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

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
--------------

NGUYỄN THỊ HUYỀN TRANG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ
TRONG NƢỚC RỈ RÁC BẰNG PHƢƠNG
PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC SẮT
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

TS. LÊ THANH SƠN

HÀ NÔI – 2017


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thiện chƣơng 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, trƣờng Đại học sƣ 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 trƣờng.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới TS. Lê Thanh Sơn và
các anh chị phòng Công nghệ Hóa lý Môi trƣờng – Viện Công nghệ Môi trƣờng là
những ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong
quá trình nghiên cứu và suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp này.
Em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ của nhà trƣờng đề ra
với cố gắng và sự nhiệt tình của bản thân, tuy nhiên em không tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của các thầy, cô và các bạn để khóa luận tốt

nghiệp đƣợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những
ngƣời vẫn luôn quan tâm, động viên và là chỗ dựa tinh thần giúp em hoàn thành tốt
nhiệm vụ đƣợc 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 07 tháng 5 năm 2017
Sinh viên

Nguyễn Thị Huyền Trang


PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................2
1.1.Tổng quan về nƣớc rỉ rác. .....................................................................................2
1.1.1.Sự hình thành nƣớc rỉ rác. ..................................................................................2
1.1.2.Đặc điểm của nƣớc rỉ rác. ..................................................................................3
1.1.3.Ảnh hƣởng của nƣớc rỉ rác đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. ..............12
1.1.4.Các phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác. .................................................................14
1.1.5.Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác trong và ngoài nƣớc. .........................16
1.2.Tổng quan về nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand). .........18
1.2.. Tổng quan về COD. ..........................................................................................18
1.2.. Các phƣơng pháp phân tích COD .....................................................................20
1.3.Tổng quan về công nghệ keo tụ điện hóa............................................................21
1.3.1.Giới thiệu về phƣơng pháp keo tụ điện hóa. ....................................................21
1.3.2.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa ................................23
1.3.3.Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa. .......25
1.3.4.Ƣu điểm của phƣơng pháp keo tụ điện hóa. ....................................................26
1.3.5.Ứng dụng của keo tụ điện hóa trong xử lý môi trƣờng. ...................................27

CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................29
2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu. ....................................................................29
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu......................................................................................29
2.1.2. Mô hình thiết bị ...............................................................................................31
2.1.3. Mục đích và nội dung nghiên cứu. ..................................................................37
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................41
3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý
COD của quá trình keo tụ điện hóa. ..........................................................................41


3.2. Ảnh hƣởng của độ pH đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện
hóa…. ........................................................................................................................42
3.3. Ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ
điện hóa. ....................................................................................................................44
3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá trình
keo tụ điện hóa. .........................................................................................................45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................48
PHỤ LỤC ..................................................................................................................48


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Các thành phần cân bằng nƣớc trong ô chôn lấp ........................................3
Hình 1.2. Cơ chế của quá trình keo tụ.......................................................................22
Hình 1.3. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ ............................................23
Hình 2.1. Điện cực sắt ............................................................................................... 32
Hình 2.2. Tám kẹp điện cực ...................................................................................... 32
Hình 2.3. Máy khuấy từ gia nhiệt .............................................................................33

Hình 2.4. Máy đo pH ................................................................................................ 34
Hình 2.5. Nguồn điện một chiều (DC REGULATED POWER SUPPLY) ..............34
Hình 2.6.Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa ............................................................... 35
Hình 2.7. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa. ..................................................36
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất
xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa................................................................. 41
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý COD của phƣơng pháp keo tụ điện
hóa ............................................................................................................................. 43
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến hiệu suất xử lý COD của phƣơng
pháp keo tụ điện hóa .................................................................................................45
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD .............46


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần nƣớc rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới ........................... 5
Bảng 1.2. Thành phần nƣớc rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á ..................................6
Bảng 1.3. Đặc trƣng thành phần nƣớc rỉ rác ở một số thành phố Việt Nam...............7
Bảng 1.4. Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm ..................................9
Bảng 1.5. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nƣớc rác của các bãi chôn
lấp mới và lâu năm ....................................................................................................10
Bảng 1.6. Tiêu chuẩn Việt Nam của COD ................................................................ 19
Bảng 2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc rỉ rác của hồ kỵ khí ...................... 30
Bảng 2.2. Đặc điểm nƣớc rỉ rác ở hồ làm thoáng ..................................................... 31
Bảng 3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất
xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa..................................................................41
Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của độ pH đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện
hóa ............................................................................................................................. 43
Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý COD của thí nghiệm ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến
quá trình keo tụ điện hóa ........................................................................................... 44

Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD .............46


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

NRR

Nƣớc rỉ rác

DO

Lƣợng oxi hòa tan trong nƣớc

(Dissolved Oxygen)
COD

Nhu cầu oxi hóa học

(Chemical Oxygen Demand)
BOD

Nhu cầu oxi sinh học

(Biochemical Oxygen Demand)
SS

Chất rắn lơ lửng

(Suspended Solid)
TOC

Tổng hợp cacbon hữu cơ

(Total Organic Cacbon)
BCL

Bãi chôn lấp

PTPƢ

Phƣơng trình phản ứng

KHCNVN

Khoa học công nghệ Việt Nam

CNMT

Công nghệ môi trƣờng

VSV

Vi sinh vật


MỞ ĐẦU
 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội đời sống của nhân dân dần đƣợc
cải thiện và nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng, dẫn đến lƣợng rác thải sinh ra ngày
càng nhiều. Đặc biệt là rác thải sinh hoạt (RTSH), các chất thải rắn phát sinh tại các

khu đô thị vẫn chƣa đƣợc xử lí triệt để. Lƣợng RTSH tăng dẫn đến lƣợng nƣớc rỉ
rác sinh ra ngày càng nhiều. Chôn lấp vẫn là hình thức phổ biến đƣợc áp dụng trong
xử lí chất thải rắn ở nƣớc ta do kĩ thuật đơn giản và chi phí xử lí thấp hơn so với các
phƣơng pháp xử lý khác nhau nhƣ đốt, hóa rắn… Tuy nhiên, kéo theo đó là vấn đề
ô nhiễm môi trƣờng do bãi chôn lấp (BCL) không hợp vệ sinh, không đạt tiêu chuẩn
gây ra nhiều bất cập làm ảnh hƣởng tới môi trƣờng xung quanh và cuộc sống con
ngƣời.
Đặc biệt, hầu hết nƣớc rỉ rác tại BCL đều phát thải trực tiếp vào môi trƣờng,
khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Vấn
đề này đang là tình trạng phải đối mặt của nhiều quốc gia trên thế giới.
Đây là một trong những vấn đề cần giải quyết để nhằm giảm thiểu tình trạng
ô nhiễm môi trƣờng do chôn lấp. Trong những năm qua, một số công nghệ xử lí
nƣớc rỉ rác đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhƣ kết hợp nƣớc rỉ rác với nƣớc thải
sinh hoạt, quay vòng nƣớc rỉ rác, xử lý hóa lý hay xử lý bằng các hố sinh học….
Nhƣng tất cả các biện pháp này đều không mang lại hiệu quả khả quan trong thực
tế.
 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xuất phát từ thực trạng ô nhiễm ở nƣớc ta hiện nay, em lựa chọn đề tài “
Nghiên cứu xử lý COD trong nƣớc rỉ rác bằng phƣơng pháp keo tụ điện hóa
điện cực sắt” để góp một phần nhỏ vào việc làm giảm nồng độ ô nhiễm của nƣớc
thải rỉ rác, bảo vệ nguồn nƣớc và môi trƣờng trong sạch.

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về nƣớc rỉ rác

1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác
Nƣớc 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. Nƣớc rỉ rác chứa nhiều chất ô nhiễm
hòa tan từ quá trình phân hủy rác và lắng xuống đáy ô chôn lấp. Thành phần hóa
học nƣớc rỉ rác cũng rất khác nhau và phụ thuộc vào thành phần rác thải chôn lấp
cũng nhƣ thời gian chôn lấp. Lƣợng nƣớc rỉ rác đƣợc hình thành trong bãi chôn lấp
chủ yếu do các quá trình sau [4]:
- Nƣớc thoát ra từ chất thải rắn: chất thải luôn chứa một lƣợng nƣớc nhất định.
Trong quá trình đầm nén nƣớc tách ra khỏi chất thải và gia nhập vào nƣớc rỉ rác.
- Nƣớc từ quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ: nƣớc là một trong
những sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ.
- Nƣớc mƣa thấm từ trên xuống qua lớp phủ bề mặt.
- Nƣớc ngầm thấm qua đáy hoặc thân ô chôn lấp vào bên trong bãi chôn lấp.
Lƣợng nƣớc rỉ rác phát sinh trong bãi chôn lấp phụ thuộc vào sự cân bằng
nƣớc trong ô chôn lấp. Các thành phần tác động tới quá trình hình thành lƣợng nƣớc
rỉ rác đƣợc trình bày trong hình 1.1. và lƣợng nƣớc rỉ rác đƣợc tính theo công thức:
LC = R + RI – RO – E - V
Trong đó:

