Nghiên cứu xử lý bùn cặn từ trạm xử lý nước thải đô thị bằng quá trình phân hủy kỵ khí kết hợp thu hồi biogas

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG DƯƠNG GIA ĐỨC NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÙN CẶN TỪ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƠ THỊ BẰNG Q TRÌNH PHÂN HUỶ KỴ KHÍ KẾT HỢP THU HỒI BIOGAS Chuyên ngành: Cơng nghệ mơi trường Mã số: 60 52.03.20 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN VĂN QUANG Phản biện 1: PGS.TS TRẦN CÁT Phản biện 2: TS NGUYỄN ĐÌNH HUẤN Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 11 tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, với phát triển kinh tế - xã hội, dân số thành thị tăng nhanh với đời sống nâng cao dẫn tới nhu cầu sử dụng nước ngày nhiều Sau sử dụng nước thải theo hệ thống thu gom dẫn trạm xử lý Trong trình xử lý phát sinh lượng bùn cặn dư thừa bùn cặn trở thành gánh nặng cho đô thị không Việt Nam mà nước có kinh tế, khoa học kỹ thuật tiên tiến giới Theo cục bảo vệ mơi trường Mỹ (US-EPA), chi phí xử lý bùn cặn chiếm tới 50% chi phí vận hành tồn hệ thống Hiện trạm XLNT chưa quan tâm xem xét vấn đề xử lý bùn, cặn Cách xử lý bùn cặn phát sinh từ trạm XLNT đơn giản phổ biến Việt Nam làm khơ để giảm thể tích vận chuyển chơn lấp Nhưng nhiều thành phố gặp khó khăn việc thu gom, vận chuyển, xử lý bùn cặn chi phí vận chuyển cao gây lãng phí Mặc dù khả thu hồi lượng từ bùn cặn lớn, bùn cặn có tiềm để tái sử dụng cho mục đích khác Việc tận dùng bùn cặn vừa giúp giảm thiểu chất thải, giảm chi phí để xử lý chất thải, tạo nguồn lượng vừa góp phần bảo vệ môi trường Xuất phát từ sở trên, thực đề tài “Nghiên cứu xử lý bùn cặn từ trạm xử lý nước thải đô thị q trình phân huỷ kỵ khí kết hợp thu hồi Biogas” Mục đích nghiên cứu - Xác định tính chất, thành phần bùn cặn phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải đô thị - Xác định thành phần sản lượng biogas sinh từ q trình phân hủy kỵ khí loại bùn cặn hệ thống XLNT thông số q trình cơng nghệ Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu : Đối tượng nghiên cứu đề tài là: (1) Cặn từ trình xử lý học (2) Bùn hoạt tính màng vi sinh vật từ trình xử lý sinh học (3) Q trình phân hủy kỵ khí bùn cặn từ HTXLNT đô thị * Phạm vi nghiên cứu: Do Đà nẵng chưa có hệ thống XLNT hồn thiện (cơng nghệ hồ kỵ khí) nên loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống xác định cách sử dụng mơ hình trình diễn xử lý nước thải chi phí thấp Metawater (cơng nghệ lọc xốp lọc sinh học) thiết lập mơ hình vật lý mơ q trình lắng tĩnh sinh hóa hiếu khí Aerotank (SBR) để tiến hành thí nghiệm Từ xác định tốc độ phân hủy kỵ khí bùn cặn quy mơ phòng thí nghiệm với cặn từ trình lắng tĩnh, lọc xốp nổi, bùn hoạt tính SBR màng vi sinh vật sau lọc sinh học, thực nghiệm tiến hành trường hợp nạp liệu gián đoạn Đối với cặn từ trình xử lý học, tiến hành tiếp tục quy mô bán thực nghiệm với điều kiện nạp liên tục Thời gian thực đề tài từ tháng 