Nghiên cứu tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm và phân hủy yếm khí bùn thải từ trạm xử lý nước thải Sơn Trà – Đà Nẵng kết hợp thu hồi Biogas
Lý do chọn đề tài
Trong những năm qua, Đà Nẵng đã có bước phát triển vượt bậc về tăng trưởng kinh tế và xây dựng đô thị để trở thành một trong những đô thị hiện đại nhất ở Việt Nam. Đi kèm với sự phát triển kinh tế xã hội, mở rộng không gian đô thị của thành phố là nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải sinh hoạt. Việc xây dựng các trạm xử lý nước thải là điều kiện bắt buộc đối với thành phố để đảm bảo nước thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn cho phép. Tuy nhiên, càng nhiều các trạm xử lý nước thải được xây dựng và hoạt động thì lượng bùn thải hữu cơ thải ra từ các trạm này càng nhiều.
Bùn cặn phát sinh từ các quá trình xử lý nước thải có độ ẩm cao, chứa nhiều chất hữu cơ có thể phân hủy được bằng phương pháp sinh học. Ở Việt Nam, Bùn thải chủ yếu được xử lý bằng ép loại nước, phơi khô, đổ bỏ hay chôn lấp, chỉ một lượng nhỏ được làm phân bón. Việc đổ bỏ, chôn lấp bùn thải đã đang gây ô nhiễm môi trường, lãng phí tài nguyên môi trường.
Trong lĩnh vực xử lý bùn thải, Giai đoạn tiền xử lý là giai đoạn rất quan trọng, liên quan chặt chẽ đến hiệu suất phân hủy, hiệu suất tạo biogas và thời gian lưu của toàn bộ quá trình. Quá trình phân hủy yếm khí liên quan tới hàng loạt các bước như thủy phân, lên men axít, hình thành axít và mêtan. Rất nhiều nhà nghiên cứu đều cho rằng quá trình thủy phân là một bước hạn chế trong phân hủy bùn yếm khí bởi vì cấu trúc phức tạp của bông bùn (như các hợp chất màng tế bào, polymer) và thành phần rắn của thành tế bào, dẫn đến cần kéo dài thời gian xử lý, phần chất rắn hữu cơ dễ phân hủy thấp và hiệu suất hình thành tạo biogas không như kỳ vọng. Để gia tăng tốc độ thủy phân và nâng cao sản lượng biogas ở công đoạn sau, rất nhiều lựa chọn cho quá trình tiền xử lý bùn như cơ học, nhiệt, hóa học, sinh học.
Trên cơ sở đó, tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm và phân hủy yếm khí bùn thải từ trạm xử lý nước thải Sơn Trà – Đà Nẵng kết hợp thu hồi Biogas” nhằm xác định các thông số của quá trình phân hủy yếm khí bùn sau tiền xử lý bằng siêu âm, hiệu quả thu hồi biogas; làm cơ sở cho các giải pháp xử lý bùn thải tại trạm xử lý nước thải Sơn Trà.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát
- Hoàn thiện quy trình công nghệ xử lý bùn thải hữu cơ kết hợp thu hồi khí sinh học phù hợp với điều kiện thực tế.
- Hình thành và phát triển các mô hình tái chế chất thải, tái sử dụng năng lượng, hướng đến mục tiêu phát triển bền vững của thành phố Đà Nẵng, xây dựng Đà Nẵng – Thành phố Môi trường.
Mục tiêu cụ thể
- Khảo sát về hiện trạng phát sinh, quản lý, thành phần và tính chất bùn tại Trạm XLNT Sơn Trà.
- Khảo sát khả năng tác dụng của sóng siêu âm trong quá trình tiền xử lý bùn đến hàm lượng hữu cơ hòa tan (SCOD) tại tần số 26kHz với các mức năng lượng khác nhau và Hiệu suất sinh biogas.
- Hoàn thiện quá trình phân hủy yếm khí bùn kết hợp tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm tại trạm XLNT Sơn Trà;
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Bùn phát sinh từ trạm XLNT Sơn Trà;
- Mô hình tiền xử lý bùn bằng siêu âm;
- Mô hình phân hủy bùn bằng phương pháp yếm khí;
Phạm vi nghiên cứu
- Bùn sau bể nén của trạm xử lý nước thải Sơn Trà – Đà Nẵng;
- Các thông số của quá trình công nghệ tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm: mức năng lượng siêu âm; Sự thay đổi thông số chất hữu cơ hòa tan (SCOD) và Hiệu suất sinh biogas.
