Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Vũ Thị Hoài Ân NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ HOẠI VỚI BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ (LÊN MEN ẤM) Chuyên ngành[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Vũ Thị Hoài Ân NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ HOẠI VỚI BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ (LÊN MEN ẤM) Chun ngành: Cơng nghệ mơi trường nước nước thải Mã số: 9520320-2 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội – Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Vũ Thị Hoài Ân NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ HOẠI VỚI BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƠ THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ (LÊN MEN ẤM) Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước nước thải Mã số: 9520320-2 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS Nguyễn Việt Anh Hà Nội – Năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sỹ “Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm xử lý nước thải đô thị phương pháp sinh học kị khí (lên men ấm)” cơng trình tơi nghiên cứu thực Các kết quả, số liệu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng năm 2021 Tác giả luận án Vũ Thị Hoài Ân LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Xây dựng nơi học tập, Khoa Đào tạo sau đại học, Khoa Kỹ thuật Mơi trường, Bộ mơn Cấp nước trường giúp đỡ tơi suốt q trình tơi học tập nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc, kính trọng đến GS TS Nguyễn Việt Anh tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian tơi thực hồn thành luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Cục Kinh tế Liên bang Thụy Sỹ (SECO), Viện Khoa học Kỹ thuật Môi trường (IESE), Trường Đại học Xây dựng Viện Khoa học Công nghệ Nước (EAWAG), Thụy Sỹ hỗ trợ, giúp đỡ q trình thực nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô, nhà khoa học, chuyên gia dành nhiều thời gian trao đổi, đóng góp ý kiến quý báu cho luận án q trình thực Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Xây dựng cơng trình thị nơi tơi cơng tác hỗ trợ, tạo điều kiện cho suốt trình thực luận án Cuối cùng, tơi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ, động viên, chia sẻ gia đình giúp tơi có hậu phương vững chắc, tạo điều kiện thuận lợi, động viên tinh thần, giúp tơi hồn thành luận án Tiến sỹ Tác giả luận án Vũ Thị Hoài Ân i MỤC LỤC…… …………………… ………… …………………………… i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt iv Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ, đồ thị viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu luận án Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu luận án Cơ sở khoa học luận án Nội dung nghiên cứu luận án Tính luận án Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỢNG BÙN, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI, BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 1.1 Tổng quan lượng bùn, thành phần, tính chất phương pháp xử lý bùn trạm XLNT đô thị 1.1.1 Lượng bùn trạm xử lý nước thải đô thị 1.1.2 Thành phần, tính chất bùn trạm XLNT đô thị 10 1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn trạm XLNT đô thị giới Việt Nam 12 1.2 Tổng quan lượng bùn, thành phần, tính chất phương pháp xử lý bùn bể tự hoại 16 1.2.1 Lượng bùn bể tự hoại .16 1.2.2 Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại 17 1.2.3 Các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại giới Việt Nam .20 1.3 Tổng quan nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn trạm XLNT bùn bể tự hoại 24 1.3.1 Các nghiên cứu giới 24 1.3.2 Các nghiên cứu Việt Nam 26 Nhận xét chương 31 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY KỊ KHÍ, THU KHÍ SINH HỌC 32 ii 2.1 Các trình chuyển hóa chất hữu phương pháp sinh học điều kiện kị khí 32 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình phân hủy kị khí 35 2.3 Các bể phân hủy kị khí bùn 40 2.4 Phương pháp đánh giá tiềm sinh khí (BMP) cho cơng nghệ phân hủy kị khí 43 2.4.1 Khái niệm phương pháp đánh giá tiềm sinh khí mê tan BMP 43 2.4.2 Các yếu tố liên quan đến thí nghiệm BMP .43 2.5 Nhu cầu lượng cho xử lý bùn 48 2.6 Cân lượng cho hệ phân hủy kị khí xử lý bùn thải từ trạm XLNT 49 Nhận xét chương 51 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN HỦY KỊ KHÍ BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 52 3.1 Mục đích thí nghiệm 52 3.2 Mơ tả thí nghiệm 52 3.2.1 Dụng cụ, thiết bị lắp đặt thí nghiệm BMP .52 3.2.2 Chuẩn bị nguyên liệu thí nghiệm 53 3.3 Các tiêu, phương pháp phân tích đánh giá thí nghiệm 56 3.3.1 Các tiêu, phương pháp phân tích thí nghiệm .56 3.3.2 Các tiêu đánh giá thí nghiệm .58 3.4 Thực thí nghiệm 60 3.4.1 Thí nghiệm BMP1 đánh giá tiềm sinh khí CH4 bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị xử lý riêng 62 3.4.2 Thí nghiệm BMP2 đánh giá tiềm sinh khí CH4 bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị xử lý kết hợp .63 3.5 Kết thí nghiệm thảo luận 67 3.5.1 Thí nghiệm BMP1 .67 3.5.2 Thí nghiệm BMP2 .72 Nhận xét chương 77 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ BÙN CỦA CÁC TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU VỰC ĐÔ THỊ TRUNG TÂM HÀ NỘI CŨ PHÍA NAM SƠNG HỒNG 78 4.1 Xác định nội dung tính tốn, lựa chọn đề xuất công nghệ xử lý bùn khu vực đô thị trung tâm Hà Nội 78 iii 4.2 Các trạm XLNT thị khu vực tính tốn 78 4.3 Lượng bùn thải trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại khu vực tính tốn 81 4.3.1 Lượng bùn thải phát sinh trạm XLNT đô thị 81 4.3.2 Lượng bùn bể tự hoại phát sinh khu vực tính tốn 83 4.4 Các giải pháp xử lý bùn cho khu vực tính tốn 83 4.5 Tính tốn phương án xử lý bùn cho khu vực tính tốn 88 4.5.1 Tính tốn xử lý bùn trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a YS1b 90 4.5.2 Tính tốn xử lý bùn trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1a TT1b 93 4.5.3 Tính toán xử lý bùn theo phương án HT 99 4.5.4 Tính tốn xử lý bùn theo phương án TT2 .101 4.6 Nhận xét kết tính tốn đề xuất công nghệ xử lý bùn 103 Nhận xét chương 111 KẾT LUẬN 112 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC A iv Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Ký hiệu, chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh AD Phân hủy kị khí Anaerobic digestion AO Thiếu khí/ Hiếu khí Anoxic/Oxic A2O Kị khí/ Thiếu khí/ Hiếu khí Anaerobic/Anoxic/Oxic BMP Tiềm sinh khí mê tan Biochemical Methane Potential BOD Nhu cầu ơxi sinh hóa Biological Oxygen Demand CAS Bùn hoạt tính truyền thống Conventional Activated Sludge CHP Nhiệt điện kết hợp Combined Heat and Power CH4 Mê tan Methane CO2 Cacbonic Carbon dioxide COD Nhu cầu ơxi hóa học Chemical Oxygen Demand DCCN Dây chuyền công nghệ - DS Chất rắn khô Dry solids EAWAG Viện Khoa học Công nghệ Nước Institute of Water Science and (Thụy Sỹ) Technology FS Bùn bể tự hoại Faecal sludge F/M Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật Food to Microorganism ratio HRT Thời gian lưu thủy lực Hydraulic retention time HTTN Hệ thống thoát nước Viện Khoa học Kỹ thuật Môi Institute of Environmental trường, Trường Đại học Xây dựng Science and Engineering OLR Tải trọng hữu Organic Loading Rates N2 Ni tơ Nitrogen PS Bùn sơ cấp Primary sludge PURR Dự án thu hồi tài nguyên từ chất Project on Urban Resource thải đô thị Recovery from Waste IESE v Ký hiệu, chữ Tiếng Việt Tiếng Anh viết tắt SBR Bể phản ứng sinh học hoạt động Sequencing Batch Reactor theo mẻ SRT Thời gian lưu bùn Sludge Retention Time SS Chất rắn lơ lửng Suspended Solids TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TLTK Tài liệu tham khảo TN Tổng nitơ Total Nitrogen TP Tổng phốt Total Phosphorus TS Tổng chất rắn Total Solids TSS Tổng lượng cặn lơ lửng Total Suspended Solids VFA Axit béo bay Volatile Fatty Acid VNĐ Đồng Việt Nam VS Chất rắn bay Volatile Solids VSS Chất rắn lơ lửng bay Volatile Suspended Solids XLNT Xử lý nước thải WAS1 Bùn thứ cấp trạm XLNT có Waste sctivated sludge from bể lắng sơ cấp wastewater treatment plant with primary sedimentation tank WAS2 Bùn thứ cấp trạm XLNT Waste sctivated sludge in khơng có bể lắng sơ cấp wastewater treatment plant without primary sedimentation tank WAS Bùn nén (Bùn sau bể nén bùn) Thickened Sludge vi Danh mục bảng Bảng 1.1 Bùn phát sinh từ trạm xử lý nước thải Bảng 1.2 Dự báo khối lượng bùn phát sinh đô thị Việt Nam phụ thuộc vào % số dân đô thị đấu nối nước thải vào HTTN Bảng 1.3 Thành phần, tính chất bùn trạm XLNT .11 Bảng 1.4 Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại số nước .18 Bảng Xử lý bùn bể tự hoại số thành phố Việt Nam 21 Bảng Ưu, nhược điểm phương pháp xử lý bùn bể tự hoại giới Việt Nam 23 Bảng 3.1 Các tiêu nguyên liệu ban đầu cho thí nghiệm BMP1 .62 Bảng 3.2 Các tiêu đầu vào mẫu thí nghiệm BMP1 63 Bảng 3.3 Các tiêu nguyên liệu ban đầu cho thí nghiệm BMP2 .65 Bảng Tỷ lệ phối trộn bùn chất thí nghiệm BMP2 65 Bảng 3.5 Các tiêu đầu vào mẫu thí nghiệm BMP2 66 Bảng 3.6 Các tiêu đầu mẫu thí nghiệm BMP1 67 Bảng 3.7 Các tiêu đầu mẫu thí nghiệm BMP2 72 Bảng 4.1 Các trạm XLNT đô thị thuộc khu vực tính tốn đến năm 2030 .80 Bảng 4.2 Thông số nước thải đầu vào đầu số trạm XLNT Hà Nội 81 Bảng 4.3 Tổng lượng bùn nén bùn tách nước trạm XLNT thị khu vực tính tốn .81 Bảng 4.4 Lượng bùn phát sinh trạm XLNT Yên Sở 82 Bảng 4.5 Lượng bùn bể tự hoại khu vực tính tốn đến năm 2030 83 Bảng 4.6 Nguyên liệu nạp vào bể mê tan trạm XLNT Yên Sở 90 Bảng 4.7 Tổng hợp tính tốn bể mê tan thể tích biogas thu xử lý bùn trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a YS1b 91 Bảng 4.8 Nhu cầu lượng trạm XLNT Yên Sở xử lý bùn theo phương án YS1a YS1b 92 vii Bảng Nguyên liệu nạp vào bể mê tan trạm xử lý bùn tập trung 93 Bảng 4.10 Tổng hợp tính tốn lượng cho xử lý bùn theo phương án TT1a 94 Bảng 4.11 Tổng hợp tính tốn lượng cho xử lý bùn theo phương án TT1b 96 Bảng 4.12 Khái tốn chi phí xử lý bùn theo phương án TT1a phương án TT1b 99 Bảng 4.13 Tính tốn lượng cho xử lý bùn theo phương án HT 100 Bảng 4.14 Khái toán chi phí xử lý bùn theo phương án HT 100 Bảng 4.15 Tổng hợp tính tốn lượng cho xử lý bùn theo phương án TT2 101 Bảng 4.16 Khái tốn chi phí xử lý bùn theo phương án TT2 103 Bảng 4.17 Thể tích bể mê tan lượng biogas sinh trạm XLNT Yên Sở WAS không xử lý kết hợp với FS 103 Bảng 4.18 Thể tích biogas sinh WAS trạm XLNT Yên Sở xử lý không xử lý kết hợp với FS 104 Bảng 4.19 Tổng hợp so sánh phương án xử lý bùn 105 viii Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Sơ đồ phát sinh bùn xử lý nước thải đô thị Hình 1.2 Tổng quan phương pháp xử lý bùn trạm xử lý nước thải 13 Hình 1.3 Cơng nghệ xử lý bùn trạm XLNT đô thị Việt Nam 15 Hình 1.4 Giá trị COD, TN TP (mg/L) bùn bể tự hoại với chu kỳ hút khác Hà Nội 19 Hình 1.5 Giá trị TS VS (g/L), VS/TS (%) bùn bể tự hoại với chu kỳ hút khác Hà Nội 19 Hình 2.1 Các trình phân hủy hợp chất hữu điều kiện kị khí .32 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm BMP hệ Water Bath 52 Hình 3.2 Thí nghiệm BMP 53 Hình 3.3 Thùng Inox 40 lít ni bùn kị khí (bùn ni cấy) 54 Hình 3.4 Dụng cụ ống lấy mẫu bùn bể tự hoại 55 Hình 3.5 Sục khí N2 bình phản ứng thí nghiệm BMP 61 Hình 3.6 Bộ hấp thụ biogas đo khí mê tan .61 Hình 3.7 Khối lượng bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị phát sinh khu vực đô thị trung tâm Hà Nội giai đoạn 2019-2044 64 Hình 3.8 Thể tích khí CH4 (NmL/gCODloại bỏ) hiệu suất sinh khí CH4 (%) mẫu thí nghiệm BMP1 69 Hình 3.9 Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày bùn chất sinh thí nghiệm BMP1 70 Hình 3.10 Thể tích khí CH4 (NmL/gVSbùn chất vào) tổng thể tích khí CH4 (NmL) bùn chất sinh thí nghiệm BMP1 70 Hình 3.11 Thể tích khí CH4 (NmL/gCODloại bỏ) hiệu suất sinh khí CH4 (%) mẫu thí nghiệm BMP2 74 Hình 3.12 Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày bùn chất sinh thí nghiệm BMP2 75 ix Hình 3.13 Thể tích khí CH4 (NmL/gVSbùn chất vào) tổng thể tích khí CH4 (NmL) bùn chất sinh thí nghiệm BMP2 76 Hình 4.1 Vị trí trạm xử lý nước thải Hà Nội 79 Hình 4.2 Sơ đồ xử lý bùn trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a YS1b .85 Hình 4.3 Sơ đồ xử lý bùn trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1a 86 Hình 4.4 Sơ đồ xử lý bùn trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1b 87 Hình 4.5 Sơ đồ xử lý bùn sau tách nước trạm XLNT theo phương án HT .87 Hình 4.6 Sơ đồ xử lý bùn trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT2 .88 Hình 4.7 Lượng bùn trạm XLNT thị FS sau xử lý phương án 107 Hình 4.8 Năng lượng tiêu thụ, sinh thu hồi xử lý bùn theo phương án .108 Hình 4.9 Giá thành xử lý suất vốn đầu tư xây dựng theo phương án 109 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Trong năm qua, với phát triển kinh tế - xã hội đất nước, hệ thống đô thị mở rộng quy mô số lượng Việt Nam phải đối mặt với gia tăng dân số với tốc độ thị hóa nhanh chóng, đặc biệt thành phố lớn, dẫn đến sức ép lớn hệ thống sở hạ tầng dịch vụ cơng cộng lượng, cấp nước bảo vệ mơi trường Hệ thống nước (HTTN) trạm xử lý nước thải (XLNT) xây dựng ngày nhiều đô thị Việt Nam từ 17 trạm XLNT tập trung vận hành với tổng công suất 540.000m3/ngày năm 2012 [19] tăng lên 46 trạm XLNT tập trung năm 2019 với tổng công suất khoảng 980.000m3/ngày, xử lý tương đương 14% lượng nước thải đô thị phát sinh, 50 trạm XLNT tập trung giai đoạn thiết kế, xây dựng chuẩn bị chuyển giao để vận hành [8] Bùn phát sinh từ trạm XLNT đô thị trở thành mối quan tâm lớn Lượng bùn trạm XLNT đô thị tách nước dự tính đến năm 2050 khoảng 14.473 m3/ngày [73] Nước thải đầu vào nhà máy XLNT tập trung có hàm lượng giá trị thơng số nhiễm BOD, COD, TSS thấp lượng bùn phát sinh nhà máy XLNT nghèo BOD, COD, TSS Hiện tương lai gần, bể tự hoại đóng vai trị quan trọng nước thị, xử lý sơ nước thải từ hộ gia đình, trường học, quan, … Theo báo cáo Cục Hạ tầng kỹ thuật (2017), lượng bùn bể tự hoại phát sinh