Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm và phân hủy yếm khí bùn thải từ trạm xử lý nước thải sơn trà đà nẵng kết hợp thu hồi biogas

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VIẾT THOÀN

NGHIÊN CỨU TIỀN XỬ LÝ BÙN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
SIÊU ÂM VÀ PHÂN HỦY YẾM KHÍ BÙN THẢI TỪ TRẠM
XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠN TRÀ – ĐÀ NẴNG KẾT HỢP
THU HỒI BIOGAS

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Đà Nẵng – Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VIẾT THOÀN

NGHIÊN CỨU TIỀN XỬ LÝ BÙN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
SIÊU ÂM VÀ PHÂN HỦY YẾM KHÍ BÙN THẢI TỪ TRẠM
XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠN TRÀ – ĐÀ NẴNG KẾT HỢP
THU HỒI BIOGAS

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 60.52.03.20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. ĐỖ VĂN MẠNH

Đà Nẵng – Năm 2019



ii
NGHIÊN CỨU TIỀN XỬ LÝ BÙN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM
VÀ PHÂN HỦY YẾM KHÍ BÙN THẢI TỪ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI
SƠN TRÀ – ĐÀ NẴNG KẾT HỢP THU HỒI BIOGAS
Tóm tắt - Mục đích của nghiên cứu này là xác định thành phần, tính chất và lượng bùn phát
sinh từ quá trình xử lý nước thải của trạm xử lý (TXL) Sơn Trà; Và xác định khả năng phân
hủy của bùn; khảo sát ảnh hưởng siêu âm đến độ hòa tan chất hữu cơ trong bùn, hiệu suất
phân hủy và lượng biogas thu được từ quá trình phân hủy yếm khí; làm cơ sở cho đề xuất
giải pháp xử lý bùn tại nhà máy. Kết quả nghiên cứu cho thấy: bùn bể nén bùn của TXL Sơn
Trà chứa lượng lớn chất hữu cơ (CHC) dễ phân hủy sinh học, tỷ lệ chất hữu cơ và chất dinh
dưỡng (C:N:P) phù hợp cho quá trình xử lý bằng phương pháp phân hủy yếm khí. Thực hiện
siêu âm tiền xử lý bùn với mức năng lượng S E = 3.282 kJ/kg TS tại tần số 26 kHz và phân
hủy yếm khí ở chế độ lên men ấm 35 oC cho thấy: Sản lượng khí sinh ra là 0,27 lít/g CHC,
cao hơn bùn đối chứng là 0,22 lít/g CHC. Ở chế độ vận hành liên tục: tải trọng 0,9
gCHC/lít.ngày hiệu suất phân hủy CHC là 35,18%, sản lượng khí thu được 306 ml/g CHC.
Thành phần CH4 trong biogas thu được từ 58-70,3 %. Áp dụng công nghệ tiền xử lý bùn
bằng siêu âm kết hợp với phân hủy yếm khí bùn thải của các TXLNT đô thị tại Đà Nẵng là
cần thiết hướng đến thu hồi tài nguyên và giảm phát thải khí nhà kính trong tương lai.
Từ khóa – Bùn thải, Phân hủy yếm khí, Tiền xử lý bùn, siêu âm, khí sinh học.

STUDY OF ULTRASONIC PRETREATMENT ON SLUDGE FROM SON TRA

MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANTS, ANAEROBIC

DISGESTION AND BIOGAS RECOVERY
Abstract - The purpose of this study is to determine the composition, properties and amount
of sludge from Son Tra municipal wastewater treatment plant (MWTPs); And determine the
decomposition ability of sludge; effects of ultrasonic pre-treatment on solubilisation of
sludge; as a basis for proposing solutions for sludge treatment at the factory. Research results
show that: waste sludge from Son Tra MWTPs has high concentration of organic matter and
nutrients. The experimental conditions were fixed at specific ultrasonic energy (SE) of 3.282
kJ/kgTS, anaerobic sequencing batch reactor in warm fermentation mode of 35 oC showed
that biogas yield of 0,27 l/gram(Organic matter), control sample of 0,22l/gram(Organic
matter). The parameter of optimal continuous process is at load of 0,9 g(Organic
matter)/l.day with biogas yield of 0,306l/gram(Organic matter) and CH 4 of 58-70,3%.
Treating sludge from Son Tra MWTPs by ultrasonic pre-treatment with the anaerobic
process is necessary in the future to recover resources and reduce greenhouse gas emissions
in the future.
Keywords - Sludge, Anaerobic, Pretreatment on sludge, Ultrasonic, biogas.


