Đánh giá khả năng phân hủy của nấm phanerochaete chrysosporium đối với một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước rỉ rác
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.4 MB, 139 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
ĐỖ LÂM NHƯ Ý
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA NẤM
PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM ĐỐI VỚI
MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÓ PHÂN HỦY
SINH HỌC TRONG NƯỚC RỈ RÁC
Chuyên ngành : Cơng nghệ sinh học
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
PGS. TS. Nguyễn Đức Lượng
TS. Huỳnh Ngọc Phương Mai
Cán bộ chấm nhận xét 1 : .............................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : .............................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 01 tháng 12 năm 2008
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: ĐỖ LÂM NHƯ Ý
Giới tính : Nữ
Ngày, tháng, năm sinh : 14/10/1982
Nơi sinh : Tp.HCM
Chuyên ngành : Công nghệ sinh học
Khóa : 2006
1- TÊN ĐỀ TÀI:
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA NẤM
PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM ĐỐI VỚI MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU
CƠ KHÓ PHÂN HỦY SINH HỌC TRONG NƯỚC RỈ RÁC
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Kế thừa kết quả nghiên cứu chọn lựa chủng nấm Phanerochaete
Chrysosporium có khả năng phân hủy lignin tốt.
Lựa chọn giá bám thích hợp cho nấm.
Khảo sát sự tăng trưởng sinh khối nấm trong môi trường thu nhận sinh khối
Rapper.
Khảo sát điều kiện thích hợp để nấm phân hủy lignin tốt trong môi trường thu
nhận enzym Kirk: pH, nitơ, tỷ lệ giống và sodium citrate.
Khảo sát sự phân hủy lignin của nấm trong môi trường nuớc rỉ rác cũ đã qua
giai đoạn tiền xử lý nitơ theo 2 phương pháp : air stripping và bùn hoạt tính
hiếu khí.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/2008
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/12/2008
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG
TS. HUỲNH NGỌC PHƯƠNG MAI
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Đức Lượng - Thầy đã trực tiếp
giảng dạy tôi trong suốt thời gian học Cao học cũng như hướng dẫn, góp ý để tơi
hồn thành luận văn.
Tơi xin được cảm ơn sự tận tình của Q Thầy Cơ bộ mơn Công nghệ sinh
học Trường Đại học Bách Khoa đã giúp chúng tôi mở rộng kiến thức chuyên môn.
Và cũng không thể nào quên Quý Thầy Cô khoa Sinh Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên đã dạy dỗ tôi trong suốt quãng đời sinh viên Đại học.
Tôi cũng xin được cảm ơn Sở Khoa học & Công nghệ TP.HCM đã hỗ trợ
nguồn kinh phí để thực hiện luận văn.
Tơi xin trân trọng và biết ơn sự nhiệt tình quan tâm, hướng dẫn của TS.
Huỳnh Ngọc Phương Mai cả trong luận văn lẫn trong công việc hiện tại của tôi.
Cảm ơn các bạn thời Đại học và các bạn Cao học đã luôn cùng tôi cố gắng,
cùng động viên nhau phấn đấu học tập.
Với nơi làm việc hiện tại cũng là nơi tôi làm luận văn; tôi xin được bày tỏ lời
cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc trung tâm ETM; toàn thể các anh chị và các
bạn trong Trung tâm đã động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi hồn thành luận văn
và cơng việc.
Tơi xin ghi nhận sự góp ý của Q Thầy Cơ Khoa Mơi trường trường Đại
học Văn Lang giúp tơi hồn thiện luận văn.
Và cuối cùng, tơi xin được cảm ơn gia đình u thương của tơi. Chính gia
đình là nguồn động viên, là động lực, là chỗ dựa tinh thần để tôi luôn cố gắng và
đạt được những gì hơm nay.
Ngày 01 tháng 12 năm 2008
Đỗ Lâm Như Ý
TÓM TẮT
Nước rỉ rác cũ thường chứa nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học
như lignin, humic, fulvic acid và để xử lý các loại chất hữu cơ này thường phải
dùng các biện pháp xử lý hóa lý như oxy hóa, kết tủa, keo tụ, hấp phụ bằng than
hoạt tính, lọc màng. Do đó, việc phát hiện chủng nấm Phanerochaete
chrysosporium có khả năng phân hủy tốt lignin nói riêng và các hợp chất hữu cơ
mạch vịng nói chung sẽ hứa hẹn mở ra hướng xử lý sinh học thân thiện với mơi
trường, nhằm góp phần giải quyết vấn đề trên. Việc nghiên cứu khả năng phân hủy
lignin được thực hiện trên mơi trường cải biên Kirk để tìm ra giá bám thích hợp
RPF và tỷ lệ giống cũng như tìm ra những ảnh hưởng nồng độ của các thành phần
khác trong môi trường này như pH, nitơ, và sodium citrate. Kết quả tốt nhất ghi
nhận được trên môi trường này là sau 10 ngày xử lý với nấm, hiệu quả xử lý lignin
đạt 80%, tương ứng lignin giảm từ 300 mg/l còn 60 mg/l.
Dựa trên cơ sở nghiên cứu này, tiếp tục thử nghiệm trên nước rỉ rác cũ của
bãi chôn lấp Phước Hiệp. Để tạo điều kiện thích hợp cho nấm phát triển, thí nghiệm
được thực hiện trên nước rỉ rác cũ đã qua tiền xử lý nitơ theo 2 phương pháp air
stripping và bùn hoạt tính hiếu khí. Với phương pháp tiền xử lý nitơ bằng air
stripping thì sau xử lý nấm, hiệu quả xử lý COD và lignin tương ứng là 25% và
34%; đối với phương pháp tiền xử lý nitơ bằng bùn hoạt tính hiếu khí, sau khi qua
giai đoạn xử lý nấm hiệu quả xử lý COD và lignin ghi nhận được là 18% và 31%.
Tuy nhiên, việc xử lý sinh học thường địi hỏi thời gian dài. Tóm lại, sau giai đoạn
xử lý sinh học kết hợp nấm và bùn hoạt tính, lượng COD ly tâm còn lại dao động
trong khoảng 500-900 mgO2/l.
ABSTRACT
Old leachate usually has amount of slowly biodegradable organic matters
such as lignin, humic and fulvic acid.
In order to treat such matters, the
physiochemical methods are often proposed such as oxidation (by ozone),
precipitation, coagulation, ultraviolet (UV), activated carbon and membrane
filtration. Therefore, Phanerochaete chrysosporium, which is a white rot fungus and
has ability to degrade lignin in particular as well as aromatic organic compounds
(AOCs) in general, will promise well to open the environmentally friendly
technologies to solve the problem. The research is carried out in modified Kirk
culture to find suitable RPF supporter and ratio of breed as well as the concentrative
influences of some other elements like pH, nitrogen and sodium citrate in Kirk
culture. After 10 days treated by this fungus, the best result is recorded, for instance
lignin removal efficiency is 80%, it means lignin concentration decreases from 300
mg/l to 60 mg/l.
On the basis of the research, the experiment is continuously carried out with
old leachate of Phuoc Hiep landfill. To make a good condition for this fungus’
development, the leachate has pretreated to remove nitrogen in two methods namely
air stripping and aerobic activated sludge. As for air stripping method, after being
treated by the fungus, COD and lignin removal efficiency are 25% and 34%,
respectively. In addition, aerobic activated sludge method gives the result after
Phanerochaete chrysosporium treating, are 18% for COD removal efficiency and
31% for lignin removal efficiency. However, the time needs for treatment the
leachate by biological method is longer than others. To sum up, after treatment by
fungus and aerobic activated sludge combined, the effluent centrifuged COD of old
leachate fluctuates in range of 500-900 mgO2/l..
Trang 1
LỜI MỞ ĐẦU
Nƣớc rỉ rác cũ thƣờng chứa nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học nhƣ
lignin, humic, fulvic acid. Để xử lý triệt để các chất hữu cơ khó phân hủy cịn lại
sau các q trình xử lý sinh học của nƣớc rỉ rác, các phƣơng pháp đang đƣợc sử
dụng phổ biến là oxy hóa, kết tủa, keo tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính, lọc màng.
tuy nhiên chi phí xử lý là khá cao, tiêu tốn nhiều hố chất và chất lƣợng nƣớc đầu ra
khơng ổn định. Nguyên nhân là do chất thải rắn đô thị chứa nhiều các hợp chất
cellulose, lignin và các sản phẩm phân hủy sinh học của chúng là humic, fulvic acid
đƣợc xem là một trong những hợp chất hữu cơ rất bền và khó phân hủy sinh học.
Ngồi ra, do chƣa phân loại rác tại nguồn nên nƣớc rỉ rác cịn chứa một số các chất
thải cơng nghiệp nguy hại. Các hợp chất này độc hại và khó phân hủy sinh học nên
nếu chỉ xử lý bằng phƣơng pháp sinh học thông thƣờng sẽ kém hiệu quả. Việc
nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật đặc biệt, có khả năng phân hủy các hợp
chất độc hại này, làm giảm thành phần chất hữu cơ sau xử lý là rất cần thiết.
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu phổ biến về nấm Phanerochaete chrysosporium bắt
đầu từ những năm cuối thập niên 90. Tác giả Kim Anh, 1999 và Văn Minh, 2002 đã
chứng minh đƣợc khả năng phân giải lignin của nấm và tách chiết đƣợc enzym phân
hủy lignin. Năm 2005, tác giả Nguyễn Thị Thanh Kiều tiếp tục xác định khả năng
phân hủy lignin của nấm Phanerochaete chrysosporium trên một số gỗ dùng trong
công nghiệp giấy và đã xác định đƣợc gen mã hóa cho MnP- enzyme phân hủy
lignin. Một trong những hƣớng ứng dụng đƣợc quan tâm trong nghiên cứu của
Kiều, 2005 là sử dụng nấm phân hủy lignin, nhằm tiết kiệm năng lƣợng trong quá
trình sản xuất cơ học và giảm ô nhiễm môi trƣờng so với phƣơng pháp thông
thƣờng trong sản xuất bột giấy.
Năm 2002 và 2003, nghiên cứu về xử lý nƣớc rỉ rác với nồng độ COD cao đã đƣợc
Sở Khoa học và Công nghệ triển khai. Thực tế cho thấy, sau xử lý sinh học thơng
thƣờng trong nƣớc rỉ rác cịn lại chủ yếu là các hợp chất hữu cơ mạch vịng, khó
phân hủy sinh học, ví dụ nhƣ lignin, humic và fulvic acid. Vì vậy, nƣớc rỉ rác để đạt
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 2
tiêu chuẩn xả thải cần phải tiếp tục qua giai đoạn keo tụ. Tuy nhiên, sau giai đoạn
keo tụ, COD đầu ra có thể đạt tiêu chuẩn cho phép (nguồn loại B) nhƣng không ổn
định và lại làm phát sinh lƣợng bùn cần phải đƣợc xử lý.
Ứng dụng những thành tựu của các cơng trình nghiên cứu trên, hệ thống xử lý nƣớc
rỉ rác tại bãi chơn lấp Gị Cát đƣợc cải tạo với sự kết hợp công nghệ sinh học và
công nghệ màng lọc, tuy đầu ra sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép nhƣng chi phí đầu
tƣ, giá thành xử lý cao và vận hành phức tạp. Vì vậy, hƣớng nghiên cứu của đề tài là
sử dụng nấm Phanerochaete chrysosporium với hệ enzym ligninase để cắt mạch các
chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn, tăng khả năng xử lý sinh
học và thân thiện với môi trƣờng.
1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đánh giá khả năng phân hủy của nấm Phanerochaete chrysosporium đối với một số
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-
Kế thừa kết quả nghiên cứu chọn lựa chủng nấm Phanerochaete
Chrysosporium có khả năng phân hủy lignin tốt .
-
Lựa chọn giá bám thích hợp cho nấm
-
Khảo sát sự tăng trƣởng sinh khối nấm trong môi trƣờng thu nhận sinh khối
Rapper
-
Khảo sát điều kiện thích hợp để nấm phân hủy lignin tốt trong môi trƣờng
thu nhận enzym Kirk: pH, nitơ, tỷ lệ giống và sodium citrate.
-
Khảo sát sự phân hủy lignin của nấm trong môi trƣờng nuớc rỉ rác cũ đã qua
giai đoạn tiền xử lý nitơ theo 2 phƣơng pháp : air stripping và bùn hoạt tính hiếu
khí.
3. PHẠM VI NGHIÊN CÚU
Đối tƣợng nghiên cứu: nƣớc rỉ rác bãi chôn lấp cũ Phƣớc Hiệp
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 3
Phạm vi nghiên cứu: Quy mơ phịng thí nghiệm
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Các tài liệu nghiên cứu trên thế giới cho thấy loại nấm Phanerochaete
chrysosporium (còn gọi là nấm mục trắng) đang đƣợc sử dụng nhiều nhất để xử lý
màu của nƣớc thải dệt nhuộm (Cripps và cộng sự, 1990; Ollikka và cộng sự, 1993;
1998; Kirby và cộng sự, 1995; Rodriguez Couto và cộng sự, 2000; Kunz và cộng
sự, 2000; Ferreira và cộng sự, 2000; Bakshi và cộng sự, 2006; Gao và cộng sự,
2006). Tuy nhiên, theo Ollikka P., 1993, Shim và Kawamoto năm 2002 loại nấm
này cũng có khả năng phân hủy các chất hữu cơ có chứa vịng thơm kể cả đơn vịng
và đa vịng , ví dụ nhƣ lignin, DDT, lindane, chlorinated aniline, các hợp chất
chlorinated phenolic và thậm chí các hợp chất PCB và dioxin… Đặc trƣng của loại
nấm này là tiết ra enzyme Lignin Peroxidase (LiP), Manganese peroxidase (MnP)
có khả năng oxy hóa các vịng thơm, chuyển chúng thành các hợp chất đơn giản
hơn, dễ phân hủy sinh học hơn .
Tuy nhiên, cho đến hiện nay, nghiên cứu để áp dụng thực tế cho loại nấm này còn
rất ít. Trên cơ sở đó, nghiên cứu đƣợc thực hiện để xác định khả năng ứng dụng
nấm Phanerochaete chrysosporium để xử lý chất hữu cơ khó phân hủy sinh học
trong nƣớc rỉ rác sau giai đoạn xử lý nitơ, nhằm đƣa ra một giải pháp thích hợp về
mặt cơng nghệ, hiệu quả kinh tế, thân thiện môi trƣờng, cũng nhƣ đạt đƣợc tiêu
chuẩn xả thải tại địa phƣơng.
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NƢỚC RỈ RÁC
1.1 THÀNH PHẦN NƢỚC RỈ RÁC
1.1.1 Thành phần nƣớc rỉ rác trên thế giới
Nƣớc rỉ rác từ các bãi chôn lấp là chất lỏng thấm qua lớp chất thải rắn mang theo
các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng (Tchobanoglous, 1993). Trong tất cả các bãi
chôn lấp, nƣớc rỉ rác bao gồm dịng chất lỏng đi vào bãi chơn lấp từ các nguồn nhƣ:
nƣớc mặt chảy tràn, nƣớc mƣa, nƣớc ngầm, độ ẩm của rác và chất lỏng sinh ra trong
quá trình dầm nén chất thải và phân hủy chất hữu cơ trong rác. Thành phần nƣớc rỉ
rác thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào chất thải đƣa vào bãi chôn lấp, qui trình
(phƣơng pháp) vận hành bãi chơn lấp, thời gian vận hành bãi chơn lấp, điều kiện khí
tƣợng thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác và đặc biệt là khí hậu,…. Vì vậy mỗi
quốc gia và khu vực sẽ có thành phần nƣớc rỉ rác khác nhau.
Ảnh hƣởng của yếu tố thời gian vận hành bãi chôn lấp đến thành phần, tính chất và
cơng nghệ xử lý nƣớc rỉ rác đƣợc thể hiện trong Bảng 1.1
Bảng 1.1 Mối quan hệ giữa thời gian vận hành bãi chôn lấp, tính chất nƣớc rỉ rác và
hệ thống xử lý.
Dƣới 5 năm
Tuổi bãi chôn lấp
(Bãi chôn lấp trẻ)
Từ 5 đến 10 năm
(bãi chơn lấp trung
bình)
Trên 10 năm
(Bãi chơn lấp già)
Loại nƣớc rỉ rác
I (GĐ phân hủy sinh học)
II (GĐ trung gian)
III (GĐ ổn định)
pH
< 6,5
6,5 – 7,5
>7,5
COD (mg/L)
>10000
<10000
<5000
2 – 2,7
>2,7
COD/TOC
<2,7
BOD5/COD
>0,5
0,1 – 0,5
<0,1
VFA (%TOC)
>70
5 - 30
<5
Quy trình
Hiệu suất của hệ thống xử lý
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 5
Tuổi bãi chôn lấp
Dƣới 5 năm
(Bãi chôn lấp trẻ)
Từ 5 đến 10 năm
(bãi chơn lấp trung
bình)
Trên 10 năm
(Bãi chơn lấp già)
Hệ thống sinh học
Tốt
Vừa
Kém
Oxi hóa hóa học
Vừa – kém
Vừa
Vừa
Kết tủa hóa học
Vừa – kém
Vừa
Kém
Than hoạt tính
Vừa – kém
Tốt – vừa
Tốt
Keo tụ - tạo bông
Vừa – kém
Tốt – vừa
Tốt
Thẩm thấu ngƣợc
Vừa
Tốt – vừa
Tốt
Nguồn: Amokrane, và cộng sự, 1997.
Các nghiên cứu của Loan, 2007 và Amokrane, 1997 cho thấy khi bãi chơn lấp vừa
mới vận hành thì thành phần nƣớc rỉ rác chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân
phân hủy sinh học do đó hiệu quả xử lý các hợp chất này tại các bể sinh học rất cao.
Tuy nhiên, bãi chôn lấp vận hành càng lâu, COD càng giảm và chất hữu cơ chủ yếu
là các chất khó hoặc khơng phân phân hủy sinh học. Vì vậy, phƣơng pháp xử lý
sinh học thông thƣờng bằng bùn hoạt tính chƣa thể giải quyết triệt để các chất hữu
cơ khó phân hủy sinh học.
Tuy nhiên đối với từng quốc gia, từng bãi chơn lấp cũng có sự khác nhau về thành
phần và tính chất nƣớc rỉ rác và đƣợc thể hiện trong Bảng 1.2, 1.3 và 1.4:
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 6
Bảng 1.2 Thành phần nƣớc rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới
Thành phần
Năm vận hành
Hoa Kỳ (1)
Đơn vị
pH
Độ kiềm
mgCaCO3/l
1
5,2-6,4
8004.000
10.000-
5
16
Europe (2)
Canada (3)
Đức (4)
Colombia (5)
-
Trƣớc 1975
-
5
(BCL Clover
(BCL CTR đô
(BCL Pereira)
Bar)
thị)
6,3
-
5,3-8,5
8,3
-
7,2 – 8,3
5410
2.250
300-11.500
4.030
-
3.050 -8.540
8.000
400
150 -100.000
1.090
2.500
4.350 -65.000
4.500
80
100-90.000
39
230
1.560 – 48.000
COD
mgO2/l
BOD
mgO2/l
TKN
mg/l
-
-
-
50 – 5.000
-
920
-
N-NH3
mg/l
56 - 482
-
-
1 – 1.500
455
1.100
200-3.800
P – tổng
mg/l
-
-
-
-
-
-
2 - 35
SS
mg/l
-
-
-
-
-
-
190-27.800
TS
mg/l
100-700
-
-
-
-
-
7.990-89.100
TDS
mg/l
-
-
-
-
-
-
7.800-61.300
Cl-
mg/l
600-800
1.330
70
-
-
2.150
-
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
40.000
7.50028.000
Trang 7
Thành phần
Năm vận hành
Hoa Kỳ (1)
Đơn vị
1
5
16
Europe (2)
Canada (3)
Đức (4)
Colombia (5)
-
Trƣớc 1975
-
5
(BCL Clover
(BCL CTR đô
(BCL Pereira)
Bar)
thị)
Ca
mg/l
-
-
-
-
-
200
-
Mg
mg/l
mg/l
-
-
-
-
-
150
-
-
-
-
-
-
1.150
-
mg/l
-
-
-
-
-
240
-
Fe
mg/l
-
-
-
-
-
25
-
Zn
mg/l
-
-
-
-
-
0,6
-
Ni
mg/l
-
-
-
0,02–2,05
-
-
-
Cd
mg/l
-
< 0,05
< 0,05
0,14
-
-
-
Pb
mg/l
-
0,5
1,0
1,02
-
-
-
Cr
mg/l
-
-
-
0,03-1,60
-
-
-
Hg
mg/l
-
-
0,05
-
-
-
Na
SO4
2-
Nguồn:
(1): Qasim and Chiang, 1994
(2): Andreottola and Cannas, 1992
(3): F. Wang và cộng sự., 2004
(4): KRUSE, 1994
(5): Diego Paredes, 2003
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 8
Bảng 1.3 Thành phần nƣớc rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á
Thành phần
Năm vận hành
Đơn vị
Thái Lan
Phitsanuklok
Pathumthani
Nakhonpathom
Pathumthani
On-Nutch
1
3
4
9
20
8,2 – 8,5
960 – 2.740
800 – 3.575
100- 240
64 – 1.260
8,4 – 15,7
274 – 1.200
8,1
6.620
3.200
280
1.256
12,5
848
7,5
1.200
130
700
2 - 32
488
11.320
655 – 2.200
0,1
0,001
0,05
0,08 – 2,9
-
2530
0,25
0,002
0,07
-
0,035
0,52
0,648
pH
7,1 – 8,3
8,2 – 8,9
Độ kiềm
mgCaCO3/l
300 – 4.700
918 – 4.250
COD
mg/l
4.900 – 11.000
1.488 – 3.200
BOD
mg/l
3.000 – 7.150
198 - 260
TKN
mg/l
240 - 452
N-NH3
mg/L
150 – 1.250
SS
mg/l
1.950
29 - 110
TS
mg/l
6.700
350 – 1.598
TDS
mg/l
Cl
mg/l
1.220 – 5.545
Ni
mg/l
0,02 – 1,56
0,01 – 0,42
Cd
mg/l
0,037
0,02
Pb
mg/l
0,03 – 0,45
0,07
Cr
mg/l
0,01 – 0,52
Hg
mg/l
0,50 – 1,70
Nguồn: Pollution Control Department, 2000 and Sivapornpun, 2000
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 9
Bảng 1.4 Thành phần nƣớc rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á (tiếp theo)
Thành phần
Đơn vị
Malaysia (6)
Hong Kong (7)
-
Air Hitam
5
7,6 – 8,8
Sabak Bernam
7
8,0 – 8,01
Taman Beringin
16
7,8 – 8,7
6
8,1 – 8,6
10
7,6 – 8,1
mgCaCO3/l
1.540 – 9.000
1.200 – 1.550
3.750 – 3.950
10.700 –
3.230 –
COD
BOD
mg/l
mg/l
1.724 – 7.038
1.120 – 1.800
1.250 – 2.570
726 – 1.210
1.960 - 5500
562 – 1.990
2.460
11.700–
2.830
641
- 873
4.940
-
TKN
N-NH3
SS
mg/l
mg/l
mg/l
131 - 930
2 - 32
410 – 1.250
3 -8
111 - 920
104 - 1014
2 - 47
420 – 1.150
2.219 –
1.190
2.860–
40
- 53
2.700
889 – 1.180
784 – 1.156
3 - 124
TS
mg/l
13.930-15.380
-
10.300-13.680
-
-
-
Cl
Ni
mg/l
mg/l
1.625 – 3.200
0,13 – 0,95
420 – 1.820
-
875 - 2875
0 – 0,6
2.320 –
2.740
522 - 853
-
Cd
Pb
mg/l
mg/l
0 – 0,23
0 – 5,37
0 – 0,001
0 – 0,03
0 - 015
0 – 3,45
-
-
Cr
mg/l
0,24 – 0,94
-
0,04 – 0,70
-
-
-
-
-
-
Năm vận hành
pH
Độ kiềm
Hg
Nguồn:
mg/l
(6): Agamuthu, 1999 (7): Robinson and Luo, 1991
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 10
Nhìn chung nƣớc rỉ rác ở các khu vực có điều kiện tự nhiên và cách thức vận hành
bãi chơn lấp khác nhau sẽ có thành phần khác nhau nhƣng vẫn có những đặc điểm
chung là nồng độ COD, BOD cao (có thể lên đến vài chục ngàn mgO2/l) đối với
nƣớc rỉ rác mới và khoảng vài ngàn đối với nƣớc rỉ rác cũ. pH của nƣớc rỉ rác tăng
ứng với nồng độ COD, BOD giảm theo thời gian vận hành bãi chôn lấp. Nồng độ
N-NH3 rất cao trong nƣớc rỉ rác cũ. Các kim loại nặng tồn tại trong nƣớc rỉ rác ở
một hàm lƣợng rất thấp.
1.1.2 Thành phần nƣớc rỉ rác Việt Nam
Hiện nay tại thành phố Hồ Chí Minh có 2 bãi chơn lấp đang hoạt động là Phƣớc
Hiệp và Đa Phƣớc với công suất tiếp nhận rác tại mỗi bãi rác khoảng 3.000
tấn/ngày. Hai bãi chơn lấp Gị Cát và Đơng Thạnh đã đóng cửa. Tuy nhiên, vấn đề
mùi hôi của rác và nƣớc rỉ rác vẫn phải đƣợc quan tâm. Do chất thải rắn của thành
phố chƣa đƣợc phân loại dẫn đến nƣớc rỉ rác đƣa vào hệ thống xử lý có khoảng dao
động rất lớn về nồng độ. Đối với bãi chốn lấp mới vận hành có nồng độ COD rất
cao có thể lên đến 50.000mgO2/l, ngƣợc lại BCL đã qua thời gian vận hành lâu có
COD rất thấp chỉ khoảng 3.000mgO2/l. Ngồi ra, trong nƣớc rỉ rác cịn có nhiều tạp
chất nhất là hàm lƣợng Ammonia (NH3) và chứa nhiều đất, cát, chất rắn lơ lửng nên
khi xử lý gặp rất nhiều khó khăn. Nhà máy xử lý nƣớc rỉ rác của BCL Gị Cát có
cơng suất thiết kế xử lý đƣợc khoảng 400 m3 nƣớc rỉ rác/ngày, nhƣng khi đƣa vào
vận hành thì chỉ xử lý đƣợc khoảng từ 20-50 m3 nƣớc rỉ rác/ngày. Một phần do
công nghệ chƣa thật sự phù hợp, một phần vì bãi rác Gị Cát sau nhiều năm sử dụng
đã trở nên quá tải, tiếp nhận hơn 4 triệu tấn rác/năm trong khi công suất thiết kế là
tiếp nhận 3,5 triệu tấn/năm.
Cũng nhƣ nhiều loại nƣớc thải khác, thành phần pH, độ kiềm, COD, BOD, NH3,
SO42-,… của nƣớc rỉ rác sinh ra từ các bãi chôn lấp là một trong những thông số
quan trọng dùng để xác định cơng nghệ xử lý, tính tốn thiết kế các cơng trình đơn
vị, lựa chọn thiết bị xác định liều lƣợng hoá chất tối ƣu và xây dựng quy trình vận
hành thích hợp. Thành phần nƣớc rỉ rác của một số bãi chơn lấp Tp.Hồ Chí Minh
đƣợc thể hiện trong bảng sau:
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 11
Bảng 1.5 Thành phần nƣớc rỉ rác của một số bãi chơn lấp tại thành phố Hồ Chí Minh
KẾT QUẢ
CHỈ TIÊU
Thời gian lấy
mẫu
ĐƠN VỊ
Phƣớc Hiệp
Gị Cát
Đơng Thạnh
NRR mới
2,3,4/2002
NRR cũ
8/2006
NRR mới
1,4/2003
NRR cũ
4/03-8/06
NRR
2,4/2002
NRR
8,11/2003
-
4,8-6,2
7,5 – 8,0
5,6 – 6,5
7,3 – 8,3
6,0 – 7,5
8,0 – 8,2
mg/l
7.300-12.200
9.800 –
16.100
18.260 –
20.700
6.500 – 8.470
10.950 –
15.800
9.100 –
11.100
mgCaCO3/l
5.833-9.667
590
5.733 – 8.100
-
1.533 – 8.400
1.520 – 1.860
Ca2+
mg/l
1.670-2.740
40 – 165
2.031 – 2.191
110 – 670
1.122 –
11.840
100 – 190
SS
mg/l
1.760-4.310
90 - 4.000
790 – 6.700
-
1.280 – 3.270
169 – 240
VSS
mg/l
1.120-3.190
-
-
-
-
-
COD
mg/l
39.61459.750
2.950 – 7.000
24.000 –
57.300
1.510 – 4.520
38.533 –
65.333
916 – 1.702
BOD
mg/l
1.010 – 1.430
18.000 –
48.500
240 – 2.120
33.570 –
56.250
235 – 735
VFA
mg/l
30.00048.000
21.87825.182
-
16.777
-
-
-
pH
TDS
Độ cứng tổng
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 12
KẾT QUẢ
CHỈ TIÊU
Thời gian lấy
mẫu
ĐƠN VỊ
Phƣớc Hiệp
Gị Cát
Đơng Thạnh
NRR mới
2,3,4/2002
NRR cũ
8/2006
NRR mới
1,4/2003
NRR cũ
4/03-8/06
NRR
2,4/2002
NRR
8,11/2003
N-NH3
mg/l
297-790
1.360 – 1.720
760 – 1.550
1.590 – 2.190
1.245 – 1.765
520 – 785
N-Ogarnic
mg/l
336-678
-
252 – 400
110 – 159
202 – 319
-
SO42-
mg/l
1.600-2.340
-
2.300 – 2.560
-
1.216 – 2.235
30 – 45
Humic
mg/l
-
297-359
250 – 350
767 – 1.150
-
275 – 375
Lignin
mg/l
-
52-86
-
74,7
-
36,2 – 52,6
Dầu khoáng
mg/l
-
-
-
-
-
10 – 16,5
H2S
mg/l
106
-
4,0
-
-
-
Phenol
mg/l
-
-
-
-
-
0,32 – 0,6
Chất hoạt động
bề mặt
mg/l
-
-
1,71
-
-
0,17 – 0,24
Phospho tổng
mg/l
55 – 90
14 -55
5 – 30
7 – 20
14 – 42
11 – 18
Tetrachlorethylen
mg/l
-
KPH
KPH
KPH
KPH
KPH
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 13
KẾT QUẢ
CHỈ TIÊU
Thời gian lấy
mẫu
ĐƠN VỊ
Phƣớc Hiệp
Gị Cát
Đơng Thạnh
NRR mới
2,3,4/2002
NRR cũ
8/2006
NRR mới
1,4/2003
NRR cũ
4/03-8/06
NRR
2,4/2002
NRR
8,11/2003
Trichorethylen
mg/l
-
KPH
KPH
KPH
KPH
KPH
N-NH3
mg/l
279 – 790
1.360 -1.720
582 – 1.547
369 – 391
1.602 – 2.570
520 – 1.970
N-Organic
mg/l
336 – 678
-
252 – 408
34 – 159
202 – 319
-
Mg2+
mg/l
404 – 687
119
-
-
259 – 265
373
Fe tổng
mg/l
204 – 208
13,0
-
-
-
64 – 120
Al
mg/l
0,04 – 0,50
-
-
-
0,23 – 0,26
-
Zn
mg/l
93,0 – 202,1
KPH
0,25
-
-
0,3 – 0,48
Cr tổng
mg/l
0,04 – 0,05
KPH
KPH
-
KPH
0,01 – 0,05
Cu
mg/l
3,5 – 4,0
0,22
0,25
-
0,85 – 3,00
0,1 – 0,14
Pb
mg/l
0,32 – 1,9
0,076
0,28
-
14,21
0,06 – 0,015
Cd
mg/l
0,02 – 0,1
KPH
0,008
-
0,00 – 0,03
0,02 – 0,08
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Trang 14
KẾT QUẢ
CHỈ TIÊU
Thời gian lấy
mẫu
ĐƠN VỊ
Phƣớc Hiệp
Gị Cát
Đơng Thạnh
NRR mới
2,3,4/2002
NRR cũ
8/2006
NRR mới
1,4/2003
NRR cũ
4/03-8/06
NRR
2,4/2002
NRR
8,11/2003
Mn
mg/l
14,50 – 32,17
0,204
33,75
-
4,22 – 11,33
0,66 – 0,73
Ni
mg/l
2,21 – 8,02
0,408
0,762
-
0,63 – 1,84
0,65 – 0,18
Hg
mg/l
-
-
0,01
-
-
0,01 – 0,04
As
mg/l
-
-
-
-
-
0,01 – 0,022
Sn
mg/l
-
-
KPH
-
-
2,2 – 2,5
Nguồn: CENTEMA 03/2007
HVTH: Đỗ Lâm Như Ý
Kết quả cho thấy tính chất nƣớc rỉ rác mới tại 3 bãi chôn lấp này gần giống nhau
nhƣ nồng độ COD rất cao khoảng 40.000 – 60.000 mgO2/l, tỉ lệ BOD5/COD cao và
dao động trong khoảng 0,5 – 0,9; nồng độ N-NH3 không cao khoảng 300 – 1.500
mg/l và giá trị pH thấp khoảng 5,0 – 7,5 đối với nƣớc rỉ rác của bãi chôn lấp vừa
mới vận hành. Tuy nhiên sau một khoảng thời gian vận hành BCL thì nồng độ
COD, BOD giảm đáng kể, lƣợng N-NH3 tăng đáng kể và giá trị pH cũng tăng.
1.2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC
1.2.1 Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác trên thế giới
Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác tại Đức
Một torng những công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác ở miền Bắc nƣớc Đức là công nghệ
kết hợp đƣợc cả ba q trình lý học, hóa học và sinh học. Đầu tiên là áp dụng quá
trình đƣợc nitrat hóa và sau đó là khử Nitrat để loại bỏ Nitơ trong nƣớc rỉ rác. Kế
tiếp là sử dụng hai quá trình cơ học là lắng và lọc để loại bỏ bớt bơng cặn hình
thành trong q trình xử lý sinh học phía trƣớc và làm tăng hiệu quả cho q trình
oxy hóa với ozone. Tại q trình oxy hóa với ozone các chất hữu cơ khó phân hủy
sinh học có cấu tạo phức tạp sẽ đƣợc cắt mạch thành những chất hữu cơ có cấu tạo
đơn giản hơn để chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học phía sau và oxy hóa một phần
thành CO2 và H2O. Quá trình sinh học ở đây để xử lý các hợp chất hữu cơ cịn lại,
sau khi đã oxy hóa ozon là dùng đĩa quay sinh học. Công đoạn cuối cùng là dùng bể
lọc để lọc bơng cặn hình thành trong q trình xử lý sinh học phía trƣớc và làm cho
nƣớc rỉ rác đạt tiêu chuẩn xả thải vào nguồn tiếp nhận.
Quá trình xử lý nƣớc rỉ rác của Đức kết hợp sinh học và hóa lý
Nƣớc rỉ rác
Nitrat hóa
Khử Nitrat
Lắng
Lọc
Oxy hóa với ozone
Bể tiếp xúc sinh học
Nguồn tiếp nhận
Hình 1.1 Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác ở miền Bắc nƣớc Đức
Nồng độ nƣớc rỉ rác trƣớc và sau xử lý của công nghệ trên đƣợc thể hiện ở bảng 1.6
Bảng 1.6 Nồng độ nƣớc rỉ rác trƣớc và sau xử lý của công nghệ miền Bắc nƣớc
Đức
Chỉ
Ra khử
Ra oxy
Ra sinh
Tiêu chuẩn
nitơ
hóa
học quay
của Đức
COD
mgO2/l
2600
900
+
NH4
mg/l
1100
0,3
Nguồn : ATV 7.2.26, Anonymus 1996
130
-
70
-
200
70
tiêu
Đơn vị
Đầu vào
Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác tại Trung Quốc
Nƣớc rỉ rác
UASB
SBR
Lắng
MF
RO
Nguồn tiếp nhận
Hình 1.2 Cơng nghệ xử lý nƣớc rỉ rác tại Trung Quốc (Zhanjiang Li, 2007)
Đây là một trong những công nghệ tiêu biểu của Trung Quốc để xử lý nƣớc rỉ rác
sinh ra từ bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị Guangzhou Xingfeng. Mỗi ngày BCL
tiếp nhận từ 5.500 – 6.500 tấn chất thải rắn đô thị và sinh ra khoảng 1.700 m3 nƣớc
rỉ rác. Công nghệ kết hợp quá trình sinh học và RO để xử lý nƣớc đạt tiêu chuẩn
nguồn tiếp nhận. Đầu tiên nƣớc rỉ rác sẽ qua hệ thống UASB để xử lý các hợp chất
hữu cơ dễ phân hủy sinh học với tải trọng cao. Sau khi qua bể UASB nƣớc thải tiếp
tục đƣợc đƣa vào bể SBR để xử lý triệt để các hợp chất hữu cơ có khả năng phân
hủy sinh học còn lại trong nƣớc rỉ rác. Sau q trình xử lí sinh học nƣớc đƣợc cho
qua bể lắng để loại bỏ bùn và cặn lơ lửng để tiếp tục đi qua hệ thống lọc màng và
thẩm thấu ngƣợc để xử lý triệt để các hợp chất hữu cơ khó hoặc khơng phân hủy
sinh học trong nƣớc rỉ rác. Sau quá trình xử lý hiệu quả xử lý COD, BOD và Nitơ
tổng tƣơng ứng là 99,8%, 99,8% và 99,5% đạt tiêu chuẩn xả thải tại địa phƣơng.
Nhìn chung, hầu hết tất cả các cơng nghệ xử lý nƣớc rỉ rác đều có sự tham gia của
bùn hoạt tính sinh học. Trong cơng nghệ này nƣớc thải sau khi đi qua hệ thống sinh
học sẽ đƣợc loại bỏ tất cả các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy và kết hợp xử lý Nitơ.
Sau quá trình sinh học nƣớc đƣợc qua bể lắng và bể lọc để loại bỏ bùn và cặn lơ
lửng để tiếp tục vào đi vào quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ khó hoặc khơng
phân hủy sinh học bằng quá trình thẩm thấu ngƣợc. Sau quá trình này nƣớc đạt tiêu
chuẩn xả thải và đƣợc xả vào nguồn tiếp nhận.
.
1.2.2 Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác tại Việt Nam
Công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác ở Việt Nam nói chung và TP Hồ Chí Minh nói riêng
hiện nay đang bộc lộ một số nhƣợc điểm nguyên nhân là do:
Thiết kế hệ thống thu gom nƣớc rỉ rác chƣa tối ƣu;
Quy trình vận hành bãi chơn lấp;
Thành phần chất thải rắn sinh hoạt và chất thải rắn đô thị đƣa vào bãi chôn
lấp;
Sự thay đổi nhanh của nồng độ chất ơ nhiễm có trong nƣớc rỉ rác;
Nhiệt độ cao của Việt Nam;
Giá thành xử lý bị hạn chế;
Giới hạn về chi phí đầu tƣ (Loan, 2007).
Cơng nghệ xử lý nƣớc rỉ rác tại BCL Gị Cát
Bãi chơn lấp Gị Cát đƣợc xây dựng với tổng diện tích là 25 ha và đƣợc đi vào hoạt
động từ năm 2001 đến 2007. Hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác tại đây đƣợc thiết kế với
công suất 400 m3/ngày đêm và theo sơ đồ dây chuyền cơng nghệ của Hà Lan đƣợc
trình bày trong Hình 1.3
Nƣớc rỉ rác
Trạm bơm
Bể len men kỵ
khí(1000m3)
Bể lọc áp lực(17,8m3/h)
Thiết bị lọc màng UF
Bể thổi khí
Nguồn tiếp nhận
Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý nƣớc rỉ rác BCL Gò Cát
(CENTEMA, 2002)
Trong giai đoạn đầu vận hành bãi chôn lấp HTXL đạt hiệu quả tốt. Nhƣng khi
lƣợng rác thải đổ vào BCL với công suất khoảng 2.000 tấn/ngày, và lƣợng nƣớc rỉ
rác sinh ra có COD lên đến 50.000 - 60.000 mgO2/l thì hiệu quả xử lý bắt đầu giảm
và hệ thống từ từ ngƣng hoạt động. Tƣ vấn Hà Lan đã phải hiệu chỉnh lại và tăng
thêm một số hạng mục cơng trình nhƣ Hình 1.4 sau đây:
