2.3.1.1. Phát thải trực tiếp
Tổng O2 được tạo ra o phân hủy chất hữu c được t nh theo công thức sau: PCO2, BOD (g CO2/ngày) = 0.33* [Qi * (Si- S) – 1.42* MX, CBOD] – 0,25*NOY*Qi
(2.26) Tổng O2 được tạo ra o phân hủy n i ào được t nh theo công thức sau:
PCO2, noi bao (g CO2/ngày) = 1.56* phanhuy, hieukhi (2.27) Sử ụng công thức (2.15) và (2.16) cùng với giả thiết phần phân hủy sinh học ằng 0.8 sinh hối [18]:
Bphanhuy, hieukhi = 0.8 * sinh hối ị phân hủy
Bphanhuy, hieukhi = 0.8 * th t ch phản ứng * ( d*X+ kdn* Xn) = 0.8 * SRT * Qi * [ * (S S) * (NO ) 1 * 1 * d i dn n Y d dn k Y k Y k SRT k SRT ] (2.28) A= kd*Y*(Si - S)/(1+kd*SRT) B = kdn*Yn(NOY)/(1+kdn*SRT)
Tổng ph t thải O2 trong phân hủy yếm h được tính theo công thức: PCO2,yemkhi = PCO2,CBOD + PCO2,noibao (g CO2/ngày) (2.29)
2.3.1.2. Phát thải gián tiếp
a. Phát thải gián tiếp từ tiêu thụ điện năng (Shahabadi et al 2009)
P O2, điện = QE *(PFi*EF )i (2.30) Trong đó:
P O2, điện: lượng h nhà nh tạo ra o sử ụng điện của nhà m y (kgCO2./ngày);
34
QE: công suất tiêu thụ điện năng ( wh/ngày); PFi: tỷ lệ phần trăm nguồn nhiên liệu tạo điện;
EFi: hệ số ph t thải GHG theo nguồn nhiên liệu (kgCO2 /Kwh).
Bảng 2.1: Hệ số phát thải đối với mỗi phương pháp tạo điện khác nhau (gCO2/kwh) Nguồn tạo điện Thủy điện Hạt nhân Than Khí tự nhiên Nhiên liệu khác Năng lượng sinh học, gió, thủy triều Hệ số: Fi 16-410 9-30 860 -1290 460 -1234 689–890 11–279
[Nguồn: Rashad and Hammad,2000]
b. Phát thải gián tiếp từ sản uất và vận chu ển khí tự nhiên (Sahely, 2005)
PCO2, NG = [QG* EFNG,CO2/103 (g/kg)] + 23* [QG*EFNG,CH4/103 (g/kg)] + 296 * [QG*EFNG,N2O/103 (g/kg)] (2.31) PCO2, NG: lượng h nhà nh tạo ra o sử ụng h gas gia nhiệt cho nhà m y (kgCO2 /ngày);
QG: lượng h gas sử ụng trong nhà m y (m3/ngày); EFNG,CO2 và FNG,CH4 : hệ số ph t thải h O2 và H4.
Bảng 2.2: Bảng hệ số phát thải khí CO2 và CH4 Hệ số phát thải Đơn vị
EFNG,CO2 234 gCO2/m3.ngày
EFNG,CH4 83 gCO2/m3.ngày
[ guồn T i ngu n thi n nhi n, n , 1 ]
c. Phát thải gián tiếp từ sản uất và vận chu ển ngu ên liệu (Sahel 2005)
PCO2,nguyenlieu= tổng (Qi, nguyenlieu* EFnguyenlieu) ( g/ngày) PtongCO2, gian tiep = P O2, điện + PCO2, nhienlieu + PCO2, nguyenlieu
35
OD h a tan trong ng ra được đưa vào nguồn tiếp nhận và đóng góp vào ph t thải GHG gi n tiếp. Khi chất hữu c ị oxi hóa 0,422gVSS/g OD và 0,33gCO2/g OD được tạo ra. H n nữa, oxi hóa VSS tạo ra 1,56gCO2/gVSS ựa trên mối quan hệ đ ng học. Vì vậy, ết quả ph t thải O2 từ phân hủy OD gi n tiếp như sau:
PCO2,BODdongra (g CO2/ngày) = [0,33 (gCO2/gBOD) + 0,422 (gVSS/gBOD) *1,56 (gCO2/gVSS)] * BODdongra *Qi
PCO2, BOD dong ra (g CO2/ngày) = 0,986 * BODdongra *Qi (2.32)
e. Phát thải gián tiếp từ b i chôn lấp và phân hủ b n
Phát thải GHG từ bãi chôn lấp và phân hủy n được th hiện ở Hình 2.2
Hình 2.2: Quá trình tạo b n trong ử lý sinh học nước thải d ng ra (Foladoric et al, 2010)
XBH: sinh hối ị ưỡng; XBA: sinh hối tự ưỡng; XE: lượng phân hủy n i ào; XI: tr ;
36
hất rắn có hả năng phân hủy sinh học trong n cũng tạo ra GHG. Việc uy trì chất rắn có hả năng phân hủy sinh học từ hiếu h được phân hủy gi n tiếp và đóng góp vào ph t thải GHG (Shahabadi, 2009).
