Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng, đề xuất biện pháp nâng cao hiệu quả quá trình xử lý cod của nước rỉ rác bằng tác nhân f

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN NGỌC DIỆP

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG,
ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ
QUÁ TRÌNH XỬ LÝ COD CỦA NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
TÁC NHÂN FENTON TẠI NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC
RỈ RÁC NAM BÌNH DƯƠNG
Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ
Mã số: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học :

TS. PHAN THỊ HỒNG TUYẾT

Vinh - 2012


ii

Lời cám ơn
Để thực hiện và hoàn thành luận văn này Tôi đã nhận đuợc nhiều sự
giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ dạy của các vị lãnh đạo, quí Thầy Cô, các đồng
nghiệp, các bạn học viên, bạn bè và sự động viên rất lớn từ gia đình.
Tôi kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:


Quý lãnh đạo, Cô TS. Phan Thị Hồng Tuyết, cùng toàn thể quý

Thầy Cô Trong khoa Hóa Trường Đại Học Vinh.


Quý lãnh đạo, Thầy Cô phòng Tổ chức cán bộ, nhân viên Trường

Đại Học Sài Gòn.


Quí lãnh đạo Công Ty TNHH Một Thành Viên Cấp Thoát Nước

Môi Trường Bình Dương.


Quí lãnh đạo, TS. Nguyễn Thanh Phong, ThS. Cổ Kim Tuyến,

Ông Đỗ Quốc Tấn và Toàn thể nhân viên phòng Thí nghiệm Nhà Máy Nước
Rỉ Rác - Xí nghiệp Xử Lý Chất Thải và Môi Trường Nam Bình Dương.


Và đặc biệt hơn là sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp,

đã khích lệ, động viên giúp đỡ Tôi trong suốt thời gian qua.


Và sau cùng tôi xin chân thành cám ơn quý Thầy cô trong hội

đồng chấm luận văn tốt nghiệp và các bạn theo dõi. Tuy nhiên, trong luận văn
sẽ không tránh được những thiếu sót và những hạn chế nhất định nên tôi rất
mong quý thầy cô và các bạn góp ý để hoàn thiện hơn luận văn, để Tôi tích

lũy kinh nghiệm cho công tác nghiên cứu sau này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Vinh, ngày 21 tháng 10 năm 2012


iii

MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................. ix
DANH MỤC HÌNH – ĐỒ THỊ.............................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. ix
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1:
1.1

TỔNG QUAN .................................................................................. 3

Tổng quan nước rỉ rác ................................................................................ 3

1.1.1

Thành phần và tính chất nước rỉ rác ..................................................... 8

1.1.2

Thành phần và tính chất nước rỉ rác ở Việt Nam ................................ 11

1.2

Tổng quan về các phương pháp xử lý nước nước rỉ rác đã được ứng dụng

trên thế giới ....................................................................................................... 14
1.2.1

Sơ đồ dây chuyền công nghệ các nước trên thế giới ........................... 14

1.2.2

Sơ đồ dây chuyền công nghệ trong nước ............................................ 17

1.3

Tổng quan các phương pháp xử lý nước thông dụng................................. 22

1.3.1

Phương pháp cơ học .......................................................................... 22

1.3.2

Phương pháp hóa lý ........................................................................... 22

1.3.3

Phương pháp hóa học ......................................................................... 23

1.3.4

Phương pháp sinh học ........................................................................ 23

1.4

Tổng quan các phương pháp oxi hoá nâng cao - AOPs ............................. 25

1.4.1

Giới thiệu Phương pháp oxi hóa nâng cao - AOPs ............................. 25

1.4.2

Hoạt tính oxi hóa và cơ chế phản ứng của gốc hydroxyl (OH*) ......... 26

1.4.3

Phân loại các quá trình oxi hóa nâng cao (AOPs) điển hình ............... 29

1.5

Ứng dụng AOPs vào quá trình xử lý nước ................................................ 30

1.6

Tác nhân oxi hóa Fenton .......................................................................... 31

1.6.1

Giới thiệu về tác nhân Fenton ............................................................ 31

1.6.2

Cơ sở lý thuyết Fenton ....................................................................... 32

1.7

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton ......................................... 36

1.7.1

Ảnh hưởng của pH ............................................................................. 36


iv

1.7.2

Ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2 /Fe2+ và loại ion sắt (Fe2+ hay Fe3+) ........... 37

1.7.3

Ảnh hưởng của các anion vô cơ ......................................................... 38

1.8

Các phương pháp xác định hiệu quả phân hủy các hợp chất hữu cơ bằng

phương pháp Fenton hay Fenton biến tính ......................................................... 39
1.8.1

Các phương pháp xác định độ giảm COD .......................................... 39

1.8.2

Phương pháp xác định hiệu quả xử lý COD ....................................... 41

