Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ lọc kị khí kết hợp hiếu khí IFAS

Như vậy, quá trình đô thị hóa đã vàđang gây ra áp lực lớn đối với hệ thống hạ tâng kỹ thuật, trong đó có thoát nước và xử lý nước thải đô thị [1].Theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quan lý

ĐẠI HOC BACH KHOA

NGUYEN THI NGOC HA

NGHIEN CUU XU LY NUOC THAI DO THI BANGCONG NGHỆ LOC KI KHÍ KET HOP HIẾU KHÍ IFAS

CHUYEN NGANH : CÔNG NGHỆ MOI TRUONG

MA NGANH : 608506

LUAN VAN THAC SI

TP HCM, thang 09 nam 2014

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HOC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dan khoa học 1: TS Đặng Viết Hùng

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Thị Thanh Phượng

-000 -TP HCM, ngay tháng năm 2014

NHIỆM VU LUẬN VAN THAC SĨ

Ho va tén hoc vién : NGUYEN THINGOC HA Giớitính : Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 15/11/1987 Noisinh : Thanh HóaChuyên ngành : Công nghệ Môi trường MSHV : 12250606

Khoá : 2012

I TÊN DE TÀI“Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ lọc ki khí kết hợp hiểu khí

IFAS”

Il NHIỆM VỤ LUẬN VAN

- Đánh giá hiệu suất xử lý COD va SS trong nước thải đô thị thông qua bé lọc

1 TS DANG VIET HUNG2 TS NGUYEN THỊ THANH PHƯỢNG

CAN BO HUONG DAN 1 CAN BO HUONG DAN 2

CHU NHIEM BO MON DAO TAO TRUONG KHOA

LOI CAM ON

Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm on chân thành nhất đến Thay, Cô khoa Moi

trường va Tài nguyên trường Dai học Bách khoa TP HCM, những người

đã diu dắt tôi tận tình, đã truyền dat cho tôi những kiến thức và kinhnghiệm quý bau trong suốt thời gian tôi học tập chương trình đào tạo sau

đại học.

Tôi xin tran trọng cảm ơn TS.Dang Viết Hùng công tác tại trường Dai học

Bách khoa TP HCM và TS.Nguyễn Thị Thanh Phượng công tác tại ViệnMôi trường và Tài nguyên đã hướng dẫn luận văn, tận tình chỉ bảo, giúp

đỡ để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình.Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Môi trường và Tàinguyên - khóa 2010 đã hỗ trợ trong suốt quá trình nghiên cứu

Sau cùng, tôi gửi lời cắm ơn chân thành đến những người thân, người bạn

đã động viên và ung hộ tôi vượt qua những khó khăn trở ngại trên mọi

bước đường và còn là động lực dé tôi phan dau.Một lần nữa xin chân thành cảm ơn sự giúp dé của tat cả mọi người

TP HCM, 07/2014

Xử lý nước thải đô thị ở Việt Nam vẫn đang trong giai đoạn khởi đầu và sẽ đối mặtvới nhiều trở ngại về mặt kỹ thuật và tài chính nhăm đạt hiệu quả xử lý cao và chỉphí xử lý thấp Kết hợp xử lý kị khí với xử lý hiếu khí là một cách tiếp cận và trongnghiên cứu này, một bé lọc ki khí đã được đặt trước một bể hiếu khí IFAS(Integrated Fixed-film Activated Sludge) Bé loc ki khí và bể hiếu khí IFAS đềuđược chế tao từ mica (polyacrylic) với cùng thé tích làm việc là 9,68 lít Lượng giáthể Anox Kaldnes K3 cho vào bề lọc kị khí là khoảng 3,87 lít chiếm 40 % thể tích

bể Lượng giá thé Mutag BioChip'TM cho vào bể hiếu khí IFAS là khoảng 1,45 lít ở

dạng đồ đống Mô hình nghiên cứu được vận hành với thời gian lưu nước trong bểlọc ki khí giảm dan từ 7,7 đến 2,3 giờ tương ứng tải trọng hữu co ở bể hiếu khí

IFAS tăng dân từ 0,5 đến 1,7 kegCOD/mỶ.ngày Các kết quả thu được cho thay bể

lọc ki khí có kha năng loại bỏ SS và COD luôn trên 70 % và 60 %, giảm tải ratnhiều cho bể hiếu khí IFAS phía sau Bé hiếu khí IFAS có thé giúp cho nước thảiđầu ra có chất lượng tốt, đặc biệt là chỉ tiêu nitơ và photpho, đáp ứng yêu cầu xảthải nghiêm ngặt Ở các tải trọng 0,8; 1,1; 1,4 kegCOD/m ngày, nước thải sau khi xửlý của toàn mô hình có giá trị COD, SS, NH¿”-N, TN, TP đều năm trong giới han

cột A của QCVN 40:2011/BTNMT Ở tải trọng 1,1 kgCOD/m ngày, hiệu suất xửlý các chỉ tiêu trên là cao nhất, ứng với 94,29: 96,11; 94,94; 73,91 và 69,88 %

Treatment of municipal wastewater in Vietnam has been in the beginning stage andmust face to technical and financial problems such as high efficiency and low cost.A combination of anaerobic and aerobic processes such as an anaerobic filterfollowed by an integrated fix-film activated sludge (IFAS) reactor was the approachin this study The anaerobic filter and IFAS reactor were made from mica(polyacrylic) with the same capacity of 9.68 liters Anox Kaldnes K3 media placedin the anaerobic filter to a fill fraction of 40 % was approximately 3.87 liters MutagBioChip'TM media placed in the IFAS reactor in state of free-moving wasapproximately 1.45 liters The experimental model was operated with hydraulicretention time (HRT) decreased from 7.7 to 2.3 hours in the anaerobic filter andorganic loading rates (OLRs) increased from 0.5 to 1.7 kgCOD/m’.day in the IFASreactor The results showed that removal efficiencies of SS and COD in theanaerobic filter was high and reached over 70 % and 60 %, respectively and itgreatly reduced loading rate for the IFAS reactor The IFAS reactor was able tocreat high quality effluent, especially in nitrogen and phosphorus parameters, inorder to satisfy stringent permits required for discharges For OLRs of 0.8, 1.1, 1.4

kgCOD/m’ day, effluent concentrations of COD, SS, NH¿'-N, TN and TP of the

whole model were within the limits of QCVN 40:2011/BTNMT, column A ForOLR of 1.1 kgCOD/m’ day, treatment efficiencies were the highest as 94.29, 96.11,94.94, 73.91 and 69.88 %, respectively for the parameters stated above.

