Luận văn thạc sĩ công nghệ môi trường đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng đề xuất giải pháp cải thiện và xây dựng hệ thống quản lý năng lượng tại trạm xử lý nước thải khu chế xuất tân thuận

Luận văn thạc sĩ đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng, đề xuất giải pháp cải thiện và xây dựng hệ thống quản lý năng lượng tại trạm xử lý nước thải khu chế xuất Tân Thuận.

• Tác giả: Đặng Văn Diễn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phước Dân
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ môi trường
• Đề tài: Ứng dụng quá trình SNAP để loại bỏ amoni trong xử lý nước rỉ rác cũ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH HÌNH
• DANH SÁCH BẢNG
• KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.4. Tính mới của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN THỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP MỚI ĐỂ XỬ LÝ NITƠ
• 2.1. Các công nghệ truyền thống xử lý nitơ
• 2.1.1. Quá trình nitrat hóa và khử nitrat
• 2.1.2. Các biến thể của quá trình khử nitơ truyền thống
• 2.2. Các quá trình sinh học mới để xử lý nitơ
• 2.2.1. Quá trình ANAMMOX
• 2.2.2. Quá trình nitrit hóa
• 2.2.3. Quá trình nitrit hóa - khử nitrit
• 2.2.4. Sự kết hợp nitrit hóa và anammox trong hai bể phản ứng
• 2.2.5. Sự kết hợp nitrit hóa và anammox trong một bể phản ứng
• 2.3. Nước rỉ rác, cách xử lý và loại bỏ nitơ
• 2.3.1. Thành phần nước rỉ rác
• 2.3.2. Ảnh hưởng của nước rỉ rác
• 2.3.3. Xử lý nước rỉ rác
• 2.3.4. Loại bỏ nitơ trong nước rỉ rác cũ
• 2.4. Xử lý bằng phương pháp sinh học
• 2.5. Thực trạng bãi chôn lấp chất thải rắn và nước rỉ rác ở Việt Nam
• 2.5.1. Tình hình quản lý chất thải rắn nói chung
• 2.5.2. Một số vấn đề phát sinh trong quản lý nước rỉ rác ở Việt Nam
• 2.6. Nguồn phát sinh nước rỉ rác, tính chất và các công trình xử lý
• 2.6.1. Tình hình chung của cả nước
• 2.6.2. Bãi rác Đông Thạnh — Hồ Chí Minh
• 2.6.3. Bãi chôn lấp Gò Cát — Hồ Chí Minh
• 2.6.4. Bãi rác Nam Sơn — Hà Nội
• 2.7. Một số công nghệ xử lý nước rỉ rác trên thế giới
• 2.7.1. Bãi chôn lấp Buckden South — Anh
• 2.7.2. Hệ thống xử lý nước rỉ rác của hai bãi rác sinh hoạt ở Mỹ
• 2.7.3. Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Giá thể sinh học, bùn nuôi cây ban đầu
• 3.4. Điều kiện vận hành
• 3.5. Phương pháp lấy mẫu và phân tích
• 3.6. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu
• 3.6.1. Phương pháp tính toán
• 3.6.2. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Thí nghiệm 1 — giai đoạn thích nghi
• 4.1.1. Thích nghi và làm giàu sinh khối anammox
• 4.1.2. Thích nghi và làm giàu sinh khối AOB
• 4.2. Thí nghiệm 2 - ảnh hưởng của thời gian lưu nước (HRT)
• 4.3. Thí nghiệm 3 — khảo sát hiệu quả xử lý nitơ
• 4.3.1. Hiệu suất chuyển hóa amoni (ACE) và khử nitơ (NRE)
• 4.3.2. Sự biến thiên các thành phần nitơ ở dòng ra
• 4.3.3. So sánh hiệu quả xử lý của quá trình SNAP với các quá trình khác
• 4.3.4. Hiệu quả khử COD
• 4.3.5. Tiêu thụ độ kiềm và DO
• 4.4. Thí nghiệm 4 — bùn SNAP
• 4.4.1. Hình thái bùn, sinh khối bùn
• 4.4.2. Thành phần vi khuẩn chức năng trong bùn SNAP
• 4.4.2.1. Kết quả phân tích bùn Anammox — SNAP
• 4.4.2.2. Kết quả phân tích AOB — SNAP
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Đánh giá hiệu quả năng lượng

