Nghiên cứu tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm và phân hủy yếm khí bùn thải từ trạm xử lý nước thải Sơn Trà - Đà Nẵng kết hợp thu hồi Biogas.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN VIẾT THOÀN NGHIÊN CỨU TIỀN XỬ LÝ BÙN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM VÀ PHÂN HỦY YẾM KHÍ BÙN THẢI TỪ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠN TRÀ – ĐÀ NẴNG KẾT HỢP THU HỒI BIOGAS Chuyên ngành: Kỹ thuật mơi trường Mã số: 60.52.03.20 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ VĂN MẠNH Phản biện 1: TS TRẦN MINH THẢO Phản biện 2: TS ĐẶNG QUANG HẢI Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật môi trường Trường Đại học Bách khoa vào ngày 26 tháng 04 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu Truyền thông Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng  Thư viện Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm qua, Đà Nẵng có bước phát triển vượt bậc tăng trưởng kinh tế xây dựng đô thị để trở thành đô thị đại Việt Nam Đi kèm với phát triển kinh tế xã hội, mở rộng không gian đô thị thành phố nguy gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt nước thải sinh hoạt Việc xây dựng trạm xử lý nước thải điều kiện bắt buộc thành phố để đảm bảo nước thải môi trường đạt tiêu chuẩn cho phép Tuy nhiên, nhiều trạm xử lý nước thải xây dựng hoạt động lượng bùn thải hữu thải từ trạm nhiều Bùn cặn phát sinh từ trình xử lý nước thải có độ ẩm cao, chứa nhiều chất hữu phân hủy phương pháp sinh học Ở Việt Nam, Bùn thải chủ yếu xử lý ép loại nước, phơi khô, đổ bỏ hay chôn lấp, lượng nhỏ làm phân bón Việc đổ bỏ, chôn lấp bùn thải gây ô nhiễm mơi trường, lãng phí tài ngun mơi trường Trong lĩnh vực xử lý bùn thải, Giai đoạn tiền xử lý giai đoạn quan trọng, liên quan chặt chẽ đến hiệu suất phân hủy, hiệu suất tạo biogas thời gian lưu tồn q trình Q trình phân hủy yếm khí liên quan tới hàng loạt bước thủy phân, lên men axít, hình thành axít mêtan Rất nhiều nhà nghiên cứu cho trình thủy phân bước hạn chế phân hủy bùn yếm khí cấu trúc phức tạp bùn (như hợp chất màng tế bào, polymer) thành phần rắn thành tế bào, dẫn đến cần kéo dài thời gian xử lý, phần chất rắn hữu dễ phân hủy thấp hiệu suất hình thành tạo biogas khơng kỳ vọng Để gia tăng tốc độ thủy phân nâng cao sản lượng biogas công đoạn sau, nhiều lựa chọn cho trình tiền xử lý bùn học, nhiệt, hóa học, sinh học Trên sở đó, tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu tiền xử lý bùn phương pháp siêu âm phân hủy yếm khí bùn thải từ trạm xử lý nước thải Sơn Trà – Đà Nẵng kết hợp thu hồi Biogas” nhằm xác định thơng số q trình phân hủy yếm khí bùn sau tiền xử lý siêu âm, hiệu thu hồi biogas; làm sở cho giải pháp xử lý bùn thải trạm xử lý nước thải Sơn Trà Mục tiêu nghiên cứu a) Mục tiêu tổng qt - Hồn thiện quy trình công nghệ xử lý bùn thải hữu kết hợp thu hồi khí sinh học phù hợp với điều kiện thực tế - Hình thành phát triển mơ hình tái chế chất thải, tái sử dụng lượng, hướng đến mục tiêu phát triển bền vững thành phố Đà Nẵng, xây dựng Đà Nẵng – Thành phố Môi trường b) Mục tiêu cụ thể - Khảo sát trạng phát sinh, quản lý, thành phần tính chất bùn Trạm XLNT Sơn Trà - Khảo sát khả tác dụng sóng siêu âm trình tiền xử lý bùn đến hàm lượng hữu hòa tan (SCOD) tần số 26kHz với mức lượng khác Hiệu suất sinh biogas - Hồn thiện q trình phân hủy yếm khí bùn kết hợp tiền xử lý bùn phương pháp siêu âm trạm XLNT Sơn Trà; Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu - Bùn phát sinh từ trạm XLNT Sơn Trà; - Mô hình tiền xử lý bùn siêu âm; - Mơ hình phân hủy bùn phương pháp yếm khí; b) Phạm vi nghiên cứu - Bùn sau bể nén trạm xử lý nước thải Sơn Trà - Đà Nẵng; - Các thơng số q trình cơng nghệ tiền xử lý bùn phương pháp siêu âm: mức lượng siêu âm; Sự thay đổi thông số chất hữu hòa tan (SCOD) Hiệu suất sinh biogas - Các thơng số q trình phân hủy yếm khí bùn thải sau tiền xử lý phương pháp siêu âm: tốc độ phân hủy bùn; hiệu suất phân hủy chất hữu cơ; sản lượng CH4 thu Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê - Phương pháp quan trắc phân tích - Phương pháp mơ hình - Phương pháp xử lý số liệu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a) Ý nghĩa khoa học Số liệu kết có làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu sở tính tốn, thiết kế cơng trình liên quan đến xử lý bùn thải trạm XLNT đô thị b) Ý nghĩa thực tiễn Kết đề tài sở thiết thực hỗ trợ cho việc tính tốn, thiết kế vận hành HTXL bùn trạm XLNT Sơn Trà đạt hiệu cao, thu hồi khí sinh học, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Cấu trúc luận văn Mở đầu Chương I Tổng quan Chương II Đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu Chương III Kết nghiên cứu Kết luận kiến nghị 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Bùn thải 1.1.1 Khái niệm, nguồn gốc phát sinh 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 Tại quy định Điều 25 Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 Chính phủ thoát nước xử lý nước thải, Bùn thải phân loại theo nguồn gốc phát sinh, mức độ ô nhiễm theo ngưỡng nguy hại bùn thải từ trình xử lý nước thải 1.1.2 Đặc điểm tính chất Thành phần loại bùn thải khác nhau, bùn thải từ mạng lưới thoát nước bùn nạo vét kênh rạch chứa chủ yếu cát đất bùn thải từ trạm/ nhà máy XLNT từ bể tự hoại chứa chủ yếu chất hữu dễ bị thối rữa, có vi khuẩn gây độc cho mơi trường cần có biện pháp xử lý trước thải nguồn tiếp nhận 1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn cặn - Phương pháp làm khô bùn cặn - Phương pháp phân hủy kỵ khí 1.2 Hiện trạng quản lý, xử lý bùn thải Việt Nam 1.2.1 Hiện trạng phát sinh Hiện nay, chưa có số liệu thống kê đầy đủ phát sinh bùn thải phạm vi nước, số liệu bùn thải thường tập trung liên quan đến bùn thải từ bể tự hoại bùn thải từ hệ thống nước thị Khối lượng bùn thải dự báo dựa vào hệ số phát sinh bùn 5 1.2.2 Thu gom xử lý Hiện nay, bùn thải từ hoạt động nạo vét cống rãnh, kênh rạch bùn bể tự hoại vận chuyển xe chuyên dụng xà lan (bùn nạo vét kênh rạch) Cơng tác nạo vét bùn từ mạng lưới nước nhiều thị vừa nhỏ sử dụng phương pháp thủ công, nhiều đô thị lớn bước đầu sử dụng giới hóa Phương pháp thủ cơng có suất thấp, khơng an tồn gây nguy hại đến sức khỏe cơng nhân nước 1.2.3 Quản lý nhà nước bùn thải từ HTTN, cơng trình vệ sinh Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 Chính phủ Thốt nước XLNT có số điều quy định chi tiết quản lý bùn thải từ HTTN; quản lý bùn thải từ bể tự hoại quy định tái sử dụng bùn thải Đây văn pháp lý quan trọng để quản lý lĩnh vực 1.2.4 Hiện trạng quản lý xử lý bùn thải Đà Nẵng - Phân bùn bể phốt: lượng thu gom chiếm khoảng 3040% tổng lượng năm thành phố Phân bùn bể phốt sau thu gom hộ gia đình vận chuyển xe bồn kín đưa khu xử lý chất thải Khánh Sơn để xử lý Công ty CP MTĐT Đà Nẵng quản lý - Hiện tại, bùn thải thoát nước thành phố Đà Nẵng chủ yếu Công ty TN&XLNT Đà Nẵng thu gom, vận chuyển khu xử lý CTR Khánh Sơn Công tác thu gom bùn cặn từ HTTN chưa triệt để, phụ thuộc nhiều vào khối lượng giao khốn 1.3 Tổng quan siêu âm 1.3.1 Khái niệm sóng siêu âm Siêu âm bao gồm loạt sóng âm với tần số cao, bắt đầu 16 kHz, gần giới hạn ngưỡng nghe người 6 1.3.2 Thiết bị siêu âm - Bộ phát điện (Electrical Generator) - Bộ chuyển đổi (Transducer) - Bộ phận phát (Emitter) 1.3.3 Nguyên lý tác động sóng siêu âm - Hiện tượng xâm thực khí - Hiện tượng vi xoáy 1.4 Tổng quan siêu âm 1.4.1 Khái niệm sóng siêu âm Siêu âm bao gồm loạt sóng âm với tần số cao, bắt đầu 16 kHz, gần giới hạn ngưỡng nghe người 1.4.2 Thiết bị siêu âm - Bộ phát điện (Electrical Generator) - Bộ chuyển đổi (Transducer) - Bộ phận phát (Emitter) 1.4.3 Nguyên lý tác động sóng siêu âm - Hiện tượng xâm thực khí - Hiện tượng vi xoáy 1.5 Tổng quan tiền xử lý bùn 1.5.1 Tình hình nghiên cứu tiền xử lý bùn Việt Nam Ở Việt Nam, bùn thải chủ yếu xử lý cách ép loại nước, phơi khô, đổ bỏ hay chôn lấp, phần nhỏ sử dụng làm phân bón Hiện có số cơng bố bước đầu phương pháp tiền xử lý bùn trước đưa phân hủy yếm khí 1.5.2 Tiền xử lý bùn phương pháp siêu âm Siêu âm (Ultrasonication) kỹ thuật công nghệ ứng dụng phù hợp cho phân hủy bùn Sóng siêu âm gây giãn nén theo chu kỳ truyền qua môi trường tạo lực cắt học thủy lực góp phần phá vỡ khối bùn giải phóng tế bào chất 1.6 Tổng quan khí sinh học Biogas hay khí sinh học sản phẩm bay trình lên men kỵ khí phân giải hợp chất hữu Thành phần Biogas gồm có CH4, CO2, H2S, H2, O2, N2,… Tỉ lệ CH4 Biogas thường dao động từ 40 - 70% 1.7 Tổng quan TXL Sơn Trà - TXLNT Sơn Trà đầu tư xây dựng để xử lý nước thải sinh hoạt cho quận Sơn Trà nước thải 21 công ty thành viên khu công nghiệp thủy sản Đà Nẵng - Công suất xử lý tối đa theo thiết kế: 31.650 m3/ngày, đó: Nước thải sinh hoạt khoảng 26.650 m3/ngày nước thải chế biến thủy sản khoảng 5.000 m3/ngày - Công nghệ xử lý TXLNT Sơn Trà công nghệ sinh học (bể Aerotank) phát sinh lượng lớn bùn sinh học (bùn dư từ bể Aerotank) Hiện nay, biện pháp xử lý lượng bùn nhà máy áp dụng nén, ép bùn tách nước trước đưa chôn lấp CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu - Bùn phát sinh từ trình xử lý trạm XLNT Sơn Trà; - Mơ hình tiền xử lý bùn siêu âm; - Mơ hình phân hủy bùn phương pháp yếm khí; 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu - Bùn sau bể nén bùn Trạm xử lý nước thải Sơn Trà - Thông số tiền xử lý bùn phương pháp siêu âm tần số 26 kHz: thay đổi thông số COD, SCOD - Các thông số: tốc độ phân hủy bùn; hiệu suất phân hủy chất hữu cơ; sản lượng CH4 thu - Thời gian nghiên cứu: 6/2018 đến 12/2018 - Địa điểm tiến hành mơ hình thực nghiệm: Trung tâm Công nghệ môi trường Đà Nẵng - Viện Công nghệ môi trường 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.2.1 Nội dung 1: Khảo sát trạng phát sinh, quản lý tính chất thành phần bùn thải TXLNT Sơn Trà + Tài liệu thống kê khối lượng bùn phát sinh + Số liệu thu thập năm + Khảo sát trạng công tác quản lý, xử lý bùn nhà máy + Lấy mẫu, đánh giá chất lượng bùn 2.2.1 Nội dung 1: Khảo sát trạng phát sinh, quản lý tính chất thành phần bùn thải TXLNT Sơn Trà - Thu thập số liệu, khảo sát nhà máy: - Xác định tính chất, thành phần bùn TXLNT Sơn Trà: Lấy mẫu bùn thải vị trí: bùn sau bể nén bùn bùn sau máy ép bùn 9 2.2.2 Nội dung 2: Xác định khả phân hủy yếm khí bùn - Thiết lập mơ hình thí nghiệm xác định tốc độ phân hủy yếm khí + Lựa chọn chế độ lên men ấm (35 oC), Bình phân hủy: sử dụng chai thủy tinh kín khí 1000 ml + Lấy bùn sau bể nén bùn TXLNT Sơn Trà + Nạp bùn kỵ khí trộn với bùn nghiên cứu với tỉ lệ bùn kỵ khí chiếm là: 0, 10, 20 30% - Vận hành mơ hình 2.2.3 Nội dung 3: Xác định thơng số trình tiền xử lý bùn siêu âm - Thiết lập mơ hình tiền xử lý siêu âm: + Sử dụng thiết bị siêu âm dạng bể hãng QUAVA mini Table top ultrasonic, Nhật Bản Tần số 26 kHz công suất 100 W; + Thiết bị đo nhiệt độ, đồng hồ đo thời gian + Lấy bùn sau bể nén bùn TXLNT Sơn Trà - Vận hành mơ hình: 2.2.4 Nội dung 4: Xác định hiệu suất phân hủy bùn sau tiền xử lý siêu âm - Thiết lập thí nghiệm + Thiết bị sử dụng: mơ hình phân hủy yếm khí hãng Miyamoto - Nhật, Model AF-10-2 Thiết bị bao gồm phận: 01 bảng điều khiển toàn hệ thống; 01 bể điều nhiệt; 02 buồng phản ứng; 02 thiết bị lưu khí; 02 mơ tơ gắn với cánh khuấy; 02 thiết bị đo khí tự động; van xả khí đồng hồ đo áp suất buồng phản ứng + Thí nghiệm tiến hành 02 buồng phản ứng, 01 buồng phản ứng sử dụng để làm mẫu đối chứng (không áp dụng phương pháp tiền xử lý) 10 + Tiền xử lý bùn: sử dụng mơ hình nội dung - Vận hành mơ hình: 2.2.5 Nội dung Xác định hiệu suất phân hủy bùn sau trình tiền xử lý siêu âm chế độ liên tục - Thiết lập mơ hình thực nghiệm phân hủy bùn sau tiền xử lý (siêu âm) chế độ liên tục: + Mơ hình có dạng hình trụ làm thép đường kính 400 mm, chiều cao 1800 mm, có cánh khuấy trộn, có phễu nạp bùn cặn, bố trí van xả nước đầu ra, van xả bùn đáy, ống thu khí + Tổng thể tích mơ hình 150 lít - Vận hành mơ hình 2.2.5 Đề xuất phương án công nghệ: + Từ kết nghiên cứu kết hợp với tài liệu thu thập liên quan, đề tài đến đề xuất phương án công nghệ xử lý bùn phát sinh từ xử lý nước thải nhà máy kết hợp thu hồi biogas 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp thống kê 2.3.2 Phương pháp quan trắc phân tích 2.3.3 Phương pháp mơ hình Xây dựng mơ hình phòng thí nghiệm mơ hình thực nghiệm khn viên Trung tâm Cơng nghệ môi trường Đà Nẵng - Viện Công nghệ môi trường để xác định hiệu suất xử lý q trình tiền xử lý phân hủy yếm khí bùn 2.3.4 Phương pháp tính tốn, xử lý số liệu đánh giá kết - Kết phân tích thống kê xử lý biểu đồ, đồ thị phần mềm Microsoft Exel - Toàn kết trình thực nghiệm lấy giá trị trung bình có độ lặp lại lần 11 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Thực trạng phát sinh, xử lý tính chất, thành phần bùn thải trạm xử lý nước thải sơn trà Với công nghệ sinh học sử dụng trình xử lý nước thải (cơng nghệ bùn hoạt tính) Trạm xử lý nước thải Sơn Trà lượng bùn phát sinh phụ thuộc vào tính chất lưu lượng nước thải đầu vào Trạm xử lý Trong trình xử lý nước thải TXL Sơn Trà phát sinh: Cát từ bể lắng cát bùn sinh học sau bể nén bùn + Cát tách với khối lượng trung bình 0,5 - 1,0 m3/ngày + Bùn bể nén bùn: bao gồm bùn cặn phát sinh từ bể tuyển Bùn hoạt tính hiếu khí dư từ bể lắng II Trong bùn hoạt tính hiếu khí dư (từ bể lắng II) chiếm 98 - 99% tổng lượng bùn bể nén +Bùn sau tác nước bể nén bơm qua máy ép bùn ly tâm Bùn sau ép công ty Cổ phần môi trường Đô thị Đà Nẵng vận chuyển lên bãi rác Khánh Sơn để chôn lấp Lượng bùn phát sinh TXL có biến động khác biệt lớn tháng năm, cụ thể sau: + Từ tháng đến tháng 9: bùn lỏng (sau bể nén) phát sinh trung bình khoảng 427 m3/ngày; bùn khơ trung bình 145 tấn/tháng + Từ tháng 10 đến tháng năm sau: bùn lỏng (sau bể nén) phát sinh trung bình khoảng 209 m3/ngày; bùn khô (sau máy ép) vận chuyển chơn lấp trung bình 75 tấn/tháng - Bùn chứa lượng lớn chất hữu dễ phân hủy sinh học: bùn lỏng (COD 12,01 - 12,93 g/l; độ tro: 20,6 - 28,1%), độ ẩm từ 97,92 - 98,17% 12 - Bùn sau ép trạng thái vón cục (bổ sung thêm polyme) độ ẩm thấp (76,15 - 79,53%), thuận tiện cho việc vận chuyển, gây khó khăn việc đảo trộn bùn phân hủy 3.2 Xác định khả phân hủy yếm khí bùn Thơng số vận hành mơ hình xác định khả phân hủy yếm khí bùn chế độ lên men ấm thể - Sản lượng biogas sinh tính gam chất hữu trung bình 235 ml - Đối với mơ hình MH1 khơng có bùn mồi kỵ khí, thời gian phân hủy dài 26 ngày, thời gian thích nghi dài (5 ngày) - Đối với mơ hình MH2 có tỉ lệ bùn mồi 10% thời gian phân hủy giảm 19 ngày, thời gian thích nghi ngày - Đối với mơ hình MH3 có tỉ lệ bùn mồi 20% thời gian phân hủy giảm 15 ngày, thời gian thích nghi bùn ngày - Đối với mơ hình MH4 có tỉ lệ bùn mồi 30% thời gian phân hủy giảm 12 ngày, thời gian thích nghi bùn ngày 13 3.3 Xác định ảnh hưởng tiền xử lý siêu âm đến khả hòa tan bùn tần số 26 kHz Thông số chất lượng bùn sau bể nén bùn TXL Sơn Trà trước tiền xử lý siêu âm tần số 26kHz có hàm lượng TS 18,28 g/l, chất hữu hòa tan SCOD thấp 0,072 g/l - Nồng độ chất hữu hòa tan SCOD tăng dần theo thời gian siêu âm từ 72 mg/l lên đến 1.447 mg/l ứng với mức lượng 13 KJ/g TS Điều chứng tỏ thời gian siêu âm dài mức lượng siêu âm cung cấp lớn dần làm phá vỡ cấu trúc phức tạp bùn, cụ thể hợp chất màng tế bào tạo điều kiện giải phóng chất nội bào vào pha nước dẫn đến SCOD tăng lên 3.4 Xác định thông số tốc độ phân hủy bùn sau siêu âm chế độ gián đoạn (lên men ấm) Kết theo dõi tổng lượng khí sinh mơ hình phân hủy yếm khí AF-10-2 kết thúc thí nghiệm sau: 14 - Thời gian thích nghi bắt đầu phân hủy mẫu bùn tiền xử lý mẫu đối chứng (2 ngày) Tuy nhiên, ngày thứ có tăng lên lượng khí sinh mẫu bùn tiền xử lý mẫu đối chứng Tổng lượng biogas thu mẫu bùn có tiền xử lý siêu âm cao mẫu đối chứng 14,5% Sản lượng khí sinh tính gam chất hữu bùn tiền xử lý 0,27 lít bùn đối chứng 0,22 lít Điều làm sáng tỏ tác động sóng siêu âm đến hiệu suất loại bỏ thông số hữu cơ, tăng sản lượng sinh biogas lên 22,7% - Thành phần CH4 biogas mô hình bùn tiền xử lý 47,8 - 68,1% cao so với mơ hình đối chứng 33,2 - 61,2% 3.5 Xác định thông số tốc độ phân hủy bùn sau siêu âm chế độ liên tục Kết tính tốn thơng số vận hành mơ hình phân hủy yếm khí bùn sau tiền xử lý siêu âm tần số 26 kHz (năng lượng siêu âm SE=3.000 ± 434 kJ/kg TS, tương ứng thời gian siêu âm 30 phút) chế độ liên tục sau: 15 - Độ ẩm bùn đầu giảm trung bình từ 98,1 % xuống 96,7 %, độ tro tăng trung bình từ 24,3 lên 60,2 %; độ kiềm bùn tăng lên trung bình từ 290 mgCaCO3/lít lên 3800 mgCaCO3/lít, điều minh chứng cho q trình phân hủy chất hữu diễn mơ hình, đồng thời diễn trình nén bùn - Khi vận hành tải trọng 0,6 gCHC/lít.ngày, nước thải tách có nồng độ COD: 168 - 237 mg/l; SS: 102 - 169 mg/l; Khi tăng tải lên 0,9 gCHC/lít.ngày, COD,SS nước đầu tăng lên 25% 61,5% Điều phù hợp với hiệu suất phân hủy yếm khí bùn, vận hành tải trọng 0,6 gCHC/lít.ngày, lượng chất hữu đưa vào so với khả phân hủy (hay nhu cầu tiêu thụ) lượng vi sinh bể, hiệu phân hủy chất hữu cao Tuy nhiên, vận hành với tải trọng lên đến 1,2 1,4 gCHC/lít.ngày, lượng thức ăn đưa vào bể nhiều khả tiêu thụ, dẫn đến tải hiệu suất phân hủy thấp, nước tách có COD cao (322 546 mg/l) bùn bị với nước, thể qua nồng độ chất lơ lửng SS từ 233 - 466 mg/l 16 - Hiệu suất phân hủy chất hữu giảm dần theo tăng tải trọng Cao 48,91 % ứng với tải trọng thấp 0,6 gCHC/lít.ngày; tải trọng tăng lên 0,9 gCHC/lít.ngày hiệu suất phân hủy chất hữu 35,18 %; tải trọng 1,2 gCHC/lít.ngày cho hiệu suất 27,46 %; tải trọng 1,4 gCHC/lít.ngày hiệu suất 25,03 % - Lượng biogas sinh tăng dần theo tăng tải trọng chất hữu nạp vào mơ hình Ở tải trọng 0,6 gCHC/lít.ngày thu lượng khí trung bình 7,71 lít/ngày; tải trọng 0,9 gCHC/lít.ngày thu 13,35 lít/ngày; tải trọng 1,2 gCHC/lít.ngày thu 14,35 lít/ngày; tải trọng 1,4 gCHC/lít.ngày thu trung bình 15,47 lít/ngày - Khi tăng tải trọng chất hữu nạp vào mơ hình sản lượng biogas thu g chất hữu tăng từ 0,182 l/g lên 0,306 l/g tải trọng tăng từ 0,6 gCHC/lít.ngày đến 0,9 gCHC/lít.ngày; Sau sản lượng biogas giảm xuống 0,297l/g tải trọng tăng lên 1,4 gCHC/lít.ngày 17 - Thành phần khí mêtan biogas tăng dần từ lúc khởi động mơ hình lúc ổn định, lúc ổn định thành phần CH4 chiếm 60% thể tích khí thu thời gian vận hành liên tục mơ hình.Biogas thu từ q trình vận hành đốt kiểm nghiệm, kết biogas có khả cháy, cho lửa màu xanh tỏa nhiệt - Chất lượng bùn thải sau kết thúc trình phân hủy yếm khí có hàm lượng chất dinh dưỡng cao: T-N = 530,5 - 726,3 mg/l; TP = 187,7 - 240,8 mg/l so sánh với QCVN 50:2013/BTNMT thông số kim loại không vượt mức quy định ngưỡng nguy hại Lượng bùn tiếp tục tận dụng cho mục đích composting 3.6 Đề xuất phương án công nghệ xử lý bùn phát sinh trạm xử lý sơn trà Xuất phát từ thực trạng nhà máy: 18 (1) Dây chuyền công nghệ xử lý (cơng nghệ sinh học hiếu khí - Aerotank) áp dụng nhà máy phát sinh lượng bùn sinh học (bùn dư từ bể lắng II) có lượng hữu cao, phù hợp cho q trình phân hủy yếm khí bùn thu hồi lượng tái tạo biogas (1) Nguồn nước thải đầu vào TXL có biến động nồng độ chất nhiễm (đặc biệt nước thải thủy sản), phụ thuộc vào hệ thống thu gom hoạt động sản xuất nhà máy KCN dịch vụ thủy sản Đà Nẵng dẫn đến lượng bùn sinh hoạt phát sinh biến động lớn theo thời gian tháng năm (3) Bùn phát sinh đua qua bể nén bùn tách nước phần, sau bùn bơm qua máy ép bùn ly tâm, bùn sau máy ép hợp đồng với công ty Cổ phần môi trường Đô thị Đà Nẵng chôn lấp bãi rác Khánh Sơn; Tuy nhiên, thời gian qua, vấn đề ô nhiễm nước rỉ rác bãi rác Khánh Sơn trở nên nghiêm trọng, gây xúc xã hội Vì việc trì dịch vụ khơng thường xuyên, dẫn đến bùn bể nén đầy Tiềm ẩn nguy chất lượng nước sau xử lý không đạt quy chuẩn, ảnh hưởng đến môi trường Tác giả đề xuất phương án xử lý, ổn định bùn (phân hủy yếm khí có khơng qua cơng đoạn tiền xử lý bùn siêu âm); thu hồi lượng tái tạo, cụ thể sau: + Bùn phát sinh TXL gồm có bùn hoạt tính dư từ bể lắng thứ cấp bùn cặn từ trình tuyển (xử lý nước thải thủy sản) đưa bể nén bùn (hiện hữu nhà máy) để tách nước trạng thực tế Bùn sau nén có độ ẩm trung bình 98% xử lý theo dòng: 19 + Dòng (1), Bùn sau bể nén bùn đưa trực tiếp qua bể phân hủy yếm khí (bể mê tan) để phân hủy, ổn định bùn, thu hồi biogas Nếu khơng có cố, Dòng (1) vận hành thường xuyên hệ thống Bể mê tan tính tốn thiết kế với lưu lượng bùn đưa vào bể 427 m3/ng.đ (tương đương với lượng bùn phát sinh trung bình từ tháng - hàng năm) Bùn từ bể lắng thứ cấp Bùn cặn từ tuyển Bùn nén bùn Bơm (3) Vận chuyển làm phân hữu chôn lấp Máy ép bùn Dẫn ngăn tiếp nhận nước thải đầu vào (1) Bể mêtan Ghi chú: Đường bùn (2) Thiết bị siêu âm Biogas Đường nước Đường khí Điện phục vụ hoạt động nhà máy Máy phát điện Thiết bị loại H2S - Dòng (2), Bùn sau bể nén bùn đưa qua công đoạn tiền xử lý bùn siêu âm tần số 26 kHz (năng lượng siêu âm SE=3.000±434 kJ/kg TS) trước đưa qua bể mê tan để phân hủy Dòng vận hành lượng bùn phát sinh ngày lớn 427 m3, Lượng bùn chênh lệch ngày phát sinh với lượng trung bình qua cụm thiết bị siêu âm 20 - Dòng (3), Bùn sau bể nén bùn đưa trực tiếp qua máy ép bùn Trường hợp vận hành dòng bể mê tan gặp cố, cần có thời gian khắc phục sửa chữa tạm dừng để bảo trì, bảo dưỡng Bùn phát sinh ép vận chuyển xử lý Bùn sau bể phân hủy mê tan chuyển tới máy ép bùn để tiếp tục làm khô cuối bùn vận chuyển tới bãi chôn lấp chất thải rắn làm phân vi sinh Biogas thu làm khí (loại bỏ H2S) trước dùng cho máy phát điện Điện thu phục vụ ngược trở lại cho Nhà máy sử dụng Nước tách sau bể nén bùn, bể mê tan, máy ép bùn thu gom đưa trạm bơm nước thải đầu vào 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn thực nội dung sau: - Khối lượng bùn phát sinh (sau bể nén) từ trình xử lý nước thải TXL Sơn Trà phụ thuộc vào chất lượng nước thải đầu vào, quy trình vận hành có biến động lớn: + Từ tháng đến tháng 9: bùn lỏng (sau bể nén) phát sinh trung bình khoảng 427 m3/ngày, cao 540 m3/ngày (tháng 5); bùn khô (sau máy ép) vận chuyển chơn lấp trung bình 145 tấn/tháng + Từ tháng 10 đến tháng năm sau: bùn lỏng (sau bể nén) phát sinh trung bình khoảng 209 m3/ngày, cao 320 m3/ngày; bùn khô (sau máy ép) vận chuyển chơn lấp trung bình 75 tấn/tháng - Nhà máy có giải pháp tách ẩm: ép bùn (tách nước) để đưa chôn lấp đơn vị cung cấp dịch vụ công ty Cổ phần môi trường Đô thị Đà Nẵng - Bùn sau bể nén bùn TXL Sơn Trà chứa lượng lớn chất hữu dễ phân hủy sinh học (COD 12,01 - 12,93 g/l; độ tro: 20,6 28,1%), Bên cạnh đó, có thành phần chất dinh dưỡng T-N, T-P; khơng có thành phần nguy hại Qua đánh giá bùn phát sinh phù hợp cho trình xử lý phương pháp phân hủy yếm khí thu hồi biogas Sản lượng khí thu 0,235 l/g COD Tuy nhiên, lượng chất hữu dạng hòa tan (SCOD) có giá trị thấp 0,072 g/l nên áp biện pháp kỹ thuật tiền xử lý bùn siêu âm tăng khả phân hủy bùn phù hợp - Bùn tiền xử lý bùn siêu âm tần số 26 kHz 120 phút, nồng độ SCOD tăng dần theo thời gian siêu âm từ 72 mg/l lên đến 1.447 mg/l ứng với mức lượng 13 KJ/g TS 22 - Kết vận hành mô hình gián đoạn phân hủy yếm khí với mức lượng SE = 3.282 kJ/kg TS tần số 26 kHz chế độ lên men ấm 35oC cho thấy: lượng biogas thu mẫu bùn tiền xử lý siêu âm cao mẫu đối chứng 14,5% Thành phần CH4 biogas mơ hình bùn tiền xử lý 47,8 - 68,1%, thời gian phân hủy bùn 14 ngày, mơ hình đối chứng 17 ngày - Đối với bùn sau nén TXL Sơn Trà sau qua tiền xử lý (siêu âm tần số 26 kHz, lượng siêu âm SE=3.000±434 kJ/kg TS), bùn phân hủy yếm khí tải trọng 0,9 gCHC/lít.ngày cho hiệu suất phân hủy 35,18%, lượng biogas thu 306 ml/gCHC - Bùn sau bể phân hủy mê tan chuyển tới máy ép bùn để tiếp tục làm khô cuối bùn vận chuyển tới bãi chôn lấp Biogas thu làm khí (loại bỏ H2S) trước dùng cho máy phát điện Điện thu phục vụ ngược trở lại cho Nhà máy sử dụng KIẾN NGHỊ Sau hoàn thành luận văn, tác giả có kiến nghị sau: - Đề tài tiến hành thời gian tương đối ngắn thí nghiệm dạng mơ hình thu nhỏ nên số hạn chế định Do vậy, trình áp dụng kết đề tài vào việc tính tốn thiết kế, vận hành thực tế TXL Sơn Trà, cần có thêm nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng khác - Áp dụng công nghệ tiền xử lý bùn siêu âm kết hợp với phân hủy yếm khí bùn thải TXLNT thị Đà Nẵng cần thiết, hướng đến thu hồi tài nguyên giảm phát thải khí nhà kính tương lai, Và cần phải có nhiều nghiên cứu sâu chuyên sâu yếu tố ảnh hưởng tiền xử lý bùn siêu âm đến khả phân hủy yếm khí để lựa chọn điều kiện tối ưu áp dụng thực tế  ... tài: Nghiên cứu tiền xử lý bùn phương pháp siêu âm phân hủy yếm khí bùn thải từ trạm xử lý nước thải Sơn Trà – Đà Nẵng kết hợp thu hồi Biogas” nhằm xác định thơng số q trình phân hủy yếm khí bùn. .. - Mơ hình tiền xử lý bùn siêu âm; - Mơ hình phân hủy bùn phương pháp yếm khí; b) Phạm vi nghiên cứu - Bùn sau bể nén trạm xử lý nước thải Sơn Trà - Đà Nẵng; - Các thơng số q trình cơng nghệ tiền. .. biogas - Hồn thiện q trình phân hủy yếm khí bùn kết hợp tiền xử lý bùn phương pháp siêu âm trạm XLNT Sơn Trà; Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu - Bùn phát sinh từ trạm XLNT Sơn Trà;