ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
VIỆN KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HUTECH
ĐỒ ÁN NƯỚC THẢI
Đề tài :
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI RỈ RÁC
CỦA BÃI RÁC CÔNG SUẤT 1250 m3/NGÀY
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
SVTH:
1.
Nguyễn Thị Thảo Linh: 1411090371
2.
Nguyễn Phan Uyên Vy: 141190473
3.
Phan Văn Trường: 1411090461
4.
Nguyễn Ngọc Thanh Trúc:1411090456
5.
Lê Đình Duy:141090339
1
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TP.HCM,30/12/2017
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt môn học này, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Th.S
Lâm Vĩnh Sơn và cô Nguyễn Ngọc Phương Thảo đã tận tình hướng dẫn chúng em
trong suốt quá trình học tập vừa qua.
Chúng em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Môi Trường, Trường Đại
Học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 3 năm học
tập. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học đã tạo nền tảng để chúng em
bước vào đời một cách vững chắc và tự tin.
Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự
nghiệp cao quý.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện: nhóm 4 đồ án môn học xử lý nước thải lớp 14DMT03
2
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Mục lục
Danh mục bảng
3
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Đăt vấn đề
Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp (hay còn gọi là nước rác) đang là vấn đề nhức
nhối trong xã hội về mặt môi trường và mỹ quan. Nước rò rỉ có nồng độ
chất ô nhiễm cao, có mùi chua nồng, có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước
mặt, nước ngầm ô nhiễm đất. Khi không được tích trữ và xử lý tốt, một
lượng lớn tràn ra ngoài vào mùa mưa sẽ gây ô nhiễm cho các khu vực xung
quang, ảnh hưởng đến cộng đồng dân cư gần bãi chôn lấp. Đây là vấn đề
nan giải của các bãi rác không có trạm xử lý nước rò rỉ hiện nay.
Do thành phần phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi
rác đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu
xử lý như xử lý sơ bộ, xử lý bậc 2, xử lý bậc 3 để đạt tiêu chuẩn thải.
Thành phần và lưu lượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian
chôn lấp nên dây chuyền công nghệ xử lý nước rò rỉ cũng sẽ thay đổi đối
với các loại nước thải có thời gian chôn lấp khác nhau.
Chương I :TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ
4
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.1 Tổng quan về nước thải
1.1.1 Ô nhiễm nước
Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tự
nhiên và cuộc sống của con người. Trong công nghiệp, người ta sử dụng
nước làm nguyên liệu, năng lượng, dung môi, chất tải nhiệt và vận chuyển
nguyên vật liệu…
Do tác động của các hoạt động sống, nước bị nhiễm bẩn bởi các chất
khác nhau và bị giảm chất lượng. Chất lượng nước thay đổi theo các khuynh
hướng sau:
Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi các acid sunfuric và acid
nitrit từ khí quyển, tăng hàm lượng sunfat (SO42) và nitrit (NO3) trong
nước.
Tăng nồng độ các ion Ca2+, Mg2+, Si4+ trong nước ngầm và nước
sông do quá trình rửa trôi, hòa tan các cặn cacbonat và các quặng khác dưới
tác động của mưa acid.
Tăng hàm lượng các kim loại nặng như Pb2+… và các ion như
phosphate, nitrate, nitrit.. trong nước tự nhiên.
Tăng hàm lượng muối trong nước trên bề mặt và nước ngầm do sự
xâm nhập của nước thải, từ khí quyển và rửa trôi một phần chất thải rắn (ví
dụ, hàm lượng muối trong nước của nhiều sông hàng năm tăng 30 – 50
mg/L, từ 1000 tân chất thải thành phố có đến 8 tấn muối xâm nhập vào
nước ngầm)
Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là các
chất bền sinh học (chất hoạt động bề mặt, chất sát trùng, sản phẩm phân dã
của chúng với các chất độc hại, gây ung thu, đột biến gen khác)
5
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Giảm hàm lượng oxy trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa
và chất kỵ nước.
