nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ swim bed với giá thể bio fringe quy mô phòng thí nghiệm

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................................ iv
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 6
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 6

1.2.

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................. 7

1.2.1.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 7

1.2.2.

Mục đích nghiên cứu ............................................................................................ 7

1.2.3.

Những nội dung cần nghiên cứu ........................................................................... 7

1.3.

PHẠM VI , ĐỐI TƢỢNG – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI .............................................. 8

1.3.1.

Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 8

1.3.2.

Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................... 8

1.3.3.

Giới hạn đề tài ...................................................................................................... 8

1.4.

MÔ HÌNH THỰC HIỆN ............................................................................................. 8

1.4.1.

Mô hình tổng quan ................................................................................................ 8

1.4.2.

Kích thƣớc cấu tạo của mô hình ........................................................................... 9

1.5.

Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI ................................................................. 10

1.5.1.

Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................ 10

1.5.2.

Tính mới của đề tài ............................................................................................. 10

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN .................................................................................................. 11
2.1. SƠ LƢỢC VỀ NƢỚC RỈ RÁC .................................................................................... 11
2.1.1. Nguồn gốc nƣớc rỉ rác ............................................................................................. 11
2.1.2. Thành phần và tính chất nƣớc rỉ rác ........................................................................ 12
2.1.3. Ảnh hƣởng của nƣớc rỉ rác đến con ngƣời và môi trƣờng ...................................... 13
2.1.4. Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc rác ..................................................................... 14
2.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SWIM-BED ............................................................ 15
2.2.1. Sơ lƣợc về công nghệ Swim – bed ......................................................................... 15
2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động .............................................................................. 16
2.2.3. Ƣu điểm vật tiếp xúc Bio-fringe của công nghệ Swim-bed .................................... 16
2.2.4. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .................................................................. 16
2.3. TỔNG QUAN VỀ TRẠM ÉP RÁC KÍN TÂN BÌNH .................................................. 18
2.3.1. Nguồn gốc phát sinh, thành phần tính chất nƣớc thải ............................................. 18
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
i


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

2.3.2. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải của trạm ép rác kín .............................. 19
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................. 20

3.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 20
3.1.1. Nƣớc thải ................................................................................................................. 20
3.1.2. Giá thể ..................................................................................................................... 20
3.1.3. Bùn sử dụng trong nghiên cứu ................................................................................ 21
3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 21
3.3. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU THỰC TẾ .......................................................................... 22
3.3.1. Cấu tạo của mô hình ................................................................................................ 22
3.3.2. Các thiết bị kèm theo ............................................................................................... 23
3.4. LẤY MẪU PHÂN TÍCH ............................................................................................... 24
3.4.1. Phƣơng pháp xử lý số liệu ...................................................................................... 25
3.4.2. Quá trình thích nghi và vận hành ............................................................................ 25
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................ 27
4.1. pH................................................................................................................................... 28
4.2. HIỆU QUẢ XỬ LÝ COD ............................................................................................. 29
4.3. HIỆU QUẢ XỬ LÝ BOD5 ............................................................................................ 32
4.4. HIỆU QUẢ XỬ LÝ ĐỘ MÀU ...................................................................................... 34
4.5. HIỆU QUẢ XỬ LÝ TSS ............................................................................................... 36
4.6. HIỆU QUẢ XỬ LÝ T-N ............................................................................................... 37
4.7. HIỆU QUẢ XỬ LÝ T-P ................................................................................................ 39
4.8. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SINH KHỐI TẠO THÀNH. ................................................. 41
4.9. ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC BẰNG CÔNG NGHỆ
SWIM-BED. ......................................................................................................................... 42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 45
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 45
KIẾN NGHỊ ............................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 47
PHẦN PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 49
Phụ lục A: Số liệu thí nghiệm ............................................................................................... 50
Phụ lục B: Những hình ảnh trong quá trình vận hành .......................................................... 56

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
ii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu tạo chi tiết mô hình Swim-bed ............................................................... 10
Hình 2.1. Mặt cắt của sợi sinh học ................................................................................15
Hình 2.2. Cấu tạo chi tiết vật liệu tiếp xúc Bio-fringe ..................................................16
Hình 3.1 Cấu trúc giá thể Bio-fringe. ............................................................................20
Hình 3.2 Mô hình thực tế nghiên cứu ............................................................................22
Hình 4.1. Đồ thị biến thiên pH của các tải trọng hữu cơ ...............................................29
Hình 4.2. Đồ thị biến thiên nồng độ COD và hiệu suất xử lý COD của các tải trọng
hữu cơ. ...........................................................................................................................31
Hình 4.3. Biểu đồ thể hiện chênh lệch nồng độ COD đầu vào và đầu ra, hiệu suất xử lý
của các tải trọng .............................................................................................................31
Hình 4.4. Đồ thị biến thiên nồng độ BOD5 và hiệu suất xử lý BOD5 của các tải trọng
hữu cơ. ...........................................................................................................................33
Hình 4.5. Biểu đồ thể hiện chênh lệch nồng độ BOD5 đầu vào và đầu ra, hiệu suất xử
lý của các tải trọng .........................................................................................................33
Hình 4.6. Đồ thị biến thiên độ màu và hiệu suất xử lý độ màu của các tải trọng hữu cơ.
.......................................................................................................................................35
Hình 4.7. Biểu đồ thể hiện chênh lệch nồng độ độ màu đầu vào và đầu ra, hiệu suất xử
lý của các tải trọng. ........................................................................................................35
Hình 4.8. Biểu đồ thể hiện chênh lệch TSS đầu vào và đầu ra, hiệu suất xử lý của các
tải trọng ..........................................................................................................................36
Hình 4.9. Đồ thị biến thiên nồng độ T-N và hiệu suất xử lý T-N của các tải trọng hữu

cơ ...................................................................................................................................38
Hình 4.10. Biểu đồ thể hiện chênh lệch nồng độ T-N đầu vào và đầu ra, hiệu suất xử lý
của các tải trọng .............................................................................................................38
Hình 4.11. Đồ thị biến thiên T-P và hiệu suất xử lý T-P của các tải trọng hữu cơ .....40
Hình 4.12. Biểu đồ thể hiện chênh lệch nồng độ T-P đầu vào và đầu ra, hiệu suất xử lý
của các tải trọng cơ ........................................................................................................40
Hình 4.13. Sinh khối tạo thành qua 3 tải cuối cùng ......................................................40
Hình 4.14. Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed. .....42

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
iii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Kích thƣớc cấu tạo của bể ................................................................................9
Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nƣớc rỉ rác.............................................................. 12
Bảng 3.1 Thành phần tính chất nƣớc rỉ rác ...................................................................20
Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của giá thể ..................................................................21
Bảng 3.3 Các thiết bị kèm theo của mô hình Swim-bed ...............................................23
Bảng 3.4 Các phƣơng pháp phân tích tính chất nƣớc thải.............................................24
Bảng 3.5 Bảng vận hành thí nghiệm mô hình Swim-bed với nƣớc rỉ rác .....................26
Bảng 4.1 Bảng giá trị các thông số chất hữu cơ và chất dinh dƣỡng trong quá trình vận
hành mô hình Swim-bed. ............................................................................................... 27
Bảng 4.2 Kết quả phân tích sinh khối tại cuối tải trọng 1.0 kgCOD/ m3.ngày, 1.2
kgCOD/ m3.ngày ...........................................................................................................41
Bảng 4.3 Ƣớc tính sơ bộ hiệu suất xử lý qua các công trình trong công nghệ xử lý ....43

