Mục đích nghiên cứu là khảo sát khả năng biến đổi của 9 kim loại nặng trong pin hộ gia đình đã qua sử dụng (SHB) (pin Zn – C và pin kiềm – Mn) trong thành phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị (OFMSW) để làm phân compost. Sáu thí nghiệm được thực hiện bao gồm 1 lần đối chứng và 2 lần lặp lại để so sánh. 11 loại pin kiềm và pin không kiềm được thêm vào tại 3 tỉ lệ khác nhau, cụ thể là 0.98% ww (thấp), 5.28% ww (trung bình) và 10.6% ww (cao). Thí nghiệm gồm 230 phản ứng sinh học hiếu khí cách nhiệt bằng nhựa có chế độ khí động trong 60 ngày. Trong mẫu có tỉ lệ pin cao (10.6% ww), khối lượng của sắt, đồng, niken trong OFMSW cao hơn so với các chất khác cùng điều kiện. Ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình và thấp thì không có kim loại. Khối lượng kim loại cân bằng đạt 51% đến 176%. Hầu hết các kim loại có độ rò rỉ dưới 10 mgL, trừ sắt, và có xu hướng tăng theo thời gian ở mẫu có tỉ lệ pin cao. Trong mọi trường hợp, hàm lượng của 5 kim loại nặng trong sản phẩm tạo thành dưới mức quy định của Hy Lạp.
Trang 1ẢNH HƯỞNG CỦA PIN ĐÃ QUA SỬ DỤNG TẠI HỘ GIA ĐÌNH ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ HỮU CƠ TRONG CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ ĐỂ LÀM
PHÂN COMPOST
Mục đích nghiên cứu là khảo sát khả năng biến đổi của 9 kim loại nặng trong pin
hộ gia đình đã qua sử dụng (SHB) (pin Zn – C và pin kiềm – Mn) trong thành phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị (OFMSW) để làm phân compost Sáu thí nghiệm được thực hiện bao gồm 1 lần đối chứng và 2 lần lặp lại để so sánh 11 loại pin kiềm và pin không kiềm được thêm vào tại 3 tỉ lệ khác nhau, cụ thể là 0.98% w/w (thấp), 5.28% w/w (trung bình) và 10.6% w/w (cao) Thí nghiệm gồm 230 phản ứng sinh học hiếu khí cách nhiệt bằng nhựa có chế độ khí động trong 60 ngày Trong mẫu có tỉ lệ pin cao (10.6% w/w), khối lượng của sắt, đồng, niken trong OFMSW cao hơn so với các chất khác cùng điều kiện Ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình và thấp thì không có kim loại Khối lượng kim loại cân bằng đạt 51% đến 176% Hầu hết các kim loại có độ rò rỉ dưới 10 mg/L, trừ sắt, và có xu hướng tăng theo thời gian ở mẫu có tỉ lệ pin cao Trong mọi trường hợp, hàm lượng của 5 kim loại nặng trong sản phẩm tạo thành dưới mức quy định của Hy Lạp
II GIỚI THIỆU
Pin hộ gia đình đã qua sử dụng là thành phần phổ biến trong MSW Những năm gần đây, Châu Âu đã có nhiều cố gắng lớn tách SHB ra khỏi MSW để đem đi tái chế Theo pháp luật Châu Âu, 25% pin được sản xuất tại các nước Châu Âu phải được thu gom và tái chế vào năm 2012, 45% phải được tái chế vào năm 2016 Tại Hy Lạp, từ năm 2004 đã thu gom được một số lượng nhỏ pin hộ gia đình Theo AFIS S.A (2010),
629 tấn pin đã được thu gom và tái chế năm 2009 ở Hy Lạp, tăng 27% so với năm
2008 Tổng lượng thu được của năm 2009 bằng 21% tổng lượng pin sản xuất ra trong năm Mặc dù vậy, số lượng đáng kể SHB vẫn được thải bỏ chung với MSW
