Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác theo hướng thu hồi nito và tiết kiệm năng lượng

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀNỘI PHẠMHƯƠNGQUỲNH NGHIÊNCỨUXỬLÝNƯỚCRỈRÁC THEO HƯỚNG THU HỒI NITƠ VÀ TIẾT KIỆMNĂNGLƯỢNG LUẬNÁNTIẾNSĨK Ỹ THUẬTMÔITRƯỜNG HàNội-2016 i BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀNỘI PHẠMHƯƠNGQUỲNH NGHIÊNCỨUXỬLÝNƯỚCRỈRÁC THEO HƯỚNG THU HỒI NITƠ VÀ TIẾT KIỆMNĂNGLƯỢNG Chuyênngành:Kỹthuậtmôitrường MS:62520320 LUẬNÁNTIẾNSĨK Ỹ THUẬT MÔIT R Ư Ờ N G NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC PGS.TSNguyễnThịSơn PGS.TSNguyễnNgọcLân HàNội-2016 LỜICAMĐOAN Tôix i n c a m đ o a n đ â y l c n g t r ì n h n g h i ê n c ứ u c ủ a c n h â n t ô i C c s ố liệuv ề k ế t q u ả n g h i ê n c ứ u n ê u t r o n g l u ậ n n n y l t r u n g t h ự c v c h a t n g đượcc ô n g b ố t r o n g b ấ t k ỳ c ô n g t r ì n h n o k h c , n g o i n h ữ n g p h ầ n t h a m k h ả o đãđượcghirõtrongluậnán Tácgiả PhạmHươngQuỳnh LỜICẢMƠN Trướct i ê n t ô i x i n t r â n t r ọ n g c ả m n c c t h ầ y g i o , c ô g i o V i ệ n K h o a họcvàCôngnghệMôitrường,ViệnĐào tạos a u Đ i h ọ c T r n g Đ i h ọ c BáchkhoaHàNộiđãtạomọiđ i ề u k i ệ n thuận lợigiúpđỡtôi t r o n g s u ố t q u trìnhhọctậpcũngnhưthựchiệncơngtrìnhnày Tơixinbàytỏlịngbiếtơns â u s ắ c đ ế n P G S T S N g u y ễ n T h ị S n , P GS.TSNguyễnNgọcLân- V i ệ n k h o a h ọ c v C ô n g n g h ệ M ô i t r n g t ậ n tìnhh n g d ẫ n , đ ị n h h n g v tạođ i ề u k i ệ n t ố t c h o t ô i t r o n g s u ố t q u t r ì n h nghiêncứuvàhọctập Xin chân thành cảm ơn cán phịng thí nghiệm Nghiên cứu vàTriểnk i c ô n g n g h ệ môit r n g V i ệ n K h oa h ọ c v C ô n g n g hệ Môit r n g đ ã tạomọiđiềukiệnthuậnlợichotơitr ongq trìnhnghiêncứu Trongt h i g i a n q u a t ô i c ũ n g đ ã n h ậ n đ ợ c r ấ t n h i ề u s ự g i ú p đ ỡ , t o điều kiện củađ n g n g h i ệ p , s ự g i ú p đ ỡ v ề t i n h t h ầ n v ậ t c h ấ t c ủ a g i a đ ì n h v ngườithân Xintrântrọngcảmơnsựgiúpđỡquýbáuđó Tác giả PhạmHươngQuỳnh MỤCLỤC MỞĐẦU CHƯƠNG1.TỔNGQUAN .4 1.1 Sựhìnhthànhvà đặctrưngcủanướcrác 1.1.1 Sựhìnhthành nước rác 1.1.1.1 Lượngnướcrácphátsinh 1.1.1.2 Quátrình sinh hocxảyratrongô chônlấp 1.1.1.3ác yếu tố ảnhhướng kếnlượngkặc trưngnướcrác 1.1.2 Đặctrưngnướcrác 1.1.2.1 Đặctrưngnước ráccủamộtsốbãichônlấptrên thếgiới 1.1.2.2 Đặctrưngnướcrác củamộtsốbãichônlấpớ ViệtNam .10 1.2 Phươngpháp xửlýnướcrác 11 1.2.1 Phươngphápxửlýsơbộ .11 1.2.1.1 Phươngphápkôngkeotụ .11 1.2.1.2 Phươngpháp oxihóa 12 1.2.1.3 CôngnghệStrippingkhử nitơ .14 1.2.1.4 PhươngphápkếttinhMagnesiumAmmoniumPhosphat(MAP) .15 1.2.2 Xửlýsinhhọc .19 1.2.2.1 Xửlýyếmkhí .19 1.2.2.2 Xử lýthiếukhí .26 1.2.2.3 Xửlýbằng bãi loctrồngcây 28 1.3 Tình hình nghiên cứuxửlýnướcrác 34 1.3.1 Mộtsốcôngnghệxử lýnướcráctrênthếgiới 34 1.3.2 CôngnghệxửlýnướcrácởViệtNam .38 1.3.2.1 Một sốcôngnghệxửlýnướcráckãkượcnghiêncứu .38 1.3.2.2 Một sốcôngnghệxửlýnướcráckãkượcápdụng 39 CHƯƠNG2.PHƯƠNGPHÁP NGHIÊNCỨU 46 2.1 Đốitượngvàphạmvinghiêncứu 46 2.2 Phân tích lựa chọn phương pháp xử lý nước rác với công nghệ đơn giản,tiêutốnítnănglượng vàchiphíthấp 47 2.3 Thiết bịvà vậtliệunghiên cứu 48 2.3.1 Thiết bịnghiêncứutáchMAP .48 2.3.2 Thiếtbịtích hợpyếmkhí,thiếukhí 50 2.3.2.1 Kếtcấuvànguyênlýhoạtkộngcủathiếtbịtíchhợpyếmkhí-thiếukhí 2.3.2.2 Phươngphápvà vậtliệunghiêncứu 52 2.3.2.3 Khới kộngthiết bịyếm- thiếukhí 54 2.3.3 Thiết bịmô phỏngbãilọctrồngcây 56 2.3.3.1 Kếtcấuthiếtbị .56 2.3.3.2 Lựachonthựcvậtc h o b ã i loctrồngcây 57 2.3.3.3 Hoạthóab ã i loc trồngcây 58 2.3.4 Thiết kếthínghiệm .60 2.3.5 Một sốthôngsốquantrọng trongvậnhànhhệthốngxử lý 60 2.4 Phương pháp thốngkêxửlýsốliệuthựcnghiệm .60 2.4.1 Phươngphápthiếtlậpphương trìnhhồi quythựcnghiệm .60 2.4.2 Xácđịnhhệsốhồiquy 61 2.4.3 Kiểmtrađộphù hợp 63 2.4.4 NgơnngữlậptrìnhR 63 2.5 Phươngphápphântích 64 CHƯƠNG3.KẾTQUẢNGHIÊNCỨUVÀTHẢO LUẬN 65 3.1 Táchnitơtạotinh thểMAP(bước1) 65 3.1.1 NghiêncứuqtrìnhtạoMAPtrongmơitrườnggiảđịnh 66 3.1.1.1 ẢnhhướngcủanồngkộAmonibankầu 66 3.1.1.2 Ảnh hướng củakộ pH tới trìnhtạo MAP .67 3.1.1.3 Ảnhhướngcủa thờigianphảnứngtớiq u trình tạoMAP .69 3.1.1.4 Ảnhhướngcủatốc kộkhuấytrộntớihiệu quảtạoMAP 70 3.1.1.5 Thiết lập phương trình hồi quy mơ tả mối quan hệ nồng kộ amonibankầu, pH, thời gianphản ứng tốckộkhuấytrộn