Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm sanjiban microactive trong xử lý nước rỉ rác dựa trên mô hình aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ-sequencing batch reactor

Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm sanjiban microactive trong xử lý nước rỉ rác dựa trên mô hình aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ-sequencing batch reactor

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CHẾ PHẨM SANJIBAN MICROACTIVE TRONG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC DỰA

TRÊN MÔ HÌNH AEROTANK HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN TỪNG MẺ- SEQUENCING

BATCH REACTOR (SBR)

Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa : 2001 – 2005

Sinh viên thực hiện : HUỲNH THỊ MỸ PHI

Thành phố Hồ Chí Minh -2005 -

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CHẾ PHẨM SANJIBAN MICROACTIVE TRONG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC DỰA

TRÊN MÔ HÌNH AEROTANK HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN TỪNG MẺ- SEQUENCING

BATCH REACTOR (SBR)

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

Thành phố Hồ Chí Minh -2005 -

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn

Cha mẹ, người sinh ra tôi, đã cho tôi tình thương bao la, nuôi tôi lớn và dạy dỗ tôi thành người

Anh chị tôi, họ đã cho tôi niềm tin, luôn hỗ trợ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong cuộc sống

Những người thân yêu luôn bên cạnh tôi chia sẻ nỗi niềm cũng như giúp đỡ trong những khó khăn trong cuộc sống hằng ngày

Tôi xin chân thành cảm tạ:

Ban Giám Hiệu trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả thầy cô đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tại trường

TS Bùi Xuân An đã định hướng, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp

Thầy Lê Tấn Thanh Lâm, đã truyền đạt những kiến thức trong quá trình làm thực tập tốt nghiệp

Ban chủ nhiệm khoa Môi trường, Ban Giám đốc Trung tâm Công Nghệ và Quản lý Tài Nguyên và Môi Trường, Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện cho tôi làm thực tập tốt nghiệp

Các anh chị trong Trung tâm Công Nghệ và Quản Lý Tài Nguyên và Môi Trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian làm thực tập

Các bạn bè thân thương lớp CNSH K27 đã chia sẻ những niềm vui, nỗi buồn trong thời gian học Đại học, cũng như tận tình giúp đỡ và hỗ trợ trong quá trình làm thực tập tốt nghiệp

TÓM TẮT

HUỲNH THỊ MỸ PHI, Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh, tháng 8/2005, “ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CHẾ PHẨM SANJIBAN MICROACTIVE TRONG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC DỰA TRÊN MÔ HÌNH AEROTEN HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN TỪNG MẺ- SBR”

Giáo viên hướng dẫn: TS BÙI XUÂN AN

Mục đích: đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban MicroActive đối với nước rỉ rác dựa trên mô hình Aeroten hoạt động gián đoạn từng mẻ- Sequencing Batch Reactor (SBR)

Đề tài được tiến hành trong 4 tháng, từ tháng 4 đến tháng 7 năm 2005

Phương pháp thí nghiệm: mô hình thí nghiệm là mô hình SBR chạy cùng lúc 4 nghiệm thức với các hàm lượng chế phẩm bổ sung khác nhau

Đối chứng: 0 ml Nghiệm thức 1: 20 ml Nghiệm thức 2: 100 ml Nghiệm thức 3: 200 ml

Mô hình thí nghiệm được tiến hành trong 4 thời gian khác nhau và bùn có tính chất khác nhau ở các đợt thí nghiệm

Kết quả đạt được trong quá trình chạy mô hình:

Không có sự khác biệt giữa các nghiệm thức có và không có bổ sung chế phẩm, cũng như các nghiệm thức có nồng độ Sanjiban bổ sung khác nhau

Thời lượng sục khí sau khi bổ sung chế phẩm vào thiết bị xử lý tối ưu là 70 giờ đối với BOD và 22 giờ đối với COD

Mô hình tối ưu khi hàm lượng bùn hoạt tính hoàn toàn ổn định

Chất lượng nước thải sau xử lý chưa đạt tiêu chuẩn thải ra ngoài môi trường tiếp nhận

2.1.4.3 Tác động lên môi trường đất 7

2.2 Tổng quan về các quá trình xử lý nước 7

2.2.1 Các phương pháp xử lý nước 7

2.2.1.1 Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nước rác 7

2.2.1.2 Xử lý sơ bộ để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị 8

2.2.1.3 Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận 8

2.2.2 Nguyên tắc chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 10

2.2.3 Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí11 2.2.3.1 Nguyên tắc 11

2.2.3.2 Phương pháp xử lý bằng bùn hoạt tính 14

2.2.3.3 Phân loại các loại hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính theo thủy động

học trong hệ thống 15

2.2.4 Aeroten hoạt động gián đoạn tứng mẻ - Sequencing Batch Reactor (SBR) 15

2.2.4.1 Nguyên tắc hoạt động 15

2.2.4.2 Các giai đoạn trong một bể 15

2.3 Tổng quan về ứng dụng của chế phẩm Sanjiban, sản phẩm của công nghệ sinh học trong xử lý nước rác 17

2.3.1 Sự phát triển cần thiết của các biện pháp sinh học trong xử lý nước rác 17

2.3.2 Các đặc tính và ứng dụng của Sanjiban MicroActive trong xử lý môi trường 17

2.3.3 Các loại sản phẩm dùng trong xử lý nước thải 18

2.3.4 Sản phẩm Sanjiban MicroActive 8000 Chem Bio- Treat 18

2.3.4.1 Giới thiệu 18

2.3.4.2 MicroActive - 8000 hoạt động kiểu xử lý sinh hóa 18

2.3.4.3 Đặc tính sản phẩm 19

Phần III Phương pháp và vật liệu thí nghiệm 20

3.1 Thời gian và địa điểm 20

3.2 Vật liệu thí nghiệm 20

3.3 Mô hình nghiên cứu 21

3.3.1 Mô hình khuyến cáo của nhà sản xuất chế phẩm 21

Phần IV Kết quả và thảo luận 27

4.1 Kết quả các đợt thí nghiệm 27

4.1.1 Mô hình với bùn hoạt tính chưa ổn định 27

4.1.1.1 Mô hình A 27

4.1.1.2 Mô hình B 28

4.1.1.3 Thảo luận chung với mô hình chạy bùn chưa ổn định 29

4.1.2 Mô hình với bùn hoạt tính ổn đinh 30

4.1.2.1 Mô hình C 30

4.1.2.2 Mô hình D 31

4.1.2.3 Thảo luận về mô hình với bùn hoạt tính ổn định 33

4.2 Nhận xét chung về các kết quả thu được từ các đợt thí nghiệm 34

4.2.1 Hàm lượng COD, BOD đầu vào 34

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước rác điển hình 6

Bảng 2.2 Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải 9

Bảng 3.1 Hàm lượng chế phẩm bổ sung cho các nghiệm thức tương ứng 24

Bảng 3.2 Hàm lượng chế phẩm bổ sung cho các nghiệm thức tương ứng 25

Bảng 4.1 Kết quả mô hình thí nghiệm A 27

Bảng 4.2 Kết quả mô hình thí nghiệm B 28

Bảng 4.3 Kết quả mô hình thí nghiệm C 30

Bảng 4.4 Kết quả mô hình thí nghiệm D 31

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Mô hình cân bằng lưu lượng 3

Hình 2.2 Sơ đồ chuyển hoá vất chất hữu cơ trong tự nhiên 11

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí 12

Hình 2.4 Sơ đồ cân bằng BOD trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí 13

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính 14

Hình 2.6 Các giai đoạn hoạt động của Aeroten gián đoạn 16

Hình 3.1 Mô hình khuyến cáo được dùng với chế phẩm Sanjiban 21

Hình 3.2 Mô hình dùng cho thí nghiệm 22

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình B 28

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình C 30

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình D sau 22 giờ 32

Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình D sau 70 giờ 32

PHẦN I GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Cùng với sự gia tăng dân số trên thế giới hiện nay, rác thải sinh hoạt ngày càng gia tăng, gây ra ô nhiễm trầm trọng đến các môi trường sống Do đó, xử lý rác thải là việc cần làm nhất hiện nay Tuy nhiên, song song với vấn đề xử lý rác là vấn đề xử lý nước rò rỉ từ bãi rác hay còn được gọi là nước rỉ rác

