Tải bản đầy đủ

ẢNH HƯỞNG CỦA PIN ĐÃ QUA SỬ DỤNG TẠI HỘ GIA ĐÌNH ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ HỮU CƠ TRONG CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ ĐỂ LÀM PHÂN COMPOST

ẢNH HƯỞNG CỦA PIN ĐÃ QUA SỬ DỤNG TẠI HỘ GIA ĐÌNH ĐẾN QUÁ
TRÌNH PHÂN HUỶ HỮU CƠ TRONG CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ ĐỂ LÀM
PHÂN COMPOST



A. GIÓI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH Ủ PHÂN COMPOST:

Ngày nay, mọi người đều ít nhiều biết đến việc ủ compost hay là m ột quá trình
sinh học trong xử lý chất thải hữu cơ. Ủ compost cũng là quá trình không th ể
thiếu trong các mô hình xử lý chất thải rắn đô thị hi ệu quả. Mô hình x ử lý c ơ
sinh học (Mechanical Biological Treatment - MBT) được áp dụng phổ bi ến trên
thế giới hiện nay chính là sự kết hợp hiệu quả của quá trình ủ compost hay
phức hợp biogas-composting với các quá trình xử lý cơ học và tái chế khác.

Nội dung của bài viết này nhằm trao đổi những khái niệm khoa học về quá trình
ủ compost, các mô hình công nghệ ủ compost quy mô l ớn áp d ụng trên th ế gi ới
và tại Việt Nam hiện nay.
1. Những khái niệm khoa học về ủ compost

Ủ compost được hiểu là quá trình phân hủy sinh học hi ếu khí các ch ất th ải h ữu

cơ dễ phân hủy sinh học đến trạng thái ổn định dưới sự tác động và ki ểm soát
của con người, sản phẩm giống như mùn được gọi là compost. Quá trình di ễn ra
chủ yếu giống như phân hủy trong tự nhiên, nhưng được tăng cường và tăng tốc
bởi tối ưu hóa các điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh v ật. [1]
(Bảng).


Lịch sử quá trình ủ compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh c ủa nông
nghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3.000 năm
trước Công nguyên như là một quá trình xử lý chất thải nông nghi ệp đầu tiên
trên thế giới. Người Trung Quốc đã ủ chất thải từ cách đây 4.000 năm, người
Nhật đã sử dụng compost làm phân bón trong nông nghiệp từ nhi ều thế kỷ. Tuy
nhiên đến năm 1943, quá trình ủ compost mới được nghiên cứu m ột cách khoa
học và báo cáo bởi Giáo sư người Anh, Sir Albert Howard th ực hi ện tại Ấn Đ ộ.
Đến nay đã có nhiều tài liệu viết về quá trình ủ compost và nhi ều mô hình công
nghệ ủ compost quy mô lớn được phát tri ển trên thế giới. Compost là s ản ph ẩm
giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dị dưỡng phong phú, ngoài ra còn ch ứa các
nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và cây tr ồng. Sản phẩm compost được sử dụng
chủ yếu làm phân bón hữu cơ trong nông nghiệp hay các mục đích cải tạo đất và
cung cấp dinh dưỡng cây trồng. Ngoài ra, compost còn được bi ết đến trong
nhiều ứng dụng, như là các sản phẩm sinh học trong việc xử lý ô nhi ễm môi
trường, hay các sản phẩm dinh dưỡng, chữa bệnh cho vật nuôi và cây tr ồng[2].
Phương pháp ứng dụng vi sinh vật rất quan trọng trong quá trình ủ compost.
Thực tế, hệ vi sinh vật cần thiết cho quá trình ủ compost đã có s ẵn trong v ật
liệu hữu cơ, tự thích nghi và phát tri ển theo từng giai đoạn của quá trình ủ
compost. Các thành phần bổ sung thông thường có th ể là s ản phẩm sau ủ
compost hay các thành phần giúp điều chỉnh dinh dưỡng (C/N). Vi ệc bổ sung các
chế phẩm có bản chất là vi sinh vật ngoại lai hay enzyme là không c ần thi ết mà
vẫn có thể ủ compost thành công. Kiểm soát tốt các điều ki ện môi tr ường ảnh
hưởng tới hoạt động của vi sinh vật chính là nhân tố quyết định sự thành công
của quá trình ủ compost. Kiểm soát tốt quá trình ủ compost cũng giúp gi ảm phát
sinh mùi ô nhiễm và loại bỏ các mầm vi sinh v ật gây b ệnh. Vì v ậy các gi ải pháp
kỹ thuật trong công nghệ ủ compost hiện đại đều hướng tới mục tiêu ki ểm soát
tối ưu các điều kiện môi trường cùng với khả năng vận hành thuận ti ện.


Đặc điểm cần lưu ý đối với ủ compost từ chất thải rắn đô th ị là phân loại đ ể
loại bỏ các kim loại nặng hay các hóa chất độc h ại khác vì chúng c ản tr ở quá
trình chuyển hóa và có nguy cơ gây ô nhiễm cho sản phẩm compost.
2. Các mô hình công nghệ trên thế giới



Các mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn hiện nay trên th ế gi ới được phân
loại theo nhiều cách khác nhau. Theo trạng thái c ủa kh ối ủ compost tĩnh hay
động, theo phương pháp thông khí khối ủ cưỡng bức hay tự nhiên, có hay không
đảo trộn. Dựa trên đặc điểm, hệ thống ủ compost l ại được chia thành h ệ th ống
mở và hệ thống kín, liên tục hay không liên tục. Mô hình ủ compost h ệ th ống m ở
phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh, luống động có k ết h ợp thông
khí cưỡng bức hoặc đảo trộn theo chu kỳ (Hình 1). Nhược đi ểm của hệ th ống
mở là chịu ảnh hưởng bởi thời tiết và thời gian ủ có th ể kéo dài, thường ch ỉ áp
dụng ở quy mô nông trường, trang trại có diện tích mặt bằng lớn, xa khu đô thị.
Đối với ủ compost quy mô công nghiệp trong các nhà máy l ớn, hiện nay trên th ế
giới thường áp dụng mô hình ủ compost hệ th ống kín (hay hệ th ống có thi ết b ị
chứa) giúp khắc phục được các nhược điểm của hệ thống mở, vận hành và ki ểm
soát quá trình thuận tiện. Thông thường hệ thống ủ compost kín hi ện đ ại đ ược
thiết kế hoạt động liên tục, khí thải được xử lý bằng phương pháp lọc sinh h ọc
(biofilter).
Các mô hình công nghệ ủ compost hệ thống kín thường được phân loại theo
nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên cấu trúc và chuyển động của dòng vật
liệu. Các mô hình công nghệ phổ biến nhất là:
1) Thiết bị kiểu ngang (Hình 2);
2) Thiết bị quay (Hình 3)
TỪ VIẾT TẮT:
-

SHB: separate spent household batteries pin từ hộ gia đình


-

MSW: municipal solid waste dòng chất thải rắn đô thị
OFMSW: organic fraction of MSW thành phần hữu cơ của MSW
FW: food wastes thức ăn thửa(bỏ)
OFP: wasted office paper giấy vụn, bỏ từ văn phòng

