xây dựng quy trình hóa – lý xử lý nước rỉ rác từ bãi rác thị xã bỉm sơn, tỉnh thanh hóa

Để xử lý nước rỉ rác đạt hiệu quả, ngoài yếu tố công nghệ xử lý cần đặc biệt quan tâm đến lưu lượng và nồng độ của nước rác; diện tích hoạt động của bãi chôn lấp chịu tác động trực tiếp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-  -

LÊ PHÚ QUÝ

XÂY DỰNG QUY TRÌNH HÓA – LÝ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC

TỪ BÃI RÁC THỊ XÃ BỈM SƠN, TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-  -

LÊ PHÚ QUÝ

XÂY DỰNG QUY TRÌNH HÓA – LÝ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC

TỪ BÃI RÁC THỊ XÃ BỈM SƠN, TỈNH THANH HÓA

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ: 60.44.03.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG SƠN

HÀ NỘI, NĂM 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 30 tháng 8 năm 2015

Tác giả luận văn

Lê Phú Quý

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp “Xây

dựng quy trình hóa – lý xử lý nước rỉ rác tại bãi rác thị xã Bỉm Sơn, tỉnh Thanh Hóa”, em đã nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của các tập thể, cá nhân

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Học viện Nông nghiệp Việt Nam, tập thể các thầy cô giáo Khoa Môi trường đã truyền đạt cho em những kiến thức cơ bản đó là những kiến thức vô cùng quan trọng giúp em có cở sở vững vàng trong suốt quá trình nghiên cứu cũng như hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Trường Sơn – giảng viên Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng đẫn em hoàn thành khóa luận này

Em cũng xin được chân thành cảm ơn các thầy cô giáo giảng dạy tại Bộ môn Hóa học, cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ em về trang thiết bị, hóa chất và phòng thí nghiệm trong suốt quá trình tiền hành nghiên cứu

Cuối cùng, em cũng xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu cũng như hoàn thành khóa luận

Trong quá trình nghiên cứu vì nhiều lý do chủ quan và khách quan, khóa luận không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Em rất mong nhận được sự

thông cảm, đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 8 năm 2015

Tác giả luận văn

Lê Phú Quý

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích, yêu cầu của đề tài 2

2.1.Mục đích 2

2.2 Yêu cầu 2

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về nước rỉ rác 3

1.1.1 Hiện trạng xử lý và tiêu hủy chất thải rắn tại các bãi chôn lấp ở Việt Nam 3

1.1.2 Tác động của nước rỉ rác đến môi trường 5

1.1.3 Quá trình hình thành, thành phần và các yếu tố ảnh hưởng đến nước rỉ rác 7

1.1.4 Tình hình nghiên cứu các công nghệ xử lý nước rỉ rác 12

1.1.5 Sơ lược về quá trình Fenton 15

1.1.6 Các phương pháp xử lý amoni 21

1.1.7 Kết tủa NH4+ dưới dạng MgNH4PO4 bằng magie trong nước ót 25

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.2 Phạm vi nghiên cứu 27

2.3 Nội dung nghiên cứu 27

2.4 Phương pháp nghiên cứu 27

2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu 27

2.4.2.Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu 28

2.4.3.Chỉ tiêu và phương pháp phân tích 29

2.4.4.Phương pháp bố trí thí nghiệm 29

2.4.5.Phương pháp xử lý số liệu 33

2.4.6.Phương pháp so sánh 33

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 34

3.1.Tổng quát về bãi chôn lấp Thị xã Bỉm Sơn 34

3.1.1.Vị trí địa lý của bãi chôn lấp Bỉm Sơn 34

3.1.2.Đặc tính của nước rỉ rác bãi chôn lấp Bỉm Sơn 35

3.2.Thành phần hóa học của nước ót Hải Châu, Tĩnh Gia, Thanh Hóa 36

3.3 Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình Fenton xử lý nước rỉ rác 37 3.3.1 Khảo sát hiệu quả xử lý COD của 1 đơn vị hóa chất khi xử lýFenton với 4 mẫu NRR được lấy trong thời gian khác nhau của năm 37

3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ pha loãng mẫu tới hiệu suất xử lý COD trong nước rỉ rác 39

3.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng chất oxy hóa H2O2 đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong NRR 41

3.3.4.Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O2/Fe2+ đến hiệu quả xử lý COD trong nước rỉ rác 43

3.3.5.Khảo sát sự sa lắng của dung dịch sau khi xử lý Fenton 45

3.3.6 Điều kiện thích hợp khi áp dụng quá trình Fenton để xử lý NRR của bãi rác Thị xã Bỉm Sơn 46

3.4 Kết quả xử lý amoni trong NRR bằng magie trong nước ót sau quá trình xử lý Fenton 47

3.4.1 Nghiên cứu hiệu quả xử lý amoni trong nước rỉ rác của bãi rác Bỉm

Sơn 48

3.4.2 Khảo sát sự sa lắng của dung dịch sau khi xử lý kết hợp Fenton và amoni 52

3.4.3 Kết quả xử lý chất hữu cơ và amoni trong nước bằng Fenton và magie trong nước ót 54

3.5 Xử lý màu của dung dịch sau khi kết tủa amoni 55

3.6 Khái toán chi phí xử lý 56

3.6.1 Tính toán lượng hóa chất sử dụng 56

3.6.2 Chi phí hóa chất chất xử lý NRR 56

3.6.3 Chi phí nhân công vận hành 57

3.7 Đề xuất quy trình xử lý 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

1 Kết luận 60

2 Kiến nghị 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 65

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

AOPs Advanced Oxidation Processes

BOD Lượng oxi cần cung cấp để oxi hóa các chất hữu cơ

trong nước bởi vi sinh vật

BOD5 Lượng oxi cần cung cấp để oxi hóa các chất hữu cơ

trong nước bởi vi sinh vật trong 5 ngày BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

COD Lượng oxi cần thiết để oxi hóa các hợp chất hóa học

trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ

EDTA Ethylene Diamine Tetra – acetic Acid

EBR Expanded bed reactor

FBR Fluidized bed reactor

PAC Poly Aluminium Chloride

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

SBR Sequency Batch Reactor

UASB Upflow anaerobic sludge blanket

DANH MỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang

Bảng 1.1 Kết quả đo chỉ số vi sinh vật trong 5 mẫu đất tại 2 bãi rác 6

Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới 8

Bảng 1.3 Thành phần của nước rỉ rác sau hệ thống xử lý tại BCL Nam Sơn – Hà Nội 14

Bảng 1.4 Thành phần và tính chất của nước rỉ rác Gò Cát 15

Bảng 3.1 Đặc tính nước rỉ rác bãi rác thị xã Bỉm Sơn 35

Bảng 3.2 Đặc tính của nước ót nghiên cứu 36

Bảng 3.3 Các điều kiện tiến hành của thí nghiệm 01 37

Bảng 3.4 Kết quả xử lý COD của NRR theo các hàm lượng COD khác nhau 37

Bảng 3.5 Các điều kiện của thí nghiệm 02 39

Bảng 3.6 Kết quả xử lý COD của NRR theo các tỷ lệ pha loãng 39

khác nhau 39

Bảng 3.7 Các điều kiện tiến hành của thí nghiệm 03 41

Bảng 3.8 Kết quả xử lý COD của NRR với các hàm lượng H2O2 42

khác nhau 42

Bảng 3.9 Các điều kiện tiến hành của thí nghiệm 04 43

Bảng 3.10 Kết quả xử lý COD của NRR của các tỷ lệ H2O2/Fe2+ khác nhau 44

Bảng 3.11 Diễn biến quá trình lắng của dung dịch sau khi xử lý Fenton 45

Bảng 3.12 Các thông số của NRR trước và sau xử lý fenton 47

Bảng 3.13 Kết quả phân tích mẫu nước trước và sau xử lý fenton 48

Bảng 3.14 Thể tích các dụng dịch cho vào phản ứng theo tỷ lệ mol 49

Bảng 3.15 Kết quả phân tích nồng độ NH4+ , Mg2+ và PO43- sau phản ứng tạo kết tủa 49

