Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
===o0o===

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ COD TRONG NƯỚC RỈ RÁC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thùy Linh
Ngành học: Sư phạm Hóa học

Hà Nội - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
===o0o===

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ COD TRONG NƯỚC RỈ RÁC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thùy Linh
Ngành học: Sư phạm Hóa học

Người hướng dẫn khoa học:

TS. LÊ THANH SƠN

Hà Nội - 2018


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa học
trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã trang bị cho em rất nhiều kiến thức chuyên
sâu về lĩnh vực hóa học, đặc biệt là Hóa học Môi trường và cùng đó tạo điều kiện
giúp em trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến TS. Lê Thanh Sơn người đã trực tiếp hướng dẫn
em hoàn thành khóa luận này kịp tiến độ. Trong thời gian làm việc với thầy, em
không những tiếp thu được thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh
thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả.
Em xin cảm ơn các anh chị trong Phòng Công nghệ Hoá lý Môi trường thuộc
Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam số 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình
làm khóa luận tốt nghiệp vừa qua để sẵn sàng mọi kiến thức hoàn thành khóa luận
tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin được bày tỏ lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đặc biệt là
những người bạn làm nghiên cứu cùng trong thời gian này, đã cùng nhau trao đổi
kiến thức và giúp đỡ lẫn nhau trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 01 tháng 05 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thùy Linh


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BCL

Bãi chôn lấp

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trường

BOD

Nhu cầu oxi sinh hóa

COD

Nhu cầu oxi hóa học

DO

Lượng oxi hòa tan trong nước

KLN

Kim loại nặng

NRR

Nước rỉ rác

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TOC

Tổng cacbon hữu cơ

TSS

Chỉ tiêu chất rắn lơ lửng

VSV

Vi sinh vật

SS

Chất rắn lơ lửng


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................2
1.1. Tổng quan về nước rỉ rác ..................................................................................2
1.1.1. Khái niệm, nguồn gốc phát sinh nước rỉ rác ....................................................2
1.1.2. Phân loại nước rỉ rác ........................................................................................2
1.1.3. Thành phần, tính chất nước rỉ rác ....................................................................3
1.1.4. Bãi rác Nam Sơn ...............................................................................................6
1.1.5. Các công trình nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác ...............................................8
1.2. Tổng quan về phương pháp lọc sinh học .........................................................9
1.2.1. Phân loại phương pháp lọc sinh học ................................................................9
1.2.2. Phương pháp lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước..........................12
1.3. Tổng quan về COD...........................................................................................15
1.3.1. Yếu tố ảnh hưởng đến thành phần hữu cơ trong NRR ....................................15
1.3.2. Ảnh hưởng của thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác tới môi trường và
sức khỏe con người....................................................................................................16
1.3.3. Các công trình xử lý thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác ở Việt Nam
và thế giới..................................................................................................................17
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
..........................................................................................................................19
2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu..............................................19
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................19
2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................19
2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................19
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ....................................................................19
2.2.2. Phương pháp phân tích ...................................................................................20
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ..............................................................................20
2.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................23


2.3.1. Ảnh hưởng của chế độ sục/dừng sục khí đến hiệu suất xử lý .........................23
2.3.2. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào...................................................................23
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.........................................................24
3.1. Đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ có trong nước rỉ rác theo chế độ
sục khí.......................................................................................................................24
3.2. Đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ có trong nước rỉ rác theo tải lượng
đầu vào ..........................................................................................................26
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................31
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................33
PHỤ LỤC .................................................................................................................36


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới...............4
Bảng 2. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL ở Việt Nam ....................................4
Bảng 3. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của hồ kỵ khí...........................7
Bảng 4. Đặc điểm nước rỉ rác ở hồ làm thoáng ..........................................................7
Bảng 5. Thành phần hữu cơ trong giai đoạn đầu và giai đoạn sau phân hủy
sinh học của chất thải rắn sinh hoạt .............................................................15
Bảng 6. Đặc tính nước rỉ rác đã qua tiền xử lý bằng keo tụ điện hóa .......................19
Bảng 7. Các thông số của bể lọc sinh học giá thể bám dinh ngập nước ...................21
Bảng 8. Thành phần hóa chất nuôi bùn vi sinh pha trong 15 lít nước ......................22
Bảng 9. Ảnh hưởng của từng chế độ sục khí theo thời gian .....................................24
Bảng 10. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD.....................27


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Đĩa quay sinh học RBC................................................................................10
Hình 2. Cấu tạo của bể lọc nhỏ giọt ..........................................................................11
Hình 3. Sơ đồ hệ lọc sinh học ngập nước .................................................................13
Hình 4. Bể lọc sinh học ngập nước ...........................................................................21
Hình 5. Giá thể bám dính ..........................................................................................22
Hình 6. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý
COD .............................................................................................................25
Hình 7. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử
lý COD .........................................................................................................28


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế, các khu vực đô thị
ngày càng được mở rộng, dân số đô thị ngày tăng nhanh cùng với mức sống ngày
càng được nâng cao kéo theo chất thải rắn vào môi trường gia tăng nhanh. Hiện nay,
phương pháp chôn lấp vẫn là giải pháp phổ biến trong xử lý chất rắn đô thị ở Việt
Nam do kỹ thuật đơn giản và chi phí xử lý thấp. Tuy nhiên, phương pháp này cũng
đặt ra một thách thức lớn do lượng nước rỉ rác nhiều và khó xử lý.
Các bãi chôn lấp chất ở Việt Nam hiện nay sinh ra lượng nước rỉ rác lớn do
độ ẩm tự nhiên, nước mưa và các quá trình sinh hóa, trong đó chứa các loại thành
phần hữu cơ độc hại cao và khó phân hủy sinh học như: các kim loại nặng (chì,
+

2-

kẽm, sắt,…), các ion (NH4 , SO4 ,…), chỉ tiêu COD, BOD lớn; các VSV gây
bệnh… Nếu không được xử lý tốt, nước rỉ rác sẽ ngấm vào nước mặt, nước ngầm
gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc biệt hàm lượng COD cao là một trong
những khó khăn khi xử lý nước rỉ rác, nếu để lâu ngày có thể hình thành các hợp
chất hữu cơ cao phân tử chứa halogen là những chất độc nếu nhiễm vào nguồn
nước, đất. Chính vì vậy, cần phải tập trung nghiên cứu, đánh giá và xử lý một cách
có hiệu quả.
Trên thực tế, có rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp xử lý và các công
trình xử lý nước rỉ rác nhưng việc ứng dụng vào thực tế còn có nhiều hạn chế. Xuất
phát từ lí do trên, đề tài này lựa chọn phương pháp xử lý NRR là lọc sinh học.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phương
pháp lọc sinh học” đã được thực hiện nhằm mục tiêu xử lý được hàm lượng COD
trong NRR đạt hiệu quả cao nhất, với nội dung nghiên cứu như sau:
Nội dung đề tài:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sục khí và tải lượng tới hiệu quả xử lý
COD trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học.
- Lựa chọn điều kiện tối ưu cho quá trình lọc sinh học để đề xuất cách xử lý
nước rỉ rác trong thực tế.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nước rỉ rác
1.1.1. Khái niệm, nguồn gốc phát sinh nước rỉ rác
Nước rỉ rác là một loại chất lỏng được sinh ra từ quá trình phân hủy vi sinh
đối với các chất hữu cơ có trong rác, thấm qua các lớp rác của ô chôn lấp và kéo
theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo và tan từ các chất thải rắn.
Nguồn gốc phát sinh: Nước rỉ rác được hình thành khi nước thấm vào các ô
chôn lấp theo các cách sau:
- Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp.
- Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn lấp.
- Nước có thể rỉ vào qua các cạnh của ô chôn lấp.
- Nước từ khu vực khác chảy qua có thể thấm vào ô chôn lấp.
- Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp trước khi được phủ đất và sau khi ô
chôn lấp được đóng lại.
- Nước phía trên bãi chôn lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ
bùn nếu việc chôn bùn được cho phép.
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 nước
rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Trong suốt
những năm đầu tiên, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ và tích
trữ trong các khe hở và lỗ hổng của chất thải chôn lấp.
Lưu lượng nước rò rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm
dần sau khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên bề
mặt giữ nước làm giảm độ ẩm thấm vào.
1.1.2. Phân loại nước rỉ rác
Theo đặc điểm và tính chất, nước rỉ rác được phân làm 2 loại:
- Nước rỉ rác tươi, nước rác khi không có mưa.
- Nước rỉ rác khi có mưa: mưa thấm qua bãi rác và hòa lẫn vào nước rỉ rác.
Theo đặc điểm hoạt động của bãi chôn lấp:

2


- Nước rỉ rác phát sinh từ các bãi chôn lấp cũ, đã đóng cửa hoặc ngừng hoạt
động. Thành phần, tính chất của loại nước rỉ rác này phụ thuộc vào thời gian đã
đóng bãi, mức độ phân hủy các thành phần hữu cơ trong bãi rác.
- Nước rỉ rác phát sinh từ các bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc ngừng vận
hành.
1.1.3. Thành phần, tính chất nước rỉ rác
Thành phần, lưu lượng NRR thay đổi, phụ thuộc vào: thành phần rác, tuổi
bãi rác, chế độ vận hành của bãi rác, chiều sâu bãi chôn lấp, thời tiết, điều kiện thủy
văn khu vực, … Song, về cơ bản nước rỉ rác gồm 2 thành phần chính: đó là các hợp
chất hữu cơ và các hợp chất vô cơ.
- Các chất hữu cơ: Chất có phân tử lượng lớn (axit humic, axit fulvic, …),
các hợp chất hữu cơ (photpho hữu cơ, 1,4 – dioxan,…).
- Các chất vô cơ: là các hợp chất của nitơ, lưu huỳnh, photpho. Nhưng chủ
yếu là nitơ và photpho vì chúng gây hiện tượng phú dưỡng hóa.
Các tính chất của NRR phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thành phần và sự
phân hủy của rác (thủy phân, hấp phụ, hòa tan, oxy hóa và bay hơi..), hoạt động
quản lý, thiết kế và hoạt động của bãi chôn lấp, độ ẩm, lượng oxy, sự chuyển động
của nước và các điều kiện thời tiết thay đổi. Do đó, hầu hết các loại NRR cần được
đánh giá một cách độc lập để tìm ra phương pháp xử lý thích hợp.
1.1.3.1. Thành phần nước rỉ rác của một số BCL trên thế giới
Thành phần nước rỉ rác ở các BCL trên thế giới đều chứa hàm lượng chất
hữu cơ cao dao động từ hàng nghìn đến chục nghìn mg/l. Các BCL có tuổi thọ càng
cao thì tỉ lệ BOD/COD càng thấp. Điều này cho thấy, BCL càng lâu sẽ chứa càng
nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.

3


Bảng 1. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới
Thông số

Đơn vị

Đức

Trung Quốc

Canada

Italia

Balan

COD

mg/l

3180

5800

3210 - 9190

5050

1180

BOD

mg/l

1060

430

-

1270

331

BOD/COD

-

0,33

0,07

-

0,25

0,28

pH

-

-

7,6

6,9 - 9,0

8,38

8

SS

mg/l

-

-

-

-

-

KLN

mg/l

1135

-

-

1670

-

NH3-N

mg/l

884

-

-

1330

743

(Nguồn: Renou và cộng sự, 2008 [17])
1.1.3.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL ở Việt Nam
Nước rỉ rác ở một số BCL ở Việt Nam cũng có đặc điểm là: hàm lượng
chất hữu cơ vượt quá tiêu chuẩn cho phép, hàm lượng TSS cao. Các thông số như
bảng 2.
Bảng 2. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL ở Việt Nam
Thông số Đơn vị

BCL Nam

BCL Gò Cát

BCL Thủy

BCL Tràng Cát

Sơn (HN)

(TP.HCM)

Phương (Huế)

(Hải Phòng)

pH

-

6,81 - 7,98

7,4 - 7,6

7,7 – 8,5

6,5 – 8,22

TSS

mg/l

120 - 2240

700 - 2020

42 – 84

21 – 78

COD

mg/l

1020 - 22783 13655-16814

623 – 2442

327 – 1001

BOD5

mg/l

495 - 12302

6272 - 9200

148 – 398

120 – 465

Tổng N

mg/l

423 - 2253

1821 - 2427

-

179 – 507

+

mg/l

-

1680 - 2887

184 – 543

-

-

mg/l

-

0 - 6,2

-

-

Tổng P

mg/l

6,51 - 24,80

10,3 - 19,8

-

3,92 – 8,562

Năm

7

7

9

2

N-NH4

N-NO3
Tuổi
BCL

(Nguồn: Văn Hữu Tập, 2015 [11])