1.8.3

Xác định phần trăm tác chất bị phân hủy............................................ 41

Chương 2:

THỰC NGHIỆM ............................................................................ 42

2.1

Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 42

2.2

Hóa chất, thiết bị và dụng cụ .................................................................... 42

2.2.1

Danh mục hóa chất ............................................................................ 42

2.2.2

Thiết bị và dụng cụ ............................................................................ 43

2.3

Địa điểm lấy mẫu và thành phần mẫu xử lý .............................................. 43

2.4

Thực nghiệm ............................................................................................ 44

2.4.1

Thí nghiệm Fenton truyền thống ........................................................ 44

2.4.2

Thí nghiệm với Fenton biến tính ........................................................ 44

2.5

Quy trình tiến hành thí nghiệm ................................................................. 45

2.6

Tiến hành thí nghiệm ................................................................................ 47

2.6.1

Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của pH ........................................ 47

2.6.2

Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ H2O2/Fe2+...................... 47

2.6.3

Thí nghiệm 3: Fenton cải biên dùng mạt sắt ....................................... 48

2.6.4

Thí nghiệm 4: Fenton 2 bậc ............................................................... 48

2.6.5

Thí nghiệm 5: Fenton 3 bậc ............................................................... 49

2.6.6

Thí nghiệm 6: Quang Fenton (sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời) với

xúc tác axit oxalic (C2H2O2) .......................................................................... 50
2.6.7

Thí nghiệm 7: Khảo sát Fenton dị thể với sắt (III) oxit ....................... 50

2.6.8

Thí nghiệm 8: Tái sử dụng tác nhân Fenton (Hoàn nguyên dung dịch

Fe2+ từ dung dịch Fe3+) .................................................................................. 52


v

Chương 3:
3.1

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 53

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH và tỷ lệ H2O2/Fe2+ đối với quá trình xử

lý nước rỉ rác bằng tác nhân Fenton truyền thống............................................... 53
3.1.1

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH và xác định giá trị pH tối ưu

(COD vào = 320 mg/l) ..................................................................................... 53
3.1.2

Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2/Fe2+ và xác định tỉ lệ H2O2/Fe2+ tối

ưu ( COD vào = 332mg/l) ................................................................................. 55
3.2

Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton cải biên dùng

mạt sắt (COD vào= 372 mg/l) .............................................................................. 56
3.3

Kết quả quá trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton nhiều bậc .................. 58

3.3.1

Kết quả khảo sát Fenton 2 bậc ........................................................... 58

3.3.2

Kết quả khảo sát Fenton 3 bậc (COD vào = 332 mg/l) ....................... 61

3.4

Kết quả khảo sát quá trình xử lý rác sử dụng Quang Fenton (sử dụng nguồn

ánh sáng mặt trời) với xúc tác axit oxalic (C2H2O2) (CODvào = 332 mg/l) .......... 63
3.5

Kết quả khảo sát Fenton dị thể với oxit sắt (III) (CODvào=332mg/l).......... 67

3.6

Kết quả khảo sát quá trình tái sử dụng tác nhân Fenton (Hoàn nguyên Fe2+

từ Fe3+) (COD vào= 336mg/l) .............................................................................. 69
3.7

Đề xuất một số biện pháp nâng cao hiệu quả quá trình xử lý rác bằng tác

nhân Fenton ....................................................................................................... 71
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 72
KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT .............................................................................. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 75

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AOPs ( Advanced Oxidation Processes)

Các phương pháp oxi hóa
nâng cao

AOP

Phương pháp oxi hóa
nâng cao

BOD

Nhu câu oxi hoá sinh học

BCL

Bãi chôn lắp

COD

Nhu cầu oxi hoá hoá học

CTR

Chất thải rắn

TXL

Trạm xử lý

SS

Chất rắn lơ lửng

*

Gốc tự do


vii

DANH MỤC HÌNH – ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp (USEPA) ........................... 14
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Sudokwon, Hàn Quốc 16
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác cải tiến tại BCL Gò Cát........... 18
Hình 1.4. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước rỉ rác
Bình Dương.................................................................................................. 21
Hình 2.1. Sơ đồ qui trình thí nghiệm ............................................................ 46
Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm Fenton 2 bậc nối tiếp ........................................ 48
Hình 2.3. Sơ đồ thí nghiệm Fenton 2 bậc tách biệt ....................................... 49
Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm Fenton 3 bậc...................................................... 49
Hình 2.5. Mô hình Fenton dị thể với bột sắt (III) oxit ................................... 51
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo pH .............................. 54
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo tỷ lệ H2O2/Fe2+........... 56
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo hàm lượng mạt Fe (g/l) 57
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD bằng Fenton 2 bậc nối tiếp 59
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD giữa Fenton 2 bậc tách biệt và