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
iv


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

MLSS

Mixed Liquid Suspended Solid

Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn
hoạt tính

TSS

Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng

OLR

Organic Loading Rate

Tải trọng hữu cơ

SD

Standard Deviation

Độ lệch chuẩn

SRT

Sludge Retention Time

Thời gian lƣu bùn

T-N

Total Nitrogen

Tổng Nitơ

MBBR

Moving Bed Biofilm

Bể xử lý sinh học bằng giá thể

BF

BioFringe

Giá thể bơi

VS

Volatile Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi

UASB

Upflow anaerobic slugde blanket

Xử lý kỵ khí qua lớp cặn lơ lửng

T-P

Total phosphorus

Tổng phospho

BOD5

Biochemical Oxygen Demand 5
days

Nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
v


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cùng với sự phát triển kinh tế- xã hội, tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa,
hiện đại hóa, dẫn đến nhu cầu tiêu dùng ngày càng nhiều làm cho lƣợng rác thải sinh
ra ngày càng lớn. Kèm theo đó sự quan tâm và đầu tƣ chƣa đúng mức của các cơ quan
nhà nƣớc, các xí nghiệp, nhà máy…và ý thức bảo vệ môi trƣờng của đại bộ phận
ngƣời dân chƣa cao đã làm nãy sinh nhiều vấn đề môi trƣờng, một trong những vấn đề

môi trƣờng đang đƣợc quan tâm hiện nay tại Việt Nam là việc gia tăng lƣợng chất thải.
Lƣợng rác sinh hoạt gia tăng dẫn đến lƣợng nƣớc rỉ rác sinh ra ngày càng nhiều.
Nguyên nhân chính là nguồn kinh phí đầu tƣ thấp. Rác thải đƣợc xử lý chủ yếu bằng
phƣơng pháp chôn lấp, chỉ một phần đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp khác nhƣ tái chế,
đốt hoặc làm phân vi sinh, tuy nhiên các phƣơng pháp này cần phải có chi phí rất cao.
Phƣơng pháp chôn lấp có ƣu điểm là không tốn kém và là phƣơng pháp xử lý cuối
cùng của chất thải, đặc biệt phƣơng pháp này rất có lợi cho những nơi có diện tích đất
rộng, địa hình chôn lấp tốt. Chính vì vậy, tính khả thi của phƣơng pháp này ở nƣớc ta
rất cao. Tuy nhiên, nếu chôn lấp không vệ sinh thì nƣớc và khí sẽ rò rỉ và thoát ra bên
ngoài sẽ rất nguy hiểm cho môi trƣờng và con ngƣời. Ở Việt Nam, hầu hết các bãi
chôn lấp không hợp vệ sinh nên chúng đã ảnh hƣởng và gây ra nhiều vấn đề đối với
cuộc sống của dân cƣ và môi trƣờng khu vực xung quanh. Bên cạnh vấn đề ô nhiễm
nƣớc rác sinh ra từ các bãi chôn lấp, nƣớc rác phát sinh tại trạm trung chuyển cũng là
một vấn đề đang đƣợc quan tâm rất nhiều bởi mức độ gây ô nhiễm cao: COD rất cao
lên đến 75000 mg/l, pH lại rất thấp dao động khoảng 4.3 – 5.4, SS lên đến 3500 mg/L,
hàm lƣợng Nitơ cũng rất cao dao động từ 1500 – 2300 mg/L. Nƣớc có mùi hôi, chua
nồng. Vì thế ô nhiễm bởi nƣớc rác từ lâu đã là vấn đề nan giải, đƣợc sự quan tâm của
toàn xã hội.
Ô nhiễm nƣớc rác đang là vấn đề bức xúc, cần đƣợc giải quyết ngay tại bãi
chôn lấp và các trạm trung chuyển. Hiện nay, phần lớn nƣớc rác tại các trạm trung
truyển đều thải trực tiếp vào hệ thống thoát nƣớc chung của thành phố, gây tác hại trực
tiếp đến môi trƣờng sống, ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời, gây ô nhiễm cho các
nguồn tiếp nhận. Tại một số trạm trung chuyển khác, nƣớc rác đƣợc chuyên chở đến
các bãi chôn lấp, với tổng chi phí vận chuyển và xử lý khá cao. Trƣớc thực trạng trên,
việc nghiên cứu công nghệ Swim-bed xử lý nƣớc rác tại bãi chôn lấp và trạm trung
chuyển là hết sức cần thiết.
Công nghệ Swim-Bed là một trong những công nghệ mới đƣợc ứng dụng trong
xử lý nƣớc thải, trƣớc đây đã có nhiều công trình nghiên cứu cho xử lý nƣớc thải cao
su, nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải chăn nuôi. Kenji Furukawa và cộng sự thuộc trƣờng
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên

GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
6


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

Đại học Tổng hợp Kumamoto đã nghiên cứu công nghệ mới xử lý nƣớc thải bằng
phƣơng pháp sinh học kết hợp giữa bể phản ứng giá thể cố định và bể phản ứng tầng
sôi gọi là công nghệ Swim-bed. Theo nghiên cứu của Kenji Furukawa và cộng sự công
nghệ Swim-bed có hiệu quả xử lý có thể đạt 80%COD ở tải trọng thể tích cao đến 12
kg/m3ngày với thời gian lƣu nƣớc ngắn, do đó sẽ có tính khả thi khi áp dụng để xử lý
nƣớc rỉ rác.
Trên thế giới hiện nay cũng đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ Swim-bed sử
dụng giá thể Bio-Fringe để xử lý nƣớc rỉ rác điển hình nhƣ công trình nghiên cứu của
Hamidi Abul Aziz và cộng sự, 2011. Nghiên cứu này cho thấy hiệu suất xử lý COD,
BOD5, TKN, nitrit, nitrat, phosphate, colour và SS khi sử dụng công nghệ Swim-bed
kết hợp với giá thể Bio-fringe lần lƣợt là 82.6, 90.7, 21.8, 53.2, 36.4, 52.4, 86.25, 63.2,
3.5%. Tuy nhiên không thể áp dụng số liệu đã nghiên cứu ở nƣớc ngoài cho nƣớc ta vì
thành phần tính chất nƣớc rỉ rác ở mỗi nƣớc khá khác nhau. Nguyên nhân chủ yếu gây
ra sự khác biệt này đó là nƣớc ta chƣa thực hiện đƣợc hình thức phân loại rác đầu
nguồn nhƣ ở các nƣớc phát triển nên thành phần nƣớc rỉ rác khá là phức tạp.
Trên những cơ sở đó đề tài này sẽ nghiên cứu thử nghiệm việc xử lý nƣớc rỉ rác
theo công nghệ Swim-bed với mô hình thử nghiệm đặt trong phòng thí nghiệm là bể
thiếu khí kết hợp cánh khuấy và bể hiếu khí có giá thể nhúng chìm theo kiểu Swimbed.
1.2.