Giảm độ trong suốt của nước (trong nước bẩn, các virut và vi
khuẩn phát triển nhanh và trở thành nhân tố kích thích mầm bệnh)
Nước tự nhiên bị nhiễm các đồng vị phóng xạ của nguyên tố hóa
học.
1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước
Nước thải là nước sinh ra từ quá trình sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy
qua vùng đất ô nhiễm. Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được
chia thành nước thải sinh hoạt, nước chảy tràn và nước thải công nghiệp.
Nước thải sinh hoạt: là lượng nước thải ra do quá trình sinh hoạt
thường nhật. Thông thường, thành phần của nước thải sinh hoạt gồm
khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng. Đặc điểm cơ bản của nước
thải sinh hoạt là có hàm lượng các chất hữu cơ không bền sinh học (như
carbonhydrat, protein, mỡ) cao; chất dinh dưỡng (photphat, nitơ); vi trùng,
chất rắn và mùi.
Nước chảy tràn: được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng.
Chúng bị ô nhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau. Nước mưa chảy
qua khu vực dân cư, khu sản suất công nghiệp, cuốn theo chất răn, dầu mỡ,
hóa chất và vi trùng… Còn nước chảy tràn từ đồng ruộng mang theo chất
răn, thuốc sát trùng và phân bón…
Nước thải công nghiệp: xuất hiện khi khai thác và chế biễn các
nguyên liệu hữu cơ và vô cơ. Trong các quá trình công nghệ các nguồn thải
là:
6
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi
tất cả các chất và sản phẩm phản ứng)
Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất
ban đầu, được tách ra trong quá trình chế biến.
Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị
Dung dịch nước cái
Nước chiết, nước hấp thụ
Nước làm nguội.
Các nước khác như: nước bơm chân không, từ thiết bị ngưng
tụ hòa trộn, hệ thống thu hồi tro ướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy
móc…
1.2 Tổng quan về nước rỉ rác
1.2.1 Sự hình thành nước rò rỉ
Nước rò rỉ từ bãi rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo
theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Trong giai
đoạn hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước
mua và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén.
Quá trình tạo thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng
giữ nước hay khi nó bị bão hòa nước. Khả năng giữ nước (FC – Field
Capacity) của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác
dưới tác dụng của trọng lực. FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng
trong việc xác định sự hình thành nước rò rỉ. FC thay đổi tùy thuộc vào trạng
thái bị nén của rác và việc phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp. Cả rác và
lớp phủ đều có khả năng giữ nước trước sức hút của trọng lực. FC có thể
tính theo công thức sau:
7
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
FC
Trong đó:
FC: Khả năng giữ ước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng khô của chất thải
rắn).
W: Khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính tại chính giữa
chiều cao ô chôn lấp, pound.
Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chôn
lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn
được cho phép. Việc mất đo của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm
nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa
bốc hơi theo khí và nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ).
Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là
khí hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra. Tốc
độ phát sinh của nước rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác
nhau của bãi rác. Trong suốt những năm đầu tiền, phần lớn lượng nước mưa
thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất
thải chôn lấp. Lưu lượng nước rò rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt
động và giảm dần khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp
thực vật được trông lên trên mặt… giữ nước làm giảm lượng nước thấm
vào.
1.2.2 Thành phần và tính chất của nước rò rỉ
Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc bào tuổi của bãi
chôn lấp. loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ
trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác.
8
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc bào các phản ứng lý,
hóa, sinh ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn
lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ
chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng.
Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được
chia thành các nhóm chủ yếu sau:
Các vi sinh vật ưu ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 – 20oC
Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 – 40oC
Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạng ở nhiệt độ 40 – 70oC
Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau:
Giai đoạn I – giai đoạn thích nghi ban đầu: Chỉ sau một thời gian ngắn
từ khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ
diễn ra, bởi vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó
được giữ lại. Giai đoạn này có thể kéo dài một vài ngày cho đến vài tháng,
phụ thuộc vào tốc độ phân hủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh
hiếu khí và kị khí.