Pin hộ gia đình là chất thải thuộc mục 16.06 Danh mục chất thải châu Âu (EC 2000), được chỉ định là chất thải không nguy hại, trừ pin Ni – Cd, pin Pb và pin Hg Sau này, SHB mới được liệt vào danh sách chất thải rắn nguy hại Hàm lượng kim loại nặng là thành phần đặc trưng của pin dù không có tài liệu nói về mức độ ảnh hưởng của chúng Các thành phần của pin cũng được các nhà khoa học nghiên cứu (Panero
và cộng sự - 1995, Bartolozzi và cộng sự - 1994, Almeida và cộng sự - 2006, Richter
và cộng sự - 2008, Recknagel và cộng sự - 2009, Panero và cộng sự - 1995) Các nhà khoa học này là những người đầu tiên đo được tổng hàm lượng kim loại trong pin hộ gia đình Họ tìm thấy Zn và Mn có hàm lượng chiếm ưu thế sau Pb và Cd, trong khi
đó không có Hg Trong nghiên cứu của Recknagel và cộng sự năm 2009, hàm lượng
Hg thấp hơn 3.9 mg/kg Pb và Cd trong pin Zn – C cao hơn rất nhiều so với pin hợp chất kiềm – Mn Tuy nhiên, trong pin của Đức thì thấy hầu hết các kim loại nặng Trong nghiên cứu của Richter và cộng sự năm 2008, trong pin Zinc Air cũng thấy có kim loại nặng
Cho đến nay, thông tin về tác động của SHB đến quá trình xử lý và loại bỏ MSW còn ít Người ta chú trọng đến đặc tính nước rò rỉ sau qua lọc hoặc mô phỏng môi trường bãi chôn lấp kị khí Panero và cộng sự đo nồng độ Ni, Zn, Cd, Mn trong mô hình rò rỉ acid không quá 2 mg/L Selvapathy và Madhavan (2003) đã tiến hành thí
Trang 2nghiệm chất độc đặc trưng qua lọc (TCLP) cho từng loại pin Pin Zn – C và pin hợp chất kiềm có chứa Zn và Mn gây độc vượt quá giới hạn Mặt khác, pin Ni – Cd có chỉ
số Cd và Ni cũng vượt quá giới hạn Còn lại không có Hg Xará và cộng sự (2009) thực hiện 4 thí nghiệm lọc tiêu chuẩn đối với pin kiềm hộ gia đình, và họ tìm thấy sự khác biệt trong 4 thí nghiệm Kim loại bị rửa trôi nhiều nhất là Zn, sau đó tới Pb, Ni
và Cu Karnchanawong and Limpiteeprakan (2009) thực hiện lọc trên nhiều pin, ngoài
ra họ là những người đầu tiên sử dụng thẩm kế kỵ khí để mô phỏng môi trường bãi chôn lấp và đo khả năng rửa trôi các chất trong pin Họ thêm pin theo tỉ lệ 1% đến 5%
so với MSW mô phỏng trong thẩm kế kỵ khí Kết quả cho thấy, kim loại được lọc nhanh theo thứ tự Ni, Cd, Pb, Zn, Mn Độ pH của hỗn hợp giảm trong giai đoạn acidogenic Kim loại, đặc biệt là Pb và Hg hoà tan nhiều hơn Trong một nghiên cứu gần đây, Almeida và cộng sự (2009) đã nghiên cứu tác động của SHB đến khí thải ra trong quá trình tro hoá MSW, Zn và Hg là hai kim loại bay hơi nhiều nhất
Dường như không có thông tin gì về cách hoạt động của SHB trong quá trình phân huỷ MSW Những thông tin này có thể hỗ trợ việc xác định khả năng loại bỏ SHB từ MSW trước khi ủ phân compost Việc thiếu thông tin dẫn đến chúng ta chỉ nghiên cứu được nồng độ giới hạn của kim loại nặng để ủ được phân Pin Zn – C và pin kiềm –
Mn được thêm vào OFMSW ở 3 tỉ lệ khác nhau Sau đó tiến hành phản ứng sinh học hiếu khí với OFMSW có chứa chất thải thực phẩm (FW) và giấy văn phòng (OFP) Quá trình phân huỷ kéo dài 60 ngày Các quá trình lâu hơn có thể đến vài tháng, không được thực hiện trong thí nghiệm này Vì vậy, thực hiện thí nghiệm với quan điểm là bất kì pin nào đưa vào vẫn đảm bảo quá trình ủ phân, trong suốtquá trình không bị mất, nhưng bị loại bỏ trước khi đóng rắn thông qua sàng lọc Quá trình sàng lọc tương đối phổ biến trong ủ phân bằng MSW, được thực hiện trước khi đóng rắn và sau quá trình phân huỷ (Lau và cộng sự 2005)
