luận văn xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ MBR, anammox

Mở đầu 1 MỤC LỤC Chương 1: MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu luận văn 1 1.3. Phạm vi nghiên cứu 2 1.4. Nội dung nghiên cứu 2 Chương 2 : TỔNG QUAN 3 2.1.Giới thiệu bãi rác Gò Cát 3 2.2. Tổng quan về nitrat hoá và khử nitrat hoá 7 2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hoá 7 2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat hoá 10 2.3. Tổng quan về công nghệ MBR ( Membrane bioreactor ) 12 2.3.1. Giới thiệu 12 2.3.2. Những thuận lợi, hạn chế và nguyên nhân gây nghẹt màng 14 2.3.3. Một số công trình ứng dụng của MBR vào xử lý nước thải 15 2.3.4. Ứng dụng Membrane Bioreactor (MBR) trong xử lý nitơ 16 2.4. Tổng quan về Anammox ( Anaerobic Ammonia Oxidation ) 18 2.4.1. Mô tả cơ chế 18 2.4.2. Mô tả quá trình xử lý 25 2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox 26 2.5. Tổng hợp về các nghiên cứu , các công nghệ xử lý ammonia trong nước thải bằng sinh học 28 2.5.1. Caùc nghieân c#ùu ở n#ôùc ngoài 31 2.5.2. Caùc nghieân c#ùu trong n#ôùc 37 Chương 3 : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 3.1. Mô hình và nguyên vật liệu…………………………………………………… 38 3.1.1. Nước thải đầu vào 38 3.1.2. Bùn hoạt tính dùng để nghiên cứu 38 Mở đầu 2 3.1.3. Mô hình nghiên cứu 38 3.2. Phương pháp nghiên cứu 40 3.3. Phương pháp phân tích 41 Chương 4 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43 4.1. Quá trình nitrat hoá bán phần trong mô hình AMBR 43 4.1.1. Xác đònh thời gian lưu nước cần thiết để có tỉ lệ N-NH 4 + : N-NO 2 - cần : 43 4.1.2. Độ kiềm 51 4.1.3. pH 53 4.1.4. Sinh khối 53 4.1.5. COD 54 4.1.6. DO – Hệ số truyền khối K L a 55 4.1.7. Nhiệt độ 56 4.1.8. Chất độc hại 57 4.1.9. Ammonia – nitrit 58 4.1.10. Thời gian lưu bùn (SRT) – Thời gian lưu nước (HRT) . 58 4.1.11. Hiệu quả xử lý nitơ 59 4.2. Mô hình Anoxic 61 4.2.1. Xác đònh hiệu quả xử lý theo DO và tỉ lệ N-NH 4 + : N-NO 2 : 61 4.2.2. DO 63 4.2.3. Nhiệt độ 63 4.2.4. pH 64 4.2.5. Chất dinh dưỡng – COD 64 4.2.6. Sinh khối……………………………………………………………………….64 Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 5.1. Kết luận 65 5.2. Hướng phát triển và mở rộng 65 5.3. Kiến nghò 66 PHỤ LỤC 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….79 Mở đầu 3 MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1: Tính chất nước rác BCL Gò Cát ở các mùa khác nhau . 19 Bảng 2.2: Kết quả hoạt động của BCL Gò Cát 31 Bảng 2.3: Chất lượng nước rỉ rác của hệ thống Vermeer ở BCL Gò Cát 5/2003 33 Bảng 2.4: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại 47 Bảng 2.5: Kết quả thực nghiệm ứng dụng MBR trong xử lý nước thải 71 Bảng 2.6: Môt số thông số đặc trưng sinh lý của phản ứng Anammox so sánh với oxi hoá ammonium hiếu khí Error! Bookmark not defined. Bàng 2.7 : So sánh một số hệ thống xử lý nitơ bằng sinh học 78 Bảng 3.1 : Tính chất nước thải đầu vào 92 Bảng 3.1: Thông số vận hành mô hình MBR 97 Bàng 3.2: Thông số vận hành mô hình Anoxic 98 Mở đầu 4 Bảng 4.1 : Các mẻ vận hành mô hình MBRError! Bookmark not defined. Bảng 4.2: Kết quả vận hành mẻ 1 (DO = 0,11 mg/L) 100 Bàng 4.3: Kết quả vận hành mẻ 6 103 Bàng 4.4: Kết quả vận hành mẻ 7 104 Bàng 4.5: Kết quả vận hành mẻ 8 105 Bàng 4.6: Kết quả vận hành mẻ 9 105 Bàng 4.7: Kết quả vận hành mẻ 