4


Cũng như nhiều loại nước thải khác, pH, độ kiềm, thành phần (COD, BOD,
2-

NH3, SO4 ,...) và một số các tính chất (khả năng phân hủy sinh học hiếu khí, kỵ
khí,...) của nước rỉ rác phát sinh từ các BCL khá cao và là một trong những thông số
quan trọng dùng để xác định công nghệ xử lý, tính toán thiết kế các công trình đơn
vị, lựa chọn thiết bị, xác định liều lượng hoá chất tối ưu và xây dựng quy trình vận
hành thích hợp để xử lý nước rỉ rác.
1.1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác
Thành phần chất ô nhiễm trong nước rỉ rác 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... [8].
- Thành phần chất thải rắn: Thực tế, thành phần chất thải rắn là yếu tố quan
trọng tác động đến tính chất của nước rỉ rác. 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 rỉ rác cũng có các đặc tính tương tự.
- Thời gian chôn lấp: Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp.
Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần. Bãi chôn lấp
rác thải càng lâu năm thì COD, BOD càng thấp, các hợp chất hữu cơ và kim loại
nặng cũng ở mức thấp hoặc không có. Khả năng phân hủy sinh học thấp một phần
do số lượng vi sinh vật ít đi. Độ pH trong nước rỉ rác tăng dần lên giá trị trung tính
hoặc kiềm.
-

Độ ẩm và nhiệt độ: 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 càng 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 thì quá trình bay hơi
sẽ xảy ra tốt hơn làm giảm lưu lượng nước rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các
phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho
nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn.
- Chiều sâu bãi chôn lấp: Chiều sâu ô chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô
nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và
quá

5


trình thấm. 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 các chất ô nhiễm.
1.1.4. Bãi rác Nam Sơn
1.1.4.1. Bãi chôn lấp
Đặc điểm bãi rác Nam Sơn: nằm ở huyện Sóc Sơn, là một bãi rác lớn nhất
Hà Nội, cách trung tâm thành phố Hà Nội khoảng 50 km. Bãi chôn lấp có diện tích
khoảng 83,4 ha bắt đầu đi vào hoạt động vào năm 1999 và dự tính đóng cửa vào
2025. Thành phần chất thải tại bãi rác Nam Sơn chủ yếu là chất hữu cơ từ: rau, hoa
cỏ, động vật chết,… và một số lượng lớn các loại rác như nilon, nhựa, giấy các loại.
Các loại rác vô cơ chủ yếu là thủy tinh, sành sứ, gốm, xi măng và đá xây dựng.
Thực trạng xử lý NRR tại bãi rác Nam Sơn:
3

- Lượng nước rỉ rác phát sinh: 2.000 m /ngày.đêm
3

- Công suất xử lý: 1.500 m /ngày.đêm
3

- Lượng nước rỉ rác còn tồn lại: 500 m /ngày.đêm
- Hệ thống hai trạm xử lý:
3

+ Trạm 1: công suất 600 m /ngày.đêm vận hành từ tháng 10/2015
3

+ Trạm 2: công suất 1.100 m /ngày.đêm vận hành từ tháng 10/2009
1.1.4.2. Tính chất của nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn
Nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn mang các tính chất đặc trưng giống
như nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp khác trên thế giới. Nồng độ các chất độc trong
nước rỉ rác của BCL Nam Sơn khá cao, vào mùa khô nồng độ COD từ 14.000 –
20.000 mg/l, mùa mưa con số này thấp hơn khoảng 8.000 – 9.000 mg/l; ở hồ làm
thoáng nồng độ COD là 300 mg/l và đều vượt quá tiêu chuẩn TCVN 5945 - 1995.

6


Bảng 3. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của hồ kỵ khí
Thông số

Đơn vị

Giá trị

pH

8 ± 0.1
14.000 – 20.000 (mùa khô)

COD

mg/l

BOD5

mg/l

300 – 1.500

TOC

mg/l

500 – 2.500

N-NH3

mg/l

10 – 800

N-NO3

mg/l

5 – 40

SS

mg/l

200 – 1000

3-

mg/l

600 – 800

Tổng P

mg/l

1 – 70

Sắt tổng số

mg/l

50 – 600

Độ kiềm

mg/l

1000 – 10000

Độ cứng

mg/l

300 – 10000

Ca

mg/l

439 – 650

Mg

mg/l

50 – 1500

P-PO4

8.000 – 9000 (mùa mưa)

(Nguồn: Báo cáo khả thi dự án thu gas và xử lý nước rỉ rác, BCL rác thải Nam Sơn)
Bảng 4. Đặc điểm nước rỉ rác ở hồ làm thoáng
STT

Thông số

Đơn vị

Giá trị

1

PH

-

8,5

2

BOD

mg/l

300

3

COD

mg/l

1500

4

SS

mg/l

250

5

Nitơ tổng số

mg/l

350

6

Phốt pho tổng số

mg/l

7

(Nguồn: Báo cáo khả thi dự án thu gas và xử lý NRR, BCL rác thải Nam Sơn)

7


1.1.5. Các công trình nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác
1.1.5.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới
-