- Các thông số của quá trình phân hủy yếm khí bùn thải sau tiền xử lý bằng phương pháp siêu âm: tốc độ phân hủy bùn; hiệu suất phân hủy chất hữu cơ; sản lượng CH4 thu được.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê
- Phương pháp quan trắc và phân tích
- Phương pháp mô hình
- Phương pháp xử lý số liệu
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Số liệu và kết quả có được có thể làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu và là cơ sở tính toán, thiết kế các công trình liên quan đến xử lý bùn thải tại các trạm XLNT đô thị.
Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả đề tài là cơ sở thiết thực hỗ trợ cho việc tính toán, thiết kế và vận hành HTXL bùn tại trạm XLNT Sơn Trà đạt hiệu quả cao, thu hồi khí sinh học, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Cấu trúc của luận văn
Chương II. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương III. Kết quả nghiên cứu
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
Bùn thải
Khái niệm, nguồn gốc phát sinh
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.
Tại quy định tại Điều 25 Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của Chính phủ về thoát nước và xử lý nước thải, Bùn thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh, mức độ ô nhiễm và theo ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước thải.
Đặc điểm và tính chất
Thành phần của các loại bùn thải rất khác nhau, bùn thải từ mạng lưới thoát nước và bùn nạo vét kênh rạch chứa chủ yếu là cát và đất trong khi bùn thải từ các trạm/ nhà máy XLNT và từ bể tự hoại chứa chủ yếu là các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, có các vi khuẩn có thể gây độc cho môi trường vì thế cần có biện pháp xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
Các phương pháp xử lý bùn cặn
- Phương pháp làm khô bùn cặn.
- Phương pháp phân hủy kỵ khí.
Hiện trạng quản lý, xử lý bùn thải tại Việt Nam
Hiện trạng phát sinh
Hiện nay, chưa có số liệu thống kê đầy đủ về phát sinh bùn thải trên phạm vi cả nước, các số liệu về bùn thải thường tập trung liên quan đến bùn thải từ bể tự hoại và bùn thải từ hệ thống thoát nước tại các đô thị. Khối lượng bùn thải được dự báo dựa vào hệ số phát sinh bùn.
Thu gom và xử lý
Hiện nay, bùn thải từ hoạt động nạo vét cống rãnh, kênh rạch và bùn bể tự hoại được vận chuyển bằng xe chuyên dụng và xà lan (bùn nạo vét kênh rạch). Công tác nạo vét bùn từ mạng lưới thoát nước nhiều đô thị vừa và nhỏ vẫn còn sử dụng phương pháp thủ công, nhiều đô thị lớn bước đầu sử dụng cơ giới hóa. Phương pháp thủ công có năng suất thấp, không an toàn và gây nguy hại đến sức khỏe công nhân thoát nước
Quản lý nhà nước về bùn thải từ HTTN, công trình vệ sinh
Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của Chính phủ về Thoát nước và XLNT đã có một số điều quy định chi tiết về quản lý bùn thải từ HTTN; quản lý bùn thải từ bể tự hoại cũng như các quy định về tái sử dụng bùn thải. Đây là văn bản pháp lý quan trọng để quản lý lĩnh vực này.
Hiện trạng quản lý và xử lý bùn thải tại Đà Nẵng
- Phân bùn bể phốt: lượng thu gom chỉ chiếm khoảng 30-40% tổng lượng hằng năm của thành phố. Phân bùn bể phốt sau khi thu gom tại các hộ gia đình được vận chuyển bằng các xe bồn kín đưa về khu xử lý chất thải Khánh Sơn để xử lý do Công ty CP MTĐT Đà Nẵng quản lý.
- Hiện tại, bùn thải thoát nước của thành phố Đà Nẵng chủ yếu do Công ty TN&XLNT Đà Nẵng thu gom, vận chuyển về khu xử lý CTR Khánh Sơn. Công tác thu gom bùn cặn từ HTTN chưa triệt để, còn phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng giao khoán.
Tổng quan về siêu âm
Khái niệm sóng siêu âm
Siêu âm bao gồm một loạt các sóng âm với tần số cao, bắt đầu tại 16 kHz, gần giới hạn trên của ngưỡng nghe được ở con người.
Thiết bị siêu âm
- Bộ phát điện (Electrical Generator).
- Bộ chuyển đổi (Transducer).
- Bộ phận phát (Emitter).
Nguyên lý tác động của sóng siêu âm
- Hiện tượng xâm thực khí.
- Hiện tượng vi xoáy.
