Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị xử lý nước ríc rác bãi chôn lấp đá mài thành phố Thái Nguyên

Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị xử lý nước ríc rác bãi chôn lấp đá mài thành phố Thái Nguyên Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị xử lý nước ríc rác bãi chôn lấp đá mài thành phố Thái Nguyên luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ******************************** LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ NƯỚC RÍC RÁC BÃI CHƠN LẤP ĐÁ MÀI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG DƯƠNG THỊ PHƯƠNG ANH HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THỊ SƠN HÀ NỘI 2007 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .1 Chương KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC RÁC 1.1 Sự hình thành nước rác 1.1.1 Tính tốn lượng nước rác phát sinh 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng thành phần nước rác 1.1.2.1 Ảnh hưởng thành phần rác chôn lấp 1.1.2.2 Ảnh hưởng thời tiết, khí hậu .8 1.1.2.3 Ảnh hưởng công nghệ chôn lấp, vận hành loại hình bãi chơn lấp .9 1.1.2.4 Ảnh hưởng thời gian chôn lấp (tuổi bãi) .11 1.2 Đặc trưng nước rác 15 1.2.1 Tính chất lý học, hố học sinh học nước rác 15 1.2.1.1 Tính chất lý học 15 1.2.1.2 Thành phần hoá học 15 1.2.1.3 Tính chất sinh học 17 1.2.2 Đặc trưng nước rác số bãi chôn lấp giới Việt Nam 18 1.2.2.1 Đặc trưng nước rác số bãi chôn lấp giới .18 1.2.2.2 Đặc trưng nước rác số bãi chôn lấp Việt Nam .19 Chương TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RÁC 2.1 Kiểm soát nước rác .21 2.2 Các phương pháp xử lý nước rác 23 2.2.1 Phương pháp hóa lý 23 2.2.2.1 Phương pháp đông keo tụ 23 2.2.2.2 Phương pháp hấp phụ .24 2.2.2 Phương pháp hóa học .25 2.2.3 Phương pháp học 27 2.2.4 Phương pháp sinh học 27 2.2.4.1 Quá trình xử lý sinh học yếm khí .27 2.2.4.2 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí .30 2.2.4.3 Q trình xử lý sinh học thiếu khí .31 2.3 Một số công nghệ ứng dụng để xử lý nước rác giới Việt Nam 32 2.3.1 Nguyên tắc lựa chọn công nghệ xử lý nước rác 32 2.3.2 Một số công nghệ ứng dụng để xử lý nước rác giới 33 2.3.2.1 Các phương pháp xử lý liên hợp 33 2.3.2.2 Xử lý sinh học kết hợp oxy hoá hoá học 36 2.3.2.3 Công nghệ xử lý yếm-hiếu khí kết hợp đất ngập nước 39 2.3.3 Một số công nghệ ứng dụng để xử lý nước rác Việt Nam 41 2.3.3.1.Công nghệ xử lý yếm-hiếu khí áp dụng bãi chơn lấp Nam Sơn .41 2.3.3.2 Công nghệ xử lý sinh học kết hợp hóa lý áp dụng bãi chôn lấp Đông Thạnh cũ 43 Chương HIỆN TRẠNG BÃI CHƠN LẤP ĐÁ MÀI 3.1 Vị trí bãi chơn lấp 45 3.2 Đặc điểm địa hình, khí hậu khu vực bãi chôn lấp 45 3.2.1 Địa hình 45 3.2.2 Khí hậu .45 3.2.2.1 Mưa 45 3.2.2.2 Độ ẩm, nhiệt độ 46 3.2.2.3 Gió, bão .46 3.3 Đặc điểm - Hoạt động bãi chơn lấp 46 3.4 Tính tốn lượng nước rác phát sinh bãi chơn lấp Đá Mài .48 3.4.1 Lượng nước rác phát sinh trình hoạt động 48 3.4.1.1 Lượng nước rác phát sinh ô chôn lấp số .50 3.4.1.2 Lượng nước rác phát sinh ô chôn lấp số 2, 3, 4, 58 3.4.2 Lượng nước rác phát sinh sau đóng chơn lấp 58 3.5 Cơng nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài 63 3.5.1 Đặc trưng nước rác bãi chôn lấp Đá Mài 63 3.5.2 Đánh giá trạng công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài .64 3.5.2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài .64 3.5.2.2 Đánh giá công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài 66 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RÁC BÃI CHƠN LẤP ĐÁ MÀI 4.1 Mục đích, nội dung phương pháp nghiên cứu 69 4.1.1 Mục đích, đối tượng nghiên cứu 69 4.1.2 Nội dung nghiên cứu 69 4.1.3 Phương pháp nghiên cứu 69 4.1.3.1 Phương pháp phân tích tiêu hoá lý .69 4.1.3.2 Phương pháp phân tích tiêu hố học 69 4.2 Kết nghiên cứu xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài .73 4.2.1 Kết khảo sát đặc trưng nước rác 73 4.2.2 Kết nghiên cứu xử lý nước rác đông keo tụ 74 4.2.3 Kết nghiên cứu xử lý nước rác fenton 78 Chương HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ NƯỚC RÁC BÃI CHÔN LẤP ĐÁ MÀI 5.1 Đề xuất công nghệ 82 5.2 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý 83 5.2.1 Bể điều hòa 83 5.2.2 Hệ thống bể đông keo tụ 84 5.2.2.1 Bể khuấy trộn phản ứng .84 5.2.2.2 Bể tạo 85 5.2.2.3 Bể lắng .85 5.2.3 Hệ thống sinh học 86 5.2.3.1 Bể xử lý yếm khí UASB 86 5.2.3.1 Bể xử lý hiếu khí .88 5.2.4 Bể lắng sau aeroten 92 5.2.4.1 Bể lắng sau aeroten bậc 92 5.2.4.2 Bể lắng sau aeroten bậc 92 5.2.5 Hồ sinh học 92 KẾT LUẬN .93 Luận văn thạc sỹ Đại học Bách khoa Hà Nội MỞ ĐẦU Nước ta q trình cơng nghiệp hóa-hiện đại hóa, kinh tế đất nước có biến chuyển đáng kể, đời sống người dân ngày nâng cao Tuy nhiên với phát triển kinh tế khai thác thái dẫn đến cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên phát sinh ngày nhiều chất thải Đặc biệt thành phố lớn chất thải có chất thải rắn làm gia tăng nhiễm môi trường tác động không nhỏ đến sức khỏe cộng đồng Không Việt Nam mà nhiều nước giới vấn đề phát sinh xử lý chất thải rắn quan tâm Khác với nước có kinh tế phát triển, nước ta chất thải sinh hoạt từ đô thị, khu dân cư tập trung không phân loại từ nguồn phần lớn đem chôn lấp, phần nhỏ tái chế thành phân vi sinh Chôn lấp phương pháp phổ biến đơn giản, áp dụng rộng rãi hầu giới Tuy nhiên phương pháp có nguy gây nhiễm mơi trường lớn, đặc biệt ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm lan truyền chất độc hại thấm từ bãi chơn lấp Nước rác hình thành từ hàm ẩm rác, từ vật liệu phủ, phân huỷ chất hữu với nguồn nước mưa thấm ngấm Một số bãi nằm vùng trũng có thêm lượng nước ngầm thấm vào Nước rác chứa nhiều thành phần ô nhiễm hữu vô cơ, chất rắn lơ lửng, kim loại nặng, Tuy nhiên hàm lượng chất ô nhiễm khối lượng nước rác biến động lớn theo đặc trưng rác thải, theo vị trí địa lý, tính chất thổ nhưỡng bãi chơn lấp, theo thời tiết, khí hậu, Sự đa dạng thành phần dao động lớn nồng độ gây khó khăn khơng nhỏ cho trình xử lý nước rác dẫn tới nhiều hệ thống xử lý xây dựng hoạt động hiệu không vận hành Xây dựng hệ thống xử lý nước rác đồng thời với quy hoạch thiết kế xây dựng bãi chôn lấp vấn đề cấp thiết khu đô thị vùng dân cư tập trung Thành phố Thái Nguyên có vị trí địa lý thuận lợi: nằm cách thủ Hà Nội 80km phía Bắc, có nhiều tiềm phát triển kinh tế xã hội Hiện Dương Thị Phương Anh CH2005 - Kỹ thuật môi trường Luận văn thạc sỹ Đại học Bách khoa Hà Nội việc thu gom, xử lý chất thải rắn vấn đề gây xúc cho người dân cấp quản lý Cả thành phố có bãi chôn lấp hợp vệ sinh (Bãi rác Đá Mài) nằm địa bàn xã Tân Cương, cách thành phố khoảng 12km Hiện bãi có hệ thống xử lý nước ríc rác hoạt động hiệu quả, nước thải sau xử lý không đảm bảo tiêu chuẩn thải TCVN 5945-2005 (cột B) Việt Nam Đề tài “Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ thiết bị xử lý nước ríc rác bãi chơn lấp Đá Mài thành phố Thái Nguyên” thực nhằm góp phần đưa hệ thống vào hoạt động hiệu cao Kết nghiên cứu sở để cấp quản lý lựa chọn công nghệ xử lý nước rác phù hợp cho bãi chơn lấp Đá Mài góp phần giải vấn đề ô nhiễm nước rác gây Nội dung đề tài gồm có chương: Chương Khái quát nước rác Chương Tổng quan công nghệ xử lý nước rác Chương Hiện trạng bãi chôn lấp Đá Mài Chương Kết nghiên cứu xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài Chương Hồn thiện cơng nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài Dương Thị Phương Anh CH2005 - Kỹ thuật môi trường Luận văn thạc sỹ Đại học Bách khoa Hà Nội Chương KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC RÁC Có thể định nghĩa nước rác chất lỏng hình thành q trình chơn lấp chất thải rắn Nước rác có nguồn gốc từ rác đem chơn lấp, từ q trình phân huỷ, nước mưa, nước mặt nước ngầm thấm ngấm Các chất ô nhiễm nước rác đa dạng, phức tạp khó kiểm sốt Vì nước rác cần quản lý thật chặt chẽ để tránh gây ô nhiễm cho nguồn tiếp nhận 1.1 Sự hình thành nước rác Nước rác hình thành nhiều nguồn khác nhau: - Độ ẩm rác - Quá trình phân huỷ chất hữu rác - Nước mưa, nước mặt, nước ngầm thấm ngấm - Nước từ vật liệu bổ sung (chế phẩm EM, phun tưới tạo độ ẩm) 1.1.1 Tính tốn lượng nước rác phát sinh Lượng nước rác hình thành tính dựa vào cân nước cho bãi chôn lấp Đối với bãi chôn lấp hợp vệ sinh, bỏ qua lượng nước thấm qua thành bãi, đáy bãi vào ô chôn lấp Các thành phần tạo nên cân nước ô chôn lấp thể hình 1.1: * Nước vào từ phía chơn lấp G1 (nước mưa nước từ lớp ngấm xuống): Đối với lớp ô chôn lấp, nước từ phía tương ứng với nước mưa thấm qua vật liệu phủ Đối với lớp bên dưới, nước từ phía tương ứng với nước thấm qua chất thải rắn lớp Vấn đề quan trọng tính tốn cân nước cho chơn lấp xác định lượng mưa thực thấm qua lớp phủ Với vùng hoạt động chôn lấp, nước mưa rơi vào ô chôn lấp mưa trời nắng khô hanh phần lượng nước ô chôn lấp bay Lượng nước mưa lượng nước bay tính toán dựa theo số liệu hồi cứu trạm khí tượng khu vực quan trắc vịng 20 năm Dương Thị Phương Anh CH2005 - Kỹ thuật môi trường Luận văn thạc sỹ Đại học Bách khoa Hà Ni N-ớc m-a từ lớp ngấm xuống G1 N-ớc bay G4 N-ớc rác, vật liệu phủ G2 N-íc EM G3 N-íc tÝch r¸c,vËt liƯu phủ G6 N-ớc tiêu tốn cho phản ứng sinh học G5 N-ớc ngấm xuống lớp d-ới n-ớc rác G7 Gn-íc r¸c = G7 = [G1 + G2vl +G2 r+ G3 ] – [G4 + G5 + G6 vl + G6r] Hình 1.1 Sơ đồ cân nước cho ô chôn lấp * Nước chất thải rắn, vật liệu phủ G2: Lượng nước vào với vật liệu phủ tuỳ thuộc vào loại, nguồn gốc vật liệu phủ mùa năm Lượng ẩm tối đa có vật liệu phủ tính theo hệ số giữ nước vật liệu Giá trị điển hình đất trồng 6-12%, với đất sét pha 2331% Nước vào bãi rác với chất thải độ ẩm có sẵn chất thải độ ẩm từ khơng khí từ nước mưa Khi thời tiết khô, phần ẩm tuỳ theo điều kiện lưu giữ * Nước từ vật liệu bổ sung (chế phẩm EM) G3: Chế phẩm EM có tác dụng diệt trùng khử mùi phân huỷ rác thải tạo Thông thường người ta sử dụng dung dịch EM thứ cấp pha loãng để phun vào rác, có lượng nước từ dung dịch EM vào ô chôn lấp Định mức: 30l EM/tấn rác tươi * Nước bay G4: Gồm nước bay theo độ ẩm khơng khí khí bãi rác Khí bãi rác có mang theo lượng nước định thường bão hoà nước Lượng nước bay khỏi bãi rác tính theo định luật khí lý tưởng (chấp nhận khí bãi rác bão hồ nước): PV = nRT Trong đó: P - Áp suất hóa nước nhiệt độ T, atm V - Thể tích khí, m3 Dương Thị Phương Anh CH2005 - Kỹ thuật môi trường Luận văn thạc sỹ Đại học Bách khoa Hà Nội n - Số mol R = Hằng số khí T = Nhiệt độ, oK * Nước tiêu tốn cho hình thành khí bãi rác G5: Nước sử dụng q trình phân huỷ yếm khí chất hữu có chất thải rắn Giả thiết thành phần hữu chất thải rắn có cơng thức tổng qt CaHbOcNd, lượng nước tiêu tốn tính theo phương trình phản ứng phân huỷ: CaHbOcNd + 4a − b − 2c − 3d H2O 4a − b + 2c + 3d 4a − b − 2c − 3d CH4+ CO2+dNH3 8 Nói chung, thành phần hữu chất thải rắn chia thành loại: loại phân huỷ nhanh (3 tháng đến năm) nguyên liệu nguồn gốc động thực vật, giấy báo, giấy văn phịng, bìa cactong loại phân huỷ chậm (tới 50 năm hơn) nhựa, cao su, da, gỗ, vải [14] Mức độ phân huỷ sinh học thành phần hữu phụ thuộc vào hàm lượng lignin có chất thải; hàm lượng lignin cao hiệu phân huỷ sinh học giảm Rác có nguồn gốc chất thải từ chế biến thực phẩm với hàm lượng lignin 0,4% hiệu phân hủy sinh học đạt 82%; ngược lại giấy báo với hàm lượng lignin 21,9% hiệu phân hủy sinh học đạt 22% (bảng 1.1) Bảng 1.1 Mức độ phân huỷ sinh học thành phần hữu chất thải sinh hoạt [14] Thành phần hữu Chất thải thực phẩm Giấy báo Giấy văn phịng Bìa cactong Hàm lượng lignin (%) 0,4 21,9 0,4 12,9 Thành phần phân huỷ sinh học (%) 82 22 82 47 Để tính lượng nước tiêu tốn cho phản ứng hình thành khí bãi rác cần xác định cơng thức hoá học gần thành phần phân huỷ nhanh chậm sở biết tỷ lệ mol nguyên tố cấu tạo nên thành phần Do cần xác định cụ thể thành phần hữu có rác thải đem chôn lấp Theo [14] công thức tổng quan thành phần hữu phân huỷ nhanh C68H111O50N Quá trình phân hủy cân theo phương trình phản ứng [14]: Dương Thị Phương Anh CH2005 - Kỹ thuật môi trường Luận văn thạc sỹ Đại học Bách khoa Hà Nội C68H111O50N + 16H2O → 35CH4 + 33CO2 + NH3 (*) 1741 288 560 1452 17 Lượng nước cần thiết để phân huỷ đơn vị khối lượng khô (1 tấn) thành phần phân huỷ nhanh là: Gn = 288 = 0,165 nước/tấn rác khô phân huỷ nhanh 1741 Từ tính lượng nước tiêu hao cần để hình thành 1m3 khí: Gt.h = Gn 0,165 = tấn/m3 Vkhi Vkhi Vkhi thể tích khí sinh từ phản ứng (*) Tương tự tính cho thành phần hữu phân huỷ chậm * Nước nguồn gốc từ chất thải rắn, vật liệu phủ G6: Chất thải rắn, vật liệu phủ ln có hàm lượng ẩm định Lượng nước tính theo cơng thức: G6 = Gkhơ.FC Trong đó: G6 - Hàm ẩm chất thải rắn, vật liệu phủ, Gkhô - Khối lượng khô chất thải rắn, vật liệu, FC: Hệ số giữ nước vật liệu FC = 0,6 – 0,55 Gtb 10 + Gtb Gtb - Khối lượng trung bình lớp, lb (1tấn = 2204lb) Gtb = [Gcác lớp + (Gkhô + Gnước)/2 + Gvliệu phủ].2204 * Nước khỏi đáy ô chôn lấp G7: Nước khỏi đáy ô chôn lấp bãi rác gọi nước ríc rác Lượng nước rác sinh phụ thuộc nhiều vào lượng nước có rác lượng nước từ vật liệu phủ, vật liệu bổ sung ngoại lai nước mưa thấm ngấm Ta có cân bằng: ∑Gvào = ∑Gra + ∑Gtích luỹ Dương Thị Phương Anh CH2005 - Kỹ thuật môi trường ... 64 3.5.2 Đánh giá trạng công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài 3.5.2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài Công nghệ xử lý nước rác áp dụng bãi chôn lấp Đá Mài thể sơ... chôn lấp Đá Mài 63 3.5.2 Đánh giá trạng công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài .64 3.5.2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý nước rác bãi chôn lấp Đá Mài .64 3.5.2.2 Đánh giá công. .. Cương, thành phố Thái Nguyên - Đối tượng nghiên cứu: Nước rác tươi từ bãi chôn lấp Đá Mài 4.1.2 Nội dung nghiên cứu - Đánh giá đặc trưng trạng công nghệ xử lý nước ríc rác bãi chơn lấp Đá Mài - Nghiên