5.000
500
Sunphat
50-1.825
300
Tổng sắt
50-5.000
60
[Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và Bảo vệ môi trường]
Bãi lâu năm
(Trên 10
năm)
100-200
80-160
100-500
1.200
100-400
80-120
20-40
5-10
5-10
200-1.000
6,6-9
100-400
50-200
100-400
20-50
20-200
Nhƣ vậy, mặc dù thông thƣờng theo các đặc trƣng hóa lý nƣớc rác đƣợc phân
chia làm hai loại: nƣớc rác non (2 – 3 năm sau khi bãi chôn lấp đi vào hoạt động) và
nƣớc rác già (từ năm thứ 4 – 5 trở đi), có thể nhận thấy bản thân nƣớc rác non cũng
chia làm hai loại khác nhau: trong giai đoạn 3 – 6 tháng đầu, nƣớc rác non mang
tính axit, với hàm lƣợng Ca2+, SO42-, COD, BOD, các kim loại nặng đều từ cao đến
rất cao, pH và NH4-N tƣơng đối thấp. Giai đoạn tiếp theo, hàm lƣợng các ion tự do
21
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
giảm nhiều, pH trở nên trung tính, NH4-N bắt đầu tăng dần, nhƣng COD và BOD
vẫn còn rất cao, trong khi tỷ lên COD/BOD dao động trong khoảng 3 – 4. Ngay cả
nƣớc rác già vẫn có COD và BOD khá cao, nên vẫn có thể áp dụng công nghệ sinh
học, đặc biệt là các quá trình phân hủy kỵ khí nhƣ một công đoạn quan trọng hệ
thống xử lý.
1.2. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC RÁC ĐANG ĐƢỢC ÁP
DỤNG
1.2.1. Một số công nghệ xử lý nƣớc rác đã đƣợc áp dụng ở trên Thế giới
1) Qui trình xử lý nước rác tại Bãi chôn lấp Koumyoji – thành phố
Ichinomiya – Nhật Bản
Hệ thống xử lý đƣợc thiết kế cho lƣu lƣợng nƣớc rác 100 m3/ngày, hàm
lƣợng các chất ô nhiễm BOD = 250 mg/l.
Thuyết minh công nghệ:
Nƣớc rác đƣợc xử lý theo qui trình các bƣớc:
- Xử lý hóa lý: sử dụng tinh thể Canxi
- Xử lý sinh học: kết hợp quá trình xử lý hiếu khí và khử nitơ
- Xử lý bậc cao: xử lý màng kết hợp hấp phụ bằng cacbon hoạt tính.
Nƣớc rác
Bể điều
hòa
Bể phản
ứng Ca
Bể trung
hòa
CaCO3
Nƣớc
sau xử
lý
Khử
trùng
Bể điều
hòa
Hấp phụ
Cacbon
Bể xử lý
BOD
Bể Nitrat
hóa
Bể hiếu
khí
Bể khử
Nitơ
Thải bỏ
Xử lý bằng
màng
Bùn
Ép
Thải bỏ
Hình 1. 3. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rác tại Bãi chôn lấp Koumyoji –
thành phố Ichinomiya – Nhật Bản
2) Qui trình xử lý nước rác tại URM – Nova Scotia – Canada:
22
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
- Hệ thống xử lý đƣợc thiết kế cho lƣu lƣợng nƣớc rác 140 m3/ngày, hàm
lƣợng các chất ô nhiễm COD = 30.000 mg/l; BOD = 25.000 mg/l.
