Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm (2017)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

======

KHIẾU THỊ NGỌC MAI

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ
TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KEO TỤ ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC NHÔM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ Môi trường
Người hướng dẫn khoa học

ThS. LÊ CAO KHẢI

HÀ NỘI - 2017


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa
học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã trang bị cho em rất nhiều kiến thức
chuyên sâu về lĩnh vực hóa học, đặc biệt là Hóa học Môi trường và cùng đó tạo
điều kiện giúp em trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp
này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo ThS. Lê Cao Khải cùng thầy giáo
TS. Lê Thanh Sơn, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành khóa luận này
kịp tiến độ. Trong thời gian làm việc với thầy, em không những tiếp thu được
thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ
nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả.
Xin cảm ơn các anh chị trong Phòng Công nghệ Hoá lý Môi trường thuộc

Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam – số 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt
quá trình thực tập tốt nghiệp vừa qua để sẵn sàng mọi kiến thức hoàn thành khóa
luận tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin được bày tỏ lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, đặc biệt là
những người bạn làm nghiên cứu cùng em trong học kỳ này, đã cùng nhau trao
đổi kiến thức và giúp đỡ lẫn nhau trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Do còn hạn chế về trình độ và kinh nghiệm thực tế, nên trong đề tài này
không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ
sung của thầy cô và bạn bè để khóa luận của em được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 26 tháng 5 năm 2017

Khiếu Thị Ngọc Mai


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BOD5

Nhu cầu oxy sinh học

BCL

Bãi chôn lấp

COD

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Lượng oxy hòa tan trong nước

FC

Độ ẩm

UV

Tia tử ngoại

PAC

Poly Aluminium Choloride

TKN

Nitơ tổng

VFA

Nồng độ các axit béo dễ bay hơi

TDS

Tổng chất rắn hòa tan

TOC

Tổng cacbon hữu cơ


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn .................................. 5
Bảng 1.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác của các bãi chôn lấp mới và lâu
năm .................................................................................................................... 6
Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác mới và nước rỉ rác cũ .................................... 8
Bảng 2.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ
khác nhau ......................................................................................................... 40
Bảng 2.2. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ
khác nhau ......................................................................................................... 44
Bảng 2.3. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ
khác nhau ......................................................................................................... 48
Bảng 3.1. Nồng độ NO3- của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các
cường độ dòng điện khác nhau (mg/l) .............................................................. 50
Bảng 3.2. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các
cường độ dòng điện khác nhau (mg/l) .............................................................. 52
Bảng 3.3. Nồng độ NO3- của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các
khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) ............................................................ 53
Bảng 3.4. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các
khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) ............................................................ 54
Bảng 3.5. Nồng độ NO3- của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các
điều kiện pH khác nhau (mg/l) ......................................................................... 57
Bảng 3.6. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các
điều kiện pH khác nhau (mg/l) ......................................................................... 59


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên ............................................................ 14

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động bể SBR................................................... 20
Hình 1.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ AO ...................................................... 21
Hình 1.4. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ ..................................... 24
Hình 2.1. Máy khuấy từ gia nhiệt (AHYQ, model 85-2, Trung Quốc) .............. 32
Hình 2.2. Nguồn một chiều (DC REULATED POWER SUPPLY - QJ3020S – 0
~ 30V 20A) ...................................................................................................... 33
Hình 2.3. Kẹp điện cực ..................................................................................... 33
Hình 2.4. Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa ...................................................... 34
Hình 2.5. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa ............................................ 35
Hình 2.6. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NO2- bằng đo quang
......................................................................................................................... 40
Hình 2.7. Thí nghiệm đun cách thủy mẫu ......................................................... 43
Hình 2.8. Mẫu được chuyển sang bình định mức 25 ml .................................... 43
Hình 2.9. Hình ảnh Cuvet và máy trắc quang ................................................... 44
Hình 2.10. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NO3- bằng đo
quang. .............................................................................................................. 45
Hình 2.11. Màu của amoni sau 60 phút. ........................................................... 47
Hình 2.12. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NH4+ bằng đo
quang ............................................................................................................... 48
Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý NO3- .......... 50
Hình 3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý NH4+.......... 52
Hình 3.3. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NO3- ....... 54
Hình 3.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NH4+ ....... 55
Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NO3- .................................... 58
Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+ .................................... 60