Giai đoạn II – giai đoạn chuyển tiếp: Oxy bị cạn kiệt dần và sự phân
hủy chuyển sang giai đoạn kỵ khí. Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện
tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro
sulfit. Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy
chất hữu cơ trong rác thải thành CH4, CO2 sẽ bắt đầu quá trình 3 bước
(thủy phân, lên men axir và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành
axit hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác (giai đoạn III). Trong giai đoạn
II, pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu
cơ và ảnh hưởng của nồng độ CO2 tăng lên trong bãi rác.
9
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Giai đoạn III – giai đoạn lên men axit: Các vi sinh vật trong giai đoạn
II được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và lượng H2 ít hơn.
Bước đầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến sự chuyển hóa các
enzym trung gian (sự thủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit,
polysacarit, protein) thành các chất đơn gian thích hợp cho vi sinh vật sử
dụng. Tiếp theo là quá trình lên men axit. Trong bước này xảy ra quá trình
chuyển hóa các chất hình thành ở bước trên thành các chất trung gian phan tử
lượng thấp hơn như là axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic và các axit hữu
cơ khác. Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một
lượng nhỏ H2S cũng được hình thành.
Giá tri pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 so với sự có mặt của
các axit hữu cơ và khí CO2 có trong bãi rác. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5),
nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai
đoạn III do sự hòa tan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ. Do pH thấp, nên một
số chất vô cơ chủ yếu là các kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn
này. Nếu nước rò rỉ không được tuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng
cơ bản cũng bị loại bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp.
Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan: Trong giai đoạn này nhóm vi
sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình
thành từ giai đoạn. trước hình thành CH4, CO2 sẽ chiễm ưu thế. Đây là
nhóm vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan. Trong giai
đoạn này, sự hình thành metan và các axit hữu cơ và H2 bị chuyển hóa thành
metan và cacbonic nên pH của nước rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ
6.8 – 8.0. Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của
nước rò rỉ giảm xuống trong giai đoạn này.
10
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Giai đoạn V – giai đoạn ổn định: giai đoạn ổn định xảy ra khi các vật
liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành CH4, CO2
trong giai đoạn IV. Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các
chất có khả ngăng phân hủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp
tục được chuyển hóa. Tốc độ phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng
kể, khí sinh ra chủ yếu là CH4 và CO2. Trong giai đoạn ổn định. nước rò rỉ
chủ yếu axit humic và axit fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học
diễn ra tiếp nữa. Tuy nhiễn, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit
humic và fulvic cũng giảm xuống.
Từ hình 1.1 có thể thấy rằng nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn lấp
chất thải rắn có pH thấp, BOD5 và VFA cao, hàm lượng kim loại nặng cao,
tương ứng với gian đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV của bãi chôn
lấp..
Hình 1.1 Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp
Khi đã chôn lấp trong một thời gian dài thì các chất hữu cơ trong bãi
chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan, khi đó thành phần ô nhiễm trong
nước rò rỉ cũng giảm xuống đáng kể. Khi pH tăng lên sẽ làm giảm nồng độ
các chất vô cơ, đặc biệt kim loại nặng có trong nước rò rỉ
11
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Khi nước thấm qua chất thải rắn đang phân hủy được chôn trong bái
rác, thì các thành phần hóa học và sinh học đã được phân hủy sẽ hòa vào
nước làm tăng nồng độ ô nhiễm của nước và tạo thành nước rò rỉ.
Việc tổng hợp và đặc trung thành phần nước rác là rất khí vì nhiều
yếu tố khác nhau tác động lên sự hình thành nước rò rỉ. Nên tính chất của nó
chỉ có thể xác định trong một khoảng giá trị nhất định và được cho trong
bảng 1.1
Bảng 1.1 thống kê các chỉ tiêu của nước rò rỉ trong nhiều năm. Một
điều có thể thấy rõ là các thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ bãi rác mới
chôn lấp đều cao, đặc biệt ô nhiễm hữu cơ rất cao (COD, BOD5 cao).
