Nghiên cứu mô phỏng quá trình xử lý sinh học của công nghệ MBR ứng dụng trong xử lý nước rỉ rác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Văn Quyết NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC CỦA CÔNG NGHỆ MBR ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đặng Xuân Hiển Hà Nội - 2014 MỤC LỤC Lời cam đoan Danh mục ký hiệu cụm từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC 1.1 Khái niệm hình thành nước rỉ rác 1.1.1 Khái niệm nước rỉ rác 1.1.2 Sự hình thành nước rác 1.2 Đặc tính nước rỉ rác Thế giới Việt Nam 1.2.1 Thành phần, tính chất nước rác Thế giới 1.2.2 Thành phần, tính chất nước rác Việt Nam 10 1.3 Tổng quan công nghệ xử lý nước rỉ rác 13 1.3.1 Sự cần thiết phải xử lý nước rác 13 1.3.2 Khái quát công nghệ xử lý nước rác 14 1.3.3 Công nghệ xử lý nước rác nước tiên tiến 16 1.3.4 Công nghệ xử lý nước rác Việt Nam 18 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 22 2.1 Tổng quan công nghệ MBR 22 2.2 Quý trình sinh học công nghệ MBR 28 2.2.1 Cơ chế phân hủy hiếu khí 28 2.2.2 Các yêú tố ảnh hưởng đến trình sinh học hiếu khí 32 2.3 Ưu điểm hạn chế công nghệ MBR 34 2.3.1 Ưu điểm 34 2.3.2 Hạn chế 35 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG 36 CÔNG NGHỆ MBR 3.1 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 36 3.2 Phương pháp nghiên cứu 36 3.3 Nội dung cách tiến hành 36 3.3.1 Khảo sát, thu thập phân tích số liệu 36 3.3.1.1 Thu thập số liệu ban đầu nước rác 36 3.3.1.2 Quá trình xử lý hóa lý nước rác 37 3.3.2 Thiết lập mô hình trình xử lý sinh học với công nghệ MBR 39 3.3.3 Mô hình toán mô trình xử lý sinh học 40 3.3.4 Ứng dụng chương trình Biowin để tính toán đánh giá mô hình 56 3.3.5 Đánh giá độ tương hợp mô hình 60 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 62 4.1 Thông số lựa chọn nước thải đầu vào 62 4.2 Ảnh hưởng thời gian lưu thủy lực HRT 62 4.3 Ảnh hưởng tỷ số thể tích bể anoxic oxic 64 4.4 Ảnh hưởng tỷ số tuần hoàn 65 4.5 Ảnh hưởng nồng độ oxy hòa tan bể anoxic 66 4.6 Ảnh hưởng nồng độ oxy hòa tan bể oxic 68 4.7 Ảnh hưởng thời gian lưu bùn SRT 69 4.8 Ảnh hưởng nhiệt độ 70 4.9 Ảnh hưởng độ kiềm nước thải dòng vào 72 4.10 Ảnh hưởng tỷ lệ COD:TN nước thải dòng vào 78 4.11 Giá trị tối ưu thông số công nghệ 75 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 80 DANH MỤC NHỮNG KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT AO (Anoxic Oxic) Thiếu khí – Hiếu khí ASM1 Activated Sludge Model No.1 (Mô hình bùn hoạt tính số 1) ASM Activated Sludge Model No.2 (Mô hình bùn hoạt tính số 2) ASM 2d Activated Sludge Model No.2_deni (Mô hình bùn hoạt tính số có khử nitrat PAO) ASM Activated Sludge Model No.3 (Mô hình bùn hoạt tính số 3) BOD (Biological Oxy Demand) Nhu cầu oxy sinh học BCL Bãi chôn lấp BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường COD (Chemical Oxy Demand) Nhu cầu oxy hóa học CTNH Chất thải nguy hại CTR Chất thải rắn CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt DO Dissolved Oxy (Oxy hòa tan) DOanoxic Oxy hòa tan bể thiếu khí HRT (Hydraulic Retention Time) Thời gian lưu thủy lực MBR (Membrane Bioreactor) Bể lọc sinh học màng NR Nước rác NRR Nước rỉ rác QCVN Quy chuẩn Việt Nam RTSH Rác thải sinh hoạt SRT (Sludge Retention Time) Thời gian lưu bùn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TKN (Total Kjeldahl Nitrogen) Tổng ni tơ hữu ni tơ amoniac UASB Upflow Anerobic Sludge Blanket (Chảy ngược qua lớp bùn yếm khí) XLNT Xử lý nước thải DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần nước rỉ rác số quốc gia Thế giới Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác số quốc gia Châu Á Bảng 1.3 Thành phần nước rỉ rác số quốc gia Châu Á (tiếp) Bảng 1.4: Thành phần nước rác nước WHO, Mỹ Bảng 1.5 Thành phần nước rỉ rác số BCL TP Hồ Chí Minh 11 Bảng 1.6: Thành phần nước rác Bãi chôn lấp Nam Sơn-Sóc Sơn-HN 12 Bảng 1.7 Thành phần, tính chất nước rác cũ BCL 12 Bảng 1.8 Các thành phần nước rác cần xác định thiết kế trạm xử lý nước rác Bảng 2.1 Thông số so sánh hai cấu hình sMBR iMBR 15 Bảng 2.2 So sánh hoạt động công nghệ bùn hoạt tính với MBR 24 Bảng 3.1 Nồng độ chất sau keo tụ 38 Bảng 3.2 Nồng độ chất sau trình kết tủa hóa học 38 Bảng 3.3 Nồng độ chất sau trình kết tủa hóa học 39 Bảng 3.4 Các mô hình bùn hoạt tính 44 Bảng 3.5 Biểu thức động học ASM2d 47 Bảng 3.6 Bảng mô tả biến mô hình ASM2d BioWin 53 Bảng 3.7 Các thông số mặc định mô hình BioWin 54 Bảng 3.8 Giá trị thông số BioWin 55 Bảng 4.1 Nồng độ chất ô nhiễm nước rác sau xử lý hóa lý 62 Bảng 4.2 Kết chạy chương trình thay đổi HRT 63 23 Bảng 4.3 Kết chạy chương trình thay đổi tỷ số thể tích bể anoxic oxic 64 Bảng 4.4 Kết chạy chương trình thay đổi tỷ số tuần hoàn  65 Bảng 4.5 Kết chạy chương trình thay đổi DOanoxic 67 Bảng 4.6 Kết chạy chương trình thay đổi DOoxic 68 Bảng 4.7 Kết chạy chương trình thay đổi SRT 70 Bảng 4.8 Kết chạy chương trình thay đổi nhiệt độ 71 Bảng 4.9 Kết chạy chương trình thay đổi độ kiềm dòng vào 72 Bảng 4.10 Kết chạy chương trình thay đổi tỷ lệ COD:TN dòng vào 74 Bảng 4.11 Tổng hợp giá trị thông số vận hành tối ưu mô hình 75 Bảng 4.12 Kết chạy chương trình với thông sô tối ưu 76 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các thành phần cân nước ô chôn lấp Hình 1.2 Sơ đồ cân nước Hình 2.1 Cấu hình : a – iMBR b – sMBR 22 Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ trình – lý – hóa xử lý nước rác 38 Hình 3.2 Sơ đồ mô hình công nghệ AO-MBR 40 Hình 3.3 Sơ đồ mô tả lý thuyết hai lớp màng trình hấp thụ oxi từ pha khí vào pha lỏng Hình 3.4 Mô hình mô trình xử lý sinh học công nghệ AO-MBR 49 Hình 3.5 Chọn điều kiện nhiệt độ cho trình mô 57 Hình 3.6 Nhập liệu nước thải đầu vào mô hình 57 Hình 3.7 Điều chỉnh thông số đặc trưng nước thải đầu vào 58 Hình 3.8 Điều chỉnh thông số DO bể phản ứng 58 Hình 3.9 Kết nước thải đầu 59 Hình 3.10 Kết bùn thải sau xử lý 59 Hình 3.11 Kiểm soát thông số vận hành bể Anoxic 60 Hình 3.12 Kiểm soát thông số vận hành bể MBR 60 Hình 4.1 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi HRT 63 Hình 4.2 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi tỷ số thể tích bể anoxic / oxic Hình 4.3 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi tỷ số tuần hoàn  Hình 4.4 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi DOanoxic 65 Hình 4.5 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi DOoxic 69 Hình 4.6 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi SRT 70 Hình 4.7 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi nhiệt độ 71 Hình 4.8 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi độ kiềm dòng vào Hình 4.9 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi tỷ lệ COD:TN 73 56 66 67 74 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, chất lượng sống cải thiện vấn đề môi trường quan tâm, đặc biệt vấn đề rác thải nước thải Rác thải sinh từ hoạt động người ngày tăng khối lượng Hầu hết rác thải nước ta chưa phân loại nguồn, gây nhiều khó khăn quản lý xử lý, đồng thời sinh loại nước thải đặc biệt ô nhiễm nước rác - phát sinh từ bãi chôn lấp Nước rác phát sinh từ hoạt động bãi chôn lấp nguồn gây ô nhiễm lớn đến môi trường Nó bốc mùi hôi nặng nề lan tỏa nhiều kilomet, nước rác ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm dễ dàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt Cũng nhiều loại nước thải khác, thành phần (pH, độ kiềm, COD, BOD, NH4+, ) tính chất (khả phân hủy sinh học hiếu khí, kị khí, ) nước rác phát sinh từ bãi chôn lấp thông số quan trọng dùng để xác định công nghệ xử lý, tính toán thiết kế công trình đơn vị, lựa chọn thiết bị, xác định liều lượng hoá chất tối ưu xây dựng quy trình vận hành thích hợp Mặc dù BCL có hệ thống xử lý nước rác phương pháp xử lý nước rác áp dụng bộc lộ nhiều nhược điểm chất lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN 25:2009/BTNMT, cột B2), đặc biệt tiêu COD, BOD, N, P, kim loại nặng, tiêu tốn nhiều hóa chất, giá thành xử lý cao, khó kiểm soát, công suất xử lý không đạt thiết kế Nguyên nhân thay đổi nhanh thành phần nước rác theo thời gian vận hành BCL, với thành phần phức tạp (nồng độ chất hữu khó/không có khả phân hủy sinh học tăng dần nồng độ ammonium tăng đáng kể theo thời gian), không ổn định, việc lựa chọn công nghệ xử lý chưa phù hợp dẫn đến nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường thải sông, rạch hạn chế lượng nước rác BCL tiếp tục tăng lên hàng ngày Xử lý nước thải vấn đề quan trọng công tác bảo vệ môi trường Xã hội ngày phát triển công nghệ xử lý nước thải có nhiều bước tiến Để đạt hiệu áp dụng tốt công nghệ xử lý cần phải có nghiên cứu thực tế cụ thể cho đối tượng phù hợp Vấn đề đặt phải áp dụng công nghệ để xử lý hiệu nước rỉ rác bãi chôn lấp tập trung Dựa sở đó, đề tài “Nghiên cứu mô trình xử lý sinh học công nghệ MBR ứng dụng xử lý nước rỉ rác” hình thành với mong muốn phân tích đánh giá phù hợp trình xử lý nước rác công nghệ MBR đối xử lý nước rỉ rác, qua lựa chọn thông số công nghệ phù hợp để xử lý nước rỉ rác đạt hiệu cao Mục tiêu đề tài Trên sở nghiên cứu trình xử lý sinh học công nghệ MBR từ phân tích đánh giá lựa chọn thông số công nghệ phù hợp phục vụ xử lý nước rỉ rác thực tiễn Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu nước rỉ rác bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt tập trung Việt Nam Nước rỉ rác tiền xử lý phương pháp hóa - lý để nhằm làm giảm mức độ ô nhiễm số thành phần trước đưa vào nghiên cứu xử lý sinh học MBR Phương pháp nghiên cứu Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu: Phương pháp mô hình hóa, phương pháp phân tích xử lý số liệu, phương pháp so sánh phân tích tương quan Ý nghĩa đề tài - Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu lần khẳng định hiệu khả áp dụng công nghệ nghiên cứu vào trình xử lý nước rỉ rác - Ý nghĩa thực tiễn: Từ kết nghiên cứu thu nhận đề tài, xem sở tham khảo tốt việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rác phù hợp cho nhà máy xử lý nước rác Việt Nam CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC 1.1 Khái niệm hình thành nước rỉ rác 1.1.1 Khái niệm nước rỉ rác Nước rỉ rác (còn gọi nước rác) sản phẩm trình phân hủy chất thải trình lý, hóa sinh học diễn lòng bãi chôn lấp Nước rác loại nước chứa nhiều chất ô nhiễm hòa tan từ trình phân hủy rác lắng xuống đáy ô chôn lấp Thông thường chuyển hóa chất diễn BCL gồm bốn giai đoạn sau: - Giai đoạn phân hủy hiếu khí; - Bước chuyển tiếp thứ (từ hiếu khí sang kị khí); - Bước chuyển tiếp thứ hai; - Quá trình metan hóa Giai đoạn phân hủy hiếu khí ban đầu: Quá trình diễn khoảng thời gian từ vài ngày đến vài tuần kể từ rác đem chôn Trong khoảng thời gian oxy từ không khí khuếch tán xâm nhập vào chất thải oxy tồn chất thải sử dụng cho phân hủy hiếu khí chất hữu Quá trình phân hủy sinh học chất hữu trình tổng hợp có tham gia vi khuẩn, nấm, men Phản ứng sinh hóa trình phân hủy chất hữu sau: CHC + O2 + dinh dưỡng Vi khuẩn Tế bào sinh học + chất hữu bền + CO2 + H2O + NH3 + SO42- + lượng Sản phẩm trình phân hủy sinh học hiếu khí rác thải hữu tổ chức tế bào sinh học mới, chất hữu bền, khí CO2, khí NH3 nhiệt Do hàm lượng oxy đống chất thải giảm xuống nên trình phân hủy hiếu khí tiếp tục diễn chậm lại giai đoạn chuyển tiếp từ phân hủy sinh học trình hiếu khí sang trình kị khí Giai đoạn chuyển tiếp thứ nhất: Giai đoạn gọi giai đoạn axit hóa gia trị pH biến đổi khoảng từ đến hình thành axit hữu mà ban đầu axit béo biến đổi thành axit béo bay (axit axetic) Quá trình thường kết thúc từ vài tuần tới vài tháng Bảng 4.8 Kết chạy chương trình thay đổi nhiệt độ Lần chạy (C) NH4+-N (mg/l) NO3 N (mg/l) NO2 N (mg/l) 11 9,4 23 9,64 47,25 0,37 101,4 1,39 13 3,57 28,49 8,16 45,42 0,45 101,2 1,29 15 1,69 33,11 3,96 43,93 0,57 101,1 1,19 17 1,03 35,44 1,0 42,61 0,69 101 1,09 19 0,7 35 0,4 41,19 0,78 100,8 1,01 21 0,49 33,93 0,22 39,71 0,84 100,8 0,93 23 0,36 32,59 0,15 38,13 0,87 100,7 0,87 25 0,26 31,02 0,1 36,4 0,86 100,6 0,82 27 0,19 29,22 0,07 34,48 0,84 100,6 0,78 10 29 0,14 27,21 0,05 32,37 0,81 100,5 0,74 11 31 0,1 25 0,04 30,09 0,78 100,5 0,71 TN (mg/l) TP (mg/l) COD (mg/l) 10 60 50 40 30 20 BOD5 (mg/l) Nitrat-N, TN (mg/L) Ammonia-N, TP (mg/L) T 10 0 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 o Nhiệt độ ( C) Amonia TP Nitrat-N TN Hình 4.7 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi nhiệt độ 71 Nhiệt độ thay đổi lần mô khác số COD, BOD5 , TP dòng biến đổi không nhiều: COD = 100,5  101,4 mg/L, BOD5 = 0,71  1,39 mg/L, TP = 0,37  0,87 mgP/L Khi nhiệt độ tăng dần từ T = 11  31C TN (trong chủ yếu NO3-) giảm dần giảm từ 47,25 mgN/L đến 30,09 mgN/L; NH4+ giảm nhanh từ 9,4 mgN/L đến 1,03 mgN/L (khi T = 17 C) sau tiếp tục giảm chậm đến 0,1 mgN/L Như vậy, nhiệt độ xuống thấp trình nitrat hóa hiệu quả, trình vận hành nhiệt độ xuống thấp (dưới 13C) cần điều chỉnh thông số vận hành nhằm làm tăng hiệu nitrat hóa tăng HRT, nồng độ oxy bể oxic Các tiêu sau xử lý nằm giới hạn cho phép QCVN 25:2009/BTNMT cột B2 nhiệt độ T ≥ 11C Giá trị nhiệt độ cho hệ thống hoạt động hiệu T ≥ 17C 4.9 Ảnh hưởng độ kiềm nước thải dòng vào Chạy chương trình Biowin với thông số nước thải đầu vào bảng 4.1 Giả thiết lựa chọn thông số vận hành: bể anoxic thể tích 15 m3, DO = 0,08 mg/L; bể oxic thể tích 10 m3, DO = mg/L; tỷ số tuần hoàn  =2,0 Thời gian lưu thủy lực HRT 20 h Giữ nguyên pH nước thải dòng vào đồng thời thay đổi độ kiềm từ mmol/L đến 40 mmol/L, chạy chương trình cho kết bảng 4.9 Bảng 4.9 Kết chạy chương trình thay đổi độ kiềm dòng vào Lần chạy Độ kiềm pH mmol/l NH4+-N (mg/l) NO3 N (mg/l) NO2 N (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) COD (mg/l) BOD5 (mg/l) 3,92 85,1 0,03 0,04 90,23 0,01 105,8 4,85 4,92 65,52 4,22 1,01 75,77 0,01 101,2 1,34 5,24 45,34 9,97 2,05 62,4 0,01 101 1,06 5,44 25,61 16,29 3,24 50,21 0,12 100,9 0,97 10 5,62 12,11 27,91 52,8 50,36 1,78 100,8 0,95 15 6,94 0,51 47,39 0,25 53,25 2,24 100,8 9,2 20 7,35 0,48 47,16 0,24 52,96 2,24 100,8 0,92 30 7,71 0,49 34,13 0,22 39,91 1,14 100,7 0,93 40 7,88 0,51 33,18 0,24 38,99 0,29 100,8 0,94 Độ kiềm dòng vào thay đổi lần mô khác số COD, BOD5, TP dòng biến đổi không nhiều: COD = 100,8  105,1 mg/L, BOD5 72 = 0,94  4,85 mg/L, TP = 0,01  2,24 mgP/L Khi độ kiềm dòng vào tăng dần từ  40 mmol/L TN giảm nhanh đến 50,21 mgN/L (khi độ kiềm 8mmol/L) sau tăng chậm lại giảm dần đến 39,91 (khi độ kiềm 30 mmol/L) tiếp tục giảm không đáng kể; đồng thời NH4+ giảm nhanh từ 85,1 mgN/L đến 0,51 mgN/L (khi độ kiềm 15) sau thay đổi không đáng kể pH nước thải dòng thay đổi tăng dần từ pH = 3,92  7,88 độ kiềm dòng vào tăng Các tiêu sau xử lý nằm giới hạn cho phép QCVN 25:2009/BTNMT cột B2 độ kiềm dòng vào lớn mmol/L Như vậy, để trình nitrat đạt 90 80 70 60 pH 50 40 30 20 10 Ammonia-N, Nitrat-N, TN (mg/L) hiệu cần trì độ kiềm dòng vào từ 15  40 mmol/L, giá trị tối ưu độ kiềm 30 mmol/L 0 10 15 20 25 30 35 40 Độ kiềm dòng vào (mmol/L) pH Amonia Nitrat-N TN Hình 4.8 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi độ kiềm dòng vào 4.10 Ảnh hưởng tỷ lệ COD:TN nước thải dòng vào Chạy chương trình Biowin với thông số nước thải đầu vào bảng 4.1 Giả thiết lựa chọn thông số vận hành: bể anoxic thể tích 15 m3, DO = 0,08 mg/L; bể oxic thể tích 10 m3, DO = mg/L; tỷ số tuần hoàn  =2,0 Thời gian lưu thủy lực HRT 20 h Giữ nguyên TN, thay đổi nồng độ COD nước thải dòng vào để tỷ lệ COD:TN thay đổi từ đến 25 lần, chạy chương trình cho kết bảng 4.10 73 Bảng 4.10 Kết chạy chương trình thay đổi tỷ lệ COD:TN dòng vào Lần chạy COD :TN NO3 N (mg/l) NO2 N (mg/l) 0,48 97,34 0,4 103,41 8,98 40,1 0,91 0,48 75,76 0,36 81,68 3,95 59,1 0,92 0,49 54,4 0,3 60,25 2,34 78,1 0,93 10 0,49 33,93 0,22 39,71 0,84 100,8 0,93 12 0,49 23,38 0,17 29,13 0,3 116,2 0,93 14 0,5 20,1 0,18 25,79 0,05 135,2 0,93 16 0,52 17,54 0,19 23,39 0,02 154,3 0,96 18 0,55 15,15 0,2 21,08 0,01 173,5 1,01 20 0,57 12,82 0,21 18,83 0,01 192,6 1,05 10 25 0,58 11,1 0,22 16,5 0,01 240,75 1,07 TN (mg/l) TP (mg/l) 12 11 10 COD (mg/l) BOD5 (mg/l) 110 100 90 80 70 60 50 40 30 Nitrat-N, TN (mg/L) Ammonia-N, TP (mg/L) NH4+-N (mg/l) 20 10 10 12 14 16 18 20 22 24 Tỷ lệ COD:TN Amonia TP Nitrat-N TN Hình 4.9 Biểu đồ biến đổi nồng độ chất sau xử lý thay đổi tỷ lệ COD:TN nước thải dòng vào Tỷ lệ COD:TN nước thải dòng vào lần mô khác số BOD5, NH4+ dòng biến đổi không nhiều: BOD5 = 0,91  1,07 mg/L, 74 NH4+ = 0,48  0,58 mgP/L Khi tỷ lệ COD:TN tăng dần từ  25 lần TN (trong chủ yếu NO3- giảm nhanh từ 103,41 mgN/L đến 29,13 mgN/L (khi COD:TN = 12) sau tiếp tục giảm giảm chậm đến 16,5 mgN/L; đồng thời TP giảm nhanh từ 8,98 mgP/L đến 0,05 mgP/L (khi COD:TN = 14) sau giảm tiếp không đáng kể Trái lại, nồng độ COD dòng tăng dần từ 40,1 mg/L đến 240,75 mg/L, nhiên hiệu suất khử COD không thay đổi nhiều từ 9495% Các tiêu sau xử lý nằm giới hạn cho phép QCVN 25:2009/BTNMT cột B2 tỷ số COD:N ≥ Như vậy, nước thải đầu vào hệ thống MBR xét nồng độ TN cần phải khử đến COD:TN ≥ Giá trị tối ưu lựa chọn COD:TN = 12, nhiên nước thải dòng vào có TN lớn COD dòng vào phải có giá trị định để dòng có COD ≤ 300 mg/L (theo QCVN 25:2009/BTNMT cột B2) 4.11 Giá trị tối ưu thông số công nghệ Tổng hợp kết nghiên cứu từ ảnh hưởng thông số công nghệ đưa giá trị tối ưu bảng 4.11 Chạy chương trình Biowin để mô với thông số nước thải đầu vào bảng 4.1 giá trị thông số tối ưu bảng 4.11, giả thiết nhiệt độ trung bình 21C cho kết bảng 4.12 Bảng 4.11 Tổng hợp giá trị thông số vận hành tối ưu của mô hình STT Thông số Thể tích bể anoxic Thể tích bể oxic Lưu lượng dòng vào Lưu lượng dòng hồi lưu Tỷ số tuần hoàn HRT Đơn vị Giá trị phù hợp Giá trị tối ưu - 15 m - 10 m3/ngày - 30 60  90 60 23 20  30 20 SRT ngày 15  50 30 Lưu lượng bùn thải m3/ngày - 0,5 DOanoxic mg/L 0,08  0,5 0,08 10 DOoxic mg/L 1,5  2,0 11 Nhiệt độ C 17  38,5 Theo thực tế 12 Độ kiềm dòng vào mmol/L 15  40 30 13 Tỷ lệ COD:TN dòng vào ≥8 12 m m /ngày 75 Bảng 4.12 Kết chạy chương trình với thông số tối ưu Thông số Dòng vào Bể anoxic Bể oxic Dòng Bùn thải Lưu lượng (m /ngày) 30 89,5 89,5 29,5 0,5 pH 6,35 7,5 7,74 7,74 7,74 + NH4 - N (mg/l) 116 23,73 0,52 0,52 - - 7,84 33,18 33,18 - - NO2 - N (mg/l) 2,95 0,27 0,27 - TKN (mg/l) 179 28,92 5,58 5,58 - TN (mg/l) 182 349,71 39,04 39,04 - TP (mg/l) 11 - 0,8 0,8 - COD (mg/l) 1890 5015 100,7 100,7 - BOD5 (mg/l) 960,8 1823 0,94 0,94 - VSS (mg/L) 729,8 3350 4768 - VSS (kg/ngày) - - - - 2,38 TSS (mg/L) 792,0 4195 6016 TSS (kg/ngày) - - - - NO3 - N (mg/l) (Kết chi tiết chương trình mô xem phụ lục 01) 76 3,01 KẾT LUẬN Công nghệ MBR công nghệ hoạt động dựa trình sinh học nhằm mang lại hiệu xử lý cao nhờ ưu điểm mà công nghệ MBR mang lại so với công nghệ sinh học khác Tuy nhiên, để phát huy ưu điểm đồng thời giảm mặt hạn chế công nghệ áp dụng cần nghiên cứu trình sinh học diễn để đánh giá lựa chọn thông số công nghệ phù hợp Vì vậy, đề tài luận văn “Nghiên cứu mô trình xử lý sinh học công nghệ MBR ứng dụng xử lý nước rỉ rác” nghiên cứu để giải vấn đề Kết nghiên cứu cho thấy: - Đặc tính nước rác nói chung có hàm lượng chất hữu ammonia cao, BCL mới: COD = 3400  10500 mg/L, BOD5 = 520  4745 mg/L, TN = 1250  1870 mg/L,… Hệ thống xử lý nước rác hầu hết BCL chất thải rắn nước ta chưa xây dựng phù hợp kiểm soát không hiệu Lượng nước rác chưa qua xử lý hay xử lý chưa đạt tiêu chuẩn thải môi trường lớn, làm ô nhiễm nguồn nước mặt - Công nghệ lựa chọn gồm khối: tiền xử lý – xử lý hóa lý – xử lý MBR Nghiên cứu trình xử lý sinh học công nghệ MBR cho thấy, số hạn chế giá thành đầu tư kỹ thuật vận hành, công nghệ MBR có nhiều ưu điểm: nước thải sau xử lý ổn định với hàm lượng COD, BOD5 thấp, chất rắn lơ lửng, số vi khuẩn, vi rút loại bỏ hoàn toàn, nước thải sau xử lý tái sử dụng vào số mục đích khác bãi rác - Dựa kết mô phần mềm Biowin, đưa giá trị tối ưu thông số: HRT = h, SRT = 30 ngày, DOanoxic = 0,08 mg/L, DOoxic = 2,0 mg/L, tỷ lệ thể tích bể anoxic/oxic 1,5; tỷ số tuần hoàn  = 2, độ kiềm dòng vào trì 30 mmol/L, tỷ lệ nồng độ dòng vào COD/TN = 12 Các thông số xem sở tham khảo việc áp dụng vào thực tế thiết kế công nghệ AO-MBR cho công đoạn xử lý sinh học dây chuyền công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt đô thị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ Phốtpho, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Trịnh Lê Hùng (2007), Kỹ thuật xử lý nước thải, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Đức Khiển (2012), Công nghệ xử lý nước thải Môi trường, NXB Công Thương, Hà Nội Nguyễn Hồng Khánh, Lê Văn Cát, Tạ Đăng Toàn, Phạm Tuấn Linh (2009), Môi trường chôn lấp kỹ thuật xử lý nước rác, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trịnh Xuân Lai (2011), Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội Nguyễn Xuân Nguyên (2004), Công nghệ xử lý rác thải chất thải rắn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhân Ngô Thị Nga (2001), Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật Lương Đức Phẩm (2001), Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội 10 Nguyễn Kỳ Phùng, Nguyễn Khoa Việt Trường (2007), “Mô hình hóa trình xử lý nước thải mạng nơtron nhân tạo”, Tạp chí phát triển KH&CN, tập 10 (số 01) 11 Trịnh Thị Thanh (2004), Giáo trình Công nghệ môi trường, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 12 Nguyễn Trung Việt (2003), “Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm từ bãi chôn lấp cũ tái sử dụng sản phẩm phân hủy cho nông nghiệp”, Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Quản lý môi trường (CENTEMA), TP Hồ Chí Minh 13 A.Rivas, Irizar, E.Ayesa (2008), “Model-base optimisation of Wastewater Treatment Plants design”, Environmental Modelling & Software, No 23, pp.435450 14 George Tchobanoglous, Hilary Theisen, S.A.Vigil (1993), Intergrated solid waste management - Engineering Principles anh management isues, The University of Michigan, USA 78 15 H Boursier, F Besline (2004), “Activated Sludge Model No.1 Calibration for piggery wastewater treatment using respirometry”, Wat Sci Technol, Vol.49 ( No – 6), pp 389 -396 16 D-U Lee, R Hamilton (2004), “Significance of denitrifying enzyme dynamics in biological nitrogen removal process: simulation study”, Wat Sci Technol, Vol 49 (No – 6), pp 265 – 274 17 Duncan Mara (2004), Domestic Wastewater Treatment in Developing Countries, Earthscan, UK 18 Metcalf & Eddy (2003), Wastewater Engineering-Treatment and Reuse, Fourth Edition, McGraw Hill Inc., 19 Michela Mulas (2006), Modelling and Control of Activated Sludge Processes (doctoral thesis), Dottorato Di Ricerca In Ingegneria Industriale, Università Degli Studi Cagliari 20 Mogens Henze, Willi Gujer, Takashi Mino, Mark van Loosdrecht (2002), Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d, and ASM3, Edited by IWA group on mathematical modelling for design and operation of biological wastewater treatmen, IWA Publishing, London SW1H 0QS-UK 21 Paulina JELONEK, Ewa NECZAJ (2012), “The use of Advanced Oxidation Processes (AOP) for the treatment of landfill leachate”, Czestochowa University of Technology, vol 15 (no 2), pp 203-217 22 Richar W.Baker (2004), Membrane technology and applications Membrane Technology and Research, Menlo Park, California 23 S E Jorgensen and R A.Vollenweider (1998), Guidelines of lake management 24 Simon Judd (2006), The MBR book: Principles and Applications of Membrane Bioreactors in water and wastewater treatment, Elsevier Ltd, Printed in Great Britain 79 PHỤ LỤC 80 Phụ lục 01: Kết chạy chương trình Biowin cho mô với thông số tối ưu 1/5 Phụ lục 01: Kết chạy chương trình Biowin cho mô với thông số tối ưu 2/5 Phụ lục 01: Kết chạy chương trình Biowin cho mô với thông số tối ưu 3/5 Phụ lục 01: Kết chạy chương trình Biowin cho mô với thông số tối ưu 4/5 Phụ lục 01: Kết chạy chương trình Biowin cho mô với thông số tối ưu 5/5 ... xử lý nước rác 13 1.3.2 Khái quát công nghệ xử lý nước rác 14 1.3.3 Công nghệ xử lý nước rác nước tiên tiến 16 1.3.4 Công nghệ xử lý nước rác Việt Nam 18 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC... đầu nước rác 36 3.3.1.2 Quá trình xử lý hóa lý nước rác 37 3.3.2 Thiết lập mô hình trình xử lý sinh học với công nghệ MBR 39 3.3.3 Mô hình toán mô trình xử lý sinh học 40 3.3.4 Ứng dụng chương trình. .. Nghiên cứu mô trình xử lý sinh học công nghệ MBR ứng dụng xử lý nước rỉ rác hình thành với mong muốn phân tích đánh giá phù hợp trình xử lý nước rác công nghệ MBR đối xử lý nước rỉ rác, qua lựa