Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu xử lý TSS và độ màu trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
--------------

NGUYỄN THỊ ÁNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TSS VÀ ĐỘ MÀU
TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP LỌC SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường

HÀ NỘI – 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
--------------

NGUYỄN THỊ ÁNH


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TSS VÀ ĐỘ MÀU
TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP LỌC SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường
Cán bộ hướng dẫn

TS. LÊ THANH SƠN

HÀ NỘI – 2018


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp là sản phẩm nghiên cứu khoa học đầu đời của mỗi sinh
viên, cũng là thành quả của quá trình học tập và rèn luyện trong trường đại học.
Chính vì thế, việc hoàn thành khóa luận đòi hỏi rất nhiều công sức, sự chuyên tâm,
nhiệt huyết cũng như thời gian của người viết. Tuy nhiên, một trong những yếu tố
không nhỏ tạo nên “sản phẩm trí tuệ” này là sự hướng dẫn, giúp đỡ của giáo viên
hướng dẫn, các thầy cô đã giảng dạy cũng như sự ủng hộ của gia đình và bạn bè.
Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy TS. Lê Thanh
Sơn - người trực tiếp hướng dẫn em trong quá trình làm khóa luận. Không chỉ gợi ý
và hướng dẫn em trong quá trình tìm hiểu, đọc tài liệu và lựa chọn đề tài, thầy còn
tận tình chỉ bảo em những kĩ năng phân tích, khai thác tài liệu để có những lập luận
phù hợp với nội dung của khóa luận. Hơn nữa, thầy còn rất nhiệt tình trong việc đốc
thúc quá trình viết khóa luận, đọc và đưa ra những nhận xét, góp ý để em có thể
hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất.
Trong quá trình thực hiện khóa luận, em xin chân thành cảm ơn các anh chị tại
phòng Công nghệ Hoá lý môi trường thuộc Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt
quá trình hoàn thành khóa luận.
Cuối cùng, em xin được gửi đến bố mẹ, gia đình và bạn bè lời cảm ơn và lòng
biết ơn sâu sắc vì những sự động viên, ủng hộ và cổ vũ tinh thần trong suốt quá
trình gian nan và vất vả này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Ánh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................3
1.1. Tổng quan về nước rỉ rác ..................................................................................3
1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác ..........................................................................3
1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác .................................................................................5
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác .................10
1.1.4. Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường và sức khỏe con người.........13
1.1.5. Đặc điểm bãi rác Nam Sơn ......................................................................14
1.1.6. Các công trình nghiên cứu về xử lí nước rỉ rác .......................................15
1.2. Tổng quan về chất rắn lơ lửng (TSS) và độ màu............................................17
1.2.1. Khái niệm .................................................................................................17
1.2.2. Ảnh hưởng của TSS và độ màu ................................................................18
1.2.3. Các công trình nghiên cứu xử lí TSS và độ màu ......................................19
1.3. Tổng quan về phương pháp lọc sinh học ........................................................22
1.3.1. Phân loại phương pháp lọc sinh học........................................................22
1.3.2. Phương pháp lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước...................24
1.3.3. Ứng dụng của lọc sinh học trong xử lý môi trường .................................29
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN
CỨU ..........................................................................................................................32
2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu...............................................32
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu...............................................................................32
2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................32
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................32
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu .............................................................32
2.2.2. Phương pháp phân tích ............................................................................32
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................................33
2.3. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................36


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................41
3.1. Thông số chỉ tiêu ban đầu của nước rỉ rác ......................................................41
3.2. Kết quả chuẩn bị hệ lọc ..................................................................................41
3.3. Kết quả ảnh hưởng chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý TSS.............................42
3.4. Kết quả ảnh hưởng của chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý độ màu .................43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................45
1. Kết luận..............................................................................................................45
2. Kiến nghị............................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................46
PHỤ LỤC..................................................................................................................49


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

AOPs

Oxy hóa nâng cao

BCL

Bãi chôn lấp

BOD

Nhu cầu oxy hóa sinh học

BOD5

Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 5 ngày

COD

Nhu cầu oxy hoá

DO

Lượng oxi hòa tan trong nước

HLRs

Tải nạp thủy lực

MBR

Công nghệ màng lọc sinh học

NRR

Nước rỉ rác

RBS

Đĩa quay sinh học

RO

Màng thẩm thấu ngược

RTSH

Rác thải sinh hoạt

SS

Chất rắn lơ lửng

TDS

Tổng chất rắn hòa tan

TN

Tổng Nitơ

TOC

Tổng cacbon hữu cơ

TP

Tổng phopho

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng

UASB

Bể màng sinh học kỵ khí dòng chảy ngược


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác điển hình.....................................7
Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới............8
Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á ..................................9
Bảng 1.4. Thành phần nước rỉ rác tại một số bãi chôn lấp Việt Nam.......................10
Bảng 1.5. Đặc tính nước rỉ rác Nam Sơn ..................................................................15
Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của thiết bị lọc.......................................................34
Bảng 2.2. Thông số nước rỉ rác Nam Sơn dùng cho nghiên cứu ..............................36
Bảng 3.1. Các thông số đầu vào của nước rỉ rác.......................................................41


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Nước rỉ rác...................................................................................................3
Hình 1.2. Các thành phần cân bằng nước trong ô chôn lấp ........................................4
Hình 1.3. Toàn cảnh của bãi chôn lấp rác Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội....................14
Hình 1.4. Đĩa quay sinh học RBC.............................................................................22
Hình 1.5. Cấu tạo của bể lọc nhỏ giọt .......................................................................24
Hình 1.6. Giá thể vi sinh ...........................................................................................25
Hình 1.7. Cấu tạo của bể lọc sinh học giá thể bám dính ngập nước .........................26
Hình 1.8. Màng sinh học phát triển trên giá bám......................................................27
Hình 2.1. Mô hình hệ thống thí nghiệm bể lọc sinh học...........................................33
Hình 2.2. Hệ thí nghiệm lọc sinh học trong quá trình thí nghiệm ............................34
Hình 2.3. Nhựa PE sử dụng làm giá thể bám dính....................................................35
Hình 2.4. Phương trình đường chuẩn xác định hàm lượng màu...............................39
Hình 3.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý TSS của NRR...........42
Hình 3.2. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu của NRR......43


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống của
nhân dân và nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng, dẫn đến lượng rác thải sinh ra ngày
càng nhiều đặc biệt là rác thải sinh hoạt (RTSH). Tại Việt Nam, phương pháp chôn
lấp là phương pháp được áp dụng trong xử lý chất thải rắn do kĩ thuật đơn giản và
chi phí xử lý thấp hơn so với các phương pháp xử lý khác nhau như đốt, hóa rắn…
Tuy nhiên, các bãi chôn lấp (BCL) không hợp vệ sinh lại là vấn đề đáng quan tâm
nêu các BCL không đạt tiêu chuẩn gây ra nhiều bất cập làm ảnh hưởng tới môi
trường xung quanh và cuộc sống con người.
Vấn đề ô nhiễm môi trường do nước rỉ rác là vấn đề “nóng” tại hầu hết các bãi
rác trên toàn quốc bởi vì nước rỉ rác có thành phần phức tạp, nồng độ các chất ô
nhiễm cao. Trong trường hợp nước rỉ rác phát thải trực tiếp vào môi trường và
không được kiểm soát sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe
con người. Trên thực tế, đã có rất nhiều công nghệ xử lý nước rỉ rác như: kết hợp
nước rỉ rác với nước thải sinh hoạt, quay vòng nước rỉ rác, xử lý hóa lý (ô-xy hóa,
kết tủa, hấp phụ, công nghệ mảng…), xử lý kỵ khí, hiếu khí nước rỉ rác và xử lý
bằng các quá trình sinh thái. Tuy nhiên, các phương pháp trên còn tồn một số các
bất cập như: chi phí cao, gây ô nhiễm thứ cấp, hoặc tiêu tốn hóa chất. Trong nghiên
cứu này, phương pháp lọc sinh học với các ưu điểm: hiệu quả, tiết kiệm chi phí và
thân thiện với môi trường đã được áp dụng để xử lý thứ cấp nước rỉ rác sau keo tụ
điện hóa hứa hẹn là phương pháp khả thi. Do vậy em chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý
TSS và độ màu trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học ”.
Nội dung thực hiện
- Thu thập các tài liệu, số liệu về thành phần trong nước rỉ rác, tìm hiểu các
công trình xử lý NRR ở Việt Nam và trên thế giới.
- Nghiên cứu, thu thập, tìm hiểu tài liệu về phương pháp sinh học.

1


- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sục tới hiệu quả xử lý TSS và độ màu
trong
nước rỉ rác sau quá trình keo tụ điện hóa bằng phương pháp lọc sinh học.
- Phân tích, đánh giá các số liệu thu thập được, tổng hợp lại số liệu.
- Lựa chọn ra chế độ sục tối ưu cho quá trình lọc sinh học ngập nước để đề
xuất cách xử lý nước rỉ rác trong thực tế.
Mục đích của đề tài
- Nắm bắt được phương pháp lọc sinh học xử lý nước thải.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ đến quá trình xử lý tổng chất rắn lơ lửng
và độ màu bằng phương pháp lọc sinh học. Từ đó lựa chọn chế độ sục tối ưu để xử
lý.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Nước rỉ rác của BCL chất thải rắn Nam
Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học.
- Phạm vi thực hiện: Đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm phòng Công
nghệ Hóa lý môi trường - Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nước rỉ rác

Hình 1.1. Nước rỉ rác
1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác
Nước rỉ rác (NRR) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm
từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn
lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của
chất thải do các thiết bị đầm nén.
Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chôn lấp, độ
ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép.
Việc mất đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các
phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra
từ đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ).
Nước rỉ rác được hình thành khi nước thấm vào các ô chôn lấp theo các cách

3


sa
u: Nướ
c
sẵn


sinh
ra
do
quá
trình
phâ
n
hủy
các
chất
hữu
cơ.

các ô
chôn
lấp.
Nước
từ
khu
vực
khác
chảy
qua

thể
thấm
vào ô
chôn
lấp.

Nướ
c từ
các
khu
vực
khác
chảy
qua

thể
thấ
m
vào
rác.
Mực
nướ
c
ngầ
m

thể
dân
g
lên
vào
4


-

Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp trước khi được phủ đất và sau khi
ô chôn lấp được đóng lại, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ
bùn nếu việc chôn bùn được cho phép.

Lượng nước rỉ rác phát sinh trong bãi chôn lấp phụ thuộc vào sự cân bằng
nước trong ô chôn lấp. Các thành phần tác động tới quá trình hình thành lượng nước
rỉ rác được trình bày trong hình 1.2. và lượng nước rỉ rác được tính theo công thức
[4]:
LC = R + RI – RO – E - V
Trong đó: LC

- Nước rỉ rác

R

- Nước mưa thấm vào ô chôn lấp.

RI

- Dòng chảy từ ngoài thâm nhập vào ô chôn lấp (bao gồm
dòng
chảy mặt và nước ngầm gia nhập từ bên ngoài vào ô chôn lấp)

RO

- Dòng chảy ra khỏi khu vực ô chôn lấp.

V - Sự thay đổi lượng nước chứa trong ô chôn lấp: độ ẩm ban
đầu của rác và bùn thải mang đi chôn lấp; độ ẩm của vật liệu
phủ; lượng nước thất thoát trong quá trình hình thành khí;
lượng nước thất thoát do bay hơi theo khí thải; lượng nước thất
thoát ra từ đáy bãi chôn lấp chất thải rắn; sự chênh lệch về hàm
lượng nước trong cấu trúc hóa học của rác.
E

- Nước bay hơi.

Hình 1.2. Các thành phần cân bằng nước trong ô chôn lấp

5


Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí hậu
lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh nước
rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Lượng nước rỉ
rác sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa
BCL do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt giữ nước làm giảm độ
ẩm thấm vào.
1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác
1.1.2.1. Thành phần, tính chất nước rỉ rác
Nước rỉ rác là loại nước bị ô nhiễm nặng lề, độc hại với các thành phần các
chất ô nhiễm hữu cơ (axit humic, axit funlvic, các hợp chất tan nhanh, các loại hợp
chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo…) và vô cơ (hợp chất của nitơ, photpho, lưu
huỳnh…) cao, phức tạp, khó xác định vì nó luôn thay đổi theo các giai đoạn khác
nhau của quá trình phân hủy sinh học và phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều (phụ thuộc vào tuổi của BCL, các
loại rác có trong BCL, khí hậu). Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ
trên cùng của bãi rác cũng tác động đến thành phần nước rác…
Các thành phần và tính chất của nươc ri rac có thể biến động rất lớn, tùy
thuộc vào tuổi, chiều sâu bãi chôn lâp, 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 nươc ri rac 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 lâp cũng có những ảnh hưởng quan trọng đến đặc
trưng nước rỉ rác.
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.

6


Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia
thành các nhóm chủ yếu sau:
- Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-20°C.
- Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-40°C.
- Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-70°C.
Trong quá trình hoạt động của bãi rác, thành phần nước rỉ rác biến đổi qua 5
giai đoạn sau:
Giai đoạn 1 - thích nghi: sau một thời gian ngắn khi bãi rác đi vào hoạt động.
Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra, ở giai đoạn này các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa
thành dạng đơn giản như protein, tinh bột, chất béo và một lượng nhất đinh
xenlulozơ. Giai đoạn này có thể kéo dài một vài ngày hoặc một vài tuần.
Giai đoạn 2 - chuyển tiếp: Khi oxy bị các vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần thì
các vi sinh vật kỵ khí bắt đầu xuất hiện và phát triển. Nitrat và sunfat đóng vai trò
chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, bị khử đến N2 và H2S.
Trong pha này, pH bắt đầu giảm do sự có mặt của axit hữu cơ và sự gia tăng CO2.
Giai đoạn 3 - axit: các vi sinh vật kỵ khí gia tăng tạo ra một lượng axit hữu
cơ và một lượng khí hydro. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là nhóm
sinh vật dị dưỡng trong điều kiện yếm khí và kỵ khí nghiêm ngặt. Các chất hữu cơ
dạng đơn giản, các amino axit, đường… được chuyển hóa thành các axit béo bay
hơi, acohols, CO2 và N2. Trong pha này, pH giảm xuống 5 hoặc thấp hơn. Giai đoạn
này có thể kéo dài sau một vài năm, thập kỷ, cả thập niên. BOD trong giai đoạn này
có giá trị cao (> 10000 mg/l).
Giai đoạn 4 - lên men metan: Sự phát triển chậm của vi khuẩn metan dần
được hình thành, chiếm ưu thế và bắt đầu tiêu thụ những hợp chất đơn giản, tạo ra
hỗn hợp CO2 và CH4 cùng với một số thành phần vết khác tạo khí của bãi rác. Pha
này nhạy cảm hơn pha 2.
Nước rò rỉ tạo ra trong giai đoạn này có giá trị BOD5: COD thấp. NH3 vẫn
tiếp tục thoát ra bởi quá trình lên men axit theo bậc 1 và có nồng độ rất cao trong
nước rỉ rác. Các chất vô cơ như Fe3+, Na+, K+, SO42- và Cl- tiếp tục tan ra và rỉ ra
trong nhiều năm.

7


Giai đoạn 5 - chín: Xuất hiện các chất hữu cơ sẵn sàng phân hủy sinh học, đã
chuyển thành khí metan và cacbonnic. Lúc này, tốc độ sinh khí giảm đáng kể do
phần lớn các các chất dinh dưỡng đã bị khử qua các giai đoạn trước và chất nền còn
lại khả năng phân hủy sinh học xảy ra khá chậm. Khí sinh ra là metan và cacbonic.
Suốt pha này nước rỉ rác thường chứa axit humic và fulvic rất khó xử lý sinh học
Nhìn chung những bãi rác mới, nước rỉ rác thường có pH, nồng độ BOD5,
TOC, COD và kim loại nặng cao, còn những bãi rác lâu năm, giá trị pH khoảng từ
6.5 đến 7, nồng độ các chất ô nhiễm thấp hơn đáng kể. Khả năng phân hủy sinh học
của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian.
Thành phần ô nhiễm trong nước rỉ rác rất đa dạng, có thể chia thành các
nhóm thông số chính, bao gồm các chất lơ lửng, các chất dinh dưỡng, các muối vô
và các ion kim loại nặng… Một số thành phần và tính chất của nước rỉ rác được liệt
kê theo bảng dưới đây:
Bảng 1.1. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác điển hình
Bãi mới (< 2 năm)
Khoảng giá trị

Giá trị trung bình

Bãi lâu năm
(trên 10 năm)

BOD5 (mg/l)

2000 -20000

10000

100 -200

TOC (mg/l)

1500 - 20000

6000

80 - 160

COD (mg/l)

3000 - 60000

18000

100 - 500

TSS (mg/l)

200 - 2000

500

100 - 400

TN (mg/l)

10 - 800

200

80 – 120

NH4+ (mg/l)

10 - 800

200

20- 40

NO3-

5 - 40

25

5 – 10

TP (mg/l)

5 - 100

30

5 – 10

1000 - 10000

3000

200 – 1000

pH

4.5 - 7.5

6

6.6 - 7.5

Ca (mg/l)

50 - 1500

250

50 – 200

Cl-

200 - 3000

500

100 – 400

SO42- (mg/l)

50 - 1000

300
20
– 50
(Nguồn: Tô Thị Hải Yến) [9]

Thành phần

Kiềm- CaCO3 (mg/l)

8


a. Đặc điểm thành phần nước rỉ rác trên thế giới.
Thành phần nước rỉ rác ở các BCL trên thế giới đều chứa hàm lượng chất
hữu cơ cao dao động từ hàng nghìn đến chục nghìn mg/L. Các bãi chôn lấp có tuổi
thọ càng cao thì tỉ lệ BOD/COD cũng như hàm lượng TSS càng thấp. Điều này cho
thấy, BCL càng lâu sẽ chứa càng nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới
Đài Loan

Thổ NHĩ Kỳ

(Sanjuku

(Istanbul

Taiwan)

Komurcuoda)

8,3

6.8–7.8

7,8

4350 – 65000

1090

80–600

24.040

mgO2/l

1560 – 48000

39

50–400

15021

NH4

mg/l

200 – 3800

455

59.7-581

2281

TS

mg/l

7990 – 89100

-

-

-

TSS

mg/l

190 – 27800

-

1357–4432

1962

TDS

mg/l

7800 – 61300

-

-

-

PO42-

mg/l

2 – 35

-

-

-

3050-8540

4030

-

10.581

>5

>40

-

-

Thành

Colombia

Canada

(Pereira)

(Clover)

-

7,2 – 8,3

COD

mgO2/l

BOD

phần
pH

Đơn vị

Độ kiềm mgCaCO3/l
Tuổi thọ

Năm

(Nguồn: Văn Hữu Tập, 2015) [14]

9


Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á
Thái Lan
Thành Phần

Đơn Vị

Hàn Quốc

BCL

Sukdowop

Sukdowop

pathumthani

NRR1 năm

NRR 12 năm



7,8 – 8,7

5,8

8,2

Độ dẫn điện

µS/cm

19.400 – 23.900

COD

mgO2/l

4.119 – 4.480

12.500

2.000

BOD5

mgO2/l

750 – 850

7.000

500

SS

mg/l

141 – 410

400

20

IS

mg/l

10.588 – 14.373

N-NH3

mg/l

1.764 – 2.128

200

1.800

N-Org

mg/l

300 – 600





Phospho tổng

mg/l

25 – 34





Cl-

mg/l

3.200 – 3.700

4.500

4.500

Zn

mg/l

0,873 – 1,267





Cd

mg/l





Pd

mg/l

0,09 – 0,330





Cu

mg/l

0,1 – 0,157





Cr

mg/l

0,495 – 0,657





mgCaCO3/l



2.000

10.000

pH

Độ kiềm



(Nguồn: Kwanrutai Nakwan, 2002)
Như vậy có thể thấy rằng nước rỉ rác gây ô nhiễm nghiêm trọng 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.
b. Đặc điểm nước rỉ rác tại một số bãi chôn lấp ở Việt Nam.
Nước rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở Việt Nam cũng có đặc điểm là: hàm
lượng nitơ vượt quá tiêu chuẩn cho phép, hàm lượng chất hữu cơ và TDS cao. Các
thông số như bảng 1.4.

10


Bảng 1.4. Thành phần nước rỉ rác tại một số bãi chôn lấp Việt Nam
Thông số

Đơn vị

BCL Nam

BCL Gò Cát

BCL

BCL

Sơn (HN)

(TP.HCM)

Thủy Phương

Tràng Cát

(Huế)

(Hải Phòng)

pH

-

6,81 - 7,98

7,4 - 7,6

7,7 – 8,5

6,5 – 8,22

TSS

mg/L

120 – 2240

700 – 2020

42 – 84

21 – 78

COD

mg/L

1020 - 22783

13655-16814

623 – 2442

327 – 1001

BOD5

mg/L

495 - 12302

6272 – 9200

148 – 398

120 – 465

Tổng N

mg/L

423 – 2253

1821 – 2427

-

179 – 507

N-NH4+

mg/L

-

1680 – 2887

184 – 543

-

N-NO3-

mg/L

-

0 - 6,2

-

-

Tổng P

mg/L

6,51 - 24,80

10,3 - 19,8

-

3,92 – 8,562

Tuổi BCL

Năm

7

7

9

2

(Nguồn: Văn Hữu Tập, 2015) [14]
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.
c. Phân loại nước rỉ rác
Theo đặc điểm và tính chất, nước rác được phân làm 2 loại:
- Nước rác tươi, nước rác khi không có mưa.
- Nước rác khi có mưa: mưa thấm qua bãi rác và hòa lẫn vào nước rác.
Theo đặc điểm hoạt động của bãi chôn lấp:
- Nước rác phát sinh từ các bãi chôn lấp cũ, đã đóng cửa hoặc ngừng hoạt
động, thành phần, tính chất của loại nước rác này phụ thuộc vào thời gian đã đóng
bãi, mức độ phân hủy các thành phần hữu cơ trong bãi rác.
- Nước rác phát sinh từ các bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc ngừng vận hành.
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác
Rác được chọn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh
cùng lúc xảy ra. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy
từ rác.
11


Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm,
chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ
di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm, sự có
mặt của các chất ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và
hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử
lý nước thải… Ta sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và
tính chất nước rò rỉ:
a. Thời gian chôn lấp
Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho
thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời gian.
Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần. Thành phần của
nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy
sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến
vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá
trình tạo ra khí metan. Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành
như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ.
Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó chất thải rắn
trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời
gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa.
Theo thời gian chôn lấp thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có sự thay
đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay hơi. Các axit
thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl
và nhân vòng thơm. Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rác
nghiên về tính axit. Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò rỉ có
sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của
axit fulvic và humic. Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước
rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân
hủy sinh học.

12


b. Chiều sâu bãi chôn lấp
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớn
thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện
về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng
thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy.
Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn
hơn và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra
hoàn toàn hơn nên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm.
c. Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi
Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng
trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo nước rò rỉ
cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước. Khi
quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô
nhiễm nhỏ. Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn
chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào
các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ …
d. Độ ẩm rác và nhiệt độ
Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt. Khi bãi chôn lấp đạt
trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thay
đổi nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉ được
hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì
nước rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn.
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ. Khi nhiệt độ môi
trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác. Đồng
thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp
càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn.
e. Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại
Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rảnh và bùn của trạm xử
lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ. Bùn sẽ làm tăng độ

13


ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rò rỉ. Đồng thời chất dinh dưỡng
và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất
thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn
làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ có pH thấp và BOD5 cao hơn.
Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng
đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế như
kim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật… Đồng thời, theo thời gian các chất
độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ và khí thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi
trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rác.
1.1.4. Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường và sức khỏe con người
Trong nước rỉ rác có chứa hàm lượng chất hữu cơ và nồng độ amoni cao, bên
cạnh đó, trong quá trình chôn lấp và phân hủy chất hữu cơ từ các bãi chôn lấp (đặc
biệt là bãi chôn lấp mới) sẽ phát sinh ra các khí độc như khí metan (CH4). Các yếu
tố trên là nguyên nhân chính gây hại tới môi trường và sức khỏe con người.
Ở những khu vực xung quanh bãi rác, nước rỉ rác có chứa hàm lượng cao các
kim loại nặng và chất hữu cơ khi đi vào nguồn nước và đất sẽ gây tích tụ độc tố gây
ảnh hưởng lâu dài đến người dân xung quanh. Các đoạn kênh rạch, sông suối quanh
bãi chôn lấp bán kính 5 km thường có màu xám và màu vàng nâu gây nên hiện
tượng phát sinh tảo nấm gây hại, cản trở sự sinh trưởng và phát triển của các loài
sinh vật trong nước.
1.1.4.1. Tác hại của chất hữu cơ đối với sinh vật và sức khỏe cộng đồng
Sự có mặt của chất hữu cơ trong nước thải có thể gây ảnh hưởng xấu đến hệ
sinh thái và sức khỏe cộng đồng.
- Đối với sinh vật:
Khi trong nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ có thể gây độc cho cá và hệ
động vật thủy sinh, làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước. Trong điều kiện hàm
lượng oxy hòa tan trong nước thấp, có thể phát sinh một số bệnh cho tôm, cá như
bệnh đốm đỏ, bệnh nhiễm trùng máu,… Chính vì vậy, nó gây ảnh hưởng lớn đến sự
sinh trưởng và phát triển của nhiều loài thủy sinh.

14


- Đối với sức khỏe con người:
Hàm lượng các chất hữu cơ sau khi phân hủy sẽ ngấm vào nước ngầm gây
ảnh hưởng đến sức khỏe con người nếu nguồn nước này được sử dụng cho sản xuất
và sinh hoạt. Đây chính là nguyên nhân gây nhiễm độc mãn tính và các bệnh hiểm
nghèo như ung thư bàng quang, ung thư phổi.
1.1.4.2. Tác hại của ô nhiễm chất hữu cơ đối với môi trường
Những thành phần chất hữu cơ dễ bị phân hủy trong môi trường nước sẽ tác
động mạnh làm cạn kiệt oxy trong nước. Các chất hữu cơ trong NRR là nguyên
nhân gây ra màu, mùi trong nước và cũng là nguyên nhân gây lên chỉ số COD cao
trong nước thải.
1.1.5. Đặc điểm bãi rác Nam Sơn
Bãi rác Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội nằm cách trung tâm Hà Nội khoảng
45km về phía Bắc. Bãi rác Nam Sơn được xây dựng với nhiệm vụ chính là tiếp
nhận, xử lý chất thải rắn sinh hoạt của thành phố Hà Nội, vận chuyển về bãi và xử
lý nước rỉ rác theo đúng quy trình công nghệ đảm bảo vệ sinh môi trường. Bãi rác
Nam Sơn được thành lập từ năm 1999 và đi vào hoạt động với tổng diện tích 85ha,
công suất xử lý 4.200 tấn rác/ngày đêm, hoạt động 24/24h.
Căn cứ theo cấu trúc bãi chôn lấp rác thải Nam Sơn thuộc loại bãi chôn lấp
hợp vệ sinh được thiết kế để đổ rác thải vào sao cho mức độ độc hại đến môi trường
là nhỏ nhất. Và ta có thể xếp vào loại bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị với toàn bộ
lượng rác thải đô thị được vận chuyển tới bãi để xử lý.

Hình 1.3. Toàn cảnh của bãi chôn lấp rác Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội

15


Thành phần chất thải chủ yếu là chất hữu cơ từ: rau, hoa cỏ, động vật chết…
và một số lượng lớn các loại rác như nilon, nhựa, giấy các loại. Các loại rác vô cơ
chủ yếu là thủy tinh, sành sứ, gốm, xi măng và đá xây dựng.
Bảng 1.5. Đặc tính nước rỉ rác Nam Sơn
Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

pH

-

8,31

COD

mg/L

6.400

NH4+

mg/L

1.613

PO4-

mg/L

17,4

Ca2+

mg/L

25,6

Mg2+

mg/L

65,7

TN

mg/L

354

TP

mg/L

22

(Nguồn Nguyễn Mạnh Khải và cộng sự, 2012)
Bãi rác có hệ thống thu gom nước rỉ rác từ các giếng khoan và hệ thống thu
và xả vào các hồ sinh học, mỗi ngày hồ chứa tiếp nhận gần 2000 m3 nước rỉ. Tuy
nhiên, công suất xử lý của nhà máy chỉ khoảng 1500 m3/ngày. Chính vì vậy, nhà
máy xử lý nước rỉ rác Nam Sơn trở nên quá tải. Mặt khác, bãi rác xây dựng gần khu
dân cư nên ảnh hưởng tới sinh hoạt của người dân.
1.1.6. Các công trình nghiên cứu về xử lí nước rỉ rác
1.1.6.1. Các công trình nghiên cứu trong nước
Tô Thị Hải Yến và các cộng sự [9] 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 sunfat 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 sunfat, hệ thống chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 95 của

16


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.
Quý Tùng và cộng sự [12]đã nghiên cứu “Xử lý nước rỉ rác bãi rác Thùy
Phương (Huế) bằng tác nhân UV - FENTON trong thiết bị gián đoạn”. Tính phân
hủy sinh học của nước thải sau quá trình xử lý tăng lên đáng kể, tỷ lệ BOD5/COD
tăng từ 0,15 đến 0,46. Kết quả khả quan với hiệu suất xử lý COD đạt 71% và màu
nước rỉ rác đạt 90% ở điều kiện tối ưu: pH = 3, nồng độ H2O2 = 125 mg/L, nồng độ
Fe2+ = 50 mg/L sau thời gian lưu 2 giờ.
Trần Mạnh Trí [10] 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 = 5424 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. Vơi 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.
1.1.6.2. Các công trình nghiên cứu trên thế giới
Top và cộng sự [23] 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 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 phốtpho tương ứng là 45%, 60% và 91,8%.
Tizaoui cùng cộng sự [21] 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

17


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×