Trong công trình nghiên cứu này, các quá trình thí nghiệm sự phân huỷ hữu cơ của MSW được thêm SHB ở 3 tỉ lệ Mục tiêu của thí nghiệm là tính toán khối lượng kim loại trong quá trình ủ và cân bằng khối lượng kim loại vào lúc bắt đầu và kết thúc quá trình phân huỷ Thí nghiệm nghiên cứu xem các kim loại có ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ hữu cơ MSW khi đang ủ
III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
III.1 Mô phỏng thành phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị
Thành phần hữu cơ của MSW trong thí nghiệm bao gồm chất thải từ thực phẩm (FM) và giấy văn phòng (OFP), được pha trộn theo tỷ lệ 70%:30% (FM:OFP) trọng lượng ướt Tỷ lệ pha trộn dựa trên tiêu chuẩn của Hy Lạp Tỷ lệ pha trộn trên ứng với 47%:53% (FM:OFP) trọng lượng khô và không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm
50 kg (ướt) chất thải thực phẩm được thu thập từ các nhà hàng trong trường đại học hơn 1 tuần, bao gồm thịt, bánh mì, rau, trái cây và mì ống, sau đó trộn đều rồi được bảo quản ở -20oC để sử dụng trong các thí nghiệm Chất thải thực phẩm được rã đông
ít nhất 8 tiếng trước khi đưa vào các phản ứng sinh học Giấy văn phòng thải bỏ được thu thập từ các cơ quan sau đó được cắt nhỏ bằng tay thành miếng có kích thước 2.5
cm × 2.5 cm Cả 2 vật liệu (FM và OFP) được cân riêng và trộn đều với nhau trước khi cho vào lò phản ứng sinh học Phân gia cầm (PLC) lấy từ nhà máy chăn nuôi gia cầm lớn ở Alexandroupolis (bắc Hy Lạp) Thêm vào hỗn hợp OFMSW khoảng 10% ± 2% khối lượng ướt phân gia cầm để cung cấp vi sinh vật, thúc đẩy quá trình phân hủy Trong mỗi thí nghiệm, người ta thêm 5 kg nước máy để đảm bảo độ ẩm tối ưu 49% ±
Trang 32% trọng lượng ướt Trong mỗi 6 lần thí nghiệm lượng MSW mô phỏng là khoảng 30
kg ướt hoặc 16 kg khô
III.2 Pin ở hộ gia đình
11 loại pin Zn – C và kiềm – Mn trộn với OFMSW trong 5 thí nghiệm Pin 3 – 4 tháng tuổi được thu thập từ các thùng tái chế khác nhau trong thành phố Xanthi (Hy Lạp) Tỷ lệ pin kiềm:pin không kiềm là 4.3:1 (theo trọng lượng) Tỷ lệ này không đổi trong tất cả các mẫu tất cả các nhãn hiệu pin và các loại được đề cập trong bảng 1
III.3 Trình bày thí nghiệm
Thí nghiệm gồm 6 thí nghiệm nhỏ với hỗn hợp OFMSW và SHB 1 lần thí nghiệm
là đối chứng (CNTR) chỉ chứa OFMSW không có pin, 5 thí nghiệm khác có chứa pin
ở cả 3 tỉ lệ: 0,98% (thấp), 5,2% (trung bình) và 10,6% (mức cao) (so với trọng lượng ướt của OFMSW) Kết quả ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình và cao dự kiến sẽ cao hơn nhiều so với kết quả thực tế của pin trộn lẫn với MSW Ngoài ra trong MSW có chứa các kim loại nặng khác với trong SHB có thể ảnh hưởng đến hàm lượng kim loại trong OFMSW Cần loại bỏ các kim loại đó vì mục đích của công trình là chỉ nghiên cứu tác động của SHB với OFMSW Loại pin tương tự và các nhãn hiệu khác đã được thêm vào tất cả 5 mẫu lặp lại
Lặp lại thí nghiệm ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình và cao để kiểm tra khả năng nhân rộng của các thí nghiệm Nhân rộng các thí nghiệm bằng cách lặp lại mẫu có tỉ lệ pin trung bình và cao, không cần nhân rộng ở mẫu đối chứng và mẫu có tỉ lệ pin thấp
III.4 Quá trình lấy mẫu và phân tích
Chất thải thực phẩm, giấy văn phòng và phân gia cầm đều có đặc tính riêng, độ ẩm được đo ở 75oC cho đến khi trọng lượng không đổi; đo khối lượng các chất hữu cơ bằng cách nung ở 550oC trong 2h cho mất nước Khi lấy mẫu trung gian và cuối cùng, toàn bộ rác của mỗi lò phản ứng sinh học được lấy ra và trải đều trên 1 mặt phẳng Sau đó chia vật liệu làm 4 phần, lấy ngẫu nhiên 2 phần đối diện và đặt lại trong lò phản ứng Trộn nửa còn lại và tiếp tục chia làm 4 phần, thực hiện giống ban đầu cho đến khi nào mẫu đại diện còn 1 – 1.2 kg (trọng lượng ướt) Mẫu này tiếp tục được trộn thêm và chia làm 3 tiểu mẫu có đặc trưng riêng Mỗi tiểu mẫu có trọng lượng 300 –
400 g (trọng lượng ướt) đủ cho thí nghiệm và phân tích kim loại Tổng khối lượng khô của OFMSW chứa trong mỗi lò phản ứng sinh học tại mỗi thời điểm lấy mẫu đã được tính toán dựa trên nguyên tắc bảo tồn tro Số lượng mẫu tối ưu trong nghiên cứu này
là 3 (n=3) Trong thời điểm lấy mẫu trung gian nếu lấy số lượng mẫu lớn hơn, tỉ lệ OFMSW và pin trong các lò phản ứng có thể bị giảm khả năng phân huỷ, bởi vì pin không thể tách khỏi suốt quá trình ủ
Sau khi sấy, nghiền nhỏ (bằng cối sứ), đồng nhất các mẫu OFMSW và các nguyên liệu hữu cơ, lấy ngẫu nhiên khoảng 1,6g ± 0,1g từ các mẫu để phân tích kim loại Từ mỗi thương hiệu và chủng loại pin lấy ra 1 hoặc 2 mẫu sau đó phân tích kim loại Vào cuối quá trình, mẫu pin lấy ngẫu nhiên từ các chủng loại đem cân và phân tích tổng kim loại Chỉ trong thí nghiệm 1 tất cả pin chứa trong lò phản ứng vào cuối thí nghiệm được phân tích riêng
Tổng hàm lượng kim loại “có sẵn thân thiện với môi trường” trong các vật liệu hữu cơ (chất thải thực phẩm, giấy văn phòng, phân hữu cơ và OFMSW) và 11 loại pin được
đo thông qua kỹ thuật phân hủy axit theo phương pháp 04-12-B của USDA và USCC (2002), dựa trên phương pháp 3050B (USEFA, 1996) Kỹ thuật phân hủy axit được sử dụng ở đây không phải là kỹ thuật tổng phân huỷ, mà là 1 axit mạnh có thể hòa tan
Trang 4gần như tất cả các kim loại để tạo thành kim loại “có sẵn thân thiện với môi trường” (USEPA 1996) Mục đích của thí nghiệm là định lượng các kim loại có thể biến đổi trong môi trường, bởi kim loại chứa các chất không tan, sau quá trình phân hủy axit không thể trở thành “có sẵn thân thiện với môi trường” Khác với kỹ thuật tổng phân huỷ axit, quá trình phân hủy axit ở đây dẫn đến sự tan rã pin tối đa và có thể diễn ra trong điều kiện môi trường khắc nghiệt
Quá trình phân hủy axit với thời gian ngắn được thực hiện như sau: đầu tiên dùng kéo lớn cắt pin thành 3 – 4 miếng tạo điều kiện cho phân hủy axit Pin đã cắt được đặt vào 1 bình hình nón và thêm 20 ml dung dịch HNO3 có tỉ lệ 1:1 với H2O Đun nóng dung dịch tới nhiệt độ 90oC ± 5oC, sau 15’ thêm 10 ml HNO3 đậm đặc vào Sau 30’ thêm 6 ml HCl đậm đặc vào và đun tiếp trong vòng 1h Cuối cùng thêm 6 ml H2O2 từ
