XỬ LÝ ĐẤT VÀ THẢI BỎ

Bài 3 giáo trình công nghệ sinh học môi trường trường đại học Lạc Hồng

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

MÔI TRƯỜNG

THS: VƯU NGỌC DUNG

- “Siết chặt” giúp tạo những rào cản bảo để vệ môi trường

• Các phương pháp được phân loại theo vị trí:

- Dạng xử lý tại chỗ (in-situ): được thực hiện tại vị trí ô nhiễm

mà không cần phải đào đất lên

- Bên ngoài (ex-situ): đòi hỏi đất ô nhiễm phải được đào lênrồi xử lý ngay cạnh vị trí ô nhiễm (on-site remediation) hayđưa tới một nơi nào đó để xử lý (off-site remediation)

• Hoặc theo tính chất của quá trình: nhiệt, hóa học, vật lý vàsinh học

2 XỬ LÝ NHIỆT

• Qúa trình xử lí đất bằng nhiệt chủ yếu là chuyển chất ô nhiễm từ đất nền sang pha khí bằng cách cung cấp nhiệt năng

• Chất ô nhiễm bay hơi từ đất sau đó bị đốt cháy

• Khí thải còn chứa chất ô nhiễm tiếp tục được xử lí

3 XỬ LÝ HÓA - LÝ

• Quá trình xử lí đất bằng phương pháp hóa-lý chủ yếu là trích ly hoặc phân lớp ướt

• Nguyên tắc của công nghệ làm sạch đất bên ngoài là cô đặc

chất ô nhiễm trong một phân đoạn nhỏ bằng cách phân tách

• nước (có hoặc không có chất cho thêm) được sử dụng như chất trích ly

• Để chuyển chất ô nhiễm từ đất vào chất trích ly, có hai

cơ chế quan trọng:

- Lực phân ly mạnh bao gồm: bơm, trộn, ly tâm, tia nước

có áp suất mạnh (để phá vỡ các khối kết tụ của chất ô nhiễm và các hạt không ô nhiễm và nhờ vậy đẩy chất ô nhiễm về phía pha trích ly)

- Hoà tan chất ô nhiễm trong chất trích ly

• Trích ly tại chỗ, về cơ bản là sự thấm của dịch trích ly vào lớp đất bị ô nhiễm

• Quá trình thấm có thể tiến hành bằng cách đào các con mương trên bề mặt, những rãnh thoát nằm ngang, hoặc giếng sâu thẳng đứng

• Chất ô nhiễm hoà tan trong pha chiết được bơm lên và

xử lý ở phía trên

4 XỬ LÝ SINH HỌC

• Vi sinh vật đất chuyển hóa chất ô nhiễm thành các thành phầnchính là khí carbonic (hydrocacbon), nước và sinh khối

• Một số chất ô nhiễm có thể bị cố định bởi thành phần mùntrong đất

• Sự phân hủy xảy ra cả trong điều kiện hiếu khí (chủ yếu) và kịkhí

• hiệu qủa xử lý sinh học là phải tối ưu hóa điều kiện cho các visinh vật: cung cấp ôxy, thành phần nước, pH…

• Để kích thích hoạt tính sinh học, cần làm đồng nhất đất, cungcấp không khí, ẩm độ, nhiệt độ, thêm chất dinh dưỡng và cơchất hoặc cấy thêm vi sinh vật

• So với quá trình xử lý bằng phương pháp hóa lý, xử lý sinh học

ít tốn kém về năng lượng nhưng đòi hỏi thời gian kéo dài

4.1 Quá trình xử lý sinh học bên ngoài

Những bước xử lý:

1 Tiền xử lý bằng cơ học

2 Thêm nước, dinh dưỡng, cơ chất và vi sinh vật

3 Xử lý sinh học

• Đất được phá vỡ bằng cơ học, rây loại bỏ vật liệu không bị vỡ, rồi đồng nhất và làm mềm đất Những hạt đất cần tơi xốp

• Hoạt hóa quá trình vi sinh thì cần bổ sung thêm nước, dinh

dưỡng và cơ chất (vật liệu xốp) hoặc cấy thêm vi sinh vật

• Các chất hữu cơ như compost, cành lá cây,vụn gỗ hoặc rơm có

• thể sử dụng như là đồng cơ chất hoặc là nguồn dinh dưỡng

cho vi sinh vật hoặc chỉ là để tăng độ xốp của đất

Xử lý sinh học ở lớp đất mỏng

(dạng trải đất)

- Chiều cao có thể lên đến 40 cm

- Oxy cung cấp bằng cách cào, trộn… mỗi khoảng thời gian nhất định.

- Kỹ thuật này cần mặt bằng lớn nếu lượng đất cần

xử lý lớn

Đường thoát nước Lớp vật liệu đá, sỏi hoặc xây xi măng

Hệ thống tưới

Lớp cát Lớp đất ô nhiễm

Mái che chống mưa

Lớp đất ô nhiễm chứa dinh dưỡng,

vi sinh

Kỹ thuật trải đất có che mái

Kỹ thuật trải đất có che mái+ hệ

thống xử lý khí

Đống ủ

• Tương tự như ủ compost hoặc ủ chất thải hữu cơ

• Đống ủ hình thang, bầu dục, hoặc hình chóp

• Chiều cao thông thường từ 0.8- 3.0 m

• Hàm ượng nước thấp hơn hoặc bằng khả năng giữ nước của vật liệu (hệ thống khô và ướt)

• Hệ thống khô có thể vận hành không cần thổi khí (quá trình ủ động hoặc ủ tĩnh),

• Các hệ thống ướt hầu hết là tĩnh

• Ủ động thường xuyên bừa và trộn đều

• Nước và dinh dưỡng có thể được cung cấp thêm trong quá trình đảo trộn

• Kỹ thuật đống ủ chủ yếu dùng xử lý khô và phân hủy hiếu khí, lượng oxy > 1% ở mọi nơi trong đống ủ

Bể phản ứng (pha rắn hay nhão)

• Nguyên lý: dùng cơ học để phân ly đất bằng cách chà và trộn các cấu tử với nhau trong một hệ kín

 Chất ô nhiễm, vi sinh vật, dinh dưỡng, nước và không khí tiếp xúc lâu dài Không cần thiết làm xốp

 Oxy cung cấp qua hệ thống thông khí hoặc trao đổi khí thải

 Dùng than hoạt tính hoặc lọc sinh học khí thải

• Bể trộn nhão phù hợp xử lý phân đoạn đất nhẹ (sét và phù sa) chứa hàm lượng chất ô nhiễm cao

• Sau xử lý, đất nhão được khử nước (phần lớn nước được tái sử dụng)

• So với các quá trình trải đất hay đống ủ, thì bể phản ứng sinh học:

- Có thể kiểm soát dễ dàng hơn

- Thời gian xử lý ngắn hơn

- Chi phí cao

4.2 Quá trình xử lý sinh học tại chỗ

• Khả năng của vi sinh vật phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ tồn tại

tự nhiên trong môi trường là cơ sở cho quá trình làm sạch bằng con đường sinh học bằng chính bản thân vi sinh tại chỗ

• Trong điều kiện môi trường thuận lợi, những quá trình tự làm sạch chủ yếu được sử dụng như là phương pháp để theo dõi

• Điều kiện giới hạn hoặc không kích hoạt sinh học thì quá trình phân hủy tự nhiên có thể không tiến triển Do vậy, quá trình tự làm sạch bắt buộc phải đưa vào chương trình quan trắc

• Cần cung cấp oxy:

Cơ học: hút-đẩy khí, thổi khí, hoặc sục khí

 Hay hóa học: các chất nhận điện tử như nitrát hoặc các chất giải phóng oxy , thêm H2O2 hoặc ozôn vào cùng với nước

• Nhờ những cách này làm các chất ô nhiễm được phân hủy

• Nếu như oxy cung cấp qua môi trường nước thì cùng với nó

có thể đưa thêm dinh dưỡng và đôi khi cả vi sinh vật

 Thích hợp để san lấp hoặc dùng cho nông nghiệp.

7 Các nguyên tắc của kỹ thuật chất đống/luống

• Là một kỹ thuật bên ngoài (ex situ)

- Thử nghiệm khả năng phân huỷ sinh học bằng những phươngpháp chuẩn hoá trong phòng thí nghiệm

- Phân loại những vật liệu không có khả năng phân huỷ sinh họcnhư plastic, kim loại, đá, sỏi có kích thước 40-60 mm

- Bước quan trọng nhất của quá trình tiền xử lí là làm đồng nhấtvật liệu đất rồi phối trộn với chất phụ gia

• Theo thống kê 35 trường hợp làm sạch hydrocarbon trong đất ởquy mô lớn sử dụng kỹ thuật chất đống, nồng độ hydrocarbongiảm khoảng 50% nồng độ điều tra ban đầu sau khi đồng nhất

độ dinh dưỡng không vượt quá ngưỡng trong nông nghiệp.

- Yếu tố thứ ba là vi sinh vật, một hay nhiều loại vi sinh vậtnhất định có thể được thêm vào đất trong quá trình trộn vàđồng nhất đất

- Thành công được ghi nhận khi người ta phối trộn thêm cơchất dinh dưỡng và vi sinh vật: phân compost hoặc bùn hoạttính từ nhà máy xử lý nước thải

• Sau quá trình tiền xử lý, đất được chuyển tới vị trí để phân huỷ

và được chất thành đống hay luống

• Hệ xử lý kín không chỉ là để tuân thủ theo luật định mà còn làcách quan trọng để kiểm soát quá trình phân huỷ, đặc biệt nhưđiểu chỉnh độ ẩm, nhiệt độ

• Tránh tình trạng rửa trôi chất ô nhiễm ra môi trường đất tầngdưới: có thể đầm nền hoặc tráng xi măng hoặc rải nhựa

• Để giảm thiểu phát tán chất ô nhiễm ra môi trường khí cácđống ủ có thể được che chắn hay phủ kín bằng một tấm nhựahay màng, có thể bảo vệ đống ủ khỏi thời tiết không thuận lợinhư mưa hay nhiệt độ cao bất thường

Những yếu tố chính cần được kiểm soát

- Nồng độ của chất ô nhiễm

- Hàm lượng nước

- Nồng độ chất dinh dưỡng sẵn có

- Hoạt tính sinh học (hô hấp của đất)

• Quá trình xử lý kết thúc khi đất có thể được sử dụng như đấtsạch

• Thời gian của mỗi quá trình xử lý khá là khác nhau tuỳ thuộcvào loại và nồng độ chất ô nhiễm, giá trị phải đạt cũng nhưchất lượng đất

• Sau quá trình xử lý bằng kỹ thuật chất đống, đất đã xử lí cóthể dùng như đất mặt làm phong cảnh hoặc chôn lấp (khôngchứa đá sỏi lớn, mịn, giàu dinh dưỡng và chất mùn

8 Các kỹ thuật chất đống khác

• Những công nghệ đầu tiên đã được sử dụng ở mức độ lớn là xử lý đất bằng phương pháp sinh học ở dạng chất đống lắp đặt hở với thiết bị quay vòng nước

• Độ ẩm trong đống ủ cao hơn khả năng giữ nước (whc) của đống ủ nên nước rỉ được thu lại bằng hệ thống dẫn vào một bể nằm cuối đống ủ Từ bể này nước được

bơm trở lại tưới trải khắp bề mặt đống ủ

• Chất dinh dưỡng và các chất phụ gia có khả năng hoà tan khác được trộn chung với nước rồi thêm vào đó là

vi sinh vật, cơ chất và cả oxy cũng được cung cấp theo pha nước

• Độ ẩm thấp hơn giá trị cực đại whc  không có nước rỉ nước vàkhông khí chỉ vừa đủ để lấp các lỗ rỗng.

• Hàm lượng nước thấp có thể được vận hành theo kiểu « động »hoặc « tĩnh », công nghệ « ướt » thì tất cả đều ở dạng tĩnh

• Đảo trộn đất theo chu trình tuỳ thuộc vào mức độ hoạt động của

vi sinh, và điều chỉnh chế độ thông khí, nước hay dinh dưỡng

• Hệ thống tĩnh và khô không đưa thêm chất phụ gia vì đã đượcphối trộn từ giai đoạn tiền xử lý  sử dụng dinh dưỡng nhảchậm, thêm hệ thống thổi khí để cung cấp oxy…

• Thuận lợi dạng đống ủ tĩnh và khô là chiều cao có thể 3-5 m

• Dạng « động » có chiều cao dưới 2m do giới hạn của thiết bị với

độ dày đảo trộn

• Hệ thống « ướt » diện tích rộng nhất vì khả năng cung cấp oxytrong nước là giới hạn nếu chiều cao đống lớn hơn 0,5 m

• Oxy là yếu tố đặc biệt quan trọng trong kỹ thuật đống ủ.

• Oxy được tiêu thụ trong khi phân huỷ hiếu khí hydrocarbon chonên nhất thiết phải lắp đặt hệ thống thông khí trong tất cả hệthống tĩnh

• Trong hệ thống « ướt » oxy được cung cấp qua pha nước, do đóhiệu quả vận chuyển oxy tới từng phần của đống ủ bị giới hạnbởi nồng độ oxy hoà tan và không thể đạt được mức bão hoà

• Nếu cung cấp đủ oxy, nhiệt độ của đống ủ sẽ tăng đến khoảng30-35 0C do hoạt động của vi sinh vật

• Đặc biệt đối với những hệ thống kín, nhiệt độ này có thể đượcbảo toàn bên trong mà không phụ thuộc điều kiện bên ngoài củađống ủ, do vậy, có thể ứng dụng vi sinh vật chịu nhiệt(mesophiles) trong kỹ thuật đống ủ

• Những nghiên cứu về các vi sinh vật đặc biệt ưa nhiệt độ cao(extremophiles) và những ứng dụng công nghệ của những visinh này cho thấy khả năng to lớn để ứng dụng trong lĩnh vựcphân huỷ hydrocarbon

9 Hiệu quả và kinh tế

• Kỹ thuật chất đống đã và đang được sử dụng ở quy mô lớn trong vòng 10 năm trở lại đây và đây là một dạng công nghệ chuẩn hoá để làm sạch đất ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ

• Với kỹ thuật chất đống có thể đạt từ 80-90% tốc độ phân huỷ trong một khoảng thời gian hợp lý tuỳ theo chất ô nhiễm

• Ngoài hydrocarbon, những chất ô nhiễm sau cũng có thể xử được bằng kỹ thuật chất đống :

- Những hợp chất vòng thơm BTEX

- Những hợp chất dạng phenol

- Những hợp chất đa vòng thơm, ≤ 4 vòng

- Những chất nổ hữu cơ (TNT, RDX)

• Hiệu quả kinh tế:

- Chi phí đầu tư thấp cho việc xây dựng và kỹ thuật vận hành đơn giản, công nghệ chất đống tất nhiên là thuộc loại công

nghệ giá rẻ so với các kỹ thuật xử lý sinh học khác như bể

phản ứng sinh học, rửa đất hay là thiêu đốt

- Khoảng 80% số nhà máy xử lý đất bằng phương pháp sinh học

ở nước Đức là thực hiện trên cơ sở kỹ thuật chất đống: giá

thành xử lý 30-35 USD/tấn Đây là giá thấp

- Ưu thế an toàn với môi trường, và sức khoẻ con người, sử

dụng lại đất sau xử lý…

- Vì xử lí đất bằng công nghệ chất đống phù hợp với nhiều

trường hợp khác nhau: từ chất ô nhiễm đến chất lượng đất hay

là điều kiện khí hậu, công nghệ này có thể được cải tiến một cách dễ dàng để đạt được những yêu cầu của quá trình xử lí

- Công nghệ xử lí sinh học của tương lai