Fenton 2 bậc liên tiếp ................................................................................... 61
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD Fenton 3 bậc ....................... 63
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD tiến hành dưới ánh nắng mặt
trời ............................................................................................................... 65
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD tiến hành trong phòng thí
nghiệm ......................................................................................................... 65


viii

Hình 3.9. Đồ thị so sánh kết quả thí nghiêm Fenton truyền thống và quang
Fenton từ số liệu ở thí nghiệm ( a,b,c) ......................................................... 66
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD dị thể theo thời gian.......... 68
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD quá trình tái sử dụng tác
nhân Fenton (hoàn nguyên Fe3+ thành Fe2+) ................................................. 70


ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước rỉ rác điển hình ............................. 7
Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác một số quốc gia trên thế giới .................. 9
Bảng 1.3 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á .................. 10
Bảng 1.4 Thành phần nước rỉ rác ở một số BCL tại TP. Hồ Chí Minh...... 11
Bảng 1.5 Nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý BCL Sudokwon Hàn
Quốc......................................................................................................... 16
Bảng 1.6 Thành phần nước rỉ rác BCL Gò Cát trước và sau xử lý ............ 18
Bảng 1.7 Thành phần nước rỉ rác trước xử lý tại BCL Bình Dương.......... 20
Bảng 1.8 Thành phần nước rỉ rác sau xử lý BCL Bình Dương.................. 20
Bảng 1.9 Khả năng oxi hóa của một số tác nhân oxi hoá .......................... 26

Bảng 1.10 Hằng số tốc độ phản ứng giữa gốc hydroxyl (OH*) và Ozon với
một số chất hữu cơ ................................................................................... 27
Bảng 1.11 Năng lượng tương đối của các tác nhân oxi hóa mạnh ............. 27
Bảng 1.12 Các quá trình oxi hóa nâng cao không có tác nhân ánh sáng.... 29
Bảng 1.13 Các quá trình oxi hóa nâng cao có tác nhân ánh sáng ............. 30
Bảng 2.1 Danh mục hóa chất sử dụng ...................................................... 42
Bảng 2.2 Các thiết bị sử dụng .................................................................. 43
Bảng 2.3 Thành phần nước rỉ rác sau xử lý sinh học Nhà máy xử lý nước rỉ
rác Nam Bình Dương ............................................................................... 43
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH................................................. 53
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ H2O2/Fe2+ .............................. 55


x

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton cải biên
dùng mạt sắt ............................................................................................. 56
Bảng 3.4 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 2 bậc nối
tiếp ........................................................................................................... 58
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 2 bậc tách
biệt và Fenton 2 bậc liên tiếp .................................................................... 60
Bảng 3.6 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 3 bậc 62
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát quang Fenton với xúc tác axit oxalic ............ 64
Bảng 3.8. Kết quả xử lý nước rỉ rác bằng Fenton dị thể với oxit sắt (III) .. 68
Bảng 3. 9 Kết quả khảo sát quá trình tái sử dụng tác nhân Fenton ............ 69
Bảng 1.6 Thành phần và tính chất nước rỉ rác điển hình ............................. 7
Bảng 1.7 Thành phần nước rỉ rác một số quốc gia trên thế giới .................. 9
Bảng 1.8 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á .................. 10
Bảng 1.9 Thành phần nước rỉ rác ở một số BCL tại TP. Hồ Chí Minh...... 11
Bảng 1.10 Nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý BCL Sudokwon Hàn

Quốc......................................................................................................... 16
Bảng 1.6 Thành phần nước rỉ rác BCL Gò Cát trước và sau xử lý ............ 18
Bảng 1.7 Thành phần nước rỉ rác trước xử lý tại BCL Bình Dương.......... 20
Bảng 1.8 Thành phần nước rỉ rác sau xử lý BCL Bình Dương.................. 20
Bảng 1.9 Khả năng oxi hóa của một số tác nhân oxi hoá .......................... 26
Bảng 1.10 Hằng số tốc độ phản ứng giữa gốc hydroxyl (OH*) và Ozon với
một số chất hữu cơ ................................................................................... 27
Bảng 1.11 Năng lượng tương đối của các tác nhân oxi hóa mạnh ............. 27


xi

Bảng 1.12 Các quá trình oxi hóa nâng cao không có tác nhân ánh sáng.... 29
Bảng 1.13 Các quá trình oxi hóa nâng cao có tác nhân ánh sáng ............. 30
Bảng 2.1 Danh mục hóa chất sử dụng ...................................................... 42
Bảng 2.2 Các thiết bị sử dụng .................................................................. 43
Bảng 2.3 Thành phần nước rỉ rác sau xử lý sinh học Nhà máy xử lý nước rỉ
rác Nam Bình Dương ............................................................................... 43
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH................................................. 53
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ H2O2/Fe2+ .............................. 55
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton cải biên
dùng mạt sắt ............................................................................................. 56
Bảng 3.4 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 2 bậc nối
tiếp ........................................................................................................... 58
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 2 bậc tách
biệt và Fenton 2 bậc liên tiếp .................................................................... 60
Bảng 3.6 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 3 bậc 62
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát quang Fenton với xúc tác axit oxalic ............ 64
Bảng 3.8. Kết quả xử lý nước rỉ rác bằng Fenton dị thể với oxit sắt (III) .. 68
Bảng 3. 9 Kết quả khảo sát quá trình tái sử dụng tác nhân Fenton ............ 69