Nghiên cứu tập trung vào đánh giá hiệu quả năng lượng của quá trình SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation) trong việc xử lý nước rỉ rác tại khu chế xuất Tân Thuận. Kết quả cho thấy, quá trình SNAP đạt hiệu suất chuyển hóa amoni lên đến 94% và hiệu suất khử nitơ tổng đạt 85,5% ở tải trọng 1,4 kg N/m²/ngày. Điều này chứng tỏ hiệu quả sử dụng năng lượng của quá trình SNAP cao hơn so với các công nghệ truyền thống như OLAND hoặc CANON.

1.1. Hiệu quả sử dụng năng lượng

Quá trình SNAP được đánh giá là có hiệu quả sử dụng năng lượng cao nhờ việc kết hợp hai quá trình nitrit hóa bán phần và anammox trong cùng một bể phản ứng. Điều này giúp giảm thiểu nhu cầu oxy và năng lượng tiêu thụ so với các phương pháp truyền thống. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, quá trình SNAP tiêu thụ ít năng lượng hơn trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất xử lý cao.

1.2. So sánh với các công nghệ khác

So sánh với các công nghệ khác như OLAND và CANON, quá trình SNAP cho thấy hiệu quả sử dụng năng lượng vượt trội. Đặc biệt, ở tải trọng 1,4 kg N/m²/ngày, SNAP đạt hiệu suất khử nitơ cao nhất, đồng thời giảm thiểu chi phí vận hành và năng lượng tiêu thụ.

II. Giải pháp cải thiện

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu quả vận hành của trạm xử lý nước thải tại khu chế xuất Tân Thuận. Các giải pháp bao gồm tối ưu hóa tải trọng nitơ, điều chỉnh thời gian lưu nước (HRT) và sử dụng giá thể bám dính mới để tăng hiệu quả xử lý. Kết quả cho thấy, việc áp dụng các giải pháp này giúp cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý và giảm chi phí vận hành.

2.1. Tối ưu hóa tải trọng nitơ

Một trong những giải pháp cải thiện chính là tối ưu hóa tải trọng nitơ. Nghiên cứu chỉ ra rằng, tải trọng 1,4 kg N/m²/ngày là tối ưu nhất cho quá trình SNAP, giúp đạt hiệu suất xử lý cao nhất mà không gây quá tải cho hệ thống.

2.2. Sử dụng giá thể bám dính mới

Việc sử dụng giá thể bám dính mới là một giải pháp cải thiện hiệu quả. Giá thể này giúp tăng khả năng bám dính của bùn vi sinh, từ đó nâng cao hiệu suất xử lý và giảm thiểu lượng bùn thải ra ngoài.

III. Trạm xử lý nước thải tại khu chế xuất Tân Thuận

Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của trạm xử lý nước thải tại khu chế xuất Tân Thuận. Kết quả cho thấy, quá trình SNAP có khả năng xử lý hiệu quả nước rỉ rác với nồng độ amoni cao, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt. Điều này khẳng định tính khả thi của việc áp dụng công nghệ SNAP trong thực tế.

3.1. Hiệu quả xử lý nước thải

Quá trình SNAP tại trạm xử lý nước thải đạt hiệu suất xử lý cao, đặc biệt là ở tải trọng 1,4 kg N/m²/ngày. Kết quả này cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của công nghệ này trong việc xử lý nước thải công nghiệp và đô thị.

