Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác theo hướng thu hồi nitơ và tiết kiệm năng lượng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.62 MB, 141 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHẠM HƢƠNG QUỲNH
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC
THEO HƢỚNG THU HỒI NITƠ VÀ TIẾT KIỆM
NĂNG LƢỢNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG
Hà Nội - 2016
i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHẠM HƢƠNG QUỲNH
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC
THEO HƢỚNG THU HỒI NITƠ VÀ TIẾT KIỆM
NĂNG LƢỢNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
MS: 62520320
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Nguyễn Thị Sơn
2. PGS.TS Nguyễn Ngọc Lân
Hà Nội - 2016
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu
về kết quả nghiên cứu nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công
bố trong bất kỳ công trình nào khác, ngoài những phần tham khảo đã được ghi rõ
trong luận án.
Tác giả
Phạm Hương Quỳnh
i
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Viện Khoa học và
Công nghệ Môi trường, Viện Đào tạo sau Đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như
thực hiện công trình này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Thị Sơn, PGS.TS
Nguyễn Ngọc Lân - Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường đã tận tình hướng
dẫn, định hướng và tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và học
tập.
Xin chân thành cảm ơn các cán bộ của phòng thí nghiệm Nghiên cứu và
Triển khai Công nghệ Môi trường - Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu.
Trong thời gian qua tôi cũng đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều
kiện của đồng nghiệp, sự giúp đỡ về tinh thần vật chất của gia đình và người thân.
Xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.
Tác giả
Phạm Hương Quỳnh
ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 4
1.1 Sự hình thành và đặc trƣng của nƣớc rỉ rác ................................................... 4
1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác .............................................................................. 4
1.1.1.1 Lượng nước rỉ rác phát sinh .................................................................. 4
1.1.1.2 Qu tr nh sinh h xảy r trong h n ấp ........................................... 5
1.1.1.3 C yếu tố ảnh hư ng ến ượng v ặ trưng nướ r ...................... 6
1.1.2 Đặc trưng nước rỉ rác .................................................................................... 7
1.1.2.1 Đặ trưng nước rỉ rác của một số bãi chôn lấp trên thế giới ................ 7
1.1.2.2 Đặ trưng nước rỉ rác của một số bãi chôn lấp Việt Nam ............... 10
1.2 Phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác ...................................................................... 11
1.2.1 Phương pháp xử lý sơ bộ ............................................................................ 11
1.2.1.1 Phương ph p
ng keo tụ .................................................................... 11
1.2.1.2 Phương ph p oxi hó ........................................................................... 12
1.2.1.3 Công nghệ Stripping khử nitơ ............................................................... 15
1.2.1.4 Phương ph p kết tinh Magnesium Ammonium Phosphate (MAP) ....... 15
1.2.2 Xử lý sinh học ............................................................................................. 19
1.2.2.1 Xử lý yếm khí ........................................................................................ 19
1.2.2.2 Xử lý bằng l c sinh h c thiếu khí ......................................................... 21
1.2.2.3 Xử lý bằng bãi l c trồng cây ................................................................ 22
1.3 Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác ........................................................ 27
1.3.1 Một số công nghệ xử lý nước rỉ rác trên thế giới ....................................... 27
1.3.2 Công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam ................................................... 31
1.3.2.1 Một số công nghệ xử ý nước rỉ r
1.3.2.2 Một số công nghệ xử ý nước rỉ r
ã ược nghiên cứu .................... 31
ã ược áp dụng ......................... 32
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 40
2.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 40
2.2 Phân tích lựa chọn phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác ...................................... 41
2.3 Thiết bị và vật liệu nghiên cứu ....................................................................... 42
2.3.1 Thiết bị nghiên cứu tách MAP .................................................................... 42
2.3.2 Thiết bị tích hợp yếm khí, thiếu khí............................................................ 45
2.3.2.1 Kết cấu và nguyên lý hoạt ộng của thiết bị ....................................... 45
2.3.2.2 Phương ph p và vật liệu nghiên cứu .................................................... 46
2.3.2.3 Kh i ộng thiết bị yếm - thiếu khí ........................................................ 48
iii
2.3.3 Thiết bị mô phỏng bãi lọc trồng cây ........................................................... 50
2.3.3.1 Kết cấu thiết bị ..................................................................................... 50
2.3.3.2 Lựa ch n thực vật cho bãi l c trồng cây ........................................... 51
2.3.3.3 Hoạt hóa bãi l c trồng cây ................................................................. 52
2.3.4 Thiết kế thí nghiệm ...................................................................................... 54
2.3.5 Một số thông số quan trọng trong vận hành hệ thống xử lý ........................ 54
2.4 Phƣơng pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm ......................................... 55
2.4.1 Phương pháp thiết lập phương trình hồi quy thực nghiệm ......................... 55
2.4.2 Xác định hệ số hồi quy ................................................................................ 55
2.4.3 Kiểm tra độ phù hợp .................................................................................... 57
2.4.4 Ngôn ngữ lập trình R .................................................................................. 57
2.5 Phƣơng pháp phân tích ................................................................................... 58
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ 59
3.1 Tách nitơ tạo tinh thể MAP (bƣớc 1).............................................................. 59
3.1.1 Quá trình tạo MAP trong môi trường giả định ........................................... 60
3.1.1.1 Ảnh hư ng của nồng ộ Amoni b n ầu............................................. 60
3.1.1.2 Ảnh hư ng củ ộ pH tới quá trình tạo MAP ...................................... 61
3.1.1.3 Ảnh hư ng của thời gian phản ứng tới quá trình tạo MAP ................ 63
3.1.1.4 Ảnh hư ng của tố ộ khuấy trộn tới hiệu quả tạo MAP .................... 64
3.1.1.5 Thiết lập phương tr nh hồi quy ............................................................. 66
3.1.1.6 Ảnh hư ng của pH, thời gian phản ứng và tố ộ khuấy ến kí h thước
tinh thể MAP trong m i trường giả ịnh .......................................................... 67
3.1.1.7 Kết quả phân tí h MAP trong m i trường giả ịnh ............................. 70