Bảng 3.16 Các thông số đầu vào cho xử lý amoni bằng Magie từ nước ót50

Bảng 3.17 Kết quả xử lý amoni trong NRR bãi chôn lấp Thị xã Bỉm Sơn 50

Bảng 3.18 Hàm lượng Mg2+ và PO43- bổ sung cho dung dịch đã 51

xử lý fenton 51

Bảng 3.19 Kết quả xử lý amoni trong nước rỉ rác đã xử lý Fenton 52

Bảng 3.20 Sự thay đổi chiều cao sa lắng theo thời gian của mẫu nước sau

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Vị trí Bãi chôn lấp rác thị xã Bỉm Sơn 34

Hình 3.2 Hiệu suất xử lý NRR ở các mẫu có hàm lượng COD khác nhau 38

Hình 3.3 Hiệu quả xử lý của mỗi đơn vị hóa chất 38

Hình 3.4 Ảnh hưởng của mẫu NRR đến hiệu suất xử lý 40

Hình 3.5 Hiệu quả xử lý COD ở các hàm lượng H2O2 khác nhau 42

Hình 3.6 Hiệu quả xử lý nước rỉ rác theo từng tỉ lệ H2O2/Fe2+ 44

Hình 3.7 Khả năng sa lắng cuả hạt qua từng giờ 45

Hình 3.8 Mẫu nước sa lắng của các tỉ lệ pha loãng khác nhau 46

sau khi xử lý Fenton 46

Hình 3.9 Chiều cao sa lắng thay đổi theo thời gian của nước rỉ rác 53

sau xử lý amoni 53

Hình 3.10 Sự sa lắng của mẫu nước sau xử lý amoni và xử lý màu bằng than hoa sau 3 giờ 55

Hình 3.11 Quy trình đề xuất để xử lý NRR bãi chôn lấp thị xã Bỉm Sơn

Error! Bookmark not defined

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Khi chất lượng cuộc sống được cải thiện thì vấn đề môi trường cũng được quan tâm, đặc biệt là vấn đề rác thải và nước thải Rác thải sinh ra từ mọi hoạt động của con người và ngày càng tăng về khối lượng Hầu hết rác thải ở nước

ta nói chung và thị xã Bỉm Sơn – tỉnh Thanh Hóa nói riêng đều chưa được phân loại tại nguồn, do đó gây rất nhiều khó khăn trong quản lý và xử lý, đồng thời còn sinh ra một loại nước thải đặc biệt ô nhiễm là “nước rỉ rác”

Theo thống kê của công ty môi trường đô thị Bỉm Sơn thì mỗi ngày bãi chôn lấp rác thải của thị xã tiếp nhận 70 đến 80 tấn rác thải sinh hoạt Phương pháp xử lý duy nhất được áp dụng ở Việt Nam nói chung và ở thị xã Bỉm Sơn nói riêng là chôn lấp Quá trình tiếp nhận rác liên tục của bãi chôn lấp rác tạm thời này dẫn đến những hậu quả về mặt môi trường, như mùi hôi nồng nặc phát sinh từ các bãi chôn lấp (BCL) phát tán xa hàng cây số vào khu vực dân cư xung quanh Ngoài ra, một vấn đề nghiêm trọng khác là sự tồn đọng của hàng trăm ngàn mét khối nước rỉ rác đang là nguồn hiểm họa ngầm đối với môi trường bởi tính chất phức tạp và có khả năng gây ô nhiễm cao của nó

Theo Quyết định số 1448/QĐ – UBND ngày 15 tháng 5 năm 2014 của chủ

tịch UBND tỉnh Thanh Hóa – “Kế hoạch xử lý các điểm gây ô nhiễm môi

trường nghiêm trọng trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa” bãi rác thị xã Bỉm Sơn sẽ

phải ngừng hoạt động năm 2014 – 2015 và xử lý nước rỉ rác tạm thời bằng biện pháp sinh học Tuy nhiên do những điều kiện khách quan như nơi chôn lấp mới theo quy hoạch chưa sẵn sàng, nên bãi rác thị xã không thể ngừng hoạt động

mà hàng ngày vẫn phải tiếp nhận một lượng rác khá lớn (70 – 80 tấn), cùng với

đó là vấn đề nước rỉ rác vẫn hàng ngày gây tác động ô nhiễm đến môi trường Trong khi việc sử dụng các biện pháp sinh học trong điều kiện thiếu thốn không gian là không đảm bảo quá trình xử lý nước thải đầu ra đạt theo quy

chuẩn cũng như ảnh hưởng mạnh đến người dân sống gần bãi rác, nên cần có một quy trình phù hợp hơn với không gian và điều kiện địa phương

Từ những lý do trên, khóa luận được thực hiện với đề tài “Xây dựng quy

trình hóa – lý xử lý nước rỉ rác từ bãi rác thị xã Bỉm Sơn, tỉnh Thanh Hóa”

2 Mục đích, yêu cầu của đề tài

2.1.Mục đích

Xây dựng được qui trình hóa lý xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp

rác phù hợp với bãi chôn lấp rác Bỉm Sơn Thanh Hóa

2.2 Yêu cầu

- Xác định đặc tính nước rỉ rác bãi chôn lấp rác thị xã Bỉm Sơn trước khi đưa vào xử lý

- Xác định thành phần nước ót xã Hải Châu, Tĩnh Gia, Thanh Hóa

- Quy trình xử lý chất hữu cơ và amoni trong nước rỉ rác

- Xác định hiệu quả xử lý chất hữu cơ bằng Fenton trong nước rỉ rác

- Xác định hiệu quả xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng magie nước ót

- Đề xuất mô hình xử lý nước rỉ rác phù hợp với bãi rác Bỉm Sơn

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về nước rỉ rác

1.1.1 Hiện trạng xử lý và tiêu hủy chất thải rắn tại các bãi chôn lấp ở Việt Nam

Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2011- Chất thải rắn, tỷ lệ chất thải rắn chôn lấp hiện nay đạt khoảng 76 -82 % lượng chất thải rắn thu gom được Thống kê trên toàn quốc có 98 bãi chôn lấp chất thải tập trung ở các thành phố lớn đang vận hành nhưng chỉ có 16 bãi được coi là hợp vệ sinh

Ở phần lớn các bãi chôn lấp, việc chôn lấp rác được thực hiện hết sức sơ sài Như vậy, cùng với lượng CTR được tái chế, hiện ước tính có khoảng 60% CTR đô thị đã được xử lý bằng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh và tái chế trong các nhà máy xử lý CTR để tạo ra phân compost, tái chế nhựa,

Đốt chất thải sinh hoạt đô thị chủ yếu ở các bãi rác không hợp vệ sinh: sau khi rác thu gom được đổ thải ra bãi rác phun chế phẩm EM để khử mùi và định kỳ phun vôi bột để khử trùng, rác để khô rồi đổ dầu vào đốt Tuy nhiên, vào mùa mưa, rác bị ướt không đốt được hoặc bị đốt không

triệt để Ước tính khoảng 40 ÷ 50% lượng rác đưa vào bãi chôn lấp không hợp

vệ sinh được đốt lộ thiên Công nghệ đốt CTR sinh hoạt với hệ thống thiết bị đốt được thiết kế bài bản mới được áp dụng tại Nhà máy đốt rác ở Sơn Tây (Hà Nội) Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đang có kế hoạch nhập dây chuyền công nghệ đốt chất thải có tận dụng nhiệt để phát điện trong thời gian tới Báo cáo của Bộ TN&MT đánh giá tình hình thực hiện Quyết định 64/2003/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ (Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia, năm 2011- Chất thải rắn) cho thấy, trên toàn quốc còn đến 27/52 bãi chôn lấp vẫn đang triển khai xử lý ô nhiễm triệt để; chỉ có 25/52 bãi chôn lấp không còn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Rất nhiều trong số các bãi chôn lấp đang triển khai xử lý ô nhiễm triệt để là các điểm ô nhiễm tồn lưu trong đó có các bãi chôn lấp rác Sầm Sơn, Thanh Hóa Bãi chôn lấp Bỉm Sơn

cũng đã được đưa vào danh sách các điểm gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng cần xử lý tuy nhiên hiện nay vẫn đang hoạt động

