Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn của trạm xử lý nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí (lên men ấm) TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Vũ Thị Hoài Ân NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ HOẠI VỚI BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ (LÊN MEN ẤM) Chun ngành: Cơng nghệ mơi trường nước nước thải Mã số: 9520320-2 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội – Năm 2021 Công trình hồn thành Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học: GS TS Nguyễn Việt Anh Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Ngọc Dung Phản biện 2: PGS TS Hoàng Thị Thu Hương Phản biện 3: TS Nguyễn Thu Huyền Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp Trường Đại học Xây dựng Vào hồi …… ……ngày … tháng ……năm Có thể tìm hiểu thêm luận án Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Hệ thống thoát nước (HTTN) trạm xử lý nước thải (XLNT) xây dựng ngày nhiều đô thị Việt Nam từ 17 trạm XLNT tập trung vận hành với tổng công suất 540.000 m3/ngày năm 2012 tăng lên 46 trạm XLNT tập trung năm 2019 với tổng công suất khoảng 980.000 m3/ngày, xử lý tương đương 14% lượng nước thải đô thị phát sinh, 50 trạm XLNT tập trung giai đoạn thiết kế, xây dựng chuẩn bị chuyển giao để vận hành Bùn phát sinh từ trạm XLNT đô thị trở thành mối quan tâm lớn Lượng bùn trạm XLNT đô thị tách nước dự tính đến năm 2050 khoảng 14.473 m3/ngày Nước thải đầu vào nhà máy XLNT tập trung có hàm lượng giá trị thông số ô nhiễm BOD, COD, TSS thấp lượng bùn phát sinh nhà máy XLNT nghèo BOD, COD, TSS Hiện tương lai gần, bể tự hoại đóng vai trị quan trọng nước đô thị, xử lý sơ nước thải từ hộ gia đình, trường học, quan, … Theo báo cáo Cục Hạ tầng kỹ thuật (2017), lượng bùn bể tự hoại phát sinh nhiều, từ 50.000 m3 tới 218.490 m3 Tuy nhiên, đô thị lượng bùn thu gom hạn chế, tỷ lệ thu gom trung bình đạt 32% khoảng 4% lượng bùn bể tự hoại xử lý Bùn bể tự hoại có độ ẩm lớn, thành phần dinh dưỡng chất hữu cơ, ni tơ, phot pho, kali,… cao, có mùi khó chịu cịn nhiều vi khuẩn gây bệnh trứng giun sán Do bùn bể tự hoại cần thu gom, vận chuyển xử lý để tránh ô nhiễm môi trường lây lan mầm bệnh Phương pháp phân hủy kị khí sử dụng rộng rãi để ổn định chất hữu bùn thải sản xuất khí sinh học mang lại hiệu giảm thể tích bùn thải thu hồi lượng cao nhiều trạm XLNT giới Phân hủy kị khí lên men ấm coi ổn định yêu cầu đầu vào lượng chế độ lên men nóng Điều kiện khí hậu Việt Nam thuận lợi cho xử lý bùn trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại điều kiện lên men ấm Để góp phần giải khó khăn, tồn xử lý bùn thải phù hợp với điều kiện thực tế nước ta, đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm XLNT đô thị phương pháp sinh học kị khí (lên men ấm)” nghiên cứu, thực để đánh giá khả sinh khí mê tan xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm từ đề xuất công nghệ xử lý bùn cho trạm XLNT đô thị khu vực kết hợp thu hồi lượng Mục đích nghiên cứu - Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý bùn bể tự hoại với bùn trạm XLNT đô thị xử lý phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm (35 0C), để loại bỏ chất hữu (theo COD, VS) thu lượng khí mê tan (CH4) cao - Đề xuất công nghệ xử lý bùn trạm XLNT đô thị cho khu vực trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch phần lưu vực Tả Nhuệ), kết hợp thu hồi lượng giảm thiểu bùn chôn lấp Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Bùn trạm XLNT đô thị (bùn sơ cấp, bùn thứ cấp bùn nén) bùn bể tự hoại từ hộ gia đình - Phạm vi nghiên cứu: Cơng nghệ xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị HTTN chung có sử dụng cơng nghệ bùn hoạt tính cho khu vực trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch phần lưu vực Tả Nhuệ) phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm (350C), có thu hồi lượng Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu: thu thập thông tin, liệu phục vụ nghiên cứu Kế thừa thành nghiên cứu trước có liên quan - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu sở lý thuyết trình phân hủy kỵ khí chất hữu yếu tố ảnh hưởng; thí nghiệm BMP để đánh giá tiềm sinh khí mê tan nguồn bùn - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thí nghiệm phân hủy kỵ khí theo mẻ thực phịng thí nghiệm chế độ lên men ấm (350C), để đánh giá tiềm sinh khí mê tan khả phân hủy chất hữu bùn bể tự hoại bùn từ trạm XLNT đô thị xử lý riêng rẽ, xử lý kết hợp với tỉ lệ phối trộn khác bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị - Phương pháp so sánh, phân tích: phân tích, nhận xét kết thí nghiệm thu được, so sánh với kết nghiên cứu nước lĩnh vực nghiên cứu phân hủy kị khí chế độ lên men ấm - Phương pháp tính tốn, phân tích để so sánh giải pháp xử lý bùn đề xuất - Phương pháp chuyên gia: lấy ý kiến chuyên gia thông qua trao đổi trực tiếp, tổ chức hội thảo khoa học lấy ý kiến, nhận xét phản biện chuyên gia Cơ sở khoa học Bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị cịn chứa hàm lượng chất hữu chất dinh dưỡng cao, có khả phân hủy phương pháp sinh học kị khí Bùn bể tự hoại có hàm lượng VS từ 3,3 g/L đến 31,6 g/L, hàm lượng COD từ 8,0g/L đến 42,85 g/L, hàm lượng TN từ 0,10 g/L đến 0,34 g/L, hàm lượng TP từ 0,16g/L đến 1,20 g/L Bùn trạm XLNT thị có hàm