3.1.2 Tách nitơ trong nước rỉ rác bãi chôn lấp Đá Mài ....................................... 71
3.1.2.1 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 72
3.1.2.2 Ảnh hư ng củ h m ượng NH4 + b n ầu ........................................... 72
3.1.2.3 Ảnh hư ng của việc bổ xung mầm tinh thể. .......................................... 73
3.1.2.4 T h nitơ trong nước rỉ rác bằng kết tinh MAP .................................. 74
3.1.2.5 Kết quả phân tí h MAP thu ược từ nước rỉ rác ................................. 74
3.2 Xử lý nƣớc rỉ rác bằng phƣơng pháp sinh học (bƣớc 2) ............................... 77
3.2.1 Xử lý yếm khí nước rỉ rác ........................................................................... 77
3.2.1.1 Ảnh hư ng của COD dòng vào ............................................................ 77
3.2.1.2 Ảnh hư ng của thời gi n ưu ............................................................... 79
3.2.1.3 Ảnh hư ng của các nguyên tố vi ượng................................................ 80
3.2.2 Xử lý nước rỉ rác bằng lọc sinh học thiếu khí............................................. 82
3.2.2.1 Ảnh hư ng của COD dòng vào ............................................................. 82
iv
3.2.2.2 Ảnh hư ng của thời gi n ưu ................................................................ 85
3.2.2.3 Ảnh hư ng của thể tí h ệm................................................................. 85
3.2.3 Xử lý bằng bãi lọc trồng cây ....................................................................... 86
3.2.3.1 Ảnh hư ng của thời gi n ưu ............................................................... 87
3.2.3.2 Ảnh hư ng của COD dòng vào ............................................................ 88
3.2.3.3 Ảnh hư ng của tổng nitơ dòng v o ..................................................... 89
3.3 Xử lý với dòng liên tục bằng công nghệ kết hợp tách MAP- Sinh học ....... 92
3.3.1 Đặc trưng nước rỉ rác dòng vào .............................................................. 92
3.3.2 Kết quả nghiên cứu xử lý với dòng liên tục bằng công nghệ kết hợp .... 92
3.4 Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác ............................................................ 93
3.4.1 Công nghệ xử lý nước rỉ rác được đề xuất .................................................. 93
3.4.1.1 Sơ ồ quy trình công nghệ ................................................................... 93
3.4.1.2 Thuyết minh công nghệ ......................................................................... 94
3.4.2 Tính toán sơ bộ các hạng mục chính trong hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác 95
3.4.2.1 Các tiêu chuẩn sử dụng v ơ s tính toán trong thiết kế.................... 95
3.4.2.2 Tính toán các hạng mục chính .............................................................. 96
3.4.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế ......................................................................... 98
3.4.3.1 Hiệu quả kinh tế v m i trường của công nghệ .................................... 98
3.4.3.2 So sánh với một số công nghệ hiện hành .............................................. 99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 105
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............... 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 108
PHỤ LỤC ........................................................................................................................ 116
v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ về sự hình thành nước rỉ rác ............................................................. 4
Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể struvite ........................................................................ 16
Hình 1.3 Cơ chế của quá trình phân huỷ yếm khí tạo khí metan ............................ 20
Hình 1.4 Mô hình khuếch tán của lọc sinh học ....................................................... 22
Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống bãi lọc trồng cây ngập nước .......................................... 25
Hình 1.6 Sơ đồ hệ lọc ngang (lọc ngầm) với thảm lau sậy ..................................... 25
Hình 1.7 Sơ đồ hệ lọc đứng (lọc ngầm) với thảm lau sậy ..................................... 26
Hình 1.8 Công nghệ xử lý nước rỉ rác tại bãi Ammasuo (Phần Lan) ...................... 27
Hình 1.9 Công nghệ xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp Deepmoor Anh ....................... 28
Hình 1.10 Công nghệ xử lý sinh học kết hợp oxy hóa bằng Ozon ......................... 29
Hình 1.11 Công nghệ xử lý nước ríc rác bãi chốn lấp Sudokwon ......................... 30
Hình 1.12 Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Viện Cơ học tại bãi chôn lấp Nam Sơn,
Hà Nội .............................................................................................................. 33
Hình 1.13 Công nghệ xử lý nước rỉ rác của công ty SEEN tại bãi chôn lấp Nam
Sơn, Hà Nội ..................................................................................................... 33
Hình 1.14 Công nghệ của trạm xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp Gò Cát ................ 34
Hình 1.15 Công nghệ xử lý nước rỉ rác sau hoàn thiện tại bãi chôn lấp Gò Cát ... 35
Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác bãi chốn lấp Phước Hiệp ............... 37
Hình 1.17 Hệ thống hồ xử lý nước rỉ rác của công ty Quốc Việt tại bãi chốn lấp
Phước Hiệp ....................................................................................................... 37
Hình 2.1 (a) Sơ đồ thiết bị tách MAP .................................................................... 43
Hình 2.1 (b) Mô hình thiết bị tách MAP ................................................................ 43
Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị xử lý tích hợp yếm khí - thiếu khí ..................................... 45
Hình 2.3 Giá thể sinh học trong bể thiếu khí .......................................................... 47
Hình 2.4 Vi sinh vật trong thiết bị phản ứng ........................................................... 48
Hình 2.5 Sơ đồ bãi lọc trồng cây ............................................................................. 50
Hình 2.6 Thiết bị mô phỏng bãi lọc khi chưa trồng cây ......................................... 51
Hình 2.7 Cây riềng hoa (Canna lily) ....................................................................... 52
Hình 2.8 (a) Thiết bị mô phỏng giai đoạn hoạt hóa................................................ 53
Hình 2.8 (b) Thiết bị mô phỏng giai đoạn vận hành ............................................... 53
Hình 2.9 Sơ đồ mô hình thuật toán .......................................................................... 55
Hình 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu tới hiệu quả tách amoni ........... 61
Hình 3.2 Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả loại NH4+, PO43- và Mg2+ ................... 62
Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả loại bỏ amoni ....................... 64
vi
Hình 3.4 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình kết tinh MAP ...................... 66
Hình 3.5 Sơ đồ nghiên cứu tách nitơ tạo MAP ........................................................ 66
Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH đến kích thước tinh thể MAP .................................... 67
Hình 3.7 Tinh thể MAP .......................................................................................... 68
Hình 3.8 Kích thước tinh thể ở các vận tốc khuấy ............................................... 69
Hình 3.9 Ảnh SEM của MAP từ chất chuẩn......................................................... 70
Hình 3.10 Phổ XRay của MAP từ chất chuẩn ...................................................... 71
Hình 3.11 Ảnh SEM của MAP từ nước rỉ rác ...................................................... 75
Hình 3.12 Phổ XRD của MAP thu được từ nước rỉ rác ........................................ 75
Hình 3.13 Ảnh hưởng của COD dòng vào đến hiệu quả xử lý ............................... 78
Hình 3.14 Ảnh hưởng của COD dòng vào đến hiệu quả xử lý............................... 84
Hình 3.15 Ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây 88
Hình 3.16 Ảnh hưởng COD dòng vào đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây .... 89
Hình 3.17 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp Đá Mài ....... 94
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Đặc trưng của nước rỉ rác ở một số quốc gia trên thế giới. ....................... 9
Bảng 1.2 Đặc trưng của nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp khác nhau ở Việt Nam ... 10
Bảng 1.3 Cơ chế xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải của hệ thực vật ............. 24
Bảng 1.4 So sánh ưu, nhược điểm bãi lọc trồng cây .............................................. 26
Bảng 1.5 Hiệu quả xử lý N- NH4+ và COD bằng quá trình yếm khí – hiếu khí ..... 28
Bảng 1.6 Kết quả vận hành hệ thống xử lý bằng công nghệ SBR .......................... 28
Bảng 1.7 Hiệu quả xử lý qua các công đoạn ............................................................ 29
Bảng 1.8 Nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý ......................................... 30
Bảng 1.9 Đặc trưng nước rỉ rác bãi chốn lấp Gò Cát trước và sau xử lý ................ 36
Bảng 1.10 Đặc trưng nước rỉ rác trước và sau hệ thống xử lý của bãi chốn lấp
Phước Hiệp ....................................................................................................... 38
Bảng 2.1 Đặc trưng nước rỉ rác bãi chôn lấp Đá Mài .............................................. 40
Bảng 2.2 Vật liệu lọc sử dụng trong bãi lọc trồng cây ........................................... 50
Bảng 2.3 Hiệu quả xử lý trong giai đoạn hoạt hoá của bãi lọc trồng cây ............... 52
Bảng 3.1 Kết quả thăm dò khả năng kết tinh của MAP ........................................... 59
Bảng 3.2 Tổng hợp kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến quá trình tách MAP
ở các tỷ lệ khác nhau ......................................................................................... 62
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới kích thước tinh thể MAP ........... 68
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của vận tốc khuấy đến quá trình kết tinh MAP ..................... 69
Bảng 3.5 Đặc trưng nước rỉ rác bãi chôn lấp Đá Mài ............................................. 72
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ NH4+ đến hiệu quả tách nitơ, phốt pho ........... 73
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của mầm tinh thể ................................................................... 73
Bảng 3.8 Hiệu quả tách nitơ tạo MAP trong nước rỉ rác ........................................ 74
Bảng 3.9. Kết quả phân tích thành phần MAP thu được từ nước rỉ rác................... 76
Bảng 3.10 Đặc trưng nước rỉ rác bãi chôn lấp Đá Mài sau tách MAP ................... 77
Bảng 3.11 Ảnh hưởng của COD dòng vào đến hiệu quả xử lý .............................. 78
Bảng 3.12 Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý.................................... 80
Bảng 3.13 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến hiệu quả xử lý .................. 81
Bảng 3.14 Đặc trưng dòng vào lọc thiếu khí .......................................................... 82
Bảng 3.15 Ảnh hưởng của COD dòng vào tới quá trình lọc thiếu khí ................... 83
Bảng 3.16 Ảnh hưởng của thời gian lưu tới quá trình lọc thiếu khí ........................ 85
Bảng 3.17 Ảnh hưởng của thể tích đệm đến hiệu quả xử lý trong lọc thiếu khí .... 86
Bảng 3.18 Đặc trưng dòng vào bãi lọc trồng cây.................................................... 86
Bảng 3.19 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây ...... 87
viii
Bảng 3.20 Ảnh hưởng COD dòng vào đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây.... 88
Bảng 3.21 Ảnh hưởng của tổng nitơ dòng vào đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng
cây ..................................................................................................................... 89
Bảng 3.22 Hiệu quả xử lý nitơ của bãi lọc trồng cây............................................... 90
Bảng 3.23 Khả năng tải của bãi lọc trồng cây ......................................................... 91
Bảng 3.24 Hiệu quả xử lý liên tục của hệ thống ..................................................... 93
Bảng 3.25 Thông số thiết kế hệ thống xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp Đá Mài ........ 96
Bảng 3.26 Điện năng tiêu thụ cho hệ thống xử lý đề xuất ....................................... 99
Bảng 3.27 Chi phí hóa chất cho các công nghệ ..................................................... 101
Bảng 3.28 So sánh chi phí nhân công cho các công nghệ .................................... 102
Bảng 3.29 So sánh chi phí năng lượng cho các công nghệ (VNĐ/m3) ................. 102
Bảng 3.30 So sách chi phí vận hành hệ thống (VNĐ/m3) .................................... 102
ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BCL
BOD:
BTNMT:
BL:
DO:
Dec
EM:
E:
HQXL:
HK:
HDPE
MAP:
PAC:
QCVN:
SCR:
SBR:
ERD:
SEM:
SK:
SS :
TCVN:
TDS:
TOC:
TS:
TN:
TP:
TK:
TkCOD:
TF:
UASB:
UF:
UV:
VFA:
VSV:
X:
Ybiogas:
YK:
Bãi chôn lấp
Nhu cầu oxy hóa sinh (Biochemical Oxygen Demand)
Bộ Tài nguyên Môi trường
Bãi lọc
Oxy hòa tan trong nước (Dissolved Oxygen)
Enzim Decacboxylaza
Chế phẩm sinh học chứa các vi sinh vật hữu hiệu (Effective
Microorganism)
Năng lượng
Hiệu quả xử lý
Hiếu khí
Hight Density Poli Etylen
Magnesium Ammonium Phosphate
Hóa chất keo tụ PAC (Polyaluminium Chlorite)
Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Việt Nam
Song chắn rác
Thiết bị xử lý theo mẻ luân phiên (Sequencing Batch Reactor )
Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffaction)
Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
Sinh khối
Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid)
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tổng các chất rắn hoà tan
Tổng các bon hữu cơ (Total Organic Carbon)
Tổng chất rắn (Total Solid)
Tổng nitơ (Total Nitrogen)
Tổng phốt pho (Total Phosphorus)
Thiếu khí
Tải trọng COD
Năng lực tải của bãi lọc
Xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (Upflow
Anearobic Sluge Blanket)
Thiết bị siêu lọc (Ultrafitration)
Tia cực tím (Ultraviolet)
Axít béo bay hơi (Volatile fatty acids)
Vi sinh vật
Nồng độ vi sinh trong bể hay nồng độ bùn hoạt tính
Hệ số tạo biogas
Yếm khí
x
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm qua nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển mạnh
mẽ. Cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống người dân cũng được nâng cao, nhu
cầu tiêu dùng tăng nhanh là sự thách thức mới về ô nhiễm môi trường đặc biệt là sự
gia tăng đột biến chất thải ở các đô thị.
Chôn lấp rác thải là phương pháp phổ biến ở hầu hết các quốc gia trên thế
giới. Ở nước ta việc chôn lấp rác thải sinh hoạt và đô thị đã, đang và sẽ còn được áp
dụng ở hầu hết các địa phương trong cả nước.
Thực tế cho thấy, nhiều bãi chôn lấp ở nước ta đã gây ô nhiễm môi trường, đặc
biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm và cả môi trường không khí do nước rỉ
rác phát sinh trong quá trình chôn lấp. Nước rỉ rác hình thành từ độ ẩm của rác, từ quá
trình phân huỷ chất hữu cơ có trong rác, từ vật liệu phủ, nước mưa thấm ngấm… Do
rác đem chôn lấp không được phân loại tại nguồn nên nước rỉ rác phát sinh có thành
phần ô nhiễm khá phức tạp. Đặc biệt nước rỉ rác tươi có COD, BOD5, TN, TP cao
đến rất cao, độ màu cao và các thành phần vô cơ khác. Nước rỉ rác nếu không được
kiểm soát và xử lý sẽ để lại những hậu quả môi trường rất nghiêm trọng.
Để giải quyết vấn đề ô nhiễm do nước rỉ rác, nhiều loại công nghệ đã được
nghiên cứu và áp dụng như: công nghệ sinh học (xử lý yếm khí, hiếu khí); xử lý hóa
học-sinh học (fenton - yếm khí - hiếu khí, stripping - yếm khí - hiếu khí); xử lý hóa
học, sinh học, vật lý (oxy hóa hóa học - sinh học - công nghệ màng)… Theo công
nghệ truyền thống để tách nitơ và xử lý BOD5, COD trong nước rỉ rác nhu cầu năng
lượng cho quá trình oxy hóa hiếu khí rất cao. Mặt khác công nghệ hiện hành chỉ
phần nào giải quyết được ô nhiễm do BOD5 và COD. Để xử lý thành công nước rỉ
rác cần thực hiện 2 giải pháp cơ bản là xử lý được các hợp chất hữu cơ (BOD 5) và
các thành phần khác: COD, hợp chất nitơ, phốt pho…
Ở Việt Nam, các chương trình quốc gia về xây dựng bãi chôn lấp rác quy mô
nhỏ cho các địa phương kinh phí còn rất hạn hẹp, vì vậy việc tìm kiếm công nghệ
xử lý đơn giản và chi phí xử lý thấp là rất cần thiết.
Nitơ và phốt pho là những thành phần ô nhiễm đáng quan tâm trong nước rỉ
rác, nhất là nước rỉ rác tươi. Hàm lượng nitơ cao, nhất là amoni đã hạn chế quá trình
xử lý sinh học đặc biệt là quá trình xử lý yếm khí. Trong thực tế một số phương
1
pháp đã được áp dụng trước quá trình xử lý sinh học như: Stripping - loại nitơ bằng
đuổi khí NH3 do thổi khí trong môi trường kiềm mạnh (pH>10) hoặc khuấy trộn ở
tốc độ cao.
Nhìn chung các phương pháp trên đều có giá thành xử lý cao, vận hành phức
tạp và đặc biệt là không thu hồi được nguồn tài nguyên có trong nước rỉ rác. Hơn
thế nữa các phương pháp này còn gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường không khí,
môi trường nước.
Struvite, một dạng kết tinh được phát hiện do lắng đọng trong đường ống của
hệ thống xử lý nước thải có chứa nitơ và phốt pho đã gây khó khăn không nhỏ trong
trong vận hành. Struvite (MgNH4PO4.6H2O) được hình thành từ magie, amoni và
phốt pho nên được viết tắt là MAP. Struvite có tích số tan 7,8.10-15 ở nhiệt độ 250C
nên được sử dụng dưới dạng phân bón nhả chậm rất hiệu quả cho cây trồng.
Vì vậy việc nghiên cứu tách, thu hồi nitơ, phốt pho trong nước rỉ rác không chỉ
tận thu nguồn dinh dưỡng có ích cho cây trồng mà còn góp phần loại được yếu tố ức
chế quá trình xử lý sinh học và đơn giản hoá, nâng cao hiệu quả của công nghệ xử
lý.
Ở nước ta việc nghiên cứu tách, thu hồi nitơ, phốt pho trong môi trường nước
cũng được một vài tác giả quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên cho đến nay chưa có
đơn vị, cá nhân nào công bố kết quả đầy đủ về MAP. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu xử
lý nước rỉ rác theo hướng thu hồi nitơ và tiết kiệm năng lượng” được thực hiện
nhằm thu hồi nitơ, phốt pho và xử lý nước rỉ rác đến đạt tiêu chuẩn thải.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu thu hồi nitơ, phốt pho trong nước rỉ rác bằng phương pháp hóa
học tạo tinh thể MAP.
- Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác đạt QCVN 25 - 2009/BTNMT (cột B2) bằng
công nghệ hỗn hợp theo hướng tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách nitơ, phốt pho trong
nước rỉ rác bằng kết tinh MAP.
- Nghiên cứu xử lý sinh học nước rỉ rác sau tách MAP bằng công nghệ sinh
học đơn giản, tiêu tốn ít năng lượng theo 2 bước:
+ Xử lý yếm khí - thiếu khí tiêu tốn ít năng lượng
+ Xử lý nước rỉ rác đến đạt tiêu chuẩn thải bằng bãi lọc trồng cây.
2
- Đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác tiêu tốn ít năng lượng, chi phí thấp cho bãi
chôn lấp quy mô vừa và nhỏ (bãi chôn lấp Đá Mài - Thành Phố Thái Nguyên).
4. Đối tƣợng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nước rỉ rác tươi bãi chôn lấp Đá Mài, Thành phố Thái
Nguyên.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan, hồi cứu tài liệu: Thu thập các tài liệu đã công bố trên thế
giới và trong nước về kết tinh MAP, xử lý sinh học nước rỉ rác.
- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm theo các công nghệ xử lý nước rỉ
rác khác nhau:
+ Bước 1: Thu hồi nitơ trong nước rỉ rác bằng tạo tinh thể MAP.
+ Bước 2: Xử lý sinh học nước rỉ rác bằng công nghệ liên hợp yếm - thiếu
khí và bãi lọc trồng cây.
- Dùng phương pháp thống kê toán học xử lý số liệu thực nghiệm.
- Phương pháp phân tích: sử dụng các phương pháp phân tích mẫu theo TCVN.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đưa ra một công nghệ xử lý nước rỉ rác với nhu cầu năng lượng thấp. Năng
lượng tiêu tốn để xử lý 1m3 nước rỉ rác là 1,87 kWh (năng lượng này chỉ bằng
7,84% năng lượng so với công nghệ oxi hóa nâng cao và 8,7% năng lượng so với
phương pháp đuổi khí NH3 bằng công nghệ stripping).
- Tách nitơ phốt pho trong nước rỉ rác tươi bằng kết tinh MAP (có thể thu
được 1,43-2,34gam MAP/lít nước rỉ rác).
- Áp dụng công nghệ xử lý đã nghiên cứu cho bãi chôn lấp Đá Mài - Thành
Phố Thái Nguyên và các bãi chôn lấp quy mô vừa và nhỏ.
7. Những kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án
- Hoàn thiện công nghệ xử lý nước rỉ rác với chi phí năng lượng thấp, vận
hành đơn giản.
- Kết tinh MAP giúp thu hồi nitơ, phốt pho trong nước rỉ rác, giúp giảm tác
nhân ức chế quá trình xử lý sinh học tiếp theo, đặc biệt là quá trình xử lý yếm khí.
3
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
Nước rỉ rác là một trong những đối tượng nước thải khó xử lý bởi thành phần
phức tạp. Nước rỉ rác chứa nhiều chất ô nhiễm hòa tan từ quá trình phân hủy rác.
Thành phần hóa học của nước rỉ rác rất khác nhau tùy thuộc vào rác đem chôn và
công nghệ chôn lấp.
1.1 Sự hình thành và đặc trƣng của nƣớc rỉ rác
Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp rác có thể định nghĩa là chất lỏng phát sinh từ
quá trình chôn lấp thấm qua các lớp chất thải rắn và mang theo các chất hòa tan, các
cặn lơ lửng... Nước rỉ rác được hình thành từ độ ẩm trong rác đem chôn, từ quá trình
phân huỷ chất hữu cơ trong rác, từ vật liệu phủ, nước mưa thấm ngấm… Nước rỉ
rác chứa các chất hữu cơ và vô cơ hoà tan, cặn lơ lửng và nhiều chủng loại vi sinh
vật khác nhau. Dựa vào tuổi của bãi rác, nước rỉ rác được chia làm 3 loại: nước rỉ
rác tươi, trung bình và nước rỉ rác ổn định [27].
1.1.1 Sự hình thành nƣớc rỉ rác
1.1.1.1 Lượng nước rỉ rác phát sinh
Nước rỉ rác được hình thành từ nhiều nguồn khác nhau như: từ độ ẩm của rác,
từ quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong rác, nước mưa, nước ngầm thấm
ngấm và nước từ các vật liệu bổ sung (chế phẩm EM, phun tưới tạo ẩm) [11].
Nguyên lý hình thành nước rác được thể hiện qua sơ đồ Hình 1.1.
Nước thấm qua
lớp phủ G1
Nước bay hơi G5
Nước từ vật liệu
phủ G2
Nước trong EM
G3
G4
Nước thoát theo
khí bãi rác G6
Nước rỉ rác G7
Hình 1.1 Sơ ồ về sự hình thành nước rỉ rác
4
Trong đó:
Dòng vào:
G1: Nước mưa thấm ngấm
G2: Nước từ độ ẩm của vật liệu phủ
G3: Nước từ EM
G4: Nước từ độ ẩm của rác và nước hình thành từ quá trình
phân giải các hợp chất hữu cơ
T0: Thời điểm ban đầu
Dòng ra:
G5: Nước bay hơi bề mặt bãi chôn lấp
G6: Nước thoát ra trong khí bãi rác
G7: Nước rỉ rác
Tx: Thời điểm xác định
Nước rỉ rác = G7 = (G1+G2+G3+G4) - (G4 + G5+G6)
Lượng nước rỉ rác được hình thành có thể tính dựa vào cân bằng nước trong
bãi chôn lấp. Trong quá trình tính toán, chỉ xét với bãi chôn lấp hợp vệ sinh, bỏ qua
lượng nước thấm qua thành và đáy bãi, hay lượng nước chảy theo bề mặt vào ô
chôn lấp. Thành phần tạo nên cân bằng nước của một ô chôn lấp được thể hiện qua
Hình 1.1.
Quá tr n s n
c ả r trong
c
n
p
Lượng nước rác phát sinh và đặc trưng có quan hệ chặt chẽ với các quá trình
sinh học xảy ra trong ô chôn lấp.
Ở giai đoạn đầu trong khối rác còn chứa oxy, các quá trình phân giải hiếu khí
xảy ra mạnh. Các chất hữu cơ trong rác được phân hủy hiếu khí theo công thức tổng
quát sau.
- Oxy hóa không hoàn toàn:
CaHbOcNd + mO2 + dinh dưỡng nCwHxOyNz + sCO2+ rH2O+ (d-nz) SK +E
- Oxy hóa hoàn toàn:
Ca H bOc N d +
4a b 2c 3d
4a b 2c 3d
O2 + dinh dưỡng aCO2+
H 2O +dNH3+ SK+ E
4
4
Khi lượng oxy trong khối rác được sử dụng hết thì quá trình phân hủy sinh
học chuyển sang giai đoạn phân hủy yếm khí:
Chất hữu cơ + H2O+ VSV SK + chất hữu cơ + CO2+ H2S+ NH3+ CH4+ E
5
Quá trình vô cơ hóa có thể xảy ra theo các dạng sau:
- Vô cơ hóa không hoàn toàn
Ca H bOc N d + rH2O+ dinh dưỡng n CwHxOyNz + mCH4+ sCO2+ (d-nx)NH3+ E
- Vô cơ hóa hoàn toàn:
Ca H bOc N d +
4a b c 3d
4a b 2c 3d
4a b 2c 3d
H 2O
CH 4 +
CO2 +dNH3+E
8
4
8
Ở nước ta, rác thu gom hầu như chưa được phân loại tại nguồn nên lượng chất
hữu cơ thường chiếm 45-60% gồm gluxit, protein, lipit... có nguồn gốc động, thực
vật và vi sinh vật.
Về cơ bản quá trình sinh học xảy ra trong bãi chôn lấp chịu tác động rất lớn
của điều kiện tự nhiên như: thời tiết, khí hậu (độ ẩm, nhiệt độ, chế độ mưa…), các
yếu tố chủ quan: thành phần hóa học, hàm ẩm và khu hệ vi sinh vật trong rác thải
hoặc được bổ sung trong quá trình vận hành…
Trong quá trình phân hủy, các chất hữu cơ (gluxit, lipit, protein…) cũng như
các chất vô cơ (SO42-, Ca, Fe, Mn, Zn)… được chuyển hóa theo nhiều giai đoạn.
Quá trình chuyển hóa sinh học trong ô chôn lấp có thể được chia thành 5 giai đoạn
chính: phân hủy sinh học hiếu khí; phân hủy sinh học yếm khí tạo axit; phân hủy
sinh học yếm khí tạo mê tan; giai đoạn tạo humus và giai đoạn ổn định.
ác ếu t ản
ư ng ến ượng v
. Ảnh hư ng ủ th nh phần r
c trưng nước rác
h n ấp
Quá trình phân hủy sinh học được quyết định bởi hàm lượng chất hữu cơ có
trong rác. Đặc trưng nước rác phụ thuộc nhiều vào độ ẩm và lượng chất hữu cơ
được phân hủy. Sự hiện diện của các chất tẩy rửa, hóa chất khử trùng… sẽ kìm hãm
sự hoạt động và phát triển của vi sinh vật, tác động xấu tới quá trình phân hủy rác
làm ảnh hưởng đến thành phần và lượng nước rỉ rác sinh ra.
b. Ảnh hư ng ủ thời tiết
Thời tiết, khí hậu (nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm không khí…) ảnh hưởng trực
tiếp đến quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong rác do đó gián tiếp
ảnh hưởng đến thành phần và lượng nước rỉ rác.
Nhiệt độ ảnh hưởng rõ rệt đến thành phần và lượng nước rỉ rác. Vào mùa hạ,
khi nhiệt độ không khí cao, quá trình phân hủy diễn ra mạnh, nhiệt độ cao k m theo
độ ẩm cao là điều kiện thích hợp cho quá trình phân hủy rác.
Lượng mư : nước mưa làm tăng độ ẩm trong rác, thúc đẩy quá trình phân hủy
sinh học đồng thời hòa tan các chất vô cơ, hữu cơ, sản phẩm phân hủy có trong rác.
6
Tuy nhiên nếu lượng mưa lớn sẽ dẫn đến lượng nước rác tăng, hàm lượng chất ô
nhiễm giảm do được pha loãng.
Ảnh hư ng ủ ộ ẩm nơi h n ấp: khi độ ẩm không khí cao góp phần làm
cho các vi sinh vật phát triển mạnh trong khối rác thu gom, vận chuyển. Độ ẩm cao,
hàm lượng oxy trong khối rác cao, thúc đẩy quá trình trình phân hủy của rác. Tại
bãi chôn lấp đã đóng bãi, quá trình phân hủy hầu như không chịu ảnh hưởng của độ
ẩm nơi chôn lấp.
. Ảnh hư ng ủa quy tr nh vận h nh v
ng nghệ h n ấp
Trong quá trình thu gom, vận chuyển một phần chất hữu cơ trong rác bị phân
hủy làm độ ẩm của khối rác tăng. Các quá trình tiền xử lý như: cắt chặt, phân loại
rác cũng ảnh hưởng đến quá trình phân hủy chất hữu cơ trong rác, từ đó tác động
đến thành phần và lượng nước rỉ rác sinh ra. Các hoạt động trong quá trình vận
hành chôn lấp thông thường và chôn lấp bán hiếu khí: đầm, nén tác động đến quá
trình phân hủy sinh học của rác. Công nghệ vận hành bãi chôn lấp cũng ảnh hưởng
không nhỏ đến lượng và thành phần nước rỉ rác tạo thành.
Thu gom và phân loại rác có ảnh hưởng không nhỏ tới nồng độ nước rỉ rác.
Rác ở Việt Nam hầu hết đều không được phân loại tại nguồn (nhất là rác sinh hoạt
và rác đô thị), vì vậy thành phần nước rỉ rác rất phức tạp (ngoài chất hữu cơ còn có
một số chất vô cơ và kim loại nặng). Mặt khác, rác được thu gom sau hơn một ngày
mới có thể đến được bãi chôn lấp. Với khí hậu nhiệt đới (nóng, ẩm) một phần chất
hữu cơ đã bị phân hủy và đi vào nước rỉ rác nên thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác
thường khá cao.
d. Ảnh hư ng ủ thời gi n h n ấp tuổi ủ bãi
Theo thời gian quá trình phân hủy sinh hóa trong ô chôn lấp thay đổi dẫn đến
thành phần và khối lượng nước rác phát sinh biến đổi theo. Thời gian chôn lấp càng
dài, lượng nước rác và hàm lượng các chất ô nhiễm cũng giảm theo. Đặc biệt là tỷ
lệ giữa BOD5, COD và các ion kim loại.
1.1.2 Đặc trƣng nƣớc rỉ rác
Đ c trưng nước rỉ rác củ một s bã c
n
p trên t ế g ớ
Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác mới (tươi) cao hơn rất nhiều so
với nước rỉ rác đã chôn lấp lâu năm. Tỷ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4-0,6 đối với
nước rỉ rác tươi; 0,005-0,2 đối với nước rỉ rác cũ, ở thời điểm này thành phần hữu
7
cơ trong nước rỉ rác chủ yếu là axit humic và axit fulvic, đây là những chất hữu cơ
khó phân hủy sinh học [11, 30].
Ở phần lớn các nước phát triển, rác được phân loại tại nguồn. Theo thành phần
hóa học, mỗi loại rác được xử lý bằng phương pháp khác nhau. Các loại rác có thể
tái chế như kim loại, giấy, nhựa, thủy tinh… được thu hồi. Rác thải giàu hữu cơ
được sử dụng làm phân compost, sản xuất khí sinh học. Các loại rác thải có nhiệt trị
cao được đốt. Các chất thải rắn khác thường được chôn lấp. Đối với các nước đang
phát triển, rác thải chưa được phân loại tại nguồn và phương pháp xử lý rác thải chủ
yếu là chôn lấp hợp vệ sinh. Thành phần nước rỉ rác được thể hiện trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1 cho thấy nước rỉ rác ở một số quốc gia trên thế giới cũng bị ô nhiễm
bởi các chất hữu cơ cao: dao động từ hàng nghìn đến chục nghìn mg/l. Đặc biệt là
nồng độ amoni đều rất cao.
8
Bảng 1.1 Đặ trưng ủ nước rỉ rác
một số quốc gia trên thế giới. [26, 29, 51, 52, 76, 79, 81, 91, 102]
Châu Mỹ
Châu Âu
Bãi chôn
lấp
Châu Á
Châu Phi
Đơn vị
Istanbul
Komurcuoda
(Thổ Nhĩ Kỳ)
Piedmont
(Italia)
Aigeira
(Hy Lạp)
Pereira
Columbia -
Clover
Bar
Canada
Matuail
(Bangladesh)
Ibb
(Yemen)
Kuala
Sepetang
(Malaysia)
KhonKaen
(Thái lan)
Nyanza
(Rwanda)
Ouled
Fayet
(Algeria)
pH
mg/l
7,8
-
8,15
7,2-8,3
8,3
6,93
8,45
8,05
7,45
8,0
8,1
COD
mg/l
24.040
4.314
4.925
1.090
1.630
19.860
855
13.240
2.343
3.847
BOD5
mg/l
15.021
586
1.077
39
-
12.030
158
9.170
674
388
TSS
mg/l
1.962
633
158
4.35065.000
1.56048.000
190-27.800
-
734
-
-
-
-
10,4
NH4+
mg/l
2.281
2.296
1.157
200-3.800
455
1.252
1.199
857
1.400
736,5
3.159
TN
mg/l
2.624
-
1.526
-
-
-
-
-
1.207
5.236
TP
mg/l
186
-
-
2-35
-
-
-
91,4
62,9
-
37,3
Độ kiềm
mg/l
10.581
-
-
3.050-8.540
4.030
720
-
-
-
-
-
Cd
mg/l
-
0,003
0,138
-
-
0,0056
0,25
-
-
-
1,7
Zn
mg/l
0,96
1,370
0,401
-
-
0,378
5,7
0,6
-
-
1,5
Cr
mg/l
-
1,372
2,599
-
-
0,15
-
-
-
-
Ni
mg/l
0,95
0,7
-
-
-
1,75
0,16
-
-
-
Fe
mg/l
10,37
-
-
-
-
-
2,18
-
-
21,5
Thông số
1,048
9
Đ c trưng nước rỉ rác củ một s bã c
n
p
V ệt N m
Nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa (nóng ẩm mưa nhiều) khí hậu
Việt Nam chia hai mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. Vì vậy nước rỉ rác ở các bãi chôn
lấp biến động lớn về thành phần và khối lượng theo các thời điểm trong năm. Thêm
vào đó, do rác chôn lấp hầu như chưa được phân loại tại nguồn nên thành phần khá
phức tạp, hàm lượng ô nhiễm hữu cơ cao đến rất cao, đặc biệt đối với nước rỉ rác tươi.
Thành phần nước rỉ rác còn chịu tác động bởi địa điểm chôn lấp, kĩ thuật vận hành bãi
chôn lấp cũng như thời gian chôn lấp…
Cho đến nay việc phân loại rác tại nguồn vẫn chưa được áp dụng triệt để nên
thành phần nước của nước rỉ rác rất phức tạp (Bảng 1.2). Nước rỉ rác không chỉ chứa
các chất hữu cơ mà còn chứa các chất vô cơ hòa tan, kim loại nặng, một số chất hữu cơ
độc hại. Vì vậy các công nghệ hiện đang được áp dụng ở hầu hết các bãi chôn lấp chưa
hoàn toàn giải quyết được.
Bảng 1.2 Đặ trưng ủa nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp khác nhau
Đơn
vị
Chỉ tiêu
pH
-
Việt Nam [11, 18, 19]
Bãi Gò Cát
(Hồ Chí
Minh)
Bãi Nam Sơn
(Hà Nội)
Bãi Tràng
Cát (Hải
Phòng)
Bãi Thủy
Phƣơng
(Huế)
7,4-7,6
6,81-7,98
6,5-8,22
7,7-8,5
TDS
mg/l
-
6.913-19.875
-
-
Độ cứng
mg/l
-
-
-
1.419-4.874
COD
mg/l
13.655-16.814
1.020-22.783
327-1.001
623-2.442
BOD5
mg/l
6.272-9.200
495-12.302
120-465
148-398
Tổng P (TP)
mg/l
10,3-19,8
3,92-8,56
-
Tổng N (TN)
mg/l
1.821-2.427
423-2.253
179-507
-
NH4+
mg/l
1.680-2.287
-
-
184-543
Cl-
mg/l
-
-
-
518-1.199
Pb
mg/l
-
0,05-0,086
<0,05
-
Cd
mg/l
-
0,01-0,025
<0,01
-
Các số liệu trong Bảng 1.2 cho thấy nước rỉ rác có giá trị pH từ 6,5 đến 8,5; COD
từ 327 - 22.783 mg/l. Đặc biệt tổng nitơ cao và dao động lớn từ 179- 2.427mg/l.
Từ Bảng 1.2 nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác ở các bãi chôn lấp có sự
khác biệt, thậm chí ngay cả trong một bãi khá lớn. Sở dĩ có hiện tượng này chủ yếu là
10
do sự khác nhau về nguồn gốc, quá trình thu gom, công nghệ chôn lấp và khí hậu ở các
thời điểm khác nhau của các bài chôn lấp rác. Ở một số bãi chôn lấp rác hữu cơ được
phân loại tại chỗ để làm phân hữu cơ hoặc làm nguyên liệu sản xuất năng lượng, vì vậy
nồng độ các chất ô nhiễm giảm và khác nhau đáng kể. Bên cạnh đó thành phần rác ở
mỗi nơi một khác, thời điểm lấy mẫu khác nhau (theo mùa) cũng dẫn đến nồng độ các
chất ô nhiễm có sự khác biệt.
Ở các nước phát triển, phần lớn rác sinh hoạt được phân loại ngay từ hộ gia đình
thành rác hữu cơ, rác kim loại, đồ vật vô cơ không có khả năng tái sử dụng (sành, sứ,
đồ gốm… ), việc này giúp cho quá trình tái sử dụng được thuận tiện và có hiệu quả,
đồng thời giúp giảm nồng độ và thành phần ô nhiễm trong nước rỉ rác.
Nhìn chung, nước rỉ rác ở nước ta có nồng độ ô nhiễm cao và thành phần phức
tạp. Hàm lượng các chất ô nhiễm cao và dao động lớn ở các bãi chôn lấp, các mùa khác
nhau. Vì vậy, việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp cho mỗi bãi chôn lấp gặp rất
nhiều khó khăn.
1.2 Phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác
Nước rỉ rác có thành phần ô nhiễm rất đa dạng, nồng độ các chất ô nhiễm biến
động lớn. Ngoài các hợp chất hữu cơ, vô cơ, kim loại nặng nước rỉ rác còn có nồng độ
nitơ, phốt pho cao. Vì vậy, nước rỉ rác được liệt kê vào nhóm nước thải giàu nitơ, phốt
pho.
Hai bước cơ bản trong xử lý nước rỉ rác ở nước ta hiện nay là xử lý sơ bộ (kết hợp
hóa học- hóa lý) và xử lý sinh học [5, 11]
1.2.1 Phƣơng pháp xử lý sơ bộ
Xử lý thành công nước rỉ rác cần giải quyết được 2 vấn đề cơ bản là xử lý COD
và nitơ. Xử lý sơ bộ có vai trò quan trọng để loại bỏ các yếu tố gây cản trở quá trình
sinh học. Phương pháp đông keo tụ giúp loại bỏ SS và một phần COD; cùng với đông
keo tụ có thể kết hợp một số phương pháp hóa học như: Oxi hóa hoá học, loại amoni và
NH3 bằng tháp Stripping hoặc kết tinh MAP.
P ương p áp keo tụ - tạo b ng
Trong nước thải hay nước rỉ rác có chứa các chất lơ lửng và các hạt keo hòa tan
có kích thước nhỏ từ 10-3 µm đến 1 µm, các chất keo này không thể lắng. Để tách các
hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng cần tăng kích thước của chúng
11
nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, làm tăng
vận tốc lắng của chúng. Thường các hạt keo đều mang điện tích âm hay dương nên
chúng sẽ đẩy nhau bởi lực tĩnh điện. Vì vậy việc khử các hạt rắn keo bằng lắng trọng
lực cần trung hòa điện tích để chúng có thể liên kết với nhau. Đó chính là quá trình keo
tụ.
Phương pháp đông keo tụ sử dụng các loại hóa chất keo tụ (ph n nhôm, ph n sắt,
poly nhôm clorua) kết hợp với các chất trợ keo tụ (polymer hữu cơ tích điện âm, dương
hay trung hòa) để tách các hạt không tan trong nước. Việc chọn chất keo tụ phụ thuộc
vào thành phần và tính chất của nước thải cũng như của chất cần loại bỏ.
Theo thành phần cấu tạo có hai loại keo: keo kỵ nước (Hydrophobic) và keo háo
nước (Hydrophilic) trong đó keo kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý
nước thải. Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình keo tụ: pH, bản chất của hệ keo,
sự có mặt của các ion khác trong nước, thành phần của các chất hữu cơ chứa trong
nước, nhiệt độ.
Trong quá trình xử lý nước thải bằng chất keo tụ, sau khi kết thúc giai đoạn thủy
phân, giai đoạn hình thành bông cặn bắt đầu diễn ra. Để tạo điều kiện thuận lợi cho
việc hình thành bông cặn, người ta lắp hệ thống khuấy trộn trong các bể phản ứng.
Phương pháp khuấy trộn trong bể phản ứng có thể sử dụng khuấy trộn thủy lực hay cơ
khí.
C
oại hất keo tụ: Phèn nhôm Al2(SO4)3, pH tối ưu 5,0-8,0; ph n sắt (FeSO4.
7H2O) pH tối ưu 9,0-9,5; ph n sắt FeCl3, pH tối ưu từ 7,0 – 8,5.
C ho hất trợ keo tụ: Dùng để tạo bông cặn lớn, ổn định nhanh bảo đảm quá
trình keo tụ đạt hiệu quả cao. Chất trợ keo có vai trò như cầu nối liên kết các bông keo
cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian của quá trình và nâng cao tốc
độ lắng của bông keo. Chất trợ keo thường dùng như polyacrylamit (CH2CHCONH2)n
polyacrylic (CH2COOH)n hoặc polydiallyl dimetylamin.
P ương p áp o
ó
a- Quá trình fenton [56]
Đầu những năm 70 xu hướng áp dụng phản ứng Fenton để xử lý ô nhiễm nước
thải đã được đề suất . Theo đó hyđro peroxyt phản ứng với sắt (II) sunfat sẽ tạo ra gốc
12
tự do hyđroxyl có thế oxi hóa cao tạo khả năng phân hủy các chất hữu cơ. Trong một
số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ sẽ chuyển hóa thành
CO2 và nước.
Phản ứng tạo ra gốc tự do hyđroxyl diễn ra theo cơ chế sau:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OHo + OHFe3+ + H2O2 → Fe2+ + H+ + HO2o
OHo + Fe2+ → Fe3+ + OHOHo+ H2O2 → H2O+ HO2o
Fe3++ HO2o → Fe2+ + H+ + O2
Các gốc hyđroxyl OH- và perhydroxyl HO2o mới tạo ra là những chất oxy hóa cực
mạnh và tồn tại trong thời gian rất ngắn. Đặc biệt gốc hyđroxyl (OHo) là một trong
những chất oxy hóa mạnh nhất sau flo. Gốc OH có khả năng phá hủy một số axit hữu
cơ, các ancol, alđehyt, chất thơm, v.v... và tạo ra các chất không độc hại, như vậy sẽ
giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường. Phản ứng Fenton diễn ra thuận lợi ở nhiệt
độ khoảng 5 - 25oC (nếu nhiệt độ quá cao H2O2 dễ phân hủy) và độ pH = 2-4 và pHtối ưu
= 2,8 (Fe3+ sẽ kết tủa ở pH cao).
Phương pháp fenton điện hóa cũng được ứng dụng trong một vài năm gần đây. Sự
kết hợp của 2 phương pháp fenton và điện hóa nhằm thúc đẩy khả năng tái sinh ion
Fe2+ từ Fe3+ nhờ tác dụng của dòng điện hay sinh ra hydrogen proxide sắt 2 nhờ các
phản ứng trên các điện cực. Quá trình đó làm tăng hiệu quả tạo ra gốc OHo trong phản
ứng fenton.
Quá trình tạo ra hydrogen peroxit trong quá trình điện hóa như sau:
Anốt tạo oxi phân tử 2H2O O2 + 4H+ + 4eOxi phân tử này bị khử ở catot để tạo ra hydrogen peroxit H2O2
O2 + 2H+ + 2e H2O2
Ion Fe2+ có thể bổ sung vào hệ hoặc có thể tự tạo ra khi điện phân, khi nhường
điện tử sắt sẽ hòa tan các ion sắt vào dung dịch. Điểm quan trọng trong quá trình fenton
điện hóa là Fe3+ sẽ tạo ra giữa Fe2+ và H2O2 theo phương trình sau:
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + oOH + OHFe3+ này tiếp tục khử thành Fe2+ trực tiếp trên catôt theo phương trình:
13