Tổng hợp các kết quả điều tra nghiên cứu và báo cáo của các địa phương cho thấy rất nhiều tỉnh thành phố chưa có bãi chôn lấp hợp vệ sinh và nhà máy

xử lý rác, việc xử lý và tiêu hủy rác ở đây chủ yếu là chôn lấp và đốt ngay tại các bãi chôn lấp không hợp vệ sinh Các bãi rác không được quy hoạch và phân bố nhỏ lẻ ở khắp các thành phố, thị xã và các huyện Một số địa phương điển hình như: Điện Biên, Hà Giang, Thanh Hóa, Quảng Trị, Bình Thuận, Bình

Phước, Tiền Giang, Hậu Giang,

Về vấn đề xử lý nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp, theo Cù Huy Đấu, 2010

- “Công nghệ xử lý nước rác phù hợp với điều kiện Việt Nam” - TS Tạp chí Khoa học Kiến trúc – Xây dựng: Hiện nay, trên địa bàn cả nước có rất ít bãi chôn lấp (BCL) có trạm xử lý nước rỉ rác Các trạm xử lý (TXL) nước rác mới chỉ được đầu tư xây dựng tại các bãi chôn lấp được xem là hợp vệ sinh như trạm xử lý nước rác Nam Sơn (Hà Nội); TXL nước rác ở Đèo Sen, TXL nước rác Hà Khẩu, TXL nước rác Quang Hanh (Quảng Ninh); TXL nước rác Tràng Cát (Hải Phòng); TXL nước rác Lộc Hoà (Nam Định) hoặc các khu vực là điểm nóng về môi trường do nước rác như TXL nước rác Đông Thạnh, TXL nước rác Gò Cát, TXL nước rác Đa Phước, TXL nước rác Phước Hiệp (tất cả đều ở TP Hồ Chí Minh) Theo đánh giá của các chuyên gia, trong số các TXL nước rác kể trên, các trạm xử lý nước rác được đầu tư XD hiện đại, hiệu quả xử

lý cao, đạt TCVN 5945-1995 là Nhà máy xử lý nước rác Nam Sơn (Hà Nội) và Nhà máy xử lý nước rác Gò Cát (TP Hồ Chí Minh)

Bên cạnh những hệ thống xử lý được đầu tư quy mô công nghiệp, hiện đại, vẫn còn tồn tại những trạm xử lý chỉ được đầu tư tạm thời; ngay cả những nhà máy xử lý nước rác hiện đại cũng đã và đang bộc lộ những bất cập, tồn tại cần giải quyết tiếp Thực tế cho thấy, nước rỉ rác đầu vào có sự dao động rất lớn về lưu lượng (khi có mưa và không mưa), nồng độ, từ đó ảnh hưởng rất lớn

đến hiệu suất của quá trình xử lý Để xử lý nước rỉ rác đạt hiệu quả, ngoài yếu

tố công nghệ xử lý cần đặc biệt quan tâm đến lưu lượng và nồng độ của nước rác; diện tích hoạt động của bãi chôn lấp chịu tác động trực tiếp của nước mưa; mức độ pha trộn và rửa trôi giữa nước mưa, nước rác; hệ số thấm qua các lớp rác (đã nén, chưa nén), hệ số thấm qua lớp trung gian và lớp phủ bề mặt của BCL; hệ thống thu gom và hồ điều hoà nước rỉ rác – lưu lượng và nồng độ đầu vào cho việc xác định quy mô, công suất và dây chuyền công nghệ trạm xử lý

nước rác

1.1.2 Tác động của nước rỉ rác đến môi trường

1.1.2.1 Tác động đến môi trường nước

Theo Bộ Tài nguyên & Môi trường, 2011- Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2011- Chất thải rắn, phần lớn các bãi chôn lấp hiện nay đều không được xây dựng đúng kỹ thuật vệ sinh và đang trong tình trạng quá tải, nước rò rỉ từ bãi rác được thải trực tiếp ra ao, hồ gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng Sự xuất hiện của các bãi rác lộ thiên tự phát cũng là một nguồn gây ô nhiễm nguồn nước đáng kể

- Tại Nghệ An, dòng nước bẩn thải ra từ bãi rác và nhà máy xử lý rác chảy đến hồ Bảy Mẫu (xóm Đông Vinh, xã Hưng Đông, thành phố Vinh) làm nguồn nước bị ô nhiễm gây thiệt hại lớn cho các hộ nuôi cá 120 hộ dân trong xóm Đông Vinh dùng giếng khoan, giếng nóng để lấy nước sinh hoạt, nay cũng

bị nước bẩn ngấm vào

- Tại thị xã Quảng Trị, bãi rác của địa phương ngày càng cao lên, bốc lên mùi hôi rất khó chịu ảnh hưởng xấu đến đời sống các gia đình sống trên địa bàn khu phố 1 và 2A, phường 1, thị xã Quảng Trị Những ngày mưa, nước từ bãi rác không thấm được xuống đất tràn về các khu dân cư, chảy xuống hồ Tích Tường, nơi có nguồn nước cung cấp phục vụ đời sống, sinh hoạt của người dân thị xã

- Thành phố Hồ Chí Minh, bãi rác Đa Phước, mặc dù sử dụng công nghệ chống thấm hiện đại nhưng vẫn là nguồn gây ô nhiễm rạch Ráng, rạch Bún Seo

và rạch Ngã Cậy; Nước trong rạch chuyển sang màu xanh, đục và hôi; Mùi hôi

và ruồi muỗi ảnh hưởng trên một phạm vi rộng, nhất là vào những ngày mưa; Tôm cá cũng không còn Vấn đề ô nhiễm amoni ở tầng nông (nước dưới đất) cũng là hậu quả của nước rỉ rác và của việc xả bừa bãi rác thải lộ thiên không

có biện pháp xử lý nghiêm ngặt

1.1.2.2 Tác động đến môi trường đất

Tại các bãi rác, bãi chôn lấp CTR không hợp vệ sinh, không có hệ thống

xử lý nước rác đạt tiêu chuẩn, hóa chất và vi sinh vật từ CTR dễ dàng thâm nhập gây ô nhiễm đất Nghiên cứu của Viện Y học Lao động và Vệ sinh Môi trường cho thấy các mẫu đất xét nghiệm tại bãi rác Lạng Sơn và Nam Sơn đều

bị ô nhiễm trứng giun và Coliform

Bảng 1.1 Kết quả đo chỉ số vi sinh vật trong 5 mẫu đất tại 2 bãi rác

Địa điểm Số trứng giun trong mẫu đất

(trứng /100g)

Số Coliform trong mẫu đất (khuẩn lạc/10g) Giá trị cao nhất Giá trị thấp nhất Giá trị cao nhất Giá trị thấp nhất

(Nguồn: Bộ Tài nguyên & Môi trường - Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia, năm 2011- Chất thải rắn)