Mở đầu

1

MỞ ĐẦU
Môi trường và các vấn đề về môi trường là vấn đề được hầu hết các nước
trên thế giới quan tâm, bởi vì môi trường và con người có mối quan hệ tác
động chặt chẽ với nhau, môi trường ảnh hưởng trực tiếp và chi phối hoạt động
của con người và ngược lại con người cũng tác động không nhỏ đến môi
trường. Trong những năm gần đây môi trường được xem là vấn đề nóng bỏng
và thời sự nhất, được quan tâm nhiều nhất đặc biệt là ở các nước có nền công
nghiệp đang phát triển mà Việt Nam là một trong số đó.
Hiện nay nước ta là nước trong giai đoạn phát triển công nghiệp hóa và
dần dần đang hiện đại hóa công nghiệp, các khu công nghiệp được thành lập
ngày càng nhiều, song phát triển công nghiệp muốn phát triển công nghiệp
bền vững thì phải đi đối với việc gìn giữ và bảo vệ môi trường. Khi công
nghiệp phát triển kèm theo đô thị, dịch vụ, dân cư cũng phát triển mạnh, đời
sống con người càng cao, kéo theo sự phát triển của nhiều hoạt động, ngành
nghề, dịch vụ….. Nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống, tuy nhiên, bên cạnh
những mặt tích cực của việc phát triển xã hội và các thành tựu khoa học kỹ
thuật được ứng dụng thì nó còn trực tiếp mang ảnh hưởng xấu đến chính đời
sống của con người đó là vấn đề chất thải, rác thải sinh hoạt hàng ngày đó
cũng chính là vấn đề bức xúc của người dân và của các ban ngành liên quan.
Ở các cụm, khu công nghiệp thì đã có hệ thống xử lý chất thải, nước thải
trước khi thải ra môi trường, còn ở các khu đô thị, cụm dân cư thì rác thải sinh
hoạt đang và một vấn đề nan giải và đang thải trực tiếp ra môi trường. Để giải
quyết vấn đề về rác thải sinh hoạt thì hang loạt các bãi chôn lấp rác thải sinh
hoạt được thành lập và thu gom, vận chuyển tập trung các bãi chôn lấp. Vấn

đề ở đây là nước rỉ sinh ra từ các bãi chôn lắp ngày càng lớn đây là nguồn ô
nhiễm rất lớn (thành phần nước rỉ rác là các chất hữu cơ khó phân hủy như

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Mở đầu

2

hidrocacbon thơm, các hợp chất phenol, thuốc trừ sâu… có thể gây bệnh ung
thư, xơ cứng động mạch, nhiều bệnh khó trị ở người khác).[13]
Vấn đề là đặt ra bằng cách nào, phương pháp gì để có thể giải quyết
được các vấn đề trên mà các phương pháp truyền thống không làm được.
Những năm gần đây các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu nhằm tìm ra
một phương pháp mới, mà nhóm phương pháp oxi hóa tiên tiến (AOPs) là
một phương pháp nổi bậc nhất vì chúng có nhiều ưu điểm như có thể phân
hủy hoàn toàn các chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản với chi phí thấp,
dễ vận hành…và phương pháp phân hủy bằng tác nhân Fenton là một phương
pháp AOP đặc trưng dễ sử dụng, hiệu quả cao. Từ đó đến nay có rất nhiều
công trình nghiên cứu và ứng dụng trên nhiều đối tượng khác nhau, đồng thời
nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của phương pháp này. Ở Việt Nam, tác
nhân Fenton được sử dụng khá phổ biến trong xử lý nước và đã có nhiều công
trình nghiên cứu về AOPs nói chung, Fenton nói riêng nhưng kết quả đem lại
chưa được đạt mong muốn.
Qua tìm hiểu thực tế cho thấy: ở nhà máy xử lý nước rỉ rác Nam Bình
Dương đang sử dụng tác nhân Fenton để xử lý nước rỉ rác. Tuy nhiên do điều
kiện sử dụng chưa được tối ưu nên phải sử dụng hóa chất với số lượng lớn
làm cho chi phí xử lý tăng cao. Do vậy vấn đề nghiên cứu nâng cao hiệu quả
xử lý quá trình Fenton để mang lại hiệu quả tốt nhất và giảm chi phí trong quá

trình xử lý nước thải là vấn đề đang được quan tâm.
Với mong muốn là tìm hiểu rõ hơn về tình năng cũng như khả nâng phân
hủy các hợp chất hữu cơ của tác nhân Fenton để có những dụng thích hợp hơn
vào thực tế, vì vậy tôi chọn đề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng, đề
xuất biện pháp nâng cao hiệu quả quá trình xử lý COD của nước rỉ rác
bằng tác nhân Fenton tại nhà máy xử lý nước rỉ rác Nam Bình Dương”.