10 106 Bàng 4.8: Kết quả vận hành mẻ 11 107 Bàng 4.9: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 1 108 Bàng 4.10: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 2 108 Bàng 4.11: Kết quả về thời gian lưu nước cần thiết 109 Bàng 4.12: Kết quả độ kiềm đo đạc được 110 Bàng 4.13: Sự tăng trưởng của sinh khối trong mô hình MBR 112 Bàng 4.14: Thống số sinh học của quá trình nitrat hoá 113 Bảng 4.15: Nồng độ ảnh hưởng của kim loại nặng 118 Bảng 4.16: Các mẻ vận hành mô hình Anoxic 122 Bảng 4.17: Kết quả theo dõi của mẻ 1 (DO = 0,16-0,2 mg/L) 123 Bảng 4.18: Kết quả theo dõi của mẻ 2 ( DO = 0,26-0.3 mg/L) 124 Bảng 4.19: Kết quả theo dõi mẻ 3 (DO = 0,29-0,33 mg/L) 125 Bảng 4.20: Kết quả theo dõi mẻ 4 (DO = 0,92-1,16 mg/L ) 125 MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của BCL Gò Cát (CENTEMA 2002) 30 Mở đầu 5 Hình 2.2: Hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát do CENTEMA lắp đặt 31 Hình 2.3: Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát theo thiết kế Vermeer 32 Hình 2.4: Màng đặt ngập trong bể phản ứng 66 Hình 2.5: Màng đặt ngoài bể phản ứng 67 Hình 2.6: Sơ đồ mô hình nghiên cứu 73 Hình 2.7 : Biểu đồ chất lượng nước sau xử lý 73 Hình 2.8 : Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác ứng dụng MBR 74 Hình 2.9: Vi khuẩn Anammox dưới kính hiển vi (x1000) Error! Bookmark not defined. Hình 2.10 : Quá trình khử nitơ truyền thống và quá trình Anammox Error! Bookmark not defined. Hình 2.11 : Cơ chế sinh hoá của vi khuẩn Anammox ( Kuenen & Jetten , 2001 ) Error! Bookmark not defined. Hình 2.12 : Cấu tạo tế bào của vi khuẩn Anammox(Van Niftrik et al., 2004 ) Error! Bookmark not defined. Hình 2.13 : Tương quan của vi khuẩn Anammox ( Schmid et al , 2003 ) Error! Bookmark not defined. Hình 2.14: Sơ dồ công nghệ sử dụng bể nitrat hoá bán phần và bể Anammox Error! Bookmark not defined. Hình 2.15 : So sánh quá trình khử nitơ truyền thống nitrification/denitrification và quá trình nitrat hoá bán phần – Anammox Error! Bookmark not defined. Hình 2.16 : Mô hình nghiên cứu và kết quả nghiên cứu 79 Hình 2.17: Mô hình nghiên cứu 80 Hình 2.18 : Mô hình bể SHARON 81 Hình 2.19 : Kết quả khử nitơ của quá trình SHARON – Anammox 81 Hình 2.20: Sơ đồ biểu diễn quá trình CANON 82 Hình 2.21 : Mô hình nghiên cứu ứng dụng MBR để khử nitơ 83 Hình 2.22 : Kết quả sau xử lý 84 Mở đầu 6 Hình 2.23 : Mô hình nghiên cứu 85 Hình 2.24 : Kết qủa nghiên cứu 85 Hình 3.1: Mô hình MBR nitrat hoá bán phần 94 Hình 3.2. Mô hình Anoxic 95 Hình 4.1: Quá trình thích nghi thể hiện qua TKNError! Bookmark not defined. Hình 4.2: Sự biến thiên TKN , N-NH 4 + , N-NO 2 - và N-NO 3 - ở mẻ 2 (DO=0,16 mg/L) 101 Hình 4.3:Sự biến thiên TKN ,N-NH 4 + ,N-NO 2 - ,N-NO 3 - ở mẻ 3(DO=0,19-0,21mg/L) 101 Hình 4.4: Kết quả của mẻ 4 (DO = 0,25-0,31 mg/L) 102 Hình 4.5: Kết quả của mẻ 5 (DO = 0,57-0,72 mg/L) 103 Hình 4.6: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 6 (DO = 1,62- 2,13 mg/L) 103 Hình 4.7: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 7 (DO = 2,22- 2,35mg/L) 104 Hình 4.8: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 8 (DO = 2,45- 2,56mg/L) 105 Hình 4.9: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 9 (DO = 2,54- 2,77mg/L) 105 Hình 4.10: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 