Un và cộng sự [22] đã nghiên cứu loại bỏ các ion F trong nước và nước thải
-

bằng phương pháp keo tụ, kết quả cho thấy khả năng loại bỏ F bằng điện cực Al
cao hơn khi sử dụng điện cực Fe do có sự tạo thành phức AlnFm(OH)(3n-m). Việc loại
-

bỏ F có thể được cải thiện bằng cách tăng mật độ dòng điện, pH giữ ở mức ~ 6 và
để giảm mức tiêu thụ năng lượng có thể bổ sung Na2SO4 để tăng độ dẫn điện của
-

dung dịch. Tuy nhiên sự bổ sung muối này lại làm giảm hiệu suất xử lý F . Việc loại
-

bỏ F khỏi nước để đạt tiêu chuẩn của WHO (1,2 mg/l) và năng lượng tiêu thụ tương
đối thấp, thời gian xử lý cần 5 phút.
Butler và cộng sự [15] đã chỉ ra rằng keo tụ điện hóa có khả năng xử lí màu,
nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) đạt hiệu quả cao và quy
trình xử lí nhanh hơn, hiệu quả hơn phương pháp keo tụ hóa học truyền thống; ít tốn
kém hơn so với các phương pháp xử lí khác như tia cực tím (UV) và ozone. Do đó
phương pháp keo tụ điện hóa có thể được sử dụng để xử lí các loại nước thải của
nhiều lĩnh vực, bao gồm cả công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt.
Tizaoui cùng cộng sự [21] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp ozon hóa và
ozone kết hợp với hydrogen peroxide để xử lí nước rỉ rác tại Tunisia, được đặc trưng
bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và màu sắc tối. Kết quả thu được
cho thấy rằng hiệu quả ozon hóa đã gần như tăng gấp đôi khi kết hợp với hydrogen
peroxide khi nồng độ H2O2 là 2 g/l, nhưng khi nồng độ H2O2 cao hơn 2 g/l lại cho
hiệu quả thấp. pH có thể thay đổi không đáng kể do tác dụng của đệm bicarbonate.
Nồng độ sunphat cũng giảm nhẹ. Ngược lại, nồng độ chloride ban đầu thì giảm,
nhưng sau một thời gian thí nghiệm lại tăng lên để đạt được giá trị ban đầu của nó.
Kết quả so sánh chi phí vận hành của 2 phương pháp cho thấy các hệ thống H2O2/O3
tại H2O2 nồng độ 2 g/l cho chi phí thấp nhất khoảng ~ 2.3 USD/kg COD được loại
bỏ.
1.1.5.2. Các công trình nghiên cứu trong nước
Nguyễn Hồng Khánh (2007) [3] đã nghiên cứu so sánh các công nghệ ở
trong và ngoài nước về xử lý nước rỉ rác, trên cơ sở đó tác giả đã đề xuất công nghệ
xử lý nước rỉ rác cho các bãi chôn lấp trên địa bàn thành phố Hà Nội. Từ nghiên cứu
8


này, tác giả đã đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác cho bãi chôn lấp Nam Sơn và
với đối tượng nước rỉ rác cũ là áp dụng kĩ thuật SBR cải tiến (vừa mang tính mẻ kế
tiếp giai đoạn nhưng lại có thể vận hành liên tục) và giai đoạn cuối cùng là oxi hóa
bằng fenton.
Trần Mạnh Trí [9] đã áp dụng quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để xử lý
nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Tác giả đã sử
dụng quá trình Keo tụ - Tạo phức - Fenton - Perozon để xử lý nước rỉ rác sau phân
hủy sinh học kỵ khí trong bể UASB (COD = 5424 mg/l) ở hệ thống xử lý nước rỉ
rác Gò Cát. Quá trình keo tụ/Fenton được thực hiện bằng cách bổ sung polyferic
3+

sunphat (300 mg Fe /lít) và sau khuấy nhanh bổ sung tiếp 500 mg H2O2/lít vào và
khuấy chậm 120 phút. Với quá trình xử lý này, hiệu suất xử lý COD cao (đạt 76%).
Sau quá trình Keo tụ - Tạo phức - Fenton, nước rỉ rác tiếp tục được xử lý bằng
Perozon đã xử lý được 97% các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.
Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp [7] với công trình “Thúc đẩy nhanh quá
trình phân hủy vi sinh rác và nước rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi
trường hóa học trong bãi chôn lấp” đã cho thấy, khi chôn lấp rác thải sinh hoạt có
thành phần lignin tới 15,2% trọng lượng khô làm phát thải khí metan không có lợi
về kinh tế và môi trường. Với việc bổ sinh thêm môi trường sunfat nhằm tạo điều
kiện để phân hủy thành phần hữu cơ thể rắn trong rác chuyển sang dạng lỏng trong
nước rỉ rác, vô cơ hóa thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước rỉ
rác. Trong môi trường sunfat, hệ thống chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 95
của chu trình chôn lấp rác. Ngoài ra nhóm tác giả cũng đã cho thấy rằng việc tuần
hoàn nước rỉ rác tạo khả năng oxy hóa – khử mạnh hơn cho môi trường phân hủy vi
sinh các chất hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hóa chất hữu cơ ở thể lỏng.
1.2. Tổng quan về phương pháp lọc sinh học
1.2.1. Phân loại phương pháp lọc sinh học
Dựa vào nguyên tắc hoạt động, phương pháp lọc sinh học được chia thành 3
loại là phương pháp sinh học sinh trưởng bám dính ngập nước, phương pháp sinh
học sinh trưởng bám dính không ngập nước (lọc sinh học nhỏ giọt) và đĩa quay sinh
học RBC.

9


1.2.1.1. Đĩa quay sinh học RBC (Rotating Biological Contactor)
RBC là một đĩa quay sinh học bao gồm một số đĩa lớn (disk) bằng nhựa PVC
hoặc PS, hình tròn được gắn cạnh nhau lắp trên cùng một trục (hub), các đĩa được
phân ra nhờ các vách ngăn (partition). Các đĩa được quay nhờ có sự chuyển động
bằng xích bánh lái (chain driving gear) và bánh xích (sprocket). Hệ được giữ cố
định nhờ ổ đỡ trục (pillow). Sự kết hợp hài hòa giữa ổ đỡ trục và sự chuyển động
của bằng xích và bánh xích giúp các đĩa này quay đồng tâm quanh trục truyền động
(shaft) với tốc độ ổn định. Đây là thiết bị xử lý nước thải bằng kỹ thuật màng sinh
học dựa trên sự dinh trưởng gắn kết của vi sinh vật trên bề mặt của vật liệu đĩa. Vật
2

3

liệu thường gặp ở dạng đĩa, diện tích bề mặt khoảng 6 - 7,62 m /m , còn ở dạng lưới
2

3

thì diện tích bề mặt từ 9,1-10,6 m /m [17].

10


ổ đỡ trục

trục

trục chuyển động

đĩa
bánh lái

bánh xích
bánh xích
vách ngăn

Hình 1. Đĩa quay sinh học RBC
Khi khối đĩa quay lên, các vi sinh vật lấy oxy để oxy hoá các chất hữu cơ và
giải phóng CO2. Tốc độ quay chỉ với vài vòng/ phút điều này cũng giúp điều chỉnh
độ dày màng có chứa vi sinh là từ 1 - 2mm. Khi khối đĩa quay xuống, vi sinh vật
nhận chất nền (chất dinh dưỡng) có trong nước. Trong quá trình luân chuyển,
khoảng 40% diện tích bề mặt môi trường được tiếp xúc với nước thải. Việc quay
vòng liên tục khiến vi sinh vật hiếu khí có điều kiện tốt để tiếp xúc với oxy, tạo môi
trường thuận lợi cho các sinh vật nhân lên và tạo thành một lớp sinh khối mỏng. Sự
gia tăng nhanh chóng của các vi sinh vật giúp khả năng tiêu thụ các chất trong chất
thải tốt hơn, vì đây là nguồn thức ăn dinh dưỡng mà chúng cần, điều đó sẽ khiến các

11


chất hữu cơ trong nước rỉ rác được giảm đi đáng kể. Khi lượng sinh khối tăng lên
quá nhiều, nhanh vượt quá mức khả năng chịu đựng của giá đỡ thì được di chuyển
xuống bể lắng của hệ thống RBC. Quá trình tiếp diễn như vậy cho đến khi hệ vi
sinh vật sinh trưởng và phát triển sử dụng hết các chất hữu cơ có trong nước thải
[18].
1.2.1.2. Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (lọc nhỏ giọt)
Vật liệu lọc: đá cuội, đá dăm, sỏi đá… Nước thải được phân phối trên bề mặt
vật liệu lọc nhờ một hệ thống giàn quay phun nước (rotating influent distributer) tia
thành nhỏ giọt. Khi làm việc, vật liệu màng sinh học khi bị ngấm nước khiến chúng
3