Tôi tên là NGUYÊN THỊ NGỌC HÀ, là học viên cao học ngành Công nghệ

Môi trường khóa 2012, mã số học viên 12250606 Tôi xin cam đoan: Luận văn cao

học này là công trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân tôi, được thực hiện

dưới sự hướng dẫn của TS.Đặng Viết Hùng và TS Nguyễn Thị Thanh Phượng.Các hình ảnh, số liệu và thông tin tham khảo trong luận văn này được thuthập từ những nguồn đáng tin cậy, đã qua kiểm chứng, được công bố rộng rãi và đãđược tôi trích dẫn rõ ràng ở phan Tài liệu tham khảo Các bản đô, đồ thị, số liệu tínhtoán và kết quả nghiên cứu được tôi thực hiện nghiêm túc và trung thực

Tôi xin lay danh dự và uy tín của ban thân dé đảm bao cho lời cam đoan này

TP HCM, ngày 30 thang 8 năm 2014

Nguyễn Thị Ngọc Hà

MỤC LỤC

MUC 000115 |

DANH MUC BANG 0211757 VvDANH MUC HINH 0222 ÔÒÔỎ VIDANH MỤC TU VIET 'TÁ TT 5-< 5£ 5° < << SsES£ESES£ E9 Es£eESEE£EsEsEEzEEsezsesesscse VIII37 081905)71001212577 1I TINH CAP THIẾT 2 S2 2n TH HE HH ng 12 MụC TIEU Đề TAL ceccceccccccceccecscccccccsscsssecssesessesecssseesessesscsisenteesesevsitensesseseesevetees 23 NOI DUNG Đề TAL 2 1 211121 E21 n2 122g n1 gui 34 _ Đối TUONG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU s2 S2EE211E2121 Erxerrrrg 45 | PHƯƠNG PHAP NGHIÊN CỨU 5: 2s S21 EE121 1122221821 tterrerreg 56 Y NGHĨA Đề TÀI 22 ST TH H1 HH ga 57 TINH MOT CủA Đề TÀI s5 1 2 1212111211112 281 ng 6

0:1019)10520757 7

I9) 0019079072577 71.1 TổNG QUAN Về NƯớC THảI ĐÔ THỊ 2 2 2121215155151 5151115511 211152211116 71.1.1 Nguồn gốc nước thải đô thị - 5 S3 3 E1 51151115151111112111111E 2E treo 71.1.2 Tính chất đặc trưng của nước thải đô t1 1 2 2222111111151 1 111521 x*2 712 HIỆN TRANG XỬ LÝ NƯỚC THAI ĐÔ THỊ TẠI VIỆT NAM 101.2.1 Hiện trạng hệ thông thu gom nước thải ở các đô thị Việt Nam 101.2.2 Một số công nghệ xử lý nước thải đô thị điển hình ở Việt Nam 11

1.2.3 Hiệu quả hoạt động của các nha máy xử lý nước thai đô thị tại Việt Nam 18

1.3 CƠ Sở LÝ THUYẾT QUÁ TRINH Ki KHÍ, HI€U KHÍ - 52 2s Exsxrse2 19

13.1 — Quá trình kị khí 22222221 22222212 22 2 2e ree 19

1.3.1.1 Cơ sở l ANUVE eccceccccccccccsesccseseesesesvsssesessseesssetsusevsnsivevsasevssatsessensesevaeees 191.3.1.2 Các yếu 0 ảnh HƯỞNg Ác SE rrgrree 21

1.3.1.3 Các công nghệ xử lý kị KhÍ ằ Sàn TT TH TH ng key 22

1.3.1.4 Lọc ki khí — Giá thể cố định - cccs+tecrEEEE grrrerrk 2313.2 — Quá trình hiểu khí - 2c n2 1 1211111111111111215121121 11811 x8 ra 251.3.2.1 Cơ sở lý thuyẾt Ă ST tre 251.3.2.2 _ Các yếu 0 ảnh HƯỞNG 5S cTEEEEEtEHE E11 rree 261.3.2.3 _ Các công nghệ xử lý hiếu khií esesesesseeessesescevsnsvsveseeeeees 27

1.3.2.4 Quá trình bùn hoạt (ÍHH c TT HH kg ven kg vết 26

1.3.3 Xu hướng kết hop ki khí - hiếu khí - 5: 2s SE E113 112151152511 tEetrerrre 301.4 TONG QUAN VE QUÁ TRÌNH IFAS - 3S 221 1121112111551111151855 81 nh 331.4.1 Đặc điểm cấu tạo 2 TT HH HH HH nhe nrei 33

1.4.2 Nguyên lý hoạt động - - - LG Q2 2221111112111 111112111111 1101211 11111 k nha 35

1443 — Cơ chế xử lý 2.2200 2121 HH HH HH HH HH HH ruureg 351.4.4 Ưu và nhược điểm của bể [FAS c5 1 212112122 21212 re 431.5 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 22tr 44

1.5.1 Các nghiên cứu ngoài nưỚcC - - 2211112222111 111112 2111115222111 11182 ke 44

1.5.2 Các nghiên cứu trong NUGC - c1 1222211111112 2111115822111 1 118k ke ng 46

0;1019) 0022757 47

VAT LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -.2- 5s 5< s2 se se sessesee 472.1 SƠ ĐÔ NGHIÊN CỨU - 1 1 2 122121111 1121111221121 121 rưyn 472.2 VAT LIEU NGHIÊN CỨU - S1 E21 21212112111 1221012221222 eruyn 482.2.1 Nước thải đầu vào c2 1n 1n n1 ngu 4822.2 — Bùn cấy ban đầu 1.2 1n 12211 1 E211 nn HH HH HH Hee 4822.3 — Giá thể sử dụng 2.2.1 2n HH HH HH euureg 48

2.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CứU - 5+ s21 E11E212111121111 12.11222101 ren 492.3.1 _ Thiết kế mô hình S1 SE 12112121 1212121 11 ng ru 492.3.2 Thông số các thiết bị trong mô hình 2 2s E21 1E555325551515151551E1211xEExEe 51

2.3.3 Quy trình hoạt động của mô hình 5 cece 1115581111155 811xe2 51

2.4 TRÌNH Tự THÍ NGHIệM - S21 E1 122121221212 11 221022112 g 52

2.4.1 Gial đoạn thích ngh1 - ccc 2221122122211 111112221 1111182211111 151221 111k kh 52

2.4.2 Gial đoạn tăng tảI 0 000122211111 1122111111111 11111111111 n ng k kh ket 53

2.5 LAY MAU VÀ PHAN TÍCH 1-51 S21 21212112111121121111 22210121 ren 542.5.1 Vị trí và tân suất lây mẫu - 1 S211 51111121251111111 E181 1EEE tr ri %4

3.1.2 Cá trỊ pH ccc 2221112222011 1111511111151 1111101111111 10 1111 1k KT kh 59

3.2 GIAI ĐOẠN TANG TẢI St 2111211211122 11 1 n1 ng re 603.2.1 Hiệu suất xử lý COD S n 22121 E1 tt 2n HH Hung 613.22 — Hiệu suất xử lý SS 22 1n 1n HH TH HH HH tua 653.23 _ Hiệu suất xử lý NH¿Ÿ-N 2c S22 E nh HH HH ereg 683.2.4 Mối tương quan giữa TN, NH¿Ÿ-N,NO;-N Sa 703.2.5 — Hiệu suất xử lýTN 2s n1 E2 HH HH HH Hee 72

3.2.6 Cá trỊ pH ccc 2221112222011 1111511111151 1111101111111 10 1111 1k KT kh 74

3.2.7 — Hiệu suất xử lý TP S21 1n HT HH HH te 763.2.8 Đánh giá sinh khối tạo thành trong bể hiểu khí IFAS - -ccczzscs 78

PHAN 8.93⁄00007.0)0777 7 801l KET LUẬN L2 2H HH HH rung 802 — USING) | 2 22 1 HH HH gu ruyn 80TÀI LIEU THAM KHHẢO <5 < 5£ 5° <£ S4 ES£€E<ES£ 3Es£ £ES£E4 EsESeEsESexsesesersesee 81

PHU LUCissccsssssssssssssssssssssssssssssssssssscsossssessssssssusssssssssssssssssssssessuesessnssssssssesssssesssssesssnssessnees 84

Bang 1.Bang 1.Bang 1.Bang 1.Bang 1.Bang 1.Bang 1.

Bang 2.Bang 2.Bang 2.Bang 2.Bang 2.Bang 2.Bang 2.

Bang 3.Bang 3.Bang 3.Bang 3.Bang 3.