10(DO = 2,62- 2,87mg/L) 106 Hình 4.11: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 11 (DO = 2,92-3,09 mg/L) 107 Hình 4.12:Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 12 lần 1(DO=3,12-3,38 mg/L) 107 Hình 4.13:Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 12 lần 2(DO=3,12-3,38 mg/L) 108 Hình 4.14: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mô hình đối chứng 110 Hình 4.15: Sự biến thiên của độ kiềm ở DO =3,12-3,38 mg/L 110 Hình 4.16: Ảnh hưởng của pH đến quá trình nitrat hoá 112 Mở đầu 7 Hình 4.17: Sự biến thiên của COD khi không tính đến ảnh hưởng của nitrit 114 Hình 4.18: Sự biến thiên của COD khi có tính đến ảnh hưởng của nitrit 115 Hình 4.19: Ảnh hưởng của K L a đến quá trình nitrat hoá 116 Hình 4.20: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của vi khuẩn oxi hoá ammonia và vi khuẩn oxi hoá nitrit (Grunditz and Dalhammar, 2001) 117 Hình 4.21: Tốc độ sinh trưởng cực đại của vi khuần oxi hoá ammonia (-) và vi khuẩn oxi hoá nitrit ( ) theo nhiệt độ 117 Hình 4.22: Mối quan hệ giữa NH 3 tự do và HNO 2 tự do (Anthnisen et al. , 1976) 119 Hình 4.23: Thời gian lưu nước dựa vào nhiệt độ 120 Hình 4.24: Ảnh của K L a và nhiệt độ đến HRT 120 Hình 4.25: Hiệu quả xử lý TKN và ammonia 121 Hình 4.26: Thông số TKN ở giai đoạn thích nghi 123 Hình 4.27: Sự phát triển của sinh khối trong mô hình Anoxic 127 Mở đầu 1 Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp (còn gọi là nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ô chôn lấp, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng dưới của bãi chôn lấp có khả năng làm nhiễm bẩn nguồn nước ngầm và nước mặt nếu không được thu gom và xử lý triệt để. Do thành phần rất phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi rác đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu xử lý như xử lý sơ bộ, xử lý bậc hai, xử lý bậc ba để đạt tiêu chuẩn thải. Thành phần và lưu lượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dây chuyền xử lý nước rác cũng sẽ thay đổi theo thời gian. Việc tìm ra các giải pháp xử lý nước rò rỉ cho các bãi chôn lấp, thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và điều kiện khí hậu tại nước ta là một bài toán đang được đặt ra trong thời gian gần đây. Nước rò rỉ từ bãi rác cũ thông thường có nồng độ ammonia rất cao. Hàm lượng nitơ cao là chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong rêu, tảo… gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nước, gây thiếu hụt oxy hòa tan (DO) trong nước. Khí NH 3 hòa tan > 0.2 mg/l gây chết nhiều loài cá. Vì vậy, xử lí nitơ trong nước rác là vấn đề cần quan tâm. Đối với bãi rác Gò Cát, tuy đã được đầu tư một hệ thống xử lý nước nước rỉ rác của Hà Lan nhưng trong thời gian gần đây hệ thống không phát huy được hiệu quả, đặc biệt là việc khử nitơ trong nước rỉ rác. Nồng độ nitơ trong thành phần nước rỉ rác của bãi rác Gò Cát : TKN là 1400 -1900 mg/l, Ammonia là 700 - 900 mg/l , NO 2 - là 0,2 - 0,3 mg/l, NO 3 - là 6 – 8 mg/l. Như vậy việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý hàm lượng Mở đầu 2 nitơ trong nước rác ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi cấp bách nhằm ứng dụng trong công nghệ xử lý nước rác hiện nay sao cho thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường. Công