nặng hơn, nên thông thường giá đỡ thường lấy giá trị an toàn là 500 kg/m , khoảng
cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường là 0,6 – 0,8 m. Sàn đỡ và thu nước giúp
thu gom các mảnh vỡ của màng sinh học bị bong đồng thời phân bố khí (influent
air) vào bể lọc để duy trì môi trường hiếu khí trong các khe rỗng. Nước sau quá
trình lọc được tiếp tục cho đi quay li tâm (clarifier) để tách bùn cặn (sludge) và
nước (treatment water), nước này lại tiếp tục quay trở lại quá trình lọc nhờ bơm
(pump) hút lên hệ thống giàn quay phun nước tia. Quá trình nay được thực hiện đến
khi nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn.


giàn quay phun
nước

Mái vòm

không khí

phân bố khí

lọc đầu ra

nước đã xử lý

quay li tâm
tái chế nước
bùn
bơm

Hình 2. Cấu tạo của bể lọc nhỏ giọt


Nước được chảy từ trên xuống qua toàn vật liệu lọc. Khi nước truyền đến lớp
vật liệu thì sẽ được chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe
hở của vật liệu, tiếp xúc với màng sinh học trên bề mặt vật liệu. Khi nước thải tiếp
xúc với lớp màng vi sinh trên bề mặt giá thể cũng là lúc chất hữu cơ được tiêu thụ.
Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và H2O, phân hủy kị khí sinh ra CH4
và CO2 làm bong màng ra khỏi giá thể, trên giá thể tiếp tục hình thành lớp màng
mới.
1.2.1.3. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước
Cấu tạo tương tự như lọc sinh học với lớp vật liệu không ngập trong nước,
tuy nhiên vật liệu lọc được đặt ngập chìm trong nước.
1.2.2. Phương pháp lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước
1.2.2.1. Khái niệm
Lọc sinh học là quá trình xử lý sinh học xảy ra khi dòng nước ô nhiễm đi
qua các giá thể xốp trên đó có cố định các vi khuẩn có khả năng xử lý các chất ô
nhiễm. Lọc sinh học có khả năng xử lý các chất lơ lửng, các chất ô nhiễm hữu cơ và
vô cơ hòa tan.
1.2.2.2. Nguyên lý
Lọc sinh học dựa trên cơ chế sinh trưởng bám bính của vi sinh vật (VSV)
vào vật mang (giá thể bám). Lọc sinh học là một tiến trình bao gồm một số quá trình
sinh hoá quan trọng xảy ra trong bể lọc [2, 10]
Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan sẽ xảy ra sự khử nitrat ứng với việc loại
nitơ dưới dạng nitrat hóa bằng cách chuyển hóa thành khí N2. Oxy được giải phóng
từ nitrat sẽ oxy hóa chất hữu cơ và nitơ sẽ được tạo thành:
-

Vi sinh + NO3 → NO2 + O2
Chất hữu cơ + O2 → N2 + CO2 + H2O
Thiết bị lọc sinh học ngập nước là một thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu
phân phối nước ngập hệ giá thể bám dính đồng thời phân phối khí đều trong hệ.


Hình 3. Sơ đồ hệ lọc sinh học ngập nước
Trong quá trình vận hành của bể lọc giá thể sinh học, sự sinh trưởng và chết
của các vi sinh vật xảy ra không ngừng. Khi màng sinh vật chết sẽ văng ra khỏi giá
thể và lơ lửng trong nước sau đó lắng dần xuống đáy bể. Trong quá trình làm việc,
+

-

các vi sinh vật có thể khử được BOD và chuyển hóa NH4 thành NO3 . Lớp vật liệu
lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng, hệ thống thổi khí giúp không làm tắc nghẽn khi
hệ vận hành [16].
1.2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu xuất xử lý
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là bản
chất của chất hữu cơ ô nhiễm, nhiệt độ, pH, vận tốc oxy hóa, cường độ thoáng khí,
tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh vật, …
- Ảnh hưởng của chất ô nhiễm đầu vào: thành phần của chất ô nhiễm đầu
vào ảnh hưởng đến việc lựa chọn vi sinh vật thích hợp để xử lý nước thải, bên cạnh
đó nồng độ chất ô nhiễm cao hay thấp cũng ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và
phát triển của hệ vi sinh cũng như chất lượng nước sau khi xử lý.
- Ảnh hưởng của vận tốc oxy hóa: vận tốc oxy hóa nhanh hay chậm của vi
sinh vật trong quá trình hiếu khí diễn ra trong hệ lọc khiến cho khả năng chuyển hóa
hay loại bỏ các chất ô nhiễm của hệ vi sinh.