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đánh giá hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và dinh dƣỡng thông qua các chỉ tiêu
COD, BOD5, Độ màu, T-N, T-P, TSS trong nƣớc rỉ rác theo công nghệ Swim-bed với
thiết kế bể thiếu khí kết hợp cánh khuấy và bể hiếu khí có giá thể nhúng chìm.
1.2.2.

Mục đích nghiên cứu

Áp dụng công nghệ Swim-bed xử lý nƣớc rỉ rác thay thế cho công nghệ hiện
hành nâng cao hiệu quả xử lý.
1.2.3.

Những nội dung cần nghiên cứu

+ Lắp đặt mô hình Swim – bed và vận hành thích nghi ở các tải trọng hữu cơ 0.3
kgCOD/m3.ngày.
+ Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý pH, độ màu, COD, BOD5, T-N, T-P, TSS
của nƣớc rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed hiếu khí giá thể Bio-Fringe với các
tải trọng hữu cơ 0.5, 0.7, 1.0, 1.2 kgCOD/m3.ngày.
+ So sánh kết quả với QCVN 25:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
nƣớc thải của bãi chôn lấp chất thải rắn.
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

+ Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác áp dụng công nghệ Swim-bed.
PHẠM VI , ĐỐI TƢỢNG – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

1.3.1. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu mô hình sinh học sử dụng công nghệ Swim – bed quy mô phòng thí
nghiệm xử lý nƣớc rỉ rác.
- Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5, T-N, T-P, TSS, Độ màu, của
nƣớc rỉ rác với 5 tải trọng hữu cơ 0.3, 0.5, 0.7, 1.0 và 1.2 kgCOD/m3.ngày.
1.3.2. Đối tƣợng nghiên cứu
- Nƣớc thải sử dụng trong nghiên cứu là nƣớc thải thực đƣợc lấy từ trạm ép rác
kín Tân Bình trên đƣờng Phạm Văn Bạch.
- Giá thể: Bio-fringe đƣợc sản xuất tại Nhật.
- Bùn hoạt tính đƣợc lấy từ bể hiếu khí của nhà máy bia Heniken.
- Mô hình bể thiếu khí kết hợp cánh khuấy và bể hiếu khí có giá thể nhúng chìm
theo kiểu Swim-bed, có thể tích 14.6 lít đƣợc thiết kế ở quy mô phòng thí
nghiệm.
1.3.3. Giới hạn đề tài
Thành phần tính chất nƣớc rỉ rác vốn đƣợc quan tâm rất nhiều vì chúng có chứa
nhiều chất hữu cơ và dinh dƣỡng và đặc biệt là kim loại nặng và các chất độc hại. Vì
vấn đề kinh phí nên đề tài còn nhiều giới hạn khi không thể nghiên cứu đƣợc việc xử
lý các chất kim loại nặng, các chất độc hại có và đang tồn tại trong nƣớc rỉ rác. Và việc
nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc thử nghiệm hiệu quả xử lý vì công nghệ Swim-bed đối
với Việt Nam còn khá mới mẻ chƣa đƣợc áp dụng rộng rãi.
1.4. MÔ HÌNH THỰC HIỆN
1.3.

Vì thành phần tính chất nƣớc rỉ rác có hàm lƣợng các chất hữu cơ và dinh
dƣỡng cao nên để loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm thì mô hình nghiên cứu sẽ đƣợc
đề xuất và thiết kế nhƣ sau:
1.4.1.

Mô hình tổng quan

MÔ HÌNH SWIM-BED
Nƣớc thải
đầu vào

Ngăn thiếu
khí ( kết hợp
cánh khuấy)

Ngăn hiếu
khí ( giá thể
bio-fringe)

Ngăn
lắng

Nƣớc sau
xử lý

Tuần hoàn nƣớc
Tuần hoàn bùn
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
8


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

Thuyết minh sơ đồ mô hình nghiên cứu
Nƣớc rỉ rác đầu vào đƣợc lấy sau bể lắng tại điểm trung chuyển rác đem về

nồng độ chất hữu cơ rất cao khoảng từ 6200 – 22500 mg/L. Nƣớc rỉ rác sẽ đƣợc đem
pha với nồng độ chất hữu cơ thích hợp khoảng 600-1000 mg/L cho vào thùng chứa
nƣớc thải đầu vào của mô hình. Sau đó dùng bơm đƣa nƣớc thải vào ngăn thiếu khí
của mô hình Swim-bed, bên trong có đặt cánh khuấy chìm. Cánh khuấy chìm đƣợc
chỉnh với tốc độ phù hợp có chức năng khuấy trộn dòng nƣớc tạo ra môi trƣờng thiếu
oxy cho hệ sinh vật thiếu khí phát triển. Tại đây sẽ diễn ra quá trình khử nitrat hóa và
photphorit để xử lý N, P. Nƣớc thải sau khi đi qua bể thiếu khí sẽ đến bể hiếu khí có
đặt giá thể Bio-Fringe và hệ thống sục khí mạnh đƣợc đặt ở phía dƣới đáy ngăn hiếu
khí. Vị trí đặt hệ thống sục khí sẽ giúp cho bùn xáo trộn điều khắp ngăn hiếu khí mà
không bị tụ lại 1 chỗ, cung cấp đủ khí oxy cho vi sinh phát triển và giá thể bio-fringe
đƣợc chuyển động trong nƣớc làm tăng khả năng tiếp xúc của nƣớc thải với giá thể.
Tại bể hiếu khí có giá thể bio-fringe sẽ làm phân hủy và chuyển hóa chất hữu cơ trong
nƣớc thải. Do đặc tính nƣớc rỉ rác có chứa nhiều chất dinh dƣỡng chủ yếu là thành
phần các hợp chất nitơ, nên một phần nƣớc ở bể hiếu khí đƣợc tuần hoàn về bể thiếu
khí để xử lý các hợp chất nitơ một cách tối đa. Nƣớc thải sau khi qua bể hiếu khí sẽ
chảy qua bể lắng, tại đây bùn lắng sẽ đƣợc tuần hoàn về bể thiếu khí để bổ sung lƣợng
vi sinh cần thiết cho quá trình xử lý nƣớc. Sau đó nƣớc sau xử lý sẽ đƣợc dẫn vào
thùng chứa nƣớc sạch của mô hình nghiên cứu.
1.4.2.

Kích thƣớc cấu tạo của mô hình
Tên

Bảng 1.1 Kích thƣớc cấu tạo của bể
Kích thƣớc
Đơn vị

Chiều cao bể

418

mm

Chiều dài bể

438

mm

Chiều rộng bể

140

mm

Chiều dài ngăn thiếu khí

100

mm

Chiều dài ngăn hiếu khí

208

mm

Chiều dài ngăn lắng

110

mm

Chiều cao giá thể

305

mm

Chiều cao bảo vệ

40

mm

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
9


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

Hình 1.1 Cấu tạo chi tiết mô hình Swim-bed.
1.5. Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Ý nghĩa thực tiễn
Công nghệ Swim-bed là sự kết hợp quá trình sinh trƣởng lơ lững và quá trình
sinh trƣởng dính bám. Điều này giúp nâng cao nồng độ và hoạt tính của sinh khối. Từ
đó tăng tốc độ phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh vật, nâng cao hiệu quả xử lý. Với
công nghệ Swim-bed các thành phần gây ra ô nhiễm trong nƣớc rỉ rác đƣợc xử lý

tƣơng đối triệt để nâng cao hiệu quả xử lý có thể đảm bảo nƣớc sau khi xử lý đạt tiêu
chuẩn về mặt môi trƣờng. Ngoài ra, công nghệ này có lƣợng bùn sinh ra thấp, thể tích
công trình nhỏ, tiết kiệm diện tích và dễ dàng cho việc nâng cấp và nâng cao tải trọng
xử lý.
1.5.2.