[4]

LC

- Nƣớc rỉ rác,

R

- nƣớc mƣa thấm vào ô chôn lấp,

RI

- dòng chảy từ ngoài thâm nhập vào ô chôn lấp ( bao gồm dòng

chảy mặt và nƣớc ngầm gia nhập từ bên ngoài vào ô chôn lấp),
RO

- dòng chảy ra khỏi khu vực ô chôn lấp,

E

- nƣớc bay hơi,

2


V

- sự thay đổi lƣợng nƣớc chứa trong ô chôn lấp: độ ẩm ban đầu

của rác và bùn thải mang đi chôn lấp; độ ẩm của vật liệu phủ; lƣợng nƣớc thất thoát
trong quá trình hình thành khí; lƣợng nƣớc thất thoát do bay hơi theo khí thải. lƣợng
nƣớc thất thoát ra từ đáy bãi chôn lấp chất thải rắn; sự chênh lệch về hàm lƣợng
nƣớc trong cấu trúc hóa học của rác.

Hình 1.1. Các thành phần cân bằng nước trong ô chôn lấp
Điều kiện khí tƣợng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí
hậu… lƣợng mƣa ảnh hƣởng đáng kể đến lƣợng nƣớc rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh
nƣớc rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Lƣợng
nƣớc rỉ rác sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng
cửa BCL do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt… giữ nƣớc làm

giảm độ ẩm thấm vào.
1.1.2. Đặc điểm của nước rỉ rác

1.1.2.1. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác
Nƣớc rỉ rác là chất lỏng đƣợc 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

3


chất bẩn dạng lơ lửng, keo và tan từ các chất thải rắn. Do đó, trong nƣớc rỉ rác
thƣờng chứa cả các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật.
Thành phần nƣớc 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 nƣớc rỉ rác. Thành phần và tính chất nƣớc rỉ rác còn phụ thuộc
vào các phản ứng lý, hóa, sinh xảy ra trong BCL. Các quá trình sinh hóa xảy ra
trong BCL chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất
thải rắn làm nguồn dinh dƣỡng cho hoạt động sống của chúng.
Nƣớc rỉ rác chứa đa số thành phần chất ô nhiễm với nồng độ cao và khó phân
hủy, do vậy cần kết hợp nhiều phƣơng pháp xử lý nhƣ: 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.
- Giai đoạn 4: Giai đoạn lên men metan.
- Giai đoạn 5: Giai đoạn ổn định.
Đặc điểm chung là nƣớc rỉ rác có hàm lƣợng các chất ô nhiễm nhƣ BOD,
COD, TOC, chất rắn hòa tan, tổng Nitơ rất cao, vƣợt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần.

4


Bảng 1.1. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới
Đức

Columbia

Cannada

Pereira
(5năm vận
hành)

Clover Bar
(Vận hành từ
năm 1975)

–

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

Thành Phần

pH

Đơn Vị

BCL CTR
đô thị

Chất rắn tổng cộng

mg/l

7.990 – 89.100

–

–

Chất rắn lơ lửng

mg/l

190– 27.800

–

–

Tổng chất rắn hoà
tan

mg /l

7.800–61.300

–

–

Tổngphosphat(PO4)

mg/l

2 – 35

–

–

mgCaCO3/l

3.050 – 8.540

4.030

–

Ca

mg/l

–

–

200

Mg

mg/l

–

–

150

Na

mg/l

–

–

1.150

Độ kiềm tổng

Nguồn: Lee & Jone, 1993; Diego Paredes, 2003; F. Wang etal,2004;KRUSE,1994.

5


Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á
Thái Lan
Thành Phần

Đơn Vị

Hàn Quốc

BCL pathumthani

Sukdowop
NRR1 năm

Sukdowop
NRR 12 năm

–

7,8 – 8,7

5,8

8,2

Độ dẫn điện

µS/cm

19.400 – 23.900

COD

mgO2/l

4.119 – 4.480

12.500

2.000

BOD5

mgO2/l

750 – 850

7.000

500

SS

mg/l

141 410

400

20

IS

mg/l

10.588 – 14.373

N-NH3

mg/l

1.764 – 2.128

200

1.800

N-Org

mg/l

300 – 600

–

–

Phospho tổng

mg/l

25 – 34

–

–

Cl-

mg/l

3.200 – 3.700

4.500

4.500

Zn

mg/l

0,873 – 1,267

–

–

Cd

mg/l

–

–

Pd

mg/l

0,09 – 0,330

–

–

Cu

mg/l

0,1 – 0,157

–

–

Cr

mg/l

0,495 – 0,657

–

–

mgCaCO3/l

–

2.000

10.000

pH

Độ kiềm

–

(Kwanrutai Nakwan, 2002)
Nhƣ vậy có thể thấy rằng nƣớc rỉ rác gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi
trƣờng sống vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong nƣớc rất cao và lƣu lƣợng đáng
kể. Do đó số lƣợng các công trình nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác trên thế giới là rất
đáng kể.