nhiều, từ 50.000 m3 tới 218.490 m3 [7] Tuy nhiên, đô thị lượng bùn thu gom hạn chế, tỷ lệ thu gom trung bình đạt 32% khoảng 4% lượng bùn bể tự hoại xử lý [7] Việc quản lý bể tự hoại xử lý bùn bể tự hoại nhiều tồn bất cập bùn cặn bể tự hoại chủ yếu tư nhân tổ chức dịch vụ cách tự phát đổ xả tùy tiện môi trường, việc hút cặn không quy trình kỹ thuật: hút cặn lẫn cặn hồn thành phân hủy Bùn bể tự hoại có độ ẩm lớn, thành phần dinh dưỡng chất hữu cơ, ni tơ, phot pho, kali,… cao, có mùi khó chịu nhiều vi khuẩn gây bệnh trứng giun sán Do bùn bể tự hoại cần thu gom, vận chuyển xử lý để tránh ô nhiễm môi trường lây lan mầm bệnh Phương pháp phân hủy kị khí sử dụng rộng rãi để ổn định chất hữu bùn thải sản xuất khí sinh học mang lại hiệu giảm thể tích bùn thải thu hồi lượng cao nhiều trạm XLNT giới [55] Phân hủy kị khí lên men ấm coi ổn định yêu cầu đầu vào lượng chế độ lên men nóng Điều kiện khí hậu Việt Nam thuận lợi cho xử lý bùn trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại điều kiện lên men ấm Xu hướng xử lý để thu hồi tài nguyên từ bùn ngày phổ biến nhiều nước giới, để giảm lượng bùn thải đưa chôn lấp, tiết kiệm quỹ đất vốn ngày khan hiếm, tạo sản phẩm có giá trị kinh tế sinh lượng (điện, nhiệt), phân bón hay chất cải tạo đất, vật liệu xây dựng, vv…Ở Việt Nam có nhiều cơng trình nghiên cứu giải pháp quản lý xử lý bùn từ HTTN bể tự hoại, chưa có nhiều nghiên cứu xử lý kết hợp loại bùn thải phân hủy kị khí lên men ấm Để góp phần giải khó khăn, tồn xử lý bùn thải phù hợp với điều kiện thực tế nước ta, đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm XLNT đô thị phương pháp sinh học kị khí (lên men ấm)” nghiên cứu, thực để đánh giá khả sinh khí mê tan xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm từ đề xuất cơng nghệ xử lý bùn cho trạm XLNT đô thị khu vực kết hợp thu hồi lượng Mục tiêu nghiên cứu luận án - Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý bùn bể tự hoại với bùn trạm XLNT đô thị xử lý phân hủy kị khí lên men ấm (350C), để loại bỏ chất hữu (theo COD, VS) thu lượng khí mê tan (CH4) cao - Đề xuất công nghệ xử lý bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị cho khu vực trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng (thuộc lưu vực Tơ Lịch phần lưu vực Tả Nhuệ), kết hợp thu hồi lượng giảm thiểu bùn chôn lấp 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án - Đối tượng nghiên cứu: + Bùn trạm XLNT đô thị (bùn sơ cấp, bùn thứ cấp bùn nén); + Bùn bể tự hoại từ hộ gia đình - Phạm vi nghiên cứu: Cơng nghệ xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị HTTN chung có sử dụng cơng nghệ bùn hoạt tính cho khu vực trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch phần lưu vực Tả Nhuệ) phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm (350C), có thu hồi lượng Phương pháp nghiên cứu luận án - Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu: thu thập thông tin, liệu bùn bể tự hoại, bùn trạm XLNT đô thị khối lượng, thể tích bùn; thành phần tính chất; cơng nghệ xử lý bùn trạm XLNT bùn bể tự hoại Việt Nam Phương pháp dùng để thu thập số liệu đối chiếu với nghiên cứu nước giới liên quan đến đề tài, phục vụ cho nghiên cứu Phương pháp sử dụng để thu thập số liệu chạy mơ hình thí nghiệm Các số liệu thu thập từ kết phân tích, quan sát xử lý phần mềm máy tính để vẽ biểu đồ, tính tốn cơng thức - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu sở lý thuyết trình phân hủy kị khí chất hữu yếu tố ảnh hưởng; thí nghiệm BMP để đánh giá tiềm sinh khí mê tan nguồn bùn - Phương pháp kế thừa: kế thừa kết nghiên cứu trước thực hiện, dự án mà nghiên cứu sinh trực tiếp tham gia lấy mẫu, phân tích thí nghiệm - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát, lấy mẫu, đo đạc số thơng số ngồi trường phân tích mẫu phịng thí nghiệm trường Đại học Xây dựng theo tiêu chuẩn hành Việt Nam tiêu chuẩn quốc tế Các thí nghiệm phân hủy kị khí theo mẻ thực phịng thí nghiệm chế độ lên men ấm (35oC), để đánh giá tiềm sinh khí mê tan khả phân hủy chất hữu bùn bể tự hoại bùn từ trạm XLNT đô thị xử lý riêng rẽ, xử lý kết hợp với tỉ lệ phối trộn khác bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị - Phương pháp so sánh, phân tích: phân tích, nhận xét kết thí nghiệm thu được, so sánh với kết nghiên cứu nước lĩnh vực nghiên cứu phân hủy kị khí chế độ lên men ấm - Phương pháp tính tốn, phân tích để so sánh chi phí lợi ích giải pháp kỹ thuật xử lý bùn đề xuất - Phương pháp chuyên gia: lấy ý kiến chuyên gia thông qua trao đổi trực tiếp, tổ chức hội thảo khoa học lấy ý kiến, nhận xét phản biện chuyên gia Cơ sở khoa học luận án Bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị cịn chứa hàm lượng chất hữu chất dinh dưỡng cao, có khả phân hủy phương pháp sinh học kị khí Bùn bể tự hoại có hàm lượng VS từ 3,3 g/L đến 31,6 g/L, hàm lượng COD từ 8,0g/L đến 42,85 g/L, hàm lượng TN từ 0,10 g/L đến 0,34 g/L, hàm lượng TP từ 0,16g/L đến 1,20 g/L [1] Bùn trạm XLNT đô thị có hàm lượng VS từ 1,79 g/L đến 17,47 g/L, hàm lượng COD từ 2,22g/L đến 24,97g/L, hàm lượng TN từ 0,16 g/L đến 1,24 g/L, hàm lượng TP từ 0,06 g/L đến 0,72 g/L [5] Phương pháp phân hủy kị khí kết hợp áp dụng nhiều nhà máy XLNT giới để ổn định chất hữu bùn thải sản xuất khí sinh học kết hợp xử lý hai hay nhiều loại bùn khác [51] Kết số nghiên cứu q trình ổn định bùn phân hủy kị khí sản xuất biogas, làm nguồn nhiên liệu để sản sinh lượng điện nhiệt Phân hủy kị khí bùn trạm XLNT thu khí CH4 thường thực phạm vi nhiệt độ lên men ấm, với nhiệt độ tối ưu 350C [61] Vì vậy, luận án nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm xử lý nước thải thị phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm để xử lý ổn định bùn, giảm lượng bùn thải chôn lấp thu hồi lượng Nội dung nghiên cứu luận án - Tổng quan lượng bùn, thành phần tính chất phương pháp xử lý bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị - Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp phân hủy kị khí, thu khí sinh học - Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình phịng thí nghiệm: thí nghiệm theo mẻ phân hủy kị khí lên men ấm (350C) để đánh giá khả sinh khí CH4 xử lý riêng bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị; thí nghiệm theo mẻ phân hủy kị khí chế lên men ấm (350C) để đánh giá khả sinh khí CH4 xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị theo tỷ lệ phối trộn khác - Tính tốn đề xuất lựa chọn công nghệ xử lý bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng dựa kết nghiên cứu thực nghiệm Tính luận án - Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý FS:WAS phép đạt hiệu suất loại bỏ chất hữu (theo COD VS) thu lượng khí mê tan cao Cụ thể FS:WAS=1:1 (theo khối lượng VS) cho phép đạt hiệu suất loại bỏ chất hữu tính theo COD VS tương ứng 43,40% 42,55%, hiệu suất sinh khí CH4 đạt 294,8 NmL/gVSbùn vào - Đề xuất cơng nghệ xử lý kị khí kết hợp FS với WAS trạm XLNT đô thị điều kiện lên men ấm (350C) có thu