Tổng quan về siêu âm
Khái niệm sóng siêu âm
Siêu âm bao gồm một loạt các sóng âm với tần số cao, bắt đầu tại 16 kHz, gần giới hạn trên của ngưỡng nghe được ở con người.
Thiết bị siêu âm
- Bộ phát điện (Electrical Generator).
- Bộ chuyển đổi (Transducer).
- Bộ phận phát (Emitter).
Nguyên lý tác động của sóng siêu âm
Tổng quan về tiền xử lý bùn
Tình hình nghiên cứu tiền xử lý bùn tại Việt Nam
Ở Việt Nam, bùn thải chủ yếu được xử lý bằng cách ép loại nước, phơi khô, đổ bỏ hay chôn lấp, chỉ một phần rất nhỏ được sử dụng làm phân bón. Hiện mới chỉ có một số công bố bước đầu về phương pháp tiền xử lý bùn trước khi đưa đi phân hủy yếm khí.
Tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm
Siêu âm (Ultrasonication) là một kỹ thuật công nghệ được ứng dụng phù hợp cho sự phân hủy bùn. Sóng siêu âm gây ra sự giãn nén theo chu kỳ và truyền qua môi trường tạo lực cắt cơ học thủy lực góp phần phá vỡ các khối bùn và giải phóng các tế bào chất.
Tổng quan về khí sinh học
Biogas hay khí sinh học 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,… Tỉ lệ CH4 trong Biogas thường dao động từ 40 – 70%.
Tổng quan về TXL Sơn Trà
– TXLNT Sơn Trà được đầu tư xây dựng để xử lý nước thải sinh hoạt cho quận Sơn Trà và nước thải của 21 công ty thành viên trong khu công nghiệp thủy sản Đà Nẵng.
– Công suất xử lý tối đa theo thiết kế: 31.650 m3/ngày, trong đó: Nước thải sinh hoạt khoảng 26.650 m3/ngày và nước thải chế biến thủy sản khoảng 5.000 m3/ngày
– Công nghệ xử lý hiện tại của TXLNT Sơn Trà là công nghệ sinh học (bể Aerotank) phát sinh lượng lớn bùn sinh học (bùn dư từ bể Aerotank). Hiện nay, biện pháp xử lý lượng bùn này đang được nhà máy áp dụng là nén, ép bùn tách nước trước khi đưa đi chôn lấp
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
– Bùn phát sinh từ quá trình xử lý của trạm XLNT Sơn Trà;
– Mô hình tiền xử lý bùn bằng siêu âm;
– Mô hình phân hủy bùn bằng phương pháp yếm khí;
Phạm vi nghiên cứu
– Bùn sau bể nén bùn của Trạm xử lý nước thải Sơn Trà.
– Thông số của tiền xử lý bùn bằng phương pháp siêu âm ở tần số 26 kHz: sự thay đổi thông số COD, SCOD.
– Các thông số: tốc độ phân hủy bùn; hiệu suất phân hủy chất hữu cơ; sản lượng CH4 thu được.
– Thời gian nghiên cứu: 6/2018 đến 12/2018.
– Địa điểm tiến hành mô hình thực nghiệm: Trung tâm Công nghệ môi trường tại Đà Nẵng – Viện Công nghệ môi trường.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Khảo sát hiện trạng phát sinh, quản lý và tính chất thành phần bùn thải của TXLNT Sơn Trà
+ Tài liệu thống kê khối lượng bùn phát sinh.
+ Số liệu được thu thập trong 1 năm.
+ Khảo sát hiện trạng công tác quản lý, xử lý bùn tại nhà máy.
+ Lấy mẫu, đánh giá chất lượng bùn.
2.2.1. Nội dung 1: Khảo sát hiện trạng phát sinh, quản lý và tính chất thành phần bùn thải của TXLNT Sơn Trà
– Thu thập số liệu, khảo sát tại nhà máy:
– Xác định tính chất, thành phần bùn tại TXLNT Sơn Trà: Lấy mẫu bùn thải tại 2 vị trí: bùn sau bể nén bùn và bùn sau máy ép bùn.
2.2.2. Nội dung 2: Xác định khả năng phân hủy yếm khí của bùn
– Thiết lập mô hình thí nghiệm xác định tốc độ phân hủy yếm khí
+ Lựa chọn chế độ lên men ấm (35 oC), Bình phân hủy: sử dụng chai thủy tinh kín khí 1000 ml.
+ Lấy bùn sau bể nén bùn của TXLNT Sơn Trà.
