Luận án Tiến sĩ Môi trường: Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn của trạm xử lý nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí (lên men ấm)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Vũ Thị Hoài Ân

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ HOẠI VỚI

BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ (LÊN MEN ẤM)

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải

Mã số: 9520320-2

LUẬN ÁN TIẾN SỸ

Hà Nội – Năm 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Vũ Thị Hoài Ân

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ HOẠI VỚI

BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ (LÊN MEN ẤM)

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải

Mã số: 9520320-2

GS. TS. Nguyễn Việt Anh

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án Tiến sỹ “Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại

với bùn của trạm xử lý nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí (lên men

ấm)” là công trình do tôi nghiên cứu và thực hiện. Các kết quả, số liệu của luận án là

trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, tháng năm 2021

Tác giả luận án

Vũ Thị Hoài Ân

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Xây

dựng nơi tôi học tập, Khoa Đào tạo sau đại học, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Bộ môn

Cấp thoát nước của trường đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi học tập và nghiên

cứu.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, sự kính trọng nhất đến GS. TS. Nguyễn

Việt Anh đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi

nhất trong thời gian tôi thực hiện và hoàn thành luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Cục Kinh tế Liên bang Thụy Sỹ (SECO),

Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường (IESE), Trường Đại học Xây dựng và Viện

Khoa học và Công nghệ Nước (EAWAG), Thụy Sỹ đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá

trình thực hiện nghiên cứu. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các nhà

khoa học, các chuyên gia đã dành nhiều thời gian trao đổi, đóng góp những ý kiến

quý báu cho luận án trong quá trình thực hiện.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Xây dựng

công trình đô thị nơi tôi công tác đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình

thực hiện luận án.

Cuối cùng, tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của gia

đình đã hết sức giúp tôi có hậu phương vững chắc, tạo điều kiện thuận lợi, động viên

tinh thần, giúp tôi hoàn thành luận án Tiến sỹ này.

Tác giả luận án

Vũ Thị Hoài Ân

i

MỤC LỤC……..…………………….....…………...……………………………...i Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ...................................................................... iv

Danh mục các bảng .................................................................................................... vi

Danh mục các hình vẽ, đồ thị .................................................................................. viii

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của luận án ....................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án ............................................................................ 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án ....................................................... 3

4. Phương pháp nghiên cứu của luận án ..................................................................... 3

5. Cơ sở khoa học của luận án..................................................................................... 4 6. Nội dung nghiên cứu của luận án ............................................................................ 4 7. Tính mới của luận án ............................................................................................... 5

8. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án ................................................ 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỢNG BÙN, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI, BÙN CỦA TRẠM XỬ

LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ .......................................................................................... 7

1.1. Tổng quan về lượng bùn, thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý bùn

của trạm XLNT đô thị .............................................................................................. 7

1.1.1. Lượng bùn của trạm xử lý nước thải đô thị ................................................ 7

1.1.2. Thành phần, tính chất bùn của trạm XLNT đô thị ................................... 10

1.1.3. Các phương pháp xử lý bùn của trạm XLNT đô thị trên thế giới và ở Việt

Nam..................................................................................................................... 12

1.2. Tổng quan về lượng bùn, thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý bùn

bể tự hoại ................................................................................................................ 16

1.2.1. Lượng bùn bể tự hoại ............................................................................... 16

1.2.2. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại ...................................................... 17

1.2.3. Các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại trên thế giới và ở Việt Nam ....... 20 1.3. Tổng quan các nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn của trạm XLNT và bùn bể

tự hoại ..................................................................................................................... 24 1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới .................................................................... 24 1.3.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam ................................................................... 26 Nhận xét chương 1 ................................................................................................. 31

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY KỊ KHÍ, THU KHÍ SINH HỌC ........................................................................................................ 32

ii

2.1. Các quá trình chuyển hóa chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học trong điều kiện kị khí ............................................................................................................... 32

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí ...................................... 35

2.3. Các bể phân hủy kị khí bùn ......................................................................... 40

2.4. Phương pháp đánh giá tiềm năng sinh khí (BMP) cho công nghệ phân hủy kị khí ........................................................................................................................... 43

2.4.1. Khái niệm về phương pháp đánh giá tiềm năng sinh khí mê tan BMP .... 43

2.4.2. Các yếu tố liên quan đến thí nghiệm BMP ............................................... 43

2.5. Nhu cầu năng lượng cho xử lý bùn ................................................................. 48

2.6. Cân bằng năng lượng cho hệ phân hủy kị khí xử lý bùn thải từ trạm XLNT . 49 Nhận xét chương 2 ................................................................................................. 51 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN HỦY KỊ KHÍ BÙN BỂ TỰ

HOẠI VÀ BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ ............................... 52

3.1. Mục đích thí nghiệm ........................................................................................ 52

3.2. Mô tả thí nghiệm ............................................................................................. 52

3.2.1 Dụng cụ, thiết bị lắp đặt thí nghiệm BMP ................................................. 52

3.2.2. Chuẩn bị nguyên liệu thí nghiệm .............................................................. 53

3.3. Các chỉ tiêu, phương pháp phân tích và đánh giá trong thí nghiệm ................ 56

3.3.1. Các chỉ tiêu, phương pháp phân tích thí nghiệm ..................................... 56

3.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá thí nghiệm ............................................................. 58

3.4. Thực hiện thí nghiệm ...................................................................................... 60 3.4.1. Thí nghiệm BMP1 đánh giá tiềm năng sinh khí CH4 của bùn bể tự hoại và bùn trạm XLNT đô thị khi xử lý riêng ................................................................ 62 3.4.2. Thí nghiệm BMP2 đánh giá tiềm năng sinh khí CH4 của bùn bể tự hoại và bùn trạm XLNT đô thị khi xử lý kết hợp ............................................................. 63

3.5. Kết quả thí nghiệm và thảo luận ...................................................................... 67

3.5.1. Thí nghiệm BMP1 ..................................................................................... 67 3.5.2. Thí nghiệm BMP2 ..................................................................................... 72

Nhận xét chương 3 ................................................................................................. 77

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ BÙN CỦA CÁC TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU VỰC ĐÔ THỊ TRUNG TÂM HÀ NỘI CŨ PHÍA NAM SÔNG HỒNG ........................................................................ 78 4.1. Xác định nội dung tính toán, lựa chọn và đề xuất công nghệ xử lý bùn khu vực đô thị trung tâm Hà Nội ................................................................................... 78

iii

4.2. Các trạm XLNT đô thị trong khu vực tính toán .............................................. 78 4.3. Lượng bùn thải của các trạm XLNT đô thị và bùn bể tự hoại trong khu vực

tính toán .................................................................................................................. 81

4.3.1. Lượng bùn thải phát sinh tại các trạm XLNT đô thị ................................ 81

4.3.2. Lượng bùn bể tự hoại phát sinh trong khu vực tính toán ......................... 83 4.4. Các giải pháp xử lý bùn cho khu vực tính toán ............................................... 83

4.5. Tính toán các phương án xử lý bùn cho khu vực tính toán ............................. 88

4.5.1. Tính toán xử lý bùn tại trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a và YS1b

............................................................................................................................ 90

4.5.2. Tính toán xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1a và TT1b .................................................................................................................... 93 4.5.3. Tính toán xử lý bùn theo phương án HT .................................................. 99

4.5.4. Tính toán xử lý bùn theo phương án TT2 ............................................... 101

4.6. Nhận xét kết quả tính toán và đề xuất công nghệ xử lý bùn ......................... 103

Nhận xét chương 4 ............................................................................................... 111

KẾT LUẬN ............................................................................................................. 112

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN

ĐẾN LUẬN ÁN ...................................................................................................... 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 115

PHỤ LỤC ................................................................................................................... A

iv

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Ký hiệu,

các chữ Tiếng Việt Tiếng Anh

viết tắt

AD Phân hủy kị khí Anaerobic digestion

AO Thiếu khí/ Hiếu khí Anoxic/Oxic

A2O Kị khí/ Thiếu khí/ Hiếu khí Anaerobic/Anoxic/Oxic

BMP Tiềm năng sinh khí mê tan Biochemical Methane Potential

BOD Nhu cầu ôxi sinh hóa Biological Oxygen Demand

CAS Bùn hoạt tính truyền thống Conventional Activated Sludge

CHP Nhiệt điện kết hợp Combined Heat and Power

Mê tan Methane CH4

Cacbonic Carbon dioxide CO2

COD Nhu cầu ôxi hóa học Chemical Oxygen Demand

DCCN Dây chuyền công nghệ -

DS Chất rắn khô Dry solids

EAWAG Viện Khoa học và Công nghệ Nước Institute of Water Science and

(Thụy Sỹ) Technology

FS Bùn bể tự hoại Faecal sludge

F/M Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật Food to Microorganism ratio

HRT Thời gian lưu thủy lực Hydraulic retention time

HTTN Hệ thống thoát nước

Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi Institute of Environmental IESE trường, Trường Đại học Xây dựng Science and Engineering

OLR Tải trọng hữu cơ Organic Loading Rates

Ni tơ Nitrogen N2

PS Bùn sơ cấp Primary sludge

PURR Dự án thu hồi tài nguyên từ chất Project on Urban Resource

thải đô thị Recovery from Waste

v

Ký hiệu,

Tiếng Việt Tiếng Anh các chữ

viết tắt

SBR Bể phản ứng sinh học hoạt động Sequencing Batch Reactor

theo mẻ

SRT Thời gian lưu bùn Sludge Retention Time

SS Chất rắn lơ lửng Suspended Solids

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TLTK Tài liệu tham khảo

TN Tổng nitơ Total Nitrogen

TP Tổng phốt pho Total Phosphorus

TS Tổng chất rắn Total Solids

TSS Tổng lượng cặn lơ lửng Total Suspended Solids

VFA Axit béo bay hơi Volatile Fatty Acid

VNĐ Đồng Việt Nam

VS Chất rắn bay hơi Volatile Solids

VSS Chất rắn lơ lửng bay hơi Volatile Suspended Solids

XLNT Xử lý nước thải

WAS1 Bùn thứ cấp trong trạm XLNT có Waste sctivated sludge from

bể lắng sơ cấp wastewater treatment plant

with primary sedimentation

tank

WAS2 Bùn thứ cấp trong trạm XLNT Waste sctivated sludge in

không có bể lắng sơ cấp wastewater treatment plant

without primary sedimentation

tank

WAS Bùn nén (Bùn sau bể nén bùn) Thickened Sludge

vi

Danh mục các bảng

Bảng 1.1. Bùn phát sinh từ trạm xử lý nước thải ...................................................... 8

Bảng 1.2. Dự báo khối lượng bùn phát sinh của các đô thị Việt Nam phụ thuộc vào

% số dân đô thị đấu nối nước thải vào HTTN ............................................................ 9

Bảng 1.3. Thành phần, tính chất bùn của các trạm XLNT ....................................... 11

Bảng 1.4. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại tại một số nước ............................. 18

Bảng 1. 5. Xử lý bùn bể tự hoại tại một số thành phố ở Việt Nam ........................... 21

Bảng 1. 6. Ưu, nhược điểm của các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại trên thế giới

và ở Việt Nam ......................................................................................................... 23

Bảng 3.1. Các chỉ tiêu của nguyên liệu cơ bản ban đầu cho thí nghiệm BMP1 ....... 62

Bảng 3.2. Các chỉ tiêu đầu vào của các mẫu trong thí nghiệm BMP1 ...................... 63

Bảng 3.3. Các chỉ tiêu của nguyên liệu cơ bản ban đầu cho thí nghiệm BMP2 ....... 65

Bảng 3. 4. Tỷ lệ phối trộn của các bùn cơ chất trong thí nghiệm BMP2 .................. 65

Bảng 3.5. Các chỉ tiêu đầu vào của các mẫu trong thí nghiệm BMP2 ...................... 66

Bảng 3.6. Các chỉ tiêu đầu ra của các mẫu trong thí nghiệm BMP1 ........................ 67

Bảng 3.7. Các chỉ tiêu đầu ra của các mẫu trong thí nghiệm BMP2 ........................ 72

Bảng 4.1. Các trạm XLNT đô thị thuộc khu vực tính toán đến năm 2030 ............... 80

Bảng 4.2. Thông số nước thải đầu vào và đầu ra một số trạm XLNT ở Hà Nội .... 81

Bảng 4.3. Tổng lượng bùn nén và bùn tách nước của các trạm XLNT đô thị trong

khu vực tính toán ....................................................................................................... 81

Bảng 4.4. Lượng bùn phát sinh của trạm XLNT Yên Sở ......................................... 82

Bảng 4.5. Lượng bùn bể tự hoại trong khu vực tính toán đến năm 2030 ................. 83

Bảng 4.6. Nguyên liệu nạp vào bể mê tan của trạm XLNT Yên Sở ......................... 90

Bảng 4.7. Tổng hợp tính toán bể mê tan và thể tích biogas thu được khi xử lý bùn

trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a và YS1b ................................................ 91

Bảng 4.8. Nhu cầu năng lượng trạm XLNT Yên Sở khi xử lý bùn theo phương án

YS1a và YS1b ........................................................................................................... 92

vii

Bảng 4. 9. Nguyên liệu nạp vào bể mê tan tại trạm xử lý bùn tập trung .................. 93

Bảng 4.10. Tổng hợp tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT1a .... 94

Bảng 4.11. Tổng hợp tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT1b ... 96

Bảng 4.12. Khái toán chi phí xử lý bùn theo phương án TT1a và phương án TT1b 99

Bảng 4.13. Tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án HT .................... 100

Bảng 4.14. Khái toán chi phí xử lý bùn theo phương án HT .................................. 100

Bảng 4.15. Tổng hợp tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT2 ... 101

Bảng 4.16. Khái toán chi phí xử lý bùn theo phương án TT2 ................................ 103

Bảng 4.17. Thể tích bể mê tan và lượng biogas sinh ra của trạm XLNT Yên Sở khi

WAS không xử lý kết hợp với FS ........................................................................... 103

Bảng 4.18. Thể tích biogas sinh ra khi WAS của trạm XLNT Yên Sở xử lý và

không xử lý kết hợp với FS. .................................................................................... 104

Bảng 4.19. Tổng hợp so sánh các phương án xử lý bùn ......................................... 105

viii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1. Sơ đồ phát sinh bùn xử lý nước thải đô thị. ................................................ 7

Hình 1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý bùn tại các trạm xử lý nước thải. ....... 13

Hình 1.3. Công nghệ xử lý bùn tại các trạm XLNT đô thị ở Việt Nam.................... 15

Hình 1.4. Giá trị COD, TN và TP (mg/L) của bùn bể tự hoại với chu kỳ hút khác

nhau ở Hà Nội. .......................................................................................................... 19

Hình 1.5. Giá trị TS và VS (g/L), VS/TS (%) của bùn bể tự hoại với chu kỳ hút khác

nhau ở Hà Nội. .......................................................................................................... 19

Hình 2.1. Các quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí. ........ 32

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm BMP hệ Water Bath. .................................... 52

Hình 3.2. Thí nghiệm BMP. ...................................................................................... 53

Hình 3.3. Thùng Inox 40 lít nuôi bùn kị khí (bùn nuôi cấy). .................................... 54

Hình 3.4. Dụng cụ ống lấy mẫu bùn bể tự hoại. ....................................................... 55

Hình 3.5. Sục khí N2 các bình phản ứng thí nghiệm BMP. ...................................... 61

Hình 3.6. Bộ hấp thụ biogas và đo khí mê tan. ......................................................... 61

Hình 3.7. Khối lượng bùn bể tự hoại và bùn trạm XLNT đô thị phát sinh của khu

vực đô thị trung tâm Hà Nội giai đoạn 2019-2044. .................................................. 64

Hình 3.8. Thể tích khí CH4 (NmL/gCODloại bỏ) và hiệu suất sinh khí CH4 (%) của

các mẫu trong thí nghiệm BMP1. ............................................................................. 69

Hình 3.9. Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày do bùn cơ chất sinh ra trong thí

nghiệm BMP1. .......................................................................................................... 70

Hình 3.10. Thể tích khí CH4 (NmL/gVSbùn cơ chất vào) và tổng thể tích khí CH4 (NmL)

do bùn cơ chất sinh ra trong thí nghiệm BMP1. ....................................................... 70

Hình 3.11. Thể tích khí CH4 (NmL/gCODloại bỏ) và hiệu suất sinh khí CH4 (%) của

các mẫu trong thí nghiệm BMP2. ............................................................................. 74

Hình 3.12. Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày do bùn cơ chất sinh ra trong thí

nghiệm BMP2. .......................................................................................................... 75

ix

Hình 3.13. Thể tích khí CH4 (NmL/gVSbùn cơ chất vào) và tổng thể tích khí CH4 (NmL)

do bùn cơ chất sinh ra trong thí nghiệm BMP2. ....................................................... 76

Hình 4.1. Vị trí các trạm xử lý nước thải ở Hà Nội . ................................................ 79

Hình 4.2. Sơ đồ xử lý bùn tại trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a và YS1b.

................................................................................................................................... 85

Hình 4.3. Sơ đồ xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1a. ....... 86

Hình 4.4. Sơ đồ xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1b. ....... 87

Hình 4.5. Sơ đồ xử lý bùn sau tách nước tại các trạm XLNT theo phương án HT. . 87

Hình 4.6. Sơ đồ xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT2. ......... 88

Hình 4.7. Lượng bùn trạm XLNT đô thị và FS sau xử lý của các phương án. ....... 107

Hình 4.8. Năng lượng tiêu thụ, sinh ra và thu hồi khi xử lý bùn theo các phương án.

................................................................................................................................. 108

Hình 4.9. Giá thành xử lý và suất vốn đầu tư xây dựng theo các phương án. ........ 109

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, hệ

thống đô thị được mở rộng cả về quy mô và số lượng. Việt Nam đang phải đối mặt

với sự gia tăng dân số cùng với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, đặc biệt là ở các thành

phố lớn, dẫn đến sức ép lớn đối với hệ thống cơ sở hạ tầng và dịch vụ công cộng như

năng lượng, cấp thoát nước và bảo vệ môi trường.

Hệ thống thoát nước (HTTN) và trạm xử lý nước thải (XLNT) đang được xây

dựng ngày càng nhiều ở các đô thị Việt Nam từ 17 trạm XLNT tập trung vận hành

với tổng công suất 540.000m3/ngày năm 2012 [19] tăng lên 46 trạm XLNT tập trung

năm 2019 với tổng công suất khoảng 980.000m3/ngày, xử lý tương đương 14% lượng

nước thải đô thị phát sinh, và hơn 50 trạm XLNT tập trung đang ở giai đoạn thiết kế,

xây dựng và chuẩn bị chuyển giao để vận hành [8]. Bùn phát sinh từ các trạm XLNT

đô thị sẽ trở thành mối quan tâm lớn. Lượng bùn trạm XLNT đô thị đã tách nước dự

tính đến năm 2050 khoảng 14.473 m3/ngày [73]. Nước thải đầu vào các nhà máy

XLNT tập trung có hàm lượng giá trị các thông số ô nhiễm như BOD, COD, TSS

thấp và lượng bùn phát sinh tại các nhà máy XLNT này cũng nghèo về BOD, COD,

TSS.

Hiện tại cũng như trong tương lai gần, bể tự hoại vẫn sẽ đóng vai trò quan

trọng trong thoát nước đô thị, xử lý sơ bộ nước thải từ các hộ gia đình, trường học,

cơ quan, …. Theo báo cáo của Cục Hạ tầng kỹ thuật (2017), lượng bùn bể tự hoại

phát sinh cũng khá nhiều, từ 50.000 m3 tới 218.490 m3 [7]. Tuy nhiên, tại các đô thị

lượng bùn này thu gom cũng rất hạn chế, tỷ lệ thu gom trung bình đạt 32% và khoảng

4% lượng bùn bể tự hoại được xử lý [7]. Việc quản lý bể tự hoại và xử lý bùn của các

bể tự hoại còn nhiều tồn tại và bất cập như bùn cặn bể tự hoại chủ yếu hiện nay do tư

nhân tổ chức dịch vụ một cách tự phát và đổ xả tùy tiện ra môi trường, việc hút cặn

không đúng quy trình kỹ thuật: hút cả cặn mới lẫn cặn đã hoàn thành phân hủy. Bùn

bể tự hoại có độ ẩm lớn, thành phần dinh dưỡng như chất hữu cơ, ni tơ, phot pho,

kali,… cao, có mùi khó chịu và còn nhiều vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán. Do

2

đó bùn bể tự hoại cần được thu gom, vận chuyển và xử lý để tránh ô nhiễm môi trường

và lây lan mầm bệnh.

Phương pháp phân hủy kị khí đã được sử dụng rộng rãi để ổn định chất hữu

cơ trong bùn thải và sản xuất khí sinh học mang lại hiệu quả giảm thể tích bùn thải

và thu hồi năng lượng cao ở nhiều trạm XLNT trên thế giới [55]. Phân hủy kị khí lên

men ấm được coi là ổn định hơn và yêu cầu đầu vào năng lượng ít hơn ở chế độ lên

men nóng. Điều kiện khí hậu ở Việt Nam rất thuận lợi cho xử lý bùn các trạm XLNT

đô thị và bùn bể tự hoại trong điều kiện lên men ấm.

Xu hướng xử lý để thu hồi tài nguyên từ bùn ngày càng phổ biến ở nhiều nước

trên thế giới, để giảm lượng bùn thải đưa đi chôn lấp, tiết kiệm quỹ đất vốn ngày càng

khan hiếm, và tạo các sản phẩm có giá trị kinh tế như sinh năng lượng (điện, nhiệt),

phân bón hay chất cải tạo đất, vật liệu xây dựng, vv…Ở Việt Nam đã có nhiều công

trình nghiên cứu về giải pháp quản lý và xử lý bùn từ HTTN và bể tự hoại, nhưng

chưa có nhiều nghiên cứu về xử lý kết hợp các loại bùn thải bằng phân hủy kị khí lên

men ấm.

Để góp phần cùng giải quyết những khó khăn, tồn tại trong xử lý bùn thải phù

hợp với điều kiện thực tế ở nước ta, đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể

tự hoại với bùn của trạm XLNT đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí (lên men

ấm)” đã được nghiên cứu, thực hiện để đánh giá khả năng sinh khí mê tan khi xử lý

kết hợp bùn bể tự hoại và bùn của trạm XLNT đô thị bằng phương pháp phân hủy kị

khí lên men ấm từ đó đề xuất công nghệ xử lý bùn cho các trạm XLNT đô thị của một

khu vực kết hợp thu hồi năng lượng.

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án

- Xác định được tỷ lệ phối trộn hợp lý giữa bùn bể tự hoại với bùn của trạm XLNT

đô thị khi xử lý phân hủy kị khí lên men ấm (350C), để loại bỏ chất hữu cơ (theo

COD, VS) và thu được lượng khí mê tan (CH4) cao nhất.

- Đề xuất được công nghệ xử lý bùn bể tự hoại và bùn của các trạm XLNT đô thị cho

khu vực trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch và một

phần lưu vực Tả Nhuệ), kết hợp thu hồi năng lượng và giảm thiểu bùn chôn lấp.

3

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Bùn của trạm XLNT đô thị (bùn sơ cấp, bùn thứ cấp và bùn nén);

+ Bùn bể tự hoại từ hộ gia đình.

- Phạm vi nghiên cứu:

Công nghệ xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn của các trạm XLNT đô thị

trong HTTN chung có sử dụng công nghệ bùn hoạt tính cho khu vực trung tâm Hà

Nội cũ phía Nam sông Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch và một phần lưu vực Tả Nhuệ)

bằng phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm (350C), có thu hồi năng lượng.

4. Phương pháp nghiên cứu của luận án

- Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu: thu thập thông tin, dữ liệu

về bùn bể tự hoại, bùn trạm XLNT đô thị như khối lượng, thể tích bùn; thành phần

và tính chất; các công nghệ xử lý bùn trạm XLNT và bùn bể tự hoại ở Việt Nam.

Phương pháp này cũng dùng để thu thập số liệu đối chiếu với các nghiên cứu trong

nước và trên thế giới liên quan đến đề tài, phục vụ cho nghiên cứu.

Phương pháp này cũng được sử dụng để thu thập số liệu trong chạy mô hình

thí nghiệm. Các số liệu thu thập được từ kết quả phân tích, quan sát và xử lý bằng các

phần mềm máy tính để vẽ các biểu đồ, tính toán các công thức.

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các quá

trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ và các yếu tố ảnh hưởng; và thí nghiệm BMP

để đánh giá tiềm năng sinh khí mê tan của các nguồn bùn.

- Phương pháp kế thừa: kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đã thực hiện, và

của dự án mà nghiên cứu sinh trực tiếp tham gia lấy mẫu, phân tích thí nghiệm.

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát, lấy mẫu, đo đạc một số

thông số ngoài hiện trường và phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm của trường Đại

học Xây dựng theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam và các tiêu chuẩn quốc tế.

Các thí nghiệm về phân hủy kị khí theo mẻ thực hiện trong phòng thí nghiệm

ở chế độ lên men ấm (35oC), để đánh giá tiềm năng sinh khí mê tan và khả năng phân

hủy chất hữu cơ của bùn bể tự hoại và bùn từ trạm XLNT đô thị khi xử lý riêng rẽ,

4

và khi xử lý kết hợp với các tỉ lệ phối trộn khác nhau giữa bùn bể tự hoại và bùn của

trạm XLNT đô thị.

- Phương pháp so sánh, phân tích: phân tích, nhận xét kết quả thí nghiệm thu

được, và so sánh với các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước ở cùng lĩnh vực

nghiên cứu về phân hủy kị khí ở chế độ lên men ấm.

- Phương pháp tính toán, phân tích để so sánh chi phí và lợi ích của các giải

pháp kỹ thuật xử lý bùn đề xuất.

- Phương pháp chuyên gia: lấy ý kiến chuyên gia thông qua trao đổi trực tiếp,

tổ chức hội thảo khoa học lấy ý kiến, nhận xét phản biện của các chuyên gia.

5. Cơ sở khoa học của luận án

Bùn bể tự hoại và bùn trạm XLNT đô thị còn chứa hàm lượng chất hữu cơ và

các chất dinh dưỡng cao, có khả năng phân hủy được bằng phương pháp sinh học kị

khí. Bùn bể tự hoại có hàm lượng VS từ 3,3 g/L đến 31,6 g/L, hàm lượng COD từ

8,0g/L đến 42,85 g/L, hàm lượng TN từ 0,10 g/L đến 0,34 g/L, hàm lượng TP từ

0,16g/L đến 1,20 g/L [1]. Bùn của trạm XLNT đô thị có hàm lượng VS từ 1,79 g/L

đến 17,47 g/L, hàm lượng COD từ 2,22g/L đến 24,97g/L, hàm lượng TN từ 0,16 g/L

đến 1,24 g/L, hàm lượng TP từ 0,06 g/L đến 0,72 g/L [5].

Phương pháp phân hủy kị khí kết hợp được áp dụng ở nhiều nhà máy XLNT

trên thế giới để ổn định chất hữu cơ trong bùn thải và sản xuất khí sinh học khi kết

hợp xử lý hai hay nhiều loại bùn khác nhau [51]. Kết quả một số nghiên cứu quá trình

ổn định bùn bằng phân hủy kị khí đã sản xuất biogas, làm nguồn nhiên liệu để sản

sinh ra năng lượng điện và nhiệt. Phân hủy kị khí bùn ở các trạm XLNT và thu khí

CH4 thường được thực hiện trong phạm vi nhiệt độ lên men ấm, với nhiệt độ tối ưu

350C [61].

Vì vậy, luận án nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn của trạm xử

lý nước thải đô thị bằng phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm để xử lý ổn định

bùn, giảm lượng bùn thải chôn lấp và thu hồi năng lượng.

6. Nội dung nghiên cứu của luận án

- Tổng quan về lượng bùn, thành phần tính chất và các phương pháp xử lý bùn

5

bể tự hoại và bùn của trạm XLNT đô thị.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp phân hủy kị khí, thu khí sinh học.

- Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình phòng thí nghiệm: thí nghiệm theo mẻ

về phân hủy kị khí lên men ấm (350C) để đánh giá khả năng sinh khí CH4 khi xử lý

riêng bùn bể tự hoại và bùn của trạm XLNT đô thị; thí nghiệm theo mẻ về phân hủy

kị khí ở chế lên men ấm (350C) để đánh giá khả năng sinh khí CH4 khi xử lý kết hợp

bùn bể tự hoại và bùn của trạm XLNT đô thị theo các tỷ lệ phối trộn khác nhau.

- Tính toán và đề xuất lựa chọn công nghệ xử lý bùn bể tự hoại và bùn của các

trạm XLNT đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng dựa trên kết quả nghiên

cứu thực nghiệm.

7. Tính mới của luận án

- Xác định được tỷ lệ phối trộn hợp lý FS:WAS để cho phép đạt hiệu suất loại

bỏ chất hữu cơ (theo COD và VS) và thu được lượng khí mê tan cao nhất. Cụ thể

FS:WAS=1:1 (theo khối lượng VS) cho phép đạt hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính

theo COD và VS tương ứng là 43,40% và 42,55%, hiệu suất sinh khí CH4 đạt 294,8

NmL/gVSbùn vào.

- Đề xuất công nghệ xử lý kị khí kết hợp FS với WAS của các trạm XLNT đô

thị trong điều kiện lên men ấm (350C) có thu hồi khí sinh học sản xuất năng lượng

cho khu vực đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng, cũng như phương án

sử dụng bùn sau xử lý đạt hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường.

8. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án

- Ý nghĩa khoa học:

+ Luận án đã tổng quan được các thông tin có giá trị về số lượng, thành phần,

tính chất và các công nghệ xử lý bùn của trạm XLNT đô thị, bùn bể tự hoại, cũng như

tiềm năng thu hồi tài nguyên từ các loại bùn này.

+ Luận án đã xác định được tỷ lệ phối trộn hợp lý cho quá trình phân hủy kị khí

lên men ấm (350C) thu khí CH4 khi xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn của trạm

XLNT đô thị.

+ Luận án đã tính toán công nghệ xử lý bùn bằng phương pháp phân hủy kị khí

6

lên men ấm, góp phần bổ sung vào kiến thức tham khảo, làm cơ sở cho việc tìm kiếm,

lựa chọn các giải pháp xử lý bùn phù hợp với các điều kiện ở Việt Nam.

- Ý nghĩa thực tiễn:

+ Góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm do bùn thải gây ra như ô

nhiễm nguồn nước, ô nhiễm môi trường đất và không khí.

+ Tiết kiệm tài nguyên đất do giảm được diện tích đất bãi chôn lấp bùn.

+ Thu hồi khí sinh học làm nguồn năng lượng sử dụng cho phát điện, nhiệt. Bùn

sau phân hủy kị khí được xử lý, tái sử dụng làm phân bón hay chất cải tạo đất, làm

vật liệu trong xây dựng, v.v ...

+ Luận án đã chỉ ra được, có thể áp dụng cho các trạm XLNT tại các đô thị trong

điều kiện Việt Nam: xử lý cùng lúc hai loại bùn thải, tận dụng các công trình của trạm

XLNT đô thị, nhất là khi trạm hoạt động chưa đủ công suất thiết kế.

9. Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, danh mục các công trình đã công bố,

tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về lượng bùn, thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý

bùn bể tự hoại, bùn của trạm XLNT đô thị.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp phân hủy kị khí, thu khí sinh học

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm phân hủy kị khí bùn bể tự hoại và bùn của trạm

XLNT đô thị

Chương 4: Đề xuất công nghệ xử lý bùn bể tự hoại và bùn của các trạm xử lý nước

thải khu vực đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng.

7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỢNG BÙN, THÀNH PHẦN,

TÍNH CHẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI,

BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

1.1. Tổng quan về lượng bùn, thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý

bùn của trạm XLNT đô thị

1.1.1. Lượng bùn của trạm xử lý nước thải đô thị

Trong quá trình thu gom, vận chuyển và xử lý nước thải đều phát sinh bùn. Sơ

Nước thải sinh hoạt

Nước thải công nghiệp, dịch vụ

Nước mưa chảy tràn

Tiền xử lý

đồ nguồn phát sinh bùn từ HTTN đô thị được trình bày trong hình 1.1.

Nước thải đô thị

Bể tự hoại

Bùn bể tự hoại

Mạng lưới thoát nước

Bùn nạo vét từ MLTN

Xử lý sơ bộ

Rác, cát, ...

Xử lý bậc 1

Bùn sơ cấp

Nước thải sau bậc 1

Bùn thứ cấp

Xử lý bậc 2, 3

Xử lý bùn

Nước thải sau xử lý

Tái sử dụng hoặc thải bỏ

Xử lý tiếp hoặc xả ra nguồn

Hình 1.1. Sơ đồ phát sinh bùn xử lý nước thải đô thị.

Bùn phát sinh từ xử lý nước thải đô thị tại trạm xử lý gồm các loại bùn thải từ

xử lý sơ bộ, xử lý bậc 1 và xử lý bậc 2, 3.

8

Bùn từ quá trình xử lý sơ bộ như từ song chắn rác và bể lắng cát có thành phần

tương tự như trong bùn thải từ mạng lưới cống thoát nước chung, được xử lý cùng

với bùn cặn nạo vét của mạng lưới thoát nước.

Cặn lơ lửng trong nước thải lắng trong các bể lắng sơ cấp tạo thành bùn sơ cấp. Lượng bùn sơ cấp phát sinh được tính toán thông qua hàm lượng cặn lơ lửng có

trong nước thải và hiệu suất xử lý. Tổng lượng cặn lơ lửng trong nước thải tính cho

một người trong một ngày theo TCVN 7957-2008 [32] là 60÷65g/người/ngày, lượng

bùn khô chiếm 1% - 3%. Khoảng 25÷50 g cặn/người/ngày được giữ lại trong khâu

xử lý bậc 1 [12]. Lượng bùn phát sinh trong bể lắng sơ cấp vào khoảng 100 – 300 mg/L nước thải, chứa khoảng 70% chất hữu cơ [129].

Bùn từ quá trình xử lý bậc 2, 3 như bùn hoạt tính dư sau aeroten hoặc màng

sinh vật sau bể lọc sinh học, … bùn phát sinh này gọi là bùn thứ cấp. Bùn này được

giữ lại tại bể lắng đợt 2 với khối lượng là 8 ÷ 32g/người/ngày, thể tích bùn có thể đạt

tới 2,5 L/người/ngày phụ thuộc vào dây chuyền xử lý nước thải [20].20

Lượng bùn thải phát sinh phụ thuộc vào quá trình XLNT được trình bày ở

bảng 1.1 đã cho thấy lượng bùn trung bình sinh ra từ bể lắng hai vỏ hay bể lắng sơ

nước thải, từ hệ thống bùn hoạt tính 0,08 kg/m3

nước thải, từ hồ

cấp bằng 0,15 kg/m3

nước thải.

sinh học xử lý hiếu khí 0,01 kg/m3

Bảng 1.1. Bùn phát sinh từ trạm xử lý nước thải [91]

Bùn khô (kg/1000 m3) Khối công trình xử lý Giá trị (min –max) Giá trị thường gặp

Bể lắng sơ cấp hoặc bể lắng hai vỏ 110 - 170 150

Bể lắng đợt 2 sau bể aeroten 70 - 100 80

Bể lắng đợt 2 sau bể lọc sinh học 60 - 100 70 nhỏ giọt

Bùn hoạt tính từ hồ sinh học 80 - 120 100

Sục khí mở rộng 80 - 120 100

Lọc 10 - 20 15

Như vậy, bùn phát sinh từ quá trình xử lý sơ cấp có khối lượng lớn hơn so với

các quá trình xử lý khác. Tổng lượng bùn cặn sinh ra từ các công đoạn xử lý nước

9

thải ước tính bằng 5% đến 25% thể tích nước thải xử lý [5], nhưng quản lý bùn rất

phức tạp, chi phí thường từ 20% đến 60% tổng chi phí vận hành cho toàn trạm XLNT

[39].

Trong tương lai gần, khi nước thải tại các đô thị Việt Nam được thu gom và

vận chuyển đến trạm XLNT, cũng như khi các trạm XLNT theo quy hoạch thoát nước

được đưa vào vận hành hết công suất, lượng bùn phát sinh cần phải xử lý sẽ lớn hơn

rất nhiều. Nếu tính lượng chất rắn lơ lửng sinh ra cho một người là 60 g/người.ngày

[32], 80% tổng lượng nước thải phát sinh được thu gom xử lý tại các đô thị đến năm

2025 tầm nhìn đến năm 2050 [26]; dân số Việt Nam năm 2019 là 96,21 triệu người

với tỷ lệ đô thị hóa là 34,4%, theo dự báo dân số Việt Nam 2014 -2049 [31] thì khối

lượng bùn phát sinh dự báo ở các đô thị Việt Nam được tính toán phụ thuộc vào số

dân đô thị đấu nối nước thải với HTTN trình bày ở bảng 1.2.

Bảng 1.2. Dự báo khối lượng bùn phát sinh của các đô thị Việt Nam

phụ thuộc vào % số dân đô thị đấu nối nước thải vào HTTN

TT Thông số

Đơn vị

TLTK

Số liệu năm 2019

Số liệu năm 2024

Số liệu năm 2034

Số liệu năm 2044

Số liệu năm 2049

%

0,8

0,47

0,2

0,16

[31]

1

Tỷ suất tăng dân số bình quân hàng năm

2 Dân số cả nước

96,21

100,12

105,61

108,44

109,31

triệu người

3

%

34,4

39,3

46,6

54,1

57,7

[31]

Dân số đô thị

(4=2*3/100)

4

33,10

39,37

49,24

58,62

63,10

60,0

60,0

60,0

60,0

60,0

[32]

5

triệu người g/người /ngđ

%

80,0

80,0

80,0

80,0

80,0

[26]

6

1.588,6 1.889,8 2.363,5 2.813,8 3.028,8

7

tấn/ ngày

Chất rắn lơ lửng sinh ra Nước thải được thu gom xử lý Khối lượng bùn phát sinh khi 100% dân số đô thị đấu nối vào HTTN (7=4*5*6*/100)

10

TT Thông số

Đơn vị

TLTK

Số liệu năm 2019

Số liệu năm 2024

Số liệu năm 2034

Số liệu năm 2044

Số liệu năm 2049

Khối lượng bùn

phát sinh khi 80% dân số đô

8

1.270,9 1.511,8 1.890,8 2.251,0 2.423,0

thị đấu nối vào HTTN

(8=7*0,8)

Khối lượng bùn

phát sinh khi 60% dân số đô

9

953,2

1.133,9 1.418,1 1.688,3 1.817,3

thị đấu nối vào HTTN

(9=7*0,6)

Bảng 1.2 cho thấy dân số đô thị tăng và tỷ lệ đấu nối nước thải từ các hộ dân

vào HTTN tăng lên thì khối lượng bùn phát sinh từ xử lý nước thải cũng tăng theo.

1.1.2. Thành phần, tính chất bùn của trạm XLNT đô thị

Bùn phát sinh từ các quá trình XLNT có thành phần và tính chất khác nhau,

phụ thuộc vào loại HTTN, nguồn nước thải chảy đến trạm xử lý, dây chuyền công

nghệ XLNT đô thị và xử lý bùn của trạm xử lý. Thực tế, nước thải đầu vào mà các

trạm XLNT ở các đô thị Việt Nam tiếp nhận từ HTTN chung có nồng độ BOD thấp,

dao động từ 31mg/L đến 135mg/L và TN từ 11mg/L đến 44mg/L, trong khi thiết kế

thường lấy nồng độ BOD là 150 - 200 mg/L và giá trị TN 40-60 mg/L [19], [117].

Các số liệu vận hành các trạm XLNT đô thị cho thấy hầu hết nước thải các đô thị Việt

Nam đa số có tỷ lệ BOD5/TN thấp và nằm trong khoảng 1,6 ÷ 3,8, trong đó 86% trạm

XLNT đô thị có tỷ lệ BOD5/TN trong khoảng 1,6 ÷ 3 [100], nhỏ hơn mức tối thiểu

của nước thải đô thị nói chung BOD5/TN = 3÷8 [91]. Dẫn đến lượng bùn sinh ra trong

quá trình xử lý nước thải khá thấp, công suất các công trình, thiết bị xử lý bùn cặn

của trạm XLNT đô thị bị quá thừa và dẫn đến đầu tư không hiệu quả.

Kết quả phân tích thành phần, tính chất bùn của 2 trạm XLNT đô thị điển hình

Kim Liên và Trúc Bạch ở thành phố Hà Nội, có so sánh với kết quả trung bình của

11

bùn lấy từ đáy hồ kị khí của trạm XLNT Hòa Cường, Đà Nẵng và khoảng giá trị

thường gặp của các loại bùn sơ cấp, thứ cấp hay hỗn hợp bùn chưa xử lý tại các trạm

XLNT đô thị trên thế giới được trình bày ở bảng 1.3.

Bảng 1.3. Thành phần, tính chất bùn của các trạm XLNT [5]

Bảng 1.3 cho thấy bùn phát sinh từ các công đoạn xử lý khác nhau có thành

phần, tính chất khác nhau. Tại các trạm XLNT đô thị với công nghệ bùn hoạt tính,

bùn sơ cấp có độ ẩm dao động lớn từ 91% đến 99,7%, tỷ lệ VS/TS dao động là 56,32%

- 80,0%; bùn thứ cấp có độ ẩm 98,8% – 99,6%, tỷ lệ VS/TS dao động là 53,49% -

88,0%. Do thành phần chủ yếu là sinh khối của vi sinh vật, bùn thứ cấp có chứa hàm

lượng ni tơ, phốt pho và đạm cao hơn bùn sơ cấp, còn hàm lượng hydro cácbon, chất

béo thấp hơn bùn sơ cấp.

Do đặc thù của HTTN chung ở Hà Nội, Đà Nẵng và nhiều đô thị khác ở Việt

Nam (HTTN thu gom và vận chuyển chung nước thải sinh hoạt và nước mưa), trong

khi các đô thị trên thế giới chủ yếu dùng HTTN riêng nên độ ẩm của bùn sơ cấp tại

các trạm XLNT của Việt Nam có độ ẩm 96,9% - 99,7% cao hơn so với độ ẩm của

12

bùn sơ cấp tại các trạm XLNT trên thế giới chỉ nằm từ 91- 95%, tỷ lệ VS/TS của bùn

sơ cấp ở Việt Nam nằm trong khoảng 56,32% – 65,03% thấp hơn so với số liệu ở các

nước trên thế giới 60%-80%. Bùn tích lũy nhiều năm trong hồ kị khí ở Đà Nẵng có

hàm lượng hữu cơ thấp, VS/TS = 28,19% [75]. Đặc điểm này đòi hỏi phải cân nhắc

kỹ các yếu tố kinh tế - kỹ thuật, quy mô công suất của trạm xử lý, để đảm bảo rằng

việc áp dụng các hướng xử lý bùn, thu hồi tài nguyên là có hiệu quả. Mặt khác, đặc

điểm này cũng cho thấy cần cân nhắc cả hướng xử lý kết hợp bùn với các loại chất

thải giàu hữu cơ khác để tăng hiệu quả kinh tế.

Các chỉ tiêu kim loại nặng như Ni, Pb, Cu, Zn trong bùn của các trạm XLNT

đô thị đã khảo sát ở Hà Nội, Đà Nẵng so sánh với giới hạn quy định đối với đất nông

nghiệp nằm trong ngưỡng cho phép. Bùn cặn còn chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh. Mỗi gam chất khô bùn có thể chứa 106 vi khuẩn E. Coli, 102-103 vi khuẩn Salmonella, 102-104 virus Entero, 102-103 đơn bào Giardia, 102-103 trứng giun, sán các loại [6].

Bùn trạm XLNT đô thị có thành phần hữu cơ phân hủy được bằng phương pháp sinh

học tương đối cao (thông qua giá trị COD, tỷ lệ VS/TS là 53,5% – 69,5%, thành phần

hydrocarbon, đạm và chất béo), tỷ lệ C/N/P phù hợp cho quá trình ổn định kị khí.

Việc sử dụng bùn tươi làm phân bón hay thải bỏ đều không an toàn. Do đó, cần phải

xử lý bùn để ổn định, giảm mùi khó chịu và nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, giảm

lượng nước và khối lượng bùn ở mức tối thiểu.

1.1.3. Các phương pháp xử lý bùn của trạm XLNT đô thị trên thế giới và ở Việt

Nam

Một trong những ảnh hưởng chính của việc xử lý bùn là khối lượng bùn thải

ra lớn, độ ẩm của bùn cao, ngoài ra thành phần của bùn còn chứa nhiều các hợp chất

hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng, do đó nên kết hợp các phương pháp xử lý bùn

một cách tối ưu để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường và các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ

thuật.

Trên thế giới đã áp dụng nhiều phương pháp để xử lý bùn từ trạm XLNT. Tùy

thuộc vào đặc tính và lượng bùn, trong các trạm XLNT thường áp dụng một hoặc

nhiều công đoạn xử lý nối tiếp nhau trình bày trên hình 1.2.

Phương pháp làm đặc bùn (tách nước sơ bộ) nhằm giảm độ ẩm bùn để các

khâu xử lý tiếp theo diễn ra được ổn định, giảm khối tích các công trình cũng như tiết

13

kiệm hóa chất và năng lượng sử dụng trong quá trình xử lý. Chất rắn khô trong bùn

thường từ 1÷2% tăng lên 5÷6% sau khi làm đặc [131].

Đốt và thu nhiệt

Xử lý sơ bộ

Làm khô Khử nước Làm đặc Ổn định

- Sấy trực

tiếp

- Lắng - Keo tụ, lắng - Sấy gián - Đốt đa vùng - Đốt tầng

tiếp sôi

- Lưu trữ - Nghiền - Sàng - Tách cát - Sấy bằng

- Ly tâm - Ép băng tải - Ép dạng tấm - Sân phơi - Bãi lọc

- Vôi - Phân hủy kị khí - Phân hủy hiếu khí năng lượng mặt trời - Đốt cùng chất khác - Lò nung

- Tuyển nổi - Ly tâm - Băng tải - Trống quay - Trục vít

trồng cây - Hồ phơi, ổn định bùn - Ủ compost

Phương pháp phân hủy hiếu khí và phân hủy kị khí vẫn đang được áp dụng

Hình 1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý bùn tại các trạm xử lý nước thải [5].

phổ biến trên thế giới. Ở Châu Âu, 24/27 (89%) quốc gia xử lý bùn bằng phân hủy kị

khí và 20/27 (74%) quốc gia sử dụng phương pháp hiếu khí [76]. Phân hủy kị khí

được sử dụng phổ biến ở Tây Ban Nha, Anh, Ý, Phần Lan và Slovakia. Cộng hòa

Czech và Ba Lan đang sử dụng phổ biến công nghệ phân hủy hiếu khí. Ổn định bùn

bằng hóa chất nói chung ít phổ biến. Bên cạnh đó, ủ compost cũng được áp dụng ở

25/27 (93%) quốc gia Châu Âu [76]. Một số quốc gia như Đức, Pháp, Thụy Điển, Ý,

Bulgari, vv... áp dụng kết hợp phân hủy kị khí với ổn định bằng vôi. Từ năm 1990,

trên 20 trạm XLNT ở Đức đã áp dụng phương pháp phân hủy kị khí nhiều bậc, kết

hợp chế độ lên men ấm và nóng [76].

Phương pháp khử nước nhằm giảm độ ẩm, giảm thể tích bùn để dễ vận chuyển

và sử dụng. Sử dụng sân phơi bùn là phương pháp khử nước bùn cặn trong điều kiện

tự nhiên, nhờ cơ chế nén, bay hơi, thấm xuống đất. Bùn sau khi phơi chứa 20% - 25%

chất rắn khô [131]. Đối với các trạm có công suất lớn, không đủ diện tích đất xây

dựng sân phơi bùn hoặc những vùng khí hậu mưa nhiều, ... thường áp dụng các

phương pháp làm khô bùn bằng cơ học. Chất rắn khô chứa trong bùn đã tách nước có

thể đạt 25% – 35%, đôi khi lên đến hơn 50% [91], [131].

14

Muốn tiếp tục giảm độ ẩm của bùn xuống thấp hơn nữa, có thể sử dụng phương

pháp sấy bằng nhiệt. Ưu điểm của phương pháp này là giảm chi phí vận chuyển bùn,

tiêu diệt mầm bệnh, tăng khả năng lưu trữ bùn và dễ tiêu thụ hơn. Năng lượng cần

thiết để làm bay hơi nước được truyền cho bùn cặn nhờ chất dẫn nhiệt, thường là hơi

khí nóng. Hàm lượng chất rắn trong bùn khô khoảng 65% đến 95% phụ thuộc vào

bùn cấp vào và kỹ thuật sấy [39].

Những năm gần đây để giảm thiểu diện tích bãi chôn lấp, cũng như từ các yêu

cầu đối phó với tình trạng nóng lên của Trái đất thì phương pháp phân hủy kị khí tạo

sinh khối bùn ít và việc sử dụng lại bùn thải đang tăng dần. Phương pháp sử dụng bùn

thải hiệu quả chủ yếu như làm vật liệu xây dựng, nhiên liệu rắn, làm phân bón cho

nông nghiệp hay làm chất cải tạo đất.

Ở Châu Âu, tỷ lệ phân bố giữa các mục đích sử dụng bùn năm 2010 là 42%

cho nông nghiệp, 27% đốt, 14% chôn lấp và 16% cho các mục đích khác. Dự kiến

đến năm 2020, các tỷ lệ tương ứng sẽ là 44%, 32%, 7% và 16% [81]. Như vậy, tỷ lệ

bùn sử dụng trong nông nghiệp không thay đổi lớn, trong khi tỷ lệ bùn chôn lấp sẽ

giảm, và đốt bùn sẽ trở nên phổ biến hơn. Trên thực tế, phương pháp đốt đang được

áp dụng phổ biến tại Châu Âu, với 110 trạm xử lý năm 1995, tăng lên 370 trạm năm

1999 và lên tới 450 trạm năm 2012 [76]. Công nghệ đốt chủ yếu được áp dụng là lò

đốt tầng sôi. Ngoài ra, có thể dùng phương pháp đốt bùn ở lò đốt riêng, hay kết hợp

với lò đốt chất thải rắn, lò nung xi măng, nhà máy nhiệt điện, ổn định và sấy bùn bằng

năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, giải pháp công nghệ cao này đòi hỏi vốn đầu tư rất

lớn, và sẽ không có hiệu quả kinh tế nếu không có mô hình tổ chức tốt để tận thu

nhiệt sau đốt cung cấp cho các tổ hợp công nghiệp liền kề.

Hiện nay, HTTN ở các đô thị Việt Nam chủ yếu là hệ thống thoát nước chung

với XLNT bằng phương pháp sinh học trong đó công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính

là thông dụng hơn cả và phương thức xử lý bùn chủ yếu áp dụng tại các trạm XLNT

đô thị vẫn là khử nước và chở đi chôn lấp (hình 1.3).

15

Công nghệ XLNT Công nghệ xử lý bùn

Phân hủy kị khí Nén bùn Bể phản ứng theo mẻ (SBR)

Chôn lấp

c ọ h ơ c

Bùn hoạt tính truyền thống

ô h k m à L

AO, A2O

Kênh ôxy hóa

n ù b

Hồ hiếu khí Hồ kị khí

i ơ h p

n â S

Bể lắng hai vỏ + Lọc nhỏ giọt + Hồ sinh học

SBR + Hồ sinh học Compost

Hình 1.3. Công nghệ xử lý bùn tại các trạm XLNT đô thị ở Việt Nam.

Nhiều thành phố hiện nay đang gặp khó khăn trong việc bố trí diện tích chôn

lấp bùn thải từ trạm XLNT. Một số ít trạm xử lý có sản xuất phân vi sinh từ bùn: sau

khi làm khô và ổn định bùn bằng sân phơi bùn (trạm XLNT Đà Lạt), sau khi làm khô

bùn cơ học (trạm XLNT Bình Hưng, thành phố Hồ Chí Minh). Tuy nhiên thị trường

tiêu thụ phân vi sinh, cũng như ô nhiễm không khí do mùi, là các vấn đề nan giải của

giải pháp này.

Bùn từ trạm XLNT đô thị chứa một lượng lớn chất hữu cơ, có thể phân hủy

được bằng phương pháp sinh học, cũng như các hợp chất chứa N và P có thể là tài

nguyên có giá trị. Thu gom, xử lý bùn bằng phương pháp kị khí để thu hồi biogas,

tiến tới xử lý kết hợp bùn của trạm XLNT với các dòng chất thải giàu hữu cơ, là

hướng đi cần cân nhắc khi lựa chọn công nghệ và định hướng quy hoạch quản lý chất

thải đô thị. Khí tạo thành có thể sử dụng làm nhiên liệu, như dùng để phát điện, đảo

16

trộn bể phản ứng, nhiệt năng được dùng để ổn nhiệt bể mê tan, gia nhiệt cho bùn thô,

sấy bùn đã phân hủy, cho phép tiết kiệm được tới 40% - 80% nhu cầu năng lượng của

trạm xử lý [43]. Bùn sau quá trình lên men có thể được sử dụng làm phân bón, chất

cải tạo đất, sản xuất nhiên liệu đốt, vật liệu xây dựng sẽ đem lại lợi ích kinh tế hơn so

với bùn được đem đi chôn lấp.

1.2. Tổng quan về lượng bùn, thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý

bùn bể tự hoại

1.2.1. Lượng bùn bể tự hoại

Hiện tại cũng như trong tương lai gần, bể tự hoại vẫn sẽ đóng vai trò quan

trọng trong thoát nước đô thị, xử lý sơ bộ nước thải từ các khu vệ sinh (nước đen) của

các hộ gia đình, cơ quan, … trước khi xả vào HTTN đô thị. Phần lớn các chất ô nhiễm

của nước thải sinh hoạt chứa trong nước đen, chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh

và cặn lơ lửng. Lượng cặn thải ra theo đầu người thường dao động trong khoảng 100

÷ 400 gam trọng lượng ướt/người/ngày, tùy theo tập quán sinh hoạt và chế độ dinh

dưỡng. Lượng bùn tích lũy trong bể tự hoại 30 ÷ 40 L/người/năm [1].

Lượng bùn bể tự hoại thải ra môi trường hàng năm với số lượng lớn. Một số

đề tài nghiên cứu đã thu thập thông tin về lượng bùn bể tự hoại phát sinh và lượng

bùn bể tự hoại được thu gom tại các thành phố lớn như thành phố Hà Nội, thành phố

Hồ Chí Minh và Hải Phòng cho thấy: lượng bùn bể tự hoại được hút tại các hộ gia

đình chiếm 38% - 67% tổng lượng bùn cần hút và tần suất hút bùn bể tự hoại quá lâu,

trung bình các hộ gia đình từ 4 - 6 năm [2]. Theo báo cáo của Cục Hạ tầng kỹ thuật

(2017) [7] khi xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia về phát sinh, thu gom và xử lý bùn

thải tại Việt Nam cho thấy lượng bùn bể tự hoại phát sinh ở các đô thị khá nhiều, từ

50.000 m3/năm tới 218.490 m3/năm. Tuy nhiên, lượng bùn bể tự hoại thu gom ở các

đô thị cũng rất hạn chế, tỷ lệ thu gom trung bình chỉ đạt 32% và khoảng 4% lượng

bùn bể tự hoại được xử lý [7].

Theo báo cáo của Hà Nội Urenco (2014) [11], tổng lượng phân bùn phát sinh

từ bể tự hoại ở Hà Nội là 500 - 700 tấn/ngày, trong đó khu vực nội thành khoảng 300

tấn/ngày, thu gom xử lý khoảng 10%. Số liệu thống kê cho thấy khối lượng bùn bể

17

tự hoại được hút hiện nay là rất lớn. Biện pháp xử lý bùn hiện nay chủ yếu là chôn

lấp hoặc xả thẳng ra HTTN chung. Nếu lượng bùn bể tự hoại này không được xử lý,

xả thẳng ra môi trường sẽ là nguồn ô nhiễm môi trường, là nguồn phát tán các mầm

bệnh, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Tuy nhiên, nếu lượng bùn bể tự hoại này

được xử lý sẽ cho phép thu hồi một lượng tài nguyên đáng kể là biogas phục vụ sản

xuất điện năng, nhiệt năng hoặc phân bón cho cây trồng. Nghiên cứu về thành phần,

tính chất của bùn bể tự hoại sẽ làm rõ hơn những giá trị của nguồn tài nguyên này.

1.2.2. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại

Trong bể tự hoại diễn ra quá trình lắng cặn và lên men cặn lắng. Các chất hữu

cơ trong nước thải và bùn cặn đã lắng, chủ yếu là các hydrocacbon, đạm, béo, …

được phân hủy bởi các vi khuẩn kị khí và các loài nấm men. Chất không tan chuyển

thành chất tan và chất khí. Hiệu suất xử lý chất hữu cơ theo BOD và COD trong bể

tự hoại thường đạt trung bình 25% ÷ 45% [1].

Bùn được hút ra từ bể tự hoại có thành phần tính chất khác nhau, phụ thuộc

vào các yếu tố như loại nước thải, kích cỡ và cấu tạo bể, chế độ dinh dưỡng và sinh

hoạt của người sử dụng, chế độ hút bùn, đặc điểm trang thiết bị vệ sinh và dụng cụ

sinh hoạt trong gia đình,… Tuy nhiên đặc điểm chính của các loại bùn bể tự hoại là

độ ẩm lớn, thành phần dinh dưỡng như chất hữu cơ, ni tơ, phot pho, kali,… cao, có

mùi khó chịu và còn nhiều vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán.

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới vẫn sử dụng bể tự hoại để xử lý cục bộ nước

thải. Các chỉ tiêu đặc trưng của bùn bể tự hoại ở một số nước trên thế giới được thể

hiện qua giá trị nhỏ nhất, lớn nhất và trung bình trình bày ở bảng 1.4.

Bảng 1.4 cho thấy pH của bùn bể tự hoại ở các nước khác dao động trong

khoảng 7 - 9, giá trị COD thay đổi rất lớn từ 5.000 mg/L đến 32.000 mg/L, TN từ 97

mg/L đến 340 mg/L và TP cũng dao động rất lớn từ 155 mg/L đến 1.200 mg/L. Tại

Việt Nam, kết quả phân tích thành phần, tính chất của 60 mẫu bùn bể tự hoại lấy tại

khu vực Hà Nội trong khuôn khổ dự án PURR năm 2015-2017 giữa IESE, Đại học

Xây dựng với EAWAG, Thụy Sỹ cho thấy giá trị của TS dao động rất lớn từ 1.720

mg/L đến 74.850 mg/L, tỷ lệ VS/TS dao động từ 47,48% đến 87,74%, COD từ 2.833

18

mg/L đến 83.833 mg/L, TN từ 182 mg/L đến 3.954 mg/L và TP dao động rất lớn từ

27 mg/L đến 2.490 mg/L. Như vậy tính chất của bùn bể tự hoại rất khác nhau phụ

thuộc vào khu vực sống, điều kiện sống của mỗi quốc gia.

Bảng 1.4. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại tại một số nước

TT Chỉ tiêu Đơn vị Mỹ* Việt Nam** Nhật Bản* Thái Lan*

pH - - 7 – 9 7 – 8 6,1 – 8,6 Châu Âu, Canada* - 1

25.000 - 5.000 - 1.720 - 2 TS mg/L 34.106 33.800 32.000 25.400 74.850

3.300 - 1.010 - 3 VS mg/L 23.100 31.600 - 19.300 50.900

18.000 - 3.700 - 1.380 - 4 TSS mg/L 12.862 45.000 24.000 24.100 66.970

50 - 70% 3.000 - 890 – 5 VSS mg/L 0,027 29.900 của TSS 18.000 43.660

8.000 - 5.000 - 2.833 - 6 COD mg/L 31.900 28.975 15.000 32.000 83.833

97 - - 250 - 340 182 – 3.954 7 NH3-N mg/L

8 TP mg/L 210 155 - 27 – 2.490 800- 1.200

Ghi chú: *: nguồn [1]; **: kết quả phân tích thành phần, tính chất bùn bể tự hoại trong

khuôn khổ dự án PURR giữa IESE với EAWAG, Thụy Sỹ, nghiên cứu sinh đã trực

tiếp tham gia thực hiện và sử dụng kết quả cho luận án.

Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Phương Thảo (2016) [34] cho thấy thành

phần, tính chất của bùn bể tự hoại ở Hà Nội năm 2012, giá trị COD dao động rất lớn

từ 15.600 mg/L đến 79.500 mg/L, TN từ 80 mg/L đến 1.689 mg/L và TP dao động từ

82 mg/L đến 678 mg/L. Như vậy, bùn bể tự hoại ở Việt Nam có hàm lượng COD và

VS/TS cao, mặc dù bùn trong bể tự hoại có khi hơn 10 năm mới hút, họ chỉ hút khi

gặp các vấn đề như tắc, tràn nước, mùi hôi, sửa nhà (hình 1.4).

19

Chu kỳ hút T đến 5 năm

70000

Chu kỳ hút T từ 5 đến 10 năm

60000

47693

Chu kỳ hút T trên 10 năm

50000

36980

40000

30606

30000

20000

10000

1590

1201

1072

709

382

340

0

mg/L

COD, mg/L

TN, mg/L

TP, mg/L

Hình 1.4. Giá trị COD, TN và TP (mg/L) của bùn bể tự hoại với

chu kỳ hút khác nhau ở Hà Nội.

(Nguồn: kết quả phân tích thành phần, tính chất bùn bể tự hoại trong khuôn khổ dự án PURR năm 2105 – 2017 giữa IESE, trường Đại học Xây dựng với EAWAG, Thụy

Sỹ, nghiên cứu sinh đã trực tiếp tham gia thực hiện và sử dụng kết quả cho luận án.)

Hình 1.4 cho thấy, với chu kỳ hút khác nhau, giá trị COD trung bình trong bùn

bể tự hoại vẫn còn cao, COD trong bể có chu kỳ hút từ 10 đến 20 năm là 47.693 mg/L,

trong bể có chu kỳ hút đến 10 năm là 30.606 mg/L; tỷ lệ VS/TS của bùn bể tự hoại

có chu kỳ hút đến 5 năm là 70,45%, chu kỳ hút đến 10 năm là 72,61% và chu kỳ hút

đến 20 năm là 71,37%. Hàm lượng VS của bùn bể tự hoại vẫn còn cao, tỷ lệ VS/TS

Chu kỳ hút T đến 5 năm

72.61

80.00

71.37

Chu kỳ hút T từ 5 đến 10 năm

70.45

Chu kỳ hút T trên 10 năm

60.00

37.61

40.00

26.93

26.52

24.75

18.77

17.77

20.00

0.00

cao và không thay đổi nhiều so với các chu kỳ hút khác nhau (hình 1.5).

TS, g/L

VS, g/L

VS/TS, %

Hình 1.5. Giá trị TS và VS (g/L), VS/TS (%) của bùn bể tự hoại với chu kỳ hút khác nhau ở Hà Nội.

20

(Nguồn: kết quả phân tích thành phần, tính chất bùn bể tự hoại trong khuôn khổ dự

án PURR năm 2015 – 2017 giữa IESE, trường Đại học Xây dựng với EAWAG, Thụy

Sỹ, nghiên cứu sinh đã trực tiếp tham gia thực hiện và sử dụng kết quả cho luận án.)

Nhiều nghiên cứu đã cho thấy chất thải có thành phần hữu cơ cao có thể xử lý

bằng phương pháp sinh học kị khí [22], [18], [61], [91]. Bùn bể tự hoại với thành

phần chất hữu cơ cao như trên, có thể áp dụng phương pháp sinh học kị khí để ổn

định, phân hủy chất hữu cơ trong phân bùn, đồng thời thu hồi khí CH4 sinh ra. Bên

cạnh đó, cần lưu ý, bùn bể tự hoại cũng chứa nhiều chất rắn, hàm lượng TN cao, và

nhiều vi sinh vật gây bệnh. Bùn bể tự hoại chứa 600 – 6.000 trứng giun sán/L,

Coliforms 1x 105 CFU/100 mL [83].

1.2.3. Các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại trên thế giới và ở Việt Nam

Trên thế giới, phương pháp xử lý bùn bể tự hoại có thể kết hợp hai hay nhiều

phương pháp xử lý khác nhau phụ thuộc vào điều kiện và mục tiêu xử lý của từng

vùng. Thông thường việc xử lý bùn bể tự hoại có thể thực hiện theo các phương thức:

Sân phơi bùn không trồng cây; Bãi lọc có trồng cây; Ao phơi bùn; Bể lắng/ nén bùn;

Hồ sinh học ổn định bùn; Phân hủy kị khí; Xử lý chung với nước thải tại trạm XLNT;

Ủ kết hợp với rác thải hữu cơ; Đốt; Ổn định bằng hóa chất (vôi); Xử lý chung với bùn

từ trạm XLNT.

Xử lý bùn bể tự hoại có thể kết hợp hoặc tách riêng với XLNT đang được thực

hiện ở các nước như Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Argentina, Ghana, Benin,

Bostwana, Nam Phi. Các công nghệ xử lý đã sử dụng gồm có bể lắng bùn hoạt động

gián đoạn, ao ổn định kị khí, kết hợp ủ với rác sinh hoạt hữu cơ, sục khí tăng cường

tiếp theo là ao xử lý cuối cùng. Ở Mỹ, đa số bùn bể tự hoại được xử lý cùng với nước

thải trong trạm XLNT.

Tại Nhật Bản đã áp dụng hệ thống SAN Tre-Cycling để xử lý và tái chế phân

bùn, có thể xử lý các loại bùn hữu cơ tỷ trọng cao bao gồm: phân tươi từ các công

trình vệ sinh, bùn Jokaso, bùn bể tự hoại, bùn cống, bùn thức ăn công nghiệp, rác nhà

bếp, phế thải động vật và bùn từ các trạm XLNT [33].

21

Ở Việt Nam, tại các đô thị, 94% dân số có công trình vệ sinh hộ gia đình.

Khoảng 90% hộ gia đình sử dụng bể tự hoại và chỉ 4% lượng bùn bể tự hoại được xử

lý [19]. Công ty Urenco có thu gom và xử lý kết hợp một phần bùn bể tự hoại và rác

hữu cơ (ủ phân compost) để sản xuất phân vi sinh. Bùn bể tự hoại được đưa về xử lý

cùng rác thải hữu cơ để làm phân compost (nhà máy chế biến phân hữu cơ Cầu Diễn,

Hà Nội, nhà máy Thụy Phương, thành phố Huế, …), xử lý cùng bùn trạm XLNT

(trạm XLNT Bình Hưng, thành phố Hồ Chí Minh; trạm XLNT Bãi Cháy, Quảng

Ninh; …) hoặc cùng bùn thải HTTN đô thị (khu xử lý bùn thải Tràng Cát, Hải Phòng),

tuy nhiên số lượng này không nhiều (bảng 1.5).

Bảng 1. 5. Xử lý bùn bể tự hoại tại một số thành phố ở Việt Nam [19]

Thành phố Công trình, quy trình xử lý Hiện trạng

Xử lý được 10 - 30 m3/ngày (hầu hết là phân bùn nhà vệ sinh công cộng do

Trạm xử lý Cầu Diễn: chủ yếu

xử lý rác thải.

Xử lý bùn bể tự hoại: hiện có 2 công ty Môi trường Đô thị Hà Nội nạo vét) trên tổng số 500m3 phát sinh mỗi ngày. Phương án (1) không hiệu

Hà Nội giải pháp xử lý: (1) phối trộn quả, phương án (2) có hiệu quả thấp.

với chất thải hữu cơ để sản xuất phân vi sinh; (2) phân hủy yếm Bùn thải sau khi lắng được mang đi chôn lấp.

khí/ Lắng. Bùn bể trự hoại mà các đơn vị tư

nhân nạo vét bị đổ trái phép vào cống

thoát nước hoặc ra môi trường.

Trạm xử lý bùn Tràng Cát: xử

lý bùn bể tự hoại và bùn Công ty Thoát nước Hải Phòng thu gom 30 – 50 m3 bùn/ngày bao gồm cả nạo vét định kỳ bể tự hoại hộ gia đình

Hải Phòng

mương/ cống thoát nước. Quy trình xử lý: phơi bùn - ủ vi sinh (với thiết bị trộn cơ khí) – sàng – bổ sung phụ gia – đóng gói để bán. Chất thải còn lại được chôn lấp ở bãi chôn lấp.

và nạo vét theo yêu cầu của khách hàng. Bùn thải sau xử lý/ ủ vi sinh được giữ lại ở trạm. Hiệu quả thương mại thấp. Bùn bể tự hoại mà các đơn vị tư nhân nạo vét đổ vào cống thoát nước hoặc ra môi trường.

22

Thành phố Công trình, quy trình xử lý Hiện trạng

Bài chôn lấp Khánh Sơn: xử lý

bùn bể tự hoại. Công suất tiếp nhận hiện nay là 50 m3 Đà Nẵng Quy trình xử lý: Lắng. Bùn thải bùn bể tự hoại mỗi ngày. sau khi lắng được bơm vào bãi

chôn lấp.

Bãi chôn lấp Đông Thạch: xử Công suất xử lý: 150 m3 phân bùn từ

lý bùn bể tự hoại. nhà vệ sinh/ ngày. Hồ Chí Quy trình xử lý: Bể chứa bùn – Một phần bùn bể tự hoại mà các đơn Minh Phơi bùn/ tách nước bùn cơ vị tư nhân nạo vét đổ trái phép vào

học - ủ vi sinh – tiêu thụ. cống thoát nước và ra môi trường.

Bùn bể tự hoại được xử lý ở Lượng bùn tiếp nhận từ 2 - 3 xe (tải nhà máy XLNT. Bùn sau khi Đà Lạt trọng 5 – 9 m3)/ ngày được xử lý ở làm khô được ủ vi sinh và bán nhà máy XLNT. ra thị trường để cải tạo đất.

Bùn bể tự hoại được xử lý ở Lượng bùn tiếp nhận từ 2 – 3 xe (tải Buôn Ma nhà máy XLNT. trọng 5 – 9 m3)/ ngày được xử lý ở Thuột Một phần bùn bể tự hoại được nhà máy XLNT. ủ ở các vườn cà phê.

Các trạm thu gom và xử lý bùn bể tự hoại không đủ đáp ứng khối lượng rất

lớn hiện nay ở các đô thị. Trên thực tế ở nhiều đô thị, bùn bể tự hoại sau khi hút

thường được đổ thẳng ra bãi chôn lấp cùng với các loại rác thải đô thị và các loại bùn

cặn cống khác hoặc xả trực tiếp vào các hồ nuôi cá, sử dụng trực tiếp để bón cho các

loại rau quả. Nhiều doanh nghiệp tư nhân sau khi hút bùn bể tự hoại còn xả thẳng vào

cống thoát nước thành phố. Điều này không những gây ô nhiễm môi trường mà còn

là nguy cơ tác động trực tiếp tới sức khoẻ cộng đồng.

Các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại có những ưu, nhược điểm riêng được

trình bày ở bảng 1.6.

23

Bảng 1. 6. Ưu, nhược điểm của các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại trên thế giới và ở Việt Nam [1], [33], [83], [134]

Công nghệ Ưu điểm Nhược điểm

Sân phơi bùn, chôn lấp. - Đơn giản. - Giá thành rẻ.

Phương pháp xử lý Phương pháp cơ học Thi công đơn giản

- Tốn diện tích. - Ô nhiễm môi trường không khí. Ô nhiễm môi trường không khí.

Bể lắng/ nén bùn, sân phơi bùn, chôn lấp. Bãi lọc trồng cây. - Đơn giản. - Giá thành rẻ.

Yêu cầu bảo trì thấp.

Hồ sinh học ổn định bùn.

Ủ compost kết hợp cùng chất thải thực phẩm. Sản phẩm tạo thành làm phân bón cho cây trồng.

Phương pháp sinh học

Ủ kị khí

- Tốn diện tích. - Ô nhiễm môi trường không khí. - Tốn diện tích. - Ô nhiễm môi trường không khí. - Vận hành phức tạp (tỷ lệ phối trộn bùn bể tự hoại:chất thải thực phẩm; sục khí vào đống ủ...). - Chưa tiêu diệt được triệt để mầm bệnh. - Tốn năng lượng để sục khí. - Ô nhiễm môi trường không khí. - Vận hành phức tạp (khó thu gom biogas so với các bể phân hủy kị khí)

- Công nghệ còn mới, cần nghiên cứu làm chủ công nghệ.

Phân hủy kị khí kết hợp với bùn từ trạm XLNT, rác hữu cơ,...

- Tạo ra biogas để sản xuất điện, nhiệt năng - Sản phẩm tạo thành làm phân bón cho cây trồng - Tạo ra biogas để sản xuất điện năng, nhiệt năng. - Sản phẩm sau xử lý làm phân bón cho cây trồng.

24

Phương pháp xử lý bùn bằng chôn lấp không tận dụng được các nguồn tài

nguyên trong bùn mà còn gây quá tải các bãi chôn lấp và gây ô nhiễm môi trường.

Công nghệ ủ compost ở chế độ hiếu khí có chi phí đầu tư xây dựng cao, chi phí vận

hành cao là do tiền điện (thổi khí cưỡng bức) và máy móc thiết bị đảo trộn, chi phí

vận chuyển cao và sản phẩm đầu ra vẫn chưa được thị trường đón nhận rộng rãi.

Phương pháp xử lý kị khí, là giải pháp đầy hứa hẹn, không chỉ cho phép xử lý bùn

mà còn tạo ra sản phẩm là biogas, phục vụ cho sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng.

Đồng thời, phương pháp này không tốn diện tích, cho phép giảm thiểu thể tích bùn

và tiêu diệt các mầm bệnh.

1.3. Tổng quan các nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn của trạm XLNT và bùn

bể tự hoại

1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới

Phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ trong môi trường kị khí (AD) để tận

thu năng lượng dưới dạng khí sinh học (biogas) được biết đến từ giữa thế kỷ IXX và

được nghiên cứu từ những năm đầu của thế kỷ XX [49]. Phương pháp phân hủy kị

khí xử lý được cả chất thải dạng rắn và dạng lỏng, đồng thời tạo ra nguồn năng lượng

xanh là khí mê tan. Vì vậy phương pháp này được áp dụng ở nhiều nhà máy XLNT

trên thế giới khi kết hợp xử lý hai hay nhiều cơ chất khác nhau [51]. Ứng dụng công

nghệ phân hủy kị khí các chất thải đã mang lại hiệu quả thu hồi năng lượng cao, giảm

thể tích bùn [55].

Phân hủy kị khí kết hợp không chỉ đẩy nhanh quá trình thủy phân và sản sinh

khí sinh học mà nó còn mang lại nhiều lợi ích khác như pha loãng các hợp chất độc

hại của cơ chất; cung cấp các chất dinh dưỡng còn thiếu; hiệu ứng đồng vận của vi

sinh vật; tăng tải trọng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học; lợi ích kinh tế của

việc chia sẻ thiết bị; và tăng năng suất khí sinh học [96], [115]. Theo tính toán tiềm

năng sinh khí sinh học, bất kỳ loại sinh khối nào chứa các thành phần chính như

carbohydrate, protein, chất béo, cellulose và hemicellulose đều có thể làm cơ chất

cho AD [56], [132] hay các cơ chất có hàm lượng VS cao và hàm lượng các chất

không có khả năng phân hủy sinh học thấp là các cơ chất phù hợp cho xử lý bằng

phân hủy kị khí [53].

25

Trên Thế giới, đã có nhiều công trình và nghiên cứu về xử lý kị khí chất hữu

cơ từ các nguồn khác nhau: nghiên cứu về xử lý kị khí từ nhiều nguồn chất thải hữu

cơ khác nhau ở chế độ lên men ấm [52]; nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn trạm

XNLT và rác hữu cơ [66]; nghiên cứu sự ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ (OLR)

khi phân hủy kị khí kết hợp giữa rác thải đô thị và bùn hoạt tính của trạm XLNT, quá

trình vận hành khi OLR bằng 8,0 kgVS/m3.ngày sinh khí mê tan nhiều nhất là

2,94m3/m3.ngày với thời gian lưu thủy lực 15 ngày [85]; hệ thống kị khí đã được sử

dụng để phân hủy kết hợp bùn trạm XLNT đô thị với nước hành từ quá trình chế biến

hành [110]; nghiên cứu xử lý kị khí bùn từ trạm XLNT ở chế độ lên men ấm cho

thành phần khí mê tan sinh ra chiếm tỷ lệ 59% trong biogas với bùn tươi và 46,1%

với bùn lưu giữ lâu ngày, và khi xử lý kết hợp bùn trạm XLNT với chất thải nông

nghiệp sẽ làm tăng sản lượng biogas [124]; nghiên cứu phân hủy kị khí bùn sơ cấp,

loại bỏ 50 – 55% chất hữu cơ và thu được 0,85 – 1,2 Nm3 biogas trên 1kg chất hữu

cơ [81]; xử lý kết hợp bùn trạm XLNT với chất thải rắn hữu cơ trên mô hình pilot tại

Đức, Thụy Sỹ [59]; và tại Đan Mạch cũng tiến hành nghiên cứu đầu tiên về xử lý kị

khí kết hợp bùn trạm XLNT với chất thải nông nghiệp [4]; xử lý kết hợp kị khí bùn

trạm XLNT với chất thải từ chế biến gia cầm (có hàm lượng lipids và ammonia cao);

các kết quả nghiên cứu tại trạm xử lý kị khí kết hợp bùn trạm XLNT và rác hữu cơ

quy mô công nghiệp tại Velenje, Slovenia cho thấy năng lượng sinh ra và hiệu suất

quá trình xử lý cao hơn so với xử lý riêng rẽ từng loại chất thải [137].

Labatut và các cộng sự (2011) [80] đã thực hiện hơn 175 thí nghiệm về tiềm

năng sinh khí mê tan và khả năng phân hủy sinh học ở điều kiện lên men ấm (35±10C)

với hơn 30 cơ chất hữu cơ, bao gồm cả mẫu đơn và mẫu đồng phân hủy. Kết quả cho

thấy khi đồng phân hủy kị khí với các cơ chất có khả năng phân hủy dễ sẽ tăng hiệu

suất sinh khí mê tan so với sự phân hủy của các cơ chất riêng biệt.

Theo U.S. EPA (1994) [119] các nghiên cứu được thực hiện ở Lebanon, Ohio

đã thí nghiệm để đánh giá hiệu quả sự phân hủy kị khí của phân bùn riêng, cũng như

sự phối trộn của phân bùn với bùn sơ cấp: Kết quả của nghiên cứu khi phối trộn phân

bùn với bùn sơ cấp không có ảnh hưởng bất lợi đến quá trình phân hủy. Quá trình

26

phân hủy kị khí trong điều kiện lên men ấm 32 - 350C, với SRT 30 ngày, sản lượng

trung bình biogas sinh ra từ quá trình phân hủy kị khí của phân bùn thấp hơn 9% so

với bùn sơ cấp, sự giảm chất rắn dễ bay hơi của phân bùn được phân hủy cũng thấp

hơn 25% so với bùn sơ cấp trong quá trình thí nghiệm, điều này có thể do phân bùn

đã được ổn định một phần nhờ quá trình kị khí xảy ra khi được lưu giữ trong bể tự

hoại.

Xử lý kết hợp các dòng chất thải bằng phân hủy kị khí đã mang lại hiệu suất

loại bỏ chất hữu cơ cao, tăng hiệu suất sinh khí mê tan so với khi chỉ xử lý riêng rẽ

từng loại chất thải.

Như vậy, trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu nhưng phần lớn là nghiên

cứu xử lý kị khí các loại bùn của trạm XLNT, xử lý kị khí kết hợp bùn của trạm

XLNT với rác hữu cơ, phân gia súc, chất thải nông nghiệp, ....; nghiên cứu xử lý kị

khí kết hợp bùn bể tự hoại với rác hữu cơ ở cả chế độ lên men ấm và lên nóng. Các

báo cáo kết quả nghiên cứu về phân hủy kị khí kết hợp bùn bể tự hoại và bùn của

trạm XLNT để thu hồi năng lượng khí sinh học còn hạn chế.

1.3.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam

Ở Việt Nam, phương pháp phân hủy kị khí được nghiên cứu và thực hiện trong

khoảng 50 năm qua để xử lý chất thải, thu hồi biogas được thực hiện chủ yếu với quy

mô hộ gia đình và hiện nay đã được triển khai ở quy mô lớn hơn tại một số địa

phương, sử dụng nguồn thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm: hệ thống XLNT sử

dụng phương pháp phân hủy kị khí được áp dụng tại nhà máy sản xuất tinh bột mỳ

Sơn Hải, tỉnh Quảng Ngãi để thu biogas phục vụ để đốt lò cấp nhiệt cho sấy sản phẩm;

xử lý nước thải thủy sản thu hồi biogas tại nhà máy sản xuất thủy sản Thuận An tại

An Giang tạo năng lượng từ biogas, đồng thời bán chứng chỉ giảm phát thải từ việc

thu lượng khí CO2; xử lý rác bằng công nghệ kị khí tại An Giang để thu hồi biogas

phát điện 1,551 MWh/năm và sản xuất phân bón [4]. Bên cạnh đó cũng đã có một số

tác giả, nhóm nghiên cứu thực hiện các nghiên cứu về xử lý kị khí:

Nghiên cứu của Trần Đức Hạ và Nguyễn Văn Tín (2005) [14] về XLNT các

nhà máy bia theo mô hình lọc ngược kị khí – Aeroten hoạt động gián đoạn cho thấy

27

hiệu quả khử BOD trong nước thải có thể đạt tới 95%, hệ thống hoạt động ổn định,

giá thành hạ và tiết kiệm diện tích đất xây dựng.

Nghiên cứu của Nguyễn Việt Anh (2007) [1] về xử lý kị khí nước thải bằng

bể Bastaf cho các loại nước thải khác nhau, hiệu suất xử lý cao, ổn định. Hiệu suất

xử lý trung bình theo COD, BOD5 và TSS tương ứng là 75-90%, 70-85% và 75-95%.

Nghiên cứu của Nguyễn Thu Huyền (2010) [17] nghiên cứu giải pháp nâng

cao hiệu quả quản lý phân bùn bể tự hoại cho các đô thị Việt Nam – nghiên cứu điển

hình cho thành phố Hà Nội, nghiên cứu đã đưa ra giải pháp ủ hiếu khí phối trộn phân

bùn với chất rắn hữu cơ để sản xuất phân compost, cụ thể như tỷ lệ phối trộn thích

hợp giữa chất thải rắn hữu cơ và phân bùn bể tự hoại sau tách nước là 4:1, nhiệt độ

đống ủ đạt 600C – 800C từ 6 – 8 ngày. Tuy nhiên phương pháp ủ compost, phân bùn

bể tự hoại cần được tách nước trước khi ủ phối trộn và cần cấp khí trong quá trình ủ,

ngoài ra còn phát sinh nước rỉ rác, mùi và khí CO2 ra môi trường xung quanh.

Nghiên cứu của Nguyễn Phước Dân và Lê Hoàng Nghiêm (2011) [10]

nghiên cứu các giải pháp công nghệ và quản lý bùn thải từ các trạm XLNT sinh hoạt

tập trung trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh, trong đó thí nghiệm phân hủy kị khí

bùn để xác định sản lượng khí sinh học sinh ra được thực hiện trong điều kiện nhiệt

độ phòng thí nghiệm và khuấy trộn rất ít (1 phút một ngày), kết quả nghiên cứu đã

thu được sau 60 ngày phân hủy kị khí của bùn lấy tại bể lắng thứ cấp của trạm XLNT

sinh hoạt Công viên phần mềm Quang Trung với độ ẩm của bùn 96,5-96,6%, VS của

bùn 53,1-59,6% thì hiệu suất giảm VS là 22,84% và thu được 1378,0 mL biogas/L

bùn, trong đó thể tích khí CH4 là 870,5 mL/L bùn chiếm 63,2% tương ứng thu được

45,82 mL khí CH4/gVS bùn vào. Kết quả nghiên cứu phân hủy kị khí của bùn lấy tại

bể chứa của trạm XLNT sinh hoạt khách sạn New World có độ ẩm 96,3 - 96,7%, VS

của bùn 65,3 - 69,6%, sau 28 ngày phân hủy kị khí thì hiệu suất VS giảm 10,16%, và

sau 38 ngày phân hủy thu được 2227,0 mL biogas/L bùn với thể tích khí CH4 là

1493,5 mL/L bùn chiếm 62,5% tương ứng thu được 67,3 mL khí CH4/gVS bùn vào.

Nghiên cứu của Trần Văn Quang và cộng sự (2012) [23], nghiên cứu hiện

trạng sử dụng, quản lý bể tự hoại và phân bùn bể phốt ở các hộ gia đình tại thành phố

28

Đà Nẵng, kết quả nghiên cứu đã cho thấy quá trình sử dụng, vận hành và quản lý bể

tự hoại chưa được chú trọng: 100% hộ dân được hỏi không biết bùn bể tự hoại sau

khi hút được chở đi đâu, 86,2% người dân đồng ý sử dụng phân bùn bể tự hoại làm

phân bón. Nghiên cứu cũng đã xác định thành phần, tính chất phân bùn bể tự hoại

chứa nhiều chất hữu cơ nồng độ cao và các chất dinh dưỡng như giá trị COD dao

động từ 2.550 đến 64.400 mg/L, giá trị BOD5 dao động từ 389 mg/L đến 24.800

mg/L, TN trung bình là 2.706 mg/L và TP là 971 mg/L. Nghiên cứu cũng đã tiến hành

nghiên cứu thử nghiệm 3 mô hình theo hướng tận dụng phân bùn bể tự hoại trên quy

mô phòng thí nghiệm: mô hình làm phân hữu cơ, mô hình phân hủy kị khí bùn bể tự

hoại và mô hình xem xét khả năng sinh trưởng của cây khi tưới bằng phân bùn bể tự

hoại. Tuy nhiên nghiên cứu cũng chưa đưa ra được những thông số cơ bản của quá

trình xử lý để áp dụng vào thực tế.

Nghiên cứu của Trần Đức Hạ và cộng sự (2013) [12] về điều tra, khảo sát,

đề xuất phương án và công nghệ thích hợp xử lý bùn cặn từ HTTN đô thị, nghiên cứu

đã đưa ra được nguồn gốc, thành phần, tính chất của bùn cặn HTTN đô thị; nghiên

cứu đã đề xuất công nghệ xử lý và tái sử dụng phù hợp cho các loại bùn thải thu gom

từ mạng lưới đường cống và công trình thoát nước đô thị như kết hợp phân bùn bể tự

hoại và bùn cặn từ HTTN bằng phương pháp tách nước sơ bộ bùn cặn bằng xiclon

thủy lực, phần nước đưa đi xử lý, phần bùn được ủ ổn định sản xuất phân bón cải tạo

đất.

Nghiên cứu của Nguyễn Việt Anh và cộng sự (2014) [3], đề tài Nghị định

thư “Nghiên cứu giải pháp thu gom và xử lý tổng hợp chất thải theo mô hình bán tập

trung cho các đô thị Việt Nam. Nghiên cứu điển hình ở thành phố Hà Nội” với Cộng

hòa liên bang Đức. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm công nghệ đã chỉ ra khi xử lý kị

khí kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ được thiết lập trên mô hình phòng thí nghiệm

(dung tích bình phản ứng 2L) và mô hình pilot (thể tích công tác 1000L) với chế độ

vận hành theo mẻ và liên tục ở nhiệt độ 50 – 550C. Rác nhà hàng, rác chợ là nguồn

chất thải có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, giàu cacbon, trong khi bùn bể tự hoại lại

giàu nguyên tố dinh dưỡng ni tơ. Tỷ lệ hợp lý của bùn bể tự hoại trong hỗn hợp cần

29

lớn hơn 50%, nhưng không quá 90%, hay dao động trong khoảng 0,2-2,0 lần rác tính

theo COD. Vận hành hệ thống ở chế độ liên tục, với tỷ lệ bùn bể tự hoại: rác là 9:1

đạt hiệu suất sinh khí mê tan cao, 76%. Nghiên cứu cũng đã thiết kế, tính toán Trung

tâm xử lý chất thải tổng hợp gồm bùn từ trạm XLNT, phân bùn bể tự hoại và rác hữu

cơ theo công nghệ phân hủy kị khí lên men nóng kết hợp thu hồi năng lượng từ khí

sinh học cho quận Long Biên của thành phố Hà Nội.

Nghiên cứu của Đỗ Quang Trung và cộng sự (2016) [35] nghiên cứu đặc

trưng các chỉ tiêu lý hóa của bùn thải đô thị trước và sau khi phân hủy kị khí, nghiên

cứu được thực hiện trên mô hình phòng thí nghiệm bằng phương pháp lên men yếm

khí trong thiết bị phân hủy AD-W8 của Đức ở nhiệt độ phòng với thời gian phân hủy

25 ngày, trong quá trình phân hủy, mẫu được rút ra để nghiên cứu các đặc trưng hóa

lý của quá trình phân hủy bùn thải sông Kim Ngưu, bùn thải trạm XLNT Hồ Gươm

Plaza kết hợp với nước thải hữu cơ giàu chất dinh dưỡng (nước vo gạo) và rác thải

hữu cơ với các tỷ lệ phối trộn khác nhau. Nghiên cứu cho thấy với mẫu bùn thải kết

hợp rác hữu cơ theo tỷ lệ 2:1 cho hiệu suất loại bỏ tổng chất rắn và tổng chất rắn bay

hơi cao nhất lần lượt là 12,47% và 20,03%, và hiệu suất loại bỏ COD bùn thải – rác

hữu cơ cao nhất là 66,67%. Việc phối trộn thêm rác hữu cơ với bùn thải có xu hướng

làm tăng hiệu quả hoạt động của hệ lên men phân hủy yếm khí, trong đó với các thí

nghiệm bùn thải Hồ Gươm Plaza thì khả năng loại bỏ TS, TVS cao hơn so với các thí

nghiệm dùng bùn sông Kim Ngưu.

Nghiên cứu của Nguyễn Phương Thảo (2016) [34] nghiên cứu quá trình xử

lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phương pháp sinh học kị khí ở chế độ

lên men nóng 50-550C, nghiên cứu đã thực hiện trên mô hình phòng thí nghiệm và

mô hình pilot, và xác định được tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa phân bùn bể tự hoại và

chất thải hữu cơ nhà bếp là 9:1 về thể tích, hiệu suất sinh khí mê tan 80% và hiệu suất

loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD là 75% ở tải lượng hữu cơ là 1,5 kgCOD/m3.ngày.

Nghiên cứu đã áp dụng phần mềm GPS-X để xác định hệ số phân hủy nội bào đối với

bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ nhà hàng. Tuy nhiên nghiên cứu chưa tính toán

được cân bằng năng lượng của quá trình, chưa xác định được liệu năng lượng thu

30

được từ khí biogas có lớn hơn năng lượng cần để cấp nhiệt cho quá trình hay không.

Bên cạnh đó ở chế độ lên men nóng cũng đòi hỏi vận hành phức tạp hơn do vi sinh

vật dễ nhạy cảm hơn với sự thay đổi của các yếu tố trong quá trình.

Nghiên cứu của Hoàng Lê Phương (2018) [22] nghiên cứu xử lý phân bùn

bể tự hoại bằng phương pháp sinh học trong điều kiện Việt Nam, nghiên cứu đã đưa

ra công nghệ xử lý phối trộn phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ bằng

phương pháp kị khí trong điều kiện lên men ấm cho hiệu quả thu khí sinh học cao và

phù hợp với các đô thị vừa và nhỏ ở miền Bắc Việt Nam với tỷ lệ phối trộn thích hợp

giữa phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ là 3:1 về khối lượng, hỗn hợp

đầu vào có tỷ lệ C/N từ 28 – 29, hàm lượng TS từ 14 – 16%, pH từ 6,9 – 7,3, hàm

lượng VS từ 76 – 78% và độ ẩm > 80%. Tổng lượng khí sinh ra sau 40 ngày với nhiệt

độ trong các bình phản ứng dao động từ 30 -380C khi ở điều kiện mùa hè (280C –

300C) là 387,98 NL tương đương hiệu suất 514,33 NL/kg VS nguyên liệu đầu và ở

mùa đông (160C – 180C) là 345,9 NL tương đương hiệu suất 465,61 NL/kg VS

nguyên liệu đầu khi thực nghiệm trên mô hình ở phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, nghiên

cứu chưa tính toán đến năng lượng của quá trình và chưa xác định được năng lượng

thu được từ biogas để so sánh với năng lượng cần tiêu thụ cho quá trình lên men.

Như vậy, Việt Nam đã có những nghiên cứu về lượng bùn phát sinh, thành

phần, tính chất của bùn cặn từ HTTN đô thị và bùn bể tự hoại; các nghiên cứu về đề

xuất những giải pháp quản lý và xử lý bùn cặn HTTN, phân bùn bể tự hoại. Các

nghiên cứu đã chỉ rõ lượng bùn phát sinh từ XLNT và từ bể tự hoại ngày càng gia

tăng với thành phần chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, … trong bùn còn khá cao nên bùn

cặn từ XLNT và từ bể tự hoại cần được thu gom, xử lý trước khi đưa ra môi trường.

Một số nghiên cứu cũng đã chỉ ra hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp sinh

học kị khí lên men ấm để xử lý bùn của trạm XLNT cũng như xử lý bùn bể tự hoại

phù hợp hơn so với lên men nóng do hệ phân hủy kị khí lên men ấm hoạt động ổn

định hơn và yêu cầu đầu vào năng lượng ít hơn so với hệ phân hủy kị khí lên men

nóng mặc dù phân hủy kị khí ở nhiệt độ cao hơn tạo điều kiện cho tốc độ phản ứng

nhanh hơn và sinh khí nhanh hơn hệ ưa ấm, nhưng việc duy trì nhiệt độ hoạt động ổn

31

định cho lên men nóng rất phức tạp. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu cụ thể về xử lý

kết hợp bùn của trạm XLNT đô thị với bùn bể tự hoại bằng phương pháp phân hủy

kị khí lên men ấm để đánh giá hiệu quả sinh khí mê tan, thu hồi năng lượng. Do đó

luận án sẽ tập trung nghiên cứu xử lý phân hủy kị khí lên men ấm kết hợp bùn bể tự

hoại với bùn của trạm XLNT đô thị để đánh giá khả năng sinh khí mê tan từ đó áp

dụng tính toán, lựa chọn công nghệ xử lý bùn cho các trạm XLNT đô thị của một khu

vực kết hợp thu hồi năng lượng.

Nhận xét chương 1

Bùn trạm XLNT đô thị và bùn bể tự hoại với khối lượng phát sinh lớn, độ ẩm

cao, chứa nhiều chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng cao, và các vi sinh vật gây bệnh.

Bùn bể tự hoại có hàm lượng chất hữu cơ, ni tơ cao hơn bùn của trạm XLNT đô thị.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp phân hủy kị khí

để xử lý bùn của trạm XLNT đô thị và bùn bể tự hoại. Tuy nhiên hiện nay bùn trạm

XLNT đô thị vẫn chủ yếu là tách nước và chở đi chôn lấp. Bùn bể tự hoại vẫn đang

bị buông lỏng trong quản lý và xử lý, phần lớn sau khi hút được đổ thẳng ra sông hồ,

kênh mương thoát nước hoặc ra bãi chôn lấp.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm

khi xử lý kết hợp với nhiều loại chất thải khác nhau đã mang lại hiệu quả giảm thể

tích bùn và thu hồi năng lượng cao. Chôn lấp bùn thải không tận dụng được các nguồn

tài nguyên có trong bùn mà còn gây quá tải các bãi chôn lấp và ô nhiễm môi trường.

Do đó, cần nghiên cứu về phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm xử lý kết

hợp bùn của các trạm XLNT đô thị và bùn bể tự hoại để thu hồi khí sinh học, giảm

lượng bùn thải, và với chi phí xử lý chấp nhận được mà luận án sẽ tập trung vào

những nghiên cứu này.

32

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY KỊ KHÍ,

THU KHÍ SINH HỌC

2.1. Các quá trình chuyển hóa chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học trong

điều kiện kị khí

Quá trình phân hủy kị khí chất hữu cơ là quá trình diễn ra hàng loạt các phản

ứng sinh hóa rất phức tạp. Trong điều kiện không có ôxy, các chất hữu cơ có thể bị

phân hủy nhờ vi sinh vật kị khí và sản phẩm cuối cùng của quá trình này là các chất

khí như mêtan (CH4), cacbonic (CO2), H2S, H2O, NH3 và sinh khối của vi sinh vật,

được thể hiện bằng phương trình 2.1. [21]

CcHhOoNnSs + 1/4(4c–h–2o+3n+2s)H2O → 1/8(4c-h+2o+3n+2s)CO2 +

1/8(4c+h–2o–3n–2s)CH4 + nNH3 + sH2S + Sinh khối vi sinh vật + ΔG0 (2.1)

Ghi chú: ΔG0: năng lượng, kJ/gCOD.

Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ vi sinh vật kị khí diễn ra qua các bước:

thủy phân, axit hóa, axetat hóa và mê tan hóa như hình 2.1.

Các hợp chất hữu cơ

Lipits Proteins Cacbonhydrats Quá trình thủy phân

Ammonia

Axit béo dễ bay hơi, rượu

Axit béo Axit amin, đường Quá trình Axit hóa

Quá trình Axetat hóa H2, CO2 Axetat

Quá trình Metan hóa CH4, CO2, …

Hình 2.1. Các quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí [90].

33

2.1.1. Quá trình thủy phân

Thủy phân là bước đầu tiên của quá trình phân hủy. Thủy phân các chất hữu

cơ phức tạp như protein, hydrat cacbon, lipit thành các chất hữu cơ đơn giản hơn như

đường, amino axit và các axit béo tương ứng. Sự chuyển hóa này nhờ các enzym

ngoại bào thủy phân các chất hữu cơ phức tạp và các chất béo thành các chất hữu cơ

đơn giản mà vi sinh vật có thể sử dụng được. Đây là nguồn dinh dưỡng và năng lượng

cho vi sinh vật hoạt động.

2.1.2. Quá trình axit hóa

Các vi khuẩn axít hóa sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ đơn phân tử dạng hòa

tan của đường và amino axit thành rượu và axit (như axit propionic và butyric),

acetate, H2 và CO2. Giai đoạn này còn gọi là giai đoạn lên men axit. Sản phẩm lên

men tạo mùi khó chịu, hôi thối do H2S, … được sinh ra và pH của môi trường giảm.

Hàm lượng COD hoặc BOD không giảm vì giai đoạn này chỉ chuyển hóa các phân

tử hữu cơ phức thành các phân tử mạch ngắn như axit béo, rượu và các tế bào vi sinh

vật mới. Quá trình thủy phân amino axit cũng dẫn đến các sản phẩm ammonia.

2.1.3. Quá trình axetat hóa

Các vi khuẩn sinh mê tan vẫn không thể trực tiếp sử dụng các sản phẩm của

quá trình axit hóa nêu trên, ngoại trừ axit axetic, do vậy chất này cần được phân giải

tiếp thành những phân tử đơn giản hơn nữa. Các nhóm vi khuẩn axetat hóa thực hiện

quá trình lên men axit, chuyển hoá các chất hữu cơ đơn giản thành các loại axit hữu

cơ thông thường như axit axetic hoặc glixerin, axetat... (phương trình phản ứng 2.2

và phương trình 2.3).

CH3CH2COOH + 2H2O → CH3COOH + CO2 + 3H2 (2.2)

axit prifionic axit axetic

CH3CH2CH2COOH + 2H2O → 2CH3COOH + 2H2 (2.3)

axit butyric axit axetic

Trong giai đoạn thứ 3 này cả hai loại axit chuỗi dài và axit béo dễ bay hơi và

rượu được biến đổi bởi vi khuẩn axetat hóa thành hydro, CO2 và axit axetic. Trong

phản ứng này BOD và COD đều giảm và pH giảm [53]. Đặc điểm nổi bật của giai

34

đoạn axetat hóa là sự tạo thành nhiều khí H2, mà khí này ngay lập tức được vi khuẩn

mê tan ở giai đoạn sau sử dụng như là chất nền cùng với CO2. Mức độ phân giải các

chất trong giai đoạn này phụ thuộc rất nhiều vào áp suất riêng phần của khí H2 trong

bể kị khí. Nếu vì lý do nào đó mà sự tiêu thụ hydro bị ức chế hay chậm lại, hydro tích

lũy làm áp suất riêng phần của khí H2 tăng lên thì sự tạo thành khí H2 bởi vi khuẩn

axetat hóa sẽ giảm mạnh. Vì vậy, nồng độ hydro trong bể là một chỉ số về "sức khỏe"

của vi khuẩn axetat. Sự tích tụ axetat trong bể sẽ gây ức chế sự phân giải của các axit

béo bay hơi khác. Bản thân axit axetic ở nồng độ quá cao cũng gây pH thấp và ảnh

hưởng tốc độ phân giải axit béo bay hơi. Nói chung, pH và nhiệt độ tối ưu của giai

đoạn này là 6,8 ÷ 7,8 và 350C ÷ 420C [21].

2.1.4. Quá trình metan hóa

Đây là bước cuối cùng trong quá trình phân hủy kị khí. Các nhóm vi khuẩn kị

khí bắt buộc lên men kiềm để chuyển hoá axit axetic và hyđro thành CH4 và CO2

(phương trình phản ứng 2.4, 2.5 và 2.6).

- (2.5)

CH3COOH CO2 + CH4 (2.4)

CH3COO- + H2O CH4 + HCO3

- + 4H2 CH4 + OH- + 2H2O (2.6)

HCO3

Các chất hữu cơ bị phân hủy bởi vi sinh vật trong điều kiện thiếu ôxy và chuyển

đổi thành khí mê tan và sản phẩm cuối là các chất vô cơ.

Trong các bể phân hủy kị khí, phần lớn các chất hữu cơ có khả năng bị phân

hủy được chuyển hóa thành khí sinh học (70% đến 90%) tách khỏi bể phản ứng trong

pha khí, chỉ một phần nhỏ nguồn carbon ban đầu được chuyển thành sinh khối (5-

10%) và là cấu thành của bùn thải từ hệ thống xử lý, 10 – 30% chất hữu cơ không

phân hủy được (không được chuyển hóa thành khí sinh học và sinh khối vi sinh vật).

Khi có mặt ô xy hay các chất nhận điện tử vô cơ như nitrate, sulfate hay sulfite, lượng

khí mê tan sinh ra giảm đáng kể. [53]

Lượng khí CH4 sinh ra có thể được xác định dựa trên lượng chất hữu cơ bị

phân hủy tính theo COD trong bể phản ứng theo phương trình 2.7:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O (2.7)

35

Có thể thấy rằng, để ôxi hóa hoàn toàn 1mole CH4 thành CO2 và H2O cần có 2

mole O2. Như vậy, cứ 16 g CH4 được tạo ra và chuyển vào pha khí tương ứng với

việc loại được 64 g chất hữu cơ tính theo COD từ bùn thải. Trong điều kiện tiêu

chuẩn, cho phép ước tính 350 NmL CH4 sinh ra tương ứng với 1g chất hữu cơ tính

theo COD bị phân hủy [49].

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí

Quá trình phân hủy kị khí trong bể phân hủy bị tác động bởi nhiều yếu tố như

nhiệt độ, pH, thành phần tính chất của bùn thải nạp vào bể, thời gian lưu thủy lực và

thời gian lưu bùn, khuấy trộn, vv ….

2.2.1. Nhiệt độ

Nhiệt độ là một yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá

trình phân hủy kị khí. Nó ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và hóa lý của các hợp

chất có trong bể phản ứng, động học và nhiệt động học của quá trình sinh học [50].