từ vào hỗn hợp Thêm khoảng 20 ml nước cất vào để rửa bình và dừng đun nóng sau 10’ Sau khi làm mát, dung dịch được lọc chân không qua bộ lọc sợi 0,45 mm Dung dịch sau lọc đổ vào BĐM 100 ml, thêm nước cất đã khử ion vào đầy bình Làm quy trình tương tự để axit phân huỷ các chất hữu cơ Thực hiện phân huỷ axit với mẫu trắng để thiết lập đường cơ sở cho mỗi kim loại tỷ lệ phần trăm không bị axit hoá nằm trong khoảng từ 5% đến 30% so với trọng lượng khô ban đầu Trong thí nghiệm này, tổng hàm lượng kim loại được tính theo trọng lượng khô (mg/kg dw) cho tất cả các nguyên liệu được sử dụng
Đối với mẫu OFMSW, lấy hai mẫu trung gian và một mẫu cuối cùng từ lò phản ứng Không phân tích giữa quá trình phân huỷ để tránh làm thất thoát pin
Chín kim loại nặng (Pb, Cd, Ni, Co, Cr, Cu, Fe, Zn và Mn) được định lượng bằng phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa (FASS) bởi Varian model SpectrAA Pha loãng dung dịch chuẩn gốc nồng độ 1000 ppm được cung cấp bởi MERCK để dựng đường chuẩn Trong khi phân tích FASS, khi xuất hiện 1 đường cong 4 điểm hiệu chuẩn thì có thể bắt đầu đo Xác định lại nồng độ các mẫu dựa vào đường chuẩn Nếu độ lệch vượt quá 5% thì phải làm lại mẫu Theo APHA và cộng sự năm 1998, giới hạn phát hiện (LOD) của kim loại là nồng độ tại đó cho tín hiệu lớn hơn 3,89% độ lệch chuẩn trên mức độ trung bình (dựa trên n = 7 và ở mức độ tin cậy 95%) Giới hạn của các kim loại: Pb
190 ppb, Cd 10 ppb, Ni 130 ppb, Mn 100 ppb Tất cả các nồng độ thấp hơn LOD đều cho kết quả phân tích bằng 0
Nước rỉ rác tại lần lấy mẫu trung gian và cuối cùng thu lại qua van hút gió Lấy khoảng 30 ml nước rỉ rác để phân tích kim loại bằng phương pháp phân hủy axit Nước thải còn lại được tái tuần hoàn trở lại lò phản ứng Tổng khối lượng kim loại (mg) có trong nước thải được thu thập tại mỗi lần lấy mẫu bằng khối lượng nước thải (L) và nồng độ kim loại tương ứng (mg/L)
Nếu nồng độ ban đầu vượt quá các điểm chuẩn thì phải pha loãng các mẫu với nồng độ thích hợp Tỉ lệ pha loãng tối đa trong phân tích của pin là: 1:20 cho Pb, 1:10 cho Cd, 1:500 cho Ni, 1:100 cho Co, 1:1 cho Cr, 1:500 cho Cu, 1:10000 cho Fe, 1:75.000 cho Zn và 1:15.000 cho Mn Tỉ lệ pha loãng tối đa trong việc phân tích OFMSW và các thành phần của nó là 1:30 (tỉ lệ pha loãng tối đa được tiến hành cho sắt và kẽm khi phân tích ở cấp độ cao) Không pha loãng khi phân tích nước thải
Trang 5III.5 Thiết lập lò phản ứng
Lò phản ứng sinh học được làm bằng nhựa HDPE, tổng thể tích khoảng 203 L Lò được giữ ở nhiệt độ phòng đặt cách nhiệt bằng xốp dày 5 cm Vật liệu được đặt trên 1 tấm chắn bằng thép ko gỉ để duy trì lớp không khí dày 15 cm Không khí được máy nén khí liên tục được bơm từ dưới của mỗi lò phản ứng với lưu lượng 2 L/phút Nhiệt
độ trên cặp nhiệt độ được ghi lại hàng ngày Cặp nhiệt độ có đầu dò đặt ở giữa vật liệu phế thải Đặt một tấm phủ bằng kim loại nửa kín phía trên mỗi lò phản ứng để đo định
kỳ O2, CH4 và CO2 (% v/v) tạo ra trong quá trình phân huỷ Có 1 bộ phận tích khí cầm tay đo nồng độ khí (GA 94, dụng cụ máy móc địa chất, Anh) Thí nghiệm kéo dài 45 ngày ( đối với TN1) và 60 ngày ( trong các lần khác) TN1 kết thúc sớm hơn so với các TN khác để nghiên cứu sự khác biệt trong khả năng tổn thất trọng lượng pin ở 2