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

3

Chương 1:

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan nước rỉ rác
Nước rò rỉ từ bãi rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo
các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Trong giai đoạn
hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và
nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén.
Như vậy có thể nói “Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp có thể được định
nghĩa là chất lỏng thấm qua các lớp chất thải rắn mang theo các chất hòa tan
hoặc các chất lơ lửng”.
Quá trình tạo thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng giữ
nước hay khi nó bị bão hòa nước. Khả năng giữ nước (FC – Field Capacity)
của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác dưới tác dụng
của trọng lực. FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng trong việc xác định

sự hình thành nước rò rỉ. FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác
và việc phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp. Cả rác và lớp phủ đều có khả
năng giữ nước trước sức hút của trọng lực. FC có thể tính theo công thức
sau:[22]
FC  0,6  0,55

W
10000  W

Trong đó:
FC: khả năng giữ nước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng khô của
chất thải rắn).
W: khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính tại chính
giữa chiều cao ô chôn lấp, pound.
Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chôn
lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được
cho phép. Việc mất đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

4

thụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo
khí và nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ).
Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí
hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát
sinh nước rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi

rác. Trong suốt những năm đầu tiên, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập và
được hấp thụ, tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp. Lưu
lượng nước rò rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần
sau khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên
trên mặt... giữ nước làm giảm độ ẩm thấm vào.
Đối với BCL hợp vệ sinh hiện đại, có lót lớp đáy và có phủ đỉnh sau
khi đóng bãi bằng các vật liệu chống thấm. Lượng nước rò rỉ sinh ra trong
mùa khô chủ yếu là lượng nước tự do chứa trong CTR và lượng nước tạo
thành trong quá trình phân hủy thành phần chất hữu cơ của CTR, còn trong
mùa mưa lượng nước rò rỉ sinh ra chủ yếu là do nước mưa thấm qua bề mặt
của phần BCL đang hoạt động.
Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được
chia thành các nhóm chủ yếu sau:
–

Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-200C

–

Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-400C

–

Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-700C

Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau:
Giai đoạn I – giai đoạn thích nghi ban đầu: chỉ sau một thời gian ngắn
từ khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn
ra, bởi vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữ
lại. Giai đoạn này có thể kéo một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào

tốc độ phân hủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh hiếu khí và kị khí.

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

5

Giai đoạn II - giai đoạn chuyển tiếp: oxy bị cạn kiệt dần và sự phân
hủy chuyển sang giai đoạn kị khí. Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện
tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro
sulfit. Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy
chất hữu cơ trong rác thải thành CH4 , CO2 sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy
phân, lên men axit và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu
cơ và các sản phẩm trung gian khác (giai đoạn III). Trong giai đoạn II, pH của
nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ và ảnh
hưởng của nồng độ CO2 tăng lên trong bãi rác.
Giai đoạn III - giai đoạn lên men axit: các vi sinh vật trong giai đoạn II
được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và lượng H2 ít hơn. Bước
đầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến sự chuyển hóa các enzym trung
gian (sự thủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein)
thành các chất đơn giản thích hợp cho vi sinh vật sử dụng. Tiếp theo là quá
trình lên men axit. Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hình
thành ở bước trên thành các chất trung gian phân tử lượng thấp hơn như là
axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic, các axit hữu cơ khác. Khí cacbonic
được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng nhỏ H2S cũng được
hình thành.
Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 do sự có mặt của các
axit hữu cơ và khí CO2 có trong bãi rác. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu

cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạn
III do sự hòa tan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ. Do pH thấp, nên một số chất
vô cơ chủ yếu là các kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này. Nếu
nước rò rỉ không được tuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản
cũng bị loại bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp.