DANH MUC BANG

1 Thanh phần nước thải sinh hoạt khu AGN Cư SE Ha 82 Giá trị thông số ô nhiễm của các nhà may xu lý nước thai đô thị tại Việt Nam 93 Uu và nhược điểm của bề lọc kị khí - 2 TT tt TH HH HH ru 244 Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng, -scccccchcrerreeeg 295 Uu và nhược điểm của các hệ thong kết hop ki khí — hiếu khí si 326 Các đặc điểm chủ yếu của quá trình ki khí, hiếu khi Sen eeeg 337 Ưu và nhược điểm của bề IFAS ST TT TH HH HH Hung 43

1 Thành phần và thông số ô nhiễm của nước thải đầu vào c sec 482 Các thông số đặc trưng của giá tHỂ St E11 111112111 1t rro 493 Thông số các thiết bị sử dụng trong mô hình ca 514 Thông số vận hành ở giai đoạn thích nghỉ ST re 535 Thông số vận hành ở giai đoạn tăng tải St Ea 54

6 CC Chi iE PRGNUIH ooo cccc ccc ccc ccc ccc cece eee beet ee eeebbeeeeeeseeeateeeeentteeeees 547 Các phương pháp phân ÍCÍ À À Àả T111 1 1111111111511 11111111 1111111111 k ch kk kh 55

1 Kết quả xử lý COD tại các tải trọng WiPU CO ch nen 622 Kết quả xử lý SS ở các tải trọng WAPU €Ơ ác SE He 663 Kết quả xử ly NH¿ -N ở các tải trọng HỮU €Ơ che 694Kết quả xử lý TN ở các tải trọng hÌÊH €Ơ SE t2 re 735Kết quả xử lý TP ở các tải trọng hữiU €Ơ St HH He 77

Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.Hình 1.

Hình 2.Hình 2.Hình 2.

Hình 3.Hình 3.Hình 3.

DANH MỤC HINH

1 Hiện trạng quan lý nước thai đô thị tai Việt NMH1 22c cS S2 sex: 10

2 Sơ đồ tổng quát công nghệ xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam - 133 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng Hòa -¿ 144 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng, sec 155 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại thành pho Đà Nẵng sen 166 So đô công nghệ xử lý nước thải tại thành phố Đà Lat c.cccccceccccccscsesceveseeeees 177 Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong Giéu kiện kị khí chao 20

8 Phan loại các công nghệ xử lý kị khÍ À.À - T11 1111 11111 x1 kg kh kh rệt 22

9 Cấu tạo bể lọc kị khí Ẳ ST n5 HH HH Huy 2310 Phân loại các công nghệ xử lý hiếu khí ST HE He ryu 2811 Phân loại các hệ thong kết hop ki khí — hiếu khí 5 ST HH ườu 3212 Cấm tạo bể ÏF⁄AS 55: 2512212221121 111.1121121 11g 3413 Cau tạo màng sinh học cơ bả - c5 E1 EtEE1112 1 12t 1e 3614 Cơ chế trao đổi chất của màng sinh Học sSc sE 1x 11111 1tr 38

15 Mô tả các chủng loại vi sinh vật trong lớp màng sinh hỌc «+: 39

16 Sơ đồ mô tả nông độ NH3-N và NÓ¿-N c5 2 He ryu 41

1Sơ đồ nghiêH CỨP - S x1 1111111111111 HH HH He 47

“„Ÿ,28////J,8/,/8, 3, /2.088nnnnn88.e.ắỐẢẢẢ 50

3 Mô hình nghiên cứu thực tỄ ST TH HH HH ra 52

1 Nông độ COD đầu vào và dau ra trong giai đoạn thích nghỉ sscs, 572 Hiệu suất xử lý COD trong giai đoạn thích nghhỉ 5 S5 ST tr rryg 58

3Gid trị pH trong giai đoạn thích ngÏhủ ÀỎ - St 1k1 11 1119 111 1xx vn rệt 59

Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.Hình 3.

vil

4 Nông độ COD dau vào và đầu ra ở các tải trong Wi CO ccc ceccceccccccescsceseeeees 615 Hiệu suất xứ lý COD ở các tải trọng NIU CO ccc ccccccccccescsccsesvesescesesvevesessesesveveees 616Ham lượng SS dau vào và Adu ra ở các tải trọng hữu cƠ sec 657Hiệu suất xử lý SS ở các tải trọng NEU €Ơ SE ng 658 Nong độ NH4'-N ở các tải trọng hữU €Ơ cua 689Hiéu suất loại bỏ NHạ -N ở các tải trọng hữỮH CƠ Q TT SH rea 6810Mũối tương quan giữa TN, NH, -N, NOÿ-N nh nhe ne 701I Nông độ TN ở các tải trọng WEE €Ơ 5 ST 2t n1 gu 7212Hiệu suất xử lý TN ở các tải trọng WIR €Ơ SE TEEnE t1 eryu 72

15Giảá trị PH ở các tải trọng AUP CƠ ccc ccc TH vn v SH vs kg vn 74

14Nông độ TP ở các tải trọng hi €Ơ à à c ST HH Hee 7615Hiéu suất xử lý TP ở các tải trọng NUR €Ơ SE E1 yu 7616 Hàm lượng sinh khối bám dính và lơ lửng trong bề hiếu khí IFAS 78

CODHRT

HUSBIFASMBR

MLSSNTDT

NH¿`-N

NO3-NNOz-NQCVNSRTSSSVITSSTN

TP

DANH MUC TU VIET TATAnaerobic Sequencing Batch Reactor (Bề phản ứng ki khí theo mẻ)Biological Oxygen Demand (Nhu câu oxy sinh học)

Bộ Tài Nguyên Môi Truong

Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

Hydraulic Retention Time (Thời gian lưu nước)

Hydrolytic Upflow Sludge Bed (Bê phân hủy bùn dòng chảy ngược)

Integrated Fixed-film Activated Sludge

Membrane Bioreactor (Bề phan ứng sinh hoc mang)

Mixed Liquor Suspended SolidNước thai đô thi

NitrogenAmmonium Nitrogen (Ammonium tinh theo nito)Nitrate Nitrogen (Nitrate tinh theo nito)

Nitrite Nitrogen (Nitrite tinh theo nito)

Quy chuẩn Việt Nam

Sludge Retention Time (Thời gian lưu bùn)

Suspended Solid (Chat rắn lơ lửng)Sludge Volume Index (Chi số thé tích bùn)Total Suspended Solid (Tổng chất răn lơ lửng)Total Nitrogen (Tổng nito)

Phosphorous

Total Phosphorous (Tổng Photpho)

TP HCMVSSUASB

USBFXLNT

1X

Thành phố Hồ Chí MinhVolatile Suspended Solid (Chat ran lơ lửng bay hoi)Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bé dong chay nguoc qua tang

bun ki khi)Upflow Sludge Blanket Filter (Loc dong ngược bun sinh học)Xử lý nước thai

PHAN MO DAU1 TINH CAP THIET

Theo báo cáo “Đánh giá đô thị hóa ở Việt Nam” của Ngân hàng Thế giới, tính đếnnăm 2011, Việt Nam dang ở những bước dau tiên của quá trình đô thị hóa và sẽsớm chuyển sang giai đoạn trung gian với dân số đô thị chiếm 34% dân số toànquốc và tốc độ tăng trưởng là 3,4% mỗi năm Như vậy, quá trình đô thị hóa đã vàđang gây ra áp lực lớn đối với hệ thống hạ tâng kỹ thuật, trong đó có thoát nước và

xử lý nước thải đô thị [1].Theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quan lý nước thải đô

thị tại Việt Nam” của Ngân hàng Thế giớicho biết trong năm 2012 có 17 nhà máyxử lý nước thải đô thị đã được xây dựng ở thủ đô Hà Nội, thành phố Da Nẵng vàTP HCM cùng với 5 dự án khác ở các đô thị cấp tỉnh với tổng công suất là 530.000

m /ngày, chiếm 10% tổng lượng nước thải phat sinh [2] Ngoài ra, Trung tâm

Chống ngập TP HCMcũng khang định trong tương lai thành phố sẽ đầu tư xâydựng thêm nhiều nhà máy XLNT đô thị Cụ thé như: nhà máy XLNT Tây Sài Gòn ở

quận Tân Phú, công suất 150.000 m/ngày; nhà máy XLNT Bắc Sai Gòn 1 ở quậnThủ Đức, công suất 139.000 m/ngày: nhà máy XLNT Binh Hưng (giai đoạn 2) ởhuyện Bình Chánh, công suất 469.000 m”/ngày: nhà máy XLNT Tham Lương-BếnCát ở quận 12, công suất 131.000 m*/ngay; nhà máy XLNT Suối Nhum ở quận Thủ

Đức, công suất 65.000 m°/ngày.