Hiện nay, lượng nước rác rỉ ra hằng ngày tại các bãi chôn lấp rất lớn khoảng 1.000 m3, chưa kể đến lượng nước rác còn tồn đọng trong nhiều năm qua tại các bãi vẫn chưa được xử lý Với lượng nước rỉ rác lớn như vậy đã gây khó khăn cho việc xử lý cũng như gây ô nhiễm môi trường xung quanh khu vực bãi chôn lấp, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nước ngầm Do vậy, vấn đề xử lý nước rỉ rác đang là vấn đề cần được quan tâm nhất

Từ nhiều năm nay, một số công nghệ xử lý nước thải đã được dùng trong xử lý nước rỉ rác nhưng kết quả sau xử lý vẫn chưa đạt theo mong muốn Để đáp ứng phần nào trong xử lý nước rỉ rác, công nghệ sinh học phát triển đã góp phần đưa ra thị trường những sản phẩm mang tính chất sinh học (probiotic), những chế phẩm có khả năng xử lý môi trường Các loại chế phẩm này cũng đang được ứng dụng khá nhiều như: EM, Zymplex… để có thể nâng cao hiệu quả xử lý và đạt được kết quả theo mong muốn

Sanjiban là một sản phẩm mới của Trans Asia International- Ấn Độ, có những khả năng xử lý nước rỉ rác [9] Để đánh giá được hiệu quả xử lý của chế phẩm, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu:

“Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban MicroActive trong xử lý

nước rỉ rác dựa trên mô hình Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ- Sequencing Batch Reactor (SBR).”

1.2 Mục đích

Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban MicroActive trong xử lý nước rỉ rác trên mô hình Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ- SBR

1.3 Hạn chế của đề tài

Quy trình công nghệ xử lý nước rác phải là sự kết hợp các công nghệ xử lý khác nhau: xử lý hóa học, xử lý hóa lý, xử lý sinh học Do thời gian thực hiện có hạn và mục đích chính của đề tài là đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm nên đề tài chỉ nêu ra một khâu nhỏ trong công nghệ xử lý nước rác và không đi sâu nghiên cứu hết các

quy trình xử lý nước rác hiện nay

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về thành phần và tính chất nước rỉ rác

2.1.1 Đặc tính của nước rác

Nước rỉ rác là nước rò rỉ từ bãi rác, có mùi hôi nồng nặc, màu đen đậm Các kết quả phân tích trước đây cho thấy nước rỉ rác bị ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh, chất rắn lơ lửng, nitơ và phospho rất nặng, môi trường nước có dấu hiệu chứa kim loại nặng nhưng chưa ở mức ô nhiễm

Nước rác là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ô chôn lấp, kéo theo các chất ô nhiễm ở dạng hòa tan hoặc lơ lửng từ rác chảy vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp Nước rác được hình thành khi độ ẩm của nước rác vượt quá độ giữ nước (độ giữ nước của chất thải rắn là lượng nước lớn nhất được giữ lại trong các lỗ rỗng mà không sinh ra dòng thấm, hướng xuống dưới tác dụng của của trọng lực) [6]

đất phủ bề mặt Nước mưa

Nước chảy tràn bề mặt

Bốc hơi

Nước mạch ngầm thấm vào

Hình 2.1 Mô hình cân bằng lưu lượng nước

cho 1 bãi rác

Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác Nguồn nước mặt thấm vào qua các cạnh của ô rác

Nước từ các khu vực khác chảy qua, có thể thấm xuống ô chôn rác Nước mưa thấm trên bề mặt khu vực chôn lấp

Lượng nước có sẵn trong bãi rác là nhỏ nhất so với các nguồn khác Nước từ những khu vực khác chảy qua bãi chôn lấp cần phải thu gom bằng hệ thống thoát nước Hệ thống thoát nước không chỉ bảo vệ những khu vực chôn lấp rác khỏi bị xói mòn trong thời gian hoạt động mà còn tiêu thoát lượng nước thừa ngấm vào ô rác và tạo ra nước rác Đối với nước mưa, không có cách nào để ngăn chặn không cho chúng chảy vào ô rác, nhưng có thể hạn chế được lượng nước mưa ngấm vào ô rác bằng cách trồng lại thảm thực vật sau khi bãi rác đã đóng lại Nước rỉ rác thường tích đọng lại ở đáy của bãi rác

2.1.3 Thành phần và tính chất của nước rỉ rác

Thành phần của nước rỉ rác thay đổi rất lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: thành phần rác, tuổi bãi rác, chế độ vận hành của bãi rác, chiều cao chôn lấp, thời tiết, điều kiện thủy văn khu vực, hoạt động hóa học, sinh học, độ ẩm, nhiệt độ, pH, mức độ ổn định…

Do đó việc tổng hợp và đặc trưng hóa thành phần trong nước rác là rất khó Để biết rõ hơn về sự biến thiên của các thành phần nước rác cần tìm hiểu quy trình phân hủy chất thải rắn ở ô chôn lấp Quá trình này diễn ra 3 giai đoạn và quá trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra trong giai đoạn 2 và 3

 Giai đoạn 1- giai đoạn ổn định: Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra nhanh chóng, khoảng một vài tuần hoặc lâu hơn Khi khí oxy có sẵn trong bãi rác được sử dụng hết (trừ những vùng gần bề mặt) thì pha phân hủy hiếu khí sẽ ngưng, tạo ra một lượng CO2, H2 đáng kể (có thể lên đến 20% thể tích) đặc biệt ở các khu chôn lấp khô ráo

 Giai đoạn 2- giai đoạn acid: Các vi sinh vật kỵ khí tùy tiện thủy phân và lên men cellulose, các chất có thể phân hủy tạo ra các hợp chất hữu cơ đơn giản, hòa tan: acid béo bay hơi (acid béo làm tăng giá trị của BOD5) và ammonia

Giai đoạn này có thể kéo dài sau một vài năm, nước rác ở giai đoạn này có BOD cao (thường hơn 10.000 mg/l), tỷ số BOD/ COD lớn hơn 0,7 cho thấy thành

phần chất hữu cơ hòa tan chiếm tỷ lệ cao và dễ phân hủy sinh học pH = 5 – 6, đậm đặc, hôi, nồng độ ammonia cao (khoảng 1.000 mg/l) với đặc tính hóa học này giúp hòa tan các thành phần khác trong rác, làm tăng nồng độ các kim loại: Fe, Mn, Zn, Ca, Mg có trong nước rác Khí sinh ra chủ yếu là CO2, mùi và H2 ít hơn

 Giai đoạn 3- giai đoạn lên men methane: Sự phát triển chậm của vi khuẩn methane dần dần trở nên chiếm ưu thế và bắt đầu phân hủy những chất hữu cơ đơn giản tạo ra các hỗn hợp khí CO2 và CH4 tạo ra nguồn khí của bãi rác

Vi khuẩn lên men methane tăng trong điều kiện kỵ khí Trong giai đoạn này nước rỉ rác được tạo ra khá ổn định, hoạt động sinh học được xem là hiệu quả nhất Nước có giá trị BOD tương đối thấp, tỷ số BOD/COD thấp nhưng ammonia vẫn tiếp tục sinh ra bởi quá trình lên men acid theo bậc và có nồng độ rất cao

Ngoài ra còn có 2 giai đoạn phụ:

 Giai đoạn chuyển tiếp: có thể xảy ra trong nhiều năm, và cũng có thể không ngừng trong một vài thập niên Oxy cạn dần và điều kiện kỵ khí bắt đầu tăng Nitrate và sulfate đóng vai trò là những chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, thường bị khử đến khí N2, H2S pH giảm do sự hiện diện của các acid hữu cơ và ảnh hưởng của sự tăng nồng độ CO2 và bãi rác

 Giai đoạn chín mùi: Xuất hiện khi các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học dễ chuyển thành CH4 và CO2 Lúc này tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các chất dinh dưỡng đã dùng hết qua các pha trước và chất nền còn lại có khả năng phân hủy sinh học khá chậm Suốt pha này, nước rác chứa chất hữu cơ trơ như: acid humic, acid fulvic là các chất rất khó xử lý sinh học

Ở những bãi rác mới, nước rác thường có pH thấp, nồng độ BOD, COD và kim loại nặng cao Còn ở những bãi rác lâu năm pH = 6,5 – 7,5, nồng độ các chất ô nhiễm thấp hơn đáng kể, nồng độ kim loại nặng giảm do phần lớn kim loại nặng tan trong pH trung tính

Do đó khả năng phân hủy sinh học của nước rác thay đổi theo thời gian, thể hiện thông qua tỷ số BOD/COD Ban đầu tỷ số này ở khoảng trên 0,5, tỷ số 0,4 – 0,6 cho thấy chất hữu cơ trong nước rác đã sẵn sàng để phân hủy sinh học Ở những bãi chôn lấp lâu năm có amoniac cao, nồng độ lớn hơn 1.000 mg/l Tỷ số BOD/COD thấp

(trong khoảng 0,05 – 0,2) do trong nước rác chứa các acid humic và acid fulvic, rất khó phân hủy sinh học [2]

Thành phần của nước rỉ rác có thể được biểu diễn tổng quan ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước rác

Thành phần Đơn vị Bãi mới dưới hai năm Bãi lâu năm trên 10 năm Khoảng Trung bình

BOD5COD

Nitơ hữu cơ Ammonia Nitrate

Phospho tổng Độ kiềm pH Canxi Clorua Tổng Fe

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

mg/l mg/l mg/l

2.000-30.000 3.000-60.000

10-800 10-800 5-40 5-100 1.000-10.000

4,5-7,5 50-1.500 200-3.000

50-1.200

10.000 18.000

200 200 25 30 3.000

6 250 500 60

100-200 100-500 80-120

20-40 5-10 5-10 200-1.000

6,6-7,5 50-200 100-400

20-200

Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993 [6]

Mức độ ô nhiễm của nước rò rỉ là rất cao, được thể hiện qua hàm lượng các chất hữu cơ trong nước rò rỉ, đặc biệt cao ở giai đoạn đầu của bãi rác Sau một thời gian hàm lượng này giảm xuống và chỉ còn các chất không phân hủy sinh học được tồn tại lại Tốc độ ổn định của chất lượng nước rò rỉ ở bãi chôn lấp ở dạng bán hiếu khí hoặc hiếu khí nhanh hơn ở các dạng khác và nồng độ các chất bẩn giảm xuống sớm hơn

2.1.4 Tác động của nước rỉ rác

2.1.4.1 Tác động của các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật thường được xác định gián tiếp qua thông số nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), thể hiện lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước thải Như vậy, nồng độ BOD tỷ lệ với hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ, đồng thời cũng được sử dụng để đánh giá tải lượng và hiệu quả sinh học của một hệ thống xử lý nước thải

Ô nhiễm hữu cơ sẽ dẫn đến sự suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Sự cạn kiệt oxy hòa tan sẽ gây tác hại nghiêm trọng đến tài nguyên thủy sinh

2.1.4.2 Tác động của các chất lơ lửng

Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nước và gây bồi lắng nguồn nước mặt tiếp nhận

Đối với các tầng nước ngầm, quá trình ngấm của nước rò rỉ từ các bãi rác có khả năng làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước ngầm như: NH4, NO3, PO4 đặc biệt là NO2, có độc tính cao đối với con người và động vật sử dụng nguồn nước đó

2.1.4.3 Tác động lên môi trường đất

Quá trình lưu giữ trong đất và ngấm qua những lớp đất bề mặt của nước rò rỉ từ bãi rác làm cho sự tăng trưởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất kém đi, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành những chất dinh dưỡng cho cây trồng, trực tiếp làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm cho đất bị thoái hóa, bạc màu

Ảnh hưởng của nước rò rỉ từ bãi rác đến đất đai sẽ rất nghiêm trọng, mang tính chất lâu dài và rất khó khắc phục nếu nó được thấm theo mạch ngang Chính vì vậy, để hạn chế và ngăn ngừa khả năng ô nhiễm đất, người ta áp dụng các biện pháp an toàn trong công tác chôn lấp rác, chủ yếu là bằng cách xây các đê chắn bằng bê tông để ngăn chặn khả năng thấm theo chiều ngang của nước rò rỉ, đồng thời phải lắp đặt hệ thống thu gom và xử lý nước rò rỉ này

2.2 Tổng quan về các quá trình xử lý nước

2.2.1 Các phương pháp xử lý nước

Hiện nay trên thế giới có 3 khuynh hướng xử lý nước rác:

Xử lý sơ bộ nước rác để tuần hoàn, tái sử dụng trong nông nghiệp Xử lý sơ bộ nước rác để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị

Xử lý nước rác đến đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn tiếp nhận tự nhiên

2.2.1.1 Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nước rác

Phương pháp tuần hoàn nước rác làm gia tăng tốc độ ổn định bãi rác, giảm thời gian lên men chất hữu cơ và sinh khí Đây là phương pháp đơn giản, chi phí thấp nhưng chỉ dùng được khi khối lượng nước rác nhỏ Mặc khác, nó chỉ làm giảm hàm lượng BOD, COD nhưng với những chất vô cơ thì tăng lên rõ rệt, và làm tăng sự tích lũy các chất hữu cơ khó phân hủy Ngoài ra, nó còn tạo mùi và có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm vì khả năng thấm của nó

2.2.1.2 Xử lý sơ bộ để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị

Hiện nay, việc kết hợp giữa xử lý nước rác và nước thải đô thị đang được quan tâm khá nhiều Người ta dẫn nước rác sau khi xử lý sơ bộ vào hệ thống cống rãnh, nhập chung với nước thải đô thị để đưa về trạm xử lý, bùn sau xử lý được chuyển trở lại bãi rác Đây là một phương pháp thích hợp, nhưng phải có hệ thống cống rãnh và trạm xử lý nước thải đô thị, cần phải có sự đầu tư vốn và kỹ thuật, nên rất tốn kém trong việc xây dựng hệ thống

2.2.1.3 Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận

Hiện nay, hầu hết các công nghệ xử lý nước thải đều được áp dụng cho xử lý nước rác Đó là sự kết hợp của các quá trình sinh học, hóa lý, hóa học để xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận

a Các quá trình sinh học: chủ yếu dùng để khử BOD trong nước rác, gồm các

phương pháp:

 Xử lý hiếu khí  Xử lý kỵ khí

 Xử lý kỵ khí gồm các hệ thống: hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc giãn nở,

công nghệ đệm bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB)… Đây là quá trình xử lý dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong hệ thống nhờ quá trình lên men kỵ khí

 Xử lý hiếu khí bao gồm các quá trình bùn hoạt tính, hồ ổn định có sục khí, bể

tiếp xúc sinh học, cánh đồng tưới tự nhiên… Quá trình này dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy hòa tan Nếu oxy được cung cấp bằng các thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hòa tan trong nước nhờ các yếu

tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên Các công trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính

Các hệ thống xử lý thường chiếm một diện tích khá lớn, tốn kém năng lượng trong vận hành hệ thống Phương pháp này chỉ thích hợp khi nước rác đã qua giai đoạn xử lý chính, nồng độ các chất ô nhiễm đã được làm giảm xuống đáng kể

Để lựa chọn được phương pháp xử lý sinh học hợp lý cần phải biết hàm lượng chất hữu cơ (hàm lượng COD và BOD) có trong nước thải Các phương pháp lên men kỵ khí thường phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao Đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và tồn tại chủ yếu dưới dạng chất keo và hòa tan, thì cho chúng tiếp xúc với màng sinh vật là hợp lý Sơ đồ chọn lựa

các phương pháp xử lý sinh học nước thải được nêu trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải

Hàm lượng BOD của nước thải

Chất hữu cơ không hòa tan

Chất hữu cơ dạng keo

Chất hữu cơ hòa tan Cao

(BOD5>500 mg/l)

Xử lý sinh học bằng kỵ khí

Trung bình (BOD5= 300-500 mg/l)

Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính

Thấp

(BOD5<300 mg/l)

Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Xử lý sinh học bằng màng sinh vật

Nguồn: Trần Đức Hạ, 2002 [5]

Quá trình sinh học có thể áp dụng để xử lý nước rác từ những bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc mới đóng cửa với hiệu quả cao, nhưng nó không khả thi đối với nước rác có hàm lượng chất ô nhiễm quá phức tạp hay có tỉ số BOD/COD thấp (thường nhỏ hơn 0,5)

b Quá trình hóa lý

 Tạo bông- lắng tụ: là phương pháp khử các chất ô nhiễm dạng keo bằng cách

sử dụng chất đông tụ để trung hòa diện tích các hạt keo, nhằm liên kết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc các hỗn hợp của chúng

 Tuyển nổi: được dùng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, các hạt nhỏ

hoặc nhẹ, lắng chậm Quá trình này được thực hiện bằng cách tạo ra các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí kết dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó thu gom lớp váng nhờ thiết bị vớt bọt

 Lọc cơ học và hấp thụ than hoạt tính: các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất vi

hữu cơ (micro-organic matter) bị khử loại qua quá trình lọc cát hay hấp phụ Phương pháp hấp thụ được sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học mà chúng thường có độc tính cao hoặc không phân hủy sinh học Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính, các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất: xỉ tro, mạt sắt, silicagen

 Trao đổi ion: là quá trình các ion bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng

điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc nhau, dùng làm sạch nước khỏi các kim loại: Zn, Cu, Cr,… cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Cyanua

c Quá trình hóa học

 Trung hòa: là phương pháp thông dùng và đơn giản nhất, dùng để điều chỉnh

pH về mức cho phép

 Kết tủa: được dùng để khử kim loại và một số anion Kim loại bị kết tủa dưới

dạng hydroxyde, sulfit và carbonat bằng cách thêm các chất làm kết tủa và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình

 Oxy hóa khử: phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nước rác

Chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm hàm lượng COD, nâng tỉ số BOD/COD), nó còn được dùng để khử độc một số chất vô cơ

Phương pháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhân oxy hóa, tác nhân khử dưới pH thích hợp, như Clo ở dạng khí hay dạng lỏng, dioxyclo, cloratcanxi, hypocloritcanxi…

2.2.2 Nguyên tắc chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Các chất hữu cơ có mặt trong nước thải bị phân hủy nhờ các quá trình lý, hóa và sinh học Chúng là những nguồn gây ô nhiễm và lan truyền bệnh trong nước thải Và nhiệm vụ của những thiết bị xử lý nước là phải tách các chất bẩn độc hại đó ra khỏi nước thải trước khi thải ra ngoài hay tiếp nhận sử dụng lại

Vi khuẩn ưa khí

C H N P S

Vi khuẩn

kỵ khí Các hợp chất hữu cơ

H2S

Hợp chất phospho hữu cơ NH3 CH4 CO2

H2O

-PO4

-SO4 -NO2, -NO3Oxy không khí

Việc xử lý nước thải có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải và trang thiết bị xử lý Thường người ta cố gắng tạo ra những điều kiện môi trường cho các quá trình phân hủy tự nhiên được diễn ra, phương pháp xử lý sinh học

Các sinh vật sống cần có năng lượng để duy trì sự sống và sinh sản Vì vậy, chúng sử dụng những chất hữu cơ có trong nước thải như là thức ăn Khi thức ăn được sử dụng như một nguồn năng lượng thì sẽ xảy ra phản ứng oxy hóa mà trong đó oxy được sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ, thải ra khí CO2 hoặc các sản phẩm oxy hóa khác

Những sản phẩm của các chất hữu cơ đã bị phân hủy, có thể được sử dụng như là thức ăn cho các vi sinh vật đơn bào như vi khuẩn Sự thay đổi do chúng gây nên trong các quá trình oxy hóa rất có ý nghĩa trong chu trình của chất hữu cơ trong tự nhiên Carbon và nitơ là hai yếu tố quan trọng của chu trình tuần hoàn các chất hữu cơ

Quá trình phân hủy có thể diễn ra dưới dạng mô tả của hình 2.2

Hình 2.2 Sơ đồ chuyển hoá vất chất hữu cơ trong tự nhiên

2.2.3 Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí nhân tạo

2.2.3.1 Nguyên tắc

Khi đưa nước thải vào bể phản ứng bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí, các chất bẩn hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo, không hòa tan phân tán nhỏ sẽ hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn Sau đó chúng được chuyển hóa và phân hủy nhờ vi khuẩn Quá trình này gồm ba giai đoạn cơ bản sau:

 Khuếch tán, chuyển dịch và hấp thụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt tế bào vi khuẩn

 Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tế bào vi khuẩn

 Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khối từ chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn

Sự chuyển hóa các chất hữu cơ (đặc trưng bằng BOD) và các chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí được biểu diễn trên hình 2.3

Các chất đầu tiên bị oxy hóa để tạo thành năng lượng là carbonhydrat và một số chất hữu cơ khác Quá trình này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của enzyme ngoại bào Một phần chất bẩn được vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn (màng bán thấm) vào bên trong và tiếp tục oxy hóa để giải phóng ra năng lượng hoặc tổng hợp thành tế bào chất Sinh khối vi sinh vật sẽ tăng lên Trong điều kiện thiếu nguồn dinh dưỡng, tế bào chất lại bị oxy hóa nội bào để tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt động sống

Vi khuẩn chuyển hóa các chất thải hữu cơ theo các phương trình:

COHN + O2 + chất dinh dưỡng CO2 + NH3 + C5H7NO2 +

+ những sản phẩm cuối cùng [8] Hô hấp nội bào

C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng [8] (tế bào)

Các chất bẩn hữu cơ và các chất dinh dưỡng trong nước thải

Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật Các quá trình sinh hóa

Nước sạch

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nước

thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí

Tế bào và các chất trơ C5H7NO2, P, K

Vi khuẩn

Vi khuẩn

Trong những phương trình này, COHN đại diện cho vật chất hữu cơ có trong nước thải

Sơ đồ cân bằng vật chất trong quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ (BOD) được biểu diễn như hình 2.4

 Go: lượng BOD trong nước thải  Gt: lượng BOD không được xử lý

 G1: lượng BOD hấp phụ trên bề mặt tế bào vi khuẩn

 G2: phần BOD được vận chuyển vào bên trong màng tế bào vi khuẩn  G3: phần BOD oxy hóa nội bào

 G4: phần BOD được tổng hợp thành sinh khối tế bào  G5: phần BOD oxy hóa nội bào

Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được tạo ra bằng cách đưa khí vào bằng cơ học, nó có thể chứa dinh dưỡng hỗn hợp trong một chế độ hòa tan hoàn toàn Sau một thời gian nhất định, hỗn hợp tế bào mới và cũ được chuyển vào bể lắng, ở đây những tế bào được tách ra khỏi nước sau khi đã xử lý Một phần của những tế bào lắng được tái sử dụng để tăng nồng độ thích hợp vi sinh vật trong bể, và phần còn lại bị bỏ đi Phần bị bỏ tương quan với sự phát triển của tế bào và liên quan tới một phần của nước thải Hàm lượng sinh khối giữ lại trong bể nó phụ thuộc vào hiệu quả xử lý và những yếu tố khác liên quan đến sự sinh trưởng những cơ quan động Nồng độ vi sinh vật được duy trì trong những hệ thống xử lý bùn hoạt tính khác nhau

Tóm lại, về nguyên tắc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí bao gồm các bước sau đây:

 Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc carbon ở dạng hòa tan, keo hoặc không hòa tan phân tán nhỏ thành khí CO2, nước và sinh khối vi sinh vật

Hình 2.4 Sơ đồ cân bằng BOD trong hệ thống xử lý nước thải

bằng phương pháp sinh học hiếu khí

 Tạo ra bùn thứ cấp (các bông bùn hoặc màng sinh vật) chủ yếu là các vi khuẩn, động vật nguyên sinh và các keo vô cơ trong nước thải

 Tách bùn thứ cấp ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực

2.2.3.2 Phương pháp xử lý bằng bùn hoạt tính

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính

Khi nước thải đi vào bể thổi khí (bể Aerotank), các bông bùn hoạt tính được hình thành mà hạt nhân của nó là các phân tử cặn lơ lửng Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú, phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ Vi khuẩn dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành tế bào mới Trong Aerotank, lượng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó được tách ra tại bể lắng đợt hai Một phần bùn được quay lại về đầu bể để tham gia xử lý nước thải theo chu trình mới

Quá trình chuyển hóa chất bẩn trong xử lý nước thải được thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ đơn giản, là nguồn chất nền cho vi khuẩn tiếp theo Quá trình này tiếp diễn cho đến khi chất thải cuối cùng không thể là thức ăn của vi sinh vật được nữa Nếu trong nước thải đậm đặc chất hữu cơ hoặc có nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, cần có thời gian để chuyển hóa thức ăn thì phần bùn hoạt tính tuần hoàn phải được tách riêng và sục khí

Nước thải

Bể Aerotank

Bể tải sinh bùn hoạt tính tuần hoàn

Bể lắng đợt hai

CấpOxy

Bùn hoạt tính dư Bùn hoạt tính

tuần hoàn

Nước sau xử lý