Tính mới của đề tài

Hiện nay việc xử lý nƣớc rỉ rác tại các bãi chôn lấp và nƣớc ép rác tại các trạm
trung chuyển chƣa đƣợc thật sự quan tâm và chƣa có hệ thống xử lý hoặc có thì cũng
còn nhiều hạn chế và hiệu quả xử lý không cao. Công nghệ Swim-bed với giá thể
nhúng chìm cho phép tập trung nồng độ sinh khối cao do đó sẽ thích hợp cho việc xử
lý nƣớc thải có nồng độ chất hữu cơ và dinh dƣỡng cao nhƣ nƣớc rỉ rác. Vì vậy việc
ứng dụng công nghệ mới Swim-bed vào hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác là hết sức cần thiết.
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
10


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. SƠ LƢỢC VỀ NƢỚC RỈ RÁC [6]
Hàm lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc rác mới (tƣơi) cao hơn rất nhiều so với
nƣớc rác đã chôn lấp lâu năm. Tỷ lệ BOD5/COD trong khoảng 0.4-0.6 đối với nƣớc
rác tƣơi; 0.005 - 0.2 đối với nƣớc rác cũ., ở thời điểm này thành phần hữu cơ trong
nƣớc rác chủ yếu là axit humic và axit fulvic, đây là những chất hữu cơ khó phân hủy
sinh học.
Rác chôn lấp hầu nhƣ chƣa đƣợc phân loại tại nguồn nên thành phần khá phức tạp,

hàm lƣợng ô nhiễm hữu cơ cao đến rất cao, đặc biệt đối với nƣớc rác tƣơi.
Nhìn chung, nƣớc rác ở nƣớc 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 trạm trung chuyển cũng nhƣ
bãi chôn lấp gặp rất nhiều khó khăn.
2.1.1. Nguồn gốc nƣớc rỉ rác
Nguồn gốc nƣớc rỉ rác thƣờng xuất phát chủ yếu từ 2 nguồn đó là tại các trạm
trung chuyển và tại các bãi chôn lấp. Tại các trạm trung chuyển thành phần tính chất
nƣớc rỉ rác thƣờng có chất hữu cơ và dinh dƣỡng cao giống nhƣ nƣớc rỉ rác của các bãi
rác mới dƣới 10 năm. Các bãi rác 10 năm trở lên thì có nồng độ chất hữu cơ thấp khó
phân hủy và chứa nhiều kim loại nặng và chất độc rất khó xử lý.
Nƣớc rỉ rác đƣợc hình thành trong trạm trung chuyển là nƣớc ép từ các chất thải
rắn đô thị đƣợc thu gom về vì vậy thành phần tính chất chất thải rắn đô thị. Cụ thể là
chất thải rắn sinh hoạt là yếu tố rất quan trọng ảnh hƣởng đến thành phần và tính chất
nƣớc ép rác tại trạm trung chuyển.
Nƣớc rỉ rác đƣợc hình thành khi nƣớc thấm vào ô chôn lấp. Nƣớc có thể thấm vào
rác theo một số cách sau đây:






Nƣớc sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp.
Mực nƣớc ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác.
Nƣớc có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác.
Nƣớc từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống các ô chôn rác.
Nƣớc mƣa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác trƣớc khi đƣợc phủ đất và trƣớc
khi ô rác đóng lại.
 Nƣớc mƣa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác sau khi ô rác đầy (ô rác đƣợc
đóng lại).

 Tuy nhiên, nƣớc rỉ rác tại các bô rác chủ yếu đƣợc hình thành do hai nguồn
chính là độ ẩm của rác và quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ tạo
ra nƣớc.
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
11


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

2.1.2. Thành phần và tính chất nƣớc rỉ rác
Nƣớc rỉ rác tại các bô rác có thành phần phức tạp, khả năng gây ô nhiễm cao:
 Chất hữu cơ: Chất có phân tử lƣợng lớn (acid humic, acid fulvic,…), các hợp
chất hữu cơ (phospho hữu cơ, 1.4 - dioxan, bisphenol…).
 Chất vô cơ: Các hợp chất của nitơ, photpho và lƣu huỳnh. Nhƣng chủ yếu là
nitơ và photpho vì chúng gây hiện tƣợng phú dƣỡng hóa.
Nƣớc rò rỉ từ bãi rác có mùi hôi nồng nặc, mùi đen đậm. Các kết quả phân tích
cho thấy nƣớc rỉ rác bị ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh, chất rắn lơ lửng, nitơ và
phospho rất nặng, môi trƣờng nƣớc có dấu hiệu chứa kim loại nặng nhƣng chƣa ở
mức ô nhiễm.

Thành
phần

Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nƣớc rỉ rác[2]
QCVN 25:
QCVN 40:
Đơn
Bãi dƣới 02

Bãi trên 10
2009/BTNMT- 2011/BTNMT
vị
năm
năm
Cột B2
–Cột B

BOD5

mg/l

2.000 - 30000

100 - 200

50

-

COD

mg/l

3.000 - 60000

100 - 500

300

-

Nitơ hữu
cơ

mg/l

10 - 800

80 - 120

60

-

Ammonia mg/l

10 - 800

20 - 40

25

-

Nitrate

mg/l

5-40

5 - 10

-

-

Phospho
tổng

mg/l

5 - 100

5 - 10

-

6

Độ kiềm

mg/l

1.000 - 10.000

200 - 1.000

-

-

4.5 – 7.5

6.6 – 7.5

-

5.5-9

pH
Canxi

mg/l

50 - 1500

50 - 200

-

-

Clorua

mg/l

200 - 3000

100 - 400

-

1000

Tổng Fe

mg/l

50 - 1.200

20 - 200

-

5

Ở những bãi rác mới, nƣớc rỉ rác thƣờng có pH thấp, nồng độ BOD5, COD và
kim loại nặng cao. Còn ở những bãi rác lâu năm pH từ 6.5-7.5, nồng độ các chất ô
nhiễm thấp hơn đáng kể, nồng độ kim loại nặng giảm do phần lớn kim loại nặng tan
trong pH trung tính.
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
12


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

2.1.3. Ảnh hƣởng của nƣớc rỉ rác đến con ngƣời và môi trƣờng

Nƣớc rỉ rác nói chung có hàm lƣợng chất hữu cơ và dinh dƣỡng rất cao đặt biệt hơn
là có chứa kim loại nặng và nhiều chất độc hại. Vì vậy nếu trực tiếp xả ra môi trƣờng
hoặc không xử lý triệt để sẽ làm ảnh hƣởng rất lớn đên môi trƣờng và con ngƣời xung
quanh nhƣ:
-