lần ủ khác nhau Thiết lập lò phản ứng sinh học được thể hiện trong hình 1
III.6 Tính toán
Nồng độ kim loại (mg khô/kg) trong OFMSW sẽ không thể hiện đầy đủ sự ảnh hưởng từ khả năng biến đổi của pin đến OFMSW Do hàm lượng kim loại trong OFMSW sẽ tăng lên trong 1 số quá trình phân hủy Một số kim loại có thể bị cuốn theo nước rỉ rác ra ngoài Tổng khối lượng kim loại (dạng rắn và lỏng) dự kiến sẽ không thay đổi trong lò phản ứng, vì kim loại không bay hơi Do đó, nếu không có biến đổi của các kim loại từ pin trong OFMSW, khối lượng của kim loại có trong OFMSW không bị thay đổi Trong quá trình biến đổi, khối lượng kim loại trong hỗn hợp OFMSW tăng sẽ kéo theo sự giảm khối lượng kim loại của pin
Hình 1: Lò phản ứng sinh học
Trang 6Khối lượng của mỗi kim loại trong OFMSW tại thời điểm t trong suốt quá trình phân huỷ được tính theo phương trình sau:
Trong đó:
mt : khối lượng khô của kim loại (mg) chứa trong OFMSW tại thời điểm t trong quá trình phân hủy
Asho : khối lượng tro (kg) của OFMSW trong các lò phản ứng tại thời điểm 0
VSt : các chất rắn bay hơi của OFMSW tại thời điểm t
Metal_conct : lượng kim loại tổng (mg/kg dw) trong OFMSW tại thời điểm t
So sánh thống kê (của Dunnett t-test) được thực hiện bằng cách sử dụng khối lượng của kim loại chứa trong OFMSW để:
- Khảo sát sự biến thiên của kết quả trong suốt thời gian thí nghiệm so với thời điểm 0
- Khảo sát sự biến thiên kết quả trong các lần thí nghiệm có chứa pin so với mẫu chuẩn tại các thời điểm khác nhau trong suốt quá trình
Một sự cân bằng khối lượng đã được thực hiên để kiểm tra xem khả năng tăng khối lượng kl trong OFMSW vào cuối quá trình này được kèm theo
IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
IV.1 Tính đặc trưng ban đầu của vật liệu
Chất thải thực phẩm, giấy văn phòng và phân hữu cơ trong phản ứng sinh học có
độ ẩm tương đương 66%, 4.8%, và 7.0% Tất cả các pin có độ ẩm giao động từ 0.8% đến 0.9% ww Hàm lượng chất hữu cơ trong chất thải thực phẩm, giấy và phân hữu cơ lần lượt là 93,1%, 80.3% và 53.5% dw Bảng 1 bao gồm tổng hàm lượng kim loại nặng của 11 loại pin sử dụng trong nghiên cứu và của 3 chất hữu cơ ban đầu (chất thải thực phẩm, giấy văn phòng, phân hữu cơ)
Bảng 1: Tổng hàm lượng kim loại nặng của 11 loại pin sử dụng trong nghiên cứu và
của 3 chất hữu cơ ban đầu
Pin và
các
CHC
Khối
lượng
Gp AA
&,* 16.9 761±1% 2.0±57% ±9%22.2 23.1±13% 21.2±84
%
20.0±
16%
246,0 00±23
%
222,0 00±1
%
140,0 00±4 0% Rotosoni
c AA &,** 11.2 937 66.0 672 33.0 8.20 1040 31,980 176,100 86,600 UCAR
AA &,** 15.6 1400 0.441 139 13.0 18 199 41,60
0
251,0 00
151,0 00 Toshiba
AA &,* 17.2 690±16% 2.20±73
%
28.0
±6% 18.0±16% ±9%20.0 64.0±111%
213,0 00±4
%
233,5 00±1 2%
123,0 00±4 6% Duracell
plus AA
&&,** 24.5 6.41 0.45 2230 7.40 9.30 11,850 166,000 195,500 157,000 Duracell 11.1 24.3 1.8± 3730 23±18 19±7 26,20 232,0 180,0 249,0
Trang 7plus AA
&&,* ±26
% 21% ±20% % 4% 0±6% 00±15% 00±3% 00±13% UCAR
Gold AA
&&,* 23.4 ±5%7.42
0.83
±76
%
1790
±9%
170±3 5%
13±7 1%
7160±
10%
236,0 00±23
%
185,0 00±6
%
150,0 00±4 1% UCAR
Gold
C&&,* 65.6
5.08
±27
%
0.39
±9%
984±
10%
6.1±3
%
5.4±
18%
1460±
75%
26,80 0±49
%
97,00 0±19
%
76,90 0±27
% Varta
Energy
AA &&,* 23.6
12.9
±75
%
0.96
±72
%
1320
±71
%
242±6 6%
11±7 7%
12,80 0±12
%
141,0 00±26
%
170,0 00±1 9%
139,0 00±6 1% Aerocell
AAA &&,* 11.0
20.2
±25
%
2.2±
54%
2950
±22
%
151±4 1% 30±103%
24,50 0±29
%
205,0 00±27
%
188,0 00±2 2%
302,0 00±2 6% Sunlight
Max C
&&,** 67.7 2.80 0.710 1280 3.70 3.31 109 38,000 96,000 99,700
LOD
<
LOD
<
LOD
<
LOD
<
LOD
4.98±
59%
154±5 4%
41.3±
35%
21.3± 104%
±48
%
0.91
±83
%
2.60
±94
%
1.70±
165%
<
LOD
8.18±
73%
1320±
76%
74.3±
90%
38.2± 131%
±3%
2.22
±10
%
14.1
±23
%
8.80±
27%
<
LOD
56.7±
12%
1320±
76%
515±
2%
614± 1% LOD : giới hạn phát hiện
* : ± hệ số biến thiên với n = 2
** : một mục được phân tích
& : pin không kiềm
&& : pin kiềm
$ : n = 10
$$ : n = 7
$$$ : n = 2
Theo bảng 1, Fe, Zn và Mn chiếm ưu thế trong tất cả các loại pin hàm lượng lên đến khoảng 300,000 mg khô/kg trong một số loại pin, hàm lượng thấp nhất là 27,000
mg khô/kg Cd có hàm lượng tương đối nhỏ (< 5 mg khô/kg) trong hầu hết các loại pin, trừ pin không kiềm (Rotosonic AA), hàm lượng Cd đạt 66 mg khô/kg Pb có nồng
độ khác nhau trong các loại pin, dao động trong khoảng 2.8 – 100 mg khô/kg Pin không kiềm có hàm lượng Pb cao hơn (690 – 1,400 mg khô/kg) so với pin kiềm ( 2.8 – 24 mg khô/kg) Mặt khác, Ni và Cu lại có hàm lượng trong pin kiềm cao hơn pin không kiềm Kim loại cũng được tìm thấy trong các chất hữu cơ ban đầu, nhưng nồng
độ thấp hơn trong pin Ví dụ, trong giấy văn phòng, nồng độ sắt là 1,300 mg khô/kg, trong phân hữu cơ, nồng độ kẽm là 500 mg khô/kg, nồng độ Mn là 600 mg khô/kg Nồng độ kim loại trong phân gia cầm cao hơn trong chất thải thực phẩm và giấy văn phòng, trừ Fe Trong chất thải thực phẩm và giấy văn phòng, nồng độ Fe cao hơn so
Trang 8với các kim loại khác Trong chất thải thực phầm không có Pb, Ni, Cd, Co, Cr Trong thành phần chất hữu cơ của MSW không có Cr
Ban đầu, hàm lượng chất hữu cơ trong chất hữu cơ của MSW dao động từ 79.9% đến 82.5% (khối lượng khô) Trọng lượng chất hữu cơ MSW trong mỗi phản ứng sinh học (bao gồm cả nước thêm vào điều chỉnh độ ẩm) là 39 kg cho tất cả đường biểu diễn (bảng 2) Tổng trọng lượng và số lượng pin thêm vào mỗi lần thí nghiệm được trình bày trong bảng 2
Bảng 2: Tính chất các hỗn hợp và tổng kim loại trung bình thu được sau 6 thí nghiệm
Mẫu đối chứng Mẫu 1 Mẫu 2_1, 2_2 Mẫu 3_1, 3_2
Số lượng pin trong lò
4 pin không kiềm, 8 pin kiềm
20 pin không kiềm, 60 pin kiềm
40 pin không kiềm, 120 pin kiềm Khối lượng pin thêm
Tỉ lệ % pin thêm vào
Tỉ lệ OFMSW so với
Hàm lượng kim loại ban đầu là giá trị trung bình của hỗn hợp pin và OFMSW
Trong bảng 2, hàm lượng trung bình ban đầu của Fe, Zn, Mn chiếm ưu thế dao động từ khoảng 841 141, 136 mg khô/kg, trong thí nghiệm sau khi thêm pin (chạy pin w/o) khoảng 27,700, 28,900 và 23,800 mg khô/kg ở cấp độ cao Cu chiếm ưu thế tiếp theo trong hỗn hợp (16 – 1,500 mg khô/kg) và năm kim loại còn lại có nồng độ trung bình ít hơn 300 mg khô/kg
IV.2 Ổn định chất hữu cơ
Hình 2a mô tả sự thay đổi của hàm lượng chất hữu cơ trong MSW theo thời gian cho 6 lần thí nghiệm Rõ ràng, tất cả các lần thí nghiệm với lượng pin khác nhau nhưng sự phân huỷ chất hữu cơ đều giống nhau Hàm lượng chất hữu cơ cuối quá trình phân huỷ khoảng 60% đến 62% (khối lượng khô Dựa vào nguyên tắc bảo tồn lượng tro, lượng chất khô cuối cùng của chất hữu cơ trong MSW ở 6 thí nghiệm là 47% (đối chứng), 49% (lần 1), 47% (lần 2_1), 52% (lần 2_2), 50% (lần 3_1), 56% (lần 3_2) Có một bản so sánh sự biến đổi chất hữu cơ trong suốt quá trình tái tạo và thí nghiệm 2_1, 2_2 Thí nghiệm 3_1, chất hữu cơ giảm nhẹ ở giữa quá trình so với 3_2 chạy lặp lại (hình 2a) Tuy nhiên, cuối cùng ở lần thí nghiệm 3_1, 3_2 lượng chất hữu cơ giảm nhiều Độ ẩm vào cuối quá trình ủ là 66%, 50%, 65%, 49%, 48% và 62%
Trang 9(cơ sở ww) cho các thí nghiệm đối chứng, chạy 1, 2_1, 2_2, 3_1 và 3_2 Do đó, độ ẩm không thay đổi trong suốt quá tình
IV.3 Nồng độ khí và nhiệt độ
Hình 2b cho thấy nồng độ O2 và CO2 (% v/v) trong ống khói lò phản ứng điều khiển trong quá trình phân huỷ Sau 15 ngày, nổng độ O2 giảm dần, nồng độ CO2 tăng dần Quá trình hiếu khí xảy ra mạnh nhất vào ngày 12 đến ngày 17 trong tất cả các lần thí nghiệm Có sự hoạt động tạm thời của vi sinh vật (nồng độ O2 giảm, nồng độ CO2 tăng) ngay sau khi lấy mẫu và khuấy trộn Các thông số nhiệt độ được thể hiện ở hình 2c Nhiệt độ tăng song song với CO2, có nghĩa là , đến khoảng ngày 15, dần dần có sự tăng nhiệt độ Nhiệt độ tăng dần cho đến ngày 25 thì giảm xuống nhiệt độ phòng Quá trình khuấy trộn, lấy mẫu làm giảm nhiệt độ tạm thời nhưng hỗ trợ hoạt động của vi sinh vật Nồng độ khí và nhiệt độ trong lần chạy đối chứng là điển hình cho một quá trình ủ phân và tương tự cho các lần thí nghiệm khác
Hình 2: Tiến độ của quá trình phân huỷ a) Hàm lượng chất hữu cơ của các
OFMSW b) Nồng độ khí trong các khoảng trống các phản ứng sinh học trong mẫu đối chứng c) Nhiệt độ trong mẫu đối chứng (nồng độ khí và nhiệt độ điển hình
cho tất cả các hình biểu diễn
IV.4 Hàm lượng kim loại theo thời gian trong chất hữu cơ của MSW.
Hình 3 – 5 minh họa hàm lượng của 8 kim loại trong chất hữu cơ của MSW theo thời gian Cr không đưa vào phân tích vì nồng độ của nó luôn luôn dưới ngưỡng phát hiện Theo số liệu, hàm lượng của tất cả các kim loại đều ổn định trong suốt quá trình Đối với một số kim loại không có sự thay đổi rõ theo thời gian Đường biểu diễn 2-1
Trang 10và 2-2 cho thấy sự thay đổi theo thời gian của tất cả các kim loại đều như nhau Tiến hành các thí nghiệm tương tự cho đường biểu diễn 3-1 và 3-2
Theo hình 3, thí nghiệm 1 hàm lượng Pb tăng dần theo thời gian sau 15 ngày Sự tăng giảm của hàm lượng Pb thể hiện khá rõ trong thí nghiệm 3-1 Hàm lượng của Cd ở cuối quá trình của tất cả các thí nghiệm là như nhau Tuy nhiên, lượng Cd đo được ở thí nghiệm 3-1 và 3-2 giữa ngày ủ thứ 5 và 45 là khá thấp Hàm lượng Ni ở thí nghiệm 3-1 và 3-2 tăng rõ rệt theo thời gian nhưng không có sự thay đổi rõ ràng ở các đường
Hình 3: Hàm lượng Pb, Ni và Cd trong OFMSW theo thời gian
Hình 4: Hàm lượng của Cu và Co trong OFMSW theo thời gian