hồi khí sinh học sản xuất lượng cho khu vực đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng, phương án sử dụng bùn sau xử lý đạt hiệu kinh tế, xã hội môi trường Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án - Ý nghĩa khoa học: + Luận án tổng quan thơng tin có giá trị số lượng, thành phần, tính chất cơng nghệ xử lý bùn trạm XLNT đô thị, bùn bể tự hoại, tiềm thu hồi tài nguyên từ loại bùn + Luận án xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý cho trình phân hủy kị khí lên men ấm (350C) thu khí CH4 xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị + Luận án tính tốn cơng nghệ xử lý bùn phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm, góp phần bổ sung vào kiến thức tham khảo, làm sở cho việc tìm kiếm, lựa chọn giải pháp xử lý bùn phù hợp với điều kiện Việt Nam - Ý nghĩa thực tiễn: + Góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm bùn thải gây ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm mơi trường đất khơng khí + Tiết kiệm tài ngun đất giảm diện tích đất bãi chơn lấp bùn + Thu hồi khí sinh học làm nguồn lượng sử dụng cho phát điện, nhiệt Bùn sau phân hủy kị khí xử lý, tái sử dụng làm phân bón hay chất cải tạo đất, làm vật liệu xây dựng, v.v + Luận án được, áp dụng cho trạm XLNT đô thị điều kiện Việt Nam: xử lý lúc hai loại bùn thải, tận dụng cơng trình trạm XLNT thị, trạm hoạt động chưa đủ công suất thiết kế Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, danh mục cơng trình công bố, tài liệu tham khảo phụ lục, luận án gồm chương: Chương 1: Tổng quan lượng bùn, thành phần, tính chất phương pháp xử lý bùn bể tự hoại, bùn trạm XLNT đô thị Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp phân hủy kị khí, thu khí sinh học Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm phân hủy kị khí bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị Chương 4: Đề xuất công nghệ xử lý bùn bể tự hoại bùn trạm xử lý nước thải khu vực thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỢNG BÙN, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI, BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 1.1 Tổng quan lượng bùn, thành phần, tính chất phương pháp xử lý bùn trạm XLNT đô thị 1.1.1 Lượng bùn trạm xử lý nước thải thị Trong q trình thu gom, vận chuyển xử lý nước thải phát sinh bùn Sơ đồ nguồn phát sinh bùn từ HTTN thị trình bày hình 1.1 Nước thải sinh hoạt Nước thải công nghiệp, dịch vụ Bể tự hoại Bùn bể tự hoại Nước mưa chảy tràn Tiền xử lý Nước thải thị Mạng lưới nước Bùn nạo vét từ MLTN Xử lý sơ Rác, cát, Bùn sơ cấp Xử lý bậc Nước thải sau bậc Xử lý bậc 2, Bùn thứ cấp Nước thải sau xử lý Xử lý bùn Xử lý tiếp xả nguồn Tái sử dụng thải bỏ Hình 1.1 Sơ đồ phát sinh bùn xử lý nước thải đô thị Bùn phát sinh từ xử lý nước thải đô thị trạm xử lý gồm loại bùn thải từ xử lý sơ bộ, xử lý bậc xử lý bậc 2, ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Vũ Thị Hoài Ân NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ HOẠI VỚI BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ (LÊN MEN ẤM) Chun ngành:... hợp với điều kiện thực tế nước ta, đề tài luận án ? ?Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm XLNT đô thị phương pháp sinh học kị khí (lên men ấm)? ?? nghiên cứu, thực để đánh giá khả sinh. .. cấp Nước thải sau xử lý Xử lý bùn Xử lý tiếp xả nguồn Tái sử dụng thải bỏ Hình 1.1 Sơ đồ phát sinh bùn xử lý nước thải đô thị Bùn phát sinh từ xử lý nước thải đô thị trạm xử lý gồm loại bùn thải