iii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................................................ i
MỤC LỤC................................................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................................................... 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..................................................................................... 3
6. Cấu trúc của luận văn.......................................................................................................................... 4
Chương 1 - TỔNG QUAN................................................................................................................... 5
1.1. Bùn thải................................................................................................................................................. 5
1.1.1. Khái niệm, nguồn gốc phát sinh............................................................................................... 5
1.1.2. Đặc điểm và tính chất [12,13]................................................................................................... 5
1.1.3. Các phương pháp xử lý bùn [15]............................................................................................. 6
1.2. Hiện trạng quản lý, xử lý bùn thải tại việt nam [14].......................................................... 10
1.2.1. Hiện trạng phát sinh.................................................................................................................... 10
1.2.1. Thu gom và xử lý......................................................................................................................... 10
1.2.3. Quản lý nhà nước về bùn thải từ HTTN và các cơng trình vệ sinh [2]...................11
1.2.4. Hiện trang quản lý và xử lý bùn thải tại Đà Nẵng [16]................................................. 12
1.3. Tổng quan về nghiên cứu xử lý bùn tại Việt Nam và trên thế giới.............................. 13
1.3.1. Tổng quan về nghiên cứu xử lý bùn tại Việt Nam.......................................................... 13
1.3.2. Tổng quan về nghiên cứu xử lý bùn trên thế giới........................................................... 15
1.4. Tổng quan về siêu âm.................................................................................................................... 16
1.4.1. Khái niệm sóng siêu âm [17].................................................................................................. 16
1.2.2. Tổng quan thiết bị siêu âm [17]............................................................................................. 18
1.4.3. Nguyên lý tác động của sóng siêu âm [17]........................................................................ 19
1.5. Tổng quan về tiền xử lý bùn....................................................................................................... 20
1.5.1. Tình hình nghiên cứu về tiền xử lý bùn tại Việt Nam................................................... 22
1.5.2. Tổng quan về tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm............................................. 23


iv
1.6. Tổng quan về khí sinh học........................................................................................................... 24
1.6.1. Biogas và quá trình sản xuất Biogas.................................................................................... 24
1.6.2. Cơ sở sinh học của q trình lên men tạo khí sinh học [6].......................................... 25
1.7. Tổng quan trạm xử lý nước thải sơn trà................................................................................. 26
1.7.1. Trạn xử lý nước thải Sơn Trà - Đà Nẵng [8]..................................................................... 26

1.7.2. Quy mô công suất, công nghệ xử lý [8].............................................................................. 26
Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......31
2.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu..................................................................... 31
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................................................ 31
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................................... 31
2.2. Nội dung nghiên cứu...................................................................................................................... 31
2.2.1. Nội dung 1: Khảo sát hiện trạng phát sinh, quản lý và tính chất thành phần bùn
thải của TXLNT Sơn Trà....................................................................................................................... 31
2.2.2. Nội dung 2: Xác định khả năng phân hủy yếm khí của bùn....................................... 32
2.2.3. Nội dung 3: Xác định thơng số của q trình tiền xử lý bùn bằng siêu âm..........33
2.2.4. Nội dung 4: Xác định hiệu suất phân hủy bùn sau tiền xử lý bằng siêu âm.........34
2.2.5. Nội dung 5. Xác định hiệu suất phân hủy bùn sau quá trình tiền xử lý bằng siêu
âm ở chế độ liên tục................................................................................................................................ 36
2.3. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................................. 38
2.3.1. Phương pháp thống kê............................................................................................................... 38
2.3.2. Phương pháp quan trắc và phân tích.................................................................................... 38
2.3.3. Phương pháp mơ hình................................................................................................................ 40
2.3.4. Phương pháp tính tốn, xử lý số liệu và đánh giá kết quả........................................... 40
Chương 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN............................................... 42
3.1. Thực trạng phát sinh, xử lý và tính chất, thành phần bùn thải trạm xử lý nước thải
Sơn Trà......................................................................................................................................................... 42
3.1.1. Thực trạng phát sinh và xử lý bùn tại trạm xử lý nước thải Sơn Trà.......................42
3.1.2. Thành phần và tính chất bùn phát sinh tại trạm xử lý Sơn Trà.................................. 48
3.2. Xác định khả năng phân hủy yếm khí của bùn.................................................................... 49
3.3. Xác định ảnh hưởng của tiền xử lý siêu âm đến khả năng hòa tan bùn ở tần số 26
kHz................................................................................................................................................................ 52
3.4. Xác định thông số tốc độ phân hủy bùn sau siêu âm ở chế độ gián đoạn (lên men
ấm)................................................................................................................................................................. 56
3.5. Xác định thông số tốc độ phân hủy bùn sau siêu âm ở chế độ liên tục......................59
3.6. Đề xuất phương án công nghệ xử lý bùn phát sinh tại trạm xử lý Sơn Trà...............65

v
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................................... 69
1. Kết luận................................................................................................................................................... 69
2. Kiến nghị................................................................................................................................................ 71
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 72
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)