3.2. Đáp ứng tiêu chuẩn xả thải

Nghiên cứu khẳng định rằng, quá trình SNAP tại khu chế xuất Tân Thuận đáp ứng được các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt, đặc biệt là đối với nồng độ nitơ tổng trong nước thải.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường nước mặt và nước ngầm, đặc biệt do hàm lượng amoni và tổng nitơ cao. Tại bãi chôn lấp Gò Cát, TP. Hồ Chí Minh, nồng độ amoni trong nước rỉ rác cũ dao động khoảng 300-700 mg/l, gây ra nhiều vấn đề về ô nhiễm và ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh. Việc xử lý nitơ trong nước rỉ rác cũ là thách thức lớn do đặc tính nước thải chứa amoni cao nhưng hàm lượng carbon hữu cơ phân hủy thấp, khiến các công nghệ truyền thống như nitrat hóa-khử nitrat gặp nhiều hạn chế về chi phí và hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng quá trình SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation) để loại bỏ amoni trong nước rỉ rác cũ, đánh giá hiệu quả xử lý ở các tải trọng nitơ khác nhau (0,6; 1,0 và 1,4 kg N/m²/ngày) và xác định các điều kiện vận hành tối ưu như pH, DO, thời gian lưu nước (HRT). Nghiên cứu được thực hiện trên mô hình phòng thí nghiệm sử dụng nước rỉ rác lấy từ bãi chôn lấp Gò Cát, với các thông số kiểm soát pH = 7,8; DO = 3,9-4,1 mg/l; HRT từ 8 đến 12 giờ.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước rỉ rác tại Việt Nam, góp phần giảm thiểu ô nhiễm nitơ, bảo vệ nguồn nước và nâng cao hiệu quả quản lý chất thải rắn đô thị. Quá trình SNAP hứa hẹn là giải pháp tiết kiệm năng lượng, giảm lượng bùn thải và chi phí vận hành so với các công nghệ truyền thống và các quá trình sinh học mới khác như OLAND hay CANON.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Quá trình SNAP là sự kết hợp đồng thời giữa nitrit hóa bán phần và quá trình anammox trong cùng một bể phản ứng. Nitrit hóa bán phần là quá trình oxy hóa một phần amoni thành nitrit bởi vi khuẩn oxi hóa amoni (AOB), trong khi quá trình anammox là sự oxy hóa kỵ khí amoni với nitrit để tạo thành khí nitơ phân tử mà không cần bổ sung carbon hữu cơ.

Hai lý thuyết chính được áp dụng trong nghiên cứu bao gồm:

• Quá trình nitrit hóa bán phần (Partial Nitritation): Vi khuẩn AOB chuyển hóa amoni thành nitrit, đồng thời ức chế vi khuẩn oxi hóa nitrit (NOB) để tránh chuyển hóa nitrit thành nitrat, giúp tiết kiệm oxy và giảm nhu cầu carbon cho quá trình khử nitrat.

• Quá trình anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation): Vi khuẩn anammox sử dụng nitrit làm chất nhận điện tử để oxy hóa amoni thành khí nitơ, giảm thiểu nhu cầu oxy và lượng bùn sinh ra so với quá trình nitrat hóa-khử nitrat truyền thống.

Các khái niệm chính bao gồm: hiệu suất chuyển hóa amoni (ACE), hiệu suất loại bỏ nitơ tổng (NRE), thời gian lưu nước (HRT), nồng độ oxy hòa tan (DO), và tỷ số tạo bùn (sludge yield).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trên mô hình bể phản ứng SNAP quy mô phòng thí nghiệm với thể tích 5 lít, sử dụng nước rỉ rác cũ lấy từ bãi chôn lấp Gò Cát, TP. Hồ Chí Minh. Nước rỉ rác được pha loãng ở các nồng độ amoni 300, 500 và 700 mg/l để khảo sát hiệu quả xử lý ở các điều kiện khác nhau.

Giá thể sinh học là bông lọc hỗn hợp kính acrylic có bề mặt riêng lớn (146,5 m²/m³) giúp vi sinh vật bám dính và phát triển. Các thông số vận hành được kiểm soát gồm pH = 7,8; DO = 3,9-4,1 mg/l; HRT từ 8 đến 12 giờ; tải trọng nitơ thay đổi từ 0,6 đến 1,4 kg N/m²/ngày.

