1.3 Tình hình nghiên cứu xử lý nước rác
1.3.2 Công nghệ xử lý nước rác ở Việt Nam
1. . .1 Một s c ng nghệ ử ý nước rác ã ược nghiên cứ
- Tuần hoàn nước rác và phân hủy vi sinh trong môi trường sunphat được Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp nghiên cứu [21] nhằm tạo điều kiện phân hủy thành phần hữu cơ ở thể rắn chuyển sang dạng hòa tan, tạo khả năng oxy hóa mạnh hơn cho xử lý sinh học tiếp theo.
- Công nghệ SBR cải tiến và oxy hóa bằng fenton [12] do tác giả Nguyễn Hồng Khánh và cộng sự nghiên cứu. Với công nghệ này phải điều chỉnh pH về 2-4 và có thể dùng ion Fe2+ dạng hòa tan. Quy trình cơ bản của phản ứng fenton là bổ sung e2+ và H2O2 vào dung dịch cần xử lý. Cơ chế của phản ứng gồm nhiều bước trong đó quan trọng là sự biến đổi giữa trạng thái oxy hóa 2+ và 3+ của ion sắt.
- Công nghệ keo tụ - tạo phức - fenton - perozon do tác giả Trần Mạnh Trí nghiên cứu và áp dụng tại bãi chôn lấp Gò Cát để xử lý nước rác sau UASB với COD = 5.424mg/l, Hiệu quả xử lý COD đạt 97% [18]. Công nghệ này chỉ xử lý được COD và độ màu nhưng chưa xử lý được nitơ trong nước rác.
- Công nghệ UV/fenton được Trương Quý Tùng và cộng sự nghiên cứu xử lý nước rác tại bãi Thủy Tiên – Huế. Công nghệ sử dụng đ n UV và H2O2 ở pH ~3 đã loại được 71% COD và 90% độ màu sau 2 giờ. Nước sau xử lý có tỷ lệ BOD5/COD tăng từ 0,15 lên 0,46 [21].
- Công nghệ fenton 3 bậc được tác giả Nguyễn Văn Phước và cộng sự nghiên cứu. Với COD dòng vào 665mg/l cần bổ sung 750 mg/l H2O2 và 3.750 mg/l, ph n sắt, thời gian phản ứng 7 phút, hiệu quả xử lý COD đạt 87,5% [15].
- Công nghệ ozon đơn và Perozon được tác giả Hoàng Ngọc Minh nghiên cứu xử lý nước rác tươi bãi chôn lấp Nam Sơn - Sóc Sơn (Hà Nội). Sau 120 phút hiệu quả xử lý đạt 11-15% COD và 78-87% độ màu; nước rác cũ (trơ) xử lý được 36% độ màu và 9% COD. Tác giả cũng cho biết quá trình catazon với xúc tác Al2(SO4)3 cho hiệu quả cao hơn Perozon 1,27-1,31 lần và xúc tác FeSO4 cao hơn Perozon 1,47-1,68 lần [4].
- Tác giả Đặng Xuân Hiển cho biết: đã tiến hành nghiên cứu xử lý amoni trong nước rác tạo “kết tủa MAP” ở pH=10,25 và vận tốc khuấy 300v/phút (với Mg2+ là MgSO4.7H2O (ở tỷ lệ Mg2+:NH4+:PO43- là 1:1:0,6) cho hiệu quả tách amoni đạt 53%
và với Mg2+ là MgO (tỷ lệ Mg2+:NH4+:PO43- = 1,1:1:1) hiệu quả loại amoni là 56%
[8]. Tuy nhiên nghiên cứu này chưa cho biết những thông tin cần thiết về sản phẩm thu được: hình dạng, kích thước, thành phần, lượng sản phẩm …Hơn thế nữa ở pH = 10,25 amoni sẽ chuyển thành NH3 và dễ dàng bay hơi khi tốc độ khuấy trộn ở 300v/phút, dẫn đến sản phẩm kết tủa có thể là Magiephotphat.
