luận án tiến sĩ 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)

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 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội – Năm 2021 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 ĐƠ THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ (LÊN MEN ẤM) Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước nước thải Mã số: 9520320-2 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS Nguyễn Việt Anh Hà Nội – Năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sỹ “Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn trạm xử lý nước thải đô thị phương pháp sinh học kị khí (lên men ấm)” cơng trình tơi nghiên cứu thực Các kết quả, số liệu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng năm 2021 Tác giả luận án Vũ Thị Hoài Ân LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Xây dựng nơi học tập, Khoa Đào tạo sau đại học, Khoa Kỹ thuật Mơi trường, Bộ mơn Cấp nước trường giúp đỡ tơi suốt q trình tơi học tập nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc, kính trọng đến GS TS Nguyễn Việt Anh tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian tơi thực hồn thành luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Cục Kinh tế Liên bang Thụy Sỹ (SECO), Viện Khoa học Kỹ thuật Môi trường (IESE), Trường Đại học Xây dựng Viện Khoa học Công nghệ Nước (EAWAG), Thụy Sỹ hỗ trợ, giúp đỡ q trình thực nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô, nhà khoa học, chuyên gia dành nhiều thời gian trao đổi, đóng góp ý kiến quý báu cho luận án q trình thực Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Xây dựng cơng trình thị nơi tơi cơng tác hỗ trợ, tạo điều kiện cho suốt trình thực luận án Cuối cùng, tơi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ, động viên, chia sẻ gia đình giúp tơi có hậu phương vững chắc, tạo điều kiện thuận lợi, động viên tinh thần, giúp tơi hồn thành luận án Tiến sỹ Tác giả luận án Vũ Thị Hoài Ân i MỤC LỤC…… …………………… ………… …………………………… i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt iv Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ, đồ thị .viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu luận án Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu luận án Cơ sở khoa học luận án Nội dung nghiên cứu luận án Tính luận án Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án .5 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 1.1.2 Thành phần, tính chất bùn trạm XLNT đô thị 10 1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn trạm XLNT đô thị giới Việt Nam 12 1.2 Tổng quan lượng bùn, thành phần, tính chất phương pháp xử lý bùn bể tự hoại 16 1.2.1 Lượng bùn bể tự hoại 16 1.2.2 Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại 17 1.2.3 Các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại giới Việt Nam .20 1.3 Tổng quan nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn trạm XLNT bùn bể tự hoại 24 1.3.1 Các nghiên cứu giới 24 1.3.2 Các nghiên cứu Việt Nam 26 Nhận xét chương 31 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY KỊ KHÍ, THU KHÍ SINH HỌC 32 ii 2.1 Các trình chuyển hóa chất hữu phương pháp sinh học điều kiện kị khí 32 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình phân hủy kị khí 35 2.3 Các bể phân hủy kị khí bùn 40 2.4 Phương pháp đánh giá tiềm sinh khí (BMP) cho cơng nghệ phân hủy kị khí 43 2.4.1 Khái niệm phương pháp đánh giá tiềm sinh khí mê tan BMP .43 2.4.2 Các yếu tố liên quan đến thí nghiệm BMP 43 2.5 Nhu cầu lượng cho xử lý bùn 48 2.6 Cân lượng cho hệ phân hủy kị khí xử lý bùn thải từ trạm XLNT 49 Nhận xét chương 51 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN HỦY KỊ KHÍ BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƠ THỊ 52 3.1 Mục đích thí nghiệm 52 3.2 Mơ tả thí nghiệm 52 3.2.1 Dụng cụ, thiết bị lắp đặt thí nghiệm BMP 52 3.2.2 Chuẩn bị nguyên liệu thí nghiệm 53 3.3 Các tiêu, phương pháp phân tích đánh giá thí nghiệm 56 3.3.1 Các tiêu, phương pháp phân tích thí nghiệm 56 3.3.2 Các tiêu đánh giá thí nghiệm 58 3.4 Thực thí nghiệm 60 3.4.1 Thí nghiệm BMP1 đánh giá tiềm sinh khí CH4 bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị xử lý riêng 62 3.4.2 Thí nghiệm BMP2 đánh giá tiềm sinh khí CH4 bùn bể tự hoại bùn trạm XLNT đô thị xử lý kết hợp 63 3.5 Kết thí nghiệm thảo luận 67 3.5.1 Thí nghiệm BMP1 67 3.5.2 Thí nghiệm BMP2 72 Nhận xét chương 77 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 78 4.1 Xác định nội dung tính tốn, lựa chọn đề xuất cơng nghệ xử lý bùn khu vực đô thị trung tâm Hà Nội 78 iii 4.2 Các trạm XLNT đô thị khu vực tính tốn 78 4.3 Lượng bùn thải trạm XLNT đô thị bùn bể tự hoại khu vực tính tốn 81 4.3.1 Lượng bùn thải phát sinh trạm XLNT đô thị .81 4.3.2 Lượng bùn bể tự hoại phát sinh khu vực tính tốn 83 4.4 Các giải pháp xử lý bùn cho khu vực tính tốn 83 4.5 Tính tốn phương án xử lý bùn cho khu vực tính tốn 88 4.5.1 Tính tốn xử lý bùn trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a YS1b 90 4.5.2 Tính tốn xử lý bùn trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1a TT1b 93 4.5.3 Tính tốn xử lý bùn theo phương án HT 99 4.5.4 Tính tốn xử lý bùn theo phương án TT2 101 4.6 Nhận xét kết tính tốn đề xuất cơng nghệ xử lý bùn .103 Nhận xét chương 111 KẾT LUẬN 112 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC .A iv Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Ký hiệu, chữ viết tắt AD AO A2O BMP BOD CAS CHP CH4 CO2 COD DCCN DS EAWAG FS F/M HRT HTTN IESE OLR N2 PS PURR v Ký hiệu, chữ viết tắt SBR SRT SS TCVN TLTK TN TP TS TSS VFA VNĐ VS VSS XLNT WAS1 WAS2 WAS 2.2 trạm XLNT Quãng đường vận chuyển bùn cô đặc từ trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ (theo đồ vệ tinh) EE TT Thông số Đơn giá vận chuyển bùn từ 2.3 trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ 2.4 2.5 2.6 III 3.1 3.2 3.3 IV 4.1 Khối lượng tro sau đốt Quãng đường vận chuyển tro từ Yên Mỹ làm gạch (giả sử) Đơn giá vận chuyển tro từ Yên Mỹ làm gạch Phương án HT Lượng bùn tách nước trạm XLNT Quãng đường vận chuyển bùn tách nước từ trạm XLNT bãi chôn lấp Nam Sơn Đơn giá vận chuyển bùn đến bãi chôn lấp Nam Sơn Phương án TT2 Lượng bùn tách nước 4.2 trạm XLNT Quãng đường vận chuyển bùn tách nước từ trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ FF TT Thông số Đơn giá vận chuyển bùn tách nước từ trạm XLNT đến 4.3 trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ Khối lượng tro sau đốt Quãng đường vận chuyển tro từ Yên Mỹ làm gạch (giả sử) 4.4 4.5 Đơn giá vận chuyển tro từ 4.6 Yên Mỹ làm gạch Phụ lục 10: Khái tốn chi phí đầu tư vận hành cơng trình xử lý bùn Bảng PL10.1 Khái tốn chi phí đầu tư cơng trình xử lý bùn theo phương án TT Các chi phí Phương án TT1a Bể chứa tiếp nhận bùn trạm XLNT (4 bể, RxLxH=8x28,7x4m) Bể chứa tiếp nhận bùn bể tự hoại (2 bể, RxLxH=8x18,2x4m) Bể trộn bùn trạm XLNT bùn bể tự hoại (4 bể, HxD=1,8x4m, thời gian trộn 30 phút) GG TT Các chi phí Bể phân hủy bùn (12 bể, DxH=20x13,5m) Bể chứa bùn sau phân hủy (H=3m, D=13m, bể) Bồn chứa biogas (4 bể, H=10m, D=20m) Nhà tách nước bùn Trạm CHP Tổng chi phí trực tiếp Chi phí khác (20%) Tổng mức đầu tư phương án TT1a Khấu hao Chi phí bảo trì, sửa chữa bảo dưỡng Phương án TT1b Bể chứa tiếp nhận bùn trạm XLNT (4 bể, RxLxH=8x28,7x4m) Bể chứa tiếp nhận bùn bể tự hoại (2 bể, RxLxH=8x18,2x4m) Bể trộn bùn trạm XLNT bùn bể tự hoại (4 bể, HxD=1,8x4m, thời gian trộn 30 phút) Bể phân hủy bùn (12 bể, DxH=20x13,5m) Bể chứa bùn sau phân hủy (H=3m, D=13m, bể) HH TT Các chi phí Bồn chứa biogas (4 bể, H=10m, D=20m) Nhà tách nước bùn Trạm CHP Sấy + đốt bùn (Q=150 tấn/ngày x bộ) Tổng chi phí trực tiếp Chi phí khác (20%) Tổng mức đầu tư phương án TT1b Khấu hao Chi phí bảo trì, sửa chữa bảo dưỡng Phương án TT2 Bể chứa bùn Sấy + đốt bùn (Q=150 tấn/ngày x bộ) Tổng chi phí trực tiếp Chi phí khác (20%) Tổng mức đầu tư phương án TT2 Khấu hao Chi phí bảo trì, sửa chữa bảo dưỡng II Bảng PL10.2 Khái tốn chi phí quản lý vận hành xử lý bùn theo phương án TT I Các chi phí Phương án TT1a Lượng WAS trạm XLNT cần xử lý Chi phí đầu tư xây dựng (Mxd) Tổng chi phí quản lý vận 2.1 hành (Mql) Chi phí điện (Eđn) Điện Chi phí hóa chất (Ehc) 2.2 (thể tích bùn sau phân hủy tách nước 2.498 m /ngày x 5g polyme/m bùn) Chi phí lương cơng nhân 2.3 (Ecn) 2.4 Sửa chữa, bảo dưỡng (Esc) 2.5 Chi phí vận chuyển (Evc) Khấu hao (Kcb) Chỉ tiêu kinh tế đánh giá 4.1 4.2 4.3 4.4 II Giá thành xử lý Vốn đầu tư xây dựng Phương án TT1b Lượng WAS trạm XLNT cần xử lý JJ TT Các chi phí Chi phí đầu tư xây dựng (Mxd) Tổng chi phí quản lý vận 2.1 hành (Mql) Chi phí điện (Eđn) Điện Chi phí hóa chất (Ehc) 2.2 (thể tích bùn sau phân hủy tách nước 2.498 m /ngày x 5g polyme/m bùn) Chi phí lương cơng nhân 2.3 (Ecn) 2.4 Sửa chữa, bảo dưỡng (Esc) 2.5 Chi phí vận chuyển (Evc) Khấu hao (Kcb) Chỉ tiêu kinh tế đánh giá 4.1 4.2 4.3 4.4 III Giá thành xử lý Vốn đầu tư xây dựng Phương án TT2 Lượng bùn tách nước cần xử lý Chi phí đầu tư xây dựng (Mxd) Tổng chi phí quản lý vận hành (Mql) KK TT Các chi phí 2.1 Chi phí điện (Eđn) Điện Chi phí lương cơng nhân 2.2 2.3 Sửa chữa, bảo dưỡng (Esc) 2.4 Chi phí vận chuyển (Evc) Khấu hao (Kcb) Chỉ tiêu kinh tế đánh giá 4.1 4.2 4.3 4.4 IV (Ecn) Giá thành xử lý Vốn đầu tư xây dựng Phương án HT Lượng bùn tách nước cần xử lý Chi phí vận chuyển Chi phí xử lý bãi chơn lấp Tổng chi phí quản lý vận hành Giá thành xử lý ... 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. .. 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. .. C [61] 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