Phương pháp phân tích bao gồm đo nồng độ amoni, nitrit, nitrat, tổng nitơ, COD, SS và VSS theo tiêu chuẩn Việt Nam. Phân tích vi sinh vật được thực hiện bằng kỹ thuật PCR và giải trình tự 16S rDNA để xác định các chủng vi khuẩn AOB và anammox hiện diện trong bùn sinh học.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các giai đoạn vận hành mô hình trong vòng 6 tháng, với các chu kỳ vận hành và lấy mẫu định kỳ để đánh giá hiệu quả xử lý và đặc tính bùn. Phân tích số liệu sử dụng phần mềm thống kê để so sánh hiệu quả xử lý ở các điều kiện khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả xử lý amoni và nitơ tổng: Quá trình SNAP đạt hiệu suất chuyển hóa amoni cao nhất 94% và hiệu suất loại bỏ nitơ tổng đạt 85,5% ở tải trọng 1,4 kg N/m²/ngày và HRT 12 giờ. Ở tải trọng thấp hơn 0,6 và 1,0 kg N/m²/ngày, hiệu suất xử lý lần lượt đạt khoảng 80% và 90%, cho thấy hiệu quả tăng theo tải trọng.

2. Ảnh hưởng của thời gian lưu nước (HRT): Khi tăng HRT từ 8 lên 12 giờ, hiệu suất xử lý amoni và nitơ tổng tăng đáng kể, lần lượt từ khoảng 75% lên 94% và 70% lên 85,5%. Điều này cho thấy thời gian lưu nước đủ dài giúp vi sinh vật phát triển và chuyển hóa hiệu quả hơn.

3. Đặc tính bùn sinh học: Tổng lượng bùn trong bể SNAP sau vận hành là 67,536 g SS và 26,968 g VSS, với tỷ số tạo bùn 0,258 g SS/ngày và 0,185 g VSS/ngày, thấp hơn nhiều so với các công nghệ truyền thống, giúp giảm chi phí xử lý bùn thải.

4. Cấu trúc vi sinh vật: Phân tích DNA cho thấy bùn SNAP chứa hai nhóm vi khuẩn chính là AOB (gần giống Nitrosomonas europaea) và anammox (các chủng KOLL2a, Anoxic biofilm clone Plal-l, KU2 và KU1), phân bố hợp lý trên giá thể sinh học, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển hóa nitơ.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của quá trình SNAP so với các công nghệ truyền thống như nitrat hóa-khử nitrat là do sự kết hợp đồng thời giữa nitrit hóa bán phần và anammox trong cùng một bể phản ứng, giúp tiết kiệm oxy và không cần bổ sung nguồn carbon hữu cơ. So với các quá trình sinh học mới như OLAND và CANON, SNAP vận hành ổn định hơn ở tải trọng cao (1,4 kg N/m²/ngày so với 0,13 kg N/m²/ngày của CANON) và đạt hiệu suất loại bỏ nitơ cao hơn (85,5% so với 48,9%).

Việc sử dụng giá thể bông lọc acrylic có bề mặt lớn giúp vi sinh vật bám dính tốt, tăng mật độ sinh khối và ổn định quá trình. Thời gian lưu nước tối ưu 12 giờ đảm bảo đủ thời gian cho các phản ứng sinh học diễn ra hoàn chỉnh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng nitơ, HRT và hiệu suất xử lý amoni, nitơ tổng; bảng so sánh đặc tính bùn và tỷ lệ vi khuẩn AOB, anammox trong bùn sinh học.

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo quốc tế về hiệu quả của quá trình SNAP, đồng thời bổ sung thông tin về ứng dụng công nghệ này trong điều kiện nước rỉ rác cũ tại Việt Nam, góp phần mở rộng cơ sở khoa học và thực tiễn cho xử lý nước thải nitơ cao.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa điều kiện vận hành: Đề xuất duy trì pH khoảng 7,8, DO trong khoảng 3,9-4,1 mg/l và HRT tối thiểu 12 giờ để đạt hiệu quả xử lý nitơ cao nhất. Các đơn vị vận hành cần kiểm soát chặt chẽ các thông số này để đảm bảo ổn định quá trình.