-

-

-

Ô nhiễm hữu cơ sẽ dẫn đến sự suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc do vi
sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Sự cạn kiệt oxy hòa
tan sẽ gây tác hại nghiêm trọng đến tài nguyên thủy sinh.
Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hƣởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh
đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nƣớc và gây
bồi lắng nguồn nƣớc tiếp nhận. Đối với các tầng nƣớc ngầm, quá trình ngấm
của nƣớc rò rỉ từ các bãi rác có khả năng làm tăng hàm lƣợng các chất dinh
dƣỡng trong nƣớc ngầm nhƣ: NH4, NO3,…đặc biệt là NO2, có độc tính cao đối
với con ngƣời và động vật sử dụng nguồn nƣớc đó.
Quá trình lƣu giữ trong đất và ngấm qua những lớp đất bề mặt của nƣớc rò rỉ từ
bãi rác làm cho sự tăng trƣởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất
kém đi, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành chất dinh
dƣỡng cho cây trồng, trực tiếp làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm cho
đất bị thoái hóa, bạc màu.
Điều đáng quan tâm là lƣợng nƣớc rò rỉ có thể thấm xuyên qua đáy bãi rác và đi
vào nguồn nƣớc ngầm làm ô nhiễm lâu dài nguồn nƣớc này. Nƣớc rỉ rác cũng
chứa các hợp chất hữu cơ độc hại bao gồm các hydrocacbon aliphatic và vòng
thơm, các chất hữu cơ bị holagen hóa. Các hydrocacbon đa vòng thơm có tính

gây ung thƣ cũng đƣợc tìm thấy trong nƣớc rỉ rác, các chất này có thể gây đột
biến gen. Sự hòa tan các chất hydrocacbon bị clo hóa nhƣ DDT và PCB có thể
làm tăng khả năng tạo phức với các acid humic và acid filvic. Khi ngƣời dân sử
dụng các nguồn nƣớc cho sinh hoạt sẽ không tránh khỏi những ảnh hƣởng
nghiêm trọng đến sức khỏe.

Nhìn chung, với nồng độ chất hữu cơ cao (COD = 2000-30000 mg/l; BOD = 120025000 mg/l) và chứa nhiều chất độc hại, nƣớc rò rỉ có khả năng gây ô nhiễm cả ba môi
trƣờng nƣớc, đất và không khí, đặc biệt là gây ô nhiễm đến nguồn nƣớc ngầm.
Nhƣ thế, nƣớc rác với hàm lƣợng chất hữu cơ cao và các chất ô nhiễm khác sẽ là
một nguồn ô nhiễm tiềm năng và là nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng. Theo thống kê, bãi
rác quản lý không hợp vệ sinh có mối liên hệ đến 22 loại bệnh tật của con ngƣời (viêm
xoang, đau đầu...). Do hàm lƣợng chất hữu cơ cao, quá trình kị khí thƣờng xảy ra trong
các bãi rác, gây mùi hôi thối nặng nề và là nơi nhiều loài sinh vật gây bệnh cũng nhƣ
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

các loại động vật mang bệnh phát triển nhƣ chuột, bọ, gián, ruồi, muỗi... Bên cạnh đó
các bãi rác quản lý không hợp lý sẽ làm mất mỹ quan của thành phố và khu vực.
2.1.4. Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc rác [6]
a. Một số công nghệ xử lý nƣớc rác trên thế giới
Rác sinh hoạt ở các nƣớc phát triển đƣợc phân loại nghiêm ngặt tại nguồn nên
nƣớc rác có thành phần ô nhiễm không lớn và ít biến động. Nƣớc rác ít thành phần độc
hại gây kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật nên công nghệ sinh học đƣợc áp dụng
phổ biến trong xử lý nƣớc rác.
b. Công nghệ xử lý nƣớc rác ở Việt Nam

Tuần hoàn nƣớc rác và phân hủy vi sinh trong môi trƣờng sunphat đƣợc Tô Thị
Hải Yến và đồng nghiệp nghiên cứu nhằm tạo điều kiện phân hủy thành phần hƣu 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 bƣớc trong đó
có sự biến đổi giữa trạng thái oxy hóa 2+ và 3+ của ion sắt.
Công nghệ keo tụ-tạo phức-fenton-Perozon do tác giả Trần Mạnh Trí nghiên
cứu và áp dụng tại bãi chôn lấp Gò Cát để xử lý nƣớc rác sau UASB với COD =
5424mg/L. Hiệu quả xử lý COD đạt 97%. Công nghệ này chỉ xử lý đƣợc COD và độ
màu nhƣng chƣa xử lý đƣợc nitơ trong nƣớc rác.
Công nghệ UV/fenton đƣợc Trƣơng Quý Tùng và cộng sự nghiên cứu xử lý
nƣớc rác tại bãi Thủy Tiên – Huế. Công nghệ sử dụng đèn UV và H2O2 ở pH ~ 3 đã
loại đƣợc 71% COD và 90% độ màu sau 2 giờ. Nƣớc sau xử lý có tỷ lệ BOD5/COD
tăng từ 0,15 lên 0,46.
Công nghệ fenton 3 bậc đƣợc tác giả Nguyễn Văn Phƣớc và cộng sự nghiên
cứu. Với COD dòng vào 665mg/L cần bổ sung 750mg/L H2O2 và 3750mg/L phèn sắt.
Thời gian phản ứng 7 phút, hiệu quả xử lý COD đạt 87.5%.
Công nghệ Ozone đơn và Perozon đƣợc tác giả Hoàng Ngọc Minh nghiên cứu
xử lý nƣớc rác tƣơi 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; nƣớc rác cũ (trơ) xử lý đƣợc 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.
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
14

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

Nhìn chung các công nghệ xử lý nƣớc rác ở Việt Nam chủ yếu là công nghệ kết
hợp, tuy nhiên hiệu quả xử lý chƣa cao do chƣa loại bỏ đƣợc yếu tố kìm hãm. Các
phƣơng 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 lƣợng.
2.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SWIM-BED
2.2.1. Sơ lƣợc về công nghệ Swim – bed [4]
Công nghệ Swim-bed là một công nghệ mới đang đƣợc nghiên cứu và ứng dụng
trong những năm gần đây trên thế giới, đặc biệt là Nhật Bản. Công nghệ là sự kết hợp
những ƣu điểm của quá trình sinh trƣởng dính bám giá thể cố định và giá thể tầng sôi.
Nó loại bỏ sự giảm áp do hiện tƣợng đóng cặn và hiện tƣợng chảy rãnh nhƣ trong quá
trình sinh trƣởng dính bám giá thể cố định. Quá trình này có thể hoạt động mà không
phụ thuộc vào điều kiện thủy lực nhằm tránh hiện tƣợng lắng và hiện tƣợng nổi của vật
liệu dính bám hoặc yêu cầu song chắn hoặc thiết bị giữ lại vật liệu không cho chúng ra
ngoài nhƣ trong quá trình sinh trƣởng dính bám giá thể tầng sôi. Hình 2.1 đƣa ra một
mặt cắt tổng thể của vật liệu sau khi sinh khối đã bám dính. Vùng kị khí và vùng hiếu
khí tạo thành bề dày màng, hai vùng này tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa và khử
nitrat hóa xảy ra. Một số lƣợng bùn dính bám sẽ làm tăng thời gian lƣu bùn và khuyến
khích sự xuất hiện của động vật nguyên sinh và động vật đa bào. Ngoài hiệu quả cao
trong loại bỏ chất ô nhiễm thì việc giảm lƣợng bùn dƣ cũng đạt đƣợc bởi ứng dụng quá
trình này. Đặc tính của vật liệu BF (bio-fringe) là nhẹ, bền, bể phản ứng đƣợc thiết kế
với không gian nhỏ và hoạt động không phức tạp với giá thành thấp. Công nghệ này đã
đƣợc ứng dụng trong một số dự án xử lý nƣớc thải. Thêm vào đó, hiệu quả xử lý và
việc giảm lƣợng bùn dƣ làm cho công nghệ Swim-bed trở thành một công nghệ đầy
hứa hẹn cho xử lý nƣớc thải.
Bio-Fringe đƣợc làm từ các nguyên liệu dệt, các sợi dây treo có nguồn gốc từ
polyester, có thể căng mạnh ra và kết nối dễ dàng và không thấm nƣớc. Các sợi ngang
cấu tạo từ sợi acryl đặt biệt mà tính thấm nƣớc tốt nhất trong các loại sợi nhân tạo để