BTNMT
CH4
CHC
CO2
COD
H2S
HRT
HTXL
HTXLNT
NH3
N-NH4
P-PO4
QCVN
SCR
SS
TXLNT
UASB
XLNT

vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
Bảng
1.1

1.2

1.3

2.1

Lượng bùn cặn phát s
bùn cặn phát sinh từ h
giai đoạn 2013 - 2016
Khối lượng phân bùn
2007-2015

Khối lượng bùn cặn từ
(2010-2014)

Các phương pháp phâ
cứu

2.2

Một số thiết bị được s

3.1

Lưu lượng nước thải t

3.2

Thành phần tích chất

3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10

Tỷ lệ bùn kỵ khí: bùn

hình xác định khả năn

Kết quả phân tích bùn

Thơng số thực nghiệm
cơ được phân hủy
Tính chất thành phần

Thơng số thực nghiệm

khí bùn sau tiền xử lý

Thơng số vận hành m

Kết quả phân tích bùn
hành liên tục

Kết quả phân tích các


viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình vẽ
1.1

Sơ đồ phát sinh

1.2

Cấu tạo sân phâ

1.3

Máy tách nước

1.4

Máy tách nước

1.5

Máy ép bùn băn

1.6

Bể metan

1.7

Xe hút bùn bể p

1.8

Trạng thái của s

1.9

Biểu đồ thể hiệ

1.10

Quá trình hình

1.11

Số lượng các bà

vực nghiên cứu

1.12

Các kỹ thuật tiề

1.13

Các giai đoạn c

1.14

Sơ đồ dây chuy

2.1

Khảo sát, lấy m

2.2

Mơ hình thí ngh
bùn

2.3

Vận hành mơ h

2.4

Thiết bị siêu âm

2.5

Mơ hình tiền xử

2.6

Thiết bị phân h

2.7

Vận hành mô h


2.8

Bản vẽ thiết kế

2.9

Mơ hình phân h

2.10

Thiết bị đo lưu

2.11

Máy GC - FID

3.1

Biểu đồ lưu lượ

ix
Số hiệu
hình vẽ
3.2

Khu vực tuyển

3.3

Bể aerotank (c)

3.4

3.5
3.6
3.7

Biểu đồ lượng b
Trà
Bùn lỏng - sau
TXL Sơn Trà

Tổng lượng khí

Ảnh hưởng của
độ chất hữu cơ

3.8

Mẫu bùn trước

3.9

Mối liên hệ giữ

3.10

3.11

3.12

3.13
3.14

Ảnh chụp SEM

(b), bùn siêu âm

Tổng lượng khí
bằng siêu âm (ở
TS) và mơ hình

Sự khác biệt giữ
thứ 5)

Thành phần CH

xử lý siêu âm v
Bùn trước siêu

ra (d)

3.15

Hiệu suất phân

3.16

Lượng khí thu đ

3.17

Sản lượng khí b


3.18

Thu biogas sinh

3.19

Thành phần CH

3.20
3.21

Đốt kiểm nghiệ
hành

Sơ đồ quy trình

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thành phố Đà Nẵng là trung tâm kinh tế, khoa học, giáo dục và công nghệ của
khu vực Miền Trung - Tây Nguyên, là đô thị loại 1 trực thuộc Trung ương. Trong
những năm qua Thành phố đã có bước phát triển vượt bậc về tăng trưởng kinh tế và
xây dựng đô thị để trở thành một trong những đô thị hiện đại nhất ở Việt Nam. Đi kèm
với sự phát triển kinh tế xã hội, mở rộng không gian đô thị của thành phố là nguy cơ
gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải sinh hoạt [1]. Việc xây dựng các trạm xử
lý nước thải là điều kiện bắt buộc đối với thành phố để đảm bảo nước thải ra môi
trường đạt tiêu chuẩn cho phép. Tuy nhiên, càng nhiều các trạm xử lý nước thải được
xây dựng và hoạt động thì lượng bùn thải hữu cơ thải ra từ các trạm này càng nhiều,
việc xử lý lượng lớn bùn thải mỗi năm lại là yêu cầu rất cấp thiết.
Bùn thải đang sản sinh với khối lượng lớn trong các quá trình xử lý nước thải
(XLNT) bằng phương phương sinh học. Ngành XLNT đang phải đối mặt với những
vấn đề hạn chế chưa từng thấy về kinh tế và môi trường, do không chỉ ngày càng phải
tuân thủ nghiêm ngặt về những quy định xả thải, mà còn phải đối mặt với một lượng
lớn bùn thải sinh ra hàng ngày từ quá trình xử lý [2]. Và Trạm xử lý nước thải Sơn Trà
– Đà Nẵng là một trong số đó.
Bùn cặn phát sinh từ các q trình xử lý nước thải có độ ẩm cao, chứa nhiều chất
hữu cơ có thể phân hủy được bằng phương pháp sinh học. Ở Việt Nam, Bùn thải chủ
yếu được xử lý bằng ép loại nước, phơi khô, đổ bỏ hay chôn lấp, chỉ một lượng nhỏ
được làm phân bón. Việc đổ bỏ, chôn lấp bùn thải đã đang gây ô nhiễm môi trường,
lãng phí tài ngun mơi trường. Trước những thách thức ngày càng gia tăng về nhu
cầu năng lượng, nguồn dinh dưỡng cho nông nghiệp và ô nhiễm môi trường, hướng
tiếp cận xử lý bùn giàu hữu cơ bằng phương pháp phân hủy kỵ khí để thu hồi khí sinh
học sản xuất điện năng, nhiệt năng và tận thu các chất có ích khác ngày càng phổ biến
trên thế giới. Hướng đi này cần thiết được xem xét, cân nhắc khi ngày càng có nhiều