Cũng theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của

Ngân hàng Thế giớiđã đưa ra những nhận xét tổng quát răng những công nghệ hiệnđang áp dụng chủ yéutai các nhà máy XLNT là quá trình bùn hoạt tính bao gồm:bùn hoạt tính truyền thống, ki khí — thiếu khí — hiếu khí, phản ứng theo mẻ hoặcmương ô-xy hóa Đây là những công nghệ vốn phù hợp để xử lý nước thải có nồng

độ ô nhiễm ở mức độ trung bình Quá trình xử lý NTĐT ở Việt Nam vẫn đang ở

giai đoạn khởi đâu và sẽ đối mặt với nhiều trở ngại về kỹ thuật và tài chính, đó làhiệu quả và chi phí xử lý [2].Trong đó, công nghệ xử lý kết hop ki khí - hiểu khíđang là một giải pháp tiếp cận JA A’ warez và cộng sự(2008)đã đặt bê loc ki khí

phía trước khu dat ngập nước nhăm kiêm soát việc tắc nghẽn và giảm tải lượng 6

Phần mở dau 2nhiễm nhờ khả năng cao trong loại bỏ SS va COD [3].Y¡ Jing Chan và cộng sự

(2009) đã nhận định sự kết hợp này đem lại nhiều ưu điểm trong xử lý nước thải

như giảm diện tích, bớt chi phí nhưng hiệu quả cao và chia thành 4 dạng: ki khí va

hiếu khí khác bể, ki khí và hiểu khí cùng bề, ki khí và hiếu khí trong một chu kỳgián đoạn và kị khí và hiếu khí sinh trưởng trong cùng vật mang [4]

Hơn nữa,7 Sriwiriyarat và C.W Randall (2005) đã cho biết IFAS là một quá trìnhđây hứa hẹn nhăm tăng cường khả năng nitrat hóa và khử nitrat đối với các hệ thôngbùn hoạt tính thông thường cần nâng cấp nhờ lớp mảng sinh học trên bề mặt giá thểđể xử lý thành phần dinh dưỡng có trong nước thải, đặc biệt khi diện tích mặt băngbị hạn chế hoặc chi phí đầu tư là không nhiều [5] Một nghiên cứu khác của 7;Sriwiriyarat và cộng sự (2008) đã chỉ ra rang khi giảm thời gian lưu nước (HRT) vàthời gian lưu bùn (SRT) hoặc tăng tải trọng hữu cơ thì bể IFAS vẫn hoạt động ổnđịnh, duy tri được hiệu suất xử lý chất hữu co và chat dinh dưỡng cao hơn bể bùnhoạt tính thông thường Đồng thời nghiên cứu nay cũng tiễn hành quan sát sự pháttriển của các vi sinh vật dang sợi trong cả hai bể IFAS và bể bùn hoạt tính với cùngcác điều kiện vận hành Khi vi sinh vật dang sợi phat trién lam giam hiệu qua xử lyvà giảm quá trình nitrat hóa trong bể bùn hoạt tính Đối với bể IFAS, nồng độ sinhkhối được tăng cường nhờ lượng vi sinh bám dính trên giá thể, sử dụng phần lớncác chất hữu cơ trong nước thải làm giảm lượng thức ăn của vi sinh vật dạng sợi,gop phan ổn định quá trình xử lý.Quá trình nitrat hóa cũng được hoàn thiện hơntrong bể IFAS, ít phụ thuộc vào HRT va SRT [6]

Từ những phân tích và nhận định trên đây, đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải đôthị bằng công nghệ lọc ki khí kết hợp hiếu khí LFAS” đã được đề xuất và thựchiện nham góp phan giải quyết những van dé nêu trên nhưgiảm bớt chi phí xử lý vàtăng cường hiệu quả xử lý nhằm đáp ứng các yêu cau về kinh tế và kỹ thuật

2 MụC TIỂU Đề TÀIĐề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả xử lý NTĐT bang môhình kết hop lọc ki khí — hiểu khí IFAS trên quy mô phòng thí nghiệm thông qua

2g1aI đoạn sau:

Đánh giá hiệu quảxử lý COD và SS trong nước thải đô thịthông quabé loc ki

khí;

Đánh giá khả năng tăng cường xử lý các chất dinh dưỡng N, P thông qua bểhiếu khí IFAS

3 Nội DUNG Đề TÀI

Dé tài nghiên cứu được thực hiện theo các nội dung sau:

s%* Nội dung 1:Giới thiệu tổng quan về nước thải đô thị và công nghệ IFASGiới thiệu tổng quan về nước thải đô thị và hiện trạng xử lý nước thải đô thị

tại Việt Nam;

Trình bày cơ sở lý thuyết của các quá trình sinh học: ki khí, hiếu khí;Xu hướng kết hợp ki khí và hiểu khí trong XLNT;

Giới thiệu quá trình hiểu khí IFAS:

Tông hợp một sô nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đên đê tài.

%* Nội dung 2: Thiết lập mô hình nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệmLập kế hoạch và sơ đồ nghiên cứu;

Chế tạo mô hìnhở quy mô phòng thí nghiệm;Tổng hợp và thu thập các vật liệu phục vụ nghiên cứu: nước thải, bùn kị khí,bùn hiếu khí và các loại giá thê;

Tiến hành lấy mẫu va phân tích mẫu nước thải, mẫu bùn ban dau trước khi

khởi động mô hình.

s* Nội dung 3: Vận hành mô hình theo các tải trọng khác nhau

Chạy thích nghi mô hình với tốc độ nước dâng trong bể lọc kị khí là 0,025

m/giờ và với tải trọng hữu cơ 0,3 kgCOD/m.ngày trong bê hiếu khí IFAS;

Vận hành mô hình ở HRT của bé lọc ki khí giảm dan từ 7,68 đến 2,25 giờtương ứng với các tải trọng hữu cơ củabê hiếu khí IFAS tăng dan từ 0,5 đến

1,7 kgCOD/m.ngày:Lấy mẫu theo trình tự kế hoạch đề ra và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, SS,NH¿'-N, NO3-N, NO;-N, TN, TP, MLSS

Phần mở dau 4

s%% Nội dung 4: Trình bày kết quaDựa trên kết qua phân tích, tiễn hành tính toán, xử lý số liệu và dựng đồ thịthể hiện kết quả băng phần mềm Excel;

Trình bày và thảo luận các kết quả thông qua đồ thị.4 Đối TƯợNG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU

s* Đôi trợng nghiên cứu

Đôi tượng nghiên cứu của dé tài bao gôm:

Nước thải đô thị được lấy tại hỗ thu của Trạm bơm Phú Lâm, quận ó, TP

(M) Sdn Bhd (Malaysia).

s* Phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện với nước thải lay tai Tram bơm Phu Lâm thuộc quan 6,TP HCM Tram bơm nay phục vụ tiêu thoát nước các tuyến cống Bình Thới,

Minh Phụng, 3 tháng 2, Hùng Vương thuộc lưu vực Hàng Bàng.