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ............................................................................. 3

1.1. Tổng quan về nước rỉ rác ........................................................................... 3
1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác.......................................................................... 3
1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác ................................................................................ 4
1.1.2.1. Thành phần và tính chất nước rỉ rác ............................................. 4
1.1.2.2. Các yếu tổ ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác ......... 7
1.1.3. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước ........... 11
1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác..................................... 13
1.2.1. Trạng thái tồn tại của Nitơ trong nước rỉ rác ........................................... 13
1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác ........................ 17
1.2.3. Tác hại của Nitơ trong nước rỉ rác .......................................................... 18
1.2.3.1. Tác hại của Nitơ đối với sức khỏe cộng đồng............................. 18
1.2.3.2. Tác hại ô nhiễm Nitơ đối với môi trường ................................... 19
1.2.4. Một số công nghệ xử lý Nitơ trong nước rỉ rác ...................................... 19
1.2.4.1. Aeroten hoạt động theo mẻ (SBR) ............................................. 19
1.2.4.2. Bể AO (Anoxic-Oxic) ................................................................ 21
1.3. Tổng quan về công nghệ keo tụ điện hóa ................................................. 22
1.3.1. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa............................................. 22
1.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa ........................ 23
1.3.2.1. Cấu tạo....................................................................................... 24
1.3.2.2. Nguyên tắc hoạt động ................................................................ 24
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa . 26
1.3.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa ................................. 27
1.3.5. Ứng dụng của keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường ............................ 28
1.3.5.1. Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước ô nhiễm ở trong nước . 28
1.3.5.2. Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước ô nhiễm ở ngoài nước . 29


CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN................... 32
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ................................................. 32
2.2. Hệ thí nghiệm keo tụ điện hóa ................................................................. 32

2.2.1. Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm .................................................................... 32
2.2.2. Tiến hành thí nghiệm .............................................................................. 36
2.3. Các nội dung nghiên cứu ......................................................................... 36
2.3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian .................................... 37
2.3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực ...................................... 37
2.3.3. Ảnh hưởng của pH ................................................................................. 37
2.4. Phương pháp phân tích chỉ tiêu Nitơ trong mẫu thu được sau khi xử lý
bằng công nghệ keo tụ điện hóa...................................................................... 38
2.4.1. Xác định Nitrit ........................................................................................ 38
2.4.1.1. Phương pháp xác định Nitrit ...................................................... 38
2.4.1.2. Cách tiến hành ........................................................................... 39
2.4.1.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả ..................................... 39
2.4.2. Xác định Nitrat ....................................................................................... 40
2.4.2.1. Phương pháp xác định Nitrat. ..................................................... 40
2.4.2.2. Cách tiến hành ........................................................................... 41
2.4.2.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả ..................................... 44
2.4.3. Xác định Amoni ..................................................................................... 45
2.4.3.1.Phương pháp xác định................................................................. 45
2.4.3.2. Cách tiến hành ........................................................................... 46
2.4.3.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả ..................................... 47
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 49
3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất
xử lý Nitơ ......................................................................................................... 49
3.1.1. Hiệu suất xử lý NO3- ............................................................................... 49
3.1.2. Hiệu suất xử lý NH4+ .............................................................................. 52
3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến quá trình xử lí Nitơ ............. 53


3.2.1. Hiệu suất xử lý NO3- ............................................................................... 53
3.2.2. Hiệu suất xử lý NH4+ .............................................................................. 54

3.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Nitơ .......................... 56
3.3.1. Hiệu suất xử lý NO3- ............................................................................... 57
3.3.2. Hiệu suất xử lý NH4+ .............................................................................. 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 63
PHỤ LỤC