6


Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố Việt Nam
Đơn vị

Thông số

BCL Nam Sơn

BCL Gò Cát

BCL

BCL

( Hà Nội)

(HCM)

Thủy Phƣơng

Tràng Cát

( Huế)

(Hải Phòng)

-

6,81 – 7,98

7,4 – 7,6

7,7 – 8,5

6,5 – 8,22

TDS

mg/l

6.913 -19.875

-

-

4,47 – 9,24

TSS

mg/l

120- 2.240

700 –2.020

42- 84

21 – 78

COD

mg/l

623 – 2.442

327 –1.001

BOD5

mg/l

495 – 12.302

6.272 –9.200

148 – 398

120 – 465

-

0,485 – 0,540

0,459 –0,547

0,234 -0,163

0,370-0,465

Tổng N

mg/l

423 – 2.253

1.821 –2.427

-

179- 507

N- NH4+

mg/l

-

1.680 –2.887

184- 543

-

N- NO3-

mg/l

-

0 – 6,2

-

-

Tổng P

mg/l

6,51 – 24,80

10,3 – 19,8

-

3,92 – 8,562

Độ cứng
CaCO3

mg/l

-

-

1.419- 4.874

-

Cl-

mg/l

-

-

518- 1.199

-

As

mg/l

0,001 – 0,003

-

-

0,047- 0,086

Pb

mg/l

0,050 – 0,086

-

-

<0,05

Cd

mg/l

0,010 – 0,025

-

-

<0,01

Hg

mg/l

0,0001 –0,0009

-

-

0,0001

Tuổi BCL

Năm

7

9

Ph

BOD5/COD

Nguồn trích dẫn

1.020 – 22.783 13.655 –16.814

7
[6]

[11]

[14]

2
[6]

Nhìn chung nƣớc rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở nƣớc ta cũng có thành phần
chất hữu cơ dao động trong khoảng lớn, COD từ vài trăm đến trên mƣời nghìn mg/l,

7


thậm chí cao hơn một số bãi chôn lấp ở Đài Loan và Indonesia. Tỉ lệ BOD5/COD ở
một số bãi chôn lấp ở nƣớc ta cao hơn một số bãi chôn lấp ở châu Âu, Châu Mỹ và
Châu Phi.
Ở nhiều nƣớc 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 nƣớc rỉ rác ít phức tạp hơn các bãi chôn lấp ở Việt Nam. Hầu hết chất thải
rắn ở nƣớc ta không đƣợc phân loại. Vì thế, thành phần nƣớc rỉ rác ở Việt Nam
không những thay đổi theo thời gian mà còn phức tạp hơn so với một số nƣớc khác.
Thành phần nƣớc rỉ rác ở nƣớc ta cao và phức tạp cũng do ảnh hƣởng của việc vận
hành bãi chôn lấp chƣa đảm bảo một bãi chôn lấp hợp vệ sinh và điều kiện khí hậu
ẩm ƣớt, mƣa nhiều. Vì thế, việc lựa chọn công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác phù hợp ở
nƣớc ta cũng gặp nhiều khó khăn.

1.1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác
Thành phần nƣớc rỉ rác rất khó xác định vì có nhiều yếu tố tác động lên sự
hình thành nƣớc rỉ rác [19]:
a. Thời gian chôn lấp
Tính chất nƣớc rỉ rác thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho
rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc rác giảm dần. Thành phần của nƣớc 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 đƣợc hình thành nhƣ các
axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ.
Khi rác đƣợc chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó chất rắn
trong bãi chôn lấp đƣợc 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.

8


Bảng 1.4. Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm
Bãi chôn lấp lâu năm

Bãi chôn lấp mới

- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi
- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi
(VFA) cao.
thấp.
- 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 nito hữu cơ
cao.

- Vi sinh vật có số lƣợng nhỏ.

- Vi sinh vật có số lƣợng lớn.