nghệ MBR ( bể sinh học màng ) ưu điểm là cho chất lượng nước sau xử lý đạt hiệu quả tốt , chiếm diện tích nhỏ , lượng bùn sinh ra ít , thời gian lưu bùn lâu tạo điều kiện cho vi khuẩn nitrat hóa phát triển . Nếu kết hợp với công nghệ Anammox ( oxi hoá ammonia kò khí ) sẽ tạo bước chuyển biến tốt vì sẽ tiết kiệm được năng lượng và dinh dưỡng phải cung cấp so với quá trình nitrat và khử nitrat . Vì thế cho nên đây sẽ là mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm tìm ra kết quả khả thi ứng dụng vào thực tế . 1.2. Mục tiêu luận văn  Nghiên cứu úng dụng bể sinh học SBR cho quá trình nitrat hoá bán phần nhằm tạo ra tỉ lệ N-ammonia : N-NO 2 thích hợp sử dụng cho quá trình Anammox.  Nghiên cứu ứng dụng bể sinh học màng MBR cho quá trình nitrat hoá toàn phần.  Nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ trên hai mô hình tónh hoạt động nối tiếp : MBR và Anoxic 1.3. Phạm vi nghiên cứu Để đạt được những mục tiêu trên luận văn phải thực hiện những công việc sau:  Sử dụng nguồn nước rỉ rác sau công trình xử lý UASB ở bãi rác Gò Cát .  Vận hành mô hình SBR, MBR ở điều kiện hiếu khí có thể tích là 10L trong đó thể tích làm việc là 05L . Mở đầu 3  Vận hành sơ khởi mô hình Anoxic có thể tích là 10L trong đó thể tích làm việc là 05L . 1.4. Nội dung nghiên cứu Luận văn bao gồm các nội dung sau :  Tổng quan về các công nghệ và các nghiên cứu xử lý nitơ bằng sinh học ở nồng độ cao trong các loại nước thải nói chung và trong nước rỉ rác nói riêng .  Nghiên cứu úng dụng bể sinh học SBR cho quá trình nitrat hoá bán phần nhằm tạo ra tỉ lệ N-ammonia : N-NO 2 thích hợp sử dụng cho quá trình Anammox .  Nhgiên cứu ứng dụng bể sinh học màng MBR cho quá trình nitrat hoá toàn phần.  Vận hành mô hình SBR, MBR, anoxic để xác đònh thông số hoạt động thích hợp (tỉ lệ N-ammonia : N-NO 2 , HRT , DO ) tạo điều kiện thuận lợi cho các bước xử lý tiếp theo . [...]... 3.5 - 4.0 - - Nguồn : CENTEMA, 2002 2.2.3 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 2.1.3 Xử lý nước rỉ rác 2.1.3.1 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác Phương pháp xử lý nước rỉ rác gồm có xử lý sinh học, cơ học, hóa học hoặc liên kết các phương pháp này, xử lý cùng với nước thải sinh hoạt Để xử lý nước rỉ rác thì nên sử dụng phương pháp cơ học kết hợp xử lý sinh học và hóa học bởi vì q trình cơ học có chi 20 Mở... chất của nước rỉ rác Tuy nhiên, nước rỉ rác từ bãi rác mới chơn lấp thường có thành phần chất hữu cơ phân hủy sinh học cao, do đó việc sử dụng các q trình xử lý sinh học sẽ mang lại hiệu quả cao hơn Q trình xử lý hóa học thích hợp đối với xử lý nước rỉ rác của bãi chơn lấp lâu năm Các phương pháp xử lý nước rỉ rác được cho trong bảng sau: Bảng 2.3: Các phương pháp xử lý nước rỉ rác Phương pháp xử lý Đặc... theo công nghệ tiên tiến của Hà Lan, rác sinh hoạt được xử lý theo phương pháp chôn lấp kỵ khí hợp vệ sinh Bãi chôn lấp có trang bò lớp chống thấm ở đáy bằng nhựa HDPE và lớp phủ trên bằng nhựa VLDPE, có trang bò hệ thống thu gom và xử lý nước, khí từ bãi rác và máy phát điện chạy từ khí thu gom này 2.