tới hiệu tách AmonitạoMAP 72 3.1.1.6 Ảnh hướng củapH,thời gianphản ứngvà tốckộ khuấykến kích thướctinhthể MAPtrong mơitrường giả kịnh 73 3.1.1.7 Kếtquả phân tích MAP mơitrường giả kịnh .76 3.1.2 Nghiêncứut c h nitơtrongnướcrácbãichônlấpĐáMài 78 3.1.2.1 Đốitượngnghiêncứu 78 3.1.2.2 Ảnh hướng củahàmlượng NH4+ban kầu .79 3.1.2.3 Ảnhhướngcủaviệcbổxungmầmtinhthể 80 3.1.2.4 Táchnitơ trongnước rác bằngkếttinhMAP 81 3.1.2.5 Kếtquả phân tíchMAP thukược từnướcrác 81 3.2 Nghiêncứuxửlýnướcrácbằngphươngphápsinhhọc(bước2) 83 3.2.1 Nghiêncứuxửlý yếmkhí nướcrác 83 3.2.1.1 Ảnh hướng củanồng kộCOD dòngvào 84 3.2.1.2 Ảnhhướngcủa thờigianlưu 86 3.2.1.3 Ảnhhướngcủacácnguyêntốvilượng 87 3.2.2 Nghiêncứuxửlýnước rácbằnglọcsinhhọcthiếukhí 88 3.2.2.1 NghiêncứuảnhhướngcủaCODdòng vào 89 3.2.2.2 Nghiêncứuảnhhướngcủathờigianlưu 91 3.2.2.3 Nghiêncứuảnhhướngcủathểtíchkệm 92 3.2.3 Nghiêncứuxử lýbằngbãilọc trồngcây 93 3.2.3.1 Ảnhhướngcủa thờigianlưu 93 3.2.3.2 ẢnhhướngcủaCODdòngvào .94 3.2.3.3 Ảnhhướngcủat ổ n g nitơdòngvào 95 3.3 Nghiên cứu xử lý với dịng liên tục cơng nghệ kết hợp tách MAPsinhhọc(yếmkhí-lọcsinhhọcthiếukhí-bãilọctrồngcây) .98 3.3.1 Đặctrưngnướcrácdòngvào .98 3.3.2 Kếtquảnghiêncứuxửlývớidịngliêntụcbằngcơngnghệkếthợp .99 3.4 Đềxuấtcơngnghệxửlýnướcráctheohướngthuhồinitơvàtiếtkiệmnănglượng 0 3.4.1 Côngnghệxửlý nước rácđượcđềxuất 100 3.4.1.1 Sơkồquytrìnhcơngnghệ(Hình3.17) 100 3.4.1.2 Thuyếtminhcôngnghệ .100 3.4.2 Tínhtốn sơbộcác hạng mụcchínhtronghệthốngxử lýnướcrác 101 3.4.2.1 Cáctiêuchuẩn sử dụngvàcơsớ tínhtốntrong thiếtkế 101 3.4.2.2 Tínhtốncáchạngmụcchính .102 3.4.3 Đánhgiáhiệuquảkinhtếvànhucầunănglượngcủacôngnghệđềsuất 104 3.4.3.1 Hiệuquảkinhtếvà môitrườngcủacôngnghệ 104 3.4.3.2 So sánhvớimộtsốcôngnghệhiệnhành 105 KẾTLUẬNVÀ KIẾNNGHỊ 111 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHĐÃ CƠNGBỐCỦALUẬNÁN .113 TÀILIỆUTHAMKHẢO 114 PHỤLỤC 122 DANHMỤCCÁCHÌNH Hình1.1Sơđồcânbằngvềsựhình thànhnướcrác Hình1.2C ấ u trúctinhthểstruvite 15 Hình1.3Cơchếcủaquátrìnhphânhuỷyếm khítạokhímetan .21 Hình1.4Ả n h hưởngcủanồngđộcơchất đến tốcđộtăng trưởngriêng .23 Hình1.5Mơhìnhkhuếchtáncủalọcsinh học .27 