12/2014 đến 6/2015 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê; - Phương pháp khảo sát; - Phương pháp phân tích; - Phương pháp mơ hình; - Phương pháp xử lý số liệu & đánh giá kết quả; Nơi tiến hành thực nghiệm: Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ môi trường, Đại học Đà Nẵng trạm xử lý nước thải Phú Lộc – thành phố Đà Nẵng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu luận văn đóng góp thêm số liệu tính chất thành phần bùn cặn từ hệ thống XLNT Việt Nam, thơng số q trình cơng nghệ có liên quan tới thu hồi Biogas từ bùn cặn, góp phần làm sở khoa học cho việc thiết kế cơng trình xử lý bùn cặn phương pháp kỵ khí 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết đề tài ứng dụng để giải vấn đề tồn trạm xử lý nước thải đô thị: (1) Giảm thiểu khối lượng bùn, cặn thải; (2) Giảm chi phí để xử lý chất thải; (3) Tận thu nguồn khí sinh học góp phần bảo vệ mơi trường Bố cục luận văn Luận văn gồm có 03 Chương trình bày theo bố cục sau: Mở đầu Chương Tổng quan Chương Đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu Chương Kết nghiên cứu thảo luận Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1.1 Nước thải đô thị a Định nghĩa Nước thải đô thị nước thải sinh hoạt từ hoạt động người nước thải từ hoạt động dịch vụ công cộng quan, chợ, bệnh viện, trường học khu dân cư b Lưu lượng, tính chất, thành phần nước thải Lưu lượng nước thải sinh hoạt khu dân cư xác định sở nước cấp Thông thường tiêu chuẩn thải lấy 60 – 80% tiêu chuẩn cấp nước Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt khu dân cư phụ thuộc vào trang thiết bị vệ sinh, đặc điểm khí hậu thời tiết tập quán sinh hoạt người dân Lượng nước thải sở dịch vụ cơng trình cơng cộng phụ thuộc vào loại cơng trình, chức năng, số người tham gia phục vụ Thành phần đặc tính nước thải: Các chất chứa nước thải xét theo chất bao gồm: Các chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật Bảng 1.1 Nồng độ chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt STT Các số Nồng độ (mg/l) Nặng Trung bình Nhẹ Chất rắn lơ lửng 350 250 100 Chất rắn hoàn tan 1200 700 350 BOD5 300 200 100 COD 1000 500 250 Tổng Nitơ 85 40 20 Tổng Phốtpho 20 10 Khi thiết kế cơng trình xử lý nước thải cho khu dân cư khu đô thị, nồng độ chất bẩn nước thải sinh hoạt xác định theo tải lượng chất bẩn tính cho người ngày đêm quy định TCVN 7957:2008 bảng 1.2 Bảng 1.2 Tải lượng chất bẩn tính cho người ngày đêm STT Các số Chất rắn lơ lửng (SS) BOD5 nước thải lắng BOD5 nước chưa lắng Nitơ muối amôni (N-NH4) Phôtphát (P2O5) Clorua (Cl-) Chất hoạt động bề mặt Khối lượng (g/người.ngày) 60 – 65 30 - 35 65 3,3 10 – 2,5 1.1.2 Các phương pháp xử lý nước thải Xử lý nước thải trình tách tạp chất khỏi nước thải trước thải vào nguồn tiếp nhận đảm bảo tiêu chuẩn, quy chuẩn quan quản lý Để xử lý nước thải thường ứng dụng phương pháp xử lý sau: xử lý học, sinh học hóa học a Phương pháp học Nhằm loại bỏ tạp chất khơng hòa tan nước thải: - Chất trơi có kích thước lớn: rác, cây, giẻ lau, nilon, … - Khoáng chất vô cơ, cát, mảnh kim loại, thủy tinh, mảnh xương - Chất hữu lơ lửng, phân tán (một phần chất dạng keo ) b Phương pháp sinh học hiếu khí\ Xử lý sinh học thường áp dụng sau nước thải xử lý sơ biện pháp học Quá trình bao gồm giai đoạn: hoạt hoá sinh học tách, hồi lưu bùn hoạt tính từ bể lắng II Dựa vào khả sống hoạt động vi sinh vật để phân hủy chất hữu nước thải Vi sinh vật sử dụng hợp chất hữu cơ, số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Trong trình trao đổi chất, vi sinh vật nhận chất làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trưởng sinh sản dẫn đến sinh khối tăng lên, chất hữu giảm Các cơng trình dạng chia thành loại: Sinh hoá điều kiện tự nhiên gần với điều kiện tự nhiên: hồ sinh vật, đất ngập nước, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, Sinh hoá điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh vật thấp tải, cao tải, mương oxy hố tuần hồn, bể aeroten (bùn hoạt tính), oxyten (bùn hoạt tính cao tải) c Phương pháp hóa học hóa lý d Sơ đồ dây tổng quát chuyền công nghệ xử lý nước thải 1.2 TỔNG QUAN VỀ BÙN CẶN VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Định nghĩa: Bùn thải bùn hữu vô nạo vét, thu gom từ bể tự hoại, mạng lưới thu gom chuyển tải, hồ điều hòa, kênh mương, cửa thu, giếng thu nước mưa, trạm bơm nước mưa, nước thải, cửa xả nhà máy xử lý nước thải Số lượng, thành phần, tính chất hóa lý bùn cặn phụ thuộc vào nước thải ban đầu phương pháp xử lý nước thải 1.2.1 Số lượng bùn cặn thải Bảng 1.3 Khối lượng tỉ trọng cặn sinh xử lý nước thải STT Các công đoạn xử lý Tỉ trọng cặn khô (t/m3) Tỉ trọng cặn lắng (t/m3) Cặn khô (kg/1000m3) Giá trị Khoảng trung dao động bình 107 - 167,7 150 Bể lắng đợt I 1,4 1,02 Bể lắng đợt II 1,25 1,005 72 - 96 84 sau aerotank Bể lắng đợt II 1,45 1,025 60 - 96 72 sau biofill 1.2.2 Tính chất thành phần bùn cặn Cặn rác giữ lại song chắn rác có kích thước lớn với số lượng thay đổi tùy thuộc vào hiệu quản lý mạng lưới thu gom vận chuyển Cặn rác có độ ẩm 85 – 95 %, chứa 50 – 80 % chất hữu cơ, có mùi thối Cát cặn nặng kích thước lớn 0,2mm từ bể lắng cát, độ ẩm cặn 14 – 35%, chứa 30 – 50 % chất hữu Cặn tươi: hình thành từ cơng trình lắng I Thành phần chủ yếu: 80 – 85% hydratcacbon, chất béo protein, 15 – 20% lignin phức chất đất mùn Độ ẩm cặn khoảng 92 – 98% Bùn sinh học: hình thành từ trình xử lý bậc II trình sinh học giữ lại bể lắng II, thường dạng huyền phù chứa keo bơng vơ định hình, gồm vi sinh vật hiếu khí có cấu tạo đơn giản chất hữu nhiễm bẩn có nước thải Bùn hoạt tính sau aerotank có độ ẩm cao 99,2 – 99,7 %, màng sinh vật sau biofill có độ ẩm 96 – 96,5% 1.2.3 Phương pháp xử lý bùn cặn a Mục đích xử lý bùn cặn Giảm khối lượng hỗn hợp bùn cặn cách tách phần lượng nước có hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước cơng trình xử lý giảm thể tích cặn phải vận chuyền tới nơi tiếp nhận Các phương pháp xử lý: làm khô phân hủy kỵ khí b Phương pháp làm khơ bùn cặn - Làm khô cặn sân phơi bùn - Làm khô cặn lọc chân không - Làm khô cặn quay ly tâm - Làm khô cặn lọc ép - Làm khô phương pháp nhiệt c Phương pháp phân hủy kỵ khí - Bể lắng vỏ - Bể mêtan 1.3 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SINH HỌC (BIOGAS) 1.3.1 Bioagas q trình sản xuất khí biogas a Bản chất hóa học Biogas Biogas sản phẩm bay trình lên men kỵ khí phân giải hợp chất hữu Thành phần Biogas gồm có CH4, CO2, H2S, H2, O2, N2,… Trong đó, CH4 thành phần chủ yếu loại khí cháy b Nguồn nguyên liệu sản xuất khí sinh học Tất phế liệu, phế thải có nguồn gốc thực vật sản xuất nông - lâm nghiệp, chế biến nông lâm sản sinh hoạt gia đình sử dụng làm nguyên liệu sản xuất khí sinh học c Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men tạo khí Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình lên men tạo khí sinh học nhiệt độ mơi trường, độ pH hỗn hợp bể phân hủy, tỉ lệ C/N nguyên liệu, tỉ lệ pha loãng, thời gian lưu thủy lực, đặc tính nguyên liệu, tốc độ bổ sung nguyên liệu vào bể phân hủy, mức độ kỵ khí độc tố… 1.3.2 Cơ sở sinh học q trình lên men tạo khí sinh học Q trình lên men kỵ khí sinh metan gồm 03 giai đoạn là: thủy phân, lên men axit lên men metan 1.4 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI, BÙN CẶN TẠI ĐÀ NẴNG 1.4.1 Hệ thống thu gom xử lý nước thải Thành phố Đà Nẵng Hệ thống nước thải có Đà Nẵng hệ thống cống chung Các đặc điểm hệ thống nước thải trình bày hình 1.13 10 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU * Đối tượng nghiên cứu: - Bùn cặn hệ thống xử lý nước thải đô thị Đà nẵng - Qúa trình phân hủy kỵ khí bùn cặn * Phạm vi nghiên cứu: Do Đà nẵng chưa có hệ thống XLNT hoàn thiện nên loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống xác định cách sử dụng mơ hình trình diễn xử lý nước thải chi phí thấp Metawater (cơng nghệ lọc xốp lọc sinh học) dự án hợp tác EPRC MetaWater thiết lập mơ hình vật lý mơ q trình lắng tĩnh sinh hóa hiếu khí Aerotank (SBR) để tiến hành thí nghiệm Từ thiết lập vận hành mơ hình tốc độ phân hủy kỵ khí bùn cặn quy mơ phòng thí nghiệm với cặn từ trình lắng tĩnh, lọc xốp nổi, bùn hoạt tính SBR màng vi sinh vật sau lọc sinh học, thực nghiệm tiến hành trường hợp nạp liệu gián đoạn (ở chế độ lên men ấm lên men nóng) Đối với cặn từ trình xử lý học, tiến hành tiếp tục quy mô bán thực nghiệm với điều kiện nạp liên tục (ở chế độ lên men ấm) 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.2.1 Xác định lưu lượng, tính chất, thành phần rác, bùn, cặn hệ thống xử lý nước thải - Khảo sát hệ thống XLNT trạm Phú lộc (xác định lưu lượng, lượng rác tách từ song chắn rác) - Hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp Metawater (xác định lượng bùn cặn từ trình lọc xốp lọc sinh học) 11 - Mơ hình lắng tĩnh SBR (xác định lượng bùn cặn từ lắng aertank theo mẻ) - Lấy mẫu nước thải cặn cơng trình phân tích thơng số ô nhiễm đặc trưng nước thải cặn: + Nước thải: pH, SS, COD + Cặn: độ ẩm, độ tro, độ kiềm, COD, N-NH4, P-PO4 a Xác định lượng cặn, bùn giữ lại song chắn rác b Xác định lượng cặn, bùn phát sinh từ trình lọc xốp FSF lọc sinh học – HTF Hình 2.3: Sơ đồ XLNT công nghệ lọc xốp lọc sinh học c Xác định lượng cặn, bùn phát sinh từ trình lắng aerotank – SBR 12 Hình 2.4: Sơ đồ xử lý nước thải công nghệ lắng tĩnh SBR 2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm a Mơ hình khảo sát khả sinh khí, tốc độ phân hủy bùn cặn chế độ lên men ấm lên men nóng – chế độ gián đoạn Cấu tạo mơ hình gồm: Thiết bị ổn định nhiệt độ (bếp cách thủy), bình phản ứng hình trụ (500ml), Hệ thống đường ống thu khí, thiết bị khuấy trộn (máy khuấy từ) Các loại bùn, cặn nạp: cặn từ lọc xốp - FSF, bùn từ lắng trình lọc sinh học - HTF, bùn dư từ q trình aerotank – SBR Hình 2.5: Mơ hình phân hủy 500 ml 13 b Mơ hình xác định tốc độ phân hủy bùn cặn chế độ liên tục Hình 2.7: Mơ hình phân hủy 160 lít 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1 Phương pháp thống kê 2.3.2 Phương pháp khảo sát 2.3.3 Phương pháp mơ hình 2.3.4 Phương pháp phân tích 2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu & đánh giá kết 14 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU & THẢO LUẬN 3.1 TÍNH CHẤT, THÀNH PHẦN TẠP CHẤT TỪ HỆ THỐNG XLNT 3.1.1 Lưu lượng nước thải Hình 3.1: Biểu đồ lưu lượng nước thải theo Lưu lượng nước thải khơng điều hòa ngày, lưu lượng thấp 886,7 m3/h lưu lượng lớn 1760,9 m3/h, tổng lưu lượng nước thải dao động khoảng 37.000 - 39.000m3/ngđ 3.1.2 Lượng tạp chất giữ lại song chắn rác Tạp chất từ song chắn rác bao gồm: Túi ni lon, vỏ chai nhựa, cỏ cây, bùn cặn, mỡ Trong bao bì, túi nilong song chắn có khối lượng lớn nhất, lại tồn dạng mảng kết dính, có màu đen lên bề mặt 15 Hình 3.2: Lượng rác tách song chắn rác theo ngày Bảng 3.3: Thành phần rác song chắn rác STT Phần trăm (%) Thành phần Hữu khó phân hủy Túi ni lon, Nhựa 86,4 Hữu có khả phân hủy Cỏ cây, bùn cặn, mỡ 13,6 Các tạp chất có kích thước lớn định kỳ thu gom lưu trữ thùng rác vận chuyển để thải bỏ công ty Môi trường đô thị nhằm hạn chế phát sinh mùi hôi khu vực hệ thống xử lý, ảnh hưởng đến mơi trường khơng khí xung quanh 3.1.3 Khối lượng bùn cặn phát sinh từ hệ thống Các loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống XLNT xác định cách sử dụng mơ hình trình diễn xử lý nước thải chi phí thấp Metawater (công nghệ lọc xốp lọc sinh học) thiết lập mơ hình vật lý mơ q trình lắng tĩnh sinh hóa hiếu khí Aerotank (SBR) Lượng bùn cặn tách cơng trình thể hình 3.8 16 Hình 3.8: Tổng hợp lượng tạp chất tách cơng trình - Bùn cặn tách từ cơng trình học có số lượng lớn cơng trình sinh học từ 1,7 - 2,6 lần, bùn phát sinh từ trình lắng tĩnh lớn nhất: 38 kg/1000 m3, cặn phát sinh từ cơng trình lọc sinh học - HTF nhỏ nhất: 13 kg/1000 m3 - Tổng lượng bùn cặn phát sinh từ q trình lắng tĩnh q trình làm thống aeroten theo mẻ 56 g/m3 nước thải, lớn so với bùn cặn phát sinh từ trình lọc xốp trình lọc sinh học tốc độ cao 47 g/m3 nước thải 3.1.4 Tính chất thành phần loại cặn Bảng 3.4: Thành phần bùn cặn tách từ cơng trình xử lý Bùn, cặn Cặn từ mơ hình lọc xốp _ FSF Bùn từ trình lọc sinh học - HTF Độ ẩm (%) Độ tro (%) Độ kiềm (mgCaCO3/l) COD (mg/l) NNH4 (mg/l) PPO4 (mg/l) 97,9 98,2 38,3 -55,3 430 - 610 11800 16300 295 407,5 98,3 135,8 96,7 98,6 38,6 -49 410-640 10200 32000 255762,5 85 266,5 17 Bùn, cặn Cặn từ trình lắng tĩnh Bùn dư từ SBR Độ ẩm (%) Độ tro (%) Độ kiềm (mgCaCO3/l) COD (mg/l) NNH4 (mg/l) PPO4 (mg/l) 97,2 98,6 40,3 -48,3 460-710 14600 30100 300672,5 100 250,6 9999,1 18,5 -31,9 450-530 7600 9600 190 240 63,3 80 - Các loại bùn, cặn tách từ cơng trình xử lý có chứa nhiều chất hữu dễ phân hủy, độ tro dao động từ 38 – 55% (trừ bùn sinh học SBR 18-32%) Nguyên nhân hệ thống thu gom nước thải hệ thống chung tuyến cống thu gom dài, phần chất hữu phân hủy trình vận chuyển - Độ kiềm dao động từ 410 – 710 mg/l độ ẩm dao động từ 96,7 – 99,1%, Tỷ lệ chất hữu chất dinh dưỡng C:N:P ≈ 120:3:1 Qua đó, đánh giá sơ cặn thu hồi HTXLNT xử lý phương pháp phân hủy kỵ khí 3.2 XÁC ĐịNH THƠNG SỐ CỦA Q TRÌNH Ở CHẾ ĐỘ LÊN MEN ÂM VÀ LÊN MEN NĨNG Kết tính tốn thơng số thực nghiệm, sản lượng khí mơ hình thể hình 3.10 bảng 3.7 Hình 3.10: Tổng lượng khí sinh kết thúc thí nghiệm 18 Bảng 3.7: Thơng số thực nghiệm sản lượng khí sinh Thể tích Sản lượng khí Thời gian lưu (d) khí (ml) (ml/gCHC) STT Mơ Hình CHC phân hủy (g) MH FSF - 55 3,4 1039 308 12 MH HTF - 55 3,4 990 294 14 MH SBR - 55 2,3 498 217 14 MH FSF - 35 3,3 916 271 15 MH HTF - 35 3,3 902 267 16 MH SBR - 35 2,2 413 180 16 - Từ kết vận hành mơ hình gián đoạn 500ml ta nhận thấy loại bùn cặn có khả phân hủy, chế độ nóng 550C thời gian thích nghi bùn dài (4 ngày), chế độ ấm 350C thời gian thích nghi ngắn (1 - ngày) Tuy nhiên thời gian phân hủy chất hữu giai đoạn sau bùn cặn chế độ nóng lại ngắn, ngắn 10 ngày cặn - FSF - Thời gian lưu cặn - FSF 12 ngày chế độ nóng 14 ngày chế độ ấm Bùn - HTF bùn - SBR có thời gian lưu 15 ngày chế độ nóng 16 ngày chế độ ấm - Sản lượng khí loại bùn cặn tương ứng chế độ nóng cao chế độ ấm lúc vi sinh vật kỵ khí thích nghi chế độ nóng sử dụng tối đa chất hữu vi sinh vật chế độ ấm - Sản lượng khí lớn tính gam chất hữu phân hủy cặn FSF chế độ nóng (0,3 l/gCHC), thấp bùn SBR chế độ ấm (0,18 l/gCHC) 19 - Nhiệt độ tối ưu cho trình phân hủy: ta nhận thấy chế độ nóng cho sản lượng khí cao hơn, thời gian phân hủy chất hữu ngắn hơn, nhiên yêu cầu phải gia nhiệt thường xuyên, tốn lượng khó khăn kiểm sốt vận hành, chế độ ấm cho sản lượng khí thấp 10% điều kiện khí hậu Việt Nam, nhiệt độ trung bình cao nên vận hành có nhiều thời điểm khơng cần phải gia nhiệt Do với thực tế Việt Nam nên áp dụng với chế độ ấm 350C 3.3 XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ PHÂN HỦY BÙN CẶN Ở CHẾ ĐỘ LIÊN TỤC Bảng 3.8: Kết phân tích thơng số đầu vào bùn cặn nạp vào mơ hình STT Cặn nạp vào Cặn lấy Độ ẩm (%) Độ tro (%) COD (mg/l) Độ kiềm (mgCaCO3/l) N - NH4 (mg/l) Min Max Trung bình 97,6 98,3 37 56 9800 19700 300 720 245 492,5 98 49,7 16000 550 397,4 Min 90,8 64,7 28900 3900 630 Max Trung bình 92 69,2 35100 4700 810 91 68 31250 4250 732,6 Thơng số Bảng 3.9: Kết theo dõi lượng, tính chất thành phần biogas thu STT Q (lít) Tải trọng (g/lit.ngày) Thể tích khí V (lít) CH4 (%) CO2 (%) O2 (%) Khác (%) 5,0 0,42 1,5 76,6 12,4 1,1 9,9 7,5 0,63 3,0 75,3 13,1 0,9 10,7 20 STT Q (lít) Tải trọng (g/lit.ngày) Thể tích khí V (lít) CH4 (%) CO2 (%) O2 (%) Khác (%) 10,0 0,84 8,0 74,1 17,6 7,3 15,0 1,25 10,0 73,1 15,2 0,9 10,8 20,0 1,67 11,5 72,0 15,1 0,9 12 Từ kết tính tốn ta có biểu đồ hiệu suất phân hủy chất hữu theo tải trọng hình 3.11 Hình 3.11: Hiệu suất phân hủy chất hữu theo tải trọng Hiệu suất phân hủy chất hữu giảm dần theo tăng tải trọng Cao 40,8 % ứng với tải trọng thấp 0,42 g/lít.ngày; tải trọng tăng lên 0,63 g/lít.ngày hiệu suất phân hủy chất hữu 33,7 %; tải trọng 0,84 g/lít.ngày cho hiệu suất 29,7 %; tải trọng 1,25 g/lít.ngày cho hiệu suất 25,5 % thấp 22,9 % ứng với tải trọng lớn 1,67 g/lít.ngày Hình 3.12 thể tổng lượng khí sinh ngày theo tải trọng chất hữu A (gCHC/lít.ngày) 21 Hình 3.12: Lượng biogas trung bình thu theo tải trọng Thảo luận: Lượng biogas sinh tăng dần theo tăng tải trọng chất hữu nạp vào mơ hình Ở tải trọng 0,42 gCHC/lít.ngày thu lượng khí trung bình 1,5 lít /ngày; tải trọng 0,63 gCHC/lít.ngày thu lít/ngày; tải trọng 0,84 gCHC/lít.ngày thu lít/ngày; tải trọng 1,25 gCHC/lít.ngày thu trung bình 10 lít /ngày tải trọng 1,67 gCHC/lít.ngày thu lớn 11,5 lít/ngày Hình 3.13 thể sản lượng biogas thu theo tải trọng chất hữu A (gCHC/lít.ngày) Hình 3.13: Sản lượng biogas thu theo tải trọng 22 Khi tăng tải trọng chất hữu nạp vào mơ hình hiệu suất phân hủy chất hữu giảm, sản lượng biogas thu hồi g chất hữu tăng từ 74 ml/g lên 261 ml/g tải trọng tăng từ 0,42 gCHC/lít.ngày đến 0,84 gCHC/lít.ngày; Sau sản lượng biogas giảm xuống 251 ml/g tải trọng tăng lên 1,67 gCHC/lít.ngày Từ kết ta nhận thấy với tải trọng chất hữu 0,84 gCHC/lít.ngày cho sản lượng biogas lớn (269 ml/g), sau tăng tải trọng sản lượng giảm xuống lúc lượng chất hữu vào ngày lớn làm vi sinh vật tiêu thụ khơng hết dẫn đến sốc tải; tải trọng thấp lượng chất hữu bị vi sinh vật tiêu thu hết thiếu lượng chất hữu cơ, mà tải trọng thấp cho hiệu suất cao mà sản lượng khí thu lại thấp, thiết kế thực tiễn nên vận hành tải trọng 0,84 gCHC/lít.ngày 3.4 ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN CẶN TẠI TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÚ LỘC 3.4.1 Đề xuất phương án Với vấn đề theo quy hoạch tương lai TP Đà Nẵng áp dụng cơng nghệ hiếu khí xử lý nước thải để giải vấn đề chất lượng nước đầu ổn định đảm bảo tiêu chuẩn tránh phát sinh mùi Như với cơng nghệ hiếu khí phát sinh lượng bùn cặn cần phải xử lý Theo hướng cải tạo hệ thống xử lý nước thải việc áp dụng công nghệ aerotank theo mẻ - SBR tận dụng hồ kỵ khí làm bể thổi khí, dây chuyền đề xuất là: 23 Hình 3.15: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý 3.4.2 Tính tốn cơng trình xử lý bùn cặn a Bể nén bùn b Bể mêtan c Sân phơi bùn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Thành phần tạp chất nước thải sinh hoạt tách song chắn rác chủ yếu túi ni lon, cỏ kích thước lớn, bùn cặn, mỡ vụn Các tạp chất có kích thước lớn khó có khả phân hủy nên khơng thích hợp cho q trình xử lý kỵ khí Đề xuất phương án thu gom riêng, làm nước, vận chuyển chôn lấp hợp vệ sinh nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường Bùn cặn tách từ cơng trình học lắng sau cơng trình sinh học có chứa chất hữu dễ phân hủy, độ tro dao động từ 38 – 55% (bùn sinh học SBR 18-32%), độ kiềm dao động từ 410 – 710 mg/l độ ẩm dao động từ 96,7 – 99,1%, tỉ lệ chất hữu chất dinh dưỡng C:N:P ≈ 120:3:1 Qua chứng tỏ cặn thu hồi HTXLNT xử lý phương pháp phân hủy kỵ khí 24 Kết vận hành mơ hình gián đoạn 500 ml: loại bùn cặn có khả phân hủy Thời gian phân hủy chế độ nóng 550C 12 ngày 16 ngày chế độ ấm 350C Sản lượng khí trung bình tính gam chất hữu phân hủy chế độ nóng 0,28 l/g, chế độ ấm 0,19 l/g Thông số vận hành mơ hình liên tục: Ở tải trọng 0,42 gCHC/lít.ngày hiệu suất sinh khí thấp 74 ml/g, tải trọng 1,67 gCHC/lít.ngày mơ hình có tượng sốc tải Do thực tiễn thiết kế nên vận hành tải trọng 0,84 gCHC/lít.ngày, thời gian lưu nước ngày, thời gian lưu bùn 18 ngày cho sản lượng biogas lớn 0,27 ml/g, hiệu suất phân hủy chất hữu 29,7 % Thành phần khí sinh học gồm CH4 = 60-70 % O2 = 0,7 - 1,8 %; CO2 = 7,1 - 20,8 % Khí sinh học có khả cháy tỏa nhiệt lượng cao KIẾN NGHỊ Đề tài chưa tiến hành thực nghiệm xác định khả sinh khí tất loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống trường hợp nạp liệu liên tục Do vậy, cần có bước nghiên cứu sau: Nghiên cứu xác định khả sinh khí bùn, cặn trường hợp nạp liệu liên tục, thực nghiệm với hỗn hợp cặn lắng tĩnh – bùn hoạt tính dư sau aerotank cặn lọc xốp – màng vi sinh vật sau lọc sinh học Nghiên cứu biện pháp lọc tạp chất biogas để nâng cao nhiệt trị khí (trong trường hợp nạp liệu liên tục) Ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn: Xây dựng hệ thống xử lý bùn cặn trạm XLNT đô thị địa bàn thành phố Đà Nẵng nói riêng Việt Nam nói chung góp phần hồn thiện cơng nghệ xử lý nước thải theo hướng bền vững, giảm thiểu lượng bùn cặn chôn lấp, giải vấn đề lượng tương lai ... để xử lý chất thải, tạo nguồn lượng vừa góp phần bảo vệ mơi trường Xuất phát từ sở trên, thực đề tài Nghiên cứu xử lý bùn cặn từ trạm xử lý nước thải thị q trình phân huỷ kỵ khí kết hợp thu hồi. .. cửa thu, giếng thu nước mưa, trạm bơm nước mưa, nước thải, cửa xả nhà máy xử lý nước thải Số lượng, thành phần, tính chất hóa lý bùn cặn phụ thu c vào nước thải ban đầu phương pháp xử lý nước thải. .. pháp nghiên cứu Chương Kết nghiên cứu thảo luận Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1.1 Nước thải đô thị a Định nghĩa Nước thải đô thị nước thải