Nghiên cứu xử lý nước rác bằng công nghệ lọc kỵ khí bám dính mật độ cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


LÊ MINH THÀNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RÁC
BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC KỴ KHÍ
BÁM DÍNH MẬT ĐỘ CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH - THÁNG 11 – 2007


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Nguyễn Văn Phước

Cán bộ chấm nhận xét 1

:

Cán bộ chấm nhận xét 2

:

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH,

ngày . . . . . tháng . . . . naêm . . . . .


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------oOo-----Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . .

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ MINH THÀNH

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh :

Nơi sinh: Châu Phú-An Giang

Chuyên ngành :

09/06/1981
Công nghệ Môi trường

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005
1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên Cứu Xử Lý Nước Rác Bằng Công Nghệ Lọc Kỵ Khí Bám
Dính Mật Độ Cao

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:



Xác định khả năng xử lý của quá trình lọc kỵ khí giá thể xơ dừa đối với
nước rác mới



Xác định phương trình vận tốc của quá trình lọc sinh học kỵ khí giá thể xơ
dừa đối với nước rác

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

05/02/2007

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

05/10/2007

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS.TS. Nguyễn Văn Phước

Nội dung và đề cương Luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

i

LỜI CẢM ƠN

Xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS. TS. Nguyễn Văn Phước đã hướng
dẫn cho tôi hoàn thành luận văn cao học này.
Xin chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Môi trường-Trường đại học Bách Khoa
thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu.
Xin cảm ơn các bạn cùng lớp, các bạn sinh viên đã nhiệt tình giúp đỡ lớn trong
quá trình thực hiện thí nghiệm.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè xa gần đã động viên và giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian qua.

Xin chân thành cảm ơn !

Lê Minh Thaønh


ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn này giới thiệu sơ lược tổng quan về nước rỉ rác và các phương pháp xử lý
nước rỉ rác hiện nay. Phần nội dung chính của Luận văn là tập trung nghiên cứu khả năng
xử lý nước rỉ rác bãi rác Gò Cát bằng công nghệ LSHKK trên giá thể xơ dừa thông qua
các mô hình thí nghiệm tónh và động, đồng thời qua đó xác định được phương trình động
học của quá trình. Các kết quả nghiên cứu được tóm tắt như sau:
Mô hĩnh tĩnh:

- Với nồng độ COD ≈ 1.000mg/l thì hiệu quả xử lí COD của các mô hình đạt 70-72%
diễn ra trong 12 giờ đầu, pH biến đổi rất phức tạp.
- Với nồng độ COD ≈ 2.500mg/l thì hiệu quả xử lí COD của các mô hình đạt 68-70%
và thời gian xử lí kéo dài trong 14 giờ đầu, pH biến đổi phức tạp.
- Với nồng độ COD ≈ 5.500mg/l thì hiệu quả xử lí COD của các mô hình đạt 68-69%,
đối với Bình có nồng độ xơ dừa là 30g/l thì hiệu quả xử lí ổn định vàđạt hiệu quả cao nhất.
- Động học của quá trình tuân theo phương trình Monod với bậc phản ứng
α = 1,5332 và hằng số tốc độ phản ứng k = 0,00058 (h-1).
Mô hình động:
- Với hàm lượng xơ dừa 30g/l và thời gian lưu nước 12 giờ, hiệu quả khử COD đối với nước rác
của mô hình LSHKK đạt khoảng 67,5%, tải trọng hữu cơ của mô hình đạt từ 5,26 – 8,52
kgCOD/m3.ngày. Nước thải sau xử lý chủ yếu chứa các thành phần hữu cơ khó phân hủy sinh học.
- Tải trọng chất hữu cơ trên khối lượng giá thể xơ dừa đạt khá cao 0,284 kgCOD/kg xơ
dừa.ngđ nhờ vào khả năng hình thành mật độ vi sinh bám dính cao trên giaù thể xơ dừa.


iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................. ii
MỤC LỤC.................................................................................................................. iii
DANH MỤC BẢNG...................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒØ.................................................................................ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...........................................................................xi
Chương 1 ......................................................................................................................1
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..................................................................1
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .............................................................................3
1.3. ĐỐI TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................................3