lượng VS từ 1,79 g/L đến 17,47 g/L, hàm lượng COD từ 2,22g/L đến 24,97g/L, hàm lượng TN từ 0,16 g/L đến 1,24 g/L, hàm lượng TP từ 0,06 g/L đến 0,72 g/L Phương pháp phân hủy kị khí kết hợp áp dụng nhiều nhà máy XLNT giới để ổn định chất hữu bùn thải sản xuất khí sinh học kết hợp xử lý hai hay nhiều loại bùn khác Kết số nghiên cứu trình ổn định bùn phân hủy kị khí sản xuất biogas, làm nguồn nhiên liệu để sản sinh lượng điện nhiệt Phân hủy kị khí bùn trạm XLNT thu khí CH4 thường thực phạm vi nhiệt độ lên men ấm, với nhiệt độ tối ưu 350C Vì vậy, luận án nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm xử lý nước thải đô thị phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm để xử lý ổn định bùn, giảm lượng bùn thải chôn lấp thu hồi lượng Nội dung nghiên cứu luận án - Tổng quan lượng bùn, thành phần tính chất phương pháp xử lý bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị - Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp phân hủy kị khí, thu khí sinh học - Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình phịng thí nghiệm: thí nghiệm theo mẻ phân hủy kị khí lên men ấm (350C) để đánh giá khả sinh khí CH4 xử lý riêng bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị; thí nghiệm theo mẻ phân hủy kị khí chế lên men ấm (350C) để đánh giá khả sinh khí CH4 xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị theo tỷ lệ phối trộn khác - Tính tốn đề xuất lựa chọn cơng nghệ xử lý bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng dựa kết nghiên cứu thực nghiệm Những đóng góp luận án - Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý FS:WAS phép đạt hiệu suất loại bỏ chất hữu (theo COD VS) thu lượng khí mê tan cao Cụ thể FS:WAS=1:1 (theo khối lượng VS) cho phép đạt hiệu suất loại bỏ chất hữu tính theo COD VS tương ứng 43,40% 42,55%, hiệu suất sinh khí CH4 đạt 294,8 NmL/gVSbùn vào - Đề xuất cơng nghệ xử lý kị khí kết hợp FS với WAS trạm XLNT đô thị điều kiện lên men ấm (350C) có thu hồi khí sinh học sản xuất lượng cho khu vực thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng, phương án sử dụng bùn sau xử lý đạt hiệu kinh tế, xã hội môi trường Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án - Ý nghĩa khoa học: + Luận án tổng quan thông tin có giá trị số lượng, thành phần, tính chất công nghệ xử lý bùn trạm XLNT đô thị, bùn bể tự hoại, tiềm thu hồi tài nguyên từ loại bùn + Luận án xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý cho q trình phân hủy kị khí lên men ấm (350C) thu khí CH4 xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị + Luận án tính tốn cơng nghệ xử lý bùn phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm, góp phần bổ sung vào kiến thức tham khảo, làm sở cho việc tìm kiếm, lựa chọn giải pháp xử lý bùn phù hợp với điều kiện Việt Nam - Ý nghĩa thực tiễn: + Góp phần bảo vệ mơi trường, giảm thiểu ô nhiễm bùn thải gây ô nhiễm nguồn nước, nhiễm mơi trường đất khơng khí + Tiết kiệm tài nguyên đất giảm diện tích đất bãi chơn lấp bùn + Thu hồi khí sinh học làm nguồn lượng sử dụng cho phát điện, nhiệt Bùn sau phân hủy kị khí xử lý, tái sử dụng làm phân bón hay chất cải tạo đất, làm vật liệu xây dựng, v.v + Luận án được, áp dụng cho trạm XLNT đô thị điều kiện Việt Nam: xử lý lúc hai loại bùn thải, tận dụng cơng trình trạm XLNT đô thị, trạm hoạt động chưa đủ công suất thiết kế Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, danh mục cơng trình cơng bố, tài liệu tham khảo phụ lục, nội dung luận án gồm chương: Chương 1: Tổng quan lượng bùn, thành phần, tính chất phương pháp xử lý bùn bể tự hoại, bùn trạm XLNT đô thị (25 trang) Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp phân hủy kị khí, thu khí sinh học (20 trang) Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm phân hủy kị khí bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị (26 trang) Chương 4: Đề xuất công nghệ xử lý bùn bể tự hoại bùn trạm xử lý nước thải khu vực đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng (34 trang) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỢNG BÙN, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI, BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 1.1 Tổng quan lượng bùn, thành phần, tính chất phương pháp xử lý bùn trạm XLNT đô thị 1.1.1 Lượng bùn trạm xử lý nước thải đô thị Trong trình thu gom, vận chuyển xử lý nước thải phát sinh bùn Sơ đồ nguồn phát sinh bùn từ HTTN thị trình bày hình 1.1 Tổng lượng bùn sinh từ cơng đoạn xử lý nước thải ước tính 5% đến 25% tổng thể tích nước thải xử lý, quản lý bùn phức tạp, chi phí thường từ 20% đến 60% tổng chi phí vận hành cho tồn trạm XLNT Khi tỷ lệ đấu nối nước thải từ hộ dân vào HTTN tăng lên khối lượng bùn phát sinh từ xử lý nước thải tăng theo 1.1.2 Thành phần, tính chất bùn trạm XLNT đô thị Tại trạm XLNT với công nghệ bùn hoạt tính, bùn sơ cấp có độ ẩm dao động lớn từ 91% - 99,7%, bùn thứ cấp có độ ẩm 98,8% - 99,6% Hàm lượng chất hữu bùn sơ cấp thứ cấp tương ứng 56,3 - 80,0% TS 53,5 - 88,0% TS Các tiêu kim loại nặng Ni, Pb, Cu, Zn bùn trạm XLNT so sánh với giới hạn quy định đất nông nghiệp nằm ngưỡng cho phép Bùn có thành phần hữu phân hủy phương pháp sinh học tương đối cao (thông qua giá trị COD, tỷ lệ VS/TS 53,5% – 69,5%, thành phần hydrocarbon, đạm chất béo), tỷ lệ C/N/P phù hợp cho q trình ổn định kị khí 1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn trạm XLNT đô thị giới Việt Nam Tùy thuộc vào đặc tính số lượng bùn cặn, trạm XLNT thường áp dụng nhiều công đoạn xử lý nối tiếp trình bày hình 1.2 Những năm gần để giảm thiểu diện tích bãi chơn lấp phương pháp phân hủy kị khí tạo sinh khối bùn việc sử dụng lại bùn thải tăng dần Hiện nay, HTTN thị Việt Nam chủ yếu hệ thống nước chung với công nghệ XLNT chủ yếu bùn hoạt tính phương pháp xử lý bùn chủ yếu áp dụng trạm XLNT đô thị khử nước chở chơn lấp (hình 1.3) 1.2 Tổng quan lượng bùn, thành phần, tính chất phương pháp xử lý bùn bể tự hoại 1.2.1 Lượng bùn bể tự hoại Bể tự hoại cơng trình XLNT tới cịn dùng phổ biến hầu hết thị Việt Nam Theo báo cáo Cục Hạ tầng kỹ thuật (2017), lượng bùn bể tự hoại phát sinh từ 50.000 m3/năm tới 218.490 m3/năm Lượng bùn bể tự hoại thu gom đô thị hạn chế, tỷ lệ thu gom trung bình đạt 32% khoảng 4% lượng bùn bể tự hoại xử lý Theo báo cáo Hà Nội Urenco (2014), tổng lượng phân bùn phát sinh từ bể tự hoại 500-700 tấn/ngày, khu vực nội thành khoảng 300 tấn/ngày, thu gom xử lý khoảng 10% Theo nghiên cứu Nguyễn Việt Anh (2014), lượng bùn bể tự hoại thành phố lớn thành phố Hà Nội, Hồ Chí Minh Hải Phịng cho thấy: lượng bùn bể tự hoại hút hộ gia đình chiếm 38% - 67% tổng lượng bùn cần hút tần suất hút bùn bể tự hoại lâu, trung bình hộ gia đình từ - năm 1.2.2 Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại Nhiều tài liệu, nghiên cứu thu thập công bố kết nghiên cứu tiêu đặc trưng bùn bể tự hoại Đặc điểm bùn bể tự hoại độ ẩm lớn, thành phần chất hữu cao, thành phần chất dinh dưỡng ni tơ, phot pho,… cao, có mùi khó chịu cịn nhiều vi sinh vật gây bệnh 1.2.3 Các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại giới Việt Nam Trên giới việc xử lý bùn bể tự hoại thực theo phương thức: Sân phơi bùn khơng trồng cây; Bãi lọc có trồng cây; Ao phơi bùn; Bể lắng/ nén bùn; Hồ sinh học ổn định bùn; Phân hủy kỵ khí; Xử lý chung với nước thải trạm XLNT; Ủ kết hợp với rác thải hữu cơ; Đốt; Ổn định hóa chất (vơi); Xử lý chung với bùn từ trạm XLNT Ở Việt Nam, đô thị, 94% dân số có cơng trình vệ sinh hộ gia đình Khoảng 90% hộ gia đình sử dụng bể tự hoại 4% lượng phân bùn bể tự hoại xử lý chôn lấp hợp vệ sinh Công ty Urenco có thu gom xử lý kết hợp phần phân bùn bể phốt rác hữu (ủ phân compost) để sản xuất phân vi sinh Phân bùn bể tự hoại đưa xử lý rác thải hữu để làm phân compost (nhà máy chế biến phân hữu Cầu Diễn, Hà Nội, nhà máy Thụy Phương, thành phố Huế,…), xử lý bùn trạm XLNT (trạm XLNT Bình Hưng, thành phố Hồ Chí Minh; trạm XLNT Bãi Cháy, Quảng Ninh;…) bùn thải HTTN đô thị (khu xử lý bùn thải Tràng Cát, Hải Phịng), nhiên số lượng khơng nhiều Phương pháp xử lý bùn chôn lấp không tận dụng nguồn tài nguyên bùn mà gây tải bãi chôn lấp gây ô nhiễm môi trường Phương pháp xử lý kị khí, giải pháp đầy hứa hẹn, không cho phép xử lý bùn mà tạo sản phẩm biogas, phục vụ cho sản xuất điện nhiệt Đồng thời, phương pháp khơng tốn diện tích, cho phép giảm thiểu thể tích bùn tiêu diệt mầm bệnh 1.3 Tổng quan nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn trạm XLNT bùn bể tự hoại Trên giới có nhiều nghiên cứu phần lớn nghiên cứu xử lý kị khí loại bùn trạm XLNT, xử lý kị khí kết hợp bùn trạm XLNT với rác hữu cơ, phân gia súc, chất thải nông nghiệp, ; nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn bể tự hoại với rác hữu chế độ lên men ấm lên nóng Các báo cáo kết nghiên cứu phân hủy kị khí kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT để thu hồi lượng khí sinh học cịn hạn chế Ở Việt Nam, phương pháp phân hủy kị khí nghiên cứu thực khoảng 50 năm qua để xử lý chất thải, thu hồi biogas thực chủ yếu với quy mơ hộ gia đình triển khai quy mô lớn số địa phương, sử dụng nguồn thải từ nhà máy chế biến thực phẩm: hệ thống XLNT sử dụng phương pháp phân hủy kị khí áp dụng nhà máy sản xuất tinh bột mỳ Sơn Hải, tỉnh Quảng Ngãi để thu biogas phục vụ để đốt lò cấp nhiệt cho sấy sản phẩm; xử lý nước thải thủy sản thu hồi biogas nhà máy sản xuất thủy sản Thuận An An Giang tạo lượng từ biogas; xử lý rác cơng nghệ kị khí An Giang để thu hồi biogas phát điện 1,551 MWh/năm sản xuất phân bón Bên cạnh có số tác giả, nhóm nghiên cứu thực nghiên cứu lượng bùn phát sinh, thành phần, tính chất bùn cặn từ HTTN đô thị bùn bể tự hoại; nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý xử lý bùn cặn HTTN, phân bùn bể tự hoại Các nghiên cứu rõ lượng bùn phát sinh từ XLNT từ bể tự hoại ngày gia tăng với thành phần chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, … bùn cao nên bùn cặn từ XLNT từ bể tự hoại cần thu gom, xử lý trước đưa môi trường Một số nghiên cứu hồn tồn áp dụng phương pháp sinh học kị khí lên men ấm để xử lý bùn trạm XLNT xử lý bùn bể tự hoại phù hợp so với lên men nóng hệ phân hủy kị khí lên men ấm hoạt động ổn định yêu cầu đầu vào lượng so với hệ phân hủy kị khí lên men nóng phân hủy kị khí nhiệt độ cao tạo điều kiện cho tốc độ phản ứng nhanh sinh khí nhanh hệ ưa ấm, việc trì nhiệt độ hoạt động ổn định cho lên men nóng phức tạp Tuy nhiên chưa có nghiên cứu cụ thể xử lý kết hợp bùn trạm XLNT đô thị với bùn bể tự hoại phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm để đánh giá hiệu sinh khí mê tan, thu hồi lượng Do luận án tập trung nghiên cứu xử lý phân hủy kị khí lên men ấm kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm XLNT thị để đánh giá khả sinh khí mê tan từ áp dụng tính tốn, lựa chọn cơng nghệ xử lý bùn cho trạm XLNT đô thị khu vực kết hợp thu hồi lượng Nhận xét chương Bùn trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại với khối lượng phát sinh lớn, độ ẩm cao, chứa nhiều chất hữu chất dinh dưỡng cao, vi sinh vật gây bệnh Bùn bể tự hoại có hàm lượng chất hữu cơ, ni tơ cao bùn trạm XLNT đô thị Nhiều nghiên cứu hồn tồn áp dụng phương pháp phân hủy kị khí để xử lý bùn trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại Tuy nhiên bùn trạm XLNT đô thị chủ yếu tách nước chở chôn lấp Bùn bể tự hoại bị buông lỏng quản lý xử lý, phần lớn sau hút đổ thẳng sông hồ, kênh mương nước bãi chơn lấp Các nghiên cứu trước phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm xử lý kết hợp với nhiều loại chất thải khác mang lại hiệu giảm thể tích bùn thu hồi lượng cao Do đó, cần nghiên cứu phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm xử lý kết hợp bùn trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại để thu hồi khí sinh học, giảm lượng bùn thải, với chi phí xử lý chấp nhận mà luận án tập trung vào nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY KỊ KHÍ, THU KHÍ SINH HỌC 2.1 Các q trình chuyển hóa chất hữu phương pháp sinh học điều kiện kị khí Quá trình chuyển hóa chất hữu nhờ vi sinh vật kị khí diễn qua bước: thủy phân, axit hóa, axetat hóa mê tan hóa hình 2.1 Hình 2.1 Các trình phân hủy hợp chất hữu điều kiện kị khí 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình phân hủy kị khí Q trình phân hủy kị khí bể phân hủy bị tác động nhiều yếu tố nhiệt độ, pH, thành phần nguyên liệu nạp, thời gian lưu thủy lực thời gian lưu bùn, khuấy trộn, vv … 2.2.1 Nhiệt độ Nhiệt độ cho điều kiện phân hủy tối ưu việc sinh khí CH4 bể phân hủy kị khí khoảng lên men ấm (hệ ưa ấm) nhiệt độ từ 200C đến 450C (tối ưu 350C) lên men nóng (hệ ưa nóng) khoảng 450C - 650C (tối ưu 550C) Phạm vi 20°C gọi ưa lạnh khơng thích hợp cho phân hủy kị khí, tốc độ phản ứng chậm Các trạm XLNT đô thị, phân hủy kị khí bùn sinh khí CH4 thường thực phạm vi nhiệt độ lên men ấm, với nhiệt độ tối ưu 350C Việt Nam có điều kiện khí hậu với nhiệt độ trung bình từ 250C – 320C phù hợp cho trình phân huỷ hợp chất hữu điều kiện kị khí chế độ lên men ấm 2.2.2 Thời gian lưu thủy lực thời gian lưu bùn 11 Năng lượng sinh từ hệ phân hủy kị khí bùn thải hữu lượng thu từ hệ đốt biogas dạng tận thu kết hợp nhiệt điện (CHP) Năng lượng (điện nhiệt năng) sinh từ CHP trạm xử lý bùn cung cấp điện sử dụng cho trình tuần hồn nước tách từ đặc bùn bơm, tuần hồn nước từ q trình sấy bùn, thiết bị khí hệ thống xử lý bùn, …; nhiệt cịn sử dụng q trình sấy bùn, ủ bùn Nhận xét chương Bản chất phương pháp sinh học điều kiện kị khí q trình phân hủy sinh hóa chất hữu bùn diễn điều kiện khơng có ơxi, sản phẩm cuối q trình khí sinh học sinh khối vi sinh vật Phương pháp thích hợp với loại bùn có độ ẩm cao bùn bể tự hoại, bùn trạm XLNT Hiệu xử lý phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, pH, tỷ lệ dinh dưỡng C/N, có mặt chất ức chế, loại bể phản ứng, thông số thiết kế ứng dụng thiết bị, v.v… Trên sở nghiên cứu lý thuyết, kết nghiên cứu có điều kiện thực tế Việt Nam, để nghiên cứu thực nghiệm xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị quy mơ phịng thí nghiệm, luận án chọn nghiên cứu xử lý sinh học kị khí điều kiện lên men ấm (350C), phân hủy bậc (một giai đoạn) chế độ hoạt động theo mẻ để đánh giá khả sinh khí CH4 bùn xử lý theo phương pháp BMP CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN HỦY KỊ KHÍ BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƠ THỊ 3.1 Mục đích thí nghiệm Thí nghiệm phân hủy kị khí chế độ lên men ấm 35 0C đánh giá khả sinh khí mê tan (BMP) bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT thị HTTN chung Các thí nghiệm thực gồm có: - Thí nghiệm BMP1: thí nghiệm đánh giá khả sinh khí CH4 xử lý riêng loại bùn trạm XLNT đô thị gồm bùn sơ cấp (PS), bùn thứ cấp trạm XLNT đô thị có bể lắng sơ cấp (WAS1), bùn thứ cấp trạm XLNT thị khơng có bể lắng sơ cấp (WAS2), bùn sau bể nén bùn (WAS) bùn bể tự hoại (FS) để lựa chọn bùn trạm XLNT đô thị kết hợp với bùn bể tự hoại làm bùn chất cho thí nghiệm BMP2 - Thí nghiệm BMP2: thí nghiệm đánh giá khả sinh khí CH xử lý phân hủy kị khí kết hợp bùn trạm XLNT đô thị với bùn bể tự hoại để xác định thông số đặc trưng cho q trình xử lý: thể tích khí CH sinh NmL/gVSbùn vào, hiệu suất xử lý chất hữu theo VS COD, tỷ lệ phối trộn hợp lý bùn bể tự hoại với bùn trạm XLNT thị cho hiệu suất sinh khí CH cao 3.2 Mơ tả thí nghiệm 3.2.1 Dụng cụ, thiết bị lắp đặt thí nghiệm BMP Hệ Water Bath sử dụng làm thí nghiệm BMP cho nghiên cứu này, bao gồm 12 bình phản ứng bình tam giác dung tích 500mL đặt ngập bồn nước có đế từ trì nhiệt độ 350C (±0,50C) thu, đo thể tích khí mê 12 tan gồm có chai đựng dung dịch NaOH 3M bình hình trụ dung tích 200 mL đo thể tích khí CH4 đặt hộp nước bên ngồi (hình 3.1 hình 3.2) Bình phản ứng + Bồn nước giữ nhiệt Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm Hình 3.2 Thí nghiệm BMP BMP hệ Water Bath 3.2.2 Ngun liệu thí nghiệm ➢ Bùn ni cấy (nguồn vi sinh, M): sử dụng thí nghiệm bùn kị khí lấy từ hệ phân hủy kị khí dung tích 40L vận hành trì từ trước, 350C±0,50C, khuấy trộn liên tục (hình 3.3) Hình 3.3 Thùng Inox 40 lít ni bùn kị khí (chất cấy) Ghi chú: Thùng inox phía ngồi; Thùng inox phía trong; Động quay; Phễu nạp thức ăn; Ống thu khí D21; Tấm chắn nước; Nắp chắn khí; Nhiệt kế; Cánh khuấy chân vịt; 10 Khớp nối; 11 Bộ phận gia nhiệt; 12 Van xả thùng Inox trong; 13 Van xả thùng inox ➢ Bùn chất (nguồn thức ăn, F): gồm bùn bể tự hoại bùn từ trạm XLNT đô thị Bùn bể tự hoại (FS): mẫu bùn lấy trực tiếp từ mở nắp thùng chứa xe hút sử dụng ống lấy mẫu (loại ống nhựa có đường kính 5cm, chiều dài ống 2m, nắp bịt đáy ống có bề dày cm (hình 3.4) Bùn từ trạm XLNT đô thị: Bùn lắng sơ cấp (PS), bùn lắng thứ cấp (WAS1) trạm XLNT Kim Liên công suất 4800 m3/ngày, lấy từ van lắp ống xả bùn bể lắng này; Bùn nén (WAS) trạm XLNT Trúc Bạch công suất 3000 m3/ngày lấy bể chứa bùn nén; Bùn lắng từ bể SBR (WAS2) trạm XLNT Yên Sở công suất 200.000 m3/ngày lấy bể chứa bùn sau bể SBR Các mẫu sau lấy bảo quản 40C trước làm thí nghiệm 13 Hình 3.4 Dụng cụ ống lấy mẫu bùn bể tự hoại ➢ Tỷ lệ trộn bùn chất bùn ni cấy Để q trình phân hủy thí nghiệm BMP hạn chế tác động gây ức chế thành phần bùn thải, ức chế liên quan đến tích tụ amơniac, dịng chất hữu lượng thức ăn nhiều Tỷ lệ bùn chất (nguồn thức ăn - F) bùn nuôi cấy (nguồn vi sinh vật – M) nguyên liệu nạp vào thí nghiệm BMP chọn F/M=1/2 tính theo khối lượng chất rắn bay (gVS) 3.2.3 Các tiêu, phương pháp phân tích đánh giá thí nghiệm Nguyên liệu để thực thí nghiệm BMP phân tích tiêu hóa lý trước nạp vào bình phản ứng sau kết thúc thí nghiệm ➢ Các tiêu phân tích: Các thơng số ngun liệu quan trọng bao gồm hàm lượng chất rắn dễ bay (VS), nhu cầu oxy hóa học (COD), tỷ lệ cacbon so với nitơ (hoặc COD/TN) diện chất ức chế Các mẫu bùn phân tích tiêu pH, TS, VS, COD, TN TP theo phương pháp APHA-AWWAWEF, TCVN ➢ Các tiêu đánh giá hiệu thí nghiệm: Sự phân hủy chất hữu bình phản ứng thể qua hiệu suất loại bỏ chất hữu theo VS COD; thể tích khí CH4 sinh (ở đktc) bùn chất cho vào bình phản ứng tính theo cơng thức sau: V V −V Thể tích khí CH4 NmL/gVSbùn chất vào = CH4 bùn chất = MVS MVS Trong đó: VCH4 bùn chất = V1 – V2 thể tích khí CH4 bùn chất sinh đktc (NmL); với V1 thể tích khí CH4 tích lũy bình phản ứng đktc có chứa bùn chất bùn nuôi cấy trộn với (NmL) V2 thể tích khí CH4 tích lũy bình phản ứng chứa bùn ni cấy đktc (NmL); MVS khối lượng VS bùn chất cho vào bình phản ứng (g) 3.2.4 Thực thí nghiệm Các thí nghiệm BMP vận hành theo mẻ điều kiện kị khí lên men ấm nhiệt độ 350C (±0,50C), đặt phịng thí nghiệm Bộ mơn Cấp nước, Trường Đại học Xây dựng Nguyên liệu để thí nghiệm nạp vào lần bắt đầu thí nghiệm, lấy thí nghiệm ngừng sinh khí ➢ Thí nghiệm BMP1 để đánh giá tiềm sinh khí mê tan bùn chất riêng: FS, PS, WAS1, WAS2 WAS 14 Bảng 3.1 Các tiêu nguyên liệu ban đầu cho thí nghiệm BMP1 Độ ẩm TS VS COD TN TP COD/ Nguyên liệu nạp pH (%) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) TN Bùn nuôi cấy 7,40 97,92 20,76 12,56 18,56 1,09 0,19 120:7 (M1) FS 7,60 97,34 26,54 19,04 24,55 0,91 0,21 189:7 6,90 98,23 17,61 11,47 17,65 0,75 0,34 164:7 Bùn PS WAS1 7,05 99,49 5,07 3,12 5,09 0,25 0,12 143:7 chất WAS2 7,12 98,28 17,13 9,27 10,93 0,75 0,30 102:7 WAS 7,23 98,94 11,58 7,54 11,47 0,54 0,29 147:7 Thí nghiệm BMP1 gồm bình phản ứng chứa nguyên liệu: - Bùn ni cấy làm mẫu trắng: bình phản ứng M1 - Bùn nuôi cấy kết hợp với bùn chất FS, PS, WAS1, WAS2 WAS tương ứng có bình phản ứng: S1=M1+FS, S2=M1+PS, S3=M1+WAS1, S4=M1+WAS2 S5=M1+WAS ➢ Thí nghiệm BMP2 để đánh giá tiềm sinh khí mê tan hỗn hợp FS WAS theo tỷ lệ phối trộn khác Bảng 3.2 Các tiêu nguyên liệu ban đầu cho thí nghiệm BMP2 Nguyên liệu thí Độ ẩm TS VS COD TN TP COD/ pH nạp (%) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) TN Bùn nuôi cấy 0,19 7,41 97,88 21,16 13,23 21,24 1,09 137:7 (M2) FS 7,70 97,50 25,03 18,62 44,17 2,80 0,38 111:7 Bùn chất WAS 7,31 98,60 14,04 9,59 14,65 0,72 0,29 143:7 Bảng 3.3 Tỷ lệ phối trộn bùn chất thí nghiệm BMP2 Tỷ lệ phối trộn Bùn bể tự hoại : Bùn trạm XLNT (FS:WAS) Theo tỷ lệ % khối lượng VS 0:100 14:86 25:75 33:67 50:50 Theo tỷ lệ khối lượng VS 0:1 1:6 1:3 1:2 1:1 Thí nghiệm BMP2 gồm bình phản ứng chứa nguyên liệu: - Bùn ni cấy làm mẫu trắng: bình phản ứng M2 - Bùn nuôi cấy bùn chất FS phối trộn với WAS theo tỷ lệ % khối lượng VS có bùn chất Các bình phản ứng: T1 = M2 + 100%WAS, T2 = M2 + 14%FS + 86%WAS, T3= M2 + 25%FS + 75%WAS, T4 = M2 + 33%FS + 67%WAS T5 = M2 + 50%FS + 50%WAS hay tương ứng tính theo khối lượng VS bùn chất FS:WAS = 0:1, 1:6, 1:3, 1:2 1:1 Để loại bỏ ôxi bình phản ứng trước thí nghiệm BMP, tất bình phản ứng làm khí N2 phút (hình 3.5) Biogas sinh dẫn đến chai đựng dung dịch NaOH 3M, khí CO2 loại bỏ phản ứng hóa học, khí CH4 không bị hấp thụ dung dịch NaOH dẫn đến ống đo thể tích đặt khay chứa nước bên với mực nước ống đo định Khí CH4 sinh đẩy nước ống đo ngoài, mực nước ống đo hạ xuống Chiều cao cột nước ống đo bị hạ thể tích khí CH4 sinh hình 3.6) 15 Hình 3.5 Sục khí N2 bình phản ứng thí nghiệm BMP Hình 3.6 Bộ hấp thụ biogas đo khí mê tan 3.3 Kết thí nghiệm thảo luận 3.3.1 Thí nghiệm BMP1 Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày bùn chất thể hình 3.7 Hình 3.7 Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày bùn chất sinh thí nghiệm BMP1 Thể tích khí CH4 sinh phân hủy g VS bùn chất thể hình 3.8 Hình 3.8 Thể tích khí CH4 (NmL/gVSbùn chất vào) tổng thể tích khí CH4 (NmL) bùn chất sinh thí nghiệm BMP1 Như vậy, FS WAS phân hủy kị khí lên men ấm sinh khí CH4 cao WAS2 Do đó, kết hợp xử lý phân hủy kị khí bùn nén trạm XLNT đô thị với bùn bể tự hoại tăng lượng bùn xử lý dẫn đến lượng khí CH4 sinh tăng tận dụng thiết bị, công trình xử lý bùn xây dựng trạm XLNT 3.3.2 Thí nghiệm BMP2 Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày bùn chất sinh thí nghiệm BMP2 thể hình 3.9 16 Hình 3.9 Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày bùn chất sinh thí nghiệm BMP2 Hình 3.10 Thể tích khí CH4 (NmL/gVSbùn chất vào) tổng thể tích khí CH4 (NmL) bùn chất sinh thí nghiệm BMP2 Nhận xét chương Phân hủy kị khí lên men ấm (350C) kết hợp FS với WAS trạm XLNT đô thị theo tỷ lệ phối trộn FS:WAS = 1:6, 1:3, 1:2, 1:1 (theo g VS) thể tích khí CH4 tăng từ 2,5% đến 9,5%, hiệu suất loại bỏ chất hữu tính theo COD tăng từ 3,5% đến 13,5% hiệu suất loại bỏ VS tăng từ 3,6% đến 11,6% so với xử lý WAS Tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:1 cho hiệu suất loại bỏ chất hữu tính theo COD VS cao tương ứng 43,40±0,09% 42,55±0,78%, thể tích khí CH4 thu cao 294,8±5,2 NmL/gVSbùn chất vào Bùn trạm XLNT đô thị chủ yếu tách nước học chở chơn lấp Do đó, phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm (35 0C) để xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm XLNT đô thị cho khu vực có thu hồi khí sinh học, coi phương án khả thi điều kiện Việt Nam: lúc hai loại bùn thải xử lý cơng trình, tận dụng điều kiện trạm XLNT, trạm hoạt động chưa đủ công suất thiết kế, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường bùn bể tự hoại gây tận dụng khí sinh học thu vào sản xuất lượng (điện năng, nhiệt năng) Các đô thị tăng lên, tỷ lệ phục vụ MLTN tăng, HTTN riêng sử dụng nên nước thải từ bệ xí, nước thải sinh hoạt thu gom, đấu nối trực tiếp vào HTTN bên ngồi, khơng cịn cơng trình xử lý cục (bể tự hoại) mà tỷ lệ thu gom nước thải từ hộ gia đình tăng lượng bùn bể tự hoại giảm Theo kết tính tốn lượng FS bùn trạm XLNT thị phát sinh cho khu vực đô thị trung tâm Hà Nội giai đoạn năm 2019 – 2044 cho thấy tỷ lệ lượng bùn trạm XLNT FS: năm 2019 xấp xỉ 1,0, năm 2029 2,1, năm 2034 3,1 năm 2044 6,2 17 tỷ lệ phối trộn FS:WAS = 1:6, 1:3, 1:2, 1:1 (theo khối lượng VS) cho sinh khí CH4 nghiên cứu tính tốn, đề xuất chương luận án CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ BÙN CỦA CÁC TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU VỰC ĐÔ THỊ TRUNG TÂM HÀ NỘI CŨ PHÍA NAM SƠNG HỒNG 4.1 Xác định nội dung tính tốn, lựa chọn đề xuất công nghệ xử lý bùn khu vực đô thị trung tâm Hà Nội Khu vực lựa chọn nghiên cứu khu vực thu gom nước thải để xử lý trạm XLNT đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng (thuộc lưu vực Tơ Lịch phần lưu vực Tả Nhuệ) Hiện khu vực có 05 trạm XLNT vận hành trạm XLNT Kim Liên, Trúc Bạch, Yên Sở, Hồ Tây Bảy Mẫu; trạm XLNT Yên Xá xây dựng trạm XLNT Phú Đơ thiết kế (hình 4.1) Công nghệ xử lý bùn trạm XLNT đô thị chủ yếu tách nước học chở chơn lấp Trong đó, bùn bể tự hoại hút lên chứa hàm lượng chất hữu cao, nhiều vi sinh vật gây bệnh, không qua xử lý chở chôn lấp xả môi trường Thành phố quan tâm đến việc giảm thiểu diện tích đất dành cho chơn lấp bùn thải quỹ đất ngày hạn hẹp Ở chương này, nghiên cứu sinh tính tốn, lựa chọn cơng nghệ xử lý kết hợp bùn trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại cho khu vực nghiên cứu để thu hồi khí sinh học sản xuất lượng, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường bùn trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại gây 4.2 Các trạm XLNT đô thị khu vực tính tốn Bùn trạm XLNT thị chủ yếu sử dụng công nghệ làm khô học chở chơn lấp, có trạm XLNT Yên Sở, áp dụng công nghệ phân hủy kị khí để ổn định bùn 18 Các trạm XLNT thị khu vực tính tốn tổng hợp bảng 4.1 Bảng 4.1 Các trạm XLNT đô thị thuộc khu vực tính tốn đến năm 2030 Diện tích lưu Dân số phục Công suất trạm Tên nhà máy/ TT vực thu gom vụ đến 2030 XLNT đến 2030 trạm XLNT (ha) (người) (m3/ngđ) Yên Sở 3.006,4 474.000 200.000 Bảy Mẫu 217,5 41.200 13.300 Trúc Bạch 38,6 9.541 3.000 Hồ Tây 180,0 301.000 15.000 Yên Xá 4.902,1 1.080.000 270.000 Kim Liên 33,9 15.696 4.800 Phú Đô 2.485,0 224.000 84.000 Tổng cộng 10.863,5 2.145.437 590.100 4.3 Lượng bùn thải trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại khu vực tính toán 4.3.1 Lượng bùn thải phát sinh trạm XLNT đô thị Bảng 4.2 Tổng lượng bùn nén bùn tách nước trạm XLNT đô thị khu vực tính tốn Lượng bùn Lượng bùn Trạm XLNT Đơn vị tính sau nén sau tách nước TS/ngày 179,3 169,8 trạm XLNT: Kim tấn/ngày 3.757,4 896,5 Liên, Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy Mẫu, Yên Sở, m /ngày 3.731,1 855,2 Yên Xá Phú Đô Độ ẩm trung bình, % 95,2 80,0 trạm XLNT khơng TS/ngày 176,5 168,3 tính Yên Sở: Kim Liên, tấn/ngày 3.698,4 888,4 Trúc Bạch, Hồ Tây, m /ngày 3.672,5 847,3 Bảy Mẫu, Yên Xá Độ ẩm trung bình, % 95,2 80,0 Phú Đô 4.3.2 Lượng bùn bể tự hoại phát sinh khu vực tính tốn Bảng 4.3 Lượng bùn bể tự hoại khu vực tính tốn đến năm 2030 Thơng số tính tốn Dân số tính tốn khu vực trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng đến năm 2030 Thể tích bùn hút ngày Khối lượng phân bùn Độ ẩm phân bùn Đơn vị Giá trị người 2.145.437 m3/ngày tấn/ngày 683,5 697,1 % 97,0 4.4 Các giải pháp xử lý bùn cho khu vực tính tốn 19 ➢ Tại trạm XLNT n Sở có bể mê tan: bùn xử lý theo phương án YS1a YS1b (hình 4.2) Phương án YS1a: bùn sau phân hủy kị khí tách nước vận chuyển ủ compost Phương án YS1b: bùn sau phân hủy kị khí tách nước chở đến trạm xử lý bùn tập trung đặt Yên Mỹ (giả thiết) để sấy đốt với bùn trạm XLNT khác khu vực tính tốn ➢ Tại trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ (giả thiết): bùn xử lý theo phương án TT1a (hình 4.3) TT1b (hình 4.4) Đối với trạm cịn lại khu vực tính tốn, WAS trạm XLNT Kim Liên, Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy Mẫu, Yên Xá Phú Đô chở đến trạm xử lý bùn tập trung đặt Yên Mỹ kết hợp với FS xử lý phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm Phương án TT1a phương án TT1b nghiên cứu đề xuất so sánh với phương án xử lý bùn mà trạm XLNT áp dụng: bùn tách nước trạm XLNT chở chôn lấp (phương án HT) phương án theo quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030: bùn thải sau tách nước trạm XLNT chở đến trạm xử lý bùn tập trung để sấy đốt, có thu hồi lượng (phương án TT2) 20 Phương án HT: Bùn thải tách nước trạm XLNT, chở chôn lấp Phương án TT2: Bùn thải tách nước – sấy đốt trạm xử lý bùn tập trung Xử lý bùn phương án TT2 (hình 4.6) cần xây thêm khu sấy + đốt bùn tập trung so với phương án HT 4.5 Tính tốn phương án xử lý bùn trạm XLNT cho khu vực tính tốn Tính tốn khối lượng bùn xử lý, lượng tiêu thụ cho xử lý bùn thực cho cơng trình dây chuyền cơng nghệ theo phương án; lưu lượng tải lượng đầu cơng trình trước đầu vào cơng trình sau Năng lượng (điện nhiệt năng) sinh từ CHP trạm xử lý bùn cung cấp cho hệ phân hủy kị khí: cịn cung cấp điện sử dụng cho q trình tuần hồn nước tách từ đặc bùn bơm, tuần hồn nước từ trình sấy bùn, trộn bùn với hóa chất, thiết bị khí hệ thống xử lý bùn; nhiệt sử dụng trình sấy bùn, ủ bùn 4.6 Nhận xét kết tính tốn đề xuất cơng nghệ xử lý bùn 21 ❖ Đối với trạm XLNT Yên Sở xây dựng bể mê tan Bảng 4.4 Thể tích biogas sinh WAS trạm XLNT Yên Sở xử lý không xử lý kết hợp với FS Như vậy, YS1a YS1b giải pháp để tăng sản lượng biogas trạm XLNT Yên Sở tăng thêm chất hữu cho dòng bùn đầu vào bể mê tan phân hủy kị khí lên men ấm kết hợp WAS với FS, vừa tăng sản lượng biogas sinh khối lượng bùn xử lý tăng, vừa không ảnh hưởng đến chế độ thủy lực cơng trình XNLT chất lượng nước thải đầu trạm XLNT, vừa mang lại lợi ích kinh tế việc chia sẻ thiết bị tận dụng cơng trình xử lý bùn có sẵn bể mê tan, bể chứa bùn, bể chứa biogas, thiết bị tách nước bùn, … trạm XLNT Yên Sở ❖ Đối với trạm XLNT khơng có bể mê tan Kim Liên, Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy Mẫu vận hành, Yên Xá xây dựng Phú Đơ dự kiến thiết kế Kết tính tốn, so sánh phương án xử lý bùn tổng hợp bảng 4.5 Bảng 4.5 Tổng hợp so sánh phương án xử lý bùn ➢ Về khối lượng bùn sau xử lý (hình 4.7) 22 Hình 4.7 Lượng bùn trạm XLNT đô thị FS sau xử lý phương án ➢ Về mặt lượng (hình 4.8) Nếu dùng lượng thu hồi trạm xử lý bùn tập trung để cung cấp lượng cho trình xử lý nước thải trạm XLNT khu vực tính tốn với tổng cơng suất 590.100 m3/ngày cung cấp lượng cho việc vận chuyển FS trạm xử lý bùn tập trung phương án TT1a TT1b, phần lượng tương ứng có tỷ lệ thu hồi cho phương án TT1a 79,2%, phương án TT1b 45,0% phương án TT2 21,3% phương án HT không cho thu hồi lượng Hình 4.8 Năng lượng tiêu thụ, sinh thu hồi xử lý bùn theo phương án ➢ Về giá thành xử lý chi phí đầu tư xây dựng tính cho 1m3 bùn (hình 4.9) Phương án TT1a có chi phí xử lý bùn 215.911 VNĐ/tấn (qui đổi 9,3 USD/tấn) thấp phương án TT1b (15,5 USD/tấn); thấp phương án HT (13,2 USD/tấn); thấp phương án TT2 (36,1 USD/tấn) Phương án TT1a TT1b có chi phí xử lý bùn thấp chi phí xử lý thải bỏ Hàn Quốc (31,5 – 48,1 USD/tấn); giá thành phù hợp với chi phí xử lý Thái Lan với chi phí 23 xử lý chất thải có thu hồi lượng từ 4,3 USD/tấn đến 28,6 USD/tấn Như vậy, chi phí xử lý bùn suất vốn đầu tư xây dựng thay đổi phụ thuộc vào công nghệ xử lý bùn, công suất xử lý địa phương Hình 4.9 Giá thành xử lý suất vốn đầu tư xây dựng theo phương án Phương án TT1a TT1b đề xuất sử dụng Trong tương lai, quy định kiểm soát bùn thải tái sử dụng nơng nghiệp phí bảo vệ môi trường ô nhiễm từ bùn thải đưa bãi chơn lấp ngày thắt chặt, phần lợi ích thu từ xử lý bùn, thu hồi lượng tăng lên Nhận xét chương ➢ Tại trạm XNLT Yên Sở có bể mê tan: áp dụng phương án YS1a áp dụng phương án YS1b khu vực sử dụng công nghệ sấy đốt bùn Xử lý kết hợp WAS với FS theo tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:1 (theo khối lượng VS) tận dụng thiết bị, cơng trình có sẵn trạm; đồng thời thể tích biogas sinh tăng lên gấp 3,79 lần, 3,84 lần 1,43 lần tương ứng so với thể tích biogas thu nồng độ chất bẩn nước thải thực tế, thấp cao WAS trạm XLNT Yên Sở không xử lý với FS ➢ Tại trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ: WAS trạm XLNT đô thị Kim Liên, Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy Mẫu, Yên Xá Phú Đô (dự kiến) xử lý kết hợp với FS theo phương án TT1a TT1b với tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:3 (theo khối lượng VS) tạo 302.412,2 kWh/ngày điện nhiệt từ thu hồi khí sinh học Năng lượng đảm bảo hoàn toàn nhu cầu lượng cho trạm xử lý bùn tập trung khu vực Hà Nội nghiên cứu, cung cấp lượng cho xử lý nước thải trạm XLNT đô thị với tổng công suất 590.100m3/ngày, tỷ lệ thu hồi lượng 79,2% phương án TT1a 45,0% phương án TT1b - Phương án TT1a TT1b áp dụng với khu vực nội thành, diện tích đất cho hạ tầng kỹ thuật ít, mật độ dân cư lớn để giảm diện tích bãi chơn lấp, bùn sau phân hủy kị khí tiếp tục xử lý để tái chế, tái sử dụng - Phương án TT1a áp dụng với khu vực ngoại thành, nơi canh tác đất nơng nghiệp có nhu cầu phân bón, đồng thời có thêm nguồn lượng thu hồi từ biogas 24 KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu cho phép rút số kết luận: - Xử lý kết hợp bùn trạm XLNT đô thị với bùn bể tự hoại phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm (350C) có khả sinh khí CH4, hiệu suất loại bỏ VS COD cao so với xử lý riêng biệt bùn trạm XLNT đô thị Với tỷ lệ phối trộn FS:WAS từ 0:1 đến 1:1 (theo khối lượng VS), thể tích khí CH4 thu dao động từ 269,3 NmL/gVSbùn vào đến 294,8 NmL/gVSbùn vào; hiệu suất loại bỏ COD tăng từ 38,23% đến 43,40% VS loại bỏ từ 38,12% đến 42,55% Tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:1 (theo khối lượng VS) cho hiệu suất loại bỏ COD VS cao tương ứng 43,40% 42,55%, thể tích khí CH4 cao 294,8 NmL/gVSbùn vào - Xử lý kết hợp FS với WAS trạm XLNT đô thị cho khu vực đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sơng Hồng phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm (350C) tạo 302.412,2 kWh/ngày điện nhiệt từ thu hồi khí sinh học Năng lượng đảm bảo hoàn toàn nhu cầu lượng cho trạm xử lý bùn tập trung cung cấp lượng đủ cho xử lý nước thải trạm XLNT đô thị khu vực nghiên cứu với tổng công suất 590.100 m3/ngày, tỷ lệ thu hồi lượng 45,0% - 79,2% - Xử lý phân hủy kị khí lên men ấm (350C) kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm XNLT thị trạm XLNT thực hóa, cho phép xử lý loại chất thải này, thu hồi tài nguyên Đặc biệt, điều kiện đô thị Việt Nam, xử lý kết hợp cho phép tận dụng cơng trình trạm XLNT, trạm hoạt động chưa đủ công suất thiết kế Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến hiệu sinh khí mê tan loại chất thải giàu hữu khác - Thành phố tăng cường giải pháp quản lý bùn bể tự hoại: định kỳ hút bùn bể tự hoại xử lý bùn bể tự hoại để không gây ô nhiễm môi trường, đồng thời thu hồi tài nguyên từ bùn - Nghiên cứu sở nghiên cứu bùn tương lai cho thành phố Hà Nội đô thị khác toàn quốc Trên sở kết thu được, nghiên cứu thành lập tổ hợp xử lý kết hợp bùn trạm XLNT đô thị với bùn bể tự hoại phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm, thu hồi lượng bùn sau xử lý tái chế, tái sử dụng 25 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN L Shoebitz, M Bassan, A Ferr, T.H.A Vu, V.A Nguyen, L Strande (2014), “FAQ: Faecal Sludge Quantification and Characterization – field trial of methodology in Hanoi, Vietnam”, 37th WEDC Intermational Conference: Sustainable Water and Sanitation Services for All in a Fast Changing World, Hanoi, Vietnam, pp 787-793, ISBN: 978-604-82-1337-4 Nguyễn Việt Anh, Vũ Thị Hoài Ân (2014), “Xử lý, ổn định bùn cặn từ trạm xử lý nước thải theo hướng tái tạo lượng, thu hồi tài ngun”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, Số 20, 9/2014, tr 5-12, ISBN 1859 – 2996 Nguyen Viet Anh, Vu Thi Hoai An (2016), “Characteristics of septic tank sludge and influencing factors”, Journal of Science and Technology, Vol 54 (2A) (2016), pp 141-148, ISSN 0866-708X Nguyễn Việt Anh, Đào Minh Nguyệt, Vũ Thị Hoài Ân, Magalie Bassan Linda Strande (2016), “Quản lý phân bùn bể tự hoại – nhìn từ góc độ kiểm sốt nhiễm thu hồi tài ngun”, Tạp chí Cấp nước Việt Nam, Số (110)-2016, tr.4953, ISSN 1859-3623 Vu Thi Hoai An, Vu Thi Minh Thanh, Nguyen Viet Anh (2017), “Bio – methane potential test for anaerobic co-digestion of feacal sludge and sewage sludge”, Viet Nam Journal of Science and Technology, Vol 55 (4C) (2017), pp 27-32, ISSN 2525-2518 Miriam Englund, Juan Pablo Carbajal, Amede Ferre, Magalie Bassan, An Thi Hoai Vu, Viet-Anh Nguyen, Linda Strande (2020), “Modelling quantities and qualities (Q&Q) of faecal sludge in Hanoi, Vietnam and Kampala, Uganda for improved management solutions”, Journal of Environmental Management, Published by Elsevier Ltd., Vol 261 (2020), pp 110-202 Vu Thi Hoai An, Nguyen Viet Anh, Vu Thi Minh Thanh (2020), “Scenarios for treatment of sewage sludge from municipal wastewater treatment plants in Hanoi towards energy efficiency and resource recovery”, Journal IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (MSE) 869 (2020) 042026, doi:10.1088/1757-899X/869/4/042026 ... XLNT đô thị phương pháp sinh học kị khí (lên men ấm)? ?? nghiên cứu, thực để đánh giá khả sinh khí mê tan xử lý kết hợp bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm... án nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm xử lý nước thải đô thị phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm để xử lý ổn định bùn, giảm lượng bùn thải chôn lấp thu hồi lượng Nội dung nghiên. .. bùn tiêu diệt mầm bệnh 7 1.3 Tổng quan nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn trạm XLNT bùn bể tự hoại Trên giới có nhiều nghiên cứu phần lớn nghiên cứu xử lý kị khí loại bùn trạm XLNT, xử lý kị