- Ảnh hưởng của nồng độ oxy: chế độ sục khí ảnh hưởng mạnh mẽ tới quá
trình xử lý nước rỉ rác. Nồng độ oxy trong nước ảnh hưởng tới môi trường sống của
vi sinh vật bên cạnh đó cũng ảnh hưởng tới chu trình chuyển hóa nitơ.
- Ảnh hưởng của thành phần vi sinh vật: với số lượng cũng như thành phần
các loại vi sinh vật có trong hệ sẽ giúp việc phân hủy và chuyển hóa chất hữu cơ
nhanh hơn hoặc thậm chí lại ức chế ngược lại sự phát triển của các VSV có khả
năng xử lý chất ô nhiễm.
- Ảnh hưởng của pH: các loài vi sinh vật phát triển tốt trong môi trường có
độ pH phù hợp. Khi độ pH trong dung dịch quá cao hoặc quá thấp sẽ phá vỡ cần
bằng trong tế bào chất là cho các vi sinh vật bị ức chế sinh trưởng thậm chí là bị
chết.
1.2.2.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp lọc sinh học ngập nước
Ưu điểm:
Kỹ thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh vật tập trung ở màng
sinh học có tính mạnh hoạt bùn hoạt tính. Do đó phương pháp này có một số ưu
điểm sau [2]:
- Chiếm ít diện tích.
- Đơn giản, dễ dàng cho việc bao che công trình, khử độc và đảm bảo mĩ
quan.
- Không cần phải rửa lọc (Vì quần thể vi sinh vật được cố định trên giá đỡ
cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải)
- Phù hợp với nước thải pha loãng
- Đưa vào hoạt động rất nhanh (ngay cả sau một thời gian gặp sự cố hệ
thống ngừng làm việc kéo dài)
- Dễ dàng tự động hóa.
Nhược điểm:
- Tăng tổn thất tải lượng.
- Giảm lượng nước thu hồi.
- Tổn thất khí khí cấp cho quá trình
-

Khí phun lên tạo nên dòng chuyển động xoáy, làm giảm khả năng giữ

huyền phù [6].


1.3. Tổng quan về COD
1.3.1. Yếu tố ảnh hưởng đến thành phần hữu cơ trong NRR
Thành phần NRR cũng như thành phần hữu cơ của NRR của cùng một loại
chất thải có thể khác nhau nếu đặt BCL tại các khu vực có điều kiện khí hậu khác
nhau cũng như hoạt động vận hành của BCL là khác nhau. Ngoài ra thành phần hữu
cơ trong NRR còn bị ảnh hưởng bởi mùa, địa điểm, độ chua, nhiệt độ, điều kiện địa
chất thủy văn, độ tuổi BCL và giai đoạn phân hủy chất thải [14].
Thành phần hữu cơ được xác định theo thời gian vận hành BCL (bảng 5).
Bảng 1. Thành phần hữu cơ trong giai đoạn đầu và giai đoạn sau phân hủy
sinh học của chất thải rắn sinh hoạt
Thông số
Thành phần

Bãi mới

Bãi trung bình

Bãi lâu năm

(< 5 năm)

(5 - 10 năm)

(>10 năm)

BOD5/COD

> 0,3

0,1 – 0,3

< 0,1

TOC/ COD

0,3

0,3 – 0,5

> 0,5

COD (mg/l)

>15000

3000 – 15000

<3000

Tổng nitơ (mg/l)

100 – 2000

20 – 30

5 – 10

NH3 - N (mg/l)

< 400

400

>400

pH

< 6,5

7

>7,53

Hợp chất hữu cơ (%)

70 – 90

20 –30

(VFA)

(VFA+HA+FA)

HA + FA
Nguồn: [13, 14]

Các số liệu trên cho thấy, trong khi giá trị pH của NRR tăng theo thời gian,
thì hầu hết nồng độ các chất ô nhiễm trong NRR lại giảm dần, khả năng phân hủy
sinh học của NRR thay đổi theo thời gian, dễ phân hủy trong giai đoạn đầu vận hành
BCL và khó phân hủy khi BCL đi vào giai đoạn hoạt động ổn định. Các BCL có tuổi
càng trẻ (<5 năm) thì nồng độ các chất ô nhiễm càng cao, pH thấp hơn 6,5, các thành
phần chất hữu cơ có hàm lượng chất béo dễ bay hơi (VFA) cao (70 - 90%). Sự
thay đổi


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×