B. TOPIC 1O: ẢNH HƯỞNG CỦA PIN ĐÃ QUA SỬ DỤNG TẠI HỘ GIA ĐÌNH

ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ HỮU CƠ TRONG CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ ĐỂ
LÀM PHÂN COMPOST
TÓM LƯỢC
Mục đích nghiên cứu là khảo sát khả năng biến đổi của 9 kim loại nặng trong pin
hộ gia đình đã qua sử dụng (SHB) (pin Zn – C và pin kiềm – Mn) trong thành phần
hữu cơ của chất thải rắn đô thị (OFMSW) để làm phân compost. Sáu thí nghiệm được
thực hiện bao gồm 1 lần đối chứng và 2 lần lặp lại để so sánh. 11 loại pin kiềm và pin
không kiềm được thêm vào tại 3 tỉ lệ khác nhau, cụ thể là 0.98% w/w (thấp), 5.28%
w/w (trung bình) và 10.6% w/w (cao). Thí nghiệm gồm 230 phản ứng sinh học hiếu
khí cách nhiệt bằng nhựa có chế độ khí động trong 60 ngày. Trong mẫu có tỉ lệ pin cao
(10.6% w/w), khối lượng của sắt, đồng, niken trong OFMSW cao hơn so với các chất
khác cùng điều kiện. Ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình và thấp thì không có kim loại. Khối
lượng kim loại cân bằng đạt 51% đến 176%. Hầu hết các kim loại có độ rò rỉ dưới 10
mg/L, trừ sắt, và có xu hướng tăng theo thời gian ở mẫu có tỉ lệ pin cao. Trong mọi
trường hợp, hàm lượng của 5 kim loại nặng trong sản phẩm tạo thành dưới mức quy
định của Hy Lạp.
II.
GIỚI THIỆU
Pin hộ gia đình đã qua sử dụng là thành phần phổ biến trong MSW. Những năm
gần đây, Châu Âu đã có nhiều cố gắng lớn tách SHB ra khỏi MSW để đem đi tái chế.
Theo pháp luật Châu Âu, 25% pin được sản xuất tại các nước Châu Âu phải được thu
gom và tái chế vào năm 2012, 45% phải được tái chế vào năm 2016. Tại Hy Lạp, từ
năm 2004 đã thu gom được một số lượng nhỏ pin hộ gia đình. Theo AFIS S.A (2010),
629 tấn pin đã được thu gom và tái chế năm 2009 ở Hy Lạp, tăng 27% so với năm
2008. Tổng lượng thu được của năm 2009 bằng 21% tổng lượng pin sản xuất ra trong
năm. Mặc dù vậy, số lượng đáng kể SHB vẫn được thải bỏ chung với MSW.
Pin hộ gia đình là chất thải thuộc mục 16.06 Danh mục chất thải châu Âu (EC
2000), được chỉ định là chất thải không nguy hại, trừ pin Ni – Cd, pin Pb và pin Hg.
Sau này, SHB mới được liệt vào danh sách chất thải rắn nguy hại. Hàm lượng kim loại
nặng là thành phần đặc trưng của pin dù không có tài liệu nói về mức độ ảnh hưởng
của chúng. Các thành phần của pin cũng được các nhà khoa học nghiên cứu (Panero
và cộng sự - 1995, Bartolozzi và cộng sự - 1994, Almeida và cộng sự - 2006, Richter
và cộng sự - 2008, Recknagel và cộng sự - 2009, Panero và cộng sự - 1995). Các nhà
khoa học này là những người đầu tiên đo được tổng hàm lượng kim loại trong pin hộ
gia đình. Họ tìm thấy Zn và Mn có hàm lượng chiếm ưu thế sau Pb và Cd, trong khi
I.


đó không có Hg. Trong nghiên cứu của Recknagel và cộng sự năm 2009, hàm lượng
Hg thấp hơn 3.9 mg/kg. Pb và Cd trong pin Zn – C cao hơn rất nhiều so với pin hợp
chất kiềm – Mn. Tuy nhiên, trong pin của Đức thì thấy hầu hết các kim loại nặng.
Trong nghiên cứu của Richter và cộng sự năm 2008, trong pin Zinc Air cũng thấy có
kim loại nặng.
Cho đến nay, thông tin về tác động của SHB đến quá trình xử lý và loại bỏ MSW
còn ít. Người ta chú trọng đến đặc tính nước rò rỉ sau qua lọc hoặc mô phỏng môi
trường bãi chôn lấp kị khí. Panero và cộng sự đo nồng độ Ni, Zn, Cd, Mn trong mô
hình rò rỉ acid không quá 2 mg/L. Selvapathy và Madhavan (2003) đã tiến hành thí
nghiệm chất độc đặc trưng qua lọc (TCLP) cho từng loại pin. Pin Zn – C và pin hợp
chất kiềm có chứa Zn và Mn gây độc vượt quá giới hạn. Mặt khác, pin Ni – Cd có chỉ
số Cd và Ni cũng vượt quá giới hạn. Còn lại không có Hg. Xará và cộng sự (2009)
thực hiện 4 thí nghiệm lọc tiêu chuẩn đối với pin kiềm hộ gia đình, và họ tìm thấy sự
khác biệt trong 4 thí nghiệm. Kim loại bị rửa trôi nhiều nhất là Zn, sau đó tới Pb, Ni
và Cu. Karnchanawong and Limpiteeprakan (2009) thực hiện lọc trên nhiều pin, ngoài
ra họ là những người đầu tiên sử dụng thẩm kế kỵ khí để mô phỏng môi trường bãi
chôn lấp và đo khả năng rửa trôi các chất trong pin. Họ thêm pin theo tỉ lệ 1% đến 5%
so với MSW mô phỏng trong thẩm kế kỵ khí. Kết quả cho thấy, kim loại được lọc
nhanh theo thứ tự Ni, Cd, Pb, Zn, Mn. Độ pH của hỗn hợp giảm trong giai đoạn
acidogenic. Kim loại, đặc biệt là Pb và Hg hoà tan nhiều hơn. Trong một nghiên cứu
gần đây, Almeida và cộng sự (2009) đã nghiên cứu tác động của SHB đến khí thải ra
trong quá trình tro hoá MSW, Zn và Hg là hai kim loại bay hơi nhiều nhất.
Dường như không có thông tin gì về cách hoạt động của SHB trong quá trình phân
huỷ MSW. Những thông tin này có thể hỗ trợ việc xác định khả năng loại bỏ SHB từ
MSW trước khi ủ phân compost. Việc thiếu thông tin dẫn đến chúng ta chỉ nghiên cứu
được nồng độ giới hạn của kim loại nặng để ủ được phân. Pin Zn – C và pin kiềm –
Mn được thêm vào OFMSW ở 3 tỉ lệ khác nhau. Sau đó tiến hành phản ứng sinh học
hiếu khí với OFMSW có chứa chất thải thực phẩm (FW) và giấy văn phòng (OFP).
Quá trình phân huỷ kéo dài 60 ngày. Các quá trình lâu hơn có thể đến vài tháng,
không được thực hiện trong thí nghiệm này. Vì vậy, thực hiện thí nghiệm với quan
điểm là bất kì pin nào đưa vào vẫn đảm bảo quá trình ủ phân, trong suốtquá trình
không bị mất, nhưng bị loại bỏ trước khi đóng rắn thông qua sàng lọc. Quá trình sàng
lọc tương đối phổ biến trong ủ phân bằng MSW, được thực hiện trước khi đóng rắn và
sau quá trình phân huỷ (Lau và cộng sự 2005).
Trong công trình nghiên cứu này, các quá trình thí nghiệm sự phân huỷ hữu cơ của
MSW được thêm SHB ở 3 tỉ lệ. Mục tiêu của thí nghiệm là tính toán khối lượng kim
loại trong quá trình ủ và cân bằng khối lượng kim loại vào lúc bắt đầu và kết thúc quá
trình phân huỷ. Thí nghiệm nghiên cứu xem các kim loại có ảnh hưởng đến quá trình
phân huỷ hữu cơ MSW khi đang ủ.
III.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
III.1. Mô phỏng thành phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị
Thành phần hữu cơ của MSW trong thí nghiệm bao gồm chất thải từ thực phẩm
(FM) và giấy văn phòng (OFP), được pha trộn theo tỷ lệ 70%:30% (FM:OFP) trọng
lượng ướt. Tỷ lệ pha trộn dựa trên tiêu chuẩn của Hy Lạp. Tỷ lệ pha trộn trên ứng với
47%:53% (FM:OFP) trọng lượng khô và không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm.
50 kg (ướt) chất thải thực phẩm được thu thập từ các nhà hàng trong trường đại học


