Tài liệu Nghiên cứu xử lý cod nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ – MÔI TRƯỜNG ---o0o--- NGUYỄN VĂN TRỌNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ COD NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC An Giang 06/2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ – MÔI TRƯỜNG NGUYỄN VĂN TRỌNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ COD NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: Th.S TRƯƠNG ĐĂNG QUANG KS. PHAN PHƯỚC TOÀN GVPB: Th.S HỒ LIÊN HUÊ TS. PHẠM THỊ MAI THẢO An Giang 05/2011 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... Long xuyên, ngày 09 tháng 06 năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Th.S Trương Đăng Quang LỜI CẢM ƠN Trong quãng thời gian học tập tại trường Đại học An Giang, em đã được quý Thầy Cô giúp đỡ, hướng dẫn tận tình, tạo mọi điều kiện để em có được những kiến thức vững vàng cho hành trang bước vào đời. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn: - Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa cùng toàn thể giáo viên Bộ môn Môi trường và Phát triển bền vững, Khoa Kỹ thuật - Công nghệ - Môi trường, trường Đại học An Giang, đã trang bị cho em nhiều kiến thức thật bổ ích trong thời gian qua. - Giáo viên hướng dẫn Th.S Trương Đăng Quang và Ks. Phan Phước Toàn đã trực tiếp cố vấn, hướng dẫn tận tình, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình. Trong quá trình thực hiện đề tài còn nhiều thiếu sót, rất mong quý Thầy, Cô cùng các bạn đóng góp để nội dung của đề tài được hoàn chỉnh hơn. Long Xuyên, ngày 09 tháng 06 năm 2011 Nguyễn Văn Trọng MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU ......................................................................... 1 Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU..................................................... 2 2.1. Tổng quan về phương pháp keo tụ ............................................ ….. 2 2.1.1. Khái niệm quá trình keo tụ........................................................ 2 2.1.2. Các phương pháp keo tụ............................................................ 2 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ............................... 4 2.1.4. Các loại hóa chất dùng trong quá trình keo tụ .......................... 5 2.2. Tổng quan về nước rỉ rác ................................................................. 5 2.2.1. Thành phần nước rỉ rác ở một số nước trên thế giới ................. 5 2.2.2. Thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam.......................................... 8 2.3. Tổng quan về các công nghệ xử lý nước rỉ rác .............................. 13 2.3.1. Tổng quan chung ...................................................................... 13 2.3.2. Sơ lược về các công nghệ xử lý nước rỉ rác ............................. 14 2.4. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác ................................................. 23 2.4.1. Phương pháp sinh học .............................................................. 23 2.4.2. Phương pháp cơ học ................................................................. 23 2.4.3. Phương pháp hóa lý.................................................................. 24 2.5. Tổng quan về bãi rác Bình Đức........................................................ 24 2.5.1. Quy mô vị trí bãi rác Bình Đức................................................. 24 2.5.2. Hiện trạng môi trường bãi rác Bình Đức................................... 25 Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 26 3.1.Đối tượng nghiên cứu...................................................................... 26 3.2. Thời gian nghiên cứu...................................................................... 26 3.3. Mục tiêu nghiên cứu....................................................................... 26 3.3.1. Mục tiêu chung......................................................................... 