Quá trình nghiên cứu trên mô hình kết hợp loc ki khí — hiếu khí IFAS tiễnhanhtheo 5 tải trọng hữu co củabề hiểu khí IFAS: 0,5; 0,8: 1,1; 1,4; 1,7

kgCOD/m’.ngay tương ứng với thời gian lưu nước củabê loc ki khí lần lượt

là: 7,68; 4,8; 3,5; 2,7;2,25 gid Néng độ COD dau vao bể lọc ki khí dao động

trong khoang 387 — 469 mg/L;

Mô hình được đặt tại Trạm bơm Phú Lâm, Q.6 và được vận hành trong điều

kiện nhiệt độ phòng dao động từ 30 — 32°C.

Các thí nghiệm phân tích mẫu được tiễn hành tại phòng thí nghiệm thuộcViện Môi trường và Tài nguyên — Đại học Quốc gia TP HCM

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

%* Tổng quan tài liệuTiến hành thu thập thông tin, tai liệu, số liệu về đối tượng và phạm vi nghiên cứutrên tat cả các nguôn sáchbáo, giáo trình, tạp chí khoa học, internet.Phân tích, tổng

hợp làm cơ sở cho việc định hướng và thực hiện các nội dung nghiên cứu.

s* Thực nghiệm mô hình

Thiết kế, chế tạo và ứng dụng mô hình ở quy mô phòng thí nghiệm Lập kế hoạchvận hành, thu thập va phân tích mẫu dé đánh giá hiệu qua xử lý nước thải đô thị của

mô hình nghiên cứu.

%* Lấy mẫu và phân tíchMẫu nước được lấy tại các vị trí:đầu vào và dau ra bể lọc ki khí, đầu ra bể hiểu khíIFAS Các chỉ tiêuđược phân tích theo các phương pháp trong Qui chuẩn Việt Nam(QCVN) kết hợp với Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater (APHA, Eaton DA, và AWWA).

% Đối chiếu so sánhCác tài liệu, số liệu từ lý thuyết và các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề taiđược dùng làm tư liệu đối chiếu và so sánh Từ đó đưa ra những đánh giá kháchquan về hiệu quả hoạt động của mô hình nghiên cứu

s* Xứ lý số liệuSố liệu được trình bày trong luận văn là gia tri trung bình từ ba lần thí nghiệm Độlệch chuan của các thông số khảo sát được tính toán bang phần mềm Excel Độ tincậy của các số liệu thực nghiệm năm ở mức 95-98%

6 Ý NGHĨA Đề TÀIs* Y nghĩa khoa học

- Su kết hợp giữa ki khí và hiếu khí nhằm giảm tải trọng đầu vào cho việc xửlý nước thải đô thị băng phương pháp hiếu khí truyền thống:

khía cạnh sau:

- _ Về mặt kỹ thuật: Công nghệ kết hợp lọc ki khí phía trước hiểu khí IFAS đảmbảo hiệu suất xử ly của hệ thống luôn 6n định trong trường hợp nước thảiđầu vào có nông độ các chất ô nhiễm tăng cao;

- _ Về mặt kinh tế: Công nghệ kết hợp lọc ki khí - hiếu khí IFAS đạt hiệu quả xửlý COD, N, P, SS cao hơn tương ứng HRT và SRT thấp hơn so với quá trìnhbùn hoạt tính thông thường Do đó góp phan tiết kiệm diện tích xây dựng,giảm chi phí vận hành bê hiếu khí;

- VỀ mặt môi trường: Áp dụng công nghệ IFAS trong xử lý nước thải gópphan giảm lượng bùn thải bỏ, giảm áp lực trong xử lý bùn

7 TINH Mới CủA Đề TÀICác công nghệ đang được áp dụng trong xử lý NTĐT tại Việt Nam chủ yếu là quátrình bùn hoạt tính Viéctién hành dé tài nghiên cứutrên mô hìnhkết hợp lọc ki khí -hiếu khí IFAS trong xử lý NTĐTgóp phan cải thiện được những hạn chế của quatrình trên như đảm bảo hiệu quả xử lý khi tăng tải trọng hữu cơ, kết hợp tăng cườnghiệu quả xử lý các chất đinh dưỡng và góp phân giảm chi phí xử lý

CHUONG 1

TONG QUAN

1.1 T6NG QUAN Về NƯớC THảI DO THỊ

1.1.1 Nguồn gốc nước thai đô thịNước thải đô thị là thuật ngữ chung chi chất lỏng trong hệ thống cống thoát nướccủa thành phố, bao gồm: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải thắm

qua và nước thải tự nhiên.

s* Nước thải sinh hoạt

Nước thai sinh hoạt được hình thành trong qua trình sinh hoạt cua con người Một

số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn cũngtạo ra loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt

s* Nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp từ các nhà máy đang hoạt động, bao gồm cả nước thải sinh

hoạt của công nhân và nước thải sản xuât.

s* Nước thải tham qua

Đây là loại nước mưa thâm vào hệ thông công băng nhiêu cách khác nhau qua các

khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hồ ga

s* Nước thai tự nhiên

Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên Ở những thành phố hiện đại, nước thảitự nhiên được thu gom như một hệ thống thoát nước riêng

1.1.2 Tính chất đặc trưng của nước thải đô thịNTĐT thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước thâmvà 36% là nước thải sản xuất[7]

- Theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam”

của Ngân hàng Thế giới, đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa

Chương 1: Tong quan 8nhiéu tap chat khac nhau, bao gồm khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là

các chất vô cơ và một lượng lớn vi sinh vật Trung bình có khoảng 20 — 40%chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học

cùng với bùn [2].

- Nước thải công nghiệp có thành phan và tính chất rất da dạng và phức tap.Thành phân ô nhiễm chính của nước thải công nghiệp là các chất vô cơ, cácchất hữu cơ dạng hòa tan, các chất hữu cơ vi lượng gây mùi vị, các chất hữucơ khó phân hủy sinh học, các chất hoạt động bề mặt

- Nước mưa là nguôn nước tương đối sạch, đáp ứng được một số tiêu chuẩn

dùng nước.