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài .............................................................3
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu .................................................................................3
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................................4
1.4.1. Phương pháp tham khảo tổng hợp tài liệu ...............................................4
1.4.2. Phương pháp thí nghiệm ...........................................................................4
1.4.2. Phương pháp mô hình ...............................................................................4
1.5. TÍNH MỚI, Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.......................................4
1.5.1. Tính mới ...................................................................................................4
1.5.2 Ý nghóa khoa học ....................................................................................4
1.5.3. Ý nghóa thực tiễn.....................................................................................5
Chương 2 ......................................................................................................................6
TỔNG QUAN...............................................................................................................6
2.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÁC.....................................................................6
2.1.1 Nguồn gốc phát sinh ..................................................................................6
2.1.2 Thành phần và tính chất nước rác..............................................................6
2.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC RÁC .................10
2.2.1 Phương pháp cơ học .................................................................................10


iv
2.2.2 Phương pháp hóa học và hóa lý ...............................................................10
2.2.3 Phương pháp sinh học ..............................................................................11
2.3. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ NƯỚC RÁC ................................22
2.3.1 Tình hình xử lý nước rác trên thế giới ....................................................22
2.3.2. Tình hình xử lý nước rác ở Việt Nam ....................................................26
2.4 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆÏ NGHIÊN CỨU ..................................................29
2.4.1 Các công nghệ sinh học kỵ khí ................................................................29
2.4.2. Phân tích và lựa chọn công nghệ nghiên cứu. ........................................32
Chương 3 ....................................................................................................................33
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC KỴ KHÍ ...............................33

3.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................33
3.2 MÀNG VI SINH VẬT ...................................................................................33
3.2.1 Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật ............................................33
3.2.2 Tính chất của màng vi sinh vật ...............................................................38
3.3 ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG TRONG QUÁ TRÌNH LSHKK ..........................45
3.3.1 Mô hình động học hình thức ....................................................................45
3.3.2 Mô hình động học dựa trên cơ chế lên men xúc tác ...............................47
3.3.3 Mô hình dựa trên cơ chế lên men sinh khối ............................................49
3.3.4. Lựa chọn phương trình động học áp dụng ..............................................51
3.3.5. Phương pháp xác định các thông số động học ........................................51
Chương 4 ....................................................................................................................53
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU......................................................................................53
4.1 THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC RÁC ...................................................54
4.2 NGUYÊN VẬT LIỆU ....................................................................................54
4.2.1 Bùn nuôi cấy ............................................................................................54
4.2.2 Vật liệu lọc ..............................................................................................54
4.2.3 Nước rác Gò Cát ......................................................................................55
4.3 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ...............................................................................55
4.3.1 Mô hình LSHKK tónh...............................................................................55
4.3.2 Mô hình LSHKK liên tục .........................................................................56
Chương 5 ....................................................................................................................59
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .......................................................................................59
5.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH LSHKK TĨNH........................59
5.1.1 Kết quả nghiên cứu với nước thải đầu vào có COD 1000 mg/l............59
5.1.2 Kết quả nghiên cứu với nước thải đầu vào có COD 2500 mg/l............67
5.1.3 Kết quả nghiên cứu với nước thải đầu vào có COD 5500 mg/l............75


v
5.1.4 Xác định phương trình động học trên mô hình Bình30g/l với nồng độ

COD đầu vào thực tế từ 5000-6000mg/l...........................................................82
5.2 KẾT QUẢ MÔ HÌNH LSHKK LIÊN TỤC ...................................................84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................92
KẾT LUẬN...........................................................................................................92
KIẾN NGHỊ ..........................................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................94
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ......................................................................................96
PHỤ LỤC ...................................................................................................................97


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước rác điển hình. .........................................7
Bảng 2.2 Thành phần và tính chất nước rác của bãi rác Gò Cát và Đông
Thạnh. ..........................................................................................................................8
Bảng 2.3 Mối liên hệ giữa tỷ số COD/TOC, BOD/COD, COD và tuổi bãi rác
với hiệu quả khử chất hữu cơ từ nước rác............................................................23
Bảng 2.4 Mối liên hệ giữa tính chất nước thải và các giải pháp xử ly.ù..............24
Bảng 2.5 So sánh các phương pháp xử lý nước rác ..............................................24
Bảng 2.6 Bảng dữ liệu lập phương trình động học quá trình lọc kỵ khí .............46
Bảng 5.1 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào
là 1000mg/l .................................................................................................................60
Bảng 5.2 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào
là 1000mg/l .................................................................................................................60
Bảng 5.3 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào
là 1000mg/l .................................................................................................................60
Bảng 5.4 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào
là 1000mg/l .................................................................................................................60
Bảng 5.5 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô hình

Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l ngày 25/03/2007 .........................62
Bảng 5.6 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô hình
Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l ngày 25/03/2007 .........................62
Bảng 5.7 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô hình
Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l ngày 25/03/2007 .........................62
Bảng 5.8 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô hình
Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l ngày 25/03/2007 .........................62
Bảng 5.9 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô hình
Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l ngày 27/03/2007 .........................64


vii
Bảng 5.10 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l ngày 27/03/2007.................64
Bảng 5.11 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l ngày 27/03/2007.................64
Bảng 5.12 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l ngày 27/03/2007.................64
Bảng 5.13 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào
là 2500mg/l .................................................................................................................67
Bảng 5.14 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào
là 2500mg/l .................................................................................................................67
Bảng 5.15 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào
là 2500mg/l .................................................................................................................68
Bảng 5.16 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào
là 2500mg/l .................................................................................................................68
Bảng 5.17 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào 2500 mg/l ngày 13/04/2007.................70
Bảng 5.18 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào 25000 mg/l ngày 13/04/2007...............70

Bảng 5.19 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào 25000 mg/l ngày 13/04/2007...............70
Bảng 5.20 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào 25000 mg/l ngày 13/04/2007...............70
Bảng 5.21 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào 25000 mg/l ngày 15/04/2007...............72
Bảng 5.22 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào 25000 mg/l ngày 15/04/2007...............72
Bảng 5.23 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào 25000 mg/l ngày 15/04/2007...............72
Bảng 5.24 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào 25000 mg/l ngày 15/04/2007...............72


viii
Bảng 5.25 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào
là 5500mg/l .................................................................................................................75
Bảng 5.26 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào
là 5500mg/l .................................................................................................................75
Bảng 5.27 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào
là 5500mg/l .................................................................................................................76
Bảng 5.28 Số liệu thích nghi trên mô hình Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào
là 5500mg/l .................................................................................................................76
Bảng 5.29 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào 5500 mg/l ngày 06/05/2007.................78
Bảng 5.30 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào 5500 mg/l ngày 06/05/2007.................78
Bảng 5.31 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào 5500 mg/l ngày 06/05/2007.................78
Bảng 5.32 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô

hình Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào 5500 mg/l ngày 06/05/2007.................78
Bảng 5.33 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình16g/l với nồng độ COD đầu vào 5500 mg/l ngày 07/05/2007.................80
Bảng 5.34 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình23g/l với nồng độ COD đầu vào 5500 mg/l ngày 07/05/2007.................80
Bảng 5.35 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình30g/l với nồng độ COD đầu vào 5500 mg/l ngày 07/05/2007.................80
Bảng 5.36 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình Bình37g/l với nồng độ COD đầu vào 5500 mg/l ngày 07/05/2007.................80
Bảng 5.37 Bảng dữ liệu lập phương trình động học quá trình lọc kỵ khí ...........83
Bảng 5.38 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình LSHKK liên tục với nồng độ COD đầu vào 1000 mg/l .................................84
Bảng 5.39 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình LSHKK liên tục với nồng độ COD đầu vào 3000 mg/l .................................85
Bảng 5.40 Kết quả theo dõi sự biến đổi COD và pH theo thời gian trong mô
hình LSHKK liên tục với nồng độ COD đầu vaøo 6000 mg/l .................................86


ix

DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒØ
Hình 2.1: Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật ............................13
Hình 2.2: Quá trình phân hủy kỵ khí của hợp chất hữu cơ ..................................15
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp (USEPA)..................................25
Hình 2.4: Công nghệ xử lý nước rác tại bãi rác Gò Cát......................................26
Hình 2.5: Công nghệ xử lý nước rác tại bãi rác Tam Tân ...................................27
Hình 2.6: Công nghệ xử lý nước rác mới (Khoa Môi trường).............................28
Hình 2.7: Sơ đồ công nghệ NUFACO xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh..................28
Hình 2.8: Mô hình UASB.........................................................................................29
Hình 2.9 Mô hình lọc kỵ khí .....................................................................................31

Hình3.1: Cấu tạo màng vi sinh vật ..........................................................................34
Hình 3.2: Hoạt động của màng vi sinh vật .............................................................36
Hình 3.3: Chuỗi các vi sinh vật tạo thành màng vi sinh .......................................37
Hình 4.1: Mô hình LSHKK tónh .............................................................................55
Hình 4.2: Mô hình LSHKK liên tục ........................................................................57
Biểu đồ 5.1: Đồ thị biểu diễn kết quả khử COD trên các mô hình trong thời
gian thích nghi với nồng độ COD đầu vào 1000mg/l .............................................61
Biểu đồ 5.2: Kết quả theo dõi hiệu quả xử lý COD trên các mô hình trong thời
gian 24 giờ ở nồng độ COD 1000mg/l ngày 25/03/2007..........................................63
Biểu đồ 5.3: Kết quả theo dõi sự biến đổi pH trên các mô hình trong thời gian
24 giờ ở nồng độ COD 1000mg/l ngày 25/03/2007 ..................................................63
Biểu đồ 5.4: Kết quả theo dõi hiệu quả xử lý COD trên các mô hình trong thời
gian 24 giờ ở nồng độ COD 1000mg/l ngày 27/03/2007..........................................65
Biểu đồ 5.5: Kết quả theo dõi sự biến đổi pH trên các mô hình trong thời gian
24 giờ ở nồng độ COD 1000mg/l ngày 27/03/2007 ..................................................65
Biểu đồ 5.6: Đồ thị biểu diễn kết quả khử COD trên các mô hình trong thời
gian thích nghi với nồng độ COD đầu vào 2500mg/l .............................................69


x
Biểu đồ 5.7: Kết quả theo dõi hiệu quả xử lý COD trên các mô hình trong thời
gian 24 giờ ở nồng độ COD 2500mg/l ngày 13/04/2007..........................................71
Biểu đồ 5.8: Kết quả theo dõi sự biến đổi pH trên các mô hình trong thời gian
24 giờ ở nồng độ COD 2500mg/l ngày 13/04/2007 ..................................................71
Biểu đồ 5.9: Kết quả theo dõi hiệu quả xử lý COD trên các mô hình trong thời
gian 24 giờ ở nồng độ COD 2500mg/l ngày 13/04/2007..........................................73
Biểu đồ 5.10: Kết quả theo dõi sự biến đổi pH trên các mô hình trong thời gian
24 giờ ở nồng độ COD 2500mg/l ngày 13/04/2007 ..................................................73
Biểu đồ 5.11: Đồ thị biểu diễn kết quả khử COD trên các mô hình trong thời
gian thích nghi với nồng độ COD đầu vào 5500mg/l .............................................77

Biểu đồ 5.12: Kết quả theo dõi hiệu quả xử lý COD trên các mô hình trong thời
gian 24 giờ ở nồng độ COD 5500mg/l ngày 06/05/2007..........................................79
Biểu đồ 5.13: Kết quả theo dõi sự biến đổi pH trên các mô hình trong thời gian
24 giờ ở nồng độ COD 5500mg/l ngày 06/05/2007 ..................................................79
Biểu đồ 5.14: Kết quả theo dõi hiệu quả xử lý COD trên các mô hình trong thời
gian 24 giờ ở nồng độ COD 5500mg/l ngày 06/05/2007..........................................81
Biểu đồ 5.15: Kết quả theo dõi sự biến đổi pH trên các mô hình trong thời gian
24 giờ ở nồng độ COD 5500mg/l ngày 06/05/2007 ..................................................81
Biểu đồ 5.16: Xác định bậc phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng....................83
Biểu đồ 5.17: Biến thiên hàm lượng COD và hiệu quả xử lý ở mô hình liên tục
với HRT=12h .............................................................................................................87
Biểu đồ 5.18: Hiệu quả xử lý COD khi thay đổi tải trọng ở mô hình liên tục với
HRT=12h....................................................................................................................87
Biểu đồ 5.19: Hiệu quả xử lý COD theo kg xơ dừa ở mô hình liên tục với
HRT=12h....................................................................................................................88
Biểu đồ 5.20: Biến thiên pHù ở mô hình liên tục với HRT=12h............................88


xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

BCL

: Bãi chôn lấp

COD

: Nhu cầu oxy hóa học- Chemical Oxygen Demand

BOD

: Nhu cầu oxy sinh học- Biological Oxygen Demand

LSHKK

: Lọc sinh học kỵ khí

E%

: Hiệu quả xử lý COD

VFA

: Axit béo bay hơi - Volatile Fatty Acid

TOC

: Tổng cacbon hữu cơ- Total Organic Cacbon

VOC

: Chất hữu cơ bay hơi- Volatile Organic Cacbon

SS

: Chất rắn lơ lửng- Suspended Solids

RO

: Lọc RO- Reverse Osmosis

UF

: Lọc Untra- Ultra Filtration

NF

: Lọc Nano-Nano Filtration

ĐHBK

: Đại học Bách khoa

TP.HCM

: Thành phố Hồ Chí Minh

NXB

: Nhà xuất baûn


Chương 1 MỞ ĐẦU

Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, rác thải đang là mối đe dọa của bất cứ một quốc gia, một thành
phố nào. Tương tự như các quốc gia đang phát triển, ở nước ta rác thải chiếm một
khối lượng lớn với thành phần phức tạp đã gây nên những áp lực nặng nề đến môi
trường. Việc xử lý rác tại các BCL làm giảm đáng kể ô nhiễm do rác thải sinh ra.
Tuy nhiên, trong quá trình chôn lấp không thể tránh khỏi những phát sinh như nước
rò rỉ, khí sinh học từ bãi rác, côn trùng gây bệnh, mùi hôi... Trong số đó, nước rác
là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng nhất và là một trong những vấn đề nan giải đang
được sự quan tâm của toàn xã hội. Nước rác với hàm lượng COD từ 3.000 đến
50.000 - 90.000 mg/l, hàm lượng nitơ vào khoảng 400 - 1.200 mg/l, bên cạnh đó các
kim loại nặng và vi khuẩn gây bệnh cũng rất đáng kể.
Việc nghiên cứu các công nghệ xử lý nước rác đã và đang được thực hiện
bởi nhiều đơn vị như: Công ty cổ phần An Sinh, Trung tâm nghiên cứu công nghệ
và thiết bị công nghiệp, Công ty Đức Lâm,…. Cũng đã có một số công trình xử lý
nước rác được xây dựng và được tài trợ bởi nước ngoài… nhưng kết quả nước sau xử
lý thì COD không đạt. Các phương pháp xử lý hóa học tỏ ra tốn kém và ít được áp
dụng đối với nước rác, các phương pháp hóa lý như: lọc màng, hấp phụ cũng được
áp dụng để xử lý nước rác nhưng cũng đem lại một kết quả nhất định, tuy nhiên

1


Chương 1 MỞ ĐẦU
vẫn chưa xử lý được triệt để các chất ô nhiễm. Các thiết bị như lọc màng khi xử lý
rất hay bị nghẹt và không ổn định.
Công nghệ xử lý nước rác vẫn đang là vấn đề rất cần nghiên cứu, đặc biệt là
việc xử lý COD đạt loại B (80mg/l- TCVN 5945:2005). Nước rác với hàm lượng
COD 3000-90.000 mg/l và tỉ lệ BOD/COD khá cao, do đó phù hợp với việc áp

dụng biện pháp sinh học để xử lý. Công nghệ LSHKK được đề tài nghiên cứu có
những ưu điểm sau:
 Có khả năng thích ứng với tải trọng tương đối cao, rất phù hợp việc xử lý
nước rác.
 Có khả năng chịu sốc khi có sự biến động về thành phần và tính chất của
nước rác.
 Chi phí vận hành thấp.
Tuy nhiên, để đạt tiêu chuẩn thì phải áp dụng đồng thời cả 2 quá trình kỵ khí
và hiếu khí nhằm loại bỏ phần lớn các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Nhưng
sau xử lý sinh học, hầu hết các chỉ tiêu đều đạt tiêu chuẩn, trừ COD do nước rác
chứa các chất khó phân hủy sinh học như humic, humat…. Vì vậy phải áp dụng bổ
sung các biện pháp oxy hóa bậc cao.
Thực tế thì mỗi một công nghệ luôn có những ưu điểm và khuyết điểm thế
nhưng để xử lý nước rác đạt tiêu chuẩn là cả một vấn đề khó. Với mục tiêu đa
dạng các phương pháp xử lý và để có nhiều lựa chọn hơn cho việc xử lý nước rác, ở
đề tài này, tôi tập trung nghiên cứu phương pháp xử lý nước rác bằng lọc sinh học
kỵ khí bám dính mật độ cao.