26 3.3.2. Mục tiêu cụ thể ......................................................................... 26 3.4. Nội dung nghiên cứu ...................................................................... 26 3.5. Phương tiện và vật liệu nghiên cứu................................................ 27 3.6. Phương pháp nghiên cứu................................................................ 27 3.6.1 Phương pháp thu thập thông tin ................................................ 27 3.6.2 Phương pháp thu mẫu nước....................................................... 27 3.6.3 Phương pháp phân tích mẫu ...................................................... 32 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: ........................................... 34 4.1. Khảo xác khả năng xử lý COD trong nước rỉ rác khi thay đổi lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 .................................................................................. 34 4.1.1. Thí nghiệm A, thực hiện với mẫu không pha loãng.................. 34 4.1.2. Thí nghiệm B, thực hiện với mẫu pha loãng tỷ lệ 3:1............... 36 4.1.3. Thí nghiệm C, thực hiện với mẫu pha loãng tỷ lệ 1:1............... 37 4.2. Khảo sát khả năng xử lý COD trong nước rỉ rác khi thay đổi lượng phèn sắt FeCl3 ............................................................................................. 38 4.2.1. Thí nghiệm D, thực hiện với mẫu không pha loãng ................ 38 4.2.2. Thí nghiệm E, thực hiện với mẫu pha loãng tỷ lệ 3:1.............. 40 4.2.3. Thí nghiệm F, thực hiện với mẫu pha loãng tỷ lệ 1:1 .............. 42 4.3. So sánh hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác BCL Bình Đức của phèn nhôm Al2(SO4)3 và phèn sắt FeCl3 với mẫu không pha loãng.................... 43 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................ 45 5.1. Kết luận .......................................................................................... 45 5.2. Kiến nghị ........................................................................................ 46 Phụ lục ...................................................................................................... 47 Tài liệu tham khảo.................................................................................... 50 DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức ...................................... 15 Hình 2.2: Nồng độ các chất ô nhiễm sau các công đoạn xử lý. ............... 16 Hình 2.3: Công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Sudokwon Hàn Quốc. .. 17 Hình 2.4: Hệ thống hồ xử lý nước rỉ rác của Công ty Quốc Việt tại BCL Phước Hiệp.................................................................................................. 21 Hình 2.5: Hiện trạng rác thải tại bãi rác Bình Đức .................................. 25 Hình 3.1: Các vị trí thu mẫu nước............................................................ 28 Hình 3.2:Thí nghiệm được thực hiện trên bộ Jar- Test............................ 31 Hình 3.3: Bố trí ống nghiệm COD trên giá đỡ......................................... 33 Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phèn nhôm Al2(SO4)3 khi thay đổi liều lượng phèn với mẫu không pha loãng .. 36 Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phèn nhôm Al2(SO4)3 khi thay đổi lượng phèn, mẫu pha loãng với tỉ lệ (3:1) .... 37 Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phèn nhôm Al2(SO4)3 khi thay đổi lượng phèn, mẫu pha loãng với tỉ lệ (1:1) .... 38 Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phèn sắt FeCl3 khi thay đổi liều lượng phèn với mẫu không pha loãng .............. 40 Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phèn sắt FeCl3 khi thay đổi lượng phèn với mẫu pha loãng theo tỉ lệ (3:1)......... 41 Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phèn sắt FeCl3 khi thay đổi lượng phèn với mẫu pha loãng theo tỉ lệ (1:1)......... 43 Hình 4.7: Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác BCL Bình Đức của phèn nhôm Al2(SO4)3 và phèn sắt FeCl3 mẫu không pha loãng... 45 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới .......... 6 Bảng 2.2: Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á ................. 7 Bảng 2.3: Thành phần nước rỉ rác của một số BCL tại thành phố Hồ Chí Minh ........................................................................................................ 10 Bảng 2.4: Nồng độ nước rỉ rác trước và sau xử lý và giới hạn cho phép xả vào nguồn tiếp nhận theo tiêu chuẩn của Đức đối với nước rỉ rác .......... 16 Bảng 2.5: Nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý ........................ 18 Bảng 2.6: So sánh kết quả quá trình keo tụ-Fenton và keo tụ hai bậc ..... 19 Bảng 2.7: Nồng độ nước rỉ rác trước và sau hệ thống xử lý của BCL Phước Hiệp .......................................................................................................... 22 Bảng 3.1: Tỉ lệ thể tích mẫu và hóa chất dùng trong phân tích COD ...... 32 Bảng 4.1: Thành phần nước rỉ rác BCL Bình Đức .................................. 34 Bảng 4.2: Hiệu quả xử lý COD khi thay đổi lượng phèn nhôm Al2 (SO4)3 .................................................................................................................. 35 Bảng 4.3: Hiệu quả xử lý COD khi thay đổi lượng phèn nhôm Al2 (SO4)3 mẫu pha loãng tỷ lệ 3:1 ............................................................................ 37 Bảng 4.4: Hiệu quả xử lý COD thay đổi lượng phèn nhôm Al2 (SO4)3 mẫu Pha loãng tỷ lệ 1:1.................................................................................... 38 Bảng 4.5: Hiệu quả xử lý COD khi thay đổi lượng phèn sắt FeCl3 với mẫu Không pha loãng ...................................................................................... 40 Bảng 4.6: Hiệu quả xử lý COD khi thay đổi lượng phèn sắt FeCl3 mẫu pha loãng tỷ lệ 3:1........................................................................................... 41 Bảng 4.7: Hiệu quả xử lý COD khi thay đổi lượng phèn sắt FeCl3 với mẫu Pha loãng tỷ lệ 1:1.................................................................................... 42 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ĐC: Đối chứng BCL: Bãi chôn lấp NRR: Nước rỉ rác COD: Nhu cần oxi hóa học BOD: Nhu cầu oxi sinh hóa SS: Chất rắn lơ lửng Dd: Dung dịch TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh Khóa luận tốt nghiệp đại học Bảng 2.3: Thành phần nước rỉ rác của một số BCL TP.HCM KẾT QUẢ CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ Thời gian lấy mẫu pH TDS Độ cứng tổng Ca2+ SS VSS COD Gò Cát Phước Hiệp Đông 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 – 11.100 590 5.733 – 8.100 - 1.533 – 8.400 1.520 – 1.860 mgCaCO3/l 5833 – 9.667 mg/l 1.670 – 2.740 40 – 165 2.031 – 2.191 110 – 6570 1.122 – 1.1840 100 – 190 mg/l 1.760 – 4.310 90 – 4.000 790 – 6.700 - 1.280 – 3.270 169 – 240 mg/l 1.120 – 3.190 - - - - - mgO2/l 39.614 – 59.750 2.950 – 7.000 24.000 – 57.300 1.510 – 4.520 38.533 – 65.333 916 – 1.702 GVHD: Th.S Trương Đăng Quang – Ks Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng - 10 - Khóa luận tốt nghiệp đại học BOD mgO2/l 30.000 – 48.000 1.010 – 1.430 18.000 – 48.500 240 – 2.120 33.570 – 56.250 235 – 735 mg/l 297 – 790 1.360 – 1.720 760 – 1.550 1.590 – 2.190 1.245 – 1.765 520 – 785 mg/l 336 – 678 - 252 – 400 110 – 159 202 – 319 - mg/l 1.600 – 2.340 - 2.300 – 2.560 - - 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 H 2S mg/l 106 - 4.0 - - - Phenol mg/l - - - - - 0,32 – 0,60 N-NH3 N-Organic SO4 - KẾT QUẢ CHỈ TIÊU Gò Cát Thời gian lấy mẫu ĐƠN VỊ Phospho tổng mg/l NRR mới Phước Hiệp NRR mới 2-4/2002 NRR cũ 8/2006 55 – 90 14 – 55 GVHD: Th.S Trương Đăng Quang – Ks Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng Đông Thạnh NRR 1-4/2003 NRR cũ 4/03- 8/06 2-4/2002 5 – 30 7 – 20 14 – 42 NRR 8-11/2003 11 - 18 - 11 - Khóa luận tốt nghiệp đại học N-NH3 mg/l 297 – 790 1.360 – 1.720 582 – 1547 369 – 391 1.602 – 2.570 520 – 1.970 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 0,00 – 0,05 Cu mg/l 3,50 -4,00 0,22 0,25 - 0,85 – 3,00 0,1 – 0,14 Pb mg/l 0,32 – 1,90 0,076 0,258 - 14 – 21 0,006 – 0,05 Cd mg/l 0,02 -0,10 KPH 0,008 - 0,00 – 0,03 0,002 – 0,008 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 0,458 0,762 - 0,63 – 184 0,65 -0,1 Hg mg/l - - 0,01 - - 0,01 – 0,04 As mg/l - - - - - 0,010 – 0,022 Sn mg/l - - KPH - GVHD: Th.S Trương Đăng Quang – Ks Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng 2,20 – 2,50 (Nguồn: Công ty cổ phần kỹ thuật SEEN) - 12 - Khóa luận tốt nghiệp đại học Chương 1: GIỚI THIỆU Hiện nay, xã hội đang trên đà phát triển, quá trình đô thị hóa diễn ra ngày càng mạnh mẽ. Rác thải sinh hoạt theo đó cũng ngày càng gia tăng nhiều hơn về số lượng, đa dạng hơn về tính chất. Tiến bộ kỹ thuật trong công nghệ xử lý môi trường đã đóng góp nhiều vào quá trình giảm thiểu ô nhiễm, khống chế các tác động phát sinh từ quá trình xử lý rác thải đô thị. Tuy nhiên, hiện trạng các bãi chôn lấp chất thải rắn ở nhiều đô thị Việt Nam chưa được xử lý triệt để, tồn đọng từ nhiều thập kỷ trước đây đang ngày càng gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, sinh hoạt của một bộ phận cư dân đô thị. Bãi rác Bình Đức để chôn lấp rác thải khu vực thành phố Long Xuyên tỉnh An Giang là một trong những “điểm đen” về môi trường như thế. Bên cạnh việc phải chú tâm xử lý rác thải, ở các bãi chôn lấp rác còn gặp phải vấn nạn không nhỏ là nước rỉ rác, hay còn gọi là nước rác. Lượng nước này không lớn nhưng lại mang hàm lượng ô nhiễm rất cao, nếu không được xử lý đúng mức thì nó có thể gây ô nhiễm môi trường nước mặt hoặc xâm nhập vào môi trường đất, sau đó đi vào các mạch nước dưới đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và có thể làm biến đổi đặc tính của đất. Chính vì thế, vấn đề xử lý nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp đã và đang là một trong những vấn đề vô cùng cấp thiết ở Việt Nam nói chung và tỉnh An Giang nói riêng. Nước rỉ rác có thành phần các chất ô nhiễm đa dạng và phức tạp với hàm lượng rất cao như: BOD, SS, NH4+, kim loại nặng…, đặc biệt là COD. Để xử lý nước rỉ rác đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép đòi hỏi phải trải qua cả một dây chuyền công nghệ phức tạp, tốn kém với nhiều công đoạn xử lý khác nhau. Trong đó, quá trình keo tụ là một trong những công đoạn quan trọng xử lý hàm luợng COD của nước rỉ rác khá hiệu quả. Vì thế tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý COD nước rỉ rác bằng phuơng pháp keo tụ ” nhằm góp phần cải thiện môi trường ngày càng tốt hơn. Xuất phát từ những nghiên cứu sơ lược và điều kiện hiện có, nhiệm vụ đặt ra đối với đề tài này là đánh giá hiệu quả xử lý COD của nước rỉ rác (mẫu nước lấy tại bãi rác Bình Đức, thành phố Long Xuyên) bằng một số hóa chất keo tụ thông dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm và chúng tôi tin rằng kết quả nghiên cứu của đề tài này hoàn tòan có thể mở rộng triển khai ứng dụng vào thực tế. GVHD: ThS Trương Đăng Quang – KS Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng -1- Khóa luận tốt nghiệp đại học Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về phương pháp keo tụ 2.1.1. Khái niệm quá trình keo tụ Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lững trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và có thể tách nước ra khỏi chúng dễ dàng bằng các biện pháp lắng hay tuyển nổi. Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dịch hòa tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử (Phạm Thị Mai Thảo, 2007). 2.1.2. Các phương pháp keo tụ a/ Phương pháp keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản Bản chất của phương pháp là cho vào nước các chất điện ly ở dạng ion đơn giản ngược dấu. Khi nồng độ các ion ngược dấu tăng lên thì càng có nhiều ion được chuyển từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép, dẫn tới việc giảm điện thế zeta, đồng thời lực đẩy tĩnh điện cũng giảm đi. Nhờ chuyển động Brown, các hạt keo với điện tích nhỏ khi va chạm dễ kết dính bằng lực hút phân tử VanderWalls, tạo nên các bông cặn lớn hơn. Quá trình keo tụ bằng các chất điện ly đơn giản được xem như một cơ chế tối ưu vì nó giải thích sự nén điện trong lớp khuếch tán và lớp điện tích kép để phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo trong nước. Mặt dù vậy, trong thực tế, quá trình keo tụ dùng chất điện ly đơn giản ít có ý nghĩa, do nồng độ chất điện ly để đạt tới việc phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo đòi hỏi rất cao. Cũng như các biện pháp keo tụ khác, keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản đòi hỏi liều lượng chất điện ly cho vào nước phải thật chính xác. Nếu nồng độ chất điện ly trong nước vượt quá mức cần thiết sẽ dẫn đến quá trình tích điện trở lại đối với hạt keo, làm điện thế zeta tăng lên, hiệu quả keo tụ giảm đi và hệ keo trong nước sẽ trở về trạng thái bền vững. b/ Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị 3, còn gọi là phèn nhôm hoặc sắt làm chất keo tụ, đây là hai loại hóa chất rất thông dụng trong xử lý nước cấp, nhất là xử lý nước sinh hoạt. Các muối này được GVHD: ThS Trương Đăng Quang – KS Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng -2- Khóa luận tốt nghiệp đại học đưa vào nước với dạng dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các cation và anion theo phản ứng sau: Al2SO4 2Al3+ + 3SO42- FeCl3 Fe3+ + 3Cl- Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành phức chất hexa Me(H2O)63+ trong đó Me có thể là Al3+ hoặc Fe3+). Tuỳ thuộc vào giá trị pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau. Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau: Tăng axit: Me(H2O)63+ + H2O Me(H2O)5OH2+ +H3O+ Me(H2O)52+ + H2O Me(H2O)4(OH)2+ + H3O+ Me(H2O)3+ +3H2O +H3O+ Tăng kiềm: Me(H2O)4(OH)2+ + H2O Me(H2O)3 + OH- Me(OH)4- Me+ =Al3+ ; Fe3+ Với nhôm khi pH bắt đầu từ 6 trở lên và với sắt khi pH bắt đầu từ 5 trở lên, các phản ứng dừng lại ở trạng thái hydroxit Me(OH)3 kết tủa lắng xuống. Độ hòa tan của các hydroxit Me(OH)3 này quá nhỏ nên ở pH tối ưu, các ion kim loại này được tách hết ra khỏi nước. Quá trình tạo thành Me(OH)4- chỉ xảy ra khi pH ≥ 7,5 đối với nhôm và pH ≥ 10 đối với sắt. Các hydroxit nhôm hoạt sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều kiện của quá trình, song chúng đều là những hợp chất mang điện dương và có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ hấp phụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn chất hữu cơ, chất mang mùi vị…tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nước. Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm, phèn sắt ta thấy có khả năng tạo ra ba loại bông cặn sau: + Loại thứ nhất là tổ hợp của hạt keo tự nhiên bị phá vỡ thế điện động zeta, loại này chiếm số ít. + Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và trung hoa điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kể. GVHD: ThS Trương Đăng Quang – KS Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng -3- Khóa luận tốt nghiệp đại học + Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các anion có trong nước nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp thụ các chất bẩn trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước bằng keo tụ, loại bông cặn thứ ba chiếm ưu thế và có tính quyết định đến hiệu quả keo tụ nên các điều kiện ảnh hưởng đến sự hình thành bông cặn loại này được quan tâm hơn cả. c/ Keo tụ hoặc tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử. Quá trình này sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước, chúng có cấu tạo mạch dài, với phân tử lượng từ 103 đến 107g/mol và đường kính phân tử trong dung dịch vào khoảng 0,1μm đến 1μm. Chúng cũng còn được sử dụng làm chất trợ keo tụ, tức là sử dụng cùng với phèn nhôm hoặc sắt là những chất keo tụ chính. Chúng giúp cho các quá trình keo tụ xảy ra nhanh hơn và tạo ra các bông keo có kích thước lớn hơn để có thể tách ra khỏi nước dễ dàng. Dựa vào hóa trị người ta có thể phân chia các loại cao phân tử dùng trong keo tụ ra làm ba loại: loại anion, loại cation và loại không ion. Ngoài ra cũng có thể phân chia chúng theo cấu tạo hóa học, theo độ lớn phân tử lượng và độ tích điện của chúng. Ngoài các chất cao phân tử tự nhiên người ta còn sử dụng cả các chất cao phân tử tổng hợp làm chất keo tụ. Trong xử lý nước sinh hoạt người ta thường dùng các chất cao phân tử tự nhiên, các poly-acrylamit anion và không ion. 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - Độ pH của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân. Khi pH > 4,5 thì không xảy ra quá trình thủy phân. Khi pH > 7,5 làm cho muối kiềm ít tan và hiệu quả keo tụ bị hạn chế. Phèn nhôm đạt được hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5 ÷ 7,5. - Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Nhiệt độ của nước cao thì tốc độ keo tụ xảy ra nhanh chóng, hiệu quả keo tụ đạt được càng cao, giảm lượng phèn cho vào nước. Độ đục của nước nguồn càng cao, ảnh hưởng của nhiệt độ càng rõ rệt. Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng phèn nhôm vào khoảng 20 ÷ 40oC, tốt nhất là 35 ÷ 40oC. Ngoài ra còn có một số nhân tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng…. GVHD: ThS Trương Đăng Quang – KS Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng -4- Khóa luận tốt nghiệp đại học 2.1.4. Các loại hóa chất dùng trong quá trình keo tụ Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứng thích hợp như: phèn nhôm Al2(SO4)3 ; phèn sắt loại FeSO4 hoặc loại FeCl3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan. - Dùng phèn nhôm: khi cho phèn nhôm vào nước chúng phân li thành các ion Al3+ , sau đó các ion này bị thủy phân thành Al(OH)3 Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ Trong phản ứng thủy phân trên đây, ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H+. Các ion H+ sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3-). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hóa nước. Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là vôi (CaO). Một số trường hợp khác có thể dùng sôđa (Na2CO3) hoặc xút (NaOH). - Dùng phèn sắt: phèn sắt chia làm hai loại: phèn sắt (II) và phèn sắt (III). Phèn sắt (II) FeSO4 khi cho vào nước phân li thành Fe2+ và bị thủy phân thành Fe(OH)2: Fe2+ +2H2O = Fe(OH)2 + 2H2 Fe(OH)2 vừa được tạo thành vẫn còn độ hòa tan trong nước lớn, khi trong nước có oxi hòa tan, Fe(OH)2 sẽ bị oxi hóa thành Fe(OH)3. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 3+ Fe Phèn sắt III loại FeCl3 hoặc Fe2(SO4)3 khi cho vào nước phân li thành bị phân hủy thành Fe(OH)3. Fe3+ +3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 - 6,5. Phèn sắt III khi thủy phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ. 2.2. Tổng quan về nước rỉ rác 2.2.1. Thành phần nước rỉ rác tại một số nước trên thế gới. Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp là chất lỏng thấm qua các lớp chất thải rắn mang theo các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng. Trong hầu hết các bãi chôn lấp nước rỉ rác bao gồm chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ các nguồn bên GVHD: ThS Trương Đăng Quang – KS Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng -5- Khóa luận tốt nghiệp đại học ngoài, như nước mặt, nước mưa, nước ngầm và chất lỏng tạo thành trong quá trình phân hủy các chất thải. Đặc tính của chất thải phụ thuộc vào nhiều hệ số. Mặc dù, mỗi quốc gia có quy trình vận hành bãi chôn lấp khác nhau, nhưng nhìn chung thành phần nước rỉ rác chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chính như sau: - Chất thải được đưa vào chôn lấp: loại chất thải, thành phần chất thải và tỷ trọng chất thải; - Quy trình vận hành BCL: quá trình xử lý sơ bộ và chiều sâu chôn lấp; - Thời gian vận hành bãi chôn lấp; - Điều kiện khí hậu: độ ẩm và nhiệt độ không khí; - Điều kiện quản lý chất thải; Các yếu tố trên ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vận hành bãi chôn lấp, yếu tố này sẽ quyết định được tính chất nước rỉ rác chẳng hạn như nước rỉ rác cũ hay mới, sự tích lũy các chất hữu cơ khó hoặc không có khả năng phân hủy sinh học nhiều hay ít, hợp chất chứa nitơ sẽ thay đổi cấu trúc. Thành phần đặc trưng của nước rỉ rác ở một số nước trên thế giới được trình bày cụ thể trong bảng 2.1 và bảng 2.2. Bảng 2.1: Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới Columbia Canada Đức Pereira (5 năm vận hành) Clover Bar (Vận hành từ năm 1975) BCL CTR đô thị - 7,2 – 8,3 8,3 - mg/l 4.350 – 65.000 1.090 2.500 mg/l 1.560 – 48.000 39 230 NH4 mg/l 200 – 3.800 455 1.100 Chất rắn tổng cộng mg/l 7.990 – 89.100 - - Thành phần pH COD BOD Đơn vị GVHD: ThS Trương Đăng Quang – KS Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng -6- Khóa luận tốt nghiệp đại học Chất rắn lơ lửng mg/l 190 – 27.800 - - Tổng chất rắn hoà tan mg /l 7.800 – 61.300 - - Tổng phosphat(PO43-) mg/l 2 – 35 - - mgCaCO3/l 3.050 – 8.540 4.030 - Ca mg/l - - 200 Mg mg/l - - 150 Na mg/l - - 1.150 Độ kiềm tổng Nguồn:(Công ty môi trường tầm nhìn xanh) Bảng 2.2: Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á Thái Lan Thành Phần Hàn Quốc Đơn Vị BCL pathumthani Sukdowop NRR 1 năm Sukdowop NRR 12 năm - 7,8 – 8,7 5,8 8,2 µS/cm 19.400 – 23.900 COD mg/l 4.119 – 4.480 12.500 2.000 BOD5 mg/l 750 – 850 7.000 500 SS mg/l 141 – 410 400 20 N-NH3 mg/l 1.764 – 2.128 200 1.800 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 - - pH Độ dẫn điện 0,09 – 0,330 GVHD: ThS Trương Đăng Quang – KS Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng -7- Khóa luận tốt nghiệp đại học Cu mg/l 0,1 – 0,157 - - Cr mg/l 0,495 – 0,657 - - mgCaCO3/l - 2.000 10.000 Độ kiềm (Nguồn: Kwanrutai Nakwan, 2002) Tuy đặc điểm và công nghệ vận hành bãi chôn lấp khác nhau ở mỗi khu vực nhưng nước rỉ rác nhìn chung đều có tính chất giống nhau là có nồng độ COD, BOD5 cao (có thể lên đến hàng chục ngàn mg/l) đối với nước rỉ rác mới và nồng độ COD, BOD thấp đối với BCL cũ. Từ các số liệu thống kê trên cho thấy, trong khi giá trị pH của nước rỉ rác tăng theo thời gian, thì hầu hết nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác giảm dần theo thời gian, ngoại trừ nồng độ NH3 trong nước rỉ rác cũ rất cao (nồng độ trung bình khoảng 1.800mg/l). Khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian, dễ phân hủy trong giai đoạn đầu vận hành BCL và khó phân hủy khi BCL đi vào giai đoạn hoạt động ổn định. Sự thay đổi này có thể được biểu thị qua tỷ lệ BOD5/COD, trong thời gian đầy tỷ lệ này có thể lên đến 80-90%, với tỷ lệ BOD5/COD lớn hơn 0,4 chứng tỏ các chất hữu cơ trong nước rỉ rác dễ bị phân hủy sinh học còn đối với các bãi chôn lấp cũ, tỷ lệ này thường rất thấp nằm trong khoảng 0,05 – 0,2, tỷ lệ thấp như vậy do nước rỉ rác cũ chứa lignin, axít humic và axít fulvic là những chất khó phân hủy sinh học. 2.2.2 Thành phần nước rỉ rác Việt Nam. Hiện nay, Việt Nam có một số BCL chất thải rắn sinh hoạt hợp vệ sinh đang hoạt động như: BCL Nam Sơn, BCL Phước Hiệp số 2, BCL Gò Cát… Mặc dù các BCL đều có thiết kế hệ thống xử lý nước rỉ rác và hầu hết các BLC đã nhận rác nhưng hệ thống xử lý nước rỉ rác vẫn chưa xây dựng, đây chính là một trong những nguyên nhân gây tồn đọng nước rỉ rác làm ô nhiễm đến môi trường. Hoặc khi đã có hệ thống xử lý nước rỉ rác thì công suất xử lý của các hệ thống này hầu như không giải quyết hết được lượng nước rỉ rác phát sinh hằng ngày tại BCL, do đó đa số các hồ chứa nước rỉ rác ở các BCL hiện nay đều trong tình trạng đầy và không thể tiếp nhận nước rỉ rác thêm nữa. Thậm chí còn có trường hợp phải sử dụng xe bồn để chở nước rỉ rác sang nơi khác xử lý (BCL Gò Cát) hoặc có nơi phải xây dựng thêm hồ chứa nước rỉ rác để giải quyết tình hình ứ đọng nước rỉ rác như hiện tại BCL là công trình tương đối mới với Việt Nam, do đó việc vận hành BCL chưa đúng với thiết GVHD: ThS Trương Đăng Quang – KS Phan Phước Toàn SVTH: Nguyễn Văn Trọng -8-