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Xã hội ngày càng phát triển nhờ những tiến bộ của khoa học kĩ thuật,
cuộc sống của con người được trợ giúp nhiều hơn nhờ các loại máy móc tân
tiến. Tuy nhiên, kéo theo đó là một số hệ lụy mà chúng ta không thể coi
thường. Và một trong số đó là vấn đề rác thải. Vấn đề rác thải hiện nay đang
là một nguy cơ nghiêm trọng đối với con người, không có quốc gia nào tránh
khỏi việc buộc phải đối mặt với nguy cơ này, nhất là các nước đang phát triển
trong đó có Việt Nam. Hiện nay, lượng rác thải phát sinh, thải ra môi trường
ngày một tăng nhanh về số lượng. Đặc biệt, hầu hết nước rỉ rác đều phát thải
trực tiếp vào môi trường, khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi
trường và sức khỏe con người. Nó bốc mùi hôi nặng nề lan tỏa nhiều kilomet,
có thể ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và dễ dàng
gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Và ô nhiễm gây bởi nước rỉ rác từ các bãi chôn
lấp tập trung trở thành vấn đề nóng hàng chục năm nay.
Nước rỉ rác sinh ra từ các bãi chôn lấp cũng như phát sinh tại trạm
trung chuyển rất độc hại, chứa nhiều chất ô nhiễm như khí Nitơ, Amoniac,
kim loại nặng, các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh, BOD, COD hàm lượng cao…
có khả năng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nếu thấm vào đất, sẽ gây
ô nhiễm trầm trọng nguồn nước ngầm và đất, nếu chảy vào kênh, nó sẽ hủy
hoại môi trường thủy sinh ở khu vực đó… Hàm lượng Nitơ cao là chất dinh
dưỡng kích thích sự phát triển của rong, rêu, tảo,… gây ra hiện tượng phú

dưỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nước, gây thiếu hụt oxy hòa tan (DO) trong
nước. NH3 cao còn độc đối với thủy sinh. Vì vậy, xử lý Nitơ trong nước rỉ rác
là vấn đề cần quan tâm.
Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp xử lý và các
công trình xử lý nước rỉ rác nhưng việc ứng dụng vào thực tế còn rất hạn chế.

1


Xuất phát từ những lí do trên, để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường,
đặc biệt là môi trường nước bước đầu em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý
Nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm”.
Mục đích nghiên cứu
- Nắm bắt được công nghệ keo tụ điện hóa xử lí nước rỉ rác.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian lưu nước, ảnh
hưởng của khoảng cách giữa các điện cực, ảnh hưởng của pH đến quá trình
xử lý Nitơ trong nước bằng công nghệ keo tụ điện hóa điệc cực Nhôm, từ đó
lựa chọn được điều kiện tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ
điện hóa.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Nước rỉ rác của khu liên hợp xử lý chất
thải rắn Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội.
- Phạm vi thực hiện: Đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm phòng Công
nghệ Hóa lý môi trường – Viện công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam.

2


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nước rỉ rác
1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác
Nước rỉ rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình
lý, hóa và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Do được sinh ra từ rác
thải, loại nước thải này rất độc hạị, chứa nhiều chất ô nhiễm như khí Nitơ,
amoniac, kim loại nặng, các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh, BOD, COD hàm
lượng cao… có khả năng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nước rỉ rác
là loại nước thường bị ô nhiễm nặng bởi các chất nguy hại nên thành phần hóa
học của nước rỉ rác cũng rất khác nhau và phụ thuộc vào thành phần rác đem
chôn cũng như thời gian chôn lấp.
Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm quá trình phân hủy sinh học
các chất hữu cơ, sản phẩm là nước và trở thành nước rác, 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 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).
Lượng nước rác sinh ra phụ thuộc vào:
- Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là
khí hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến nước rác sinh ra
- Khu vực chôn lấp
- Độ ẩm chất thải chôn lấp
- Kĩ thuật xử lý đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nước mặt.
* Phân loại nước rỉ rác
Theo đặc điểm và tính chất, nước rác được phân làm 2 loại:
- Nước rác tươi, nước rác khi không có mưa
- Nước rác khi có nước mưa: mưa thấm qua bãi rác và hòa lẫn nước rác