2. Ứng dụng giá thể bông lọc acrylic: Khuyến nghị sử dụng giá thể có bề mặt lớn và khả năng bám dính cao như bông lọc acrylic để tăng mật độ vi sinh vật, giảm lượng bùn thải và nâng cao hiệu quả xử lý. Thời gian đầu tư nghiên cứu phát triển vật liệu giá thể phù hợp với điều kiện Việt Nam.

3. Mở rộng quy mô và thử nghiệm thực tế: Khuyến nghị triển khai thí điểm công nghệ SNAP tại các bãi chôn lấp lớn như Gò Cát và Đông Thạnh để đánh giá hiệu quả vận hành trong điều kiện thực tế, đồng thời thu thập dữ liệu vận hành dài hạn phục vụ cho việc nhân rộng.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực: Đề xuất tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho cán bộ kỹ thuật và quản lý về công nghệ SNAP, kỹ thuật vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nitơ nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và bền vững.

5. Nghiên cứu bổ sung: Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như nhiệt độ, thành phần nước rỉ rác khác nhau, cũng như phát triển các vật liệu giá thể mới để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí đầu tư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về công nghệ xử lý nitơ bằng quá trình SNAP, giúp mở rộng kiến thức và phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Chuyên gia và kỹ sư vận hành hệ thống xử lý nước thải: Thông tin chi tiết về điều kiện vận hành, hiệu quả xử lý và đặc tính bùn sinh học giúp cải thiện quy trình vận hành, tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Kết quả nghiên cứu hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn xả thải nước rỉ rác, đánh giá công nghệ xử lý phù hợp với điều kiện Việt Nam, góp phần hoạch định chính sách bảo vệ môi trường.

4. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực xử lý chất thải: Luận văn cung cấp dữ liệu thực nghiệm và đánh giá công nghệ mới, giúp doanh nghiệp lựa chọn giải pháp công nghệ hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Quá trình SNAP là gì và có ưu điểm gì so với công nghệ truyền thống?
   SNAP là quá trình kết hợp nitrit hóa bán phần và anammox trong cùng một bể phản ứng để loại bỏ nitơ. Ưu điểm là tiết kiệm oxy, không cần bổ sung carbon hữu cơ, giảm lượng bùn thải và chi phí vận hành so với nitrat hóa-khử nitrat truyền thống.

2. Tại sao cần pha loãng nước rỉ rác trong nghiên cứu?
   Nước rỉ rác có nồng độ amoni rất cao có thể gây ức chế vi sinh vật. Pha loãng giúp kiểm soát nồng độ amoni phù hợp để vi sinh vật phát triển và quá trình xử lý diễn ra hiệu quả hơn.

3. Giá thể bông lọc acrylic có vai trò gì trong quá trình SNAP?
   Giá thể này cung cấp bề mặt lớn cho vi sinh vật bám dính, tạo điều kiện phát triển sinh khối ổn định, tăng hiệu quả xử lý và giảm lượng bùn sinh ra, đồng thời giúp duy trì sự phân bố hợp lý của các nhóm vi khuẩn AOB và anammox.

4. Các thông số vận hành quan trọng trong quá trình SNAP là gì?
   Các thông số quan trọng gồm pH (khoảng 7,8), nồng độ oxy hòa tan DO (3,9-4,1 mg/l), thời gian lưu nước HRT (8-12 giờ) và tải trọng nitơ (0,6-1,4 kg N/m²/ngày). Kiểm soát tốt các thông số này giúp duy trì hiệu quả xử lý cao.

5. Công nghệ SNAP có thể áp dụng rộng rãi tại Việt Nam không?
   Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ SNAP có tiềm năng áp dụng hiệu quả tại Việt Nam, đặc biệt trong xử lý nước rỉ rác cũ. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu mở rộng quy mô và thử nghiệm thực tế để đánh giá toàn diện trước khi nhân rộng.

Kết luận

• Quá trình SNAP đạt hiệu suất chuyển hóa amoni lên đến 94% và loại bỏ nitơ tổng 85,5% ở tải trọng 1,4 kg N/m²/ngày và HRT 12 giờ.
• Sử dụng giá thể bông lọc acrylic giúp tăng mật độ vi sinh vật, ổn định quá trình và giảm lượng bùn thải.
• Vi sinh vật chủ yếu gồm vi khuẩn AOB gần giống Nitrosomonas europaea và vi khuẩn anammox các chủng KOLL2a, KU1, KU2.
• Công nghệ SNAP có nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống và các quá trình sinh học mới như OLAND, CANON.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu quy mô pilot, tối ưu điều kiện vận hành và đào tạo nhân lực để ứng dụng công nghệ hiệu quả tại Việt Nam.

Khuyến nghị các cơ quan quản lý, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu phối hợp triển khai thí điểm công nghệ SNAP tại các bãi chôn lấp lớn, đồng thời phát triển các chương trình đào tạo và nghiên cứu bổ sung nhằm hoàn thiện công nghệ và nâng cao hiệu quả xử lý nước rỉ rác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HCM TRUONG DAI HOC BACH KHOA DANG VAN DIEN UNG DUNG QUA TRINH SNAP DE LOAI BO AMONI TRONG XỬ LÝ NƯỚC RI RAC CU LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Công nghệ mỗi trường Mã số: 608506 TP. HO CHI MINH, tháng 7 năm 2014 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bach Khoa — DHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Phước Dân Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Thái Văn Nam Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Đặng Vũ Bích Hạnh Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hỗ Chí Minh, ngày 30 tháng 07 năm 2014.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rố họ, tên, học hàm, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1.TS Trương Thanh Cảnh 2. TS Nguyễn Phước Dân 3. Đặng Vũ Bích Hạnh 5. Dinh Quốc Túc Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRUONG KHOA MOI TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: DANG VAN DIEN MSHV: 11256011 Ngày, tháng, năm sinh: 24/11/1985 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Công nghệ môi trường Mã số: 608506 I. TÊN DE TÀI: UNG DUNG QUÁ TRÌNH SNAP DE LOẠI BO AMONI TRONG XU LY NƯỚC RI RAC CŨ. NHIEM VU VA NOI DUNG: - Thiết kế va lắp đặt mô hình thí nghiệm xử ly nito bang công nghệ SNAP - Vận hành giai đoạn 1: đánh giá khả năng bám dính và làm giàu cua bùn anammox trên gia thê, được thực hiện với nước thải nhân tao; - Vận hành giai đoạn 2: Khảo sát hiệu qua xử lý cua quá trình SNAP ở ba tải trọng nito khác nhau 0,6; 1,0 và 1,4 kg N/m ngày) trên nước ri rác cũ pha loãng: - Phan tích các chủng bùn vi sinh hiện diện trong bể phản ứng. NGÀY GIAO NHIỆM VU: 01/2014 IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2014 v. CÁN BỘ HƯỚNG DAN: PGS.TS NGUYEN PHƯỚC DAN NCS. PHAN THÊ NHẬT Tp. năm 2014 CAN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BO MON TRUONG KHOA MOI TRƯỜNG LỜI CÁM ƠN Em xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đến Thay PGS.TS Nguyễn Phước Dân, Thay đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cũng như tai trợ kinh phí cho em trong suốt thời nghiên cứu tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường - trường Đại học Bách Khoa Tp.

Em xin cảm ơn các Thây, Cô trong khoa Môi trường đã cung cấp những kiến thức quý báu trong việc nghiên cứu cũng như giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian học tập tại trường. Xin gửi lời cảm ơn đến các Anh, Chị, Em, các bạn cùng các em sinh viên làm việc tại phòng thí nghiệm khoa Mỗi trường — Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi có thể thực hiện tốt luận văn này, đặc biệt là anh Phan Thế Nhật — nghiên cứu sinh dé tài aaammox. Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và những người bạn đã động viên, giúp đỡ và cùng tôi bước trên những chặng đường học tập đã qua.Hồ Chi Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2014 Đặng Văn Diễn TÓM TẮT LUẬN VĂN Nội dung của luận văn báo cáo kết quả nghiên cứu ứng dụng quá trình SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation) — một sự két hợp hai quá trình nitrat hóa bán phan và anammox trong cùng một bể phan ứng để xử lý nitơ trong nước rỉ rác cũ ở bãi chôn lắp Gò Cát TP. Nước đầu vào được pha loãng ở các nông độ 300, 500 và 700 mg/l qua các giai đoạn vận hành ở các tải trọng khác nhau 0,6; 1,0; 1,4 kg N/m/ngày.

Các thông số kiểm soát bao gồm pH = 7.8; DO = 3,9-4,1; HRT = 8-12 giờ. Quá trình SNAP đạt được hiệu qua xử lý cao nhất ở tải trọng 1,4 kg N/m’/ngay và thời gian lưu nước 12 giờ, với hiệu suất chuyển hóa amoni là 94% và hiệu suất khử nitơ tổng đạt 85,5%. Tong lượng bùn trong toàn bộ bể SNAP sau thời gian vận hành là 67,536 g- SS hay 26,968 g VSS. Tỉ số tạo bùn 0,258 g SS/ngay hay 0,185 g VSS/ngay.

Đặc tinh của bùn SNAP được nghiên cứu ở giai đoạn cuối của quá trình. Kết qua kiểm nghiệm phân tích DNA cho thay bùn SNAP bao gồm hai nhóm vi khuẩn chính, bao gdm AOB (gan giống với Nitrosomonas europaea) và anammox (KOLL2a, Anoxic biofilm clone Plal-l, KU2 và KU1). Tóm lại, nghiên cứu này đã thể hiện được quá trình SNAP có khả năng loại bỏ nito trong nước ri rác với hiệu quả cao, so với các quá trình khác như OLAND hoặc CANON. Nghiên cứu cũng giới thiệu một loại giá thể bám dính mới có khả thi để áp dụng trong xử lý nước thải.

Tuy nhiên, cần có những nghiên cứu cao hơn dé có thé áp dụng công nghệ này trong thực tế nhăm xử lý các loại nước thải ở Việt Nam. VỊ ABSTRACT In this thesis, results of study on SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation) — a combined partial nitritation and anammox for treatment of old landfill leachate from Go Cat landfill in Ho Chi Minh city are reported. Influent was diluted in 300, 500 and 700 mg/I, corresponding with 0. The main control parameters were pH = 7.

The SNAP reactor achieved highest performance at loading rate of 14 kg N/mÌ/day and hydraulic retention time (HRT) of 12 hours, with 94% ammonium conversion rate and 85.5% total nitrogen removal. The total sludge in SNAP reactor after operation was 67. Ratio of the sludge production was 0.258 g SS/day or 0. Characterization of sludge from the SNAP process was investigated in the final phase of study.

Results of DNA analyses indicated that the SNAP sludge contained two major groups of bacteria, including AOB (close relatives of Nitrosomonas europaea) and anammox (KOLL2a, Anoxic biofilm clone Plal-l, KU2 and KU1). In conclusion, this study has presented the SNAP process was possible for nitrogen removal in old landfill leachate with high efficiency, compared to other processes such as OLAND or CANON. This study also introduced a new kind of bio-mass carrier which is feasible for practice. However, it requires that more advanced studies are necessary to apply this technology for wastewater treament in practice in Vietnam.

Vil CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM Độc lập —Tu do — Hanh phúc LOI CAM DOAN Ho va tén hoc vién: DANG VAN DIEN MSHV: 11256011 Ngày thang năm sinh: 24 11 1985 Gidi tinh: Nam Noi sinh: Binh Dinh Chuyên ngành: Cong nghệ mỗi trường MS: 60 85 06 Tên dé tài: Ung dụng quá trình SNAP để xử lý nito trong nước ri rac cũ. Ngày bắt đầu: 15/10/2013 Ngày hoàn thành: 30/06/2014 Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phước Dân Tôi cam đoan luận văn nảy là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và số liệu trong luận văn chưa được ai công bô dưới bat cứ hình thức nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường vê sự cam đoan này.

HCM, ngày 15 tháng 7 năm 2014 Đặng Văn Diễn Vill DANH SACH HINH Hình 2.1 Bồ trí các bước xử lý trong quá trình nitrat hóa — khử nitrat.2 Ảnh hưởng của pH lên môi trường làm giàu Nitrosomonas và Nitribacter Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ ứng dụng quá trình SHARON — ANAMMOX.4 Sơ đồ công nghệ ứng dụng nitrit hóa — anammox trong hai bé phản ứng .5 Sơ dé công nghệ ứng dụng nitrit hóa và anammox trong một bé phan ứng ¬ 19 Hình 3.1 So đồ bể phan ứng SNAP.2 Kích thước bé phản ứng SNAP.-- 52525522252 SE‡ESEE£EEeEErkrkrrererreee 42 Hình 3.2 Giá thé sinh học được sử dụng trong nghiên cứu.3 Bun anammox (a) va bùn hoạt tính b) được lay dé thí nghiệm .1 Sự biến thiên của ACE, NRE va nito ở giai đoạn thích nghi anammox.2 Sự biến thiên ACE, NRE và thành phan nitơ giai đoạn thích nghi AOB .3 Ảnh hưởng của HRT lên quá trình SNAP (amoni dòng vào 300 mg/]).4 Hiệu suất xử lý ở các HRT khác nhau .5 Hiệu qua xử ly cua qua trình SNAP ở các tai trong khác nhau .6 Mối tương quan giữa ACE va NRE.- c5 tt t2 2E 2x2 ve 60 Hình 4.7 Sự biến thiên các thành phan nito dòng ra.- ¿2-5 +s+c+ccs£s+scceẻ 61 Hình 4.8 Hiệu quả khử COD của quá trình SNAP ở ba tải trọng.8 Màu sắc bùn bám trên giá thể (a) và bùn bị trôi ra ngoài (b).9 Kết qua khuyếch đại vùng 16S rDNA - anammox .10 Kết qua khuyéch đại vùng 16S rDNA - AOB. Các thiết bị dùng trong mô hình thí nghiệm. Lap đặt mô hình thí nghiệm .---- - + 2 2E E+ E2 £E+E£E+EeE£E£ErEeErrrreee 14 Hình P3. Rot bùn anammox vào mồ hình.

Bun anammox bám lên giá thé sau một ngày. Sinh khối anammox trên giá thé sau 21 ngày vận hành. Bun anammox không bám lắng dưới đáy bé. Dua bun hoạt tinh AOB vào mô hình.

Sinh khối SNAP sau 35 ngày vận hành .I Cây phát sinh loài cua chủng ÄnammOX .-- «55 «s5 eess 24 Hình II.I Cay phát sinh loài Š Ï .--- -- - << <1 112010101119 9n re 33 DANH SÁCH BANG Bảng 2.1 So sánh các quá trình sinh học đã dé cập [80], [Š2].2 Thanh phan nước rỉ rác ở bãi chôn lắp Gò Cát [88|.3 Thanh phan nước rỉ rác ở một số nơi trên thé giới .4 Tiêu chuẩn xả thải nước rỉ rác của một SO nước .5 Các quá trình lý học, hóa học va sinh học dùng dé xử lý nước ri rác [92]32 Bang 3.1 Thông số kỹ thuật các thiết bị của mô hình nghiên cứu .2 Thành phan của nước nhân tạo cho quá trình làm giàu bùn anammox [80] ¬.3 Các thông số vận hành thí nghiệm.---- - ¿+2 252 +*+£+S+£s+Ez£ezxzxee 46 Bang 3.4 Các phương pháp phan tich .--- (<< 199 99 1 ng re49 Bang 4.1 So sánh hiệu quả xử lý của quá trình SNAP với các quá trình khác .2 Các thông số SS va VSS của bùn .--¿-5- 5c Sex tre 66 Bang 4.3 So sánh trình tự đoạn gen tương đồng với vùng 16S rDNA.