- Nồng độ các chất vô cơ hòa tan
- Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và và kim loại nặng thấp.
và kim loại nặng cao.
George Tchobanoglos và cộng sự 1993, Handbook of solid waste management

9


Bảng 1.5. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của các bãi
chôn lấp mới và lâu năm
Giá trị, mg/l
Thành phần

Bãi mới ( < 2 năm)
Khoảng

Trung bình

Bãi lâu năm ( >10
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

Nitơ hữu cơ

10 – 800

200

80 – 120

Amoniac

10 – 800

200

20 – 40

Nitrat

5 – 40

25

5 – 10

Tổng lƣợng phốt pho

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 chất rắn lơ lửng

Othophotpho
Độ kiềm theo CaCO3
Ph
Độ cứng theo CaCO3

Thuyết mình đề tài KHCN thuộc các hướng KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN[9]

10


Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nƣớc rỉ rác cũng có sự
thay đổi.
Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu nhƣ nƣớc rò rỉ chỉ chứa
một phần nhỏ các chất hữu cơ, mà thƣờng là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
b. Thành phần của chất thải rắn
Thực tế, thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng tác động đến tính chất
của nƣớc 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 nƣớc rỉ rác cũng có các đặc
tính tƣơng tự.
c. 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 lƣợng
mƣa và quá trình thấm. Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nƣớc 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 nƣớc và rác sẽ lớn
hơn và khoảng cách di chuyển của nƣớc sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra
hoàn toàn hơn nên nƣớc rò rỉ chứa một hàm lƣợng lớn các chất ô nhiễm.
d. 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 nƣớc FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi
nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nƣớc rò rỉ đƣợc hình
thành là nhanh hay chậm sau khi rác đƣợc chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nƣớc
rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn.
Nhiệt độ có ảnh hƣởng rất nhiều đến tính chất nƣớc rò rỉ. Khi nhiệt độ môi
trƣờng cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lƣu lƣợng nƣớc 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 nƣớc rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn.

11


Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác nhƣ: ảnh hƣởng từ bùn; các quá trình thấm và
chảy tràn, bay hơi; cống rãnh và chất thải độc hại; độ nén; chiều dày và nguyên liệu
làm lớp phủ…đều ảnh hƣởng tới thành phần nƣớc rỉ rác.
1.1.3. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường và sức khỏe con người
Trong thành phần rác thải, nƣớc thải sinh hoạt, thông thƣờng hàm lƣợng hữu
cơ chiếm tỷ lệ lớn. Các loại rác hữu cơ dễ phân hủy gây hôi thối, phát triển vi khuẩn
làm ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc, không khí, làm mất vệ sinh môi trƣờng và ảnh
hƣởng tới đời sống con ngƣời.

1.1.3.1. Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường

 Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường nước
Nƣớc rỉ rác có chứa hàm lƣợng chất ô nhiễm cao ( chất hữu cơ: do trong rác
có phân xúc 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 đƣợc thu gom, xử lý sẽ xâm
nhập vào nguồn nƣớc mặt và nƣớc ngầm gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nghiêm
trọng.
Hàm lƣợng nito cao là chất dinh dƣỡng kích thích sự phát triển của rong rêu,
tảo … gây hiện tƣợng phú dƣỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nƣớc, gây thiếu hụt DO
trong nƣớc 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 nƣớc mặt chảy qua.
Cũng có thể chảy vào các tầng nƣớc ngầm và các dòng nƣớc sạch gây ra ảnh hƣởng
nghiêm trọng đến sức khỏe ngƣời dân sử dụng nguồn nƣớc.
Nƣớc là đƣờng truyền bệnh rất nguy hiểm. Nguồn nƣớc ô nhiễm tác động
đến con ngƣời thể hiện qua sức khỏe cộng đồng, khi ăn các loại thực phẩm nhƣ cá,
tôm, cua,… bị nhiễm độc do nƣớc ô nhiễm, con ngƣời sẽ mắc nhiều chứng bệnh,
trong đó có cả bệnh ung thƣ. Ngoài ra, nguồn nƣớc còn gây ra cả bệnh thƣơng hàn,
kiết lị, dịch tả, da liễu…. nguyên nhân là do trong nƣớc ô nhiễm có nhiều vi khuẩn
và nấm gây bệnh cho ngƣời.