3

Theo đặc điểm hoạt động của bãi chôn lấp:
- Nước rác phát sinh từ các bãi chôn lấp cũ, đã đóng cửa hoặc ngừng
hoạt động, thành phần, tính chất của loại nước rác này phụ thuộc vào thời
gian đã đóng bãi, mức độ phân hủy các thành phần hữu cơ trong bãi rác.
- Nước rác phát sinh từ các bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc ngừng
vận hành.
1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác
1.1.2.1. Thành phần và tính chất nước rỉ rác
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, 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 đã 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 [1].
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 BOD 5/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 BOD 5/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 [1,7].
Chất lượng nước rỉ rác có sự thay đổi lớn 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 và tuổi bãi chôn lấp được tổng hợp từ

4

nguồn [7,16] và được thể hiện ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn
Tuổi bãi chôn lấp
Thông số

Đơn vị

Trung bình (5 – 10

Mới (0 – 5 năm)
BCL

năm)

BCL

BCL

BCL

BCL

BCL

Barjinder

Tatyana

Barjinder

6,5-7,5

6,5-7,5

>7,5

> 7,5

3.000-

40.000-

5.000

10.000

<5000

<4000

Tatyana Barjinder Tatyana
pH

-

COD

mg/l

BOD5/CO
D
Axit béo dễ
bay hơi

< 6,5
>20.00
0

6,5
<10.000

Cũ ( > 10 năm)

-

> 0,3

> 0,3

0,1–0,3

0,1–0,3

< 0,1

< 0,1

(%TOC)

70 - 90

80%

20 - 30

5 – 30%

5

-

(%TOC)

-

-

-

-

> 60

Chủ yếu

-

-

-

-

-

<2

Thấp

<2

Thấp

-

Thấp

Hợp chất
humic và
fulvic
Tổng Nitơ
Tổng kim
loại

mg/l

100 –
2.000

Thấp đến
mg/l

2

trung
bình

Khả năng
phân hủy

-

-

Chủ yếu

sinh học

-

Trung
bình

Ghi chú (-): không đánh giá
Như vậy, thành phần nước rỉ rác khác nhau theo tuổi bãi chôn lấp. Các

5

bãi chôn lấp có tuổi càng trẻ (< 5 năm) thì nồng độ các chất ô nhiễm càng cao
(COD > 10.000 mg/l), chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học,
pH thấp hơn 6,5. Tuổi bãi chôn lấp càng cao thì pH càng tăng và nồng độ các
chất ô nhiễm càng giảm nhưng lại khó phân hủy sinh học vì chứa chủ yếu các
hợp chất hữu cơ bền vững.
Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc vào các phản ứng lý,
hóa, sinh xảy ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi
chôn lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ
chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng.
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 - 20°C
- Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 - 40°C
- Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40 - 70°C
Bảng 1.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác của các bãi chôn lấp mới và
lâu năm
Giá trị, mg/l
Thành phần

Bãi mới (< 2 năm)

Bãi lâu năm (>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

200 – 2.000

500

100 – 400

10 – 800

200

80 – 120

Tổng chất rắn lơ
lửng
Nitơ hữu cơ

6


Giá trị, mg/l
Thành phần

Bãi mới (< 2 năm)

Bãi lâu năm (>10

Khoảng

Trung bình

năm)