dự án thốt nước và xử lý nước thải được thực hiện ở Việt Nam [3].
Theo “Kế hoạch hành động quốc gia thực hiện Chương trình nghị sự 2030 vì sự
phát triển bền vững” của Thủ tướng Chính phủ ký ban hành ngày 10/05/2017 sẽ tăng
tỷ lệ năng lượng tái tạo trong tổng năng lượng tiêu thụ năng lượng sơ cấp của quốc gia
đạt 31% vào năm 2020, và 32,3% vào năm 2030 (mục tiêu 7.2 ) [4]. Tại Đà Nẵng,
chính sách khuyến khích hình thành và phát triển công nghiệp tái chế chất thải để tái
sử dụng, phấn đấu 50% chất thải thu gom được tái chế là một những mục tiêu thực
hiện đề án "Xây dựng Đà Nẵng - thành phố mơi trường" [5]. Chính vì vây, việc sử
dụng nguồn năng lượng tái tạo (biogas) có tiềm năng rất lớn và được xem là một trong


2
những nguồn năng lượng sạch; đang được nhà nước và chính quyền địa phương
khuyến khích đầu tư khai thác, sử dụng.
Trong lĩnh vực xử lý bùn thải, Giai đoạn tiền xử lý là giai đoạn rất quan trọng,
liên quan chặt chẽ đến hiệu suất phân hủy, hiệu suất tạo biogas và thời gian lưu của
tồn bộ q trình. Q trình phân hủy yếm khí liên quan tới hàng loạt các bước như
thủy phân, lên men axít, hình thành axít và mêtan. Rất nhiều nhà nghiên cứu đều cho
rằng quá trình thủy phân là một bước hạn chế trong phân hủy bùn yếm khí bởi vì cấu
trúc phức tạp của bơng bùn (như các hợp chất màng tế bào, polymer) và thành phần
rắn của thành tế bào, dẫn đến cần kéo dài thời gian xử lý, phần chất rắn hữu cơ dễ phân
hủy thấp và hiệu suất hình thành tạo biogas không như kỳ vọng. Để gia tăng tốc độ
thủy phân và nâng cao sản lượng biogas ở công đoạn sau, rất nhiều lựa chọn cho quá
trình tiền xử lý bùn như cơ học, nhiệt, hóa học, sinh học [6],[7].
Trên cơ sở đó, tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu tiền xử lý bùn bằng phương
pháp siêu âm và phân hủy yếm khí bùn thải từ trạm xử lý nước thải Sơn Trà – Đà
Nẵng kết hợp thu hồi Biogas” nhằm xác định các thơng số của q trình phân hủy
yếm khí bùn sau tiền xử lý bằng siêu âm, hiệu quả thu hồi biogas; làm cơ sở cho các
giải pháp xử lý bùn thải tại trạm xử lý nước thải Sơn Trà.
2. Mục tiêu nghiên cứu

a) Mục tiêu tổng qt

Hồn thiện quy trình cơng nghệ xử lý bùn thải hữu cơ kết hợp thu hồi khí sinh
học phù hợp với điều kiện thực tế và khả năng nhân rộng.
Hình thành và phát triển các mơ hình tái chế chất thải, tái sử dụng năng lượng,
hướng đến mục tiêu phát triển bền vững của thành phố Đà Nẵng, xây dựng Đà Nẵng –
Thành phố Môi trường.
b) Mục tiêu cụ thể
Khảo sát về hiện trạng phát sinh, quản lý, thành phần và tính chất bùn tại Trạm
XLNT Sơn Trà.
Khảo sát khả năng tác dụng của sóng siêu âm trong q trình tiền xử lý bùn đến
hàm lượng hữu cơ hòa tan (SCOD) tại tần số 26 kHz với các mức năng lượng khác
nhau. Hiệu suất sinh biogas sau quá trình tiền xử lý bùn bằng siêu âm;
Hồn thiện q trình phân hủy yếm khí bùn kết hợp tiền xử lý bùn bằng phương
pháp siêu âm tại trạm XLNT Sơn Trà; Các thơng số của q trình: khả năng phân hủy;
thời gian lưu; hiệu suất phân hủy chất hữu cơ; sản lượng CH 4 thu được.
3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a)

Đối tượng nghiên cứu
-

Bùn phát sinh từ quá trình xử lý nước thải của trạm XLNT Sơn Trà;


3
-

Mơ hình tiền xử lý bùn bằng siêu âm;

-

Mơ hình phân hủy bùn bằng phương pháp yếm khí;

b)

Phạm vi nghiên cứu
-

Bùn sau bể nén bùn của trạm xử lý nước thải Sơn Trà - Đà Nẵng;

Các thông số của quá trình cơng nghệ tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu
âm: mức năng lượng siêu âm; Sự thay đổi thông số (SCOD) và Hiệu suất sinh biogas
sau quá trình tiền xử lý bùn bằng siêu âm;
- Các thông số của q trình phân hủy yếm khí bùn thải sau tiền xử lý bằng
phương pháp siêu âm: tốc độ phân hủy bùn; hiệu suất phân hủy chất hữu cơ; sản lượng
CH4 thu được.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê, thu thập thông tin: thu thập các thông tin tư liệu liên
quan đến nội dung của đề tài: hiện trạng phát sinh, quản lý và xử lý bùn thải tại Việt
Nam và Đà Nẵng; Hiện trạng phát sinh và quản lý bùn tại Trạm XLNT Sơn Trà;…
Phương pháp quan trắc và phân tích: khảo sát và lấy mẫu bùn tại Trạm XLNT
Sơn Trà, phân tích mẫu bùn trong phịng thí nghiệm.
Phương pháp mơ hình: Xây dựng mơ hình tại phịng thí nghiệm và mơ hình vận
hành liên tục để xác định các thơng số q trình sinh hóa yếm khí; q trình tiền xử lý
bùn bằng phương pháp siêu âm;
Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu đo đạc thực nghiệm được thống kê, tính
tốn, trình bày trong các Bảng biểu và vẽ đồ thị bằng phần mềm Microsoft Excel. Toàn
bộ kết quả thực nghiệm đều được lấy giá trị trung bình và có độ lặp lại 3 lần.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a)

Ý nghĩa khoa học

Số liệu và kết quả có được có thể làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu và là
cơ sở tính tốn, thiết kế các cơng trình liên quan đến xử lý bùn thải tại các trạm XLNT
đô thị.
b)

Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả đề tài là cơ sở thiết thực hỗ trợ cho việc tính tốn, thiết kế và vận hành
HTXL bùn tại trạm XLNT Sơn Trà đạt hiệu quả cao, thu hồi khí sinh học, giảm thiểu
tác động đến mơi trường.
Góp phần giải quyết được vấn đề thực tế ở Đà Nẵng nói riêng và Việt Nam nói
chung trong xử lý bùn phát sinh từ các trạm xử lý nước thải đô thị.


4
6.Cấu trúc của luận văn
Luận văn có cấu trúc như sau:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN


5
Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1. Bùn thải

1.1.1. Khái niệm, nguồn gốc phát sinh
Bùn thải là bùn hữu cơ hoặc vô cơ được nạo vét, thu gom từ các bể tự hoại, mạng
lưới thu gom và chuyển tải, hồ điều hòa, kênh mương, cửa thu, giếng thu nước mưa,
trạm bơm nước mưa, nước thải, cửa xả và nhà máy xử lý nước thải [11].
Được quy định rõ tại Điều 25 Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của
Chính phủ về thốt nước và xử lý nước thải. Theo đó, bùn thải được phân loại theo
nguồn gốc phát sinh, mức độ ô nhiễm và theo ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá
trình xử lý nước thải.
Theo nguồn gốc bùn thải: Bùn thải từ hệ thống thoát nước (mạng lưới thoát
nước và nhà máy xử lý nước thải) và bùn thải từ bể tự hoại.
-

Theo mức độ ô nhiễm của từng loại bùn thải;

Theo ngưỡng nguy hại với bùn thải từ quá trình xử lý nước: Bùn thải nguy hại
và bùn thải không nguy hại (QCVN 50:2013/BTNMT).
Bùn bể phốt