Nồng độ chất ô nhiễm trong nước rò rỉ của bãi rác mới chôn lấp cao
hơn rất nhiều so với bãi rác chôn lấp lâu năm. Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu
năm, chấy thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong
thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất
vô cơ đã bị cuỗn trôi đi. Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các
thành phần khác như BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có
hàm lượng rất cao. Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển
sang giai đoạn metan hóa thì pH sẽ cao hơn (6.8 – 8.0), đồng thời BOD5,
COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấp đi. Hàm
lượng kim loại nặng giảm xuống bởi vì khi pH tăng thì hầu hết các kim loại
ở trạng thái kém hòa tan.
Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước rác của bãi chôn lấp mới và lâu
năm
Thành phần
Bãi mới (dưới 2
Giá trị, mg/L
Bãi lâu năm (Trên 10 năm)
năm)
12
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BOD5
TOC
COD
Chất rắn hòa
tan
Tổng chất rắn
lơ lửng
Nitơ hữu cơ
Amoniac
Nitrat
Tổng lượng
photpho
Othophotpho
Độ kiềm theo
CaCO3
pH
Độ cứng theo
CaCO3
Canxi
Magie
Clorua
Sunphat
Tổng sắt
Nguồn:IntergratedS
oliW
Khoảng
2.00055.000
1.50020.000
3.00090.000
Trung bình
10.000
6.000
18.000
100200
80160
100500
10.00055.000
10.000
1.200
2002.000
500
100400
10800
10800
540
5100
200
200
25
30
80120
2040
510
510
480
20
48
1.00020.900
3.000
2001.000
4,57,5
6
6,69
300 25.000
3.500
200500
507.200
501.500
2005.000
501.825
505.000
1.000
250
500
300
60
100400
50200
100400
2050
20200
7
aste Management)
Khả năng phân hủy của nước rác thay đổi theo thời gian. Khả năng
phân hủy sinh học có thể xét thông qua tỷ lệ BOD5/COD. Khi mới chôn lấp
tỷ lệ này thường khoảng 0.5 hoặc lớn hơn. Khi tỷ lệ BOD5/COD trong
khoảng 0.4 0.6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ trong nước rò rỉ dễ phân hủy
sinh học. Trong các bãi rác lâu năm, tỷ lệ BOD 5/COD rất thấp, khoảng 0.005
13
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
0.2. KHi đó nước rò rỉ chứa nhiều axit humic và fulvic có khả năng phân
hủy sinh học thấp.
Khi thành phần và tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian thì việc
thiết kế hệ thống xử lỹ cũng rất phức tạp. Chẳng hạn như, hệ thống xử lý
nước rác cho bãi chôn lấp mới sẽ khác so với hệ thống xử lý các bãi rác lâu
năm. Đồng thời, viêc phân tích tính chất nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi
nước rò rỉ có thể là hỗn hợp của của nước ở các thời điểm khác nhau. Từ
đó, việc tìm ra công nghệ xử lý thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi
phải nghiên cứu thực tế mới có thể tìm ra công nghệ xử lý hiệu quả.
Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ
Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa,
sinh học cùng xảy ra một lúc. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa
học đã được phân hủy từ rác. Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian
chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và
độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bái
rác, độ pha loãng vói nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất ức
chế, chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của
bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý
nước thải... Ta sẽ lần lượt xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành
phần và tính chất nước rò rỉ:
a.
Thời gian chôn lấp
Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên
cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm
theo thời gian. Theo thời gian nồng độ các
chất ô
nhiễm trong nước
14
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
rác giảm dần.Thành phần của
nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào cấc giai
đoạn khác nhau của quá trình phần hủy sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn
hiều khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài một vài tháng), thì giai đoạn phân
hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan.
Trong giai đoạn axit, các hợp chấy đơn gian được hình thành như các axit dễ
bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ. Trong giai đoạn
này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rò rỉ cũng có
những đặc điểm sau:
Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao.
pH nghiêng về tính axit.
