1a. Nitro hĩa từng phần
1b. Nitro hĩa từng phần (SHARON)
SHARON NH4+
(100)
NH4+/NO2-
(50/50) Anammox
Phi Nitro hĩa
Nitro hóa từng phần NH4+ (100) NO2- (100) N2 (100)
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
2. ANAMMOX
3. Canon
4. Quá trình NOx (NOx-process)
Bảng 3.11. So sánh các cơng nghệ sinh học xử lý nitơ
Cơng nghệ Nitrate hĩa/ khử
nitrate Sharon ANAMMOX Canon
Thiết bị thí nghiệm
2 1 1 1
Đầu vào Nước thải Nước thải NH4+ và NO2- Nước thải
Thải ra NO2-, NO3-, N2 NH4+, NO2- NO3-, N2 NO3-, N2
Điều kiện Hiếu khí/ kỵ khí Hiếu khí Kỵ khí Oxi giới hạn
Nhu cầu oxy Cao Thấp Khơng Thấp
Điều chỉnh pH Cĩ Khơng Khơng Khơng
Bùn tuần hồn Khơng Khơng Cĩ Cĩ
Nhu cầu COD Cĩ Khơng Khơng Khơng
Bùn sinh ra Nhiều ít ít ít Vi sinh Các vi khuẩn nitro hĩa + các heterotrophs Các vi khuẩn hiếu khí oxy hĩa NH4+ Planctomycetes Các vi khuẩn hiếu khí oxy hĩa NH4+ + Planctomycetes
Kết quả đề tài “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ ơxy hĩa ammonium kỵ khí
(ANAMMOX) để xử lý nước thải cĩ hàm lượng nitơ cao” Trần Minh Chí và ctv
(2006): Quá trình NOx NH4+/NO2(g) (1000/1) NH4+/NO2- (60/40) N2 (100)
Phi Nitro hĩa
CANON NH4+ (100) N2/NO3- (90/10) NH4+/NO2- (50/50) ANAMMOX N2/NO3 - (90/10)
mổ, cĩ trình tự gene rRNA 16S cĩ mức độ tương đồng cao (93%-94%) với
nhĩm vi khuẩn ANAMMOX Planctomycete khơng nuơi cấy được, dịng
Candidatus 'Brocadia ANAMMOXidans'
Sinh khối ANAMMOX được cố định trong thiết bị kỵ khí cao tốc dạng
UASB và UAF trong vịng 120 - 130 ngày và chiếm ưu thế áp đảo trong vịng
300 ngày.
Hiệu quả cốđịnh sinh khối ANAMMOX và xử lý Nitơ của thiết bị UAF cao hơn thiết bị UASB: ~ 60% so với ~ 50% nhờ cĩ vật liệu đệm
Hiệu quả loại Nitơ (tổng nồng độ NH4+ và NO2-) tốt nhất là ở 800mg/l, với hiệu suất lọai NH4+- N lên tới > 90% khi hàm lượng NH4+- N khơng vượt quá 300mg/l.
Thí nghiệm quy mơ pilot cho thấy song song với NH4+- N, hàm lượng NO2-N trong nước thải cần luơn được kiểm sĩat ở mức tương đương về khối lượng
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 C Chhươươnngg44..TTHHẢẢOOLLUUẬẬNNCCÁÁCCKKẾẾTTQQUUẢẢNNGGHHIIÊÊNNCCỨỨUU V VÀÀXXÂÂYYDDỰỰNNGGTTIIÊÊUUCCHHÍÍLLỰỰAACCHHỌỌNNPPHHƯƠƯƠNNGGÁÁNN C CẢẢIITTẠẠOOHHTTXXLLNNRRRRBBCCLLGGỊỊCCÁÁTT 4.1. Đánh giá chung
Cho đến thời điểm này (12/2007) số lượng các đề tài nghiên cứu cũng như
các cơng trình xử lý NRR đã thực hiện tại TP HCM và khu vực lân cận khá phong phú, cho phép lượng định vấn đề cần giải quyết,các khĩ khăn kỹ thuật quan trọng nhất và phương pháp giải quyêt các khĩ khăn này
Các đề tài đã khảo sát các tính chất hĩa lý cuả NRR tại các BCL khác nhau, kể cả BCL Đơng Thạnh, Gị Cát và Phước Hiệp liên tục trong một giai đoạn kéo dài nhiều năm (1996 – 2007), xác định rõ đặc trưng hố lý hết sức trái ngược của NRR của cả ba loại hình: non, chuyển tiếp và già
Cơng nghệ sinh học kỵ khí cao tốc/cao tải với các biến thể khác nhau như
UASB và UAF đã được áp dụng để xử lý NRR. Các dạng độc tính đối với quá trình phân hủy kỵ khí, bao gồm độc tính ammonia, độc tính H2S, ảnh hưởng của kim loại nặng, của ion Ca và các yếu tố khác đã được khảo sát kỹ
lưỡng. Các ưu điểm và giới hạn của cơng nghệ sinh học kỵ khí dạng UASB về cơ bản đã được xác định.
Hai vấn đề trọng tâm cần giải quyết là i) hàm lượng NH4-N cao và ii) hàm lượng các chất hữu cơ khĩ phân hủy sinh học cao
Hàm lượng NH4-N cao dẫn đến hai khĩ khăn lớn. Thứ nhất là hiệu quả của quá trình phân hủy sinh học kỵ khí bị suy giảm rất đáng kể khi hàm lượng NH4-N vượt 1200mg/l , thậm chí đến mức bị tê liệt nếu NH4-N cao hơn; Thứ
hai là việc loại bỏ các hợp chất ammonia để đạt tiêu chuẩn mơi trường cũng rất khĩ khăn và tốn kém nếu áp dụng các kỹ thuật loại ammonia truyền thống như N&DeN, air stripping…
Hàm lượng các chất hữu cơ khĩ phân hủy sinh học cao dẫn đến việc nếu chỉ
áp dụng cơng nghệ sinh học thuần túy, cả hiếu khí hay kỵ khí, cả tải trọng thấp và cao, đều khơng đủ hiệu quả để đạt tiêu chuẩn mơi trường quốc gia (TCVN 5945, 2005).
Để đạt được tiêu chuẩn mơi trường quốc gia hiện hành (TCVN 5945, 2005),
trong điều kiện mặt bằng hạn chế, chắc chắn sẽ phải áp dụng các cơng nghệ
hĩa lý kể cả oxy hĩa tăng cường (AOPs).
siêu lọc, RO và AOPs bao gồm Fenton, kiểu như Fenton, ozone, peroxon…
đã được thử nghiệm và cho thấy các phương pháp này hồn tồn cĩ khả năng xử lý NRR đạt tiêu chuẩn mơi trường quốc gia, tuy nhiên vấn đề cĩ thể nảy sinh là thiết bị phức tạp, chi phí vận hành quá cao hay phát sinh chất thải thứ
cấp
Đối với vấn đề hàm lượng ammonia cao và rất cao (1200 – 2400 mg/l), các
giải pháp cơng nghệ khác nhau từ N&DeN truyền thống đến air stripping đã
được khảo sát. Các cơng nghệ N&DeN truyền thống khĩ đạt được hiệu qủa cao, ngồi ra những vấn đề như tốn kém năng lượng (1kg ammonia cần 4.57 kg O2 để chuyể sang dạng nitrate, kích thước bể phản ứng lớn, dẫn đến chi phí đầu và vận hành rất cao.
Phương pháp air stripping thuần túy tuy cĩ thể loại ammonia với hiệu suất rất cao, nhưng khơng loại được TKN, ngồi ra địi hỏi tiêu thụ một lượng hĩa chất đáng kể để trước hết tăng pH, sau đĩ là rửa và trung hịa lượng NH3 thốt ra, đồng thời sinh ra chất thải thứ cấp xử lý cũng rất tốn kém.
Mơ hình TF kết hợp thổi khí cho thấy cĩ thể loại ammonia với hiệu suất khá cao mà khơng cần sử dụng hố chất vì chỉ cần vận hành ở pH 8.5 do hệ thống tựđạt mà khơng cần tăng pH đến 10 - 11, đồng thời cho phép loại một phần COD và chuyển hĩa các chất hữu cơ khĩ phân hủy, cũng như chuyển hĩa và loại TKN. Tuy nhiên tất cả các quá trình này đều khơng triệt để và vẫn cần giải quyết vấn đề khí thải. Trường hợp này cần lựa chọn một hiệu suất loại
ammonia phù hợp
Hướng nghiên cứu áp dụng cơng nghệ anammox cũng đã được các nhà khoa
học TP HCM triển khai và cho những kết quả ban đâu rất khả quan. Sinh khối anammox phát triển trong các hệ thống thí nghiệm quy mơ nhỏ cho phép loại
ammonia kết hợp với quá trình SHARON với hàm lượng ammonia lên tới
500 – 800 mg/l đạt hiệu suất lên tới ~90%, trong khi đĩ tiết kiệm được rất nhiều hĩa chất, năng lượng (cấp khí), lại khơng tạo ra chất thải thứ cấp.
Tuy nhiên việc áp dụng cơng nghệ này để xử lý NRR chưa thành cơng và cần lưu ý đến hai khĩ khăn kỹ thuật nếu tiến hành với NRR tại BCL Gị Cát là i)
hàm lượng ammonia trong NRR ở mức 1200 – 2400 mg/l là đặc biệt cao,
vượt xa mức thử nghiệm của bất cứ tác giả nào, dù trong nước hay quốc tế,
đã cơng bố; và ii) hàm lượng muối tan cũng đặc biệt cao, cĩ thể lên đến ~ 10.000 mg/l, gây khĩ khăn cho việc phát triển và cạnh tranh giành ưu thế của sinh khối chủđạo (anammox).
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
nhiều bước với cơng đoạn sử dụng thực vật nước cuối cùng. Ưu điểm của phương pháp này là giá vận hành thấp hơn rất nhiều so với các phương pháp hĩa lý.
Mơ hình xoay vịng NRR cũng đã được thí nghiệm và áp dụng. Mơ hình này
giúp đẩy nhanh quá trình phân hủy rác, tăng lượng LFG thu được, giảm
cường độ NRR và làm giảm rất đáng kể lượng NRR cần xử lý về mùa khơ vì phần lớn hoặc tồn bộ NRR khi đĩ sẽđược xoay vịng
Như vậy, đối với từng vấn đề đặc thù của NRR đều cĩ thểđề xuất một hoặc một số biện pháp cơng nghệđể xử lý tương đối hiệu quả dựa trên các kết quả
nghiên cứu đã thu được qua các đề tài khoa học do Sở KHCN chủ trì, cũng như các kết quả vận hành các cơng trình quy mơ pilot hay quy mơ sản xuất đã thưc hiện tại TP HCM và khu vực lân cận.
Khĩ khăn lớn nhất là ở chỗ cần đề xuất và áp dụng các biện pháp khả thi để
hồn chỉnh HTXL NRR BCL Gị Cát, một hệ thống vốn đã khá phức tạp, ngồi ra mặt bằng cũng rất hạn chếđểđạt được hai mục tiêu: i) đạt tiêu chuẩn mơi trường và ii) chi phí đầu tư và chi phí vận hành khơng quá cao.
4.2. Xây dựng các tiêu chí lựa chọn
Hiệu quả xử lý là tiêu chí cần khẳng định đầu tiên vì đĩ chính là lý do để
hồn thiện HTXL NRR BCL Gị Cát. Hiệu quả xử lý cần đạt trên cả hai
phương diện: i) đảm bảo lưu lượng thiết kế (400 m3/ngày đêm) và ii) đạt tiêu
chuẩn mơi trường (Loại B- TCVN 5945, 2005)
Tính kết nối và kế thừa cũng hết sức quan trọng. Phương án hồn thiện cần tiếp tục sử dụng phần lớn hoặc tất cả các cơng trình đơn vị của HTXL NRR
hiện hữu (VERMEER- ECO) tại BCL Gị Cát.
Phương án cũng cần cĩ khả năng thi cơng độc lập với HTXL NRR hiện hữu, tránh đập phá, chỉnh sửa các cơng trình đơn vịđã cĩ
Bố trí mặt bằng hợp lý là điều kiện cần vì diện tích khu vực dành cho HTXL NRR đã được sử dụng gần hết. Nếu bố trí cơng đoạn bổ sung tại khu vực lân cận hay ngay trên hố chơn lấp đã hồn tất sẽ cần khảo sát địa chất kỹ lưỡng
Chi phí đầu tư càng thấp càng tốt. Tuy nhiên cĩ thểđịnh hướng một chi phí
đầu tư bổ sung cho cơng tác hồn thiện trong khoảng 10 -15% chi phí đã đầu tư
Chi phí vận hành tương đối hợp lý do sử dụng năng lượng và hĩa chất ít nhất cĩ thể. Định hướng khơng vượt quá 80.000 đ/m3 NRR được xử lý
C
Chhươươnngg55..MMỘỘTTSSỐỐPPHHƯƠƯƠNNGGÁÁNNKKHHẮẮCCPPHHỤỤCC 5.1. Phương án quay vịng NRR
Cơ sở đề xuất:
Kết quả nghiên cứu quy mơ pilot(TM Chí,2002) cho thấy mơ hình chơn
lấp cĩ quay vịng NRR cĩ tốc độ phân hủy rác và tốc độ sinh LFG (khí bãi rác) cao gấp ~2 lần so với mơ hình chơn lấp chỉ cấp ẩm, và cao gấp ~4 lần so với mơ hình chơn lấp cách ly. Ngồi ra, mơ hình chơn lấp cĩ quay vịng NRR cho thấy cường độ NRR giảm nhanh hơn rất nhiều.
Kết quả nghiên cứu này đã được VITTEP áp dụng để thiết kế BCL hợp
vệ sinh và HTXL NRR tại Bãi rác Trảng Dài, TP Biên Hịa. Từ khi thi
cơng và đưa vào sử dụng đến nay. HTXL NRR luơn đạt tiêu chuẩn mơi trường 5945, 2005 và chưa gặp sự cốđáng kể nào.
Trong khi đĩ, hiện nay sản lượng khí biogas của BCL Gị Cát chỉđủ chạy 1 trên 3 tổ máy phát điện, đồng thời lượng NRR cần phải xử lý cĩ xu hướng tăng, gây những vấn đề mơi trường trầm trọng. Việc bơm NRR
xoay vịng trở lại khu vực chơn lấp đã hịan tất vừa cĩ thể giúp giảm thiểu tối đa lượng NRR, đồng thời tăng sản lượng biogas và lượng điện năng sản xuất được từ rác rất đáng kể. với chi phí vận hành tương đối thấp.
Tuy nhiên, do BCL Gị Cát đã được thiết kế và thi cơng khơng cĩ hệ
thống xoay vịng NRR, việc thiết kế và lắp đặt hệ thống này cần cĩ cơng tác khảo sát kỹ lưỡng và cĩ thể cần thực hiện một nghiên cứu pilot trước
khi triển khai trên quy mơ tồn BCL
Nghiên cứu quy mơ pilot cần thực hiện một số nội dung như sau:
Khảo sát thực địa và thu thập số liệu:
Lưu lượng NRR BCL Gị Cát
Đặc trưng NRR BCL Gị Cát
Đặc trưng kỹ thuật chơn lấp khu vực đã hịan tất
Hiện trạng phát điện từ biogas
Thiết kế mơ hình nghiên cứu pilot
Vị trí
Độ sâu và cấu trúc ống dẫn NRR xoay vịng
Tuyến bơm
Thiết bịđo đạc
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
Vận hành thí nghiệm
Đo đạc các thơng số kỹ thuật bao gồm lưu lượng NRR xoay vịng, sản lượng và đặc trưng biogas
Thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm
Xác định tỷ lệ xoay vịng NRR tối ưu trên một đơn vị diện tích BCL tại khu vực nghiên cứu và sản lượng biogas tương ứng
Tổng kết và đề xuất
Xác định cấu trúc tuyến ống cấp NRR trong lịng BCL với tỷ lệ xoay vịng phù hợp và các phương tiện phụ trợ (làm sạch biogas vv…)
Ưu điểm
Phương án này nếu được thực hiện sẽ giúp giảm tối đa lượng NRR phải
xử lý vào mùa khơ., tăng lượng LFG thu được, hcuye63n nhanh NRR về
dạng ổn định già
Chi phí vận hành sẽ thấp hớn nhiều so với xử lý sinh học và hĩa học theo
mơ hình thơng thường
Nhược điểm