12


Khi nguồn nƣớc bị ô nhiễm dù ở mức độ nặng hay nhẹ đều gây ảnh hƣởng
xấu đến giới tự nhiên, hệ sinh thái, động- thực vật thủy sinh.
Khi môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm vùng ven sông rạch, vùng bán ngập do mực
nƣớc ngầm nông, nguồn nƣớc mặt bị ô nhiễm với nhiều yếu tố độc hại đã di chuyển
thẳng xuống mạch nƣớc ngầm theo phƣơng thẳng đứng hoặc từ nƣớc sông ngấm
vào mạch nƣớc ngầm theo phƣơng nằm ngang, dƣới tác dụng của thủy triều mà
không qua gạn lọc, làm sạch tự nhiên của môi trƣờng.
 Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường không khí

Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và mƣa nhiều ở nƣớc 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 trƣờng không
khí.Các khí phát sinh từ quá trình phân hủy chất hữu cơ trong rác thƣờng là: Amoni
có mùi khai, phân có mùi hôi, hydrosunfua mùi trứng thối, sunfur hữu cơ nhƣ bắp
cải rữa, Mecaptan mùi hôi nồng, amin nhƣ cá ƣơn, điamin nhƣ thịt thối, Cl2 nồng,
Phenol mùi xốc đặc trƣng. Ngoài ra, quá trình đốt rác sẽ phát sinh nhiều khí ô
nhiễm nhƣ: SO2, NOx, CO2, bụi….
 Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường đất
Trong thành phần nƣớc rác có chứa nhiều chất độc hại, khi rác thải đƣợc đƣa
vào môi trƣờng và không đƣợc xử lý khoa học thì những chất độc xâm nhập vào đất
sẽ tiêu diệt nhiều loài sinh vật có ích cho đất nhƣ: giun, vi sinh vật, nhiều loài động
vật không xƣơng sống, ếch nhái… làm cho môi trƣờng đất bị giảm tính đa dạng
sinh học và phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại cây trồng.

1.1.3.2. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến sức khỏe con người
Nƣớc rỉ rác ảnh hƣởng gián tiếp đến sức khỏe con ngƣời. Cụ thể, qua đƣờng
tiêu hóa, đƣờng hô hấp, tiếp xúc qua da…Thông qua quá trình sinh hoạt, sử dụng
nguồn nƣớc, 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

13


chất ô nhiễm độc hại đi vào cơ thể con ngƣời làm cho con ngƣời có thể mắc các
bệnh nhƣ: ; bệnh đƣờng tiêu hóa; nhiễm độc kim loại nặng ;kích thích đến sự hô hấp
của con ngƣời và kích thích nhịp tim đập nhanh gây ảnh hƣởng xấu đối với những
ngƣời mặc bệnh tim mạch.
1.1.4. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác
Công nghệ xử lý nƣớc thải rất phong phú, có tới hàng chục loại hình công

nghệ đang đƣợc sử dụng trong thực tiễn trên nền của các quá trình công nghệ cơ
bản theo từng cấp.
Có hai nhóm phƣơng pháp xử lý cơ bản áp dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác là
phƣơng pháp hóa lý và sinh học [1,3]. Phƣơng pháp hóa học, hóa lý gồm: keo tụ,
hấp phụ, trao đổi ion, oxi hóa, kết tủa, màng lọc và lắng. Phƣơng pháp sinh học: Xử
lý vi sinh yếm khí, hiếu khí, thiếu khí và các tổ hợp của chúng.
Một số công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác đƣợc áp dụng phổ biến hiện nay[7].
- Xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu khí  ao hồ ổn định  xả ra
nguồn tiếp nhận.
- Xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu khí oxi hóa bằng hóa chất  ao
hồ ổn định  xả ra nguồn tiếp nhận.
- Xử lý sinh học  đƣa về nhà máy xử lý chung với nƣớc thải sinh hoạt.
- Keo tụ  lắng ( hoặc tuyển nổi)  xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu
khí ao hồ ổn định  xả ra nguồn tiếp nhận.
- Oxi hóa bằng hóa chất  lắng  xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu
khí  ao hồ ổn định  xả ra nguồn tiếp nhận.
- Keo tụ  lắng ( tuyển nổi)  xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu khí
 hấp phụ xử lý màu  ao hồ ổn định  xả ra nguồn tiếp nhận.

14


Nhƣ vậy các công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác vẫn phổ biến là xử lý bằng nhiều
công đoạn, trong đó công nghệ sinh học đƣợc áp dụng ở hầu hết các dây chuyền.
Các công nghệ hóa lý cũng đƣợc áp dụng phổ biến nhƣ keo tụ, oxi hóa..
Hiệu quả của một số phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác đƣợc đánh giá bởi Abbas
và cộng sự (2009) [30], cụ thể:
- Phƣơng pháp kết hợp xử lý nƣớc rỉ rác với nƣớc thải sinh hoạt có hiệu quả
cao với xử lý nƣớc rác mới và trung bình nhƣng phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là
tồn dƣ sinh khối và chất dinh dƣỡng.

