Nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí lên men ấm

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

1. 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

1.2. Lượng bùn của trạm xử lý nước thải đô thị. Thành phần, tính chất bùn của trạm XLNT đô thị

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

1.4. Tổng quan về lượng bùn, thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý bùn bể tự hoại

1.5. Lượng bùn bể tự hoại

1.6. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại

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

1.8. Tổng quan các nghiên cứu xử lý kị khí kết hợp bùn của trạm XLNT và bùn bể tự hoại

1.8.1. Các nghiên cứu trên thế giới

1.8.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam

1.9. Nhận xét chương 1

2. 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

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

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

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

2.5. Các yếu tố liên quan đến thí nghiệm BMP

2.6. Nhu cầu năng lượng cho xử lý bùn

2.7. Cân bằng năng lượng cho hệ phân hủy kị khí xử lý bùn thải từ trạm XLNT

2.8. Nhận xét chương 2

3. 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. Mô tả thí nghiệm

3.2. Dụng cụ, thiết bị lắp đặt thí nghiệm BMP. Chuẩn bị nguyên liệu thí nghiệm

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

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

3.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá thí nghiệm

3.4. Thực hiện thí nghiệm

3.5. 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

3.6. 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

3.7. Kết quả thí nghiệm và thảo luận. Thí nghiệm BMP1

3.8. Thí nghiệm BMP2

3.9. Nhận xét chương 3

4. 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

4.2. Các trạm XLNT đô thị trong khu vực tính toán

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

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

4.5. Lượng bùn bể tự hoại phát sinh trong khu vực tính toán

4.6. Các giải pháp xử lý bùn cho khu vực tính toán

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

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

4.9. Tính toán xử lý bùn tại trạm xử lý bùn tập trung theo phương án TT1a và TT1b

4.10. Tính toán xử lý bùn theo phương án HT

4.11. Tính toán xử lý bùn theo phương án TT2

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

4.13. Nhận xét chương 4

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

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu và tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí lên men ấm. Sự gia tăng dân số và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam đã tạo ra áp lực lớn lên hệ thống xử lý nước thải. Bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị là hai nguồn chất thải chính cần được xử lý hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Phương pháp sinh học kị khí được lựa chọn do khả năng phân hủy chất hữu cơ và sản xuất khí sinh học, giúp giảm lượng bùn thải và thu hồi năng lượng.

1.1. Vấn đề quản lý bùn thải

Bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị có thành phần dinh dưỡng cao, bao gồm chất hữu cơ, nitơ, và photpho. Tuy nhiên, việc thu gom và xử lý bùn hiện nay còn nhiều bất cập, đặc biệt là ở các đô thị lớn. Phương pháp sinh học kị khí được coi là giải pháp hiệu quả để ổn định chất hữu cơ và sản xuất khí sinh học, giảm thiểu lượng bùn chôn lấp.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị để đạt hiệu quả cao nhất trong quá trình phân hủy kị khí lên men ấm. Đồng thời, đề xuất công nghệ xử lý bùn phù hợp cho khu vực trung tâm Hà Nội, kết hợp thu hồi năng lượng và giảm thiểu bùn chôn lấp.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về phân hủy kị khí, quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy. Phương pháp sinh học kị khí được áp dụng để đánh giá tiềm năng sinh khí mê tan (CH4) từ bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy như nhiệt độ, pH, và tỷ lệ phối trộn được nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Quá trình phân hủy kị khí

Phân hủy kị khí là quá trình chuyển hóa chất hữu cơ thành khí sinh học (CH4 và CO2) trong điều kiện không có oxy. Quá trình này bao gồm các giai đoạn thủy phân, lên men axit, và lên men mê tan. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình lên men ấm là 35°C, phù hợp với điều kiện khí hậu tại Việt Nam.

2.2. Phương pháp thí nghiệm BMP

Thí nghiệm Biochemical Methane Potential (BMP) được thực hiện để đánh giá tiềm năng sinh khí mê tan từ bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị. Các mẫu bùn được phối trộn với tỷ lệ khác nhau và phân tích trong điều kiện lên men ấm. Kết quả thí nghiệm được so sánh với các nghiên cứu quốc tế để đánh giá hiệu quả.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí lên men ấm mang lại hiệu quả cao trong việc giảm lượng chất hữu cơ và sản xuất khí sinh học. Tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa hai loại bùn được xác định, giúp tối đa hóa lượng khí mê tan thu được.

3.1. Hiệu quả xử lý bùn

Kết quả thí nghiệm BMP cho thấy, xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị giúp giảm đáng kể lượng chất hữu cơ (COD và VS). Hiệu suất sinh khí mê tan đạt cao nhất khi tỷ lệ phối trộn giữa hai loại bùn là 1:1. Điều này chứng tỏ tính khả thi của phương pháp sinh học kị khí trong xử lý bùn thải.

3.2. Đề xuất công nghệ xử lý

Dựa trên kết quả nghiên cứu, công nghệ xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí lên men ấm được đề xuất cho khu vực trung tâm Hà Nội. Công nghệ này không chỉ giúp giảm lượng bùn chôn lấp mà còn thu hồi năng lượng từ khí sinh học, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

IV. Kết luận và ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí lên men ấm. Phương pháp này không chỉ giúp giảm lượng bùn thải mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển các phương pháp xử lý bùn hiệu quả, đặc biệt là trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc áp dụng phương pháp sinh học kị khí trong xử lý bùn thải.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Công nghệ xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí lên men ấm có thể được áp dụng rộng rãi tại các đô thị lớn ở Việt Nam. Điều này giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiết kiệm chi phí xử lý bùn, và tạo ra nguồn năng lượng tái tạo từ khí sinh học.

Luận án tiến sĩ: Xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kị khí lên men ấm