Có hai phạm vi nhiệt độ cho điều kiện phân hủy tối ưu đối với việc sinh khí CH4 trong

các bể phân hủy kị khí là các khoảng lên men ấm (hệ ưa ấm) ở nhiệt độ từ 200C đến

450C (tối ưu ở 350C) và lên men nóng (hệ ưa nóng) khoảng 450C - 650C (tối ưu ở

550C) [123]. Phạm vi dưới 20°C được gọi là ưa lạnh (lên men thường) và không thích

hợp cho phân hủy kị khí, tốc độ phản ứng là rất chậm.

Sự dao động nhiệt độ ở các bể phân hủy nên càng nhỏ càng tốt, với chế độ lên

men nóng không quá 10C/ ngày và 2 - 30C/ngày đối với lên men ấm [61]. Sự dao động

nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động của cổ khuẩn sinh mê tan. Hệ ưa ấm được coi là

ổn định hơn và yêu cầu đầu vào năng lượng ít hơn so với hệ ưa nóng. Hệ ưa nóng

phân hủy ở nhiệt độ cao hơn tạo điều kiện cho tốc độ phản ứng nhanh hơn và sinh khí

nhanh hơn hệ ưa ấm [91]. Tuy nhiên, trong công trình phân hủy lên men nóng ổn định

được nhiệt độ cao rất phức tạp và chi phí năng lượng lớn [121], và có chất lượng của

nước bề mặt thấp hơn vì vẫn còn chứa lượng chất rắn hòa tan lớn, khả năng tạo mùi

cao hơn và độ ổn định của quá trình kém hơn so với phân hủy kị khí ở chế độ lên men

ấm [43].

36

Các trạm XLNT đô thị, phân hủy kị khí bùn và sinh khí CH4 thường được thực

hiện trong phạm vi nhiệt độ lên men ấm, với nhiệt độ tối ưu 350C [61]. Việt Nam có

điều kiện khí hậu với nhiệt độ trung bình từ 250C - 320C phù hợp cho quá trình phân

huỷ các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí ở chế độ lên men ấm [18]. Vì vậy,

luận án nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn của trạm XLNT đô thị bằng

phương pháp sinh học kị khí ở chế độ lên men ấm ở 350C.

2.2.2. Thời gian lưu thủy lực và thời gian lưu bùn

Thời gian lưu thủy lực (HRT) là thời gian lưu lại của chất thải trong bể phản

ứng. Thời gian lưu bùn (SRT) là thời gian tồn tại của vi sinh vật trong bể phản ứng.

Thời gian lưu cần thiết để hoàn thành các phản ứng trong quá trình phân hủy kị khí

là khác nhau phụ thuộc vào cấu tạo bể phân hủy, nhiệt độ quá trình phân hủy, và

thành phần bùn thải xử lý. Bể phân hủy kị khí được khuấy trộn đều thì SRT bằng

HRT.

Giá trị HRT ảnh hưởng đến tốc độ và mức độ sản xuất khí CH4. Trong tất cả

các điều kiện hoạt động của bể phân hủy kị khí, nhiệt độ, nồng độ chất rắn và hàm

lượng chất rắn bay hơi trong bùn cơ chất thì HRT là điều kiện hoạt động quan trọng

nhất ảnh hưởng đến việc chuyển đổi chất rắn dễ bay hơi sang sản phẩm khí [61]. Thời

gian lưu thủy lực thường được thực hiện trong khoảng 10 – 30 ngày, HRT tối thiểu

khi vận hành ở 350C là 10 ngày [57].

Thời gian lưu bùn (SRT) là một thông số quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp

đến các quá trình của sự phân hủy kị khí, thường được lựa chọn làm thông số thiết kế

bể phản ứng. Theo U.S. EPA (2003) [120] đối với quá trình xử lý bùn bằng phân hủy

kị khí, bùn thải có thể đạt bùn loại B (sử dụng trong nông nghiệp hay đưa ra bãi chôn lấp) với SRT khoảng 15 ngày ở nhiệt độ 350C – 550C và 60 ngày ở 200C. Để cổ khuẩn

sinh mê tan lớn nhanh cần tối thiểu SRT = 3 - 5 ngày trong điều kiện lên men ấm

[57]. Nếu thời gian lưu bùn trong bể phân hủy quá ngắn, quá trình mê tan hóa không

xảy ra và kết quả bể phản ứng sẽ chỉ có quá trình axit hóa [93]. Ở nhiệt độ phân hủy 350C thì giá trị SRT tối thiểu là 10 ngày để tránh hiện tượng rửa trôi các vi sinh vật,

và HRT vượt quá 12 ngày thì sự phân hủy các chất rắn bay hơi là không đáng kể [43],

[61].

37

2.2.3. pH

Giá trị pH của môi trường có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân huỷ các chất hữu

cơ, quá trình phân hủy kị khí đạt hiệu quả cao ở giá trị pH là 6,5 ÷ 7,5 [90]. Theo

Bitton (2005) [49], giá trị pH thích hợp cho cổ khuẩn sinh mê tan hoạt động dao động

từ 6,7 đến 7,4 và giá trị pH tối ưu khoảng 7,0 ÷ 7,2.

Trong quá trình phân hủy, pH của hỗn hợp chất hữu cơ sẽ thay đổi từ mức thấp

lên mức cao, các quá trình thủy phân và quá trình sinh axit xảy ra ở mức pH có tính

axit (pH 5,5 ÷ 6,5) so với giai đoạn sinh mê tan (pH 6,5 ÷ 8,5) [77]. Rất nhiều nghiên

cứu đã chỉ ra khi pH ở giá trị thấp hơn 6,5 hoặc lớn hơn 8,5 sẽ gây cản trở cho sự hoạt

động của các cổ khuẩn sinh mê tan và làm giảm lượng khí tạo thành [18], [53], [116],

[134]. Các vi khuẩn sinh axit tạo axit hữu cơ và là nguyên nhân làm giảm độ pH trong

bể phân hủy. Trong trường hợp này có thể duy trì ở giá trị pH tối ưu bằng cách cho

thêm NaOH, NaHCO3, Na2CO3, NH4HCO3 hoặc Ca(OH)2, CaO [53]. Trong bể phân

hủy kị khí, pH ban đầu sẽ giảm cùng với việc sinh ra các axit béo dễ bay hơi trong

quá trình thủy phân các hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên, khi cổ khuẩn sinh mê tan hình

thành tiêu thụ axit béo dễ bay hơi và độ kiềm được tạo ra, pH của bể phân hủy tăng

lên và sau đó ổn định.

Theo kết quả lấy mẫu, phân tích thành phần, tính chất bùn bể tự hoại trong

khuôn khổ dự án PURR giữa IESE, trường Đại học Xây dựng với EAWAG, Thụy Sỹ

(nghiên cứu sinh đã trực tiếp tham gia thực hiện và sử dụng kết quả cho luận án), pH

của bùn bể tự hoại có giá trị trung bình 7,7±0,4 và pH của bùn trạm XLNT đô thị là

6,2 – 8,4 [5], khi xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn của trạm XLNT đô thị thì pH

của hỗn hợp bùn nằm trong khoảng pH thích hợp cho cổ khuẩn sinh mê tan hoạt động.

2.2.4. Thành phần của nguyên liệu nạp vào bể phản ứng

Quá trình phân hủy kị khí xảy ra thuận lợi khi nguyên liệu nạp (hay cơ chất)

có đầy đủ nguồn cacbon, nitơ, photpho và một số nguyên tố vi lượng với tỷ lệ thích

hợp.

Tổng chất rắn của cơ chất có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phân hủy. Hàm

lượng TS cao không đủ hòa tan các chất cũng như không đủ pha loãng các chất trung

38

gian khiến hiệu quả sinh khí giảm. Chất rắn bay hơi cũng thể hiện bản chất của cơ

chất, bao gồm những chất dễ phân hủy (đường, tinh bột, …) và những chất khó phân

hủy (xenlulo, dầu mỡ ở hàm lượng cao). Tốc độ và mức độ phân hủy của cơ chất phụ

thuộc rất lớn vào phần trăm của mỗi thành phần trên.

Các vi sinh vật trong bể phân hủy kị khí yêu cầu một hàm lượng dinh dưỡng

thích hợp cho quá trình phát triển và tăng trưởng của chúng. Mỗi chủng loại vi sinh

vật đều có những nhu cầu về hàm lượng các bon, ni tơ và phốt pho. Quá trình phân

hủy kị khí có hiệu quả khi tỷ lệ COD:N trong khoảng 350:7 – 1000:7 [61], [114]. Nếu

tỷ lệ COD:N lớn hơn hoặc nhỏ hơn phạm vi này, sự phát triển của vi sinh vật của bể

phân hủy sẽ bị cản trở [114].

Mối quan hệ giữa lượng các bon và ni tơ trong các chất hữu cơ được đại diện

bởi tỷ lệ C/N. Tỷ lệ C/N là một thông số quan trọng trong việc ước lượng thiếu chất

dinh dưỡng và ức chế amoniac. Tỷ lệ C/N trong phân hủy kị khí dao động từ 16 đến

25 [134]. Tỷ lệ C/N cao không thuận lợi cho cổ khuẩn sinh mê tan phát triển, lượng

khí sinh ra thấp. Mặt khác, tỷ lệ C/N thấp sẽ gây ra tích tụ amoniac và giá trị pH sau

đó có thể vượt quá 8,5 [134]. Điều kiện như vậy có thể gây độc cho cổ khuẩn sinh mê

tan. Mặc dù cổ khuẩn sinh mê tan có thể thích ứng với nồng độ amoniac rất cao nhưng

chỉ xảy ra khi nồng độ tăng lên từ từ cho phép thời gian để thích ứng.

Tỷ lệ C/N tối ưu có thể được đảm bảo bằng cách trộn các nguyên liệu khác

nhau với tỷ lệ C/N cao (ví dụ như chất thải rắn hữu cơ) và thấp (ví dụ nước thải hoặc

phân động vật) để đạt được một mức tỷ lệ C/N lý tưởng. Nếu hàm lượng ni tơ quá ít,

các vi sinh vật sẽ không có khả năng tạo ra được các enzim cần thiết để phân huỷ các

bon. Nếu hàm lượng ni tơ quá cao, đặc biệt ni tơ ở dạng NH3 có thể cản trở quá trình

phát triển của các vi sinh vật. Theo một số nghiên cứu, tỷ lệ C/N tối ưu trong khoảng

từ 20/1 đến 30/1 [133]. Ngoài ra, sự phát triển của các loại vi sinh vật đảm nhận việc

chuyển hoá các chất trong quá trình xử lý kị khí còn có yêu cầu một vi lượng phốt

phát và một số nguyên tố vi lượng khác. Tỷ lệ ni tơ và phốt pho thích hợp cho quá

trình tạo khí trong khoảng 5:1 đến 7:1 [53].

Nồng độ vừa đủ của một số kim loại có tác dụng kích thích sự trao đổi chất ở

39

vi sinh vật lên men mê tan thông qua sự ảnh hưởng lên hoạt tính enzym của chúng.

Các chất vi lượng cần có mặt trong enzym bao gồm: Ba, Ca, Mg, Na, Co, Ni, Fe, H2S

và một số nguyên tố dạng vết như Se, Tu, Mo.

Theo kết quả lấy mẫu, phân tích thành phần, tính chất bùn bể tự hoại trong

khuôn khổ dự án PURR giữa IESE với Thụy Sỹ (nghiên cứu sinh đã trực tiếp tham

gia thực hiện và sử dụng kết quả cho luận án), bùn bể tự hoại từ các hộ gia đình có

hàm lượng chất hữu cơ tính theo COD từ 2,83 g/L đến 83,83 g/L, tỷ lệ VS/TS dao

động từ 47,48% đến 87,74%; đồng thời hàm lượng chất dinh dưỡng và các kim loại

nặng không vượt quá giới hạn có thể xử lý bằng phương pháp phân hủy kị khí. Nên

nếu phân hủy kị khí kết hợp bùn bể tự hoại với bùn của trạm XLNT sẽ tăng được

lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, và tăng sản xuất khí sinh học so

với khi chỉ có bùn của trạm XLNT phân hủy kị khí, do hiện nay HTTN sử dụng chủ

yếu là HTTN chung, các thông số thiết kế cho trạm XLNT lại áp dụng cho HTTN

riêng dẫn đến lượng bùn sinh ra trong quá trình xử lý nước thải khá thấp [19], [117].

2.2.5. Khuấy trộn

Mục đích của việc khuấy trộn bên trong bể phân huỷ là để trộn đều nguyên liệu

tươi với bùn đã phân hủy và do đó các nguyên liệu vào được tiếp xúc với các vi sinh

vật. Khuấy trộn sẽ tránh được sự biến thiên nhiệt độ trong bể phân huỷ và cũng ngăn

ngừa sự lắng đọng bùn cặn, tạo váng trong bể phản ứng. Quá trình phân hủy sẽ xảy

ra nhanh hơn và hiệu quả lượng khí CH4 thu được nhiều hơn [84]. Nhiều bể phân hủy

đã được thiết kế để tự tăng khả năng khuấy trộn trong bể, như bể phân hủy hình trứng

[57].

2.2.6. Một số các yếu tố khác

Một lượng lớn các chất thải vô cơ và hữu cơ có thể gây độc ở các bể phân hủy

kị khí. Khi đánh giá độc tính của chất thải cụ thể đối với các bể phân hủy kị khí, giá

trị độc hại được xác định bởi một số yếu tố. Các yếu tố này bao gồm: khả năng thích

ứng của vi khuẩn đối với nồng độ chất thải độc hại, sự vắng mặt hoặc sự hiện diện

của chất thải độc hại khác và thay đổi các điều kiện hoạt động.

40

Các chất gây ức chế điển hình như oxy, hydro sunfua, axit hữu cơ, amoniac,

kim loại nặng, tannin, saponin, mimosine và các chất độc hại khác như thuốc khử

trùng (từ bệnh viện, công nghiệp), thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu (từ nông nghiệp, vườn

hoa, các hộ gia đình, …) và thuốc kháng sinh [134]. Các chất này có mặt trong môi

trường ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật kị khí. Oxy

được coi là độc tố của quá trình này. Một số dẫn xuất của mê tan như CHCl3, CH2Cl2

và một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn,…), các chất như HCHO, SO2, H2S cũng gây

độc cho vi sinh vật kị khí, sulfid được coi là chất gây ức chế cho quá trình mê tan hóa

ở nồng độ > 200 mg/L [79].

4-N hoặc ion amôni (NH+

4 ), có thể được đưa vào bể

Amôni - nitrogen NH+

phân hủy kị khí hoặc có thể được tạo ra trong quá trình phân hủy kị khí các hợp chất

ni tơ hữu cơ như amino axit và protein. Các ion amôni được sử dụng như một nguồn

dinh dưỡng ni tơ cho vi sinh vật trong bể phân hủy kị khí. Nồng độ amoniac (NH3) >

50mg/L gây độc tố cho cổ khuẩn sinh khí CH4, và có thể được cổ khuẩn sinh khí CH4

dung nạp nếu cổ khuẩn đã được thích nghi [61]. Nếu cổ khuẩn sinh khí CH4 không

thể thích nghi được với amoniac, có thể giảm pH của bể hoặc pha loãng thức ăn để

có thể ngăn ngừa độc tính của amoniac. Tuy nhiên, các bể phân hủy kị khí với các

quần thể vi sinh vật tạo thành khí CH4 thích nghi có thể chịu được vài trăm miligram

trên mỗi lít amoniac. Nồng độ amoniac trong khoảng 1500 - 3000 mg/L ở pH cao >

7,4 -7,6 có thể gây ức chế cho cổ khuẩn sinh mê tan; nồng độ trên 3000 mg/L, amoniac

trở nên gây độc cho cổ khuẩn sinh mê tan [48], [61].

2.3. Các bể phân hủy kị khí bùn

2.3.1. Bể phân hủy kị khí khô và ướt

Bể phân hủy kị khí được chia ra làm 2 loại khô và ướt tùy thuộc vào độ ẩm

của chất thải nạp vào hệ phân hủy. Phân hủy kị khí khô là quá trình phân hủy kị khí

mà nguyên liệu đầu vào có độ ẩm dưới 80 – 85% (tương đương hàm lượng chất rắn

TS trên 15 – 20%); phân hủy kị khí ướt là quá trình phân hủy kị khí mà nguyên liệu

đầu vào có độ ẩm > 80 – 85%, TS < 15 – 20% [130].

Đối với bể phân hủy kị khí ướt, công nghệ ổn định đã được thử nghiệm và vận

hành trong nhiều thập kỷ, tính đồng nhất của chất thải sau khi đã qua nghiền và pha

41

loãng cao, hàm lượng TS nhỏ hơn 15 – 20%, cho phép áp dụng bể phân hủy khuấy

trộn hoàn toàn đối với hỗn hợp bùn – nước. Bể phân hủy kị khí khô có nhược điểm

là không có khả năng phân bố đều, đảo trộn vi sinh vật cũng như chống quá tải và

quá trình axit hóa. Quá trình vận chuyển, nạp nguyên liệu được thực hiện bằng băng

tải, trục vít hoặc bơm chuyên dụng công suất lớn. Các thiết bị này đắt hơn so với bơm

sử dụng trong hệ thống ướt. [5]

Theo Nguyễn Việt Anh (2017) [5], Nguyễn Phước Dân (2011) [10] cho thấy

bùn sơ cấp, bùn thứ cấp, và bùn nén của các trạm XLNT đô thị có độ ẩm dao động

lớn từ 91% đến 99,7%, và bùn bể tự hoại có độ ẩm lớn 92,5% - 99,8% [83] do đó bể

phân hủy kị khí ướt rất phù hợp cho việc xử lý bùn của trạm XLNT và bùn bể tự hoại

ở Việt Nam.

2.3.2. Bể phân hủy kị khí hoạt động theo mẻ, liên tục và bán liên tục

Có 3 hình thức hoạt động của bể phân hủy: hoạt động theo mẻ, hoạt động liên

tục và hoạt động bán liên tục. Với hoạt động theo mẻ, chất thải chỉ được nạp vào 1

lần duy nhất và quá trình phân hủy kị khí diễn ra đến ngừng sinh khí [77]. Đối với hệ

thống hoạt động theo mẻ có 3 dạng thiết kế khác nhau: hệ thống mẻ một giai đoạn,

hệ thống mẻ luân phiên, hệ thống lai ghép mẻ. Đối với bể phân hủy hoạt động liên

tục, nguyên liệu được nạp vào liên tục và bùn cũng được lấy ra liên tục trong suốt quá

trình xử lý. Đối với hoạt động bán liên tục, nguyên liệu được nạp vào 1 hoặc 2 lần/

ngày và cùng một lượng chất thải sẽ được lấy ra ngay vào các thời điểm đó.

2.3.3. Bể phân hủy kị khí trong điều kiện lên men ấm và lên men nóng

Bể phân hủy kị khí trong điều kiện lên men ấm thường được vận hành ở nhiệt

độ trong khoảng 30 – 380C, bể phân hủy kị khí lên men nóng vận hành ở nhiệt độ ưa

nhiệt trong khoảng 50 – 570C [69].

Bể ưa ấm được coi là ổn định hơn và yêu cầu đầu vào năng lượng ít hơn so

với bể phân hủy ưa nhiệt. Tuy nhiên, nhiệt độ cao hơn của bể ưa nhiệt tạo điều kiện

cho tốc độ phản ứng nhanh hơn và sản xuất khí nhanh hơn, nó cũng tạo điều kiện tiêu

diệt vi sinh vật gây bệnh tốt hơn. Do đó bể ưa nhiệt cần có biện pháp duy trì nhiệt độ

thường xuyên. Tuy nhiên ổn định được nhiệt độ cao trong công trình rất phức tạp và

42

chi phí năng lượng lớn.

Ở các nước đang phát triển có khí hậu nhiệt đới, hệ thống phổ biến thường

hoạt động trong khoảng nhiệt độ ưa ấm. Ở Việt Nam, khoảng nhiệt độ trung bình từ

28 - 320C rất phù hợp cho quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị

khí ở chế độ lên men ấm.

2.3.4. Bể phân hủy kị khí một bậc, hai bậc

Bể phân hủy kị khí một bậc gồm có một bể phản ứng, diễn ra quá trình cấp

nhiệt, trộn và ổn định bùn. Bùn được trộn bằng khí tuần hoàn, bằng bơm hoặc cánh

khuấy. Bể phản ứng hoặc bùn nạp được gia nhiệt để đạt được hiệu suất chuyển hóa

tối đa. Bùn cần được bơm nạp vào bể liên tục hoặc theo mẻ (từ 30 phút đến 2 tiếng

một lần) nhằm duy trì điều kiện ổn định trong bể phản ứng. Đối với những bể cấp

bùn theo chu kỳ, 8 hoặc 24 tiếng, thì phải đưa hết bùn đã phân hủy ra khỏi bể trước

khi nạp bùn mới vào. Lượng chất rắn được loại bỏ khoảng 45 tới 50%, được chuyển

hóa thành khí sinh học và một lượng nhỏ thành sinh khối (bùn) [91].

Bể phân hủy kị khí hai bậc gồm có 2 bể, bể đầu tiên có vai trò phân hủy, được

gia nhiệt và lắp đặt các thiết bị trộn. Bể thứ hai được thiết kế với tải trọng cao, không

được gia nhiệt. Nhược điểm của loại bể này là chi phí xây dựng cao, tốn diện tích,

đặc biệt là diện tích của bể thứ hai vì bể này không có tác dụng phân hủy bùn [91].

Do bùn sau phân hủy kị khí thường không lắng tốt (do quá trình phân hủy ở bể thứ

nhất diễn ra chưa hoàn toàn, sinh ra khí và chất nổi tại bể thứ 2) nên bể thứ hai có thể

chứa nhiều chất rắn lơ lửng và chất nổi. Lượng khí sinh học tạo ra từ bể thứ hai thường

< 10% tổng lượng khí tạo ra trong cả quá trình.

2.3.5. Bể phân hủy kị khí một giai đoạn, hai giai đoạn

Theo phân đoạn phản ứng gồm bể phân hủy một giai đoạn, hai giai đoạn. Đối

với bể phân hủy kị khí một giai đoạn: toàn bộ quá trình phản ứng xảy ra trong một bể

phản ứng. Bể phân hủy kị khí hai giai đoạn, các quá trình phản ứng được xảy ra ở các

bể phản ứng riêng biệt ghép nối tiếp nhau: giai đoạn 1 gồm quá trình thủy phân và

axit hóa, giai đoạn 2 gồm quá trình axetat hóa và metan hóa. Bể phân hủy hai giai

43

đoạn có ưu điểm hơn bể phân hủy một giai đoạn như: quá trình phân hủy ổn định hơn,

tăng sản xuất khí sinh học với hàm lượng khí mê tan cao hơn. [69]

2.4. Phương pháp đánh giá tiềm năng sinh khí (BMP) cho công nghệ phân hủy

kị khí

2.4.1. Khái niệm về phương pháp đánh giá tiềm năng sinh khí mê tan BMP

Để đánh giá khả năng sinh khí mê tan của quá trình phân hủy kị khí các chất

thải, nhiều nghiên cứu được thực hiện trên các chất thải khác nhau để sản xuất khí

sinh học với các phương pháp thực hiện khác nhau đã đem lại nhiều kết quả khả quan

[41], [70], [98], [105]. Trong đó, thí nghiệm về tiềm năng sinh khí mê tan (BMP -

Biochemical Methane Potential) được cho là công cụ quan trọng trong việc phân tích

cơ chất ban đầu để sản xuất khí sinh học và có tác động lớn đến việc thiết kế bể xử lý

kị khí [71], [101]; đây cũng là một phương pháp phổ biến được sử dụng để đánh giá

khả năng phân hủy kị khí của bùn thải, sản xuất khí mê tan [44], [95], [101].

Phương pháp BMP được sử dụng để so sánh sự phân hủy kị khí và tiềm năng

sinh khí mê tan giữa các cơ chất khác nhau, và BMP cũng được sử dụng để đánh giá

khả năng phân hủy trong sự kết hợp nhiều cơ chất để nâng cao hiệu suất phân hủy

[94], [97].

Nguyên tắc cơ bản trong các thí nghiệm BMP là lấy cơ chất trộn với chất cấy

phân hủy kị khí trong một bình kín ở nhiệt độ xác định, đo sản lượng khí và thành

phần khí sinh ra. Chất cấy có thể lấy từ một bể phản ứng đang vận hành, cách làm

này được đảm bảo để có quần thể vi sinh vật cần thiết thực hiện sự phân hủy kị khí

của cơ chất [41]. Sản lượng khí sinh học có thể được đo bằng phương pháp đo thể

tích, phương pháp đo áp và phương pháp đo sắc ký khí [41]. Thể tích khí CH4 được

biểu diễn ở điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn tính cho 1 gVS của cơ chất vào

(NmL CH4/gVScơ chất) [65].

2.4.2. Các yếu tố liên quan đến thí nghiệm BMP

2.4.2.1. Thiết lập các bình phân hủy trong thí nghiệm BMP

- Thể tích bình phản ứng: thí nghiệm BMP thường được thực hiện trong một phạm vi

thể tích tùy thuộc vào tính đồng nhất của các cơ chất. Thể tích từ 125 đến 500 mL

44

nên được sử dụng cho cơ chất đồng nhất, thể tích lớn từ 500 đến 2000 mL thích hợp

cho cơ chất không đồng nhất [68].

- Số lượng bình phản ứng: các bình phản ứng được lặp lại 2-3 lần trong cùng thí

nghiệm. Các thí nghiệm BMP gồm có mẫu trắng, mẫu đối chứng và mẫu cơ chất thí

nghiệm.

Mẫu trắng: bình phân hủy chỉ chứa chất cấy không có cơ chất để cung cấp

lượng khí CH4 sinh ra do các chất hữu cơ có trong chất cấy từ đó xác định được thể

tích khí CH4 do cơ chất sinh ra.

Mẫu đối chứng: bình phản ứng chứa chất cấy và cơ chất để đánh giá khả năng

sinh khí mê tan của chất cấy [78]. Cơ chất được sử dụng thường là cơ chất với thể

tích khí CH4 lý thuyết đã biết. Thể tích khí CH4 theo lý thuyết được tính theo công

thức Buswell, thường được sử dụng cho các cơ chất có thành phần hóa học đã biết

(carbon, hydro và oxy) [74], [109]. Tuy nhiên, kết quả thể tích khí CH4 sinh ra của

mẫu đối chứng thực tế khó đạt đến 100% theo như lý thuyết, coi như trong thời gian

phân hủy kị khí, 10% cơ chất là để tăng trưởng sinh khối và biến thành nhiệt [127].

Mặc dù các mẫu đối chứng là cần thiết để cung cấp xác minh tính chính xác của

phương pháp BMP, nhưng chúng không phổ biến trong các tài liệu BMP [107]. Mẫu

trắng được làm mẫu đối chứng khi chất cấy chứa vi sinh vật lấy từ một bể phản ứng

của trạm XLNT đang vận hành cho hiệu suất sinh khí CH4 cao [41], [63], [108].

- Tỷ lệ giữa chất cấy (vi sinh vật, M) và cơ chất (thức ăn, F) được sử dụng có thể khác

nhau giữa các thí nghiệm [41], [98]. Theo Neves và Alves (2004) [99] tỷ lệ F/M nằm

trong khoảng 0,5 ÷ 2,3 gVS/gVS có thể ngăn cản hiện tượng axit hóa. Quá trình kị

khí không ổn định như dòng ra vẫn còn COD cao và có sự tích tụ các axit béo dễ bay

hơi xảy ra khi tỷ lệ F/M thấp hơn 0,5 [106].

Để quá trình phân hủy trong thí nghiệm BMP hạn chế được các tác động gây

ức chế do thành phần hoá học của cơ chất, như sự tích tụ amoniac và các axit béo dễ

bay hơi (VFA) thì tỷ lệ F/M (tính theo khối lượng VS) ≥ 1/2 [41], [54], [105]. Kết

quả nghiên cứu của Nizami và đồng nghiệp (2012) [98] đã chỉ ra các thí nghiệm BMP

sử dụng các mẫu cơ chất khô cho sản lượng khí mê tan thấp hơn so với các thí nghiệm

45

BMP sử dụng các mẫu cơ chất ướt.

Do bùn bể tự hoại và bùn của trạm XLNT đô thị còn chứa hàm lượng ni tơ cao

nên để quá trình phân hủy kị khí ổn định và sinh khí mê tan, tỷ lệ F/M=1/2 (tính theo

khối lượng VS) được chọn cho nghiên cứu này.

2.4.2.2. Môi trường thí nghiệm cho các bình phản ứng BMP

Để đạt được hiệu suất sinh khí tối ưu của thí nghiệm BMP cần duy trì điều

kiện môi trường phù hợp cho vi sinh vật và các điều kiện hóa sinh trong quá trình

phân hủy kị khí [89], [112]. Các thí nghiệm BMP cần phải có (1) môi trường được

kiểm soát nhiệt độ, (2) khuấy trộn thích hợp và (3) thời gian phân hủy đủ để phân hủy

sinh học các chất.

➢ Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng và chuyển hóa của vi sinh vật trong

bình phản ứng kị khí, nhưng cũng ảnh hưởng đến các yếu tố như tốc độ truyền khí và

đặc tính lắng của bùn sinh học. Đa số các bể phân hủy kị khí được vận hành trong

phạm vi nhiệt độ lên men ấm (30 – 380C) hoặc lên men nóng (50 – 580C) [91]. Phần

lớn dữ liệu trong các thí nghiệm được thực hiện ở điều kiện lên men ấm, chỉ một số

ở chế độ lên men nóng [107]. Các bình phản ứng BMP nên được ủ trong môi trường

được kiểm soát nhiệt độ với sự biến thiên nhiệt độ tối đa là ± 20C [68].

➢ Khuấy trộn

Sự khuấy trộn ảnh hưởng đến sự phân bố của vi sinh vật, chất dinh dưỡng, cơ

chất, độ kiềm và giải phóng các khí cũng như ngăn chặn sự lắng đọng của vật liệu

hạt, đồng thời phân phối nhiệt độ trong bình phản ứng vào buổi tối khi nhiệt độ không

khí giảm [84],[126], [128]. Trong trường hợp sự khuấy trộn không đầy đủ, sự ức chế

có thể phát sinh do sự tích tụ các chất độc hại do các quá trình lên men sinh ra [113].

Cho đến nay, vẫn chưa có cách trộn tối ưu cho thí nghiệm BMP [62]. Wang và các

cộng sự (2016) [128] đã chỉ ra với sự khuấy trộn nhẹ hoặc chuyển động tự nhiên bằng

khí sinh học có thể đủ để tránh được sự ức chế sản phẩm phụ cho bùn có tổng hàm

lượng chất rắn thấp, và không trộn hoặc lắc thủ công một lần một ngày có thể là đủ

nếu hàm lượng chất phân hủy loãng hoặc dễ bị phân hủy.

46

➢ Thời gian phân hủy

Thời gian lưu bùn (SRT) được coi là thông số quan trọng đối với thiết kế và

vận hành bể xử lý phân hủy kị khí [103]. Quá trình thủy phân, lên men axít và mê tan

hóa liên quan trực tiếp đến SRT, trong đó việc tăng hoặc giảm SRT dẫn đến sự tăng

hoặc giảm hiệu suất phản ứng, SRT càng dài thì tổng sản lượng khí CH4 càng cao và

lượng cơ chất còn lại giảm. Theo kết quả nghiên cứu của Raposo và các cộng sự

(2012) [107] về phân hủy kị khí các chất rắn hữu cơ ở chế độ theo mẻ, thời gian phân

hủy dao động từ 30 đến 100 ngày.

Phần lớn các hợp chất carbohydrate và protein dễ phân hủy đều bị phân hủy

trong 21 ngày đầu phân hủy, sau 21 ngày phân hủy, cả carbohydrate và protein có tốc

độ phân hủy thấp là do các carbohydrate và protein còn lại khó phân hủy và sử dụng

không tốt cho vi sinh vật kị khí [63]. Khả năng phân hủy sinh học của các protein và

carbohydrate khác nhau trong bùn là khác nhau trong sự phân hủy kị khí [82]. Nếu

khí mê tan sinh ra hàng ngày có thể tích trong ba ngày liên tiếp < 1% thể tích khí

mêtan tích lũy, thí nghiệm có thể được coi là kết thúc [135].

2.4.2.3. Phương pháp đo lượng khí sinh học của thí nghiệm BMP

Sản lượng khí sinh học là yếu tố chính để xác định tiềm năng sinh khí CH4 và

khả năng phân hủy sinh học của cơ chất. Sản lượng khí sinh học có thể được đo bằng

phương pháp đo thể tích, phương pháp đo áp và phương pháp đo sắc ký khí [41].

➢ Phương pháp đo thể tích

Phương pháp đo thể tích khí chiếm chỗ chất lỏng trong ống đo thể tích: khí

sinh học sinh ra được dẫn vào ống đo thể tích chứa một lượng chất lỏng nhất định đặt

bên ngoài. Khí sinh học sinh ra sẽ đẩy chất lỏng trong ống đo ra ngoài, mực chất lỏng

trong ống đo bị hạ xuống, chiều cao cột chất lỏng trong ống đo bị hạ chính là thể tích

khí sinh học sinh ra. Các thí nghiệm khác nhau có thể sử dụng các chất lỏng khác

nhau như nước máy, dầu, nước axit hóa và nước bão hòa cacbon, dung dịch bazơ

[125]. Một vấn đề cản trở của phương pháp này là sự hòa tan CO2 vào dung dịch chất

lỏng khi đo thể tích khí sinh học. Lỗi hòa tan khí có thể được loại bỏ bằng cách thu

khí trong túi khí và đo thể tích khí bằng cột chất lỏng. Zaman (2010) [135] khuyến

47

nghị sử dụng dung dịch chất lỏng phù hợp để tránh khuếch tán CO2 như dung dịch có

tính axit hoặc nước muối. Drosg (2012) [58] sử dụng dung dịch NaOH 3M để hấp

thụ khí CO2 từ biogas, khí CH4 còn lại được dẫn đến ống đo thể tích.

➢ Phương pháp đo áp suất

Phương pháp đo áp suất sử dụng bộ chuyển đổi áp suất đòi hỏi áp suất tích tụ

bên trong bình phản ứng. Phương pháp này dễ thực hiện hơn so với phương pháp đo

thể tích khí chiếm chỗ chất lỏng trong ống đo nhưng đòi hỏi nhiều hơn trong việc

thiết lập thí nghiệm và tùy thuộc vào tỷ lệ khí với chất lỏng, thay đổi thể tích không

gian khí trong quá trình thí nghiệm, sự hòa tan của khí CH4 và khí CO2 trong chất

lỏng [111].

Phương pháp đo khí sinh học bằng áp suất và thể tích được so sánh bởi Raposo

và các cộng sự (2011) [108] trong một nghiên cứu liên phòng thí nghiệm về khí CH4

được sản xuất bởi cellulose với 19 phòng thí nghiệm đã tham gia. Phương pháp thể

tích được sử dụng nhiều nhất (63%), tiếp theo là phương pháp đo áp suất (26,3%) và

phương pháp đo sắc ký khí (10,5%). Các phòng thí nghiệm sử dụng phương pháp đo

áp suất đã báo cáo sản lượng mê tan cho cellulose thấp hơn so với những phòng sử

dụng phương pháp đo thể tích [67]. Kết quả nghiên cứu của Logan và các cộng sự

(2002) [86] cũng cho thấy sản lượng khí sinh học đo bằng phương pháp đo áp suất

thấp hơn so với giá trị đo của phương pháp đo thể tích.

➢ Phương pháp đo sắc ký khí

Phương pháp đo sắc ký khí để phân tích thành phần khí sinh học. Sản lượng

khí mê tan là một chỉ số đánh giá hiệu suất quá trình phân hủy vì nó liên quan trực

tiếp đến sự phân hủy chất hữu cơ. Khí sinh học thu được từ quá trình phân hủy kị khí

chứa 60÷75% CH4 theo thể tích, 20÷35% CO2, và một lượng nhỏ là N2, H2, H2S,

nước và các khí khác [43], [58]. Trong quá trình mất cân bằng hệ thống phân hủy,

sản lượng khí CH4 sẽ giảm, sản lượng khí CO2 sẽ tăng [103].

Phương pháp đo sắc ký khí để đo hàm lượng khí CH4 và khí CO2 trong khí

sinh học thường được sử dụng cho độ phân giải cao, độ nhạy cao và kết quả định

lượng cao [40]. Tuy nhiên, nhiệt độ và hàm lượng hơi nước khác nhau trong mẫu khí

48

sinh học có thể gây ra lỗi đo lường [125].

Một phương pháp thay thế cho phương pháp đo sắc ký khí để đo hàm lượng

khí CH4 trong khí sinh học có thể được xác định bằng phương pháp đo thể tích khí

thay thế chất lỏng [40], [104]. Pham và các cộng sự (2013) [104] đã so sánh hàm

lượng khí CH4 đo được sử dụng phương pháp đo thể tích khí chiếm chỗ chất lỏng

trong ống đo và phương pháp đo sắc ký khí, và đã cho kết quả thí nghiệm với phương

pháp đo thể tích có hàm lượng khí CH4 (68%) cao hơn so với phương pháp đo sắc ký

khí (64,94%).

Do kết quả hàm lượng khí CH4 trong hai phương pháp đo trên có sự khác biệt

thấp nên phương pháp đo thể tích khí chiếm chỗ chất lỏng trong ống đo thường được

chọn để đo hàm lượng khí sinh học cho các phòng thí nghiệm khi việc tiếp cận với

thiết bị đắt tiền bị hạn chế.

2.5. Nhu cầu năng lượng cho xử lý bùn

Trong các trạm XLNT, nhu cầu tiêu thụ năng lượng biến thiên trong khoảng

0,2 tới 1,5 kWh/m3 nước thải được xử lý [81], tùy theo dây chuyền công nghệ, mức

độ xử lý và quy mô công suất của trạm. Mức năng lượng tiêu thụ trong 1 nhà máy

XLNT quy mô công suất lớn sẽ chiếm khoảng 25 – 40% chi phí vận hành và sự phân

bố năng lượng tiêu thụ trung bình cho các quá trình xử lý trong các trạm xử lý này

như: quá trình đảo trộn hiếu khí (55 - 70%), bơm bùn từ bể lắng (cả bùn sơ cấp và

bùn thứ cấp – 15,6%), quá trình tách nước bùn cặn (7%) [55]. Kết quả theo dõi vận

hành tại 10 trạm XLNT bậc 2, 3 tại Mỹ cũng cho thấy với công suất mỗi trạm từ

3.780m3 đến 272.880 m3/ngày (nước thải sinh hoạt, dịch vụ) mức năng lượng tiêu thụ

biến thiên trong khoảng từ 0,28 tới 1,22 kWh/m3 [102]. Năng lượng cho xử lý bùn

được dùng cho các mục đích chính như điện năng sử dụng cho các quá trình vận

chuyển bùn bằng bơm, tuần hoàn, trộn bùn với hóa chất, các thiết bị cơ khí trong hệ

thống xử lý bùn (để đảo trộn bể phản ứng cơ khí cần 0,005 – 0,008 kW/m3 dung tích

bể [91]); nhiệt năng để ổn nhiệt bể mêtan, gia nhiệt cho bùn thô (4.200 J/kg bùn để

tăng 10C) [91], sấy bùn đã phân hủy, ủ bùn, vv…. Tại Ý, kết quả điều tra 241 nhà

máy XLNT [5], kết hợp với xử lý bùn thải cho thấy mức năng lượng tiêu thụ cho quá

49

trình ô-xy hóa sinh học (chủ yếu là năng lượng tiêu tốn cho các máy thổi khí) chiếm

tới 50% tổng mức năng lượng tiêu thụ của nhà máy. Năng lượng nhiệt cần thiết cho

quá trình xử lý bùn kị khí chiếm khoảng 60%, làm khô bùn chiếm khoảng 33,67%

[5]. Trong hệ phân hủy kị khí bùn, lượng nhiệt dùng trong quá trình phân hủy được

sử dụng cho các quá trình (1) tăng nhiệt độ của bùn đến mức nhiệt độ của bể phân

hủy, (2) bù lại lượng nhiệt bị thất thoát qua thành, nền và mái bể, và (3) lượng nhiệt

bị mất đi trên hệ thống đường ống.

Như vậy với công nghệ xử lý bằng phân hủy kị khí cho phép sản xuất khí sinh

học, lượng khí này có thể được dùng làm nhiên liệu cho hệ thống nhiệt – điện kết hợp

(CHP), sản sinh ra điện năng và nhiệt năng làm nguồn năng lượng cung cấp cho các

thiết bị xử lý bùn hoạt động.

2.6. Cân bằng năng lượng cho hệ phân hủy kị khí xử lý bùn thải từ trạm XLNT

❖ Năng lượng sinh ra từ phân hủy kị khí bùn thải hữu cơ là năng lượng thu được

từ đốt biogas dưới dạng tận thu kết hợp nhiệt và điện năng (CHP). Tổng năng lượng

sinh ra ECHP từ hệ CHP được tính toán theo Metcaft and Eddy (2014) [91] theo công

thức 2.8, 2.9 và 2.10 như sau:

ECHP= Eelect CHP + Eheat CHP (kJ/ngày) (2.8)

Trong đó: Eelect CHP= PB . V. α. π (kJ/ngày) (2.9)

Eheat CHP= PB . V. α. β (kJ/ngày) (2.10)

Eelect CHP: Năng lượng điện sinh ra từ hệ CHP, kJ/ngày; Eheat CHP: Năng lượng nhiệt sinh ra từ hệ CHP, kJ/ngày; V: Thể tích công tác của bể phản ứng, m3; PB : Năng suất khí sinh ra, tính trên 1 m3 bể phản ứng, m3 biogas/ m3 bể. ngày; α: Nhiệt năng của biogas, lấy α = 23.270 kJ/ m3 biogas [91]; π: Hiệu suất phát điện của CHP, lấy π = 0,35 [45];

β: Hiệu suất sinh nhiệt của CHP, lấy β = 0,55 [45]. ❖ Năng lượng tiêu thụ cho phân hủy kị khí bao gồm năng lượng điện cho bơm,

máy khuấy và năng lượng nhiệt cung cấp cho bùn trước khi xử lí ở nhiệt độ thường

lên nhiệt độ ở chế độ lên men trong bể phân hủy (có tính đến quá trình trao đổi nhiệt

50

giữa bùn sau xử lí và bùn trước xử lí để tận thu lượng nhiệt) và nhiệt tổn thất trong

hệ phân huỷ.

Theo Metcaft and Eddy (2014) [91] và Astals (2012) [45], năng lượng điện

tiêu thụ Eelect cho các thiết bị cơ khí bơm, máy khuấy trong quá trình xử lý bùn (bơm

bùn về công trình xử lý, tuần hoàn bùn…) được tính theo công thức 2.11, 2.12, 2.13

Eelect = Ebơm + Ekhuấy (kJ/ngày) (2.11)

như sau:

;

Trong đó: Ebơm = Pp.𝜃 (kJ/ngày) (2.12)

Ekhuấy = V.ω (kJ/ngày) (2.13) Ebơm: Năng lượng cho các thiết bị bơm bùn, kJ/ngày; Ekhuấy: Năng lượng cho quá trình đảo trộn bùn, kJ/ngày; Pp: Công suất của các máy bơm bùn vào hệ, m3/ngày; θ: Điện năng cung cấp cho bơm bùn, sơ bộ lấy θ=1,8 x 103, kJ/m3 [87]; V: Thể tích công tác của bể phân hủy kị khí, m3 ω: Điện năng tiêu thụ cho máy khuấy, sơ bộ ω = 3.102 kJ/m3bể.ngày [87];

Theo Lu (2008) [87], năng lượng nhiệt tiêu thụ Eheat cho quá trình ổn nhiệt bể

phân hủy, trao đổi nhiệt giữa bùn sau phân hủy và bùn thô đưa vào bể phân hủy, thất

Eheat = Q. ρ. γ. (Tb − TSS ). (1 − φ). (1 + ϵ) (kJ/ngày) (2.14)

thoát nhiệt trong hệ phân hủy được tính theo công thức 2.14 như sau:

Trong đó: Q: lưu lượng dòng bùn vào bể phân hủy, m3/ngày; ρ: Trọng lượng riêng của bùn, lấy xấp xỉ bằng 1000 kg/m3 [91]; γ: Nhiệt dung riêng của dòng bùn, γ = 4,18 kJ/kg.oC [91]; Tb : Nhiệt độ của hệ lên men, theo chế độ lên men ấm Tb=35oC; TSS : Nhiệt độ của bùn đầu vào, oC (mùa hè: TSS = 25oC, mùa đông: TSS = 15oC) φ: Hệ số thu hồi nhiệt từ bùn sau xử lí trong quá trình trao đổi nhiệt giữa bùn sau xử

lý và bùn đầu vào trước xử lý, lấy xấp xỉ φ = 0,8 [87];

ϵ: Hệ số thất thoát nhiệt, lấy xấp xỉ ϵ = 0,08 [136].

Vậy tổng năng lượng tiêu thụ Etiêu thụ của hệ phân hủy kị khí được tính toán

Etiêu thụ= Eelect + Eheat (kJ/ngày) (2.15)

theo công thức 2.15 như sau:

51

❖ Năng lượng dư sinh ra từ hệ phân hủy kị khí Edư sau khi đã tiêu thụ được tính

Edư = ECHP − Etiêu thụ (kJ/ngày) (2.16)

toán theo công thức 2.16 như sau:

Năng lượng dư Edư sinh ra từ hệ phân hủy kị khí bùn có thể được dùng để cung

cấp điện năng sử dụng cho các quá trình tuần hoàn nước tách từ cô đặc bùn bằng bơm,

tuần hoàn hơi nước từ quá trình sấy bùn, trộn bùn với hóa chất, cho các thiết bị cơ

khí trong hệ thống xử lý bùn; cung cấp nhiệt năng cho quá trình sấy bùn, ủ bùn. Phần

điện năng dư này cũng có thể được đưa về các trạm XLNT để cung cấp điện năng

cho các động cơ, thiết bị cơ điện được lắp đặt trong quá trình xử lý nước thải hoặc

cấp vào mạng điện trong thành phố. Phần nhiệt năng dư cũng có thể được bán hoặc

sử dụng cho một số mục đích sinh hoạt như sưởi ấm, làm nóng nước.

Nhận xét chương 2

Bản chất của phương pháp sinh học trong điều kiện kị khí là quá trình phân

hủy sinh hóa các chất hữu cơ của bùn diễn ra trong điều kiện không có ôxi, sản phẩm

cuối cùng của quá trình là khí sinh học và sinh khối của vi sinh vật. Phương pháp này

thích hợp với các loại bùn có độ ẩm cao như bùn bể tự hoại, bùn của trạm XLNT.

Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, pH, tỷ lệ dinh dưỡng

COD/N/P, sự có mặt các chất ức chế, loại bể phản ứng, thông số thiết kế và ứng dụng

của các thiết bị, v.v…

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, các kết quả nghiên cứu đã có và điều kiện

thực tế của Việt Nam, để nghiên cứu thực nghiệm xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và

bùn của trạm XLNT đô thị trong quy mô phòng thí nghiệm, luận án chọn nghiên cứu

xử lý sinh học kị khí trong điều kiện lên men ấm (350C), phân hủy một bậc (một giai

đoạn) và chế độ hoạt động theo mẻ để đánh giá khả năng sinh khí CH4 của bùn xử lý

theo phương pháp BMP.

52

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN HỦY KỊ KHÍ BÙN BỂ

TỰ HOẠI VÀ BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

3.1. Mục đích thí nghiệm

Thí nghiệm phân hủy kị khí ở chế độ lên men ấm 350C đánh giá khả năng sinh

khí mê tan (BMP) của bùn bể tự hoại và bùn của trạm XLNT đô thị trong HTTN

chung. Các thí nghiệm được thực hiện gồm có:

- Thí nghiệm BMP1: thí nghiệm đánh giá khả năng sinh khí CH4 khi xử lý riêng các

loại bùn của trạm XLNT đô thị gồm bùn sơ cấp (PS), bùn thứ cấp trong trạm XLNT

đô thị có bể lắng sơ cấp (WAS1), bùn thứ cấp trong trạm XLNT đô thị không có bể

lắng sơ cấp (WAS2), bùn sau bể nén bùn (WAS) và bùn bể tự hoại (FS) để lựa chọn

bùn của trạm XLNT đô thị kết hợp với bùn bể tự hoại làm bùn cơ chất cho thí nghiệm

BMP2.

- Thí nghiệm BMP2: thí nghiệm đánh giá khả năng sinh khí CH4 khi xử lý phân hủy

kị khí kết hợp bùn của trạm XLNT đô thị với bùn bể tự hoại để xác định các thông số

đặc trưng cho quá trình xử lý: thể tích khí CH4 sinh ra NmL/gVSbùn vào, hiệu suất xử

lý chất hữu cơ theo VS và COD, tỷ lệ phối trộn hợp lý của bùn bể tự hoại với bùn

trạm XLNT đô thị cho hiệu suất sinh khí CH4 cao nhất.

3.2. Mô tả thí nghiệm

3.2.1 Dụng cụ, thiết bị lắp đặt thí nghiệm BMP

Bình phản ứng + Bồn nước giữ nhiệt

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm BMP hệ Water Bath.

53

Hệ Water Bath được sử dụng làm thí nghiệm đánh giá khả năng sinh khí mê

tan (BMP) cho nghiên cứu. Mỗi hệ Water Bath gồm 6 bình phản ứng chứa nguyên

liệu thí nghiệm là các bình tam giác dung tích 500mL đặt ngập trong bồn nước có đế

từ duy trì ở nhiệt độ 350C (±0,50C), các bình phản ứng được khuấy trộn liên tục nhờ

khuấy từ; và một bộ thu, đo thể tích khí mê tan gồm có 6 chai đựng dung dịch NaOH

3M và 6 bình hình trụ dung tích 200mL đo thể tích khí CH4 được đặt trong 1 hộp

nước bên ngoài (hình 3.1 và hình 3.2).

Hình 3.2. Thí nghiệm BMP.

Mỗi bình phản ứng được trang bị nút cao su, dây thu, dẫn và bộ đo thể tích khí

mê tan. Bộ thu gom khí mê tan bao gồm ống chất dẻo dẫn biogas sinh ra từ bình phản

ứng đến chai thủy tinh có chứa dung dịch NaOH 3M để hấp thụ khí CO2 từ biogas

[58], [60], khí CH4 còn lại được dẫn đến bình đo thể tích đặt trong hộp chứa nước

bên ngoài, sử dụng phương pháp đo thể tích khí chiếm chỗ chất lỏng trong ống đo,

thể tích khí CH4 sinh ra mỗi ngày được đo và ghi lại.

3.2.2. Chuẩn bị nguyên liệu thí nghiệm

3.2.2.1. Bùn nuôi cấy

Bùn nuôi cấy chứa nguồn vi sinh vật (M) sử dụng cho các thí nghiệm phân

hủy kị khí được lấy từ hệ phân hủy kị khí dung tích 40L, vận hành duy trì từ tháng

12 năm 2015 đến tháng 01 năm 2018, ở nhiệt độ lên men ấm 350C (±0,50C) và khuấy

trộn liên tục.

54

Hệ nuôi bùn kị khí sử dụng thùng phản ứng làm bằng inox dung tích 40L tự

chế tạo có lắp đặt thiết bị khuấy, thiết bị gia nhiệt, cửa nạp thức ăn, xả bùn, xả nước

và bộ phận thu gom khí (hình 3.3).

Hình 3.3. Thùng Inox 40 lít nuôi bùn kị khí (bùn nuôi cấy).

Ghi chú: 1. Thùng inox phía ngoài; 2. Thùng inox phía trong; 3. Động cơ quay; 4.

Phễu nạp thức ăn; 5. Ống thu khí D21; 6. Tấm chắn nước; 7. Nắp chắn khí; 8. Nhiệt

kế; 9. Cánh khuấy chân vịt; 10. Khớp nối; 11. Bộ phận gia nhiệt; 12. Van xả thùng

Inox trong; 13. Van xả thùng inox ngoài.

Thức ăn được nạp vào hệ nuôi bùn thí nghiệm 3 ngày/1 lần để vi sinh vật sinh

mê tan sinh trưởng và phát triển. Biogas của hệ nuôi bùn sinh ra hàng ngày được tích

vào túi khí thể tích 25L.

3.2.2.2. Bùn cơ chất

Bùn cơ chất gồm bùn bể tự hoại từ hộ gia đình và bùn từ trạm XLNT đô thị

trong HTTN chung được dùng làm nguồn thức ăn (F) trong thí nghiệm để đánh giá

khả năng sinh khí mê tan của bùn.

* Bùn bể tự hoại

Để đảm bảo tính đồng nhất mẫu của bùn bể tự hoại hộ gia đình, nghiên cứu đã

chọn cách lấy mẫu trực tiếp từ mở nắp trên thùng chứa xe hút và sử dụng ống lấy mẫu

để đảm bảo lấy được bùn từ trên xuống đến đáy theo chiều sâu của thùng chứa bùn

55

xe hút do đó loại bỏ được khả năng bùn có thể bị lắng, phân tầng trong thùng chứa

bùn của xe hút. Các mẫu sau khi lấy được bảo quản bằng thùng đá, vận chuyển về

phòng thí nghiệm và lưu giữ ở 40C trước khi làm thí nghiệm.

Dụng cụ ống lấy mẫu do nhóm nghiên cứu chế tạo là loại ống nhựa trong có

đường kính 5cm, chiều dài ống 2m, nắp bịt đáy ống có bề dày 4cm (hình 3.4).

Hình 3.4. Dụng cụ ống lấy mẫu bùn bể tự hoại.

* Bùn từ trạm XLNT đô thị

Bùn từ trạm XLNT đô thị được lấy làm thí nghiệm gồm:

- Bùn lắng sơ cấp (PS), bùn lắng thứ cấp (WAS1) của trạm XLNT Kim Liên công suất 4800 m3/ngày, được lấy từ van lắp trên ống xả bùn của các bể lắng này. Để

tránh sự lắng đọng bùn cặn trong đường ống, PS và WAS1 được lấy sau khi mở van

xả bùn 2-3 phút.

- Bùn nén (WAS) của trạm XLNT Trúc Bạch công suất 3000 m3/ngày, được

lấy tại bể chứa bùn nén bằng gầu buộc dây.

- Bùn lắng từ bể SBR (WAS2) của trạm XLNT Yên Sở công suất 200.000

m3/ngày, được lấy tại bể chứa bùn sau bể SBR bằng gầu buộc dây.

Các mẫu bùn sau khi lấy được bảo quản bằng thùng đá, vận chuyển về phòng

thí nghiệm và lưu giữ ở 40C trước khi làm thí nghiệm.

3.2.2.3. Tỷ lệ trộn bùn cơ chất và bùn nuôi cấy

Bùn cơ chất gồm bùn bể tự hoại còn chứa chất hữu cơ và ni tơ với hàm lượng

cao, bùn sơ cấp là bùn cặn tươi có hàm lượng chất hữu cơ cao, bùn thứ cấp và bùn

nén chủ yếu là sinh khối bùn thành phần chính là protein nên khi bùn cơ chất với tải

56

lượng chất hữu cơ tăng cao, quá trình thủy phân và axit hóa diễn ra mạnh, trong khi

vi khuẩn mê tan sinh ra chậm hơn, không thể tiêu thụ hết lượng axit béo trong bể

phản ứng. Khi đó pH của bể giảm, ảnh hưởng đến khả năng sinh khí CH4 và có thể

làm quá trình phân hủy, sinh khí CH4 bị dừng. Do đó để quá trình phân hủy kị khí

trong các thí nghiệm BMP hạn chế các tác động gây ức chế do thành phần của bùn

thải, như sự ức chế liên quan đến sự tích tụ amôniac và các axit béo dễ bay hơi, tỷ lệ

bùn cơ chất (nguồn thức ăn - F) và bùn nuôi cấy (nguồn vi sinh vật – M) trong nguyên

liệu nạp vào các thí nghiệm BMP được chọn bằng F/M=1/2 tính theo khối lượng chất

rắn bay hơi (gVS) [105].

Bùn nuôi cấy và bùn cơ chất cho vào trong mỗi bình phản ứng theo tỷ lệ gVS

F

=

=

𝑀

1 (3.1) 2

V𝑏ù𝑛 𝑐ơ 𝑐ℎấ𝑡 x VSbùn cơ chất Vbùn nuôi cấy x VSbùn nuôi cấy

của bùn cơ chất/ gVS của bùn nuôi cấy tính theo công thức 3.1.

Trong đó:

F là khối lượng VS của bùn cơ chất ban đầu trong mỗi bình phản ứng (g); M là khối

lượng VS của bùn nuôi cấy trong mỗi bình phản ứng (g); Vbùn cơ chất là thể tích của bùn

cơ chất trong mỗi bình phản ứng (L); VSbùn cơ chất là nồng độ VS của bùn cơ chất ban

đầu làm thí nghiệm (g/L); Vbùn nuôi cấy là thể tích của bùn nuôi cấy trong mỗi bình phản

ứng (L); VSbùn nuôi cấy là nồng độ VS của bùn nuôi cấy làm thí nghiệm (g/L).

3.3. Các chỉ tiêu, phương pháp phân tích và đánh giá trong thí nghiệm

Nguyên liệu các thí nghiệm BMP là bùn nuôi cấy; bùn cơ chất như bùn bể tự

hoại, bùn trạm XLNT đô thị trong HTTN chung đều được phân tích các chỉ tiêu hóa

lý trước khi nạp vào bình phản ứng và sau khi kết thúc thí nghiệm.

3.3.1. Các chỉ tiêu, phương pháp phân tích thí nghiệm

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình phân hủy kị khí (có thể

tăng cường quá trình hoặc ức chế quá trình), trong đó, có đặc điểm nguyên liệu vào

bể phân hủy kị khí. Các thông số nguyên liệu quan trọng bao gồm chất rắn bay hơi

(VS), nhu cầu oxy hóa học (COD), tỷ lệ các bon so với ni tơ (hoặc COD/TN) và sự

hiện diện của các chất ức chế [41], [43].

Các mẫu bùn được phân tích các chỉ tiêu pH, TS, VS, COD, TN và TP theo

phương pháp của APHA-AWWA-WEF 2005 [42], TCVN 6491:1999 [29], TCVN

6202:2008 [30].

57

+ pH: chỉ tiêu pH được đo tại hiện trường bằng máy đo pH tự động (pH meter)

+ Tổng chất rắn (TS): chỉ tiêu TS được phân tích tại phòng thí nghiệm theo phương

pháp APHA 2540-B [42]. Mẫu bùn sau khi trộn đều được sấy khô ở nhiệt độ 1030C

- 1050C trong 24h tới khối lượng không đổi để xác định giá trị TS.

+ Chất rắn bay hơi (VS): chỉ tiêu VS được phân tích tại phòng thí nghiệm theo phương

pháp APHA 2540-E [42]. Chỉ tiêu VS được xác định bằng cách nung cặn còn lại từ

quá trình xác định TS ở nhiệt độ 5500C trong 2h cho đến khối lượng không đổi. Chất

rắn còn lại là tổng lượng cặn không bay hơi, muối nóng chảy hoặc cặn lơ lửng không

bay hơi. Trọng lượng của mẫu mất đi chính là hàm lượng cặn bay hơi VS.

+ Nhu cầu ô xi hóa học (COD): Hàm lượng chất hữu cơ tính theo COD được phân

tích bằng phương pháp chuẩn độ lượng dicromat kali theo TCVN 6491:1999 [29].

Các mẫu bùn đã đồng nhất mẫu (bùn được khuấy trộn đều) được pha loãng

trước khi phân tích sao cho kết quả thu mẫu sau pha loãng trong khoảng 0 mg/L –

1000 mg/L. Đối với mẫu bùn tỷ lệ pha loãng là 1/10 đến 1/50. Các mẫu bùn sau khi

pha loãng được đun hồi lưu với K2Cr2O7 và chất xúc tác là bạc sunfat Ag2SO4 trong

môi trường axit H2SO4 đặc. COD được xác định với dải nồng độ cao (0-1000 mg/L)

ở bước sóng 600 nm.

+ Tổng ni tơ (TN): Hàm lượng tổng ni tơ được đo bằng phương pháp phân hủy

persulfate, sử dụng Test’N Tube (10,0 – 150,0 mg/L N), phân tích TN dùng cho máy

DR890 của Hach (Hach method 10072).

Các mẫu bùn được khuấy trộn đều và pha loãng trước khi phân tích sao cho

kết quả thu mẫu sau pha loãng trong khoảng 20 mg/L – 100 mg/L. Các mẫu bùn này

được phá mẫu bằng bếp nung DRB200 ở nhiệt độ 1050C, gia nhiệt trong 30 phút với

persulfate sẽ chuyển tất cả các dạng ni tơ có trong bùn thành nitrat. Natri metabisulfite

được cho vào sau khi phá mẫu để hạn chế các ảnh hưởng của halogen oxide. Nitrat

sau đó phản ứng với axit chromotropic dưới điều kiện axit mạnh để tạo thành phức

màu vàng có sự hấp thụ ánh sáng cao nhất ở bước sóng 420 nm.

+ Tổng phốt pho (TP): Hàm lượng tổng phốt pho được phân tích bằng phương pháp

đo phổ dùng amoni molipdat theo TCVN 6202:2008 [30].

58

Các mẫu bùn đã đồng nhất mẫu (bùn được khuấy trộn đều) được pha loãng

trước khi phân tích sao cho kết quả thu mẫu sau pha loãng trong khoảng 0,005 mg/L

– 0,8 mg/L. Đối với mẫu bùn tỷ lệ pha loãng là 1/50 đến 1/250. Các mẫu bùn sau khi

pha loãng hoà tan bằng K2S2O8 trong môi trường axit sau đó đo mật độ quang của

dung dịch tại bước sóng 700 nm hoặc 880 nm để xác định hàm lượng phốt pho.

3.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá thí nghiệm

Các bình phản ứng được khuấy trộn đều trong thời gian thí nghiệm nên SRT

bằng HRT. Tuy nhiên không phải tất cả các chất hữu cơ có trong mỗi bình phản ứng

đều được phân hủy. Mức độ phân hủy các chất hữu cơ trong các bình phản ứng kị khí

có thể được đánh giá dựa vào sự giảm lượng VS, hàm lượng chất hữu cơ tính theo

COD sau quá trình phân hủy kị khí. Sự giảm các chất hữu cơ có thể được tính toán

bởi phương trình cân bằng khối lượng [47]. Sau khi có được tính chất của bùn đầu

vào và đầu ra của thí nghiệm, sự phân hủy của chất hữu cơ ở mỗi bình phản ứng trong

một thời gian nhất định được tính theo công thức 3.2 và công thức 3.3.

x 100, % (3.2)

VSvào − VSra VSvào

Hiệu suất loại bỏ VS: ȠVS =

Trong đó:

VSvào là lượng VS của bùn nạp vào bình phản ứng trước khi thí nghiệm (g);

VSra là lượng VS của bùn còn lại trong bình phản ứng khi kết thúc thí nghiệm (g).

Hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD:

x 100, % (3.3)

𝐶𝑂𝐷vào − 𝐶𝑂𝐷ra 𝐶𝑂𝐷vào

ȠCOD =

Trong đó:

CODvào và CODra là khối lượng chất hữu cơ tính theo COD (g) tương ứng của bùn

nạp vào bình phản ứng trước khi thí nghiệm và của bùn còn trong bình phản ứng khi

kết thúc thí nghiệm.

Do các bình phản ứng chỉ nạp nguyên liệu một lần khi bắt đầu thí nghiệm, thí

nghiệm kết thúc khi ngừng sinh khí nên giá trị VS, COD giảm chính là hàm lượng

chất hữu cơ có trong mỗi bình được phân hủy chuyển thành biogas [43], biogas được

hấp thụ qua dung dịch NaOH 3M, nên khí còn lại thu được là khí CH4.

59

Thể tích khí CH4 sinh ra (ở đktc) trên mỗi gam chất hữu cơ được loại bỏ tính

theo COD của mỗi bình phản ứng được xác định theo công thức 3.4:

VCH4 CODloại bỏ

Thể tích khí CH4 NmL/gCODloại bỏ = (3.4)

Trong đó: VCH4 là thể tích khí CH4 tích lũy ở mỗi bình phản ứng thí nghiệm ở đktc

(NmL); CODloại bỏ là khối lượng chất hữu cơ được loại bỏ tính theo COD ở mỗi bình

phản ứng (g), và CODloại bỏ = CODvào – CODra với CODvào, CODra là giá trị COD của

bùn đầu vào, đầu ra khi thí nghiệm phân hủy (g).

Hiệu suất của quá trình chuyển hóa chất hữu cơ thành khí CH4 được tính với

giả thiết hiệu suất sẽ đạt 100% nếu tính toàn bộ giá trị của COD nạp vào phản ứng,

một phần tạo ra sinh khối của vi sinh vật, phần còn lại được chuyển hóa hoàn toàn

sinh khí CH4. Hiệu suất sinh khí mê tan được tính theo công thức 3.5:

VCH4 350x CODloại bỏ

x100, % (3.5) ȠCH4 =

Trong đó:

VCH4 là thể tích khí CH4 tích lũy ở mỗi bình phản ứng thí nghiệm ở đktc (NmL);

350 là hệ số chuyển đổi 1g chất hữu cơ phân hủy tính theo COD tạo thành 350NmL

khí CH4 ở đktc [49].

CODloại bỏ là khối lượng chất hữu cơ được loại bỏ tính theo COD (g) ở mỗi bình

phản ứng (g), và CODloại bỏ = CODvào – CODra với CODvào, CODra là giá trị COD của

bùn đầu vào, đầu ra khi thí nghiệm phân hủy (g).

Thể tích khí CH4 sinh ra (ở đktc) do bùn cơ chất cho vào mỗi bình phản ứng

được tính theo công thức 3.6.

=

VCH4 bùn cơ chất MVS

V1− V2 MVS

(3.6) Thể tích khí CH4 NmL/gVSbùn cơ chất vào =

Trong đó:

+ VCH4 bùn cơ chất = V1 – V2 là thể tích khí CH4 của bùn cơ chất sinh ra ở đktc (NmL);

với V1 là thể tích khí CH4 tích lũy ở mỗi bình phản ứng ở đktc có chứa bùn cơ chất

và bùn nuôi cấy trộn với nhau (NmL) và V2 là thể tích khí CH4 tích lũy ở bình phản

ứng chỉ chứa bùn nuôi cấy ở đktc (NmL).

+ MVS là khối lượng VS của bùn cơ chất cho vào mỗi bình phản ứng (g).

60

3.4. Thực hiện thí nghiệm

Thí nghiệm phân hủy kị khí đánh giá khả năng sinh khí mê tan (BMP) của các

loại bùn được thực hiện theo mẻ trong điều kiện lên men ấm ở nhiệt độ 350C (±0,50C),

đặt tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Cấp thoát nước, Trường Đại học Xây dựng.

+ Thí nghiệm BMP1 được thực hiện từ tháng 10 đến tháng 11 năm 2016 để

đánh giá tiềm năng sinh khí mê tan của các bùn cơ chất riêng: FS, PS, WAS1, WAS2

và WAS.

+ Thí nghiệm BMP2 được thực hiện từ tháng 1 đến tháng 2 năm 2017 để đánh

giá tiềm năng sinh khí mê tan của hỗn hợp FS và WAS theo các tỷ lệ phối trộn khác

nhau.

Bùn nuôi cấy và bùn cơ chất để thí nghiệm BMP1 và BMP2 được lấy vào thời

điểm khi thực hiện thí nghiệm BMP1 và BMP2. Bùn thí nghiệm được nạp vào 1 lần

khi bắt đầu thí nghiệm, và lấy ra khi thí nghiệm kết thúc ngừng sinh khí. Do phần lớn

các hợp chất carbohydrate và protein dễ phân hủy đều bị phân hủy trong 21 ngày đầu

phân hủy, sau 21 ngày phân hủy, cả protein và carbohydrate có tốc độ phân hủy chậm

dần do carbohydrate và protein còn lại khó phân hủy và có thể sử dụng không tốt cho

vi sinh vật kị khí [63]. Bùn có thành phần, hàm lượng carbohydrate và protein khác

nhau thì khả năng phân hủy sinh học của bùn là khác nhau [82]. Theo kết quả nghiên

cứu thành phần, tính chất của bùn bể tự hoại trong khuôn khổ thực hiện dự án PURR

giữa IESE, trường ĐHXD với EAWAG, Thụy Sỹ (nghiên cứu sinh trực tiếp tham gia

và sử dụng kết quả cho luận án) và bùn của trạm XLNT đô thị chủ yếu chứa

carbohydrate và protein [5] nên thời gian mỗi lần thí nghiệm BMP được thực hiện

trong 25 ngày.

Thể tích khí sinh ra ở các bình phản ứng được đo bằng phương pháp đo thể

tích khí chiếm chỗ chất lỏng trong ống đo thể tích. Để loại bỏ ôxi trong bình phản

ứng trước khi thí nghiệm BMP, tất cả các bình phản ứng được làm sạch bằng khí N2

trong 2 phút. Bình phản ứng được bịt kín bằng nút cao su có dán keo silicon xung

quanh và sục lại khí N2 trong 2 phút để tạo điều kiện môi trường cho quá trình phân

hủy kị khí (hình 3.5).

61

Hình 3.5. Sục khí N2 các bình phản ứng thí nghiệm BMP.

Biogas sinh ra được dẫn đến các chai đựng dung dịch NaOH 3M, khí CO2

được loại bỏ bởi các phản ứng hóa học, khí CH4 không bị hấp thụ bởi dung dịch

NaOH được dẫn đến các ống đo thể tích đặt trong khay chứa nước bên ngoài với mực

nước trong ống đo nhất định. Khí CH4 sinh ra sẽ đẩy nước trong ống đo ra ngoài, mực

nước trong ống đo hạ xuống. Chiều cao cột nước trong ống đo bị hạ chính là thể tích

khí CH4 sinh ra (hình 3.6).

Hình 3.6. Bộ hấp thụ biogas và đo khí mê tan.

PxV

Ống đo thể tích khí được hút chân không sau mỗi lần đo/ ghi đọc trong 1 ngày. Thể tích khí mê tan được ghi hàng ngày và quy đổi ra thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn theo công thức 3.7 [126].

=

T

P0xV0 T0

PxVxT0 P0xT

(3.7) V0 =

Trong đó: P, V, T tương ứng là áp suất, thể tích, nhiệt độ ở điều kiện thí nghiệm; P0, V0, T0 tương ứng là áp suất, thể tích, nhiệt độ ở điều kiện tiêu chuẩn.

62

(P0 = 1atm; T0 = 00C (hay T0=2730K); T=350C+T0; P = P0+γ*h với γ là trọng lượng

riêng của nước, h là chiều cao cột nước trong ống đo thể tích khí CH4; V là thể tích

khí CH4 sinh ra hàng ngày).

3.4.1. Thí nghiệm BMP1 đánh giá tiềm năng sinh khí CH4 của bùn bể tự hoại và

bùn trạm XLNT đô thị khi xử lý riêng

Thí nghiệm BMP1 được thực hiện từ ngày 22 tháng 10 đến ngày 15 tháng 11

năm 2016. Các chỉ tiêu của nguyên liệu cơ bản ban đầu để thực hiện thí nghiệm BMP1

được thể hiện ở bảng 3.1.

Bảng 3.1. Các chỉ tiêu của nguyên liệu cơ bản ban đầu cho thí nghiệm BMP1

Nguyên liệu Độ ẩm TS VS COD TN TP COD/ thí nghiệm pH (%) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) TN BMP1

Bùn nuôi cấy 7,40 97,92 20,76 12,56 18,56 1,09 0,19 120:7 (M1)

FS 7,60 97,34 26,54 19,04 24,55 0,91 0,21 189:7

PS 6,90 98,23 17,61 11,47 17,65 0,75 0,34 164:7 Bùn

cơ WAS1 7,05 99,49 5,07 3,12 5,09 0,25 0,12 143:7

chất WAS2 7,12 98,28 17,13 9,27 10,93 0,75 0,30 102:7

WAS 7,23 98,94 11,58 7,54 11,47 0,54 0,29 147:7

Thí nghiệm BMP1 gồm các bình phản ứng chứa các nguyên liệu:

- Bùn nuôi cấy làm mẫu trắng (bình phản ứng: M1).

- Bùn nuôi cấy kết hợp với từng bùn cơ chất FS, PS, WAS1, WAS2 và WAS

tương ứng có các bình phản ứng: S1=M1+FS, S2=M1+PS, S3=M1+WAS1,

S4=M1+WAS2 và S5=M1+WAS.

Bình phản ứng M1 chỉ chứa bùn nuôi cấy làm mẫu trắng trong thí nghiệm

BMP1 được dùng để xác định thể tích khí CH4 do bùn nuôi cấy sinh ra. Từ đó sẽ tính

được thể tích khí CH4 do bùn cơ chất sinh ra ở các bình phản ứng S1, S2, S3, S4 và

S5. Các chỉ tiêu đầu vào thí nghiệm BMP1 được thể hiện trong bảng 3.2.

63

Bảng 3.2. Các chỉ tiêu đầu vào của các mẫu trong thí nghiệm BMP1

Các chỉ tiêu đầu M1 S1 = S2 = S3 = S4 = S5 =

vào thí nghiệm (mẫu M1 + M1 + M1 + M1 + M1 +

BMP1 trắng) FS PS WAS1 WAS2 WAS

Số mẫu lặp n (lần) 2 2 2 2 2 2

Thể tích bùn nuôi 150 150 150 150 150 150 cấy (mL)

Thể tích bùn cơ 49 82 302 102 125 chất (mL)

7,40 7,28 7,17 7,23 7,18 7,21 pH ±0,01 ±0,03 ±0,03 ±0,01 ±0,02 ±0,02

Độ ẩm của hỗn hợp 97,92 97,78 98,04 98,97 98,07 98,34

bùn vào (%) ±0,03 ±0,01 ±0,01 ±0,01 ±0,01 ±0,01

TS của hỗn hợp 20,76 22,19 19,65 10,28 19,29 16,59

bùn vào (g/L) ±0,26 ±0,09 ±0,10 ±0,11 ±0,06 ±0,13

VS của hỗn hợp 12,56 14,17 12,17 6,25 11,23 10,28

bùn vào (g/L) ±0,07 ±0,05 ±0,09 ±0,05 ±0,03 ±0,02

COD của hỗn hợp 18,56 20,05 18,24 9,56 15,48 15,34

bùn vào (g/L) ±0,08 ±0,07 ±0,08 ±0,04 ±0,10 ±0,05

TN của hỗn hợp 1,09 1,04 0,97 0,53 0,95 0,84

bùn vào (g/L) ±0,11 ±0,16 ±0,10 ±0,14 ±0,17 ±0,09

COD/TN 120:7 135:7 132:7 127:7 114:7 128:7

Ghi chú: Giá trị trung bình của các mẫu lặp ± độ lệch chuẩn.

3.4.2. Thí nghiệm BMP2 đánh giá tiềm năng sinh khí CH4 của bùn bể tự hoại và

bùn trạm XLNT đô thị khi xử lý kết hợp

Thí nghiệm BMP2 được thực hiện sau thí nghiệm BMP1, từ ngày 21 tháng 1

đến ngày 15 tháng 2 năm 2017 để đánh giá khả năng sinh khí CH4 khi xử lý kết hợp

FS với WAS theo các tỷ lệ phối trộn khác nhau.

❖ Xác định tỷ lệ phối trộn FS với WAS của thí nghiệm BMP2 căn cứ vào:

64

- Khối lượng bùn phát sinh cho một khu vực: Kết quả tính toán lượng FS và bùn

trạm XLNT đô thị phát sinh cho khu vực đô thị trung tâm của Hà Nội giai đoạn năm

2019 – 2044 phụ thuộc vào qui mô dân số, số dân đấu nối nước thải vào HTTN và tỷ

lệ nước thải thu gom xử lý; số hộ gia đình sử dụng bể tự hoại và khối lượng FS hút

300.0

261.0

259.0

255.8

250.0

201.1

177.0

) y à g n / n ấ t (

200.0

n ù b

150.0

114.1

106.5

95.3

83.1

70.1

100.0

115.9

42.4

50.0

g n ợ ư l i ố h K

0.0

Năm 2019

Năm 2024

Năm 2029

Năm 2034

Năm 2039

Năm 2044

Bùn trạm XLNT

Bùn bể tự hoại

lên được thể hiện trên hình 3.7 (phụ lục 5).

Hình 3.7. Khối lượng bùn bể tự hoại và bùn trạm XLNT đô thị phát sinh của khu

vực đô thị trung tâm Hà Nội giai đoạn 2019-2044.

Hình 3.7 cho thấy tỷ lệ giữa lượng bùn trạm XLNT và FS: năm 2019 xấp xỉ

bằng 1,0, năm 2029 là 2,1, năm 2034 là 3,1 và năm 2044 là 6,2. Hiện nay, các đô thị

mới tăng lên, tỷ lệ phục vụ của mạng lưới thoát nước tăng, HTTN riêng được sử dụng

nên nước thải từ bệ xí, nước thải sinh hoạt được thu gom, đấu nối trực tiếp vào HTTN

bên ngoài, sẽ không còn công trình xử lý cục bộ (bể tự hoại) do đó mà tỷ lệ thu gom

nước thải từ các hộ gia đình tăng nhưng lượng bùn bể tự hoại sẽ giảm. Lượng bùn

phát sinh từ các trạm XLNT sẽ có xu hướng tăng dần rồi sẽ ổn định (do tỷ lệ che phủ

của dịch vụ thoát nước và XLNT đô thị tăng dần, cùng với phần diện tích được phục

vụ bởi HTTN riêng tăng dần). Do đó các tỷ lệ phối trộn khác nhau giữa FS và WAS

theo thời gian sẽ được chọn để đánh giá.

- Thành phần, tính chất của bùn bể tự hoại, bùn trạm XLNT đô thị: Kết quả

nghiên cứu thành phần, tính chất FS của khu vực Hà Nội trong khuôn khổ thực hiện

dự án PURR giữa IESE, trường ĐHXD và EAWAG, Thụy Sỹ mà nghiên cứu sinh đã

trực tiếp tham gia thực hiện và sử dụng kết quả cho luận án: bùn bể tự hoại có hàm

65

lượng VS từ 1,01 g/L đến 50,9 g/L, COD từ 2,83 g/L đến 83,83 g/L, TN từ 0,18 g/L

đến 3,95 g/L, TP từ 0,03 g/L đến 2,49 g/L, và tỷ lệ VS/TS dao động từ 47,48% đến

87,74%. Bùn của trạm XLNT đô thị trong khu vực Hà Nội có hàm lượng VS từ 1,79

g/L đến 17,49 g/L, COD từ 2,22 g/L đến 24,97 g/L, TN từ 0,16 g/L đến 1,24 g/L, TP

từ 0,06 g/L đến 0,72 g/L, và tỷ lệ VS/TS dao động từ 53,49% đến 69,47% [5].

Các chỉ tiêu của nguyên liệu cơ bản ban đầu để thực hiện thí nghiệm BMP2

được thể hiện trong bảng 3.3.

Bảng 3.3. Các chỉ tiêu của nguyên liệu cơ bản ban đầu cho thí nghiệm BMP2

Nguyên liệu thí Độ ẩm TS VS COD TN TP COD/ pH nghiệm BMP2 (%) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) TN

Bùn nuôi cấy (M2) 7,41 97,88 21,16 13,23 21,24 1,09 0,19 137:7

FS 7,70 97,50 25,03 18,62 44,17 2,80 0,38 111:7 Bùn cơ

chất WAS 7,31 98,60 14,04 9,59 14,65 0,72 0,29 143:7

Qua kết quả phân tích mẫu bùn bể tự hoại của dự án PURR và của các đợt thí

nghiệm ở bảng 3.1 và bảng 3.3 có thể thấy bùn bể tự hoại còn chứa hàm lượng chất

hữu cơ, ni tơ và phốt pho cao hơn bùn của trạm XLNT đô thị.

Do đó căn cứ vào khối lượng FS, bùn của trạm XLNT; và kết quả phân tích thành

phần, tính chất của FS và WAS, tỷ lệ phối trộn giữa FS và WAS được chọn để thực

hiện trong thí nghiệm BMP2 thể hiện ở bảng 3.4.

Bảng 3. 4. Tỷ lệ phối trộn của các bùn cơ chất trong thí nghiệm BMP2

Tỷ lệ phối trộn Bùn bể tự hoại : Bùn trạm XLNT (FS:WAS)

Theo tỷ lệ % khối lượng VS 0:100 14:86 25:75 33:67 50:50

Theo tỷ lệ khối lượng VS 0:1 1:6 1:3 1:2 1:1

Bùn nuôi cấy được sử dụng để làm nguồn vi sinh vật trong BMP2. Bùn cơ chất

được trộn với bùn nuôi cấy theo tỷ lệ F/M =1/2 (gVS/gVS) cho tất cả các bình phản

F

=

=

M

1 (3.8) 2

𝑉𝐹𝑆 𝑥 𝑉𝑆𝐹𝑆+ 𝑉𝑊𝐴𝑆 𝑥 𝑉𝑆𝑊𝐴𝑆 𝑉𝑏ù𝑛 𝑛𝑢ô𝑖 𝑐ấ𝑦 𝑥 𝑉𝑆𝑏ù𝑛 𝑛𝑢ô𝑖 𝑐ấ𝑦

ứng trong thí nghiệm BMP2 theo công thức 3.8:

Trong đó: VFS, VWAS là thể tích của FS, WAS trong thí nghiệm (L); VSFS, VSWAS là

hàm lượng VS của FS, WAS trong thí nghiệm (g/L); Vbùn nuôi cấy là thể tích của bùn

nuôi cấy trong thí nghiệm (L); VSbùn nuôi cấy là hàm lượng VS của bùn nuôi cấy trong

66

thí nghiệm (g/L).

Thí nghiệm BMP2 gồm các bình phản ứng chứa các nguyên liệu có các chỉ tiêu

đầu vào thí nghiệm BMP2 được thể hiện trong bảng 3.5

- Bùn nuôi cấy làm mẫu trắng (bình phản ứng: M2).

- Bùn nuôi cấy và bùn cơ chất là FS phối trộn với WAS theo tỷ lệ % khối lượng của

VS có trong bùn cơ chất. Các bình phản ứng: T1 = M2 + 100%WAS, T2 = M2 +

14%FS + 86%WAS, T3= M2 + 25%FS + 75%WAS, T4 = M2 + 33%FS + 67%WAS

và T5 = M2 + 50%FS + 50%WAS hay tương ứng tính theo khối lượng VS của bùn

cơ chất là FS:WAS = 0:1, 1:6, 1:3, 1:2 và 1:1.

Bảng 3.5. Các chỉ tiêu đầu vào của các mẫu trong thí nghiệm BMP2

M2 Các chỉ tiêu đầu vào thí T1 T2 T3 T4 T5 (mẫu nghiệm BMP2 (0:1) (1:6) (1:3) (1:2) (1:1) trắng)

2 Số mẫu lặp n (lần) 2 2 2 2 2

Thể tích bùn nuôi cấy (mL) 250 250 250 250 250 250

Thể tích hỗn hợp bùn cơ 0 172 160 152 144 131 chất FS và WAS (mL)

7,41 7,26 7,28 7,29 7,30 7,26 pH ±0,01 ±0,03 ±0,03 ±0,02 ±0,01 ±0,02

Độ ẩm của hỗn hợp bùn 97,88 98,17 98,13 98,09 98,06 98,00

vào (%) ±0,02 ±0,01 ±0,02 ±0,01 ±0,01 ±0,01

TS của hỗn hợp bùn vào 21,16 18,25 18,71 19,08 19,37 20,00

(g/L) ±0,16 ±0.05 ±0,19 ±0,08 ±0,05 ±0,08

VS của hỗn hợp bùn vào 13,23 11,74 12,08 12,36 12,57 13,03

(g/L) ±0,05 ±0,06 ±0,10 ±0,11 ±0,11 ±0,08

COD của hỗn hợp bùn vào 21,24 18,55 19,56 20,38 21,02 22,42

(g/L) ±0,06 ±0,09 ±0,11 ±0,06 ±0,11 ±0,07

TN của hỗn hợp bùn vào 1,09 0,94 1,01 1,06 1,11 1,20

(g/L) ±0,14 ±0,16 ±0,09 ±0,11 ±0,10 ±0,15

COD/TN 137:7 139:7 136:7 134:7 133:7 130:7

Ghi chú: Giá trị trung bình của các mẫu lặp ± độ lệch chuẩn.

67

Bình phản ứng M2 chỉ chứa bùn nuôi cấy làm mẫu trắng trong thí nghiệm

BMP2 được dùng để xác định thể tích khí CH4 chỉ do bùn nuôi cấy sinh ra, từ đó sẽ

xác định được thể tích khí CH4 do bùn cơ chất sinh ra ở các bình phản ứng T1, T2,

T3, T4 và T5.

3.5. Kết quả thí nghiệm và thảo luận

3.5.1. Thí nghiệm BMP1

Kết quả thí nghiệm BMP1 phân hủy kị khí bùn nuôi cấy và bùn cơ chất riêng

là bùn bể tự hoại và các loại bùn của trạm XLNT đô thị được thể hiện ở bảng 3.6.

Bảng 3.6. Các chỉ tiêu đầu ra của các mẫu trong thí nghiệm BMP1

M1

S1

S2

S3

S4

S5

Các thông số đầu ra thí nghiệm BMP1

(mẫu trắng)

(M1+ FS)

(M1+ PS)

(M1+ WAS1)

(M1+ WAS2)

(M1+ WAS)

7,57

7,74

7,74

7,73

7,73

7,71

pH

±0,04

±0,02

±0,03

±0,03

±0,02

±0,02

9,67

9,05

7,30

3,92

7,19

6,37

VS ra (g/L)

±0,03

±0,07

±0,02

±0,04

±0,08

±0,09

14,27

12,78

10,90

5,97

9,90

9,49

COD ra (g/L)

±0,03

±0,12

±0,15

±0,05

±0,14

±0,11

0,43

1,02

1,13

1,06

1,02

1,08

VSloại bỏ (g)

±0,01

±0,02

±0,02

±0,01

±0,01

±0,02

0,64

1,45

1,70

1,62

1,41

1,61

CODloại bỏ (g)

±0,01

±0,01

±0,02

±0,01

±0,01

±0,02

23,04

36,13

40,02

37,37

35,95

38,08

Hiệu suất loại bỏ VS (%)

±0,22

±0,72

±0,28

±0,05

±0,56

±0,72

Hiệu suất loại bỏ chất hữu

23,14

36,24

40,24

37,52

36,08

38,11

cơ tính theo COD (%)

±2,00

±0,40

±0,56

±0,29

±0,46

±0,54

172,8

401,1

465,3

449,8

387,8

438,8

VCH4 tích lũy ở các bình

phản ứng (NmL)

±2,3

±1,5

±4,5

±3,1

±3,2

±6,1

228,2

292,5

277,0

214,9

265,9

VCH4 do bùn cơ chất sinh ra

(NmL)

±0,9

±2,2

±0,8

±0,8

±3,7

Ghi chú: Giá trị trung bình của các mẫu lặp ± độ lệch chuẩn.

68

Bảng 3.6 cho thấy pH của các mẫu đầu ra tăng, VS và COD giảm so với kết

quả phân tích các chỉ tiêu đầu vào thí nghiệm BMP1 trong quá trình phân hủy kị khí

lên men ấm 350C. Lượng VS của các mẫu giảm chính là phần chất hữu cơ được phân

hủy trong các bình phản ứng chuyển hóa thành biogas. Quá trình phân hủy kị khí của

các mẫu diễn ra trong môi trường có pH dao động từ 7,17 đến 7,74 nằm trong khoảng

giá trị pH = 6,6 ÷ 8,5 được nêu ra trong nghiên cứu của Yvonne (2014) [134] về phân

hủy kị khí của chất thải sinh học ở các nước đang phát triển; và tương đương với kết

quả nghiên cứu pH = 6,8 ÷ 7,8 của Guang (2015) [63] khi đánh giá tính chất của

protein và cacbonhydrat trong phân hủy kị khí bùn ở chế độ lên men ấm 36±10C.

Các bình phản ứng S1, S2, S3, S4 và S5 có hiệu suất loại bỏ VS nằm trong

khoảng là 35,95% - 40,02% và hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD 36,08%

- 40,24%. Kết quả này cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu đã công bố của

Habiba và các cộng sự (2009) [64] khi thực hiện nghiên cứu tăng khả năng ổn định

bùn hoạt tính trong quá trình phân hủy kị khí cho phép hiệu suất loại bỏ VS 30% ÷

45%; nghiên cứu của Nielfa và các cộng sự (2015) [97] khi thực hiện thí nghiệm BMP

để phân hủy kị khí chất thải rắn hữu cơ và bùn sinh học từ trạm XLNT ở 350C trong

thời gian 39 ngày đã cho hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD và VS của bùn

sinh học tương ứng 36% và 45%; Magdalena (2012) [88] nghiên cứu tại phòng thí

nghiệm khi phân hủy kị khí bùn nén và chất thải rắn hữu cơ ở 350C, thời gian lên men

18 - 20 ngày, đã cho hiệu suất loại bỏ VS là 39,78% - 40,87% và COD là 43,58% -

44,08% khi phân hủy đối với 100% bùn nén.

Thể tích khí CH4 sinh ra hàng ngày và tích lũy theo ngày của các mẫu sinh ra

trong thí nghiệm BMP1 được tính quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn theo công thức 3.7,

theo công thức 3.4 tính được thể tích khí CH4 sinh ra khi 1 gam chất hữu cơ tính theo

COD của bùn trong các mẫu được loại bỏ và theo công thức 3.5 tính được hiệu suất

sinh khí CH4 của các mẫu, kết quả tính toán được thể hiện trên hình 3.8.

Hình 3.8 cho thấy S3 có thể tích khí CH4 thu được 277,4±2,9 NmL/gCODloạibỏ

tương ứng hiệu suất sinh khí cao nhất là 79,26±0,81%. Mẫu S1 thu được

276,8±3,2NmL CH4/gCODloại bỏ với hiệu suất sinh khí 79,09±0,90% cao hơn mẫu S2,

69

)

300.0

277.4

276.8

275.9

273.1

273.0

%

i ạ o l

(

250.0

200.0

D O C g / L m N

(

150.0

79.26

79.09

78.84

78.04

78.01

100.0

50.0

4 H C h n i s t ấ u s u ệ i H à v ) ỏ b

4 H C h c í t ể h T

0.0

S1

S2

S3

S4

S5

Thể tích khí CH4 NmL/gCOD loại bỏ

Hiệu suất sinh khí CH4 (%)

S4, S5 tương ứng là 1,34%, 0,32%, 1,39% và thấp hơn mẫu S3 là 0,22%.

Hình 3.8. Thể tích khí CH4 (NmL/gCODloại bỏ) và hiệu suất sinh khí CH4 (%) của

các mẫu trong thí nghiệm BMP1.

Như vậy mẫu S1, S2, S3, S4 và S5 cho hiệu suất sinh khí CH4 từ 78,01% đến

79,09%. Hiệu suất sinh khí CH4 của các mẫu này thấp hơn so với cách tính theo lý

thuyết khoảng 20,91% - 21,99%. Sự khác biệt này cho thấy có thể do tỷ lệ COD/TN

của các mẫu bùn trong thí nghiệm dao động từ 114:7 – 135:7 thấp hơn tỷ lệ COD/TN

= 350:7 – 1000:7 của các nghiên cứu trước đây về điều kiện tối ưu cho quá trình phân

hủy kị khí [61], [114]. Ngoài ra, trong quá trình phân hủy kị khí, lượng khí CH4 giảm

có thể do lượng chất hữu cơ tính theo COD bị vi khuẩn khử sulfate, khử nitrat tiêu

thụ do trong bùn có chứa sulfate, nitrat dẫn đến sự cạnh tranh về cơ chất của vi khuẩn

khử sulfate, khử nitrat và nhóm vi sinh vật lên men sinh axit – sinh mê tan [49].

Các bình phản ứng trong thí nghiệm BMP1 được nạp bùn nuôi cấy cùng một

thể tích như nhau và khối lượng VS của bùn cơ chất là bằng nhau, do đó chỉ tính riêng

cho bùn cơ chất thì tổng thể tích khí CH4 sinh ra sau 25 ngày thí nghiệm do FS, PS,

WAS1, WAS2 và WAS phân hủy kị khí lần lượt là 228,2±0,9NmL, 292,5±2,2NmL,

277,0±0,8NmL, 214,9±0,8NmL và 265,9±3,7NmL. Trong đó, PS cho tổng thể tích

khí CH4 cao nhất, WAS2 cho tổng thể tích khí CH4 thấp nhất. Thể tích khí CH4 tích

lũy theo từng ngày của các bùn cơ chất được thể hiện trên hình 3.9.

70

350.0

) o à v

300.0

4 H C

t ấ h c ơ c

250.0

í h k

n ù b

200.0

h c í t ể h T

150.0

S V g / L m N

(

100.0

FS

PS

WAS1

50.0

WAS2

WAS

0.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Thời gian (ngày)

Hình 3.9. Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày do bùn cơ chất sinh ra trong

thí nghiệm BMP1.

Thể tích khí CH4 sinh ra khi phân hủy 1 g VS của bùn cơ chất được xác định

350.0

310.5

) o à v

294.0

292.5

282.3

300.0

277.0

265.9

c ặ o h L m N

242.3

(

250.0

228.2

228.2

214.9

4 H C

t ấ h c ơ c n ù b

200.0

í h k

150.0

S V g / L m N

h c í t ể h T

100.0

theo công thức 3.6 và thể hiện trên hình 3.10.

FS

PS

WAS1

WAS2

WAS

Thể tích khí CH4 NmL/gVS bùn cơ chất vào Tổng thể tích khí CH4 (NmL) do bùn cơ chất sinh ra

Hình 3.10. Thể tích khí CH4 (NmL/gVSbùn cơ chất vào) và tổng thể tích khí CH4 (NmL)

do bùn cơ chất sinh ra trong thí nghiệm BMP1.

Hình 3.10 cho thấy phân hủy kị khí PS cho tổng thể tích khí CH4 cao nhất là

292,5±2,2 NmL tương ứng với 310,5±2,3 NmL CH4/gVSbùn cơ chất vào, WAS2 cho tổng

71

thể tích khí CH4 thấp nhất là 214,9±0,8 NmL tương ứng với 228,2±0,9 NmL

CH4/gVSbùn cơ chất vào. PS là bùn cặn tươi, chứa các chất hữu cơ thành phần chủ yếu là

cacbonhydrat chưa bị phân hủy, WAS1, WAS2 và WAS là các bông bùn hoạt tính,

thành phần chủ yếu là protein nên bùn thứ cấp cho hiệu suất sinh khí CH4 thấp hơn

các chất hữu cơ là cacbonhydrat và lipit [63]. WAS cho thể tích khí CH4 là 282,3±3,9

NmL/gVSbùn cơ chất vào cao hơn 23,7% so với WAS2 và thấp hơn 4,0% so với WAS1.

Kết quả nghiên cứu WAS trong thí nghiệm BMP1 cao hơn kết quả nghiên cứu của

Valentina và các cộng sự (2013) [122] khi thực hiện thí nghiệm phân hủy kị khí ở chế

độ lên men ấm 370C, thời gian thí nghiệm 30 ngày đối với bùn nén (hỗn hợp bùn sơ

cấp và bùn thứ cấp) cho thể tích khí CH4 là 248,8 NmL/gVSbùn cơ chất vào.

FS trong thí nghiệm BMP1 cho tổng thể tích khí CH4 là 228,2±0,9 NmL tương

ứng với 242,3±0,9 NmL/gVSbùncơchất vào. Kết quả này cao hơn kết quả nghiên cứu của

Hoàng Lê Phương (2018) [22] khi nghiên cứu về phân hủy kị khí phân bùn trên mô

hình phòng thí nghiệm ở nhiệt độ 300C – 320C trong thời gian 40 ngày đối với phân

bùn riêng không phối trộn cho thể tích khí CH4 là 206,02 NmL/gVSphân bùn của nguyên

liệu đầu; và cũng nằm trong khoảng giá trị nghiên cứu của Miriam (2012) [92] khi

thí nghiệm cho các mẫu phân bùn từ hố xí đào ở Việt Nam ở điều kiện lên men ấm,

thu được thể tích biogas từ 115 mL/gVSphân bùn đến 354 mL/gVSphân bùn với hàm lượng

khí CH4 từ 70% đến 78% trong biogas. FS cho khả năng sinh khí CH4 tính trên gam

VS bùn vào cao hơn 6,2% so với WAS2 và thấp hơn 22,0% so với PS; kết quả này

cũng tương đồng với các kết quả nghiên cứu trong báo cáo của U.S. EPA (1994) [119]

về các nghiên cứu được thực hiện thí nghiệm ở Lebanon để đánh giá hiệu quả sự phân

hủy kị khí của phân bùn riêng và bùn sơ cấp từ trạm XLNT: quá trình phân hủy kị

khí trong điều kiện lên men ấm 32 - 350C, với SRT 30 ngày, sản lượng trung bình

biogas sinh ra từ quá trình phân hủy kị khí của phân bùn thấp hơn 9% so với PS, sự

giảm VS của phân bùn khi phân hủy cũng thấp hơn 25% so với PS.

Như vậy, FS và WAS khi phân hủy kị khí lên men ấm sinh ra khí CH4 cao hơn

WAS2. Các trạm XLNT với công nghệ XLNT chủ yếu là công nghệ bùn hoạt tính,

có hoặc không có bể lắng sơ cấp, lượng bùn phát sinh ít, các công trình xử lý bùn làm

72

việc chưa hết công suất. Bùn phát sinh chủ yếu vẫn được nén bùn, tách nước cơ học

và chở đi chôn lấp. Do đó, kết hợp xử lý phân hủy kị khí bùn nén của trạm XLNT đô

thị với bùn bể tự hoại sẽ tăng lượng bùn xử lý dẫn đến lượng khí CH4 sinh ra tăng và

sẽ tận dụng được thiết bị, công trình xử lý bùn đã xây dựng trong trạm XLNT.

3.5.2. Thí nghiệm BMP2

Kết quả thí nghiệm BMP2 để đánh giá khả năng sinh khí CH4 khi xử lý phân

hủy kị khí kết hợp FS và WAS ở chế độ lên men ấm 350C được thể hiện ở bảng 3.7.

Bảng 3.7. Các chỉ tiêu đầu ra của các mẫu trong thí nghiệm BMP2

M2

Các thông số đầu ra thí

T1

T2

T3

T4

T5

(mẫu

nghiệm BMP2

(0:1)

(1:6)

(1:3)

(1:2)

(1:1)

trắng)

7,60

7,76

7,78

7,78

7,78

7,77

pH

±0,03

±0,01

±0,02

±0,01

±0,01

±0,02

10,12±

7,27

7,31

7,32

7,33

7,49

VS ra (g/L)

0,03

±0,09

±0,05

±0,08

±0,06

±0,06

16,24

11,46

11,82

12,05

12,25

12,69

COD ra (g/L)

±0,06

±0,07

±0,04

±0,05

±0,08

±0,06

0,78

1,89

1,96

2,02

2,07

2,11

VSloại bỏ (g)

±0,02

±0,01

±0,02

±0,01

±0,02

±0,05

1,25

3,00

3,18

3,34

3,46

3,70

CODloại bỏ (g)

±0,00

±0,01

±0,03

±0,04

±0,01

±0,00

23,51

38,12

39,50

40,74

41,69

42,55

Hiệu suất loại bỏ VS (%)

±0,52

±0,40

±0,10

±0,16

±0,03

±0,78

Hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ

23,53

38,23

39,57

40,86

41,72

43,40

tính theo COD (%)

±0,08

±0,07

±0,14

±0,41

±0,08

±0,09

339,0

784,4

795,5

799,9

806,6

826,5

VCH4 tích lũy ở các bình phản

ứng (NmL)

±3,0

±10,6

±10,5

±10,1

±8,4

±10,5

445,4

456,5

460,9

467,6

487,5

VCH4 do bùn cơ chất sinh ra

(NmL)

±7,6

±7,5

±7,1

±5,4

±7,5

Ghi chú: Giá trị trung bình của các mẫu lặp ± độ lệch chuẩn.

73

Bảng 3.7 cho thấy, khi kết thúc thí nghiệm, các mẫu đầu ra có pH tăng, VS và

COD giảm so với các mẫu đầu vào, điều này chứng tỏ quá trình lên men mê tan đã

xảy ra trong các bình phản ứng khi phân hủy kị khí kết hợp FS và WAS ở điều kiện

lên men ấm 350C. Quá trình phân hủy kị khí diễn ra trong môi trường có pH dao động

từ 7,26 đến 7,78, khoảng giá trị này phù hợp với pH giai đoạn sinh khí mê tan là 6,5

÷ 8,5 của các nghiên cứu trước đây [53], [61]. Trong suốt quá trình thí nghiệm phân

hủy kị khí kết hợp, bùn có pH nằm trong khoảng cho phép nên không cần phải điều

chỉnh giá trị pH.

Kết thúc thí nghiệm BMP2, hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD của

các mẫu nằm trong khoảng 38,23% đến 43,4% và hiệu suất loại bỏ VS của các mẫu

là 38,12% - 42,55%. Mẫu T1 có hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD và VS

thấp nhất, tương ứng là 38,23% và 38,12%. Các mẫu T2, T3, T4 và T5 có hiệu suất

loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD cao hơn mẫu T1 lần lượt là 3,5%, 6,9%, 9,1% và

13,5%; hiệu suất loại bỏ VS cao hơn mẫu T1 lần lượt là 3,6%, 6,9%, 9,4% và 11,6%.

Do bùn bể tự hoại có chứa hàm lượng chất hữu cơ cao hơn bùn của trạm XLNT đô

thị nên khi tăng dần khối lượng của FS phối trộn với WAS theo tỷ lệ FS:WAS lần

lượt là 0:1, 1:6, 1:3, 1:2 và 1:1 thì hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD và VS

của các mẫu tăng, đạt giá trị cao nhất khi tỷ lệ FS:WAS = 1:1 tương ứng là 43,40%

và 42,55%. Như vậy, khi xử lý FS kết hợp với WAS cho hiệu suất loại bỏ chất hữu

cơ tính theo COD và VS cao hơn đối với khi xử lý riêng WAS.

Tỷ lệ phối trộn FS:WAS = 1:1 (theo khối lượng VS) của BMP2 cho hiệu suất

loại bỏ VS thấp hơn kết quả nghiên cứu của Hoàng Lê Phương (2018) [22] khi xử lý

phân bùn bể tự hoại (PB) phối trộn với rác hữu cơ (RC) theo tỷ lệ PB:RC=3:1 có tỷ

lệ chất dinh dưỡng C/N =28 - 30, sau 40 ngày phân hủy kị khí ở chế độ lên men ấm

30 – 380C, thì hiệu suất loại bỏ VS từ 55 - 60%. Sự khác biệt này là do tỷ lệ phối trộn

FS:WAS = 1:1 của BMP2 có tỷ lệ COD/TN = 130:7 thấp hơn điều kiện phân hủy kị

khí tối ưu COD:TN = 350:7 – 1000:7 [114].

Thể tích khí CH4 của các mẫu sinh ra hàng ngày, được ghi lại và tính quy đổi

về điều kiện tiêu chuẩn theo công thức 3.7, theo công thức 3.4 tính được thể tích khí

74

CH4 sinh ra khi 1 gam chất hữu cơ tính theo COD của bùn trong các mẫu được loại

bỏ và theo công thức 3.5 tính được hiệu suất sinh khí CH4 của các mẫu, kết quả tính

)

300.0

%

i ạ o l

261.9

(

250.5

239.2

233.2

250.0

223.2

200.0

D O C g / L m N

(

150.0

100.0

74.8

71.6

68.4

66.6

63.8

50.0

4 H C h n i s t ấ u s u ệ i H à v ) ỏ b

4 H C h c í t ể h T

0.0

toán được thể hiện trên hình 3.11.

T1

T2

T3

T4

T5

Thể tích khí CH4 NmL/gCOD loại bỏ

Hiệu suất sinh khí CH4 (%)

Hình 3.11. Thể tích khí CH4 (NmL/gCODloại bỏ) và hiệu suất sinh khí CH4 (%) của

các mẫu trong thí nghiệm BMP2.

Hình 3.11 cho thấy các mẫu T1, T2, T3, T4 và T5 cho hiệu suất sinh khí CH4

từ 63,8% đến 74,8%. Mẫu T1 có thể tích khí CH4 thu được 261,9±4,3NmL/gCODloạibỏ

tương ứng hiệu suất sinh khí cao nhất là 74,8±1,2%. Mẫu T5 thu được 223,2±3,1

NmL CH4/gCODloại bỏ với hiệu suất sinh khí 63,8±0,9% là thấp nhất. Kết quả nghiên

cứu này cũng nằm trong khoảng giá trị 253 – 277 NmL CH4/gCODloại bỏ tương đương

với hiệu suất sinh khí CH4 72 - 79% của Nguyễn Phương Thảo (2016) [34] khi thực

hiện thí nghiệm theo mẻ ở chế độ lên men ấm (350C) xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với

chất thải hữu cơ nhà bếp theo tỷ lệ phối trộn bùn bể tự hoại với chất thải thực phẩm

tương ứng theo COD là 1:1 hay tỷ lệ thể tích 9:1 cho thể tích khí CH4 sinh ra

NmL/gCOD và hiệu suất sinh khí CH4 cao nhất.

Hiệu suất sinh khí CH4 của các mẫu trong BMP2 thấp hơn so với cách tính

theo lý thuyết là 25,2% - 36,2%. Sự khác biệt này cho thấy có thể do tỷ lệ COD/TN

của các mẫu bùn trong thí nghiệm dao động từ 130:7 – 139:7 thấp hơn tỷ lệ COD/TN

= 350:7 – 1000:7 của các nghiên cứu trước đây về điều kiện tối ưu cho quá trình phân

hủy kị khí [61], [114]. Ngoài ra, trong quá trình phân hủy kị khí, lượng khí CH4 giảm

75

có thể do lượng chất hữu cơ tính theo COD bị vi khuẩn khử sulfate, khử nitrat tiêu

thụ do trong bùn có chứa sulfate, nitrat dẫn đến sự cạnh tranh về cơ chất của vi khuẩn

khử sulfate, khử nitrat và nhóm vi sinh vật lên men sinh acid – sinh mê tan [49].

Các bình phản ứng trong thí nghiệm BMP2 được nạp bùn nuôi cấy cùng một

thể tích như nhau và khối lượng VS của bùn cơ chất là bằng nhau, do đó chỉ tính riêng

cho bùn cơ chất thì thể tích khí CH4 sinh ra sau 25 ngày thí nghiệm của FS xử lý kết

hợp với WAS theo các tỷ lệ phối trộn khác nhau cho kết quả khác nhau. Tổng thể tích

khí CH4 sinh ra theo tỷ lệ phối trộn FS:WAS = 0:1, 1:2, 1:3, 1:6, 1:1 (theo khối lượng

VS) lần lượt là 445,4±7,6NmL, 456,5±7,5NmL, 460,9±7,1NmL, 467,6±5,4NmL và

487,5±7,5NmL. Trong đó, tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:1 cho tổng thể tích khí CH4 cao

nhất và tăng 5,4% so với mẫu WAS không phối trộn FS (100%WAS). Thể tích khí

CH4 tích lũy theo ngày do bùn cơ chất sinh ra trong thí nghiệm BMP2 được thể hiện

350.0

) o à v

300.0

250.0

4 H C

t ấ h c ơ c

í h k

200.0

n ù b

100%WAS

150.0

FS:WAS=1:6

h c í t ể h T

FS:WAS=1:3

100.0

S V g / L m N

(

FS:WAS=1:2

50.0

FS:WAS=1:1

0.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Thời gian (ngày)

trên hình 3.12.

Hình 3.12. Thể tích khí CH4 tích lũy theo ngày do bùn cơ chất sinh ra trong

thí nghiệm BMP2.

Thể tích khí CH4 sinh ra khi phân hủy 1 gVS của bùn cơ chất được xác định

theo công thức 3.6 và thể hiện trên hình 3.13.

76

600.0

487.5

467.6

460.9

456.5

500.0

445.4

c ặ o h L m N

(

400.0

294.8

283.4

278.7

276.7

4 H C

269.3

300.0

200.0

100.0

) o à v t ấ h c ơ c n ù b S V g / L m N

í h k h c í t ể h T

0.0

100%WAS

14%FS +86%WAS

25%FS +75%WAS

33%FS +67%WAS

50%FS +50%WAS

Tổng thể tích khí CH4 (NmL) do bùn cơ chất sinh ra

Thể tích khí CH4 NmL/gVS bùn cơ chất vào

Hình 3.13. Thể tích khí CH4 (NmL/gVSbùn cơ chất vào) và tổng thể tích khí CH4 (NmL) do bùn cơ chất sinh ra trong thí nghiệm BMP2.

Hình 3.13 cho thấy, khi phân hủy kị khí 100%WAS (không phối trộn với FS) ở chế độ lên men ấm 350C trong 25 ngày, thu được thể tích khí CH4 là 269,3

NmL/gVSbùn cơ chất vào và tăng thêm 2,5%, 3,5%, 5,0%, 9,5% khi phối trộn với FS lần

lượt theo tỷ lệ FS:WAS = 1:6, 1:3, 1:2, 1:1. Thể tích khí CH4 đạt giá trị cao nhất ứng

với tỷ lệ phối trộn FS:WAS = 1:1 là 294,8 NmL/gVSbùn cơ chất vào.

Thể tích khí CH4 thu được ở BMP2 với tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:1 (tính theo

khối lượng VS) tương đương với kết quả nghiên cứu của Magdalena (2012) [88] khi phân hủy kị khí kết hợp bùn nén với rác hữu cơ ở nhiệt độ 350C trong thời gian 18 -

20 ngày, thể tích khí CH4 sinh ra là 290 NmL/gVSbùn cơ chất vào khi tỷ lệ phối trộn tối

ưu bùn nén với rác hữu cơ là 75%:25% theo thể tích; và cũng phù hợp với kết quả

nghiên cứu của Valentia và các cộng sự (2013) [122] khi thực hiện thí nghiệm BMP phân hủy kị khí lên men ấm (370C) trong 30 ngày của bùn nén (hỗn hợp bùn sơ cấp

và bùn thứ cấp) kết hợp với rác thải hữu cơ cho thể tích khí CH4 là 293,03

NmL/gVSbùn cơ chất vào.

Xử lý kết hợp FS và WAS với các tỷ lệ phối trộn FS:WAS = 1:6, 1:3, 1:2, 1:1

(theo khối lượng VS) đã cho kết quả thể tích khí CH4 sinh ra tăng từ 2,5% đến 9,5%,

hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính theo COD tăng từ 3,5% đến 13,5% và hiệu suất loại

bỏ theo VS tăng từ 3,6% đến 11,6% so với khi chỉ xử lý riêng WAS. Tỷ lệ phối trộn

77

FS:WAS = 1:1 cho hiệu suất loại bỏ theo chất hữu cơ tính theo COD và VS cao nhất

tương ứng là 43,40±0,09% và 42,55±0,78%, thể tích khí CH4 cao nhất là

294,8±5,2NmL/gVSbùn cơ chất vào, hiệu suất sinh khí CH4 là 63,8±0,9% tương ứng thể

tích khí CH4 thu được 223,2±3,1 NmL/gCODloại bỏ.

Nhận xét chương 3

Phân hủy kị khí lên men ấm (350C) kết hợp FS với WAS của trạm XLNT đô

thị theo các tỷ lệ phối trộn FS:WAS = 1:6, 1:3, 1:2, 1:1 (theo khối lượng VS) thì thể

tích khí CH4 sinh ra tăng từ 2,5% đến 9,5%, hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ tính theo

COD tăng từ 3,5% đến 13,5% và hiệu suất loại bỏ VS tăng từ 3,6% đến 11,6% so với

khi chỉ xử lý WAS. Tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:1 cho hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ

tính theo COD và VS cao nhất tương ứng là 43,40±0,09% và 42,55±0,78%, thể tích

khí CH4 thu được cao nhất là 294,8±5,2 NmL/gVSbùn cơ chất vào.

Bùn của các trạm XLNT đô thị hiện nay chủ yếu được tách nước bằng cơ học và chở đi chôn lấp. Do đó, phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm (350C) để xử lý

kết hợp bùn bể tự hoại với bùn của trạm XLNT đô thị cho một khu vực có thu hồi khí

sinh học, được coi là phương án khả thi trong điều kiện Việt Nam: cùng lúc hai loại

bùn thải được xử lý trong cùng một công trình, tận dụng các điều kiện của trạm

XLNT, nhất là khi trạm hoạt động chưa đủ công suất thiết kế, đồng thời giảm thiểu ô

nhiễm môi trường do bùn bể tự hoại gây ra và tận dụng khí sinh học thu được vào sản

xuất năng lượng (điện năng, nhiệt năng).

Các đô thị mới tăng lên, tỷ lệ phục vụ của mạng lưới thoát nước tăng, HTTN

riêng được sử dụng nên nước thải từ bệ xí, nước thải sinh hoạt được thu gom, đấu nối

trực tiếp vào HTTN bên ngoài, sẽ không còn công trình xử lý cục bộ (bể tự hoại) do

đó mà tỷ lệ thu gom nước thải từ các hộ gia đình tăng nhưng lượng bùn bể tự hoại sẽ

giảm. Theo kết quả tính toán lượng FS và bùn trạm XLNT đô thị phát sinh cho khu

vực đô thị trung tâm của Hà Nội giai đoạn năm 2019 – 2044 cho thấy tỷ lệ giữa lượng

bùn trạm XLNT và FS: năm 2019 xấp xỉ bằng 1,0, năm 2029 là 2,1, năm 2034 là 3,1

và năm 2044 là 6,2 thì các tỷ lệ phối trộn FS:WAS = 1:6, 1:3, 1:2, 1:1 (theo khối

lượng VS) đều cho sinh khí CH4 sẽ được nghiên cứu tính toán, đề xuất ở chương 4

của luận án.

78

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ

BÙN CỦA CÁC TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU VỰC ĐÔ THỊ

TRUNG TÂM HÀ NỘI CŨ PHÍA NAM SÔNG HỒNG

4.1. Xác định nội dung tính toán, lựa chọn và đề xuất công nghệ xử lý bùn khu

vực đô thị trung tâm Hà Nội

Khu vực lựa chọn nghiên cứu là khu vực thu gom nước thải để xử lý của các

trạm XLNT đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch

và một phần lưu vực Tả Nhuệ). Hiện nay trong khu vực này có 05 trạm XLNT đang

vận hành là trạm XLNT Kim Liên, Trúc Bạch, Yên Sở, Hồ Tây và Bảy Mẫu, Trạm

XLNT Yên Xá đang xây dựng. Theo quy hoạch tổng thể thoát nước thành phố Hà

Nội đến năm 2030 [36], ngoài các trạm XLNT trên còn có thêm trạm XLNT Phú Đô.

Công nghệ xử lý bùn của các trạm XLNT đô thị trên chủ yếu là tách nước bằng

cơ học và chở đi chôn lấp. Duy chỉ có trạm XLNT Yên Sở, bùn sau nén được phân

hủy kị khí lên men ấm tuy nhiên lượng bùn ít, bể mê tan hầu như không hoạt động,

biogas thu hồi được đốt bỏ. Trong khi đó, bùn bể tự hoại được hút lên còn chứa hàm

lượng chất hữu cơ cao, nhiều vi sinh vật gây bệnh, không qua xử lý chở đi chôn lấp

hoặc xả ra môi trường.

Thành phố rất quan tâm đến việc giảm thiểu diện tích đất dành cho chôn lấp

bùn thải. Việc xây dựng các bãi chôn lấp mới hay mở rộng các bãi chôn lấp đều khó

có khả năng thực hiện được vì quỹ đất ngày càng hạn hẹp.

Ở chương này, nghiên cứu sinh sẽ tính toán, lựa chọn công nghệ xử lý kết hợp

bùn trạm XLNT đô thị và bùn bể tự hoại cho khu vực nghiên cứu để thu hồi khí sinh

học sản xuất năng lượng, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường do bùn trạm

XLNT đô thị và bùn bể tự hoại gây ra.

4.2. Các trạm XLNT đô thị trong khu vực tính toán

Theo quy hoạch tổng thể thoát nước thành phố Hà Nội đến năm 2030 [36],

khu vực trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch và một

phần lưu vực Tả Nhuệ) có 07 nhà máy XLNT đô thị gồm Yên Sở và Bảy Mẫu, Trúc

79

Bạch, Hồ Tây, Yên Xá, Kim Liên và Phú Đô tương ứng thu gom và XLNT cho 05

lưu vực là S1, Trúc Bạch, Hồ Tây, S2 và S3 (hình 4.1).

NMXLNT Bắc Thăng Long

NMXLNT Hồ Tây

Trạm XLNT Trúc Bạch

NMXLNT Bảy Mẫu

NMXLNT Phú Đô

Trạm XLNT Kim Liên

NMXLNT Yên Sở

NMXLNT Yên Xá

Hình 4.1. Vị trí các trạm xử lý nước thải ở Hà Nội [36].

Các trạm XLNT đô thị trong khu vực tính toán theo Quy hoạch thoát nước

Thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 được tổng hợp trong bảng 4.1.

Bảng 4.1 cho thấy, trong khu vực tính toán đến năm 2030 có 3 nhà máy XLNT

đô thị là Yên Sở, Yên Xá và Phú Đô với công suất thiết kế lớn từ 84.000 m3/ngày đến

270.000 m3/ngày, các trạm còn lại có công suất thiết kế từ 3.000 m3/ngày đến 15.000

m3/ngày.

80

Bảng 4.1. Các trạm XLNT đô thị thuộc khu vực tính toán đến năm 2030 [36]

Diện tích lưu Dân số phục Công suất trạm

TT Tên nhà máy/ trạm XLNT vực thu gom (ha) vụ đến 2030 (người) XLNT đến 2030 (m3/ngđ)

3.006,4 474.000 200.000 1 Yên Sở

2 Bảy Mẫu 217,5 41.200 13.300

3 Trúc Bạch 38,6 9.541 3.000

4 Hồ Tây 180,0 301.000 15.000

5 Yên Xá 4.902,1 1.080.000 270.000

6 Kim Liên 33,9 15.696 4.800

7 Phú Đô 2.485,0 224.000 84.000

Tổng cộng 10.863,5 2.145.437 590.100

Các trạm XLNT đô thị thuộc khu vực tính toán đều sử dụng công nghệ bùn

hoạt tính. Trạm XLNT Kim Liên và Trúc Bạch dùng công nghệ A2O [72], trạm

XLNT Bảy Mẫu và Yên Xá dùng công nghệ AO [15], [36]. Các trạm này đều sử dụng

bể lắng sơ cấp và thứ cấp trong dây chuyền công nghệ XLNT. Trạm XLNT Yên Sở,

Hồ Tây và Phú Đô (dự kiến) sử dụng công nghệ SBR cải tiến (C-Tech), trong dây

chuyền không có bể lắng sơ cấp [16], [24], [36]. Bùn của các trạm XLNT đô thị này

chủ yếu sử dụng công nghệ làm khô cơ học và chở đi chôn lấp, duy chỉ có trạm XLNT

Yên Sở, đang áp dụng công nghệ phân hủy kị khí để ổn định bùn.

Theo kết quả nghiên cứu của Trần Đức Hạ (2016) [117] cho thấy các trạm

XLNT đô thị ở Hà Nội đang vận hành với thông số chất lượng nước thải thực tế thấp

hơn nhiều so với khi thiết kế (bảng 4.2). Theo nghiên cứu của Trần Thị Việt Nga

(2013) [118], khi nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của đặc tính nước thải đến hiệu

quả xử lý của trạm XLNT Yên Sở đã có những đánh giá về đặc tính nước thải đầu

vào trạm. Nguyên nhân chủ yếu của sản lượng khí thấp ở trạm XLNT Yên Sở là do

tải lượng chất hữu cơ trong bùn thấp, lượng bùn phát sinh ít. Điều đó khiến cho việc

các công trình xử lý bùn hoạt động chưa hết công suất, gây lãng phí.

81

Bảng 4.2. Thông số nước thải đầu vào và đầu ra một số trạm XLNT ở Hà Nội [117]

Trúc Bạch và Kim Liên Yên Sở Các Đơn Nước thải Nước Nước Nước thải Nước Nước thông vị thải sau số đầu vào theo thiết kế thải vào thực tế đầu vào theo thải sau thiết kế xử lý thải vào thực tế xử lý

150 94 20 100 - 250 50 10 - 20 BOD5 mg/L

COD mg/L 225 189 35 200 - 500 132 -

TSS mg/L 180 86 20 120 - 300 71 50

Tổng N mg/L 40 44 15 20 - 40 34 10

Tổng P mg/L 5 18 1 4 28 -

4.3. Lượng bùn thải của các trạm XLNT đô thị và bùn bể tự hoại trong khu vực

tính toán

4.3.1. Lượng bùn thải phát sinh tại các trạm XLNT đô thị

Bùn thải sau nén và sau tách nước tại các trạm XLNT đô thị trong khu vực

tính toán đến năm 2030 được tổng hợp ở bảng 4.3 (phụ lục 6, bảng PL6.1)

Bảng 4.3. Tổng lượng bùn nén và bùn tách nước của các trạm XLNT đô thị

trong khu vực tính toán

Trạm XLNT Đơn vị tính Lượng bùn sau nén

Lượng bùn sau tách nước 169,8 tấn TS/ngày 179,3 7 trạm XLNT: Kim

tấn/ngày 3.757,4 896,5 Liên, Trúc Bạch, Hồ

Tây, Bảy Mẫu, Yên Sở, m3/ngày 3.731,1 855,2

Yên Xá và Phú Đô Độ ẩm trung bình, % 95,2 80,0

tấn TS/ngày 176,5 168,3

tấn/ngày 3.698,4 888,4

m3/ngày 3.672,5 847,3

Độ ẩm trung bình, % 95,2 80,0 6 trạm XLNT không tính Yên Sở: Kim Liên, Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy Mẫu, Yên Xá và Phú Đô

Theo bảng 4.3, lượng bùn thải phát sinh tại các trạm XLNT Kim Liên, Trúc

Bạch và Yên Sở được tính toán với nồng độ chất bẩn trong nước thải thực tế ở giai

đoạn hiện nay. Trạm XLNT Bảy Mẫu và Hồ Tây (mới vận hành), trạm XLNT Yên

82

Xá (đang xây dựng) và trạm XLNT Phú Đô (dự kiến xây dựng), lượng bùn thải phát

sinh từ các trạm này được tính toán với nồng độ chất bẩn trong nước thải theo giá trị

thiết kế.

Lượng bùn phát sinh tính toán cho trạm XLNT Yên Sở sau các công đoạn

XLNT với nồng độ chất bẩn trong nước thải vào trạm theo thực tế BOD=50 mg/L và

TSS=71 mg/L [19], được so sánh với lượng bùn phát sinh khi nước thải vào trạm có

nồng độ chất bẩn theo thiết kế thấp nhất BOD=100 mg/L, TSS=120 mg/L và cao nhất

theo thiết kế BOD=250 mg/L, TSS=300 mg/L, được trình bày ở bảng 4.4.

Bảng 4.4. Lượng bùn phát sinh của trạm XLNT Yên Sở

Sau các công đoạn xử lý

Lượng bùn phát sinh khi nồng độ chất bẩn trong nước thải vào trạm XLNT Yên Sở (m3/ngày) Thực tế Thấp nhất Cao nhất (năm 2016) theo thiết kế theo thiết kế

TSS = 300 mg/L,

TSS = 120 mg/L,

TSS = 71 mg/L,

BOD5 = 250 mg/L

BOD5 = 100 mg/L

BOD5 = 50 mg/L

Bể xử lý sinh học nước thải

7.791

2.385

586,6

(SBR), độ ẩm bùn 99,5%

779,1

238,5

58,7

Nén bùn, độ ẩm bùn 95,0%

Bể phân hủy bùn kị khí (bể

428,5

131,2

32,3

mê tan), độ ẩm bùn 95,0%

Máy ép bùn, độ ẩm bùn

103,4

31,6

7,8

80,0%

Bảng 4.4 cho thấy lượng bùn thải phát sinh sau bể SBR của trạm XLNT Yên

Sở khi tính với nồng độ chất bẩn trong nước thải thực tế sẽ là 586,6 m3/ngày, tương

đương 24,6% so với trường hợp khi nước thải có nồng độ chất bẩn thấp nhất, và tương

đương 7,5% so với khi nước thải có nồng độ chất bẩn cao nhất. Như vậy nồng độ chất

bẩn trong nước thải thực tế thấp hơn tính toán thiết kế, lượng bùn phát sinh ít, vai trò

bể mê tan sẽ không được phát huy. Do đó nếu có giải pháp để tăng cơ chất cho bể mê

tan, sẽ cho phép tăng lượng khí sinh học thu được, đồng thời tận dụng các công trình,

thiết bị xử lý bùn sẵn có để nâng cao hiệu quả đầu tư.

83

4.3.2. Lượng bùn bể tự hoại phát sinh trong khu vực tính toán

Theo số liệu quy hoạch thoát nước đến năm 2030 tầm nhìn đến 2050, khu vực

tính toán là trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng có tổng diện tích 10.863,5 ha

và số dân phục vụ 2.145.437 người [36] thì tổng thể tích bùn bể tự hoại thu gom tính

được là 683,5m3/ngày (bảng 4.5). Trong đó, khu vực S1 có diện tích 3.006,4 ha mà

trạm XLNT Yên Sở phục vụ có số dân là 474.000 người [36], thể tích bùn bể tự hoại

thu gom cho khu vực S1 là 151,0 m3/ngày (phụ lục 6, bảng PL6.2).

Bảng 4.5. Lượng bùn bể tự hoại trong khu vực tính toán đến năm 2030

Thông số tính toán Đơn vị Giá trị TLTK

Dân số tính toán khu vực trung tâm Hà Nội người 2.145.437 [36] cũ phía Nam sông Hồng đến năm 2030

Thể tích bùn hút trong 1 ngày m3/ngày 683,5

Khối lượng phân bùn tấn/ngày 697,1

Độ ẩm phân bùn % 97,0

4.4. Các giải pháp xử lý bùn cho khu vực tính toán

Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050

[36] đã đưa ra một số giải pháp xử lý bùn như:

- Giải pháp ủ bùn tự nhiên hoặc có đảo trộn ngoài trời: giải pháp này đòi hỏi

diện tích chiếm đất lớn, khó đáp ứng được trong quy hoạch sử dụng đất của thành

phố. Mặt khác, điều kiện thời tiết của Hà Nội không cho phép xử lý thành bùn khô

trong trường hợp không có mái che vào mùa mưa.

- Giải pháp sử dụng máy ép bùn: là công nghệ thông dụng hiện nay nhưng chi

phí đầu tư và quản lý vận hành tốn kém, đặc biệt nếu yêu cầu độ ẩm nhỏ hơn 10%.

- Giải pháp sử dụng năng lượng nhà kính: tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp

tuy nhiên quan trọng là không thể làm khô bùn đạt đến độ ẩm 10% để tái sử dụng làm

nguyên liệu đốt hoặc chế tạo vật liệu xây dựng.

- Giải pháp đề xuất: kết hợp sử dụng năng lượng nhà kính và ép bùn cơ học.

Quy hoạch thoát nước cũng đề xuất quy hoạch xử lý bùn phát sinh từ các nhà

máy XLNT, việc xử lý bùn nhằm tái sử dụng sẽ chỉ hiệu quả ở quy mô công nghiệp

với công suất xử lý tối thiểu 150 - 200 tấn/ngày trở lên [36]. Do đó, mỗi nhà máy xử

84

lý bùn cần thu gom lượng bùn phát sinh từ nhiều nhà máy XLNT với cự ly vận chuyển

bùn hữu ích tối đa đến 30km - 35km [36]. Quy hoạch vị trí các khu vực xử lý bùn sẽ

tuân thủ theo Quy hoạch xử lý chất thải rắn thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn

đến năm 2050 [37] cũng như các dự án đang triển khai, dự kiến đối với các đô thị

trung tâm tại các địa điểm cụ thể: (1) Bãi chôn lấp bùn thải thoát nước Phú Thị - xã

Phú Thị, huyện Gia lâm; (2) Khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn - Sóc Sơn; (3)

Khu xử lý Cầu Diễn; (4) Khu xử lý Kiêu Kị - Gia Lâm; (5) Khu xử lý Phù Đổng; (6)

Khu xử lý Việt Hưng - Đông Anh. Trên địa bàn thành phố Hà Nội có 02 bãi đổ bùn

thải:

- Bãi đổ bùn Yên Sở tại phường Yên Sở, quận Hoàng Mai, diện tích 3,3 ha,

công suất 8.000 tấn/tháng tiếp nhận bùn nạo vét của hệ thống thoát nước thành phố

do Công ty TNHH Nhà nước MTV thoát nước Hà Nội thu gom, vận chuyển đến [73].

- Bãi đổ bùn Yên Mỹ thuộc xã Yên Mỹ, có diện tích 65 ha, tiếp nhận bùn nạo

vét từ các hệ thống thoát nước thuộc Dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn II, do Ban

Quản lý dự án thoát nước Hà Nội trực tiếp quản lý [73].

Hiện nay, hầu hết các trạm XLNT đô thị hoạt động dưới công suất thiết kế do

thông số nước thải khi vận hành các trạm XLNT khác xa so với thông số thiết kế ban

đầu. Như vậy, nếu bùn bể tự hoại được đưa về xử lý phân hủy kị khí kết hợp với bùn

của trạm XLNT đô thị sẽ là một tiềm năng lớn trong việc tăng tải lượng chất hữu cơ

phân hủy và gia tăng sản lượng khí sinh học, bên cạnh đó có thể tận dụng các công

trình xử lý bùn sẵn có tại trạm XLNT đô thị khi mà các công trình này hoạt động chưa

hết công suất thiết kế, giảm diện tích bãi chôn lấp bùn, cũng như giảm thiểu ô nhiễm

môi trường từ các hoạt động xả hút bùn bể tự hoại.

Dựa trên thực tế các nước đã sử dụng công nghệ phân hủy kị khí xử lý bùn và

kết quả nghiên cứu thí nghiệm BMP2 ở chương 3 đối với phân hủy kị khí kết hợp

bùn nén phát sinh từ các trạm XLNT đô thị và bùn từ bể tự hoại, nghiên cứu đưa ra

giải pháp sử dụng công nghệ phân hủy kị khí lên men ấm để xử lý kết hợp bùn bể tự

hoại với bùn của các trạm XLNT đô thị cho khu vực đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía

Nam sông Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch và một phần lưu vực Tả Nhuệ).

85

➢ Đối với trạm XLNT Yên Sở đã có bể mê tan: bùn bể tự hoại được chở đến xử

lý phân hủy kị khí lên men ấm kết hợp với bùn nén (sau bể SBR), hỗn hợp bùn sau

phân hủy được tách nước và xử lý tiếp theo phương án YS1a hoặc YS1b (hình 4.2):

- YS1a: bùn sau tách nước chở đi ủ compost tại khu xử lý phân bùn Cầu Diễn.

- YS1b: bùn sau tách nước chở đi đốt và sấy tại trạm xử lý bùn tập trung.

➢ Đối với các trạm XLNT còn lại không có bể mê tan: bùn nén từ các trạm XLNT

đô thị và bùn bể tự hoại trong khu vực tính toán được chở đến trạm xử lý bùn tập

trung, xử lý bằng công nghệ phân hủy kị khí lên men ấm. Hỗn hợp bùn sau phân hủy

được tách nước và xử lý tiếp theo phương án TT1a hoặc TTb:

- TT1a: bùn sau tách nước chở đi ủ compost tại khu xử lý phân bùn Cầu Diễn

(hình 4.3).

- TT1b: bùn sau tách nước được sấy và đốt tại trạm xử lý bùn tập trung (giả

thiết đặt tại Yên Mỹ), tro chở đi làm vật liệu xây dựng (hình 4.4).

Cụ thể sơ đồ các phương án xử lý bùn như sau:

❖ Tại trạm XLNT Yên Sở: bùn xử lý theo phương án YS1a hoặc YS1b

Bùn bể tự hoại

Bể chứa bùn bể tự hoại (FS) Bể trộn bùn W=97,0% W=97,0% Biogas

W=95,0%

Bùn từ bể SBR

Nén bùn Bể chứa bùn nén (WAS) Bể chứa bùn SBR Bể phân hủy kị khí W=95,0% W=99,5% W=99,5%

Pha lỏng Pha lỏng

(YS1a) Ủ compost

Bể chứa bùn sau phân hủy Tách nước ly tâm W=80,0%

(YS1b) Sấy + đốt

Hình 4.2. Sơ đồ xử lý bùn tại trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a và YS1b.

❖ Tại trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ: bùn xử lý theo phương án TT1a hoặc TT1b

86

Trạm xử lý bùn tập trung được lựa chọn đặt tại bãi đổ bùn Yên Mỹ vì khoảng

cách vận chuyển bùn từ các trạm XLNT đô thị trong khu vực tính toán đến bãi Yên

Mỹ là 3,9÷18,8 km, xử lý với khối lượng bùn lớn (3.698,4 tấn/ngày) điều này phù

hợp với Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050

khi đề xuất xây dựng trạm xử lý bùn tập trung ở quy mô công nghiệp với công suất

xử lý tối thiểu 150 - 200 tấn/ngày trở lên, và với cự ly vận chuyển bùn hữu ích tối đa

đến 30km - 35km [34].

Đối với các trạm còn lại trong khu vực tính toán, bùn nén của các trạm XLNT

Kim Liên, Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy Mẫu, Yên Xá và Phú Đô được chở đến trạm xử

lý bùn Yên Mỹ kết hợp với bùn bể tự hoại xử lý bằng phương pháp phân hủy kị khí

lên men ấm theo phương án TT1a (hình 4.3) hoặc phương án TT1b (hình 4.4).

W=95,0% - 97,5%

Bể chứa bùn bể tự hoại (FS) Bể trộn bùn Bùn bể tự hoại W=97,0% Biogas W=97,0%

Bùn nén (WAS) từ các trạm XLNT

Bể chứa bùn trạm XLNT Bể phân hủy kị khí W=95,0% - 97,5%

Pha lỏng

Ủ compost Tách nước ly tâm Bể chứa bùn sau phân hủy W=80,0%

Hình 4.3. Sơ đồ xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1a.

Phương án TT1b thể hiện trên hình 4.4 tương tự như phương án TT1a nhưng

có bố trí thêm công đoạn sấy + đốt bùn sau phân hủy kị khí, có thu hồi năng lượng.

Tro sau đốt được vận chuyển đi làm vật liệu xây dựng.

Biogas sinh ra từ quá trình phân hủy kị khí bùn được thu gom, chứa vào bể

chứa khí. Lượng khí này được dùng làm nhiên liệu cho hệ thống máy phát điện và

cấp nhiệt kết hợp (CHP), cùng với nhiệt năng thu được từ quá trình đốt bùn để cung

87

cấp năng lượng (nhiệt, điện) cho hệ phân hủy kị khí, quá trình sấy và đốt bùn, và các

thiết bị trong trạm xử lý bùn hoạt động.

Bể chứa bùn bể tự hoại (FS) Bể trộn bùn W=97,0% Biogas Bùn bể tự hoại W=97,0%

W=95,0%-97,5%

Bùn nén (WAS) từ các trạm XLNT

Bể chứa bùn trạm XLNT

Bể phân hủy kị khí

W=95,0% - 97,5%

Pha lỏng Tro làm vật liệu xây dựng Hơi nước

Thu hồi nhiệt

Sấy bùn Đốt bùn Tách nước ly tâm Bể chứa bùn sau phân hủy W=40,0% W=80,0%

Bùn tách nước từ trạm XLNT Yên Sở

W=80,0%

Hình 4.4. Sơ đồ xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1b.

Phương án TT1a và TT1b nghiên cứu đề xuất ở trên được so sánh với phương

án xử lý bùn mà các trạm XLNT đô thị đang áp dụng: bùn tách nước tại các trạm

XLNT và chở đi chôn lấp (phương án HT, hình 4.5); và phương án theo Quy hoạch

thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050: bùn thải sau tách

nước tại các trạm XLNT được chở đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ để sấy và

đốt, có thu hồi năng lượng (phương án TT2, hình 4.6).

Phương án HT: Bùn thải tách nước tại các trạm XLNT, chở đi chôn lấp

Pha lỏng

Bùn nén của các trạm XLNT Bãi chôn lấp bùn Tách nước ly tâm W=95,0% - 97,5% W=80,0%

Hình 4.5. Sơ đồ xử lý bùn sau tách nước tại các trạm XLNT theo phương án HT.

88

Phương án TT2: Bùn thải tách nước được sấy và đốt tại trạm xử lý bùn tập trung

Phương án TT2 (hình 4.6) cần xây thêm khu sấy + đốt bùn tập trung so với

phương án HT. Thu hồi nhiệt

Bùn tách nước từ các trạm XLNT Sấy bùn Đốt bùn W=80,0% W=40,0% W=80,0% Bể chứa bùn trạm XLNT

Hơi nước

Tro làm vật liệu xây dựng Hình 4.6. Sơ đồ xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT2.

Bùn phát sinh tại các trạm XLNT sau khi tách nước bằng cơ học đến độ ẩm

80,0% được vận chuyển đến trạm sấy + đốt tập trung Yên Mỹ. Bùn được sấy bằng

nhiệt đến độ ẩm khoảng 40,0%, bùn khô được đốt có thu hồi nhiệt, tro sau đốt được

vận chuyển đi làm vật liệu xây dựng. Nhiệt năng thu hồi từ quá trình đốt sẽ cung cấp

cho quá trình sấy bùn.

4.5. Tính toán các phương án xử lý bùn cho khu vực tính toán

Việc tính toán khối lượng bùn xử lý, năng lượng tiêu thụ cho các quá trình xử

lý bùn được thực hiện cho từng công trình trong dây chuyền công nghệ theo từng

phương án; lưu lượng và tải lượng đầu ra của công trình trước sẽ là đầu vào của công

trình sau.

Về khái toán kinh tế: Ở Việt Nam chưa có nghiên cứu cụ thể để ban hành đơn

giá, định mức cho xử lý bùn, thu hồi năng lượng. Do không có điều kiện khảo sát giá

và lập các phân tích tài chính, kinh tế cụ thể, nghiên cứu chọn các thông số liên quan

đến suất đầu tư, chi phí vận hành của trạm xử lý bùn trong trạm XLNT dựa trên các

dữ liệu liên quan của một số dự án, một số hãng có sản phẩm công nghệ và thiết bị

xử lý bùn trên thế giới.

➢ Chi phí xây dựng (Mxd): Cơ sở tính toán chi phí xây dựng dựa vào Định mức

dự toán xây dựng công trình ban hành kèm theo Thông tư số 10/2019/TT-BXD ngày

26/12/2019 của Bộ Xây dựng [9]. Giá thành thiết bị công nghệ dựa trên các dữ liệu

89

liên quan của một số dự án, một số hãng có sản phẩm công nghệ và thiết bị xử lý bùn

trên thế giới.

➢ Chi phí quản lý vận hành (Mql)

- Chi phí điện năng (Eđn): điện năng tiêu thụ cho bơm bùn, máy khuấy trong các bể

trộn, bơm khí gas về bể phân hủy, bơm tuần hoàn nước sau tách nước bùn, …

Đơn giá điện tính theo Quyết định số 648/QĐ-BCT của Bộ trưởng Bộ Công

Thương ngày 20/3/2019 về điều chỉnh mức giá bán lẻ điện bình quân và quy định giá

bán điện, giá bán [28].

Giá mua điện sản xuất từ rác thải FIT là 2.114 VNĐ/kWh cho công nghệ đốt

theo Quyết định 31/2014/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế hỗ trợ phát

triển dự án phát điện sử dụng chất thải rắn ở Việt Nam [25].

- Lương công nhân (Ecn): mức lương công nhân 7 triệu đồng/ người/ tháng.

- Chi phí bảo trì công trình, sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị (Esc): căn cứ Thông tư số

03/2017/TT-BXD của Bộ Xây dựng hướng dẫn xác định chi phí bảo trì công trình

xây dựng trong đó sử dụng định mức chi phí theo tỷ lệ phần trăm, ước tính là 0,2%

chi phí xây dựng và chi phí thiết bị công trình.

- Chi phí vận chuyển bùn (Evc): Cước phí vận chuyển bùn trạm XLNT theo các

phương án xử lý bùn được tính toán phụ thuộc vào quãng đường vận chuyển bùn

bằng xe hooklift và xe tải ben, xe <10 tấn theo phụ lục 01 của đơn giá thanh toán sản

phẩm dịch vụ công ích đô thị năm 2015 trên địa bàn Thành phố Hà Nội [38].

Tổng chi phí quản lý là: Mql = Eđn + Ecn + Esc + Evc

➢ Chi phí khấu hao (Kcb): Phương pháp trích khấu hao tài sản cố định được tính

sơ bộ căn cứ theo Thông tư số 28/2017/TT-BTC ngày 12/04/2017 của Bộ trưởng Bộ

Tài chính về việc sửa đổi, bổ sung một số điều của Thông tư 45/2013/TT-BTC ngày

25/04/2013 và Thông tư 147/2016/TT-BTC ngày 13/10/2016 của Bộ Tài chính hướng

dẫn chế độ quản lý, sử dụng và trích khấu hao tài sản cố định: Phần công trình với

thời gian sử dụng ước tính là 20 năm; Phần máy móc, thiết bị với thời gian sử dụng

ước tính là 10 năm; Phần đường ống, phụ kiện với thời gian sử dụng ước tính là 15

năm.

90

Mql+Kcb

Các chỉ tiêu kinh tế được đánh giá:

Vbùn

Mxd

- Giá thành xử lý 1 m3 bùn: G = (VNĐ/m3)

Vbùn

- Suất vốn đầu tư xây dựng tính cho một 1 m3 bùn: V = (VNĐ/m3).

4.5.1. Tính toán xử lý bùn tại trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a và YS1b

Bùn bể tự hoại được vận chuyển bằng xe cơ giới đến trạm XLNT Yên Sở để

phân hủy kị khí cùng với bùn nén sau bể SBR. Nguyên liệu nạp bể mê tan ứng với

các trường hợp nồng độ chất bẩn trong nước thải thực tế, thấp nhất và cao nhất được

thể hiện ở bảng 4.6.

Bảng 4.6. Nguyên liệu nạp vào bể mê tan của trạm XLNT Yên Sở

Khối lượng* Thể tích* Nguyên liệu nạp vào bể mê tan (tấn/ngày) (m3/ngày)

Thực tế TSS= 71 mg/L 59,0 58,7 Bùn nén khi nồng độ Thấp nhất TSS=120 mg/L 239,6 238,5 chất bẩn trong nước thải Cao nhất TSS=300 mg/L 782,9 779,1

Bùn bể tự hoại 130,9 128,4

Ghi chú: (*): khối lượng và thể tích tính toán của bùn nén xem bảng 4.4 và của bùn

bể tự hoại xem phụ lục 6, bảng PL6.2.

Theo kết quả thí nghiệm BMP2 của chương 3, tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:1

cho hiệu suất loại bỏ VS cao nhất 42,55±0,78% và thể tích khí CH4 sinh ra cao nhất

được chọn để áp dụng tính toán cho bể mê tan của trạm XLNT Yên Sở. Thể tích bể

mê tan và lượng biogas sinh ra được tính toán theo TCVN 7957:2008 [32], kết quả

tổng hợp tính toán thể hiện ở bảng 4.7.

Bảng 4.7 cho thấy cả phương án YS1a và YS1b khi nước thải chảy đến trạm

XLNT Yên Sở với nồng độ chất bẩn cao nhất thì thể tích biogas sinh ra là 20.975,4

m3/ngày gấp 4,9 lần so với thể tích biogas sinh ra khi nồng độ chất bẩn thực tế và gấp

1,2 lần thể tích biogas sinh ra khi nồng độ chất bẩn thấp nhất. Tương ứng với lượng

bùn phân hủy kị khí thì tổng thể tích của bể mê tan tính toán được là 16.824 m3 khi

nồng độ chất bẩn cao nhất, 9.612 m3 khi nồng độ chất bẩn thấp nhất và khi nồng độ

91

chất bẩn thực tế thì tổng thể tích bể mê tan là 2.365 m3. Trạm XLNT Yên Sở đã xây

dựng 2 bể mê tan với thể tích của 1 bể mê tan là 7.500 m3/bể [24]. Như vậy bể mê tan

của Yên Sở đã xây dựng vẫn đáp ứng được khi đưa bùn bể tự hoại (FS) về xử lý cùng

với bùn nén (WAS) phối trộn theo tỷ lệ FS:WAS=1:1 (tính theo khối lượng VS).

Bảng 4.7. Tổng hợp tính toán bể mê tan và thể tích biogas thu được khi xử lý bùn

trạm XLNT Yên Sở theo phương án YS1a và YS1b

Nồng độ chất bẩn trong nước thải vào trạm

XLNT Yên Sở Các thông số Đơn vị

Thực tế

Thấp nhất

Cao nhất

TSS=71mg/L,

TSS=120mg/L,

TSS=300mg/L,

BOD5=50mg/L

BOD5=100mg/L

BOD5=250mg/L

tính toán tính

Thể tích bùn trạm

XLNT Yên Sở m3/ngày 58,7 238,5 779,1

vào bể mê tan

Thể tích FS cần

để phối trộn với m3/ngày 83,2 338,3 1.105,2

bùn trạm XLNT

Tổng thể tích bể m3 2.365 9.612 16.824 mê tan

Thể tích khí m3/ngày 4.268,0 17.263,6 20.975,4 biogas thu được

Khối lượng bùn

còn lại sau phân tấn/ngày 79,3 320,6 1.044,3

hủy kị khí kết hợp

Nhu cầu năng lượng cần thiết để vận hành hệ xử lý bùn của trạm XNLT Yên

Sở và năng lượng thu được từ quá trình phân hủy kị khí bùn tương ứng với kịch bản

nồng độ chất bẩn thực tế, thấp nhất và cao nhất trong nước thải chảy đến trạm được

thể hiện ở bảng 4.8.

92

Bảng 4.8. Nhu cầu năng lượng trạm XLNT Yên Sở khi xử lý bùn theo phương án YS1a và YS1b

Nồng độ chất bẩn trong nước Đơn vị thải vào trạm XLNT Yên Sở TT Các thông số tính toán tính

Thực tế

Thấp nhất Cao nhất

1 Khối lượng bùn vào bể mê tan

tấn/ngày

2 Thể tích bùn vào bể mê tan

m3/ngày

144,1 582,9 1.898,2

3 Thể tích bùn sau tách nước

m3/ngày

141,9 576,8 1884,3

4 Khối lượng bùn sau tách nước

tấn/ngày

30,7 124,1 138,9

Năng lượng tiêu thụ cho hệ

5

kWh/ngày

31,9 129,2 144,7

phân hủy kị khí xử lý bùn

Tổng năng lượng sinh ra từ

6

kWh/ngày

3,367,1 13.279,3 25.268,9

CHP

7

Năng lượng thu hồi sau tiêu thụ cho hệ phân hủy kị khí

kWh/ngày

24.829,0 100.430,9 122.024,3

bùn. (7)=(6)-(5)

Năng lượng tiêu thụ cho trạm

8

kWh/ngày

21.461,9 87.151,6 96.755,4

9

kWh/ngày

106.000 106.000 106.000

XLNT công suất 200.000 m3/ngày Năng lượng tiêu thụ cho quá trình tuần hoàn nước

Năng lượng tiêu thụ cho quá trình vận chuyển bùn khô đến

10

kWh/ngày

9,6 39,2 132,0

Cầu Diễn (phương án YS1a)

268,3 1.085,4 1.215,7

Tỷ lệ thu hồi năng lượng theo phương án YS1a:

11

%

(11)=(7)*100/[(8)+(9)+(10)]

Năng lượng tiêu thụ cho quá

12

kWh/ngày

20,19 81,36 90,13

trình vận chuyển bùn khô đến trạm xử lý bùn tập trung Yên

Mỹ (phương án YS1b)

49,8 201,6 225,8

Tỷ lệ thu hồi năng lượng

13

%

20,24 82,03 90,97

theo phương án YS1b: (13)=(7)*100/[(8)+(9)+(12)]

93

Bảng 4.8 cho thấy khi phân hủy kị khí kết hợp WAS của trạm XLNT Yên Sở

với FS thì tỷ lệ thu hồi của phương án YS1a là 20,19% - 90,13%, phương án YS1b

là 20,24% - 90,97%. Sự khác nhau giữa hai phương án này là do quãng đường vận

chuyển bùn sau tách nước của phương án YS1b đến trạm xử lý bùn tập trung đặt ở

Yên Mỹ là 3,9 km ngắn hơn so với phương án YS1a chở bùn sau tách nước đến khu

xử lý phân Cầu Diễn là 21km.

4.5.2. Tính toán xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1a và

TT1b

Bùn nén từ các trạm XLNT Kim Liên, Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy Mẫu, Yên Xá

và Phú Đô được vận chuyển bằng xe cơ giới đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ.

Phương án TT1a và TT1b đều tính toán giống nhau các thông số của bể chứa bùn

trạm XLNT, bể chứa bùn bể tự hoại và bể trộn bùn, nguyên liệu nạp vào bể mê tan,

bể mê tan thu hồi biogas, tách nước bùn (xem phụ lục 7: bảng PL7.1, PL7.2, PL7.3).

Áp dụng với lượng bùn thải phát sinh tại khu vực tính toán là khu vực đô thị

trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch và một phần lưu

vực Tả Nhuệ), bảng 4.9 tổng hợp nguyên liệu nạp vào bể mê tan lên men ấm tại trạm

xử lý bùn tập trung.

Bảng 4. 9. Nguyên liệu nạp vào bể mê tan tại trạm xử lý bùn tập trung

Khối lượng* Thể tích* Nguyên liệu nạp vào bể mê tan (tấn/ngày) (m3/ngày)

Bùn nén (WAS) từ các trạm XLNT 3.698,4 3.672,5

Bùn bể tự hoại (FS) 592,6 581,0

Ghi chú: (*): khối lượng và thể tích của WAS và FS xem phụ lục 6.

Bảng 4.9 cho thấy khối lượng WAS gấp khoảng 6,2 lần khối lượng FS. Áp

dụng kết quả phân tích lấy mẫu bùn thí nghiệm BMP2 ở chương 3, WAS của trạm

XLNT có hàm lượng VS là 9,59 g/L và bùn bể tự hoại có VS là 18,62 g/L. Khối lượng

VS của bùn trạm XLNT gấp khoảng 3,2 lần khối lượng VS của bùn bể tự hoại. So

sánh với khoảng tỷ lệ phối trộn FS:WAS trong thí nghiệm BMP2 ở chương 3, tỷ lệ

này phù hợp với tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:3 (theo khối lượng VS) cho quá trình

94

phân hủy kị khí kết hợp bùn bể tự hoại với bùn của trạm XLNT đô thị ở chế độ lên men ấm (350C) sinh khí CH4 cho hiệu suất loại bỏ VS là 40,74±0,16%.

Kết quả phân hủy kị khí kết hợp FS và WAS với khối lượng hỗn hợp bùn

4.291,0 tấn/ngày cho cả phương án TT1a và TT1b đều thu được thể tích biogas là 72.198,9 m3/ngày, khối lượng bùn sau phân hủy còn lại 2.520,6 tấn/ngày (xem phụ

lục 7, bảng PL7.2). Bùn sau phân hủy kị khí tiếp tục được tách nước, khối lượng bùn

sau tách nước là 575,7 tấn/ngày (phụ lục 7, bảng PL7.3).

Năng lượng cho xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ theo phương

án TT1a được tổng hợp ở bảng 4.10 (xem phụ lục 8, bảng PL8.1)

Bảng 4.10. Tổng hợp tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT1a

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

Tổng lượng bùn nén từ các

1

tấn/ngày

3.698,4

Gbn

trạm XLNT chở đến trạm xử lý bùn tập trung

2

tấn/ngày

592,6

Bpbc

Phụ lục 6, bảng PL6.1 và PL6.2

Bùn bể tự hoại chở đến trạm xử lý bùn tập trung

Lượng bùn còn lại sau quá

3

tấn/ngày

575,7

mslt

trình tách nước

Bảng PL7.3

Tổng quãng đường vận

4

km

83,9

Xvcb

Phụ lục 9

chuyển bùn nén từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn Yên Mỹ Quãng đường vận chuyển

5

km

21

Xtn

bùn sau tách nước từ Yên Mỹ đến khu xử lý phân

Cầu Diễn

MJ/ngày

94.724,4

[87]

Etiêuthu= Eelect+Eheat

6 Năng lượng tiêu thụ cho

hệ xử lý bùn

kWh/ngày

26.312,3

Etiêuthu/3,6

7

8

MJ/ngày

37.119,4

Eelect= E1+E2+E3+E4

Năng lượng điện cung cấp

9

kWh/ngày

10.310,9

Eelect/3,6

Điện năng dùng cho các

10

21.262,7

[5]

E1= Σ Ei, với Ei= Pp*Ɵ MJ/ngày

bơm

95

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

11

MJ/ngày

2.755,9

[5]

E2= Σ Ek + Eklt với Ek=V*ω; Eklt=nlt*elt *3600

12

MJ/ngày

12.955,8

[5]

E3= Ppk*epk

13

MJ/ngày

105,0

[5]

E4= eth*mnth

Điện năng dùng cho các máy khuấy trong các bể trộn, bể chứa bùn sau AD và cho máy ly tâm Điện năng cho bơm khí gas về bể phân hủy Điện năng cho bơm tuần hoàn nước

14

MJ/ngày

57.605,0

[45]

Eheat = Qph*ρ*γ*(Tb- Tss)*(1-φ)*(1+ϵ)

Nhiệt năng sử dụng cho quá trình ổn nhiệt trong hệ

phân hủy kị khí

15

kWh/ngày

16.001,4

Eheat/3,6

16

Tổng năng lượng tiêu thụ cho quá trình vận chuyển

kWh/ngày

25.072,9

[5]

Evc = (ΣGibn*Xivcb+mslt*Xtn)* ediesel

bùn trạm XLNT đến trạm xử lý bùn Yên Mỹ và đến

17

MJ/ngày

90.100,4

Evc*3,6

Cầu Diễn làm composst

MJ/ngày

1.088.684,1

[91]

18

ECHP=EelectCHP + EheatCHP

kWh/ngày

302.412,2

ECHP/3,6

Năng lượng sinh ra từ CHP của hệ xử lý bùn kị khí

19

20 Điện năng từ CHP

MJ/ngày

423.377,1

[91]

EelectCHP = PB*V*α*π

21 Nhiệt năng từ CHP

MJ/ngày

665.306,9

[91]

EheatCHP = PB*V*α*β

903.859,1

Edư = ECHP -Etiêuthu - Evc MJ/ngày

kWh/ngày

251.072,0

Edư/3,6

23

ewwtp

kWh/m3

0,53

[91]

22 Năng lượng thu hồi sau quá trình xử lý bùn theo phương án TT1a 24 Nhu cầu năng lượng cho

kWh/ngày

312.753,0

EXLNT=Q*ewwtp

25

[5]

kWh/ngày

3.425,8

EvcBTH

26

27

%

79,2

trạm XNLT với tổng công suất Q = 590.100 m3/ngày Năng lượng vận chuyển bùn bể tự hoại về trạm xử lý bùn Yên Mỹ Tỷ lệ thu hồi năng lượng theo phương án TT1a

R= (Edư - EvcBTH)*100/ EXLNT

Bảng 4.10 cho thấy phương án TT1a, thể tích biogas sinh ra 72.198,9 m3/ngày được sử dụng trong hệ CHP sản sinh ra năng lượng quy đổi có giá trị khoảng 302.412,2 kWh/ngày (trong đó: điện năng là 117.604,8 kWh/ngày và nhiệt năng là

96

184.807,5 kWh/ngày). Năng lượng sinh ra từ hệ CHP của hệ phân hủy kị khí ngoài đảm bảo nhu cầu năng lượng cần tiêu thụ cho trạm xử lý bùn tập trung vận hành, còn

thu được năng lượng dư sau xử lý bùn theo phương án TT1a là 251.072,0 kWh/ngày.

Nếu dùng phần năng lượng dư này để cung cấp năng lượng cho việc xử lý nước thải

của các trạm XLNT đô thị trong khu vực nghiên cứu có tổng công suất 590.100 m3/ngày cần 312.753,0 kWh/ngày, và cung cấp 3.425,8 kWh/ngày cho quá trình vận chuyển bùn bể tự hoại của khu vực tính toán về trạm xử lý bùn Yên Mỹ, thì phần

năng lượng này có thể được thu hồi tương ứng 79,2%.

Phương án TT1b cũng được tính toán với các hệ số, phương pháp tính tương

tự như phương án TT1a, nhưng thêm công đoạn sấy và đốt có thu hồi năng lượng của bùn sau tách nước tại trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ cùng với bùn tách nước của trạm Yên Sở chở đến. Tro sau đốt được chở đi làm vật liệu xây dựng (gạch). Năng

lượng tính toán cho xử lý bùn của phương án TT1b được tổng hợp ở bảng 4.11 (xem

phụ lục 8 bảng PL8.2).

Bảng 4.11. Tổng hợp tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT1b

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

Tổng lượng bùn nén từ các trạm XLNT chở đến

1

tấn/ngày

3.698,4

Gbn

trạm xử lý bùn tập trung

2

tấn/ngày

592,6

Bpbc

Phụ lục 6, bảng PL6.1 và PL6.2

3

tấn/ngày

575,7

mslt

Bảng PL7.3

4

tấn/ngày

144,7

Yslt

Bảng 4.8

5

tấn/ngày

240,1

mdry

Bảng PL8.2

6

g/kg

350

[69]

mash

Bùn bể tự hoại chở đến trạm xử lý bùn tập trung Lượng bùn còn lại sau quá trình tách nước Lượng bùn đã tách nước từ trạm XLNT Yên Sở chở đến trạm Yên Mỹ Lượng bùn sinh ra sau quá trình sấy bùn Lượng tro sinh ra sau quá trình đốt 1 kg bùn 7 Lượng tro tạo thành

tấn/ngày

84,0

Gash = mash* mdry/ 1000

8

km

87,8

Xvcb

Phụ lục 9

Tổng quãng đường vận chuyển bùn nén từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ

97

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

MJ/ngày

705.668,9

[87]

Etiêuthu= Eelect+Eheat

9 Năng lượng tiêu thụ cho

hệ xử lý bùn

10

kWh/ngày

196.019,1

Etiêuthu/3,6

11 Năng lượng điện tiêu thụ

MJ/ngày

37.142,8

Eelect= E1+E2+E3+E4

12

21.262,7

[5]

E1= Σ Ei, với Ei= Pp*Ɵ MJ/ngày

Điện năng dùng cho các bơm bùn

13

MJ/ngày

2.755,9

[5]

E2= Σ Ek + Eklt với Ek=V*ω; Eklt=nlt*elt *3600

Điện năng dùng cho các máy khuấy trong các bể trộn, bể chứa bùn sau AD và cho máy ly tâm Điện năng cho bơm khí

MJ/ngày

14

12.995,8

[5]

E3= Ppk*epk

gas về bể phân hủy

15

128,4

[5]

E4= eth*mnth

MJ/ngày

Điện năng cho bơm tuần hoàn nước

MJ/ngày

668.526,0

16 Năng lượng nhiệt sử dụng Eheat = E5+E6+E7

17

MJ/ngày

57.605,0

[45]

E5 = Qph*ρ*γ*(Tb-Tss) *(1-φ)*(1+ϵ)

18

MJ/ngày

2.161,3

[5]

E6 = edry* mhnth

19

MJ/ngày

608.759,7

[5]

E7= eđốt *Gn

Nhiệt năng sử dụng cho quá trình trao đổi nhiệt trong hệ phân hủy kị khí Nhiệt năng tiêu thụ cho quá trình sấy bùn Nhiệt năng tiêu thụ cho quá trình đốt bùn

MJ/ngày

1.298.628,1

Esinhra = ECHP+Eđốt

kWh/ngày

360.730,0

Esinhra/3,6

21

20 Tổng năng lượng sinh ra từ các quá trình xử lý bùn

22

MJ/ngày

1.088.684,1

Năng lượng (điện năng, nhiệt năng) sinh ra từ

ECHP=EelectCHP + EheatCHP

[91]

kWh/ngày

302.412,2

ECHP/3,6

23

CHP của hệ phân hủy kị khí bùn

MJ/ngày

209.941,1

[69]

24 Năng lượng sinh ra từ quá

trình đốt bùn

kWh/ngày

58.317,8

Eđốt= einci*Fhc*1000* mdry*(1-0,95) Eđốt/3,6

25

26

[5]

kWh/ngày

20.417,5

Evc= (ΣGibn*Xivcb)* ediesel

Tổng năng lượng tiêu thụ cho quá trình vận chuyển

27

MJ/ngày

73.503,0

Evc*3,6

bùn trạm XLNT đến trạm xử lý bùn Yên Mỹ

98

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

MJ/ngày

519.456,2

Edư=Esinhra-Etiêuthu-Evc

29

kWh/ngày

144.293,4

Edư/3,6

28 Năng lượng thu hồi sau các quá trình xử lý bùn theo phương án TT1b 30 Nhu cầu năng lượng cho

ewwtp

kWh/m3

0,53

[91]

31

kWh/ngày

312.753,0

[5]

EXLNT=Q*ewwtp

EvcBTH

32

kWh/ngày

3.425,8

33

%

45,0

trạm XNLT với tổng công suất Q = 590.100 m3/ngày Năng lượng vận chuyển bùn bể tự hoại về trạm xử lý bùn Yên Mỹ Tỷ lệ thu hồi năng lượng theo phương án TT1b

R= (Edư - EvcBTH)*100/ EXLNT

Bảng 4.11 cho thấy phương án TT1b có tổng năng lượng sinh ra qui đổi là

360.730,0 kWh/ngày, trong đó năng lượng (điện năng và nhiệt năng) từ hệ CHP là

302.412,2 kWh/ngày và từ đốt bùn là 58.317,8 kWh/ngày. Phần năng lượng sinh từ

hệ CHP đã đảm bảo nhu cầu năng lượng tiêu thụ cho xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập

trung Yên Mỹ là 196.019,1 kWh.ngày và tổng năng lượng tiêu thụ cho vận chuyển

bùn là 20.417,5 kWh.ngày. Năng lượng còn dư từ hệ CHP là 85.975,6 kWh/ngày.

Tính cả năng lượng nhiệt thu từ quá trình đốt bùn thì tổng năng lượng thu hồi từ hệ

xử lý bùn là 144.293,4 kWh/ngày. Nếu dùng năng lượng thu hồi sau xử lý bùn này

để cung cấp cho việc xử lý nước thải của các trạm XLNT đô thị trong khu vực nghiên cứu có tổng công suất là 590.100 m3/ngày cần 312.753,0 kWh/ngày và cung cấp

3.425,8 kWh/ngày cho quá trình vận chuyển bùn bể tự hoại của khu vực tính toán về

trạm xử lý bùn Yên Mỹ, thì phần năng lượng này có thể được thu hồi tương ứng

45,0%.

Khái toán chi phí xử lý kết hợp bùn nén và bùn bể tự hoại theo phương án

TT1a và phương án TT1b được tổng hợp ở bảng 4.12 (chi tiết xem ở phụ lục 10).

Bảng 4.12 cho thấy phương án TT1a và TT1b đều thu hồi được năng lượng từ

biogas sinh ra là 302.412,2 kWh/ngày. Theo Quyết định 31/2014/QĐ-TTg của Thủ

tướng Chính phủ về cơ chế hỗ trợ phát triển dự án phát điện sử dụng chất thải rắn ở

Việt Nam [25], giá mua điện sản xuất từ rác thải FIT là 2.114 VNĐ/kWh cho công

nghệ đốt. Tổng thu nhập từ biogas tương đương hơn 639 triệu VNĐ/ngày. Phần kinh

phí này có thể hỗ trợ chi phí cho trạm xử lý bùn tập trung khoảng 80,1% tổng chi phí

99

xử lý bùn theo phương án TT1a và 48,1% tổng chi phí xử lý bùn theo phương án

TT1b.

Bảng 4.12. Khái toán chi phí xử lý bùn theo phương án TT1a và phương án TT1b

Thành tiền

TT

Các chi phí

Đơn vị

Phương án TT1a Phương án TT1b

1 Chi phí đầu tư xây dựng

VNĐ

854.487.297.944 3.363.327.297.944

2 Chi phí vận hành

VNĐ/ngày

645.187.699

602.922.563

3 Khấu hao cơ bản

VNĐ/ngày

153.338.868

726.133.389

4

VNĐ/ngày

798.526.567

1.329.055.952

5

VNĐ/ngày

639.299.391

639.299.391

Tổng chi phí xây dựng và vận hành theo ngày (4)=(2)+(3) Thu nhập từ điện năng sản xuất từ biogass 6 Chi thật (6)=(4)-(5)

VNĐ/ngày

159.227.176

689.756.561

Giá thành xử lý cho 1 m3 bùn VNĐ/m3

217.436

361.897

Giá thành xử lý cho 1 tấn

7

215.911

359.360

(9,3)

(15,5)

bùn (1USD=23.230VNĐ)

VNĐ/tấn

VNĐ/m3

232.673.596

915.821.054

8

Suất vốn đầu tư xây dựng cho 1 m3 bùn Suất vốn đầu tư xây dựng

(USD/tấn)

231.042.309

909.400.181

(9.946)

(39.148)

VNĐ/tấn

cho 1 tấn bùn (1USD=23.230VNĐ)

(USD/tấn)

4.5.3. Tính toán xử lý bùn theo phương án HT

Phương án HT, bùn sau khi tách nước tại các trạm XLNT đô thị được chở đi

chôn lấp. Năng lượng tiêu thụ cho quá trình vận chuyển bùn thể hiện ở bảng 4.13.

Bảng 4.13 cho thấy, phương án HT xử lý bùn theo phương pháp truyền thống, chôn lấp bùn sau khi tách nước, không thu được năng lượng mà còn tiêu hao năng

lượng chủ yếu cho quá trình vận chuyển bùn từ các trạm XLNT về bãi chôn lấp bằng xe tải là 17.371 kWh/ngày.

Khái toán chi phí xử lý bùn tách nước theo phương án HT được tổng hợp ở bảng 4.14 (phụ lục 10), trong đó áp dụng đơn giá xử lý bùn chôn lấp là 100.000 VNĐ/tấn [27]. Phương án HT không thu hồi được năng lượng (điện năng), chi phí

100

vận chuyển bùn đến bãi chôn lấp và xử lý bùn hàng năm là 100.012,3 triệu VNĐ, giá thành xử lý cho 1 m3 bùn là 320.438 VNĐ.

Bảng 4.13. Tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án HT

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu Đơn vị

Giá trị TLTK

tấn/ngày

896,6

1

mtn

Lượng bùn sau quá trình tách nước và chở đi chôn lấp

Phụ lục 6, bảng PL6.1

Tổng quãng đường vận

Phụ

km

314,0

2

Xvc

lục 9

chuyển bùn từ các trạm XLNT về bãi chôn lấp

Năng lượng sử dụng cho

kWh/

động cơ diesel trong quá

0,40

[5]

3

ediesel

tấn.km

trình vận chuyển bùn về bãi chôn lấp

kWh/ngày

17.371

[5]

Etvc=mtn* ediesel* Xvc

MJ/ngày

62.535

5

4 Năng lượng dùng cho vận chuyển bùn đến bãi chôn lấp

ewwtp

kWh/m3

0,53

[91]

6 Nhu cầu năng lượng cho

7

kWh/ngày 312.753,0

[5]

EXLNT=Q*ewwtp

trạm XNLT với tổng công suất Q = 590.100 m3/ngày

%

0

8 Tỷ lệ thu hồi năng lượng R= Edư*100/EXLNT

Bảng 4.14. Khái toán chi phí xử lý bùn theo phương án HT

TT

Chi phí

Đơn vị tính

Số lượng

Đơn giá (VNĐ)

Thành tiền (VNĐ)

1

VNĐ/ngày

184.346.273

Chi phí vận chuyển bùn từ các trạm XLNT đến bãi chôn lấp 2 Chi phí xử lý tại bãi chôn lấp

tấn/ngày

896.6

100,000

89.660.000

VNĐ/ngày

274.006.273

Tổng chi phí

3

VNĐ/năm

100.012.289.579

4 Giá thành xử lý cho 1 m3 bùn

VNĐ/m3

320.438

Giá thành xử lý cho 1 tấn bùn (1USD=23.230VNĐ)

VNĐ/tấn (USD/tấn)

305.606 (13,2)

101

4.5.4. Tính toán xử lý bùn theo phương án TT2

Bùn sau tách nước tại các trạm XLNT đô thị trong khu vực tính toán với thể

tích 855,1 m3/ngđ được vận chuyển bằng xe cơ giới đến trạm xử lý bùn tập trung tại

Yên Mỹ để sấy và đốt (phụ lục 7, bảng PL7.4).

Năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT2 tại trạm xử lý bùn tập trung

được tổng hợp ở bảng 4.15 (chi tiết xem phụ lục 8, bảng PL8.3).

Bảng 4.15. Tổng hợp tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT2

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị TLTK

m3/ngày

855,1

1 Thể tích bùn vào máy sấy Vtn=Wbvs

2

tấn/ngày

896,6

mtn=Gbvs

Khối lượng bùn vào máy sấy

Khối lượng bùn vào máy

3

169,8

Gkbvs

Phụ lục 6, bảng PL6.1

sấy (tính theo chất khô)

tấn TS/ ngày

4

tấn/ngày

298,9

Gbss=Gbvs-Gnsb

Khối lượng bùn còn lại sau sấy

Wbss= Gkbvs*100/ Sbk

5 Thể tích bùn sau sấy

m3/ngày

249,1

[5]

*(100- Pbss)

MJ/ngày

2.689,6

6 Năng lượng cung cấp cho

Esấy= edry*mhnth /1000

[5]

quá trình sấy bùn

7

kWh/ngày

747,1

Esấy/3,6

MJ/ngày 261.482,4

[69]

8 Năng lượng sinh ra từ quá

Eđbs= einci*Fhc*1000* Gbss*(1-0,95)

trình đốt bùn

kWh/ngày

72.634,0

9

Eđbs/3,6

kg/ngày

[69] 104.598,7

10 Lượng tro tạo thành sau

Gbsđ = mash*Gbss

khi đốt bùn

tấn/ngày

104,6

11

12

kWh/ngày

210,4

Năng lượng cung cấp cho

Eđốt= eđốt* mhnđb/ 3600

quá trình đốt bùn

13

MJ/ngày

757,6

[5]

Eđốt= eđốt* mhnđb/ 1000

kWh/ngày

11,0

Eth= eth*(mhnth+ mhnđb)/dn

14 Năng lượng cho tuần hoàn hơi nước

[5] [5]

15

MJ/ngày

39,5

Eth*3,6

102

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị TLTK

MJ/ngày

1.539,3

Ep=Pp* Ɵ/1000

16

Năng lượng cho bơm bùn

kWh/ngày

427,6

17

18

km

87,8

Xvc

Phụ lục 9

kWh/

19

0,40

[5]

ediesel

tấn.km

Tổng quãng đường vận chuyển bùn từ các trạm XLNT đến trạm sấy + đốt tập trung (theo bản đồ vệ tinh) Năng lượng sử dụng cho động cơ diesel trong quá trình vận chuyển bùn về bãi chôn lấp

MJ/ngày

17.341,2

Etvcb*3,6

21

kWh/ngày

4.817,0

[5]

Etvcb=Σmtn*Xvc* ediesel

20 Tổng năng lượng để vận chuyển bùn từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn Yên Mỹ

MJ/ngày 239.115,2

22 Năng lượng thu hồi sau

Edư= Eđbs - Esấy - Eđốt -

các quá trình xử lý bùn tại

Eth - Ep - Etvcb

23

kWh/ngày

66.420,9

trạm xử lý bùn Yên Mỹ

ewwtp

kWh/m3

0,53

[91]

24 Nhu cầu năng lượng cho các trạm XNLT với tổng

25

kWh/ngày 312.753,0

[5]

EXLNT=Q*ewwtp

công suất Q = 590.100 m3/ngày Tỷ lệ thu hồi năng lượng

26

%

21,3

R= Edư*100/EXLNT

theo phương án TT2

Bảng 4.15 cho thấy phương án TT2 thu được năng lượng từ quá trình đốt bùn,

qui đổi được 72.634,0 kWh/ngày, năng lượng này có thể cung cấp cho nhu cầu năng

lượng của trạm xử lý bùn tập trung như bơm bùn, sấy và đốt bùn, tuần hoàn hơi nước,

vận chuyển bùn, … Năng lượng thu hồi sau xử lý bùn là 66.420,9 kWh/ngày. Nếu

dùng năng lượng thu hồi cung cấp cho việc xử lý nước thải của các trạm XLNT đô

thị trong khu vực nghiên cứu có tổng công suất là 590.100 m3/ngày cần 312.753,0

kWh/ngày, thì phần năng lượng này có thể được thu hồi tương ứng 21,3%. Chi phí

xử lý bùn theo phương án TT2 được tổng hợp ở bảng 4.16 (phụ lục 10).

103

Bảng 4.16. Khái toán chi phí xử lý bùn theo phương án TT2

TT Các chi phí Đơn vị Thành tiền

1 Chi phí đầu tư xây dựng VNĐ 2.512.144.106.400

2 Chi phí vận hành VNĐ/ngày 178.170.673

3 Khấu hao cơ bản VNĐ/ngày 573.188.101

Tổng chi phí xây dựng và vận hành VNĐ/ngày 751.358.774 4 theo ngày

5 Chỉ tiêu kinh tế đánh giá

Giá thành xử lý cho 1m3 bùn VNĐ/m3 878.679

5.1 Giá thành xử lý cho 1 tấn bùn VNĐ/tấn 838.009

(1USD=23.230VNĐ) (USD/tấn) (36,1)

Suất vốn đầu tư xây dựng cho 1m3 bùn VNĐ/m3 2.937.836.635

5.2 Suất vốn đầu tư xây dựng cho 1 tấn VNĐ/tấn 2.801.856.019

bùn (1USD=23.230VNĐ) (USD/tấn) (120.614)

4.6. Nhận xét kết quả tính toán và đề xuất công nghệ xử lý bùn

❖ Đối với trạm XLNT Yên Sở đã xây dựng bể mê tan

Theo TCVN 7957:2008 [32], tính toán được thể tích bể mê tan và lượng biogas

sinh ra khi WAS của trạm XLNT Yên Sở phân hủy kị khí lên men ấm không kết hợp

với FS, ứng với các trường hợp nồng độ chất bẩn trong nước thải chảy đến trạm thực

tế, thấp nhất và cao nhất được tổng hợp ở bảng 4.17.

Bảng 4.17. Thể tích bể mê tan và lượng biogas sinh ra của trạm XLNT Yên Sở

khi WAS không xử lý kết hợp với FS

Khi nồng độ chất bẩn trong nước thải vào

trạm XLNT Yên Sở Thông số tính toán

Thực tế TSS=71mg/L Thấp nhất TSS=120mg/L Cao nhất TSS=300mg/L

58,7 238,5 779,1

Lượng bùn vào bể mê tan (m3/ngày) Thể tích bể mê tan (m3) 651,8 2.649,5 8.656,2

Thể tích biogas sinh ra (m3/ngày) 1.124,6 4.495,7 14.688,1

104

Trạm XLNT Yên Sở đã xây dựng 2 bể mê tan với thể tích của 1 bể mê tan là

7.500 m3 [24]. Như vậy, lượng bùn thực tế được phân hủy kị khí là 58,7 m3/ngày mới

chỉ đáp ứng 8,7% thể tích của 1 bể mê tan; và thể tích biogas tạo thành bằng 25,0%

thể tích biogas sinh ra khi nước thải có nồng độ chất bẩn thấp nhất và bằng 7,7% thể

tích biogas khi nước thải có nồng độ chất bẩn cao nhất. Lượng biogas tạo thành ít dẫn

đến năng lượng nhiệt tạo thành (quy đổi) không đủ bù đắp cho năng lượng để duy trì

môi trường cho bể kị khí hoạt động ổn định.

Kết quả tính toán lượng biogas sinh ra khi phân hủy kị khí kết hợp WAS của

trạm XLNT Yên Sở với FS theo tỷ lệ phối trộn 1:1 và khi WAS không xử lý cùng với

FS được tổng hợp ở bảng 4.18.

Bảng 4.18. Thể tích biogas sinh ra khi WAS của trạm XLNT Yên Sở xử lý

và không xử lý kết hợp với FS.

Khi nồng độ chất bẩn Thể tích biogas sinh ra (m3/ngày)

trong nước thải vào trạm

XLNT Yên Sở WAS không xử lý kết hợp với FS WAS xử lý kết hợp với FS

Thực tế TSS=71mg/L 1.124,6 4.268,0

Thấp nhất TSS=120mg/L 4.495,7 17.263,6

Cao nhất TSS=300mg/L 14.688,1 20.975,4

Bảng 4.18 cho thấy khi phân hủy kị khí lên men ấm kết hợp WAS với FS thì

thể tích biogas thu được ở nồng độ chất bẩn thực tế tăng gấp 3,79 lần so với khi WAS

không xử lý với FS. Ở nồng độ chất bẩn thấp nhất và cao nhất tương ứng thể tích

biogas khi WAS xử lý cùng với FS tăng 3,84 lần và 1,43 lần so với khi WAS không

xử lý kết hợp với FS.

Như vậy, YS1a hoặc YS1b là các giải pháp để tăng sản lượng biogas của trạm

XLNT Yên Sở khi tăng thêm các chất hữu cơ cho dòng bùn đầu vào bể mê tan. Phân

hủy kị khí lên men ấm kết hợp WAS với FS vừa tăng sản lượng biogas sinh ra khi

khối lượng bùn xử lý tăng, vừa không ảnh hưởng đến chế độ thủy lực của các công

trình XNLT và chất lượng nước thải đầu ra của trạm XLNT, vừa mang lại lợi ích kinh

tế của việc chia sẻ thiết bị như tận dụng các công trình xử lý bùn có sẵn như bể mê

tan, bể chứa bùn, bể chứa biogas, thiết bị tách nước bùn, … của trạm XLNT Yên Sở.

105

❖ Đối với các trạm XLNT không có bể mê tan như Kim Liên, Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy

Mẫu (đang vận hành), Yên Xá (đang xây dựng) và Phú Đô (dự kiến xây dựng): Kết

quả tính toán, so sánh các phương án xử lý bùn được tổng hợp ở bảng 4.19.

Bảng 4.19. Tổng hợp so sánh các phương án xử lý bùn

Đơn

Phương

Phương

Phương

Phương

TT

Các thông số

vị

án TT1a

án TT1b

án HT

án TT2

1

3.698,4

3.698,4

Khối lượng WAS từ các trạm XLNT

tấn/ ngày

Khối lượng bùn tách

2

896,6

896,6

tấn/ ngày

nước ở các trạm XLNT

tấn/

Khối lượng FS xử lý kết hợp với WAS

3

592,6

592,6

ngày

trạm XLNT

Tổng khối lượng hỗn

tấn/

4.291,0

4.291,0

896,6

896,6

4

hợp bùn xử lý

ngày

Khối lượng bùn sau

tấn/

5

tách nước chở đi

896,6

ngày

chôn lấp

Khối lượng hỗn hợp bùn sau tách nước

6

575,7

tấn/ ngày

chở đi làm phân

Khối lượng tro sau

tấn/

7

84,0

104,6

đốt

ngày

Tổng năng lượng tiêu

kWh/

8

51.385,2 216.436,6

17.371,0

6.213,1

thụ cho xử lý bùn

ngày

9

302.412,2 360.730,0

72.634,0

kWh/ ngày

Tổng năng lượng sinh ra từ quá trình xử lý bùn (9)=(9.1)+(9.2)

Năng lượng sinh ra

kWh/

9.1

302.412,2 302.412,2

từ hệ thống CHP

ngày

106

TT Các thông số

Phương án TT1a

Phương án TT1b

Phương án HT

Phương án TT2

Đơn vị

Năng lượng sinh ra

kWh/

58.317,8

72.634,0

9.2

từ quá trình đốt bùn

ngày

Năng lượng thu hồi

kWh/

10

sau xử lý bùn

251.072,0 144.293,4

66.420,9

ngày

(10)=(9)-(8)

11

312.753,0 312.753,0 312.753,0 312.753,0

kWh/ ngày

12

3.425,8

3.425,8

Năng lượng tiêu thụ cho XLNT của các trạm công suất 590.100m3/ngày Năng lượng tiêu thụ cho vận chuyển FS về trạm xử lý bùn tập

kWh/ ngày

trung

Tỷ lệ thu hồi năng

13

%

79,2

45,0

21,3

lượng từ xử lý bùn (13)=(10)-(12)/(11)

215.911

359.360

305.606

838.009

14

Giá thành xử lý 1 tấn bùn (1USD=23.230VNĐ)

9,3

15,5

13,2

36,1

231.042

909.400

2.801.856

15

Suất vốn đầu tư xây dựng cho 1 tấn bùn (1USD=23.230VNĐ)

9.946

39.148

120.614

VNĐ/ tấn USD/ tấn 1000 VNĐ/ tấn USD/ tấn

Bảng 4.19 cho thấy phương án TT1a và TT1b khi phân hủy kị khí lên men

ấm kết hợp WAS của trạm XLNT đô thị với FS tại trạm xử lý bùn tập trung có ưu,

nhược điểm so với phương án HT bùn tách nước chở đi chôn lấp và phương án TT2

bùn tách nước được sấy và đốt bùn tại trạm xử lý bùn tập trung, như sau:

➢ Về khối lượng bùn sau xử lý

107

1000

896,6

900

800

) y à g n / n ấ t (

700

592,6

592,6

575,7

n ù b

600

500

g n ợ ư L

400

300

200

104,6

84,0

100

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Phương án TT1a Phương án TT1b Phương án HT Phương án TT2

Lượng bùn bể tự hoại được xử lý cùng với bùn trạm XLNT

Lượng bùn trạm XLNT sau xử lý chở đi chôn lấp

Lượng bùn trạm XLNT và FS sau xử lý chở đi làm phân bón

Lượng tro bùn trạm XLNT và FS chở đi làm gạch

Hình 4.7. Lượng bùn trạm XLNT đô thị và FS sau xử lý của các phương án.

Hình 4.7 cho thấy phương án TT1a và TT1b, FS với khối lượng 592,6 tấn/ngày

được phân hủy kị khí lên men ấm cùng với WAS của trạm XLNT đô thị tại trạm xử

lý bùn tập trung. Phương án TT1a, hỗn hợp bùn sau tách nước với khối lượng 575,7

tấn/ngày được chở đến nhà máy Cầu Diễn để làm phân bón. Phương án TT1b, hỗn

hợp bùn sau tách nước với khối lượng 575,7 tấn/ngày được sấy và đốt, tro với khối

lượng 84,0 tấn/ngày được chở đi làm gạch. Bùn sau tách nước tổng khối lượng 896,6

tấn/ngày từ các trạm XLNT đô thị ở phương án HT chở đi chôn lấp đã giảm 88,3%

xuống còn khối lượng tro 104,6 tấn/ngày ở phương án TT2, tro được chở đi làm gạch.

Bùn sau xử lý của phương án TT1a, TT1b và TT2 đều được tái chế, tái sử dụng như

làm phân bón hay chất cải tạo đất, làm vật liệu sản xuất gạch do đó diện tích bãi chôn

lấp giảm 100% so với phương án HT.

➢ Về mặt năng lượng

Năng lượng tiêu thụ, năng lượng sinh ra và năng lượng được thu hồi khi xử lý

bùn trạm XLNT đô thị và FS theo các phương án được thể hiện trên hình 4.8.

108

350000

302.412,2

302.412,2

300000

251.072,0

250000

216.436,6

200000

144.293,4

150000

) y à g n / h W k ( g n ợ ư l

100000

66.420,9

g n ă N

72.634,0

58.317,8

51.385,2

50000

17.371,0

6.213,1

0

Phương án HT Phương án TT2

Phương án TT1a

Phương án TT1b

Tổng năng lượng tiêu thụ cho xử lý bùn

Năng lượng sinh ra từ biogas

Năng lượng sinh ra khi đốt bùn

Năng lượng thu hồi sau xử lý bùn

Hình 4.8. Năng lượng tiêu thụ, sinh ra và thu hồi khi xử lý bùn theo các phương án.

Phương án TT1a và TT1b, thể tích biogas sinh ra là 72.198,9 m3/ngày, tương

đương với năng lượng thu được từ hệ CHP là 302.412,2 kWh/ngày. Ngoài năng lượng

sinh ra từ biogas, phương án TT1b còn thêm năng lượng từ đốt bùn sinh ra là 58.317,8

kWh/ngày, trong khi phương án TT2 chỉ có năng lượng sinh ra từ đốt bùn là 72.634,0

kWh/ngày. Năng lượng sinh ra từ các quá trình xử lý bùn đã được dùng để làm nguồn

năng lượng cung cấp cho trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ.

Nếu dùng năng lượng thu hồi của trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ để cung

cấp năng lượng cho các quá trình xử lý nước thải tại các trạm XLNT trong khu vực tính toán với tổng công suất 590.100 m3/ngày cần năng lượng là 312.753 kWh/ngày,

và cung cấp năng lượng cho việc vận chuyển FS là 3.425,8 kWh/ngày về trạm xử lý

bùn tập trung Yên Mỹ của phương án TT1a và TT1b, thì phần năng lượng này tương

ứng có tỷ lệ thu hồi cho phương án TT1a là 79,2%, phương án TT1b là 45,0% và

phương án TT2 là 21,3%. Như vậy phương án TT1a cho tỷ lệ thu hồi năng lượng cao

nhất, và phương án HT không cho thu hồi năng lượng. Năng lượng tiêu thụ của

phương án TT1b cao hơn phương án TT1a là thêm phần năng lượng tiêu thụ cho quá

trình sấy và đốt bùn sau tách nước. Do đó mà tỷ lệ thu hồi năng lượng của phương án

TT1a cao hơn phương án TT1b.

109

Việc áp dụng công nghệ kị khí để phân hủy chất hữu cơ như ở phương án TT1a

và TT1b đã chứng minh ưu điểm vượt trội về mặt năng lượng khi xử lý kết hợp WAS

của trạm XLNT đô thị và FS so với phương án HT và phương án TT2. Thu hồi biogas,

sản xuất năng lượng đã đem lại kết quả khả quan về mặt năng lượng không những

đảm bảo năng lượng cho trạm xử lý bùn tập trung mà còn có thể cung cấp thêm cho

các trạm XLNT trong khu vực.

➢ Về chi phí xử lý bùn và chi phí đầu tư xây dựng

Kết quả tính toán chi phí xử lý bùn và chi phí đầu tư xây dựng theo các phương

án được thể hiện trên hình 4.9.

2.801.856,0

3000000

2500000

2000000

1500000

909.400,2

838.009

1000000

231.042,3

359.360

305.606

215.911

500000

0

Phương án HT Phương án

Phương án TT1a

Phương án TT1b

TT2

Giá thành xử lý bùn (VNĐ/tấn) Suất vốn đầu tư xây dựng trạm xử lý bùn (1000VNĐ/tấn)

Hình 4.9. Giá thành xử lý và suất vốn đầu tư xây dựng theo các phương án.

Phương án TT1a có chi phí xử lý bùn là 215.911 VNĐ/tấn (qui đổi bằng 9,3

USD/tấn) thấp hơn phương án TT1b (15,5 USD/tấn) là 39,9% do phương án TT1b

còn sử dụng thêm công nghệ sấy và đốt hỗn hợp bùn sau tách nước; thấp hơn so với

phương án HT (13,2 USD/tấn) là 29,3%; và thấp hơn so với phương án TT2 (36,1

USD/tấn) là 74,2%. Phương án TT1b có giá thành xử lý 1 tấn bùn cao hơn phương

án HT là 17,6% và thấp hơn phương án TT2 là 57,1%. Chi phí đầu tư xây dựng cho

trạm xử lý bùn có sử dụng thêm công nghệ sấy và đốt bùn sẽ tốn kém hơn các phương

án khác.

Theo số liệu tổng hợp của Nguyễn Việt Anh (2017) [5] ở Hàn Quốc với tổng

lượng bùn sinh ra 7.446 – 9.156 tấn/ngày thì chi phí xử lý và thải bỏ là 31,5 – 48,1

110

USD/tấn; đơn giá xây dựng theo phương án công nghệ đốt là 130.000 – 188.000

USD/tấn, làm khô là 197.000 USD/tấn và phân hủy bùn là 330.000 USD/tấn thì

phương án TT1a và TT1b có chi phí xử lý bùn thấp hơn chi phí xử lý và thải bỏ ở

Hàn Quốc; và giá thành này phù hợp với chi phí xử lý ở Thái Lan với chi phí xử lý

chất thải có thu hồi năng lượng từ 4,3 USD/tấn đến 28,6 USD/tấn [5]. Như vậy, chi

phí xử lý bùn và suất vốn đầu tư xây dựng thay đổi phụ thuộc vào từng công nghệ xử

lý bùn, công suất xử lý và từng địa phương.

Phương án TT1a, TT1b và TT2 đều có những ưu điểm hơn so với phương án

HT xử lý bùn truyền thống như: bùn được tái chế, tái sử dụng nên giảm diện tích bãi

chôn lấp, thu hồi năng lượng, có nguồn lợi từ quá trình xử lý bùn. Biogas thu được từ

quá trình phân hủy kị khí bùn sản xuất ra năng lượng (điện năng, nhiệt năng) ngoài

cung cấp cho bản thân trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ, còn có thể cung cấp cho các

trạm XLNT của thành phố, khi đó sẽ giảm được một phần chi phí hàng ngày của các

trạm. Nhược điểm của phương án TT1b và TT2 là chi phí đầu tư xây dựng lớn, và chi

phí hàng ngày sẽ lớn hơn phương án TT1a.

Các phương án xử lý bùn tập trung thu hồi năng lượng có chi phí đầu tư tăng

thêm cho các công đoạn vận chuyển, xử lý – phân hủy bùn, xử lý khí và sản xuất năng

lượng (điện năng và nhiệt năng), xử lý pha lỏng và rắn sau phân hủy; chi phí vận

hành và bảo dưỡng cũng tăng do năng lượng tiêu hao cho trạm xử lý tăng, tăng thêm

chi phí nhân công vận hành bảo dưỡng và chi phí bảo trì. Đổi lại, các lợi ích về mặt

tài chính và kinh tế thu được là:

- Sản xuất ra nhiệt năng, điện năng để dùng cho bản thân trạm xử lý;

- Chất rắn khô sau cùng ít hơn, khả năng khử nước cao hơn, độ khô của bùn tăng, nhờ

đó: Chi phí năng lượng cho quá trình khử nước ít hơn; Hóa chất sử dụng cho quá trình

khử nước ít hơn; Chi phí vận chuyển bùn thải ít hơn; Chi phí chôn lấp bùn thải ít hơn;

Tăng thêm cơ hội tái sử dụng bùn khô (làm nhiên liệu đốt, vật liệu xây dựng...).

- Giảm phí chôn lấp bùn thải (nếu phải trả tiền chôn lấp).

Do đó, phương án TT1a hoặc TT1b được đề xuất sử dụng. Trong tương lai,

khi những quy định về kiểm soát bùn thải tái sử dụng trong nông nghiệp và phí bảo

111

vệ môi trường do ô nhiễm từ bùn thải đưa ra bãi chôn lấp ngày càng thắt chặt, thì

phần lợi ích thu được từ xử lý bùn, thu hồi năng lượng sẽ càng tăng lên.

Nhận xét chương 4

Từ nghiên cứu, tính toán xử lý bùn phát sinh tại các trạm XLNT đô thị và bùn

bể tự hoại của khu vực đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng, đề xuất công

nghệ xử lý bùn cho khu vực tính toán như sau:

➢ Tại trạm XNLT Yên Sở đã có bể mê tan: áp dụng phương án YS1a, hỗn hợp bùn

sau tách nước chở đi làm phân tại Cầu Diễn hoặc áp dụng phương án YS1b nếu trong

khu vực sử dụng công nghệ sấy và đốt bùn. Xử lý kết hợp WAS với FS theo tỷ lệ

phối trộn FS:WAS=1:1 (theo khối lượng VS) thì vẫn tận dụng được các thiết bị, công

trình có sẵn của trạm; đồng thời thể tích biogas sinh ra tăng lên gấp 3,79 lần, 3,84 lần

và 1,43 lần tương ứng lần lượt so với thể tích biogas thu được ở nồng độ chất bẩn

trong nước thải thực tế, thấp nhất và cao nhất khi WAS của trạm XLNT Yên Sở không

xử lý cùng với FS.

➢ Tại trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ: WAS của các trạm XLNT đô thị Kim Liên,

Trúc Bạch, Hồ Tây, Bảy Mẫu, Yên Xá và Phú Đô (dự kiến) xử lý kết hợp với FS theo

phương án TT1a hoặc TT1b với tỷ lệ phối trộn FS:WAS=1:3 (theo khối lượng VS)

tạo ra được 302.412,2 kWh/ngày điện năng và nhiệt năng từ thu hồi khí sinh học.

Năng lượng này đảm bảo hoàn toàn nhu cầu năng lượng cho trạm xử lý bùn tập trung

của khu vực Hà Nội nghiên cứu, và còn cung cấp năng lượng cho xử lý nước thải của

các trạm XLNT đô thị với tổng công suất 590.100 m3/ngày, tỷ lệ thu hồi năng lượng

là 79,2% đối với phương án TT1a và 45,0% đối với phương án TT1b.

- Phương án TT1a và TT1b áp dụng với những khu vực nội thành, diện tích đất cho

hạ tầng kỹ thuật ít, mật độ dân cư lớn để giảm diện tích bãi chôn lấp, bùn sau phân

hủy kị khí tiếp tục được xử lý để tái chế, tái sử dụng.

- Phương án TT1a áp dụng với những khu vực ngoại thành, những nơi vẫn còn canh

tác đất nông nghiệp có nhu cầu về phân bón, đồng thời có thêm nguồn năng lượng

thu hồi từ biogas.

112

KẾT LUẬN Kết luận

Qua kết quả nghiên cứu trên cho phép rút ra một số kết luận:

1 - Xử lý kết hợp bùn của trạm XLNT đô thị với bùn bể tự hoại bằng phương pháp

phân hủy kị khí lên men ấm (350C) có khả năng sinh khí CH4, hiệu suất loại bỏ VS

và COD cao hơn so với khi chỉ xử lý riêng biệt bùn của trạm XLNT đô thị. Với tỷ lệ

phối trộn FS:WAS từ 0:1 đến 1:1 (theo khối lượng VS), thể tích khí CH4 thu được

dao động từ 269,3 NmL/gVSbùn vào đến 294,8 NmL/gVSbùn vào; hiệu suất loại bỏ COD

tăng từ 38,23% đến 43,40% và VS loại bỏ từ 38,12% đến 42,55%. Tỷ lệ phối trộn

FS:WAS=1:1 (theo khối lượng VS) cho hiệu suất loại bỏ COD và VS cao nhất tương

ứng là 43,40% và 42,55%, thể tích khí CH4 cao nhất là 294,8 NmL/gVSbùn vào.

2 - Xử lý kết hợp FS với WAS của trạm XLNT đô thị cho khu vực đô thị trung tâm

Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng bằng phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm

(350C) tạo ra được 302.412,2 kWh/ngày điện năng và nhiệt năng từ thu hồi khí sinh

học. Năng lượng này đảm bảo hoàn toàn nhu cầu năng lượng cho trạm xử lý bùn tập

trung và còn cung cấp năng lượng đủ cho xử lý nước thải tại các trạm XLNT đô thị

trong khu vực nghiên cứu với tổng công suất 590.100 m3/ngày, tỷ lệ thu hồi năng

lượng là 45,0% - 79,2%.

3 - Xử lý phân hủy kị khí lên men ấm (350C) kết hợp bùn bể tự hoại với bùn của trạm

XNLT đô thị tại trạm XLNT là có thể hiện thực hóa, cho phép xử lý được các loại

chất thải này, thu hồi tài nguyên. Đặc biệt, trong điều kiện các đô thị Việt Nam, xử lý

kết hợp cho phép tận dụng các công trình của trạm XLNT, nhất là khi trạm hoạt động

chưa đủ công suất thiết kế.

Kiến nghị

1 - Tiếp tục nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu quả sinh khí mê tan

đối với các loại chất thải giàu hữu cơ khác.

2 – Thành phố tăng cường giải pháp quản lý bùn bể tự hoại: định kỳ hút bùn bể tự

hoại và xử lý bùn bể tự hoại để không gây ô nhiễm môi trường, đồng thời thu hồi tài

nguyên từ bùn.

113

3 – Nghiên cứu này sẽ là cơ sở để cho các nghiên cứu tiếp theo về bùn trong tương

lai cho thành phố Hà Nội và các đô thị khác trên toàn quốc. Trên cơ sở kết quả đã thu

được, nghiên cứu thành lập tổ hợp xử lý kết hợp bùn trạm XLNT đô thị với bùn bể

tự hoại bằng phương pháp phân hủy kị khí lên men ấm, thu hồi năng lượng và bùn

sau xử lý được tái chế, tái sử dụng.

114

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN

ĐẾN LUẬN ÁN

1. L. Shoebitz, M. Bassan, A. Ferr, T.H.A. Vu, V.A. Nguyen, L. Strande (2014), “FAQ: Faecal Sludge Quantification and Characterization – field trial of methodology in Hanoi, Vietnam”, 37th WEDC Intermational Conference: Sustainable Water and Sanitation Services for All in a Fast Changing World,

Hanoi, Vietnam, pp. 787-793, ISBN: 978-604-82-1337-4.

2. Nguyễn Việt Anh, Vũ Thị Hoài Ân (2014), “Xử lý, ổn định bùn cặn từ các trạm xử lý nước thải theo hướng tái tạo năng lượng, thu hồi tài nguyên”, Tạp chí Khoa

học Công nghệ Xây dựng, Số 20, 9/2014, tr. 5-12, ISBN 1859 – 2996.

3. Nguyen Viet Anh, Vu Thi Hoai An (2016), “Characteristics of septic tank sludge and influencing factors”, Journal of Science and Technology, Vol. 54 (2A) (2016),

pp. 141-148, ISSN 0866-708X.

4. Nguyễn Việt Anh, Đào Minh Nguyệt, Vũ Thị Hoài Ân, Magalie Bassan và Linda Strande (2016), “Quản lý phân bùn bể tự hoại – nhìn từ góc độ kiểm soát ô nhiễm

và thu hồi tài nguyên”, Tạp chí Cấp thoát nước Việt Nam, Số 6 (110)-2016, tr.49-

53, ISSN 1859-3623.

5. Vu Thi Hoai An, Vu Thi Minh Thanh, Nguyen Viet Anh (2017), “Bio – methane potential test for anaerobic co-digestion of feacal sludge and sewage sludge”, Viet

Nam Journal of Science and Technology, Vol. 55 (4C) (2017), pp. 27-32, ISSN

2525-2518.

6. Miriam Englund, Juan Pablo Carbajal, Amede Ferre, Magalie Bassan, An Thi Hoai Vu, Viet-Anh Nguyen, Linda Strande (2020), “Modelling quantities and qualities

(Q&Q) of faecal sludge in Hanoi, Vietnam and Kampala, Uganda for improved

management solutions”, Journal of Environmental Management, Published by

Elsevier Ltd., Vol. 261 (2020), pp. 110-202.

7. Vu Thi Hoai An, Nguyen Viet Anh, Vu Thi Minh Thanh (2020), “Scenarios for treatment of sewage sludge from municipal wastewater treatment plants in Hanoi towards energy efficiency and resource recovery”, Journal IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (MSE) 869 (2020) 042026, doi:10.1088/1757- 899X/869/4/042026.

115

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Nguyễn Việt Anh (2007), Bể tự hoại và Bể tự hoại cải tiến, NXB Xây dựng, Hà

Nội.

[2] Nguyễn Việt Anh (2011), Báo cáo Đánh giá mô hình kinh doanh trong quản lý

phân bùn: hoạt động hút và vận chuyển phân bùn ở Việt Nam, Quỹ Bill &

Melinda Gates.

[3] Nguyễn Việt Anh (2014), Báo cáo đề tài nghị định thư: “Nghiên cứu giải pháp

thu gom và xử lý tổng hợp chất thải theo mô hình bán tập trung cho các đô

thị Việt Nam. Nghiên cứu điển hình ở thành phố Hà Nội”, Chương trình hợp

tác quốc tế về khoa học và công nghệ theo Nghị định thư giữa Việt Nam –

CHLB Đức, 2009-2012.

[4] Nguyễn Việt Anh, Dương Thu Hằng, Vũ Thị Minh Thanh, Nguyễn Phương Thảo

(2014), “Đánh giá khả năng xử lý kết hợp để nâng cao hiệu quả khai thác các

công trình hạ tầng kỹ thuật và thu hồi tài nguyên từ chất thải đô thị”, Tạp chí

Cấp thoát nước Việt Nam, Số 1+2, tr. 93-94.

[5] Nguyễn Việt Anh, Bùi Thị Thủy, Vũ Thị Minh Thanh (2017), Xử lý bùn của trạm

xử lý nước thải, Nhà Xuất bản Xây dựng.

[6] Công ty Cấp thoát nước Lâm Đồng (2011), Báo cáo kết quả thử nghiệm xử lý bùn

thải, chế biến phân vi sinh bón cây trồng, Đề tài cấp Sở KH&CN tỉnh Lâm

Đồng.

[7] Cục Hạ tầng Kỹ thuật (2017), Báo cáo Xây dựng cơ sở dữ liệu Quốc gia về phát

sinh, thu gom và xử lý bùn thải tại Việt Nam, Bộ Xây dựng, tháng 9/2017.

[8] Cục Hạ tầng Kỹ thuật (2019), Chính sách về đấu nối nước thải tại các đô thị Việt

Nam, Báo cáo tại hội thảo chuyên đề “Tính cần thiết của việc xây dựng hệ

thống thoát nước, xử lý nước thải song hành với hệ thống đấu nối hộ gia

đình”, Bộ Xây dựng – JICA, Hà Nội tháng 11/2019.

[9] Định mức dự toán xây dựng công trình ban hành kèm theo Thông tư số

10/2019/TT-BXD ngày 26/12/2019 của Bộ Xây dựng.

116

[10] Nguyễn Phước Dân và Lê Hoàng Nghiêm (2011), Báo cáo nghiệm thu đề tài

“Nghiên cứu các giải pháp công nghệ và quản lý bùn thải từ các trạm xử lý

nước thải sinh hoạt tập trung trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh”, 2011.

[11] Hà Nội Urenco (2014), Thực trạng quản lý, thu gom và xử lý bùn bể phốt. Đề

xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý , xử lý bùn bể phốt tại

các đô thị Việt Nam, Báo cáo tại hội thảo chuyên đề “Quản lý bùn thải trong

hệ thống thoát nước”, Hà Nội.

[12] Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà

Nội.

[13] Trần Đức Hạ (2013), Báo cáo nhiệm vụ khoa học và công nghệ về bảo vệ môi

trường của Bộ Xây dựng: “Điều tra, khảo sát, đề xuất phương án công nghệ

thích hợp xử lý bùn cặn từ HTTN đô thị”, Mã số: MT 13-09, Hà Nội 2013.

[14] Trần Đức Hạ và Nguyễn Văn Tín (2005), Xử lý nước thải các nhà máy bia theo

mô hình lọc ngươc kị khí – Aeroten hoạt động gián đoạn, Tuyển tập báo cáo

Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 14, Trường ĐHXD Hà Nội, NXB Lao

động – Xã hội, Quyển 3: Kỹ thuật môi trường, tr. 85-93.

[15] Hướng dẫn vận hành và bảo dưỡng trạm xử lý nước thải Bảy Mẫu (2015), Dự

án thoát nước Hà Nội nhằm cải thiện môi trường – Giai đoạn II, UBND

Thành phố Hà Nội tháng 12/2015.

[16] Hướng dẫn vận hành và bảo dưỡng trạm xử lý nước thải Hồ Tây (2015), Dự án

thoát nước Hà Nội nhằm cải thiện môi trường – Giai đoạn II, UBND Thành

phố Hà Nội tháng 12/2015.

[17] Nguyễn Thu Huyền (2010), Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý

phân bùn bể tự hoại cho các đô thị Việt Nam – nghiên cứu điển hình cho

thành phố Hà Nội, Luận án Tiến sỹ, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.

[18] Nguyễn Quang Khải, Nguyễn Gia Lượng (2010), Công nghệ khí sinh học chuyên

khảo, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội.

[19] Ngân hàng Thế giới (2013), Báo cáo đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô

thị tại Việt Nam, tháng 12/2013.

117

[20] Trần Hiếu Nhuệ, Lâm Minh Triết (2015), Xử lý nước thải, NXB Xây dựng.

[21] Nguyễn Văn Phước (2014), Giáo trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh

học, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.

[22] Hoàng Lê Phương (2018), Nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại bằng phương

pháp sinh học trong điều kiện Việt Nam, Luận án Tiến sỹ, Trường Đại học

Xây dựng, Hà Nội.

[23] Trần Văn Quang, Hoàng Ngọc Ân, Phạm Nguyệt Ánh (2012), Nghiên cứu hiện

trạng sử dụng, quản lý bể tự hoại và phân bùn bể phốt ở các hộ gia đình tại

thành phố Đà Nẵng, đề tài NCKH Đại học Đà Nẵng.

[24] Quy trình vận hành nhà máy xử lý nước thải Yên Sở (2012), Công ty cổ phần

Đầu tư phát triển Môi trường SFC Việt Nam thực hiện, 2012.

[25] Quyết định số 31/2014/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế hỗ trợ phát

triển dự án phát điện sử dụng chất thải rắn ở Việt Nam.

[26] Quyết định số 589/QĐ-TTg (2016) của Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Điều

chỉnh Định hướng phát triển thoát nước đô thị và khu công nghiệp Việt Nam

đến năm 2025 và tầm nhìn đến 2050 ban hành ngày 06 tháng 4 năm 2016.

[27] Quyết định số 1354/QĐ-BXD ngày 29 tháng 12 năm 2017 của Bộ Xây dựng về

việc công bố Suất vốn đầu tư xây dựng và mức chi phí xử lý chất thải rắn

sinh hoạt.

[28] Quyết định số 648/QĐ-BCT của Bộ trưởng Bộ Công Thương ngày 20/3/2019

về điều chỉnh mức giá bán lẻ điện bình quân và quy định giá bán điện, giá

bán.

[29] TCVN 6491:1999, Chất lượng nước – Xác định nhu cầu ôxy hóa học, Bộ tài

nguyên và môi trường.

[30] TCVN 6202:2008, Chất lượng nước – Xác định phốt pho, phương pháp đo phổ

dùng amoni molipdat, Bộ Khoa học và Công nghệ.

[31] Tổng cục Thống kê và Quỹ Dân số Liên hợp quốc tại Việt Nam (2016), Dự báo

dân số Việt Nam 2014 -2049, NXB Thông tấn, Hà Nội, 2016.

118

[32] TVCN 7957:2008, Tiêu chuẩn quốc gia về Thoát nước – Mạng lưới và công

trình bên ngoài – Tiêu chuẩn thiết kế, 2008.

[33] Nguyễn Thị Kim Thái, Trần Hiếu Nhuệ, Ứng Quốc Dũng (2013), Quản lý phân

bùn từ các công trình vệ sinh, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[34] Nguyễn Phương Thảo (2016), Nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại

và rác hữu cơ bằng phương pháp sinh học kị khí ở chế độ lên men nóng, Luận

án Tiến sỹ, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.

[35] Đỗ Quang Trung, Bùi Duy Cam, Nguyễn Thị Nhâm, Nguyễn Quang Minh

(2016), “Nghiên cứu đặc trưng các chỉ tiêu hóa lý của bùn thải đô thị trước

và sau khi phân hủy kị khí”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự

nhiên và Công nghệ, Tập 32, Số 4 (2016) tr. 30-34.

[36] Thủ tướng Chính phủ/ UBND Thành phố Hà Nội (2013), Quy hoạch thoát nước

thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn 2050, Hà Nội, Thủ tướng chính phủ

phê duyệt tại quyết định số 725/TTg ngày 10/5/2013.

[37] UBND Thành phố Hà Nội (2012), Quy hoạch xử lý chất thải rắn thủ đô Hà Nội

đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 (địa điểm: Thành phố Hà Nội), Viện

Quy hoạch Xây dựng Hà Nội, UBND thành phố Hà Nội, 2012.

[38] UBND Thành phố Hà Nội (2015), Thuyết minh áp dụng đơn giá thanh toán dịch

vụ công ích đô thị năm 2015 trên địa bàn Thành phố Hà Nội, 2015.

Tiếng Anh

[39] Andreoli C. V., M. von Sperling and Fernandes F. (2007), Biological

Wastewater Treatment: Sludge Treatment and Disposal, Volume 6, IWA

Publishing.

[40] Angelidaki, I., Sanders, W. (2004), “Assessment of the Anaerobic

Biodegradability of Macropollutants”, Rev. Environ. Sci. Biotechnol., Vol.3,

pp. 117-129.

[41] Angelidaki, I., Alves, M., Bolzonella, D., Borzacconi, L., Campos, J.L., Guwy,

A.J., Kalyuzhnyi, S., Jenicek, P. and Van Lier, J.B. (2009), “Defining the

biomethane potential (BMP) of solid organic wastes and energy crops: A

119

proposed protocol for batch assays”, Water Science and Technology, 2009,

pp. 927-934.

[42] APHA-AWWA-WEF (2005), Standard methods for the examination of water

and wastewater, L. S. Clesceri and Greenberg. Washington, DC 20005,

American Public Health Association.

[43] Appels L., Baeyens J., Degreve J. and Dewil R. (2008), “Principles and potential

of the anaerobic digestion of waste-activated sludge”, Progress in Energy

and Combustion Science, Vol. 34, pp. 755 – 781.

[44] Aquino S.F., Chernicharo C.A.L., Soares H., Takemoto S.Y. and Vazoller R.F.

(2008), “Methodologies for determining the bioavailability and

biodegradability of sludges”, Environmental Technology, Vol. 29 (8), pp.

855-862.

[45] Astals S., Venegas C., Peces M., Jofre J., Lucena F., Mata-Alvarez J., (2012),

“Balancing hygienization and anaerobic digestion of raw sewage sludge”,

Water Research, Vol. 46 (19), pp. 6218-6227.

[46] ATV-DVWK-M 368E (2003), Rules and Standards: Biological Stabilisation of

Sewage Sludge, German Association for Water, Wastewater and Waste,

April 2003.

[47] Bhattacharya, S.K., Madura, R., Walling, D. & Farrel, J., (1996), “Volatile solids

reduction in two-phase and conventional anaerobic sludge digestion”, Water

Research, Vol. 30 (5), pp.1041-1048.

[48] Bhattacharya S. K. and Parkin G. F. (1989), “The effect of ammonia methane

fermentation processes”, J. Water Pollut Control Fed., Vol. 61, pp. 56-59.

[49] Bitton G. (2005), “Anaerobic Digestion of Wastewater and Biosolids”, In Book:

Wastewater Microbiology, 3rd edition, John Wiley and Sons, Inc., pp. 345-

369.

[50] Boe, K. (2006), “Online monitoring and control of the biogas process”, Ph.D.

thesis, Institute of Environment and Resources, Technical university of

Denmark, ISBN 87-91855-10-1.

120

[51] Braun R. and Weillinger A., Potential of Co-digestion. 2010: IEA Bioenergy.

[52] Cecchi F., Marcomini A., Pavan P., Fazzini G. and Mata-Alvarez J. (1990),

“Mesophilic digestion of the organic fraction of refuse: performance and

kinetic study”, Waste Management and Research, Vol. 8, pp. 33-34.

[53] Chernicharo C. A. d. L. (2007), Biological Wastewater Treatment: Anaerobic

Reactors, Volume 4, IWA Publishing.

[54] Chynoweth D.P., Turick C.E., Owens J.M., Jerger D.E., Peck M.W. (1993),

“Biochemical methane potential of biomass and waste feedstocks”, Biomass

Bioenergy, Vol. 5 (1), pp. 95-111.

[55] De Baere, L., Mattheeuws, B. (2012). “Anaerobic digestion of the organic

fraction of municipal solid waste in Europe – status, experience and

prospects.” In: Thomé- Kozmiensky, K.J., Thiel, S. (Eds.), Waste

Management: Recycling and Recovery, Vol. 3, pp. 517–526.

[56] Dieter Deublein and Angelika Steinhauser (2008), “Biogas from Waste and

Renewable Resources”, Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA,

Weinheim, ISBN 978-3-527-31841-4.

[57] Droste R. L. (1997), Theory and practice of water and wastewater treatment,

John Wiley and Sons Inc., pp. 622-663.

[58] Drosg, B., Al Saedi, T., Braun, R. and Bochmann, G. (2012), Analysis and

Characterisation of Biogas Feedstocks, in The biogas handbook: Science,

production and applications, M. Wellinger A., J.D., Baxter, D. ed.,

Woodhead Publishing, 2012.

[59] Edelmann W., Engeli H. and Gradenecker M. (2000), “Co-digestion of organic

waste and sludge from sewage treatment”, Water Science and Technology,

Vol. 41 (3), pp. 213-221.

[60] Elsayed, Mahmoud & Andres, Yves & Blel, Walid & Gad, A. (2015), “Methane

Production by Anaerobic Co-Digestion Of Sewage Sludge And Wheat Straw

Under Mesophilic Conditions”, International Journal of Scientific and

Technology Research, Vol. 4 (6), pp. 1-6, ISSN 2277-8616.

121

[61] Gerardi, M. (2003), The Microbiology of Anaerobic Digesters, John Wiley

&Sons, Inc. Hoboken, ISBN 0-471-20693-8.

[62] Ghanimeh, S.A., Al-Sanioura, D.N., Saikaly, P.E., El-Fadel, M. (2018),

“Correlation between System Performance and Bacterial Composition under

Varied Mixing Intensity in Thermophilic Anaerobic Digestion of Food

Waste”, Environ. Manag., Vol. 206, pp. 472 - 481.

[63] Guang Yang, Panyue Zhang, Guangming Zhang, Yuanyan Wang, Anqui Yang

(2015), “Degradation properties of protein and carbohydrate during sludge

anaerobic digestion”, Bioresource Technology, Vol. 192, pp. 126-130.

[64] Habiba L., Hassib B., Moktar H. (2009), “Improvement of activated sludge

stabilisation and filterability during anaerobic digestion by fruit and

vegetable waste addition”, Bioresource Technology, Vol. 100 (4), pp. 1555-

1560.

[65] Hansen, T.L., Schmidt, J.E., Angelidaki, Il, Marca, E., Jansen, J.C, Mosbaek, H.

& Christensen, T.H., (2003), “Method for determination of methane

potentials of solid organic waste”, Waste Management, Vol.24 (4), pp.393-

400.

[66] Hartmann H., Angelidaki I. and Ahring B. K. (2003), “Co-digestion of organic

fraction of municipal solid waste with other waste types”, In:

Biomethanization of the organic fraction of municipal solid wastes. Editor:

Mata-Alvarez J., IWA Publishing.

[67] Himanshu, H., Voelklein, M.A., Murphy, J.D., Grant, J., O’Kiely, P. (2017),

“Factors Controlling Headspace Pressure in a Manual Manometric BMP

Method Can Be Used to Produce a Methane Output Comparable to AMPTS”,

Bioresour. Technol., Vol. 238, pp. 633–642.

[68] Holliger C., Alves M., Andrade D., Angelidaki I., Astals S., Baier U., Bougrier

C., Buffière P., Carballa M., De Wilde V., et al. (2016), “Towards a

Standardization of Biomethane Potential Tests”, Water Sci. Technol., Vol.

74, pp. 2515–2522.

122

[69] Izrail S. Turovskiy, P. K. Mathai (2006), Wastewater Sludge Processing, John

Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey.

[70] James Denis Browne. and Jerry D Murphy (2013), “Assessment of the resource

associated with biomethane from food waste”, Applied Energy, Vol. 104, pp.

170-177.

[71] James Denis Browne, Eoin Allen and Jerry D Murphy (2013), “Evaluation of

the biomethane potential from multiple waste streams for a proposed

community scale anaerobic digester”, Environmental Technology, Vol. 34,

pp. 2027-2038.

[72] Jica (2010), Strengthening of Operation and Maintenance of Sewerage Facilities

in Hà Nội, Final Report, December 2010.

[73] Jica (2017), Survey on sewage sludge treatment and reuse in socialist republic

of Vietnam, Final Report, February 2017.

[74] Jingura, R.M., Kamusoko, R. (2017), “Methods for Determination of

Biomethane Potential of Feedstocks: A Review”, Biofuel Res., Vol. 4, pp.

573–586.

[75] Karius R. (2011), Developing an integrated concept for sewage sludge treatment

and disposal from municipal wastewater treatment systems in (peri-)urban

areas in Vietnam, MSc thesis, Technical University of Dresden.

[76] Kelessidisa A., Stasinakisa A. (2012), “Comparative study of the methods used

for treatment and final disposal of sewage sludge in European countries”,

Waste Management, Vol. 32 (6), pp. 1186 – 1195.

[77] Khalid A., Arshad M., Anjum M., Mahmood T. and Dawson L. (2011), “The

anaerobic digestion of solid organic waste – Review”, Waste Management

Aug, Vol. 31 (8), pp. 1737-1744.

[78] Koch K., Lippert T., Drewes J.E. (2017), “The Role of Inoculum’s Origin on the

Methane Yield of Different Substrates in Biochemical Methane Potential

(BMP) Tests”, Bioresour. Technol., Vol. 243, pp. 457–463.

[79] Koster I. W., Rinzema A., De Vegt A. L. and Lettinga G. (1986), “Sulfide

inhibition of the methanogenic activity of granular sludge at various pH

levels”, Water Resources, Vol. 20, pp. 1561-1567.

123

[80] Labatut R.A., Angenent L.T. and Scott N.R. (2011), “Biochemical methane

potential and biodegradability of complex organic substrates”, Bioresource

Technology, Vol. 102, pp. 2255-2264.

[81] Lazarova V., Peregrina C. and Dauthuille P. (2012), “Toward energy self-

sufficiency of wastewater treatment”, In book: Water – Energy Interaction

in Water Reuse, Lazarova V., Choo K., Cornel P. (ed). IWA publishing.

[82] Li, X., Dai, X., Takahashi, J., Li, N., Jin, J., Dai, L., Dong, B., (2014), “New

insight into chemical changes of dissolved organic matter during anaerobic

digestion of dewatered sewage sludge using EEM-PARAFAC and two-

dimensional FTIR correlation spectroscopy”, Bioresource Technology, Vol.

159, pp. 412-420.

[83] Linda Strande, Mariska Ronteltap, Damir Brdjanovic (2014), Faecal Sludge

Management, Systems Approach for Implementation and Operation, IWA

Publishing 2014, ISBN 97817804044721.

[84] Lindmark, J., Thorin, E., Bel Fdhila, R., Dahlquist, E. (2014), “Effects of Mixing

on the Result of Anaerobic Digestion: Review”, Renew. Sustain. Energy

Rev., Vol. 40, pp. 1030–1047.

[85] Liu X., Wang W., Shi Y., Zheng L., Gao X., Qiao W. and Zhou Y. (2012), “Pilot-

scale anaerobic co-digestion of municipal biomass waste and waste activatied

sludge in China: Effect of organic loading rate”, Waste Management, Vol.

32, pp. 2056-2060.

[86] Logan, B.E., Oh, S.E., Kim, I.S., Van Ginkel, S. (2002), “Biological Hydrogen

Production Measured in Batch Anaerobic Respirometers”, Environ. Sci.

Technol., Vol. 36, pp. 2530 – 2535.

[87] Lu, J., Gavala, H. N., Skiadas, I. V., Mladenovska, Z. and Ahring, B. K. (2008),

“Improving anaerobic sewage sludge digestion by implementation of a

hyper-thermophilic prehydrolysis step”, Journal of Environmental

Management, Vol. 88 (4), pp. 881-889.

124

[88] Magdalena Lebiocka and Adam Piotrowicz (2012), “Co-digestion of sewage

sludge and organic fraction of municipal solid waste. A comparision between

laboratory and technical scales”, Environment Protection Engineering, Vol.

38 (4), pp. 157 -162.

[89] Mao, C., Feng, Y., Wang, X., Ren, G. (2015), “Review on Research

Achievements of Biogas from Anaerobic Digestion”, Renew. Sustain. Energy

Rev., Vol. 45, pp. 540–555.

[90] Mata-Alvarez J. (2003), Biomethanization of the organic fraction of municipal

solid wastes, IWA publishing. London.

[91] Metcalf and Eddy Inc. (2014), Wastewater Engineering: Treatment Resource

Recovery, 5th edition, McGraw – Hill, Inc., New York, USA.

[92] Miriam van Eekert and Els Schuman (2012), LSHTM – PL5 – Longitudinal

study Part B; Samples from Vietnam, London School of Hygiene and

Tropical Medicine, Lettinga Associates Foundation (LeAF), Project number:

11-748.

[93] Miron Y., Zeeman G., Van Lier J. B. and Lettinga G. (2000), “The role of sludge

retention time in the hydrolysis and acidification of lipid, cacbohydrates and

proteins during digestion of primary sludge in CSTR systems, Water

Resources, Vol. 34 (5), pp. 1705-1713.

[94] Moody, L., Burns, R., Wu-Hann, W. & Spajic, R., (2009), “Use of Biochemical

Methane Potential (BMP) Assays for Predicting and Enhancing Anaerobic

Digester Performance”, Agricultural and Biosystems Engineering, 44th

Croatian & 4th International Symposium on Agriculture, pp.930-934.

[95] Mottet A., François E., Latrille E., Steyer J.P., Déléris S., Vedrenne F., Carrère

H. (2010), “Estimating anaerobic biodegradability indicators for waste

activated sludge”, Chemical Engineering Journal, Vol. 160 (2), pp. 488-496.

[96] Nakagawa, T., Sato, S., Yamamoto, Y. and Fukui, M. (2002), “Successive

changes in community structure of an ethylbenzene-degrading sulfate-

reducing consortium”, Water Research, Vol. 36 (11), pp. 2813-2823.

125

[97] Nielfa A., Cano R. and Fdz-Polanco M. (2015), “Theoretical methane production

generated by the co-digestion of organic fraction municipal solid waste and

biological sludge”, Biotechnology Reports, Vol. 5, pp. 14-21.

[98] Nizami A.S., Orozco A., Groom E., Dieterich B. and Murphy J.D. (2012), “How

much gas can we get from grass?”, Applied Energy, Vol. 92, pp. 783-790.

[99] Neves, R. Oliveria and M. M. Alves (2004), “Influence of inoculum activity on

the bio-methanization of a kitchen waster under different waste/ inoculum

ratios”, Process Biochem., Vol. 39, pp. 2019-2024.

[100] Nguyen Phuong Quy, Le Thanh, Vu Duc Toan (2014), “Cyclic Sequencing

Batch Reactor Technology – Research on the Nitrogen Removal in low BOD

and low BOD5/N Ratio Wastewater”, Journal of Water Resource and

Environmental Engineering, ISSN 1859-3941, No 46, pp.117-121.

[101] Owen, W.F., Stuckey, D.C., Healy, J.B., Young, L.Y., McCarty, P.L. (1979),

“Bioassay for monitoring biochemical methane potential and anaerobic

toxicity”, Water Research, Vol. 13 (6), pp. 485–492.

[102] Pakenas L. (1996), “Energy Efficiency in Municipal Wastewater Treatment

Plants”, NYSERDA 1996.

[103] Parkin, G.F., Owen, W.F. (1986), “Fundamentals of Anaerobic Digestion of

Wastewater Sludges”, Environ. Eng., Vol. 112, pp. 867 - 920.

[104] Pham, C.H., Triolo, J.M., Cu, T.T.T., Pedersen, L., Sommer, S.G. (2013),

“Validation and Recommendation of Methods to Measure Biogas Production

Potential of Animal Manure”, Asian-Australas. J. Animal Sciences, Vol. 26

(6), pp. 864 - 873.

[105] Raposo, F., Banks, C.J., Siegert, I., S. Heaven, and R. Borja (2006), “Influence

of inoculum to substrate ratio on the biochemical methane potential of maize

in batch tests”, Process Biochemistry, Vol. 41, pp. 1444 -1450.

[106] Raposo, F., de la Rubia, M.A., Borja, R., Alaiz, M., Beltrán, J., Cavinato, C.,

Clinckspoor, M., Demirer, G., Diamadopoulos, E., Helmreich, B., Jenicek,

P., Martí, N., Méndez, R., Noguerol, J., Pereira, F., Picard, S., Torrijos, M.

126

(2009), “An interlaboratory study as a useful tool for proficiency testing of

chemical oxygen demand measurements using solid substrates and liquid

samples with high suspended solid content”, Talanta, Vol. 80 (1), pp. 329-

337.

[107] Raposo, F., de la Rubia, M.A., Fernández-Cegrí, V., Borja, R. (2012),

“Anaerobic Digestion of Solid Organic Substrates in Batch Mode: An

Overview Relating to Methane Yields and Experimental Procedures”,

Renew. Sustain. Energy Rev., Vol. 16, pp. 861–877.

[108] Raposo, F., Fernández-Cegrí, V., de la Rubia, M.A., Borja, R., Béline, F.,

Cavinato, C., Demirer, G., Fernández, B., Fernández-Polanco, M., Frigon,

J.C., Ganesh, R.; Kaparaju, P.; Koubova, J.; Mendez, R.; Menin, G.; Peene,

A.; Scherer, P.; Torrijos, M.; Uellendahl, H.; Wierinck, I.; Wilde, V. de

(2011), “Biochemical Methane Potential (BMP) of Solid Organic Substrates:

Evaluation of Anaerobic Biodegradability Using Data from an International

Interlaboratory Study”, Chemical Technology Biotechnology, Vol. 86, pp.

1088 – 1098.

[109] Rodriguez-Chiang L.M., Dahl O.P. (2015), “Effect of Inoculum to Substrate

Ratio on the Methane Potential of Microcrystalline Cellulose Production

Wastewater”, Bioresources, Vol. 10, pp. 898–911.

[110] Romano R. T. and Zhang R. (2008), “Co-digestion of onion juice and

wastewater sludge using an anaerobic mixed biofilm reactor”, Bioresource

Technology, Vol. 99 (3), pp. 631-637.

[111] Rozzi, A., Remigi, E. (2004), “Methods of Assessing Microbial Activity and

Inhibition under Anaerobic Conditions: A Literature Review”, Rev. Environ.

Sci. Biotechnol., Vol. 3, pp. 93- 115.

[112] Shana, A.D. (2015), Application of an Innovative Process for Improving

Mesophilic Anaerobic Digestion of Sewage Sludge, Ph.D. Thesis, University

of Surrey, England, UK, July 2015.

[113] Stroot, P.G., McMahon, K.D., Mackie, R.I., Raskin, L. (2001), “Anaerobic

Codigestion of Municipal Solid Waste and Biosolids under Various Mixing

127

Conditions - II: Microbial Population Dynamics”, Water Res., Vol. 35, pp.

1804 -1816.

[114] Sumardiono, S., Syaichurrozi, I., Budiyono and Sasongko, S.B., (2013), “The

Effect of COD/N Ratios and pH Control to Biogas Production from Vinasse”,

International Journal of Biochemistry Research & Review, Vol. 3 (4), pp.

401-413.

[115] Tang, Y. Q., Matsui, T., Morimura, S., Wu, X. L., and Kida, K. (2008), “Effect

of temperature on microbial community of a glucose-degrading

methanogenic consortium under hyperthermophilic chemostat cultivation”,

Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol.106 (2), pp. 180-187.

[116] Teodorita Al Seadi, Dominik Rutz, Heinz Prassl, Michael Köttner, Tobias

Finsterwalder, Silke Volk, Rainer Janssen (2008), Biogas Handbook,

University of Southern Denmark Esbjerg, Niels Bohrs Vej 9-10, DK-6700

Esbjerg, Denmark, ISBN 978-87-992962-0-0.

[117] Tran Đuc Ha, Tran Đuc Minh Hai (2016), “Estabishment for influent

wastewater quality parameters for designing urban sewerage treatment plants

and facilities in Hanoi”, Proceeding of the International Conference on

Sustainable Development in Civil Engineering, ISBN 978-604-82-1913-3,

Vol. 2, pp. 221-227.

[118] Tran Thi Viet Nga and P. A. Zuber (2013), “Wastewater characterization in a

combined sewerage system and its impacts to the selection of treatment

technology – A case study in Hanoi city, Vietnam”, 5th IWA – ASIRE, 2013.

[119] U.S. EPA (1994), Handbook Septage Treatment and Disposal, U.S

Environmental Protection Agency, USA.

[120] U.S. EPA (2003), Environmental Regulations and Technology, Control of

Pathogens and Vector Attraction in Sewage Sludge (Including Domestic

Septage), Under 40 CFR Part 503.

128

[121] Usama Zaher, Dae-Yeol Cheong, Binxin Wu, and Shulin Chen (2012),

Producing Energy and Fertilizer from Organic Municipal Solid Waste,

Olympia, WA: Department of Biological Systems.

[122] Valentina Cabbai, Maurizio Ballico, Eleonora Aneggi, Daniele Goi (2013),

“BMP tests of source selected OFMSW to evaluate anaerobic codigestion

with sewage sludge”, Waste Management, Vol. 33 (7), pp. 1626 -1632.

[123] Van Lier, J.B., Hulsbeek, J., Stams, AJ. & Lettinga, G., (1993), “Temperature

susceptibility of thermophilic methanogenic sludge: implication for reactor

start-up and operation”, Bioresource Technology, Vol.43, pp. 227-235.

[124] Vilis D., Imants P., Vladimirs K. and Eduards Z. (2010), “Anaerobic digestion

of sewage sludge”, Engineering for rural development.

[125] Walker, M., Zhang, Y., Heaven, S. and Banks, C. (2009), “Potential errors in

the quantitative evaluation of biogas production in anaerobic digestion

processes”, Bioresource Technology, Vol. 100 (24), pp. 6339-6346.

[126] Wang, B. (2016), Factors That Influence the Biochemical Methane Potential

(BMP) Test Steps towards the Standardisation of BMP Test, Ph.D. Thesis,

Lund University, Lund, Sweden, 2016.

[127] Wang B., Nges I.A., Nistor M., Liu J. (2014), “Determination of Methane Yield

of Cellulose Using Different Experimental Setups”, Water Sci. Technol., Vol.

70, pp. 599–604.

[128] Wang, B., Bjorn, A., Stromberg, S., Nges, I.A., Nistor, M., Liu, J. (2016),

“Evaluating the Influences of Mixing Strategies on the Biochemical Methane

Potential Test”, Environmental Management, Vol. 185, pp. 54 - 59.

[129] Wang L. K., Shammas N. K. and Hung Y. T. (2007), Handbook of

Environmental Engineering: Biosolids Treatment Processes, Volume 6,

Humana Press Inc., Totowa, New Jersey.

[130] Ward A. J., Hobbs P. J., Holliman P. J. and Jones D. L. (2008), “Optimization

of the anaerobic digestion of agricultural resources”, Bioresource

Technology, Vol.99, pp. 7928 - 7940.

129

[131] WEF (2010), Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, Volume 3:

Solids Processing and Management, Manual of Practice No.8, ASCE

Manuals and Reports on Engineering Practice No.76, 5th ed., Water

Environment Federation, Alexandria, VA.

[132] Weiland, P. (2010), “Biogas production: current state and perspectives”,

Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 85 (4), pp. 849-860.

[133] Wellinger A., Murphy J. and Baxter D. (2013), The biogas handbook, Science,

productions and applications, IEA Bioenergy.

[134] Yvonne Vögeli, Christian Riu Lohri, Amalia Gallardo, Stefan Diener, Christian

Zurbrügg (2014), Anaerobic Digestion of Biowaste in Developing Countries:

practical Information and Case Studies, EAWAG, Switzerland, ISBN: 978-

3-906484-58-7.

[135] Zaman N.Q. (2010), The Applicability of Batch Tests to Assess Biomethanation

Potential of Organic Waste andAssess Scale Up to Continuous Reactor

Systems, Ph.D. Thesis, University of Canterbury, Christchurch, New

Zealand, 2010.

[136] Zupancic G. D., Ros M., (2003), “Heat and energy requirements in thermophilic

anaerobic sludge digestion”, Renewable Energy, Vol. 28, pp. 2255–2267.

[137] Zupancic G. D., Uranjeck-Zevart N. and Ros M. (2008), “Full-scale anaerobic

co-digestion of organic waste and municipal sludge”, Biomass and

Bioenergy, Vol. 32, pp. 163-167.

A

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Các phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa lý

1. Tổng chất rắn (TS)

TS được phân tích theo phương pháp APHA 2540 – B.

a. Nguyên tắc

Lấy một thể tích mẫu đã được trộn đều thích hợp vào chén nung đã xác định khối lượng (Mchén) và làm bay hơi (trên bếp đun cách thuỷ) sau đó sấy ở 1030C - 1050C đến khối lượng không đổi. Tổng hàm lượng cặn thu được chính là sự tăng khối lượng chén cân so với khối lượng riêng của chén cân. b. Dụng cụ: chén nung bằng sứ, lò nung, bình hút ẩm, tủ sấy, máy khuấy từ, cân phân

tích, bình đo thể tích 10mL.

c. Tiến hành - Chuẩn bị chén nung: sấy chén ở 1030C - 1050C trong 1 giờ, để nguội trong bình hút ẩm, cân và ghi lại khối lượng chén trước khi phân tích.

- Phân tích mẫu: Lấy một thể tích mẫu thích hợp vào chén sứ (khuấy trộn mẫu liên

tục trong quá trình lấy mẫu) sao cho hàm lượng cặn nằm trong khoảng từ 10mg -

200mg; sử dụng cân phân tích có độ nhạy cao (0,002 mg). Đem sấy khô trong tủ sấy ở 1030C - 1050C trong ít nhất 1 giờ. Để nguội trong bình hút ẩm, cân và lặp lại quá trình sấy, để nguội và cân cho đến khối lượng không thay đổi dưới 4% hoặc 0,5 mg.

d. Tính toán kết quả: Hàm lượng cặn (TS) được xác định theo công thức sau:

Trong đó: A: khối lượng của chén sứ (mg); B: Khối lượng chén sứ + khối lượng cặn

sấy (mg); V: thể tích mẫu phân tích (mL).

2. Chất rắn bay hơi (VS)

VS được phân tích theo phương pháp APHA 2540 – E.

a. Nguyên tắc

Nung cặn còn lại từ quá trình xác định TS ở 550OC đến khối lượng không đổi. Chất rắn còn lại là tổng cặn không bay hơi, muối nóng chảy hoặc cặn lơ lửng không bay hơi. Trọng lượng của mẫu mất đi chính là hàm lượng cặn bay hơi.

b. Dụng cụ: chén nung bằng sứ, lò nung, bếp đun cách thuỷ, bình hút ẩm, tủ sấy, cân phân tích. c. Tiến hành

B

Nung cặn còn lại từ quá trình xác định TS ở 550OC đến khối lượng không đổi (thông thường khoảng 15 – 20 phút, đối với các mẫu chứa cặn khó bay hơi thì cần

thiết kéo dài thời gian nung). Sau khi nung, lấy mẫu ra ngoài không khí và để giảm

nhiệt độ sau đó để nguội trong bình hút ẩm. Cân mẫu và chất rắn còn lại là tổng cặn

không bay hơi (FS), muối nóng chảy hoặc cặn lơ lửng không bay hơi. Trọng lượng của mẫu mất đi chính là hàm lượng cặn bay hơi (VS). Lặp lại quá trình nung, để nguội

và cân cho đến khối lượng không thay đổi dưới 4% hoặc 0,5 mg.

d. Tính toán kết quả: Hàm lượng cặn bay hơi VS được tính toán theo công thức sau:

Trong đó: A: khối lượng cặn còn lại trong quá trình xác định TS + khối lượng chén

Tổng Ni tơ

nung trước khi nung (mg); B: khối lượng cặn còn lại trong quá trình xác định TS + khối lượng chén nung sau khi nung (mg); V: thể tích mẫu phân tích (mL). 3. Phân tích bằng hóa chất Hatch Kit LCK 338

Thời gian: 1 giờ 30 phút

a. Chuẩn bị: 10mL mẫu, 100mL nước cất, 2 ống falcon 15 mL, 1 ống phản ứng 20mL,

1 bình đựng mức 50mL (phụ thuộc giá trị pha loãng), 1 bình chứa hóa chất (phụ thuộc

pha loãng), 1 pipette 1-10mL, 1 pipette 100-1000 μL

Chú ý: Khoảng đo từ 20 – 100mg/L Nitơ, pH trong khoảng 3 -12 (là quan trọng với NaOH hoặc Sunfuric axit), nhiệt độ từ 150C – 250C. b. Phương pháp phân tích: - Chuẩn bị máy phá mẫu nhiệt độ 1000C; - Làm đồng nhất mẫu, bằng cách trộn đều mẫu có thể dùng muôi;

- Thử pha loãng mẫu 1/25 vào bình định mức 50mL, nếu khó lấy mẫu có thể cắt đầu

ống để lấy mẫu;

- 1/25: 2mL mẫu và 48mL nước cất và cho mẫu vào các bình chứa; - Lấy 0.2mL vào ống phản ứng 20mL; Và lấy thật nhanh: 2/3 hóa chất A và 1 viên B; Đóng thật nhanh không lắc đều; Đun nóng ở nhiệt độ 1000C và đợi nguội đến nhiệt độ phòng, không sử dụng nước để làm nguội; Khi mẫu là bằng nhiệt độ phòng, thêm 1 microcap C; Đóng ống phản ứng và lắc đều trong vài phút (bột đã được hòa tan đều);

C

Lấy từ từ 0.5mL dung dịch chuẩn bị trên vào ống Test kit; Lấy từ từ 0.2mL dung dịch D;

Đóng ngay lập tức ống lại, không lắc vì bột có thể tạo thành sọc;

Đợi 15 phút, lau bên ngoài ống đo và đem đi đo với máy 1. Nhu cầu ôxi hóa học (COD) Xác định COD với dải nồng độ cao (0 – 1000 mg/L) ở bước sóng 600 nm

a. Hóa chất và dụng cụ - Hỗn hợp phản ứng: Hoà tan 10,216g K2Cr2O7 loại tinh khiết, sấy sơ bộ ở 1030C trong 2 giờ, thêm 167 mL dung dịch H2SO4 và 33,3g HgSO4. Làm lạnh và định mức tới 1000mL. - Thuốc thử axit: Pha thuốc thử theo tỉ lệ 22g Ag2SO4 /4kg H2SO4. Để dung dịch pha khoảng 1 đến 2 ngày để lượng bạc sunfat tan hoàn toàn. - Dung dịch chuẩn kaliphtalat (HOOCC6H4COOK): Sấy sơ bộ một lượng kaliphtalat ở nhiệt độ 1200C. Cân 850 mg kaliphtalat hoà tan và định mức thành 1L. Dung dịch này chứa 1mgO2/mL. - HgSO4, tkpt - H2SO4 đặc, tinh khiết

- Máy so mầu.

- Máy phá mẫu COD

- Ống phá mẫu có nắp vặn kín bằng TFE

- Pipet

b. Phương pháp xác định

Lấy vào ống tube hoặc ampule mẫu 2,5ml mẫu, thêm vào 1,5mL dung dịch phản ứng và 3,5mL dung dịch thuốc thử axit H2SO4. Đen đun trên thiết bị phá mẫu COD ở nhiệt độ 1500C trong 2h. Lấy ra để nguội đến nhiệt độ phòng và tiến hành đo mật độ quang tại bước sóng 600nm (chú ý: khi đo tránh để dung dịch vẩn đục hoặc

có bọt khí sẽ làm sai kết quả phân tích). c. Xây dựng đường chuẩn.

Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ từ 20 – 1000 mgO2/L, tiến

hành xử lý và phá mẫu tương tự như trên.

D

Phụ lục 2: Các phương án lấy mẫu bùn bể tự hoại năm 2016-2017

Bùn bể tự hoại (FS) từ các hộ gia đình trên địa bàn thành phố Hà Nội đã được

nhóm nghiên cứu thực hiện trong khuôn khổ dự án PURR, IESE với EAWAG, Thụy

Sỹ lấy ở các vị trí khác nhau để so sánh thành phần, tính chất của FS: (a) mẫu được

lấy trực tiếp từ bể tự hoại bằng dụng cụ ống lấy mẫu; (b) từ xe hút bùn (mở nắp trên

của thùng chứa) bằng dụng cụ ống lấy mẫu và (c) tại nơi xả thải bùn (mở van xả từ

thùng chứa bùn xe hút) bằng ca định lượng (hình PL.2.1.1).

(b) Lấy mẫu trực tiếp (c) Lấy mẫu trực tiếp (a) Lấy mẫu trực tiếp

từ mở nắp trên từ mở van xả thùng từ bể tự hoại.

thùng chứa xe hút. chứa bùn xe hút.

Hình PL.2.1.1. Các phương án lấy mẫu tại hiện trường.

Do có sự phân tầng của bùn cặn trong bể tự hoại theo chiều sâu của bể, lớp cặn

– váng nổi lên trên mặt nước tích tụ lại và dày dần lên, trong khi lớp bề mặt của chúng

không tiếp xúc với nước và khô đi, dần trở thành một lớp váng dày trên mặt bể gây

ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình lắng – tách cặn của bể tự hoại, và cản trở khi hút

bùn. Do đó phương án lấy mẫu trực tiếp từ bể tự hoại sẽ khó khăn và không đồng

nhất. Cách lấy mẫu trực tiếp từ thùng chứa xe hút bằng dụng cụ ống lấy mẫu sẽ dễ

dàng hơn khi chỉ mở nắp trên của thùng, mặt khác phân bùn trong bể đồng nhất hơn

do nhờ dùng bơm hút bể tự hoại nên bùn cặn được xáo trộn hoàn toàn.

Cách lấy mẫu trực tiếp từ van xả thùng chứa bùn xe hút: tại thời điểm bắt đầu

mở van (mẫu B), khi xả 1/2 thùng (mẫu M), và mẫu tổ hợp (mẫu D) – mẫu lấy tại

E

thời điểm bắt đầu xả, xả 1/2 thùng và cuối thời điểm xả được trộn theo tỷ lệ thể tích

1:2:1 đã thực hiện đồng thời trên 6 mẫu lấy từ bể tự hoại hộ gia đình. Kết quả nghiên

cứu về phân tích thành phần tính chất của bùn bể tự hoại từ các hộ gia đình cho thấy

đa số các chỉ tiêu của mẫu B lấy tại thời điểm mở van xả có hàm lượng cao hơn cách

lấy mẫu M và D, như hàm lượng TS, VS, TN, TP của mẫu M và mẫu D thấp hơn mẫu

B tương ứng là 48%, 36,24%, 16,9%, 28,12% và 32,7%, 20,31%, 11,27%, 18,75%.

Hàm lượng COD của mẫu B cao hơn so với mẫu M và D tương ứng là 16,97% và

2- và pH có giá trị hầu như không thay đổi, không bị ảnh

10,83%. Sự khác biệt này có thể do sự lắng cặn trong thùng xe hút trước khi xả. Hàm

+, P-PO4

lượng của N-NH4

hưởng của phương pháp lấy mẫu.

Do đó để đảm bảo tính đồng nhất mẫu của bùn bể tự hoại, nghiên cứu đã chọn

cách lấy mẫu trực tiếp từ mở nắp trên thùng chứa xe hút và sử dụng ống lấy mẫu để

đảm bảo lấy được bùn từ trên xuống đến đáy theo chiều sâu của thùng chứa bùn xe

hút do đó loại bỏ được khả năng bùn có thể bị lắng, phân tầng trong thùng chứa bùn

của xe hút. Các mẫu sau khi lấy được bảo quản bằng thùng đá, vận chuyển về phòng

thí nghiệm và lưu giữ ở 40C trước khi làm thí nghiệm.

F

Phụ lục 3: Thể tích khí CH4 sinh ra của thí nghiệm BMP1 tính quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn (NmL) Ghi chú: Thể tích khí CH4 được qui đổi về điều kiện tiêu chuẩn (NmL), M1: Bùn nuôi cấy (mẫu trắng), FS: bùn bể tự hoại, PS: bùn sơ cấp, WAS1: bùn thứ cấp của trạm XLNT đô thị có bể lắng sơ cấp, WAS2: bùn thứ cấp của trạm XLNT đô thị không có

bể lắng sơ cấp, WAS: bùn sau bể nén bùn của trạm XLNT đô thị.

S1=M1+FS

S2=M1+PS

S3=M1+WAS1

S4=M1+WAS2

S5=M1+WAS

M1 (mẫu trắng)

y à g N

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

2

31.0

31.0

44.3

44.3

13.3

14.1

53.2

53.2

22.2

23.6

53.2

53.2

22.2

23.6

39.9

39.9

8.9

9.5

44.3

44.3

13.3

14.1

3

26.6

57.6

46.5

90.8

33.2

35.3

57.6 110.8

53.2

56.6

48.8 102.0

44.4

47.2

44.3

84.2

26.6

28.3

57.6 101.9

44.3

47.1

4

17.7

75.3

53.2 144.0

68.7

73.1

53.2 164.0

88.7

94.4

57.6 159.6

84.3

89.7

53.2

137.4

62.1

66.1

53.2 155.1

79.8

84.9

5

17.7

93.1

42.1

186.1

93

98.9

48.8

212.8

119.7

127.3

53.2

212.8

119.7

127.3

35.5

172.9

79.8

84.9

39.9

195.0 101.9

108.4

6

17.7 110.8

37.7 223.8

113 120.2

44.3 257.1

146.3 155.6

44.3 257.1

146.3 155.6

31

203.9

93.1

99.0

35.5 230.5

119.7 127.3

7

13.3 124.1

33.2 257.0

132.9 141.4

39.9 297.0

172.9 183.9

39.9 297.0

172.9 183.9

26.6

230.5

106.4 113.2

31.0 261.5

137.4 146.2

8

13.3 137.4

31 288.0

150.6 160.2

35.5 332.5

195.1 207.6

35.5 332.5

195.1 207.6

26.6

257.1

119.7 127.3

26.6 288.1

150.7 160.3

9

11.1 148.5

26.6 314.6

166.1 176.7

31 363.5

215 228.7

26.6 359.1

210.6 224.0

22.2

279.3

130.7 139.0

24.4 312.5

164.0 174.5

10

8.9 157.3

22.2 336.8

179.5 191.0

22.2 385.7

228.4 243.0

22.2 381.3

224.0 238.3

22.2

301.5

144.0 153.2

22.2 334.7

177.3 188.6

11

6.6 164.0

17.7 354.5

190.5 202.7

17.7 403.4

239.4 254.7

17.7 399.0

235.0 250.0

19.9

321.4

157.3 167.3

22.2 356.9

192.8 205.1

12

4.4 168.4

13.3 367.8

199.4 212.1

15.5 418.9

250.5 266.5

13.3 412.3

243.9 259.5

17.7

339.1

170.6 181.5

17.7 374.6

206.1 219.3

13

2.2 170.6

11.1 378.9

208.3 221.6

13.3 432.2

261.6 278.3

13.3 425.6

255.0 271.3

13.3

352.4

181.7 193.3

15.5 390.1

219.4 233.4

14

2.2 172.8

8.9 387.8

215 228.7

8.9 441.1

268.3 285.4

8.9 434.5

261.7 278.4

13.3

365.7

192.8 205.1

13.3 403.4

230.5 245.2

G

S1=M1+FS

S2=M1+PS

S3=M1+WAS1

S4=M1+WAS2

S5=M1+WAS

M1 (mẫu trắng)

y à g N

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

CH4 tích lũy do bùn cơ chất (NmL)

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

15

0 172.8

4.4 392.2

219.4 233.4

6.6 447.7

274.9 292.4

6.5 441.0

268.2 285.3

374.6

201.6 214.5

8.9 412.3

239.3 254.6

8.9

16

0 172.8

4.4 396.6

223.8 238.1

6.6 454.3

281.5 299.5

4.4 445.4

272.6 290.0

381.2

208.3 221.6

8.9 421.2

248.2 264.0

6.6

17

0 172.8

2.2 398.8

226 240.4

4.4 458.7

285.9 304.1

2.2 447.6

274.8 292.3

385.6

212.7 226.3

6.6 427.8

254.8 271.1

4.4

18

0 172.8

2.2 401.1

228.3 242.3

4.4 463.1

290.3 308.8

2.2 449.8

277.0 294.0

387.8

214.9 228.2

4.4 432.2

259.3 275.9

2.2

19

0 172.8

0 401.1

228.3 242.3

2.2 465.3

292.5 310.5

0 449.8

277.0 294.0

387.8

214.9 228.2

4.4 436.6

263.7 280.5

0

20

0 172.8

0 401.1

228.3 242.3

0 465.3

292.5 310.5

0 449.8

277.0 294.0

387.8

214.9 228.2

2.2 438.8

265.9 282.3

0

21

0 172.8

0 401.1

228.3 242.3

0 465.3

292.5 310.5

0 449.8

277.0 294.0

387.8

214.9 228.2

0 438.8

265.9 282.3

0

22

0 172.8

0 401.1

228.3 242.3

0 465.3

292.5 310.5

0 449.8

277.0 294.0

387.8

214.9 228.2

0 438.8

265.9 282.3

0

23

0 172.8

0 401.1

228.3 242.3

0 465.3

292.5 310.5

0 449.8

277.0 294.0

387.8

214.9 228.2

0 438.8

265.9 282.3

0

24

0 172.8

0 401.1

228.3 242.3

0 465.3

292.5 310.5

0 449.8

277.0 294.0

387.8

214.9 228.2

0 438.8

265.9 282.3

0

25

0

0 401.1

228.3 242.3

0 465.3

292.5 310.5

0 449.8

277.0 294.0

387.8

214.9 228.2

0 438.8

265.9 282.3

0 172.8 172.8 401.1

Tổng

228.3

465.3

292.5

449.8

277.0

387.8

214.9

438.8

265.9

H

Phụ lục 4: Thể tích khí CH4 sinh ra của thí nghiệm BMP2 tính quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn (NmL) Ghi chú: Thể tích khí CH4 được qui đổi về điều kiện tiêu chuẩn (NmL), M2: bùn nuôi cấy (mẫu trắng), FS: bùn bể tự hoại, WAS: bùn sau bể nén bùn của trạm XLNT đô thị.

T1=M2+100%WAS

T2 = M2+14%FS+86%WAS T3 = M2+25%FS+75%WAS T4 = M2+33%FS+67%WAS

T5 = M2+50%FS+50%WAS

M2 (mẫu trắng)

y à g N

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

1

0.0 0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

2

48.8

48.8

75.3

75.3

26.5

16.1

75.3

75.3

26.5

16.1

75.3

75.3

26.5

16.1

70.9

70.9

18.8

79.8

79.8

35.5

31

21.5

3

44.3

93.1

78.9 154.2

61.1

37.0

84.2 159.5

66.4

40.2

84.2

159.5

66.4

40.2

75.3 146.2

37.6

70.9 150.7

70.9

62

43.0

4

39.9

133

66.5 220.7

87.7

53.2

70.9 230.4

97.4

59.0

70.9

230.4

97.4

59.0

79.8

226

93.1

56.4

84.2 234.9 101.9

61.8

5

35.5

168.4

70.9 291.6 123.2

74.7

70.9 301.3

132.9

80.5

66.5

296.9 128.5

77.9

62

288

124.1

75.2

66.5 301.4 137.4

83.3

6

35.5

203.9

62 353.6 149.7

90.7

66.5 367.8

163.9

99.3

66.5

363.4 159.5

96.7

66.5 354.5

150.7

91.3

70.9 372.3 168.4

102.1

7

31

234.9

62 415.6 180.7 109.5

62 429.8

194.9 118.1

62

425.4 190.5 115.5

62 416.5

181.7 110.1

62 434.3 199.4

120.8

8

26.6

261.5

57.6 473.2 211.7 128.3

57.6 487.4

225.9 136.9

57.6

483 221.5 134.2

57.6 474.1

212.7 128.9

57.6 491.9 230.5

139.7

9

22.2

283.6

48.8

522 238.4 144.5

57.6

545

261.4 158.4

53.2

536.2 252.6 153.1

53.2 527.3

243.8 147.8

53.2 545.1 261.5

158.5

10

17.7

301.4

53.2 575.2 273.8 165.9

48.8 593.8

292.4 177.2

48.8

585 283.6 171.9

48.8 576.1

274.8 166.5

44.3 589.4 292.5

177.3

11

13.3

314.7

44.3 620.5 305.8 185.3

39.9 633.7

319 193.3

48.8

633.8 319.1 193.4

44.3 620.4

305.8 185.3

48.8 638.2 323.5

196.1

12

8.9

323.5

39.9 660.3 336.8 204.1

35.5 669.2

345.7 209.5

39.9

673.7 350.2 212.2

39.9 660.3

336.8 204.1

39.9 678.1 354.5

214.8

13

8.9

332.4

35.5 695.8 363.4 220.2

31 700.2

367.8 222.9

31

704.7 372.3 225.6

35.5 695.8

363.4 220.2

35.5 713.5 381.1

231.0

14

4.4

336.8

31 726.8

390 236.4

26.6 726.8

390 236.4

26.6

731.3 394.5 239.1

31 726.8

390 236.4

31 744.5 407.7

247.1

15

2.2

339.0

26.6 753.4 414.4 251.2

22.2

749

410 248.5

22.2

753.4 414.4 251.2

26.6 753.4

414.4 251.2

26.6 771.1 432.1

261.9

I

T1=M2+100%WAS

T2 = M2+14%FS+86%WAS T3 = M2+25%FS+75%WAS T4 = M2+33%FS+67%WAS

T5 = M2+50%FS+50%WAS

M2 (mẫu trắng)

y à g N

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

V ở đktc, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 tích lũy, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

CH4 của bùn cơ chất, NmL

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

NmL CH4 /gVS bùn cơ chất vào

339.0

13.3 766.7 427.7 259.2

17.7 766.7

427.7 259.2

17.7

771.1 432.1 261.9

17.7 771.1

432.1 261.9

22.2 793.3 454.3

275.3

16

0

339.0

8.9 775.6 436.6 264.6

13.3

780

441 267.3

13.3

784.4 445.4 269.9

13.3 784.4

445.4 269.9

13.3 806.6 467.6

283.4

17

0

339.0

6.6 782.2 443.2 268.6

8.9 788.9

449.9 272.7

8.9

793.3 454.3 275.3

8.9 793.3

454.3 275.3

8.9 815.5 476.4

288.7

18

0

339.0

2.2 784.4 445.4 269.3

4.4 793.3

454.3 275.3

4.4

797.7 458.7 278.0

6.6 799.9

460.9 279.3

4.4 819.9 480.9

291.5

19

0

339.0

0 784.4 445.4 269.3

2.2 795.5

456.5 276.7

2.2

799.9 460.9 278.7

4.4 804.4

465.3 282.0

4.4 824.3 485.3

294.1

20

0

339.0

0 784.4 445.4 269.3

0 795.5

456.5 276.7

799.9 460.9 278.7

2.2 806.6

467.6 283.4

2.2 826.5 487.5

294.8

0

21

0

339.0

0 784.4 445.4 269.3

0 795.5

456.5 276.7

799.9 460.9 278.7

0 806.6

467.6 283.4

0 826.5 487.5

294.8

0

22

0

339.0

0 784.4 445.4 269.3

0 795.5

456.5 276.7

799.9 460.9 278.7

0 806.6

467.6 283.4

0 826.5 487.5

294.8

0

23

0

339.0

0 784.4 445.4 269.3

0 795.5

456.5 276.7

799.9 460.9 278.7

0 806.6

467.6 283.4

0 826.5 487.5

294.8

0

24

0

339.0

0 784.4 445.4 269.3

0 795.5

799.9 460.9 278.7

0 806.6

467.6 283.4

0 826.5 487.5

294.8

456.5 276.7

25

0

784.4

269.3 795.5

0 276.7 799.9

278.7 806.6

283.4 826.5

294.8

Tổng 339.0

J

Phụ lục 5: Lượng bùn bể tự hoại và bùn trạm XLNT phát sinh của tram XLNT

Ghi chú TT Thông số Đơn vị Số liệu năm 2019 Số liệu năm 2024 Số liệu năm 2029 Số liệu năm 2034 Số liệu năm 2039 Số liệu năm 2044

8.05 8.33 8.52 8.67 8.78 8.84 1

3.96 4.10 4.19 4.26 4.32 4.35 2 Dân số toàn thành phố Hà Nội Dân số đô thị trung tâm Hà Nội triệu người triệu người

% 0.67 0.45 0.35 0.25 0.15 3

Tỷ lệ tăng bình quân năm (khu vực đồng bằng sông Hồng) Theo kết quả điều tra dân số tính đến 01/4/2019 của Tổng cục Thống kê Dự báo dân số giai đoạn 2014 -2019 của Tổng cục thống kê và Quỹ Dân số Liên hiệp quốc

4 Chất rắn lơ lửng sinh ra 60 TCVN 7957:2009 60 60 60 60 60 g/người ngày

5 100 100 100 100 100 100

6 90 90 90 90 90 90

% 7 80 80 80 80 80 80 Nước thải đô thị Hà Nội được thu gom xử lý Theo định hướng thoát nước 8 70 70 70 70 70 70

9 60 60 60 60 60 60

10 237.7 245.8 251.4 255.8 259.0 261.0 thu gom nước thải 100%

11 thu gom nước thải 90% 214.0 221.2 226.3 230.2 233.1 234.9 tấn/ngày 12 thu gom nước thải 80% 190.2 196.6 201.1 204.7 207.2 208.8 Khối lượng bùn trạm XLNT phát sinh khi 100% dân số đô thị trung tâm Hà Nội đấu nối nước thải vào HTTN 13 thu gom nước thải 70% 166.4 172.1 176.0 179.1 181.3 182.7

K

TT Thông số Đơn vị Ghi chú Số liệu năm 2019 Số liệu năm 2024 Số liệu năm 2029 Số liệu năm 2034 Số liệu năm 2039 Số liệu năm 2044

14 thu gom nước thải 60% 142.6 147.5 150.8 153.5 155.4 156.6

15 thu gom nước thải 90% 192.6 199.1 203.6 207.2 209.8 211.4

16 thu gom nước thải 80% 171.2 177.0 181.0 184.2 186.5 187.9 tấn/ngày 17 thu gom nước thải 70% 149.8 154.9 158.4 161.2 163.2 164.4 Khối lượng bùn trạm XLNT phát sinh khi 90% dân số đô thị trung tâm Hà Nội đấu nối nước thải vào HTTN 18 thu gom nước thải 60% 128.4 132.7 135.8 138.1 139.9 140.9

thu gom nước thải 80% 152.2 157.3 160.9 163.7 165.8 167.0

21 tấn/ngày thu gom nước thải 70% 133.1 137.7 140.8 143.3 145.1 146.2

22 thu gom nước thải 60% 20 Khối lượng bùn trạm XLNT phát sinh khi 80% dân số đô thị trung tâm Hà Nội đấu nối nước thải vào HTTN

114.1 118.0 120.7 122.8 124.3 125.3 23 Bùn bể tự hoại thu gom

24 người/hộ 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 Số người trung bình trong 1 hộ

25 Số hộ tính toán hộ 921,467 952,753 974,384 991,555 1,004,012 1,011,565

26 m3/hộ 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

27 hộ/ngày 842 870 890 906 917 924 Thể tích hỗn hợp bùn - nước hút cho một hộ Số hộ hút trong ngày, 3 năm/1 lần hút

28 Thể tích bùn hút trong 1 ngày m3/ngày 1,262.3 1,305.1 1,334.8 1,358.3 1,375.4 1,385.7

29 Tỷ trọng phân bùn tấn/m3 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 Ngân hàng Thế giới (2013) số liệu dòng số: (25)=(2)*1000000/(24) Ngân hàng Thế giới (2013) số liệu dòng số: (27)=(25)/3/365 số liệu dòng số: (28)=(26)*(27) Nguyễn Việt Anh (2007)

L

TT Thông số Đơn vị Ghi chú Số liệu năm 2019 Số liệu năm 2024 Số liệu năm 2029 Số liệu năm 2034 Số liệu năm 2039 Số liệu năm 2044

30 tấn/ngày 1,287.5 1,331.2 1,361.5 1,385.5 1,402.9 1,413.4

khi 100% hộ sử dụng BTH và coi 100% FS được hút lên 31 tấn/ngày 128.8 133.1 136.1 138.5 140.3 141.3

32 tấn/ngày 115.9 119.8 122.5 124.7 126.3 127.2 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.9

33 tấn/ngày 103.0 106.5 108.9 110.8 112.2 113.1 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.8

34 tấn/ngày 90.1 93.2 95.3 97.0 98.2 98.9 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.7

35 tấn/ngày 77.3 79.9 81.7 83.1 84.2 84.8 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.6

36 tấn/ngày 64.4 66.6 68.1 69.3 70.1 70.7 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.5

37 tấn/ngày 51.5 53.2 54.5 55.4 56.1 56.5 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.4 Khối lượng FS hút trong 1 ngày Khối lượng chất khô trong FS Khối lượng FS khi 90% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên Khối lượng FS khi 80% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên Khối lượng FS khi 70% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên Khối lượng FS khi 60% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên Khối lượng FS khi 50% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên Khối lượng FS khi 40% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên

M

TT Thông số Đơn vị Ghi chú Số liệu năm 2019 Số liệu năm 2024 Số liệu năm 2029 Số liệu năm 2034 Số liệu năm 2039 Số liệu năm 2044

38 tấn/ngày 38.6 39.9 40.8 41.6 42.1 42.4 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.3

39 tấn/ngày 25.8 26.6 27.2 27.7 28.1 28.3 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.2

40 tấn/ngày 12.9 13.3 13.6 13.9 14.0 14.1 số liệu dòng số: (32)=(31)*0.1 Khối lượng FS khi 30% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên Khối lượng FS khi 20% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên Khối lượng FS khi 10% hộ sử dụng BTH trong đó 100% FS được hút lên

N

Phụ lục 6: Bùn thải phát sinh trong khu vực đô thị trung tâm Hà Nội cũ phía Nam sông Hồng (thuộc lưu vực Tô Lịch và một phần lưu vực Tả Nhuệ)

Bảng PL6.1. Bùn thải phát sinh tại các trạm XLNT trong khu vực Hà Nội

Bùn phát sinh thực tế/ dự kiến qua các công đoạn xử lý

SBR

Đơn vị tính

Lắng sơ cấp

Sau cô đặc/ nén bùn

Sau tách nước

Trạm XLNT (công nghệ), công suất

Tổng lượng bùn phát sinh

Sau phân hủy kỵ khí (AD)

Lắng thứ cấp/ Lắng thứ cấp + nén bùn

0,29

0,29

0,13

0,16

0,28

Kim Liên (A2O)

24,77

11,74

16,81

7,96

1,47

16,7

7,8

24,5

11,7

1,4

Q=4800 m3/ngày

99,2

98,0

98,8

97,5

80,0

0,08

0,10

0,18

0,18

0,17

Trúc Bạch (A2O)

10,45

4,95

15,40

7,30

0,91

10,4

4,9

15,3

7,3

0,9

Q=3000 m3/ngày

99,2

98,0

98,8

97,5

80,0

2,93

2,93

2,79

1,62

1,54

Yên Sở (SBR)

589,5

58,9

8,1

589,5

32,4

586,6

58,7

7,8

586,6

32,3

Q=200000 m3/ngày

99,5

95,0

80,0

99,5

95,0

0,69

1,34

2,03

1,93

1,83

Bảy Mẫu (CAS)

34,41

191,90

226,31

48,25

9,65

Q=13300 m3/ngày

224,7 99,1

47,9 96,0

9,3 80,0

33,7 98,0

190,9 99,3

1,98

1,98

1,98

1,98

Hồ Tây (SBR)

197,99

197,99

56,57

9,90

56,2

197,0

197,0

9,5

Q=15000 m3/ngày

96,5

99,0

99,0

80,0

9,88

9,88

9,88

9,88

Phú Đô (SBR)

987,81

987,81

329,27

49,39

982,9

982,9

327,3

47,4

Q=84000 m3/ngày

tấn TS/ngày t/ngày m3/ngày Độ ẩm, % tấn TS/ngày tấn/ngày m3/ngày Độ ẩm, % tấn TS/ngày tấn/ngày m3/ngày Độ ẩm, % tấn TS/ngày tấn/ngày m3/ngày Độ ẩm, % tấn TS/ngày tấn/ngày m3/ngày Độ ẩm, % tấn TS/ngày tấn/ngày m3/ngày Độ ẩm, %

99,0

99,0

97,0

80,0

O

Bùn phát sinh thực tế/ dự kiến qua các công đoạn xử lý

SBR

Đơn vị tính

Lắng sơ cấp

Sau cô đặc/ nén bùn

Sau tách nước

Trạm XLNT (công nghệ), công suất

Tổng lượng bùn phát sinh

Sau phân hủy kỵ khí (AD)

Lắng thứ cấp/ Lắng thứ cấp + nén bùn

23,75

138,51

162,26

Yên Xá (CAS)

475.07 2770,20

465,8

2756,4

162,26 3245,27 3245,27 3222,2

3222,2

154,2 817,10 778,9

Q=270000 m3/ngày

95,0

95,0

95,0

95,0

80,0

169,8

179,3

896,5

3.757,4

855,2

3.731,1

tấn TS/ngày tấn/ngày m3/ngày Độ ẩm, % tấn TS/ngày tấn/ngày m3/ngày

Tổng các trạm XLNT

80,0

95,2

Độ ẩm, %

168,3

176,5

tấn TS/ngày

3.698,4

888,4

tấn/ngày

3.672,5

847,3

m3/ngày

Tổng các trạm XLNT trừ trạm Yên Sở

95,2

80,0

Độ ẩm, %

P

Bảng PL6.2. Bùn bể tự hoại phát sinh trong khu vực Hà Nội

Thông số tính toán

Kim

Trúc

Bảy

Ghi

Đơn vị

Hồ Tây

Yên Xá

Phú Đô Yên Sở

Tổng

(Ký hiệu-Công thức tính)

Liên

Bạch

Mẫu

chú

m3/ngày

Công suất trạm XLNT (Q)

4.800

3.000

15.000

13.300

270.000

84.000

200.000

590.100

người

15.696

9.541 301.000

41.200 1.080.000

224.000

474.000 2.145.437

Số người phục vụ (Ntt)

[36]

Diện tích lưu vực thu gom nước thải (F)

ha

180

217,5

4.902,1

2.485

3.006,4

10.863,5

33,9

38,6

người /hộ

4,30

4,30

4,30

4,30

4,30

4,30

4,30

Số người trung bình trong 1 hộ (Nh)

[19]

m3/hộ

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

Thể tích hỗn hợp bùn - nước mỗi lần hút (Whh)

hộ

3.650

2.219

70.000

9.581

251.163

52.093

110.233

498.939

Số hộ tính toán (H=Ntt/Nh)

Số hộ hút trong ngày, 3 năm/1 lần hút

hộ/ngày

3

2

64

9

229

48

101

456

(Hn=H/3*365)

m3/ngày

5,0

3,0

344,1

71,4

151,0

683,5

95,9

13,1

Thể tích bùn hút trong 1 ngày (Wph=Whh*Hn)

tấn/m3

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

Tỷ trọng phân bùn (𝛾)

tấn/ngày

5,1

3,1

350,9

72,8

154,02

697,1

97,8

13,4

Khối lượng phân bùn (Gb=Vb*𝛾)

Bùn bể tự hoại qua song chắn rác

Khối lượng rác trong phân bùn bị giữ lại

tấn/ngày

0,77

0,47

14,67

2,01

52,64

10,92

23,10

104,6

Khối lượng phân bùn vào bể chứa

tấn/ngày

4,3

2,6

83,1

11,4

298,3

130,9

592,6

61,9

Thể tích phân bùn vào bể chứa

m3/ngày

4,3

2,6

81,5

11,2

292,4

128,4

581,0

60,7

Q

Phụ lục 7: Tính toán các công trình xử lý bùn các phương án TT1a và TT1b

Bảng PL7.1. Tính toán các bể chứa bùn và bể trộn tại trạm xử lý bùn tập trung

theo phương án TT1a và TT1b

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu Đơn vị

Giá trị

TLTK

I Bể chứa bùn trạm XLNT (WAS)

1

m3/ngày

3.672,5

Wbn

Thể tích bùn sau cô đặc chở đến trạm xử lý bùn

2 Khối lượng bùn sau cô đặc

tấn/ngày

3.698,4

Gbn

Phụ lục 6, bảng

PL6.1

3

%

95,2

Pbn

Độ ẩm của hỗn hợp bùn sau cô đặc từ các trạm chở đến

4

ngày

1

tbc

Thời gian lưu bùn trong bể chứa

5 Thể tích bể chứa bùn

3.672,5

m3

Vbc=Wbn*tbc

6

Số bể chứa

4

nbc

7 Thể tích mỗi bể chứa

918

Vb=Vbc/nbc

8 Kích thước bể chứa

bể m3

9 Chiều rộng

B

m

8,0

10 Chiều dài

A

m

28,7

11 Chiều sâu

H

m

4,0

II Bể chứa bùn bể tự hoại (FS)

1 Thể tích FS vào bể chứa

m3/ngày

Wpbc

2 Khối lượng FS vào bể chứa

tấn/ngày

581,0 Phụ lục 592,6 6, bảng

Bpbc

PL6.2

3 Độ ẩm của bùn bể tự hoại

%

97,0

Pph

4 Thời gian lưu bùn

2

tbc

5 Thể tích bể chứa FS

ngày m3

1162

Vbc=Wpbc*tbc

6

Số bể chứa

2

nbc

7 Thể tích mỗi bể chứa FS

bể m3

581

Vb

8 Kích thước bể chứa FS

9 Chiều dài

L

m

18,2

10 Chiều rộng

R

m

8,0

11 Chiều sâu

H

m

4,0

III Bể trộn bùn

1 Thể tích bùn WAS và FS

m3/ngày

4.253,4

Whh

R

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu Đơn vị

Giá trị

TLTK

2 Khối lượng bùn WAS và FS

tấn/ngày

4.291,0

Ghh

Độ ẩm của hỗn hợp bùn WAS

Phh = 100*(1 - (Gkbn +

3

95,4

%

và FS

Pk) /Whh)

Trong đó:

Gkbn - Lượng chất khô của

4

176,5

Gkbn

bùn trạm xử lý sau nén

tấn TS /ngày

Pk = Wpbc*(100-

5

17,8

tấn TS /ngày

Pph)*Sph/100

Pk - Lượng chất khô trong bùn bể tự hoại (Sph: tỷ trọng bùn bể tự hoại, Sph=1,02 tấn/m3)

6 Thời gian trộn

30

phút

ttr

7 Thể tích bể trộn bùn

89

m3

Vtr=Whh*ttr/60/24

8

Số bể trộn bùn

4

bể

ntr

9 Thể tích mỗi bể trộn

22

m3

V=Vtr/ntr

10 Chiều cao bể trộn

1,8

m

H

11 Đường kính bể trộn

4,0

m

D

Bảng PL7.2. Tính toán bể mê tan tại trạm xử lý bùn tập trung theo

phương án TT1a và TT1b

Thông số tính toán

TT 1 Thể tích của bể mê tan

Công thức - Ký hiệu Đơn vị V = M*100/d

m3

Giá trị 50.040,3

TLTK [32]

Trong đó:

Bảng

2 M - Lượng bùn vào bể

m3/ngđ

4.253,4

M

PL7.1

%

8,5

3

d

[32]

y = (a-n*d)/100

m3/kg

4

0,37

d- Tải trọng bùn cặn tươi đưa vào bể trong một ngày Mức độ tách khí tính cho 1kg chất khô Trong đó:

5

44,0

%

a

[32]

6

0,81

n

a - Khả năng lên men lớn nhất của chất không tro (hữu cơ) trong bùn n - Hệ số phụ thuộc vào độ ẩm cặn và chế độ lên men ấm

S

TT

Thông số tính toán

Giá trị

7 Khối lượng chất khô vào bể

194,3

Gk=Gkbn+Pk

TLTK Bảng PL7.1

8 Độ ẩm bùn hỗn hợp vào bể

95,4

Phh

9

r- tỷ trọng của bùn hỗn hợp

r

1,009

10 Số bể mê tan

12

Nb

11 Thể tích mỗi bể

4.181,0

Vb

12 Chiều cao bể

Công thức - Ký hiệu Đơn vị tấn TS /ngđ % tấn/ m3 Bể m3 m

13,3

Hb

13 Độ sâu hình nón của bể

h

m

0,5

14 Đường kính bể

m

20

Db

15

m3/ngđ

72.198,9

K = y*Gk*1000

Tổng lượng khí biogas thu được

m3

46.929,3

16 Khí CH4 chiếm 65%

VCH4=K*65%

Tính bể chứa khí biogas

17

m3/ngđ

7.219,9

Qkđt=10%*K

Lượng khí dùng đảo trộn bùn trong bể AD 18 Lượng khí còn lại

m3/ngđ

64.979,0

Qkc=K-Qkđt

19

m3/ngđ

12.995,8

Qkgn=20%*Qkc

20

m3/ngđ

51.983,2

V1=Qkc - Qkgn

Lượng khí dùng để gia nhiệt bùn vào bể AD Lượng khí còn lại vào bể chứa khí

21

m3

10.928,9

Thể tích bể chứa Biogas yêu cầu

Vk = Pa*V1*t*(273+T2)/ ((273+T1)*Pk)

Trong đó:

22 Tổng lượng khí vào bể chứa

m3/ngđ

51.983,2

V1

23 Nhiệt độ khí trong bể chứa

35

T2

24 Nhiệt độ khí ngoài

20

T1

25 Áp suất khí quyển

1

oC oC atm

Pa

26 Áp suất trong bể chứa khí

5

atm

Pk

27 Thời gian chứa khí

t

1

ngày

28 Số bể chứa khí

bể

3

Nk=Vk/Vbk

m3

29 Thể tích mỗi bể chứa khí

3.140,0

Vbk=π*Dk^2*Hk/4

30 Chiều cao bể chứa khí

10

m

Hk

31 Đường kính bể chứa khí

20

m

Dk

T

TT

Thông số tính toán

Giá trị

TLTK

32

1,04

Ƞ=V1/V

33

115,1

Năng suất biogas sinh ra tính cho 1m3 bể mê tan Khối lượng bùn khô còn lại sau phân hủy

Công thức - Ký hiệu Đơn vị m3 khí/ m3bể.ngày tấn TS /ngđ

Gksph = (100 – Pde)*Gk/100

34

%

40,74

Pde

Pde - Hiệu suất phân hủy tính theo chất khô

35 Tỷ trọng của bùn sau phân hủy

r

Kết quả BMP2, chương 3 với tỷ lệ 1:3 [69]

1,009

36 Độ ẩm của bùn sau phân hủy

tấn/m3 %

95,4

Psph

Vsph=Gksph*100/

37 Thể tích bùn sau phân hủy

m3/ngđ

2.497,9

(100-Psph)/r

tấn/ngđ

2.520,6

38 Khối lượng bùn sau phân hủy Gsph=Vsph*r

Bảng PL7.3. Tính toán tách nước bùn sau phân hủy theo phương án TT1a và TT1b

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

Khả năng cho qua tính theo

1

tấn/h

96,0

cặn khô

Ak = 10*A*(100 – Pbv)*𝜌*E/(100-Pbr)

Trong đó:

2

A

m3/h

104,1

A - Khả năng cho qua của lượng cặn ban đầu

3

%

95,4

Pbv - Độ ẩm của cặn ban đầu Pbv

4

Pbr - Đổ ẩm cặn khô

80,0

Pbr

% tấn/m3

1,009

5

𝜌 - Khối lượng riêng của cặn

𝜌

6

E - Hiệu suất tách cặn

E

%

40

7

tấn/ngày

2.520,6

Qbv

Bảng

Khối lượng bùn vào máy ly tâm

PL7.2

8

2.497,9

Vbv

Thể tích bùn vào máy ly tâm

9

A

m3/ngày m3/h

104,1

Qn =Qbv *(Pbv -Pbr)/

tấn/ngày

1.944,9

10 Khối lượng nước tách ra

(100-Pbr)

11

tấn/ngày

575,7

Qbr = Qbv- Qn

Khối lượng bùn còn lại sau tách nước

[91]

U

Bảng PL7.4. Tính toán bể chứa bùn tại trạm xử lý bùn tập trung phương án TT2

TT Thông số tính toán Đơn vị Giá trị TLTK Công thức - Ký hiệu

1 m3/ngày 855,1 Phụ lục 6 Wb

Thể tích bùn tách nước chở đến trạm xử lý bùn 2 Thời gian lưu bùn ngày 1 tbc

3 Thể tích bể chứa bùn 855,1 m3 Vbc=Wb*tbc

4 Số bể chứa bể 2 nbc

5 Thể tích mỗi bể chứa 427,6 m3 Vb=Vbc/nbc

6 Kích thước bể chứa

7 Chiều rộng R m 7,0

8 Chiều dài L m 15,3

9 Chiều sâu H m 2,0

10 m3/ngày 855,1 Pp Tổng công suất bơm bùn lên máy sấy

Phụ lục 8: Tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo các phương án

Bảng PL8.1. Tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT1a

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Giá trị

TLTK

Đơn vị

Tổng lượng bùn nén từ

tấn/ngày

3.698,4

1

Gbn

các trạm XLNT đi xử lý

tấn/ngày

592,6

2

Bpbc

Lượng bùn bể tự hoại vào bể chứa tại trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ 3 Công suất bơm bùn

Phụ lục 6, bảng PL6.1 và PL6.2

Pp

m3/ngày m3/ngày

3.672,5

3.1

m3/ngày

581,0

3.2

m3/ngày

4.253,4

3.3

m3/ngày

8.506,9

3.4

Bơm bùn WAS từ bể chứa bùn lên bể trộn bùn Bơm bùn FS từ bể chứa bùn lên bể trộn bùn Bơm bùn thô từ bể trộn bùn về bể phân hủy Bơm bùn tuần hoàn về bể phân hủy

m3/ngày

2.497,9

3.5

Bơm bùn sau phân hủy/ trước ly tâm

V

Thông số tính toán

Giá trị

TT

Công thức - Ký hiệu

TLTK

Đơn vị m3/ngày

7.219,9

4 Công suất bơm khí gas

Ppk

5

kJ/m3

1800

epk

[87]

6

kJ/m3

1800

Ɵ

7

m3

50.040,3

Vph

8

m3

89

Vtr

9

m3

2.497,9

Vcb

lượng dòng bùn

10

m3/ngày

4.253,4

Qph

11

ω

300

[87]

kJ/m3bể. ngày kg/m3

12

1.000

𝜌

Năng lượng đơn vị cho máy bơm khí gas Điện năng tiêu thụ cho bơm bùn Thể tích công tác của bể mê tan Thể tích công tác của bể trộn bùn Thể tích công tác của bể chứa bùn sau phân hủy Lưu trong bể phân hủy Điện năng tiêu thụ cho máy khuấy Trọng lượng riêng của bùn

[91]

kJ/kg.oC

4,18

13 Nhiệt dung riêng của bùn 𝛾

14

oC

35

Tb

Nhiệt độ của hệ lên men trong điều kiện ấm

15

15

oC

Nhiệt độ của bùn đầu vào Tss

16

Mùa đông 25 Mùa hè

17

0,85

[87]

𝜑

[136]

18

0,08

𝜖

19

1,04

PB

Hệ số thu hồi nhiệt từ bùn sau xử lý trong quá trình TĐN giữa bùn sau xử lý và bùn đầu vào Hệ số thất thoát nhiệt bể kị khí Năng suất khí sinh ra, tính trên 1 m3 bể phản ứng

Bảng PL7.2

[91]

20 Nhiệt năng của biogas

α

23,270

m3 biogas/ m3 bể.ngày kJ/ m3 biogas

21

Π

0,35

[45]

22

β

0,55

Hiệu suất phát điện của CHP Hiệu suất sinh nhiệt của CHP

W

Thông số tính toán

Đơn vị

Giá trị

TT

Công thức - Ký hiệu

TLTK

[46]

KW

55

23

elt

máy

10

Năng lượng điện tiêu thụ cho máy ly tâm 24 Số lượng máy ly tâm

nlt

tấn/ngày

575,7

25

mslt

Bảng PL7.3

tấn/ngày

1.944,9

26

mnlt

Lượng bùn còn lại sau quá trình tách nước ly tâm Lượng nước tuần hoàn từ máy tách ly tâm

Tấn/m3

1

[91]

27

dn

km

83,9

28

Xvcb

Phụ lục 9

29

km

21

Xtn

30

kWh/tấn.km

0,40

[5]

ediesel

31

W/m3

15

[46]

eth

Trọng lượng riêng của nước Tổng quãng đường vận chuyển bùn nén từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung (phương án TT1a) Quãng đường vận chuyển bùn sau tách nước từ Yên Mỹ đến khu xử lý phân Cầu Diễn (phương án TT1a) Năng lượng sử dụng cho động cơ diesel vận chuyển bùn về trạm xử lý bùn tập trung Điện năng cho quá trình tuần hoàn nước

MJ/ngày

94.724,4

[87]

Etiêuthu= Eelect+Eheat

32 Năng lượng tiêu thụ cho

hệ xử lý bùn

kWh/ngày

26.312,3

Etiêuthu/3,6

33

MJ/ngày

37.119,4

34 Năng lượng điện cung

Eelect= E1+E2+E3+E4

cấp

kWh/ngày

10.310,9

35

Eelect/3,6

Điện năng dùng cho các

36

MJ/ngày

21.262,7

[5]

E1= Σ Ei, với Ei= Pp*Ɵ

bơm

Điện năng dùng cho các

MJ/ngày

2.755,9

[5]

37

máy khuấy trong các bể trộn, bể chứa bùn sau AD

E2= Σ Ek + Eklt với Ek=V*ω; Eklt=nlt*elt *3600

và cho máy ly tâm

MJ/ngày

12.955,8

[5]

38 Điện năng cho bơm khí E3= Ppk*epk

X

Thông số tính toán

Đơn vị

Giá trị

TT

Công thức - Ký hiệu

TLTK

gas về bể phân hủy

39

MJ/ngày

105,0

[5]

E4= eth*mnth

40

MJ/ngày

57.605,0

[45]

Điện năng cho bơm tuần hoàn nước Nhiệt năng sử dụng cho quá trình ổn nhiệt trong hệ phân hủy kị khí

kWh/ngày

41

16.001,4

42

kWh/ngày

25.072,9

[5]

Eheat = Qph*ρ*γ*(Tb-Tss) *(1-φ)*(1+ϵ) Eheat/3,6 Evc = (ΣGibn*Xivcb+mslt*Xtn)* ediesel

MJ/ngày

90.100,4

Evc*3,6

43

Tổng năng lượng tiêu thụ cho quá trình vận chuyển bùn trạm XLNT đến trạm xử lý bùn Yên Mỹ và đến Cầu Diễn làm composst

1.088.684,1

[91]

ECHP=EelectCHP + EheatCHP MJ/ngày

45

kWh/ngày

302.412,2

ECHP/3,6

44 Năng lượng sinh ra từ CHP của hệ xử lý bùn kị khí

MJ/ngày

423.377,1

[91]

EelectCHP = PB*V*α*π

46

Điện năng từ CHP

kWh/ngày

117.604,8

EelectCHP/3,6

47

MJ/ngày

665.306,9

[91]

EheatCHP = PB*V*α*β

48

Nhiệt năng từ CHP

kWh/ngày

184.807,5

EheatCHP/3,6

MJ/ngày

903.859,1

Edư = ECHP -Etiêuthu - Evc

51

kWh/ngày

251.072,0

Edư/3,6

kWh/m3

0,53

[91]

ewwtp

kWh/ngày

312.753,0

EXLNT=Q*ewwtp

53

[5]

kWh/ngày

3.425,8

EvcBTH

54

55

%

79,2

49 50 Năng lượng thu hồi sau quá trình xử lý bùn theo phương án TT1a 52 Nhu cầu năng lượng cho trạm XNLT với tổng công suất Q = 590.100 m3/ngày Năng lượng vận chuyển bùn bể tự hoại về trạm xử lý bùn Yên Mỹ Tỷ lệ thu hồi năng lượng theo phương án TT1a

R= (Edư - EvcBTH)*100/ EXLNT

Bảng PL8.2. Tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT1b

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

Tổng lượng bùn nén từ

1

tấn/ngày

Gbn

các trạm XLNT đi xử lý

3.698,4 Phụ lục 6, bảng

Y

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

2

tấn/ngày

592,6

Bpbc

PL6.1 và PL6.2

3

tấn/ngày

575,7

mslt

Bảng PL7.3

4

tấn/ngày

144,7

Yslt

Bảng 4.8

5

tấn/ngày

240,1

mdry

6

oC

300

[69]

Thn

7

tấn/ngày

480,3

mhn

tấn/ngày

432,3

mhnth= mhn*0.9

8

9

g/kg

350

[69]

mash

Lượng bùn bể tự hoại vào bể chứa tại trạm xử lý bùn Yên Mỹ Lượng bùn còn lại sau quá trình tách nước ly tâm tại trạm xử lý bùn Yên Mỹ Lượng bùn đã tách nước từ trạm XLNT Yên Sở chở đến trạm Yên Mỹ Lượng bùn sinh ra sau quá trình sấy bùn Nhiệt độ của hơi nước sau quá trình sấy bùn Lượng hơi nước sinh ra trong quá trình sấy bùn Lượng nước tuần hoàn từ quá trình làm lạnh hơi nước sau quá trình sấy (hiệu suất làm lạnh hơi nước đạt 90%) Lượng tro sinh ra sau quá trình đốt 1 kg bùn

10 Lượng tro tạo thành

tấn/ngày

84,0

Gash = mash* mdry/ 1000

11

tấn/m3

1

[91]

dn

12

J/kg

5000

[69]

edry

13

km

87,8

Xvcb

Phụ lục 9

14

kJ/kg

3900

[69]

eđốt

15

tấn/ngày

156,1

Gn= mdry - Gash

Trọng lượng riêng của nước Nhiệt năng sử dụng cho quá trình sấy để tạo thành 1 kg hơi nước Tổng quãng đường vận chuyển bùn nén từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ Nhiệt năng sử dụng cho quá trình đốt để bay hơi 1 kg nước trong bùn Lượng hơi nước tách ra từ quá trình đốt bùn

Z

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

Nhiệt trị sinh ra khi đốt 1

16

MJ/kg

26,9

einci

kg chất hữu cơ

[69]

17

%

0,65

Fhc

% thành phần hữu cơ có trong bùn khô

MJ/ngày

705.668,9

[87]

Etiêuthu= Eelect+Eheat

18 Năng lượng tiêu thụ cho

hệ xử lý bùn

19

kWh/ngày

196.019,1

Etiêuthu/3,6

MJ/ngày

37.142,8

Eelect= E1+E2+E3+E4

thụ

20 Năng lượng điện tiêu 21

kWh/ngày

10.317,5

Eelect/3,6

Điện năng dùng cho các

22

21.262,7

[5]

E1= Σ Ei, với Ei= Pp*Ɵ MJ/ngày

bơm bùn

23

MJ/ngày

2.755,9

[5]

E2= Σ Ek + Eklt với Ek=V*ω; Eklt=nlt*elt *3600

MJ/ngày

24

12.995,8

[5]

E3= Ppk*epk

Điện năng dùng cho các máy khuấy trong các bể trộn, bể chứa bùn sau AD và cho máy ly tâm Điện năng cho bơm khí gas về bể phân hủy

25

128,4

[5]

E4= eth*mnth

MJ/ngày

Điện năng cho bơm tuần hoàn nước

MJ/ngày

668.526,0

Eheat = E5+E6+E7

dụng

26 Năng lượng nhiệt sử 27

kWh/ngày

185.701,7

Eheat/3,6

28

MJ/ngày

57.605,0

[45]

E5 = Qph*ρ*γ*(Tb-Tss) *(1-φ)*(1+ϵ)

29

MJ/ngày

2.161,3

[5]

E6 = edry* mhnth

30

MJ/ngày

608.759,7

[5]

E7= eđốt *Gn

Nhiệt năng sử dụng cho quá trình trao đổi nhiệt trong hệ phân hủy kị khí Nhiệt năng tiêu thụ cho quá trình sấy bùn Nhiệt năng tiêu thụ cho quá trình đốt bùn 31 Tổng năng lượng sinh

MJ/ngày

1.298.628,1

Esinhra = ECHP+Eđốt

ra từ các quá trình xử lý

32

kWh/ngày

360.730,0

Esinhra/3,6

bùn

Năng lượng (điện năng,

33

MJ/ngày

1.088.684,1

ECHP=EelectCHP + EheatCHP

[91]

nhiệt năng) sinh ra từ CHP của hệ phân hủy kị

34

kWh/ngày

302.412,2

ECHP/3,6

khí bùn

35

MJ/ngày

209.941,1

[69]

Eđốt= einci*Fhc*1000* mdry*(1-0,95)

AA

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

TLTK

Năng lượng sinh ra từ

36

kWh/ngày

58.317,8

Eđốt/3,6

quá trình đốt bùn

37

[5]

kWh/ngày

20.417,5

Evc= (ΣGibn*Xivcb)* ediesel

Tổng năng lượng tiêu thụ cho quá trình vận chuyển

38

MJ/ngày

73.503,0

Evc*3,6

bùn trạm XLNT đến trạm xử lý bùn Yên Mỹ

519.456,2

Edư=Esinhra-Etiêuthu-Evc MJ/ngày

39 Năng lượng thu hồi sau các quá trình xử lý bùn

40

kWh/ngày

144.293,4

Edư/3,6

theo phương án TT1b

ewwtp

kWh/m3

0,53

[91]

42

kWh/ngày

312.753,0

[5]

EXLNT=Q*ewwtp

41 Nhu cầu năng lượng cho trạm XNLT với tổng công suất Q = 590.100 m3/ngày Năng lượng vận chuyển

kWh/ngày

3.425,8

EvcBTH

43

bùn bể tự hoại về trạm xử lý bùn Yên Mỹ

Tỷ lệ thu hồi năng lượng

44

%

45,0

theo phương án TT1b

R= (Edư - EvcBTH)*100/ EXLNT

Bảng PL8.3. Tính toán năng lượng cho xử lý bùn theo phương án TT2

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị TLTK

1 Thể tích bùn vào máy sấy

m3/ngày

855,1

Vtn=Wbvs

Phụ lục 6,

tấn/ngày

896,6

2 Khối lượng bùn vào máy sấy mtn=Gbvs

bảng PL6.1

3

169,8

Gkbvs

Khối lượng bùn vào máy sấy (tính theo chất khô)

4 Độ ẩm của bùn trước khi sấy

tấn TS/ ngày %

80,0

Pbvs

5 Độ ẩm của bùn sau khi sấy

%

40,0

Pbss

6

tấn/ngày

597,7

[5]

Lượng nước tách ra từ bùn sấy

Gnsb = Gbvs*(Pbvs- Pbss)/(100-Pbss)

7

tấn/ngày

298,9

Gbss=Gbvs-Gnsb

Khối lượng bùn còn lại sau sấy

8 Tỷ trọng của bùn khô

tấn/ m3

1,14

[91]

Sbk

BB

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị TLTK

9 Thể tích bùn sau sấy

m3/ngày

249,1

[5]

Wbss= Gkbvs*100/ Sbk *(100- Pbss)

10

oC

300

[69]

Thn

11

tấn/ngày

597,7

mhn=Gnsb

12

tấn/ngày

537,9

mhnth= mhn*0,9

13

J/kg

5000

[69]

edry

Nhiệt độ của hơi nước sau quá trình sấy Lượng hơi nước sinh ra khi sấy Lượng nước tuần hoàn từ quá trình làm lạnh hơi nước sau quá trình sấy (giả sử hiệu suất làm lạnh hơi nước đạt 90%) Nhiệt năng sử dụng cho quá trình sấy để tạo thành 1 kg hơi nước

MJ/ngày

2.689,6

[5]

14 Năng lượng cung cấp cho quá

Esấy= edry*mhnth /1000

trình sấy bùn

15

kWh/ngày

747,1

Esấy/3,6

16

MJ/kg

26,9

einci

[69]

17

%

0,65

Fhc

Nhiệt trị sinh ra khi đốt 1 kg chất hữu cơ % thành phần hữu cơ có trong bùn khô

MJ/ngày 261.482,4

[69]

18 Năng lượng sinh ra từ quá

Eđbs= einci*Fhc*1000* Gbss*(1-0,95)

trình đốt bùn

kWh/ngày

72.634,0

19

Eđbs/3,6

20

g/kg

350

[69]

mash

Lượng tro sinh ra sau quá trình đốt 1 kg bùn

kg/ngày

104.598,7

21 Lượng tro tạo thành sau khi

Gbsđ = mash*Gbss

đốt bùn

tấn/ngày

104,6

22

23

tấn/ngày

194,3

mhnđb = Gbss-Gbsđ

24

kJ/kg

[69] 3900

eđốt

Lượng hơi nước tách ra từ quá trình đốt bùn Nhiệt năng sử dụng cho quá trình đốt để bay hơi 1 kg nước trong bùn

25

kWh/ngày

210,4

Năng lượng cung cấp cho quá

trình đốt bùn

26

MJ/ngày

757,6

[5]

Eđốt= eđốt* mhnđb/ 3600 Eđốt= eđốt* mhnđb/ 1000

CC

TT

Thông số tính toán

Công thức - Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị TLTK

27

W/m3

15

[46]

eth

28

kJ/m3

1.800

[87]

Ɵ

Điện năng bơm cho quá trình tuần hoàn Điện năng cung cấp cho bơm bùn

29 Trọng lượng riêng của nước

t/m3

1

[91]

dn

kWh/ngày

11,0

30 Năng lượng cho tuần hoàn

Eth= eth*(mhnth+ mhnđb)/dn

[5]

hơi nước

31

MJ/ngày

39,5

Eth*3,6

MJ/ngày

1.539,3

[5]

Ep=Pp* Ɵ/1000

32

Năng lượng cho bơm bùn

kWh/ngày

427,6

33

34

0,40

ediesel

[5]

kWh/ tấn.km

35

km

87,8

Xvc

Phụ lục 9

Năng lượng sử dụng cho động cơ diesel vận chuyển bùn Tổng quãng đường vận chuyển bùn từ các trạm XLNT đến trạm sấy + đốt tập trung (theo bản đồ vệ tinh)

MJ/ngày

17.341,2

Etvcb*3,6

37

kWh/ngày

4.817,0

[5]

Etvcb=Σmtn*Xvc* ediesel

36 Tổng năng lượng để vận chuyển bùn từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn Yên Mỹ

MJ/ngày 239.115,2

Edư= Eđbs - Esấy - Eđốt - Eth - Ep - Etvcb

39

kWh/ngày

66.420,9

38 Năng lượng thu hồi sau các quá trình xử lý bùn tại trạm xử lý bùn Yên Mỹ

ewwtp

kWh/m3

0,53

41

kWh/ngày 312.753,0

[5]

EXLNT=Q*ewwtp

40 Nhu cầu năng lượng cho các trạm XNLT với tổng công suất Q = 590.100 m3/ngày Tỷ lệ thu hồi năng lượng theo

42

%

21,3

R= Edư*100/EXLNT

phương án TT2

[91]

DD

Phụ lục 9: Quãng đường và đơn giá vận chuyển bùn từ các trạm XLNT theo các phương án tính toán

TT

Thông số

Đơn vị Ký hiệu

Yên Sở Hồ Tây

Yên Xá Phú Đô

Tổng

Kim Liên

Trúc Bạch

Bảy Mẫu

I Phương án TT1a

1.1

11,7

7,3

59,0

56,57

48,25 3.245,27

329,27

3.757,4

tấn/ngày mcđ

km

1.2

10,1

14,6

3,9

18,8

10,3

13,3

16,8

87,8

X1

Khối lượng bùn sau cô đặc tại các trạm XLNT Quãng đường vận chuyển bùn cô đặc từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ (theo bản đồ vệ tinh)

1.3

VNĐ/ tấn gtvc1

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

Đơn giá vận chuyển bùn từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ

Theo phụ lục 1 số 510/QĐ- UBND Tp.HN, 2015

1.4

656,5

tấn/ngày mstn

km

1.5

20

X2

1.6

VNĐ/ tấn gtvc2

Khối lượng bùn sau tách nước Quãng đường vận chuyển bùn tách nước từ Yên Mỹ đến Cầu Diễn để ủ compost Đơn giá vận chuyển bùn từ Yên Mỹ đến Cầu Diễn để ủ compost

136.558 (đơn giá X<20km)

II Phương án TT1b

2.1

11,7

7,3

59,0

56,57

48,25

3245,27

329,27

3.757,4

tấn/ngày mcđ

km

2.2

10,1

14,6

3,9

18,8

10,3

13,3

16,8

87,8

X1

Khối lượng bùn sau cô đặc tại các trạm XLNT Quãng đường vận chuyển bùn cô đặc từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ (theo bản đồ vệ tinh)

EE

TT

Thông số

Đơn vị Ký hiệu

Yên Sở Hồ Tây

Yên Xá Phú Đô

Tổng

Kim Liên

Trúc Bạch

Bảy Mẫu

2.3

VNĐ/ tấn gtvc1

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

Đơn giá vận chuyển bùn từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ

2.4 Khối lượng tro sau đốt

Theo phụ lục 1 số 510/QĐ- UBND Tp.HN, 2015 76,6

tấn/ngày msđ

km

2.5

54

X2

Quãng đường vận chuyển tro từ Yên Mỹ đi làm gạch (giả sử)

VNĐ/tấn

2.6

gtvc2

Đơn giá vận chuyển tro từ Yên Mỹ đi làm gạch

214.396 (đơn giá 50

III Phương án HT

1,47

0,91

8,11

9,90

9,65

817,10

49,39

896,5

3.1

tấn/ngày mstn

km

46,1

40,1

54,0

35,6

46,2

48,9

43,1

314,0

3.2

X1

Lượng bùn tách nước tại các trạm XLNT Quãng đường vận chuyển bùn tách nước từ các trạm XLNT về bãi chôn lấp Nam Sơn

VNĐ/tấn

3.3

gtvc

Đơn giá vận chuyển bùn đến bãi chôn lấp Nam Sơn

IV Phương án TT2

206.204 (đơn giá 45

198.010 (đơn giá 40

214.396 (đơn giá 50

188.451 (đơn giá 35

206.204 (đơn giá 45

206.204 (đơn giá 45

198.010 (đơn giá 40

Theo phụ lục 1 số 510/QĐ- UBND Tp.HN, 2015

1,47

0,91

8,11

9,90

9,65

817,10

49,39

896,5

4.1

tấn/ngày mstn

km

4.2

10,1

14,6

3,9

18,8

10,3

13,3

16.,

87,8

X1

Lượng bùn tách nước tại các trạm XLNT Quãng đường vận chuyển bùn tách nước từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ

FF

TT

Thông số

Đơn vị Ký hiệu

Yên Sở Hồ Tây

Yên Xá Phú Đô

Tổng

Kim Liên

Trúc Bạch

Bảy Mẫu

4.3

VNĐ/ tấn gtvc1

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

136.558 (đơn giá X<20km)

Đơn giá vận chuyển bùn tách nước từ các trạm XLNT đến trạm xử lý bùn tập trung Yên Mỹ

4.4 Khối lượng tro sau đốt

Theo phụ lục 1 số 510/QĐ- UBND Tp.HN, 2015 104,6

tấn/ngày msđ

km

4.5

54

X2

Quãng đường vận chuyển tro từ Yên Mỹ đi làm gạch (giả sử)

VNĐ/tấn

4.6

gtvc2

Đơn giá vận chuyển tro từ Yên Mỹ đi làm gạch

214.396 (đơn giá 50

Phụ lục 10: Khái toán chi phí đầu tư và vận hành các công trình xử lý bùn

Bảng PL10.1. Khái toán chi phí đầu tư các công trình xử lý bùn theo các phương án

TT Các chi phí

Đơn vị

Thiết bị (E2) triệu đồng

Đơn giá (triệu đồng)

Tổng cộng (E=E1+E2+E3) triệu đồng

Diện tích, khối tích công trình

Thành tiền vỏ công trình (E1) triệu đồng

Đường ống và phụ kiện (E3) triệu đồng

1

m3

3.672,0

2,8

10.282,9

1.542,4

11.825,4

2

m3

1.162,0

2,8

3.253,4

488,0

3.741,4

m3

3

89

3,0

265,8

39,9

305,7

Phương án TT1a Bể chứa tiếp nhận bùn trạm XLNT (4 bể, RxLxH=8x28,7x4m) Bể chứa tiếp nhận bùn bể tự hoại (2 bể, RxLxH=8x18,2x4m) Bể trộn bùn trạm XLNT và bùn bể tự hoại (4 bể, HxD=1,8x4m, thời gian trộn 30 phút)

GG

TT Các chi phí

Đơn vị

Thiết bị (E2) triệu đồng

Đơn giá (triệu đồng)

Tổng cộng (E=E1+E2+E3) triệu đồng

Diện tích, khối tích công trình

Thành tiền vỏ công trình (E1) triệu đồng

Đường ống và phụ kiện (E3) triệu đồng

m3

4

50.040,0

37.530,2

287.731,9

5,0

250.201,7

m3

5

2.422,0

1.089,9

8.355,9

3,0

Bể phân hủy bùn (12 bể, DxH=20x13,5m) Bể chứa bùn sau phân hủy (H=3m, D=13m, 6 bể)

7.266,0

6 Bồn chứa biogas (4 bể, H=10m, D=20m) 7 Nhà tách nước bùn 8 Trạm CHP

m3 m2 m2

13.427,0 2.000,0 500,0

335.675,0 46.000,0 12.000,0 393.675,0

187,5 40.878,0

25,0 2,5 2,5

5.000,0 1.250,0 277.519,8

Tổng chi phí trực tiếp Chi phí khác (20%) Tổng mức đầu tư phương án TT1a

335.675,0 51.000,0 13.437,5 712.072,7 142.414,5 854.487,3

Khấu hao cơ bản

13.876,0

39.367,5

2.725,2

55.968,7

Chi phí bảo trì, sửa chữa bảo dưỡng

1.968,4

81,8

2.605,2

555,0

triệuVNĐ/ năm triệuVNĐ/ năm m3

1

3.672,0

2,8

10.282,9

1.542,4

11.825,4

m3

2

1.162,0

2,8

3.253,4

488,0

3.741,4

m3

3

89,0

3,0

265,8

39,9

305,7

m3

4

50.040,0

5,0

250.201,7

37.530,2

287.731,9

m3

5

2.422,0

3,0

7.266,0

1.089,9

8.355,9

Phương án TT1b Bể chứa tiếp nhận bùn trạm XLNT (4 bể, RxLxH=8x28,7x4m) Bể chứa tiếp nhận bùn bể tự hoại (2 bể, RxLxH=8x18,2x4m) Bể trộn bùn trạm XLNT và bùn bể tự hoại (4 bể, HxD=1,8x4m, thời gian trộn 30 phút) Bể phân hủy bùn (12 bể, DxH=20x13,5m) Bể chứa bùn sau phân hủy (H=3m, D=13m, 6 bể)

HH

TT Các chi phí

Đơn vị

Thiết bị (E2) triệu đồng

Đơn giá (triệu đồng)

Tổng cộng (E=E1+E2+E3) triệu đồng

Diện tích, khối tích công trình

Thành tiền vỏ công trình (E1) triệu đồng

Đường ống và phụ kiện (E3) triệu đồng

m3

6 Bồn chứa biogas (4 bể, H=10m, D=20m)

13.427,0

25,0

335.675,0

335.675,0

2.000,0 500,0

7 Nhà tách nước bùn 8 Trạm CHP 9

Sấy + đốt bùn (Q=150 tấn/ngày x 1 bộ) Tổng chi phí trực tiếp Chi phí khác (20%) Tổng mức đầu tư phương án TT1b

2,5 2,5 6 348.450,0

5.000,0 1.250,0 277.519,8

46.000,0 12.000,0 2.090.700,0 2.484.375,0

187,5 40.878,0

51.000,0 13.437,5 2.090.700,0 2.802.772,7 560.554,5 3.363.327,3

Khấu hao cơ bản

13.876,0

248.437,5

2.725,2

265.038,7

Chi phí bảo trì, sửa chữa bảo dưỡng

555,0

12.421,9

81,8

13.058,7

m2 m2 bộ triệuVNĐ/ năm triệuVNĐ/ năm

Phương án TT2

855,0

1 Bể chứa bùn 2

Sấy + đốt bùn (Q=150 tấn/ngày x 1 bộ) Tổng chi phí trực tiếp Chi phí khác (20%) Tổng mức đầu tư phương án TT2

2,8 6 348.450,0

2.394,3 2.394,3

2.090.700,0 2.090.700,0

359,1 359,1

2.753,4 2.090.700,0 2.093.453,4 418.690,7 2.512.144,1

Khấu hao cơ bản

119,7

209.070,0

23,9

209.213,7

Chi phí bảo trì, sửa chữa bảo dưỡng

4,8

10.453,5

0,7

10.459,0

m3 bộ triệuVNĐ/ năm triệuVNĐ/ năm

II

Bảng PL10.2. Khái toán chi phí quản lý vận hành xử lý bùn theo các phương án

TT

Các chi phí

Đơn vị

Số lượng

Thành tiền (VNĐ)

Đơn giá (VNĐ)

Phương án TT1a

I

3.672

Lượng WAS của trạm XLNT cần xử lý

3.698

m3/ngày tấn/ngày

1

VNĐ

854.487.297.944

Chi phí đầu tư xây dựng (Mxd)

VNĐ /năm

235.493.510.124

2

Tổng chi phí quản lý vận hành (Mql)

VNĐ/ngày

645.187.699

VNĐ/ngày

30.578.535

Chi phí điện năng (Eđn)

2.1

VNĐ /năm

11.161.165.369

Điện năng

kWh/ngày

2.759

11.083,2

30.578.535

VNĐ /năm

45.586.675

2.2

VNĐ/ngày

10.000

12,49

124.895

Chi phí hóa chất (Ehc) (thể tích bùn sau phân hủy đi tách nước 2.498 m3/ngày x 5g polyme/m3 bùn)

7.000.000

20

140.000.000

VNĐ/người/ tháng

2.3

Chi phí lương công nhân (Ecn)

1.680.000.000

VNĐ/người/ năm

VNĐ /năm

2.605.170.497

2.4 Sửa chữa, bảo dưỡng (Esc)

VNĐ/ngày

7.137.453

VNĐ/ngày

602.744.076

2.5 Chi phí vận chuyển (Evc)

VNĐ /năm

220.001.587.584

VNĐ /năm

55.968.686.867

3 Khấu hao cơ bản (Kcb)

VNĐ/ngày

153.338.868

4 Chỉ tiêu kinh tế đánh giá

4.1

217.436

Giá thành xử lý

4.2

215.911

4.3

232.673.596

Vốn đầu tư xây dựng

4.4

VNĐ/ m3 VNĐ/tấn VNĐ/ m3 VNĐ/tấn

231.042.309

II Phương án TT1b

3.672,0

Lượng WAS của trạm

XLNT cần xử lý

m3/ngày tấn/ngày

3.698,0

JJ

Đơn giá

Thành tiền

TT

Các chi phí

Đơn vị

Số lượng

(VNĐ)

(VNĐ)

1

VNĐ

3.363.327.297.944

Chi phí đầu tư xây dựng (Mxd)

VNĐ /năm

220.066.735.576

2

Tổng chi phí quản lý vận hành (Mql)

VNĐ/ngày

602.922.563

VNĐ/ngày

30.598.946

Chi phí điện năng (Eđn)

VNĐ /năm

11.168.615.352

2.1

Điện năng

kWh/ngày

30.598.946

2.759

11.090,6

VNĐ /năm

45.586.675

2.2

VNĐ/ngày

10.000

12,49

124.895

Chi phí hóa chất (Ehc) (thể tích bùn sau phân hủy đi tách nước 2.498 m3/ngày x 5g polyme/m3 bùn)

VNĐ/người/

7.000.000

30

210.000.000

tháng

2.3

Chi phí lương công nhân (Ecn)

2.520.000.000

VNĐ/người/ năm

VNĐ /năm

13.058.670.497

2.4 Sửa chữa, bảo dưỡng (Esc)

VNĐ/ngày

35.777.179

VNĐ/ngày

529.517.433

2.5 Chi phí vận chuyển (Evc)

VNĐ /năm

193.273.863.052

VNĐ /năm

265.038.686.867

3 Khấu hao cơ bản (Kcb)

VNĐ/ngày

726.133.389

4 Chỉ tiêu kinh tế đánh giá

4.1

361.897

Giá thành xử lý

4.2

359.360

4.3

915.821.054

Vốn đầu tư xây dựng

4.4

VNĐ/ m3 VNĐ/tấn VNĐ/ m3 VNĐ/tấn

909.400.181

III Phương án TT2

896,6

Lượng bùn tách nước cần

xử lý

tấn/ngày m3/ngày

855,1

1

VNĐ

2.512.144.106.400

Chi phí đầu tư xây dựng (Mxd)

VNĐ /năm

65.032.295.820

2

Tổng chi phí quản lý vận hành (Mql)

VNĐ/ngày

178.170.673

KK

Đơn giá

Thành tiền

TT

Các chi phí

Đơn vị

Số lượng

(VNĐ)

(VNĐ)

VNĐ/ngày

1.210.877

Chi phí điện năng (Eđn)

2.1

VNĐ /năm

441.970.057

Điện năng

kWh/ngày

2.759

438,9

1.210.877

VNĐ/người/

7.000.000

15

105.000.000

tháng

2.2

Chi phí lương công nhân (Ecn)

VNĐ/người/

1.260.000.000

năm

VNĐ /năm

10.459.006.844

2.3 Sửa chữa, bảo dưỡng (Esc)

VNĐ/ngày

28.654.813

VNĐ/ngày

144.852.929

2.4 Chi phí vận chuyển (Evc)

VNĐ /năm

52.871.318.919

VNĐ /năm

209.213.656.800

3 Khấu hao cơ bản (Kcb)

VNĐ/ngày

573.188.101

4 Chỉ tiêu kinh tế đánh giá

4.1

878.679

Giá thành xử lý

4.2

838.009

4.3

2.937.836.635

Vốn đầu tư xây dựng

4.4

VNĐ/ m3 VNĐ/tấn VNĐ/ m3 VNĐ/tấn

2.801.856.019

IV Phương án HT

896,6

Lượng bùn tách nước cần

xử lý

855,1

1 Chi phí vận chuyển

tấn/ngày m3/ngày VNĐ/ngày

184.346.273

Chi phí xử lý tại bãi chôn

2

VNĐ/ngày

89.660.000

lấp

VNĐ/ngày

274.006.273

Tổng chi phí quản lý vận

3

hành

100.012.289.579

4

320.438

Giá thành xử lý

5

VNĐ /năm VNĐ/ m3 VNĐ/tấn

305.606