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

6

Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan: trong giai đoạn này nhóm vi
sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình
thành từ giai đoạn trước thành CH4, CO2 sẽ chiếm ưu thế. Đây là nhóm vi
sinh vật kị khí nghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan. Trong giai đoạn này,
sự hình thành metan và các axit hữu cơ xảy ra đồng thời mặc dù sự tạo thành
axit giảm nhiều. Do các axit hữu cơ và H2 bị chuyển hóa thành metan và
cacbonic nên pH của nước rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6,8 – 8,0.
Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ
giảm xuống trong giai đoạn này.
Giai đoạn V- giai đoạn ổn định: giai đoạn ổn định xảy ra khi các vật
liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành CH4, CO2 trong
giai đoạn IV. Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các chất có
khả năng phân hủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp tục đựơc
chuyển hóa. Tốc độ phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh
ra chủ yếu là CH4 và CO2. Trong giai đoạn ổn định, nước rò rỉ chủ yếu axit
humic và axit fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa.
Tuy nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và fulvic

cũng giảm xuống.
Bên cạnh các chất ô nhiễm bị phân hủy và hòa tan vào nước rò rỉ, các
chất khí từ bãi chôn lấp cũng được hình thành và phát tán vào không khí gây
ra hiện tượng nóng lên của trái đất (hiệu ứng nhà kính).
Khi nước thấm qua chất thải rắn đang phân hủy được chôn trong bãi rác,
thì các thành phần hóa học và sinh học đã được phân hủy sẽ hòa vào nước làm
tăng nồng độ ô nhiễm của nước và tạo thành nước rò rỉ.
Việc tổng hợp và đặc trưng thành phần nước rác là rất khó vì có nhiều
yếu tố khác nhau tác động lên sự hình thành nước rò rỉ. Nên tính chất của nó

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

7

chỉ có thể xác định trong một khoảng giá trị nhất định và được cho trong bảng
1.1.
Bảng 1.11 Thành phần và tính chất nước rỉ rác điển hình
Bãi mới
Khoảng
Trung bình

Thành phần
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa
(BOD5),mg/l
Tổng lượng cacbon hữu
cơ
(TOC),mg/l

Nhu cầu oxy hóa hóa học
(COD),
mg/l
Tổng chất rắn lơ lửng
(TSS),
mg/l
Nitơ

hữu

cơ,

mg/l

Amoniac,

mg/l

Nitrat,

mg/l

Tổng
mg/l

lượng

Orthophotpho,

Photpho,

mg/l

Độ kiềm theo CaCO3,
mg/l
Độ

pH

Canxi,

mg/l

Clorua,

mg/l

Tổng lượng sắt, mg/l

Bãi lâu năm
(Trên 10 năm)

2000 – 20 000

10 000

100 – 200

1500 – 20 000

6000

80 – 160

3000 – 60 000

18 000

100 – 500

200 – 2000

500

100 – 400

10 – 800

200

80 – 120

10 – 800

200

20 – 40

5 – 40

25

5 – 10

5 – 100

30

5 – 10

4 – 80

20

4–8

1000 – 10 000

3000

200 – 1000

4,5 – 7,5

6

6,6 – 7,5

50 – 1500

250

50 – 200

200 – 3000

500

100 – 400

50 – 1200

60

20 – 200

50 – 1000

300

20 – 50

Sulfat, mg/l
Nguồn : Integrated Solid Waste Management

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

8

1.1.1 Thành phần và tính chất nước rỉ rác
Mỗi bãi chôn lắp đều có những qui trình công nghệ khác nhau nhưng
thành phần nước rỉ rác thường sẽ chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như: thành
phần rác, thời gian, thời tiết, điều kiện khu vực, nhiệt độ, v.v…
Các yếu tố trên ảnh hưởng đến tính chất của nước rỉ rác nhiều đến đặc
tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vận hành bãi chôn lấp, yếu tố này sẽ
quyết định được tính chất nước rỉ rác chẳng hạn như nước rỉ rác cũ hay mới,
sự tích lũy các chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học nhiều
hay ít, hợp chất chứa nitơ sẽ thay đổi cấu trúc.
Nước rác mới thường có nồng độ COD thấp, dao động từ 2000 4000mg/l, pH trong khoảng 4.0 – 5.6. Tỉ số BOD:COD cao trong khoảng 0.8
– 0.9. Đây là loại nước rác có nồng độ SS, Canxi, kim loại nặng (chủ yếu là
sắt) hoà tan cao. Tuy nhiên các chất hữu cơ chủ yếu dễ phân huỷ. Nước có
mùi chua nồng và màu vàng đục. Nước này thu được chủ yếu do quá trình nén
ép thể tích khối rác bằng cơ học.
Nước rỉ rác cũ bên cạnh hàm lượng COD cao, tổng hàm lượng nitơ rất
cao trong nước rác. Hàm lượng nitơ cao sẽ kích thích sự phát triển của nhiều
sinh thực vật như rong tảo, tạo điều kiện phú dưỡng hoá nguồn tiếp nhận.
Điều này có thể dẫn đến làm bẩn nguồn nước trở lại, gây thiếu hụt DO trong
nước. Nếu hàm lượng NH3 (amonia không phân ly hoặc amonia tự do) cao có
thể gây chết một số loài nước như cá…Tỉ lệ hàm lượng amonia (NH3+ NH4+)
so với tổng nitơ tăng dần theo thời gian. Trong quá trình kị khí, nitơ hữu cơ sẽ
chuyển hoá thành amonia.
Thành phần đặc trưng của nước rỉ rác ở một số nước trên thế giới được
trình bày cụ thể trong bảng 1.2 và bảng 1.3.