Trong nhà m y xử lý nước thải, thiết ị phân t ch nước tiếp nhận n hoạt t nh và n lắng s cấp đ phân t ch nước và chất thải. Phần lớn sinh hối là n thứ cấp và giả thiết hông có sinh hối được tạo ra trong lắng s cấp. Trong nghiên cứu này, chỉ xem xét đến vận chuy n chất thải rắn sinh học và phân hủy gi n tiếp chúng. Tổng lượng GHG được tạo ra phụ thu c vào hệ thống quản lý n sinh học. Ph t thải GHG từ n sinh học ao gồm c c điều iện sau (Shaha a i, 2009; Monteith et al., 2005):
- Vận chuy n sinh học từ trạm xử lý nước thải đến ãi chôn lấp; - Phư ng ph p chôn lấp;
- Khoảng c ch vận chuy n; - Loại nhiên liệu.
Qu trình t ch nước và gia nhiệt sấy hô n sinh học hông ảnh hưởng đến hàm lượng cac on của n sinh học ởi vì hông xảy ra phân hủy sinh học trong qu trình này. Theo Torrie Smith Associate (2004), 10kgCO2 được thải ra trên 1 tấn n sinh học chôn lấp trong suốt hành trình ngắn (short trips). Việc x c định hệ số này phụ thu c vào những yếu tố sau:
- Khoảng c ch vận chuy n của xe tải; - Hiệu quả hoạt đ ng xe tải và hành trình; - Hiệu quả tạo năng lượng của nhiên liệu.
Vì vậy, ph t thải CO2 gi n tiếp từ vận chuy n n sinh học được t nh theo công thức sau:
PCO2, chonlapchatran (kg CO2/ngày) = 10 (kg CO2/tấn chất thải) * tổng chất thải rắn hô (2.33) Ph t thải CO2 o phân hủy yếm h n sinh học được t nh theo công thức sau:
PCO2,bunsinhhocconlai (g CO2/ngày) = 0,58 (gCO2/gVSS) * n phân hủy (2.34) PCH4,bunsinhhocconlai (g CO2/ngày) = 0,35(gCH4/gVSS) * n phân hủy (2.35)
37
Trong đó,
n phân hủy = 0,8 * Psinh khoi (g VSS/ngày) Do đó,
PCO2,phanhuybunhoattinhgiantiep (g CO2/ngày) = PCO2, bunsinhhocconlai +
23* (PCH4,bunsinhhocconlai) (2.36)
2.3.2. Phát thải N2O trong ử lý nước thải
Khi nước thải có chứa nit ết hợp vi huẩn oxi hóa amoni tự ưỡng như vi huẩn nitrosomonas spp và vi huẩn ị ưỡng trong ất ỳ môi trường nào như xử lý sinh học hiếu h , nguồn tiếp nhận nước thải ra, n i tiếp nhận n sinh học, h N2O sẽ được tạo ra (Shis ows i, 2007). Theo đ nh gi của IPCC, khả năng ấm lên toàn cầu của N2O là 296 lần so với carbondioxit (CO2), do vậy việc tính toán phát thải khí N2O đ thực hiện ki m kê GHG.
Theo nghiên cứu của Shiskowski (2007), ph t thải N2O bao gồm phát thải trực tiếp và phát thải gián tiếp. Phát thải trực tiếp được t nh to n trong suốt qu trình xử lý và ph t thải gi n tiếp được t nh từ nước thải ng ra.
Do đó, ph t thải N2O trong hệ thống xử lý được thực hiện ằng việc sử ụng hệ số ph t thải. zpiel et al., (1995) đã sử ụng nhà m y Durham xử lý n hoạt t nh thông thường, New Hampshire (NH), US đ xây ựng hệ số ph t thải. Tổng ph t thải N2O trên năm từ nhà m y này là 3,5 x104 gN2O/năm. Hệ số trọng lượng được xem xét o thay đổi ân số thường xuyên. Trọng lượng trung ình theo thời gian đối với hoảng 12500 người từ th ng 9 đến th ng 5 năm sau và 6200 người từ th ng 6 đến th ng 8 là 10.925 người: Trọng lượng trung ình = 12500*9 6200*3 12 = 10.925 người Hệ số ph t thải = 3, 5*104 10925 = 3,2 gN2O/người.năm
Phư ng ph p IP chỉ sử ụng tiêu ng protein t nh trên đầu người trên 01 năm ( g/năm). c nghiên cứu h c đã đưa ra c c th nghiệm hiện trường tại các nhà m y xử lý nước thải đ xây ựng hệ số ph t thải N2O.
38
Ph t thải N2O có th xảy ra như với tư c ch ph t thải trực tiếp từ c c qu trình xử lý o qu trình nitrat và hử nitrat và ph t thải gi n tiếp từ nước thải ng ra đến môi trường tiếp nhận ên ngoài hệ thống xử lý (IP ,2006).
2.3.2.1. Phát thải trực tiếp từ nhà má ử lý nước thải
Theo PA, 1997, công thức t nh ph t thải N2O như sau:
EN2O, tructiep (kg N2O/năm) = Wpop * EFi * CF (2.38) Trong đó,
EN2O, tructiep: ph t thải trực tiếp từ qu trình xử lý nước thải ( gN2O/năm); Wpop : số ân số được ết nối;
EFi: hệ số ph t thải; EFi= 3,2 gN2O/người.năm; CF: hệ số hiệu chỉnh;
F=1.14 đối với nước thải công nghiệp c ng thải chung nước thải sinh hoạt Hệ số F: Doorn et al.,(1997) đã cung cấp phạm vi 20-50 mg TKN/l (trung ình 35 mgTKN/l) và Metcalf an y (1995) đã đưa ra phạm vi từ 40-50mg TKN/l đối với nước thải sinh hoạt. Metcalf an y (1995) cũng cung cấp tải lượng nit nằm trong hoảng 20 - 85 mgTKN/l (giả thiết là 40mg TKN/l) đối với nước thải công nghiệp c ng nước thải sinh hoạt.
Do đó, F = 40/35 = 1,14.
2.3.2.2. Phát thải gián tiếp đối với nước thải d ng ra HT L
Ph t thải gi n tiếp được t nh theo công thức sau:
EN2O,gian tiep (kg N2O/năm) = [(P*NPfrac * F * Wpop) - Nitww - Nitbun] * EF2*44/28 (2.39) Trong đó:
EN2O,gian tiep : ph t thải N2O từ nước thải ng ra ( g N2O/năm); P : tiêu thụ protein trên đầu người hàng năm ( g/người.năm); P = 38 ( g/người.năm) ( ữ liệu FAOSTAT, 2004);
NPfrac : tỷ lệ nit trong protein; NPfrac = 0,16 (kgN/kg protein) (IPCC, 2006); F: hệ số của hông tiêu thụ protein trong nước thải sinh hoạt, F= 1,14;
Nitww: lượng Nit trong nước thải sinh hoạt được hử ỏ trong qu trình xử lý nước thải,Nitww= Wpop * EFi * CF * 28/44;
39
Nitbun = 0,12 * Psinh khoi ; EF2 : hệ số ph t thải = 0,01.
2.3.3. Phát thải CH4 trong ử lý nước thải
Theo hướng dẫn của IPCC (2006), lượng CH4 tạo ra trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt được x c định bằng công thức 6.1 ( hư ng 6, tập 5, IPCC 2006):
ECH4 = [∑i,j(Ui*Tij*EFj)]*(TOW- S) - R (2.40) ECH4: tải lượng phát thải khí CH4 từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt ( g/năm);
TOW: tổng hàm lượng hữu c có trong nước thải sinh hoạt ( g OD/năm); Tij: mức đ xử lý cho từng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt (tra ảng 2.3); Ui: nhóm thu nhập xét theo hu ân cư (tra ảng
2.3);
i: nhóm nông thôn, thành thị có thu nhập thấp, thành thị có thu nhập cao; j: ki u xả thải của hệ thống;
S: b n tuần hoàn trong hệ thống xử lý nước thải ( g OD/năm); EFj: hệ số ph t thải H4 trong nước thải sinh hoạt ( g H4/kg BOD); R: lượng H4 được thu hồi trong m t năm ( g H4/năm).
Bảng 2.3: Bảng tra khu vực sản xuất và theo khu vực dân cư
Quốc gia Khu vực sản xuất (Ui) Thành thị có thu nhập cao (Tij) Thành thị có thu nhập thấp (Tij) Nông t hôn Đô t h ị th u nh ậ p c ao Đô t h ị th u hậ p th ấ p B ể tự ho ạ i Nhà vệ si nh Khác Bể tự ho ạ i Nhà vệ si nh Khác Trung Quốc 0,59 0,12 0,29 0,00 0,47 0,50 0,14 0,10 0,03 Ấn Đ 0,71 0,06 0,23 0,00 0,47 0,10 0,14 0,10 0,03 Indonesia 0,54 0,12 0,34 0,00 0,47 0,00 0,14 0,10 0,03 Pakistan 0,65 0,07 0,28 0,00 0,47 0,00 0,14 0,10 0,03 Bangladesh 0,72 0,06 0,22 0,00 0,47 0,00 0,14 0,10 0,03
40
[Nguồn IPCC, tập 5, chương 6]
- Hệ số phát thải CH4 trong nước thải sinh hoạt được tính theo công thức (6.2) ( hư ng 6, tập 5, IPCC 2006):
EFj = Bo*MCFj (2.41) MCFj: định mức CH4 sinh ra (tra bảng 2.4);
Bo: CH4 được sinh ra tối đa trong hệ thống (tra bảng 2.5); j: loại ki u xả.
Bảng 2.4: Bảng tra hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt
Hệ thống xử lý Biện pháp quản lý MCF Mức tha đổi
Nhà máy xử lý tập trung, hiếu khí
Được quản lý đúng chuẩn 0 0 - 0,1
Nhà máy xử lý tập trung, hiếu khí
Không quản lý tốt. Quá tải 0,3 0,2 - 0,4
Phân hủy bùn kỵ khí CH4 không tuần hoàn 0,8 0,8 - 10
B tự hoại M t nửa BOD lắng lại 0,5 0,5
[Nguồn IPCC, tập 5, chương 6]
Bảng 2.5: Bảng tra lượng CH4 sinh ra tối đa trong hệ thống xử lý nước thải
0,6 kg CH4/kg BOD 0,25 kg CH4/kg COD
[Nguồn IPCC, tập 5, chương 6]
- Tổng hàm lượng hữu c có trong nước thải sinh hoạt TOW được tính theo công thức 6.3 ( hư ng 6, tập 5, IPCC 2006):
TOW = P*BOD*0,001*I*365 (2.42) TOW: tổng hàm lượng hữu c có trong nước thải sinh hoạt ( g OD/năm); P: dân số con người (người);
BOD:tải lượng BOD của m t người trong năm (g/người/ngày) (tra bảng 2.6) 0,001: quy đổi từ gam BOD sang kg BOD;
41
Bảng 2.6: Bảng tải lượng ô nhiễm của các nước trên thế giới
Quốc gia Tải lượng ô nhiễm O (g/người/ngày)
Châu Á, Mỹ Latinh 40
Nhật Bản 42
Đức 62
[Nguồn IPCC, tập 5, chương 6]
2.4. Sử dụng công thức tính toán phát thải GHG
Bảng 2.7 mô tả tóm tắt các công thức tính toán phát thải GHG (CO2, N2O và CH4) từ trạm xử lý nước thải sinh hoạt.
Bảng 2.7: Công thức sử dụng để tính toán phát thải GHG
Loại GHG Công thức tính CO2 Phát thải trực tiếp
+ CO2 tạo ra o phân hủy chất hữu c :
PCO2, BOD (g CO2/ngày) = 0.33* [Qi * (Si- S) – 1.42* MX, CBOD] – 0,25*NOY*Qi
+ CO2 tạo ra o phân hủy n i ào:
PCO2, noi bao (g CO2/ngày) = 1.56* phanhuy, hieukhi Phát
thải gián tiếp
+ CO2 tạo ra từ OD ng ra:
PCO2, BOD dong ra (g CO2/ngày) = 0,986 * BODdongra *Qi + CO2 tạo ra từ chôn lấp n:
PCO2, chonlapchatran (kg CO2/ngày) = 10 (kg CO2/tấn chất thải) * tổng chất thải rắn hô
+ CO2 tại ra từ phân hủy n:
PCO2,phanhuybun(gCO2/ngày) = PCO2, bunsinhhocconlai +23* PCH4, bunsinhhocconlai
N2O
Phát thải trực tiếp
EN2O, tructiep (kg N2O/năm) = Wpop * EFi * CF
Phát thải gián tiếp
EN2O,gian tiep (kg N2O/năm) = [(P*NPfrac * F * Wpop) - Nitww - Nitbun] * EF2*44/28
42
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả tính toán đối với trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên 3.1.1. Thông tin chung về trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên 3.1.1. Thông tin chung về trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên
Trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên (Thành phố Vĩnh Yên - tỉnh Vĩnh Phúc) thu c dự n tho t nước và xử lý nước thải thành phố Vĩnh Yên o U ND tỉnh Vĩnh Phúc làm chủ đầu tư. Nhà m y sử dụng công nghệ xử lý sinh học hiếu khí với hệ thống chính bao gồm b lắng s cấp, cụm b aerotank gồm 2 b lắp song song và b lắng thứ cấp. Bùn lắng từ các b lắng được đưa về b phân hủy kỵ khí. Thông tin chung về nhà m y được th hiện ở Bảng 3.1.
Bảng 3.1: Thông tin chung về trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên
Công nghệ xử lý nước thải Công nghệ áp dụng tại trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên
Xử lý sơ cấp X
B lắng s X
Phư ng ph p h c
Xử lý bậc 2 X
B hiếu khí có tuần hoàn bùn X
B hiếu khí không tuần hoàn bùn Lọc nhỏ giọt Lọc sinh học Lọc màng sinh học Phư ng ph p h c B lắng thứ cấp X Đông eo tụ Xử lý bậc 3 Lọc cát Lọc than hoạt tính Hồ sinh học
43
Công nghệ xử lý nước thải Công nghệ áp dụng tại trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên
Bãi lọc ướt Khử trùng Phư ng ph p h c Khử Nit Khử Photpho Khử mùi Xử lý bùn hoạt tính X Phân hủy bùn kỵ khí X
Phân hủy bùn hiếu khí Làm phân compost Đốt
Phư ng ph p h c
3.1.2. Thông số đầu vào và đầu ra của trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên
Đ tính toán phát thải GHG cần thu thập các thông số đầu vào và đầu ra. Thông số đầu vào và đầu ra của trạm xử lý nước thải Vĩnh Yên cần cho tính toán được th hiện ở Bảng 3.2
44
Bảng 3.2: Thông số đầu vào và đầu ra
Năm 2014 Nhiệt độ (oC) Công suất xả đá (Qw) Nồng độ bùn tuần hoàn (Xw) MLSS (mg/l) MLVSS, X (mg/l) TSSe (mg/l) VSSe, Xe (mg/l)
Thông số đầu vào Thông số đầu ra (Theo QCVN 14:2008) BOD (mg/l) SS (mg/l) TKNi (mg/l) BOD (mg/l) SS (mg/l) TKNe (mg/l) MLVSS = 0,8*MLSS VSSe = TSSe*0,85 Mùa đông Tháng 11 22,5 41,34 5363 3725 2980 112 95,2 333 618 67 50 100 40 Tháng 12 17,5 56,38 4409 3720 2976 124 105,4 296 632 56 50 100 40 Tháng 1 16,0 61,23 3316 3540 2832 122 103,7 310 632 78 50 100 40 Tháng 2 17,2 45,67 3239 3665 2932 108 91,8 258 690 69 50 100 40 Tháng 3 21,5 49,24 3966 3570 2856 125 106,25 238 666 62 50 100 40 Tháng 4 26,7 52,19 3314 3760 3008 128 108,8 223 621 69 50 100 40 Trung bình 19,23 51,01 3434 3663 2930 119,83 101,85 276,33 643,17 66,83 50 100 40 Mùa hè Tháng 5 32,5 44,60 5600 3750 3000 152 129,2 244 562 56 50 100 40 Tháng 6 33,5 45,06 5300 3725 2980 118 100,3 259 635 69 50 100 40 Tháng 7 33,0 47,23 5200 3350 2680 123 104,55 274 564 72 50 100 40 Tháng 8 28,9 42,19 3652 3720 2976 113 96,05 302 623 49 50 100 40 Tháng 9 27,8 44,67 4368 3695 2956 102 86,7 304 654 57 50 100 40 Tháng 10 25,6 45,34 3314 3560 2848 92 78,2 309 619 68 50 100 40 Trung bình 30,22 44,85 4572 3633 2456 116,66 99,47 282 609,50 61,83 50 100 40
45
3.2. Tính toán giá trị thông số động học 3.2.1. Tính toán tuổi bùn 3.2.1. Tính toán tuổi bùn
Tuổi n được tính theo công thức (2.8): SRT =
e w o w w X Q Q X Q VX * ) ( . Bảng 3.3: Bảng tính toán tuổi bùn Thời gian Thể tích bể hiếu khí (m3 ) Công suất Qo (m3/ngày) Công suất Qw (m3/ngày) Xw (mg/l) Năm 2014 Mùa hè 1393 5.000 44,85 4572 M a đông 1393 5.000 51,01 3434 Thời gian MLVSS, X