+ Nạp bùn kỵ khí trộn với bùn nghiên cứu với tỉ lệ bùn kỵ khí chiếm lần lượt là: 0, 10, 20 và 30%.
– Vận hành mô hình
2.2.3. Nội dung 3: Xác định thông số của quá trình tiền xử lý bùn bằng siêu âm
– Thiết lập mô hình tiền xử lý bằng siêu âm:
+ Sử dụng thiết bị siêu âm dạng bể của hãng QUAVA mini Table top ultrasonic, Nhật Bản. Tần số 26 kHz và công suất 100 W;
+ Thiết bị đo nhiệt độ, đồng hồ đo thời gian.
+ Lấy bùn sau bể nén bùn của TXLNT Sơn Trà.
– Vận hành mô hình:
2.2.4. Nội dung 4: Xác định hiệu suất phân hủy bùn sau tiền xử lý bằng siêu âm
– Thiết lập thí nghiệm
+ Thiết bị sử dụng: mô hình phân hủy yếm khí của hãng Miyamoto – Nhật, Model AF-10-2. Thiết bị này bao gồm các bộ phận: 01 bảng điều khiển toàn hệ thống; 01 bể điều nhiệt; 02 buồng phản ứng; 02 thiết bị lưu khí; 02 mô tơ gắn với cánh khuấy; 02 thiết bị đo khí tự động; các van xả khí và đồng hồ đo áp suất của buồng phản ứng.
+ Thí nghiệm được tiến hành tại 02 buồng phản ứng, trong đó 01 buồng phản ứng được sử dụng để làm mẫu đối chứng (không áp dụng phương pháp tiền xử lý).
+ Tiền xử lý bùn: sử dụng mô hình tại nội dung 3.
– Vận hành mô hình:
2.2.5. Nội dung 5. Xác định hiệu suất phân hủy bùn sau quá trình tiền xử lý bằng siêu âm ở chế độ liên tục
– Thiết lập mô hình thực nghiệm phân hủy bùn sau tiền xử lý (siêu âm) ở chế độ liên tục:
+ Mô hình có dạng hình trụ làm bằng thép đường kính 400 mm, chiều cao 1800 mm, có cánh khuấy trộn, có phễu nạp bùn cặn, bố trí các van xả nước đầu ra, van xả bùn đáy, ống thu khí.
+ Tổng thể tích mô hình là 150 lít.
– Vận hành mô hình
2.2.5. Đề xuất phương án công nghệ:
+ Từ các kết quả nghiên cứu kết hợp với các tài liệu thu thập liên quan, đề tài đi đến đề xuất phương án công nghệ xử lý bùn phát sinh từ xử lý nước thải tại nhà máy kết hợp thu hồi biogas.
2.3.2. Phương pháp quan trắc và phân tích
Xây dựng mô hình tại phòng thí nghiệm và mô hình thực nghiệm tại khuôn viên Trung tâm Công nghệ môi trường tại Đà Nẵng – Viện Công nghệ môi trường để xác định hiệu suất xử lý của quá trình tiền xử lý và phân hủy yếm khí bùn.
2.3.4. Phương pháp tính toán, xử lý số liệu và đánh giá kết quả
– Kết quả phân tích được thống kê và xử lý biểu đồ, đồ thị bằng phần mềm Microsoft Exel.
– Toàn bộ kết quả của quá trình thực nghiệm đều được lấy giá trị trung bình và có độ lặp lại 3 lần.
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Thực trạng phát sinh, xử lý và tính chất, thành phần bùn thải trạm xử lý nước thải sơn trà
Với công nghệ sinh học sử dụng trong quá trình xử lý nước thải (công nghệ bùn hoạt tính) tại Trạm xử lý nước thải Sơn Trà thì lượng bùn phát sinh phụ thuộc vào tính chất và lưu lượng nước thải đầu vào Trạm xử lý. Trong quá trình xử lý nước thải của TXL Sơn Trà phát sinh: Cát từ bể lắng cát và bùn sinh học sau bể nén bùn.
+ Cát tách ra với khối lượng trung bình 0,5 – 1,0 m3/ngày.
+ Bùn tại bể nén bùn: bao gồm bùn cặn phát sinh từ bể tuyển nổi và Bùn hoạt tính hiếu khí dư từ bể lắng II. Trong đó bùn hoạt tính hiếu khí dư (từ bể lắng II) chiếm 98 – 99% tổng lượng bùn tại bể nén.
