Tài liệu Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt (2017)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ===o0o=== LÊ THỊ THU NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC SẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường NNNgười hướng dẫn khoa học TS. LÊ THANH SƠN HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin gửi lời cám ơn đến thầy giáo TS. Lê Thanh Sơn, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành khóa luận này kịp tiến độ. Trong thời gian làm việc với thầy, em không những tiếp thu được thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả. Xin cảm ơn các anh chị trong Phòng Công nghệ Hoá lý Môi trường thuộc Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam số 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp vừa qua để sẵn sàng mọi kiến thức hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Cuối cùng em xin được bày tỏ lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đặc biệt là những người bạn làm nghiên cứu cùng trong thời gian này, đã cùng nhau trao đổi kiến thức và giúp đỡ lẫn nhau trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2017 Sinh viên Lê Thị Thu DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BCL Bãi chôn lấp BOD5 Nhu cầu oxy sinh học COD Nhu cầu oxy hóa hóa học EDTANa Dinatri dihidro etylendinitrilotetraaxetat Hb Hemoglobin MetHb Methehemoglobin RO Thẩm thấu ngược SS Chất rắn lơ lửng TDS Tổng chất rắn hòa tan TKN Tổng Nitơ TOC Tổng Cacbon TSS Tổng chất rắn lơ lửng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn ......................................... 5 Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới ............................ 6 Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam.......... 8 Bảng 1.4. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải ............................................. 20 Bảng 2.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩncó nồng độ khác nhau.......................................................................................................... 36 Bảng 2.2. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau.......................................................................................................... 40 Bảng 2.3. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau.......................................................................................................... 44 Bảng 3.1. Nồng độ NO3- của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các mức cường độ dòng điện và thời gian khác nhau (mg/l) ............................ 47 Bảng 3.2. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức cường độ dòng điện khác nhau (mg/l) ................................. 49 Bảng 3.3. Nồng độ NO3- cuả nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức pH khác nhau (mg/l) ........................................................... 51 Bảng 3.4. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức pH khác nhau (mg/l) ........................................................... 53 Bảng 3.5. Nồng độ NO3- của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) ...................................... 55 Bảng 3.6. Nồng độ NH4+ của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) ..................................... 57 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên ..................................................................... 14 Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp điện hoá học ............................................................... 23 Hình 1.3. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ............................................... 24 Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa. ............................................................... 30 Hình 2.2. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa phòng thí nghiệm ......................... 30 Hình 2.3.a) Nguồn điện một chiều (DC REULATED POWER SUPPLY QJ3020S -0~30V/20A)b) Máy khuấy từ gia nhiệt ....................................... 31 Hình 2.4.a) Dạng điện cực sắt b) Kẹp điện cực .......................................................... 32 Hình 2.5. Mẫu nước rỉ rác được lấy trong quá trình điện phân ................................... 33 Hình 2.6. Đường chuẩn Nitrit đo ở bước sóng 540nm................................................ 36 Hình 2.7. Thí nghiệm đun cách thủy mẫu .................................................................. 39 Hình 2.8. Mẫu được chuyển sang bình định mức 25 ml ............................................. 39 Hình 2.9. Hình ảnh cuvet và máy đo quang UV-Vis .................................................. 40 Hình 2.10. Đường chuẩn Nitrat đo ở bước sóng 415nm ............................................. 41 Hình 2.11. Mẫu để sau 60 phút .................................................................................. 43 Hình 2.12. Đường chuẩn Amoni đo ở bước sóng 672nm ........................................... 44 Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý NO3- bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt ...................................... 48 Hình 3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý NH4+ bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt ...................................... 50 Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý NO3- trong nước rỉ rác. .................. 52 Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt. ...................................................... 54 Hình 3.5. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NO3- trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt ............................. 55 Hình 3.6. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NH4+ trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt ............................. 57 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 3 1.1 Tổng quan về nước rỉ rác. ............................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm ............................................................................................... 3 1.1.2. Nguồn gốc phát sinh................................................................................ 3 1.1.3. Thành phần và tính chất nước rỉ rác......................................................... 4 1.1.4. Tác hại của nước rỉ rác ............................................................................ 9 1.1.5. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác........................................................ 10 1.1.6. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước. ......... 11 1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác .......................................... 14 1.2.1. Trạng thái của Nitơ trong nước thải ....................................................... 14 1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước.............. 17 1.2.3. Tác hại của Nitơ trong nước thải ........................................................... 18 1.2.4. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải ......................................... 20 1.3. Tổng quan về công nghệ keo tụ điện hóa ..................................................... 22 1.3.1. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa ........................................... 22 1.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa ....................... 24 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa .25 1.3.4. Ưu điểm của quá trình keo tụ điện hóa. ................................................. 26 1.3.5. Ứng dụng keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường. ............................... 27 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 29 2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục đích nghiên cứu ............................................ 29 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 29 2.1.2. Mô hình thiết bị..................................................................................... 29 2.1.3. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. 33 2.2. Các nội dung nghiên cứu ............................................................................. 33 2.2.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian ................................... 33 2.2.2. Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 34 2.2.3. Ảnh hưởng của khoảng giữa hai điện cực. ............................................. 34 2.3. Phương pháp phân tích chỉ tiêu nitơ trong mẫu thu được sau khi xử lý bằng công nghệ keo tụ điện hóa. ................................................................................. 34 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ........................................................... 34 2.3.2. Phương pháp phân tích. ......................................................................... 34 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................... 45 3.1. Kết quả quá trình điện phân ......................................................................... 45 3.2. Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa đối với chỉ tiêu Nitơ ................................................................................................. 46 3.2.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý quá trình keo tụ điện .............................................................................................. 46 3.2.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Nitơ ......................... 51 3.2.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý Nitơ ............. 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 60 PHỤ LỤC.............................................................................................................. 63 MỞ ĐẦU  Tính cấp thiết của đề tài. Xã hội ngày càng phát triển đồng nghĩa với việc có nhiều vấn đề đặt ra cần được giải quyết, trong đó có vấn đề rác thải. Vấn đề rác thải hiện nay đang là một nguy cơ nghiêm trọng đối với con người, không có một quốc gia nào tránh khỏi việc đối mặt với nguy cơ này, nhất là các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Cùng với tốc độ tăng trưởng nhanh thì lượng rác thải ngày càng lớn, mức độ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng dẫn đến lượng nước rỉ rác ngày càng nhiều. Nhìn chung, nước rỉ rác chứa các chất hữu cơ hòa tan và các ion vô cơ với hàm lượng cao khó xử lý [20]. Nếu nước rỉ rác phát thải trực tiếp vào môi trường mà không được kiểm soát có thể gây ô nhiễm môi trường. Tính chất nước rỉ rác không những thay đổi theo loại mà còn thay đổi theo tuổi bãi chôn lấp và theo mùa trong năm.Do đó, việc xử lý tình trạng ô nhiễm do nước rỉ rác là mối quan tâm lo ngại hàng đầu trong công tác bảo vệ môi trường. Ở Việt Nam, hầu hết các tỉnh thành đều thực hiện công tác thu gom và chôn lấp chất thải sinh hoạt.Tuy nhiên, chất thải rắn ở nhiều khu vực vẫn chưa được phân loại, chôn lấp chưa thực sự tuân thủ các kỹ thuật chôn lấp hợp vệ sinh.Thành phần chất thải rắn được chôn lấp rất đa dạng, chứa cả các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và độc hại. Trên địa bàn cả nước chỉ có 17/91 bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Vì thế, vấn đề xử lý nước rỉ rác là bài toán khó giải quyết ở nhiều khu vực. Hệ thống xử lý nước rỉ rác ở nhiều bãi chôn lấp mặc dù đã đi vào hoạt động nhưng chưa thực sự đem lại hiệu quả mong muốn,bộc lộ nhiều nhược điểm như chất lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải, đặc biệt là hai chỉ tiêu COD và N (QCVN 25:2009/BTNMT, cột B), hoặc xử lý được nhưng tiêu tốn hóa chất, giá thành xử lý rất cao, khó kiểm soát và công suất xử lý không đạt thiết kế. Vấn đề đặt ra ở đây là phải tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý hết lượng nước rỉ rác đang tồn đọng, cải tạo lại các hệ thống xử lý nước rỉ rác hiện hữu và công nghệ tham khảo điển hình đối với xử lý nước rỉ rác của các bãi chôn lấp mới trong tương lai.Vì vậy, cần nhanh chóng tiến hành nghiên cứu công nghệ xử lý 1 nước rỉ rác đạt tiêu chuẩn xả thải giảm thiểu sự ảnh hưởng đối với sức khỏe và môi trường xung quanh. Vấn đề Nitơ là vấn đề khó trong việc xử lý nước rỉ rác, hơn thế nữa nếu để lâu dài chúng có thể dẫn đến các hợp thành phần hữu cơ cao phân tử chứa halogen là những chất độc nếu rơi vào nguồn nước và đất. Trên thực tế có nhiều nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác, trong đó có phương pháp keo tụ điện hóa - phương pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành "Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa" trong khóa luận tốt nghiệp này. Sau khi đã phân bổ công việc rõ ràng thì tôi chịu trách nhiệm đề tài “Nghiên cứu xử lý Nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt”.  Mục đích của đề tài. Trên cơ sở thực tế hiện trạng nước rỉ rác, thu thập số liệu, thực hiện quá trình xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp điện hóa; trước tình hình môi trường bị ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, môi trường sống sinh vật. Do đó, mục tiêu của đề tài này là tìm điều kiện tối ưu để đạt hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa đạt hiệu suất cao nhất. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nước rỉ rác 1.1.1. Khái niệm Nước rỉ rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình hóa, lý và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Nước rỉ rác chứa nhiều chất ô nhiễm hòa tan từ quá trình phân hủy rác và lắng xuống đáy ô chôn lấp. Thành phần hóa học của nước rỉ rác cũng rất khác nhau và phụ thuộc vào thành phần rác đem chôn cũng như thời gian chôn lấp. 1.1.2. Nguồn gốc phát sinh Nước rỉ rác được hình thành khi nước thấm vào ô chôn lấp. Lượng nước rỉ rác được hình thành trong bãi chôn lấp chủ yếu do các quá trình: - Nước thoát ra từ chất thải rắn: chất thải luôn chứa một lượng nước nhất định. Trong quá trình đầm nén nước tách ra khỏi chất thải và gia nhập vào nước rỉ rác. - Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp. - Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác. - Nước có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác. - Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống các ô chôn rác. - Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ô rác đóng lại. - Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác sau khi ô rác đầy (ô rác được đóng lại) Tuy nhiên, nước rỉ rác tại các bãi rác được hình thành do hai nguồn chính là độ ẩm của rác và quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ tạo ra sản phẩm là nước và trở thành nước rác. Đối với bãi chôn lấp hợp vệ sinh thì nước rỉ rác thường ít hơn vì đã loại bỏ được lượng nước ngầm thấm qua đáy. Như vậy lượng nước rỉ rác phát sinh ra phụ thuộc vào: - Điều kiện tự nhiên khu vực chôn lấp (lượng mưa, bốc hơi, nước ngầm...) - Độ ẩm của chất thải chôn lấp. 3 - Kỹ thuật xử lý đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nước mặt. Ngoài ra, tốc độ phát sinh nước rỉ rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. 1.1.3. Thành phần và tính chất nước rỉ rác Nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp có thành phần phức tạp, thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào tuổi bãi chôn lấp, loại rác, khí hậu. Mặt khác độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác...Nó có khả năng gây ô nhiễm cao. Song nước rỉ rác gồm 2 thành phần chính: Các chất hữu cơ: Chất có phân tử lượng lớn (axit humic, axit fulvic,...), các hợp chất hữu cơ (photpho hữu cơ, 1,4-dioxan,...) Các chất vô cơ: Các hợp chất của Nitơ, photpho, lưu huỳnh. Thành phần và tính chất nước rỉ rác còn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa, sinh xảy ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng. 1.1.3.1. Thành phần của nước rỉ rác trên thế giới Hàm lượng chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn mới chôn lấp cao hơn rất nhiều so với bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm. Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu năm, chất thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi. Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần như BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng rất cao. Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan hóa thì pH tăng lên (6,8 - 8,0), đồng thời BOD5, COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho) thấp hơn. Hàm lượng kim loại nặng giảm vì pH tăng thì hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan [2]. Khả năng phân hủy của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian. Khả năng phân hủy sinh học có thể xét thông qua tỉ lệ BOD5/COD. Khi mới chôn lấp tỉ lệ này thường trên 0,5. Khi tỉ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4 - 0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ 4 trong nước rác dễ phân hủy sinh học. Trong các bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm, tỉ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2. Khi đó nước rỉ rác chứa nhiều axit humic và axit fulvic khó phân hủy sinh học [2, 13]. Chất lươṇg nước rỉ rác có sự thay đổi lớn và liên quan trực tiếp đến sự thay đổi lượng mưa, thành phần chất thải rắn, tuổi bãi chôn lấp và mùa. Các chất ô nhiễm chính trong nước rỉ rác là các hợp chất hữu cơ và amoni. Mối quan hê ̣giữa nồng đô ̣ các chất trong nước rỉ rác và tuổi bãi chôn lấp được thể hiện ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn Tuổi bãi chôn lấp Thông số Đơn vị Trung bình (5-10 Mới (0-5 năm) năm) Cũ (>10 năm) BCL COD BOD5/COD Axit béo dễ bay hơi BCL BCL BCL BCL Tatyana pH BCL Bajinder Tatyana Bajinder Tatyana Bajinder - < 6,5 6,5 6,5-7,5 6,5-7,5 > 7,5 > 7,5 mg/l >20.000 >10.000 3.000- 4.000- 5.000 10.000 < 5.000 < 4.000 - >0,3 >0,3 0,1 -0,3 0,1-0,3 <0,1 <0,1 %TOC 70-90 80 20-30 5-30 5 - %TOC - - - - >60 Chủ yếu - - - - - <2 Thấp <2 Thấp - Thấp Hợp chất humic và fulvic Tổng Nitơ Tổng kim loại mg/l 1002.000 mg/l 2 - - Thấp đến trung bình Khả năng phân hủy Chủ yếu - sinh học Trung bình Ghi chú: (-) : không đánh giá Nguồn: [13],[22] 5 Như vậy, thành phần nước rỉ rác khác nhau theo tuổi bãi chôn lấp. Các bãi chôn lấp có tuổi càng trẻ (COD >10.000 mg/l), chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh hoc̣, pH thấp hơn 6,5. Tuổi bãi chôn lấp càng cao thì pH càng tăng và nồng đô ̣các chất ô nhiêm̃ càng giảm nhưng lại khó phân huỷ sinh học vì chứa chủ yếu các hơp̣ chất hữu cơ bền vững. Các yếu tố môi trường và cơ chế vận hành bãi chôn lấp có ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vận hành quyết định tính chất nước rỉ rác như nước rỉ rác cũ hay mới, sự tích lũy các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học nhiều hay ít. Bảng 1.1. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới Đức Columbia Cannada Pereira Clover Bar (5 năm vận (Vận hành từ hành) năm 1975) - 7,2 - 8,3 8,3 - COD mgO2/l 4.350 -65.000 1.090 2.500 BOD mgO2/l 1.560- 48.000 39 230 NH4 200- 3.800 455 1.100 TKN - - 920 Thành Phần pH Đơn Vị BCL CTR đô thị Chất rắn tổng cộng mg/l 7.990 - 89.100 - - Chất rắn lơ lửng mg/l 190- 27.800 - - mg /l 7.800-61.300 - - mg/l 2 - 35 - - mgCaCO3/l 3.050 - 8.540 4.030 - Ca mg/l - - 200 Mg mg/l - - 150 Na mg/l - - 1.150 Tổng chất rắn hoà tan Tổngphosphat(PO4) Độ kiềm tổng Nguồn :[15] 6 1.1.3.2. Thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam Việt Nam vẫn chưa áp dụng biện pháp phân loại rác tại nguồn nên thành phần của nước rỉ rác rất phức tạp. Nước rỉ rác không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa các chất vô cơ hoà tan, kim loaị nặng, các chất hữu cơ độc hại. Vì vậy, vấn đề vướng mắc hiện nay mà hầu hết các bãi chôn lấp ở Việt Nam gặp phải nhưng chưa có phương hướng giải quyết tối ưu đó là vấn đề xử lý nước rỉ rác. Các thành phần nước rỉ rác có thể biến động rất lớn, tùy thuộc vào tuổi,chiều sâu bãi chôn lấp, thời gian lấy mẫu - mùa mưa hay mùa khô, thành phần, các quá trình thẩm thấu, tràn, bay hơi và các xu hướng khác. Vì vậy, việc khảo sát các đặc trưng của nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp suốt một thời gian dài, ngay từ khi mới đi vào hoạt động, có thể cung cấp những thông tin quan trọng làm cơ sở để chọn lựa công nghệ xử lý phù hợp. Ngoài ra, thiết kế và thực tế vận hành của các bãi chôn lấp cũng có những ảnh hưởng quan trọng đến đặc trưng nước rỉ rác. Kết quả phân tích nước rỉ rác được tổng hợp qua bảng 1.3, pH trong khoảng 6,5 - 8,5. Giá trị COD tại ô chôn lấp cao: 327 - 22.783 mg/l. Nồng đô ̣Nitơ dao động lớn 62 - 2.427 mg/l. Có thể thấy đặc trưng nhất của nước rỉ rác là hàm lượng TDS, BOD5, COD, tổng nitơ cao và dao động rất lớn theo thời gian. Như vậy, các đặc trưng hóa lý nước rỉ rác được phân chia thành hai loại: nước rỉ rác mới (2 - 3 năm sau khi bãi chôn lấp đi vào hoạt động) và nước rỉ rác cũ (từ năm thứ 4 - 5 trở đi), có thể nhận thấy nước rỉ rác mới cũng chia thành hai loại khác nhau: trong giai đoạn 3 - 6 tháng đầu, nước rỉ rác mới mang tính axít, với nồng độ COD, BOD, các kim loại nặng đều từ cao đến rất cao, pH và NH4+ tương đối thấp. Giai đoạn tiếp theo, nồng độ các ion tự do giảm nhiều, pH trung tính, NH4+ bắt đầu tăng, nhưng COD và BOD vẫn còn rất cao. Nhìn chung, nước rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cũng có thành phần chất hữu cơ dao động trong khoảng lớn, COD từ vài trăm đến trên mười nghìn mg/l. Tỉ lệ BOD5/COD ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cao hơn một số bãi chôn lấp thế giới. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được trình bày ở bảng 1.4 rất cao. Ở nhiều nước trên thế giới, nhiều bãi chôn lấp đã áp dụng việc phân loại rác tại nguồn và áp dụng 7 các công nghệ thu hồi, tái chế chất thải rắn nên thành phần và tính chất nước rỉ rác ít phức tạp hơn các bãi chôn lấp ở Việt Nam. Hầu hết chất thải rắn ở nước ta không được phân loại. Vì thế, thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam không những thay đổi theo thời gian mà còn phức tạp hơn so với một số nước khác. Thành phần nước rỉ rác ở nước ta cao và phức tạp cũng do ảnh hưởng của việc vận hành bãi chôn lấp chưa đảm bảo một bãi chôn lấp hợp vệ sinh và điều kiện khí hậu ẩm ướt, mưa nhiều. Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam BCL BCL Gò Cát BCL Tràng BCL Nam Sơn (Hồ Chí Cát (Hải Xuân Sơn (Hà Nội) Minh) Phòng) (Hà Nội) - 6,81-7,98 7,4-7,6 7,7-8,5 6,5-8,22 7,7 TDS mg/l 6,913-19,875 - - 4,47-9,24 - TSS mg/l 120-2.240 700-2.020 42-84 21-78 986 COD mg/l 623-2.442 327-1001 3.540 BOD5 mg/l 495-12.302 6.272-9.200 148-398 120-465 2.150 - 0,485-0,540 0,459-0,547 0,234-0,163 0,370-0,465 0,670 Tổng N mg/l 423-2.253 1.821-2.427 - 179-507 62 N-NH4+ mg/l - 1.680-2.887 184-543 - 17,2 N-NO3+ mg/l - 0-6,2 - - 12,5 Tổng P mg/l 6,51-24,80 10,3-19,8 - 3,92-8,562 4,31 mg/l - - 1.419-4.874 - - Cl- mg/l - - 518-1.199 - - As mg/l 0,001-0,003 - - 0,047-0,086 0,2 Pb mg/l 0,050-0,086 - - 0,34 Cd mg/l 0,010-0,025 - - 0,14 Hg mg/l 0,0001-0,0009 - - 0,0001 - Tuổi BCL năm 7 7 9 2 10 [2] [7] [10] [2] [6] Thông số pH BOD5/COD Độ cứng CaCO3 Đơn vị Nguồn trích dẫn 1.020-22.783 13.655-16.814 8 BCL Thủy Phương (Huế) 1.1.4. Tác hại của nước rỉ rác Nước rỉ rác chứa một lượng lớn chất hữu cơ, chất lơ lửng, một số kim loại nặng, độ màu lớn, mùi khó chịu, khi thải ra môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người, ô nhiễm môi trường đất. - Hàm lượng chất hữu cơ dễ bị phân huỷ trong môi trường nước sẽ tác động mạnh làm cạn kiệt lượng oxi trong nước gây hại đến các loại thủy sinh, cũng như các loại động vật trong nước. - Các kim loại nặng nêú tồn tại trong nước sẽ tiêu diệt các loài thủy sinh, hoặc tác động tích lũy vào cơ thể chúng theo chuỗi thức ăn. - Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nước và gây bồi lắng nguồn nước tiếp nhận. Đối với các nguồn nước ngầm, quá trình ngấm của nước rò rỉ từ bãi rác có khả năng làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước ngầm như: NH4, NO3, NO2... có độc tính cao đối với con người và động vật sử dụng nước đó. Khi các chất lạ xuất hiện trong môi trường nước đến một giới hạn nhất định sẽ là tác nhân gây bệnh tật cho con người. Nó tác động trực tiếp đến sức khỏe con người thông qua quá trình sinh hoạt, sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm các chất độc hại khi sử dụng các loại thức ăn được chế biến từ các loại sinh vật bị nhiễm độc do ô nhiễm nước.Chính sự tồn tại của các chất độc hại đó trong cơ thể sẽ làm rối loạn các quá trình sinh - hóa - lý diễn ra bên trong cơ thể và từ đó dẫn đến nhiều loại bệnh tật: ung thư, kiết lị, dịch tả, bệnh ngoài da...qua chuôi thức ăn và quá trình tích tụ sinh học. Nước rỉ rác khi thấm qua những lớp đất bề mặt, lưu giữ trong đất làm cho sự tăng trưởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất kém đi, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành chất dinh dưỡng cho cây trồng, trực tiếp làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm đất bị thoái hóa, bạc màu.Ngoài ra còn gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, từ đó làm ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của các loài thực, động vật. 9 Do đó, khi nguồn nước bị ô nhiễm ở mức độ nặng hay nhẹ đều gây ảnh hưởng xấu đến giới tự nhiên, hệ sinh thái, động - thực vật thủy sinh. 1.1.5. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác Nguyên tắc để lựa chọn công nghệ xử lý nước rỉ rác: Trong điều kiện ở Việt Nam, việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rỉ rác phải theo nguyên tắc: - Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất lượng nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn vào nguồn. Nước sau khi xử lý có thể xả vào sông hoặc hồ gần nhất, ngoài ra có thể dùng cho trồng trọt. - Công nghệ xử lý phải đảm bảo mức độ an toàn trong trường hợp có sự thay đổi lớn về lượng mưa, nồng độ nước rỉ rác trong mùa mưa và mùa khô. - Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, chi phí và vốn đầu tư phải phù hợp. - Công nghệ xử lý phải phù hợp với điều kiện Việt Nam, nhưng phải mang tính hiện đại và có khả năng sử dụng trong thời gian dài. - Công nghệ xử lý dựa vào: Lưu lượng và thành phần nước rác; tiêu chuẩn thải nước rác sau khi xử lý vào nguồn; điều kiện thực tế về quy hoạch, xây dựng và vận hành của BCL; điều kiện về địa chất công trình và địa chất thuỷ văn; điều kiện về kỹ thuật (xây dựng, lắp ráp và vận hành); khả năng vốn đầu tư. - Công nghệ xử lý phải có khả năng thay đổi dễ dàng khi áp dụng các quy trình xử lý mới đem lại hiệu quả cao. - Công nghệ xử lý mới có khả năng tái sử dụng nguồn chất thải (năng lượng, phân bón...) Hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng trong thực tiễn. Nhưng 2 phương pháp xử lý cơ bản được áp dụng trong xử lý nước rỉ rác là phương pháp hóa lý và phương pháp sinh học. - Phương pháp hóa lý: keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa, kết tủa và phương pháp màng lọc, lắng. - Phương pháp sinh học: xử lý vi sinh yếm khí, hiếu khí, thiếu khí và tổ hợp của chúng. 10 Với biện pháp xử lý mang tính sinh vật học thì phương pháp sinh học có các công đoạn thay đổi như phương pháp bùn hoạt tính, thông khí tiếp xúc, tháp lọc sinh học, xử lý bằng phương pháp kỵ khí, đặc biệt gần đây chuyển sang công đoạn loại bỏ Nitơ. Tuy nhiên nước rỉ rác có nồng độ cao và hàm lượng độc nhiều, do phải duy trì sức chứa nên tiêu tốn đất xử lý với quy mô lớn và sau khoảng thời gian nhất định có nhược điểm là chức năng của phần xử lý tính kỵ khí giảm. Phương pháp xử lý mang tính vật lý hóa học với các phương pháp như: keo tụ, ozon hóa lọc cát, hấp phụ than hoạt tính, oxi hóa Fenton, phân ly màng. Với phương pháp hóa học, chủ yếu thường dùng phương pháp kết tủa đông hay oxi hóa Fenton nhưng chi phí khá tốn kém và cần chú ý vận hành. Với phương pháp vật lý, chủ yếu là sử dụng thẩm thấu ngược (R/O: Reverse Osmosis Membrane) và cũng có hiệu quả đáng kể, tuy nhiên cũng cần chú ý đến nhược điểm của phương pháp này trước khi xử lý nhằm ngăn ngừa tích tụ bẩn do các chất vô cơ và hữu cơ. Dó đó để mang lại kinh tế trong quá trình xử lý nước rỉ rác cần phải biết cách kết hợp giữa các phương pháp xử lý mang tính sinh vật học với phương pháp mang tính vật lý - hóa học. 1.1.6. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước 1.1.6.1. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác ở nước ngoài Nước rỉ rác gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường sống vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước rất cao và lưu lượng đáng kể. Do đó số lượng các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trên thế giới là rất đáng kể, có thể kể ra đây một số công trình tiêu biểu:  Tizaoui cùng cộng sự [24] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp ozon hóa và ozone kết hợp với hydrogen peroxide để xử lí nước rỉ rác tại Tunisia, được đặc trưng bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và màu sắc tối. Kết quả thu được cho thấy rằng hiệu quả ozon hóa đã gần như tăng gấp đôi khi kết hợp với hydrogen peroxide khi nồng độ H2O2 là 2 g/L, nhưng khi nồng độ H2O2 cao hơn 2g/L lại cho hiệu quả thấp. pH có thể thay đổi không đáng kể do tác dụng của đệm bicarbonate. Nồng độ sulphate cũng giảm nhẹ. Ngược lại, nồng độ chloride ban đầu 11 thì giảm, nhưng sau một thời gian thí nghiệm lại tăng lên để đạt được giá trị ban đầu của nó. Kết quả so sánh chi phí vận hành của 2 phương pháp cho thấy các hệ thống H2O2/O3 tại H2O2 nồng độ 2 g/L cho chi phí thấp nhất khoảng ~ 2.3 USD/kg COD được loại bỏ.  Hệ thống nước rỉ rác được nghiên cứu bởi Ushikoshi cùng cộng sự [26] được lắp đặt tại Yachiyo Town ở quận Kanto, được đưa vào phục vụ vào tháng 4 năm 1999. Hệ thống nàjy được trang bị module màng thẩm thấu ngược (RO) dạng đĩa - ống được gọi là DT - Module, đã hoạt động một cách hiệu quả trong nhiều năm qua, nước sau xử lý đạt chất lượng cao. Mặt khác, tại Nhật Bản vấn đề dioxin đã trở lên ngày càng nghiêm trọng, có mặt phổ biến trong các nước rỉ rác và hệ thống DT-Module cho thấy hiệu suất rất cao trong việc loại bỏ dioxin từ nước rỉ rác. Bằng cách áp dụng hệ thống DT-Module cùng với hệ thống lò thiêu đã tạo ra một hệ thống xử lý nước rỉ rác hoàn chỉnh: Dioxin từ trong bùn từ các bể lắng và muối khô trong pha đặc của hệ thống RO được tiêu hủy trong lò thiêu kết với tỷ lệ loại bỏ dioxin bởi hệ thống DT - Module kết hợp lò thiêu kết là trên 99,9%.  Top và cộng sự [25] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác của một nhà máy tại Istanbul (Thổ Nhĩ Kỳ) bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với lọc màng nano. Nồng độ trung bình của COD, Nitơ tổng (TKN) và amoni trong nước rỉ rác ban đầu có giá trị lần lượt là 6200, 587,5 và 110 mg/L. Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ dòng điện hợp lý là 15,9 mA /cm2 và thời gian xử lý hợp lý là 30 phút sẽ làm giảm tối đa COD, màu sắc và loại bỏ phốt pho, tương ứng là 45%, 60% và 91,8%. 1.1.6.2. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước. Hiện nay công nghệ xử lý nước rỉ rác rất phong phú, đa dạng, đáp ứng nhu cầu cầu cải thiện môi trường. Xử lý nước rác ở Việt Nam mới được quan tâm từ khoảng thời gian không quá 10 năm trở lại đây, nên những nghiên cứu về công nghệ chưa nhiều. Các hệ thống được xây dựng để xử lý nước rác được hình thành chủ yếu là tính bức xúc của xã hội tại địa phương nơi có bãi chôn lấp rác. Nhìn chung các nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước chủ yếu tập trung vào công nghệ sinh học, gần đây mới bắt đầu có những công trình nghiên cứu sử dụng 12 các phương pháp oxy hóa nâng cao như Fenton, Ozon. Hầu hết các nghiên cứu đều xử lý nước rỉ rác qua nhiều giai đoạn như Keo tụ - Tạo phức - Fenton - Perozon, fenton nhiều bậc, UV/fenton,...và hầu hết hiệu quả xử lý đều chưa cao, có thể kể ra đây một số công trình tiêu biểu như:  Tô Thị Hải Yến và công sự Viện Công nghệ môi trường [12] đã nghiên cứu "Tuần hoàn nước rỉ rác và phân hủy vi sinh trong môi trường sunphat trong nghệ chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước rỉ rác". Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp với công trình "Thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy vi sinh rác và nước rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trường hóa học trong bãi chôn lấp" đã cho thấy, khi chôn lấp rác thải sinh hoạt có thành phần lignin tới 15,2% trọng lượng khô làm phát thải khí metan không có lợi về kinh tế và môi trường. Với việc bổ sung thêm môi trường sunphat nhằm tạo điều kiện để phân hủy thành phần hữu cơ thể rắn trong rác chuyển sang dạng lỏng trong nước rỉ rác, vô cơ hóa thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước rỉ rác. Trong môi trường sunphat, hệ thống chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 95 của chu trình chôn lấp rác. Ngoài ra nhóm tác giả cũng đã cho thấy rằng việc tuần hoàn nước rỉ rác tạo khả năng oxy hóa - khử mạnh hơn cho môi trường phân hủy vi sinh các chất hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hóa chất hữu cơ ở thể lỏng.  Trần Mạnh Trí [7] đã áp dụng quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Tác giả đã sử dụng quá trình Keo tụ - Tạo phức - Fenton - Perozon để xử lý nước rỉ rác sau phân hủy sinh học kỵ khí trong bể UASB (COD 5.424 mg/L) ở hệ thống xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Quá trình keo tụ/Fenton được thực hiện bằng cách bổ sung polyferic sunphat (300 mg Fe3+/L) và sau khuấy nhanh bổ sung tiếp 500 mg H2O2/L vào và khuấy chậm 120 phút. Với quá trình xử lý này, hiệu suất xử lý COD rất cao (đạt 76%). Sau quá trình Keo tụ - Tạo phức - Fenton, nước rỉ rác tiếp tục được xử lý bằng Perozon đã xử lý được 97% các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.  Trương Quý Tùng và cộng sự [10] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phát sinh từ bãi chôn lấp Thủy Tiên - Thừa Thiên Huế bằng tác nhân UV/Fenton. Nước 13