1. . . Một s c ng nghệ ử ý nước rác ã ược áp dụng
Trong những năm qua nhiều công trình nghiên cứu xử lý nước rác đã được thực hiện. Một số kết quả nghiên cứu đã được áp dụng trong thực tế. Tuy nhiên, vì nhiều lý do hầu hết các công nghệ đã được áp dụng đều gặp những khó khăn nhất định như: giá thành xử lý cao, hiệu quả không tương xứng, thậm chí không ít hệ thống xử lý không đáp ứng được quy chuẩn thải.
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu và tham khảo các công nghệ của nước ngoài, công nghệ xử lý nước rác ở nước ta khá đa dạng. Một số công nghệ điển hình đã được áp dụng.
a- ng ng ệ kế ợp ơ ển nổ - n ếm k í- ế k í
Công nghệ này được viện Cơ học áp dụng tại bãi Nam Sơn vào cuối những năm 90. Nước thải có hàm lượng COD cao được lưu với thời gian dài trong hồ chứa nên quá trình phân hủy sinh học xảy ra dẫn đến tỷ lệ BOD5/COD thấp. Công nghệ xử lý được thể hiện trong hình (Hình 1.13)
Tuyển nổi áp lực được sử dụng trong công nghệ có tác dụng tách cặn lơ lửng, tuy nhiên nước thải sau khi tuyển nổi áp lực đã được bão hòa oxy gây hiệu ứng tạo H2O2, một chất oxy hóa mạnh ức chế và có thể làm chết các vi khuẩn metan hóa trong bể UASB. Hơn thế nữa không khí nén vào bể tuyển nổi áp lực lớn (gấp 4 lần so với bể
Aeroten, trong khi Aeroten cần 29-35 m3 không khí/1kg BOD5). Áp dụng công nghệ trên đòi hỏi chi phí năng lượng cho cấp khí rất lớn sẽ đẩy giá thành xử lý lên rất cao, đến năm 2006 được thay thế bằng công nghệ của công ty SEEN.
Hình 1.13 Công nghệ xử ý nước rác của Viện ơ c tại bãi chôn lấp N m Sơn, H Nội [11]
b- ng ng ệ kế ợp: S pp ng ổ k í NH3 )- ử ý n - hóa lý
Công nghệ Stripping (đuổi khí NH3) kết hợp xử lý sinh học - hoá lý theo sơ đồ hình 1.14. Công nghệ được công ty SEEN thiết kế và chuyển giao.
Hình 1.14 Công nghệ xử ý nước rác của công ty SEEN tại bãi chôn lấp N m Sơn, H Nội [21]
Mặc dù công nghệ khá phức tạp nhưng hiệu quả chưa cao, đáng chú ý là hiệu quả của SBR bị hạn chế do nitơ đã khử tại tháp stripping.
Mặt khác thiết bị hấp phụ bằng than hoạt tính không được hoàn nguyên hoặc thay thế nên không phát huy được tác dụng. Hiện tại nước thải đầu ra còn đạt tiêu chuẩn thải
Nước rác SCR - bể tập trung
Tuyển nổi áp lực Bể UASB Bể Aeroten Bể lắng thứ cấp Cấp khí
Khí nén
Bùn xả ra hố chôn lấp Nước rác sau xử lý
Nước rác Hồ chứa Tháp Stripping
Lắng Bể điều hòa
Bể SBR
Thiết bị đông keo tụ Bể lắng Hấp phụ bằng than HT
Bể khử trùng
Nước rác sau xử lý Ca(OH)2
chủ yếu nhờ quá trình oxy hóa bởi các chất oxy hóa mạnh trong khâu khử trùng. Đây cũng là môt loại hình công nghệ khá phức tạp và giá thành xử lý rất cao.
. ng ng ệ ử ý kế ợp n ếm k í - ơ p ực và màng UF) Hệ thống xử lý nước rác tại bãi chốn lấp Gò Cát được xây dựng theo công nghệ của Hà Lan với công suất 400m3/ngày đêm. Sơ đồ công nghệ xử lý được thể hiện trong Hình 1.15.