1.1.2.3 Tác động đến sức khỏe người dân

Hai thành phần chất thải rắn được liệt vào loại cực kỳ nguy hiểm là kim loại nặng và chất hữu cơ khó phân hủy cũng là hai thành phần thường đặc trưng trong nước rỉ rác Các chất này có khả năng tích lũy sinh học trong nông sản, thực phẩm cũng như trong mô tế bào động vật, nguồn nước và tồn tại bền vững trong môi trường gây ra hàng loạt bệnh nguy hiểm đối với con người như

vô sinh, quái thai, dị tật ở trẻ sơ sinh; tác động lên hệ miễn dịch gây ra các

bệnh tim mạch, tê liệt hệ thần kinh, giảm khả năng trao đổi chất trong máu, ung

thư và có thể di chứng di tật sang thế hệ thứ 3 (Báo cáo hiện trạng môi trường

quốc gia, năm 2011- Chất thải rắn)

1.1.3 Quá trình hình thành, thành phần và các yếu tố ảnh hưởng đến nước

rỉ rác

1.1.3.1 Quá trình hình thành

Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp có thể được định nghĩa là chất lỏng thấm qua các lớp chất thải rắn mang theo các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng (Nguyễn Văn Phước, 2007- Quản lý và xử lý chất thải rắn- NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh) Trong hầu hết các bãi chôn lấp nước rỉ rác bao gồm chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ các nguồn bên 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.(Nguyễn Văn Phước, 2007- Quản

lý và xử lý chất thải rắn- NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh)

1.1.3.2 Thành phần và tính chất nước rỉ rác

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 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/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 1.1

Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới

Thành phần Đơn vị

BCL pathumthani (i) NRR cũ

BCL Saen-Suk NRR cũ (iii)

Pereira (5 năm vận hành)

pH - 7,8 – 8,7 7,23 – 7,63 7,2 – 8,3

COD mgO 2 /l 4.119 – 4.480 1.075 – 1.417 4.350 – 65.000 BOD mgO 2 /l 750 – 850 145 – 533 1.560 – 48.000

Nguồn: Chuleemus Boonthai Iwai and Thammared Chuasavath, 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 nghìn mgO2/l) đối với nước rỉ rác mới 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 lại giảm dần, ngoại trừ NH3 trung bình khoảng 1800mg/l Nồng độ các kim loại hầu như rất thấp, ngoại trừ sắt

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 đầu tỷ lệ này có thể lên đến 80%, với tỷ lệ BOD5/COD lớn hơn 0,4 chứng tỏ các chất hữu cơ trong nước rỉ rác có khả năng 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 các hợp chất lignin, axit humic và axit fulvic là những chất khó phân hủy sinh

học

1.1.3.3 Thành phần nước rỉ rác Việt Nam

Nước rỉ rác của Việt Nam cũng có thành phần và tính chất đặc trưng tương

tự với nước rỉ rác trên thế giới Có thể thấy, Việt Vam, Thái Lan và Columbia cùng nằm trong vùng nhiệt đới nên ít nhiều cũng có đặc điểm về khí hậu gần giống nhau, đây cũng là yếu tố quyết định đến tính chất của nước rỉ rác Những đặc trưng cơ bản là: Hàm lượng COD trong nước rỉ rác mới cao, có thể lên đến 71.600 (mg O2/l); hàm lượng CHC và vô cơ giảm dần theo tuổi bãi rác; tương tự

tỷ lệ BOD5 /COD cũng giảm, điều này cho thấy CHC dễ phân hủy sinh học giảm nhanh, CHC khó/không phân hủy sinh học lại gia tăng

Đặc tính chung của tất cả các loại nước rỉ rác bao giờ cũng có thành

phần quan trọng như sau:

- Các chất ô nhiễm hữu cơ: Đặc trưng ở tải lượng ô nhiễm theo COD

và BOD rất cao Ở những BCL mới (dưới 2 năm) có COD rất cao (3.000 – 40.000 mg O2/l), đồng thời tỷ số BOD/COD lớn hơn 0,6 tức là trong nước rác chứa nhiều CHC dễ phân hủy sinh học Ngược lại, ở những BCL cũ (trên 10 năm) nước rác có COD thấp hơn rất nhiều (100-500 mg O2/l), đồng thời tỷ số BOD/COD cũng thấp (<0,3), tức là trong nước rác chứa nhiều CHC khó phân

hủy sinh học (Lê Trang Mỹ Dung, 2007)

- Chất ô nhiễm vô cơ: Chủ yếu là amoni (NH4+), thành phần này được tạo ra do sự phân hủy (thủy phân và lên men) protein xác động thực vật trong rác thải Đặc trưng của amoni trong nước rác là có hàm lượng cao, trên 2000

mg/l và rất bền vững, không biến đổi theo thời gian, là thành phần khó xử lý

nhất trong nước rỉ rác

- Các yếu tố độc hại: Vi trùng, vi khuẩn, mầm bệnh, virus và một số kim

loại nặng

1.1.3.4 Các công đoạn trong quy trình công nghệ xử lý nước thải

Theo Lương Đức Phẩm - Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Nhà xuất bản Giáo dục, Hà nội, 2007 Nước thải đô thị và sinh hoạt nói chung, nước thải công nghiệp cần phải thu gom đến nơi tập trung ngoài khu dân cư để xử lý, sau đó xả vào các thủy vực Xử lý ở mưc độ nào đó sẽ tùy thuộc vào điều kiện môi trường, đặc điểm thủy vực của nguồn nhận, phương pháp xử lý nước thải tiếp nối với dây truyền công nghệ sản xuất

Để lựa chọn quy trình công nghệ xử lý thích hợp, phải dựa vào thành phần, tính chất của nước thải, bản chất của các chất nhiễm bẩn, các điều kiện địa lý để phù hợp với yêu cầu bảo vệ môi trường

Nước thải có thể được xử lý qua các công đoạn sau

• Xử lý sơ bộ hay xử lý bậc I

Công đoạn này loại bỏ phần lớn các tạp chất thô, cứng, vật nổi, nặng (cát, đá, sỏi…), dẫu mỡ … để bảo vệ bơm, đường ống, thiết bị tiếp theo và đưa nước thải vào xử lý cơ bản có hiệu quả hơn

Các trang thiết bị của công đoạn này thường là: song, lưới chắn rác, có thể có máy nghiền và cắt vụn rác, lắng cát, bể điều hòa, bể trung hòa, tuyển nổi

và lắng 1 Bể điều hòa đôi khi có trang bị sục khí, bổ xung clo để khử mùi, khử mầu và làm tăng cường ô xi hóa

Kết quả là loại được hầu hết tạp chất rơm rác, vật thô nổi, tạp chất nặng

(cát, sỏi), một phần tạp chất ở dạng lơ lửng

• Xử lý cơ bản hay xử lý bậc II

Xử lý cơ bản chủ yếu là ứng dụng quá trình sinh học (đôi khi là quá trình hóa học hoặc cơ học kết hợp) Công đoạn này phân huye sinh học hiếu khí các

chất hữu cơ, chuyển các chất hữu cơ dễ phân hủy thành các chất vô cơ và chuyển các chất hữu cơ ổn định thành bông cặn dễ loại bỏ ra khỏi nước

Các công trình và thiết bị trong công đoạn này thường chia ra các nhóm:

- Bể hiếu khí với bùn hoạt tính (Aeroten)

- Lọc sinh học hoặc qua cánh đồng lọc

- Đĩa quay sinh học

- Mương (kênh) ô xi hóa

- Ao hồ hiếu khí

-Lắng 2

Nhiều trường hợp công đoạn này chỉ gồm có 1 trong các công trình hoặc thiết bị kết hợp với lắng 2

Có trường hợp công đoạn xử lý cơ bản này không phải là các công trình

và thiết bị theo quá trình sinh học, mà theo quá trình hóa học hoặc hóa lý, cũng

có khi chỉ là lọc đơn thuần

Nước sau lắng 2 có thể đạt loại B, trường hợp không đạt cần xử lý tiếp theo hai cách:

- Cho quay lại để pha loãng với nước thải đầu vào aeroten

- Cho tiếp tục xử lý bổ xung và có thể là xử lý bậc III

• Xử lý bổ xung hay xử lý bậc III

Thông thường công doạn này chỉ cần khử khuẩn để đảm bảo nước trước khi đổ vào các thủy vực không còn vi sinh vật gây bệnh: khử mầu, khử mùi và giảm nhu cầu ỗi sinh học cho nguồn tiếp nhận