Hình1.6Sơđồhệthốngbãilọc trồngcâyngậpnước .31 Hình1.7S đồhệlọcngang(lọcngầm)vớithảmlausậy 32 Hình1.8S đồhệlọcđứng(lọcngầm)vớithảmlausậy 33 Hình1.9Cơng nghệxửlýnướcráctạibãiAmmasuo(PhầnLan) 34 Hình1.10Cơng nghệ xửlýnướcrácbãi chơnlấpDeepmoorAnh .35 Hình1.11C ô n g nghệxửlýsinhhọckếthợp oxyhóabằngOzon 36 Hình1.12C n g nghệ xửlýnướcrícrác bãichốnlấpSudokwon .37 Hình 1.13C n g n g h ệ x l ý n c r c c ủ a V i ệ n C h ọ c t i b ã i c h ô n l ấ p N a m S n , HàNội 40 Hình 1.14Cơng nghệ xử lý nước rác cơng ty SEEN bãi chôn lấp Nam Sơn,HàNội .40 Hình1.15C n g nghệcủatrạmxửlý nướcrácbãichơnlấpGịCát 41 Hình1.16C n g nghệxửlýnướcrácsau hồnthiệntại bãichơnlấp GịCát 42 Hình1.17S đ cơngnghệxửlýnướcrácbãichốnlấpPhướcHiệp 43 Hình 1.18H ệ t h ố n g h x l ý n c r c c ủ a c ô n g t y Q u ố c V i ệ t t i b ã i c h ố n l ấ p PhướcHiệp 44 Hình2.1(a)S đồt h i ế t bịtách MAP 49 Hình2.1 (b)M hình thiếtbịtáchMAP 49 Hình2.2(a)S đ t h i ế t bịxửlýtíchhợpyếmkhí-thiếukhí 51 Hình 2.2(b)Mơ hình thiết bị tích hợp xử lý yếm khí - thiếu khí phịng thínghiệm .51 Hình2.3G i thể sinhhọctrongbểthiếukhí 53 Hình2.4Visinhvậttrongthiếtbịphảnứng 54 Hình2.5Sơđồ bãilọctrồngcây 56 Hình2.6T h i ế t bịmơ phỏngbãilọckhichưatrồngcây .57 Hình2.7C â y riềnghoa(Cannalily) 58 Hình2.8 (a)Thiếtbị mơphỏnggiaiđoạnhoạthóa .59 Hình2.8 (b)Thiếtbịmơphỏng giaiđoạnvậnhành .59 Hình2.9Sơđồmơhìnhthuậttốn 61 Hình3.1Ảnhhưởngcủanồngđộ amoni banđầutớihiệuquảtáchamoni 67 Hình3.2Ả n h hưởngcủapH tớihiệuquảl o i N H 4+,PO43-vàMg2+ 68 Hình3.3Ả n h hưởngcủathờigianlưuđếnhiệuquảloạibỏamoni 70 Hình3.4Ả n h hưởngcủa tốc độkhuấyđếnquátrìnhkếttinhMAP 71 Hình3.5Sơđồnghiêncứutáchnitơ tạoMAP .72 Hình3.6Ảnhhưởngcủa pH đếnkíchthướctinhthểMAP 73 Hình3.7Tinhthể MAPsau(a)1phút,(b)30phút,(c)60phút,(d)180phút .75 Hình3.8Kíchthướctinhthểởvậntốck h u ấ y (a)100 (b)50vịng/phút .76 Hình3.9ẢnhS E M củaM A P từchấtchuẩnởtỷlệmolMg2+:NH4+:PO4377 Hình3.10PhổX RaycủaMAPtừchấtchuẩnở tỷlệm o lMg 2+:NH 4+:PO43-pH 77 Hình3.11Ảnh SEMc ủ a MAPtừnướcrácở tỷlệmol Mg2+:NH4+:PO43-=1:1,9:1 Hình3.12PhổXRDcủaMAPthuđượctừ nước rác 82 Hình3.13ẢnhhưởngcủaCODdịngvàođếnhiệuquảxử lý 85 Hình3.14ẢnhhưởngcủaCODdịngvàođến hiệuquảxửlýbằnglọcthiếukhí 90 Hình3.15Ảnh hưởngc ủ at hờ i gianlưuđến h i ệ u quảxửlý củabãilọ c trồ n g cây.94 Hình3.16ẢnhhưởngCODdịngvàođếnhiệuquảxửlýcủabãilọctrồngcây 95 Hình3.17Sơđồquytrìnhcơngnghệxửlýnướcrác bãichơn lấp ĐáMài 100 bằngcơngnghệt i ế t kiệmnănglượng 100 DANHMỤCCÁCBẢNG Bảng1.1Đ ặ c trưngcủanướcrỉrácởmộtsốquốcgiatrênthếgiới Bảng1.2Đ ặ c trưngcủa nướcrác tạicácbãichônlấpkhácnhauởViệtNam 10 Bảng1.3C chế xửlý cácchấtônhiễmtrong nước thảicủahệthựcvật 30 Bảng1.4Sosánhưu,nhược điểmbãilọctrồngcâydòngchảythẳngđứng vàdòngchảyngang 33 Bảng1.5H i ệ u quảxửlýN-NH4+vàCODbằngqtrìnhyếmkhí–hiếukhí kếthợptại bãirácAmmasuo –PhầnLan .35 Bảng1.6K ế t quảvận hànhhệthốngxử lýbằngcôngnghệSBRtại Deepmoor(Anh)vàGairtloch(Scotlen) .35 Bảng1.7Hiệuquảxửlýquacáccôngđoạn 36 Bảng1.8N n g đ ộ chấtônhiễmtrướcvà sauxửlý 37 Bảng1.9T h n h phầnnướcrácbãichốnlấp GòCáttrước vàsauxửlý .43 Bảng 1.10Đặc trưng nước rác trước sau hệ thống xử lý bãi chốn lấp PhướcHiệp .45 Bảng2.1Đặctrưng nướcrácbãichônlấpĐáMài 46 Bảng2.2V ậ t liệulọcsử dụngtrong bãilọctrồngcây 56 Bảng2.3H i ệ u quảxửlýtronggiaiđoạn hoạt hoácủabểlọctrồng 58 Bảng3.1Kếtquả thămdòkhảnăngkếttinh củaMAP 66 Bảng 3.2T ổ n g h ợ p k ế t q u ả n g h i ê n c ứ u ả n h h n g c ủ a p H đ ế n q u t r ì n h t c h M A P ởcác tỷlệkhácnhau 68 Bảng3.3Ả n h hưởngcủathờigianphảnứngtớikíchthướctinhthể MAP .74 Bảng3.4Ả n h hưởng củavậntốckhuấyđến quátrìnhkếttinh MAP 75 Bảng3.5Đ ặ c trưng nướcrácbãichônlấpĐáMài 79 Bảng3.6Ả n h hưởng củanồngđộNH4+đ ế n hiệuquảtáchN,P 80 Bảng3.7Ảnhhưởng mầmtinhthể 80 Bảng3.8H i ệ u quảtáchnitơtạo MAPtrongnướcrác 81 Bảng3.9.Kếtquả phântíchthànhphầnMAPthuđượctừnướcrác 83 Bảng3.10Đ ặ c trưngnướcrácbãichônlấp ĐáMàis a u táchMAP .84 Bảng3.11Ả n h h n g củaCOD dòngvàođếnhiệuquả xửlý .85 Bảng3.12Ả n h h n g c ủ a thờigianlưutới hiệuquảxửlý 87 Bảng3.13Ả n h h n g c ủ a c c nguyên tốvilượngđếnhiệuquảxửlý 88 Bảng3.14Đ ặ c trưngdòngvàolọcthiếu khí .89 Bảng3.15Ả n h hưởng củaCODdịngvàotới qtrìnhlọcthiếu khí 89 Bảng3.16Ả n h h n g c ủ a thờigianlưutớiqtrìnhlọcthiếukhí 91 Bảng3.17Ả n h hưởng củathểtích đệmđếnhiệuquảxửlýtronglọcthiếukhí .92