2


Chương 1 MỞ ĐẦU

1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
-

Xác định khả năng xử lý của quá trình LSHKK giá thể xơ dừa đối với nước
rác mới.

-

Xác định phương trình vận tốc của quá trình LSHKK giá thể xơ dừa đối với
nước rác mới.

1.3. ĐỐI TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài
-

Nước rác từ bãi rác Gò Cát.

-

Nghiên cứu phương pháp xử lý nước rác bằng công nghệ lọc kỵ khí bám
dính mật độ cao bằng giá thể xơ dừa.

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
* Đối với nước rác được lấy trực tiếp từ bãi rác:
-

Xử lý sơ bộ (keo tụ và lắng sơ bộ)

-

Xác định điều kiện (thành phần, tính chất …) nước rác trước khi đưa vào bể
lọc sinh học bám dính mật độ cao.

* Đối với nước rác sau khi qua xử lý sơ bộ:
- Nghiên cứu tỉ lệ thành phần nước rác khi qua LSHKK bám dính mật độ cao.
-

Chạy mô hình thí nghiệm với các điều kiện nước rác khác nhau (tải lượng,

nồng độ, pH, nhiệt độ, thời gian lưu,…)
-

Biễu diễn kết quả, hiệu suất phản ứng, xác định điều kiện nước rác đầu ra

đảm bảo cho các công trình phía sau.

3


Chương 1 MỞ ĐẦU

1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1. Phương pháp tham khảo tổng hợp tài liệu
-

Thu thập số liệu lấy mẫu, thông tin, tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau

-

Tổng hợp, thống kê, lựa chọn số liệu, dữ liệu, làm cơ sở cho nghiên cứu và
thực hiện đề tài.

1.4.2. Phương pháp thí nghiệm
Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu nước trong suốt quá trình thí nghiệm:
(COD, BOD, pH, độ màu,…)

1.4.2. Phương pháp mô hình

Sử dụng và thiết lập các mô hình tónh và động với qui mô phòng thí nghiệm để
nghiên cứu khả năng xử lý nước rác của phương pháp LSHKK bám dính mật độ
cao.

1.5. TÍNH MỚI, Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Tính mới
Chưa có nghiên cứu nào trước đây về LSHKK bám dính mật độ cao trên giá thể
xơ dừa trong xử lý nước rỉ rác.

1.5.2
-

Ý nghóa khoa học
Xác định lượng xơ dừa thích hợp cho công nghệ LSHKK bám dính mật độ
cao, ứng dụng cho nước rác.

- Xác định thời gian lưu nước thích hợp cho công nghệ LSHKK bám dính mật
độ cao, ứng dụng cho nước rác.
-

Xác định hiệu quả xử lý COD của phương pháp LSHKK bám dính mật độ
cao.

-

Xác định được phương trình động học của phương pháp LSHKK bám dính
mật ñoä cao.

4

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.5.3. Ý nghóa thực tiễn
Việc áp dụng phương pháp LSHKK bám dính mật độ cao để xử lý nước rác
được xem là hiệu quả và hợp lý bởi nồng độ COD của nước cũng như tỉ lệ
BOD/COD khá lớn rất phù hợp cho xử lý sinh học. Kết quả nghiên cứu của đề tài
sẽ làm cơ sở khoa học cho việc áp dụng các công trình xử lý thực tế.
Thông qua kết quả nghiên cứu của đề tài đóng góp cơ sở khoa học để có thể
bước đầu ứng dụng công nghệ LSHKK bám dính mật độ cao thay thế công nghệ
UASB hiện đang được ứng dụng nhằm khắc phục những hạn chế của UASB.
Tuy nhiên, để xử lý triệt để COD trong nước rác cần xem xét xử lý nước rác ở
nồng độ COD như thế nào cho phù hợp nhằm tạo điều kiện cho các công trình phía
sau xử lý dễ dàng hơn.

5


Chương 2 TỔNG QUAN

Chương 2

TỔNG QUAN
2.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÁC
2.1.1 Nguồn gốc phát sinh
Các nguồn chính tạo ra nước rác bao gồm:
-

Nước từ trên bãi rác: lượng nước mưa thấm qua lớp phủ vào rác do quá trình
chảy tràn, bay hơi và thấm.

-

Nước từ chất thải rắn: lượng nước đưa vào BCL để tạo ẩm độ cho rác.