Thanh phan va các thông số đặc trưng của NTĐT được thé hiện trong các bảng sau:

Bang 1 1 Thành phan nước thải sinh hoạt khu dân cưThông số Don vị Khoảng gia trị Giá trị trung bìnhChat ran lơ lửng (SS) me/L 100 - 350 220

BOD; mg/L 110 - 400 220Tổng Nitơ mg/L 20 - 85 40

N-NH," mg/L 12 - 50 25

N-NO, mg/L 0-0,1 0,05N-NO:' mg/L 0,1-0,4 0,2

Tổng Photpho mg/L - 8

Nguôn: Metcalf& Eddy(2004)[8]

Cũng theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quan ly nước thai đô thị tại Việt Nam” cua

Ngân hàng Thế giới (2013) cho thấy, các đô thị lớn tại Việt Nam đang sử dụng 2 hệthống thoát nước chung và riêng để thu gom NTĐT Nông độ các chất ô nhiễmtrong nước thải từ hệ thống thoát nước chung nhỏ hơn nhiều so với nước thải từ hệthống thoát nước riêng Đối với hệ thống thoát nước chung, nước mưa vả nước thảiđược thu gom trong một hệ thông cống khiến nước thải chảy về nhà máy xử lý cónông độ hữu cơ rất thấp Hệ thống thoát nước riêng được thiết kế đề thu gom và vận

chuyển nước thải riêng rẽ, không lẫn nước mưa và nước chảy bê mặt Nước thu

gom va vận chuyên vê nha may xử lý chỉ là nước thải sinh hoạt, do vay có nông độ

chất hữu cơ cao [2]

Bảng 1 2Giá trị thông số ô nhiễm của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam

STT | Nhà máy XLNT the eon Bop | cop | TSS | NH¿-N | TN

Da Nang

7 | Hòa Cường Chung 67 123 61 - 248 | Ngũ Hanh Sơn Chung 34 64 28 - 169 | Sơn Trà Chung 39 70 40 - 1810 | Phú Lộc Chung 101 178 73 - 28

Quang Ninh11 | Bãi cháy Chung 36 80 195 1,3 0,1

Nguồn: Ngân hàng Thế gidi(2013) [2]

Chương 1: Tong quan 101.2 HIỆN TRANG XỬ LY NƯỚC THAI DO THỊ TAI VIỆT NAM

NI b: | Tong luong bun

|} pan thar |? | thải xử lý an toàn

trường

` ⁄

Hình 1 1 Hiện trạng quan lý nước thai đô thị tại Việt Nam

Nguồn: Ngân hàng Thế giới(2013) [2]

chính sách pháp luật tương đối toàn diện về vệ sinh môi trường, bao gdm cả quản lýNTĐT, từ luật, chiến lược quốc gia, nghị định, thông tư đến quyết định, chươngtrình và kế hoạch

1.2.1 Hiện trạng hệ thống thu gom nước thải ở các đô thị Việt Nam

Báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của Ngân hàng

Thế giới đã nhận định, phần lớn các hộ gia đình thực hiện đấu nối vào hệ thống thugom nước thải để giải quyết nhu cau thoát nước thải Tại các thành phố lớn ở ViệtNam như thủ đô Hà Nội, TP HCM, thành phố Hải Phòng và các đô thị cấp tỉnh

khác, việc đâu nói của hộ gia đình vào hệ thông thoát nước thường không được thiếtkế và thực hiện đúng kỹ thuật Việc các hộ gia đình tự đâu nối để thoát nước thảivào hệ thống cống công cộng xảy ra pho biến ở Việt Nam, dẫn đến tinh trạng 6nhiễm ở nhiều khu vực xung quanh nhà dân Trong khi đó, tỷ lệ đâu nối của hộ giađình vào hệ thống thoát nước công cộng ở các thị tran nhỏ vùng sâu vùng xa, khuvực ven đô và trong các đô thị miền Trung lại rất thấp do nền dat chủ yếu là cát chophép thấm nước tốt Khảo sát của Ngân hàng Thế giới ở thành phố Da Nẵng năm2012 cho thấy, nhiều khu vực có ty lệ đâu nối vào hệ thống thoát nước dưới 10%,hau hết các bể tự hoại đều có giếng thâm dé tiêu nước [2].

1.2.2 Một số công nghệ xử lý nước thải đô thị điển hình ở Việt NamSơ đô công nghệ xử lý NTĐT phổ biến tại Việt Nam gồm4 khối chính như sau:

* Khối xử lý cơ học (xử lý sơ cấp)Nước thải tuần tự qua song chan rác, bể lăng cát, bể điều hòa và bể lắng cat dot 1.Chức năng của khối xử lý cơ học là tách rác và các hạt rắn có kích thước lớn khỏidòng nước thai, đảm bảo chế độ làm việc ôn định cho các công trình phía sau

% Khối xử lý sinh hoc (xử lý thứ cấp)Nước thải tuần tự qua các khối xử ly cơ học, công trình xử lý sinh học, bể lắng dot2 Tại đây các chất hòa tan và các chât rắn không tan mà không bị loại bỏ ở cáccông trình phía trước sẽ được xử lý tương đối triệt dé và tách ra khỏi nước Một sốvi sinh vật gây bệnh trong nước thải cũng bị loại bỏ bằng công trình xử lý sinh học

“ Khối khử trùngNước thải sau khi qua khối xử lý cơ học (nếu điều kiện vệ sinh cho phép) hoặc khốixử lý sinh học sẽ được hòa trộn cùng với chat khử trùng, tới máng trộn, bề tiếp xúcvà phản ứng khử trùng xảy ra ở bề tiếp xúc Nước thải sau khi qua khối khử trùng sẽđược thải ra nguồn tiếp nhận

s* Khôi xử lý can

Chương 1: Tong quan 12

Bun cặn lây ra từ các bê lăng được đưa tới các công trình xử ly cặn đê tiêp tục xửlý Qua các công đoạn tách nước, ôn định, làm khô, bùn cặn sẽ được đưa đi chôn lâphay sử dụng vào mục đích khác.

Nước thai đô thi

Máy nghiénrac |< | Song chăn rác

: : | Bé lang 2

| Bề nén bùn mm"

: 1 ———- i| | ic a

Nước thai sau xử lý

Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát công nghệ xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam

Chương 1: Tong quan 14

vx Nhà máy XLNT Bình Hung Hoa

Hình 1.3Sơ đô công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng Hòa

Nước thải từ kênh đen được dẫn về giếng thu, bơm trục vít bơm nước thải từ giếngthu vào mương lắng cát Trước mương lắng cát có một song chắn rác lớn, nướcchảy vào mương và cát được lắng xuống Nước sau khi qua mương lắng cát sẽ vàohỗ sục khí Nước trong hồ sục khí được thu vào hồ thu (đập tràn mỏ vit) dé dẫn quahồ lắng Mục đích hồ lăng nhằm lăng bông bùn có trong nước thải Từ hồ lắng,nước thải được dẫn vào hồ hoàn thiện Mục đích hỗ hoàn thiện là tiếp tục làm giảm

nông độ COD, BOD trong nước va diệt vi khuẩn băng ánh sáng mặt trời Cuối cùngnước đầu ra được dẫn vào một máng thu chung dé xả ra hạ lưu kênh đen.

Nước sau xử ly

Hình 1.4So đô công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hung

Nước thải sinh hoạt của thành phố được thu gom tập trung theo công về trạm ĐồngDiéu Tại đây nước thai được đưa qua công trình song chắn rác và bé lắng cát Sauđó trạm bơm chuyền tiếp sẽ bơm lượng nước thải này đến nha máy xử lý nước thảiBình Hưng Tại đây nước thải tiếp tục được bơm nâng bơm vảo bể tiếp nhận tại nhàmáy và qua kênh phân phối, từ kênh phân phối nước thải được phân phối đều vàobểlang sơ cấp (bề lang đợt 1).Theo thiết kế tự chảy, nước thải qua bể lăng sơ cấp tiếptục đến quy trình xử lý sinh học kế tiếp Quá trình xử lý sinh học được áp dụng là bể

Chương 1: Tong quan 16

sục khí xử lý nước thải nhờ bùn hoạt tính cải tiến với hệ thống cấp khí liêntục Nước thải sau xử lý tại bể sục khí sẽ được dẫn qua bể lang thứ cấp nhăm táchphan nước và phân bùn.Nước ra khỏi bê lắng thứ cap được khử trùng bằng Javen tạibề tiếp xúc,nước sau khử trùng được xả ra nguôn tiếp nhận.Ngoàải ra, một phannước sau khử trùng được tái sử dụng làm nước tưới cây; rửa máy móc, thiết bị; rửaloc, rửa bể