+Bùn sau khi được tác nước tại bể nén sẽ được bơm qua máy ép bùn ly tâm. Bùn sau ép được công ty Cổ phần môi trường Đô thị Đà Nẵng vận chuyển lên bãi rác Khánh Sơn để chôn lấp.
Lượng bùn phát sinh tại TXL có sự biến động và khác biệt lớn giữa các tháng trong năm, cụ thể như sau:
+ Từ tháng 4 đến tháng 9: bùn lỏng (sau bể nén) phát sinh trung bình khoảng 427 m3/ngày; bùn khô trung bình 145 tấn/tháng.
+ Từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau: bùn lỏng (sau bể nén) phát sinh trung bình khoảng 209 m3/ngày; bùn khô (sau máy ép) được vận chuyển đi chôn lấp trung bình 75 tấn/tháng.
– Bùn chứa lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: đối với bùn lỏng (COD 12,01 – 12,93 g/l; độ tro: 20,6 – 28,1%), độ ẩm từ 97,92 – 98,17%.
– Bùn sau ép ở trạng thái vón cục (bổ sung thêm polyme) và độ ẩm thấp (76,15 – 79,53%), rất thuận tiện cho việc vận chuyển, nhưng gây khó khăn trong việc đảo trộn bùn khi phân hủy.
3.2. Xác định khả năng phân hủy yếm khí của bùn
Thông số vận hành của mô hình xác định khả năng phân hủy yếm khí bùn ở chế độ lên men ấm được thể hiện tại.
– Sản lượng biogas sinh ra tính trên 1 gam chất hữu cơ trung bình 235 ml.
– Đối với mô hình MH1 không có bùn mồi kỵ khí, thì thời gian phân hủy dài 26 ngày, thời gian thích nghi dài (5 ngày).
– Đối với mô hình MH2 có tỉ lệ bùn mồi 10% thì thời gian phân hủy giảm còn 19 ngày, thời gian thích nghi 3 ngày.
– Đối với mô hình MH3 có tỉ lệ bùn mồi 20% thời gian phân hủy giảm còn 15 ngày, thời gian thích nghi bùn 2 ngày.
– Đối với mô hình MH4 có tỉ lệ bùn mồi 30% thời gian phân hủy giảm còn 12 ngày, thời gian thích nghi bùn 2 ngày.
3.3. Xác định ảnh hưởng của tiền xử lý siêu âm đến khả năng hòa tan bùn ở tần số 26 kHz
Thông số chất lượng bùn sau bể nén bùn TXL Sơn Trà trước khi tiền xử lý bằng siêu âm ở tần số 26kHz có hàm lượng TS là 18,28 g/l, chất hữu cơ hòa tan SCOD rất thấp 0,072 g/l
– Nồng độ chất hữu cơ hòa tan SCOD tăng dần theo thời gian siêu âm từ 72 mg/l lên đến 1.447 mg/l ứng với mức năng lượng 13 KJ/g TS. Điều này chứng tỏ khi thời gian siêu âm dài hoặc mức năng lượng siêu âm cung cấp lớn dần sẽ làm phá vỡ cấu trúc phức tạp của bông bùn, cụ thể như các hợp chất màng tế bào tạo điều kiện giải phóng chất nội bào vào pha nước dẫn đến SCOD tăng lên
3.4. Xác định thông số tốc độ phân hủy bùn sau siêu âm ở chế độ gián đoạn (lên men ấm)
Kết quả theo dõi tổng lượng khí sinh ra tại mô hình phân hủy yếm khí AF-10-2 khi kết thúc thí nghiệm như sau:
– Thời gian thích nghi và bắt đầu phân hủy của mẫu bùn tiền xử lý và mẫu đối chứng là như nhau (2 ngày). Tuy nhiên, bắt đầu từ ngày thứ 4 có sự tăng lên về lượng khí sinh ra giữa mẫu bùn tiền xử lý và mẫu đối chứng. Tổng lượng biogas thu được tại mẫu bùn có tiền xử lý bằng siêu âm cao hơn mẫu đối chứng là 14,5%.
Sản lượng khí sinh ra tính trên 1 gam chất hữu cơ đối với bùn tiền xử lý là 0,27 lít và ở bùn đối chứng là 0,22 lít. Điều này đã làm sáng tỏ tác động của sóng siêu âm đến hiệu suất loại bỏ thông số hữu cơ, tăng sản lượng sinh biogas lên 22,7% .
– Thành phần CH4 trong biogas của mô hình bùn tiền xử lý là 47,8 – 68,1% cao hơn so với mô hình đối chứng là 33,2 – 61,2%.