-

Nước có từ quá trình phân hủy rác sinh ra.

2.1.2 Thành phần và tính chất nước rác
Ngoài phụ thuộc rất lớn vào bản chất của rác thì thành phần và tính chất của
nước rác còn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
-

Thời gian lưu trữ (tuổi bãi rác)

-

Điều kiện khí hậu

-

Cách quản lý, chế độ vận hành

-

Độ nén, độ dày của lớp rác, loại bãi chôn lấp rác

-

Các hoạt động sinh học, hóa học, độ ẩm, nhiệt độ, pH,…

6


Chương 2 TỔNG QUAN
Ở những bãi rác mới, nước rác thường có pH thấp (4,5-6) nhưng nồng độ
BOD5, COD, TOC và kim loại nặng cao; còn ở những bãi rác cũ thì pH cao hơn
(6,5-7,5), nồng độ các chất ô nhiễm thấp do đã trải qua một quá trình phân hủy tự
nhiên. Thông qua tỉ số BOD5/COD, người ta có thể đánh giá khả năng phân hủy
sinh học của nước rác đó. Thường thì những bãi rác lâu năm tỉ số BOD5/COD thấp
hơn nhiều so với bãi rác mới.
Ngoài ra, những bãi rác chứa chất thải công nghiệp thì nước rác của chúng
chứa các chất vô cơ và kim loại nặng khá cao; còn nước rác sinh ra từ các bãi chôn
lấp sinh hoạt thì chứa hàm lượng chất ô nhiễm sinh học và hàm lượng vi sinh cao.

Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước rác điển hình.

Giá trị, mg/l
Thành phần

Bãi mới
Khoảng

Bãi
Trung bình

lâu

(Trên 10 năm)

BOD5

2.000-20.000

10.000

100-200

TOC

1.500-20.000

6.000

80-160

COD

3.000-60.000

18.000

100-500

Chất rắn hòa tan

10.000-55.000

10.000

1.200

Tổng chất rắn lơ lửng

200-2.000

500

100-400

Nitơ hữu cơ

10-800

200

80-120

Amoniac

10-800

200

20-40

Nitrat

5-40

25

5-10

Tổng lượng photpho

5-100

30

5-10

Othophopho

4-80

20

4-8

Độ kiềm theo CaCO3

1.000-10.000

3.000

200-1.000

pH

4,5-7,5

6

6,6-9

7

năm


Chương 2 TỔNG QUAN

Độ cứng theo CaCO3

300-25.000

3.500

200-500

Canxi

50-7.200

1.000

100-400

Magie

50-1.500

250

50-200

Clorua

200-5.000

500

100-400

Sunphat

50-1.825

300

20-50

Tổng sắt

50-5.000

60

20-200

(Nguồn: Intergrated Solid Waste Management)
Bảng 2.2 Thành phần và tính chất nước rác của bãi rác Gò Cát và Đông Thạnh.

Thành phần

Nước rác Gò Cát

Nước rác Đông Thạnh

pH

4.8-6.2

7.8 - 8.4

Độ kiềm, mg CaCO3/l

1.200-4.500

2.000 - 8.000

TOC

18.700-31.900

COD, mg O2/l

39.614-59.750

1.080 - 4.000

BOD, mg O2/l

30.000-48.000

384 -1.100

VFA, meq/l

21.878-25.182

Caxit acetic

2.569-5.995

Caxit propionic

1.309-2.663

Caxit butyric

4.122-4.842

Caxit valeric

1.789-2.838

SS, mg/l

1.760-4.311

VSS, mg/l

1.120-3.190

N toång, mg/l

336-2500

450 - 1.450

N-NH3, mg/l

297-2350

400 - 1.360

N-NO3-, mg/l

5-8.5

1-3,2

8

125 - 640

Chương 2 TỔNG QUAN

Tổng phốtpho, mg/l

55.8-89.6

10 - 31

Ca2+

1.670-2.739

980 - 2000

Mg2+

404-678

Cl-

4.100-4.890

4.200 - 4.500

SO42-

1.590-2.340

1.100 - 2.640

Fe tổng cộng

204-208

160 - 300

(Nguồn: Centama và Khoa Môi Trường-ĐHBK, 2002)
Nhìn chung, nước rác mới chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, COD từ 2.000
đến 20.000 mg/l, và tỉ lệ BOD/COD > 0.5, Nitơ tổng 200 đến 2.000 mg/l, trong đó
Amoniac rất cao (trung bình 200 mg/l). Ngoài ra, nước rác còn chứa nhiều chất hòa
tan và kim loại nặng như: Ca2+, Zn2+, Ni+, Cr3+, Cu2+, Pb2+, Hg+,… và một số hợp
chất độc khác có thể ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý sinh học nếu không được
xử lý sơ bộ ban đầu.

