›

Khóa luận Nghiên cứu xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học

pdf 55 trang thiennha21 15/04/2022 3810
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_nghien_cuu_xu_ly_amoni_trong_nuoc_ri_rac_bang_phuo.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ===o0o=== CẤN THỊ MAI TÚ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường HÀ NỘI - 2018
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ===o0o=== CẤN THỊ MAI TÚ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : Hóa Công nghệ - Môi trường Người hướng dẫn khoa học GVC.ThS.Lê Cao Khải HÀ NỘI - 2018
  3. LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thiện chương trình Đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới các thầy cô khoa Hóa học, trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã luôn quan tâm và tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian theo học tại trường. Sau một thời gian cố gắng thu thập tài liệu, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Cao Khải, em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc nhất đến thầy. Em cảm ơn thầy đã hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong quá trình nghiên cứu và suốt thời gian thực hiện để em có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ. Em xin chân thành cảm ơn các anh, chị cán bộ nhân viên tại phòng Công Nghệ Hóa lý môi trường - Viện Công nghệ Môi trường - Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - số 18 Hoàng Quốc Việt đã tạo điều kiện giúp đỡ, hướng dẫn em nhiệt tình trong quá trình nghiên cứu. Tuy nhiên em không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô và các bạn để khóa luận tốt nghiệp được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những người vẫn luôn quan tâm, động viên và là chỗ dựa tinh thần giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao trong suốt thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện khóa luận tốt nghiệp vừa qua. Em xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2018 Sinh viên Cấn Thị Mai Tú
  4. DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Abs Độ hấp thụ quang BCL Bãi chôn lấp BOD Nhu cầu oxy sinh học CTR Chất thải rắn COD Nhu cầu oxy hóa hóa học DO Lượng oxy hòa tan trong nước NRR Nước rỉ rác PE Bể màng sinh học kỵ khí dòng chảy QCVN Quy chuẩn Việt Nam SS Chất rắn lơ lửng TDS Tổng chất rắn hòa tan TKN Tổng Nitơ TOC Tổng Cacbon TSS Tổng chất rắn lơ lửng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VSV Vi sinh vật
  5. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn 4 Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới 5 Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam 6 Bảng 1.4. Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm 8 Bảng 1.5. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp 8 Bảng 2.1. Đặc tính nước rỉ rác đã qua tiền xử lý bằng keo tụ điện hóa 25 Bảng 2.2. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của hồ kỵ khí 26 Bảng 2.3. Đặc điểm nước rỉ rác ở hồ làm thoáng 27 Bảng 2.4. Các thông số của bể 31 Bảng 2.5. Môi trường bùn tạo sinh khối 33 Bảng 3.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau 36 Bảng 3.2. Giá trị hiệu suất xử lý amoni trung bình 38 Bảng 3.3. Giá trị hiệu suất xử lý amoni trung bình 40
  6. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Gò Cát 14 Hình 1.2. Sơ đồ hệ lọc sinh học 22 Hình 2.1. Nước rỉ rác sau keo tụ điện hóa trước và sau khi lắng 25 Hình 2.2. Hình ảnh cuvet và máy đo quang UV-Vis 29 Hình 2.3. Mô hình hệ thí nghiệm bể lọc sinh học 30 Hình 2.4. Hệ lọc sinh học trong quá trình thí nghiệm 31 Hình 2.5. Nhựa PE sử dụng làm giá thể bám dính 32 Hình 3.1. Đường chuẩn amoni đo ở bước sóng 672 nm 37 Hình 3.2. Ảnh hưởng của chế độ sục đến hiệu suất xử lý amoni 38 Hình 3.3. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni 39
  7. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. Tổng quan về nước rỉ rác 2 1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác 2 1.1.2. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác 2 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác 7 1.1.4. Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường và sức khỏe con người 10 1.1.5. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 12 1.1.6. Các công trình nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác 13 1.2. Tổng quan về amoni 16 1.2.1. Amoni trong nước rỉ rác 16 1.2.2. Tác động có hại của amoni trong nước 16 1.2.3. Một số phương pháp và công trình nghiên cứu xử lý amoni 17 1.3. Tổng quan về phương pháp lọc sinh học 20 1.3.1. Định nghĩa về bể lọc sinh học sinh học 20 1.3.2 Cấu tạo của bể lọc sinh học. 20 1.3.3. Nguyên lý 21 1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất xử lí 23 1.3.5. Ưu, nhược điểm của phương pháp lọc sinh học 23 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 25 2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu 25 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 25 2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu 27 2.2. Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu 27 2.2.2. Phương pháp phân tích 27 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm 30 2.2.4. Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu thực nghiệm 33 2.3. Các nội dung nghiên cứu 34 2.3.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý 34 2.3.2. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào 35 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1. Đặc điểm của hệ lọc sinh học 36
  8. 3.2. Xây dựng đường chuẩn amoni 36 3.3. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni 37 3.4. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni 39 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 44
  9. MỞ ĐẦU Hiện nay xã hội đang trên đà phát triển, đời sống người dân ngày càng được nâng cao kéo theo đó lượng chất thải rắn (CTR) sinh hoạt phát sinh ngày càng lớn, một trong những hệ lụy mà chất thải rắn mang lại là lượng nước rỉ rác (NRR) phát sinh ngày càng nhiều gây ảnh hưởng tới môi trường và đời sống con người. Đặc biệt, hầu hết nước rỉ rác tại BCL đều phát thải trực tiếp vào môi trường, khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người. Vấn đề này đang là tình trạng phải đối mặt của nhiều quốc gia trên thế giới. Ở Việt Nam, hầu hết các tỉnh thành đều thực hiện công tác thu gom và chôn lấp chất thải sinh hoạt. Tuy nhiên, chất thải rắn ở nhiều khu vực vẫn chưa được phân loại, chôn lấp chưa thực sự tuân thủ các kỹ thuật chôn lấp hợp vệ sinh. Thành phần chất thải rắn được chôn lấp rất đa dạng, chứa cả các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và độc hại. + Một đặc thù của NRR là có hàm lượng amoni (NH4 ) rất cao, khó xử lý. Trong điều kiện thích hợp, amoni có trong nước rỉ rác sẽ chuyển hóa thành nitrit và nitrat. Nitrit nếu vào cơ thể sẽ cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy và gây bệnh đường hô hấp, bên cạnh đó có thể kết hợp với các chất hữu cơ để tạo ra những chất có khả năng gây ung thư, Chính vì vậy, cần phải tập trung nghiên cứu, đánh giá và xử lý một cách có hiệu quả. Hiện nay, trên thế giới cũng như Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu và công nghệ áp dụng xử lý NRR. Mỗi công trình nghiên cứu áp dụng một phương pháp xử lý khác nhau, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Tuy nhiên cho đến nay việc lựa chọn công nghệ xử lý NRR vẫn đang là vấn đề nan giải của nước ta, đặc biệt là việc xử lý amoni để NRR đạt tiêu chuẩn quy định. Xuất phát từ sự quan tâm lớn về môi trường hiện nay cùng với những ưu điểm vượt trội của phương pháp lọc sinh học, đề tài này lựa chọn phương pháp xử lí NRR là lọc sinh học. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học” đã được thực hiện nhằm mục tiêu xử lý được hàm lượng amoni trong NRR sau quá trình keo tụ điện hóa đạt hiệu quả cao nhất, với nội dung nghiên cứu như sau: Nội dung đề tài: - Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sục khí và tải lượng tới hiệu quả xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng công nghệ lọc sinh học. - Lựa chọn điều kiện tốt nhất cho quá trình lọc sinh học. 1
  10. CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nước rỉ rác 1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác Nước rỉ rác (NRR) từ các bãi chôn lấp được định nghĩa là dung dịch sinh ra trong BCL nhờ sự phân hủy chất hữu cơ của các vi sinh vật cùng với các phản ứng sinh hóa diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Lượng NRR được hình thành trong BCL chủ yếu từ trong nước mưa ngấm vào qua lớp phủ bề mặt, quá trình phân hủy sinh học. Các đặc tính cơ bản của NRR thường được đại diện bởi các thông số như: + COD, BOD, NH4 , các kim loại nặng Các nguồn chính tạo ra nước rỉ rác bao gồm: - Nước từ phía trên bãi chôn lấp. - Nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp. - Độ ẩm của rác. - Nước từ vật liệu phủ. - Nước từ bùn. - Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp. - Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các bãi chôn lấp. - Nước từ khu vực khác chảy qua có thể thấm vào ô chôn lấp. - Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp trước khi được phủ đất và sau khi ô chôn lấp được đóng lại. 1.1.2. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác Nước rỉ rác là chất lỏng được sinh ra từ quá trình phân hủy vi sinh đối với các chất hữu cơ có trong rác, thấm qua các lớp rác của ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo và tan từ các chất thải rắn. Do đó, trong nước rỉ rác thường chứa cả các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật. Thành phần nước rỉ rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp, loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén, lớp che phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rỉ rác. Nước rỉ rác chứa đa số thành phần chất ô nhiễm với nồng độ cao và khó phân hủy, do vậy cần kết hợp nhiều phương pháp xử lý như: xử lý cơ học, xử lý hóa học, xử lý sinh học, xử lý oxi hóa nâng cao Sự phân hủy chất thải rắn trong BCL gồm các giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Giai đoạn thích nghi ban đầu. - Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển tiếp. - Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men. 2
  11. - Giai đoạn 4: Giai đoạn lên men metan. - Giai đoạn 5: Giai đoạn ổn định. Các tính chất của NRR phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thành phần và sự phân hủy của rác (thủy phân, hấp phụ, hòa tan, oxy hóa và bay hơi ), hoạt động quản lý, thiết kế và hoạt động của bãi chôn lấp, độ ẩm, lượng oxy, sự chuyển động của nước và các điều kiện thời tiết thay đổi. Do đó, hầu hết các loại nước rỉ rác cần được đánh giá một cách độc lập để tìm ra phương pháp xử lý thích hợp. 1.1.2.1. Thành phần của nước rỉ rác trên thế giới Hàm lượng chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn mới chôn lấp cao hơn rất nhiều so với bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm. Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu năm, chất thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi. Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần như BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng rất cao. Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp chuyển sang giai đoạn metan hóa thì pH tăng lên (6,8 - 8,0), đồng thời BOD5, COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấp hơn. Hàm lượng kim loại nặng giảm vì pH tăng thì hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan [2]. Khả năng phân hủy của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian. Khả năng phân hủy sinh học có thể xét thông qua tỉ lệ BOD5/COD. Khi mới chôn lấp ti ̉ lệ này thường trên 0,5. Khi tỉ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4 - 0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ trong nước rác dễ phân hủy sinh học. Trong các bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm, tỉ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2. Khi đó nước rỉ rác chứa nhiều axit humic và axit fulvic khó phân hủy sinh học [2, 9]. Chất lương̣ nước rỉ rác có sự thay đổi lớ n và liên quan trực tiếp đến sự thay đổi lượng mưa, thành phần chất thải rắn, tuổi bãi chôn lấp và mùa. Các chất ô nhiễm chính trong nước rỉ rác là các hợp chất hữu cơ và amoni. Mối quan hê gị ữa nồng đô các̣ chất trong nước rỉ rác và tuổi bãi chôn lấp được thể hiện ở bảng 1.1. 3
  12. Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn Tuổi bãi chôn lấp Trung bình (5-10 Mới (0-5 năm) Cũ (>10 năm) Thông số Đơn vị năm) BCL BCL BCL BCL BCL BCL Tatyana Bajinder Tatyana Bajinder Tatyana Bajinder pH - 7,5 > 7,5 COD 3.000- 4.000- mg/l >20.000 >10.000 0,3 >0,3 0,1 -0,3 0,1-0,3 60 yếu fulvic Tổng Nitơ 100- mg/l - - - - - 2.000 Tổng kim Thấp đến mg/l 2 10.000 mg/L), chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh hoc,̣ pH thấp hơn 6,5. Tuổi bãi chôn lấp càng cao thì pH càng tăng và nồng đô c̣ ác chất ô nhiễm càng giảm nhưng lại khó phân huỷ sinh học vì chứa chủ yếu các hợp chất hữu cơ bền vững. Các yếu tố môi trường và cơ chế vận hành bãi chôn lấp có ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vận hành quyết định tính chất nước rỉ rác như nước rỉ rác cũ hay mới, sự tích lũy các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học nhiều hay ít. 4
  13. Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới Columbia Cannada Đức Pereira Clover Bar Thành Phần Đơn Vị BCL CTR (5 năm vận (Vận hành từ đô thị hành) năm 1975) pH - 7,2 - 8,3 8,3 - COD mgO2/l 4.350 -65.000 1.090 2.500 BOD mgO2/l 1.560- 48.000 39 230 NH4 200- 3.800 455 1.100 TKN - - 920 Chất rắn tổng cộng mg/l 7.990 - 89.100 - - Chất rắn lơ lửng mg/l 190- 27.800 - - Tổng chất rắn hoà mg /l 7.800-61.300 - - tan Tổngphosphat(PO4) mg/l 2 – 35 - - Độ kiềm tổng mgCaCO3/l 3.050 - 8.540 4.030 - Ca mg/l - - 200 Mg mg/l - - 150 Na mg/l - - 1.150 Nguồn: [10] 1.1.2.2. Thành phần của nước rỉ rác ở Việt Nam Việt Nam vẫn chưa áp dụng biện pháp phân loại rác tại nguồn nên thành phần của nước rỉ rác rất phức tạp. Nước rỉ rác không chi ̉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa các chất vô cơ hoà tan, kim loại nặng, các chất hữu cơ độc hại. Vì vậy, vấn đề vướng mắc hiện nay mà hầu hết các bãi chôn lấp ở Việt Nam gặp phải nhưng chưa có phương hướng giải quyết tối ưu đó là vấn đề xử lý nước ri ̉ rác. Các thành phần nước rỉ rác có thể biến động rất lớn tùy thuộc vào tuổi, chiều sâu bãi chôn lấp, thời gian lấy mẫu - mùa mưa hay mùa khô, thành phần, các quá trình thẩm thấu, tràn, bay hơi và các xu hướng khác. Vì vậy, việc khảo sát các đặc trưng của nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp suốt một thời gian dài, ngay từ khi mới đi vào hoạt động, có thể cung cấp những thông tin quan trọng làm cơ sở để chọn lựa công nghệ xử lý phù hợp. Ngoài ra, thiết kế và thực tế vận hành của các bãi chôn lấp cũng có những ảnh hưởng quan trọng đến đặc trưng nước rỉ rác. Kết quả phân tích nướ c rỉ rác được tổng hợp qua bảng 1.3, pH trong khoảng 6,5 - 8,5. Giá trị COD tại ô chôn lấp cao: 327 – 22.783 mg/l. Nồng đô ṇ itơ dao động 5
  14. lớn 62 – 2.427 mg/l. Có thể thấy đặc trưng nhất của nước rỉ rác là hàm lượng TDS, BOD5, COD, tổng nitơ cao và dao động rất lớn theo thời gian. Như vậy, các đặc trưng hóa lý nướ c rỉ rác được phân chia thành hai loại: nước rỉ rác mới (2 - 3 năm sau khi bãi chôn lấp đi vào hoạt động) và nướ c rỉ rác cũ (từ năm thứ 4 - 5 trở đi), có thể nhận thấy nước rỉ rác mới cũng chia thành hai loại khác nhau: trong giai đoạn 3 - 6 tháng đầu, nước rỉ rác mới mang tính axít, với nồng độ COD, BOD, các kim loại + nặng đều từ cao đến rất cao, pH và NH4 tương đối thấp. Giai đoạn tiếp theo, nồng + độ các ion tự do giảm nhiều, pH trung tính, NH4 bắt đầu tăng, nhưng COD và BOD vẫn còn rất cao. Nhìn chung, nước rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cũng có thành phần chất hữu cơ dao động trong khoảng lớn, COD từ vài trăm đến trên mười nghìn mg/l. Tỉ lệ BOD5/COD ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cao hơn một số bãi chôn lấp thế giới. Ở nhiều nước trên thế giới, nhiều bãi chôn lấp đã áp dụng việc phân loại rác tại nguồn và áp dụng các công nghệ thu hồi, tái chế chất thải rắn nên thành phần và tính chất nước rỉ rác ít phức tạp hơn các bãi chôn lấp ở Việt Nam. Hầu hết chất thải rắn ở nước ta không được phân loại. Vì thế, thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam không những thay đổi theo thời gian mà còn phức tạp hơn so với một số nước khác. Thành phần nước rỉ rác ở nước ta cao và phức tạp cũng do ảnh hưởng của việc vận hành bãi chôn lấp chưa đảm bảo một bãi chôn lấp hợp vệ sinh và điều kiện khí hậu ẩm ướt, mưa nhiều. Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam BCL BCL BCL BCL Gò BCL Thủy Xuân Thông Đơn Tràng Cát Nam Sơn Cát (Hồ Phương Sơn số vị (Hải (Hà Nội) Chí Minh) (Huế) (Hà Phòng) Nội) pH - 6,81-7,98 7,4-7,6 7,7-8,5 6,5-8,22 7,7 6,913- TDS mg/l - - 4,47-9,24 - 19,875 TSS mg/l 120-2.240 700-2.020 42-84 21-78 986 1.020- 13.655- COD mg/l 623-2.442 327-1001 3.540 22.783 16.814 BOD5 mg/l 495-12.302 6.272-9.200 148-398 120-465 2.150 BOD5/ 0,370- - 0,485-0,540 0,459-0,547 0,234-0,163 0,670 COD 0,465 6
  15. Tổng mg/l 423-2.253 1.821-2.427 - 179-507 62 N N- + mg/l - 1.680-2.887 184-543 - 17,2 NH4 N- + mg/l - 0-6,2 - - 12,5 NO3 Tổng P mg/l 6,51-24,80 10,3-19,8 - 3,92-8,562 4,31 Độ cứng mg/l - - 1.419-4.874 - - CaCO3 Cl- mg/l - - 518-1.199 - - 0,047- As mg/l 0,001-0,003 - - 0,2 0,086 Pb mg/l 0,050-0,086 - - 0,34 Cd mg/l 0,010-0,025 - - 0,14 0,0001- Hg mg/l - - 0,0001 - 0,0009 Tuổi năm 7 7 9 2 10 BCL Nguồn trích [2] [6] [7] [2] [5] dẫn 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác Do có nhiều yếu tố bên ngoài tác động lên quá trình hình thành nước rỉ rác nên thành phần của chúng rất khó xác định: ❖ Thời gian chôn lấp Tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần. Thành phần của nước rỉ rác thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra. Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ. Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó chất rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. 7
  16. Bảng 1.4. Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm Bãi chôn lấp mới Bãi chôn lấp lâu năm - Nồng độ các axit béo dễ bay hơi - Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp. (VFA) cao. - pH nghiêng về tính axit - pH trung tính hoặc kiềm. - BOD cao. - BOD thấp. - Tỷ lệ BOD/COD cao. - Tỷ lệ BOD/COD thấp - Nồng độ amoni và nitơ hữu cơ cao. - Vi sinh vật có số lượng lớn. - Vi sinh vật có số lượng nhỏ. - Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim - Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và loại nặng cao. kim loại nặng thấp. Nguồn: George Tchobanoglos và cộng sự 1993, Handbook of solid waste management Bảng 1.5. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp Giá trị, mg/l Thành phần Bãi mới ( 10 Khoảng Trung bình năm) BOD5 2.000 – 55.000 10.000 100 – 200 TOC 1.500 – 20.000 6.000 80 – 160 COD 3.000 – 90.000 18.000 100 – 500 Chất rắn hòa tan 10.000 – 55.000 10.000 1.200 Tổng chất rắn lơ lửng 200 – 2.000 500 100 – 400 Nitơ hữu cơ 10 – 800 200 80 – 120 Amoniac 10 – 800 200 20 – 40 Nitrat 5 – 40 25 5 – 10 Tổng lượng phốt pho 5 – 100 30 5 – 10 Othophotpho 4 – 80 20 4 – 8 Độ kiềm theo CaCO3 1.000 – 20.900 3.000 200 – 1000 pH 4,5 – 7,5 6 6,6 – 9 Độ cứng theo CaCO3 300 – 25.000 3.500 200 – 500 Canxi 50 – 7.200 1.000 100 – 400 Magie 50 – 1.500 250 50 – 200 Clorua 200 – 5.000 500 100 – 400 8
  17. Giá trị, mg/l Thành phần Bãi mới ( 10 Khoảng Trung bình năm) Sunphat 50 – 1.825 300 20 – 50 Tổng sắt 50 – 5.000 60 20 – 200 (Thuyết mình đề tài KHCN thuộc các hướng KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN) [4] Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rỉ rác cũng có sự thay đổi. Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước rò rỉ chỉ chứa một phần nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. ❖ Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong việc ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp, làm tăng nhanh thời gian tạo nước rò rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước. Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ. Qúa trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn chung thì các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ. ❖ Thành phần của chất thải rắn Thực tế, thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng tác động đến tính chất của nước rỉ rác. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rỉ rác cũng có các đặc tính tương tự. ❖ Chiều sâu bãi chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy BCL có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy. Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn, khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm. 9
  18. ❖ Độ ẩm rác và nhiệt độ Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt. Khi bãi chôn lấp đạt trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉ được hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nước rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn. Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ. Khi nhiệt độ môi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn. Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác như: ảnh hưởng từ bùn; cống rãnh và chất thải độc hại; độ nén; chiều dày và nguyên liệu làm lớp phủ đều ảnh hưởng tới thành phần nước rỉ rác. 1.1.4. Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường và sức khỏe con người Trong nước rỉ rác có chứa hàm lượng chất hữu cơ và nồng độ amoni cao. Bên cạnh đó, trong quá trình chôn lấp và phân hủy chất hữu cơ từ các bãi chôn lấp (đặc biệt là bãi chôn lấp mới) sẽ phát sinh ra các khí độc như khí metan (CH4). Các yếu tố trên là nguyên nhân chính gây hại tới môi trường và sức khỏe con người. Ở những khu vực xung quanh bãi rác, nước rỉ rác có chứa hàm lượng cao các kim loại nặng và chất hữu cơ khi đi vào nguồn nước và đất sẽ tích tụ độc tố gây ảnh hưởng lâu dài đến người dân xung quanh. Các đoạn kênh rạch, sông suối quanh bãi chôn lấp bán kính 5 km thường có màu xám và màu vàng nâu gây nên hiện tượng phát sinh tảo nấm gây hại, cản trở sự sinh trưởng và phát triển của các loài sinh vật trong nước. 10
  19. 1.1.4.1. Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường ✓ Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường nước Nước rỉ rác có chứa hàm lượng chất ô nhiễm cao (chất hữu cơ: do trong rác có phân súc vật, thức ăn thừa chất thải độc hại từ các bao bì đựng phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, mỹ phẩm ) nếu không được thu gom, xử lý sẽ xâm nhập vào nguồn nước mặt và nước ngầm gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng. Hàm lượng nitơ cao là chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong rêu, tảo gây hiện tượng phú dưỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nước, gây thiếu hụt DO trong nước do oxi bị tiêu thụ trong quá trình oxi hóa chất hữu cơ. Tạo ra xói mòn trên tầng đất nén và lắng đọng trong lòng nước mặt chảy qua. Cũng có thể chảy vào các tầng nước ngầm và các dòng nước sạch gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người dân sử dụng nguồn nước. Nước là đường truyền bệnh rất nguy hiểm. Nguồn nước ô nhiễm tác động đến con người thể hiện qua sức khỏe cộng đồng, khi ăn các loại thực phẩm như cá, tôm, cua, bị nhiễm độc do nước ô nhiễm, con người sẽ mắc nhiều chứng bệnh, trong đó có cả bệnh ung thư. Ngoài ra, nguồn nước còn gây ra cả bệnh thương hàn, kiết lỵ, dịch tả, da liễu nguyên nhân là do trong nước ô nhiễm có nhiều vi khuẩn và nấm gây bệnh cho người. Khi nguồn nước bị ô nhiễm dù ở mức độ nặng hay nhẹ đều gây ảnh hưởng xấu đến giới tự nhiên, hệ sinh thái, động - thực vật thủy sinh. Khi môi trường nước bị ô nhiễm vùng ven sông rạch, vùng bán ngập do mực nước ngầm nông, nguồn nước mặt bị ô nhiễm với nhiều yếu tố độc hại đã di chuyển thẳng xuống mạch nước ngầm theo phương thẳng đứng hoặc từ nước sông ngấm vào mạch nước ngầm theo phương nằm ngang, dưới tác dụng của thủy triều mà không qua gạn lọc, làm sạch tự nhiên của môi trường. ✓ Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường không khí Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và mưa nhiều ở nước ta hiện nay là điều kiện thuận lợi cho các thành phần hữu cơ trong rác thải phân hủy, thúc đẩy nhanh quá trình lên men, thối rữa và tạo nên mùi khó chịu gây ô nhiễm môi trường không khí. Các khí phát sinh từ quá trình phân hủy chất hữu cơ trong rác thường là: amoni có mùi khai, phân có mùi hôi, hydrosunfua mùi trứng thối, sunfua hữu cơ như bắp cải rữa, mecaptan mùi hôi nồng, amin như cá ươn, điamin như thịt thối, Cl2 nồng, phenol mùi xốc đặc trưng. Ngoài ra, quá trình đốt rác sẽ phát sinh nhiều khí ô nhiễm như: SO2, NOx, CO2, bụi . 11
  20. ✓ Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường đất Trong thành phần nước rác có chứa nhiều chất độc hại, khi rác thải được đưa vào môi trường và không được xử lý khoa học thì những chất độc xâm nhập vào đất sẽ tiêu diệt nhiều loài sinh vật có ích cho đất như: giun, vi sinh vật, nhiều loài động vật không xương sống, ếch nhái làm cho môi trường đất bị giảm tính đa dạng sinh học và phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại cây trồng. 1.1.4.2. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến sức khỏe con người Nước rỉ rác ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe con người. Cụ thể, qua đường tiêu hóa, đường hô hấp, tiếp xúc qua da Thông qua quá trình sinh hoạt, sử dụng nguồn nước, thức ăn bị nhiễm độc (Ví dụ: rau muống trồng ở gần ven sông, ao có khả năng hấp phụ kim loại nặng tốt và tôm cá ở ao hồ, sông, suối) dẫn đến các chất ô nhiễm độc hại đi vào cơ thể con người làm cho con người có thể mắc các bệnh như: bệnh đường tiêu hóa; nhiễm độc kim loại nặng; kích thích đến sự hô hấp của con người và kích thích nhịp tim đập nhanh gây ảnh hưởng xấu đối với những người mắc bệnh tim mạch. 1.1.5. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác ❖ Nguyên tắc để lựa chọn công nghệ xử lý nước rỉ rác: Trong điều kiện ở Việt Nam, việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rỉ rác phải theo nguyên tắc: - Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất lượng nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn vào nguồn. Nước sau khi xử lý có thể xả vào sông hoặc hồ gần nhất, ngoài ra có thể dùng cho trồng trọt. - Công nghệ xử lý phải đảm bảo mức độ an toàn trong trường hợp có sự thay đổi lớn về lượng mưa, nồng độ nước rỉ rác trong mùa mưa và mùa khô. - Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, chi phí và vốn đầu tư phải phù hợp. - Công nghệ xử lý phải phù hợp với điều kiện Việt Nam, nhưng phải mang tính hiện đại và có khả năng sử dụng trong thời gian dài. - Công nghệ xử lý dựa vào: Lưu lượng và thành phần nước rác; tiêu chuẩn thải nước rác sau khi xử lý vào nguồn; điều kiện thực tế về quy hoạch, xây dựng và vận hành của BCL; điều kiện về địa chất công trình và địa chất thuỷ văn; điều kiện về kỹ thuật (xây dựng, lắp ráp và vận hành); khả năng vốn đầu tư. - Công nghệ xử lý phải có khả năng thay đổi dễ dàng khi áp dụng các quy trình xử lý mới đem lại hiệu quả cao. - Công nghệ xử lý mới có khả năng tái sử dụng nguồn chất thải (năng lượng, 12
  21. phân bón ). Hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng trong thực tiễn. Nhưng 2 phương pháp xử lý cơ bản được áp dụng trong xử lý nước rỉ rác là phương pháp hóa lý và phương pháp sinh học. - Phương pháp hóa lý: keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa, kết tủa và phương pháp màng lọc, lắng. - Phương pháp sinh học: xử lý vi sinh yếm khí, hiếu khí, thiếu khí và tổ hợp của chúng. Với biện pháp xử lý mang tính sinh vật học thì phương pháp sinh học có các công đoạn thay đổi như phương pháp bùn hoạt tính, thông khí tiếp xúc, tháp lọc sinh học, xử lý bằng phương pháp kỵ khí, đặc biệt gần đây chuyển sang công đoạn loại bỏ nitơ. Tuy nhiên nước rỉ rác có nồng độ cao và hàm lượng độc nhiều, do phải duy trì sức chứa nên tiêu tốn đất xử lý với quy mô lớn và sau khoảng thời gian nhất định có nhược điểm là chức năng của phần xử lý tính kỵ khí giảm. Phương pháp xử lý mang tính vật lý hóa học với các phương pháp như: keo tụ, ozon hóa lọc cát, hấp phụ than hoạt tính, oxy hóa Fenton, phân ly màng. Với phương pháp hóa học, chủ yếu thường dùng phương pháp kết tủa đông hay oxy hóa Fenton nhưng chi phí khá tốn kém và cần chú ý vận hành. Với phương pháp vật lý, chủ yếu là sử dụng thẩm thấu ngược (R/O: Reverse Osmosis Membrane) và cũng có hiệu quả đáng kể, tuy nhiên cũng cần chú ý đến nhược điểm của phương pháp này trước khi xử lý nhằm ngăn ngừa tích tụ bẩn do các chất vô cơ và hữu cơ. Dó đó để mang lại kinh tế trong quá trình xử lý nước rỉ rác cần phải biết cách kết hợp giữa các phương pháp xử lý mang tính sinh vật học với phương pháp mang tính vật lý - hóa học. 1.1.6. Các công trình nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác 1.1.6.1. Các công trình nghiên cứu trong nước Xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam mới được quan tâm từ khoảng thời gian không quá 10 năm trở lại đây, nên những nghiên cứu về công nghệ chưa nhiều. Các hệ thống được xây dựng để xử lý nước rác được hình thành chủ yếu là tính bức xúc của xã hội tại địa phương nơi có bãi chôn lấp rác. Do tính chất của địa phương nên công nghệ xử lý nước rác cũng có tính đặc thù rất cao. Một số hệ thống xử lý nước rỉ rác tại Việt Nam: - Hệ thống xử lý nước rỉ rác tại Tây Mỗ - Hà Nội: trạm được xây dựng từ năm 1998 với công nghệ sinh học đơn giản đã hoạt động không hiệu quả ngay sau khi 13
  22. vận hành, thành phần nước thải đầu vào và đầu ra hầu như không thay đổi và từ đó đến nay thì trạm không được vận hành. - Trạm xử lý nước rỉ rác tại Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội: trạm được xây dựng từ năm 2000 với sự kết hợp của tuyển nổi và xử lý sinh học những sau khoảng 2 tháng vận hành xử lý kém hiệu quả và sau khi đã có những hiệu chỉnh thì một thời gian hệ thống hoạt động vẫn không có hiệu quả. Và hiện nay thì hệ thống đã dần ổn định. - Trạm xử lý do Liên hiệp khoa học và sản xuất hóa học UCE tiến hành với công nghệ xử lý chủ yếu là hóa học và hóa lý để oxy hóa và keo tụ chất thải trong nước rỉ rác. Công nghệ này được đề xuất để xử lý nước thải tồn đọng trong ô chôn lấp số 3 bãi rác Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội, nước thải sau khi xử lý không đạt yêu cầu của TCVN 5945-1995 cột B về COD, tổng N và hiện nay thì trạm đã được tháo dỡ. - Trạm xử lý do xí nghiệp điện lạnh và môi trường - công ty cơ khí thủy sản tiến hành với mục đích xử lý nước rỉ rác khẩn cấp cho bãi chôn lấp chất thải Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội. Công nghệ này đã vận dụng hệ thống hồ sinh học để giảm tải đáng kể hàm lượng COD và BOD. - Trạm xử lý nước rác tại bãi chôn lấp Gò Cát - tp Hồ Chí Minh. Trạm bắt đầu vận hành từ năm 2001 cho đến nay đã có 3 loại hình công nghệ xử lý khác nhau được áp dụng : 1. Phương pháp xử lý bằng màng lọc - Công ty VerMeer, Hà Lan. 2. Phương pháp xử lý sinh học - Trung tâm môi trường CENTEMA. 3. Phương pháp sinh học kết hợp lọc màng - Trung tâm môi trường CEO. Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Gò Cát 14
  23. Theo nhận định ban đầu, đây là một trạm xử lý nước rỉ rác theo công nghệ của Hà Lan khá hiện đại với công nghệ chủ yếu được áp dụng là công nghệ lọc màng. Tuy nhiên từ năm 2007 trạm đã ngừng hoạt động. 1.1.6.2. Các công trình nghiên cứu trên thế giới Hiện nay trên thế giới với mục đích bảo vệ môi trường, các nước Nhật bản, Mỹ, Hàn Quốc đã có hướng nghiên cứu mới đó là tăng cường sự phân hủy rác tại các bãi chôn lấp bằng biện pháp tái tuần hoàn nước rỉ rác chứa nhiều oxy. Với nước rỉ rác tuần hoàn có hàm lượng oxy tự do hoặc liên kết dưới dạng sunfat, nitrat cao, vi khuẩn sẽ lấy oxy từ đó để phân hủy hiếu khí hoặc thiếu khí (thông qua quá trình khử sunfat, nitrat ) các chất hữu cơ trong rác thải. Ngoài ra, một trong những phát kiến gây được sự chú ý lớn trong việc quản lý chất thải rò rỉ trên khắp thế giới là chôn lấp với công nghệ hoạt hóa sinh học. Công nghệ này đã thay đổi mục đích của một bãi chôn lấp với chức năng lưu giữ chất thải một cách thông thường thành một hệ thống xử lý chất thải hiệu quả. a. Xử lý nước rỉ rác tại Mỹ Công ty DEQ đã xây dựng hệ thống xử lý nước rỉ rác: - Đánh giá lưu lượng nước thải sinh ra từ bãi rỉ rác. - Đánh giá đặc trưng ô nhiễm của nước rỉ rác, dự báo diễn biến ô nhiễm theo thời gian. - Xác định tình trạng của nguồn nước nhận, giá thành xử lý, hậu quả đối với môi trường, khó khăn về phương diện kỹ thuật, tiêu chuẩn thải. - Xác định các chỉ tiêu chung và đặc thù. - Xác định giá thành xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước rỉ rác. Trên cơ sở đặc trưng của nguồn nước nhận sẽ tiến hành các giải pháp công nghệ khác nhau, ví dụ hòa trộn lẫn với hệ nước thải sinh hoạt, sử dụng để tưới tiêu, xử lý tại chỗ và xả vào nguồn nước mặt hoặc phương thức khác. b. Xử lý nước rỉ rác tại Nhật Bản Công nghệ xử lý nước rỉ rác của hãng Tsukishima kikai (TKS): - Công nghệ tách ion canxi. - Công nghệ xử lý vi sinh sử dụng các thiết bị: tiếp xúc sinh học, tấm sục khí. Các thiết bị thích hợp cho nước thải loãng, tiết kiệm năng lượng, không xử lý thích hợp chất nitơ. - Kĩ thuật ngưng tụ và kết tủa. Công nghệ xử lý nước rỉ rác của hãng Kubota Corporation: 15
  24. - Công nghệ chống kết tủa các chất lắng đọng từ nước rác trong đường ống. - Công nghệ xử lý sinh học. - Khử nitrat nếu cần thiết. - Tách loại các hợp chất hữu cơ, sử dụng biện pháp keo tụ với sắt (III) clorua để tách một phần chất hữu cơ. c. Xử lý nước rỉ rác tại Hàn Quốc Ở các bãi rác sinh hoạt tại Hàn Quốc có khoảng 50 điểm dùng cách xử lý sinh hoạt trước rồi sau đó dẫn về trạm xử lý chung; 92 điểm đưa thẳng nước rỉ rác về trạm xử lý chung; 102 điểm tự xử lý hoàn toàn rồi cho thoát ra ngoài. Kể từ khi ban hành cho tiêu chuẩn nitơ amoni năm 1999 và sau đó năm 2001 thì phần lớn các trạm xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp đã được bổ sung hoặc lắt đặt mới các thiết bị xử lý nitơ; trong đó phần lớn công nghệ xử lý nitơ vận hành theo kiểu MLE (Modified Ludzacck Ettinger); cũng có hơn 10 bãi rác nhỏ dùng phương pháp RO sau công nghệ sinh học. 1.2. Tổng quan về amoni 1.2.1. Amoni trong nước rỉ rác Trong môi trường nước, amoni có thể tồn tại ở dạng phân tử (NH3) hoặc ion + (NH4 ) tùy thuộc vào pH của nước. Ở dạng phân tử, amoni thường gọi amoniac là một chất khí không màu, mùi và sốc [8]. Amoniac tan khá tốt trong nước và độ tan phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ dung dịch. Ở 0oC, độ tan của amoniac có thể lên đến 50% trong nước, ở 20oC giảm xuống còn khoảng 35% và ở 100oC thì độ tan của amoniac hầu như bằng 0%. Dung dịch amoniac lỏng bán ngoài thị trường thường có nồng độ amoniac từ 25 - 27%. Khi tan trong nước, amoniac kết hợp với ion H+ của nước tạo thành một dung dịch kiềm yếu theo cân bằng: + - NH3 + H2O ↔ NH4 + OH (1) Amoni cũng có thể bị oxy hoá dưới tác dụng của các tác nhân oxy hoá tạo - - thành N2, NO2 , NO3 . Với sự có mặt của oxy, amoni chuyển thành nitrat theo phương trình: + - + NH4 + 2O2 → NO3 + H2O + 2H (2) 1.2.2. Tác động có hại của amoni trong nước - Trong môi trường nước amoni tồn tại lâu có thể chuyển hóa thành nitrit (NO2 ) - và nitrat (NO3 ) là những chất có tính độc hại tới con người khi đi vào cơ thể, vì nó có khả năng chuyển hóa thành các hợp chất Nitrosamine là chất có khả năng gây 16
  25. ung thư cho con người [14]. Vì vậy quy định về amoni trong nước là rất thấp (theo QCVN 08-MT: 2015/BTNMT là 0,3 mg/L theo cột A và 0,9 mg/L với cột B). Trong nước, amoni làm giảm hiệu suất của giai đoạn clo hóa sát trùng nước (bước phổ biến trong công nghệ xử lý nước hiện hành), do xảy ra phản ứng nhanh giữa amoni và clo để chuyển hóa clo thành cloramin có tác dụng sát khuẩn yếu so với clo khoảng 100 lần. Amoni cùng với một số chất vi lượng trong nước (hữu cơ, phốt pho, sắt, mangan ) là nguồn dinh dưỡng - thức ăn để vi khuẩn, tảo phát triển, gây hiện tượng không ổn định sinh học của chất lượng nước sau xử lý. Nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống ống dẫn, bể chứa. Chính vì vậy, hàm lượng amoni trong nước luôn là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm. Độ độc của amoni phụ thuộc cao vào pH nước. Chẳng hạn như nó sẽ chuyển hóa thành ion amoni kém độc hơn ở pH thấp (pH 7 các mức độc của amoni tăng lên do tăng dạng phân + tử. Mức amoni tổng (NH3 + NH4 ) chỉ ở khoảng 0,25 mg/L đã có thể gây nguy hại cho cá và các loài sinh vật nước khác. Riêng dạng phân tử (NH3), chỉ cần ở nồng độ rất thấp (0,01 - 0,02 mg/L) cũng đã có thể giết chết cá [18]. 1.2.3. Một số phương pháp và công trình nghiên cứu xử lý amoni 1.2.3.1. Các phương pháp xử lý amoni a, Phương pháp clo hóa Clo là chất oxy hóa mạnh có khả năng oxy hóa amoni/amoniac ở nhiệt độ phòng thành N2. Khi hòa tan clo trong nước tùy theo pH của nước mà clo có thể nằm dạng HClO hay ion ClO- [3] do có phản ứng theo phương trình: Cl2 + H2O → HCl + HClO (pH 8) (4) + Khi trong nước có NH4 sẽ xảy ra phản ứng sau: HClO + NH3 → H2O + NH2Cl (Monocloramin) (5) HClO + NH2Cl → H2O + NHCl2 (Dicloramin) (6) HClO + NHCl2 → H2O + NCl3 (Tricloramin) (7) Nếu có clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân hủy các Cloramin: - HClO + 2NH2Cl → N2 + 3Cl + H2O (8) Khi amoni phản ứng gần hết, clo dư sẽ phản ứng với các hợp chất hữu cơ có trong nước để hình thành nhiều hợp chất clo có mùi đặc trưng khó chịu [11]. b, Phương pháp trao đổi ion Quá trình trao đổi ion là một quá trình hóa lý thuận nghịch trong đó xảy ra phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bề mặt hoặc 17
  26. bên trong các pha rắn tiếp xúc với nó. Quá trình trao đổi ion tuân theo định luật bảo toàn điện tích. Mức độ trao đổi ion phụ thuộc vào [3]: - Kích thước hóa trị của ion. - Nồng độ ion có trong dung dịch. - Bản chất của chất trao đổi ion. - Nhiệt độ. c, Phương pháp sinh học Đối với phương pháp sinh học nó bao gồm hai quá trình nối tiếp nhau là nitrat hóa và khử nitrat hóa như sau: - Quá trình nitrat hóa: Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học: + 3 - + NH4 + O2 → NO2 + 2H + H2O (9) 2 - 1 - NO2 + O2 → NO3 2 (10) Phương trình tổng: + - + NH4 + 2O2 → NO3 + 2H + H2O (11) Theo phản ứng hóa học diễn ra, đầu tiên, amoni được oxy hóa thành các nitrit nhờ các vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus. Sau đó các ion nitrit bị oxy hóa thành nitrat nhờ các vi khuẩn Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus. Các vi khuẩn nitrat hóa Nitrosomonas và Nitrobacter thuộc loại tự dưỡng hóa năng [12]. Năng lượng sinh ra từ phản ứng nitrat hóa được vi khuẩn sử dụng trong quá trình tổng hợp tế bào. Nguồn cacbon để sinh tổng hợp ra các tế bào - vi khuẩn tế bào mới là cacbon vô cơ (HCO3 là chính). Quá trình nitrat hóa thường được thực hiện trong bể phản ứng sinh học với lớp bùn dính bám trên các vật liệu mang giá thể vi sinh. Vận tốc quá trình oxy hóa nitơ amoni phụ thuộc vào tuổi thọ của bùn (màng vi sinh vật), nhiệt độ, pH của môi trường, nồng độ vi sinh vật, hàm lượng amoni, oxy hòa tan, vật liệu lọc Các vi khuẩn nitrat hóa có khả năng kết hợp thấp, do vậy việc lựa chọn vật liệu lọc nơi các màng vi sinh vật dính bám cũng có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất làm sạch và sự tương quan sản phẩm của phản ứng sinh hóa. Sử dụng vật liệu mang phù hợp làm giá thể cố định vi sinh cho phép giữ được sinh khối trên giá thể, tăng tuổi thọ bùn, nâng cao và ổn định hiệu suất xử lý trong cùng một khối thể tích cũng như tránh được những ảnh hưởng do thay đổi điều kiện môi trường bên ngoài [18]. Quá trình nitrat hóa có hiệu quả cao khi hàm lượng oxy hòa tan lớn hơn 4 mg/L [8]. 18
  27. - Quá trình khử nitrat hóa: Để loại bỏ nitrat trong nước, sau công đoạn nitrat hóa amoni là khâu khử nitrat sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện thiếu khí (anoxic). Nitrit và nitrat sẽ chuyển thành dạng khí N2, NO, N2O là những khí có ảnh hưởng không đáng kể với môi trường [11]. Quá trình khử nitrat hóa là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau: - - NO3 → NO2 → NO → N2O → N2 (12) Vi khuẩn khử tham gia vào quá trình khử nitrat hóa bao gồm: Balicilus, Pseudomnas, Methanomonas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus, [16]. Để thực hiện phương pháp này, người ta cho nước qua bể lọc kỵ khí với vật liệu lọc, nơi bám dính và sinh trưởng của vi sinh vật khử nitrat. Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử. Chúng có thể là chất hữu cơ, H2S, Nếu trong nước không có oxy nhưng có mặt của các hợp chất hữu cơ mà vi sinh hấp thụ được - trong môi trường anoxic, khi đó vi khuẩn dị dưỡng sẽ sử dụng NO3 như nguồn oxy - để oxy hóa chất hữu cơ (chất nhường điện tử), còn NO3 (chất nhận điện tử) bị khử thành khí nitơ. 1.2.3.2. Một số công trình nghiên cứu xử lý amoni Amoni là một trong những đối tượng được quan tâm nghiên cứu loại bỏ trong nước thải vì hàm lượng cao cũng như tính chất độc hại của nó. Có nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và có những kết quả khả quan. Dưới đây là một số ví dụ cụ thể: Li và cộng sự [14] đã nghiên cứu xử lý amoni có trong nước rỉ rác tại một nhà + máy ở Trung Quốc bằng phương pháp keo tụ hóa học. Nồng độ amoni (NH4 ) giảm xuống còn 112 mg/L so với nồng độ ban đầu (5618 mg/L). Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý amoni tốt nhất ở điều kiện pH = 8 và có bổ sung thêm hỗn hợp 2 muối: MgCl2.6H2O và Na2HPO4.12H2O. Mpenyana và cộng sự [15] đã nghiên cứu việc loại bỏ amoni từ nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học gián đoạn hai quá trình: nitrat hóa và khử nitrat tạo N2. Kết quả cho thấy sau quá trình nitrat hóa hàm lượng amoni giảm 84%. Sau 10 tuần thí nghiệm hiệu suất xử lý amoni tăng lên lên tới 99%. Sang đến quá trình khử - nitơ thì hầu như NO3 đã được loại bỏ và tạo N2. Bên cạnh đó, kết quả cũng cho thấy khả năng xử lý COD là rất thấp, chỉ đạt 36% hiệu suất. Kabdasli và cộng sự [13] đã nghiên cứu việc loại bỏ amoni từ bãi chôn lấp rác thải mới bằng việc tạo lắng magie amonium phosphate (MAP) trong môi trường nước + nhiều amoni, đồng thời loại bỏ khí NH3 vào không khí. Trong nghiên cứu này, amoni được xử lý trong điều kiện kỵ khí. Kết quả cho thấy, ở điều kiện pH = 12 hàm 19
  28. + lượng NH4 được loại bỏ cao từ 85 đến 90%. Bên cạnh đó, COD được xử lý với hiệu suất lên tới 80%. Nicole và cộng sự [16] đã nghiên cứu loại bỏ amoni từ bãi chôn lấp rác thải cũ bằng việc sử dụng nồi phản ứng sinh học tại chỗ (Bioreactor). Hàm lượng amoni sau khi được xử lý tuy chưa có kết quả chính xác nhưng nằm trong khoảng thấp hơn giới hạn cho phép trong môi trường. Zhu Liang và Junxin Liu [20] đã nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp oxy hóa amoni yếm khí kết hợp với hệ thống thẩm thấu đất. Amoni và nitrit sẽ được oxy hóa trực tiếp thành N2 dưới điều kiện yếm khí. Quá trình này bao gồm + một lò phản ứng nitrat hóa, một lò phản ứng oxy hóa NH4 kỵ khí và hai hệ thống thẩm thấu đất. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng các chất thải còn lại có hàm + lượng thấp: 22 – 58 mg NH4 /L, 32 - 250 mg COD/L với hiệu suất tương ứng là 97 và 89%. Phương pháp này có hiệu quả với nước rỉ rác có hàm lượng amoni cao và có khả năng hoạt động ổn định một thời gian dài. Yang Deng và Casey M. Ezyske [19] đã nghiên cứu xử lý đồng thời chất hữu cơ ô nhiễm và amoni có trong nước rỉ rác bằng phương pháp oxy hóa tiên tiến gốc sunfua. Trong nghiên cứu này, tất cả các thí nghiệm được tiến hành trong một lò phản ứng hàng loạt có sự kiểm soát nhiệt độ. Kết quả nghiên cứu đã tìm ra được điều kiện tối ưu cho hiệu quả xử lý cao là: pH = 3 – 4 và nhiệt độ môi trường cao có + thể loại bỏ được 79% COD và 91% NH4 . 1.3. Tổng quan về phương pháp lọc sinh học 1.3.1. Định nghĩa về bể lọc sinh học sinh học Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước cũng như không khí. Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu được bao phủ bởi màng VSV. Các vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Màng sinh học hiếu khí là một hệ VSV tùy tiện. Ở ngoài cùng của màng là lớp vi khuẩn hiếu khí mà dễ thấy là các trực khuẩn bacillus ở giữa các vi khuẩn tùy tiện. Lớp sâu bên trong màng là các động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác. Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxy hóa chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy, chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, còn khối lượng của màng sinh học sẽ tăng lên. Màng vi sinh chết được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học. 1.3.2 Cấu tạo của bể lọc sinh học. Bể lọc sinh học là thiết bị gồm có ba phần chính: 1. Vật liệu lọc. 20
  29. 2. Hệ thống phân phối nước. 3. Sàn đỡ và thu nước. Hình dáng: Hệ lọc sinh học có cấu tạo là một hình hộp chữ nhật, ở trong có phân bố 3 ngăn chính: ngăn thiếu khí, ngăn hiếu khí và ngăn lắng. Các ngăn này không tách rời nhau mà được kết nối với nhau nhờ khe hở dưới đáy của các ngăn. Vật liệu lọc: giá thể vi sinh bám dính dạng tấm, vật liệu chế tạo bằng nhựa PE với diện tích bề mặt là 200 m2/m3, diện tích bề mặt tiếp xúc trên một đơn vị thể tích lớn, độ bám dính vi sinh cao. Giá thể giúp vi sinh bám vào bề mặt của giá thể tạo thành lớp màng. Vi sinh vật bắt đầu phát triển trên lớp màng và bắt đầu quá trình phân hủy sinh học. Khi vi sinh phát triển, lớp màng đã dày lên, hiệu suất phân hủy sinh học đạt giá trị cao nhất. Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự suy giảm sinh khối, lớp màng sẽ bị mỏng dần đi nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ chất và sinh khối. Sau khi phát triển đến độ dày nhất định, lớp màng không dày lên nữa và trở nên ổn định, vi sinh vật bong ra khỏi bề mặt của giá thể. Sự trao đổi chất diễn ra để phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và nước. Lượng cơ chất phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không vi sinh sẽ thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội bào để cân bằng với cơ chất và sinh khối, tức là nếu thiếu lượng thức ăn thì vi sinh vật có thể sẽ bị chết. Hệ thống phân phối nước: Nước thải được phân phối trên lớp vật liệu lọc nhờ một hệ thống giàn quay phun nước thành tia hoặc nhỏ giọt. Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt vật liệu khoảng 0,2 - 0,3 m. Sàn đỡ và thu nước: Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm nước nặng tới 300 - 350 kg/m3. Để tính toán, giá đỡ thường lấy giá trị an toàn là 500 kg/m3. Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0,6 - 0,8 m. Sàn đỡ và thu nước thường có 2 nhiệm vụ: - Thu đều nước có các mãnh vỡ của màng sinh học bị tróc. - Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì môi trường hiếu khí trong các khe rỗng. Ngoài ra, hệ lọc sinh học còn có bộ phận sục khí, ống thu nước đầu ra, ống thu bùn để xả cặn để rửa đáy bể lọc sinh học khi cần thiết [1]. 1.3.3. Nguyên lý Nước thải sau khi đã được loại bỏ cặn lắng được dẫn vào bể, nước thải trong bể được phân phối đều vào cả hai ngăn hiếu khí và thiếu khí nhờ ngăn trên cùng của bể và khe hở dưới đáy bể. 21
  30. Oxi được cung cấp nhờ máy thổi khí ở ngăn hiếu khí. Máy sục khí giúp nước thải được trộn lẫn với bùn được dễ dàng hơn, tạo thành dòng nước tuần hoàn trong bể từ ngăn hiếu khí sang ngăn thiếu khí, tạo thành dòng nước luân chuyển trong bể, đồng thời cung cấp oxy cho vi sinh vật trong bể. Chính vì thế mà lượng VSV có nhiều khả năng được tiếp xúc với nước thải hơn. Lượng nước thải trong 3 ngăn thiếu khí, hiếu khí và ngăn lắng cân bằng với nhau, khi lượng nước thải được thêm vào khiến ngăn hiếu khí và thiếu khí tăng lên đồng thời nước ở ngăn lắng cũng nâng lên, lượng nước được dâng lên trong ngăn lắng cũng chính là lượng nước đã qua xử lý ở trong bể. Phần nước trong ở trong ngăn lắng sẽ được thoát ra ngoài nhờ van nhỏ được lắp bên cạnh ngăn lắng. Hỗn hợp bùn được lắng dưới đáy ngăn sẽ được tuần hoàn trở lại khi hệ thống tiến hành quá trình sục. Đây cũng là một ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh học dùng chính khối bùn hoạt tính. Bể lọc sinh học với giá thể dạng vật liệu ngập nước đóng vai trò là giá thể hỗ trợ cho việc tăng trưởng sinh khối. Giá thể vi sinh có thể oxy hóa được tất cả các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải, các thành phần sinh học có trong nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm dần và quá trình lọc sẽ hiệu quả tốt hơn. Tuy nhiên khi lớp màng quá dày tức là lúc đó lớp sinh khối trên giá thể dư thừa cần định kỳ rửa ngược để giảm sự tắc nghẽn khi nước thải đi qua khối vật liệu lọc. Hiệu quả xử lý giảm nhưng dần được hồi phục. Trong quá trình vận hành của bể lọc giá thể sinh học, sự sinh trưởng và chết của màng sinh học xảy ra không ngừng. Khi màng sinh vật chết sẽ văng ra khỏi giá thể và lơ lửng trong nước sau đó lắng dần xuống đáy bể. Trong quá trình làm việc, lọc có + - thể khử được BOD và chuyển hóa NH4 thành NO3 . Lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng, hệ thống thổi khí giúp không làm tắc nghẽn khi hệ vận hành. Hình 1.2. Sơ đồ hệ lọc sinh học 22
  31. 1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất xử lí Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, nhiệt độ, pH, vận tốc oxy hóa, cường độ thoáng khí, tiết diện màng sinh học, thành phần VSV. - Nồng độ oxy: ảnh hưởng mạnh mẽ tới quá trình. Cần phải cung cấp oxy một cách đầy đủ và liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng >2mg/L. - Tải trọng chất hữu cơ thường thấp hơn so với xử lý kỵ khí, thường BOD toàn phần 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, VSV sẽ chết. - Nhiệt độ mỗi loài men có nhiệt độ thích hợp khác nhau. Nước thải có nhiệt độ thích nghi với đa số VSV tối ưu từ 25ºC - 37ºC hoặc 20ºC - 40ºC thấp nhất vào mùa đông 12ºC. - Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng, các loại VSV và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ. 1.3.5. Ưu, nhược điểm của phương pháp lọc sinh học Ưu điểm Nhược điểm - Có ngăn hiếu và thiếu khí trong cùng một hệ lọc nên cùng một lúc có thể khử- Tiêu tốn năng lượng do việc vận hành + - COD và chuyển NH4 thành NO3 . việc thông khí nhân tạo. - Lớp vật liệu giảm được tối đa lượng - Bể vận hành tốt là nhờ vi sinh vật hoạt chất rắn lơ lửng. động tốt nên cần chú ý về điều kiện pH, - Chiếm ít diện tích không gian, tiết kiệm chất dinh dưỡng cho vi sinh làm tổn diện tích xây dựng, dễ tiến hành thử thất tải lượng. nghiệm trong phòng thí nghiệm. - Giảm lượng nước thu hồi. - Đưa vào hoạt động nhanh. - Tổn thất khí cấp cho quá trình. - Lượng bùn dư của hệ vi sinh bám dính - Phun khí mạnh làm giảm khả năng giữ ít hơn nhiều so với hệ bùn hoạt tính lơ huyền phù. lửng, do đó chi phí để xử lý bùn cũng ít hơn. Các công trình xử lý dùng hệ vi 23
  32. sinh bám dính cũng gọn nhẹ và dễ hợp khối, mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là đối với các công trình xử lý vừa và nhỏ trong dân dụng và công nghiệp. 24
  33. CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu Nước rỉ rác tại BCL Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội. Nước rỉ rác đã qua quá trình tiền xử lý keo tụ - điện hóa (nước rỉ rác ban đầu được lấy từ hồ sinh học bãi chôn lấp rác thải Nam Sơn). Hàm lượng một số chỉ tiêu trong nước đã qua xử lý ban đầu kết quả tiền xử lý được thể hiện ở bảng 2.1. Bảng 2.1. Đặc tính nước rỉ rác đã qua tiền xử lý bằng keo tụ điện hóa Giá trị trước Giá trị sau Hiệu suất Đặc tính Đơn vị tiền xử lý tiền xử lý (%) + NH4 mg/L 660 71 561 64 14 COD mg/L 1706 112 1281 58 25 Trong quá trình nghiên cứu, nước rỉ rác Nam Sơn được lấy đem về phòng thí nghiệm bảo quản ở tủ lạnh nhiệt độ 4oC để nghiên cứu xử lý bằng keo tụ điện hóa (phương pháp tiền xử lý) trước khi tiến hành xử lý qua lọc sinh học. Hình 2.1. Nước rỉ rác sau keo tụ điện hóa trước và sau khi lắng ✓ Đặc điểm nước rỉ rác tại BCL Nam Sơn Nước thải từ công trường xử lý rác được gọi là nước rỉ rác. Nước rỉ rác có thể gây đe dọa nghiêm trọng cho chất lượng nước ngầm và nước bề mặt. Cần được trang bị một hệ thống xử lý nước rỉ rác hiệu quả để đảm bảo chỉ một ít nước rỉ rác được tích lũy tại công trường. Hệ thống xử lý nước rỉ rác có thể bao gồm tuyến ống thu nước rỉ rác và chuyển về thiết bị xử lý trước khi xả ra ngoài công trường. Nước rỉ rác từ công trường xử lý rác có thể có chất lượng khác nhau tùy thuộc vào loại rác được vận chuyển đến công trường. Có một số phương án xử lý rác cho từng loại rác nhất định. Hệ thống hiếu khí và kỵ khí sinh học, hệ thống xử lý hóa lý, công nghệ 25
  34. màng lọc Đặc điểm nước rỉ rác hiện nay của hồ kỵ khí tại BCL Nam Sơn được thể hiện qua nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác: ✓ Thực trạng xử lý nước rỉ rác của bãi rác Nam Sơn - Lượng nước rỉ rác phát sinh: 2.000 m3/ngày.đêm. - Công suất xử lý: 1.500 m3/ngày.đêm. - Lượng nước rỉ rác còn tồn lại: 500 m3/ngày.đêm. - Hệ thống hai trạm xử lý: + Trạm 1: công suất 600 m3/ngày.đêm vận hành từ tháng 10/2015. + Trạm 2: công suất 1.100 m3/ngày.đêm vận hành từ tháng 10/2009. - Hiện nay có thêm 2 trạm xử lý của công ty Phú Diền và Minh Đức. ✓ Tính chất của nước rỉ rác tại BCL Nam Sơn Nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn mang các tính chất đặc trưng giống như nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp khác trên thế giới. Nồng độ các chất độc trong nước rỉ rác của BCL Nam Sơn khác cao, vào mùa khô nồng độ COD từ 14.000 - 20.000 mg/L, mùa mưa con số này thấp hơn khoảng 8.000 - 9.000 mg/L, ở hồ làm thoáng nồng độ COD là 1500 mg/L và đều vượt quá tiêu chuẩn TCVN 5945 – 1995. Bảng 2.2. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của hồ kỵ khí Thông số Đơn vị Giá trị pH 8 ± 0.1 14.000 – 20.000 (mùa khô) COD mg/l 8.000 – 9000 (mùa mưa) BOD5 mg/l 300 – 1.500 TOC mg/l 500 – 2.500 N-NH3 mg/l 10 – 800 N-NO3 mg/l 5 – 40 SS mg/l 200 – 1000 3- P-PO4 mg/l 600 – 800 Tổng P mg/l 1 – 70 Sắt tổng số mg/l 50 – 600 Độ kiềm mg/l 1000 – 10000 Độ cứng mg/l 300 – 10000 Ca mg/l 439 – 650 Mg mg/l 50 – 1500 (Nguồn: Báo cáo khả thi dự án thu gas và xử lý nước rỉ rác, BCL rác thải Nam Sơn, 2003) 26
  35. Bảng 2.3. Đặc điểm nước rỉ rác ở hồ làm thoáng STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 PH - 8,5 2 BOD mg/l 300 3 COD mg/l 1500 4 SS mg/l 250 5 Nitơ tổng số mg/l 350 6 Phốt pho tổng số mg/l 7 (Nguồn: Báo cáo khả thi dự án thu gas và xử lý nước rỉ rác, BCL rác thải Nam Sơn, 2003) 2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xử lí amoni trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu Phương pháp nghiên cứu tài liệu là phương pháp đi nghiên cứu và tham khảo các tài liệu, sách báo, tạp chí, các báo cáo, tham luận ngành để tìm kiếm, thu thập thông tin có liên quan đến đề tài nghiên cứu như: - Thu thập tài liệu kế thừa các thông tin có liên quan đến môi trường xã Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội. - Thu thập, kế thừa các kết quả điều tra nghiên cứu của sở Tài nguyên Môi trường thành phố Hà Nội. - Số liệu thống kê của UBND huyện Sóc Sơn (đất đai, địa hình, môi trường). - Báo cáo số liệu thống kê của ban quản lý môi trường huyện Sóc Sơn. - Báo cáo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế huyện Sóc Sơn. - Thu thập tài liệu, các văn bản pháp luật về môi trường được áp dụng tại huyện Sóc Sơn nói riêng và thành phố Hà Nội nói chung. - Tham vấn ý kiến thầy cô hướng dẫn. 2.2.2. Phương pháp phân tích Phân tích amoni bằng phương pháp trắc phổ ❖ Phạm vi áp dụng Phương pháp này có thể áp dụng để phân tích nước sinh hoạt, hầu hết nước thải và nước thô. Phương pháp cho phép xác định amoni tính theo nitơ tới hàm lượng <1 mg/L. ❖ Nguyên tắc phương pháp Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng khoảng 672 nm của hợp chất màu xanh 27
  36. được hình thành bởi phản ứng của amoni với salixylat và ion hypoclorit có sự tham gia của natri nitrosopentaxyano, sắt (III) taxyano, sắt (III) (Natri nitroprusiat). ❖ Yếu tố ảnh hưởng - Độ đục của mẫu: để loại bỏ yếu tố ảnh hưởng này trước khi phân tích ta phải để lắng mẫu trước khi phân tích. - Ion Ca2+, Mg2+: Do phản ứng tạo phức xảy ra trong môi trường kiềm nên các ion Ca2+, Mg2+ có thể tạo ra kết tủa nếu chúng có mặt ở nồng độ cao. Natri xitrat có trong thuốc thử sẽ loại trừ cản trở của các cation này. ❖ Thiết bị, dụng cụ - Máy đo quang. - Bình định mức 25ml, 50ml. - Pipet 1ml, 2 ml. - Bình đựng nước cất, bình tia, quả bóp cao su ❖ Lấy mẫu và bảo quản mẫu Các mẫu thí nghiệm được lấy vào các chai thủy tinh và phải tiến hành phân tích càng sớm càng tốt ngay sau khi lấy mẫu. Có thể bảo quản mẫu bằng cách thêm o o 2mL H2SO4 trong khoảng nhiệt độ từ 2 C đến 5 C, nhưng phải kiểm tra để khẳng định đối với mỗi loại mẫu. ❖ Hóa chất - Thuốc thử màu (Thuốc thử 1) Hòa tan 130g natrisalixylat (C7H6O3Na) và 130g natrixytrat ngậm 2 phân tử nước (C6H5O7Na3.2H2O) trong bình định mức 1000 ml. Thêm một lượng nước vừa đủ để cho tổng thể tích chất lỏng khoảng 950ml. Sau đó thêm 0,97g natrinitrosopentaxyano sắt (III) ngậm 2 phân tử nước (natri nitroprusiat: {Fe(CN)5NO}Na2.2H2O) vào dung dịch. Hòa tan chất rắn trong dung dịch. Sau đó định mức tới vạch. Bảo quản trong lọ thủy tinh màu hổ phách, thuốc thử bền ít nhất trong 2 tuần. - Thuốc thử dung dịch natridiclorosoxyanurat (Thuốc thử 2) Hòa tan 32g natri hydroxit trong 500 ml. Làm nguội dung dịch đến nhiệt độ phòng và thêm 2g natridiclorosoxyanurat ngậm 2 phân tử nước (C2N2O3Cl2Na2.H2O) vào dung dịch. Hòa tan chất rắn và chuyển toàn bộ dung dịch sang bình định mức dung tích 1000ml thêm nước và định mức tới vạch. Bảo quản trong lọ thủy tinh màu hổ phách. Thuốc thử này ổn định ít nhất trong 2 tuần. Chú ý: Pha trong tủ hút, đi găng tay và đeo khẩu trang. 28
  37. ❖ Cách tiến hành thí nghiệm Trước khi lấy mẫu phải để mẫu lắng xuống vì có cặn sẽ ảnh hưởng đến độ hấp thụ màu. Tráng rửa bình định mức bằng nước cất. * Mẫu phân tích: Dùng bình định mức 25ml và 50ml. - Lấy 1ml mẫu cần phân tích cho vào bình định mức 50ml, định mức tới 50ml bằng nước cất. - Sau đó lấy 1ml từ bình định mức 50ml trên vào bình định mức 25ml. - Thêm 2ml thuốc thử 1 + 2ml thuốc thử 2. Định mức tới 25ml. Để ít nhất 60 phút sau đó đem đo ở bước sóng 672 nm trên máy đo quang UV-Vis. Hình 2.2. Hình ảnh cuvet và máy đo quang UV-Vis * Mẫu trắng: Thay mẫu phân tích bằng nước và tiến hành tương tự như mẫu môi trường. 29
  38. 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ❖ Mô hình và thông số hệ lọc sinh học: Bao gồm 3 ngăn: (1) - ngăn thiếu khí, (2) - ngăn hiếu khí và (3) - ngăn lắng. Ngoài ra còn có các bộ phận: (4) – van xả, (5) - bơm sục khí, (6) – giá thể bám dính. Hình 2.3. Mô hình hệ thí nghiệm bể lọc sinh học 30
  39. Các thông số kích thước bể được cho ở bảng dưới đây: Bảng 2.4. Các thông số của bể Ngăn chứa Các thông số kỹ thuật Ngăn nitrat Ngăn khử nitrat nước lắng sau của hệ lọc hóa hóa sục Chiều rộng (cm) 15 15 15 Chiều dài (cm) 15 13 5 Chiều cao bể (cm) 72 72 72 Thể tích ngăn (lít) 16 14 5,5 Chiều cao lớp đệm 30 30 30 (cm) Tại ngăn (1), xảy ra quá trình nitrat hóa, ngăn này có chức năng chuyển hóa + - NH4 thành NO3 . Tại ngăn (2), xảy ra quá trình khử nitart, ngăn này có chức năng - chuyển hóa NO3 thành khí N2 bay ra ngoài ở cuối giai đoạn và ngăn (3) có vai trò chứa nước cân bằng hệ, trong ngăn chứa nước lắng, tốc độ cũng như hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước không thay đổi. Vòi tháo Ngăn nước dâng hiếu khí Ngăn thiếu khí Bơm thổi khí Vòi lấy mẫu nước Hình 2.4. Hệ lọc sinh học trong quá trình thí nghiệm 31
  40. Hệ có dạng hình hộp chữ nhật đứng với công suất thiết kế là 5 lít/ngày, dung tích tổng là 35,5 lít, trong đó 30 lít thể tích bể hoạt động tối đa (gồm ngăn 1 và ngăn 2), thể tích hoạt động tối thiểu là 25 lít với các đầu vòi nối với máy bơm thổi khí, 2 vòi dùng để lấy nước mẫu trong quá trình để phân tích và một vòi phía trên bên thân bể để xả nước trong bể khi bể đầy. Vật liệu làm bể là nhựa trong suốt để theo dõi những thay đổi về màu sắc, chiều dày màng sinh học cũng như diễn biến của hệ. Máy bơm được kết nối với 1 hệ thống điều chỉnh thời gian sục - lắng diễn ra liên tục. Đầu ống sục khí vào sẽ được lắp vào đáy ngăn hiếu khí. ❖ Giá thể bám dính Giá thể được làm từ vật liệu: nhựa PE có diện tích bề mặt tiếp xúc 220 m2/m3, có 8 lớp giá thể đặt song song đứng hình sóng. Hình 2.5. Nhựa PE sử dụng làm giá thể bám dính Giá thể bám dính giúp vi sinh bám vào bề mặt của giá thể tạo thành lớp màng. Vi sinh vật bắt đầu phát triển trên lớp màng và bắt đầu quá trình phân hủy sinh học. Khi vi sinh đã phát triển, lớp màng đã dày lên, hiệu suất phân hủy sinh học đạt giá trị cao nhất. Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự suy giảm sinh khối, lớp màng sẽ bị mỏng dần đi nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ chất và sinh khối. Sau khi phát triển đến độ dày nhất định, lớp màng không dày lên nữa và trở nên ổn định, vi sinh vật bong ra khỏi bề mặt của giá thể. Sự trao đổi chất diễn ra để phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và nước. Lượng cơ chất phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không vi sinh sẽ thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội bào để cân bằng với cơ chất và sinh khối, tức là nếu thiếu lượng thức ăn thì vi sinh vật có thể sẽ bị chết. ❖ Vi sinh vật Phát triển vi sinh vật từ hệ bùn hoạt tính được nuôi trong phòng thí nghiệm tại Viện Công nghệ Môi trường bằng nước thải pha theo tỉ lệ được cho dưới bảng 2.5. Sau đó vi sinh vật sẽ được cho thích ứng dần với môi trường nước rỉ rác. 32
  41. Bảng 2.5. Môi trường bùn tạo sinh khối Nồng độ trong dung Lượng (Cho 20 lít Hóa chất dịch pha nước thải) C2H6O 96% 7 ml Glucose Tinh khiết dạng rắn 14 g NH4Cl 50 g/l 125 ml NaHCO3 50 g/l 36 g K2HPO4 30 g/l 55 ml FeSO4.7H2O 5 g/l 20 ml MgCl2.6H2O 50 g/l 8 ml Axit axetic 14 ml CaCl2 100 g/l 4 ml Các hóa chất sau khi cân được cho vào 20 lít nước. pH của dung dịch nước khi đó trong khoảng 7,5 – 8,0 là phù hợp. Dung dịch để qua ngày sẽ lên men làm cho pH mang tính axit, khí đó dùng NaOH điều chỉnh pH. Sau đó sử dụng để nuôi bùn. 2.2.4. Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu thực nghiệm Số liệu phân tích từng ngày được ghi chép vào sổ tay cá nhân ngay tại phòng phân tích, sau đó được nhập lại vào bảng dữ liệu excel để dễ dàng tính toán, quản lý theo dõi sự biến động của số liệu, qua đó có thể đánh giá và điều chỉnh các điều kiện, chế độ vận hành để đạt được kết quả mong đợi. Để có thể sử dụng một cách hiệu quả số liệu phân tích trong quá trình thực nghiệm, việc thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá số liệu trong suốt quá trình nghiên cứu là không thể thiếu và hết sức cần thiết, quyết định đến sự thành công của nghiên cứu. Để có thể phân tích, đánh giá và qua đó xử lý số liệu thực nghiệm, trước hết cần phải có quá trình tìm hiểu và thu thập thông tin từ các nguồn tài liệu liên quan. Thông tin được thu thập từ sách báo, luận văn luận án, ấn phẩm tạp chí thông qua internet, thư viện phải được xem xét một cách kỹ lưỡng, trong nhiều trường hợp phải có quá trình đối chứng, xác minh độ tin cậy của thông tin. Trong nghiên cứu này, cần nắm được các quá trình và những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hoạt động của thiết bị lọc sinh học, từ đó nắm được diễn biến của số liệu, qua đó kiểm soát tối ưu quá trình hoạt động của hệ lọc. Từ quá trình phân tích, đánh giá độ tin cậy của số liệu sẽ có những thay đổi về chế độ làm việc, bổ sung và 33
  42. hạn chế các yếu tố ảnh hưởng để những lần phân tích sau sẽ thu được những số liệu theo đúng xu hướng biến đổi và sử dụng được vào trong báo cáo. ❖ Tính toán, xử lý số liệu thực nghiệm + Xác định nồng độ amoni (NH4 ) Xác định nồng độ amoni qua giá trị Abs vừa tìm được bằng cách thay vào phương trình đường chuẩn của nó được đo ở bước sóng 672 nm của thiết bị UV - VIS PD - 303S, APEL - JAPAN. • Tính tải lượng amoni: L = Cvào (mg/L) x Qvào (L/ngày)/(V x 1000) (13) Trong đó: V: Thể tích nước trong bể phản ứng (lít) Q: Lưu lượng (L/giờ) Cvào: Nồng độ amoni đầu vào (mg/L) L: Tải lượng amoni (kg/m3.ngày) • Tính hiệu suất xử lý amoni: H = ((Cvào – Cra)x100)/Cvào (14) Trong đó: Cvào: Nồng độ amoni đầu vào (mg/L) Cra: Nồng độ amoni đầu ra (mg/L) H: Hiệu suất xử lý (%) • Tính hàm lượng nitơ trong amoni được xử lý: CN được xử lý = CN ban đầu – CN còn lại (15) Trong đó: + CN ban đầu: Nồng độ nitơ trong NH4 + CN còn lại: Nồng độ nitơ trong NH4 + Trong quá trình tính toán cần lưu ý đến việc chuyển đổi giữa nồng độ NH4 và + nồng độ N – NH4 . Cụ thể cách chuyển đổi như sau: + + [N – NH4 ] = ([NH4 ] x14)/18 (mg/L) (16) 2.3. Các nội dung nghiên cứu 2.3.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý Chế độ sục khí là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý amoni của hệ lọc. Để đánh giá ảnh hưởng của chế độ sục tới hiệu suất xử lý của hệ lọc sinh học, tiến hành thí nghiệm với 3 chế độ sục ứng với các thời gian khác nhau theo tỉ lệ thời gian sục/thời gian dừng là: 60/60 phút; 45/75 phút và 30/90 phút với lưu lượng 34
  43. nước thải đầu vào mỗi ngày cho vào cố định là 3 lít/ngày, pH nước thải đầu vào từ 8,0 - 8,9, nhiệt độ phòng (25 - 32oC). Mỗi ngày lấy mẫu đầu ra 1 lần vào một thời + điểm cố định đem phân tích NH4 . 2.3.2. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào được tiến hành nghiên cứu như sau: thay đổi lưu lượng đầu vào lần lượt: 2, 3, 4, 5, 6 lít/ngày ở chế độ sục/dừng đã được chọn ở thí nghiệm bên trên, thực hiện ở nhiệt độ phòng (25 - 32oC). Mỗi ngày lấy mẫu đầu + ra 1 lần vào một thời điểm cố định đem phân tích NH4 . 35
  44. CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc điểm của hệ lọc sinh học Sau 5 tuần đầu chạy thí nghiệm, màu nước trong hệ chuyển dần sang màu vàng. Lý do nước chuyển màu vàng là do trong bước tiền xử lý, các ion Fe2+ và Fe3+ được tạo thành, vì vậy trong nước rỉ rác lượng Fe3+ tích tụ dần khiến nước trở nên vàng. Ion Fe2+ thường tạo ra trong phản ứng điện phân của điện cực sắt tác dụng với oxy trong không khí tạo thành Fe3+. Lớp vi sinh trên giá thể ngày càng dày, có màu vàng nâu. Bên ngăn thiếu khí (không sục) lớp màng vi sinh dày hơn bên ngăn hiếu khí vì bên ngăn hiếu khí có hệ thống sục, sẽ thổi các vi sinh nổi lên và trôi sang ngăn thiếu khí. Lượng oxy hòa tan trong nước đo được ở các thời điểm lần lượt là: bắt đầu sục khí DO trong khoảng 3 - 4,5 mg/L; bắt đầu ngưng sục DO khoảng 0,8 - 1,2 mg/L và giai đoạn lắng DO khoảng 0,02 - 0,08 mg/L. 3.2. Xây dựng đường chuẩn amoni Từ dung dịch chuẩn pha các dung dịch amoni có nồng độ theo bảng 3.1 tiến hành đo mật độ quang ở bước sóng 672 nm. Từ kết quả đo độ hấp thụ quang tại các giá trị nồng độ khác nhau ta xây dựng được đường chuẩn để xác định amoni. Bảng 3.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau Độ hấp thụ quang 0 0,079 0,15 0,309 0,626 0,767 (Abs) Nồng độ (CN-NH4) 0 0,1 0,2 0,4 0,8 1 Trên cơ sở kết quả này, đường chuẩn được xây dựng như dưới hình 3.1, với hệ số tương quan R2 = 0,9998. Do đó có thể sử dụng phương pháp đo quang để phân tích amoni trong dải nồng độ mg/L. + Phương trình đường NH4 phương pháp đo quang là: y= 1,2936x +0,0003 Trong đó: x: Biểu diễn giá trị của độ hấp thụ quang (Abs) trên đồ thị + y: Biểu diễn giá trị nồng độ NH4 trên đồ thị 36
  45. 1.2 1 y = 1.2936x + 0.0003 R² = 0.9998 0.8 0.6 0.4 Nồng độ amoni (mg/l) amoni độ Nồng 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Độ hấp thụ quang (Abs) Hình 3.1. Đường chuẩn amoni đo ở bước sóng 672 nm 3.3. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni Tiến hành thực hiện về ảnh hưởng của chế độ sục lên khả năng loại bỏ amoni bằng cách giữ nguyên các điều kiện thí nghiệm: thể tích đầu vào cho bể sinh học là 3L mỗi ngày, pH từ 8,0 đến 8,9, nhiệt độ phòng từ 250C đến 320C. Tiến hành trên ba chế độ sục/dừng sục khác nhau: 60/60, 45/75 và 30/90 phút. Mỗi chế độ sục/dừng sục được thực hiện trong 5 ngày liên tiếp, mỗi ngày lấy mẫu 1 lần vào một thời điểm nhất định đem phân tích amoni. Kết quả được thống kê, phân tích và thể hiện ở hình 3.2 dưới đây. 37
  46. 700 100 99.9 600 99.8 500 99.7 400 Chế độ Chế độ Chế độ 99.6 99.5 sục/dừng sục/dừng 300 sục/dừng 99.4 amoni(mg/L) 200 60/60 45/75 30/90 99.3 99.2 Hiệu xử suất lý(%) 100 99.1 0 99 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Thời gian(ngày) amoni đầu vào amoni đầu ra Hiệu suất xử lý amoni Hình 3.2. Ảnh hưởng của chế độ sục đến hiệu suất xử lý amoni Bảng 3.2. Giá trị hiệu suất xử lý amoni trung bình Chế độ sục (phút) Thời gian lấy mẫu amoni (mg/L) Hiệu suất (%) Sau keo tụ 633,39 60:60 99,80 R1 ngày 1,25 Sau keo tụ 625,37 45:75 99,93 R1 ngày 0,75 Sau keo tụ 639,6 30:90 99,97 R1 ngày 0,19 Quan sát bảng 3.2 và hình 3.2 cho thấy hiệu suất xử lý amoni trong nước rỉ rác sau keo tụ điện hóa tăng dần khi tăng thời gian không sục khí từ 60 lên 75 và lên 90 phút. Tuy nhiên cả 3 chế độ này hiệu suất xử lý amoni đều đạt rất cao trên 99% và không khác nhau nhiều. Như vậy các chế độ sục khí không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất xử lý + amoni. Cả 3 chế độ sục khí nồng độ NH4 đầu ra đều dưới nồng độ cho phép theo QCVN 25: 2009 / BTNMT cột A. Tuy nhiên, có thể thấy rõ rằng ở chế độ sục/dừng là: 30/90 phút, hiệu suất xử lý amoni dường như ổn định hơn. Nguyên nhân có thể do thời gian sục khí ở các + - chế độ giảm dần, dẫn tới khả năng chuyển hóa NH4 thành NO3 giảm, thêm vào đó, 38
  47. khi thời gian ngừng sục tăng lên làm quá trình khử nitrat diễn ra mạnh mẽ, sẽ - chuyển hóa NO3 thành dạng khí N2. 3.4. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni Thí nghiệm được tiến hành cố định chế độ sục/dừng: 30/90 phút trong đó điều kiện thí nghiệm là pH = 8,0 - 8,9 và nhiệt độ phòng (25 - 32oC). Tiến hành thay đổi tải lượng amoni đầu vào của bể bằng cách thay đổi lưu lượng NRR vào bể. Mỗi chế độ tải lượng tiến hành trong 5 ngày liên tiếp, mỗi ngày lấy mẫu 1 lần vào một thời điểm nhất định đem phân tích amoni. Kết quả được thống kê, phân tích và thể hiện ở hình 3.3 dưới đây. 0.25 100 99.9 0.2 99.8 CĐ 3L/ngày 99.7 CĐ 0.15 CĐ 6L/ngày 99.6 2L/ngày 99.5 0.1 99.4 99.3 CĐ CĐ Hiệu xử suất (%) lý 0.05 4L/ngày 5L/ngày 99.2 99.1 0 99 Tải lượng amoni Tải amoni lượng đầu vào (kg/m3.ngày) 0 5 10 15 20 25 Tải lượng amoni đầu vào Thời gian (ngày) Hiệu suất xử lý Hình 3.3. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni 39
  48. Bảng 3.3. Giá trị hiệu suất xử lý amoni trung bình Tải lượng amoni Hiệu suất đầu vào Thời gian lấy mẫu amoni (mg/L) (%) kg/(m3.ngày) Sau keo tụ 767,92 0,07 99,98 R1 ngày 0,08 Sau keo tụ 717,99 0,11 99,94 R1 ngày 0,39 Sau keo tụ 651,5 0,13 99,87 R1 ngày 0,67 Sau keo tụ 673,75 0,17 99,61 R1 ngày 1,6 Sau keo tụ 711,78 0,21 99,25 R1 ngày 4,79 Quan sát bảng 3.3 và hình 3.3 ta thấy được hiệu suất xử lý amoni giảm khi tải lượng tăng. Với lượng NRR đầu vào là 2 (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào là 0,07 kg/m3.ngày thì hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,98%. Với lượng NRR đầu vào là 3 (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào là 0,11 kg/m3.ngày thì hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,94%. Với lượng NRR đầu vào là 4 (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào là 0,13 kg/m3.ngày thì hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,87%. Với lượng NRR đầu vào là 5 (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào là 0,17 kg/m3.ngày thì hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,61%. Với lượng NRR đầu vào là 6 (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào là 0,21 kg/m3.ngày thì hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,25%. Trong khoảng tải lượng 0,07 - 0,21 kg/m3.ngày, hiệu suất xử lý amoni luôn đạt trên 99%. Quy luật trên được giải thích là khi tải lượng tăng hàm lượng chất ô nhiễm tăng, trong khi đó năng suất sinh học của hệ thí nghiệm không đổi nên hiệu suất xử lý amoni giảm khi tải lượng tăng. Mặt khác, do tải lượng amoni của nghiên cứu này nhỏ dẫn tới hiệu suất xử lý cao hơn. Với hệ xử lý này khi tải lượng amoni đầu vào khoảng 0,21 kg/m3.ngày thì nồng độ amoni đầu ra khoảng xấp xỉ 5 mg/l. Như vật để đạt QCVN 25:2009 / BTNMT cột A thì tải lượng amoni đầu vào không vượt quá 0,21 kg/m3.ngày. 40
  49. KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu đã đưa ra được một số kết luận sau: 1. Đã nghiên cứu, tìm hiểu và nắm bắt được đặc điểm, nguyên lý của quá trình lọc sinh học. 2. Hiệu suất xử lý amoni trong nước rỉ rác tăng dần khi tăng thời gian không sục khí từ 60 lên 75 và lên 90 phút. Tuy nhiên cả 3 chế độ này hiệu suất xử lý amoni đều đạt rất cao trên 99% và không khác nhau nhiều. 3. Hiệu suất xử lý amoni giảm khi tải lượng tăng. Trong khoảng tải lượng 0,07 - 0,21 kg/m3.ngày, hiệu suất xử lý amoni luôn đạt trên 99% và nồng độ amoni đầu ra đạt QCVN 25:2009 / BTNMT cột A. 41
  50. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Lưu Thanh Huyền và cộng sự (2015) báo cáo chuyên đề “Quá trình màng sinh học xử lý nước thải trong bể lọc sinh học biophin”.Trường Đại học Lâm Nghiệp Tp HCM. [2] Nguyễn Hồng Khánh, Lê Văn Cát, Tạ Đăng Toàn, Phạm Tuấn Linh (2009), Môi trường bãi chôn lấp chất thải và kỹ thuật xử lý nước rác, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [3] Hoàng Ngọc Minh (2012), Nghiên cứu xử lý nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học bằng các phương pháp xử lý nâng cao, Luận án Tiến sỹ, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội. [4] TS. Lê Thanh Sơn (2016), “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học”. Thuyết mình đề tài KHCN thuộc các hướng KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN. [5] Vũ Đức Toàn (2012), Đánh giá ảnh hưởng của BCL Xuân Sơn, Hà Nội đến môi trường nước và đề xuất giải pháp, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 39, 28-33. [6] Trần Mạnh Trí (2007), Áp dụng các quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý Gò Cát, thực hiện trên hệ pilot 15-20 m3/ngày, Báo cáo khoa học, Trung tâm công nghệ Hóa học và Môi trường. [7] Trương Quý Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu (2009), Xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân UV-fenton trong thiết bị gián đoạn, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, tập 53, 165-175. [8] Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA) (2001), Hội thảo công nghệ xử lý các hợp chất hữu cơ nitơ trong nước ngầm, Trường đại học Xây dựng, Hà Nội. Tài liệu tiếng anh [9] Bhalla B., Saini M.S., Jha M.K. (2013), Effect of age and seasonal variations on leachate characteristics of municipal solid waste landfill, International Journal of Research in Engineering and Technology, Vol. 2, No. 8, 223-232. [10] Chuleemus Boonthai Iwai and Thammared Chuasavath (2002), Mitree Siribunjongsak and Thares Srisatit (2004). 42
  51. [11] Fatma A., El-Gohary., G. Kamel. (2016), Characterization and biological treatment of pre-treated landfill leachate, Ecological Engineering, 94, pp. 1 – 274. [12] Fernandez, Isaac., Jose L. M., Anuska M. P., R. J. A. Depana-Mora and M.S. M. Jetten (2007), Evaluation of activity and inhibition effecrs on Anammox process by batch tests based on the nitrogen gas production, Enzyme and Micrabial Technology, 40(4), pp. 859 - 863. [13] Kabdasli. I., O. Tunay., I. Ozturk., S. Yilmaz and O. Arikan (2000), Ammonia removal from young landfill leachate by magnesium ammonium phosphate precipitation and air stripping, Water Science & Technology, 41(1), pp. 237 - 240. [14] Li X., Song J., Guo J., Wang Z. and Feng Q. (2011), Landfill leachate treatment using electrocoagulation, Procedia Environmental Sciences, 10, pp. 1159 - 1164. [15] L. Mpenyana., M.A.A. Coetzee., S. Schwarzer (2008), Removal of Ammonia from landfill in Two-Stage Biofiltration process, Research Article, Journal of Biological Sciences, 8(2), pp. 368 - 373. [16] Nicole D. Berge., Debra R. Reinhart., John Dietz and Tim Townsend (2005), In situ ammonia removal in bioreactor landfill leachate, Waste Management, 26(1), pp. 334 - 343. [17] Pan L., Ji M., Wang X., Zhao L. (2010), Influence of calcination temperature on TiO2 nanotubes” catalysis for TiO2/UV/O3 in landfill leachate solution, Transactions of Tianjin University, Vol. 16, pp.179-186. [18] X. Z. Li., Q. L. Zhao., X. D. Hao. (1999), Ammonium removal from landfill leachate by chemical precipitation, Waste Management, China, 19(6), pp. 409 – 415. [19] Yang Deng and Casey M. Ezyske (2011), Sulfate radical-advanced oxidation process (SR-AOP) for simultaneous removal of refractory organic contaminants and ammonia in landfill leachate, Water Research, 45(18), pp. 6189 - 6194. [20] Zhu Liang and Junxin Liu (2007), Landfill leachate treatment with a novel process: Anaerobic ammonium oxidation (Anammox) combined with soil infiltration system, Journal of Hazardous Materials, 151(1), pp. 202 - 212. 43
  52. PHỤ LỤC Bảng 1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí theo thời gian Chế độ sục Thời gian lấy Ngày lấy mẫu amoni (mg/L) Hiệu suất (%) (phút) mẫu Sau keo tụ 639,34 Ngày 1 99,87 R1 ngày 0,83 Sau keo tụ 648,39 Ngày 2 99,77 R1 ngày 1,45 Sau keo tụ 630,28 60:60 Ngày 3 99,80 R1 ngày 1,25 Sau keo tụ 599,24 Ngày 4 99,74 R1 ngày 1,56 Sau keo tụ 649,69 Ngày 5 99,82 R1 ngày 1,17 Sau keo tụ 650,98 Ngày 1 99,95 1 ngày 0,32 Sau keo tụ 607 Ngày 2 99,96 R1 ngày 0,21 Sau keo tụ 631,58 45:75 Ngày 3 99,96 R1 ngày 0,26 Sau keo tụ 623,84 Ngày 4 99,89 R1 ngày 0,63 Sau keo tụ 613,47 Ngày 5 99,92 R1 ngày 2,33 Sau keo tụ 662,62 Ngày 1 99,99 R1 ngày 0,06 Sau keo tụ 631,58 Ngày 2 99,97 R1 ngày 0,16 Sau keo tụ 656,16 30:90 Ngày 3 99,96 R1 ngày 0,26 Sau keo tụ 635,46 Ngày 4 99,95 R1 ngày 0,32 Sau keo tụ 612,17 Ngày 5 99,97 R1 ngày 0,14 44
  53. Bảng 2. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lí amoni Tải lượng amoni đầu Ngày lấy Thời gian lấy amoni (mg/L) Hiệu suất (%) vào mẫu mẫu kg/m3.ngày Sau keo tụ 745,41 Ngày 1 99,97 R1 ngày 0,17 Sau keo tụ 753,18 Ngày 2 99,99 R1 ngày 0,03 Sau keo tụ 834,67 0.07 Ngày 3 99,99 R1 ngày 0,01 Sau keo tụ 727,3 Ngày 4 99,98 R1 ngày 0,15 Sau keo tụ 779,05 Ngày 5 99,99 R1 ngày 0,07 Sau keo tụ 670,38 Ngày 1 99,94 1 ngày 0,07 Sau keo tụ 675,56 Ngày 2 99,95 R1 ngày 0,6 Sau keo tụ 807,51 0,11 Ngày 3 99,93 R1 ngày 0,19 Sau keo tụ 760,94 Ngày 4 99,95 R1 ngày 0,12 Sau keo tụ 675,56 Ngày 5 99,91 R1 ngày 0,99 Sau keo tụ 662,62 Ngày 1 99,88 R1 ngày 2,08 Sau keo tụ 613,47 Ngày 2 99,87 R1 ngày 0,19 0,13 Sau keo tụ 760,94 Ngày 3 99,86 R1 ngày 0,32 Sau keo tụ 648,39 Ngày 4 99,91 R1 ngày 0,55 Ngày 5 Sau keo tụ 572,07 99,86 45
  54. R1 ngày 0,24 Sau keo tụ 683,32 Ngày 1 99,69 R1 ngày 2,08 Sau keo tụ 658,74 Ngày 2 99,70 R1 ngày 1,97 Sau keo tụ 665,21 0,17 Ngày 3 99,50 R1 ngày 0,65 Sau keo tụ 704,02 Ngày 4 99,61 R1 ngày 6,22 Sau keo tụ 657,45 Ngày 5 99,53 R1 ngày 3,11 Sau keo tụ 706,61 Ngày 1 99,41 R1 ngày 4,21 Sau keo tụ 719,54 Ngày 2 99,14 R1 ngày 5,87 Sau keo tụ 688,5 0,21 Ngày 3 98,28 R1 ngày 8,72 Sau keo tụ 683,32 Ngày 4 99,15 R1 ngày 3,15 Sau keo tụ 760,94 Ngày 5 99,29 R1 ngày 2,0 46
  55. ➢ Hình ảnh một số thiết bị sử dụng trong quá trình thí nghiệm Hình 1. Máy đo pH Hình 2. Hệ điều chỉnh thời gian sục khí luân phiên 47