Nƣớc rác
Bể cân bằng
NaOH
Bể phản ứng Ca
HCl
Bể điều chỉnh pH
Bùn
Máy ép bùn
Bể yếm khí
Tuần hoàn
Cấp O2
Hồ hiếu khí 1
Hồ hiếu khí 2
Bùn
Hồ lắng
Bãi lọc tự nhiên
Hình 1. 4. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rác tại URM – Nova Scotia – Canada
Thuyết minh công nghệ:
- Nƣớc rác sau khi thu gom đƣợc bơm qua bể cân bằng để điều hòa lƣu lƣợng
và nồng độ. Sau đó đƣợc điều chỉnh tới pH = 9,5 bằng NaOH để kết tủa các kim
loại nặng và giảm các chất rắn hòa tan trong nƣớc thải. Bùn thải thu đƣợc từ quá
trình này đƣợc đƣa qua máy ép bùn. Tiếp đó sử dụng HCl để điều chỉnh pH thích
hợp trƣớc khi đƣa nƣớc thải qua bể xử lý yếm khí. Nƣớc thải đƣợc tiếp tục qua hồ
hiếu khí 1, tại đây có sử dụng máy thổi khí để cấp oxi, để oxi hóa các chất hữu cơ
có trong nƣớc thải. Hồ hiếu khí 2 có kết hợp quá trình lắng bùn, lƣợng bùn một
phần đƣợc tuần hoàn. Sau đó nƣớc đƣợc đƣa qua hồ lắng để loại bỏ các chất rắn, rồi
cuối cùng đi vào bãi lọc tự nhiên. Bãi lọc này chia 2 ngăn, một là ao nƣớc, một sử
23
Nghiên cứu công nghệ tích hợp hóa lý – sinh học trên cơ sở mô hình, ứng dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác
dụng cây thực vật để xử lý các chất hữu cơ còn lại, đồng thời khử nitơ, photpho có
trong nƣớc thải. Tổng diện tích của bãi lọc lên tới 5,5 ha.
3) Hệ thống xử lý nước rác của hai BCL rác sinh hoạt ở Mỹ
NaOH
Bể điều hòa
kết hợp tách
ammonia
Bể lọc
Nước
Nước rác
rác
Polyme và
chất keo tụ
Vôi
cát
H2SO4
H3PO4
Bể
Bể
Bể
Bể
trộn
tạo bông
Lắng
Trung hòa
Bùn thải
Xả ra
Bể tiếp
xúc
chlorine
Bể
Than
hoạt tính
SBR
lọc
Bùn
thải
Nước
tách
bùn
Bùn thải
Lọc
vào BCL
ép
Bể lưu
bùn
Bể nén
bùn
Hình 1. 5. Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA)
Công nghệ xử lý ở BCL 1 bao gồm kết tủa hydroxyde, xử lý sinh học (tháp
sinh học kị khí và hiếu khí) và cuối cùng xử lý bằng lọc nhiều lớp.. Xử lý sinh học
đƣợc sử dụng ở đây chủ yếu để khử NH4+-N (99%) và COD (91%). Hàm lƣợng
COD và NH4+-N còn lại trƣớc khi xả ra sông là 159 mg COD/l và 1,2 mg NH4+-N.
Các hàm lƣợng chất hữu cơ độc và kim loại nặng giảm đáng kể.
Hệ thống xử lý ở BCL 2 gồm bể keo tụ vôi, sinh học từng mẻ (SBR), lọc cát,
cột than hoạt tính và tiếp xúc chlorine.
Bể bơm
NT
Nước
Nước rác
rác
Vôi
HCl yếu
H3PO4
Polyme
Bể
Bể
Bể
Bể
Bể
điều hòa
trộn
tạo bông
Lắng
Trung hòa
Bùn thải
FeCl3, NaOCl,
HCl
Bể chứa
Bể
Bể
Bể
sau lắng
Lắng 2
tạo bông
trộn
Tháp lọc
hiếu khí
Tháp
lọc kị
khí
Gia nhiệt
Bùn thải
Xả ra
Bùn thải vào
BCL
Bùn
thải
Bể
Lọc
Lọc
ép
Nước tách bùn
NaOH
Bể nén
bùn
Nước rửa lọc
Hình 1. 6. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 2 (USEPA)
24