Amoniac

10 – 800

200

20 – 40

Nitrat

5 – 40

25

5 – 10

5 – 100

30

5 – 10

4 – 80

20

4–8

1.000 – 20.900

3.000

200 – 1000

4,5 – 7,5

6

6,6 – 9

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

Sunphat

50 – 1.825

300

20 – 50

Tổng sắt

50 – 5.000

60

20 – 200

Tổng lượng phốt

pho
Othophotpho
Độ kiềm theo
CaCO3
pH
Độ cứng theo
CaCO3

Nguồn: Tchobanoglouset và cộng sự 1993 [12]
1.1.2.2. Các yếu tổ ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác
Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa,
sinh cùng lúc xảy ra. Thành phần chất ô nhiễm trong nước rỉ rác phụ thuộc
vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp,
chiều sâu bãi chôn lấp,… ta sẽ lần lượt xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng
đến thành phần và tính chất nước rỉ rác.
* Thời gian chôn lấp
Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu

7


cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời
gian. Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần.
Thành phần của nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của
quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một
vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra
axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí Metan. 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 thải

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.
Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác mới và nước rỉ rác cũ
Nước rỉ rác mới

Nước rỉ rác cũ

Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp
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 NH4+ và nitơ hữu cơ cao

Nồng độ NH4+ thấp

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 kim
loại nặng cao

loại nặng thấp
Nguồn: Tchobanoglos và cộng sự 1993 [12]

* Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn
Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động đến
tính chất nước rò rỉ. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải

8


rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rò rỉ
cũng có các đặc tính tương tự. Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất
độc hại thì nước rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại...
Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động
đến tính chất nước rác. Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiền
nhỏ. Bởi vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với
khi không nghiền nhỏ rác. Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng
chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý
sơ bộ hay không.
* Chiều sâu bãi chôn lấp
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp 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 và 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.
* 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 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. Quá trình bay hơi làm cô đặc
nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn,
bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình,
vật liệu phủ, thực vật phủ ...

9


* 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.
* Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại
Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rảnh và bùn của trạm
xử lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ. Bùn sẽ
làm tăng độ ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rò rỉ.
Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm

tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy
rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên,
nước rò ri có pH thấp và BOD5 cao hơn.
Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh
hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất
ức chế như kim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật... Đồng thời, theo
thời gian các chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ và khí thoát ra
ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước
rác.

10


1.1.3. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước
a. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trên thế giới
Billa và cộng sự (2005) [8] đã đánh giá hiệu quả xử lí nước rỉ rác bãi
chôn lấp chất thải rắn đô thị Gramacho ở Rio De Janeiro, Brazil. Nước rỉ rác
có tỉ lệ BOD5/COD thấp 0,05. Ozon được sử dụng để nâng cao khả năng xử lí
sinh học nước rỉ rác sau quá trình keo tụ. Sau keo tụ bằng Al2(SO4)3 ở giai
đoạn 1, COD và DOC giảm tương ứng 40 và 25%. Quá trình xử lí bằng ozon
sau đó đã làm tăng tỉ lệ BOD5/COD từ 0,05 lên 0,3 và đã xử lí được tương
ứng 73% COD và 63% DOC với lượng O3 tiêu tốn là 3g/l nước rỉ rác.
Ntampou và cộng sự (2006) [15] đã sử dụng ozon và keo tụ để xử lí
nước rỉ rác từ bãi chôn lấp chất thải rắn Thessaloniki (Hy Lạp). Tác giả đã sử
dụng hai quá trình (ozon/keo tụ và keo tụ/ozon) để xử lí nước rỉ rác. Kết quả
cho thấy, xử lí bằng ozon/keo tụ không đạt được hiệu suất cao mà hiệu suất
cao chỉ đạt được ở hệ keo tụ/ozon. COD giảm từ 1.000 mg/l xuống dưới 180
mg/l. Tuy nhiên, thời gian phản ứng và hàm lượng ozon tiêu tốn tương ứng
240 phút và 2 g/h cho 500 ml nước rỉ rác với hàm lượng COD nước rỉ rác là
1.000 mg/l.

Tiazui cùng cộng sự (2007) [18] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp
ozon hóa và ozone kết hợp với hydrozen peroxide để xử lý nước rỉ rác tại
Tunisia, được đặc trưng bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và
màu sắc tối. Với nồng độ khí ozon đầu vào 80 g/m3, COD ban đầu 5.230
mg/l. Hiệu suất xử lí nước rỉ rác tăng gấp đôi (từ 25% lên 48%) khi kết hợp
O3/H2O2 với nồng độ 2g H2O2/l, thời gian phản ứng 60 phút, tỉ lệ BOD5/COD
tăng từ 0,1 lên 0,7 ở hệ thí nghiệm O3/H2O2. Các tác giả cũng tính chi phí để
xử lí là 2,3 USD/kg COD.
Nghiên cứu xử lí nước rỉ rác (Bãi chôn lấp Tehran, Iran) với kết hợp
keo tụ và ozon được thực hiện bởi Jamali và cộng sự (2009) [13]. COD nước

11


rỉ rác trước xử lí 130.000 mg/l. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất xử lí
COD và độ màu tương ứng là 41% và 81%, tỉ lệ BOD 5/COD tăng từ 0,36 lên
0,45, hiệu suất xử lí độ màu đạt cao nhất là 81% ở mức hàm lượng O3 là 180g
O3/l nước rỉ rác. Tác giả cũng khẳng định việc kết hợp keo tụ và ozon xử lí
nước rỉ rác không mang lại hiệu quả cao và cần được xử lí tiếp bằng than hoạt
tính hay lọc màng.
Top và cộng sự [19] đã nghiên cứu xử lí nước rỉ rác của một nhà máy
tại Instanbul (Thổ Nhĩ Kỳ) bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với lọc
màng nano. Nồng độ trung bình của COD, Nitơ tổng (TKN) và amoni trong
nước rỉ rác ban đầu có giá trị lần lượt là 6200, 587,5 và 110 mg/L. Kết quả
nghiên cứu cho thấy cường độ dòng điện hợp lí là 15,9 mA/cm2 và thời gian
xử lí hợp lí là 30 phút sẽ làm giảm tối đa COD, màu sắc, và loại bỏ photpho,
tương ứng là 45%, 60% và 91,8%.
b. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước
Xử lí nước rỉ rác ở Việt Nam mới được quan tâm trong những năm gần
đây, vì thế những nghiên cứu về công nghệ chưa nhiều. Vấn đề xử lí nước rỉ

rác ở nước ta chưa được giải quyết triệt để là do ở phần công nghệ chỉ dựa
vào quá trình phân hủy sinh học là chính, các quá trình này chưa đủ mạnh để
phân hủy những phần ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy và bền vững trong nước
rỉ rác. Trên phương diện nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, cho
đến nay đã có một số nghiên cứu xử lí nước rỉ rác được triển khai:
Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp (2008) [4] đã nghiên cứu “Tuần hoàn
nước rỉ rác và phân hủy vi sinh trong môi trường sunphat trong công nghiệp
chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước rỉ
rác”; Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp (2010) [5] với công trình “Thúc đẩy
nhanh quá trình phân hủy vi sinh rác và nước rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận
hành và môi trường hóa học trong bãi chôn lấp” đã cho thấy, khi chôn lấp rác

12


thải sinh hoạt có thành phần lignin tới 12,5% trọng lượng khô làm phát thải
khí metan không có lợi về kinh tế và môi trường. Với việc bổ sung thêm môi
trường sunphat nhằm tạo điều kiện để phân hủy thành phần hữu cơ thể rắn
trong rác chuyển sang dạng lỏng trong nước rỉ rác, vô cơ hóa thành phần chất
hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước rỉ rác. Trong môi trường sunphat,
hệ thống chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 95 của chu trình chôn lấp
rác. Ngoài ra nhóm tác giả cũng đã cho thấy rằng việc tuần hoàn nước rỉ rác
tạo khả năng oxi hóa – khử mạnh hơn cho môi trường phân hủy vi sinh các
chất hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hóa chất hữu cơ ở thể lỏng.
Nguyễn Hồng Khánh (2007) [3] đã nghiên cứu so sánh các công nghệ ở
trong và ngoài nước về xử lý nước rỉ rác, trên cơ sở đó tác giả đã đề xuất công
nghệ xử lý nước rỉ rác cho các bãi chôn lấp trên địa bàn thành phố Hà Nội. Từ
nghiên cứu này, tác giả đã đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác cho bãi chôn
lấp Nam Sơn và với đối tượng nước rỉ rác cũ là áp dụng kĩ thuật SBR cải tiến
(vừa mang tính mẻ kế tiếp giai đoạn nhưng lại có thể vận hành liên tục) và

giai đoạn cuối cùng là oxi hóa bằng fenton.
1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác
1.2.1. Trạng thái tồn tại của Nitơ trong nước rỉ rác
Trong nước rỉ rác, các hợp chất của Nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp
chất hữu cơ, Amoni và các hợp chất dạng oxi hóa (Nitrit và Nitrat). Các hợp
chất Nitơ là các chất dinh dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ
yếu nhờ các quá trình sinh hóa.

13


Nitơ phân tử N2
Cố định Nitơ

N-protein động vật

N-protein thực vật

Amôn
hóa
NH4+ hoặc NH3

Khử Nitrat

+ O2
Nitrat hóa
NO3-

NO2+ O2
Hình 1.1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên

Hợp chất hữu cơ chứa Nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc là

thành phần phân hủy protein như là các peptit, axit amin, ure.
Hàm lượng amoniac (NH3) chính là lượng Nitơ amoni (NH4+) trong
nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp thực phẩm và một số loại nước
thải khác có thể rất cao. Các tác nhân gây ô nhiễm Nitơ trong nước thải công
nghiệp: chế biến sữa, rau quả, đồ hộp, chế biến thịt, sản xuất bia rượu, thuộc
da. Trong nước thải sinh hoạt Nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ
(35%). Nguồn Nitơ chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào
hệ thống thoát nước 1,2 lít nước tiểu, tương đương với 12g Nitơ tổng số.
Trong số đó, Nitơ trong ure (N-CO(NH2)2) là 0,7g, lượng chất bẩn Nitơ
amôn (N-NH4) một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước là

14


7g/ng.ngày còn lại là các loại Nitơ khác [23].
* Các quá trình oxi hóa và khử của Nitơ trong nước rỉ rác
Phương pháp xử lý Nitơ trong nước rỉ rác được thực hiện qua hai quá
trình nối tiếp là Nitrat hóa và khử Nitrat. Trong đó quá trình Nitrat hóa
chuyển hóa Amoni thành Nitrat, còn quá trình khử Nitrat chuyển Nitrat thành
Nitơ tự do N2.
Quá trình Nitrat hóa
* Vi sinh vật và điều kiện của quá trình Nitrat hóa
Vi sinh vật của quá trình Nitrat hóa thuộc hai nhóm vi sinh vật:
Nitrosomonas và Nitrobacter. Đây là vi sinh vật tự dưỡng hóa năng vì chúng
nhận được năng lượng do sự sinh trưởng và tổng hợp tế bào phần lớn từ quá
trình oxy hóa các hợp chất cacbon vô cơ (HCO3- là chính) và Nitơ vô cơ.
Ngoài ra chúng tiêu thụ mạnh oxy (Vi khuẩn hiếu khí).
Cả 2 nhóm vi sinh vật này đều có những yêu cầu khá đặc trưng đối với

các điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, oxy hòa tan (DO); và chúng có tốc
độ tăng sinh khối ở mức thấp hơn nhiều so với vi khuẩn dị dưỡng.
Nitrosomonas chỉ có thể oxy hóa NH4+ thành NO2-, sau đó Nitrobacter làm
chức năng chuyển hóa NO2- thành NO3-.
* Cơ chế của quá trình Nitrat hóa:
Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học với sự tham gia của vi sinh vật được
viết như sau:

Nitrosomonas

NH4+ + 1,5 O2
NO2- + 0,5 O2
Phương trình tổng
NH4+

+ 2O2

Nitrobacte
r

NO2- + 2 H+ + H2O

(1)

