Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt (2017)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.82 MB, 83 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
===o0o===
LÊ THỊ THU
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ
TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC SẮT
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường
Người hướng dẫn khoa học
TS. LÊ THANH SƠN
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 truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu
trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em xin gửi lời cám ơn đến 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 gia đình, bạn bè, đặc biệt là
những người bạn làm nghiên cứu cùng trong thời gian này, đã cùng nhau trao đổi
kiến thức và giúp đỡ lẫn nhau trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2017
Sinh viên
Lê Thị Thu
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BCL
Bãi chôn lấp
BOD5
Nhu cầu oxy sinh học
COD
Nhu cầu oxy hóa hóa học
EDTANa
Dinatri dihidro etylendinitrilotetraaxetat
Hb
Hemoglobin
MetHb
Methehemoglobin
RO
Thẩm thấu ngược
SS
Chất rắn lơ lửng
TDS
Tổng chất rắn hòa tan
TKN
Tổng Nitơ
TOC
Tổng Cacbon
TSS
Tổng chất rắn lơ lửng
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn ......................................... 5
Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới............................ 6
Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam.......... 8
Bảng 1.4. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải ............................................. 20
Bảng 2.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩncó nồng độ khác
nhau.......................................................................................................... 36
Bảng 2.2. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác
nhau.......................................................................................................... 40
Bảng 2.3. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác
nhau.......................................................................................................... 44
Bảng 3.1. Nồng độ NO3- của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các
mức cường độ dòng điện và thời gian khác nhau (mg/l)............................ 47
Bảng 3.2. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực
sắt ở các mức cường độ dòng điện khác nhau (mg/l)................................. 49
Bảng 3.3. Nồng độ NO3- cuả nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực
sắt ở các mức pH khác nhau (mg/l) ........................................................... 51
Bảng 3.4. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực
sắt ở các mức pH khác nhau (mg/l)........................................................... 53
Bảng 3.5. Nồng độ NO3- của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực
sắt ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l)...................................... 55
Bảng 3.6. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực
sắt ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l)..................................... 57
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên ..................................................................... 14
Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp điện hoá học ............................................................... 23
Hình 1.3. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ............................................... 24
Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa................................................................ 30
Hình 2.2. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa phòng thí nghiệm ......................... 30
Hình 2.3.a) Nguồn điện một chiều (DC REULATED POWER SUPPLY QJ3020S -0~30V/20A)b) Máy khuấy từ gia nhiệt....................................... 31
Hình 2.4.a) Dạng điện cực sắt b) Kẹp điện cực .......................................................... 32
Hình 2.5. Mẫu nước rỉ rác được lấy trong quá trình điện phân ................................... 33
Hình 2.6. Đường chuẩn Nitrit đo ở bước sóng 540nm................................................ 36
Hình 2.7. Thí nghiệm đun cách thủy mẫu .................................................................. 39
Hình 2.8. Mẫu được chuyển sang bình định mức 25 ml ............................................. 39
Hình 2.9. Hình ảnh cuvet và máy đo quang UV-Vis .................................................. 40
Hình 2.10. Đường chuẩn Nitrat đo ở bước sóng 415nm ............................................. 41
Hình 2.11. Mẫu để sau 60 phút .................................................................................. 43
Hình 2.12. Đường chuẩn Amoni đo ở bước sóng 672nm ........................................... 44
Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý
NO3- bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt ...................................... 48
Hình 3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý
NH4+ bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt...................................... 50
Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý NO3- trong nước rỉ rác................... 52
Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng
công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt. ...................................................... 54
Hình 3.5. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NO3- trong
nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt............................. 55
Hình 3.6. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NH4+ trong
nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt............................. 57
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 3
1.1 Tổng quan về nước rỉ rác................................................................................ 3
1.1.1. Khái niệm ............................................................................................... 3
1.1.2. Nguồn gốc phát sinh................................................................................ 3
1.1.3. Thành phần và tính chất nước rỉ rác......................................................... 4
1.1.4. Tác hại của nước rỉ rác ............................................................................ 9
1.1.5. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác........................................................ 10
1.1.6. 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.......................................... 14
1.2.1. Trạng thái của Nitơ trong nước thải....................................................... 14
1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước.............. 17
1.2.3. Tác hại của Nitơ trong nước thải ........................................................... 18
1.2.4. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải......................................... 20
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 ....................... 24
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa .25
1.3.4. Ưu điểm của quá trình keo tụ điện hóa. ................................................. 26
1.3.5. Ứng dụng keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường. ............................... 27
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 29
2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục đích nghiên cứu............................................ 29
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 29
2.1.2. Mô hình thiết bị..................................................................................... 29
2.1.3. Mục đích nghiên cứu............................................................................. 33
2.2. Các nội dung nghiên cứu ............................................................................. 33
2.2.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian................................... 33
2.2.2. Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 34
2.2.3. Ảnh hưởng của khoảng giữa hai điện cực.............................................. 34
2.3. Phương pháp phân tích chỉ tiêu nitơ trong mẫu thu được sau khi xử lý bằng
công nghệ keo tụ điện hóa. ................................................................................. 34
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ........................................................... 34
2.3.2. Phương pháp phân tích. ......................................................................... 34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................... 45
3.1. Kết quả quá trình điện phân......................................................................... 45
3.2. Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa đối
với chỉ tiêu Nitơ ................................................................................................. 46
3.2.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý quá
trình keo tụ điện .............................................................................................. 46
3.2.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Nitơ ......................... 51
3.2.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý Nitơ............. 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 60
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 63
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài.
Xã hội ngày càng phát triển đồng nghĩa với việc có nhiều vấn đề đặt ra cần
được giải quyết, trong đó có vấn đề rác thải.
Vấn đề rác thải hiện nay đang là một nguy cơ nghiêm trọng đối với con người,
không có một quốc gia nào tránh khỏi việc đối mặt với nguy cơ này, nhất là các
nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Cùng với tốc độ tăng trưởng nhanh thì
lượng rác thải ngày càng lớn, mức độ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng dẫn đến
lượng nước rỉ rác ngày càng nhiều. Nhìn chung, nước rỉ rác chứa các chất hữu cơ
hòa tan và các ion vô cơ với hàm lượng cao khó xử lý [20]. Nếu nước rỉ rác phát
thải trực tiếp vào môi trường mà không được kiểm soát có thể gây ô nhiễm môi
trường. Tính chất nước rỉ rác không những thay đổi theo loại mà còn thay đổi theo
tuổi bãi chôn lấp và theo mùa trong năm.Do đó, việc xử lý tình trạng ô nhiễm do
nước rỉ rác là mối quan tâm lo ngại hàng đầu trong công tác bảo vệ môi trường.
Ở Việt Nam, hầu hết các tỉnh thành đều thực hiện công tác thu gom và chôn
lấp chất thải sinh hoạt.Tuy nhiên, chất thải rắn ở nhiều khu vực vẫn chưa được
phân loại, chôn lấp chưa thực sự tuân thủ các kỹ thuật chôn lấp hợp vệ sinh.Thành
phần chất thải rắn được chôn lấp rất đa dạng, chứa cả các chất hữu cơ khó phân
hủy sinh học và độc hại. Trên địa bàn cả nước chỉ có 17/91 bãi chôn lấp hợp vệ
sinh. Vì thế, vấn đề xử lý nước rỉ rác là bài toán khó giải quyết ở nhiều khu vực.
Hệ thống xử lý nước rỉ rác ở nhiều bãi chôn lấp mặc dù đã đi vào hoạt động nhưng
chưa thực sự đem lại hiệu quả mong muốn,bộc lộ nhiều nhược điểm như chất
lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải, đặc biệt là hai chỉ tiêu
COD và N (QCVN 25:2009/BTNMT, cột B), hoặc xử lý được nhưng tiêu tốn hóa
chất, giá thành xử lý rất cao, khó kiểm soát và công suất xử lý không đạt thiết kế.
Vấn đề đặt ra ở đây là phải tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý hết lượng
nước rỉ rác đang tồn đọng, cải tạo lại các hệ thống xử lý nước rỉ rác hiện hữu và
công nghệ tham khảo điển hình đối với xử lý nước rỉ rác của các bãi chôn lấp mới
trong tương lai.Vì vậy, cần nhanh chóng tiến hành nghiên cứu công nghệ xử lý
1
nước rỉ rác đạt tiêu chuẩn xả thải giảm thiểu sự ảnh hưởng đối với sức khỏe và
môi trường xung quanh.
Vấn đề Nitơ là vấn đề khó trong việc xử lý nước rỉ rác, hơn thế nữa nếu để lâu
dài chúng có thể dẫn đến các hợp thành phần hữu cơ cao phân tử chứa halogen là
những chất độc nếu rơi vào nguồn nước và đất. Trên thực tế có nhiều nghiên cứu về
xử lý nước rỉ rác, trong đó có phương pháp keo tụ điện hóa - phương pháp hiệu quả,
tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường. Xuất phát từ những lý do trên, chúng
tôi tiến hành "Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa" trong
khóa luận tốt nghiệp này. Sau khi đã phân bổ công việc rõ ràng thì tôi chịu trách
nhiệm đề tài “Nghiên cứu xử lý Nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ
điện hóa điện cực sắt”.
Mục đích của đề tài.
Trên cơ sở thực tế hiện trạng nước rỉ rác, thu thập số liệu, thực hiện quá trình
xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp điện hóa; trước tình hình môi trường bị ô nhiễm
gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, môi trường sống sinh vật. Do đó, mục tiêu
của đề tài này là tìm điều kiện tối ưu để đạt hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng phương
pháp keo tụ điện hóa đạt hiệu suất cao nhất.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nước rỉ rác
1.1.1. Khái niệm
Nước rỉ rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình hóa, lý
và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Nước 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 của nước rỉ rác cũng rất khác nhau và phụ thuộc vào thành phần rác đem chôn
cũng như thời gian chôn lấp.
1.1.2. Nguồn gốc phát sinh
Nước rỉ rác được hình thành khi nước thấm vào ô chôn lấp. Lượng nước rỉ rác
được hình thành trong bãi chôn lấp chủ yếu do các quá trình:
- Nước thoát ra từ chất thải rắn: chất thải luôn chứa một lượng nước nhất định.
Trong quá trình đầm nén nước tách ra khỏi chất thải và gia nhập vào nước rỉ rác.
- Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp.
- Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác.
- Nước có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác.
- Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống các ô chôn rác.
- Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác trước khi được phủ đất và
trước khi ô rác đóng lại.
- Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác sau khi ô rác đầy (ô rác được
đóng lại)
Tuy nhiên, nước rỉ rác tại các bãi rác được hình thành do hai nguồn chính là
độ ẩm của rác và quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ tạo ra sản phẩm
là nước và trở thành nước rác.
Đối với bãi chôn lấp hợp vệ sinh thì nước rỉ rác thường ít hơn vì đã loại bỏ
được lượng nước ngầm thấm qua đáy. Như vậy lượng nước rỉ rác phát sinh ra phụ
thuộc vào:
- Điều kiện tự nhiên khu vực chôn lấp (lượng mưa, bốc hơi, nước ngầm...)
- Độ ẩm của chất thải chôn lấp.
- Kỹ thuật xử lý đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nước mặt.
Ngoài ra, tốc độ phát sinh nước rỉ rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt
động khác nhau của bãi rác.
1.1.3. Thành phần và tính chất nước rỉ rác
Nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp có thành phần phức tạp, thay đổi rất nhiều phụ
thuộc vào tuổi bãi chôn lấp, loại rác, khí hậu. Mặt khác độ dày, độ nén và lớp
nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác...Nó có khả năng
gây ô nhiễm cao. Song nước rỉ rác gồm 2 thành phần chính:
Các chất hữu cơ: Chất có phân tử lượng lớn (axit humic, axit fulvic,...), các
hợp chất hữu cơ (photpho hữu cơ, 1,4-dioxan,...)
Các chất vô cơ: Các hợp chất của Nitơ, photpho, lưu huỳnh.
Thành phần và tính chất nước rỉ rác 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.
1.1.3.1. Thành phần của nước rỉ rác trên thế giới
Hàm lượng chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn mới
chôn lấp cao hơn rất nhiều so với bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm. Bởi vì trong
bãi chôn lấp lâu năm, chất thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn
ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các
chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi. Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các
thành phần như BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng
rất cao. Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp 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 [2].
Khả năng phân hủy của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian. Khả năng phân hủy
sinh học có thể xét thông qua tỉ lệ BOD5/COD. Khi mới chôn lấp tỉ lệ này thường
trên 0,5. Khi tỉ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4 - 0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ
trong nước rác dễ phân hủy sinh học. Trong các bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm,
tỉ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2. Khi đó nước rỉ rác chứa nhiều axit
humic và axit fulvic khó phân hủy sinh học [2, 13]. Chất lươṇg 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 là các hợp
chất hữu cơ và amoni. Mối quan hê giữa nồng đô các chất trong nước rỉ rác và tuổi
bãi chôn lấp 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
pH
COD
BOD5/COD
Axit béo dễ
bay hơi
Đơn vị
Mới (0-5 năm)
Trung bình (5-10
năm)
Cũ (>10 năm)
BCL
BCL
BCL
BCL
BCL
BCL
Tatyana
Bajinder
Tatyana
Bajinder
Tatyana
Bajinder
-
< 6,5
6,5
6,5-7,5
6,5-7,5
> 7,5
> 7,5
mg/l
>20.000
>10.000
3.000-
4.000-
5.000
10.000
< 5.000
< 4.000
-
>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
1002.000
mg/l
2
-
-
Thấp đến
trung bình
Khả năng
phân hủy
sinh học
Chủ yếu
-
Trung
bình
Ghi chú: (-) : không đánh giá
Nguồn: [13],[22]
Như vậy, thành phần nước rỉ rác khác nhau theo tuổi bãi chôn lấp. Các bãi
chôn lấp có tuổi càng trẻ (COD >10.000 mg/l), chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ
phân huy sinh hoc, pH thấp hơn 6,5. Tuổi bãi chôn lấp càng cao thì pH càng tăng và
nồng đô các chất ô nhiêm càng giảm nhưng lại khó phân huy sinh học vì chứa chủ
yếu các hơp chất hữu cơ bền vững. Các yếu tố môi trường và cơ chế vận hành bãi
chôn lấp có ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vận
hành quyết định tính chất nước rỉ rác như nước rỉ rác cũ hay mới, sự tích lũy các
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học nhiều hay ít.
Bảng 1.1. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới
Columbia
Cannada
Pereira
Clover Bar
(5 năm vận
(Vận hành từ
hành)
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
Đức
BCL CTR
đô thị
Chất rắn tổng cộng
mg/l
7.990 - 89.100
-
-
Chất rắn lơ lửng
mg/l
190- 27.800
-
-
mg /l
7.800-61.300
-
-
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
Tổng chất rắn hoà
tan
Tổngphosphat(PO4)
Độ kiềm tổng
Nguồn :[15]
1.1.3.2. Thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam
Việt Nam vẫn chưa áp dụng biện pháp phân loại rác tại nguồn nên thành phần
của nước rỉ rác rất phức tạp. Nước rỉ rác không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn
chứa các chất vô cơ hoà tan, kim loaị nặng, các chất hữu cơ độc hại. Vì vậy, vấn đề
vướng mắc hiện nay mà hầu hết các bãi chôn lấp ở Việt Nam gặp phải nhưng chưa
có phương hướng giải quyết tối ưu đó là vấn đề xử lý nước rỉ rác.
Các thành phần nước rỉ rác có thể biến động rất lớn, tùy thuộc vào tuổi,chiều
sâu bãi chôn lấp, thời gian lấy mẫu - mùa mưa hay mùa khô, thành phần, các quá
trình thẩm thấu, tràn, bay hơi và các xu hướng khác. Vì vậy, việc khảo sát các đặc
trưng của nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp suốt một thời gian dài, ngay từ khi mới đi
vào hoạt động, có thể cung cấp những thông tin quan trọng làm cơ sở để chọn lựa
công nghệ xử lý phù hợp. Ngoài ra, thiết kế và thực tế vận hành của các bãi chôn
lấp cũng có những ảnh hưởng quan trọng đến đặc trưng nước rỉ rác.
Kết quả phân tích nước rỉ rác được tổng hợp qua bảng 1.3, pH trong khoảng
6,5 - 8,5. Giá trị COD tại ô chôn lấp cao: 327 - 22.783 mg/l. Nồng đô Nitơ dao động
lớn 62 - 2.427 mg/l. Có thể thấy đặc trưng nhất của nước rỉ rác là hàm lượng TDS,
BOD5, COD, tổng nitơ cao và dao động rất lớn theo thời gian. Như vậy, các đặc
trưng hóa lý nước rỉ rác được phân chia thành hai loại: nước rỉ rác mới (2 - 3 năm
sau khi bãi chôn lấp đi vào hoạt động) và nước rỉ rác cũ (từ năm thứ 4 - 5 trở đi), có
thể nhận thấy nước rỉ rác mới cũng chia thành hai loại khác nhau: trong giai đoạn 3
- 6 tháng đầu, nước rỉ rác mới mang tính axít, với nồng độ COD, BOD, các kim loại
nặng đều từ cao đến rất cao, pH và NH4+ tương đối thấp. Giai đoạn tiếp theo, nồng
độ các ion tự do giảm nhiều, pH trung tính, NH4+ bắt đầu tăng, nhưng COD và BOD
vẫn còn rất cao.
Nhìn chung, nước rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cũng có thành phần
chất hữu cơ dao động trong khoảng lớn, COD từ vài trăm đến trên mười nghìn mg/l.
Tỉ lệ BOD5/COD ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cao hơn một số bãi chôn lấp thế
giới. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được trình bày ở bảng 1.4 rất cao. Ở nhiều nước
trên thế giới, nhiều bãi chôn lấp đã áp dụng việc phân loại rác tại nguồn và áp dụng
các công nghệ thu hồi, tái chế chất thải rắn nên thành phần và tính chất nước rỉ rác ít
phức tạp hơn các bãi chôn lấp ở Việt Nam. Hầu hết chất thải rắn ở nước ta không
được phân loại. Vì thế, thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam không những thay đổi
theo thời gian mà còn phức tạp hơn so với một số nước khác. Thành phần nước rỉ
rác ở nước ta cao và phức tạp cũng do ảnh hưởng của việc vận hành bãi chôn lấp
chưa đảm bảo một bãi chôn lấp hợp vệ sinh và điều kiện khí hậu ẩm ướt, mưa nhiều.
Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam
BCL
BCL Gò Cát
BCL Tràng
BCL
Nam Sơn
(Hồ Chí
Cát (Hải
Xuân Sơn
(Hà Nội)
Minh)
Phòng)
(Hà Nội)
-
6,81-7,98
7,4-7,6
7,7-8,5
6,5-8,22
7,7
TDS
mg/l
6,913-19,875
-
-
4,47-9,24
-
TSS
mg/l
120-2.240
700-2.020
42-84
21-78
986
COD
mg/l
623-2.442
327-1001
3.540
BOD5
mg/l
495-12.302
6.272-9.200
148-398
120-465
2.150
-
0,485-0,540
0,459-0,547
0,234-0,163
0,370-0,465
0,670
Tổng N
mg/l
423-2.253
1.821-2.427
-
179-507
62
N-NH4+
mg/l
-
1.680-2.887
184-543
-
17,2
N-NO3+
mg/l
-
0-6,2
-
-
12,5
Tổng P
mg/l
6,51-24,80
10,3-19,8
-
3,92-8,562
4,31
mg/l
-
-
1.419-4.874
-
-
Cl-
mg/l
-
-
518-1.199
-
-
As
mg/l
0,001-0,003
-
-
0,047-0,086
0,2
Pb
mg/l
0,050-0,086
-
-
0,34
Cd
mg/l
0,010-0,025
-
-
0,14
Hg
mg/l 0,0001-0,0009
-
-
0,0001
-
Tuổi BCL
năm
7
7
9
2
10
[2]
[7]
[10]
[2]
[6]
Thông số
pH
BOD5/COD
Độ
cứng
CaCO3
Đơn
vị
Nguồn trích dẫn
1.020-22.783 13.655-16.814
BCL Thủy
Phương (Huế)
1.1.4. Tác hại của nước rỉ rác
Nước rỉ rác chứa một lượng lớn chất hữu cơ, chất lơ lửng, một số kim loại
nặng, độ màu lớn, mùi khó chịu, khi thải ra môi trường gây ảnh hưởng nghiêm
trọng tới môi trường nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người,
ô nhiễm môi trường đất.
- Hàm lượng chất hữu cơ dễ bị phân huy trong môi trường nước sẽ tác động
mạnh làm cạn kiệt lượng oxi trong nước gây hại đến các loại thủy sinh, cũng như
các loại động vật trong nước.
- Các kim loại nặng nêú tồn tại trong nước sẽ tiêu diệt các loài thủy sinh, hoặc
tác động tích lũy vào cơ thể chúng theo chuỗi thức ăn.
- Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy
sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nước và gây
bồi lắng nguồn nước tiếp nhận. Đối với các nguồn nước ngầm, quá trình ngấm của
nước rò rỉ từ bãi rác có khả năng làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong
nước ngầm như: NH4, NO3, NO2... có độc tính cao đối với con người và động vật sử
dụng nước đó.
Khi các chất lạ xuất hiện trong môi trường nước đến một giới hạn nhất định sẽ
là tác nhân gây bệnh tật cho con người. Nó tác động trực tiếp đến sức khỏe con
người thông qua quá trình sinh hoạt, sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm các chất độc
hại khi sử dụng các loại thức ăn được chế biến từ các loại sinh vật bị nhiễm độc do
ô nhiễm nước.Chính sự tồn tại của các chất độc hại đó trong cơ thể sẽ làm rối loạn
các quá trình sinh - hóa - lý diễn ra bên trong cơ thể và từ đó dẫn đến nhiều loại
bệnh tật: ung thư, kiết lị, dịch tả, bệnh ngoài da...qua chuôi thức ăn và quá trình tích
tụ sinh học.
Nước rỉ rác khi thấm qua những lớp đất bề mặt, lưu giữ trong đất làm cho sự
tăng trưởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất kém đi, làm thuyên giảm
quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành chất dinh dưỡng cho cây trồng, trực tiếp
làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm đất bị thoái hóa, bạc màu.Ngoài ra còn
gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, từ đó làm ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và
phát triển của các loài thực, động vật.
Do đó, khi nguồn nước bị ô nhiễm ở mức độ nặng hay nhẹ đều gây ảnh hưởng
xấu đến giới tự nhiên, hệ sinh thái, động - thực vật thủy sinh.
1.1.5. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác
Nguyên tắc đ ể lựa chọn công nghệ xử lý nướ c rỉ rác:
Trong điều kiện ở Việt Nam, việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rỉ rác phải
theo nguyên tắc:
- Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất lượng nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn
vào nguồn. Nước sau khi xử lý có thể xả vào sông hoặc hồ gần nhất, ngoài ra có thể
dùng cho trồng trọt.
- Công nghệ xử lý phải đảm bảo mức độ an toàn trong trường hợp có sự thay
đổi lớn về lượng mưa, nồng độ nước rỉ rác trong mùa mưa và mùa khô.
- Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, chi phí và
vốn đầu tư phải phù hợp.
- Công nghệ xử lý phải phù hợp với điều kiện Việt Nam, nhưng phải mang
tính hiện đại và có khả năng sử dụng trong thời gian dài.
- Công nghệ xử lý dựa vào: Lưu lượng và thành phần nước rác; tiêu chuẩn thải
nước rác sau khi xử lý vào nguồn; điều kiện thực tế về quy hoạch, xây dựng và vận
hành của BCL; điều kiện về địa chất công trình và địa chất thuy văn; điều kiện về
kỹ thuật (xây dựng, lắp ráp và vận hành); khả năng vốn đầu tư.
- Công nghệ xử lý phải có khả năng thay đổi dễ dàng khi áp dụng các quy
trình xử lý mới đem lại hiệu quả cao.
- Công nghệ xử lý mới có khả năng tái sử dụng nguồn chất thải (năng lượng,
phân bón...)
Hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng trong
thực tiễn. Nhưng 2 phương pháp xử lý cơ bản được áp dụng trong xử lý nước rỉ rác
là phương pháp hóa lý và phương pháp sinh học.
- Phương pháp hóa lý: keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa, kết tủa và
phương pháp màng lọc, lắng.
- Phương pháp sinh học: xử lý vi sinh yếm khí, hiếu khí, thiếu khí và tổ hợp
của chúng.
Với biện pháp xử lý mang tính sinh vật học thì phương pháp sinh học có các
công đoạn thay đổi như phương pháp bùn hoạt tính, thông khí tiếp xúc, tháp lọc
sinh học, xử lý bằng phương pháp kỵ khí, đặc biệt gần đây chuyển sang công đoạn
loại bỏ Nitơ. Tuy nhiên nước rỉ rác có nồng độ cao và hàm lượng độc nhiều, do phải
duy trì sức chứa nên tiêu tốn đất xử lý với quy mô lớn và sau khoảng thời gian nhất
định có nhược điểm là chức năng của phần xử lý tính kỵ khí giảm.
Phương pháp xử lý mang tính vật lý hóa học với các phương pháp như: keo tụ,
ozon hóa lọc cát, hấp phụ than hoạt tính, oxi hóa Fenton, phân ly màng. Với phương
pháp hóa học, chủ yếu thường dùng phương pháp kết tủa đông hay oxi hóa Fenton
nhưng chi phí khá tốn kém và cần chú ý vận hành. Với phương pháp vật lý, chủ yếu
là sử dụng thẩm thấu ngược (R/O: Reverse Osmosis Membrane) và cũng có hiệu
quả đáng kể, tuy nhiên cũng cần chú ý đến nhược điểm của phương pháp này trước
khi xử lý nhằm ngăn ngừa tích tụ bẩn do các chất vô cơ và hữu cơ.
Dó đó để mang lại kinh tế trong quá trình xử lý nước rỉ rác cần phải biết cách
kết hợp giữa các phương pháp xử lý mang tính sinh vật học với phương pháp mang
tính vật lý - hóa học.
1.1.6. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước
1.1.6.1. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác ở nước ngoài
Nước rỉ rác gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường sống vì nồng độ các chất ô
nhiễm có trong nước rất cao và lưu lượng đáng kể. Do đó số lượng các công trình
nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trên thế giới là rất đáng kể, có thể kể ra đây một số
công trình tiêu biểu:
Tizaoui cùng cộng sự [24] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp ozon hóa
và ozone kết hợp với hydrogen peroxide để xử lí nước rỉ rác tại Tunisia, được đặc
trưng bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và màu sắc tối. Kết quả thu
được cho thấy rằng hiệu quả ozon hóa đã gần như tăng gấp đôi khi kết hợp với
hydrogen peroxide khi nồng độ H2O2 là 2 g/L, nhưng 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 sulphate cũng giảm nhẹ. Ngược lại, nồng độ chloride ban đầu
thì giảm, nhưng sau một thời gian thí nghiệm lại tăng lên để đạt được giá trị ban đầu
của nó. Kết quả so sánh chi phí vận hành của 2 phương pháp cho thấy các hệ thống
H2O2/O3 tại H2O2 nồng độ 2 g/L cho chi phí thấp nhất khoảng ~ 2.3 USD/kg COD
được loại bỏ.
Hệ thống nước rỉ rác được nghiên cứu bởi Ushikoshi cùng cộng sự [26]
được lắp đặt tại Yachiyo Town ở quận Kanto, được đưa vào phục vụ vào tháng 4
năm 1999. Hệ thống nàjy được trang bị module màng thẩm thấu ngược (RO) dạng
đĩa - ống được gọi là DT - Module, đã hoạt động một cách hiệu quả trong nhiều
năm qua, nước sau xử lý đạt chất lượng cao. Mặt khác, tại Nhật Bản vấn đề dioxin
đã trở lên ngày càng nghiêm trọng, có mặt phổ biến trong các nước rỉ rác và hệ
thống DT-Module cho thấy hiệu suất rất cao trong việc loại bỏ dioxin từ nước rỉ rác.
Bằng cách áp dụng hệ thống DT-Module cùng với hệ thống lò thiêu đã tạo ra một
hệ thống xử lý nước rỉ rác hoàn chỉnh: Dioxin từ trong bùn từ các bể lắng và muối
khô trong pha đặc của hệ thống RO được tiêu hủy trong lò thiêu kết với ty lệ loại bỏ
dioxin bởi hệ thống DT - Module kết hợp lò thiêu kết là trên 99,9%.
Top và cộng sự [25] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác của một nhà máy tại
Istanbul (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 lý là 15,9 mA /cm2 và thời gian xử lý hợp lý là 30 phút sẽ
làm giảm tối đa COD, màu sắc và loại bỏ phốt pho, tương ứng là 45%, 60% và
91,8%.
1.1.6.2. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước.
Hiện nay công nghệ xử lý nước rỉ rác rất phong phú, đa dạng, đáp ứng nhu cầu
cầu cải thiện môi trường. Xử lý nước rác ở Việt Nam mới được quan tâm từ khoảng
thời gian không quá 10 năm trở lại đây, nên những nghiên cứu về công nghệ chưa
nhiều. Các hệ thống được xây dựng để xử lý nước rác được hình thành chủ yếu là
tính bức xúc của xã hội tại địa phương nơi có bãi chôn lấp rác.
Nhìn chung các nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước chủ yếu tập trung vào
công nghệ sinh học, gần đây mới bắt đầu có những công trình nghiên cứu sử dụng
các phương pháp oxy hóa nâng cao như Fenton, Ozon. Hầu hết các nghiên cứu đều
xử lý nước rỉ rác qua nhiều giai đoạn như Keo tụ - Tạo phức - Fenton - Perozon,
fenton nhiều bậc, UV/fenton,...và hầu hết hiệu quả xử lý đều chưa cao, có thể kể ra
đây một số công trình tiêu biểu như:
Tô Thị Hải Yến và công sự Viện Công nghệ môi trường [12] đã nghiên
cứu "Tuần hoàn nước rỉ rác và phân hủy vi sinh trong môi trường sunphat trong
nghệ chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước rỉ
rác". Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp 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 thải sinh hoạt có thành
phần lignin tới 15,2% 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 oxy 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.
Trần Mạnh Trí [7] đã áp dụng quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để xử lý
nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Tác giả đã sử
dụng quá trình Keo tụ - Tạo phức - Fenton - Perozon để xử lý nước rỉ rác sau phân
hủy sinh học kỵ khí trong bể UASB (COD 5.424 mg/L) ở hệ thống xử lý nước rỉ rác
Gò Cát. Quá trình keo tụ/Fenton được thực hiện bằng cách bổ sung polyferic
sunphat (300 mg Fe3+/L) và sau khuấy nhanh bổ sung tiếp 500 mg H2O2/L vào và
khuấy chậm 120 phút. Với quá trình xử lý này, hiệu suất xử lý COD rất cao (đạt
76%). Sau quá trình Keo tụ - Tạo phức - Fenton, nước rỉ rác tiếp tục được xử lý
bằng Perozon đã xử lý được 97% các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.
Trương Quý Tùng và cộng sự [10] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phát
sinh từ bãi chôn lấp Thủy Tiên - Thừa Thiên Huế bằng tác nhân UV/Fenton. Nước
rỉ rác có ty lệ BOD5/COD = 0,16 ± 0,2. Tác giả đã xử lý nước rỉ rác này bằng tác
nhân Fenton với sự hỗ trợ của đèn UV (200-275 nm, 40W) được bố trí ngập vào
trong thiết bị phản ứng để sử dung tối đa năng lượng của đèn. Kết quả cho thấy, quá
trình này có thể loại bỏ được 71% COD và 90% độ màu nước rỉ rác ở pH ~ 3, nồng
độ H2O2 là 125 mg/L, nồng độ Fe2+ là 50 mg/L, sau thời gian phản ứng là 2 giờ.
Ngoài ra, khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác sau xử lý đã tăng đáng kể, tỉ
lệ BOD5/COD tăng từ 0,15 lên 0,46.
1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác
1.2.1. Trạng thái của Nitơ trong nước thải
Trong nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất hữu
cơ, amoni và các hợp chất dạng oxy 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.
Nitơ phân tử N2
Cố định Nitơ
N- Protein thực vật
N-Protein động vật
Amôn hóa
Khử Nitrat
NH4+ hoặc NH3
+ 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 peptt, axit amin, urê.
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.
Trong nước thải sinh hoạt nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ
(35%). Nguồn Nitơ chủ yếu là từ nước tểu. Mỗi người trong một ngày xả vào hệ
thống thoát nước 1,2 lít nước tểu, tương đương với 12g Nitơ tổng số. Trong số đó
Nitơ trong Urê (N-CO(NH2)2) là 0,7g, còn lại là các loại Nitơ khác. Ure thường
được amoni hóa theo phương trình sau:
+ Trong mạng lưới thoát nước ure bị thủy phân: CO(NH2)2+ 2H2O = (NH4)2CO3
+ Sau đó bị thối rửa ra: (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O
Như vậy NH3 chính là lượng nitơ amôn trong nước thải. Trong điều kiện yếm
khí amoniac cũng có thể hình thành từ Nitrat do quá trình khử Nitrat của vi khuẩn
Denitrificans.
Lượng chất bẩn nitơ amôn (N-NH4) một người trong một ngày xả vào hệ
thống thoát nước: 7g/ng.ngày
Amoni (NH4+) trong nước bề mặt tự nhiên vùng không nhiễm được phát
hiện dưới dạng vết (dưới 0.05ppm). Nồng độ amoni trong nước ngầm cao
hơn
nhiều. Lượng amoni trong nước thải từ khu dân cư và nước thải các nhà máy
hóa chất chế biến thực phẩm, sữa có thể lên tới 10100mg/l.
Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển hoá
từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Các hợp chất Nitrit và Nitrat hình
thành do quá trình oxi hoá của vi sinh vật trong quá trình xử lý, tàng trử và chuyển
tải nước đến người têu dùng. Vì vậy việc xử lý amoni trong nước là đối tượng rất
đáng quan tâm
Nitrit (NO2-) là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa amoniac hoặc
nitơ amoni trong điều kiện hiếu khí nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas. Sau đó
nitrit hình thành tiếp tục được vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa thành nitrat.
Các quá trình nitrit và nitrat hóa diễn ra theo phản ứng bậc I:
NH4+
kn
km
NO2-
NO3-
Trong đó: kn, km là các hằng số tốc độ Nitrit và Nitrat hóa.
Các phương trình phản ứng Nitrit và Nitrat hóa được biểu diễn như sau:
NH4+ + 1,5O2
Nitrosomonas
NO2- + 0,5O2
Phương trình tổng:
NH4+ + 2O2
NO2-+ H2O + 2H+
Nitrobacter
VSV
NO3-
NO3- + H2O + 2H+
Qúa trình Nitrat hóa cần 4,57g oxy cho 1g nitơ amôn. Các loại vi khuẩn
Nitrosomonas và Nitrobacter là các loại vi khuẩn hiếu khí thích hợp với điều kiện
nhiệt độ từ 2030ºC.
Nitrit là hợp chất không bền, nó có thể là sản phẩm của quá trình khử Nitrat
trong điều kiện yếm khí.
Ngoài ra Nitrit còn có nguồn gốc từ nước thải quá trình công nghiệp điện
hóa. Trong trạng thái cân bằng ở môi trường nước, nồng độ Nitrit, Nitrat thường
rất thấp, nó thường nhỏ hơn 0,02 mg/L. Nếu nồng độ Amoni, giá trị pH và nhiệt độ
nước quá cao, quá trình Nitrat hóa diễn ra thuận lợi và nồng độ của nó có thể đạt
đến giá trị lớn. Trong quá trình xử lý nước, Nitrit trong nước sẽ tăng lên đột ngột.
Nitrat (NO3-) là dạng hợp chất vô cơ của Nitơ có hóa trị cao nhất và có
nguồn gốc chính từ nước thải sinh hoạt hoặc nước thải một số ngành công nghiệp
thực phẩm, hóa chất...chứa một lượng lớn các hợp chất Nitơ. Khi vào sông
hồ, chúng tếp tục bị Nitrat hóa, tạo thành Nitrat.
Nitrat hóa là giai đoạn cuối cùng của quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ
chứa Nitơ. Nitrat trong nước thải chứng tỏ sự hoàn thiện của công trình xử lý
nước thải bằng phương pháp sinh học.
Mặt khác, quá trình Nitrat hóa còn tạo nên sự tích lũy oxy trong hợp chất Nitơ
để cho các quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ tiếp theo, khi lượng oxy hòa
tan trong nước rất ít hoặc bị hết.
Khi thiếu oxy và tồn tại Nitrat hóa sẽ xảy ra quá trình ngược lại: tách oxy khỏi
Nitrat và Nitrit để sử dụng lại trong các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ khác.
Quá trình này được thực hiện nhờ các vi khuẩn phản Nitrat hóa (vi khuẩn yếm khí
tùy tện). Trong điều kiện không có oxy tự do mà môi trường vẫn còn chất hữu cơ
cacbon, một số loại vi khuẩn khử Nitrat hoặc Nitrit để lấy oxy cho quá trình oxy
hóa các chất hữu cơ. Qúa trình đó được gọi là khử Nitrat và được tổng hợp qua
bốn phản ứng nối tếp sau:
NO3- → 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 bị oxy hóa, đồng thời NO3- nhận điện và bị khử về N2.
4NO3- + 4H+ + 5Chữu cơ → 5CO2 + 2N2 + 2H2O
Trong quá trình phản nitrat hóa, 1g Nitơ sẽ giải phóng 1,71g O2 (khử Nitrit) và
2,85g O2 (khử nitrat)
1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước
- 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 vật
đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn nước hoặc do quá trình phân hủy các
hợp chất hữu cơ càng làm đẩy nhanh quá trình nhiễm Nitrat, Nitrit trong nước.
Quá trình khoan khai thác nước diễn ra phổ biến cũng là nguyên nhân gây ô
nhiễm nguồn nước ngầm do lượng nước bị khai thác lớn mà lượng nước mới
chưa kịp bổ sung dẫn tới quá trình xâm thực được đẩy mạnh, nước ngầm được bổ
sung bằng việc thấm từ nguồn nước mặt xuống. Do các hoạt động của nguồn trên