San phoi cat iB ( Kênh dẫn dòng: lăng cát,

)` L điều tiết lưu lượng

Hình 1.5Sơ đô công nghệ xử lý nước thải tại thành phố Da Nẵng

Nước thai được đưa vào kênh dẫn dong thông qua trạm bơm cuối cùng của hệ thống

thu gom nước thải Tại kênh lăng, các vật liệu thô như cát, sạn sẽ được lắng xuống

và song chăn rác ngăn cản không cho các vật liệu có kích thước lớn như bao nilon,26 nhỏ, nhựa xuống hồ ki khí Bun cát, rác tại kênh dẫn được vớt bang thủ côngvà được chuyên đến nơi quy định Các đường ống chuyển nước xuống hồ ki khí còncó tác dụng hút bùn dưới hé khi can thiết

Nước tại kênh lắng tiếp tục đi vào hỗ ki khí được xây dựng bang bê tông cốt thép vacó màng nỗi bên trên để giảm mùi hôi và tăng hiệu suất xử lý Nước thải chuyểnvào hô ki khí thông qua hệ thông ống bố trí dọc theo kênh Với công nghệ xử lýnước thai ki khí, hàm lượng BODs giảm xuống khoảng 50% so với ban đầu Thờigian lưu nước trong hồ ki khí là 3-7 ngày trước khi xả ra môi trường bên ngoài.Điểm tiếp nhận nguồn nước thải sau khi xử lý là các sông, vịnh Đà Nẵng Côngnghệ XLNT bang hỗ ki khí có một số ưu điểm như thiết kế đơn giản, diện tích nhỏ,chi phí thấp, vận hành đơn giản và tạo tiền dé tốt cho việc nâng cấp sau này Tuynhiên các kết quả chất lượng nước sau xử lý hồ kị khí còn hạn chế Hàm lượng ônhiễm còn ở mức độ cao, có khả năng gây ô nhiễm cho nguồn tiếp nhận.

VY Nhà máy XLNT tại Đà Lat

Bê lang thứcấp

Ỷ

“ >)

Hồ sinh hoc và

khử trùng` S

Chương 1: Tong quan l8

Nước thải từ trạm bơm chính đi qua bể chan rác thô Tất cả rác bị giữ lại đượcchuyển vào thùng chứa có nắp đập kín Nước thai từ bé chăn rác tiếp tục được danđến bể lắng cát nhăm lăng cát, sỏi Sau đó, nước thải được đưa đến bể phân phốinước trước bé Imhoff Bé Imhoff được chia thành hai bể chính riêng biệt Mỗi bểchính gồm: hai bề lăng bên trên, một bề phân hủy bên dưới, ba phéu thu bùn và tachbùn Các cặn bùn trong nước thải lắng xuống từ bể bên trên sẽ tự rơi qua khe hở nhỏdưới đáy và đi vào bé phân hủy bên dưới Nước trong bên trên bể lăng của bểImhoff tiếp tục được dẫn đến bề phân phối của bề lọc và đi vào bề lọc cao tải Nướcvào bề lọc được phân phối đều bởi bộ phận tưới Sau khi qua bể lọc, nước thải tiếptục được chuyên đến bể lắng thứ cấp Cuối cùng, nước đi ra từ bể lắng sẽ được dẫnđến hé sinh hoc và được khử trùng băng ánh sáng mặt trời và tảo Nước sạch saukhi được xử lý được xả trực tiếp vào hạ lưu suối Cam Ly

1.2.3 Hiệu quả hoạt động của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam

Các công nghệ xử lý nước thải sử dụng trong 17 nhà máy XLNT rất khác nhau Có8 trong số 13 nhà máy tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước chung áp dụng côngnghệ bùn hoạt tinh, sử dụng phương pháp bùn hoạt tính truyền thống, ki khí — thiếukhí — hiếu khí, bể phản ứng sinh học hoạt động theo mẻ hay muong oxi hóa Cácphương pháp này đảm bảo XLNT dat chất lượng cao và thường được thiết kế dé xửlý nước thải đầu vào có nông độ BOD; cao hơn nhiều so với nông độ thực tế nhàmáy đang tiếp nhận Vi vậy, 8 nhà máy XLNT có khả năng XLNT đạt tiêu chuẩnthải hiện hành Nồng độ BOD; trung bình trong nước thải sau xử lý của 8 nhà máytiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước chung dao động từ 3-23 mg/L, thấp hơnnhiều so với tiêu chuẩn 50mg/L cho loại “B” Với nông độ chat ô nhiễm thap nhưvậy, thực ra có thé xử ly đạt tiêu chuân nước thải dau ra bang cách phân kỳ xâydựng nhà máy xử lý hoặc lựa chọn công nghệ xử lý thấp hơn, nhờ đó có thê tiếtkiệm chi phi dau tư cơ bản

Nước thải trong hệ thống thoát nước chung và riêng có đặc điểm khác nhau Chỉ có4 trong số 17 nhà máy XLNT tập trung tiếp nhận nước thải từ hệ thống thoát nướcriêng, 13 nhà máy XLNT còn lại tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước chung.Công suất hoạt động của các nhà máy xử lý NTĐT dao động trong khoảng 18,4%đến 128% công suất thiết kế Hau hết các nhà máy XLNT déu xử lý đạt tiêu chuẩn,

dù tiếp nhận nước thải từ hệ thống thoát nước chung hay riêng Công suất hoạt độngvà nồng độ chat ô nhiễm trong nước thai đầu vào thập hơn thiết kế giúp hau hết cácnhà máy XLNT tiếp nhận nước từ hệ thông thoát nước chung dễ dàng xử lý đạt tiêuchuẩn, cho dù áp dụng công nghệ xử lý nảo.

Cần cân nhắc cần trọng các đặc điểm khác biệt của nước thải trong hai phương phápthu gom khi lập kế hoạch dự án XLNT và lựa chọn công nghệ xử lý Hệ thống thoátnước riêng có ty lệ đấu nối hộ gia đình trực tiếp vào công thoát nước cao (khôngqua bể tự hoại), do vậy nước thải đầu vào có nông độ chất ô nhiễm cao hơn nhiều sovới nước thải chảy trong hệ thống thoát nước chung Tuy nhiên, tại Việt Nam hiệnnay khi lựa chọn công nghệ và thiết kế công trình xử lý vẫn tính nông độ chấtônhiễm trong hai hệ thống này như nhau, Ngắn hang Thế giới(2013){2]

1.3 CƠ Sở LY THUYéT QUÁ TRINH Ki KHÍ, HIéU KHÍ

1.3.1 Qua trinh ki khi

1.3.1.1 Cơ sở lý thuyếtNguyên tắccủaphươngphápnàylàsủdụngcácvisinhvật kikhívàvisinhvật tuỳnghidéphanhuycachopchathtucovavécocotrongnudcthai,odiéukién

khôngcóoxihoàtanvớinhiệtđộ,pH thchhợpđếcho ra cácsảnphẩm dạngkhí(chuyéulaCO>,CH,).Quatrinhphanhuykikhichatbancothémétabingsods tongquat:

(CHO)„NS—>CO;+ H»O+CH4+NH3+ H+ HoS+Té bàovi sinhPhân hủy ki khí có thé chia làm 6 quá trình:

1 Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccharide, chất béo;

2 Lên men các amino axit và đường;3 Phân hủy ki khí các axit béo mach dai và rượu (alcohols);

4 Phân hủy ki khí các axit béo dé bay hơi (ngoại trừ axit acetic);

5 Hình thành khí metan từ axit acetic;6 Hinh thành khí metan từ hydrogen và CO.

Chương 1: Tong quan 20

Các quá trình này có thé hop thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trìnhphân hủy kị khí chất hữu cơ:

Chất hữu cơ phức tạp (gluxit, protein, lipit)

1 Thủy phân | |

Chat hữu co đơn giản (đường don, peptit, axit

amin, glixerin, axit béo)

2 Axit hóa i L

Các axit béo dễ bay hơi(propionic, butyric, lactic),

etanol

3 Acetat hóa | |

Hạ, CO, axit acetic

4 Mê tan hóa Lt

Quá trình này xảy ra chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước và đặctinh dé phân hủy của các cơ chất Chất béo thủy phan rất chậm

s* Axit hóa

Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn

giản như axit béo dễ bay hoi, alcohols, axit lactic, methanol, CO›;, Hạ, NH:, H2S va

sinh khối mới Sự hình thành các axit có thé làm pH giảm xuống 4

Trong 3 giai đoạn thủy phân, axit hóa và acetic hóa, COD trong dung dịch hầu như

không giảm COD chỉ giảm trong giai đoạn metan hóa.