9


Chương 2 TỔNG QUAN

2.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC RÁC
Do nước rác có thành phần chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao, do đó
phương pháp sinh học được xem là rất hiệu quả, đặc biệt là hiệu quả về kinh tế.
Khi các biện pháp sinh học không mang lại hiệu quả thì người ta thường dùng các
phương pháp xử lý bậc cao hơn đó là xử lý hóa học và xử lý hóa lý hoặc kết hợp
các biện pháp này lại với nhau nhằm xử lý triệt để hơn.
Các phương pháp xử lý nước rác có thể trình bày như sau:

2.2.1 Phương pháp cơ học
Quá trình xử lý cơ học (tiền xử lý) thường áp dụng ở các giai đoạn đầu của
công trình. Tùy vào tính chất, hàm lượng, lưu lượng nước thải, mức độ làm sạch mà

ta áp dụng các quá trình:
a)

Điều hòa: Điều hòa lưu lượng trên dòng thải và ngoài dòng thải

b) Chắn rác: Các mảnh vụn được loại bỏ bằng các lưới chắn rác.
c)

Lắng: Các chất lơ lững và bông cặn được loại bỏ do trọng lực

d) Tuyển nổi: Tạo ra các bọt khí kết hợp các hạt nhỏ đưa lên mặt nước và
loại bỏ
e) Khử khí: Nước và không khí tiếp xúc nhau trong các dòng nước chảy để
đuổi amoiac và một số khí khác.
f)

Lọc: SS và độ đục được loại bỏ

g) Quá trình màng: Bao gồm MF(Microfiltration), UF(Ultrafiltrition),
NF(Nanofiltrition), RO(Reverse Osmosis) loại bỏ các
chất rắn hòa tan
h) Bay hơi: Phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, gió…

2.2.2 Phương pháp hóa học và hóa lý
Các phương pháp hóa học và hóa lý là các quá trình hóa học và hóa lý diễn
ra giữa chất bẩn với tác chất được thêm vào. Các phản ứng diễn ra có thể là:
-

Phản ứng trung hoøa
10

Chương 2 TỔNG QUAN
-

Phản ứng oxy hóa-khử

-

Phản ứng phân hủy chất độc hại,…
Xử lý hóa học và hóa lý là giai đoạn cần thiết trước khi tiến hành xử lý sinh

học. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, xử lý hóa học và hóa lý có thể tiến hành
sau xử lý sinh học nhằm mục đích xử lý triệt để (xử lý bậc cao).
a)

Trung hòa và kết tủa: Đưa pH về mức thích hợp nhằm loại bỏ kết tủa
kim loại ra khỏi nước rác.

b)

Keo tụ tạo bông: Chất hữu cơ, SS, photphat, một số kim loại và độ đục
bị loại bỏ khỏi nước.

c)

Oxy hóa –khử: Kim loại được khử thành các dạng kết tủa hoặc chuyển
thành các dạng ít độc hơn….

d)

Trao đổi ion: Dùng để khử các ion vô cơ có trong nước rỉ rác.

e)

Hấp phụ: Dùng để khử các chất độc và các chất hữu cơ khó phân hủy
và một số kim loại.

2.2.3 Phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là sử dụng khả năng sống và hoạt
động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Các vi sinh vật
sử dụng các chất hữu cơ và chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng để tạo ra năng
lượng, xây dựng tế bào sinh trưởng và sinh sản do đó khối lượng sinh khối được
tăng lên.
Phương pháp sinh học thường được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ hòa
tan hoặc các chất phân tán nhỏ. Đối với các chất vô cơ chứa trong nước thải thì
phương pháp này dùng để khử chất sulfit, muối amon, nitrat – tức là các chất chưa
bị oxy hóa hoàn toàn. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các
chất bẩn sẽ là: khí CO2, nitơ, nước, ion sulfate, sinh khối…
Cho đến nay, người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có thể phân hủy tất cả
các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo.

11