hơn 1 tuần, bao gồm thịt, bánh mì, rau, trái cây và mì ống, sau đó trộn đều rồi được
bảo quản ở -20oC để sử dụng trong các thí nghiệm. Chất thải thực phẩm được rã đông
ít nhất 8 tiếng trước khi đưa vào các phản ứng sinh học. Giấy văn phòng thải bỏ được
thu thập từ các cơ quan sau đó được cắt nhỏ bằng tay thành miếng có kích thước 2.5
cm × 2.5 cm. Cả 2 vật liệu (FM và OFP) được cân riêng và trộn đều với nhau trước
khi cho vào lò phản ứng sinh học. Phân gia cầm (PLC) lấy từ nhà máy chăn nuôi gia
cầm lớn ở Alexandroupolis (bắc Hy Lạp). Thêm vào hỗn hợp OFMSW khoảng 10% ±
2% khối lượng ướt phân gia cầm để cung cấp vi sinh vật, thúc đẩy quá trình phân hủy.
Trong mỗi thí nghiệm, người ta thêm 5 kg nước máy để đảm bảo độ ẩm tối ưu 49% ±
2% trọng lượng ướt. Trong mỗi 6 lần thí nghiệm lượng MSW mô phỏng là khoảng 30
kg ướt hoặc 16 kg khô.
III.2. Pin ở hộ gia đình
11 loại pin Zn – C và kiềm – Mn trộn với OFMSW trong 5 thí nghiệm. Pin 3 – 4
tháng tuổi được thu thập từ các thùng tái chế khác nhau trong thành phố Xanthi (Hy
Lạp). Tỷ lệ pin kiềm:pin không kiềm là 4.3:1 (theo trọng lượng). Tỷ lệ này không đổi
trong tất cả các mẫu. tất cả các nhãn hiệu pin và các loại được đề cập trong bảng 1.
III.3. Trình bày thí nghiệm
Thí nghiệm gồm 6 thí nghiệm nhỏ với hỗn hợp OFMSW và SHB. 1 lần thí nghiệm
là đối chứng (CNTR) chỉ chứa OFMSW không có pin, 5 thí nghiệm khác có chứa pin
ở cả 3 tỉ lệ: 0,98% (thấp), 5,2% (trung bình) và 10,6% (mức cao) (so với trọng lượng
ướt của OFMSW). Kết quả ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình và cao dự kiến sẽ cao hơn
nhiều so với kết quả thực tế của pin trộn lẫn với MSW. Ngoài ra trong MSW có chứa
các kim loại nặng khác với trong SHB có thể ảnh hưởng đến hàm lượng kim loại trong
OFMSW. Cần loại bỏ các kim loại đó vì mục đích của công trình là chỉ nghiên cứu tác
động của SHB với OFMSW. Loại pin tương tự và các nhãn hiệu khác đã được thêm
vào tất cả 5 mẫu lặp lại.
Lặp lại thí nghiệm ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình và cao để kiểm tra khả năng nhân
rộng của các thí nghiệm. Nhân rộng các thí nghiệm bằng cách lặp lại mẫu có tỉ lệ pin
trung bình và cao, không cần nhân rộng ở mẫu đối chứng và mẫu có tỉ lệ pin thấp.
III.4. Quá trình lấy mẫu và phân tích
Chất thải thực phẩm, giấy văn phòng và phân gia cầm đều có đặc tính riêng, độ ẩm
được đo ở 75oC cho đến khi trọng lượng không đổi; đo khối lượng các chất hữu cơ
bằng cách nung ở 550oC trong 2h cho mất nước. Khi lấy mẫu trung gian và cuối cùng,
toàn bộ rác của mỗi lò phản ứng sinh học được lấy ra và trải đều trên 1 mặt phẳng.
Sau đó chia vật liệu làm 4 phần, lấy ngẫu nhiên 2 phần đối diện và đặt lại trong lò
phản ứng. Trộn nửa còn lại và tiếp tục chia làm 4 phần, thực hiện giống ban đầu cho
đến khi nào mẫu đại diện còn 1 – 1.2 kg (trọng lượng ướt). Mẫu này tiếp tục được trộn
thêm và chia làm 3 tiểu mẫu có đặc trưng riêng. Mỗi tiểu mẫu có trọng lượng 300 –
400 g (trọng lượng ướt) đủ cho thí nghiệm và phân tích kim loại. Tổng khối lượng khô
của OFMSW chứa trong mỗi lò phản ứng sinh học tại mỗi thời điểm lấy mẫu đã được
tính toán dựa trên nguyên tắc bảo tồn tro. Số lượng mẫu tối ưu trong nghiên cứu này
là 3 (n=3). Trong thời điểm lấy mẫu trung gian nếu lấy số lượng mẫu lớn hơn, tỉ lệ
OFMSW và pin trong các lò phản ứng có thể bị giảm khả năng phân huỷ, bởi vì pin
không thể tách khỏi suốt quá trình ủ.
Sau khi sấy, nghiền nhỏ (bằng cối sứ), đồng nhất các mẫu OFMSW và các nguyên
liệu hữu cơ, lấy ngẫu nhiên khoảng 1,6g ± 0,1g từ các mẫu để phân tích kim loại. Từ


mỗi thương hiệu và chủng loại pin lấy ra 1 hoặc 2 mẫu sau đó phân tích kim loại. Vào
cuối quá trình, mẫu pin lấy ngẫu nhiên từ các chủng loại đem cân và phân tích tổng
kim loại. Chỉ trong thí nghiệm 1 tất cả pin chứa trong lò phản ứng vào cuối thí nghiệm
được phân tích riêng.
Tổng hàm lượng kim loại “có sẵn thân thiện với môi trường” trong các vật liệu hữu cơ
(chất thải thực phẩm, giấy văn phòng, phân hữu cơ và OFMSW) và 11 loại pin được
đo thông qua kỹ thuật phân hủy axit theo phương pháp 04-12-B của USDA và USCC
(2002), dựa trên phương pháp 3050B (USEFA, 1996). Kỹ thuật phân hủy axit được sử
dụng ở đây không phải là kỹ thuật tổng phân huỷ, mà là 1 axit mạnh có thể hòa tan
gần như tất cả các kim loại để tạo thành kim loại “có sẵn thân thiện với môi trường”
(USEPA 1996). Mục đích của thí nghiệm là định lượng các kim loại có thể biến đổi
trong môi trường, bởi kim loại chứa các chất không tan, sau quá trình phân hủy axit
không thể trở thành “có sẵn thân thiện với môi trường”. Khác với kỹ thuật tổng phân
huỷ axit, quá trình phân hủy axit ở đây dẫn đến sự tan rã pin tối đa và có thể diễn ra
trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Quá trình phân hủy axit với thời gian ngắn được thực hiện như sau: đầu tiên dùng
kéo lớn cắt pin thành 3 – 4 miếng tạo điều kiện cho phân hủy axit. Pin đã cắt được đặt
vào 1 bình hình nón và thêm 20 ml dung dịch HNO 3 có tỉ lệ 1:1 với H2O. Đun nóng
dung dịch tới nhiệt độ 90oC ± 5oC, sau 15’ thêm 10 ml HNO3 đậm đặc vào. Sau 30’
thêm 6 ml HCl đậm đặc vào và đun tiếp trong vòng 1h. Cuối cùng thêm 6 ml H 2O2 từ
từ vào hỗn hợp. Thêm khoảng 20 ml nước cất vào để rửa bình và dừng đun nóng sau
10’. Sau khi làm mát, dung dịch được lọc chân không qua bộ lọc sợi 0,45 mm. Dung
dịch sau lọc đổ vào BĐM 100 ml, thêm nước cất đã khử ion vào đầy bình. Làm quy
trình tương tự để axit phân huỷ các chất hữu cơ. Thực hiện phân huỷ axit với mẫu
trắng để thiết lập đường cơ sở cho mỗi kim loại. tỷ lệ phần trăm không bị axit hoá
nằm trong khoảng từ 5% đến 30% so với trọng lượng khô ban đầu. Trong thí nghiệm
này, tổng hàm lượng kim loại được tính theo trọng lượng khô (mg/kg dw) cho tất cả
các nguyên liệu được sử dụng.
Đối với mẫu OFMSW, lấy hai mẫu trung gian và một mẫu cuối cùng từ lò phản
ứng. Không phân tích giữa quá trình phân huỷ để tránh làm thất thoát pin.
Chín kim loại nặng (Pb, Cd, Ni, Co, Cr, Cu, Fe, Zn và Mn) được định lượng bằng
phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa (FASS) bởi Varian model SpectrAA. Pha loãng dung
dịch chuẩn gốc nồng độ 1000 ppm được cung cấp bởi MERCK để dựng đường chuẩn.
Trong khi phân tích FASS, khi xuất hiện 1 đường cong 4 điểm hiệu chuẩn thì có thể
bắt đầu đo. Xác định lại nồng độ các mẫu dựa vào đường chuẩn. Nếu độ lệch vượt quá
5% thì phải làm lại mẫu. Theo APHA và cộng sự năm 1998, giới hạn phát hiện (LOD)
của kim loại là nồng độ tại đó cho tín hiệu lớn hơn 3,89% độ lệch chuẩn trên mức độ
trung bình (dựa trên n = 7 và ở mức độ tin cậy 95%). Giới hạn của các kim loại: Pb
190 ppb, Cd 10 ppb, Ni 130 ppb, Mn 100 ppb. Tất cả các nồng độ thấp hơn LOD đều
cho kết quả phân tích bằng 0.
Nước rỉ rác tại lần lấy mẫu trung gian và cuối cùng thu lại qua van hút gió. Lấy
khoảng 30 ml nước rỉ rác để phân tích kim loại bằng phương pháp phân hủy axit.
Nước thải còn lại được tái tuần hoàn trở lại lò phản ứng. Tổng khối lượng kim loại
(mg) có trong nước thải được thu thập tại mỗi lần lấy mẫu bằng khối lượng nước thải
(L) và nồng độ kim loại tương ứng (mg/L).


Nếu nồng độ ban đầu vượt quá các điểm chuẩn thì phải pha loãng các mẫu với
nồng độ thích hợp. Tỉ lệ pha loãng tối đa trong phân tích của pin là: 1:20 cho Pb, 1:10
cho Cd, 1:500 cho Ni, 1:100 cho Co, 1:1 cho Cr, 1:500 cho Cu, 1:10000 cho Fe,
1:75.000 cho Zn và 1:15.000 cho Mn. Tỉ lệ pha loãng tối đa trong việc phân tích
OFMSW và các thành phần của nó là 1:30 (tỉ lệ pha loãng tối đa được tiến hành cho
sắt và kẽm khi phân tích ở cấp độ cao). Không pha loãng khi phân tích nước thải.

III.5.

Thiết lập lò phản ứng


Lò phản ứng sinh học được làm bằng nhựa HDPE, tổng thể tích khoảng 203 L. Lò
được giữ ở nhiệt độ phòng đặt cách nhiệt bằng xốp dày 5 cm. Vật liệu được đặt trên 1
tấm chắn bằng thép ko gỉ để duy trì lớp không khí dày 15 cm. Không khí được máy
nén khí liên tục được bơm từ dưới của mỗi lò phản ứng với lưu lượng 2 L/phút. Nhiệt
độ trên cặp nhiệt độ được ghi lại hàng ngày. Cặp nhiệt độ có đầu dò đặt ở giữa vật liệu
phế thải. Đặt một tấm phủ bằng kim loại nửa kín phía trên mỗi lò phản ứng để đo định
kỳ O2, CH4 và CO2 (% v/v) tạo ra trong quá trình phân huỷ. Có 1 bộ phận tích khí cầm
tay đo nồng độ khí (GA 94, dụng cụ máy móc địa chất, Anh). Thí nghiệm kéo dài 45
ngày ( đối với TN1) và 60 ngày ( trong các lần khác). TN1 kết thúc sớm hơn so với
các TN khác để nghiên cứu sự khác biệt trong khả năng tổn thất trọng lượng pin ở 2
lần ủ khác nhau. Thiết lập lò phản ứng sinh học được thể hiện trong hình 1.

Hình 1: Lò phản ứng sinh học
Tính toán
Nồng độ kim loại (mg khô/kg) trong OFMSW sẽ không thể hiện đầy đủ sự ảnh
hưởng từ khả năng biến đổi của pin đến OFMSW. Do hàm lượng kim loại trong
OFMSW sẽ tăng lên trong 1 số quá trình phân hủy. Một số kim loại có thể bị cuốn
theo nước rỉ rác ra ngoài. Tổng khối lượng kim loại (dạng rắn và lỏng) dự kiến sẽ
không thay đổi trong lò phản ứng, vì kim loại không bay hơi. Do đó, nếu không có
biến đổi của các kim loại từ pin trong OFMSW, khối lượng của kim loại có trong
OFMSW không bị thay đổi. Trong quá trình biến đổi, khối lượng kim loại trong hỗn
hợp OFMSW tăng sẽ kéo theo sự giảm khối lượng kim loại của pin.
Khối lượng của mỗi kim loại trong OFMSW tại thời điểm t trong suốt quá trình
phân huỷ được tính theo phương trình sau:
III.6.


-

Trong đó:
mt
: khối lượng khô của kim loại (mg) chứa trong OFMSW tại thời
điểm t trong quá trình phân hủy.
Asho
: khối lượng tro (kg) của OFMSW trong các lò phản ứng tại thời
điểm 0.
VSt
: các chất rắn bay hơi của OFMSW tại thời điểm t.
Metal_conct : lượng kim loại tổng (mg/kg dw) trong OFMSW tại thời điểm t
So sánh thống kê (của Dunnett t-test) được thực hiện bằng cách sử dụng khối
lượng của kim loại chứa trong OFMSW để:
Khảo sát sự biến thiên của kết quả trong suốt thời gian thí nghiệm so với thời điểm 0.
Khảo sát sự biến thiên kết quả trong các lần thí nghiệm có chứa pin so với mẫu chuẩn
tại các thời điểm khác nhau trong suốt quá trình.
Một sự cân bằng khối lượng đã được thực hiên để kiểm tra xem khả năng tăng
khối lượng kl trong OFMSW vào cuối quá trình này được kèm theo
IV.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
IV.1. Tính đặc trưng ban đầu của vật liệu
Chất thải thực phẩm, giấy văn phòng và phân hữu cơ trong phản ứng sinh học có
độ ẩm tương đương 66%, 4.8%, và 7.0%. Tất cả các pin có độ ẩm giao động từ 0.8%
đến 0.9% ww. Hàm lượng chất hữu cơ trong chất thải thực phẩm, giấy và phân hữu cơ
lần lượt là 93,1%, 80.3% và 53.5% dw. Bảng 1 bao gồm tổng hàm lượng kim loại
nặng của 11 loại pin sử dụng trong nghiên cứu và của 3 chất hữu cơ ban đầu (chất thải
thực phẩm, giấy văn phòng, phân hữu cơ).
Bảng 1: Tổng hàm lượng kim loại nặng của 11 loại pin sử dụng trong nghiên cứu và
của 3 chất hữu cơ ban đầu
Pin và
các
CHC
Gp AA
&,*

Rotosoni
c AA &,**
UCAR
AA &,**
Toshiba
AA &,*
Duracell
plus AA

Khối
lượng
(g)

Pb

Cd

Ni

Co

Cr

Cu

16.9

761±
1%

2.0±
57%

22.2
±9%

23.1±
13%

21.2
±84
%

20.0±
16%

11.2

937

66.0

672

33.0

8.20

1040

15.6

1400 0.441

139

13.0

18

199

17.2

690±
16%

2.20
±73
%

28.0
±6%

18.0±
16%

20.0
±9%

64.0±
111%

24.5

6.41

0.45

2230

7.40

9.30

11,85
0

&&,**

Duracell
plus AA

11.1

&&,*

UCAR

23.4

24.3
±26
%
7.42

1.8±
21%
0.83

3730
±20
%
1790

Zn

Mn

246,0
00±23
%
31,98
0
41,60
0
213,0
00±4
%

222,0 140,0
00±1 00±40
%
%
176,1 86,60
00
0
251,0 151,0
00
00
233,5 123,0
00±1 00±46
2%
%

166,0
00

195,5
00

157,0
00

232,0 180,0 249,0
26,20
00±15 00±3 00±13
0±6%
%
%
%
13±7 7160± 236,0 185,0 150,0

23±18 19±7
%
4%
170±3

Fe


Gold AA

±5%

&&,*

UCAR
Gold
C&&,*
Varta
Energy
AA &&,*
Aerocell
AAA &&,*
Sunlight
Max C

65.6
23.6
11.0
67.7

5.08
±27
%
12.9
±75
%
20.2
±25
%
2.80

&&,**

00±23 00±6 00±41
%
%
%
26,80 97,00 76,90
984± 6.1±3 5.4± 1460±
0±49 0±19 0±27
10%
%
18% 75%
%
%
%
1320
12,80 141,0 170,0 139,0
242±6 11±7
±71
0±12 00±26 00±1 00±61
6%
7%
%
%
%
9%
%
2950
24,50 205,0 188,0 302,0
151±4 30±1
±22
0±29 00±27 00±2 00±26
1%
03%
%
%
%
2%
%
±9%

5%

1%

10%

0.710 1280

3.70

3.31

109

0.39
±9%
0.96
±72
%
2.2±
54%

38,00
0

96,00
0

99,70
0

<
<
<
<
4.98± 154±5 41.3± 21.3±
LOD LOD LOD LOD 59%
4%
35% 104%
0.91 2.60
1.70±
<
8.18± 1320± 74.3± 38.2±
$$
OFP
±83
±94
165% LOD 73%
76% 90% 131%
%
%
2.22 14.1
29.5
8.80±
<
56.7± 1320± 515± 614±1
PLC $
±10
±23
±3%
27% LOD 12%
76%
2%
%
%
%
LOD
: giới hạn phát hiện
*
: ± hệ số biến thiên với n = 2
**
: một mục được phân tích
&
: pin không kiềm
&&
: pin kiềm
$
: n = 10
$$
:n=7
$$$
:n=2
Theo bảng 1, Fe, Zn và Mn chiếm ưu thế trong tất cả các loại pin hàm lượng lên
đến khoảng 300,000 mg khô/kg trong một số loại pin, hàm lượng thấp nhất là 27,000
mg khô/kg. Cd có hàm lượng tương đối nhỏ (< 5 mg khô/kg) trong hầu hết các loại
pin, trừ pin không kiềm (Rotosonic AA), hàm lượng Cd đạt 66 mg khô/kg. Pb có nồng
độ khác nhau trong các loại pin, dao động trong khoảng 2.8 – 100 mg khô/kg. Pin
không kiềm có hàm lượng Pb cao hơn (690 – 1,400 mg khô/kg) so với pin kiềm ( 2.8
– 24 mg khô/kg). Mặt khác, Ni và Cu lại có hàm lượng trong pin kiềm cao hơn pin
không kiềm. Kim loại cũng được tìm thấy trong các chất hữu cơ ban đầu, nhưng nồng
độ thấp hơn trong pin. Ví dụ, trong giấy văn phòng, nồng độ sắt là 1,300 mg khô/kg,
trong phân hữu cơ, nồng độ kẽm là 500 mg khô/kg, nồng độ Mn là 600 mg khô/kg.
Nồng độ kim loại trong phân gia cầm cao hơn trong chất thải thực phẩm và giấy văn
phòng, trừ Fe. Trong chất thải thực phẩm và giấy văn phòng, nồng độ Fe cao hơn so
với các kim loại khác. Trong chất thải thực phầm không có Pb, Ni, Cd, Co, Cr. Trong
thành phần chất hữu cơ của MSW không có Cr.
Ban đầu, hàm lượng chất hữu cơ trong chất hữu cơ của MSW dao động từ 79.9%
đến 82.5% (khối lượng khô). Trọng lượng chất hữu cơ MSW trong mỗi phản ứng sinh
FW $

<
LOD
16.7
±48
%

±76
%


học (bao gồm cả nước thêm vào điều chỉnh độ ẩm) là 39 kg cho tất cả đường biểu diễn
(bảng 2). Tổng trọng lượng và số lượng pin thêm vào mỗi lần thí nghiệm được trình
bày trong bảng 2.
Bảng 2: Tính chất các hỗn hợp và tổng kim loại trung bình thu được sau 6 thí nghiệm
Mẫu đối
Mẫu 2_1,
Mẫu 3_1,
Mẫu 1
chứng
2_2
3_2
4 pin không 20 pin không 40 pin không
Số lượng pin trong lò
0
kiềm, 8 pin
kiềm, 60 pin kiềm, 120 pin
phản ứng
kiềm
kiềm
kiềm
Khối lượng pin thêm
0.0
0.30
1.55
3.15
vào (kg)
Tỉ lệ % pin thêm vào
0
0.98%
5.2%
10,6%
so với OFMSW
Tỉ lệ OFMSW so với
102:1
19:1
9.5:1
pin trong hỗn hợp
Pb
14
16
29
36
Cd
0.90
0.97
1.0
0.94
Ni
3.8
24
142
262
Co
2.4
0:3
6.0
11
Cr
< LOD
4.1
4.7
5.4
Cu
16
103
824
1510
Fe
841
2540
12,900
27,700
Zn
141
2360
14,900
28,900
Mn
136
2090
12,400
23,800
Hàm lượng kim loại ban đầu là giá trị trung bình của hỗn hợp pin và OFMSW.
Trong bảng 2, hàm lượng trung bình ban đầu của Fe, Zn, Mn chiếm ưu thế dao
động từ khoảng 841. 141, 136 mg khô/kg, trong thí nghiệm sau khi thêm pin (chạy pin
w/o) khoảng 27,700, 28,900 và 23,800 mg khô/kg ở cấp độ cao. Cu chiếm ưu thế tiếp
theo trong hỗn hợp (16 – 1,500 mg khô/kg) và năm kim loại còn lại có nồng độ trung
bình ít hơn 300 mg khô/kg.
IV.2. Ổn định chất hữu cơ
Hình 2a mô tả sự thay đổi của hàm lượng chất hữu cơ trong MSW theo thời gian
cho 6 lần thí nghiệm. Rõ ràng, tất cả các lần thí nghiệm với lượng pin khác nhau
nhưng sự phân huỷ chất hữu cơ đều giống nhau. Hàm lượng chất hữu cơ cuối quá
trình phân huỷ khoảng 60% đến 62% (khối lượng khô. Dựa vào nguyên tắc bảo tồn
lượng tro, lượng chất khô cuối cùng của chất hữu cơ trong MSW ở 6 thí nghiệm là
47% (đối chứng), 49% (lần 1), 47% (lần 2_1), 52% (lần 2_2), 50% (lần 3_1), 56%
(lần 3_2). Có một bản so sánh sự biến đổi chất hữu cơ trong suốt quá trình tái tạo và
thí nghiệm 2_1, 2_2. Thí nghiệm 3_1, chất hữu cơ giảm nhẹ ở giữa quá trình so với
3_2 chạy lặp lại (hình 2a). Tuy nhiên, cuối cùng ở lần thí nghiệm 3_1, 3_2 lượng chất
hữu cơ giảm nhiều. Độ ẩm vào cuối quá trình ủ là 66%, 50%, 65%, 49%, 48% và 62%
(cơ sở ww) cho các thí nghiệm đối chứng, chạy 1, 2_1, 2_2, 3_1 và 3_2. Do đó, độ ẩm
không thay đổi trong suốt quá tình.
IV.3. Nồng độ khí và nhiệt độ
Hình 2b cho thấy nồng độ O2 và CO2 (% v/v) trong ống khói lò phản ứng điều
khiển trong quá trình phân huỷ. Sau 15 ngày, nổng độ O 2 giảm dần, nồng độ CO2 tăng


dần. Quá trình hiếu khí xảy ra mạnh nhất vào ngày 12 đến ngày 17 trong tất cả các lần
thí nghiệm. Có sự hoạt động tạm thời của vi sinh vật (nồng độ O 2 giảm, nồng độ CO2
tăng) ngay sau khi lấy mẫu và khuấy trộn. Các thông số nhiệt độ được thể hiện ở hình
2c. Nhiệt độ tăng song song với CO 2, có nghĩa là , đến khoảng ngày 15, dần dần có sự
tăng nhiệt độ. Nhiệt độ tăng dần cho đến ngày 25 thì giảm xuống nhiệt độ phòng. Quá
trình khuấy trộn, lấy mẫu làm giảm nhiệt độ tạm thời nhưng hỗ trợ hoạt động của vi
sinh vật. Nồng độ khí và nhiệt độ trong lần chạy đối chứng là điển hình cho một quá
trình ủ phân và tương tự cho các lần thí nghiệm khác.

Hình 2: Tiến độ của quá trình phân huỷ a) Hàm lượng chất hữu cơ của các
OFMSW. b) Nồng độ khí trong các khoảng trống các phản ứng sinh học trong mẫu
đối chứng. c) Nhiệt độ trong mẫu đối chứng (nồng độ khí và nhiệt độ điển hình
cho tất cả các hình biểu diễn
IV.4.

Hàm lượng kim loại theo thời gian trong chất hữu cơ của MSW.


IV.5.

Hình 3 – 5 minh họa hàm lượng của 8 kim loại trong chất hữu cơ của MSW theo thời
gian. Cr không đưa vào phân tích vì nồng độ của nó luôn luôn dưới ngưỡng phát hiện.

Hình 3: Hàm lượng của Cu và Co trong OFMSW theo thời gian

Hình 4: Hàm lượng Pb, Ni và Cd trong OFMSW theo thời gian

Theo số liệu, hàm lượng của tất cả các kim loại đều ổn định trong suốt quá trình. Đối
với một số kim loại không có sự thay đổi rõ theo thời gian. Đường biểu diễn 2-1 và 22 cho thấy sự thay đổi theo thời gian của tất cả các kim loại đều như nhau. Tiến hành
các thí nghiệm tương tự cho đường biểu diễn 3-1 và 3-2.
Theo hình 3, thí nghiệm 1 hàm lượng Pb tăng dần theo thời gian sau 15 ngày. Sự tăng
giảm của hàm lượng Pb thể hiện khá rõ trong thí nghiệm 3-1. Hàm lượng của Cd ở
cuối quá trình của tất cả các thí nghiệm là như nhau. Tuy nhiên, lượng Cd đo được ở
thí nghiệm 3-1 và 3-2 giữa ngày ủ thứ 5 và 45 là khá thấp. Hàm lượng Ni ở thí nghiệm
3-1 và 3-2 tăng rõ rệt theo thời gian nhưng không có sự thay đổi rõ ràng ở các đường
biểu diễn còn lại. Cu (hình 4) có hàm lượng ổn định theo thời gian trong quá trình ủ
trong tất cả các thí nghiệm, ngoại trừ cuối đường biểu diễn thí nghiệm 3-2.
Zn (hình 5) tương đối ổn định trong suốt thời gian ủ ngoại trừ thí nghiệm 3-2 ở
cuối có sự thay đổi lớn. Mặt khác, Fe có chiều hướng tăng theo thời gian ở 3-1 và 3-2,
ở 2-1 và 2-2 không quan sát rõ sự thay đổi này. Mn cũng ổn định trong suốt quá trình


xử lý. Tuy nhiên giá trị của Mn ở cuối đường biểu diễn thí nghiệm 3-1 và 3-2 dường
như thấp hơn so với các thí nghiệm.
Các thống kê khác theo thời gian.
Các hình ảnh minh họa (hình 3.5) có thể hỗ trợ trong việc phân tích, thống kê kết
quả. Bên cạnh đó, có thể dùng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) (T-test so
sánh với điều khiển của Dunnett), theo Berthouex và Brown (2002). T-test Dunnett
tính khoảng tin cậy bằng cách lấy hàm lượng trung bình của các kim loại có trong chất
hữu cơ của MSW tại thời điểm 0 (thời gian 0 được xem là “đối chứng” hoặc “giá trị
tham khảo”) tại 3 lần lấy mẫu (2 lần trung gian và 1 lần cuối cùng). Vì vậy, 3 sự khác
biệt được tính toán cho mỗi kim loại trong mỗi đường biểu diễn. Mức độ tin cậy là
95%. Bảng 3 mô tả sự khác biệt trong tính toán của các thí nghiệm.
Bảng 3: Sự khác biệt trong tính toán hàm lượng của kim loại trong OFMSW so với
thời điển ban đầu
Mẫu đối
Mẫu 1
Mẫu 2_1 Mẫu 2_2
Mẫu 3_1
Mẫu 3_2
chứng
Pb Không
Không
Không
m60 < m0
Không
Không
Cd Không
Không
Không
Không
m11 < m0
Không
m47 > m0
m47 > m0
m47 > m0
Ni m47 > m0
None
m60 > m0
m60 > m0
m60 > m0
m60 > m0
Co Không
m14 < m0
Không
m12 < m0
Không
m57 > m0
m47 > m0
Cu m60 > m0
Không
m47 > m0
m46 > m0
m57 > m0
m60 > m0
Fe Không
Không
m0
m46 > m0
11 > gian
Hình 5: Hàm
lường Fe, ZnKhông
và Mn trongKhông
OFMSW theomthời
m46 > m0
m57 > m0
m57 > m0
Zn Không
Không
Không
Không
m46 > m0
m57 > m0
M
Không
m14 > m0
Không
Không
Không
Không
n
Theo bảng 3, số liệu thống kê cho thấy Ni tăng đáng kể ở cuối thí nghiệm 2-1, 2-2,
3-1 và 3-2 (so với thời điểm 0). Không giống như SSI ở thời gian cấp thấp (1-1 và 12). Fe quan sát trong 3-1 và 3-2 cho thấy SSI trong thời gian trung gian cũng như cuối
quá trình thí nghiệm. Với Zn SSI xảy ra ở cuối quá trình của thí nghiệm 3-1. Kết luận:
hàm lượng của Zn, Fe, Ni, Cu xuất hiện tăng theo thời gian trong các lần thí nghiệm.
Đó là một dấu hiệu của sự chuyển kim loại từ pin đến OFMSW.
IV.5.2. Sự khác biệt giữa các lần thí nghiệm so với thí nghiệm đối chứng.
Trong phần 4.4.1 đề cập đến sự thay đổi hàm lượng kim loại theo thời gian ủ cho
mỗi thí nghiệm khác nhau. Một câu hỏi được đặt ra là liệu hàm lượng của kim loại
trong OFMSW của các mẫu thí nghiệm có pin khác so với mẫu đối chứng trong công
đoạn lấy mẫu như thế nào? Việc chuyển kim loại vào OFMSW chứng minh quá trình
SSI đang xảy ra. Các kết quả trên đã chứng minh hàm lượng các kim loại có trong các
mẫu từ 1 đến 3 khác với mẫu đối chứng. Vì thí nhiệm 1 kết thúc sớm hơn so với các
thí nghiệm còn lại nên không đưa vào phân tích số liệu. Kết quả thể hiện trong bảng 4.
Theo bảng 4, hầu như các mẫu có hàm lượng kim loại lớn hơn mẫu đối chứng ( trừ
Pb và Cd trong trường hợp lấy mẫu trung gian 1). Sự khác biệt này là do tính không
đồng nhất vốn có của MSW. Nếu làm nhiều lần lặp lại (n > 3) thì kết quả sẽ khả quan
IV.5.1.


hơn. Tuy nhiên, số lượng mẫu được giới hạn bới hàm lượng tổng thể của vật liệu trong
các lò phản ứng.
Theo bảng 4, Ni, Cu và Fe ở mẫu 3-2 cao hơn rất nhìều so với mẫu đối chứng. Đặc
biệt, kết quả Fe trong giai đoạn lấy mẫu 1, 2 và cuối quá trình của mẫu 3-1 khá giống
nhau. Là do Fe bắt đầu chuyển từ pin vào OFMSW trong 12 ngày đầu khi bắt đầu ủ
trong mẫu có tỉ lệ pin cao. Ni cũng tăng đáng kể trong các mẫu 3-1 và 3-2 vào những
thời điểm lấy mẫu trung gian thứ 2 và cuối quá trình là do Ni bắt đầu xuất hiện,
chuyển vào OFMSW giữa ngày thứ 12 và 46 từ khi bắt đầu ủ. Cu chuyển vào
OFMSW từ giữa ngày thứ 46 và 57 của quá trình ủ ở các thí nghiệm mẫu có tỉ lệ pin
cao. Hàm lượng Pb, Cd, Co và Mn không khác biệt rõ ràng trong các kết quả. Từ
những kết quả trên, cho thấy Ni, Cu và Fe chuyển từ pin đến OFMSW ở các mẫu có tỉ
lệ pin cao, không phát hiện ở tỉ lệ trung bình và thấp.
Bảng 4: Sự khác biệt của hàm lượng cảu 8 kim loại so với mẫu đối chứng
Lấy mẫu trung
Lấy mẫu trung
Lấy mẫu cuối
Kim loại
gian lần 1
gian lần 2
cùng
(sau 11 ngày)
(sau 47 ngày)
(sau 60 ngày)
Pb
3_1 < đối chứng
Không
Không
3_1 < đối chứng
Cd
Không
Không
3_2 < đối chứng
3_1 > đối chứng
Ni
Không
3_2 > đối chứng
3_2 > đối chứng
Co
Không
Không
Không
Cu
Không
Không
3_2 > đối chứng
3_1 > đối chứng
Fe
3_1 > đối chứng
3_1 > đối chứng
3_2 > đối chứng
3_1 > đối chứng
Zn
Không
3_1 > đối chứng
3_2 > đối chứng
Mn
Không
Không
Không
Cân bằng hàm lượng của kim loại.
Tổng hàm lượng của mỗi kim loại trong tất cả loại pin được tính toán cụ thể (hàm
lượng trung bình và số lượng) trước và sau thí nghiệm bằng cách tính tỷ lệ phần trăm
trong hỗn hợp. trọng lượng khô của pin kiềm giảm 3% trong thí nghiệm 1, từ 17% đến
21% trong tất cả các thí nghiệm còn lại. Trọng lượng khô của hỗn hợp trong thí
nghiệm 1 giảm 2.5% (kéo dài 45 ngày) và giảm 14% đến 17% cho các thí nghiệm
khác (kéo dài khoảng 60 ngày). Từ đó cho thấy, a) các pin kiềm dễ bị ăn mòn trong
môi trường ủ so với các pin không kiềm b) sự ăn mòn của pin bắt đầu diễn ra sau 45
ngày đầu tiên khi bắt đầu ủ phân.
Hình 6 minh họa hàm lượng cân bằng của 8 kim loại ở mỗi tỷ lệ pin thêm vào
OFMSW tăng đáng kể. Hàm lượng kim loại trong nước rò rỉ không nhiều bằng trên bề
mặt rắn mỗi lò phản ứng. Do đó, hàm lượng trước khi phản ứng không có trong hình
6. Hàm lượng cân bằng cuối cùng của các kim loại cũng được liệt kê trong trong hình
6 (tỷ lệ phần trăm trên thanh). Giá trị cuối cùng là tỷ lệ (tính bằng tỷ lệ phần trăm)
tổng hàm lượng kim loại (có trong OFMSW + pin) vào cuối quá trình phân huỷ trên
tổng hàm lượng kim loại (OFMSW + pin) vào lúc bắt đầu quá trình. Theo hình 6, hầu
hết các giá trị cân bằng cuối không xa giá trị 100%. Tuy nhiên có một số giá trị cực
IV.6.


đoan ( ví dụ, Cu trong đường biểu diễn có giá trị kết thúc 371%). Giá trị cực đoan này
được giải thích là do Cu có số lượng rất thấp trong thời gian kiểm soát lấy mẫu. Nếu
giá trị cực đoan trên bị loại trừ, sau đó, tình giá trị trung bình cuối cùng cho các kim
loại riêng biệt: 113% đối với Pb, 114% đối với Cd, 110% Ni, 82% cho Co, 110% cho
Cu, 115% cho Fe, 107% đối với Zn và 113% với Mn. Mặt khác, hàm lượng kim loại
của pin giảm tương ứng với sự gia tăng trong OFMSW. Do sự chênh lệch lớn cũng
như thực tế các kim loại liên quan tới pin lớn hơn nhiều so với


c


ác kim loại trong OFMSW. Trong một số trường hợp, hàm lượng của các kim loại có
trong pin ở cuối quá trình này lại lớn hơn đầu quá trình sau (ví dụ như Ni, Fe, Zn và
Mn trong 2-1 và 2-2). Theo quan sát thì hầu hết tất cả các pin cuối ngày 60 trong các
thí nghiệm 2 và 3 đã thực sự bị rỉ sét.
Chất lượng của nước rò rỉ.
Mặc dù nước rò rỉ không phải là mối quan tâm lớn trong việc ủ MSW, nước rò rỉ
tạo ra ở mỗi thí nghiệm được thu lấy và phân tích tổng lượng các kim loại có trong nó.
Hàm lượng nước thải thường lấy từ 1L đến 4L (Cu, Fe, Zn, Mn đo được có nồng độ
cao hơn LOD ở tất cả các thí nghiệm. Mặt khác, Pb, Cd, Ni đã được phát hiện tại một
số điểm trong quá trình lấy mẫu và một số thí nghiệm được thể hiện trong hình).
IV.7.

Hình 7: Nồng độ kim loại trong nước rỉ rác trong quá trình ủ
Theo hình 7, các kim loại có nồng độ cao nhất là Cu, Fe, Zn, Mn được tìm thấy bởi
Karnchanawong và Limpiteeprakan (2009) and Xará et al. (2009). Bốn kim loại trên
là 4 kim loại chiếm ưu thế trong toàn bộ hệ thống.
Nổng độ của hầu hết các kim loại xấp xỉ 10mg/L, trừ Fe, có 2 giá trị tương đối cao
là 240 và 180mg/L ở các thí nghiệm 3-1 và 3-2. Nồng độ của Cu và Fe tăng theo thời
gian ủ trong khi Zn và Mn có nồng độ gần như không đổi trong suốt quá trình. Pb có
nồng độ dưới LOD ở các thí nghiệm có tỉ lệ pin thấp và trung bình. Tuy nhiên, Pb
được định lượng ở mức cao hơn và không bao giờ vượt quá 10mg/L. Ni trong nước rỉ
của các mẫu có tỉ lệ pin trung bình không vượt quá 3.0 mg/L. Co và Cr luôn dưới
LOD ở tất cả các thí nghiệm.
Nồng độ kim loại đo được so sánh với các tiêu chuẩn theo Quyết định Châu Âu
2003/33/EC. Quyết định của EU chỉ định các tiêu chí cho các chất thải trong các loại
rác khác nhau (trơ, không nguy hại và nguy hại) dựa trên một số quy trình thử nghiệm
được quy định sử dụng các chỉ số như một số kim loại nặng và các thông số khác.
Hình 6: Tỷ lệ phần trăm hàm lượng kim loại cuối quá trình phân huỷ so với ban
đầu


Mặc dù, các thủ tục kiểm tra thông qua quyết định của EU không được thực thi ở đây,
nhưng nó được dùng để so sánh kết quả với các giới hạn. Do đó, các giới hạn cho
phép của Pb, Cu, Zn, Ni, Cd ghi trong quyết định cho các bãi chôn lấp không nguy
hại (tương ứng bằng 3, 30, 15, 3 và 0.3 mg/L). MSW vào cuối các thí nghiệm có thể
dẫn ra bãi chôn lấp chất thải không nguy hại.
IV.8. Chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Có rất nhiều chỉ số để đánh giá chất lượng của sản phẩm ủ cuối cùng, một là tổng
hàm lượng kim loại. Tổng hàm lượng kim loại của sản phẩm cuối cùng (OFMSW) của
tất cả các đường biểu diễn được thống kê trong bảng 5 và được so sánh với các giới
hạn của Hy Lạp. Trong mọi trường hợp, tổng hàm lượng kim loại ở dưới mức giới
hạn quy định. Riêng chỉ có Cu trong thí nghiệm 3-2 là gần với giá trị giới hạn nhưng
vẫn còn thấp hơn, giới hạn là 500 mg/kg. Mặc dù sản phẩm cuối cùng khó có thể xem
là phân hửu cơ nhưng chúng là vật liệu cuối cùng của qáu trình phân hủy hoạt động 60
ngày mà không cần xử lý. Như đã đề cập trước đó, dự án nghiên cứu này được thiết kế
trên quan điểm các loại pin hiện diện trong dòng MSW sau quá trình phân hủy sẽ
được gỡ bỏ, qua sàng lọc, trước khi bảo dưỡng.
Bảng 5: Giá trị quy định của Hy Lạp và kim loại còn lại của OFMSW
Giới
Mẫu đối
Mẫu
Mẫu 1
Mẫu 2_1 Mẫu 2_2
Mẫu 3_2
hạn
chứng
3_1
Pb
500
17±51%
38±21%
16±12% 15±39% 22±12%
27±3%
Cd
10
2.0±10%
0.9±76% 2.0±10% 1.9±12% 1.9±16% 2.3±5%
Ni
200
7.1±31%
4.3±39%
22±3%
17±17% 34±22% 83±71%
Không
Co
3.0±109% 2.2±105% 4.4±58% 2.8±74% 7.0±19% 9.1±11%

Cr
510
< LOD
< LOD
< LOD
< LOD
< LOD
< LOD
Cu
500
113±48%
77±69%
88±32% 42±25% 59±28% 349±46%
Không 1510±11
1470±26 2500±20 2450±38 5330±5 6450±42
Fe

%
%
%
%
%
%
Zn
2000
296±8%
270±11% 363±14% 265±40% 323±8% 607±61%
Không
Mn
360±4%
261±17% 391±18% 239±32% 230±3% 308±32%

KẾT LUẬN
Kết luận từ các nghiên cứu trên:
Các chất khô có trong các loại pin lớn giảm 6-7 lần sau 60 ngày ủ so với 45 ngày ủ.
Do đó, các cấu trúc của SHB bắt đầu xuất hiện và thay đổi sau 46 ngày kể từ ngày bắt
đầu ủ.
Pin kiềm bị mất từ 17% đến 21% trọng lượng khô ban đầu trong quá trình ủ 60 ngày.
Mặc khác, các loại pin không kiềm chỉ mất từ 0% đến 3% trong quá trình ủ.
Không thể quan sát sự chuyển kim loại từ pin vào OFMSW trong các thí nghiệm cấp
thấp và trung bình. Mặt khác, niken, sắt và đồng xuất hiện để chuyển từ pin đến
OFMSW trong thí nghiệm ở mức cao hơn.
Ở một số trường hợp lấy mẫu có sự thay đổi lớn trong kết qảu của phép đo. Mặt khác,
trong các thí nghiệm thì có một vài sự trùng lặp đã xảy ra.
Hàm lượng kim loại cuối cùng khi cân bằng dao động ở mức 51% đến 176%. Giá trị
cuối cùng cao nhất là 371% của Cu trong quá trình kiểm soát.
V.

-

-

-


-

-

Hàm lượng kim loại có trong mẫu nước rỉ luôn ít hơn 10 mg/L đối với hầu hết các kim
loại trừ fe đạt nồng độ cao hơn 150 mg/L trong 2 thí nghiệm ở mức cao. Cr và Co luôn
dưới ngưởng phát hiện trong tất cả các thí nghiệm.
Hàm lượng kim loại có trong sản phẩm ủ cuối cùng thấp hơn giá trị giới hạn của
chuẩn Hy Lạp.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×