nó có thể giữ một lƣợng lớn bùn và nhô ra theo nhiều hƣớng khác nhau.

Hình 2.1. Mặt cắt của sợi sinh học.[4]
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
15


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
2.2.3. Ƣu điểm vật tiếp xúc Bio-fringe của công nghệ Swim-bed
Ƣu điểm vật liệu tiếp xúc Bio-fringe của công nghệ Swim-bed [12]
-

-

Ƣu điểm
Tăng khả năng bám dính 2-5 lần. Giảm thể tích. Không cần tăng thêm thể tích.
Giảm sản lƣợng bùn từ 1/5-1/10. Không cần khử nƣớc cho bùn.
Không cần các quá trình tiền xử lý phía trƣớc nhƣ keo tụ, tạo bông vì thời gian
lƣu bùn dài hơn.
Một hệ thống Bio-fringe vận hành ở nồng độ MLSS ≥ 20000mg/L và công suất
hệ thống có thể tăng hơn thậm chí khi vật liệu tiếp xúc Bio-fringe chỉ đƣợc lắp
đặt một phần. Từ đó, kích thƣớc của bùn bóc ra khỏi vật liệu Bio-fringe lớn hơn
so với hệ thống bình thƣờng.
Hệ thống Bio-fringe có thể vận hành lâu hơn với mức độ bảo dƣỡng thấp.

Ngoài ra, các sợi giá thể acrylic ƣa nƣớc có bề mặt xù xì, rỗ, điều này cho phép

một lƣợng lớn bùn bám dính trên nó. Và nhờ sự chuyển động của dòng nƣớc tạo ra
chuyển động “Swimming” làm tăng khả năng tiếp xúc của màng sinh học với cơ chất,
giúp quá trình xử lý đạt hiệu quả cao hơn.

Hình 2.2. Cấu tạo chi tiết vật liệu tiếp xúc Bio-fringe
2.2.4. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
Ngoài nƣớc
Hamidi Abudul Aziz, 2011 đã nghiên cứu công nghệ Swim-bed sử dụng Biofringe cho nƣớc rỉ rác. Nghiên cứu đánh giá so sánh hiệu suất xử lý chỉ tiêu COD,
BOD5, TKN, NH4, Nitrit, nitrat, phosphate, colour và SS của công nghệ Aerotank với
công nghệ Aerotank kết hợp với giá thể Bio-fringe. Hiệu xuất xử lý các chỉ tiêu COD,
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
16


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

BOD5, TKN, NH4-N, Nitrit, nitrat, phosphate, colour và SS của công nghệ kết hợp giá
thể Bio-fringe lần lƣợt là 82.6, 90.7, 21.8, 53.2, 36.4, 52.4, 86.25, 63.2 và 3.5%.
Joseph D.Rouse, 2004 đã nghiên cứu công nghệ Swim-bed sử dụng Bio-fringe
làm giá thể bám dính. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao với 80% COD đƣợc loại bỏ ở tải
trọng thể tích cao đến 12 kgCOD/m3.ngày với thời gian lƣu nƣớc là 3h, khả năng dính
bám là rất tốt với 133g sinh khối/m3giá thể.
Taichi Yamamoto, 2006 nghiên cứu về khả năng xử lý nitrat hóa bán phần của
bể phản ứng Swim-bed sử dụng Bio-fringe làm giá thể dính bám vi sinh vật trong quá
trình xử lý kỵ khí nƣớc thải chăn nuôi heo. Thành phần nitrat hóa bán phần là tƣơng
đối ổn định ở mức tải trọng nitơ 1.9kgCOD/m3.ngày mà không có bất kì hoạt động
kiểm soát nào, chỉ có một phần nhỏ nitrat đƣợc sinh ra trong toàn bộ thời gian hoạt
động và tỉ lệ ( N-NO2/(N-NO2; N-NO3) luôn luôn trên 95%.

Sen Qiao, Yuki 2008 nghiên cứu về quá trình nitrate hóa bán phần của bể
swim-bed có bùn kỵ khí thô (SB) và bể Swim-bed và có bùn hoạt tính (SBAS), đồng
thời so sánh đặc tính bùn của từng bể. Khả năng chuyển đổi ammonium thành nitrate
của từng bể tƣơng ứng là 52.3% và 40% đối với tải trọng nitơ là 3kgN/m3.ngày, với
hiệu quả này chứng minh tiềm năng ứng dụng tốt quá trình annamox để loại bỏ nitơ
của bể SB. Bùn trong bể SB có tính chất tốt hơn so với SBAS.
Yingjun Cheng và Kenji Furukawa nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải sinh
hoạt bằng công nghệ Swim-bed dùng Bio-fringe là giá thể sinh học với sự kết hợp của
2 quá trình lơ lững và dính bám, khả năng xử lý chất hữu cơ của bể Swim-bed là rất tốt
hiệu quả lên tới 80% với mức tải trọng hữu cơ lên tới 12 kgCOD/m3.ngày và thời gian
lƣu nhỏ hơn 3h cùng với khả năng dính bám là rất tốt với 133g sinh khối/m3 giá thể.
Yoshinobu Yamagiwa đã tổng hợp một số nghiên cứu về sự phát triển của
những phƣơng pháp loại bỏ nitơ mới bằng cách sử dụng non-woven và vải lông acrylic
làm giá thể dính bám của sinh khối. Các mô hình thí điểm nghiên cứu khả năng loại bỏ
nitơ trong nƣớc thải từ nhà máy sản xuất thuốc nhuộm đã đƣợc thực hiện. Quá trình
loại bỏ nitơ thông qua quá trình nitrate hóa và khử nitrate hóa sử dụng vải lông nhƣ giá
thể sinh học thiết lập. Quá trình Anammox, hiện thu hút nhiều sự chú ý nhƣ là một
hƣớng mới về việc chuyển nitơ, đã đƣợc nghiên cứu để đạt đƣợc tỷ lệ loại bỏ nitơ cao
hơn.
Trong nƣớc
Doãn Thu Hà, 2005 đã nghiên cứu công nghệ Swim-bed sử dụng giá thể sinh
học acryl-fiber(Bio-fringe) đã đƣợc tiến hành để khảo sát hiệu quả loại bỏ ammonium
của nó trong xử lý nƣớc ngầm ở Hà Nội. Trong nghiên cứu này sử dụng hai bể phản
ứng với số lƣợng khác nhau của Bio-fringe (sợi đơn và sợi đôi). Hiệu suất loại bỏ
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
17