Các phương pháp khử khuẩn thường được dùng là: clo hóa nước, ozon, tia cực tím

Ngoài ra công đoạn này có thể phải tiếp tục nâng cao chất lượng nước đã

xứ lý để xả vào nguồn tiếp nhận có yêu cầu cao Do đó thiết bị ở đây cần trang

bị là:

- Vi lọc hoặc lọc cát, lọc qua màng…để lọc trong nước

- Kết tủa hóa học hoặc đông tụ

- Hấp phụ qua than hoạt tính để khử hết các kim loại nặng, chất hữu cơ, chất màu, mùi…

- Trao đổi ion, thẩm thấu ngược …để ổn định chất lượng nước

- Nếu trường hợp đã xử lý bằng các biện pháp như trên mà nước ra vẫn còn hàm lượng N và P cao, người ta cần đáp ứng yêu cầu bằng cách xử lý riêng

để khử N và P hoặc nuôi tảo trong các hồ riêng biệt trước khi xả ra nguồn hoặc các thủy vực nước sạch

1.1.4 Tình hình nghiên cứu các công nghệ xử lý nước rỉ rác

1.1.4.1.Trên thế giới

Quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác trên thế giới đều kết hợp các quá trình sinh học, hóa học và hóa lý, hầu hết các công nghệ xử lý đều bắt đầu xử lý nitơ bằng phương pháp cổ điển (nitrat hóa và khử nitrat), tuy nhiên với nồng độ nitơ cao (2.000mg/l) thì phương pháp này cũng bị hạn chế Tùy thuộc vào thành phần nước

rỉ rác cũng như tiêu chuẩn xả thải mà quy trình xử lý tiếp theo được thay đổi với việc áp dụng quá trình cơ học (màng lọc), hóa lý (keo tụ/ tạo bông) và oxy hóa năng cao (Fenton, ozone, ) Tiêu chuẩn xả thải đối với nước rỉ rác của các nước cao hơn

so với tiêu chuẩn của Việt Nam như tiêu chuẩn giới hạn COD dao động từ 200 –

300 mgO2/l, trong khi của Việt Nam tương đương với cột B, COD là 100mgO2/l

Để đạt được nồng độ COD giảm từ 200 – 300 mgO2/l xuống 100mgO2/l đòi hỏi chi

phí cao và áp dụng các phương pháp tiến tiến

1.1.4.2.Tại Việt Nam

Công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam hiện nay bộc lộ rất nhiều nhược điểm, nguyên nhân là do:

- Thiết kế hệ thống thu gom nước rỉ rác chưa tối ưu

- Quy trình vận hành bãi chôn lấp

- Thành phần chất thải rắn sinh hoạt và chất thải rắn đô thị đưa vào BCL

- Sự thay đổi nhanh của nồng độ chất ô nhiễm có trong nước rỉ rác

- Nhiệt độ cao của Việt Nam

- Giá thành xử lý bị khống chế

- Giới hạn về chi phí đầu tư

Trạm xử lý nước rỉ rác của bãi rác Nam Sơn

Nước rỉ rác được bơm trực tiếp từ các hố thu nước lên hồ sinh học, hồ sinh học có chức năng như bể điều hòa và xử lý một phần chất hữu cơ Với nồng độ amoni cao trong nước rỉ rác sẽ ảnh hưởng đến các công đoạn sinh học phía sau nên bước khử nitơ được áp dụng Phương pháp xử lý nitơ là đuổi khí (air stripping) với việc bổ sung vôi nhằm mục đích nâng pH của nước rỉ rác lên

10 –12 để tăng cường chuyển hóa NH4+ sang NH3 Sau quá trình air stripping nước rỉ rác được chỉnh pH (6,5 ÷ 7,5) trước khi vào hệ thống xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng dạng mẻ, trong quá trình này các chất hữu

cơ có khả năng phân hủy sinh học sẽ được khử và amoni còn lại sau quá trình air stripping cũng được khử triệt để hơn trong giai đoạn này Kế tiếp, nước rỉ rác lại được xử lý bằng hệ thống UASB, đây là công trình xử lý chất hữu cơ với tải lượng chất hữu cơ cao Các hợp chất hữu cơ khó/không phân hủy sinh học được khử bằng quá trình oxy hóa bậc cao (hệ Fenton) Sau bước Fenton quá trình keo tụ/tạo bông kết hợp lắng với chất keo tụ là PAC và chỉnh pH về ngưỡng tối ưu được thực hiện trong bể Semultech Với quá trình Fenton và keo

tụ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy được loại bỏ một phần mà chủ yếu là axit humic Các chất hữu cơ khó phân hủy còn lại trong nước rỉ rác chủ yếu là axit fulvic được xử lý triệt để bằng quá trình hấp phụ sử dụng than hoạt tính, sau bước này nước rỉ rác được khử trùng trước khi thải vào nguồn tiếp nhận, thành phần nước rỉ rác sau hệ thống xử lý tại BCL Nam Sơn – Hà Nội được trình bày trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Thành phần của nước rỉ rác sau hệ thống xử lý tại BCL Nam

Sơn – Hà Nội STT Thông số Đơn vị Kết quả TCVN 5945-1995 (B)

Trạm xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát

Với dây chuyền công nghệ cũ, trong giai đoạn đầu vận hành BCL nước rỉ rác đã bị pha loãng bởi nước mưa và phân hủy sinh học (nồng độ COD chỉ còn trên dưới 1000 mg/l) cho thấy kết quả rất tốt, nồng độ COD còn lại khoảng 17 – 32 mg/l, các thành phần khác đều đạt tiêu chuẩn Nhưng khi BCL hoạt động với công suất 2000 tấn/ngày và lượng nước rỉ rác sinh ra

có nồng độ COD lên đến 50000 – 60000 mg/l, thì hiệu quả xử lý chỉ còn trên dưới 50%, nồng độ COD của nước rỉ rác sau khi xử lý còn hơn 20000 mg/l, thời gian hoạt động và công suất của thiết bị UF giảm đáng kể, thời gian hoạt động giảm từ 24 – 48h còn 2 – 3h và lưu lượng giảm từ 17,8 m3/h còn 8 – 9 m3/h

8 Cảm quan: Đục, nhiều cặn, màu nâu đến đen, mùi hôi

Nguồn: Công ty Môi trường đô thị thành phố HCM, 2003

1.1.5 Sơ lược về quá trình Fenton

AOPs (Advanced Oxidation Processes) là những phương pháp tạo ra một lượng lớn các chất trung gian có hoạt tính cao, trong đó quan trọng nhất là các gốc hydroxyl có khả năng ôxi hóa hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ Trong AOPs thì quá trình Fenton và các quá trình kiểu Fenton (Fenton- like

processes) được biết đến là phương pháp hiệu quả và không đắt cho quá trình làm sạch nước và nước thải

Phương pháp Fenton cổ điển là công trình nghiên cứu của J.H Fenton được công bố vào năm 1894 trong tạp chí hội hóa học Mỹ Trong phương pháp này tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng làm tác nhân ôxi hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng các hợp chất hữu cơ và được mang tên tác nhân Fenton Quá trình Fenton có ưu việt ở chỗ tác nhân H2O2 và muối sắt tương đối

rẻ và có sẵn, đồng thời không độc hại và dễ vận chuyển, dễ sử dụng trong khi hiệu quả ôxi hóa nâng cao cao hơn rất nhiều so với sử dụng H2O2 một mình

Áp dụng quá trình Fenton để xử lý nước và xử lý nước thải có thể dẫn đến khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vô cơ