- Quá trình hiếu khí thích hợp xử lý nƣớc rỉ rác mới và trung bình, nhƣợc
điểm là bị ức chế bởi các chất khó phân hủy sinh học và tồn dƣ sinh khối.
- Quá trình kỵ khí thích hợp xử lý nƣớc rác mới và trung bình, nhƣợc điểm là
bị ức chế bởi các chất khó phân hủy sinh học, rất chậm và tạo khí sinh học.
- Keo tụ thích hợp xử lý nƣớc rỉ rác cũ và trung bình để loại bỏ kim loại nặng
và chất rắn lơ lửng. Tuy nhiên, phƣơng pháp này tạo ra nhiều bùn thải chôn lấp.
- Oxi hóa hóa học xử lý tốt với nƣớc rỉ rác cũ và trung bình để loại bỏ các
chất hữu cơ. Phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là sinh khí ozon dƣ, tạo bùn thải có
nhiều sắt( quá trình Fenton).
- Stripping thích hợp với nƣớc rỉ rác cũ và trung bình nhằm xử lý amoni,
phƣơng pháp này đòi hỏi bổ sung thiết bị để kiểm soát ô nhiễm không khí.
- Trao đổi ion thích hợp với tất cả các loại nƣớc rỉ rác để xử lý các hợp chất
hào tan, các cation/anion nhƣng chi phí lớn.
- Lọc màng thẩm thấu ngƣợc có thể có hiệu quả tốt trong xử lý nƣớc rỉ rác để
loại bỏ các hợp chất vô cơ và hữu cơ nhƣng chi phí rất cao và yêu cầu tiền xử lý.
- Lọc nano áp dụng tốt cho tất cả các loại nƣớc rỉ rác để xử lý muối sunfat.
Phƣơng pháp này cũng có chi phí rất cao.

15


Trong nhiều năm, phƣơng pháp sinh học và hóa lý là công nghệ phổ biến
trong xử lý nƣớc rỉ rác. Một số phƣơng pháp lọc màng có hiệu quả tốt nhƣng tốn
kém. Phƣơng pháp oxi hóa áp dụng xử lý nƣớc rỉ rác phù hợp với nƣớc rỉ rác có tuổi
trung bình và cũ.
1.1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước

1.1.5.1. Tình hình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước
Tô Thị Hải Yến và cộng sự Viện Công nghệ môi trƣờng [15] đã nghiên cứu “
tuần hoàn nƣớc rỉ rác và phân hủy vi sinh trong môi trƣờng sunfat trong công nghệ

chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc rỉ rác”. Tô
Thị Hải Yến và đồng nghiệp [16] với công trình “ Thúc đẩy nhanh quá trình phân
hủy vi sinh rác và nƣớc rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trƣờng hóa học
trong bãi chôn lấp” đã cho thấy, khi chôn lấp rác thải sinh hoạt có thành phần lignin
tới 15,2% trọng lƣợng khô làm phát thải khí metan không có lợi về kinh tế và môi
trƣờng. Với việc bổ sinh thêm môi trƣờng sunfat nhằm tạo điều kiện để phân hủy
thành phần hữu cơ thể rắn trong rác chuyển sang dạng lỏng trong nƣớc rỉ rác, vô cơ
hóa thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nƣớc rỉ rác. Trong môi
trƣờng sunfat, 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 nƣớc rỉ
rác tạo khả năng oxy hóa – khử mạnh hơn cho môi trƣờng phân hủy vi sinh các chất
hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hóa chất hữu cơ ở thể lỏng.
Hoàng Thị Thu Hiền [2] đã sử dụng UV/Ozon để xử lý nƣớc rỉ rác. Kết quả
thu đƣợc trong điều kiện phòng thí nghiệm xử lý nƣớc rỉ rác từ BCL Nam Sơn cho
thấy, sau keo tụ, tác giả đã xác định đƣợc điều kiện thích hợp đạt đƣợc tại pH=7,5
và thời gian phản ứng là 100 phút; hiệu suất xử lý COD và độ màu nƣớc rỉ rác đạt
tƣơng ứng là 26% và 64% với hệ Ozon và 35%, 82% với hệ UV/O3.
Trịnh Văn Tuyên và cộng sự Viện Công nghệ môi trƣờng đã “ Áp dụng quá
trình ozon hóa làm giảm hàm lƣợng các chất hữu cơ khó phân hủy trong xử lý nƣớc
rỉ rác BCL CTR” [10]. Tập thể tác giả đã tìm đƣợc điều kiện thích hợp để ozon hóa

16


và Perozon có hiệu quả nƣớc rỉ rác nhƣ sau: pH= 8 – 9 , hàm lƣợng H2O2 là 2.000
mg/l, thời gian phản ứng đối với hệ Ozon là 100 phút và hệ Perozon là 80 phút và
để nâng cao hiệu quả xử lý cần tăng tƣơng tác của ozon với các chất hữu cơ trong
nƣớc rỉ rác bằng đệm sứ có bề mặt riêng lớn.

1.1.5.2. Tình hình xử lý nước rác ngoài nước

Tizaoui cùng cộng sự [18] đã nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp ozon hóa và
ozone kết hợp với hydrogen peroxide để xử lý nƣớc rỉ rác tại Tunisia, đƣợc đặc
trƣng bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và màu sắc tối. Kết quả thu
đƣợc cho thấy rằng hiệu quả ozon hóa đã gần nhƣ tăng gấp đôi khi kết hợp với
hydrogen peroxide khi nồng độ H2O2 là 2 g/l, nhƣng khi nồng độ H2O2 cao hơn 2g/l
lại cho hiệu quả thấp. pH có thể thay đổi không đáng kể do tác dụng của đệm
bicarbonate. Nồng độ sulfate cũng giảm nhệ. Ngƣợc lại, nồng độ chloride ban đầu
thì giảm, nhƣng sau một thời gian thí nghiệm lại tăng lên để đạt đƣợc giá trị ban đầu
của nó. Kết quả so sánh chi phí vận hành của 2 phƣơng pháp cho thấy các hệ thống
H2O2 /O3 tại H2O2 nồng độ 2g/l cho chi phí thấp nhất khoảng ~2.3 USD/kg COD
đƣợc loại bỏ.
Torres – Socisas và cộng sự [21] đã nghiên cứu sử dụng kết hợp các quá
trình vật lý – hóa – sinh học để xử lý nƣớc rỉ rác, bao gồm một giai đoạn vật lý –
hóa học sơ bộ tiếp theo là một quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) bằng Fenton
quang hóa và cuối cùng là phân hủy sinh học. Kết quả thu đƣợc cho thấy sự kết hợp
các công nghệ này xử lý hiệu quả mẫu nƣớc rỉ rác có tải trọng hữu cơ cao (COD
khoảng 40g/l và DOC là 15g/l): giai đoạn đầu đã làm giảm 17% hàm lƣợng hữu cơ
bền, sau khi thực hiện quá trình Fenton quang hóa (Fe 1 mM) trong khoảng thời
gian 11h đã vô cơ hóa các chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất có thể phân hủy sinh
học, với tỷ lệ khoáng hóa là 27% và tiêu thụ 22 g H2O2/l. Tổng chi phí để xử lý 1m3
nƣớc rỉ rác đƣợc ƣớc tính là khoảng 40€/m3.
Singh và cộng sự [20] đã tiến hành nghiên cứu xác định hiệu quả của ozon
hóa nƣớc rỉ rác trƣớc khi sử dụng thẩm thấu ngƣợc và màng lọc nano. Nƣớc thải từ

17


ba BCL khác nhau đƣợc thu thập với tỷ lệ BOD/COD ổn định trong khoảng 0,02 –
0,12. Một loạt các thí nghiệm ozon hóa đƣợc thực hiện với nồng độ ozon 66,7 g/m3
và thời gian từ 5 đến 30 phút. Đối với cả 3 loại nƣớc rỉ rác, các chất hấp thụ UV –

254 giảm tối đa 78% và cacbon hữu cơ hòa tan giảm 23%. Khi nồng độ ozon là 66,7
g/m3 thì thời gian ozon hóa hiệu quả là 10 phút, đƣợc chọn để xử lý sơ bộ nƣớc thải
trƣớc khi vận hành các quá trình lọc bằng màng.
1.2.

Tổng quan về nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand)

1.2.1. Tổng quan về COD
 Các chất thuộc đối tượng của COD
Bao gồm các chất hữu cơ trong nƣớc và cả những chất khử vô cơ nhƣ axit
sunfuro, các chất gốc sunfat, sắt(II).
 Khái niệm
COD là phép đo lƣợng oxy tƣơng đƣơng với lƣợng chất hữu cơ có trong mẫu
mà có thể bị oxy hóa bằng tác nhân oxy hóa mạnh. Nói cách khác, COD là phép đo
gián tiếp khối lƣợng chất hữu cơ trong một mẫu nƣớc. Do đó,đƣợc sử dụng làm chỉ
tiêu thể hiện mức độ ô nhiễm bởi chất hữu cơ trong nƣớc.
Ƣu điểm chính của phân tích chỉ tiêu COD là cho biết kết quả trong một
khoảng thời gian ngắn hơn nhiều (2 giờ) so với BOD (5 ngày). Do đó trong nhiều
trƣờng hợp, COD đƣợc dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ thay cho
BOD.

18