Nghiên cứu xử lý bằng cơng nghệ kết hợp sinh học và hố họ c

3.3.3.1. Đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả và giảm chi phí xử lý nước rỉ rác Qui mơ 3,5 m3 /ngày đêm” do ThS. Nguyễn Thị Phương Loan (TT Cơng nghệ - QLMT) làm chủ nhiệm. Báo cáo nghiệm thu kết quả tháng 7/2007.

Dựa vào các nghiên cứu trong phịng thí nghiệm, pilot xử lý nước rỉ rác tại BCL Phước Hiệp cĩ cơng suất 3m3/mẻđược đề nghị như sau:

Dựa trên kết quả nghiên cứu xử lý nước rỉ rác của BCL Gị Cát, Phước Hiệp 1 trong những năm (2000-2004), và những kết quả khảo sát sự thay đổi của nước rỉ rác theo thời gian cũng như những kết quả thu được từ phịng thí nghiệm, và mơ hình pilot của xử lý các hợp chất nitơ và các hợp chất hữu cơ khĩ/khơng cĩ khả năng

Hình 3.3. Sơđồ Pilot xử lý nước rỉ rác tại BCL Phước Hiệp.

Bể thổi khí (Air Stripping) Bùn hoạt tính hiếu khí Keo tụ tạo bơng Hồ chứa NRR Than hoạt tính Fenton Lọc cát Nguồn tiếp nhận Bể lắng 1 Bể lắng 2

phân hủy sinh học. Sơđồ cơng nghệ xử lý nước rỉ rác được đề xuất dưới đây đạt tiêu chuẩn Việt Nam 5945-2005 cột B. Kênh 15 Bểđiều hịa Bểđuổi khí Bể hấp phụ than hoạt tính Bể lọc cát Hồ hiếu khí + lắng Bể lắng 2 Bể phản ứng 1(Keo t ) Bể tạo bơng 1 Bể lắng 1 Bể phản ứng 2 NRR H2SO4 FeCl3 H2SO4 H2O2 FeSO4 Bể trung gian NaOH Máy thổi khí Bể chứa bùn Máy ép bùn Bể chứa bùn Tuần hồn bùn Chơn lấp Bể UASB Bể oxy hĩa(Fenton)

Báo cáo tổng hợp: Đề xuất phương án cơng nghệ khả thi để cải tạo HTXL NRR hiện hữu tại BCL Gị Cát trên cơ sở áp dụng các kết quả của các ĐTNC do Sở KHCN Tp. HCM chủ trì giai đoạn 2000-2007

Hình 3.4. Sơđồ dây chuyền cơng nghệ xử lý NRR đề xuất (TT Cơng nghệ - QLMT)

9 Thuyết minh dây chuyền cơng nghệ xử lý nước rỉ rác:

ƒ Nước rỉ rác từ hồ chứa sẽđược bơm lên điều hịa nhằm mục đích điều hịa lưu lượng và nồng độ NRR, tiếp theo NRR được bơm vào bể sục khí (Air Stripping) nhằm đuổi khí ammonia (NH3) làm giảm nồng độ N-NH3 xuống

cịn khoảng 400-500 mg/l.

ƒ Tiếp đến nước thải được đưa vào bể UASB để xử lý COD với nồng độ cao, sau bể UASB nước rỉ rác sẽ đưa qua hồ hiếu khí kết hợp lắng với thời gian lưu nước 4 ngày nhằm oxy hĩa lượng ammonia cịn lại thành NO2-, NO3- và N2.

ƒ Nước rỉ rác sau quá trình lắng, phần nước trong được bơm vào bể phản ứng nhanh (phản ứng 1). Trong quá trình này, chất keo tụ FeCl3được cấp vào bể

và dung dịch H2SO4được châm vào bể nhằm điều chỉnh pH đến giá trị tối ưu (pH = 3,5).

ƒ Kết tiếp phần nước trong được dẫn sang bể oxy hĩa với quá trình áp dụng là oxy hĩa Fenton. Trong quá trình này chất oxi hĩa mạnh H2O2 và chất xúc tác

FeSO4 được cho vào, pH của quá trình oxy hĩa dao động trong khoảng 2,6-

3,0.

ƒ Nước sau quá trình oxi hĩa bậc Fenton được để lắng và qua bể trung gian để

nâng pH lên 5 bằng NaOH chuẩn bị thực quá trình xử lý cuối cùng là lọc qua than hoạt tính.

ƒ Tuy nhiên đểđạt hiệu quả xử lý cao hơn thì trước khi qua than hoạt tính nước rỉ rác được cho qua bể lọc cát nhằm loại bỏ những cặn lơ lửng, than sử dụng là loại LRCR cũa Mỹ với liều lượng sử dụng là 1mg than/0.2-0.3mg COD.

ƒ Bùn từ hồ lắng một phần được tuần hồn lại về hồ hiếu khí, phần dư sẽđược

đưa về bể chứa bùn. Bùn từ 2 bể lắng (lắng sau keo tụ với FeCl3 và lắng sau khi oxi hĩa bằng H2O2) cũng được đưa về bể chứa bùn và tiếp tục đưa sang máy ép bùn nhằm làm giảm thể tích. Bùn sau khi ép sẽđược chuyển đến các cơng ty cĩ chức năng xử lý bùn theo quy định.

9 Kết quả nghiên cứu đạt được a) Kết quả xử lý nitơ như sau:

Quá trình sharon và anammox

ƒ Quá trình sharon: nồng độ ammonium đầu vào từ 700-1.300 mg/l việc vận

hành mơ hình sharon diễn ra rất tốt, sau 38 đến 72 giờ, 50 % ammonium bị

mg/L và nồng độ nitrit 297 - 520 mg/L. Khi nồng độ N-NH3 tăng lên từ 1605 – 2072 mg/L thì thời gian tăng lên từ 92 – 119 giờ, tương ứng với nồng độ N-

NH3đầu ra 320 – 462 mg/L, và N-NO2 345 – 373 mg/L.

ƒ Quá trình anammox: tải trọng cao nhất đạt được khi vận hành mơ hình

anammox là 0,7 kg N/m3ngđ, tương ứng với nồng độđầu vào N-NH3đầu vào 359mg/L và N-NO2 359 mg/L, hiệu quả xử lý đạt 82 % với thời gian vận hành 9 tháng. Khi tải trọng lớn hơn 0,7 kg N/m3ngđ thì hiệu quả xử lý của mơ hình giảm đi nhanh chĩng là do vi khuẩn anammox đã vịức chế bởi tác nhân nitrit. Do thời gian thích nghi của anammox quá lâu nên khơng ứng dụng quá trình anammox cho mơ hình pilot.

Quá trình đuổi khí (air stripping)

Quá trình đuổi khí ảnh hưởng bởi một số các yếu tố chính như lưu lượng khí, pH, và diện tích mặt thống:

ƒ Mơ hình dạng mẻ cĩ sự giải phĩng ammonia đáng kể - xử lý hơn 90% lượng ammonium trong nước rỉ rác - trong khi đĩ ở mơ hình liên tục hiệu quả xử lý ammonium chỉđạt 28% sau 24 giờ xử lý;

ƒ Khi tăng pH lên 11 thì hiệu quả xử lý ammonium rất cao đạt hiệu quả xử lý 91%, sau 14 giờ thổi khí, tuy nhiên cần phải sử dụng một lượng NaOH lớn, dẫn đến làm tăng chi phí xử lý lên rất nhiều nên khơng được áp dụng trong thực tế;

ƒ Mặt thống cũng ảnh hưởng rất lớn hiệu quả xử lý ammonium. Mặt thống càng lớn thì tốc độ khử ammonium càng nhanh.

ƒ Ammonia stripping cho hiệu quả xử lý rất cao cĩ thể đạt trên 90% đối với nước rỉ rác nhưng năng lượng tiêu tốn rất lớn, để giảm chi phí xử lý ammonium trong nước rỉ rác chỉ cần được xử lý đến nồng độ khơng gây ức chế cho vi sinh vật (nhỏ hơn 1.000mg/L);

ƒ Theo tính tốn nồng độ NH3 trên bề mặt thiết bị là 0,5g NH3/m3 khí, hơn nữa khi NH3đi vào khơng khí nĩ sẽ bị pha lỗng bởi khơng khí xung quanh, nồng

độ NH3 cĩ thể gây độc là 1.700mg/m3. Mặc khác NH3 cĩ thểđược xử lý bằng hấp thu trong dung dịch H2SO4 2%, dung dịch này cĩ thể sử dụng trong nơng nghiệp, khơng gây ơ nhiễm mơi trường.

Quá trình sinh học bùn hoạt tính lơ lửng

ƒ Nồng độ ammonium 700 mg/L khơng gây ức chế cho quá trình nitrat hĩa.

ƒ Tại pH 7,5–8,5 là khoảng pH tối ưu cho vi khuẩn nitrosomonas và nitrobacter hoạt động và tại pH dưới 6,0 quá trình nitrat hĩa giảm. Khi nước thải cĩ pH

Báo cáo tổng hợp: Đề xuất phương án cơng nghệ khả thi để cải tạo HTXL NRR hiện hữu tại BCL Gị Cát trên cơ sở áp dụng các kết quả của các ĐTNC do Sở KHCN Tp. HCM chủ trì giai đoạn 2000-2007

>9,0 gây ức chế cho vi khuẩn nitrobacter và làm cho quá trình nitrat hĩa bịức chế.

ƒ Khi bùn hiếu khí đã thích nghi với nước rỉ rác thì hiệu quả chuyển hĩa nitrat của 2 mơ hình bổ sung và khơng bổ sung hầu như ngang bằng nhau.

ƒ Lượng chất hữu cơ cĩ khả năng phân hủy trong nước cịn lại rất thấp, sau sáu ngày vận hành mơ hình hiếu khí hiệu quả xử lý COD đạt khoảng 30 - 40 %, với nồng độ COD khoảng 1.249-1.485 mgO2/l.

b) Xử lý các chất hữu cơ khĩ/khơng cĩ khả năng phân hủy sinh học Keo tụ

Keo tụ là bước chính để loại bỏ các chất hữu cơ khĩ/khơng cĩ khả năng phân hủy sinh học, đặc biệt là hợp chất humus.

ƒ pH tối ưu cho quá trình keo tụ là 3,5 với liều luợng FeCl3 là 1kg/m3.

ƒ Hiệu quả xử lý COD đạt từ 77 đến 80% (COD giảm từ 1.757 xuống

360mg/L)

ƒ Lượng bùn sinh ra từ quá trình keo tụ chiếm 20% thể tích nước.

c) Quá trình oxy nâng cao

Fenton

ƒ Các thơng số tối ưu đối với quá trình Fenton: pH 3, liều lượng H2O2 là 400mg/l, và liều lượng chất xúc tát (Fe2+) là 100mg/l. Tỉ lệ Fe2+ và H2O2

0,15:1 mol/mol.

ƒ Hiệu quả xử lý COD đạt 52% (COD từ 435 mgO2/l xuống 210 mgO2/l), và độ

màu 102 Pt-Co (hiệu quả xử lý 67%).

ƒ Liều lượng chất xúc tác (Fe2+) ảnh hưởng rất lớn đối hiệu quả xử lý, trong chuỗi phản ứng của hệ Fenton, Fe3+ thường ở dưới dạng phức chất nên làm giảm sự tạo thành Fe2+ dẫn đến giảm hiệu quả xử lý.

d) Than hoạt tính

ƒ Than hoạt tính LRCG (cĩ suất xứ từ Mỹ) tốt hơn than hoạt tính PVC của Việt Nam;

ƒ Hiệu quả xử lý COD đạt được 92% (CODvào = 244, COD ra = 20 mgO2/L).

Thành phần hữu cơđược loại bỏ chủ yếu từ than hoạt tính là hợp chất humus,

đặc biệt là axít fulvic;

ƒ Liều lượng than sử dụng 1mg than/0,31 mgCOD, với vận tốc là 1m/h, ở pH 5.

ƒ Giá thành xử lý 1m3 nước rỉ rác được tính cho HTXLNRR ở BCL Phước Hiệp với Q = 400m3/ngày là 61.593 đồng, trong đĩ chi phí hĩa chất và điện năng chiếm tỷ lệ cao 70-75%.

ƒ Tháp thổi khí hoặc bể sục khí cho phép xử lý trên 60%- 65% NH3 và 14-30% COD. Bể bùn hoạt tính xử lý 35 - 40 % NH3 và 10-15 % COD. Keo tụ xử lý 38 - 50 % COD. Oxy hĩa xử lý khỏang 5 - 6% COD tổng và than họat tính xử

lý khoảng 6 -7 % COD tổng.

ƒ Kết quả nghiên cứu đã được kiểm tra trên mơ hình thực nghiệm 3,5m3/ngày tại bãi rác Phước Hiệp. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý cao và ổn định: nước sau xử lý có COD dao động < 100 mg/l, N< 30 mg/l. Chi phí xử lý nước rác khoảng: 61.590 đ/m3.

9 Nhận xét

ƒ Đề tài cũng đã đưa ra được các kết quả nghiên cứu tổng hợp và các ảnh hưởng đối với hiệu quả xử lý của từng cơng trình đơn vị.

ƒ Kết quả nghiên cứu đạt được trên các mơ hình thí nghiệm cơng suất 3,5 m3/ngày và chi phí xử lý 61.590 đ/m3 là khá cao và lượng bùn sinh ra từ quá trình keo tụ tương đối lớn chiếm 22% thể tích sau khi để lắng 30 phút

ƒ Quá trình thổi khí đơn thuần (Air stripping) làm tiêu hao năng lượng và hĩa chất sử dụng rất nhiều dẫn đến giá thành xử lý cao.

3.3.3.2. Đề tài “Hồn chỉnh quy trình cơng nghệ xử lý nước rỉ rác Gị Cát cơng suất 10 m3/ngày” do KS. Nguyễn Việt Thu (Trung tâm Tư vấn Cơng nghệ - Mơi trường CTA) làm chủ nhiệm, thời gian thực hiện đề tài: 11/2006 – 5/2007.

Hình 3.5. Sơđồ dây chuyền CN xử lý NRR đề xuất (TTTV Cơng nghệ-Mơi trường)

9 Thuyết minh dây chuyền cơng nghệ

Bể yếm khí Túi thu khí biogas

Bể hiếu khí Tháp khử nitơ 1 Bể keo tụ Thiết bị lọc Bể oxyhĩa Nâng pH Tháp khử nitơ 2 Trung hịa Xả thải Thổi khí Nước rỉ rác

Báo cáo tổng hợp: Đề xuất phương án cơng nghệ khả thi để cải tạo HTXL NRR hiện hữu tại BCL Gị Cát trên cơ sở áp dụng các kết quả của các ĐTNC do Sở KHCN Tp. HCM chủ trì giai đoạn 2000-2007

Nước rỉ rác được bổ sung 02 loại chế phẩm là GEM-K và GEM-P1 3lần liên tục trong 3 ngày đầu tiên và trong mơi trường kỵ khí với thời gian là 1 tháng. Sau đĩ nước rỉ rác được đưa qua bể hiếu khí và tiếp tục bổ sung hai loại chế phẩm trên theo tỉ lệ Tỷ lệ chế phẩm sử dụng: GEM-K = 1/1000 và GEM-P1 = 1/10000 3lần liên tục trong 3 ngày và thời gian sục khí là 72 giờ. Tiếp đến nước rỉ rác được đưa qua bể

keo tụ tạo bơng và ơxy hĩa bằng fenton. Sau cùng sẽ nâng pH của nước thải để trung hịa và xả ra ngịai mơi trường.

9 Kết quả nghiên cứu

Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm nước rỉ rác tại PTN của Trung tâm CTA:

Thơng số Đầu vào Kỵ khí Hiếu khí Keo tụ Fenton (bậc 02)

COD (mg/l) 21.000 – 26.000 2.300 700 200 90

NH4+ (mg/l) 3.000 – 4.000 2.000 10 10 0

pH 6,8 – 7,2 7,5 9,3 5 8,5

Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm NRR qui mơ pilot 10m3/ngày của Trung tâm CTA:

9 Kết luận của chủ nhiệm đề tài:

ƒ Cơng nghệ của CTA đã xử lý thành cơng nước rỉ rác Gị Cát

ƒ Các thơng số xả thải đạt tiêu chuẩn (cột B TCVN 5945-1995)

ƒ Tận thu được nguồn nhiên liệu khí thiên nhiên

ƒ Cơng nghệ này cĩ thể được nhân rộng cho nhiều cơng trình xử lý nước rỉ rác khác với những cơng suất khác nhau.

9 Nhận xét:

ƒ Đề tài nghiên cứu sử dụng hai loại chế phẩm vi sinh là GEM-K và GEM-P1

để xử lý nước rỉ rác.

ƒ Mơ hình cơng nghệ nghiên cứu của Trung tâm Tư vấn Cơng nghệ - Mơi

trường (CTA) thể hiện trong hình 2.5. Các cơng nghệ trên đều ứng dụng quá trình hồ sinh học, địi hỏi mặt bằng lớn với sự tham gia của thực vật nước như

Thơng số Giá trị COD (mg/l) 90 NH4+ (mg/l) 30 NO2 (mg/l) 0 NO3 (mg/l) 0 SS (mg/l) 60 Coliform (MNP/100ml) 1000 pH 9

tảo, lục bình.

ƒ Tuy nhiên để đạt yêu cầu xả ra nguồn tiếp nhận B (COD =100 mg/l), phải

ứng dụng các phương pháp oxy hố mạnh (H2O2 với xúc tác FeSO4) hoặc phương pháp keo tụ, hấp phụđể khử COD cịn lại.

ƒ Chi tiết về hố chất sử dụng, tính tốn thiết kế cho các cơng trình đơn vị và xử lý bùn lắng của cơng nghệ này cịn nhiều điểm chưa rõ ràng và chưa cĩ tính thuyết phục cao.