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

ammonium là 95-100% ớ tải trọng theo thể tích lên tới 0.22 và 0.48 kgCOD/m3ngày
tƣơng ứng với thời gian lƣu nƣớc (HRT) ngắn là 3h và 1,3h tƣơng ứng cho các bể sợi
đơn và sợi đôi.
Nguyễn Lâm Phƣơng, 2012 đã nghiên cứu công nghệ Swim-bed để xử lý nƣớc
thải thủy sản ở mức tải trọng từ 0.5 – 3.0 kgCOD/m3.ngày. Thời gian lƣu nƣớc khoảng
6h ở tất cả các tải trọng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu quả loại bỏ COD cao nhất
đạt 94% ở tải trọng 1.0 kgCOD/m3.ngày và tải trọng nitơ 0.11 kgN/m3.ngày. Ở tải
trọng lớn nhất 3.0 kgCOD/m3.ngày ứng với tải trọng nitơ 0.14 kgN/m3.ngày thì hiệu
quả loại bỏ COD chỉ còn 88% và hiệu suất nitrat hóa cũng giảm chỉ còn 65%. Nồng độ
sinh khối tăng trong bể Swim-bed khi tải trọng 3.0 kgCOD/m3.ngày, nồng độ sinh khối
trong bể đạt 6324 mg/L.
Nguyễn Lễ, 2010 đã nghiên cứu công nghệ Swim-bed để khử COD và Nitrate
hóa nƣớc thải cao su. Kết quả cho thấy khả năng loại bỏ COD và nitrate hóa đạt đƣợc
hiệu quả cao. Ở tải trọng 1kgCOD/m3.ngày (tƣơng ứng với 0.17 kgTKN/m3.ngày) thì
hiệu quả loại bỏ COD đạt trên 90% và nitrate hóa đạt trên 56%. Tại tải trọng 2
kgCOD/m3.ngày (tƣơng ứng với 0.26kgTKN/m3.ngày) thì hiệu quả loại bỏ COD vẫn
đạt trên 90%, hiệu quả nitrate hóa vẫn ko thay đổi. Nồng độ sinh khối tăng khi tải
trọng tăng, nồng độ MLSS đo đƣợc 6750 mg/L tại tải trọng 2 kgCOD/m3.ngày.
2.3. TỔNG QUAN VỀ TRẠM ÉP RÁC KÍN TÂN BÌNH
2.3.1. Nguồn gốc phát sinh, thành phần tính chất nƣớc thải
- Vị trí trạm ép rác kín Tân Bình nằm ở 151A, Phạm Văn Bạch, Quận Tân
Bình, Thành phố Hồ Chí Minh.
- Nhiệm vụ của trạm là điểm tập trung thu gom rác, nén chặt rác với mục đích
làm giảm thể tích và vận chuyển rác thải về nơi xử lý chất thải rắn.
- Rác thải đƣợc đƣa về trạm ép rác kín Tân Bình chủ yếu là rác sinh hoạt và
một phần nhỏ là rác thải của các công ty nhỏ nằm trên địa bàn. Vì không
đƣợc phân loại đầu nguồn nên thành phần tính chất nƣớc rỉ rác khá phức tạp
và không ổn định theo ngày.

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
18


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

2.3.2. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải của trạm ép rác kín
Nƣớc ép rác

Bể lắng cát

PAC
Polymer

Bể keo tụ, tạo
bông
Bể lắng 1

PAC
Polymer

Bể keo tụ, tạo
bông

Bể nén bùn

Bể lắng 2

Clo

Bể khử trùng

Nƣớc đầu ra

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
19


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
3.1.1. Nƣớc thải
Nƣớc thải là nƣớc rỉ rác đầu vào đƣợc lấy ở sau bể lắng của Trạm ép rác kín Tân
Bình. Nƣớc rỉ rác sau khi đƣợc lấy về sẽ đƣợc pha loãng bằng công thƣc C1V1= C2V2
từ đó sẽ tính ra đƣợc thể tích nƣớc máy cần pha để đạt đƣợc nồng độ COD mong muốn
nằm trong khoảng 600 – 1000 mg/L.
Thông số

Bảng 3.1 Thành phần tính chất nƣớc rỉ rác
Đơn vị
Sau bể lắng
Cho vào mô hình

pH

-

4.3 - 5.5

4.5 - 6.5

COD

mg/L

6200 - 22500

600 - 1000

BOD5

mg/L

4100-16000

280 – 600

T-N

mg/L

600 -1200

15 - 30

T-P

mg/L

35-100

1.5 - 9

3.1.2. Giá thể
Mô hình nghiên cứu công nghệ Swim-bed sử dụng giá thể Bio-fringe. Swim
Bed Bio-Fringe là một loại vật liệu tiếp xúc đa năng hiệu quả cao. Giá thể cho phép
giữ một lƣợng lớn vi sinh bên trong và bên ngoài và không bao giờ bung tất cả các vi
sinh ra cùng một lúc. Giá thể Bio-fringe đƣợc thiết kế có bề mặt hiệu dụng lớn để lớp
màng Bio-fringe dính bám trên bề mặt của gía thể, tạo điều kiện tối ƣu cho hoạt động
của vi sinh vât khi những giá thể này lơ lửng trong nƣớc và tiếp xúc trực tiếp với chất
dinh dƣỡng. Từ đó giúp chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nƣớc thải. Giá thể Biofringe đƣợc làm từ sợi acrylic thấm nƣớc tốt, diện tích bề mặt lớn. Các sợi này đƣợc
dệt thành các sợi nhỏ sao đó kết lại theo dạng xƣơng cá làm tăng tính co giãn và chịu
lực. Cấu trúc xƣơng cá của Bio-fringe đƣợc chia làm 2 loại:
-

Sợi dọc đƣợc làm bằng các sợi Polyester.
Sợi ngang làm bằng Acrylic rất ƣu nƣớc.