Rác, Bùn nạo
vét từ cống
thoát nước
Rác, Bùn
từ kênh hồ
Cặn
Bùn, cặn thải

nước thải

Trạm Xử lý
nước thải

Hình 1.1: Sơ đồ phát sinh bùn thải từ hệ thống thu gom và xử lý nước
thải 1.1.2. Đặc điểm và tính chất [12,13]
Thành phần của các loại bùn thải rất khác nhau, bùn thải từ mạng lưới thoát nước
và bùn nạo vét kênh rạch chứa chủ yếu là cát và đất trong khi bùn thải từ các trạm/ nhà
máy XLNT và từ bể tự hoại chứa chủ yếu là các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, có các vi


khuẩn có thể gây độc cho mơi trường vì thế cần có biện pháp xử lý trước khi thải ra
nguồn tiếp nhận [14].
Thành phần, tính chất hóa lý của bùn cặn phát sinh từ nhà máy xử lý nước thải
phụ thuộc vào nước thải ban đầu và phương pháp xử lý nước thải:


6
Cặn và rác giữ lại ở song chắn rác có kích thước lớn với số lượng thay đổi tùy
thuộc vào hiệu quả quản lý mạng lưới thu gom và vận chuyển. Cặn rác có độ ẩm 85 –
95 %, chứa 50 – 80 % chất hữu cơ, có mùi hơi thối, có khả năng phân hủy.
Cát và cặn nặng kích thước lớn hơn 0,2mm có tỉ trọng cặn khơ 2,65, độ ẩm cặn
khi đã ráo hết nước 14 – 35%, chứa 30 – 50 % chất hữu cơ.
Cặn tươi: hình thành từ cơng trình lắng I, có mùi khó chịu, nguy hiểm về
phương diện vệ sinh vì chứa nhiều trứng giun sán, do đó hạn chế việc sử dụng. Song
nếu chúng được xử lý trong các bể phản ứng phân hủy thì sẽ làm mất mùi, dễ làm khơ,
đảm bảo vệ sinh và bảo tồn được các thành phần phân bón rất có lợi cho cây trồng.
Thành phần chủ yếu: 80 – 85% hydratcacbon, các chất béo và protein, còn 15 – 20% là
lignin phức chất đất mùn. Độ ẩm cặn 92 – 98%.
Bùn sinh học: hình thành từ quá trình xử lý bậc II (quá trình sinh học), được giữ
lại ở bể lắng II, thường ở dạng huyền phù chứa keo bơng vơ định hình, gồm các vi sinh
vật hiếu khí và những chất hữu cơ nhiễm bẩn có trong nước thải. Bùn hoạt tính sau
aerotank có độ ẩm cao 99,2 – 99,7%, màng sinh vật sau biofill có độ ẩm 96 – 96,5%.

1.1.3. Các phương pháp xử lý bùn [15]
Để xử lý, loại bỏ các loại cặn thường sử dụng các q trình sinh hố yếm khí như
bể tự hoại, bể lắng hai vỏ và bể lên men mêtan. Bể lắng hai vỏ, bể mêtan có hai chức
năng chính là tách các chất khơng tan ở dạng lắng và lên men cặn lắng. Để loại bỏ
nước, giảm thể tích thường sử dụng các cơng trình như: bể nén cặn, sân phơi bùn, máy
ép bùn cặn...
a)

Mục tiêu của xử lý bùn

Giảm khối lượng của hỗn hợp bùn bằng cách tách một phần hay phần lớn lượng
nước có trong hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước cơng trình xử lý và giảm thể tích
cặn phải vận chuyền tới nơi tiếp nhận.
Phân hủy các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các chất hữu cơ ổn
định và các hợp chất vô cơ để dễ dàng tách nước và không gây tác động xấu đến môi
trường nơi tiếp nhận. Các phương pháp xử lý: làm khô và phân hủy kỵ khí.
b)

Phương pháp làm khơ bùn

Làm khơ cặn trên sân phơi bùn: Sân phơi bùn là một cơng trình có mặt bằng hình
chữ nhật dễ thấm nước, xung quanh xây bờ chắn. Sau khi đã làm khô ở sân phơi bùn,
cặn có độ ẩm đạt dưới 75 %, thể tích giảm xuống 2 - 5 lần.
Cơng dụng của sân phơi bùn là giảm thể tích và khối lượng của cặn để sử dụng
làm phân bón. Ưu điểm của sân phơi bùn là tiết kiệm năng lượng do quá trình làm khơ
bùn bằng q trình thấm và bốc hơi tự nhiên, chi phí đầu tư và vận hành thấp, tuy
nhiên sân phơi bùn khơng thuận lợi ở những vùng ít nắng, mưa nhiều, vì thế người ta
thường xây dựng sân phơi bùn có mái che bằng kính, nền bằng atphan bêtông.

7

Hình 1.2: Cấu tạo sân phân phơi bùn
Ở
Việt Nam có nhiệt đơ cao, nhưng lại có mưa nhiều và độ ẩm lớn, do đó việc sử
dụng sân phơi bùn trên nền đất tự nhiên cũng gặp khó khăn. Ở nước ngoài đối với
những vùng mưa nhiều, người ta thường xây dựng các sân phơi bùn có mái che bằng
3 2
kính (tải trọng lên tới 10 m /m .năm) hoặc các sân phơi trên nền atphan betong (tải
3 2
trọng đến 4 - 5 m /m .năm.
Làm khô bằng lọc chân không: Thiết bị lọc chân không là một khung trụ quay
bằng thép đặt nằm ngang, bên ngồi bọc tấm vải thơ thấm lọc. Trụ quay đặt ngập trong
thùng chứa cặn khoảng 1/3 đường kính. Khi trụ quay và máy bơm chân không làm
việc cặn bị ép vào vải lọc với lớp dày khoảng 10 – 12cm. Khi mặt tiếp xúc với cặn ra
khỏi phần ngập thì dưới tác động của chân không nước được rút ra khỏi cặn. Nhờ bản
dao đặc biệt gần ở khung sườn ngoài sẽ cạo sạch lớp cặn ra khỏi bề mặt vải lọc.
Phương pháp này có ưu điểm giảm được độ ẩm cặn tới 78 – 80%, áp dụng tốt cho
các trạm xử lý nước thải công suất nhỏ. Tuy nhiên dây chuyền công nghệ phức tạp vì
cần nhiều cơng trình; cơng tác chuẩn bị cặn phức tạp do phải dùng hóa chất rửa cặn;
hóa chất đắt tiền và điều chế định lượng khó khăn.

Hình 1.3: Máy tách nước bùn bằng phương pháp chân không


8
Làm khô cặn bằng quay ly tâm: Đây là phương pháp dùng thiết bị quay ly tâm
trục ngang, có thiết bị xả cặn xoắn ốc. Dưới tác động của lực ly tâm các phần rắn của
cặn và đập vào thành tường của roto và được dồn lăn tới khe hở, đổ ra thùng chứa bên
ngoài. Nước bùn chảy qua khe hở của phía đối diện. Hiệu suất giữa pha rắn và độ ẩm

của cặn phụ thuộc vào đặc tính của cặn ban đầu.

Hình 1.4: Máy tách nước bùn bằng phương pháp ly tâm
Nhược điểm của thiết bị là nước bùn sau làm khơ có nồng độ chất hữu cơ cao và
3
phải tiếp tục xử lý; công suất giới hạn 13 m /h, thích hợp với trạm xử lý cơng suất nhỏ
3
hơn 40.000 m /ngày.
Làm khô cặn bằng lọc ép: Là phương pháp được sử dụng rộng rãi hơn cả bởi tính
đơn giản và hiệu quả của nó, đặc biệt là máy lọc ép bằng băng tải.
Nồng độ cặn sau khi làm khô trên máy lọc ép băng tải đạt được từ 15 – 25%.
Máy thường có chiều rộng băng từ 0,5 – 3,5 m
Tải trọng trên 1m rộng của băng tải từ 90 – 680 kg/m.giây tùy thuộc vào loại cặn
và loại máy. Lượng nước được lọc qua băng từ 1,6 – 6,3 l/m.giây.
Ưu điểm của máy lọc ép băng tải là bởi tính đơn giản và hiệu quả sau lọc, độ ẩm
cặn tới 70 - 75%, tuy nhiên nhược điểm của thiết bị là chi phí đầu từ ban đầu cao; khó
khăn cho cơng nhân trong vận hành, đặc biệt khâu lấy cặn.

Hình 1.5: Máy ép bùn băng tải


9
c)

Phương pháp phân hủy kỵ khí

Bể lắng 2 vỏ: Diện tích buồng tự hoại và chiều cao xây dựng lớn, không thuận
lợi tại những nơi mực nước ngầm cao, đất xấu. Quá trình phân hủy cặn diễn ra trong
điều kiện tự nhiên, nên chậm và khơng kiểm sốt được.
Bể lắng 2 vỏ thường được sử dụng trên những trạm xử lý nước thải cơng suất nhỏ