NO3-

(2)

VSV

NO3- +

2 H+ + H2O

(3)

Nếu tính cả các quá trình tổng hợp sinh khối (vi khuẩn), theo Gujer và

15


Jenkin:
1,02NH4+ + 1,89O2 + 2,02HCO3-

VSV

0,021C5H7O2N + 1,00NO3- +

1,92H2CO3 + 1,06H2O

(4)

Từ phương trình (4) ở trên, ta có thể thấy điều kiện cơ bản cho quá
trình Nitrat hóa là đảm bảo độ kiềm cho vi sinh vật thực hiện quá trình oxy
hóa [22].
Quá trình khử Nitrat hóa
* Vi sinh vật và điều kiện của quá trình Nitrat hóa
Khác với quá trình Nitrat hóa, quá trình khử Nitrat hóa sử dụng oxy từ
Nitrat nên gọi là anoxic (thiếu khí). Các vi khuẩn ở đây là vi khuẩn dị dưỡng
nghĩa là cần nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới.

Quá trình khử Nitrat là tổng hợp của 4 phản ứng nối tiếp nhau:
NO3-

NO2-

NO(k)

N2O(k)

N2(k)

Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất – chất cho điện tử, chúng có thể là chất
hữu cơ (phổ biến là các dạng cacbon hữu cơ), H2 và S. Khi có mặt đồng thời
NO3- và các chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxy hóa, đồng thời NO3nhận điện và bị khử về N2.
Gayle đã phân lập được ít nhất 14 loại vi khuẩn tham gia vào quá trình khử
Nitrat. Những nhóm vi khuẩn phổ biến là: Bacillius denitrificans, Microcous
denitrificans,

Pseudomonas stutzeri và Achrommobacter,

Paracocus,

Spirilum và Thiobacilus,… Phần lớn các vi khuẩn này là dị dưỡng nghĩa là
chúng dùng cacbon hữu cơ mà chúng sẽ oxy hóa để tổng hợp tế bào mới.
Chỉ có Thiobacilus denitrificans là sử dụng nguồn điện tử từ S nguyên tố
để tạo năng lượng và nguồn cacbon vô cơ (từ CO2 và HCO3-) để tổng hợp tế
bào mới.
Cơ chế quá trình khử Nitrat

16

Các phương trình tỉ lượng của quá trình khử Nitrat hóa phụ thuộc vào bản
chất của nguồn cacbon sử dụng như sau:
6NO3- + 5CH3OH

VSV

8NO3- + 5CH3COOH
8NO3- + 5CH4

VSV

10NO3- + C10H19O3N

3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH-

VSV

4N2 + 10CO2 + 6H2O + 8OH-

4N2 + 5CO2 + 6H2O + 8OHVSV

5N2 + 10CO2 + 3H2O + NH3 + 10OH-

NO3- + 1,08CH3OH + 0,24H2CO3

VSV

0,056C5H7NO2 + 0,47N2 +

1,68H2O + HCO3Khi kết hợp quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat có các ưu điểm sau:
- Giảm thể tích khí cần cung cấp cho quá trình Nitrat hóa và khử BOD5.
- Không cần bổ sung nguồn cacbon cho quá trình khử Nitrat.
- Giảm công trình lắng cho riêng mỗi quá trình.
- Có khả năng khử 60 – 80% tổng lượng Nitơ trong nước rỉ rác.
1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác
* Nguồn gốc tự nhiên
Do cấu tạo địa chất và lịch sử hình thành địa tầng: các hiện tượng xói
mòn, xâm thực, hiện tượng sét trong tự nhiên... xảy ra giải phóng các hợp chất
của Nitơ dẫn tới các quá trình Nitrat hóa, Nitrit hóa. Tuy nhiên, trong môi
trường tự nhiên, các hợp chất này có khả năng được đồng hóa và đưa về trạng
thái cân bằng.
* Nguồn gốc nhân tạo
Sử dụng quá mức lượng phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hóa chất, thực

17