ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀYĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ UASB TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI CÔNG SUẤT 800M3NGÀY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

THIẾT KẾ UASB TRONG

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI

GVHD : PGS TS NGUYỄN VĂN PHƯỚC SVTH : Nguyễn Phạm Khương Duy MSSV : 90100445

TP HCM, THÁNG 6/2005

Do thành phần phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi rácđòi 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 lưulượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dây chuyềncông nghệ xử lý nước rò rỉ cũng sẽ thay đổi đối với các loại nước rác có thời gianchôn lấp khác nhau Việc đề ra một dây chuyền công nghệ thích hợp để xử lý nước

rò rỉ từ các bãi chôn lấp, thõa mãn các vấn đề về kỹ thuật, điều kiện kinh tế… làcần thiết

1.2 Nhiệm vụ của đồ án môn học

Nhiệm vụ của đồ án môn học là thiết kế bể xử lý yếm khí có lớp cặn lơ lửng(UASB) trong hệ thống xử lý nước rác mới với công suất là 800m3/ngày đêm

1.3 Nội dung thực hiện

Đồ án sẽ thực hiện những nội dung sau đây:

 Tổng quan về nước rò rỉ

 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước rò rỉ

 Phân tích lựa chọn, đề xuất công nghệ xử lý, phân tích ưu nhược

 Tính toán công nghệ, đặc biệt tính toán chi tiết cho bể UASB.

 Khái toán chi phí xây dựng và chi phí xử lý của sơ đồ công nghệ đềxuất

1.4 Phạm vi đồ án

Do nhiệm vụ chính của đồ án là thiết kế bể xử lý yếm khí UASB trong hệthống xử lý nước rác mới với công suất 800m3/ngày nên đồ án sẽ không đi sâu vàotính toán chi tiết các công trình xử lý khác mà chỉ tính toán sơ bộ kích thước, thiếtbị… của các công trình này

c a bãi chôn l p, n c r rác hình thành ch y u do n c m a và n c “ép” ra ấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô ư ếu do nước mưa và nước “ép” ra ư ư ư

t các l r ng c a ch t th i do các thi t b đ m nén.ỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén ỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén ấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô ảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp Trong giai đoạn hoạt động ếu do nước mưa và nước “ép” ra ị đầm nén ầng đất dưới bãi chôn lấp Trong giai đoạn hoạt động

Quá trình tạo thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng giữ nướchay khi nó bị bão hòa nước Khả năng giữ nước (FC – Field Capacity) của chấtthải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác dưới tác dụng của trọng lực

FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng trong việc xác định sự hình thànhnước rò rỉ FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác và việc phân hủychất thải trong bãi chôn lấp Cả rác và lớp phủ đều có khả năng giữ nước trước sứchút của trọng lực FC có thể tính theo công thức sau :

W 10000

W 55

, 0 6 , 0 FC

Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chôn lấp, độ

ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép.Việc mất đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong cácphản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát

ra từ đáy bãi chôn 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 nướcrác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác Trong suốtnhững năm đầu tiên, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ vàtích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp Lưu lượng nước rò rỉ sẽtăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa bãi chônlấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt giữ nước làm giảm

Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa,sinh xảy ra trong bãi chôn lấp Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấpchủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắnlàm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chiathành các nhóm chủ yếu sau:

– Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-200C

– Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-400C

– Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-700C

Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn I – giai đoạn thích nghi ban đầu: chỉ sau một thời gian ngắn từ

khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn ra, bởi

vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữ lại Giaiđoạn này có thể kéo một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phânhủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh hiếu khí và kị khí

Giai đoạn II - giai đoạn chuyển tiếp: oxy bị cạn kiệt dần và sự phân hủy

chuyển sang giai đoạn kị khí Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện tử cho cácphản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro sulfit Khi thếoxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ trong

rác thải thành CH4 , CO2 sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy phân, lên men axit vàlên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và các sản phẩm trunggian khác (giai đoạn III) Trong giai đoạn II, pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống do

sự hình thành của các loại axit hữu cơ và ảnh hưởng của nồng độ CO2 tăng lêntrong bãi rác

Giai đoạn III - giai đoạn lên men axit: các vi sinh vật trong giai đoạn II

được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và lượng H2 ít hơn Bước đầutiên trong quá trình 3 bước liên quan đến sự chuyển hóa các enzym trung gian (sựthủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein) thành các chấtđơn giản thích hợp cho vi sinh vật sử dụng Tiếp theo là quá trình lên men axit.Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hình thành ở bước trên thànhcác chất trung gian phân tử lượng thấp hơn như là axit acetic và nồng độ nhỏ axitfulvic, các axit hữu cơ khác Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạnnày, một lượng nhỏ H2S cũng được hình thành

Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 do sự có mặt của các axithữu cơ và khí CO2 có trong bãi rác Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxyhóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạn III do sự hòatan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ Do pH thấp, nên một số chất vô cơ chủ yếu làcác kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này Nếu nước rò rỉ không đượctuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng bị loại bỏ theo nước rác rakhỏi bãi chôn lấp

Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan: trong giai đoạn này nhóm vi sinh

vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình thành từ giaiđoạn trước thành CH4, CO2 sẽ chiếm ưu thế Đây là nhóm vi sinh vật kị khínghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan Trong giai đoạn này, sự hình thànhmetan và các axit hữu cơ xảy ra đồng thời mặc dù sự tạo thành axit giảm nhiều

Do các axit hữu cơ và H2 bị chuyển hóa thành metan và cacbonic nên pH của nước

rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6,8 – 8,0 Giá trị BOD5, COD, nồng độ kimloại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ giảm xuống trong giai đoạn này

Giai đoạn V- giai đoạn ổn định: giai đoạn ổn định xảy ra khi các vật liệu

hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành CH4, CO2 trong giai đoạn

IV Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các chất có khả năng phânhủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp tục đựơc chuyển hóa Tốc độphát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu là CH và CO

quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa Tuy nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâunăm thì hàm lượng axit humic và fulvic cũng giảm xuống.

Từ Hình 2.1 có thể thấy rằng nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn lấp chất thảirắn có pH thấp, BOD5 và VFA cao, hàm lượng kim loại nặng cao, tương ứng vớigiai đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV của bãi chôn lấp Khi đã chôn lấptrong một thời gian dài thì các chất hữu cơ trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giaiđoạn metan, khi đó thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ cũng giảm xuống đáng kể.Khi pH tăng lên sẽ làm giảm nồng độ các chất vô cơ, đặc biệt các kim loại nặng cótrong nước rò rỉ

Hình 2.1: Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp [12]

Bên cạnh các chất ô nhiễm bị phân hủy và hòa tan vào nước rò rỉ, các chấtkhí từ bãi chôn lấp cũng được hình thành và phát tán vào không khí gây ra hiệntượng nóng lên của trái đất (hiệu ứng nhà kính)

Khi nước thấm qua chất thải rắn đang phân hủy được chôn trong bãi rác, thìcác thành phần hóa học và sinh học đã được phân hủy sẽ hòa vào nước làm tăngnồng độ ô nhiễm của nước và tạo thành nước rò rỉ

Việc tổng hợp và đặc trưng thành phần nước rác là rất khó vì có nhiều yếu tốkhác nhau tác động lên sự hình thành nước rò rỉ Nên tính chất của nó chỉ có thểxác định trong một khoảng giá trị nhất định và được cho trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của

các bãi chôn lấp mới và lâu năm.

pHCOD

Fe, ZnVFA

Thời gian

Bãi mới (dưới 2 năm) Bãi lâu năm

( Trên 10 năm) Khoảng Trung bình

Nồng độ chất ô nhiễm trong nước rò rỉ của bãi rác mới chôn lấp cao hơn rấtnhiều so với bãi rác chôn lấp lâu năm Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu năm, chất thảirắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chấthữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi.Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần khác như BOD5,COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng rất cao Khi các quátrình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan hóa thì pH sẽ

(nitơ, photpho) thấp đi Hàm lượng kim loại nặng giảm xuống bởi vì khi pH tăngthì hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan.