Hình 1.15 Công nghệ của trạm xử ý nước rác bãi chôn lấp Gò Cát [11]
Trong giai đoạn đầu vận hành nước rác hình thành còn ít và bị pha loãng bởi nước mưa nên nồng độ COD chỉ còn trên dưới 1.000 mg/l cho kết quả rất tốt: COD ra đạt 17-32 mg/l, các thành phần khác đều đạt tiêu chuẩn thải. Tuy nhiên khi bãi chôn lấp hoạt động với công suất 2.000 tấn/ngày và lượng nước rác phát sinh lớn, COD lên đến 50.000-60.000 mg/l, hiệu quả xử lý chỉ đạt ~ 50%, COD dòng ra lớn hơn 20.000 mg/l.
Thời gian hoạt động và công suất của thiết bị U giảm đáng kể (giảm từ 24 – 48 giờ còn 2 – 3 giờ và lưu lượng giảm từ 17,8 m3/giờ còn 8-9 m3/giờ). Sau đó toàn bộ hệ thống đã phải ngừng hoạt động và yêu cầu tư vấn Hà Lan hiệu chỉnh lại. Nguyên nhân sự cố là do:
- Bể lên men kị khí (Anaerobic ermentation Tank) không được bổ sung bùn yếm khí mà chỉ vận hành như bể điều hòa (Equalization Tank), vì vậy hiệu quả xử lý hầu như không đáng kể.
- Trong nước rác chứa một lượng lớn axit hữu cơ bay hơi (Volatile atty Acid), như axít axetic, axít propionic, axít butyric,... là sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ. Lượng V A chiếm khoảng 50% hàm lượng BOD5 có trong nước
Nước rác Trạm bơm
Nước rác
Bể lọc áp lực Bể lên men kỵ khí
(1.000m3)
Thiết bị lọc màng U (Ultrafitration membrane)
Bể thổi khí
Nước rác sau xử lý
rác tươi và có thể xử lý dễ dàng bằng quá trình sinh học kị khí hoặc hiếu khí, trong khi đó các loại thiết bị lọc màng lại hầu như không có hiệu quả trong xử lý V A.
- Công nghệ không thích hợp là nguyên nhân chính gây hiệu quả xử lý thấp, vì vậy nhà tư vấn đã tiến hành thiết kế và xây dựng lại với công nghệ cũng khá phức tạp (Hình 1.16).
- Khử canxi: Sau bể điều hoà nước rác được loại bỏ canxi để nhằm tránh hiện tượng bêtông hoá trong bể UASB;
- Bể yếm khí (UASB) xử lý các hợp chất hữu cơ với tải trọng cao;
- Tiền khử nitơ và hậu khử nitơ: đây là các quá trình chính để xử lý các hợp chất nitơ trước và sau xử lý BOD5 trong bể hiếu khí. Tuy nhiên tài liệu chưa chỉ rõ nitơ được xử lý qua hai công đoạn bằng những công nghệ nào.
Hình 1.16 Công nghệ xử ý nước rác sau hoàn thiện tại bãi chôn lấp Gò Cát [11]
- Hóa lý (keo tụ): khử các hợp chất hữu cơ khó chậm phân hủy sinh học như axít humic, lignin. Sau keo tụ nước rác được tách cặn tại bể lọc cát và cuối cùng dùng màng Nano loại các thành phần hữu cơ còn lại sau xử lý.
Các số liệu trong Bảng 1.8 cho thấy hệ thống xử lý nước rác bãi chôn lấp Gò Cát có thể đáp ứng được yêu cầu xả thải TCVN 5945-1995, cột B, nhưng thực tế vận hành cho thấy công nghệ này có một số nhược điểm sau:
Bể chứa
Xử lý hoá lý
Bể lọc cát
Màng lọc nano
Nước sau xử lý FeCl3
Bể lắng Nước rác
Bể điều hoà
Khử Ca
UASB Tiền khử Nitơ
Bể hiếu khí Hậu khử Nitơ
- Với nồng độ amoni dòng vào ~ 1.400mg/l gây ức chế mạnh các vi khuẩn metan hoá trong bể UASB. Số liệu này cũng cho thấy hiệu quả xử lý của cả tiền và hậu khử nitơ đều rất thấp, chỉ đạt 2,6%. Số liệu trong Bảng 1.10 cũng cho thấy các phương pháp đã sử dụng là không hiệu quả. Hậu quả là chỉ tiêu NH4+
sau xử lý hoàn toàn không đạt tiêu chuẩn thải (NH4+
= 1.024 mg/l).
- Ngoài ra hiện tượng tắc lọc nhất là với lọc nano rất dễ xảy ra, do đó phải thường xuyên rửa lọc nên chỉ đạt 15 - 20m3/ngày (công suất thiết kế: 400m3/ngày). Hơn thế nữa để rửa lọc cần sử dụng một lượng lớn hóa chất.
Bảng 1.9 Thành phần nước rác bãi chốn lấp Gò ước và sau xử lý (mẫu lấy ngày 31/8/2006) [11]
Thông số Đơn vị
NRR dòng
vào UASB
Tiền khử
nitơ Aeroten
Hậu khử
nitơ Lắng Lọc nano
pH - 7,6 7,85 8,45 8,53 8,25 8,51 8,5
TDS mg/l 19.200 19.400 18.400 18.600 18.500 18.400 7.652
SS mg/l 2.044 347 469 8.286 6.974 245 3
COD mg/l 9.501 4.000 1.767 1.383 1.282 1.267 127
BOD5 mg/l 4.155 888 254 175 154 10
N-NH4
+ mg/l 1.400 1.400 1.302 1.260 1.232 1.190 1.024
N-Norg mg/l 168 - - - - - 14
TN mg/l 1.568 - - - - -
TP mg/l 5,6 7,8 7,8 7,5 10,8 8,7 -
Độ màu Pt-Co 6.650 - - - - - 22
Độ đục FAU 1.200 - - - - - 3
d. ng ng ệ ử ý n kế ợp ếm - ế k í g n ạn - ồ n - bã
Bãi chôn lấp Phước Hiệp giai đoạn 1 có diện tích 43 ha đã vận hành từ 2003 đến nay. Tổng lượng chất thải rắn đã được chôn lấp là 2.600.000 tấn. Hệ thống xử lý nước rác được xây dựng vào năm 2003 với công suất 400m3/ngày đêm. Công nghệ được thể hiện ở Hình 1.17.
Hình 1.17 Sơ ồ công nghệ xử ý nước rác bãi chốn lấp P ước Hiệp [11]
Nước rác Hồ chứa Nước rác Bể UASB Bể ASBR
Đất ngập nước
Kênh 15 Hệ thống hồ sinh học
- Nước rác được thu về hồ chứa V =3.000 m3. Hệ thống xử lý yếm khí gồm 8 bể UASB, thời gian lưu nước trong các bể UASB là 24 giờ.
- Từ 8 bể UASB, nước sẽ tự chảy xuống 6 bể Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ. Sau Aeroten nước tự chảy vào hệ thống hồ sinh học (từ hồ số 2 tới hồ số 5) và sau đó được xử lý triệt để bằng hệ sinh thái rừng tràm. Nước sau xử lý được xả vào kênh 15.
Với hàm lượng COD 57.325 mg/l về nguyên tắc: công nghệ theo sơ đồ Hình 1.17 với 8 bể UASB và 6 bể Aeroten chỉ tải 400m3/ngày (~13%) là chưa hợp lý. Kết quả là sau hơn 1 năm vận hành không hiệu quả nên hiện tại hệ thống xử lý đã được cải tạo.
Năm 2004 khối lượng nước rác tăng. Công ty khoa học công nghệ môi trường Quốc Việt đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước rác với công suất 800m3/ngày bằng hệ thống hồ nhân tạo (Hình 1.18). Nước được đưa vào xử lý yếm khí bằng hồ phủ bạt HDPE. Tiếp theo nước tự chảy sang hồ phản ứng, ở đây eCl3 được bổ sung và thổi khí để hòa trộn ph n với nước rác. Nhờ quá trình keo tụ một lượng không nhỏ cặn được lắng sau hồ phản ứng và 50% COD được loại bỏ (Bảng 1.10).
Hình 1.18 Hệ thống hồ xử ý nước rác của công ty Quốc Việt tại bãi chốn lấp P ước Hiệp [11]
Tiếp theo là hồ hiếu khí sau đó tự chảy sang hồ lắng, nước sau xử lý được dẫn vào hồ tùy tiện. Sau chuỗi hồ sinh học nước có màu vàng nhạt được pha loãng với nước ngầm trước khi xả vào kênh tiêu thoát.
- Ưu điểm của công nghệ xử lý bằng hệ thống hồ là: chi phí đầu tư và vận hành thấp, không đòi hỏi công nhân vận hành có trình độ cao.
- Nhược điểm: yêu cầu mặt bằng lớn, phải pha loãng nước thải, vận hành thủ công, không kiểm soát được quá trình dẫn đến thành phần dòng ra không ổn định, công nghệ không đáp ứng được tiêu chuẩn xả thải.
Hồ hiếu khí
Hồ lắng
Hồ tuỳ tiện
Kênh 15 Hồ tiếp nhận
Hồ kỵ khí phủ bạt
Hồ phản ứng Nước rác
FeCl3
Ở nước ta hiện nay, hầu hết các trạm xử lý nước rác ở các bãi chốn lấp đều gặp khó khăn về công nghệ. Nước sau xử lý hầu như chưa đạt tiêu chuẩn xả thải (đặc biệt là hai chỉ tiêu COD và amoni) cũng như công suất xử lý. Công nghệ xử lý nước rác còn bộc lộ nhiều nhược điểm. Vì vậy việc xử lý nước rác vẫn đang được nghiên cứu khắc phục.
Nhìn chung các công nghệ đã nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là kết hợp hóa lý, hóa học và sinh học. Tuy nhiên mục tiêu của các công nghệ này là xử lý COD, BOD5 và độ màu. Các quá trình hóa học giúp xử lý hiệu quả độ màu và nâng cao tỷ lệ BOD5/COD. Tuy nhiên hiệu quả xử lý sinh học chưa cao nhất là việc loại nitơ trong nước rác còn là vấn đề nan giải và giá thành xử lý còn cao.
Bảng 1.10 Đặ ưng nướ ước và sau hệ thống xử lý của bãi chốn lấp P ước Hiệp [11]
Thông số Đơn vị Dòng
vào Sau YK Sau phản
ứng Sau
HK Lắng Hồ sinh
học Dòng ra
pH - 7,40 7,85 6,73 8,12 8,06 7,99 6,93
COD mg/l 2.720 2.016 1.088 845 660 600 77
BOD5 mg/l 1.184 1.092 658 532 356 258 22
N-NH4
+ mg/l 140 105 70 77 39 28 8
TN mg/l 1.324 1.197 728 609 395 286 30
e tổng mg/l 40 37 147 24 27 15 5
Tóm lại, các công nghệ xử lý nước rác ở Việt Nam chủ yếu là công nghệ sinh học, tuy nhiên hiệu quả xử lý chưa cao do chưa loại bỏ được yếu tố kìm hãm. Gần đây có một số công nghệ áp dụng phương pháp như stripping để loại bỏ amoni, nâng cao hiệu quả xử lý sinh học. Phương pháp oxi hóa (fenton, ozon, perozon) cũng được nghiên cứu để xử lý nước rác tươi. Tuy nhiên các phương pháp này còn gặp phải một số hạn chế do gây ô nhiễm thứ cấp, xử lý không triệt để và đặc biệt là tiêu tốn nhiều năng lượng.
Xử lý sinh học là phương pháp thân thiện với môi trường và hầu như không để lại ô nhiễm thứ cấp.Tuy nhiên hàm lượng NH4+ trong nước rác là yếu tố gây ức chế quá trình xử lý sinh học đặc biệt là quá trình xử lý yếm khí. Kết tinh MAP là một hướng nghiên cứu thu hồi nitơ, phốt pho trong nước rác đồng thời loại yếu tố gây ức chế quá trình xử lý yếm khí thu biogas.