MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VAN DE Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2009 về Môi trường khu công nghiệp thì ngay cả với các khu công nghiép/cum công nghiệp đã đầu tư xây dựng và đưa vào vận hành hệ thong xử lý nước thải tập trung, môi trường vẫn đang bi ô nhiễm nghiêm trọng do tỷ lệ nước thải tại các khu công nghiệp/cụm công nghiệp này được thu gom để xử lý và xử lý đạt tiêu chuẩn vẫn thấp (khoảng 43,3%) [1]. Có nhiều nguyên nhân như thiếu vốn dau tư, thiếu đất xây dựng, quản lý yếu kém hay công nghệ lựa chọn chưa phù hợp với đặc trưng nước thải. Do đặc thù của nước thải tập trung khu công nghiệp là phát sinh từ nhiều ngành nghé khác nhau và có sự biến động rất lớn về lưu lượng và nồng độ nên để xử lý nước thải này, công nghệ thường áp dụng là sự kết hợp của các phương pháp cơ học, phương pháp hóa học hay hóa lý va phương pháp sinh học có độ linh hoạt và 6n định cao.
SBR (Sequencing Batch Reactor) hay bể bùn hoạt tính theo mẻ gồm 5 pha có thể điều chỉnh tùy theo nước thải đầu vào thường được lựa chọn và thực tế là đang được áp dụng triển khai tại nhiều khu công nghiệp/khu chế xuất ở thành phố Hồ Chí Minh như khu công nghiệp Sóng Than 1, 2; khu công nghiệp Tân Bình; khu công nghiệp Binh Chiểu; khu công nghiệp Vĩnh Lộc; khu chế xuất Linh Trung 1, 2, 3. Một dạng cải tiến của SBR như ICEAS — SBR (Intermittent Cycle Extended Aeration System - Sequencing Batch Reactor) hay bể bùn hoạt tính theo mẻ với hệ thống sục khí kéo dai ngắt quãng có thể nâng cao khả năng xử lý nitơ và photpho có trong nước thải, giảm chỉ phí vận hành do giảm thời gian sục khí, giúp bé xử lý chuyến từ hoạt động gián đoạn sang liên tục [3]. ICEAS — SBR chỉ gồm 2 khu vực: trước phản ứng và phản ứng chính, chic n 3 pha: phản ứng, lang nước, xả nước. Trong pha phản ứng, nước thải sau khi xử ly bậc 1 sẽ chảy liên tục vào ngăn chứa tạm va đi tiếp sang ngăn xử lý thông qua các lỗ thông ở vách ngăn dưới dáy.
Tại ngăn xử lý, các quá trình sục khí và khuấy trộn được thực hiện nối tiếp nhau tương ứng các giai đoạn hiếu khí và thiếu khí dé loại bỏ hữu cơ và nito thông qua oxy hoá sinh học, nitrat hóa và khử nitrat. Trong pha lắng nước, các qua trình sục khí và khuấy trộn được ngừng để bông bùn lắng xuống đáy ngăn xử lý trong khi nước thải vẫn tiếp tục chảy vào ngăn chứa tạm. Tại ngăn xử lý, một lớp nước trong xuất hiện ở trên bề mặt. Trong pha xả nước, lớp nước bề mặt sẽ được xả bỏ thông qua thiết bị chuyên dụng (decanter).
Nước thải vẫn tiếp tục chảy vào ngăn chứa tạm trong khi nước sau xử lý được xả với cùng tốc độ. Tuy nhiên bể xử lý cải tiến như ICEAS — SBR vẫn là quá trình sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật nên vẫn c n hạn chế ở hiệu quả xử lý, kiểm soát vận hành, khả năng chịu shock, mức độ ồn dinh,. và thường gặp khó khăn đối với nước thải có hàm lượng nitơ cao từ các khu công nghiệp có nhiều nhà máy trong lĩnh vực chế biến thực phẩm và thủy san. Như vậy kết hợp giá thé di động của MBBR vào bể xử lý cải tiễn như ICEAS — SBR trong công nghệ ICEAS — MBSBR (Intermittent Cycle Extended Aeration System - Moving Bed Sequencing Batch Reactor) sé có được ưu điểm của cả hai đó là có cả độ linh hoạt và 6n định cao cùng với tiềm năng nâng cao được cả tải trọng và hiệu quả xử ly không chỉ đối với các chất hữu cơ mà c n đối với các chất dinh dư ng.
Kết quả nghiên cứu của Kwannate Sombatsompop và cộng su, 2011 c ng như Suntud Sirianuntapiboon va cộng sự, 2005 c ng cho thấy tiềm năng xử lý cao hon của MB — SBR kết hop khi so voi SBR truyền thống [5, 6]. Kết qua nghiên cứu của Jun-Wei Lim và cộng su, 2012 e ng cho thay tiềm năng xử lý nước thải có nồng độ nitơ amoni cao của MB — SBR khi sục khí ngất quãng là cao hơn MB — SBR khi sục khí bình thường [7]. Trong bài luận văn này, công nghệ ICEAS - MBSBR được nghiên cứu để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải KCN có nông độ nitơ cao. MỤC TIỂU DE TÀI Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải KCN băng mô hình kết hợp giá thé trên quy mô ph ng thí nghiệm qua giai đoạn sau: - Đánh giá khả năng xử lý chất dinh dư ng N, P có trong nước thải tập trung khu công nghiệp bang công nghệ ICEAS — MBSBR.
NOI DUNG DE TÀI Đề tai nghiên cứu được thực hiện theo các nội dung sau: “ Noi dung I: tới thiệu t ng quan vy nước thai CN v công nghệ ICEAS — MBSBR - GIới thiệu tong quan về nước thai KCN và hiện trạng xử lý nước thải KCN tại Việt Nam; - Trình bày nguyên tắc hoạt động của, cơ chế xử lý và các dang cải tiến của công nghệ bùn hoạt tính theo mẻ SBR. - Gidi thiệu công nghệ ICEAS — MBSBR; Tông hợp một sô nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đên đê tài. *® — Nội dung 2: Thi t lập mô h nh nghiênc uo lv + quy mô ph ng th nghiệm - Chế tao mô hình ở quy mô ph ng thí nghiệm. - Tổng hợp và thu thập các vật liệu phục vụ nghiên cứu: nước thải, bùn thiếu khí, bùn hiếu khí và giá thể Anox Kaldnes K3.
- Tién hành lấy mẫu và phân tích mẫu nước thai, mẫu bùn ban đầu trước khi khởi động mô hình. ** Nội dung 3: ânh nh mô h nh theo c c tải tr nợ kh c nhau - Chạy thích nghỉ mô hình với tai trọng hữu cơ và tải trọng Nito: 0,25 kgCOD/m/ngày và 0,042 kgTN/n/ngày. - - Giai đoạn tăng tải trọng hữu co và tải trọng Nito trong điều kiện hiếu khí, thiếu khí và kị khí. : + Tải trong I: 0,05 (kgCOD/m.ngày) và 0,084 (kgTN/m”.ngày) + Tải trong II: 0/75 (kgCOD/m.ngày) và 0,127 (kgTN/m”.ngày) + Tải trong III: 1,00 (kgCOD/m”.ngày) và 0,169 (kgTN/m ngay) - Van hành mô hình ở cùng một chu kỳ 8 giờ (6h phản ứng, 1h lắng, 1h xả) tương ứng với các tải trọng hữu cơ tăng dan từ 0,05 đến 1,00 kgCOD/m.
- Lay mẫu theo trình tự kế hoạch dé ra va phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, SS, NH¿ˆ-N, NO3-N, NO2-N, TN, TP, MLSS. s* Nội dung 4: Tr nh b yk t qua - _ Dựa trên kết quả phân tích, tiến hành tính toán, xử lý số liệu và dựng đồ thi thé hiện kết quả băng phần mềm Excel; - Trinh bày và thảo luận các kết quả thông qua đồ thi. - So sánh hiệu quả xử lý nước thải của mô hình ICEAS — MBSBR kết hợp với ICEAS — SBR thông thường, từ đó đánh giá tính hiệu quả mô hình cải tiến. PHAM VI VA DOI TƯỢNG NGHIÊN CỨU s%* Đối tượng nghiên c u Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm: - _ Nước thai được lấy tại hỗ thu gom của Tram xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Vĩnh Lộc, Tp.HCM; - M6 hình nghiên cứu được chế tao bằng mica ở quy mô ph ng thí nghiệm, gồm bể xử lý và bể chạy đối chứng; - Giá thé được sử dụng trong mô hình ICEAS - MBSBR là Anox Kaldnes K3 (Veolia, Thụy Điển) được làm từ polyethylene với các thông số kỹ thuật tương ứng là đường kính 25 mm, chiều dày 10 mm, khối lượng riêng 960 kg/m’, dién tich bé mat riêng 500 m7/m’.
“+ Phạm vi nghiên c u - - Đề tài được thực hiện với nước thai lay tại Tram xu lý nước thai tập trung khu công nghiệp Vĩnh Lộc, Tp.HCM; - Qua trình nghiên cứu trên mô hình ICEAS — MBSBR và mô hình không có giá thé ICEAS — SBR hoạt động cùng một chu kì 8 giờ (6h phản ứng, 1h lắng, 1h xả). Nông độ Nitơ tổng đầu vào và COD đầu vào dao động trong khoảng từ 85 — 100 mg/L, 540 — 615 mg/L. - Mo hình được đặt tai ph ng Thí nghiệm năng lượng sinh học, Truong Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM và được vận hành trong điều kiện nhiệt độ ph ng dao động từ 30 — 32°C. - _ Việc phân tích mẫu được tiến hành tại ph ng thí nghiệm Khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU s* T nợ quant ¡ liệu Tiến hành thu thập thông tin, tài liệu, số liệu về đối tượng và phạm vi nghiên cứu trên tất cả các nguồn sách báo, giáo trình, tạp chí khoa học, internet. Phân tích, tổng hợp làm cơ sở cho việc định hướng và thực hiện các nội dung nghiên cứu. s* Thị c nghiệm mô h nh Thiết kế, chế tạo va ứng dụng mô hình ở quy mô ph ng thí nghiệm. Lập kế hoạch vận hành, thu thập và phân tích mẫu để đánh giá và so sánh hiệu quả xử lý nước thải tập trung KCN của mô hình ICEAS — MBSBR kết hợp với mô hình ICEAS — SBR thông thường.
** L pm uv ph ntch Mẫu nước được lay tại các vi trí: đầu vào, đầu ra của mô hình ICEAS — SBR và đầu ra của mô hình ICEAS — MBSBR. Các chỉ tiêu được phân tích theo các phương pháp trong QCVN kết hợp với Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, Eaton DA va AWWA). % Đối chỉ usos nh Các tài liệu, số liệu từ lý thuyết va các công trình nghiên cứu có liên quan đến dé tài được dùng làm tư liệu đối chiếu và so sánh. Từ đó đưa ra những đánh giá khách quan về hiệu quả hoạt động của mô hình nghiên cứu.
“+ Xứ lý số liệu Số liệu được trình bày trong luận văn là gia tri trung bình từ ba lần thí nghiệm. Độ lệch chuẩn của các thông số khảo sát được tính toán bang phần mềm Excel. Độ tin cậy của các sô liệu thực nghiệm năm ở mức 95 - 98%. Ý NGHĨA DE TÀI +» Y nghĩa khoa học Các quá trình nitrat hóa/khử nitrat xảy ra nối tiếp trong pha phản ứng do điều chỉnh theo kiểu hệ thống sục khí kéo dài ngắt quãng dé tạo các điều kiện hiếu khi/thiéu khí lần lượt cùng với lớp màng sinh học trên bề mặt giá thể trong chuyển động tầng sôi sẽ giúp nang cao khả năng xử lý nitơ có trong nước thải.