BOD cao.
Tỷ lên BOD/COD cao.
Nồng độ NH4+ và nitơ hữu cơ cao.
Vi sinh vật có số lượng lớn.
Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao.
Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó, chất
thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm
dần
theo thời gian. Giai đoạn tạo khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu
hơn nữa. Đặc điểm nước thải ở giai đoạn này:
Nồng độ các axit béo dễ bay ơi thấp.
pH trung tính hoặc kiềm.
BOD thấp.
Tỷ lên BOD/COD thấp.
Nồng độ NH4+ thấp.
15
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Vi sinh vật có số lượng nhỏ.
Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp.
Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng
có sự thay đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay
hơi. Các axit thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp theo đó là axit fulvic
làm cho pH của nước rác nghiêng về tính axit. Rác chôn lấp lâu thì thành
phần chất hữu cơ trong nước rò rỉ có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống
của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic. Khi bãi rác
đã đóng của trong thời gian dài thì hầu như nước rò rỉ chỉ chứa một phần rất
nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
Nghiên cứu của Lu (1984) về mối quan hệ thời gian chôn lấp và các
thành phần của nước rò rỉ đã đưa ra các phương trình tương quan giữa thời
gian và sự sụt giảm của COD, BOD5, TOC, độ kiềm, canxi, kali, natri,
sulphat và clorua…trong nước tác tại nhiều bãi chôn lấp. Trong các nghiên
cứu này, hầu hết các trường hợp cho bãi chôn lấp hoạt động trên 3 năm và
thấp hơn 30 năm (xem bảng sau).
Bảng 1.2 Phương trình tốc độ phân hủy và hệ số
Phương trình
Đơn vị
Hệ số, k
BOD5 = 47.000 x10"kt
mg/l
0,043
COD = 89.500 x 10kt
mg/l
0,0454
TOC = 1.600 x 10kt
mg/l
0.040
TVS = 24.000ekt
mg/l
0,185
TDS = 16.000ekt
mg/l
0,075
Nitơ hữu cơ = 130ekt
mg/l
0,185
N Amoniac =
mg/l
0,1
16
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
12.000ekt
Độ kiềm = 1.400ekt
mg/l CaCO3
0,04
Ca = 9.360 x10kt
mg/l
0,050
Na = 1.805 x 10kt
mg/l
0,038
Cl = 4.200 x 10kt
mg/l
0,050
K+ = 3.800 x 10kt
mg/l
0,095
(Nguồn: Lu, 1984)
Như vậy, các quá trình phân hủy sinh hóa trong bãi chôn lấp có ảnh
hưởng rất lớn đến thành phần và tính chất nước rò rỉ. Theo thời gian, các
quá trình phân hủy trong bãi. chôn lấp sẽ có những biến đổi giai đoạn này
sang giai đoạn khác làm thay đổi tính chất nước rò rỉ.
b.
Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn
Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động
đến tính chất nước rò rỉ. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì
chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì
nước rò riri cũng có các đặc tính tương tự. Chẳng hạn nhưm chất thải có
chứa nhiều chất độc hại thì nước rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại…
Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác
động đến tính chất nước rác. Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được
nghiền nhỏ. Bởi vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng
kể so với khi không nghiền nhỏ rác. Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng
lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có
được xử lý sơ bộ hay không.
c.
Chiều sâu bãi chôn lấp
17
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng
lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với bãi tác chôn lấp khác trong
cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi rác càng sâu thì cần
nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy. Do
vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn
và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ
xảy ra hoàn toàn hơn nên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn chất ô nhiễm.
d.
Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi
Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan
trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng thời gian tạo
nước rò rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào
trong nước. Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng
lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ. Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác
và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi
diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật
liệu phủ, thực vật phủ…
e.
Độ ẩm rác và nhiệt độ
Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt. Khi bãi chôn lấp đạt
trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là
không thay đổi nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời
gian nước rò rỉ được hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn
lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nước rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn.
