Đồ án Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí cao tải xử lý nước rỉ rác

g trình này đều đạt được hiệu suất phân huỷ hữu cơ cao, khoảng 80 – 92%. Ưu điểm Đã có sự áp dụng công nghệ mới tương đối sớm. Nhược điểm Số lượng công trình áp dụng công nghệ kỵ khí còn tương đối hạn chế Chất lượng công trình chưa cao Hiệu suất phân hủy hữu cơ ở các công trình này, nhất là ở các công trình do một số cơ quan nghiên cứu triển khai trong nước thực hiện, còn khá thấp, ~ 60 – 80%. Bùn hạt ở tất cả các quá trình đều chưa ở dạng lý tưởng, nghĩa là mức độ cố định hóa vi sinh thấp, mật độ vi sinh chưa cao, bị rửa trôi nhiều và quan trọng hơn, chưa thể áp dụng những chế độ thủy lực cao hơn. Phạm vi áp dụng chưa rộng, mới chỉ dừng lại ở một số nhà máy bia, tinh chế bột sắn, chế biến mủ cao su và lên men mật rỉ đường, nghĩa là các đối tượng thuận lợi nhất của công nghệ vi sinh kỵ khí. Hầu như chưa có các công trình nghiên cứu sâu nào được công bố Nguyên nhân Phạm vi ứng dụng thực tế hạn chế và chất lượng công trình thấp có nhiều nguyên nhân khác nhau, chẳng hạn như: Đào tạo Nghiên cứu Thông tin Cách thức chọn thầu công trình Trong đó hạn chế về thông tin, cũng như về mặt đầu tư cho các chương trình nghiên cứu chuyên sâu đóng một vai trò rất quan trọng. Công nghệ sinh học kỵ khí trong lĩnh vực xử lý chất thải, với những ưu điểm nổi bật về hiệu suất xử lý, hiệu quả kinh tế, tính thích hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới của nước ta như đã phân tích ở trên, xứng đáng được chú ý đầu tư nghiên cứu để có thể triển khai ứng dụng rộng rãi. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Trong nước Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Đông Thạnh theo thiết kế Công ty Quốc Việt Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Đông Thạnh của Công ty Quốc Việt gồm các quá trình: hồ sinh học kỵ khí tiếp nối keo tụ khử màu bằng vôi, sau đó tiếp tục xử lý sinh học hồ hiếu khí hai bậc và hệ hồ sinh học có sự tham gia của thực vật nước (Hình 2.9). Cuối cùng là khử trùng bằng chất oxy hoá mạnh H2O2 hoặc chlorine. Nước rác hồ số 7 (có hoá chất) Nước rác hồ số 3 (có hoá chất) Hồ kỵ khí Nước rác tươi Hồ sinh học Nguồn tiếp nhận Khử trùng Hồ xử lý hoá học Hồ lắng vôi Hồ xử lý vôi Hình 10. Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của Công ty Quốc Việt Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát theo thiết kế Công ty Vermeer – Hà Lan Công nghệ bao gồm khử cứng, khử BOD, nitơ, khử màu và cặn. Nước rỉ rác sau khi qua cột khử cứng, đi vào bể kỵ khí UASB để khử phần lớn BOD. Sau đó nước qua cụm bể Anoxic và Aerobic thực hiện quá trình khử BOD còn lại sau UASB, nitrate hoá (ở Aerobic 1) và khử nitrate kết hợp (ở Anoxic 1). Bể Anoxic 2 là giai đoạn khử nitrate bổ sung, sử dụng nitrate sinh ra ở bể Aerobic 1. Nguồn Carbon mà vi khuẩn khử nitrate sử dụng ở bể Anoxic 2 chính là nguồn Carbon từ quá trình phân hủy nội bào của bùn. Giai đoạn Aerobic 2 nhằm tách khí N2 sinh ra từ bể Anoxic 2. Bùn lắng ở bể lắng được tuần hoàn về bể Anoxic 1. Nước rỉ rác khử BOD và nitơ tiếp tục khử màu đồng thời giảm COD, ở bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng. Bông cặn nhỏ khó lắng sẽ được giữ ở bể lọc cát. Dung dịch H2SO4 được châm vào để đưa về pH thích hợp cho quá trình keo tụ. Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn sắt và chất trợ keo tụ polymer. Trước khi lọc cát, pH được đưa lên giá trị trung tính bằng dung dịch Na2CO3. Khử cứng Nước vào UASB Anoxic Aerobic 1 Oxic 2 Anoxic 2 Lắng Khí Khí Bể keo tụ kết hợp lắng Lọc cát Nước ra Tuần hoàn dòng nitrate Tuần hoàn bùn Na2CO3 Polymer H2SO4 FeCl3 Bùn dư Hình 11. Sơ đồ công nghệ xử lý nước nước rỉ rác của Vermeer Bảng 7. Chất lượng nước rỉ rác của hệ thống xử lý Vermeer (05/2003) Thông số Đơn vị Đầu vào Đầu ra COD BOD5 N- Org N- NH4 N- NO2 N- NO3 pH mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 17500 9700 - - - - 7.2 420 35 - 230 3.0 3.0 8.5 Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát do Centema lắp đặt Trạm xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát có công suất 400 m3/ngđ bắt đầu vận hành từ tháng 08/2002. Hệ thống bao gồm hồ tiếp nhận nước rỉ rác 25000 m3, bể UASB nối tiếp bể sinh học từng mẻ (SBR) và xả vào hồ sinh học trước khi ra kênh Đen. Nguồn tiếp nhận Nước vào Bể pha loãng UASB SBR Hồ sinh học Hình 12. Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát Bảng 8. Kết quả hoạt động của hệ thống xử lý nước rỉ rác STT Thành phần Trước xử lý Ra UASB Ra SBR Ra hồ sinh học 1 pH 5.8 – 6.2 7.5 – 7.7 7.5 – 7.9 7.2 – 7.8 2 COD 2650 – 6850 1812 – 2230 550 – 780 56 – 71 3 BOD5 2130 – 5850 1650 – 2000 480 – 560 22 – 30 4 N- tổng 225 – 568 152 – 356 88 – 165 12 – 22 5 P- tổng 33 – 42 19 – 23 12 – 19 0.5 – 0.6 6 SS 1340 – 1890 - - 2 – 6 7 Coliform - - - 2000 - 4000 Bảng 8 cho thấy COD của hồ tiếp nhận bị pha loãng do nước mưa (2650 – 6850 mg/l), COD sau xử lý hiếu khí SBR vẫn còn cao (550 – 780 mgCOD/l). Hồ sinh học đã xử lý phần chất hữu cơ còn lại, COD đạt giới hạn xả ra nguồn tiếp nhận (100 mg/l). Vào mùa khô, nước rỉ rác không bị pha loãng (50000 – 60000 mg/l), khi đó có thể giá trị COD xả ra nguồn tiếp nhận không đạt chỉ tiêu (380 – 1100 mg/l). Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý nước rỉ rác khoảng 2 tỷ đồng. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp kỵ khí và hiếu khí Đây là công nghệ theo đề xuất của tác giả Vũ Phá Hải (Cao học K12). Nước rỉ rác từ BCL được bơm vào bể điều hòa có lắp đặt giàn ống thổi khí để khuấy trộn đều và giảm một phần BOD5 đồng thời bổ sung thêm chất dinh dưỡng (H3PO4) trước khi bơm vào các công trình xử lý sinh học. Từ bể điều hòa, nước rỉ rác được bơm liên tục vào bể UASB để xử lý kỵ khí, tại đây các chất hữu cơ bị hấp thụ và chuyển hoá thành CH4, CO2 và sinh khối mới. Nước sau xử lý kỵ khí tiếp tục qua công đoạn hiếu khí, bùn hoạt tính hiếu khí hấp thụ và phân huỷ các chất hữu cơ thành các khí và sinh khối mới dưới dạng bông bùn và được giữ lại tại bể lắng. Để tăng hiệu quả khử chất hữu cơ, một phần bùn tại bể lắng sẽ được tuần hoàn trở lại, bùn dư được bơm vào bể nén bùn. Nước sau xử lý hiếu khí tiếp tục công đoạn xử lý hóa học bằng phương pháp Fenton. Nước vào Hồ điều hòa Bể sinh học hiếu khí Lắng Bể phản ứng Fenton Lắng UASB Bùn dư Khí NaOH polymer H2O2 FeSO4 Nguồn tiếp nhận Tuần hoàn bùn Bùn dư Hình 13. Dây chuyền công nghệ xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp kỵ khí kết hợp hiếu khí Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp sinh học kết hợp hoá học Các tác giả Nguyễn Văn Phước, Đặng Viết Hùng và Võ Chí Cường – Khoa Môi Trường – ĐH. Bách Khoa TP. HCM đã áp dụng phương pháp sinh học kết hợp hoá học để xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát. Kết quả thí nghiệm cho thấy quá trình xử lý chất hữu cơ trong mô hình UASB sau bốn lần tăng tải trọng COD giảm 81 – 86%. Nước qua UASB có COD từ 825 – 987 mg/l, tiến hành oxy hoá lần 1 bằng H2O2, xúc tác Fe2+, Mn2+ (phản ứng Fenton) theo cơ chế quá trình tạo gốc hydroxyl như sau: Fe2+ + H2O ž Fe3+ + OH- + OH® Mn2+ + 2H2O2 ž Mn4+ + 2OH- + 2OH® Theo liều lượng thích hợp: FeSO4.7H2O = 1500 mg/l, H2O2 30% = 1% thể tích, MnSO4 = 50 mg/l cho thấy COD giảm từ 825 – 987 mg/l xuống 230 – 250 mg/l tức 72 – 75%. Từ đây nước thải được đưa trực tiếp qua hệ thống Aerotank thì COD giảm còn 130 – 140 mg/l và tiếp tục oxy hoá lần 2, nước thải ra khỏi hệ thống có COD đạt tiêu chuẩn loại B. Nước rỉ rác pha loãng UASB Oxy hoá lần 1 Aerotank Oxy hóa lần 2 Nước sau xử lý Hình 14. Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp sinh học kết hợp hóa học Ngoài nước BCL Hempsted - Anh BCL có diện tích 100 ha ở Gloucester nằm cạnh sông Severn và chịu ảnh hưởng của thủy triều. Hệ thống xử lý nước rỉ rác này có công suất xử lý 280 m3/ngày, sử dụng bể sinh học từng mẻ, xử lý kết hợp BOD và nitrat hoá. Kết quả xử lý thể hiện trong Bảng 9. Kết quả ở bảng 9 cho thấy nước rỉ rác thô có hàm lượng chất hữu cơ thấp (229 mgCOD/l). Hệ thống xử lý chủ yếu là chuyển hóa amonia thành nitrat (>99.9%). Hàm lượng COD còn lại lên đến 200 mg/l, hiệu quả khử COD chỉ đạt 12%. Bảng 9. Kết quả xử lý nước rỉ rác BCL Hempsted Thông số Đơn vị Nước rò rỉ Đầu ra pH 6.9 7.7 COD mg/l 229 201 BOD5 mg/l 50 19 N- Org mg/l 95 - N- NH4 mg/l 168 < 0.3 N- NO3 mg/l < 0.3 247 N- NO2 mg/l < 0.1 < 0.1 (Nguồn: Robinson, 1999) BCL Trecatti - Anh BCL này áp dụng công nghệ xử lý sinh học bằng SBR, công suất 180 m3/ngày. SBR này cũng tương tự như trạm xử lý của bãi rác Hempsted, chủ yếu xử lý BOD và chuyển hoá amonia thành nitrate. Nước rỉ rác này có hàm lượng COD cao hơn bãi rác Hempsted và phần lớn chất hữu cơ là chất khó phân huỷ sinh học (BOD:COD = 0.21) vì vậy COD của nước rỉ rác sau xử lý sinh học vẫn còn cao (300 mg/l). Bảng 10. Chất lượng nước rỉ rác xử lý sinh học bằng SBR cho BCL Trecatti Thông số Nước rò rỉ Đầu ra pH 7.1 7.6 COD ~ 1000 299 BOD5 210 3 TOC 299 115 N- NH4+ 541 0.5 N- NO3 < 0.1 616 N- NO2 0.6 < 0.1 Cl- 1070 991 Fe2+ 10.4 < 0.6 Zn2+ 0.53 0.12 (Nguồn Robinson, 1996) BCL Sarnia - Canada BCL Sarnia – Ontario – Canada có diện tích 21 ha. Nước rỉ rác có khoảng 75% là nước rác cũ, còn lại là nước rác mới. Trạm xử lý có công suất 90 m3/ngày, gồm có xử lý sinh học khử BOD, lọc cát và hồ sinh học làm thoáng nitrate hoá. Nước sau xử lý thải ra đầm lầy và ra sông. Bảng 11 thể hiện kết quả giám sát của US.EPA đối với hai hệ thống xử lý nước rỉ rác của hai BCL rác sinh hoạt. Công nghệ xử lý bao gồm kết tủa hydroxide, xử lý sinh học với tháp sinh học kỵ khí và hiếu khí và cuối cùng xử lý bằng lọc nhiều lớp. Xử lý sinh học được sử dụng ở đây chủ yếu để xử lý N- NH4 (99%) và COD (91%). Bảng 11. Chất lượng nước rỉ rác sau xử lý sinh học nitơ của BCL Sarnia Thông số Đơn vị Đầu vào Đầu ra Tiêu chuẩn TSS mg/l 42 5 15 BOD5 mg/l 570 7 15 COD mg/l 2000 390 - N- NH4 mg/l 237 0.4 10 N- NO3 mg/l 7.5 340 - TOC mg/l 419 111 - (Nguồn Quasim S.R và Chiang, 1994) Amokrane và các cộng sự đã thống kê một số công nghệ xử lý thường áp dụng cho nước rỉ rác. Các công nghệ bao gồm: sinh học (phân huỷ kỵ khí/ hiếu khí), oxy hoá hóa học, keo tụ – tạo bông, than hoạt tính và quá trình màng. Quá trình xử lý sinh học đạt hiệu quả cao cho nước rỉ rác trẻ và xử lý nitơ. Do hàm lượng photpho trong nước rỉ rác thấp, việc bổ sung photpho là cần thiết. Nước rỉ rác qua quá trình sinh học COD còn khá cao (185 – 374 mg/l) do đó cần tiếp tục xử lý bổ sung qua nhiều công đoạn tốn kém như keo tụ, oxy hoá Fenton và hấp phụ bằng than hoạt tính. Quá trình màng MF, màng siêu lọc UF và màng RO thường được ứng dụng trong xử lý nước rỉ rác. Màng lọc MF và siêu lọc UF thường được đặt trước màng RO. Nhiều BCL có tuổi > 10 năm, nước rò rỉ trở nên ổn định, các quá trình như phân huỷ sinh học, xử lý hoá lý và hấp thụ than hoạt tính không phù hợp cho xử lý nước rỉ rác cũ này. Trong khi đó màng RO có thể làm giảm COD đến 95%. Tuy nhiên, xử lý nước rỉ rác bằng RO chỉ có tính khả thi khi lựa chọn các quá trình tiền xử lý cho hợp lý. Đối với nước rỉ rác cũ, các quá trình sinh học cho tiền xử lý RO đã được chứng minh là không hiệu quả. Màng lọc MF và màng siêu lọc UF là phù hợp hơn. Nhưng trước đó phải có thêm quá trình xử lý hoá lý như keo tụ, tạo bông hoặc kết tủa bằng vôi. Hiệu quả xử lý của một số công nghệ xử lý thường được áp dụng tuỳ theo tuổi BCL, thể hiện ở bảng sau: Bảng 12. Tính chất nước rỉ rác và hiệu quả của quá trình xử lý chất hữu cơ Tính chất nước rỉ rác < 5 năm 5 – 10 năm > 10 năm pH COD (g/l) COD/TOC BOD5/COD VFA (%TOC) < 6.5 > 10 < 2.7 < 0.5 > 70 6.5 – 7.5 < 10 2.0 – 2.7 0.1 – 0.5 5 - 30 > 7.5 < 5.0 > 2.0 < 0.1 < 5.0 Quá trình xử lý Hiệu quả xử lý Sinh học Oxy hóa Than hoạt tính Keo tụ – tạo bông Màng RO Tốt Khá – kém Khá – kém Khá – kém Khá Khá Khá Tốt – khá Tốt – khá Tốt Kém Khá Tốt Tốt Tốt (Nguồn: Amokrane et al., 1997) CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH- NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ 3.2. VẬT LIỆU 3.3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3.4. VẬN HÀNH MÔ HÌNH 3.5. LẤY MẪU, BẢO QUẢN MẪU VÀ PHÂN TÍCH MẪU GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ Với sự gia tăng về nhu cầu năng lượng và ảnh hưởng của chi phí bảo vệ môi trường, công nghệ phân huỷ kỵ khí đã trở thành tiêu điểm chú ý của toàn Thế giới. Lợi ích chính của sự phân hủy kỵ khí khi đem so sánh với những phương pháp xử lý nước thải khác là sản lượng bùn ít, giá rẻ, hiệu quả xử lý cao và quá trình đơn giản. Hơn nữa, nó mang lại một tác động môi trường rõ ràng là không những không tiêu tốn năng lượng trong công tác vận hành mà còn tạo ra một nguồn năng lượng đáng kể là khí đốt sinh học- Biogas. Tuy nhiên, công nghệ này cũng có những hạn chế tất yếu như đòi hỏi thời gian khởi động dài hơn và quá trình không ổn định, dẫn đến tình trạng phân huỷ không hoàn toàn. Để tăng sự ổn định của quá trình kỵ khí, hệ thống kỵ khí tách hai giai đoạn đã được giới thiệu và kiểm chứng qua một nghiên cứu của Ban Khoa học- Đại học Sardar Patel- Gujarat- Aán Độ. So sánh với các công nghệ kỵ khí trước đó thì công nghệ MCABR- bể phản ứng sinh học kỵ khí nhiều ngăn chính là sự cải tiến của chúng- những bể phản ứng một ngăn gồm nhiều giai đoạn. Với bể phản ứng dạng cột chỉ gồm một ngăn trong đó diễn ra tất cả các quá trình phân huỷ kỵ khí, sẽ gây ra sự chồng chéo giữa các giai đoạn, làm giảm hiệu quả xử lý cũng như khả năng thu hồi khí sinh học. Đối với bể phản ứng 03 ngăn, sự ngăn cách về mặt vật lý của hai giai đoạn acid hóa và metan hóa có thể làm tăng sự ổn định bởi vì sự quá tải của ngăn phản ứng Metan có thể được ngăn chặn do bước acid hóa được kiểm soát chặt chẽ. Hơn thế nữa, việc tách pha cũng cho phép duy trì mật độ vi khuẩn tạo acid và metan thích hợp ở các ngăn phản ứng và làm tối đa hoá hoạt động của hai nhóm vi khuẩn này bằng cách áp dụng các điều kiện hoạt động tối ưu quyết định bởi sự chuyển hóa và đặc điểm động lực sinh học của cả hai nhóm. Ngăn phản ứng acid cũng có thể trở thành một hệ thống đệm khi thành phần nước thải dễ thay đổi và giúp tách loại các hợp chất có độc đối với vi khuẩn metan hóa. Cuối cùng, ngăn phản ứng pha acid giúp thay đổi chất nền dần dần thích hợp cho giai đoạn metan hóa. Hình 15. Bể phản ứng kỵ khí nhiều ngăn với hướng dòng chảy VẬT LIỆU Nước thải Nguồn nước thải là nước rỉ rác lấy từ hồ số 07 và mương nước lộ thiên bao quanh bãi chôn lấp Đông Thạnh, có COD dao động từ khoảng 2000 – 10000 mg/l. Do thời gian thực hiện Đồ Aùn là vào mùa mưa nên nồng độ ô nhiễm của nước rỉ rác tương đối thấp do đã được nước mưa pha loãng khá nhiều. Hình 16. Mẫu nước rỉ rác Sinh khối: Nguồn sinh khối cấp cho mô hình trong suốt quá trình nghiên cứu là bùn vi sinh được nuôi cấy bởi Công ty Phân bón Hoà Bình – Quận Tân Phú – Tp. Hồ Chí Minh. Hình 17. Sinh khối Vật liệu đệm Vật liệu đệm sử dụng trong mô hình gồm có hai loại. Loại thứ nhất là sỏi trắng có kích thước trung bình 10 x 10 x 10 mm. Loại thứ 2 là than xô từ sọ dừa, dạng miếng. Hình 18. Hai loại vật liệu đệm Cả hai loại vật liệu này đều đảm bảo tính chất của vật liệu đệm là trơ- nghĩa là không làm thay đổi thành phần và tính chất của nước thải khi đi qua chúng và có diện tích bề mặt lớn- đảm bảo cho sự dính bám và sinh trưởng tối đa của vi khuẩn. Sở dĩ có sự lựa chọn hai loại vật liệu đệm khác nhau mục đích là để tăng hiệu quả tách pha của quá trình xử lý, dùng hai loại vật liệu khác nhau cho hai loại vi khuẩn khác nhau ở hai giai đoạn tách biệt. THIẾT KẾ MÔ HÌNH Mô tả hình dạng mô hình Mô hình kỵ khí nhiều ngăn MCABR- Multichamber Anaerobic Bioreactors được thiết kế trên tấm mica trong suốt dày 5.0 mm, tổng diện tích sử dụng là 0.9 m2. Hình 19 . Mô hình kỵ khí 3 ngăn đang vận hành Mô hình được chia thành 03 ngăn bằng nhau với tổng thể tích 27 lít, nghĩa là mỗi ngăn có thể tích 9 lít. Kích thước thiết kế của các ngăn như sau: 150 x 150 x 400 mm. Các ngăn được chia cách bằng hai tấm mica dày 5.0 mm có kích thước 150 x 398 mm, 2 mm là khoảng trống giữa các vách ngăn với nắp mô hình, là nơi khí sinh học sinh ra từ ba ngăn thoát chung về van xả khí, van này được bố trí ở giữa nắp mô hình. Hình 20. Nắp mô hình có gắn van xả khí Nắp đậy mô hình có kích thước 160 x 460 mm, đảm bảo che phủ hoàn toàn mặt thoáng. Các vật liệu cấu thành mô hình được gắn kết với nhau bằng ba loại keo :AB, 502 và silicol. Mô hình được bố trí tổng cộng 08 van, đường kính F = 13 mm, ở các vị trí như hình và đảm nhiệm các chức năng sau: Van 1: dẫn nước thải vào mô hình Van 2: thoát nước sau xử lý Van 3 – 4 – 5: xả bùn đáy Van 6: lấy mẫu ngăn 1 Van 7: lấy mẫu ngăn 2 Van 8: xả khí sinh học Hình 21. Van sử dụng cho mô hình Bố trí vật liệu đệm Ngăn 1: được đệm bằng 4.0 kg sỏi trắng có kích thước trung bình 10 x 10 x 10 mm cho sự phát triển của vi khuẩn acid hóa. Ngăn 3: được đệm bằng 1.6 kg than xô dạng miếng mỏng có kích thước trung bình 10 x 10 mm cho sự phát triển của vi khuẩn metan hóa, vật liệu do công ty A.T.E- 268/4- Nguyễn Thái Bình - Tân Bình- TP. HCM cung cấp. Ngăn 2: đây là ngăn trung gian giữa ngăn 1 và ngăn 3, tại đây sẽ diễn ra sự chuyển tiếp giữa quá trình lên men acid sang metan hóa. Mục đích của ngăn 2 là tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn metan kịp thích nghi với chất nền và vật liệu đệm trước khi chuyển sang ngăn 3, bằng cách này sẽ ngăn tách được hai pha và tránh được đặc tính độc của các acid đối với nhóm vi khuẩn metan hóa. Vì mục đích đó mà ngăn thứ hai được đệm bằng hai loại vật liệu trộn đều với nhau theo tỷ lệ 1 : 1 về thể tích. Hình 22. Ba ngăn với 3 cách bố trí vật liệu Chất lượng của các loại vật liệu đệm đã được kiểm chứng qua nhiều công trình trước đó. Đây là hai loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật xử lý nước cấp cũng như nước thải. Vật liệu đệm được đổ đầy 50% tổng chiều cao của mô hình và được đỡ bằng những tấm lưới sắt kích thước 5.0 x 5.0 mm, uốn thành hình hộp chữ nhật đặt dưới đáy mỗi ngăn. Mỗi nắp đỡ vật liệu có kích thước 150 x 150 x 50 mm đảm bảo không cho vật liệu đệm rơi xuống đáy ngăn, đồng thời giúp nước thải phân bố đều, tránh tình trạng cục bộ, nghẹt bùn. Hình 23. Lưới đỡ vật liệu đệm Phân phối nước Trên mỗi tấm vách ngăn được khoan hai hàng lỗ so le nhau có đường kính F = 6.0 mm là nơi để nước tràn từ ngăn này qua ngăn khác. Chín lỗ phân phối nước của vách ngăn thứ nhất chia cách ngăn 1 và ngăn 2 được bố trí cách nắp mô hình 30% tổng chiều cao, cho phép nước tràn theo hướng từ trên xuống. Các lỗ phân phối nước của vách ngăn thứ 2 chia cách ngăn 2 và ngăn 3 được bố trí cuối vách ngăn, cho phép nước dâng từ dưới lên. Ở ngăn giữa, để tránh tình trạng cục bộ do nước chảy từ trên xuống không phân phối đều khắp bề mặt vật liệu nên bố trí thêm một tấm plastic có 5 lỗ F = 6.0 mm phân bố theo đường chéo hình vuông và đặt phía trên bề mặt lớp vật liệu đệm, thực hiện chức năng phân phối nước. Chiều cao tổng cộng của mô hình: H = H1 + H2 + H3 = 400 mm Trong đó, H1: chiều cao từ đáy đến lớp vật liệu đệm, H1 = 50 mm H2: chiều cao lớp vật liệu đệm, H2 = 200 mm H3: Chiều cao dự trữ, gồm phần chứa nước sau xử lý và phần chứa khí VẬN HÀNH MÔ HÌNH Sau khi hoàn tất việc chuẩn bị mô hình thì bắt đầu vận hành mô hình. Nước rỉ rác sau khi pha loãng đến nồng độ thích hợp được chứa trong một bình có thể tích V = 21 lít. Nước được dẫn trực tiếp vào mô hình dưới tác dụng của sự chênh lệch áp suất mà không cần dùng bơm. Nước rỉ rác dẫn vào ngăn 1 theo hướng từ dưới lên, qua lớp vật liệu đệm và tràn qua ngăn 2. Trong ngăn thứ 2, nước chảy theo chiều từ trên xuống, tràn qua vách ngăn và đi vào ngăn 3. Tại đây, nước thải dâng theo hướng từ dưới lên và thoát ra ngoài, kết thúc quá trình xử lý. Trong giai đoạn thích nghi, nước sau xử lý có thể được tuần hoàn về bể chứa để tiếp tục tái xử lý cho đến khi hiệu quả giảm COD tương đối ổn định. Bước đầu mô hình được vận hành với các thông số sau: Thông số Đơn vị Giá trị Vnước thải lít 20 pH 5.5 ¸ 7.0 CODpha loãng mg/l 100 ¸ 2000 SS mg/l 50 ¸ 400 Qnước thải l/h 0.833 HRT h 24 Bảng 13. Các thông số vận hành LẤY MẪU, BẢO QUẢN MẪU VÀ PHÂN TÍCH MẪU Lấy mẫu, bảo quản mẫu Mẫu đầu vào: Nước đầu vào là nước rỉ rác được lấy từ hồ số 7 và mương nước lộ thiên bao quanh BCL Đông Thạnh. Hình 24. Hồ số 7 và mương nước rỉ rác lộ thiên BCL Đông Thạnh Trong suốt quá trình nghiên cứu, mẫu nước rỉ rác được lấy vào 05 lần, ứng với các thời điểm sau: Lần Ngày Vị trí lấy mẫu Vnước (lít) pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) 1 18/10/2007 Hồ số 7 20 5.5 1260 8500 11 635.2 2 30/10/2007 Hồ số 7 30 5.5 523 - 6768 3 01/11/2007 Mương lộ thiên 70 6.5 – 7.5 276 - 3308.8 4 09/11/2007 Mương lộ thiên 70 6.5 – 7.5 154 400 2980 5 17/11/2007 Mương lộ thiên 70 6.5 – 7.5 203 - 3100 Bảng 14. Thời gian và địa điểm lấy mẫu Bảng trên cho thấy COD của mẫu đầu vào sau các lần lấy mẫu giảm theo thời gian, nguyên nhân là do mùa mưa kéo dài, làm cho nước rỉ rác ở các hồ và mương bị pha loãng rất nhiều. Thời gian lấy mẫu là vào 08h sáng trong ngày. Mẫu nước rỉ rác sau khi vận chuyển từ BCL Đông Thạnh về, một phần được sử dụng ngay, phần còn lại được lưu giữ trong tủ lạnh của Phòng Thí Nghiệm 14 – Khoa Môi Trường & Công Nghệ Sinh Học – Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM, ở nhiệt độ 50C. Hình 25. Lưu mẫu nước rỉ rác tại PTN Mẫu đầu ra: Mẫu đầu ra được lấy 1 lần/ngày ở các van lấy mẫu số 2, 6 và 7, được phân tích ngay hoặc bảo quản ở nhiệt độ 50C. Các chỉ tiêu cần đo: pH, SS, COD Phân tích mẫu Mẫu đem phân tích là mẫu đầu vào lẫn đầu ra. Xác định pH pH là đại lượng đặc trưng cho tính acid hay kiềm của mẫu nước và được định nghĩa theo hàm toán học như sau: pH = - log [H-] Để đo pH, áp dụng phương pháp so màu với giấy chỉ thị pH. Nhúng đũa thủy tinh vào mẫu nước, chấm lên mẫu giấy chỉ thị. Quan sát màu trên mẫu giấy và so sánh với thang màu chuẩn, ghi nhận khoảng giá trị pH của mẫu nước. Xác định hàm lượng COD COD - Nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong thành phần nước thải bằng phương pháp hóa học (bằng cách sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh). Với nước rỉ rác có chỉ số COD tương đối cao nên khi phân tích cần phải pha loãng mẫu sao cho giá trị COD ở vào khoảng < 300 mg/l. Phương pháp xác định COD áp dụng là đun hoàn lưu kín: Hàm lượng COD được tính theo công thức sau: COD = Trong đó: Vtrắng: Thể tích FAS dùng để chuẩn mẫu trắng, ml Vthật: Thể tích FAS dùng để chuẩn mẫu thật, ml Vmẫu: Thể tích mẫu đem đi phân tích, ml CN: Nồng độ đương lượng của FAS, N n: Số lần pha loãng mẫu Xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng SS Nước rỉ rác có hàm lượng chất rắn lơ lửng rất lớn do trong nước có vô số các hợp chất hữu cơ và vô cơ hoà tan lẫn không hòa tan, hàm lượng này có thể làm tăng chỉ số COD của nước. Phương pháp áp dụng để xác định SS là phương pháp định phân: SS (mg/l) = Thí nghiệm Jatest- xác định hàm lượng phèn tối ưu Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là một trong những phương pháp đem lại hiệu quả cao và hầu như có mặt trong tất cả các dây chuyền công nghệ. Chúng thường được đặt trước các công trình xử lý sinh học và kết hợp nâng cao hiệu quả xử lý của công trình. Nghiên cứu này áp dụng phương pháp keo tu – tạo bôngï cũng nhằm mục đích hỗ trợ cho quá trình sinh học kỵ khí, đánh giá khả năng độc lập của công trình. Nước rỉ rác có độ màu khá cao (>1000 NTU) áp dụng phương pháp này là thích hợp. Ngoài ra còn tiến hành các thí nghiệm khác nhằm xác định đặc trưng của nước rỉ rác nghiên cứu. Tất cả các thí nghiệm trên đều được tiến hành tại phòng thí nghiệm 14- Khoa Môi Trường & Công Nghệ Sinh Học – Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM. CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - THẢO LUẬN 4.1. ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC RỈ RÁC NGHIÊN CỨU 4.2. GIAI ĐOẠN 1: CHẠY THÍCH NGHI 4.3. GIAI ĐOẠN 2: CHẠY MÔ HÌNH 1- NƯỚC RỈ RÁC KHÔNG QUA XỬ LÝ HOÁ LÝ- XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH TỐI ƯU 4.4. GIAI ĐOẠN 3: CHẠY MÔ HÌNH 2- NƯỚC RỈ RÁC Đà QUA XỬ LÝ HÓA LÝ ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC RỈ RÁC NGHIÊN CỨU Nước rỉ rác được sử dụng trong suốt quá trình nghiên cứu được lấy tại hồ số 7 và mương lộ thiên bao quanh BCL Đông Thạnh. (Bảng 15 là giá trị của nước rỉ rác trong mương). Đây là loại nước rỉ rác cũ nên một số thành phần có hàm lượng tương đối thấp do đã biến đổi theo thời gian, tỷ lệ COD/BOD cũng giảm nhiều và pH tăng cao, điều này đúng theo nhận xét của các nhà nghiên cứu trước về đặc trưng của nước rỉ rác cũ. Bảng 15. Đặc trưng của nước rỉ rác Đông Thạnh Thông số Đơn vị Giá trị pH mg/l 5.5 – 7.5 COD mg/l 2000 – 4000 BOD5 mg/l 300 – 400 SS mg/l 50 – 200 Độ màu NTU 1400 – 1800 Độ đục FAU 44 Fe – tổng mg/l 3 Cl- mg/l 15 Ca2+ mg/l > 300 N- NO2 mg/l 49 SO42- mg/l 78 Ban đầu, mẫu nước nghiên cứu được lấy tại hồ số 7- BCL Đông Thạnh. Nước rỉ rác hồ số 7 gồm có 04 thành phần cơ bản là nước rỉ rác cũ của BCL Đông Thạnh, nước rỉ rác mới từ BCL Gò Cát vận chuyển đến, nước thải hầm cầu của Cơ sở sản xuất phân bón Hòa Bình và nước mưa. Các loại nước này trộn lẫn với nhau tạo nên một loại nước thải có thành phần và tính chất cực kỳ phức tạp. Hơn nữa, do diện tích của hồ khá rộng và sâu nên mức độ khuấy trộn nước thải trong hồ thấp. Ở những vị trí lấy mẫu khác nhau, nồng độ COD chênh lệch lớn. Ví dụ, mẫu nước được lấy tại vị trí tiếp nhận có COD rất cao 10000 – 20000 mg/l, nhưng cách đó không xa, một mẫu nước được lấy ở phía tây hồ, COD giảm còn khoảng 4000 – 5000 mg/l, chứng tỏ trong hồ số 7 đã diễn ra quá trình xử lý nội tại. Vì tính chất phức tạp, thành phần đa dạng của nước thải hồ số 7 nên trong giai đoạn nghiên cứu tiếp theo, mẫu nước được chuyển sang lấy tại mương lộ thiên bao quanh BCL. Nước này đơn thuần là chỉ là nước rỉ rác, tuy nhiên hàm lượng COD của nước tương đối thấp vì nước chảy qua mương đã được làm thoáng và pha loãng bởi nước mưa. COD của nước khoảng 2000 – 4000 mg/l, các thông số khác xem ở bảng 15. GIAI ĐOẠN 1: CHẠY THÍCH NGHI Vì nước thải có hàm lượng COD khá cao nên khi chạy giai đoạn thích nghi cần thiết phải pha loãng rất nhiều lần. Đồng thời để tạo được lớp giá thể cho vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng dính bám trên bề mặt vật liệu đệm không áp dụng biện pháp cấy trực tiếp bùn vào mô hình mà hòa trộn với nước thải dẫn vào mô hình với tốc độ rất chậm, tạo điều kiện cho bùn được giữ lại tối đa trên bề mặt vật liệu. Mô hình đòi hỏi môi trường kỵ khí nên thời gian thích nghi khá dài, khoảng 15 – 30 ngày. Giai đoạn này do nước thải đã được pha loãng nên thực tế là vận hành mô hình theo hướng vừa thích nghi vừa tăng tải trọng, với thời gian lưu thuỷ lực HRT không đổi. Mỗi mức pha loãng mẫu được lặp lại từ 3 – 4 lần đến khi hiệu quả giảm COD tương đối ổn định mới tiến hành tăng tải trọng. Kết quả chạy giai đoạn thích nghi Mức 1: Pha loãng mẫu 100 lần Thông số Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 pH 5.5 5.5 5.5 CODban đầu (mg/l) 11635.2 8726.4 8726.4 CODpha loãng (mg/l) 116.352 87.264 87.264 HRT h 24 24 24 OLR kgCOD/m3.ngày 0.116 0.087 0.087 Lưu lượng l/h 0.833 0.833 0.833 CODra (mg/l) 101.808 69.812 67.193 H % 12.5 20 23 Bảng 16. Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 100 lần Mức 2: Pha loãng 50 lần Thông số Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 pH 5.5 5.5 – 6.0 5.5 – 6.0 CODban đầu (mg/l) 6768 6768 6768 CODpha loãng (mg/l) 135.36 135.36 135.36 HRT h 24 24 24 OLR kgCOD/m3.ngày 0.13536 0.13536 0.13536 Lưu lượng l/h 0.833 0.833 0.833 CODra (mg/l) 120.32 109.76 94.08 H % 11.11 18.91 30.49 Bảng 17. Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 50 lần Mức 3: Pha loãng 20 lần Thông số Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 pH 5.5 – 6.5 CODban đầu (mg/l) 3308.8 3308.8 3308.8 CODpha loãng (mg/l) 165.44 165.44 165.44 HRT h 24 24 24 OLR kgCOD/m3.ngày 0.16544 0.16544 0.16544 Lưu lượng l/h 0.833 0.833 0.833 CODra (mg/l) 135.36 120.32 90.24 H % 18.2 27.3 45.5 Bảng 18. Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 20 lần Mức 4: Pha loãng 10 lần Thông số Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 pH 5.5 – 6.5 CODban đầu (mg/l) 3120 3120 3120 CODpha loãng (mg/l) 312 312 312 HRT h 24 24 24 OLR kgCOD/m3.ngày 0.312 0.312 0.312 Lưu lượng l/h 0.833 0.833 0.833 CODra (mg/l) 282,24 219.52 188.16 H % 9.50 29.64 39.7 Bảng 19. Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 10 lần Mức 5: Pha loãng 2 lần Thông số Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 pH 5.5 – 6.5 CODban đầu (mg/l) 2979.2 2944.0 2880.0 CODpha loãng (mg/l) 1489.6 1472.0 1440.0 HRT h 24 24 24 OLR kgCOD/m3.ngày 1.4896 1.4720 1.4400 Lưu lượng l/h 0.833 0.833 0.833 CODra (mg/l) 1332.8 1097.6 805.0 H % 10.52 25.43 44.12 Bảng 20. Các thông số của nước rỉ rác pha loãng 2 lần Mức 6: Không pha loãng Thông số Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 pH 5.5 – 6.5 CODban đầu (mg/l) 2822.4 3040.0 2948.8 HRT h 24 24 24 OLR kgCOD/m3.ngày 2.8224 3.0400 2.9488 Lưu lượng l/h 0.833 0.833 0.833 CODra (mg/l) 2483.2 2352.0 1552.0 H % 12.02 22.63 47.37 Bảng 21. Các thông số của nước rỉ rác không pha loãng Hình 26. Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý và quá trình tăng tải trọng trong giai đoạn thích nghi Trong giai đoạn thích nghi, nước rỉ rác sử dụng có pH dao động trong khoảng 5.5 – 6.5 và tải trọng hữu cơ tăng dần từ 0.087 – 3.040 kgCOD/m3.ngày. Trải qua 6 lần tăng tải trong thời gian gần 30 ngày, mô hình đã đạt được môi trường hoàn toàn kỵ khí. Tuy lượng khí sinh học sinh ra không được kiểm soát nhưng dễ dàng nhận thấy sự hiện diện của chúng thông qua các bọt khí liên tục xuất hiện trên mặt thoáng của mỗi ngăn và theo van số 8 thoát ra ngoài. Thực tế thì lượng khí này rất nhỏ, có thể sử dụng chúng như một loại chỉ thị cho môi trường kỵ khí của mô hình chứ không thu hồi. Hiệu suất xử lý nước rỉ rác ở các mức pha loãng liên tục tăng. Cứ sau mỗi lần pha loãng, hiệu suất xử lý đạt trên 10% và tăng đến khi hiệu suất này tương đối ổn định thì dừng lại và chuyển sang mức mới. Hình 26 biểu diễn hiệu quả xử lý chất ô nhiễm hữu cơ của mô hình đối với nước rỉ rác pha loãng thông qua hiệu quả giảm COD, đồng thời cũng thể hiện quá trình tăng tải trọng. Độ dốc của đường thẳng trong biểu đồ thể hiện tốc độ tăng tải. Trong giai đoạn đầu của quá trình thích nghi, việc tăng tải được thực hiện rất chậm để sinh khối dần thích nghi và phát triển về số lượng, cũng như chống nguy cơ sốc tải. Trong giai đoạn tiếp theo, khi hệ vi sinh vật kỵ khí đã hình thành và phát triển tương đối ổn định thì tốc độ tăng tải được đẩy lên nhanh hơn, nhằm tăng khả năng xử lý chất ô nhiễm hữu cơ cũng như tăng khả năng cố định vi khuẩn trên bề mặt vật liệu. Nước thải được dẫn vào mô hình để xử lý với tốc độ rất chậm, đạt lưu lượng Q = 0.833 l/h, thời gian lưu được cố định trong 24h với mọi tải trọng. Nước sau xử lý có pH từ 7.5 – 8.0 Kết thúc chạy giai đoạn thích nghi đã tạo được môi trường kỵ khí cho mô hình, chịu được tải trọng 3.040 kgCOD/m3.ngày, thời gian lưu thuỷ lực HRT = 24h, pH = 5.5 – 6.5, đạt hiệu quả xử lý tối đa 47.37 %. Sinh khối được quan sát trực tiếp bằng mắt thường qua lớp mica trong suốt của mô hình. Trong ngăn 1, sinh khối có màu nâu hơi vàng phủ khắp bề mặt vật liệu đệm, còn trong ngăn 2 sang ngăn 3 thì sinh khối chuyển dần sang màu đen. Kết thúc giai đoạn thích nghi chuyển sang giai đoạn nghiên cứu mới xác định khả năng xử lý và tìm ra các thông số vận hành tối ưu cho mô hình. GIAI ĐOẠN 2: CHẠY MÔ HÌNH 1- NƯỚC RỈ RÁC KHÔNG QUA XỬ LÝ HOÁ LÝ – XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH TỐI ƯU Sau giai đoạn thích nghi, mô hình đã đạt được trạng thái tương đối ổn định, thích nghi được với nước rỉ rác thật. Vì vậy, ở giai đoạn nghiên cứu tiếp theo đã trực tiếp nghiên cứu trên nước rỉ rác không pha loãng và thí nghiệm với các thời gian lưu và độ pH khác nhau nhằm tìm ra thông số tối ưu nhất. Hình 27. Mô hình 1 Trong giai đoạn này, mẫu nước rỉ rác được dẫn trực tiếp vào mô hình như sơ đồ trên. Sau đó, cứ 2h thì khuấy trộn cơ học 1 lần để điều hòa nồng độ nước thải. Nước đầu ra được thu hồi vào bình chứa mà không tuần hoàn trở lại. Nước sử dụng tiếp tục được lấy ở mương BCL, có COD ban đầu dao động trong khoảng 2000 – 2500 mg/l, pH khoảng 6.5 – 7.0. Thí nghiệm 1: Xác định thời gian lưu thuỷ lực HRT tối ưu Thực hiện thay đổi thời gian lưu thủy lực ở 7 mức khác nhau, giữ thể tích nước xử lý không đổi là 20 lít. Kết quả thí ngiệm như sau: Thông số Đơn vị HRT (h) 72 60 48 36 24 18 12 pHvào 6.5 – 7.5 CODvào mg/l 2406.4 2368 2225.92 2356 243.2 2394 2256 OLR kgCOD/m3.d 0.802 0.947 1.113 1.570 2.432 3.192 4.512 Q l/h 0.278 0.333 0.417 0.55 0.833 1.111 1.667 CODra mg/l 434.56 425.6 416 460.8 454.4 501.76 1200 H % 81.84 82.2 81.3 80.7 80.2 79 46.8 Bảng 22. Kết quả thí nghiệm chạy mô hình 1 Kết quả thí nghiệm bảng 22 cho thấy ở các thời gian lưu khác nhau hiệu quả xử lý chất ô nhiễm hữu cơ thay đổi rõ rệt thông qua hiệu suất xử lý COD. Với thời gian lưu lớn (72 – 48 h), tải trọng hữu cơ nhỏ (0.8 – 1.0 kgCOD/m3.ngày) có hiệu quả xử lý cao. Tuy nhiên, theo kết quả thí nghiệm có được thì thời gian lưu dài cho hiệu quả cao không hẳn là tối ưu vì tải trọng quá nhỏ. Trong khi đó, với các mức thời gian lưu ngắn hơn (36 – 18 h), tải trọng hữu cơ tăng cao thì hiệu quả xử lý so sánh với các mức thời gian lưu dài là giảm không đáng kể. Điều đó chứng tỏ khi vượt qua ngưỡng của HRT tối ưu thì dùng cách tăng thời gian lưu để tăng hiệu suất là không hiệu quả. Hình 28. Biểu đồ biểu diễn kết quả thí nghiệm trên mô hình 1 Biểu đồ trên biểu diễn sự giảm hiệu suất không đáng kể khi giảm thời gian lưu, đồng thời tải trọng hữu cơ tăng càng lúc càng cao. Tuy nhiên đến khi tải trọng hữu cơ vượt quá khả năng chịu tải của hệ vi sinh vật thì sẽ diễn ra hiện tượng sốc tải. Lúc này, hiệu suất xử lý của hệ thống giảm mạnh từ 79% xuống còn 46.8%, một số vi sinh vật không chịu được tải trọng cao sẽ bị giảm khả năng xử lý, nếu tiếp tục tăng tải có thể gây chết hoàn toàn hệ vi sinh vật của mô hình. Đây chính là ngưỡng HRT của hệ thống. Vì vậy, khi đem so sánh giữa các mức thời gian lưu nước đã nghiên cứu chọn HRT = 18h là HRT tối ưu. Ở khoảng thời gian lưu này, tải trọng hữu cơ OLR đạt mức 3.192 kgCOD/m3.ngày, hiệu suất xử lý COD đạt 79%. Thí nghiệm 2: Xác định pH tối ưu Mẫu nước sử dụng cho quá trình nghiên cứu có pH từ 6.5 – 7.5, đôi khi có thể lên cao hơn. Hiện tượng này là do mẫu nước nghiên cứu chủ yếu là nước rò rỉ từ rác sinh hoạt đô thị, trong đó thành phần xương chiếm tỷ lệ cao. Hơn nữa, trong quá trình chôn lấp, theo quy trình tìm hiểu được thì sau khi chôn một lớp rác, người ta sẽ rải lên đó một lớp vôi bột rồi đến một lớp đất dày 20 – 30 cm. Nước rò rỉ cộng với nước mưa thấm vào rác sinh ra nước rỉ rác thấm xuống đất kéo theo thành phần calci có trong rác làm tăng pH của nước. Và cuối cùng là khi nước rỉ rác đã chảy thành dòng trong mương bao quanh BCL, thì mương này chỉ là một mương đất thông thường không có lớp chống thấm có thể trộn lẫn các thành phần đất đá chứa calci, vì vậy rất có thể đây cũng là một nguyên nhân làm tăng pH của nước. Cũng giống như HRT, cần phải xác định khoảng pH tối ưu cho hệ thống. Độ pH có ảnh hưởng rất lớn đối với hoạt động của vi khuẩn kỵ khí, nó có thể kích thích hoặc kìm hãm sự phát triển của chúng. Tiến hành thí nghiệm xác định khoảng pH tối ưu cho hệ thống cũng sử dụng mô hình 1, thay đổi thông số pH, đồng thời áp dụng với HRT tối ưu vừa tìm được để cùng lúc đưa ra các thông số vận hành tốt nhất cho mô hình. Kết quả thí nghiệm như sau: Thông số Đơn vị pH 4.5 5.0 5.5 6.5 7.5 CODv mg/l 2011 2011 2132 2130 1987 HRT h 18 OLR kgCOD/m3.d 2.681 2.681 2.842 22.84 2.649 CODr mg/l 432.4 357.96 319.8 617.7 685.52 H % 78.5 82.2 85 71 65.5 Bảng 23. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu Hình 29. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của pH đối với hiệu quả xử lý Kết quả thí nghiệm cho thấy, ở pH 5.5 hệ thống đạt hiệu quả xử lý cao nhất, ứng với thời gian lưu thuỷ lực HRT = 18h. Tiến hành thí nghiệm với hai thông số tối ưu tìm được, ở những lần vận hành sau thấy hiệu suất xử lý COD của mô hình đạt được tối đa là 85 – 88%, ở tải trọng hữu cơ thể tích OLR = 2.8 – 3.1 kgCOD/m3.ngày. GIAI ĐOẠN 3: CHẠY MÔ HÌNH 2 – NƯỚC RỈ RÁC Đà QUA XỬ LÝ HOÁ LÝ 1 2 3 4 Bình khuấy trộn phèn Cột lắng Bình chứa nước thải sau lắng Mô hình MCABR Hình 30. Mô hình 2 Như đã nêu trên, nhằm tìm cách tăng hiệu suất xử lý của công nghệ cũng như đánh giá khả năng độc lập đã cho nước rỉ rác ban đầu trải qua giai đoạn xử lý hóa lý trước khi đưa vào xử lý kỵ khí. Phương pháp áp dụng là keo tụ - tạo bông với hóa chất sử dụng là phèn nhôm Al3+ 5%, pH tự nhiên của nước thải. Vì giai đoạn trước đã xác định được pH tối ưu cho mô hình nên thí nghiệm Jatest chỉ xác định hàm lượng phèn tối ưu mà không xác định pH tối ưu, chỉ chỉnh pH của nước thải về 5.5 tại bình số 3 trước khi dẫn vào mô hình. Kết quả thí nghiệm Jatest xác định hàm lượng phèn tối ưu Thông số Đơn vị Cốc 1 2 3 4 5 6 pH 6.5 – 7.5 Vnước thải ml 1000 1000 1000 1000 1000 1000 Độ màu ban đầu NTU 1680 1580 1488 1432 1472 1460 Độ màu sau lắng NTU 694 294 337 344 335 507 Vphèn ml 10 20 30 40 50 60 H % 56.84 81.39 77.35 75.98 72.24 65.27 Bảng 24. Kết quả thí nghiệm Jatest với nước rỉ rác Hình 31. Biểu đồ xác định hàm lượng phèn tối ưu Kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng phèn tối ưu cho mẫu nước nghiên cứu là 20 ml/1000 ml nước rỉ rác. Ngoài ra, phương pháp keo tụ tạo bông cũng làm giảm COD của nước rỉ rác. Kết quả đo được ở thí nghiệm Jatest có hiệu suất xử lý COD như sau: Thông số Cốc 1 2 3 4 5 6 Vphèn (ml) 10 20 30 40 50 60 Hlắng (%) 56.84 81.39 77.35 75.98 72.24 65.27 HCOD (%) 5.26 21.05 15.263 10.52 8.42 2.63 Bảng 25. Hiệu suất xử lý COD của phương pháp keo tụ tạo bông Hình 32. Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD của phương pháp keo tụ- tạo bông Hình 32 biểu diễn hiệu quả xử lý COD của phương pháp keo tụ tạo bông. Phương pháp này chủ yếu loại bỏ các hạt cặng lơ lửng, làm giảm độ màu của nước thải đồng thời cũng có khả năng khử COD. Hiệu suất xử lý COD tối đa là 21.05%, tuy không cao nhưng cũng góp phần loại bỏ thành phần ô nhiễm hữu cơ cho giai đoạn xử lý sau. Sau khi xác định hàm lượng phèn tối ưu cho nước rỉ rác, tiến hành chạy mô hình 2 với các thông số vận hành như sau: Thông số Đơn vị Giá trị Vnước rỉ rác l 20 Vphèn l 0.4 CODv mg/l 2172.8 pHv 6.5 – 7.5 vkhuấy Vòng/phút 150 Tkhuấy h 0.5 Tlắng h 2 CODsau lắng mg/l 1781.7 Bảng 26. Thông số vận hành mô hình 2 Và kết quả thí nghiệm thu được: Thông số Đơn vị Giá trị CODsau lắng mg/l 1781.7 pHv MCABR 5.5 HRT h 18 OLR kgCOD/m3.d 2.3756 CODr mg/l 155.2 pHngăn 1 5.0 - 5.5 pHngăn 2 6.2 – 7.0 pHngăn 3 7.8 – 8.5 H (%) % 91.3 Bảng 27. Kết quả xử lý nước rỉ rác trên mô hình 2 Kết quả thí nghiệm cho thấy, sau khi qua quá trình xử lý hoá lý, nồng độ ô nhiễm hữu cơ của nước rỉ rác giảm trên 90%, cao hơn so với hiệu suất xử lý của mô hình 1. Tuy nhiên, nếu xét về khả năng độc lập của mô hình MCABR thì thấy rằng nó vẫn có khả năng hoạt động đơn độc, làm giảm khoảng 85% nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ, đây là một hiệu suất cao. Trong khi đó, sau khi keo tụ và lắng, COD của nước rỉ rác đã giảm một phần, kéo theo tải trọng hữu cơ thể tích của MCABR cũng giảm, giúp cho bể kỵ khí hoạt động dễ dàng hơn. Do đó, tuỳ từng trường hợp, dựa trên yêu cầu đối với nước thải đầu ra và theo tải trọng hữu cơ ban đầu có thể lựa chọn mô hình 1 hoặc mô hình 2. CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1. KẾT LUẬN 5.2. KIẾN NGHỊ 5.3. ĐỀ XUẤT KẾT LUẬN Dựa trên kết quả nghiên cứu được có thể rút ra một số kết luận sau: Mô hình MCABR cho hiệu quả xử lý cao, trên 85% với tải trọng hữu cơ thích hợp 3.1 kgCOD/m3.ngày, HRT = 18h và pH = 5.5. Nước rỉ rác có độ màu quá lớn cần áp dụng các biện pháp giảm độ màu kết hợp khử COD như keo tụ tạo bông (mô hình 2) Lượng khí Biogas sinh ra tuy không được kiểm soát nhưng có thể nhận thấy thông qua những bọt khí liên tục xuất hiện trên mặt thoáng của bể. Aûnh hưởng của tải trọng hữu cơ: ở tải trọng cao nhất định sẽ xảy ra hiện tượng quá tải trong quá trình phân hủy hữu cơ kỵ khí. Các sản phẩm trung gian như VAFs không kịp chuyển hoá sang các sản phẩm cuối cùng, dẫn đến một sự tích tụ VAFs trong bể, hậu quả là làm giảm mạnh pH, làm cho toàn bộ hệ thống bị tê liệt, hiệu suất xử lý COD giảm mạnh đến khi không còn khả năng xử lý, hệ vi sinh vật kỵ khí chết và bong ra khỏi lớp vật liệu đệm tạo thành những mảng bùn chết, tải trọng thích hợp cho mô hình MCABR là < 3.1 kgCOD/m3.ngày. Aûnh hưởng của pH: Trong các nghiên cứu trước đây người ta cũng đã xác định khoảng pH tối ưu cho quá trình kỵ khí là 5.5 trở xuống. Điều này càng thấy rõ hơn trong mô hình MCABR khi có sự tách pha. Trong suốt quá trình nghiên cứu thấy rằng pH của nước tăng dần qua các ngăn. Ở ngăn 1, diễn ra quá trình acid hoá, các acid được tạo ra như acid acetic, acid fomic làm giảm pH của nước. Ngăn 1 là ngăn cho sự phát triển của vi khuẩn acid hóa nên một môi trường acid có pH thấp là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của chúng. Ngăn 2 và chuyển sang ngăn 3 là sự phát triển dần của vi khuẩn metan hoá, những vi khuẩn này lại đòi hỏi một môi trường trung tính (pH = 6.5 – 7.8). Vì vậy, trong quá trình thí nghiệm pH của nước tăng đều từ 5.5 lên đến trên 7.5, điều này cho thấy quá trình phân huỷ kỵ khí ở giai đoạn metan hoá các acid acetic, acid fomic và methanol, H2 chuyển hóa thành metan, CO2 và sinh khối mới, nâng dần pH lên tạo nước sau xử lý có môi trường trung tính. Aûnh hưởng của HRT: thời gian lưu thuỷ lực dài cho hiệu quả xử lý cao hơn nhưng không đáng kể khi đã vượt ngưỡng HRT tối ưu. Chọn HRT = 18h là phù hợp cho hệ thống bởi hiệu suất vẫn cao mà chịu được tải trọng lớn, chênh lệch hiệu suất so với các HRT lớn hơn không nhiều nhưng tiết kiệm được thời gian. Khi HRT quá ngắn làm tải trọng tăng đột ngột gây ức chế cho hệ thống kéo theo hiệu suất xử lý giảm mạnh, quá trình nghiên cứu dừng tại ngưỡng dưới này (HRT = 12h). Lượng bùn dư đã được lấy ra bớt qua các van xả đáy ở 3 ngăn sau 1 tháng nhưng quan sát thấy được lượng bùn này không nhiều, có thể kéo dài thời gian lưu bùn, sinh khối bám vào bề mặt vật liệu đệm khá ổn định. KIẾN NGHỊ Qua kết quả nghiên cứu thấy mô hình MCABR có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khả năng tách pha và tính ổn định cao nên kiến nghị trong thời gian tới tiếp tục nghiên cứu để áp dụng cho công tác xử lý nước rỉ rác nội thành và trong nước. Do thời gian, kinh phí và trình độ còn hạn chế nên nghiên cứu chỉ mới áp dụng cho nước rỉ rác cũ vì vậy kiến nghị tiếp tục nghiên cứu trên các loại nước rỉ rác mới của nhiều BCL khác nhau. Nước thải tuy đã được xử lý đạt hiệu suất cao nhưng do nồng độ ô nhiễm ban đầu quá lớn nên COD sau xử lý vẫn chưa đạt tiêu chuẩn TCVN loại B, cần nghiên cứu bổ sung thêm các giai đoạn xử lý sau kỵ khí như tiếp tục xử lý bằng công nghệ sinh học hiếu khí, để đạt được tiêu chuẩn trước khi ra nguồn tiếp nhận. Nước rỉ rác có nồng độ calci cao nên áp dụng biện pháp khử loại calci trước khi đi vào hệ thống hỗ trợ việc giảm pH cho phù hợp với hệ thống. Nghiên cứu áp dụng công nghệ để xử lý nước thải các nghành công nghiệp khác như chế biến nông sản, thuỷ sản, mía đường, ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ Từ những kết quả thực nghiệm đạt được, thấy rằng MCABR là một công nghệ mới có thể áp dụng để xử lý thành phần ô nhiễm hữu cơ của nước rỉ rác hữu hiệu, tiến tới có thể nghiên cứu để áp dụng cho thực tế nước rỉ rác nội thành. Để kết quả xử lý nước rỉ rác đạt được tốt nhất nên kết hợp MCABR với một số công trình khác và thông qua quá trình thực nghiệm xin đề xuất công nghệ như sau: Nước rỉ rác Hồ điều hòa Bể keo tụ – tạo bông Lắng Hồ sinh học hiếu khí Khử trùng Nước loại B Bể chứa bùn MCABR Hình 33. Công nghệ đề xuất Công nghệ đề xuất cũng tương tự như mô hình 2 đã nghiên cứu, bổ sung thêm hồ điều hoà để điều hòa lưu lượng và nồng độ nước rỉ rác ban đầu. Sau xử lý kỵ khí bằng MCABR, nước rỉ rác sẽ được dẫn qua hồ sinh học hiếu khí để xử lý thành phần ô nhiễm hữu cơ còn lại để đạt tiêu chuẩn loại B. Cuối cùng cho nước qua bể khử trùng và xả ra ngoài môi trường. Tuỳ vào đặc trưng của mỗi loại nước mà có thể bổ sung thêm các công trình đơn vị để xử lý thành phần đặc trưng đó.