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ 2.2.1 Sự hình thành nước rò rỉ Nước rò rỉ từ bãi rác (nước rác) là nước. .. hoặc hiếu khí D Xử lý đất (land treatment) Tận dụng thực vật, đặc tính của đất và các hiện tượng tự nhiên khác để xử lý nước rỉ rác bằng việc kết hợp các q trình lý – hóa – sinh cùng xảy ra E Tuần nước Nước rỉ rác có nồng độ cao được tuần hồn về bãi rác hồn Việc lựa chọn cơng nghệ xử lý căn cứ rất nhiều vào lượng chất ơ nhiễm cần loại bỏ để đạt tiêu chuẩn thải Thơng thường, cơng nghệ xử lý tùy thuộc chủ... thành phần và tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian thì việc thiết kế hệ thống xử lý cũng rất phức tạp Chẳng hạn như, hệ thống xử lý nước rác cho bãi chơn lấp mới sẽ khác so với hệ thống xử lý các bãi rác lâu năm Đồng thời, việc phân tích tính chất nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi nước rò rỉ có thể là hỗn hợp của nước ở các thời điểm khác nhau Từ đó, việc tìm ra cơng nghệ xử lý thích hợp cũng gặp... thêm lần lượt 6 ha rồi 22,6 ha…đến nay, tổng diện tích công trường xử lý rác Đông Thạnh đã lên đến 43,5 ha với công suất xử lý hiện tại khoảng 4.000 tấn rác/ ngày 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 ra nhiều lô, mỗi lô đào hố sâu khoảng 8m rồi đổ rác xuống theo từng lớp, sau đó rải một lớp vôi bột và... khuẩn gây bệnh cũng đáng kể Nước rác nếu không được xử lý triệt để, khi thải vào môi trường sẽ gây ô nhiễm đến nguồn nước ngầm, nước mặt, chi phối trực tiếp đến hoạt động sống của dân cư quanh vùng Ở nước ta, các nghiên cứu xử lý nước rác đã được thực hiện bởi nhiều đơn vò nghiên cứu như: EPC, Centerma, Công ty cổ phần An Sinh, trung tâm nghiên cứu công nghệ và thiết bò, công ty Thái Dương… Tuy nhiên... cơng nghệ xử lý tùy thuộc chủ yếu vào đặc tính của nước rỉ rác Đồng thời, các điều kiện vị trí địa lý và tự nhiên của bãi chơn lấp cũng có vai trò nhất định trong việc quyết định lựa chọn cơng nghệ xử lý 26 Bảng 2.4: Hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp sinh học hiếu khí HR Nhiệt Tải Q trình T độ lượng (d) (OC) COD 3 1-5 23-25 (kg/m 0,5-1,7 d) Xử lý theo 10 22 1,66 mẻ 1 5 20 22 3,32 0,1 0,5 25... rác với công suất 2000 tấn/ngày Khoảng cách trung bình vận chuyển rác từ thành phố đến bãi Gò Cát là 18 km Đây là một cự ly vận chuyển đến bãi đổ ngắn nhất và gần kênh Tham Lương để xả nước thải sau khi xử lý Với một vùng đất bạc màu khai thác nông nghiệp không hiệu quả, dân cư thưa thớt Bãi có một trạm cân để xác đònh khối lượng rác đổ vào trạm Công trường xử lý rác Gò Cát là công trường xử lý rác hiện... ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thốt ra từ đáy bãi chơn lấp (nước rò rỉ) Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra Tốc độ phát sinh nước rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác Trong suốt những năm đầu tiên, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào . Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của BCL Gò Cát (CENTEMA 2002) 30 Mở đầu 5 Hình 2.2: Hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát do CENTEMA lắp đặt 31 Hình 2.3: Công nghệ xử lý nước rỉ rác. khâu xử lý như xử lý sơ bộ, xử lý bậc hai, xử lý bậc ba để đạt tiêu chuẩn thải. Thành phần và lưu lượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dây chuyền xử lý nước rác. nguồn nước ngầm và nước mặt nếu không được thu gom và xử lý triệt để. Do thành phần rất phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi rác đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết