Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu xử lý bùn cặn từ trạm xử lý nước thải đô thị bằng quá trình phân huỷ kỵ khí kết hợp thu hồi Biogas

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

DƯƠNG GIA ĐỨC

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÙN CẶN TỪ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ KỴ KHÍ KẾT HỢP THU HỒI BIOGAS

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường Mã số: 60. 52.03.20

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2015

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN VĂN QUANG Phản biện 1: PGS.TS. TRẦN CÁT Phản biện 2: TS. NGUYỄN ĐÌNH HUẤN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 11 tháng 8 năm 2015.

Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

1 MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, với sự phát triển kinh tế - xã hội, dân số thành thị tăng nhanh cùng với đó đời sống được nâng cao dẫn tới nhu cầu sử dụng nước ngày càng nhiều. Sau khi sử dụng nước thải theo hệ thống thu gom dẫn về trạm xử lý. Trong quá trình xử lý sẽ phát sinh lượng bùn cặn dư thừa và bùn cặn này đang trở thành một gánh nặng cho các đô thị không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả ở các nước có nền kinh tế, khoa học kỹ thuật tiên tiến trên thế giới. Theo cục bảo vệ môi trường Mỹ (US-EPA), chi phí xử lý bùn cặn chiếm tới 50% chi phí vận hành của toàn hệ thống.

Hiện nay đối với các trạm XLNT chưa quan tâm xem xét vấn đề xử lý bùn, cặn. Cách xử lý bùn cặn phát sinh từ trạm XLNT đơn giản và phổ biến nhất ở Việt Nam chỉ là làm khô để giảm thể tích và vận chuyển đi chôn lấp. Nhưng nhiều thành phố đang gặp khó khăn trong việc thu gom, vận chuyển, xử lý bùn cặn do chi phí vận chuyển cao và gây lãng phí.

Mặc dù vậy khả năng thu hồi năng lượng từ bùn cặn là rất lớn, bùn cặn có tiềm năng để tái sử dụng cho các mục đích khác nhau. Việc tận dùng bùn cặn vừa giúp giảm thiểu chất thải, giảm chi phí để xử lý các chất thải, tạo ra nguồn năng lượng sạch vừa góp phần bảo vệ môi trường.

Xuất phát từ những cơ sở trên, tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý bùn cặn từ trạm xử lý nước thải đô thị bằng quá trình phân huỷ kỵ khí kết hợp thu hồi Biogas”

2. Mục đích nghiên cứu - Xác định tính chất, thành phần bùn cặn phát sinh từ hệ thống xử

lý nước thải đô thị.

2 - Xác định được thành phần và sản lượng biogas sinh ra từ quá

trình phân hủy kỵ khí các loại bùn cặn của hệ thống XLNT và các thông số của quá trình công nghệ.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu : Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: (1) Cặn từ quá trình xử lý cơ học. (2) Bùn hoạt tính và màng vi sinh vật từ quá trình xử lý sinh học. (3) Quá trình phân hủy kỵ khí bùn cặn từ HTXLNT đô thị.

* Phạm vi nghiên cứu: Do hiện tại Đà nẵng chưa có hệ thống XLNT hoàn thiện (công nghệ hồ kỵ khí) nên các loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống được xác định bằng cách sử dụng mô hình trình diễn xử lý nước thải chi phí thấp của Metawater (công nghệ lọc xốp nổi và lọc sinh học) và thiết lập mô hình vật lý mô phỏng quá trình lắng tĩnh và sinh hóa hiếu khí Aerotank (SBR) để tiến hành thí nghiệm.

Từ đó xác định tốc độ phân hủy kỵ khí bùn cặn ở quy mô phòng thí nghiệm với cặn từ quá trình lắng tĩnh, lọc xốp nổi, bùn hoạt tính SBR và màng vi sinh vật sau lọc sinh học, thực nghiệm được tiến hành trong trường hợp nạp liệu gián đoạn. Đối với cặn từ quá trình xử lý cơ học, được tiến hành tiếp tục ở quy mô bán thực nghiệm với điều kiện nạp liên tục.

Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 12/2014 đến 6/2015.

4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê; - Phương pháp khảo sát; - Phương pháp phân tích; - Phương pháp mô hình; - Phương pháp xử lý số liệu & đánh giá kết quả;

3

Nơi tiến hành thực nghiệm: Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ môi trường, Đại học Đà Nẵng và trạm xử lý nước thải Phú Lộc – thành phố Đà Nẵng

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ đóng góp thêm số liệu về tính chất và thành phần bùn cặn từ hệ thống XLNT ở Việt Nam, các thông số quá trình công nghệ có liên quan tới thu hồi Biogas từ bùn cặn, góp phần làm cơ sở khoa học cho việc thiết kế công trình xử lý bùn cặn bằng phương pháp kỵ khí.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài có thể được ứng dụng để giải quyết các vấn đề tồn tại của các trạm xử lý nước thải đô thị: (1) Giảm thiểu khối lượng bùn, cặn thải; (2) Giảm chi phí để xử lý các chất thải; (3) Tận thu nguồn khí sinh học và góp phần bảo vệ môi trường.

6. Bố cục của luận văn Luận văn gồm có 03 Chương và trình bày theo bố cục sau: Mở đầu Chương 1. Tổng quan Chương 2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận Kết luận và kiến nghị

4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1. NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

1.1.1. Nước thải đô thị a. Định nghĩa Nước thải đô thị là nước thải sinh hoạt từ các hoạt động của con người và nước thải từ các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như cơ quan, chợ, bệnh viện, trường học trong khu dân cư.

b. Lưu lượng, tính chất, thành phần nước thải Lưu lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp. Thông thường tiêu chuẩn thải lấy bằng 60 – 80% tiêu chuẩn cấp nước. Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào trang thiết bị vệ sinh, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của người dân. Lượng nước thải tại các cơ sở dịch vụ công trình công cộng phụ thuộc vào loại công trình, chức năng, số người tham gia phục vụ trong đó.

Thành phần và đặc tính nước thải: Các chất chứa trong nước thải

xét theo bản chất bao gồm: Các chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật.

Bảng 1.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt

Nồng độ (mg/l) STT Các chỉ số Nặng Trung bình Nhẹ

1 Chất rắn lơ lửng 350 250 100

2 Chất rắn hoàn tan 1200 700 350

3 300 200 100

4 BOD5 COD 1000 500 250

5 Tổng Nitơ 85 40 20

6 Tổng Phốtpho 20 10 6

Khi thiết kế các công trình xử lý nước thải cho khu dân cư và khu đô thị, nồng độ các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt được xác định

5 theo tải lượng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm và được quy định trong TCVN 7957:2008 như bảng 1.2.

Bảng 1.2 Tải lượng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm

STT Các chỉ số

Khối lượng (g/người.ngày) 60 – 65 30 - 35 65 8 3,3 10 2 – 2,5 Chất rắn lơ lửng (SS) BOD5 của nước thải đã lắng BOD5 của nước chưa lắng Nitơ của các muối amôni (N-NH4) Phôtphát (P2O5) Clorua (Cl-) Chất hoạt động bề mặt

1 2 3 4 5 6 7 1.1.2. Các phương pháp xử lý nước thải Xử lý nước thải là quá trình tách các tạp chất ra khỏi nước thải trước khi thải vào nguồn tiếp nhận đảm bảo các tiêu chuẩn, quy chuẩn của cơ quan quản lý. Để xử lý nước thải thường ứng dụng các phương pháp xử lý như sau: xử lý cơ học, sinh học và hóa học.

a. Phương pháp cơ học Nhằm loại bỏ các tạp chất không hòa tan trong nước thải: - Chất trôi nổi có kích thước lớn: rác, lá cây, giẻ lau, nilon, … - Khoáng chất vô cơ, cát, mảnh kim loại, thủy tinh, mảnh xương - Chất hữu cơ lơ lửng, phân tán (một phần các chất dạng keo...)

b. Phương pháp sinh học hiếu khí\ Xử lý sinh học thường áp dụng sau khi nước thải đã được xử lý sơ bộ bằng các biện pháp cơ học. Quá trình này bao gồm giai đoạn: hoạt hoá sinh học và tách, hồi lưu bùn hoạt tính từ bể lắng II.

Dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ, một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình trao đổi chất, vi sinh vật nhận cơ chất làm vật liệu xây

6 dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản dẫn đến sinh khối được tăng lên, chất hữu cơ giảm.

Các công trình dạng này được chia thành 2 loại: Sinh hoá trong điều kiện tự nhiên hoặc gần với các điều kiện tự

nhiên: hồ sinh vật, đất ngập nước, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, ...

Sinh hoá trong điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh vật thấp tải, cao tải, mương oxy hoá tuần hoàn, bể aeroten (bùn hoạt tính), oxyten (bùn hoạt tính cao tải).

c. Phương pháp hóa học và hóa lý d. Sơ đồ dây tổng quát chuyền công nghệ xử lý nước thải 1.2. TỔNG QUAN VỀ BÙN CẶN VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Định nghĩa: Bùn thải là bùn hữu cơ hoặc vô cơ được nạo vét, thu gom từ các bể tự hoại, mạng lưới thu gom và chuyển tải, hồ điều hòa, kênh mương, cửa thu, giếng thu nước mưa, trạm bơm nước mưa, nước thải, cửa xả và nhà máy xử lý nước thải.

Số lượng, thành phần, tính chất hóa lý của bùn cặn phụ thuộc vào

nước thải ban đầu và phương pháp xử lý nước thải.

1.2.1 Số lượng bùn cặn thải Bảng 1.3 Khối lượng và tỉ trọng cặn sinh ra khi xử lý nước thải

STT Các công đoạn xử lý Tỉ trọng cặn khô (t/m3) Tỉ trọng cặn lắng (t/m3) Khoảng dao động

Cặn khô (kg/1000m3) Giá trị trung bình 150 1,4 1,02 107 - 167,7

1,25 1,005 72 - 96 84 2

3 60 - 96 1,025 1,45 72

1 Bể lắng đợt I Bể lắng đợt II sau aerotank Bể lắng đợt II sau biofill 1.2.2. Tính chất và thành phần bùn cặn Cặn và rác giữ lại ở song chắn rác có kích thước lớn với số lượng thay đổi tùy thuộc vào hiệu quả quản lý mạng lưới thu gom và vận

7 chuyển. Cặn rác có độ ẩm 85 – 95 %, chứa 50 – 80 % chất hữu cơ, có mùi hôi thối.

Cát và cặn nặng kích thước lớn hơn 0,2mm từ bể lắng cát, độ ẩm

cặn khi đã ráo hết nước 14 – 35%, chứa 30 – 50 % chất hữu cơ.

Cặn tươi: hình thành từ công trình lắng I. Thành phần chủ yếu: 80 – 85% hydratcacbon, các chất béo và protein, còn 15 – 20% là lignin phức chất đất mùn. Độ ẩm cặn khoảng 92 – 98%.

Bùn sinh học: hình thành từ quá trình xử lý bậc II bằng quá trình sinh học và được giữ lại ở bể lắng II, thường ở dạng huyền phù chứa keo bông vô định hình, gồm các vi sinh vật hiếu khí có cấu tạo đơn giản và những chất hữu cơ nhiễm bẩn có trong nước thải. Bùn hoạt tính sau aerotank có độ ẩm cao 99,2 – 99,7 %, màng sinh vật sau biofill có độ ẩm 96 – 96,5%.

1.2.3. Phương pháp xử lý bùn cặn a. Mục đích của xử lý bùn cặn Giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách một phần lượng nước có trong hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước công trình xử lý và giảm thể tích cặn phải vận chuyền tới nơi tiếp nhận. Các phương pháp xử lý: làm khô và phân hủy kỵ khí.

b. Phương pháp làm khô bùn cặn - Làm khô cặn trên sân phơi bùn. - Làm khô cặn bằng lọc chân không. - Làm khô cặn bằng quay ly tâm. - Làm khô cặn bằng lọc ép. - Làm khô bằng phương pháp nhiệt.

c. Phương pháp phân hủy kỵ khí - Bể lắng 2 vỏ. - Bể mêtan.

8

1.3. TỔNG QUAN VỀ KHÍ SINH HỌC (BIOGAS) 1.3.1. Bioagas và quá trình sản xuất khí biogas a. Bản chất hóa học của Biogas Biogas là sản phẩm bay hơi được của quá trình lên men kỵ khí phân giải các hợp chất hữu cơ. Thành phần của Biogas gồm có CH4, CO2, H2S, H2, O2, N2,… Trong đó, CH4 là thành phần chủ yếu và là một loại khí cháy được.

b. Nguồn nguyên liệu sản xuất khí sinh học Tất cả phế liệu, phế thải có nguồn gốc thực vật trong sản xuất nông - lâm nghiệp, chế biến nông lâm sản và sinh hoạt gia đình đều có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất khí sinh học.

c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo khí Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo khí sinh học như nhiệt độ môi trường, độ pH của hỗn hợp trong bể phân hủy, tỉ lệ C/N của nguyên liệu, tỉ lệ pha loãng, thời gian lưu thủy lực, đặc tính nguyên liệu, tốc độ bổ sung nguyên liệu vào bể phân hủy, mức độ kỵ khí và độc tố…

1.3.2. Cơ sở sinh học của quá trình lên men tạo khí sinh học

Quá trình lên men kỵ khí sinh metan gồm 03 giai đoạn là: thủy

phân, lên men axit và lên men metan.

1.4. THỰC TRẠNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI, BÙN CẶN TẠI ĐÀ NẴNG

1.4.1 Hệ thống thu gom và xử lý nước thải ở Thành phố Đà

Nẵng

Hệ thống thoát nước thải hiện có tại Đà Nẵng là hệ thống cống chung. Các đặc điểm chính của hệ thống thoát nước thải được trình bày như hình 1.13

9

Hình 1.13: Hệ thống cống bao thu gom nước thải tại Đà Nẵng

1.4.2 Trạm xử lý nước thải Phú Lộc - Thành phố Đà Nẵng Trạm XLNT Phú Lộc nằm trên đường Lý Thái Tông, tổ 58,

phường Hòa Minh, Quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng.

Trạm được xây dựng năm 1999 với diện tích là 5 ha và công suất xử lý là 30,000 m3/ngđ. Trạm là nơi tiếp nhận nước thải sinh hoạt của hai Quận Thanh Khê và Hải Châu.

10 CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

* Đối tượng nghiên cứu: - Bùn cặn của hệ thống xử lý nước thải đô thị Đà nẵng. - Qúa trình phân hủy kỵ khí bùn cặn. * Phạm vi nghiên cứu: Do hiện tại Đà nẵng chưa có hệ thống XLNT hoàn thiện nên các loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống được xác định bằng cách sử dụng mô hình trình diễn xử lý nước thải chi phí thấp của Metawater (công nghệ lọc xốp nổi và lọc sinh học) trong dự án hợp tác giữa EPRC và MetaWater và thiết lập mô hình vật lý mô phỏng quá trình lắng tĩnh và sinh hóa hiếu khí Aerotank (SBR) để tiến hành thí nghiệm.

Từ đó thiết lập và vận hành mô hình tốc độ phân hủy kỵ khí bùn cặn ở quy mô phòng thí nghiệm với cặn từ quá trình lắng tĩnh, lọc xốp nổi, bùn hoạt tính SBR và màng vi sinh vật sau lọc sinh học, thực nghiệm được tiến hành trong trường hợp nạp liệu gián đoạn (ở 2 chế độ lên men ấm và lên men nóng). Đối với cặn từ quá trình xử lý cơ học, được tiến hành tiếp tục ở quy mô bán thực nghiệm với điều kiện nạp liên tục (ở chế độ lên men ấm).

2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.2.1. Xác định lưu lượng, tính chất, thành phần rác, bùn, cặn

của hệ thống xử lý nước thải

- Khảo sát hệ thống XLNT của trạm Phú lộc (xác định lưu lượng,

lượng rác tách ra từ các song chắn rác).

- Hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp của Metawater (xác định

lượng bùn cặn từ quá trình lọc xốp nổi và lọc sinh học).

11

- Mô hình lắng tĩnh và SBR (xác định lượng bùn cặn từ lắng 1 và

aertank theo mẻ).

- Lấy mẫu nước thải và cặn của các công trình phân tích các

thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải và cặn:

+ Nước thải: pH, SS, COD. + Cặn: độ ẩm, độ tro, độ kiềm, COD, N-NH4, P-PO4. a. Xác định lượng cặn, bùn giữ lại tại song chắn rác b. Xác định lượng cặn, bùn phát sinh từ quá trình lọc xốp nổi - FSF và lọc sinh học – HTF

Hình 2.3: Sơ đồ XLNT bằng công nghệ lọc xốp nổi và lọc sinh học

c. Xác định lượng cặn, bùn phát sinh từ quá trình lắng và

aerotank – SBR

12

Hình 2.4: Sơ đồ xử lý nước thải bằng công nghệ lắng tĩnh và SBR

2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm a. Mô hình khảo sát khả năng sinh khí, tốc độ phân hủy bùn

cặn ở chế độ lên men ấm và lên men nóng – chế độ gián đoạn

Cấu tạo mô hình gồm: Thiết bị ổn định nhiệt độ (bếp cách thủy), bình phản ứng hình trụ (500ml), Hệ thống đường ống thu khí, thiết bị khuấy trộn (máy khuấy từ).

Các loại bùn, cặn nạp: cặn từ lọc xốp nổi - FSF, bùn từ lắng 2 của

quá trình lọc sinh học - HTF, bùn dư từ quá trình aerotank – SBR.

Hình 2.5: Mô hình phân hủy 500 ml

13

b. Mô hình xác định tốc độ phân hủy bùn cặn ở chế độ liên tục

Hình 2.7: Mô hình phân hủy 160 lít

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1. Phương pháp thống kê 2.3.2. Phương pháp khảo sát 2.3.3. Phương pháp mô hình 2.3.4. Phương pháp phân tích 2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu & đánh giá kết quả

14 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU & THẢO LUẬN

3.1. TÍNH CHẤT, THÀNH PHẦN TẠP CHẤT TỪ HỆ THỐNG XLNT

3.1.1 Lưu lượng nước thải

Hình 3.1: Biểu đồ lưu lượng nước thải theo giờ Lưu lượng nước thải về không điều hòa trong ngày, lưu lượng thấp nhất là 886,7 m3/h và lưu lượng lớn nhất là 1760,9 m3/h, tổng lưu lượng nước thải dao động trong khoảng 37.000 - 39.000m3/ngđ.

3.1.2 Lượng tạp chất giữ lại tại song chắn rác Tạp chất từ song chắn rác bao gồm: Túi ni lon, vỏ chai nhựa, cỏ cây, bùn cặn, mỡ. Trong đó các bao bì, túi nilong tại song chắn có khối lượng lớn nhất, còn lại tồn tại ở dạng mảng kết dính, có màu đen và nổi lên trên bề mặt.

15

Hình 3.2: Lượng rác tách ra tại mỗi song chắn rác theo ngày

Bảng 3.3: Thành phần rác tại song chắn rác

STT Thành phần Phần trăm (%)

1 Hữu cơ khó phân hủy Túi ni lon, Nhựa 86,4

Các tạp chất có kích thước lớn này định kỳ được thu gom lưu trữ trong các thùng rác và vận chuyển để thải bỏ bởi công ty Môi trường đô thị nhằm hạn chế phát sinh mùi hôi tại khu vực hệ thống xử lý, ảnh hưởng đến môi trường không khí xung quanh.

2 13,6 Hữu cơ có khả năng phân hủy Cỏ cây, bùn cặn, mỡ

3.1.3. Khối lượng bùn cặn phát sinh từ hệ thống

Các loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống XLNT được xác định bằng cách sử dụng mô hình trình diễn xử lý nước thải chi phí thấp của Metawater (công nghệ lọc xốp nổi và lọc sinh học) và thiết lập mô hình vật lý mô phỏng quá trình lắng tĩnh và sinh hóa hiếu khí Aerotank (SBR). Lượng bùn cặn tách ra tại các công trình được thể hiện tại hình 3.8.

16

Hình 3.8: Tổng hợp lượng tạp chất tách ra tại các công trình - Bùn cặn tách ra từ công trình cơ học có số lượng lớn hơn công trình sinh học từ 1,7 - 2,6 lần, bùn phát sinh từ quá trình lắng tĩnh lớn nhất: 38 kg/1000 m3, cặn phát sinh từ công trình lọc sinh học - HTF nhỏ nhất: 13 kg/1000 m3.

- Tổng lượng bùn cặn phát sinh từ quá trình lắng tĩnh và quá trình làm thoáng aeroten theo mẻ là 56 g/m3 nước thải, lớn hơn so với bùn cặn phát sinh từ quá trình lọc xốp nổi và quá trình lọc sinh học tốc độ cao là 47 g/m3 nước thải.

3.1.4. Tính chất thành phần của các loại cặn Bảng 3.4: Thành phần bùn cặn tách ra từ các công trình xử lý

Bùn, cặn

COD (mg/l)

Độ kiềm (mgCaCO3/l)

Độ ẩm (%)

N- NH4 (mg/l)

P - PO4 (mg/l)

Độ tro (%)

430 - 610

11800 - 16300

295 - 407,5

98,3 - 135,8

97,9 - 98,2

38,3 -55,3

410-640

10200 - 32000

255- 762,5

85 - 266,5

96,7 - 98,6

38,6 -49

Cặn từ mô hình lọc xốp nổi _ FSF Bùn từ quá trình lọc sinh học - HTF

17

Bùn, cặn

COD (mg/l)

Độ kiềm (mgCaCO3/l)

Độ ẩm (%)

Độ tro (%)

N- NH4 (mg/l)

P - PO4 (mg/l)

460-710

40,3 -48,3

97,2 - 98,6

100 - 250,6

300- 672,5

14600 - 30100

450-530

99- 99,1

18,5 -31,9

7600 - 9600

63,3 - 80

190 - 240

Cặn từ quá trình lắng tĩnh Bùn dư từ SBR - Các loại bùn, cặn tách ra từ các công trình xử lý có chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy, độ tro dao động từ 38 – 55% (trừ bùn sinh học SBR 18-32%). Nguyên nhân là do hệ thống thu gom nước thải là hệ thống chung tuyến cống thu gom dài, một phần chất hữu cơ đã phân hủy trong quá trình vận chuyển.

- Độ kiềm dao động từ 410 – 710 mg/l và độ ẩm dao động từ 96,7 – 99,1%, Tỷ lệ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng C:N:P ≈ 120:3:1. Qua đó, đánh giá sơ bộ cặn thu hồi tại HTXLNT có thể được xử lý bằng phương pháp phân hủy kỵ khí.

3.2. XÁC ĐịNH THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH Ở CHẾ ĐỘ LÊN MEN ÂM VÀ LÊN MEN NÓNG

Kết quả tính toán các thông số thực nghiệm, sản lượng khí của các

mô hình được thể hiện tại hình 3.10 và bảng 3.7.

Hình 3.10: Tổng lượng khí sinh ra khi kết thúc thí nghiệm

18

Bảng 3.7: Thông số thực nghiệm và sản lượng khí sinh ra

STT Mô Hình

CHC phân hủy (g)

Thể tích khí (ml)

Sản lượng khí (ml/gCHC)

Thời gian lưu (d)

MH 1

FSF - 55

3,4

1039

308

12

MH 2 HTF - 55

3,4

990

294

14

MH 3

SBR - 55

2,3

498

217

14

MH 4

FSF - 35

3,3

916

271

15

MH 5 HTF - 35

3,3

902

267

16

MH 6

SBR - 35

2,2

413

180

16

- Từ kết quả vận hành mô hình gián đoạn 500ml ta nhận thấy các loại bùn cặn đều có khả năng phân hủy, ở chế độ nóng 550C thời gian thích nghi của bùn dài (4 ngày), ở chế độ ấm 350C thời gian thích nghi ngắn (1 - 2 ngày). Tuy nhiên thời gian phân hủy chất hữu cơ ở giai đoạn sau đó của bùn cặn ở chế độ nóng lại ngắn, và ngắn nhất là 10 ngày đối với cặn - FSF.

- Thời gian lưu cặn - FSF là 12 ngày ở chế độ nóng và 14 ngày ở chế độ ấm. Bùn - HTF và bùn - SBR có thời gian lưu 15 ngày ở chế độ nóng và 16 ngày ở chế độ ấm.

- Sản lượng khí của các loại bùn cặn tương ứng ở chế độ nóng cao hơn chế độ ấm do lúc này vi sinh vật kỵ khí thích nghi ở chế độ nóng sử dụng được tối đa chất hữu cơ hơn vi sinh vật ở chế độ ấm.

- Sản lượng khí lớn nhất tính trên 1 gam chất hữu cơ phân hủy là cặn FSF ở chế độ nóng (0,3 l/gCHC), thấp nhất là bùn SBR ở chế độ ấm (0,18 l/gCHC).

19

- Nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy: ta nhận thấy ở chế độ nóng cho sản lượng khí cao hơn, thời gian phân hủy chất hữu cơ ngắn hơn, tuy nhiên yêu cầu phải gia nhiệt thường xuyên, tốn năng lượng và khó khăn trong kiểm soát vận hành, trong khi đó đối với chế độ ấm cho sản lượng khí thấp 10% và ở điều kiện khí hậu ở Việt Nam, nhiệt độ trung bình cao nên trong vận hành có nhiều thời điểm không cần phải gia nhiệt. Do đó với thực tế Việt Nam nên áp dụng với chế độ ấm 350C. 3.3. XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ PHÂN HỦY BÙN CẶN Ở CHẾ ĐỘ LIÊN TỤC

Bảng 3.8: Kết quả phân tích các thông số đầu vào và ra của bùn

cặn nạp vào mô hình.

STT

Thông số

COD (mg/l)

N - NH4 (mg/l)

Độ kiềm (mgCaCO3/l)

Độ tro (%)

Độ ẩm (%)

97,6 98,3

37 56

9800 19700

300 720

245 492,5

1

Cặn nạp vào

98

49,7

16000

550

397,4

Min Max Trung bình

Min

90,8

64,7

28900

3900

630

92

69,2

35100

4700

810

2

Cặn lấy ra

91

68

31250

4250

732,6

Max Trung bình

Bảng 3.9: Kết quả theo dõi lượng, tính chất thành phần biogas

thu được

STT Q (lít)

Tải trọng (g/lit.ngày)

Thể tích khí V (lít)

CH4 (%)

CO2 (%)

O2 (%)

Khác (%)

1

5,0

0,42

1,5

76,6

12,4

1,1

9,9

2

7,5

0,63

3,0

75,3

13,1

0,9

10,7

20

STT Q (lít)

Tải trọng (g/lit.ngày)

Thể tích khí V (lít)

CH4 (%)

CO2 (%)

O2 (%)

Khác (%)

8,0

74,1

17,6

1

7,3

3

10,0

0,84

10,0

73,1

15,2

0,9

10,8

4

15,0

1,25

11,5

72,0

15,1

0,9

12

5

20,0

1,67

Từ kết quả tính toán ta có biểu đồ hiệu suất phân hủy chất hữu

cơ theo tải trọng hình 3.11

Hình 3.11: Hiệu suất phân hủy chất hữu cơ theo tải trọng Hiệu suất phân hủy chất hữu cơ giảm dần theo sự tăng tải trọng. Cao nhất là 40,8 % ứng với tải trọng thấp nhất 0,42 g/lít.ngày; khi tải trọng tăng lên 0,63 g/lít.ngày thì hiệu suất phân hủy chất hữu cơ là 33,7 %; ở tải trọng 0,84 g/lít.ngày cho hiệu suất 29,7 %; ở tải trọng 1,25 g/lít.ngày cho hiệu suất 25,5 % và thấp nhất là 22,9 % ứng với tải trọng lớn nhất 1,67 g/lít.ngày.

Hình 3.12 thể hiện tổng lượng khí sinh ra hằng ngày theo từng tải

trọng chất hữu cơ A (gCHC/lít.ngày).

21

Hình 3.12: Lượng biogas trung bình thu được theo tải trọng

Thảo luận: Lượng biogas sinh ra tăng dần theo sự tăng tải trọng chất hữu cơ

nạp vào mô hình.

Ở tải trọng 0,42 gCHC/lít.ngày thu được lượng khí ít nhất trung bình 1,5 lít /ngày; ở tải trọng 0,63 gCHC/lít.ngày thu được 3 lít/ngày; ở tải trọng 0,84 gCHC/lít.ngày thu được 8 lít/ngày; ở tải trọng 1,25 gCHC/lít.ngày thu được trung bình 10 lít /ngày và ở tải trọng 1,67 gCHC/lít.ngày thu được lớn nhất 11,5 lít/ngày.

Hình 3.13 thể hiện sản lượng biogas thu được theo tải trọng chất

hữu cơ A (gCHC/lít.ngày).

Hình 3.13: Sản lượng biogas thu được theo tải trọng

22

Khi tăng tải trọng chất hữu cơ nạp vào mô hình thì hiệu suất phân hủy chất hữu cơ giảm, còn sản lượng biogas thu hồi của 1 g chất hữu cơ tăng từ 74 ml/g lên 261 ml/g khi tải trọng tăng từ 0,42 gCHC/lít.ngày đến 0,84 gCHC/lít.ngày; Sau đó sản lượng biogas giảm xuống còn 251 ml/g khi tải trọng tăng lên 1,67 gCHC/lít.ngày.

Từ kết quả trên ta nhận thấy với tải trọng chất hữu cơ là 0,84 gCHC/lít.ngày cho sản lượng biogas lớn nhất (269 ml/g), sau đó tăng tải trọng thì sản lượng giảm xuống lúc này do lượng chất hữu cơ vào hằng ngày lớn làm vi sinh vật tiêu thụ không hết dẫn đến sốc tải; còn ở tải trọng thấp thì lượng chất hữu cơ bị vi sinh vật tiêu thu hết và thiếu lượng chất hữu cơ, vì thế mà ở tải trọng thấp cho hiệu suất cao mà sản lượng khí thu được lại thấp, do đó trong thiết kế và thực tiễn nên vận hành ở tải trọng 0,84 gCHC/lít.ngày.

3.4. ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN CẶN TẠI TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÚ LỘC

3.4.1. Đề xuất phương án Với vấn đề hiện tại và theo quy hoạch trong tương lai TP. Đà Nẵng sẽ áp dụng công nghệ hiếu khí xử lý nước thải để giải quyết vấn đề chất lượng nước đầu ra ổn định đảm bảo tiêu chuẩn và tránh phát sinh mùi. Như vậy với công nghệ hiếu khí sẽ phát sinh lượng bùn cặn cần phải xử lý.

Theo hướng cải tạo hệ thống xử lý nước thải hiện tại việc áp dụng công nghệ aerotank theo mẻ - SBR sẽ tận dụng được 2 hồ kỵ khí làm bể thổi khí, dây chuyền đề xuất sẽ là:

23

Hình 3.15: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý

3.4.2. Tính toán các công trình xử lý bùn cặn a. Bể nén bùn b. Bể mêtan c. Sân phơi bùn

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

Thành phần tạp chất trong nước thải sinh hoạt tách ra tại song chắn rác chủ yếu là túi ni lon, cỏ cây kích thước lớn, bùn cặn, mỡ vụn. Các tạp chất có kích thước lớn và khó có khả năng phân hủy nên không thích hợp cho quá trình xử lý kỵ khí. Đề xuất phương án thu gom riêng, làm ráo nước, vận chuyển và chôn lấp hợp vệ sinh nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường.

Bùn cặn tách ra từ công trình cơ học lắng 1 và sau công trình sinh học có chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy, độ tro dao động từ 38 – 55% (bùn sinh học SBR 18-32%), độ kiềm dao động từ 410 – 710 mg/l và độ ẩm dao động từ 96,7 – 99,1%, tỉ lệ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng C:N:P ≈ 120:3:1. Qua đó chứng tỏ cặn thu hồi tại HTXLNT có thể được xử lý bằng phương pháp phân hủy kỵ khí.

24

Kết quả vận hành mô hình gián đoạn 500 ml: các loại bùn cặn đều có khả năng phân hủy. Thời gian phân hủy ở chế độ nóng 550C là 12 ngày và 16 ngày ở chế độ ấm 350C. Sản lượng khí trung bình tính trên 1 gam chất hữu cơ phân hủy ở chế độ nóng là 0,28 l/g, ở chế độ ấm là 0,19 l/g

Thông số vận hành mô hình liên tục: Ở tải trọng 0,42 gCHC/lít.ngày hiệu suất sinh khí thấp 74 ml/g, ở tải trọng 1,67 gCHC/lít.ngày mô hình có hiện tượng sốc tải. Do đó trong thực tiễn và thiết kế nên vận hành ở tải trọng 0,84 gCHC/lít.ngày, thời gian lưu nước là 8 ngày, thời gian lưu bùn 18 ngày cho sản lượng biogas lớn nhất 0,27 ml/g, hiệu suất phân hủy chất hữu cơ 29,7 %.

Thành phần khí sinh học gồm CH4 = 60-70 % O2 = 0,7 - 1,8 %; CO2 = 7,1 - 20,8 %. Khí sinh học có khả năng cháy và tỏa ra nhiệt lượng cao.

2. KIẾN NGHỊ

Đề tài chưa tiến hành thực nghiệm xác định khả năng sinh khí của tất cả các loại bùn cặn phát sinh từ hệ thống trong trường hợp nạp liệu liên tục. Do vậy, cần có những bước nghiên cứu tiếp theo như sau:

1. Nghiên cứu xác định khả năng sinh khí của bùn, cặn trong trường hợp nạp liệu liên tục, thực nghiệm với hỗn hợp cặn lắng tĩnh – bùn hoạt tính dư sau aerotank và cặn lọc xốp nổi – màng vi sinh vật sau lọc sinh học.

2. Nghiên cứu biện pháp lọc các tạp chất trong biogas để nâng cao

nhiệt trị của khí (trong trường hợp nạp liệu liên tục).

3. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn: Xây dựng hệ thống xử lý bùn cặn tại các trạm XLNT đô thị trong địa bàn thành phố Đà Nẵng nói riêng và tại Việt Nam nói chung góp phần hoàn thiện công nghệ xử lý nước thải theo hướng bền vững, giảm thiểu lượng bùn cặn đi chôn lấp, giải quyết vấn đề năng lượng trong tương lai.