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ. Khi nhiệt độ
môi trường cao thfi quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng
nước rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải
18
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ
ô nhiễm cao hơn.
f.
Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại
Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống ránh và bùn của trạm
xử lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ. Bùn sẽ
làm tăng độ ẩm của rác và do đó khả năng tại thành nước rò rỉ. Đồng thời
chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng
phân hủy và ổn định chất thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc
chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ
có pH thấp và BOD5 cao hơn.
Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh
hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các
chất ức chế như kim loại nặng, các chất độc với vi sinh vật… Đồng thời,
theo thời gian các chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ thoát ra
ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinh học xử lý
nước rác.
Chương II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC RÒ RỈ
2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ
Phương pháp xử lý nước rò rỉ gồm có xử lý sinh học, cơ học, hóa học
hoặc liên kết các phương pháp này, xử lý cùng với nước thải sinh hoạt. Để
xử lý nước rò rỉ thì nên sử dụng phương pháp cơ học kết hợp xử lý sinh học
và hóa học bởi vì quá trình cơ học có chi phí thấp và thích hợp với sự thay
dổi thành phần tính chất của nước rò rỉ. Tuy nhiên, nước rò rỉ từ bãi chôn
lấp thường có thành phần chât hữu cơ cao, do đó việc sử dụng các quá trình
19
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
xử lý sinh học sẽ mang lại hiệu quả cao hơn. Quá trình xử lý hóa lý thích
hợp đối với xử lý nước rò rỉ của bãi chôn lấp lâu năm.
Các phương pháp xử lý nước rò rỉ được cho trong bảng sau
Bảng 2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ
Phương pháp xử lý
Đặc điểm
PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC
Điều hòa
Điều hòa lưu lượng và nồng độ trên dòng thải
Chắn rác
và ngoài dòng thải
Các loại mảnh vụn, rác được loại bỏ bằng
Lắng
song chắn, lưới chắn rác
Chất lơ lửng và bông cặn được loại bỏ do
Tuyển nổi
trọng lực
Các hạt nhỏ được tụ lại và đưa lên khỏi mặt
nước nhờ các bọt khí và loại khỏi mặt nước nhờ
cánh gạt. Khuấy trộn, sục các bọt khí nhỏ được sử
Khử khí
dụng.
Nước và không khí tiếp xúc với nhau trong các
dòng xoáy trộn trong tháp khử khí. Amoniac, VOC
Lọc
Quá trình màng
là một số khí khác được loại bỏ khỏi nước rỉ.
SS và độ đục loại bỏ
Đây là quá trình khử khoáng. các chất rắn hòa
tan được loại bỏ bằng phân tách màng. Quá trình
siêu lọc (Ultrafihtion), thẩm thấu ngược (RO) và
điện thẩm thấu tách (Electrodialysis) hay được sử
Bay hơi
dụng.
Bay hơi nước rò rỉ. Phụ thuộc vào nhiệt độ, gió
20
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
độ ẩm và mưa.
PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ
Keo tụ, tạo bông
Hệ keo tụ bị mất ổn định do sự phân tán nhanh
của hóa chất keo tụ. Chất hữu cơ, SS, photphate,
một số kim loại và độ đục bị loại bỏ khỏi nước.
Các loại muối nhôm, sắt và polymer hay được sử
Kết tủa
dụng làm hóa chất keo tụ.
Giảm độ hòa tan bằng các phản ứng hóa học.
Độ cứng, photphat và nhiều kim loại nặng được
Oxy hóa
loại ra khỏi nước rò rỉ.
Các chấy oxy hóa như ozone, H2O2, Clo, Kali
permanganate... được sử dụng để oxy hóa các chất
hữu cơ, H2S, sắt và một số kim loại khác. Amonia
và cianua chỉ bị oxy hóa bởi các hợp chất oxy hóa
Phản ứng khử
mạnh.
