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 LUẬN VĂN THẠC SĨ

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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Đà Nẵng – Năm 2019 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 môi trường Mã số: 60.52.03.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐỖ VĂN MẠNH Đà Nẵng – Năm 2019 ii 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 Tóm tắt - Mục đích nghiên cứu xác định thành phần, tính chất lượng bùn phát sinh từ trình xử lý nước thải trạm xử lý (TXL) Sơn Trà; Và xác định khả phân hủy bùn; khảo sát ảnh hưởng siêu âm đến độ hòa tan chất hữu bùn, hiệu suất phân hủy lượng biogas thu từ trình phân hủy yếm khí; làm sở cho đề xuất giải pháp xử lý bùn nhà máy Kết nghiên cứu cho thấy: bùn bể nén bùn TXL Sơn Trà chứa lượng lớn chất hữu (CHC) dễ phân hủy sinh học, tỷ lệ chất hữu chất dinh dưỡng (C:N:P) phù hợp cho trình xử lý phương pháp phân hủy yếm khí Thực siêu âm tiền xử lý bùn với mức lượng SE = 3.282 kJ/kg TS tần số 26 kHz phân hủy yếm khí chế độ lên men ấm 35oC cho thấy: Sản lượng khí sinh 0,27 lít/g CHC, cao bùn đối chứng 0,22 lít/g CHC Ở chế độ vận hành liên tục: tải trọng 0,9 gCHC/lít.ngày hiệu suất phân hủy CHC 35,18%, sản lượng khí thu 306 ml/g CHC Thành phần CH4 biogas thu từ 58-70,3 % Áp dụng công nghệ tiền xử lý bùn siêu âm kết hợp với phân hủy yếm khí bùn thải TXLNT đô thị Đà Nẵng cần thiết hướng đến thu hồi tài nguyên giảm phát thải khí nhà kính tương lai Từ khóa – Bùn thải, Phân hủy yếm khí, Tiền xử lý bùn, siêu âm, khí sinh học STUDY OF ULTRASONIC PRETREATMENT ON SLUDGE FROM SON TRA MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANTS, ANAEROBIC DISGESTION AND BIOGAS RECOVERY Abstract - The purpose of this study is to determine the composition, properties and amount of sludge from Son Tra municipal wastewater treatment plant (MWTPs); And determine the decomposition ability of sludge; effects of ultrasonic pre-treatment on solubilisation of sludge; as a basis for proposing solutions for sludge treatment at the factory Research results show that: waste sludge from Son Tra MWTPs has high concentration of organic matter and nutrients The experimental conditions were fixed at specific ultrasonic energy (SE) of 3.282 kJ/kgTS, anaerobic sequencing batch reactor in warm fermentation mode of 35oC showed that biogas yield of 0,27 l/gram(Organic matter), control sample of 0,22l/gram(Organic matter) The parameter of optimal continuous process is at load of 0,9 g(Organic matter)/l.day with biogas yield of 0,306l/gram(Organic matter) and CH4 of 58-70,3% Treating sludge from Son Tra MWTPs by ultrasonic pre-treatment with the anaerobic process is necessary in the future to recover resources and reduce greenhouse gas emissions in the future Keywords - Sludge, Anaerobic, Pretreatment on sludge, Ultrasonic, biogas iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn Chương - TỔNG QUAN 1.1 Bùn thải 1.1.1 Khái niệm, nguồn gốc phát sinh 1.1.2 Đặc điểm tính chất [12,13] 1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn [15] 1.2 Hiện trạng quản lý, xử lý bùn thải việt nam [14] 10 1.2.1 Hiện trạng phát sinh 10 1.2.1 Thu gom xử lý 10 1.2.3 Quản lý nhà nước bùn thải từ HTTN công trình vệ sinh [2] 11 1.2.4 Hiện trang quản lý xử lý bùn thải Đà Nẵng [16] 12 1.3 Tổng quan nghiên cứu xử lý bùn Việt Nam giới 13 1.3.1 Tổng quan nghiên cứu xử lý bùn Việt Nam 13 1.3.2 Tổng quan nghiên cứu xử lý bùn giới 15 1.4 Tổng quan siêu âm 16 1.4.1 Khái niệm sóng siêu âm [17] 16 1.2.2 Tổng quan thiết bị siêu âm [17] 18 1.4.3 Nguyên lý tác động sóng siêu âm [17] 19 1.5 Tổng quan tiền xử lý bùn 20 1.5.1 Tình hình nghiên cứu tiền xử lý bùn Việt Nam 22 1.5.2 Tổng quan tiền xử lý bùn phương pháp siêu âm 23 iv 1.6 Tổng quan khí sinh học 24 1.6.1 Biogas trình sản xuất Biogas 24 1.6.2 Cơ sở sinh học q trình lên men tạo khí sinh học [6] 25 1.7 Tổng quan trạm xử lý nước thải sơn trà 26 1.7.1 Trạn xử lý nước thải Sơn Trà - Đà Nẵng [8] 26 1.7.2 Quy mô công suất, công nghệ xử lý [8] 26 Chương - ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 31 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 31 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 31 2.2 Nội dung nghiên cứu 31 2.2.1 Nội dung 1: Khảo sát trạng phát sinh, quản lý tính chất thành phần bùn thải TXLNT Sơn Trà 31 2.2.2 Nội dung 2: Xác định khả phân hủy yếm khí bùn 32 2.2.3 Nội dung 3: Xác định thông số trình tiền xử lý bùn siêu âm 33 2.2.4 Nội dung 4: Xác định hiệu suất phân hủy bùn sau tiền xử lý siêu âm 34 2.2.5 Nội dung Xác định hiệu suất phân hủy bùn sau trình tiền xử lý siêu âm chế độ liên tục 36 2.3 Phương pháp nghiên cứu 38 2.3.1 Phương pháp thống kê 38 2.3.2 Phương pháp quan trắc phân tích 38 2.3.3 Phương pháp mơ hình 40 2.3.4 Phương pháp tính tốn, xử lý số liệu đánh giá kết 40 Chương - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Thực trạng phát sinh, xử lý tính chất, thành phần bùn thải trạm xử lý nước thải Sơn Trà 42 3.1.1 Thực trạng phát sinh xử lý bùn trạm xử lý nước thải Sơn Trà 42 3.1.2 Thành phần tính chất bùn phát sinh trạm xử lý Sơn Trà 48 3.2 Xác định khả phân hủy yếm khí bùn 49 3.3 Xác định ảnh hưởng tiền xử lý siêu âm đến khả hòa tan bùn tần số 26 kHz 52 3.4 Xác định thông số tốc độ phân hủy bùn sau siêu âm chế độ gián đoạn (lên men ấm) 56 3.5 Xác định thông số tốc độ phân hủy bùn sau siêu âm chế độ liên tục 59 3.6 Đề xuất phương án công nghệ xử lý bùn phát sinh trạm xử lý Sơn Trà 65 v KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 Kết luận 69 Kiến nghị 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTNMT - Bộ Tài nguyên & Môi trường CH4 - Khí mêtan CHC - Chất hữu CO2 - Khí cacbonic (Carbon dioxit) COD - Nhu cầu ơxi hố học H2S - Khí Hydro sunfua HRT - Thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Retention Time) HTXL - Hệ thống xử lý HTXLNT - Hệ thống xử lý nước thải NH3 - Khí Amoniac N-NH4 - Amơni P-PO4 - Phosphate QCVN - Quy chuẩn Việt Nam SCR - Song chắn rác SS - Chất rắn lơ lửng (Suspendex Solid) TXLNT - Trạm xử lý nước thải UASB - Bể bùn kỵ khí dịng chảy ngược (Upflow anaerobic sludge blanket) XLNT - Xử lý nước thải vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Bảng Tên Bảng Trang 1.1 Lượng bùn cặn phát sinh từ cơng trình vệ sinh (bể tự hoại) bùn cặn phát sinh từ hệ thống nước thị nước giai đoạn 2013 - 2016 10 1.2 Khối lượng phân bùn bể phốt phát sinh thu gom năm 2007-2015 12 1.3 Khối lượng bùn cặn từ q trình thơng tắc nạo vét HTTN (2010-2014) 13 2.1 Các phương pháp phân tích sử dụng q trình nghiên cứu 38 2.2 Một số thiết bị sử dụng trình nghiên cứu 39 3.1 Lưu lượng nước thải thu gom TXL Sơn Trà năm 2018 42 3.2 Thành phần tích chất bùn phát sinh trạm Sơn Trà 48 3.3 Tỷ lệ bùn kỵ khí: bùn thí nghiệm tải trọng thể tích mơ hình xác định khả phân hủy bùn chế độ lên men ấm 50 3.4 Kết phân tích bùn trước sau kết thúc thí nghiệm 50 3.5 Thơng số thực nghiệm sản lượng khí sinh gam chất hữu phân hủy 52 3.6 Tính chất thành phần bùn trước tiền xử lý siêu âm 53 3.7 Thông số thực nghiệm, sản lượng khí q trình phân hủy yếm khí bùn sau tiền xử lý siêu âm đối chứng 58 3.8 Thơng số vận hành mơ hình phân hủy yếm khí liên tục 59 3.9 Kết phân tích bùn đầu vào đầu mơ hình phân hủy vận hành liên tục 60 3.10 Kết phân tích thơng số nước khỏi mơ hình 60 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Sơ đồ phát sinh bùn thải từ hệ thống thu gom xử lý nước thải 1.2 Cấu tạo sân phân phơi bùn 1.3 Máy tách nước bùn phương pháp chân không 1.4 Máy tách nước bùn phương pháp ly tâm 1.5 Máy ép bùn băng tải 1.6 Bể metan 1.7 Xe hút bùn bể phốt 11 1.8 Trạng thái sóng siêu âm McClements (1995) 17 1.9 Biểu đồ thể khoảng cách đối lập với biên độ sóng âm 18 1.10 Q trình hình thành, phát triển vỡ bọt khí 20 1.11 Số lượng báo gia tăng năm gần lĩnh vực nghiên cứu tiền xử lý bùn để phân hủy bùn yếm khí 21 1.12 Các kỹ thuật tiền xử lý bùn thải tương ứng với loại bùn 22 1.13 Các giai đoạn trình lên men kỵ khí sinh mêtan 25 1.14 Sơ đồ dây chuyền công nghệ Trạm xử lý nước thải Sơn Trà 27 2.1 Khảo sát, lấy mẫu bùn trạm xử lý nước thải Sơn Trà 31 2.2 Mơ hình thí nghiệm xác định khả phân hủy yếm khí bùn 32 2.3 Vận hành mơ hình xác định khả phân hủy yếm khí bùn 33 2.4 Thiết bị siêu âm tiền xử lý bùn tần số 26kHz 33 2.5 Mơ hình tiền xử lý máy siêu âm vận hành mơ hình 34 2.6 Thiết bị phân hủy bùn yếm khí AF-10-2 35 2.7 Vận hành mơ hình thiết bị phân hủy yếm khí AF-10-2 35 2.8 Bản vẽ thiết kế mơ hình phân hủy yếm khí 150 lít 36 2.9 Mơ hình phân hủy yếm khí 150 lít vận hành mơ hình 37 2.10 Thiết bị đo lưu lượng biogas 39 2.11 Máy GC - FID 39 3.1 Biểu đồ lưu lượng nước trung bình đầu vào TXL Sơn Trà 43