Luận văn Thạc sĩ Hóa học

Chương 1: Tổng quan

9

Bảng 1.12 Thành phần nước rỉ rác một số quốc gia trên thế giới
Thành

Đơn Vị

Phần

Colombia

Canada

(i)

(ii)

Đức (iii)

Pereira (5 Clover

BCL

năm

đô thị

vận Bar

hành)

CTR

Thái Lan
(iv)

Hàn Quốc (v)

BCL

Sukdowop

Sukdowop

pathumthani

NRR 1 năm

NRR 12
năm

(Vận
hành từ
năm
1975)

pH
COD

-

7.2 – 8.3

mgO2/l

4350 –

8.3
1090

-

7.8 – 8.7

2500

19400 –

65000
BOD

mgO2/l

1560 –

5.8

8.2

23900
39

230

4119 – 4480

12500

2000

455

1100

750 – 850

7000

500

48000
NH4

mg/L

200 –
3800

TKN

mg/L

-

-

920

141 – 410

400

20

Chất

mg/L

7990 –

-

-

10588 –

-

-

rắn

89100

14373

tổng
cộng
Chất

mg/L

rắn lơ

190 –

-

-

1764 – 2128

200

1800

-

-

300 – 600

-

-

-

-

25 – 34

-

-

27800

lửng
Tổng

mg /L

chất

7800 –
61300

rắn
hoà
tan
Tổng

mg/L

2 – 35

phosp

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

10

hate
(PO4)
Độ
kiềm

mgCaC

3050 –

O3/L

8540

mg/L

-

4030

-

3200 – 3700

4500

4500

200

0.873 –

-

-

tổng
Ca

-

1.267
Mg

mg/L

-

-

150

-

-

-

Na

mg/L

-

-

1150

0.09 – 0.330

-

-

Nguồn: (i): Lee & Jone, 1993 (ii): Diego Paredes, 2003(iii): F. Wang et al., 2004
(iii): KRUSE, 1994 , (iv) Kwanrutai Nakwan, 2002

Bảng 1.13 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á
Thái Lan
Thành Phần

pH
Độ dẫn điện
COD
BOD5
SS
IS
N-NH3
N-Org
Phospho tổng
ClZn
Cd
Pd
Cu
Cr
Độ kiềm
VFA

Đơn Vị

BCL

Sukdowop NRR

Sukdowop NRR

pathumthani

1 năm

12 năm

5.8

8.2

7.8 – 8.7
µS/cm
19400 – 23900
mgO2/L
4119 – 4480
mgO2/L
750 – 850
mg/L
141 – 410
mg/L
10588 – 14373
mg/L
1764 – 2128
mg/L
300 – 600
mg/L
25 – 34

mg/L
3200 – 3700
mg/L
0.873 – 1.267
mg/L
mg/L
0.09 – 0.330
mg/L
0.1 – 0.157
mg/L
0.495 – 0.657
mgCaCO3/L
mg/L
56 – 2518

Luận văn Thạc sĩ Hóa học

Hàn Quốc

12500
2000
7000
500
400
20
200
1800
4500
4500
2000

10000
( Nguồn: Kwanrutai Nakwan, 2002)


Chương 1: Tổng quan

11

1.1.2 Thành phần và tính chất nước rỉ rác ở Việt Nam
1.1.2.1 Thành phần và tính chất nước rỉ rác ở Việt Nam
Các kết quả khảo sát thành phần nước rỉ rác ở các bãi chôn lấp ở thành
phố Hồ Chí Minh được công bố trên các tài liệu được tập hợp ở bảng 1.4.
Bảng 1.14 Thành phần nước rỉ rác ở một số BCL tại TP. Hồ Chí Minh
CHỈ
TIÊU