3

và trung bình (q < 10000 m /ngày). Khuyết điểm chính của bể lắng 2 vỏ là dung tích
buồng tự hoại và chiều cao xây dựng lớn nên không thể xây dựng tại những nơi mực
nước ngầm cao và đất xấu. Mặt khác quá trình lên men của cặn diễn ra trong điều kiện
tự nhiên, nên chậm chạp và khơng kiểm sốt được. Vì vậy trong nhiều trường hợp cần
thiết phải xây dựng bể mêtan.
Bể mêtan: Là kết quả của q trình phát triển cơng nghệ xử lý cặn lắng, đó là
cơng trình thường có mặt bằng hình trịn hay hình chữ nhật, đáy hình nón hay hình
chóp đa giác và có nắp đậy kín. Ở trên cùng của nắp đậy làm chóp mũ để thu hơi khí.
Cặn trong bể mêtan được khuấy trộn đều và được sấy nóng nhờ những thiết bị
đặc biệt. Căn cứ vào nhiệt độ của quá trình phân hủy chất hữu cơ mà người ta phân
0

0

biệt thành quá trình lên men ấm (10 - 43 C) và quá trình lên men nóng (>43 C).
Trên các cơng trình xử lý hiện nay người ta thường cho lên men hỗn hợp cặn tươi
với bùn hoạt tính dư. Sự khống hóa trong q trình lên men có quan hệ mật thiết với
các sản phẩm phân hủy tách thành hơi khí và nước bùn.
Hiệu suất công tác của bể mêtan được đánh giá theo giá trị phân hủy các chất mà
đặc trưng hoặc là mức độ tách hơi khí Pr (%) hoặc là độ hao hụt các chất không tro
(hữu cơ) Pkt (%). Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới quá trình phân hủy các chất
hữu cơ là sức tải cặn. Sức tải cặn tính theo thể tích và theo các chất khơng tro.

Hình 1.6: Bể metan


10
3

Đối với những bể mêtan có dung tích đến 1000 m thì việc khuấy trộn ở trong bể
3
thực hiện bằng máy bơm cặn. Bể có dung tích 1000 - 4000 m máy thủy lực và đối với
3
những bể lớn hơn 4000m dùng thiết bị khuấy chân vịt. Công suất của thiết bị khuấy
trộn tính với thời gian 5 -10 giờ.
Đối với cơng nghệ kỵ khí trong phân hủy bùn cặn có nhiều ưu điểm như: Chi phí
đầu tư thấp; ít tốn kém năng lượng khi vận hành vì chỉ cần năng lượng khi xáo trộn;
lượng hóa chất bổ sung vào q trình khơng có; bùn kỵ khí có thể phục hồi hoạt động
sau một thời gian; sản phẩm cuối cùng là khí sinh học có thể tận dụng thu hồi. Tuy
nhiên hạn chế của cơng nghệ này đó là: Thời gian khởi động lâu; sinh ra mùi hơi khó
chịu; khơng giải quyết được nito, photpho; nhạy cảm với cơ chất độc.
1.2. Hiện trạng quản lý, xử lý bùn thải tại việt nam [14]
1.2.1. Hiện trạng phát sinh
Hiện nay, chưa có số liệu thống kê đầy đủ về phát sinh bùn thải trên phạm vi cả
nước, các số liệu về bùn thải thường tập trung liên quan đến bùn thải từ bể tự hoại và
bùn thải từ hệ thống thoát nước tại các đô thị.
Khối lượng bùn thải được dự báo ngày càng gia tăng cùng với mức tăng dân số và
các nhu cầu sinh hoạt của người dân. Hệ số phát sinh bùn cặn từ các cơng trình vệ sinh (bể
3

tự hoại) tại đô thị là 0,04 - 0,07m /người.năm (QCVN 07:2016/BXD). Chỉ số phát
3

sinh bùn cặn từ hệ thống thốt nước tại các đơ thị khoảng 0,146 - 0,365m /người.năm.
Bảng 1.1: Lượng bùn cặn phát sinh từ các công trình vệ sinh (bể tự hoại) và bùn cặn phát
sinh từ hệ thống thốt nước tại đơ thị trên cả nước giai đoạn 2013 - 2016

TT

Năm

1

2013

2

2014

3

2015

4

2016

Ghi chú: Lượng bùn cặn được ước tính từ số dân đơ thị và hệ số phát sinh.
1.2.1. Thu gom và xử lý
Hiện nay, bùn thải từ hoạt động nạo vét cống rãnh, kênh rạch và bùn bể tự hoại
được vận chuyển bằng xe chuyên dụng và xà lan (bùn nạo vét kênh rạch). Công tác
nạo vét bùn từ mạng lưới thốt nước nhiều đơ thị vừa và nhỏ vẫn còn sử dụng phương
pháp thủ công, nhiều đô thị lớn bước đầu sử dụng cơ giới hóa. Phương pháp thủ cơng
có năng suất thấp, khơng an tồn và gây nguy hại đến sức khỏe cơng nhân thoát nước.


Phương thức xử lý bùn chủ yếu áp dụng tại các trạm XLNT đô thị Việt Nam là
khử nước và chở đi chơn lấp. Một số ít trạm xử lý có sản xuất phân vi sinh từ bùn sau