Quá trình Fenton cổ điển nói chung có hiệu quả cao trong khoảng pH từ 2-4, cao nhất ở pH khoảng 2,8 Do đó, trong điều kiện xử lý nước thường gặp (pH 5-9) quá trình xảy ra không hiệu quả Đã có nhiều nghiên cứu về các dạng cải tiến của phương pháp Fenton để tránh được pH thấp như quá trình photon-Fenton, Fenton điện hóa… Ngoài ra còn phát sinh một vấn đề là cần tách ion sắt sau xử lý Những nghiên cứu về quá trình Fenton dị thể xảy ra trên xúc tác rắn như Goethite đã giải quyết được vấn đề này đồng thời có thể tiến hành quá

trình Fenton ngay ở pH trung tính (Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung Các quá

trình oxy hoá nâng cao trong xử lý nước và nước thải Cơ sở khoa học và ứng dụng Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật- 2005)

hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp Chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp thành CO2 và H2O

CHC + H2O → CO2 + H2O

- Trung hòa và keo tụ:

Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa cần nâng pH dung dịch lên >7 để thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành:

Fe3+ + 3OH- →Fe(OH)3 Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp phụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử

- Quá trình lắng:

Bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống khiến làm giảm COD, mầu, mùi trong nước thải Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung bằng phương pháp sinh học hoặc bằng các

phương pháp khác

1.1.5.2 Quá trình Fenton dị thể

Nhược điểm quan trọng nhất của quá trình Fenton đồng thể là phải thực hiện ở pH thấp, sau khi xử lý phải nâng pH lên > 7 để tách các ion Fe3+ ra khỏi nước thải sau xử lý bằng nước vôi hoặc dung dịch kiềm nhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa, sau đó phải qua thiết bị lắng hoặc lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo ra một lượng bùn kết tủa chứa rất nhiều sắt Vì vậy để khắc phục nhược điểm trên nguồn sắt được sử dụng làm xúc tác đã có nhiều công trình nghiên cứu thay thế bằng quặng sắt Goethite (α-FeOOH), cát có chứa sắt, hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolit… Quá trình này xảy ra cũng giống như quá trình Fenton đã khảo sát ở trên nên gọi là quá trình kiểu Fenton hệ dị thể

Fenton dị thể được phát hiện đầu tiên bởi Ravikumar et al.(1994) cho

thấy H2O2 có thể ôxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ như pentaclorophenol và tricloroetylene khi có mặt cát có chứa sắt tự nhiên Tiếp theo, đã có một số nghiên cứu sử dụng hỗn hợp H2O2 và quặng sắt loại goethite (α-FeOOH) làm tác nhân ôxi hóa để xử lý nước thải chứa các chất hữu cơ độc hại Nước thải sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng không cần xử lý tách kết tủa Fe(OH)3 vì sắt nằm trong thành phần quặng goethite dị thể Goethite là một khoáng sản có sẵn trong thiên nhiên, hoặc cũng có thể thu được bằng tổng hợp từ feric nitrat và kali hydroxit ở nhiệt độ cao

Cơ chế quá trình dị thể kiểu như Fenton xảy ra phản ứng với H2O2 trên quặng sắt loại goethite (α-FeOOH) xảy ra theo 2 khả năng:

Phản ứng Fenton được khởi đầu bằng việc sinh ra Fe(II) nhờ sự có mặt của

H2O2 xảy ra hiện tượng khử - hòa tan goethite Sau đó, xảy ra sự tái kết tủa Fe(III) trở về goethite Quá trình này có thể được biểu diễn theo các bước sau:

α-FeOOH(s) + 2H+ + ½ H2O2 → FeII + 1/2O2 + 2H2O

FeII + H2O2 → Fe(III) + •OH + OH-

Fe(III) + H2O+OH- → α-FeOOH(s) + 2H+

Đây là một cách tiếp cận tương đối đơn giản vì thực chất quá trình như quá trình Fenton đồng thể với khởi đẩu là xảy ra sự khử và hòa tan Fe(II)vào

dung dịch

1.1.5.3 Quá trình quang Fenton:

Theo phản ứng (2): Fe3+ sau khi được tạo ra sẽ tiếp tục phản ứng với

H2O2 tạo thành Fe2+, lại tiếp tục tham gia phản ứng (1) Tuy nhiên, vì hằng số tốc độ của phản ứng (2) rất thấp (k=3,1.10-3 M-1s-1) so với phản ứng (1), k=63

M-1s-1 nên quá trình phân hủy H2O2 chủ yếu do phản ứng (1) thực hiện Vì thế, trong thực tế phản ứng xảy ra với tốc độ chậm dần lại sau khi toàn bộ Fe2+ đã

sử dụng hết cho phản ứng (1) và chuyển thành Fe3+

- Bản chất quá trình quang Fenton:

Trong những điều kiện tối ưu của quá trình Fenton tức khi pH thấp (pH<4), ion Fe3+ phần lớn nằm dưới dạng phức [Fe(OH)]2+ Chính dạng này hấp thu ánh sáng UV trong miền 250< λ<400 (nm) rất mạnh, hơn hẳn so với ion Fe3+ Phản ứng khử [Fe (OH)]2+ trong dung dịch bằng quá trình quang hóa học cho phép tạo

ra một số gốc •OH phụ thêm theo phương trình sau:

Fe3+ + H2O → [Fe(OH)]2+ + H +

[Fe(OH)]2+ + hν → Fe2+ + •OH Tổng hợp 2 phương trình trên sẽ được:

Fe3+ + H2O + hν → Fe2+ + H+ + •OH (7) Phản ứng này là phản ứng đặc trưng của quá trình quang Fenton Tiếp theo, sau phản ứng trên sẽ là phản ứng Fenton thông thường Do đó, nhờ tác dụng bức xạ của UV, ion sắt được chuyển hóa trạng thái Fe3+ sang Fe2+ và sau

đó ngược lại Fe2+ sang Fe3+ bằng quá trình Fenton thông thường tạo thành một chu kỳ không dừng Đây chính là điểm khác biệt giữa quá trình Fenton thông thường và quang Fenton

1.1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến Fenton và quang Fenton

Ảnh hưởng của độ pH:

Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hởng lớn đến tốc độ phản ứng và nồng độ Fe2+ từ đó ảnh hởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ Trong dung dịch có pH từ 2-7 các phần tử Fe(II) sẽ nằm dới dạng Fe2+(aq) ; đối với các phần tử Fe(III), ở pH<3 chúng sẽ nằm dới dạng Fe3+(aq) và khi pH gần đến sát 3 là dạng FeOH+2(aq) và khi 3<pH<7 chúng ở dạng Fe(OH)2+(aq) Do đó, trong môi trờng axit sẽ rất thuận lợi cho quá trình tạo gốc hydroxyl tự do •OH theo phản ứng sau:

là khoảng 95%, ở pH 5 là khoảng 35% và ở pH 6 khoảng 20%

phư-Việc sử dụng ion Fe2+ hay Fe3+ không ảnh hưởng gì đến tác dụng xúc tác cho phản ứng Fenton Tuy nhiên, theo kinh nghiệm thực tế, khi sử dụng H2O2 với liều lượng thấp (<10-15 mg/l) nên sử dụng Fe2+ sẽ tốt hơn

Ảnh hưởng của các anion vô cơ:

Một số anion vô cơ thường có trong nước ngầm và nước thải cũng có thể làm giảm hiệu quả của quá trình Fenton Những anion vô cơ thường gặp nhất là các ion cacbonat (CO32-), bicacbonat (HCO3-), ion (Cl-) Những ion này gọi chung là các gốc ăn hydroxyl vì chúng tham gia phản ứng với gốc hydroxyl

•OH làm giảm khả năng tiến hành phản ứng oxy hóa hoặc cũng có thể tạo thành

những phức chất không hoạt động với Fe(III) như các gốc sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), photphat (H2PO4-) cũng làm hiệu quả của quá trình Fenton giảm đi

Phản ứng của một số gốc thường gặp trong hệ thống Fenton:

•OH + CO32- = •CO3- + OH- (k= 4,2.108 M-1s-1)

•OH + HCO3- = H•CO3- + OH- (k= 1,5.107 M-1s-1)

•OH + Cl- = •ClOH- (k= 4,3.109 M-1s-1) Nói chung, các ion clorua, cacbonat và bicacbonat thường có ảnh hưởng kìm hãm tốc độ phản ứng nhiều nhất Trong khi đó các ion sunfat, photphat hay nitrat có ảnh hưởng ở mức độ thấp hơn

1.1.6 Các phương pháp xử lý amoni

1.1.6.1 Sơ lược về amoni

Amoni (NH4+) có mặt trong môi trường có nguồn gốc từ các quá trình chuyển hóa, nông nghiệp, công nghiệp và từ sự khử trùng nước bằng cloramin Lượng amoni tự nhiên trong nước mặt và nước ngầm thường thấp hơn 0,2mg/l Các nguồn nước hiếm khí có thể có nồng độ amoni lên đến 3mg/l

Nguồn gốc gây ô nhiễm amoni:

- Amoni còn hình thành do sự phân ly của amoniac khi hòa tan trong nước Trong tự nhiên, amoniac tồn tại một lượng nhỏ ở khí quyển do hợp chất này được tạo ra từ các quá trình phân hủy vật liệu hữu cơ có nguồn gốc động vật, thực vật

- Ngoài ra, trong nước mưa, nước biển cũng phát hiện thấy có NH3 và các muối amoni Hoạt động của núi lửa cũng là nguồn gốc sinh ra muối amoni (như amoni clorua, amoni sunfat)

- Con người là nguyên nhân chính của việc gây ra ô nhiễm amoni thông qua các hoạt động như: sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp

+ Nước thải sinh hoạt chứa nhiều tạp chất dưới dạng protein, cacbonhidrat, lipit, các chất bẩn khác Trong đó, có chứa một hàm lượng nitơ nhất định

+ Nước thải công nghiệp như nước thải nhà máy sản xuất phân đạm, các ngành công nghiệp sử dụng nitat trong sản xuất là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm nguồn nước

+ Nước thải nông nghiệp thông qua việc sử dụng dư thừa các loại phân bón như đạm nitrat, đạm amoni, đạm urê, phân NPK khiến cho lượng nitơ trong các phức chất dư thừa tồn đọng lại Thông qua quá trình rửa trôi, thấm lọc mà lượng amoni trong nước ngày càng lớn

Tại hầu hết các con sông ở Việt Nam, nồng độ các thành phần dinh dưỡng như NH4+ tại các điểm quan trắc biến đổi không ổn định và vượt quy chuẩn QCVN08:2008/BTNMT mức A1 (Nguồn Báo cáo môi trường Quốc gia

2012 - chương 3: Diễn biến chất lượng môi trường nước mặt)

Hàm lượng amoni trong nước uống cao có thể gây một số hậu quả như: giảm hiệu quả khử trùng của clo; là nguồn thứ cấp sinh ra nitrit trong nước, một chất có tiềm năng gây ung thư; tạo điều kiện cho rêu tảo và vsv trong đường ống phát triển gây tắc, ăn mòn và rò rỉ đường ống

1.1.6.2.Phương pháp clo hóa nước đến điểm đột biến

Hiện nay, trên thế giới đã nghiên cứu rất kỹ về biện pháp clo hóa tới điểm nhảy để xử lý amoni trong nước thải Bên cạnh đó cũng có rất nhiều nghiên cứu đề cập đến việc xử lý amoni bằng phản ứng ozon hóa có xúc tác, tuy nhiên về mặt nguyên lý hai phương pháp này gần giống nhau

Nguyên lý của phương pháp clo hóa :

Khí clo hòa tan phản ứng nhanh với nước theo phương trình:

Cl2 (hòa tan) + H2O → HOCl + H+ + Cl- (1)

Axit hypoclorơ (HOCl) là axit yếu, nhanh ổn định trạng thái cân bằng với ion hypoclorit (OCl- ) Tổng clo chứa trong HOCl, OCl- và Cl2 (lỏng) được gọi là “clo tự do”

Khi amoni hòa tan trong nước nó tồn tại chủ yếu ở các dạng sau: NH3, và NH4OH tùy theo pH của môi trường Tuy nhiên hàm lượng NH4OH rất nhỏ

NH3 và nước Amoniac phản ứng với axit hypoclorơ tạo ra monocloamin:

Như vậy quá trình clo hóa nước đến điểm đột biến xảy ra như sau

Cl2 (hòa tan) + 2 NH3 → N2 + 6H+ + 2Cl (3)

4Cl2 (hòa tan) + NH3 + 3 H2O → NO3- + 9 H+ + 8Cl - (4)

Sau khi các quá trình xảy ra thì môi trường axit của dung dịch được trung hòa bằng cách thêm vào một lượng kiềm

Theo phương trình phản ứng (3) và (4), nếu tất cả nitơ amoni được oxi hóa thành N2 thì tỉ lệ clo tự do trên N – amoni ở thời điểm ban đầu sẽ là:

= 7,6 Mặt khác, nếu chỉ nitrat tạo thành thì tỉ lệ này ở thời điểm ban đầu sẽ là: 20,3

Nhận xét: Phương pháp này có nhược điểm là có thể gây ô nhiễm môi trường không khí do lượng khí clo dư, việc sử dụng bình khí clo cũng rất nguy hiểm, ngoài ra do phản ứng tạo thành NO3- nên vẫn cần xử lý tiếp NO3-

1.1.6.3.Xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức

Để xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức cần phải điều chỉnh pH của môi trường lên cao để chuyển về dạng NH3, sau đó thổi khí mạnh hoặc đưa vào thiết bị cyclon để tách pha và loại NH3 ra khỏi dung dịch

Trong nước NH4+ chuyển hóa như sau:

NH4+ + H2O NH4OH + H+ (pKa=9,25) (5)

NH4OH NH3 + H2O (6)

Chiều chuyển dịch của cân bằng này phụ thuộc vào sự thay đổi pH của môi trường Khi pH tăng lên trên 7, cân bằng (5) và (6) sẽ chuyển dịch hoanf toàn thành khí amoniac và đây là thời điểm thích hợp để loại bỏ ra khỏi dung dịch bằng các thiết bị thổi khí

Tỉ lệ giữa khí NH3 và ion trong nước thải còn phụ thuộc vào nhiệt

độ Khi nhiệt độ càng cao thì tỉ lệ này càng lớn Do đó việc xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức có thể phối kết hợp cả hai yếu tố nhiệt

độ và pH Tuy nhiên, trong thực tế xử lý thì việc nâng cao nhiệt độ của nước thải để xử lý amoni thì điều rất khó thực hiện vì cần phải cung cấp một nguồn năng lượng quá lớn

Ngoài hai yếu tố nhiệt độ và pH, việc xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức còn phụ thuộc vào lưu lượng không khí thổi vào

Chúng ta cần phải tính toán lưu lượng không khí cần thiết, thời gian lưu của pha lỏng và pha khí trong tháp thổi để có thể tách loại amoni ra khỏi dung dịch Đây là bài toán thực tế nên cần phải có các thông số thực tế như: hàm lượng amoni có trong nước thải, yêu cầu cần phải xử lý thì mới có thể tính toán được lưu lượng không khí cần thiết

Nhận xét: Phương pháp này xử lý được amoni trong nước nhưng tạo ra NH3 trong không khí nên có thể gây ô nhiễm không khí nên lượng NH3 này vẫn cần được xử lý ở các công đoạn tiếp theo

1.1.6.4.Xử lý amoni bằng phương pháp sử dụng nhựa trao đổi ion

Trao đổi ion là quá trình trong đó xảy ra sự trao đổi giữa các cation và anion trong dung dịch (pha lỏng) với các cation hoặc anion của ionit (chất trao đổi ion) ở pha rắn Kết quả các cation hoặc anion của dung dịch được giữ lại trên ionit và được tách loại khỏi dung dịch

Sự trao đổi ion không làm thay đổi cấu trúc của ionit Trao đổi ion là một dạng hấp phụ hóa học có thể biểu diễn bởi phương trình sau:

Men+ + Z – A+ → (Z)nMen+ + n A+ (13) Trong đó:

- Men+ (NH4n+, Ca2+, Mg2+,…) là các ion trong nước thải

- A+( Na+, H+) là các ion trên vật liệu ionit

-Z (RSO3 Na, RSO3 H, RCOONa, RCOOH, ) là chất nền của vật liệu ionit

Trong lĩnh vực xử lý nước thải, dùng nhựa trao đổi cation có thể loại được amoni trong nước thải Ion mà amoni có thể trao đổi rất đa dạng cùng với bản chất của dung dịch được sử dụng để tái sinh cột ionit Nếu dùng dung dịch của natri để tái sinh ionit thì quá trình trao đổi ion có thể viết như sau:

NH4+ + NaZ → NH4+Z+ Na+ (14) Khi lựa chọn nhựa trao đổi ion, không những phải xem xét đến độ bền, tính chịu mài mòn mà còn phải chú ý đến độ chọn lọc để loại bỏ ion amoni trong sự có mặt của các ion khác và giá thành của nhựa Theo kinh nghiệm thì zeolit tự nhiên và tổng hợp là một trong những vật liệu ionit tốt nhất

để tách loại amoni

1.1.7 Kết tủa NH 4 + dưới dạng MgNH 4 PO 4 bằng magie trong nước ót

1.1.7.1 Kết tủa NH 4

+ dưới dạng MgNH 4 PO 4

MgNH4PO4.6H2O là tinh thể vô cơ màu trắng, không tan trong môi trường amoniac nhưng tan trong môi trường axit nên ta thực hiện phản ứng trong môi trường bazơ Phản ứng xảy ra theo phương trình sau:

ót 30 độ Bômê gồm có NaCl, MgCl2, MgSO4, KCl, NaBr và một số nguyên tố

vi lượng khác, trong đó nồng độ muối magie đạt tới 0,23% Sản xuất 1 tấn muối sẽ thải ra trên dưới 2m3 nước ót 30 độ Bômê

Theo số liệu hàng năm, cả nước ta sản xuất trên dưới 900.000 tấn muối như vậy lượng nước ót thải ra không dưới 1.800.000 m3 Chỉ tính riêng

4 xí nghiệp sản xuất muối của 3 tỉnh Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận mỗi năm đã thải ra từ 400.000 – 500.000 m3 nước ót với nồng độ đậm đặc, gây ô nhiễm và hủy hoại môi trường vùng biển ven bờ Trong các ao, rìa và vùng ven biển nơi nước ót thải ra, nồng độ các muối tăng lên rất cao, khiến sinh thái thay đổi, cá tôm chết, các quần thể sinh vật như san hô, rong biển

bị hủy hoại Đồng thời, nếu nước ót không được thải ra xa bờ sẽ làm cho nồng độ muối Mg2+ ngày càng tăng trong khu vực lấy nước ban đầu và dẫn đến giảm hiệu quả khai thác muối ăn Song nếu biết khai thác nó thì không những góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn đem lại

nguồn lợi không nhỏ

• Kết tủa NH 4

+ bằng magie nước ót

Magie được tách ra khỏi nước ót bằng sữa vôi:

Ca(OH)2 + Mg2+ → Mg(OH)2↓+ Ca2+

Kết tủa Mg(OH)2 được thu hồi và hòa tan trong axít HCl thu được

MgCl2 Dùng dung dịch MgCl2 kết tủa amoni dưới dạng MgNH4PO4

MgCl2 + NH4+ + PO43- → MgNH4PO4↓ + 2 Cl-

TMgNH4PO4 = 2,5.10-13Việc sử dụng magie nước ót sẽ giảm chi phí, góp phần giảm ô nhiễm môi trường do nước ót thải ra Ngoài ra nếu thu hồi MgNH4PO4 thì nó còn là loại phân bón tốt cho cây trồng

Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu xử lý amoni nói chung Tuy nhiên nghiên cứu tận thu magie amoni photphat cũng chỉ xuất hiện trong vài chục năm gần đây, đặc biệt là mười năm đầu của thế kỷ 21 này Các nghiên cứu được hướng vào cách thu gom từ các nguồn khác nhau và sử dụng loại phân bón này

Với phương pháp mới này có thiết kế công nghệ phù hợp có thể xử lý amoni cho các loại nước thải giàu amoni như nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nước rỉ rác của bãi chôn lấp rác sinh hoạt Thị xã Bỉm Sơn – tỉnh Thanh Hóa

2.2 Phạm vi nghiên cứu

- Địa điểm: các thí nghiệm được tiến hành tại Bộ môn Hóa – Khoa Môi Trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

- Thời gian: từ 5/2014 – 8/2015

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quát về bãi rác và đặc trưng của nước rỉ rác phát sinh từ bãi rác Bỉm Sơn

- Nghiên cứu hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Fenton

- Nghiên cứu hiệu quả xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng magie trong nước ót sau khi đã xử lý Fenton hoàn chỉnh

- Đề xuất quy trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton và magie từ nước ót

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu

- Thu thập số liệu thứ cấp từ nguồn sẵn có bao gồm sách, báo, tạp chí khoa học, mạng internet, các đề tài nghiên cứu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu Những số liệu này mang tính tổng quát để có thể hình dung tình hình sản hoạt động của khu xử lý nước rỉ rác và bãi rác thị xã Bỉm Sơn

- Số liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thị xã Bỉm Sơn được thu thập từ Phòng Tài nguyên và Môi trường- Ủy ban nhân dân Thị xã Bỉm Sơn

- Các thông tin về quy mô và tuổi bãi chôn lấp, khối lượng chất thải rắn tiếp nhận hàng ngày từ Công ty Cổ phần Môi trường và Công trình đô thị Thị

xã Bỉm Sơn

- Thu thập các thông tin về đặc tính nước rỉ rác của các bãi chôn lấp trong và ngoài nước

2.4.2.Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

- Phương pháp lấy mẫu nước: TCVN 6663 – 1: 2011 (ISO 5667 –

1:2006) – Chất lượng nước – Phần 1: Hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu và

kỹ thuật lấy mẫu; TCVN 5999:1995 (ISO 5667 – 10: 1992) – Chất lượng nước

– Lấy mẫu Hướng dẫn lấy mẫu nước thải

- Phương pháp bảo quản mẫu: TCVN 6663 – 3:2008 (ISO 5667 –

3:2003) – Chất lượng nước – Lấy mẫu Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu

- Mục đích của việc lấy mẫu là xác định thành phần, tính chất của nước rỉ rác để từ đó có những tính toán thích hợp cho lượng hóa chất cần xử lý Mẫu sẽ được lấy ngẫu nhiên tại hồ chứa nước rỉ rác và trộn với nhau thành mẫu tổ hợp

- Mẫu được lấy bằng xô sau đo đổ vào can nhựa, trước khi lấy mẫu xô và can được rửa sạch và tráng bởi nước rỉ rác tại nơi lấy Can chứa nước rỉ rác sau

đó sẽ được bảo quản ở điều kiện 40C trong thùng xốp và vẫn chuyển về phòng thí nghiệm để phân tích và xử lý

- Lấy mẫu theo thời gian: do thành phần nước rỉ rác chỉ biến động theo mùa và thời gian nghiên cứu có hạn nên trong khuôn khổ luận văn mẫu được lấy 4 lần vào các ngày: 15/8/2014, 15/10/2014, 15/12/2014, 15/2/2015