Hình 3.1 Cấu trúc giá thể Bio-fringe.[4]
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
20

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của giá thể [14]
STT
Thông số kỹ thuật
Giá trị
1

Đƣờng kính lỗ rỗng

3 mm

2

Chiều dài

32 cm

3

Chiều rộng

10.5 cm

4

Chiều dày

0.3 cm

5

Tỷ lệ nén ép

37%

6

Độ rỗng

70% (điều kiện ƣớt)

7

Khối lƣợng riêng

0.995 g/cm3

8

Vật liệu

Polyester

9

Tổng số sợi

100 sợi

Do đó bùn dễ dàng dính bám vào và chủng loại vi sinh cũng tƣơng tự nhƣ
chủng loại vi sinh trong hệ thống xử lý hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng. Nhƣng khác ở
chỗ là lớp màng vi sinh bám dính trên giá thể Bio-fringe đƣợc phân thành hai vùng:
bên trong là vùng kị khí, bên ngoài là vùng hiếu khí. Nhờ thế mà quá trình nitrat hóa
và quá trình khử nitơ có thể xảy ra đồng thời.
3.1.3. Bùn sử dụng trong nghiên cứu
Do nƣớc rỉ rác ở trạm ép rác kín Tân Bình sử dụng phƣơng pháp xử lý hóa lý nên
không có bùn đặc trƣng cho nƣớc rỉ rác vì thế đã lấy bùn từ bể xử lý hiếu khí của nhà
máy bia Heniken.
3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-

-

Lắp đặt mô hình Swim-bed và vận hành thích nghi ở các tải trọng hữu cơ 0.3
kgCOD/m3.ngày.
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5, T-N, T-P, pH, độ màu, TSS
của nƣớc rỉ rác bằng công nghệ Swim- bed hiếu khí với các tải trọng hữu cơ
0.5, 0.7, 1.0, 1.2 kgCOD/m3.ngày.
So sánh kết quả với QCVN 25:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
nƣớc thải của bãi chôn lấp chất thải rắn.
Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác áp dụng cho công nghệ Swim-bed.

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
21


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

3.3. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU THỰC TẾ
3.3.1. Cấu tạo của mô hình
Mô hình Swim-bed đƣợc làm bằng tấm nhựa acrylic ghép lại với nhau, chia làm
3 ngăn chính:
-

-

-

Ngăn thiếu khí: trong ngăn thiếu khí sẽ đƣợc gắn cánh khuấy chìm với nồng độ
oxy thích hợp tạo ra môi trƣờng thiếu khí để xảy ra các quá trình sinh học khử
đi nitơ và photpho có trong nƣớc rỉ rác.
Ngăn hiếu khí: sẽ đƣợc nhúng chìm 2 thanh giá thể Swim-bed Bio-fringe và đây
cũng chính là nơi quá trình sinh trƣởng bám dính diễn ra và xử lý các chất hữu
cơ và một phần chất dinh dƣỡng. Dƣới đáy bể sẽ đặt 2 cục đá thổi khí có nhiệm
vụ cung cấp khí oxy cho vi sinh sinh trƣởng và phát triển đồng thời làm xáo
trộn bùn và làm các sợi giá thể chuyển động trong nƣớc tăng khả năng tiếp xúc
của giá thể và nƣớc thải.
Ngăn lắng: nhiệm vụ chính là lắng bùn và cặn trôi qua từ ngăn phản ứng.

Hình 3.2 Mô hình thực tế nghiên cứu.
SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
22


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

3.3.2. Các thiết bị kèm theo
Để mô hình vận hành theo các ý tƣởng và yêu cầu nghiên cứu, mô hình sẽ đƣợc
vận hành kèm theo các thiết bị nhƣ sau:
Bảng 3.3 Các thiết bị kèm theo của mô hình Swim-bed
Bơm đầu vào: Bơm định lƣợng
Pulsatron – LD54S2 – VTC1-165
- Điện áp: 230V
- Lƣu lƣợng max: 4.7 L/h
- Công suất: 5.6BA
- 50/60Hz

Máy thổi khí: máy thổi khí Resun –
ACO 001
-

Điện áp: 220V
Lƣu lƣợng max: 38L/ph
Công suất: 18W
50Hz

Bơm tuần hoàn bùn: máy bơm hồ cá
LifeTech AP 1000
-

Điện áp: 220-240V
Công suất: 6.5W
50Hz
Lƣu lƣợng: 400 L/h

Đẩy cao: 0.65 m

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
23


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

Thiết bị cánh khuấy
-

Điện áp : 12V
Công suất: 80-120 vòng/phút

Thiết bị hẹn giờ: 24 hour timer
-

Điện áp: 220 -240V
10A
Công suất: 2200W

3.4. LẤY MẪU PHÂN TÍCH
-

-

Phƣơng pháp lấy mẫu: Mẫu nƣớc rỉ rác sẽ đƣợc lấy sau bể lắng cát sử dụng can
20 lít bằng cách nhúng chìm can khoảng nửa mét cho đến khi nƣớc rỉ rác chảy

vào đầy can.
Thời gian lấy mẫu: thƣờng mẫu nƣớc rỉ rác sẽ đƣợc lấy vào buổi chiều với tần
suất 4 ngày lấy 1 lần.
Với tải trọng 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 1.2 kgCOD/m3.ngày thì lần lƣợt số mẫu đƣợc đi
lấy tƣơng ứng nhƣ sau 4, 5, 4, 4, 4 lần.
N
Để xác định các thông số đầu vào đầu ra của nƣớc rỉ rác bằng các phƣơng pháp:
Bảng 3.4 Các phƣơng pháp phân tích tính chất nƣớc thải

Thông
số

Đơn vị

Phƣơng pháp

Thiết bị

Số hiệu PP

pH

-

TCVN 6492:2011

Máy pH Mettler
Toledo

TCVN

6492:2011

COD

mg/l

Đun hoàn lƣu kín,
định phân bằng FAS

Bộ phản ứng phân hủy
COD 150oC

SWEWW
5220C:2012

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
24


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ Swim-bed với giá thể Bio-fringe quy mô phòng thí nghiệm

BOD5

mg/L

Định phân thể tích
bằng dung dịch
Na2S2O8

Tủ ủ BOD 20oC

Standard
method 2012

TSS

mg/L

Cân khối lƣợng

Tủ nung 105oC

Standard
method 2012

T-N

mg/l

Chƣng cất – định phân
Macro - Kjeldahl

Bếp phá mẫu Nitơ,
máy chƣng cất đạm tự
động

Standard
method 2012

T-P

mg/l

UV – Visible
Spectrophotometer

Máy đo quang phổ UV
- VIS

Standard
method 2012

3.4.1. Phƣơng pháp xử lý số liệu
Kết quả phân tích đƣợc xử lý theo phƣơng pháp thống kê toán học:
 Trị số trung bình X đƣợc tính:
̅

∑

 Độ lệch chuẩn S đƣợc tính:
√

∑

(

̅)

Việc tính toán, xử lý số liệu và vẽ biểu đồ dựa trên phần mềm Microsoft Office
Excel, phiên bản 2010.
3.4.2. Quá trình thích nghi và vận hành
Nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác bằng mô hình Swim-bed với các tải trọng nồng độ
chất ô nhiễm khác nhau.
Nghiên cứu xử lý nƣớc thải sẽ tiến hành qua 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn thích nghi nhằm theo dõi sự sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật
thông qua hiệu quả xử lý chất hữu cơ đƣợc đặc trƣng bởi thông số COD gồm 1
tải trọng: 0.3 kgCOD/m3.ngày.
+ Giai đoạn vận hành theo dõi khả năng xử lý của vi sinh vật ở các tải trọng hữu
cơ khác nhau, tăng tải từ từ để xác định tải trọng tối đa có thể xử lý đạt hiệu quả

SVTH: Phạm Thị Thủy Tiên
GVHD: ThS. Nguyễn Lễ
25