Khả năng phân hủy của nước rác thay đổi theo thời gian Khả năng phân hủysinh học có thể xét thông qua tỷ lệ BOD5/COD Khi mới chôn lấp tỷ lệ này thườngkhoảng 0,5 hoặc lớn hơn Khi tỷ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4-0,6 hoặc lớn hơnthì chất hữu cơ trong nước rò rỉ dễ phân hủy sinh học Trong các bãi rác lâu năm,

tỷ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2 Khi đó nước rò rỉ chứa nhiều axithumic và fulvic có khả năng phân hủy sinh học thấp

Khi 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 bãichôn lấp mới sẽ khác so với hệ thống xử lý các bãi rác lâu năm Đồng thời, việcphân tích tính chất nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi nước rò rỉ có thể là hỗn hợpcủa nước ở các thời điểm khác nhau Từ đó, việc tìm ra công nghệ xử lý thích hợpcũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải nghiên cứu thực tế mới có thể tìm ra côngnghệ xử lý hiệu quả

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ

Rác được chọn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinhcùng lúc xảy ra Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phânhủy từ rác Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trongnăm, chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng,tốc độ di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nướcngầm, sự có mặt của các chất ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng,việc thiết kế và hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại,bùn từ trạm xử lý nước thải… Ta sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởngđến thành phần và tính chất nước rò rỉ :

2.2.2.1 Thời gian chôn lấp

Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp Nhiều nghiên cứu chothấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời gian.Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần Thành phầncủa nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phânhủy sinh học đang diễn ra Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dàiđến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng làquá trình tạo ra khí metan Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình

thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ.Trong giai đọan này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rò

– Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao

Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra Khi đó chất thải rắntrong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thờigian Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa.Đặc điểm nước thải ở giai đoạn này :

– Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp

– pH trung tính hoặc kiềm

– BOD thấp

– Tỷ lệ BOD/COD thấp

– Nồng độ NH4+ thấp

– Vi sinh vật có số lượng nhỏ

– Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp

Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có sựthay đổi Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay hơi Các axitthường là acetic, propionic, butyric Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl

và nhân vòng thơm Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rácnghiên về tính axit Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò rỉ

có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lêncủa axit fulvic và humic Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu nhưnước rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơkhó phân hủy sinh học

Nghiên cứu của Lu (1984) về mối quan hệ thời gian chôn lấp và các thànhphần của nước rò rỉ đã đưa ra các phương trình tương quan giữa thời gian và sự sụtgiảm của COD, BOD5, TOC, độ kiềm, canxi, kali, natri, sulphat và clorua… trongnước rác tại nhiều bãi chôn lấp Trong các nghiên cứu này, hầu hết các trường hợpcho bãi chôn lấp hoạt động trên 3 năm và thấp hơn 30 năm (xem bảng sau).

Bảng 2.2: Phương trình tốc độ phân hủy và hệ số.

2.2.2.2 Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn

Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động đến tínhchất nước rò rỉ Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bịphân hủy Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rò rỉ cũng có các đặctính tương tự Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước ráccũng chứa nhiều thành phần độc hại…

Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động đếntính chất nước rác Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiền nhỏ Bởi

vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi không

nghiền nhỏ rác Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bịtrôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộ hay không.

2.2.2.3 Chiều sâu bãi chôn lấp

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớnthì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điềukiện về lượng mưa và quá trình thấm Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạttrạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy Do vậy, bãi chôn lấp càng sâuthì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển củanước sẽ tăng Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên nước rò rỉchứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm

2.2.2.4 Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi

Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọngtrong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo nước rò

rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước.Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ cácchất ô nhiễm nhỏ Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm.Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụthuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ …

2.2.2.5 Độ ẩm rác và nhiệt độ

Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt Khi bãi chôn lấp đạt trạngthái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổinhiều Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉ được hìnhthành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp Độ ẩm trong rác cao thì nước

rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ Khi nhiệt độ môitrường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác.Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãichôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn

2.2.2.6 Ảnh hưởng từ bùn cống rảnh và chất thải độc hại

Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rảnh và bùn của trạm xử

lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ Bùn sẽ làm tăng

độ ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rò rỉ Đồng thời chất dinh

định chất thải rắn Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắncùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ có pH thấp và BOD5 caohơn.

Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởngđến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế nhưkim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật… Đồng thời, theo thời gian cácchất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ và khí thoát ra ngoài ảnh hưởng đếnmôi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rác

Các phương pháp xử lý nước rò rỉ được cho trong bảng sau:

C Lắng Chất lơ lững và bông cặn được loại bỏ do trọng lực

D Tuyển nổi Các hạt nhỏ được tụ lại và đưa lên khỏi mặt nước nhờ

các bọt khí và loại khỏi mặt nước nhờ cánh gạt.Khuấy trộn, sục các bọt khí nhỏ được sử dụng.

H Bay hơi Bay hơi nước rò rỉ Phụ thuộc vào nhiệt độ, gió, độ ẩm

và mưa

PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ

A Keo tụ, tạo bông Hệ keo bị mất ổn định do sự phân tán nhanh của hóa

chất keo tụ Chất hữu cơ, SS, photphate, một số kimloại và độ đục bị loại bỏ khỏi nước Các loại muốinhôm, sắt và polymer hay được sử dụng làm hóa chấtkeo tụ

B Kết tủa Giảm độ hòa tan bằng các phản ứng hóa học Độ

cứng, photphat và nhiều kim loại nặng được loại rakhỏi nước rò rỉ

C Oxy hóa Các chất oxy hóa như ozon, H2O2, clo, kali

permanganate… được sử dụng để oxy hóa các chấthữu cơ, H2S, sắt và một số kim loại khác Amoniac vàcianua chỉ bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa mạnh

D Phản ứng khử Kim loại được khử thành các dạng kết tủa và chuyển

thành dạng ít độc hơn (ví dụ: Crom) Các chất oxy hóacũng bị khử (quá trình loại do clo dư trong nước) Cáchóa chất khử hay sử dụng: SO2, NaHSO3, FeSO4

F Hấp thụ bằng

cacbon hoạt tính

Dùng để khử COD, BOD còn lại, các chất độc và cácchất hữu cơ khó phân hủy Một số kim loại cũng đượchấp thụ Cacbon thường được sử dụng dưới dạng bột

và dạng hạt

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

A Hiếu khí Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn khi có

O2 Bùn được tuần hoàn Sản phẩm cuối cùng là CO2.

a Sinh trưởng lơ lững

- Bùn hoạt tính Trong quá trình hoạt tính chất hữu cơ và vi sinh được

sục khí Bùn hoạt tính lắng xuống và được tuần hoàn

về bể phản ứng Các quá trình bùn hoạt tính bao gồm:dòng chảy đều, khuấy trộn hoàn chỉnh, nạp nước vào

bể theo cấp, làm thoáng kéo dài, quá trình ổn địnhtiếp xúc…

- Nitrat hóa Amoniac được oxy hóa thành nitrat Quá trình khử

BOD có thể thực hiện trong cùng một bể hay trong bểriêng biệt

- Hồ sục khí Thời gian lưu nước trong hồ có thể vài ngày Khí

được sục để tăng cường quá trình oxy hóa chất hữucơ

- SBR Các quá trình tương tự bùn hoạt tính Tuy nhiên, việc

ổn định chất hữu cơ lắng và tách nước sạch sau xử lýchỉ xảy ra trong một bể

-Bể tiếp xúc sinh học

quay (RBC)

Gồm các đĩa tròn bằng vật liệu tổng hợp đặt sát gầnnhau Các đĩa quay này một phần ngập trong nước

- Quá trình kị khí cổ

điển (conventional)

Chất thải nồng độ cao hoặc bùn được ổn định trong bểphản ứng

- Quá trình tiếp xúc Chất thải được phân hủy trong bể kị khí khuấy trộn

hoàn chỉnh Bùn đựơc lắng tại bể lắng và tuẩn hoàntrở lại bể phản ứng

- UASB Nước thải được đưa vào bể từ đáy Bùn trong bể dưới

lực nặng của nước và khí biogas từ quá trình phân hủysinh học tạo thành lớp bùn lơ lững, xốn trộn liên tục

Vi sinh vật kị khí có điểu kiện rất tốt để hấp thụ vàchuyển đổi chất hữu cơ thành khí metan và cacbonic.Bùn được tách và tự tuần hoàn lại bể UASB bằng cách

sử dụng thiết bị tách rắn - lỏng – khí

- Khử nitrat Nitrit và nitrat bị khử thành khí nitơ trong môi trường

thiếu khí Cần phải có một số chất hữu cơ làm nguồncung cấp cacbon như methanol, axit acetic, đường…

b Sinh trưởng dính bám

liệu tiếp xúc trong môi trường kị khí Có thể xử lýnước thải có nồng độ trung bình với thời gian lưunước ngắn.

- EBR và FBR Bể gồm các vật liệu tiếp xúc như các, than, sỏi Nước

và dòng tuần hoàn được bơm từ đáy bể đi lên sao choduy trì vật liệu tiếp xúc ở trạng thái trương nở hoặcgiả lỏng Thích hợp với khi xử lý nước thải có nồng

độ cao vì nồng độ sinh khối được duy trì trong bể khálớn Tuy nhiên, thời gian satart-up tương đối lâu

- Đĩa sinh học quay Các đĩa tròn được gắn vào trục trung tâm và quay

trong khi chìm hoàn toàn trong nước Màng vi sinhvật phát triển trong điều kiện kị khí và ổn định chấthữu cơ

- Khử nitrat Quá trình sinh trưởng dính bám trong môi trường kị

khí và có mặt của nguồn cung cấp cacbon, khử nitrit

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 rò rỉ bằng việc kết hợpcác quá trình lý – hóa – sinh cùng xảy ra

E Tuần hoàn nước Nước rò rỉ có nồng độ cao được tuần hoàn về bãi rác.Việc lựa chọn công nghệ xử lý căn cứ rất nhiều vào lượng chất ô nhiễm cầnloại bỏ để đạt tiêu chuẩn thải Thông thường, công nghệ xử lý tùy thuộc chủ yếuvào đặc tính của nước rò rỉ Đồng thời, các điều kiện vị trí địa lý và tự nhiên củabãi chôn lấp cũng có vai trò nhất định trong việc quyết định lựa chọn công nghệ

xử lý Đặc tính của nước rác thường đặc trưng bởi các chỉ tiêu như COD, BOD5,TDS, SO42-, kim loại nặng Ca2+, và một số chỉ tiêu khác Chú ý rằng nước rò rỉ cóhàm lượng chất rắn hòa tan lớn và kim loại nặng nên có thể ức chế quá trình xử lýsinh học Đồng thời, xử lý sinh học chỉ loại được một phần nhỏ các chất rắn hòatan Khi nước rác có COD cao thì có thể dùng phương pháp xử lý sinh học kị khíbởi vì xử lý hiếu khí rất tốn kém Sunphat, với nồng độ cao có thể làm ảnh hưởngđến quá trình xử lý kị khí, mùi hình thành do sunphat do bị khử thành sunphitcũng có thể hạn chế việc sử dụng công trình kị khí khi xử lý nước rác Độc tínhcủa kim loại nặng cũng là một vấn đề cần quan tâm trong việc ứng dụng các quátrình sinh học Canxi gây ra các hiện tượng kết tủa, đóng cáu cặn là giảm hoạt tínhcủa bùn, hoạt tính trong các công trình xử lý sinh học, làm tắc nghẽn đường ốngdẫn nước, từ đó làm giảm đáng kể đến hiệu quả xử lý.

Lựa chọn kích thước thiết bị hay lưu lượng cần xử lý tùy thuộc vào vị trí,kích cỡ của từng bãi chôn lấp và thời gian hữu ích của công trình

Sau đây ta sẽ tìm hiểu chi tiết về từng quá trình xử lý đã và đang được ápdụng cũng như các nghiên cứu trong và ngoài nước đã thực hiện để xử lý nước rò

rỉ từ bãi chôn lấp

3.1 X lý c h c, hoá lý và hoá h c ử lý cơ học, hoá lý và hoá học ơ học, hoá lý và hoá học ọc, hoá lý và hoá học ọc, hoá lý và hoá học

3.1.1 Kh khí ử lý cơ học, hoá lý và hoá học

Phương pháp khử khí (air stripping) được sử dụng để loại bỏ các chất bay hơinhư VOC và amoniac Quá trình khử khí là cần thiết trong xử lý nước rác vì nólàm tăng oxy hòa tan trong nước rác, loại bỏ VOC, giảm hàm lượng amoniac trongnước rác Quá trình này yêu cầu cần có sự hiệu chỉnh pH để các loại chất bay hơi

dễ dàng thoát ra khỏi nước trong các thiết bị làm thoáng Đồng thời nhiệt độ cũng

có ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình

Hiệu quả khử VOC đạt đến hơn 90% Trở ngại chính của quá trình trao đổi

và khử khí là sự đóng cáu cặn canxi cacbonat trong tháp tiếp xúc khí khử

3.1.2 Bay h i ơ học, hoá lý và hoá học

Bay hơi là biện pháp đơn giản nhất để giảm lưu lượng và cô đặc nước rác ở

lót Quá trình bay hơi diễn ra trên bề mặt nước phụ thuộc vào nhiệt độ, vận tốc gió

và độ ẩm không khí Bay hơi nước rò rỉ được tiến hành trong các tháng mùa hè khinhiệt độ cao và ít có mưa Nước rò rỉ cũng có thể được phun lên bề mặt bãi chônlấp và để bay hơi tự nhiên Việc sục khí có thể cần thiết để kiểm soát mùi

3.1.3 Tuyển nổi

Phương pháp này sử dụng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, cáchạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm Trong một số trường hợp, quá trình này cũng đượcdùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt (quá trình tách bọthay làm đặc bót) Quá trình thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường làkhông khí) vào pha lỏng Các bọt khí kết dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên

bề mặt và sau đó lớp váng này được thu gom nhờ thiết bị vớt bọt Phương pháptuyển nổi có nhiều ưu điểm như : cấu tạo thiết bị đơn giản, vốn đầu tư và chi phínăng lượng vận hành thấp, có độ lựa chọn tách các tạp chất, tốc độ quá trình tuyểnnổi cao hơn quá trình lắng; nhược điểm là các lổ mao quản hay bị bẩn, tắt

3.1.4 Điều hòa lưu lượng và nồng độ - Trung hòa:

Lưu lượng và tính chất của nước rác thay đổi liên tục, do đó hệ thống xử lýnước rác cần có công trình điều hòa nhằm đảm bảo việc cung cấp nước liên tụcvới lưu lượng và nồng độ ổn định cho hệ thống xử lý Nhờ đó, các công trình xử lýphía sau mới hoạt động ổn định và đạt hiệu quả cao Bể điều hòa thường gắn cácthiết bị sục khí để kiểm soát mùi và cặn lắng

Nước rác mới thường có pH thấp, để có thể xử lý ở các công trình sinh họcthì cần phải tăng pH nước rác bằng cách sử dụng các hóa chất như NaOH, KOH.Nên hạn chế việc sử dụng Ca(OH)2 vì làm tăng nồng độ ion canxi trong nước, ảnhhưởng đến các công trình sinh học, đặc biệt quá trình kỵ khí do đóng cặn CaCO3.Khi xử lý nước rác bằng phương pháp hóa lý cũng cần phải hiệu chỉnh pH vềgiá trị tối ưu để các phản ứng xảy ra với hiệu quả cao nhất

3.1.5 Lọc

Lọc là quá trình xử lý bậc ba thường được áp dụng trong xử lý nước rácnhằm làm giảm chất rắn lơ lửng trong đặc biệt đối với nước rác ở trạm trungchuyển ép rác kín Lọc cũng rất cần thiết trong việc tiền xử lý trước khi đưa nướcvào các công trình xử lý bậc cao như siêu lọc, thẩm thấu ngược, trao đổi ion, hấp

phụ than hoạt tính… Các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất vi hữu cơ (micro-organicmatter) bị khử loại qua quá trình lọc cát (cơ học) hay hấp phụ (lý hóa).

Quá trình lọc diễn ra khi cho dòng nước được qua lớp vật liệu lọc Vật liệulọc thường sử dụng là cát Hoạt động của thiết bị lọc có thể dưới tác dụng củatrọng lực hoặc lọc áp lực Vấn đề hay gặp phải trong xử lý nước rác ép là SS lớnnên dễ tắc lọc làm tăng tổn thất áp lực và được khắc phục bằng cách định kỳ rửavật liệu lọc

3.1.6 Thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược được ứng dụng để loại bỏ các chất vô cơ hòa tan (khửkhoáng) Đây là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới áp suất cao (trên100atm) Màng lọc cho các phân tử dung môi đi qua và giữ lại các hạt (phân tử,ion bị hydrat hóa) có kích thước không lớn hơn phân tử dung môi Hiệu quả quátrình phụ thuộc vào tính chất màng lọc Phương pháp này có ưu điểm là: tiêu haonăng lượng ít, có thể tiến hành ở nhiệt độ thường, kết cấu đơn giản Hơn nữa, quátrình hoạt động dưới áp suất cao nên cần có vật liệu đặc biệt làm kín thiết bị Thẩmthấu ngược thường chỉ được dùng ở giai đoạn cuối của quá trình xử lý (sau khi đãqua xử lý sinh học hoặc đã tách loại các chất lơ lửng)

Nhiều dạng màng bán thấm được sử dụng, nhưng loại màng xenlulose acetat

và polyamit (nylon) được sử dụng rộng rãi nhất Thông thường thì thẩm thấungược hay sử dụng cho các công trình xử lý nước cấp, khi áp dụng cho xử lý nướcrác thì có nhiều trở ngại như việc đóng cáu cặn và khả năng sử dụng bị hạn chế,thời gian sử dụng rất ngắn Hiện nay, trên thế giới đã và đang chế tạo nhiều loạimàng bán thấm dạng ống có thể sử dụng để xử lý nước rác Các loại màng bánthấm này có thời gian sử dụng lâu, chống được hiện tượng đóng cáu cặn trongmàng, thiết bị chế tạo theo module rất thuận lợi khi tính chất và lưu lượng nướcrác thay đổi

Trong tất cả các phương pháp được áp dụng để xử lý nước rác rò rỉ, thẩmthấu ngược là phương pháp khử COD hiệu quả nhất Tuy nhiên, một số axít béo cóthể thấm qua màng làm giảm hiệu quả xử lý Bên cạnh việc xử lý các chất hữu cơ,các chất rắn hòa tan cũng được loại bỏ với hiệu suất rất cao Tuy nhiên, trong hầuhết các nghiên cứu sử dụng thẩm thấu ngược để xử lý nước rò rỉ đều cho thấy rằngviệc đóng cáu cặn ảnh hưởng rất xấu đến màng bán thấm, và từ đó ảnh hưởng đếnhiệu quả xử lý và làm tăng trở lực của hệ thống Màng bán thấm cũng rất nhạy

Slater (1983) nghiên cứu việc kết hợp thẩm thấu ngược với các quá trình xử

lý khác để xử lý nước rò rỉ Giai đọan tiền xử lý bao gồm việc loại bỏ dầu thô, keo

tụ bằng vôi, recacbonac và điều chỉnh pH Lưu lượng nước rò rỉ vào thiết bị RO là180l/m2.ngày Hiệu quả xử lý TDS,COD, TOC lần lượt là 98%, 68%, 59% Sau đónghiên cứu được tiếp tục với việc sử dụng các quá trình keo tụ, recacbonat, lắng,

xử lý sinh học, lọc trước khi cho qua thẩm thấu ngược Kết quả cho thấy hiệu quả

xử lý COD, TDS và TOC tăng lên đáng kể

Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWalle (1977) dùng thiết bị RO để xử lýnước rò rỉ được cho trong Bảng 3.2:

B ng 3.2: K t qu nghiên c u c a Chian và DeWalle s d ng RO x ảng 3.2: Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWalle sử dụng RO xử ết quả nghiên cứu của Chian và DeWalle sử dụng RO xử ảng 3.2: Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWalle sử dụng RO xử ứu của Chian và DeWalle sử dụng RO xử ủa Chian và DeWalle sử dụng RO xử ử lý cơ học, hoá lý và hoá học ụng RO xử ử lý cơ học, hoá lý và hoá học

COD ban

đầu (mg/l) BOD/COD Hệ thống xử lý

% khử COD

53.000 0,65 RO bằng màng xenlulose acetate, pH=5.5 5653.000 0,65 RO bằng màng xenlulose acetate, pH=8,0 89

900 - RO nước rò rỉ sau khi qua bể lọc kị khí 98

536 - RO cho nước rác từ hồ sục khí, màng

3.1.7 Keo tụ, tạo bông, kết tủa và lắng

Keo tụ, tạo bông nhằm khử các chất ô nhiễm dạng keo, chất lơ lửng bằngcách sử dụng chất đông tụ để trung hòa điện tích các hạt keo nhằm liên kết chúnglại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực Chất đông tụ thườngdùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng, trong đó phổ biến nhất là

Al2(SO4)3 ( phèn nhôm) vì Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạtđộng hiệu quả cao trong khoảng pH = 5 – 7,5 Ngoài ra, người ta còn thêm cácchất trợ đông tụ giúp nâng cao tốc độ lắng của bông keo, giảm thời gian quá trình

và liều lượng chất đông tụ cần thiết

Kết tủa là phương pháp thông dụng nhất để khử kim loại và một số anion.Kim loại bị kết tủa dưới dạng hydroxide, sulfit và cacbonat bằng cách thêm cácchất làm kết tủa và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình Phương pháp này có thểdùng để khử hầu hết các kim loại (As, Cd, Cr3+, Cu, Fe, Pb, Hg, Ni, Zn,…) và

nhiều loại anion (PO43-, SO42-, F,…) Kết tủa sulfit cho hiệu quả khử tốt hơnnhưng đắt tiền và có thể tạo ra khí H2S nên thực tế người ta thường dùng vôi (tạokết tủa hydroxide) hay NaOH, vừa rẻ vừa ít nguy hiểm hơn Các nghiên cứu chothấy, hiệu quả khử COD bằng kết tủa vôi thì thấp nhưng hiệu quả khử màu, sắt vàcác cation đa hóa trị thì lại rất tốt với nồng độ vôi cao (300-1000 mg/l) Mặc khácviệc dùng vôi để kết tủa sẽ tạo ra các cặn bám không tốt cho quá trình sinh học vềsau.

Quá trình keo tụ dùng phèn nhôm và sắt có hiệu quả thấp khi xử lý nước rácmới Liều lượng sử dụng thường rất lớn và cần phải hiệu chỉnh pH thích hợp Sửdụng polymer có thể nâng cao hiệu quả xử lý Tuy nhiên, hiệu quả xử lý tăng lênkhi sử dụng chất keo tụ xử lý nước rò rỉ lâu năm Nhìn chung, quá trình keo tụ, tạobông thường áp dụng xử lý ban đầu nước rò rỉ, loại bỏ một phần COD và kim loạinặng ức chế vi sinh vật trước khi xử lý sinh học

Các nghiên cứu trước đây sử dụng phèn, vôi để loại bỏ các chất hữu cơ trongnước rò rỉ không đạt hiệu suất cao Nguyên nhân chính là do các nghiên cứu nàyđều thực hiện với nước rò rỉ có thành phần chất hữu cơ phân hủy sinh học cao(BOD/COD cao) và hầu hết đều ở dạng chất hữu cơ hòa tan nên keo tụ không đạthiệu quả tốt Hơn nữa liều lượng hóa chất sử dụng là khá lớn nên sẽ không kinh tế.Trong các nghiên cứu gần đây được thực hiện tại Khoa Môi trường – Đại họcBách Khoa, dùng phương pháp keo tụ, tạo bông, lắng kết hợp với oxy hóa các chấthữu cơ trong nước rò rỉ bằng oxy già và xúc tác, mang lại kết quả rất khả quan.Nước rác được lấy từ bãi rác Đông Thạnh – Tp.Hồ Chí Minh, có thành phần cácchất hữu cơ phân hủy sinh học thấp, sau khi được xử lý keo tụ bằng hóa chất đểgiảm một phần COD sẽ được oxy hóa nhiều bậc bằng H2O2 có sử dụng chất xúctác và polymer để trợ keo tụ Kết quả sau khi xử lý nước có COD nhỏ hơn 100mg/

l, màu mùi được khử, nước trong, vi sinh vật đạt tiêu chuẩn thải

3.1.8 Hấp phụ than hoạt tính và trao đổi ion

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu

cơ hòa tan sau xử lý sinh học mà chúng thường có độc tính cao hay kim loại nặnghoặc không phân hủy sinh học Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính (phổ biếnnhất), các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất như: xỉ tro, mạc sắt, khoángchất như đất sét, silicagen, keo nhôm…Than hoạt tính sử dụng có thể ở dạng bột

chỉ sử dụng ở giai đoạn xử lý bậc cuối vì nó cũng không hiệu quả bằng phươngpháp sinh học đối với các bãi rác mới Ngoài ra, nó cần quá trình rửa tái hồi phụcchất hấp phụ

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá khả năng sử dụng than hoạttính xử lý nước rác và chỉ ra rằng việc sử dụng than hoạt tính xử lý nước rác mớiđạt hiệu quả thấp hơn nhiều so với xử lý bằng phương pháp sinh học bởi vì trongnước rò rỉ có nhiều axít béo bay hơi dễ phân hủy sinh học hơn nhiều Kipling(1965) nghiên cứu và cho biết rằng than hoạt tính dù với liều lượng lớn khoảng5.000mg/l có hiệu suất xử lý các axit acetic, propionic, butyric lần lượt là 24%,33% và 60% Burchinal (1970) cho rằng hiệu suất xử lý COD bằng than hoạt tínhcho nước rác mới thường dao động là do độ lớn và thành phần khác nhau của cácaxit béo bay hơi có phân tử lượng thấp và cao trong nước rác

Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy rằng dùng than hoạt tính để xử lý nước rácsau khi qua xử lý sinh học đạt hiệu quả cao hơn nhiều so với xử lý trực tiếp Hiệuquả xử lý COD của nước rác đã ổn định có tỉ lệ BOD/COD thấp khoảng dưới 0,1

là 70% (Chian và DeWall, 1977) với liều lượng cacbon sử dụng 1mg than hoạttính/0,17 mg COD McClinton (1900) nghiên cứu xử lý nước rác sau khi xử lý ở

bể kị khí kết hợp thiếu khí, than GAC với liều lượng 2g/l được sử dụng, hiệu quả

xử lý đạt 84% theo COD sau 40h tiếp xúc Pohland (1975) nghiên cứu xử lý nước

rò rỉ kết hợp 2 quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính và trao đổi ion, đạt hiệu quả

xử lý COD cao Nghiên cứu này cũng cho biết rằng than họat tính nên đứng trướccột trao đổi ion thì hiệu quả sẽ cao hơn và khắc phục các khó khăn trong khi vậnhành Porbarazi (1989) nghiên cứu xử lý kết hợp quá trình hấp phụ và phân hủysinh học nhờ các màng vi sinh vật hình thành trong cột hấp phụ than hoạt tính,hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao và phù hợp với các tính toán lý thuyết

Tuy rằng việc sử dụng than hoạt tính đem lại hiệu quả tốt khi ứng dụng xử lýnước rác nhưng giá thành lại rất cao Cần cân nhắc khi sử dụng than hoạt tính saocho đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất Thông thường thì hấp phụ than hoạttính được sử dụng trong giai đoạn xử lý bậc 3 làm sạch hoàn toàn nước thải khỏichất hữu cơ, màu, mùi, vị, các chất độc hại và kim loại nặng

Phương pháp trao đổi ion ứng dụng làm sạch nước khỏi các kim loại như:

Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn,… cũng như các hợp chất của Asen, Photpho,Cyanua Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn(chất trao đổi ion – ionit, không tan trong nước) trao đổi với ion có cùng điện tíchtrong dung dịch khi chúng tiếo xúc nhau Các ionit có thể là các chất vô cơ có

nguồn gốc tự nhiên ( zeolit, kim loại khóang chất, đất sét, fenspat, mica…), chất

vô cơ tổng hợp (cilicagen, permutit, các oxit khó tan và hydroxit của một số kimloại như Al, Cr, ziriconi…), chất hữu cơ tự nhiên (acid humic của đất – chất bùn,than đá) và các chất hữu cơ tổng hợp là các nhựa cao phân tử có bề mặt riênglớn…Phương pháp này có hiệu quả cao, xử lý khá triệt để, song chỉ có thể áp dụng

ở giai đoạn “ đánh bóng” cuối cùng, và nó cũng đòi hỏi quá trình tái sinh các ionit

và giá thành cao

3.1.9 Oxy hóa

Phương pháp oxy hóa khử có khả năng phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và

vô cơ trong nước rác, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễphân hủy sinh học (giảm COD, nâng tỷ lệ BOD/COD), nó còn ứng dụng khử độcmột số chất vô cơ (Cyanide, Ammonia, một số kim loại Fe, Mn, Se, Cr… Phươngpháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhân oxy hóa, tác nhânkhử dưới pH thích hợp Các chất oxy hóa có thể được sử dụng là Clo ở dạng khíhay hóa lỏng, dioxitclo, cloratecanxi, hypocloritcanxi, hay natri, permanganatkali(KMnO4), bicromatkali, peroxithydro (H2O2), oxit không khí, O3, pyroluzit(MnO2) Phương pháp khử (chất khử : NaHSO3, FeSO4) dùng để tách các hợp chất

Hg, Cr, As…ra khỏi nước rác Quá trình tiêu tốn một số lượng lớn hóa chất nênthường chỉ được dùng trong trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn không thể

xử lý được bằng các phương pháp khác

Nhìn chung việc sử dụng chất oxy hóa để xử lý nước rác mới không đạt hiệuquả cao Việc sử dụng ozon để xử lý nước rác mới không đạt hiệu quả vì có sựchống lại rất mạnh của các axit béo đối với ozon Hiệu quả xử lý dùng chất oxyhóa đối với nước đã ổn định cao hơn nhiều Chất oxy hóa có tác dụng bẻ gãy cácliên kết của các chất hữu cơ có phân tử lượng cao, chuyển chúng từ dạng hòa tan,các phức chất thành dạng không tan và có thể dùng quá trình keo tụ để loại chúng

ra khỏi nước Một số nghiên cứu cho biết rằng quá trình sinh học chỉ loại được cácchất hữu cơ có phân tử lượng bé hơn 500, còn các chất hữu cơ có phân tử lượnglớn hơn 500 sẽ theo nước sau khi xử lý sinh học trôi ra ngoài làm ảnh hưởng đếnchất lượng nước Ngược lại, quá trình oxy hóa có tác dụng rất tốt đối với các chấthữu cơ có phân tử lượng lớn hơn 500 Do vậy, ta có thể kết hợp quá trình xử lýsinh học với quá trình oxy hóa để loại bỏ các chất hữu cơ, đảm bảo nước rò rỉ sau

xử lý đảm bảo tiêu chuẩn thải ra nguồn

Hiện nay, việc sử dụng H2O2 mang lại nhiều triển vọng trong việc xử lý nướcrác từ bãi chôn lấp đã lâu năm Khi H2O2 kết hợp với các chất xúc tác tạo ra gốchydroxyl có khả năng oxy hóa rất mạnh, do đó hiệu quả khử COD cũng được nânglên rõ nét Đồng thời H2O2 là chất tự phân hủy nên không gây ô nhiễm môi trường

và không tạo ra các sản phẩm trung gian độc hại khác Đối với nước rác thườngkhông dùng Clo để oxy hoá vì có thể tạo ra các gốc halogen độc hại cho môitrường khi chúng kết hợp với kim loại nặng có trong nước thải

3.2 X lý sinh h c ử lý cơ học, hoá lý và hoá học ọc, hoá lý và hoá học

3.2.1 Bùn hoạt tính

Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học có thể xử lý hiệu quả bằng hệ thốngsinh học bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là khối quần thể vi sinh hoạt tính có khảnăng ổn định chất hữu cơ hiếu khí Các hệ thống bùn hoạt tính thường dùng như:xáo trộn hoàn toàn, hoạt động theo mẻ, dòng chảy nút…

Những thuận lợi và khó khăn khi ứng dụng quá trình bùn hoạt tính:

 Thuận lợi:

- Bùn hoạt tính thích nghi nhanh

- Lượng bùn sử dụng trong quá trình khởi động ít

- Hiệu quả đạt được cao

 Khó khăn:

- Hao tốn nhiều năng lượng trong quá trình xử lý

- Sục khí quá nhiều kết hợp nồng độ kim loại cao làm nổi bọt nhiều

- Mặt bằng công trình lớn và các thiết bị sử dụng đắt tiền

- Lượng bùn dư sinh ra nhiều nên chi phí xử lý bùn tốn kém

- Áp dụng đối với nồng độ và tải trọng thấp

 Một số điều kiện và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bùn hoạt tính:

- Phải đảm bảo cung cấp đủ Oxy một cách liên tục và sao cho lượng Oxyhoà tan trong nước ra khỏi bể lắng 2 không nhỏ hơn 2 mg/l

- Nồng độ độc chất gây hại cho vi sinh ở trong ngưỡng cho phép

- Lượng các nguyên tố dinh dưỡng để các quá trình sinh hoá diễn ra bìnhthường không được thấp hơn giá trị cần thiết (BOD5:N:P = 100:5:1)

- pH vào nằm trong khoảng 6,5 – 8,5 pH ảnh hưởng lớn đến quá trình lênmen trong tế bào và hấp thu các chất dinh dưỡng vào tế bào.

- Nhiệt độ nước thải không dưới 60C và không quá 370C

- Nồng độ của muối vô cơ trong nước thải không quá 10 g/l

- SS vào không quá 100 mg/l khi dùng bể lọc sinh học và 150 mg/l khidùng aerotank

 Một số nghiên cứu ứng dụng bùn hoạt tính xử lý nước rác ở nước ngoài:Đối với nước rò rỉ rác mới thì hiệu quả xử lý của quá trình bùn hoạt tính cóthể khử 95,2% BOD5; với BOD5 vào 5294 mg/l giảm còn 254mg/l; trên 87% CODđược loại bỏ, nồng độ COD vào từ 12359 mg/l giảm còn 1566 mg/l (After Ehrig,1989) Quá trình bùn hoạt tính có thể khử 90 – 99% BOD5 và COD và loại bỏ 80 –90% kim loại; ứng với nồng độ MLVSS khoảng 5000 – 10000 mg/l; tỉ số F/Mkhoảng 0,02 – 0,06 ngày-1, thời gian lưu nước từ 1 – 10 ngày, thời gian lưu bùn 15– 60 ngày và nhu cầu dinh dưỡng BOD5:N:P = 100:3,2:0,5) ( Syed R.Qasim vàWalter Chiang)

 Một số nghiên cứu trong nước:

Các nghiên cứu ứng dụng quá trình BHT dạng mẻ xử lý nước rác mới:

Ở tải trọng 0,3 – 0,38 kgCOD/kgVSS.ngđ, sau 24 giờ thổi khíCOD giảm từ

1858 – 1938 mg/l xuống còn 62 – 80 mg/l Ở các tải trọng 0,46 – 0,67kgCOD/kgVSS.ngđ; 0,6 – 0,87 kgCOD/kgVSS.ngđ khả năng xử lý sinh học tươngứng đạt 96,7 – 95,4%; 76,5 – 71,1% và 80 – 80,9%

Các pha sử dụng chất nền bởi vi sinh vật khi xử lý nước rò rỉ bằng phươngpháp sinh học bao gồm:

(1) Carbonhydrat

(2) Axit béo

(3) Amino axit

(4) Các chất humic, cacbon hydrat có phân tử lượng lớn

Các chất hữu cơ trong pha (4) chủ yếu có phân tử lượng trong khoảng từ500-10.000 nên rất khó phân hủy sinh học Ta thấy rằng nước rác mới chứa nhiềuaxit béo bay hơi VFA có phân tử lượng thấp nên dễ xử lý sinh học

Nhiều nghiên cứu dùng quá trình sinh học hiếu khí bùn hoạt tính xử lý nước

rò rỉ để xác định các thông số động học đã được thực hiện Kết quả được tổng kếttrong bảng sau:

Bảng 3.3: Các thông số động học của quá trình xử lý nướ rò rỉ

(dễ phân hủy) BOD 5

Tham khảo

36.000 0,75 200 0,33 0,0025 6,5 23-25 Unoth & Mavinic

(1997)15.800 0,6 175 0,4 0,05 - 22-24 Cook & Foree

(1974)13.640 0,77 20,4 0,39 0,022 3,6 23-25 Zapf-Gilje &

Mavinic (1981)

Mavinic (1981)8.090 1,16 81,8 0,49 0,009 1,8 22-23 Wrong & Mavinic

(1984)1.000 4,5 99 0,59 0,04 0,42 22-23 Lee (1979)

365 1,8 182 0,59 0,115 - 21-25 Palit & Qasim

(1977)3.000 - - 0,44 - 1-20 10 Robisnon & Maris

(1983)2.000 0,46 180 0,5 0,1 2-10 25 Gaudy (1986)

3.2.2 Bể phản ứng hoạt động theo mẻ (Sequencing Batch Reactor)

Hệ thống aerotank làm việc theo mẻ kế tiếp (SBR) là quá trình bùn hoạt tínhhay được sử dụng để xử lý nước rò rỉ Quá trình gồm 5 giai đọan: cho nước vào,phản ứng (kị khí, hiếu khí, thiếu khí), lắng, tháo nước ra, nạp mẻ mới được thựchiện trong cùng 1 bể phản ứng, do đó rất tiết kiệm diện tích xây dựng Đồng thời,bùn hoạt tính không cần tuần hoàn để duy trì nồng độ bùn trong bể như các quátrình bùn hoạt tính khác SBR có hiệu quả cao khi xử lý nước rác có hàm lượngchất hữu cơ hòa tan và chất dinh dưỡng cao Nó còn được áp dụng để xử lý nước

thải nhiễm phenol, benzoic axit, các chất béo… Các nghiên cứu và công trình thực

tế cho biết rằng hiệu quả xử lý nước rác của SBR khoảng 72-79% COD, 98%BOD5 và khử được hơn 72% tổng nitơ, hơn 98% sắt và hơn 82% mangan, đồngthời kẽm cũng được giảm xuống còn rất thấp (0,02mg/l)

Hiệu quả xử lý kim loại của các công trình sinh học bùn hoạt tính khi xử lýnước rác mới rất cao Tuy nhiên, khi các kim loại như Fe, Mn, Al, Cr, Ca, Pb, Ni

bị loại ra khỏi nước thải sẽ lắng trong các công trình xử lý sinh học cũng như hấpphụ trong bùn hoạt tính, thì tỉ lệ MLVSS/MLSS sẽ giảm xuống rất thấp ảnh hưởngđến hiệu quả xử lý sinh học Do vậy cần có những công trình sơ bộ giảm nồng độkim loại trước khi xử lý sinh học

3.2.3 Hồ ổn định sinh học:

Hệ thống hồ ổn định sinh học thường là 1 chuỗi từ 3 đến 5 hồ Trong hồnước thải được làm sạch bằng các quá trình tự nhiên bao gồm tảo và vi khuẩn Dotốc độ oxy hoá chậm nên thời gian lưu nước phải lớn (khoảng 30 – 50 ngày) Các

vi sinh vật sử dụng oxy trong quá trình quang hợp của tảo và oxy được khuyếchtán qua bề mặt để phân hủy các chất hữu cơ Cần duy trì pH và nhiệt độ thích hợp

Hồ làm thoáng có lắp đặt thiết bị làm thoáng bề mặt nhằm khắc phục mùi từ

hồ do bị quá tải bởi lượng chất hữu cơ Quá trình hồ làm thoáng giống như quátrình bùn hoạt tính kéo dài thông thường ( thời gian lưu bùn khoảng 10 ngày).Chian và DeWall (1977) đã tổng kết và so sánh kết quả của nhiều nhà nghiêncứu ứng dụng quá trình hồ làm thoáng về xử lý nước rác (bảng 2.9 ) Hiệu quả xử

lý của các nghiên cứu này có thể khử khoảng 22 – 99% COD Tỉ số BOD5/COD

B ng 3.4: So sánh hi u qu x lý n ảng 3.2: Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWalle sử dụng RO xử ệu quả xử lý nước rác bằng hồ làm thoáng của ảng 3.2: Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWalle sử dụng RO xử ử lý cơ học, hoá lý và hoá học ước rác c rác b ng h làm thoáng c a ằng hồ làm thoáng của ồ làm thoáng của ủa Chian và DeWalle sử dụng RO xử

nhi u nhà nghiên c u ều nhà nghiên cứu ứu của Chian và DeWalle sử dụng RO xử

Thờigian lưu(ngày)

Bể tiếp xúc sinh học quay hay đĩa lọc sinh học (Rotating Biological Contactor RBC)

Đĩa sinh học gồm nhiều đĩa tròn, phẳng, bằng polystyren hoặcpolivinylclorua (PVC) lắp trên một trục Các đầu đĩa được đặt ngập trong nước

một phần và quay chậm Đĩa sinh học thường được thiết kế dựa trên tải trọng thuđược từ thực nghiệm.

Lugowski (1989) đã nghiên cứu so sánh hiệu quả của quá trình bùn hoạt tính

và bể tiếp xúc sinh học quay trong xử lý nước rác từ các bãi chôn lấp mới Nhữngkết quả nghiên cứu trên mô hình pilot cho biết hiệu quả khử BOD5 trong RBC đạt

95 – 97%, khử COD hoà tan 80 – 90% Quá trình bùn hoạt tính có hiệu quả xử lýthấp hơn Nếu sử dụng kết hợp RBC với các phương pháp hóa lý thì nước sau xử

lý đạt tiêu chuẩn thải

3.2.6 Xử lý kỵ khí

Xử lý kị khí gồm các công trình: Hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc đệm giãn

nở, công nghệ đệm bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB) So với xử lý hiếu khí,

xử lý kỵ khí nước rác cho thấy tính khả thi cao hơn Lý thuyết về xử lý kị khí và

bể UASB sẽ được trình bày kĩ ở phần 3.4

3.3 Một số công nghệ xử lý nước rác trong và ngoài nước:

3.3.1 Trong n ước rác c

3.3.1.1BCL Gò Cát

Hiện nay, tại bãi rác Gò Cát có 2 hệ thống xử lý nước rỉ rác hoạt động đồngthời với công suất 400 m3/ngày: (1) do CENTEMA thiết kế và lắp đặt và (2) doCông ty Hà Lan Vermeer thiết kế và Công ty ECO lắp đặt và vận hành

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát

và Tam Tân (CENTEMA)

Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường (CENTEMA, 2002) đã nghiên cứu xử lýnước rỉ rác Gò Cát có hàm lượng 50.000 – 60.000 mg COD/l bằng phương phápsinh học UASB nối tiếp sinh học hiếu khí bùn hoạt tính từng mẽ (SBR) với qui mô

Kết quả cho thấy hiệu quả khử COD rất cao sau hai tháng vận hành (trên98%) Tuy nhiên COD không phân huỷ còn lại sau xử lý hiếu khí dao động trongkhoảng 380 – 1.100 mg/l Hệ thống bao gồm hồ tiếp nhận nước rỉ rác 25.000 m3,

bể UASB nối tiếp bể sinh học từng mẽ (SBR) và xả vào hồ sinh học trước khi rakênh Đen Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý nước rỉ rác khoảng 2 tỷ đồngViệt Nam và giá thành chi phí cho xử lý 1 m3 nước rỉ rác khoảng 20.000 đồng ViệtNam

Hình 3.2: Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát theo thiết kế

Vermeer

Công nghệ Vermeer của Hà Lan được thể hiện hình trên Đây là công nghệhoàn chỉnh bao gồm khử cứng, khử CBOD, nitơ, khử màu và cặn Nước rỉ rác sau

khi qua cột khử cứng, đi vào bể kị khí UASB để khử phần lớn CBOD Sau đó nước

rỉ rác qua cụm bể Anoxic 1 và Aerobic 1 thực hiện quá trình khử CBOD còn lại sau UASB, nitrate hoá (ở Aerobic 1) và khử nitrate kết hợp (ở Anoxic 1) Bể Anoxic 2 là giai đoạn khử nitrate bổ sung, sử dụng nitrate sinh ra ở bể Aerobic 1.

Nguồn carbon mà vi khuẩn khử nitrate sử dụng ở bể Anoxic 2 chính là nguồn

carbon từ quá trình phân huỷ nội bào của bùn Giai đoạn Aerobic 2 nhằm tách khí

N 2 sinh ra từ bể Anoxic 2 Bùn lắng ở bể lắng được tuần hoàn về bể Anoxic 1.Nước rỉ rác khử CBOD và nitơ tiếp tục khử màu đồng thời giảm nbCOD, ở bể keotụ-tạo bông kết hợp lắng Bông cặn nhỏ khó lắng sẽ được giữ lại ở bể lọc cát.Dung dịch H2SO4 được châm vào bể đưa về pH thích hợp cho quá trình keo tụ.Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn sắt (FeCl3) và chất trợ keo tụ polymer Trướckhi lọc cát, pH được đưa lên giá trị trung hoà bằng dung dịch Na2CO3

Bể keo tụ kết hợp lắng Lọc cát

FeCl2Polymer

Khử

cứng UASB Anoxic 1 Aerobi

c 1 Anoxic1 Oxic 2

Na2CO3

3.3.1.2BCL Đông Thạnh

Hiện nay, ở BCL Đông Thạnh có ba hệ thống xử lý đang vận hành: (1) công

ty TNHH Quốc Việt, (2) công ty NUPHACO và (3) công ty CTA

Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh

của công ty TNHH Quốc Việt

Công nghệ áp dụng hệ hồ này đơn giản, phù hợp ở những nơi có diện tíchmặt bằng rộng và dễ vận hành Như kết quả phân tích của công ty Quốc Việt đưa

ra, với chất lượng nước đầu vào có COD = 3.094 mg/l, chất lượng nước rỉ rác sau

xử lý đạt yêu cầu xả ra nguồn loại B (COD = 78 mg/l) Tuy nhiên khi đi vào chitiết về hoá chất sử dụng, tính toán chi tiết công trình đơn vị và xử lý bùn lắng,công nghệ này còn nhiều điểm chưa rõ ràng và chưa có tính thuyết phục cao.Công nghệ xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của NUPHACO thể hiện ở hình3.4 Công nghệ này ứng dụng quá trình hồ sinh học Nước sau khi qua hồ sinh học,được hấp phụ ba bậc hồ bằng bùn lắng từ nhà máy nước Thủ Đức Công đoạn cuốicùng là khử trùng bằng Chlorine

Hình 3.4: Sơ đồ công nghệ NUFACO xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh

Kết quả cho thấy giá trị BOD và COD còn khá cao (87 mg BOD/l và 530 mgCOD/l) Công nghệ này cho thấy hiệu quả khử ammonia cao (98%) Ammoniađược khử chủ yếu từ hồ sinh học do quá trình sinh trưởng của tảo tiêu thụammonia

Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh theo

thiết kế CTA

Công nghệ của công ty CTA thể hiện trong hình 3.5 Công nghệ này cũngđược ứng dụng hồ sinh học nuôi tảo, sau đó được tuyển nổi bằng phương pháp hoáhọc Phần COD còn lại sau bể tuyển nổi tiếp tục được khử bằng phương pháp oxyhoá Fenton

 Các công nghệ trên đều ứng dụng quá trình hồ sinh học, đòi hỏi mặtbằng lớn Quá trình hồ với sự tham gia của thực vật nước như tảo, lục bình có thểđạt hiệu quả cao trong xử lý ammonia đối với nước rỉ rác của BCL lâu năm (hàmlượng BOD thấp) Tuy nhiên để đạt yêu cầu xả ra nguồn tiếp nhận B (COD =100mg/l), các công nghệ trên đều phải ứng dụng các phương pháp oxy hoá mạnh(H2O2 với xúc tác FeSO4) hoặc phương pháp keo tụ, hấp phụ để khử nbCOD cònlại Điều này dẫn đến chi phí vận hành, chi phí hoá chất tăng khá cao

3.3.2 Ngoài n ước rác c

Bãi chôn lấp Buckden South miền Đông nước Anh nằm trong vùng chịu

ảnh hưởng thuỷ triều của sông Great Ouse Hệ thống xử lý nước rỉ rác của bãichôn lấp này gồm hai bể SBR hoạt động song song nhằm khử BOD và nitrate hoá.Nước sau xử lý sinh học tiếp tục xử lý bổ sung bằng bãi lau sậy 1 (reedconstructed wetland) có diện tích 2000 m2 tiếp theo là oxy hoá mạnh bằng ozonenhằm phá vỡ dư lượng thuốc bảo vệ thực vật thành các chất hữu cơ phân tử nhỏhơn Các chất hữu cơ này phân huỷ sinh học ở bãi sậy thứ 2 (500 m2) trước khi xảvào sông Ouse

Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rò rỉ bãi chôn lấp

Buckden South

Kết quả hoạt động hơn 8 năm cho thấy mặc dầu nước rỉ rác sau xử lý có hàmlượng COD (350 mg/l) vượt quá giới hạn cho phép (200 mg/l), nhưng thật sựkhông ảnh hưởng đến cá hồi sống trong sông Ouse Điều này cho thấy chất hữu cơcòn lại sau xử lý chủ yếu là các sản phẩm vô hại đối với thuỷ sinh, như acid fulvic

và acid humic

Bãi chôn lấp Saria, Ontario, Canada có diện tích 21 hecta.

Trạm xử lý có công suất 90 m3/ ngày, gồm có: xử lý sinh học khử BOD, lọccát và hồ sinh học làm thoáng nitrate hoá Sau đó nước sau xử lý thải vào đầm lầy

và ra sông St.Clair Nước sau xử lý vẫn còn hàm lượng nbCOD khá cao (390mg/l)

Hệ thống xử lý nước rỉ rác của hai BCL rác sinh hoạt ở Mỹ.

Bãi sậy 2

Oxy hoá(O3)

SBR1

SBR2

xử lý

Công nghệ xử lý ở BCL 1 bao gồm kết tủa hdroxyde, xử lý sinh học (thápsinh học kị khí và hiếu khí) và cuối cùng xử lý bằng lọc nhiều lớp Sơ đồ công

nghệ thể hiện ở hình 3.7 Xử lý sinh học được sử dụng ở đây chủ yếu để khử

N-ammonia (99%) và COD (91%) Hàm lượng COD và N-N-ammonia còn lại trướckhi xả ra sông là 159 mg COD/l và 1,2 mg N-ammonia/l Các hàm lượng chất hữu

cơ độc và kim loại nặng giảm đáng kể

Hình 3.7: Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA)

Hệ thống xử lý ở BCL 2 gồm bể keo tụ vôi, sinh học từng mẻ (SBR), lọc cát,

cột than hoạt tính và tiếp xúc chlorine Sơ đồ công nghệ thể hiện ở hình 3.8.

COD đầu ra vẫn khoảng 160 – 250 mg/l Kết quả trên cho thấy với côngnghệ xử lý bậc cao (sau xử lý sinh học) như trên (lọc, than hoạt tính) để đạt COD

<100 mg/l là không thể

Hình 3.8: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý của bãi chơn lấp 2 (USEPA)

 Tĩm lại, hầu hết nước rác đã xử lý sinh học của các nước trên thế giớimặc dầu cĩ giá trị BOD (< 30 mg/l) và N-ammonia thấp (< 10 mg/l), nhưng giá trịCOD cịn khá cao (> 100 mg/l) Điều này cho thấy việc áp dụng giá trị giới hạnCOD của tiêu chuẩn nước thải cơng nghiệp Việt Nam (COD = 100 mg/l) cho xử lýnước rỉ rác là rất ngặt nghèo

Kết luận: Qua các cơng nghệ xử lý nước rác trong và ngồi nước thì nhiệm

vụ chủ yếu trong xử lý nước rác mới là khử BOD và N hữu cơ Do tính chất lànước rác mới nên COD cao, N cao nên việc ứng dụng phương pháp sinh học kếthợp với các quá trình hĩa lý là hồn tồn hợp lý

3.4 Sơ nét về xử lý kị khí và bể UASB

3.4.1 Khái quát về quá trình xử lí kị khí

Sự phân hủy kị khí có thể được định nghĩa là sự phân hủy các hợp chấthữu cơ trong điều kiện không có mặt của oxy Sự phân hủy kị khí của các hợpchất hữu cơ có thể được chia làm 6 quá trình:

 Quá trình thủy phân các polymer:

- Thủy phân protein

- Thủy phân các chất béo

 Lên men các amino acid và các đường

 Oxy hóa kị khí các acid béo và alcohol

 Oxy hóa kị khí các acid béo bay hơi (trừ acetic)

 Tạo thành mêtan từ acid acetic

 Tạo thành mêtan từ hydro và carbon dioxide

Các quá trình này có thể nhóm lại thành 4 giai đoạn như sau:

Giai đọan thủy phân

Các vi khuẩn tiết ra các loại enzim để chuyển các chất hữu cơ phức tạp vàcác chất không tan (như: polysaccharide, lipit…) thành các chất hòa tan đơn giảncó khối lượng phân tử nhỏ hơn hoặc chất hòa tan Trong giai đọan này, cácprotein được chuyển thành amino acid, carbonhydrat được chuyển thành đườnghòa tan, lipids chuyển thành các acid mạch dài và glycerin

Quá trình này xảy ra chậm, tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kíchthước hạt và đặïc tính dễ phân hủy của cơ chất Chất béo phân hủy chậm

Giai đoạn acid hóa

Các loại vi sinh vật lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành các chấtđơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3,

H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0.Giai đoạn này được thực hiện chủ yếu do vi khuẩn kị khí bắt buộc

Các amino acid được phân hủy tạo thành NH3 là một hợp chất rất quantrọng trong quá trình phân hủy kị khí Ở nồng độ thấp nó cần thiết cho quá trìnhphát triển của vi khuẩn Ở nồng độ cao nó rất độc đối với vi khuẩn mêtan hóa

Giai đoạn acetic

Dưới tác dụng của vi khuẩn acetic, các sản phẩm của quá trình acid hóađược chuyển hóa thành acetate và H2, CO2 và sinh khối mới

Các vi khuẩn acetate hĩa trở nên bị ức chế ở nồng độ H2 cao Sự ức chế này

cĩ thể đưa đến sự tích lũy các acid Tốc độ phân huỷ acid acetic giảm cĩ thể làmgiảm pH bởi vì các vi khuẩn methane hĩa sử dụng acetat phát triển rất chậm nênacid acetic cĩ thể tích lũy sau khi tải trọng tăng đột biến

Đây là giai đọan cuối của quá trình phân hủy kị khí Acid acetic, H2, CO2,acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới Nĩi chung 70-80% methane được tạo thành từ acetat Vi khuẩn tạo methane

từ acetat cĩ tốc độ phát triển tương đối chậm Đây là lý do chính tại sao quá trìnhphân huỷ kị khí địi hỏi thời gian lưu sinh khối cao

Vi khuẩn tạo methane từ CO2 và H2 cĩ tốc độ phát triển nhanh hơn vi khuẩntạo methane từ acetat Một sự tăng nhẹ nồng độ hydrogen sẽ đưa đến các sản phẩmkhác nhau của vi khuẩn tạo acid

Sự hiện diện của các chất nhận điện tử như là nitrate hoặc sunfate cĩ thể ứcchế giai đoạn tạo methane bởi vì các vi khuẩn làm giảm sunfate cĩ thể cạnh tranhtrội hơn các vi khuẩn tạo methane

Các phương trình phản ứng xảy ra như sau :

4H2 + CO2  CH4 + 2H2O4HCOOH  CH4 + 3CO2 + 2H2O

CH3COOH  CH4 + CO2

4 CH3OH  3CH4 + CO2 + H2O4(CH3)3N + H2O  9CHCH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

Trong 3 giai đọan thủy phân, acid hóa và acetic hóa, COD trong dungdịch hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong quá trình mêthane hóa

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí:

 Nhiệt độ:

Phản ứng kị khí phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Tốc độ chuyển hóa cực đạitại nhiệt độ 35-40 oC đối với các vi khuẩn mosophilic và đối với vi khuẩn

Sự liên hệ giữa nhiệt độ và tốc độ phản ứng được thể hiện theo phương trìnhsau:

Aûnh hưởng của pH lên sự tạo thành methan có liên quan đến nồng độ củacác acid béo bay hơi Các dạng phi ion của các acid này rất độc cho quá trìnhhình thành mêtan

Giá trị pH thấp gây ra các tác động gián tiếp: một vài protein bị biến đổitại pH thấp Những protein bị biến đổi này rất khó bị phân hủy và làm cho hệsố sinh bùn cao làm bùn bị trôi ra ngoài bể phản ứng (khi lượng protein nàylớn)

Giá trị pH cao ít nguy hiểm hơn là pH thấp Khi pH cao, quá trình hìnhthành mêtan làm cho pH trở lại khoảng giá trị thích hợp Thậm chí khi pH =10.6, quá trình rạo thành mêtan cũng có thể làm cho khoảng pH về lại 6.5 –7.5

 Liều lượng nạp nguyên liệu (bùn) và mức độ khuấy trộn:

Nguyên liệu nạp cho quá trình cần cĩ hàm lượng chất rắn khoảng 7 – 9 %.Tác dụng của khuấy trộn tạo sự phân bố đều chất dinh dưỡng và tạo điều kiện tiếpxúc tốt với vi sinh vật và giải phĩng sản phẩm khi hỗn hợp ra khỏi lỏng rắn

 Ảnh hưởng của độc chất:

Chất độc sulfide gây ảnh hưởng rất lớn cho quá trình lên men methane ởnồng độ 1500mg/l Nồng đồ ammonia trong nước thải nếu lớn hơn 2000mg/l thì

ta không dùng được bể UASB

Ngoài ra, kim loại nặêng cũng gây ra những tác động tiêu cực cho hệ visinh vật kị khí Người ta cũng đã xác định được tính độc lên hệ vi sinh này nhưsau: Cr > Cu > Zn > Cd > Ni Giới hạn nồng độ của kim loại này cho phép lên

vi sinh là:

Cr: 69CH0 mg/l, Cu:500 mg/l, Pb: 9CH00 mg/l, Zn: 69CH0 mg/l, Ni: 73 mg/l

 Ảnh hưởng của nồng độ muối:

Nồng độ muối là một yếu tố ảnh hưởng đáng kể trên quần thể vi khuẩntạo methan Từ 5000 mg/l đến 15000 mg/l thì có thể coi là độc đối với quần thể

vi khuẩn mêthan Nồng độ muối gây độc và tác động của từng loại muối lênquá trình phân huỷ kị khí tuỳ thuộc vào bản chất của từng loại muối

Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng quá trình kị khí xử lý nước rác ở nướcngồi:

Nhiều nhà nghiên cứu đã chứng minh quá trình kị khí cĩ thể khử 90 – 99 %BOD5; tỉ số BOD5/COD tương ứng là 0,68 (Boyle và Ham 1974; Pohland 1975;Chian và DeWalle 1977) Chian và DeWall (1977) đã tổng kết những kết quảnghiên cứu này trong bảng dưới đây:

Bảng 3.5: Hiệu quả phân hủy kị khí cho xử lý nước rác của một số nhà nghiên cứu.

COD vào,

5 /COD %COD khử Thời gian

lưu, ngày Nguồn