3.5. Xác định thông số tốc độ phân hủy bùn sau siêu âm ở chế độ liên tục
Kết quả tính toán thông số vận hành mô hình phân hủy yếm khí bùn sau tiền xử lý bằng siêu âm ở tần số 26 kHz (năng lượng siêu âm SE=3.000 ± 434 kJ/kg TS, tương ứng thời gian siêu âm 30 phút) ở chế độ liên tục như sau:
– Độ ẩm của bùn đầu ra giảm trung bình từ 98,1 % xuống còn 96,7 %, độ tro tăng trung bình từ 24,3 lên 60,2 %; độ kiềm của bùn tăng lên trung bình từ 290 mgCaCO3/lít lên 3800 mgCaCO3/lít, điều này minh chứng cho quá trình phân hủy chất hữu cơ đã diễn ra trong mô hình, đồng thời diễn ra quá trình nén bùn
– Khi vận hành tải trọng 0,6 gCHC/lít.ngày, nước thải tách ra có nồng độ COD: 168 – 237 mg/l; SS: 102 – 169 mg/l; Khi tăng tải lên 0,9 gCHC/lít.ngày, COD,SS của nước đầu ra tăng lên lần lượt 25% và 61,5%. Điều này phù hợp với hiệu suất phân hủy yếm khí bùn, khi vận hành ở tải trọng 0,6 gCHC/lít.ngày, lượng chất hữu cơ đưa vào ít so với khả năng phân hủy (hay nhu cầu tiêu thụ) của lượng vi sinh trong bể, khi đó hiệu quả phân hủy chất hữu cơ cao. Tuy nhiên, vận hành với tải trọng lên đến 1,2 và 1,4 gCHC/lít.ngày, khi đó lượng thức ăn đưa vào bể nhiều hơn khả năng tiêu thụ, dẫn đến quá tải và hiệu suất phân hủy thấp, nước tách ra có COD cao (322 – 546 mg/l) và bùn cũng bị cuốn đi cùng với nước, thể qua nồng độ chất lơ lửng SS từ 233 – 466 mg/l.
– Hiệu suất phân hủy chất hữu cơ giảm dần theo sự tăng tải trọng. Cao nhất là 48,91 % ứng với tải trọng thấp nhất 0,6 gCHC/lít.ngày; khi tải trọng tăng lên 0,9 gCHC/lít.ngày thì hiệu suất phân hủy chất hữu cơ là 35,18 %; ở tải trọng 1,2 gCHC/lít.ngày cho hiệu suất 27,46 %; tải trọng 1,4 gCHC/lít.ngày hiệu suất 25,03 %.
– Lượng biogas sinh ra tăng dần theo sự tăng tải trọng chất hữu cơ nạp vào mô hình. Ở tải trọng 0,6 gCHC/lít.ngày thu được lượng khí ít nhất trung bình 7,71 lít/ngày; ở tải trọng 0,9 gCHC/lít.ngày thu được 13,35 lít/ngày; ở tải trọng 1,2 gCHC/lít.ngày thu được 14,35 lít/ngày; ở tải trọng 1,4 gCHC/lít.ngày thu được trung bình 15,47 lít/ngày.
– Khi tăng tải trọng chất hữu cơ nạp vào mô hình thì sản lượng biogas thu được của 1 g chất hữu cơ tăng từ 0,182 l/g lên 0,306 l/g khi tải trọng tăng từ 0,6 gCHC/lít.ngày đến 0,9 gCHC/lít.ngày; Sau đó sản lượng biogas giảm xuống còn 0,297l/g khi tải trọng tăng lên 1,4 gCHC/lít.ngày
– Thành phần khí mêtan trong biogas tăng dần từ lúc khởi động mô hình cho đến lúc ổn định, lúc ổn định thành phần CH4 chiếm trên 60% thể tích khí thu được trong thời gian vận hành liên tục mô hình.Biogas thu được từ quá trình vận hành được đốt kiểm nghiệm, kết quả biogas có khả năng cháy, cho ngọn lửa màu xanh và tỏa ra nhiệt.
– Chất lượng bùn thải sau khi kết thúc quá trình phân hủy yếm khí có hàm lượng chất dinh dưỡng cao: T-N = 530,5 – 726,3 mg/l; T-P = 187,7 – 240,8 mg/l và so sánh với QCVN 50:2013/BTNMT thì các thông số kim loại không vượt mức quy định về ngưỡng nguy hại. Lượng bùn này có thể được tiếp tục tận dụng cho các mục đích như composting.
3.6. Đề xuất phương án công nghệ xử lý bùn phát sinh tại trạm xử lý sơn trà
Xuất phát từ thực trạng nhà máy:
(1). Dây chuyền công nghệ xử lý (công nghệ sinh học hiếu khí – Aerotank) đang áp dụng tại nhà máy sẽ phát sinh lượng bùn sinh học (bùn dư từ bể lắng II) có lượng hữu cơ cao, phù hợp cho quá trình phân hủy yếm khí bùn và thu hồi năng lượng tái tạo biogas.
(1). Nguồn nước thải đầu vào TXL có sự biến động về nồng độ chất ô nhiễm (đặc biệt là nước thải thủy sản), phụ thuộc vào hệ thống thu gom và hoạt động sản xuất của các nhà máy trong KCN dịch vụ thủy sản Đà Nẵng dẫn đến lượng bùn sinh hoạt phát sinh biến động lớn theo thời gian giữa các tháng trong năm.
(3). Bùn phát sinh được đua qua bể nén bùn tách nước một phần, sau đó bùn được bơm qua máy ép bùn ly tâm, bùn sau máy ép được hợp đồng với công ty Cổ phần môi trường Đô thị Đà Nẵng đi chôn lấp tại bãi rác Khánh Sơn; Tuy nhiên, trong thời gian qua, vấn đề ô nhiễm nước rỉ rác tại bãi rác Khánh Sơn đã trở nên nghiêm trọng, gây bức xúc xã hội. Vì vậy việc duy trì dịch vụ này không được thường xuyên, dẫn đến bùn tại bể nén đầy. Tiềm ẩn nguy cơ chất lượng nước sau xử lý không đạt quy chuẩn, ảnh hưởng đến môi trường.
Tác giả đề xuất phương án xử lý, ổn định bùn (phân hủy yếm khí có hoặc không qua công đoạn tiền xử lý bùn bằng siêu âm); thu hồi năng lượng tái tạo, cụ thể như sau:
+ Bùn phát sinh tại TXL gồm có bùn hoạt tính dư từ bể lắng thứ cấp và bùn cặn từ quá trình tuyển nổi (xử lý nước thải thủy sản) được đưa về bể nén bùn (hiện hữu tại nhà máy) để tách nước như hiện trạng thực tế. Bùn sau nén có độ ẩm trung bình 98% được xử lý theo 3 dòng:
+ Dòng (1), Bùn sau bể nén bùn được đưa trực tiếp qua bể phân hủy yếm khí (bể mê tan) để phân hủy, ổn định bùn, và thu hồi biogas. Nếu không có sự cố, Dòng (1) sẽ được vận hành thường xuyên trong hệ thống. Bể mê tan được tính toán thiết kế với lưu lượng bùn đưa vào bể là 427 m3/ng.đ (tương đương với lượng bùn phát sinh trung bình từ tháng 4 – 9 hàng năm).
– Dòng (2), Bùn sau bể nén bùn được đưa qua công đoạn tiền xử lý bùn bằng siêu âm ở tần số 26 kHz (năng lượng siêu âm SE=3.000±434 kJ/kg TS) trước khi đưa qua bể mê tan để phân hủy. Dòng này được vận hành khi lượng bùn phát sinh trong ngày lớn hơn 427 m3, Lượng bùn chênh lệch giữa ngày phát sinh với lượng trung bình được đi qua cụm thiết bị siêu âm.
– Dòng (3), Bùn sau bể nén bùn được đưa trực tiếp qua máy ép bùn. Trường hợp vận hành đối với dòng này là khi bể mê tan gặp sự cố, cần có thời gian khắc phục sửa chữa hoặc tạm dừng để bảo trì, bảo dưỡng. Bùn phát sinh sẽ được ép và vận chuyển đi xử lý.
Bùn sau bể phân hủy mê tan được chuyển tới máy ép bùn để tiếp tục làm khô và cuối cùng bùn được vận chuyển tới bãi chôn lấp chất thải rắn hoặc làm phân vi sinh. Biogas thu được làm sạch khí (loại bỏ H2S) trước khi dùng cho máy phát điện. Điện thu được phục vụ ngược trở lại cho Nhà máy sử dụng. Nước tách ra sau bể nén bùn, bể mê tan, máy ép bùn được thu gom và đưa về trạm bơm nước thải đầu vào.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Luận văn đã thực hiện được các nội dung cơ bản sau:
– Khối lượng bùn phát sinh (sau bể nén) từ quá trình xử lý nước thải tại TXL Sơn Trà phụ thuộc vào chất lượng nước thải đầu vào, quy trình vận hành và có sự biến động lớn:
+ Từ tháng 4 đến tháng 9: bùn lỏng (sau bể nén) phát sinh trung bình khoảng 427 m3/ngày, cao nhất 540 m3/ngày (tháng 5); bùn khô (sau máy ép) được vận chuyển đi chôn lấp trung bình 145 tấn/tháng.
+ Từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau: bùn lỏng (sau bể nén) phát sinh trung bình khoảng 209 m3/ngày, cao nhất 320 m3/ngày; bùn khô (sau máy ép) được vận chuyển đi chôn lấp trung bình 75 tấn/tháng.
– Nhà máy đã có giải pháp tách ẩm: ép bùn (tách nước) để đưa đi chôn lấp bởi đơn vị cung cấp dịch vụ là công ty Cổ phần môi trường Đô thị Đà Nẵng.
– Bùn sau bể nén bùn của TXL Sơn Trà chứa lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (COD 12,01 – 12,93 g/l; độ tro: 20,6 – 28,1%), Bên cạnh đó, còn có thành phần chất dinh dưỡng T-N, T-P; không có thành phần nguy hại. Qua đó có thể đánh giá bùn phát sinh phù hợp cho quá trình xử lý bằng phương pháp phân hủy yếm khí và thu hồi biogas. Sản lượng khí thu được là 0,235 l/g COD. Tuy nhiên, lượng chất hữu cơ dạng hòa tan (SCOD) có giá trị thấp 0,072 g/l nên áp biện pháp kỹ thuật tiền xử lý bùn bằng siêu âm sẽ tăng khả năng phân hủy bùn là phù hợp.
– Bùn được tiền xử lý bùn bằng siêu âm tại tần số 26 kHz trong 120 phút, nồng độ SCOD tăng dần theo thời gian siêu âm từ 72 mg/l lên đến 1.447 mg/l ứng với mức năng lượng 13 KJ/g TS.
– Kết quả vận hành mô hình gián đoạn phân hủy yếm khí với mức năng lượng SE = 3.282 kJ/kg TS tại tần số 26 kHz ở chế độ lên men ấm 35oC cho thấy: lượng biogas thu được tại mẫu bùn tiền xử lý bằng siêu âm cao hơn mẫu đối chứng là 14,5%. Thành phần CH4 trong biogas của mô hình bùn tiền xử lý là 47,8 – 68,1%, thời gian phân hủy bùn là 14 ngày, mô hình đối chứng là 17 ngày
– Đối với bùn sau nén tại TXL Sơn Trà sau khi qua tiền xử lý (siêu âm ở tần số 26 kHz, năng lượng siêu âm SE=3.000±434 kJ/kg TS), bùn được phân hủy yếm khí ở tải trọng 0,9 gCHC/lít.ngày cho hiệu suất phân hủy 35,18%, lượng biogas thu được là 306 ml/gCHC.
– Bùn sau bể phân hủy mê tan được chuyển tới máy ép bùn để tiếp tục làm khô và cuối cùng bùn được vận chuyển tới bãi chôn lấp. Biogas thu được làm sạch khí (loại bỏ H2S) trước khi dùng cho máy phát điện. Điện thu được phục vụ ngược trở lại cho Nhà máy sử dụng.
KIẾN NGHỊ
Sau khi hoàn thành luận văn, tác giả có những kiến nghị sau:
– Đề tài được tiến hành trong thời gian tương đối ngắn và thí nghiệm ở dạng mô hình thu nhỏ nên còn một số hạn chế nhất định. Do vậy, trong quá trình áp dụng kết quả đề tài vào việc tính toán thiết kế, vận hành thực tế tại TXL Sơn Trà, cần có thêm các nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng khác.
– Áp dụng công nghệ tiền xử lý bùn bằng siêu âm kết hợp với phân hủy yếm khí bùn thải của các TXLNT đô thị tại Đà Nẵng là cần thiết, hướng đến thu hồi tài nguyên và giảm phát thải khí nhà kính trong tương lai, Và cần phải có nhiều nghiên cứu sâu chuyên sâu hơn các yếu tố ảnh hưởng của tiền xử lý bùn bằng siêu âm đến khả năng phân hủy yếm khí để lựa chọn điều kiện tối ưu khi áp dụng thực tế.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT MOI TRUONG\NGUYEN VIET THOAN\TOM TAT