Kim loại được khử thành các dạng kết tủa và
chuyển thành dạng ít độc hơn (ví dụ: Crom). Các
chất oxy hóa cũng bị khử (quá trình loại do clo dư
trong nước). Các hóa chất khử hay sử dụng: SO2,
Trao đổi ion
NaHSO3, FeSO4.
Dùng để khử các ion vô cơ có trong nước rò rỉ
Hấp thụ bằng
Dùng để khử COD, BOD còn lại, các chất độc
cacbon hoạt tính
và các chất hữu cơ khó phân hủy. Một số kim loại
cũng được hấp thụ. Cacbon thường được sử dụng
dưới dạng bột và dạng hạt
PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
21
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hiếu khí
Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn
khi có O2. Bùn được tuần hoàn. Sản phẩm cuối là
CO2
a. Sinh trưởng lơ lửng
Bùn hoạt tính
Trong quá trình bùn hoạt tính chất hữu cơ và vi
sinh được sục khí. Bùn hoạt tính lắng xuống và
được tuần hoàn về bể phản ứng. Các quá trình bùn
hoạt tính bao gồm: dòng chảy đều, khuấy trộn
hoàn chỉnh, nạp nước vào bể theo cấp, làm thoáng
Nitrat hóa
kéo dài, quá trình ổn định tiếp xúc...
Amoniac được oxy hóa thành nitrat. Quá trình
khử BOD có thể thực hiện trong cùng một bể hay
Hồ sục khí
trong bể riêng biệt.
Thời gian lưu nước trong hồ có thể vài ngày.
Khí được sục để tăng cường quá trình oxy hóa chất
SBR
hữu cơ.
Các quá trình tương tự bùn hoạt tính, Tuy
nhiên, việc ổn địn chất hữu cơ lắng và tách nước
sạch sau xử lý chỉ xảy ra trong một bể.
b. Sinh trưởng dính
bám
Bể lọc sinh học
Nước được đưa vào bể có các vật liệu tiếp
xúc. Bể lọc sinh học gồm có các loại: tải trọng
thấp, tải trọng cao, lọc hai bậc. Các vi sinh vật
sống và phát triển trên bề mặt vật liệu tiếp xúc,
hấp thụ và oxy hóa các chất hữu cơ. Cung cấp
không khí và tuần hoàn nước là rất cần theiest
22
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
trong quá trình hoạt động.
Bể tiếp xúc sinh
học quay (RBC)
Gồm các đĩa tròn bằng vật liệu tổng hợp đặt
sát gần nhau. Các đía quay này một phần ngập
trong nước.
Kị khí
a. Sinh trưởng bám dính
Sinh trưởng lơ lửng
Nước thải được trộn với sinh khối vi sinh vật.
Nước thải trong bể phản ứng thường được khuấy
trộn và đưa đến nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh
Quá trình kị khí cổ
học kị khí xảy ra.
Chất thải nồng độ cao hoặc bùn được ổn định
điển
Quá trình tiếp xúc
trong bể phản ứng
Chất thải được phân hủy trong bể kỵ khí
khuấy trộn hoàn chỉnh. Bùn được lắng tại bể lắng
UASB
và tuần hoàn trở lại bể phản ứng.
Nước thải được đưa vào bể từ đáy bể. Bùn
trong bể dưới sức nặng của nước và khí biogas từ
quá trình phân hủy sinh học tạo thành lớp bùn lơ
lửng, xáo trộn liên tục. Vi sinh vật kỵ khí có điều
kiện rất tốt để hấp thụ và chuyển đổi chất hữu cơ
thành khí metan và cacbonic. Bùn được tác và tự
tuần hoàn lại bể UASB bằng cách sử dụng thiết bị
Khử nitrat
tách rắn lỏng khí.
Nitrit và nitrat bị khử thành khí nitơ trong môi
trường thiếu khí. Cần phải có một số chất hữu cơ
làm nguồn cung cấp cacbon như methanol, acid
acetic, đường...