1.3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng- _ Yếu tố cân lưu ý đầu tiên là nhiệt độ Vùng nhiệt độ thích hợp cho quá trình

phân hủy ki khí khá rộng và mỗi vùng nhiệt độ sẽ thích hợp cho từng nhóm vi

sinh vật kị khí khác nhau Vùng nhiệt độ âm - trung bình: 20 — 45°C và vùng

nhiệt độ cao - nóng: 45 — 65°C sẽ thích hợp cho sự hoạt động của nhóm vi

sinh vật lên men metan Một số nhóm vi sinh vật kị khí có khả năng hoạtđộng ở vùng nhiệt độ thấp - lạnh: 10°C — 15°C Khi nhiệt độ < 10°C thi vikhuẩn tạo metan hầu như không hoạt động Nhiệt độ tối ưu là 35°C

- Gia trị pHla yếutốthứ 2cóảnhhưởngmạnhmẽ dénquatrinhphanhuykikhi Trongquátrìnhxử lykikhicacgiaidoanphanhtycoanhhuéngtructiépqualailannhau,lamthayd6it6cd6quatrinhphanhuychung.Nuéc thaimdi nạpvàocông

trinhthinhomvisinhvat axithoathichnghihonnhomvisinhvat metanhoa.Khi pH

giảm mạnh (pH < 6) sẽ làm cho khí metan sinh ra giảm di Khoảng pH tối ưu

dao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 — 8,5.

Chương 1: Tong quan 22

- Cac chat có mặt trong môi trường ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng va pháttriển của vi sinh vật ki khí:

+ Oxy được coi là độc tố của quá trình nay.+ Một số dẫn xuất của metan như CCly, CHCl3, CH>Ch.+ Một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn )

+ Các chất như HCHO, SO, Hạ8.+ NH," gây ức chế cho quá trình ki khí.+ S; được coi là chat gây ức chế cho quá trình metan hóa.+ Các chất có tính oxi hoá mạnh như thuốc tím, các halogen và các mudi

có oxy của nó, ozone được coi là chất diệt khuẩn hữu hiệu hiện nay.- Qua trình phân hủy ki khí xảy ra thuận lợi khi nước thải có day đủ nguồn

cacbon, nitơ, photpho và một số nguyên tố vi lượng với một tỷ lệ thích hợptức là thành phần nước thải hay bùn cặn đều có ảnh hưởng lớn đến quá trình

Xáo

trộn Tiệp UASB Lọc KI Tang Vách

hoàn xúc khí lơ lửng bê

toàn` J ` ` J ` J ` J N y,

Hình 1.8Phan loại các công nghệ xu lý ki khí

1.3.1.4 Lọc ki khí — Giá thé có định%* Đặc điểm cấu tạo

Bề lọc kị khí chứa day vat liéu ran tro lam giá thé có định cho các vi sinh vật sốngbám trên bề mặt Với cau trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy chất răn

không bám dính, thích hợp cho xử lý nước thải có hàm lượng SS cao Do kha năng

bám dính tốt của màng vi sinh dẫn đến lượng sinh khối trong bề tăng lên và thờigian lưu bùn kéo dai Vì vậy thời gian lưu nước nhỏ có thé vận hành ở tải trọng rấtcao.Trong bể lọc ki khí do dong chảy quanh co đồng thời do tích lũy sinh khối nêndé gây ra các vùng chết và dòng chảy ngắn Dé khăc phục nhược điểm này can bốtrí thêm hệ thống xáo trộn băng khí sinh học sinh ra thông qua hệ thống phân phối

khí đặt dưới lớp vật liệu và máy nén khí sinh học.

Sau thời gian vận hành dài, các chat ran không bám dính gia tăng Điều này chứngtỏ khi hàm lượng SS đâu ra tăng, hiệu quả xử lý giảm do thời gian lưu nước thực tếtrong bé bị rút ngăn lại Chat ran không bám dính có thé lay ra khỏi bể băng cách xả

đáy và rửa ngược.

Lọc kị khí có thể được chia thành 2 dang cơ ban: lọc ki khí dòng chảy xuôi và lọc kikhí dòng chảy ngược Sơ đồ câu tạo 2 loại bể lọc được thé hiện sau đây:

CHs+CO? CHs + CO?

Lớp vật liệu

F—— Lop vật liệu

4 Sinh khôi lơ lửng

Nước thải vào

Hình 1.9Cấu tạo bể loc ki khí

(a): Dòng cháy xuôi; (b): Dòng chảy ngược

Chương 1: Tong quan 24

s* Nouyén lý hoạt động

Dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) ở lớp màng sinhhọc dé oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Cac mang sinh học là tập thé cácvi sinh vat ki khí va tùy nghi,Lwong Đức Phẩm(2003) [9]

Trong qua trình này nước thải chảy từ trên xuống qua lớp giá thé Giá thé này taonên các dong chảy nhỏ tương đối thang theo hướng từ trên xuống Đường kính dòngchảy nhỏ xấp xỉ 4 em

Giá thể sử dụng- Da hoặc soi thường bị bit tac do cac cac chat lo lung hoac mang sinh hoc

không bám dính giữ lai ở những khe rỗng giữa các viên đá hoặc sỏi

- _ Vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thoáng, độ rỗng cao (95%) nên vi sinh dễbám dính và chúng dần được thay thế cho đá, sỏi Vật liệu là chất dẻo khácnhau về hình dạng được xác định băng tỉ số giữa diện tích bề mặt/ thể tích;

trọng lượng/ thé tích; tinh xốp, bản chất của vật liệu Phần lớn các vật liệu

trên thị trường hiện nay đáp ứng các yêu cau sau:

+ Diện tích riêng lớn và thay đổi từ 80 — 220 mˆ/m:

+ Nhẹ, có thé sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 — 10 m hoặc cao hon);+ Có độ bên cơ học đủ lớn;

+ Quán tính sinh học cao;

+ On định hóa học.s* Uu và nhược điểm bể lọc ki khí

Bảng 1 3Uu và nhược điểm của bé lọc ki khíƯu điểm Nhược điểm- Xử lý được nước thải có COD thấp; - Hình thành dòng chảy quanh co theo các- Không cân tuân hoàn bùn ki khí; lỗ rỗng xuyên qua lớp vật liệu;

- Hình thành vùng chết do sự tắc nghẽn- Ít bùn thải và chất lượng bùn lắng tốt; ee

cua chat ran.- SRT được tang cường, xu lý hiệu qua ở

nhiệt độ thap;

- Thích nghi nhanh khi thay đổi tải trong;

- Dễ vận hành và bảo trì.