ĐƠN VỊ

BCL Gò Cát

BCL Phước Hiệp

BCL Đông Thạnh

Thời

NRR mới

NRR cũ

NRR mới

NRR cũ

NRR

NRR cũ

gian

2,3,4/2002

8/2006

1,4/2003

4/03 –

mới

8,11/200

8/06

2,4/2002

3

lấy
mẫu

pH
TDS
Độ
cứng

-

4.8 – 6.2

7.5 – 8.0

5.6 – 6.5

7.3 – 8.3

6.0 – 7.5

8.0 – 8.2

mg/L

7300 –

9800 –

18260 –

6500 –

10950 –

9100 –

12200

16100

20700

8470

15800

11100

mgCaCO

5833 –

590

5733 –

-

1533 –

1520 –

3/L

9667

8400

1860

mg/L

1670 –

8100

tổng
Ca2+

40 – 165

2740
SS

VSS

mg/L

mg/L

2031 –

110 –

1122 –

100 –

2191

6570

11840

190

-

1280 –

169 –

3270

240

1760 –

90 –

790 –

4310

4000

6700

1120 –

-

-

-

-

-

39614 –

2950 –

24000 –

1510 –

38533 –

916 –

59750

7000

57300

4520

65333

1702

30000 –

1010 –

18000 –

240 –

33570 –

235 –

48000

1430

48500

2.120

56250

735

21878 –

-

16777

-

-

-

3190
COD

BOD

VFA

mgO2/L

mgO2/L

mg/L

25182

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

N-NH3

N-hữu

mg/L

mg/L

12

297 – 790
336 – 678

1360 –

760 –

1590 –

1245 –

1720

1550

2190

1765

-

252 –

110 –

202 –

400

159

319

2300 –

-

-

30 – 45

-

275 –

cơ
SO4

mg/L

1600 –

-

2340
Humic

Lignin

mg/L

mg/L

-

-

520 - 785

-

2560
297 –

250 –

767 –

359

350

1150

52 – 86

-

74.7

375
-

36.2 –
52.6

Dầu

mg/L

-

-

-

-

-

10 – 16.5

Khoán
g
H2S

mg/L

106

-

4.0

-

-

-

Phenol

mg/L

-

-

-

-

-

0.32 –
0.60

Phosp

mg/L

55 – 90

14 – 55

5 – 30

7 – 20

14 – 42

11 - 18

mg/L

-

-

KPH

KPH

KPH

KPH

mg/L

-

KPH

KPH

KPH

KPH

KPH

mg/L

404 – 687

119

-

-

259 –

373

ho
tổng
Tetrac
hloreth
ylen
Trichl
orethyl
en
Mg2+

265
Fe

mg/L

204 – 208

13.0

-

-

-

64 – 120

mg/L

0.04 –

-

-

-

0.23 –

-

tổng
Al

0.50

Luận văn Thạc sĩ Hóa học

0.26


Chương 1: Tổng quan

Zn

13

93.0 –

mg/L

KPH

0.25

-

-

202.1
Cr

0.04 –

mg/L

Tổng
Cu

Pb

0.48
KPH

KPH

-

KPH

0 – 0.05

0.22

0.25

-

0.85 –

0.1 –

3.00

0.14

14 – 21

0.006 –

0.05
mg/L

3.50 - 4.00
0.32 –

mg/L

0.076

0.258

-

1.90
Cd

0.3 –

mg/L

0.02 -0.10

0.05
KPH

0.008

-

0 – 0.03

0.002 –
0.008

Mn

mg/L

14.50 -

0.204

33.75

-

32.17
Ni

mg/L

2.21 –

0.458

0.762

-

8.02
Hg

mg/L

-

4.22 –

0.66 –

11.33

0.73

0.63 –

0.65 -0.1

184
-

0.01

-

-

0.01 –
0.04

As

mg/L

-

-

-

-

-

0.010 –
0.022

Sn

mg/L

-

-

KPH

-

-

2.2 – 2.5

(Nguồn: CENTENMA,2002)

Nhìn chung thành phần nước rỉ rác mới của BCL ở Việt Nam cũng
tương tự như trên thế giới, hàm lượng chất hữu cơ cao trong giai đoạn đầu
(COD: 45000 mgO2/L, BOD: 30000 mgO2/L) và giảm dần theo thời gian vận
hành của BCL, các hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh
học tích lũy và tăng dần theo thời gian vận hành. Khi thời gian vận hành BCL
càng lâu hàm lượng amonium càng cao. Giá trị pH của nước rỉ rác cũ cao hơn
hơn nước rỉ rác mới.

Luận văn Thạc sĩ Hóa học


Chương 1: Tổng quan

14

Khi thành phần và tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian thì việc
thiết kế hệ thống xử lý cũng rất phức tạp. Chẳng hạn như, hệ thống xử lý nước
rác cho bãi chôn lấp mới sẽ khác so với hệ thống xử lý các bãi rác lâu năm.
Đồng thời, việc phân tích tính chất nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi nước rò rỉ
có thể là hỗn hợp của nước ở các thời điểm khác nhau. Từ đó, việc tìm ra
công nghệ xử lý thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải nghiên cứu
thực tế mới có thể tìm ra công nghệ xử lý hiệu quả.

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước nước rỉ rác đã được
ứng dụng trên thế giới
1.2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ các nước trên thế giới
Các quá trình xử lý nước rỉ rác của các cơ sở xử lý chủ yếu thực hiện
theo sơ đồ ở hình 1.1.

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp (USEPA)

Luận văn Thạc sĩ Hóa học