23
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hệ thống kết hợp
Photpho và nitơ được loại bỏ trong hệ thống
các quá trình kị khí,
này. Nitơ được loại trong quá trình thiếu khí.
thiếu khí và hiếu
Photpho được giải phóng nhờ các quá trình kị khí
khí
và thiếu khí. Việc sử dụng photpho, ổn định chất
hữu cơ và nitrat hóa amonia được thực hiện ở bể
phản ứng hiếu khí.
b. Sinh trưởng dính bám
Bể lọc khí
Nước thải được đưa từ phía trên xuống qua các
vật liệu tiếp xúc trong môi trường kị khí. Có thể
xử lý nước thải có nồng độ trung bình với thời gian
EBR và FBR
lưu nước ngắn.
Bể gồm các vật liệu tiếp xúc như cát, than, sỏi.
Nước và dòng tuần hoàn được bơm từ đáy bể đi
lên sao cho duy trì vật liệu tiếp xúc ở trạng thái
trưởng nở hoặc giả lỏng. Thích hợp với khi xử lý
nước thải có nồng độ cao vì nồng độ sinh khối
được duy trì trong bể khá lớn. Tuy nhiên, thời gian
satart up
tương đối lâu.
Đĩa sinh học quay
Các đĩa tròn được gắn vào trục trung tâm và
quay trong khi chìm hoàn toàn trong nước. Màng vi
sinh vật phát triển trong điều kiện kị khí và ổn định
Khử nitrat
chất hữu cơ.
Quá trình sinh trưởng dính bám trong môi
trường kị khí và có mặt của nguồn cung cấp
Sinh trưởng lơ lửng
cacbon, khử nitrit và nitrat thành khí nitơ.
Kết hợp quá trình sinh trưởng lơ lửng và dính
24
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI
và dính bám kết hợp
Hồ xử lý hiếu khí
kị khí
bám để ổn định chất hữu cơ.
Hồ xử lý dạng này thường là những hồ tự
nhiên hoặc nhân tạo và được lắp đặt lớp lót chống
thấm. Quá trình sinh học xảy ra trong hồ có thể là
Xử lý đất (Land
kị khí, tùy tiện hoặc hiếu khí.
Tận dụng thực vật, đặc tính của đất và các
treatment)
hiện tượng tự nhiên khác để xử lý nước rò rỉ bằng
việc kết hợp các quá trình hóa lý hóa 0 sinh cùng
Tuần hoàn nước
xảy ra.
Nước rò rỉ có nồng độ cao được tuần hoàn về
bãi rác.
Việc lựa chọn công nghệ xử lý căn cứ rất nhiều vào lượng ô nhiễm
cần loại bỏ để đạt được tiêu chuẩn thải. Thông thường, công nghệ xử lý tùy
thuộc chủ yếu vào đặc tính của nước rò rỉ. Đồng thời, các điều kiện vị trí
địa lý và tự nhiên của bãi chôn lấp cũng có vai trò nhất định trong việc đưa ra
quyết định lựa chọn công nghệ xử lý. Đặc tính của nước rác thường có đặc
trưng bởi các chỉ tiêu như COD, BOD5, TDS. SO42, kim loại nặng, Ca2+ và
một số chỉ tiêu khác. Chú ý rắng nước rò rỉ có hàm lượng chất rắn hòa tan
lớn và kim loại nặng nên có thể ức chế quá trình xử lý sinh học. Đồng thời,
xử lý sinh học chỉ loại được một phần nhỏ các chất rắn hòa tan. Khi nước
rác có COD cao thì có thể dùng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí bởi vì xử
lý hiếu khí rất tốn kém. Sunphat với nồng độ cao có thể làm ảnh hưởng đến
quá trình xử lý kỵ khí, mùi hình thành do sunphat do bị khử thành sunfit cũng
có thể hạn chế việc sử dụng công trình kỵ khí khi xử lý nước rác. Độc tính
của kim loại nặng cũng là một vấn đề cần quan tâm trong việc ứng dụng
các quá trình sinh học. Canxi gây ra các hiện tượng kết tủa, đóng cáu cặn
25
GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO