Nghiên cứu ứng dụng quá trình anammox để xử lí amôni cho nước thải sinh hoạt khu đô thị pháp vân tứ hiệp

i L IC M N hoàn thành t t lu n v n này, nh n đ c r t nhi u s đ ng viên, giúp đ c a cá nhân t p th Tr Hoa – Tr đ c tiên xin đ ng c g i l i bi t n chân thành nh t t i TS Tr n Th Hi n i H c Xây D ng h ng d n t o u ki n t t nh t cho c tham quan nghiên c u th c hi n lu n v n Tôi xin g i l i bi t n t i ban lãnh đ o tr u ki n t t cho h c t p phát tri n ng i h c Th y l i t o ng th i c ng xin bày t lòng bi t n t i TS Ph m Th Ng c Lan – B môn K thu t Môi tr h ng – Khoa Môi tr ng d n giúp đ su t q trình tơi h c t p th c hi n lu n v n Và cu i cùng, c ng xin g i l i c m n đ n b n bè, ng ng ng i thân, nh ng i sát cánh tôi, chia s đ ng viên không ng ng n l c v n lên h c t p c ng nh cu c s ng Tuy nhiên th i gian có h n, trình đ h n ch , s li u công tác x lý s li u v i kh i l ng l n nên nh ng thi u sót c a Lu n v n khơng th tránh kh i Do đó, tác gi r t mong ti p t c nh n đ c s ch b o giúp đ c a th y cô giáo c ng nh nh ng ý ki n đóng góp c a b n bè đ ng nghi p M t l n n a xin chân thành c m n! Hà N i, ngày tháng 06 n m 2015 Tác gi Nguy n Th Hoài ii B N CAM K T Tên tác gi : Nguy n Th Hoài H c viên cao h c: 21KTMT21 Ng ih ng d n: TS Tr n Th Hi n Hoa TS Ph m Th Ng c Lan Tên đ tài Lu n v n: “Nghiên c u amôni cho n ng d ng trình anammox đ x lý c th i sinh ho t khu đô th Pháp Vân – T Hi p” Tác gi xin cam đoan đ tài Lu n v n đ c làm d a s li u, t li u đ c thu th p t ngu n th c t , đ c công b báo cáo c a c quan nhà n c… đ tính tốn k t qu , t cân b ng, đánh giá đ a m t s đ xu t gi i pháp Tác gi không chép b t k m t Lu n v n ho c m t đ tài nghiên c u tr c Tác gi Nguy n Th Hồi ii iii M CL C L IC M N B N CAM K T DANH M C HÌNH V U M Tính c p thi t c a đ tài M c tiêu c a đ tài 3 it ng ph m vi nghiên c u Cách ti p c n ph ng pháp nghiên c u 4.1 Cách ti p c n 4.2 Ph ng pháp nghiên c u K t qu d ki n đ t đ CH N c NG 1: T NG QUAN V CÔNG NGH X C TH I SINH HO T TRÊN TH GI I VÀ 1.1 T ng quan v hi n tr ng x lý n 1.2 nh h ng thoát n c x lý n LÝ NIT TRONG VI T NAM c th i sinh ho t Vi t Nam c th i sinh ho t Vi t Nam 1.3 Các công ngh đ x lý nit n c th i sinh ho t th gi i Vi t Nam 1.4 Các công ngh đ x lý nit n c th i ng d ng trình anammox th gi i 15 1.5 Các công ngh đ x lý nit n c th i ng d ng trình anammox Vi t Nam 17 CH NG 2: C S LÝ THUY T VÀ TH C NGHI M X LÝ NIT TRONG N C TH I SINH HO T B NG QUÁ TRÌNH ANAMMOX 20 2.1 Lý thuy t v trình anammox 20 2.1.1 nh ngh a v trình anammox 20 2.1.2 C ch c a trình anammox 21 2.1.3 Các y u t nh h ng t i trình anammox 22 2.1.3.1 nh h ng c a DO 22 2.1.3.2 nh h ng c a pH nhi t đ 23 2.1.3.3 N ng đ Amôni, Nitrit 23 2.1.3.4 N ng đ sinh kh i 24 2.1.3.5 Các y u t khác 24 iv 2.1.4 So sánh đánh giá v i công ngh x lý nit truy n th ng 24 2.2 Nghiên c u mơ hình thí nghi m v i n c th i sinh ho t 27 2.2.1 Mơ t mơ hình thí nghi m trình anammox 27 2.2.2 K t qu đánh giá 33 CH NG 3: NG D NG QUÁ TRÌNH ANAMMOX X LÝ AMÔNI CHO N C TH I SINH HO T KHU Ô TH PHÁP VÂN – T HI P 40 3.1 T ng quan v khu v c nghiên c u 40 3.1.1 V trí đ a lý 40 3.1.2 c m v đ a hình 42 3.1.3 c m v đ a ch t th y v n, đ a ch t cơng trình 42 3.1.4 Quy ho ch v s d ng đ t dân c 43 3.1.5 Hi n tr ng h t ng k thu t 44 3.2 Ph ng án công ngh x lý 45 3.2.1 Hi n tr ng h th ng thoát n c x lý n c th i khu v c: 45 3.2.2 Xác đ nh thông s tính tốn 45 3.2.3 xu t s đ dây chuy n công ngh x lý amôni n c th i sinh ho t cho tịa nhà (đi n hình – A6) Khu đô th Pháp Vân T Hi p 47 3.2.4 So sánh l a ch n công ngh 53 3.3 Tính tốn thi t k dây chuy n công ngh cho khu v c nghiên c u 54 3.3.1 Tính tốn b t ho i: 54 3.3.2 Tính tốn b u hịa 57 3.3.3 Tính tốn b Aeroten 61 3.3.4 Tính tốn b l ng đ ng 68 3.3.5 Tính tốn b nitrit bán ph n / Anammox 69 3.4 Khái toán kinh t theo ph ng án l a ch n 73 3.4.1 Khái tốn chi phí xây d ng h th ng 73 3.4.2 Khái tốn chi phí qu n lý 75 K T LU N VÀ KI N NGH 78 TÀI LI U THAM KH O 79 iv v DANH M C HÌNH V Hình 1.1 Hình nh khu x lý n c th i khu đô th Hapulico Hình 1.2 Hình nh khu x lý n c th i thu c khu ngh d ng– ông Anh – HN[23] Hình 1.3 Khu x lý n c th i đô th Phú M H ng[24] Hình 1.4 S đ dây chuyên x lý Nit n c th i - ph n nitrat hóa 11 Hình 1.5 S đ dây chuyên x lý Nit n c th i – kh nitrat 11 Hình 1.6 S đ dây chuyên x lý Nit n c th i – K t h p trình 12 Hình 1.7 S đ dây chuyên x lý Nit n c th i – Kênh oxi hóa tu n hồn 13 Hình 1.8 S đ dây chuyên x lý Nit n c th i – B SBR 14 Hình 1.9 Các giai đo n ho t đ ng b SBR 14 Hình 2.1 S đ chu trình nit k t h p v i trình anammox 20 Hình 2.2 C ch sinh hố gi thi t c a ph n ng Anammox 21 Hình 2.3 Hình nh vi khu n Anamox[13] 22 Hình 2.4 S đ chu trình nit truy n th ng 25 Hình 2.5 Mô t so sánh công ngh x lý nit theo ph ng pháp truy n th ng Anammox 27 Hình 2.6 V t li u mang Acrylin 28 Hình 2.7 Thi t b thí nghi m 29 Hình 2.8 Bùn ni c y 30 Hình 2.9 B n nhi t tùy ch nh 30 Hình 2.10 Máy đo PH 30 Hình 2.11 Máy b m nhu đ ng 31 Hình 2.12 Máy th i khí 31 Hình 2.13 Hình nh l p đ t mơ hình 31 Hình 2.14 S đ mơ hình thí nghi m[3] 32 vi Hình 2.15 Bi u đ th hi n s thay đ i c a ch tiêu đ u (HRT=24gi ) 34 Hình 2.16 Bi u đ th hi n s thay đ i c a ch tiêu đ u (HRT=24gi ) 35 Hình 2.17 Bi u đ th hi n s thay đ i ch tiêu đ u ( HRT=12gi ) 36 Hình 2.18 Bi u đ th hi n s thay đ i ch tiêu đ u ( HRT=10gi ) 37 Hình 2.19 Bi u đ th hi n s bi n thiên n ng đ hi u qu x lý t ng Nit 38 Hình 3.1 V trí b n đ quy ho ch chi ti t khu đô th Pháp Vân – T Hi p 41 Hình 3.2 S đ cơng ngh x lý n Vân – T Hi p (Ph c th i tòa nhà n hình A6 – Khu th Pháp ng án 1) 49 Hình 3.3 S đ cơng ngh anammox x lý n đô th Pháp Vân – T Hi p (Ph c th i tịa nhà n hình A6 – Khu ng án 2) 52 Hình 3.4 B u t ho i 57 Hình 3.5 B u hòa l u l ng 61 Hình 3.6 S đ làm vi c b Aeroten 65 Hình 3.7 M t b ng chi ti t h th ng phân ph i khí 71 Hình 3.8 M t b ng giá th v t li u dính bám 72 Hình 3.9 Chi ti t khung treo giá th v t li u dính bám 72 Hình 3.10 M t c t b nitrit bán ph n /anammox 73 vii DANH M C B NG BI U B ng 1.1 Các ph B ng 2.1 S li u n ng pháp x lý nit n c th i 10 c th i KTX sau x lý m t ph n qua b AnMBR [3] 28 B ng 2.2 B ng giá tr bi n thiên n ng đ (v i HRT =24gi , DO= 1-1,5mg/l) 33 B ng 2.3 B ng giá tr bi n thiên n ng đ (v i HRT =12gi , DO=0,65-0,95mg/l) 35 B ng 2.4 B ng giá tr bi n thiên n ng đ (v i HRT =12gi , DO 0,5mg/) 36 B ng 2.5 B ng giá tr bi n thiên n ng đ (v i HRT =10gi , DO 5mg/l) 37 B ng 3.1 B ng th ng kê ch tiêu s d ng đ t 43 B ng 3.2 Thành ph n tính ch t n c th i đ u vào 46 B ng 3.3 Giá tr thông s ô nhi m làm c s tính giá tr t i đa cho phép 47 B ng 3.4 So sánh ph ng pháp x lý nit b ng q trình anammox 53 B ng 3.5 Thơng s thi t k b u hòa 60 B ng 3.7 Kích th c b l ng 69 B ng 3.8 Khái tốn chi phí xây d ng tr m x lý n c th i 74 viii DANH M C CH VI T T T Anammox Anaerobic ammonium oxidation AnMBR Anaerobic Membrane Bigological Reactor AOB Ammonium oxidation bacteria BOD Biological Oxygen Demand COD Chemical Oxygen Demand DO Dissolved oxygen HRT Hydraulic RetentionTime NOB Nitrite oxidation bacteria TAN Total Ammonium Nitrogen T-N Total nitrogen TSS Total Suspended Solid SNAP SBR Single stage nitrogen removal using Anammox and parital Nitrotation Requencing Batch Reactor UASB Upflow Anearobic Sludge bed VSS Volatile Suspended Solids 67 (V i ttb = 260C nhi t đ trung bình tháng v mùa hè) n2: H s k đ n s thay đ i t c đ hồ tan ơxy n n c s ch; n2 = 0,85 Cp : n c th i so v i hồ tan ơxy c a khơng khí vào n c b c tu thu c vào chi u sâu l p c xác đ nh theo công th c: h  C T  10,3   2  Cp  10,3 + CT: hồ tan c a oxy khơng khí vào n su t Theo Ph l c II “X lý n c ph thu c vào nhi t đ áp c th i” – PGS TS Hoàng H ê, NXB Xây D ng v i T = 260 ta có CT = 8,027 (mg/l): 4  8,027  10,3   2   9,59 (mg/l), Cp  10,3 C : N ng đ trung bình c a oxy Aeroten (mg/l) Ta có C = 2mg/l V y: -C D 1,1 165  50  = 5,41 (m3/m2) 1, 68  2,52 1,12  0,85   9,59   ng đ n p khí yêu c u: I D  H 5, 41  2,   6, (m /m -h) T Ta có : Imin = 3,5 m3/m2-h  I = 6,7 m3/m2-h  Imax = 20 m3/m2-h -L ul ng khơng khí c n th i vào Aerôten m t đ n v th i gian là: V = D  Qtt = 5,41  8,33 = 45,07 (m3/h) phân ph i khơng khí Aeroten ta dùng đ a phân ph i khí DN225 (ch n l u l S l ng phân ph i khí Qđ=2 m3/h) ng đ a phân ph i khí Nđ=V/Qđ= 45,07/2  22,45 (đ a) Ch n N=24đ a 68 3.3.4 Tính tốn b l ng đ ng B L NG NG T2 Công su t thi t k : Qngđ = Th i gian ho t đ ng Cơng su t tính tốn gi T Qh=Qngđ/T = = Cơng su t tính tốn giây Qs=Qh/3600 = Ql=Qh/3.6 W1 = Q*Tln*K = = 0,002 m3/s 2,31 l/s 21,67 m3 = = = = 8,33 m3/h h 1,3 6,69 = = = = 21,67 m3 0,45 mm/s 0,45 = = = 8,33 m3/h 15 phút 1,98 m = = = 2,2 m 0,8 m = = = 0,45 m2 7,13 m2 2,8 m Hc=(B-b)*tg500/2 = 1,2 m B b = = = = 2,8 0,3 50 0,2 = 4,0 m 100 mm Dung tích b Trong Q - L u l ng n c x lý Q Tln - Th i gian l u n c Tln K - H s s d ng dung tích b F = W/(3.6*v*n) Di n tích ti t di n ngang c a vùng l ng Trong W - Dung tích b v - V n t c tính tốn c a dịng n c lên n - S đ n nguyên f = (Q*t)/(60*H*n) Di n tích ti t di n ng trung tâm: Trong Q - L u l ng n c x lý Q t - Th i gian l u n c ng (quy ph m 15 - 20 phút) H - Chi u cao ng trung tâm H = 0,9*H1 Trong H1 - Chi u cao vùng l ng n - S đ n nguyên n D= sqrt(4*f/pi) ng kính ng trung tâm Trong f - Di n tích ti t di n ng trung tâm T ng di n tích c a b l ng F+f Ch n b l ng hình vng có c nh là: B Ng n ch a c n: Chi u cao ng n ch a c n Trong áy l n ng n ch a c n có chi u r ng áy l n ng n ch a c n có chi u r ng Xây d ng ng n ch a vát Chi u cao b o v hbv H = H1 + Hc + hbv Chi u cao b l ng ng kính ng x c n th y l c Dxc Máng thu n c sau l ng Máng thu n c đ c b trí vịng quanh b l ng = 200 m3/ngd 24 h 8,33 m3/h m m đ m 69 T ng chi u dài máng L u l ng/1m chi u dài máng H s Maning d c Chi u r ng m ng V nt c Chi u cao l p n c Chi u cao m ng B ng 3.7 Kích th STT Lm = 4*B Qđv = Qs/(n*Lm) n i B Vm hnm Hm = 11,2 m = 0,00011 m3/s.m = 0,013 m3/s = 0,002 = 0,3 m = 0,027 m/s = 0,05 m = 0,25 m c b l ng Tên Thông S S đ n nguyên Ph n n tích b hình vng v i c nh (B) Ph n ch a c n hình chóp đáy d i (b) Chi u cao b Chi u cao ph n l ng Chi u cao ng n ch a c n Chi u cao b o v S li u 2,8 0,3 3,6 2,2 1,2 0,2 Th tích tồn b 22,2 nv b m m m m m m m3 3.3.5 Tính tốn b nitrit bán ph n / Anammox B NITRIT BÁN PH N / ANAMMOX Công su t thi t k : Qngđ = 200,0 m3/ngd Th i gian ho t đ ng T = 24,00 h Công su t tính tốn gi Qh=Qngđ/T = 8,33 m3/h Cơng su t tính tốn giây Qs=Qh/3600 Ql=Qh/3.6 = = 0,0023 2,31 m3/s l/s W = Qh* Tl = 50,0 m3 Qh Tl = = 8,3 10,0 m3/h h S đ n nguyên Chi u cao công tác Chi u dài b N H L = = = 4,0 2,0 5,0 m m Chi u r ng b Chi u cao b o v B H = = 2,4 0,5 m m Chi u cao toàn ph n Htp = H + h = 2,5 m Dung tích b : Trong đó: Qh - Cơng su t gi tính tốn Tl - Th i gian l u n c b L a ch n kích th c b : 70 Dung tích th c c a b 4: Wtp = N*L * B * H = 96 m3 D= Q * DO = 12500 mg O2/h = 12,5 kg O2/h Tính tốn h th ng c p khí L ng oxy c n thi t Trong đó: Q - Cơng su t tính tốn (l/h) Q= Qh*1000 = 8333 l/h DO - L DO = 0,5 mg O2/l ng oxy c n thi t b M t khác oxy chi m 20,95% khơng khí, kh i l V y l ng khí c n cung c p là: ng riêng c a khơng khí =1,2kg/m3 Qk- L u l ng khơng khí Qk =D*1,2/(20,95%) = L a ch n h th ng phân ph i khí Ch n h th ng phân ph i khí đ a phân ph i khí v i DN130 23,87 m3/h 0,029 m  30 mm = 10 m/s = 0,013 m  15 mm Qo= Qkk/5 = 4,77 m3/h N= Qk/Qđ = 59,67  60 đa Qđ = 0,4 m3/h n=N/4 = 15 đa M i b ng đ ng kích Dc, ng nhánh đ ng kính Dn ng kính ng chính: (Dc) = 4* Qk  * v o *3600 vo - v n t c khí ng ch n n kính ng nhánh: (Dn) Qo - l u l ng khí m i ng: S đ a phân ph i khí N- s đ a phân ph i khí Ch n Qđ - l u l ng đ a b t m n S đ a m i b 4* Qo  * vo *3600 71 1 Hình 3.7 M t b ng chi ti t h th ng phân ph i khí B trí v t li u mang - Thi t k h khung inox đ t m giá th , Các t m giá th đ inox có th tháo rút kh i b đ làm v sinh l ng vi khu n bám nhi u v t li u Chu k tháo g làm v sinh t m v t li u có th đ c vào k t qu quan tr c n ng đ ch t l l ng n - Lo i giá th đ vi sinh v t bám dinh, sinh tr acrylic Giá th đ đ c n p khung c th c hi n c n c kh i b ng phát tri n s i poly c s p đ t đ t o u ki n cho vi khu n dính bám nên h khung c b trí song song v i kho ng cách gi a khung 30cm M i m t b Anammox đ c b trí khung v t li u mang cao m ( b n v chi ti t) 72 Hình 3.8 M t b ng giá th v t li u dính bám Hình 3.9 Chi ti t khung treo giá th v t li u dính bám 73 Hình 3.10 M t c t b nitrit bán ph n /anammox Hi u su t x lý c a b nitrit bán ph n/ anammox: Thơng qua q trình th c nghi m ta th y hi u qu x lý amôni n c th i sinh ho t đ i v i b nitrit bán ph n/ Anammox áp d ng đ i v i thông s làm vi c nh : nhi t đ 27-33oC; pH=7-8; DO=0,5 mg/l; Th i gian l u n c =10gi Hi u qu x lý amôni 93%, t ng nit =70%, n ng đ sau x lý: NH4+ -N = (100%-93%) x 96 =6,27 mg/l