Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH o0o ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC KỴ KHÍ CAO TẢI XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường Mã số ngành: 108 GVHD: T.S LÊ ĐỨC TRUNG SVTH: NGUYỄN THỊ THỤC QUYÊN GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 1 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2007 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khi chất lượng cuộc sống đang được cải thiện thì vấn đề môi trường cũng được quan tâm, đặc biệt là vấn đề rác thải và nước thải. Rác thải sinh ra từ mọi hoạt động của con người và ngày càng tăng về khối lượng. Hầu hết rác thải ở nước ta nói chung và Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng đều chưa có sự phân loại tại nguồn. Do đó gây rất nhiều khó khăn cho công tác quản lý và xử lý loại chất thải này, đồng thời loại chất thải này sinh ra một loại nước thải đặc biệt ô nhiễm là nước rỉ rác. Hiện nay, việc xử lý rác thải bằng cách chôn lấp hợp vệ sinh được coi là biện pháp hữu dụng bởi tính kinh tế cao và ít làm ô nhiễm môi trường do hạn chế mùi hôi lan toả. Tuy nhiên, lượng nước rỉ rác sinh ra từ các bãi chôn lấp rác đã gây những tác động môi trường nghiêm trọng đến sức khoẻ con người. Nước rỉ rác xâm nhập vào nguồn nước mặt lẫn nước ngầm khi chưa được xử lý đạt tiêu chuẩn là nguy cơ tiềm ẩn của nhiều căn bệnh cho dân cư trong vùng. Trước vấn đề này thì nhiều công nghệ trong và ngoài nước được đề ra và áp dụng xử lý. Trong các biện pháp đã áp dụng thì biện pháp xử lý sinh học kỵ khí được đánh giá trội hơn hẳn so với các công nghệ khác bởi hiệu quả xử lý cao, tiết kiệm không gian và chi phí vận hành thấp. Nhưng do tính chất nước rỉ rác ngày càng phức tạp và thể tích nước tồn đọng ngày càng nhiều mà khả năng xử lý thì hữu hạn nên việc tiếp tục nghiên cứu để tìm ra thêm các biện pháp để xử lý nước rỉ rác là luôn cần thiết. Một công nghệ hoàn chỉnh đáp ứng được nhu cầu xử lý nước rỉ rác hiện nay GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác và dễ dàng áp dụng trong điều kiện thực tế nước ta là điều mà mọi nghiên cứu đều hướng đến. CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5. ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU 1.6. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.7. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 3 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thành phố Hồ Chí Minh mỗi ngày có trên 7000 tấn rác và một năm tiêu tốn trên 235 tỷ đồng để xử lý, tuy nhiên 98% rác vẫn được chôn lấp. Với công nghệ xử lý còn thô sơ nên thường xuyên phát sinh nhiều vấn đề cần giải quyết, đặc biệt là nước rỉ rác. Có lúc tổng lượng nước rỉ rác lên đến gần 100000 m 3 . Nước rỉ rác có chỉ số BOD và COD cao, thành phần phức tạp và khả năng gây ô nhiễm rất lớn. Việc tiêu tốn hàng tỉ đồng để lắp đặt nhà máy xử lý nước rỉ rác tại Bãi chôn lấp (BCL) Gò Cát của công ty Vemeer – Hà Lan, với công nghệ màng lọc Nano là công trình có quy mô và được mong đợi nhưng kết quả là chưa ngày nào nhà máy chạy hết công suất, vì lý do công nghệ không phù hợp với thành phần và tính chất của nước rỉ rác Thành phố. Sự thất bại của công trình Gò Cát càng làm cho các nhà Môi trường trong nước quan tâm đặc biệt đến vấn đề này và đã đưa ra nhiều công nghệ ở quy mô Pilot đạt hiệu quả xử lý cao như Xử lý nước rỉ rác bằng các thiết bò công nghệ sinh học kỵ khí cao tốc UASB, FBABR và UFAF kết hợp với FBR của T.S Trần Minh Chí đạt hiệu quả xử lý COD lên đến 95% hay Ứng dụng quá trình bùn sinh trưởng lơ lửng hiếu khí và kỵ khí kết hợp kỹ thuật màng vi lọc để xử lý nước rỉ rác của Th.S Vũ Phá Hải cũng đem lại hiệu quả xử lý COD trên 90%. Từ đó cho thấy công nghệ sinh học kỵ khí đặc biệt thích hợp cho xử lý nước rỉ rác. Tuy nhiên, nó vẫn thể hiện những nhược điểm như quá trình chưa ổn đònh, sản lượng khí sinh học thu hồi được ít do các giai đoạn xử lý kỵ khí diễn ra đồng thời, chồng chéo nhau. Trong một nghiên cứu khác của các tác giả thuộc trường Đại học Sardar Patel, Gujarat, Ấn Độ đã đưa ra mô hình kỵ khí GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 4 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác nhiều ngăn có lớp vật liệu đệm để xử lý nước thải hóa dầu nhiễm acid, bằng cách này người ta đã tách thành công các giai đoạn của quá trình kỵ khí, làm tăng tính ổn đònh cho quá trình và tăng sản lượng khí sinh học mà không làm giảm hiệu quả xử lý COD. Nắm bắt được hướng nghiên cứu trên, Đồ Án đã ứng dụng bằng cách thay thế nước thải hoá dầu bằng nước rỉ rác của BCL Đông Thạnh với mong muốn xử lý thành công, theo dõi và đưa ra được các thông số vận hành tối ưu cho quá trình xử lý, phù hợp với thành phần và tính chất của nguồn nước rỉ rác trong nước. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ứng dụng mô hình sinh học kỵ khí nhiều ngăn xử lý thành phần ô nhiễm hữu cơ trong nước rỉ rác. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Tìm hiểu về các BCL, tình hình nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước • Thiết kế và vận hành mô hình sinh học kỵ khí nhiều ngăn • Thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu pH, COD, SS của nước thải ở đầu vào, đầu ra và trong các thời gian lưu thủy lực khác nhau • Xử lý số liệu thu thập và phân tích được • Tổng hợp và đánh giá kết quả, thông qua đó xác đònh hiệu quả xử lý COD và ảnh hưởng của các thông số vận hành như pH, HRT, ORL, tỷ lệ giữa thể tích vật liệu đệm với thể tích mô hình GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 5 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU • Nghiên cứu lý thuyết • Thu thập thông tin về thành phần, tính chất nước rỉ rác các BCL tại TP.HCM • Thu thập thông tin về các nghiên cứu ứng dụng liên quan đến đề tài trong và ngoài nước • Tập hợp cơ sở lý thuyết về các phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu • Nghiên cứu thực nghiệm • Khảo sát, lấy mẫu nước thải • Thiết kế mô hình kỵ khí nhiều ngăn • Thí nghiệm xác đònh các chỉ tiêu pH, COD, SS • Thí nghiệm xác đònh ảnh hưởng của pH và thời gian lưu thủy lực • Xử lý kết quả phân tích bằng Excel 1.5. ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU • Nước rỉ rác Bãi chôn lấp rác Đông Thạnh 1.6. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI • Phạm vi không gian: BCL Đông Thạnh – TP.HCM • Phạm vi thời gian: từ ngày 01/10/2007 đến ngày 25/12/2007 GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 6 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác 1.7. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN Nội dung Thời gian Kết quả dự kiến • Tổng quan lý thuyết 1 tuần • Hoàn tất chương I và chương II • Thiết kế và xây dựng mô hình kỵ khí nhiều ngăn 5 tuần • Mô hình kỵ khí 3 ngăn • Lấy mẫu và phân tích mẫu đầu vào 0.5 tuần • Đo độ pH, phân tích COD, SS • Chạy thích nghi mô hình 2 tuần • Vi sinh vật kỵ khí thích nghi với chất nền • Chạy mô hình 1 không hoà trộn và keo tụ tạo bông trong các thời gian lưu khác nhau 2.5 tuần • Phân tích mẫu theo 3 chỉ tiêu pH, SS, COD ở các thời gian lưu khác nhau • Chạy mô hình 2 có hoà trộn và keo tụ tạo bông 2.5 tuần - nt - • Tổng hợp, xử lý số liệu và viết báo cáo 2 tuần • Đồ án hoàn tất Bảng 1. Tiến độ thực hiện Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 7 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN THẢI 2.2. ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC RỈ RÁC 2.3. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.4. CÔNG NGHỆ SINH HỌC KỴ KHÍ 2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 8 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác 2.1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN THẢI 2.1.1.1. Giới thiệu BCL Đông Thạnh BCL Đông Thạnh thuộc xã Đông Thạnh, phía Bắc huyện Hóc Môn, giáp xã Bình Mỹ- Củ Chi, xung quanh là ruộng. Đòa hình nơi đây dạng đồng bằng cao hơi nghiêng về hướng sông Sài Gòn ở phía Đông và hướng Rạch Tra ở phía Bắc. Trên 10 năm qua, hầu như toàn bộ lượng rác thải từ các khu vực nội ô của Thành phố Hồ Chí Minh được chôn lấp tại đây. Bãi rác Đông Thạnh bắt đầu hoạt động đổ rác một cách tự phát từ năm 1979. Trước đây là hố khai thác đất. Đến năm 1991, nó chính thức trở thành công trường xử lý rác Đông Thạnh do Công ty Xử Lý Chất Thải (HOWADICO) trực thuộc Sở Giao Thông Công Chánh quản lý. Diện tích ban đầu là 10 ha, sau đó mở rộng thêm 6 ha rồi 22.6 ha. Cho đến nay, tổng diện tích công trường xử lý rác Đông Thạnh đã lên đến 43.5 ha với công suất xử lý khoảng 4000 tấn rác/ngày. Hình 1. Núi rác Đông Thạnh Khuôn viên công trường quy hoạch tuyến đường cho xe chở rác, trạm cân xe, các hồ chứa nước rò rỉ, khu vực chôn rác,… Khu vực chôn rác phân chia ra nhiều lô, mỗi lô đào hố sâu khoảng 8 m rồi đổ rác xuống theo từng lớp, sau đó rải GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 9 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác một lớp vôi bột và lấp lên một lớp đất dày khoảng 20 – 30 cm. Sau một thời gian nhất đònh lớp rác này xẹp xuống thì tiến hành đổ tiếp lên đó một lớp rác khác, cứ thế lớp rác và lớp đất xen kẽ nhau, trên cùng lấp đất tới cao trình 9 m. BCL Đông Thạnh do hình thành tự phát nên không có khoảng cách li vệ sinh với khu dân cư. Cũng do không được quy hoạch, thiết kế như một BCL hợp vệ sinh, đạt tiêu chuẩn ngay từ đầu nên bãi rác khi hoạt động đã mắc phải những sai phạm. Thực tế, BCL chỉ là một bãi đổ hở, không có lớp chống thấm, không có hệ thống thu gom khí và nước rò rỉ… Hậu quả là ô nhiễm môi trường ở bãi rác Đông Thạnh khá nghiêm trọng, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cộng đồng dân cư và môi trường sống. Hình 2. Sơ đồ cắt ngang đòa hình Bãi chôn lấp Đông Thạnh Rác chôn ở Đông Thạnh chủ yếu là rác sinh hoạt, trong đó phần lớn các loại rác có thể tái chế đã được người dân thu lượm trên bãi, còn lại là rác hữu cơ, rác nilon cũ, các loại rác không thể tái chế. Các công trình nghiên cứu rác thải ở Thành Phố Hồ Chí Minh cho thấy thành phần của các chất hữu cơ (chủ yếu là rau, quả, thực phẩm) chiếm 50 – 62% (theo trọng lượng ướt), hàm lượng nước trung bình trong rác khoảng 50%. GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 10 [...]... ở trên, xứng đáng được chú ý đầu tư nghiên cứu để có thể triển khai ứng dụng rộng rãi 2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.5.1.1 Trong nước • Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Đông Thạnh theo thiết kế Công ty Quốc Việt GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 33 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL... công trình xử lý nước thải áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí bao gồm UFAF, FBABR và đặc biệt là UASB tăng lên rất nhanh từ cuối những năm 1980 (Speece, 1996) Ở Việt Nam cũng đã bắt đầu xuất hiện một số nhà máy áp dụng công nghệ vi sinh kỵ khí để xử lý nước thải, ví dụ như: GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 31 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác • Nhà... m 3 nước rỉ rác/ ngày vẫn phải tiếp tục xử lý Trong khi đó, với công nghệ xử lý rác hiện tại, công trường này chỉ có thể xử lý 400 m3/ngày Lượng nước rỉ rác còn lại buộc phải chuyển qua bãi rác Đông Thạnh, mặc dù bãi rác này đã đóng cửa từ lâu 2.1.3 Giới thiệu BCL Phước Hiệp GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 13 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác BCL... đầu tư nghiên cứu rất mạnh mẽ và đưa tới nhiều kết quả nghiên cứu rất khả quan Số công trình áp dụng ở mức độ công nghiệp tăng lên rất nhanh và công nghệ sinhh học kỵ khí từ giữa những năm 1980 đã được thừa nhận rộng GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 28 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác rãi trên thế giới như một loại hình công nghệ xử lý nước thải... trình xử lý như: xử lý cơ học, xử lý hoá học, xử lý sinh học Một hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh có thể gồm một vài công trình đơn vò trong các công đoạn xử lý cơ học, hoá học, sinh học và xử lý bùn cặn Một vài phương pháp xử lý nước thải theo 03 quy trình xử lý cơ bản Quy trình xử lý Cơ học • Lọc qua lưới lọc • Làm thoáng • Lọc qua lớp vật liệu lọc, qua màng • Tuyển nổi và vớt bọt • Khử khí •... học • Các công đoạn có thể áp dụng Lắng cặn Trung hòa bằng dung dòch acid hoặc kiềm • • Sinh học Keo tụ Hấp thụ và hấp phụ • • Trao đổi ion Xử lý hiếu khí: o Bể Aerotank o Bể lọc sinh học o Hồ hiếu khí, hồ oxy hóa o Ổn đònh cặn trong môi trường hiếu khí • Xử lý kỵ khí o Bể UASB GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 24 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác. .. của rác thải toàn Thành phố đổ dồn về đây Hình 5 Bãi chôn lấp Phước Hiệp cũng đang quá tải 2.1.2 ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC RỈ RÁC GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 14 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác 2.2.1 Nguyên nhân phát sinh nước rỉ rác Nước rò rỉ từ bãi rác là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới BCL Nước. .. thống xử lý Vermeer (05/2003) Thông số COD BOD5 GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên Đơn vò mg/l Đầu vào 17500 Đầu ra 420 mg/l 9700 35 35 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác N- Org mg/l - - N- NH4 mg/l - 230 N- NO2 mg/l - 3.0 N- NO3 mg/l - 3.0 7.2 8.5 pH • Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát do Centema lắp đặt Trạm xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát có công. . .Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác Theo ước tính, đến nay công trình rác Đông Thạnh còn tồn đọng 600000 m 3 nước rò rỉ chưa được xử lý lưu trữ tại hồ số 7 Lượng nước rò rỉ phát sinh hàng ngày được bơm về hồ chứa Do đặc trưng của nước rò rỉ lưu trữ lâu năm nên việc xử lý rất khó khăn và phức tạp BCL Đông Thạnh đã chính thức đóng cửa vào cuối năm 2002, toàn bộ rác. .. cần được xử lý Lượng nước này được thu gom bằng hệ thống các ống thu nước đặt dưới đáy BCL và dẫn về hồ tập trung rồi bơm về hệ thống xử lý GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 12 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát có nhà máy xử lý nước rỉ rác được xây dựng từ năm 2001, do Công ty Gibros chế tạo và Công ty Vemeer – Hà Lan lắp đặt có công suất . CỦA NƯỚC RỈ RÁC GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 14 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác 2.2.1. Nguyên nhân phát sinh nước rỉ rác Nước rò rỉ. Quyên 5 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU • Nghiên cứu lý thuyết • Thu thập thông tin về thành phần, tính chất nước rỉ rác các. HỌC KỴ KHÍ 2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thò Thục Quyên 8 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước