Nghiên cứu xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Abs BCL BODCTR COD DO NRR PE QCVN SS TDS TKN TOC TSS TCVN VSV Độ hấp thụ quang Bãi chôn lấp Nhu cầu oxy sinh học Chất thải rắn Nhu cầu oxy hóa hóa học Lượn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

Người hướng dẫn khoa học

GVC.ThS.Lê Cao Khải

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thiện chương trình Đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới các thầy cô khoa Hóa học, trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã luôn quan tâm và tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian theo học tại trường

Sau một thời gian cố gắng thu thập tài liệu, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của ThS Lê Cao Khải, em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc nhất đến thầy Em cảm ơn thầy đã hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong quá trình nghiên cứu và suốt thời gian thực hiện để em có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ

Em xin chân thành cảm ơn các anh, chị cán bộ nhân viên tại phòng Công Nghệ Hóa lý môi trường - Viện Công nghệ Môi trường - Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - số 18 Hoàng Quốc Việt đã tạo điều kiện giúp đỡ, hướng dẫn em nhiệt tình trong quá trình nghiên cứu Tuy nhiên em không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô và các bạn để khóa luận tốt nghiệp được hoàn thiện hơn

Cuối cùng, em xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những người vẫn luôn quan tâm, động viên và là chỗ dựa tinh thần giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao trong suốt thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện khóa luận tốt nghiệp vừa qua

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2018

Sinh viên

Cấn Thị Mai Tú

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Abs BCL BODCTR COD

DO NRR

PE QCVN

SS TDS TKN TOC TSS TCVN VSV

Độ hấp thụ quang Bãi chôn lấp Nhu cầu oxy sinh học Chất thải rắn

Nhu cầu oxy hóa hóa học Lượng oxy hòa tan trong nước Nước rỉ rác

Bể màng sinh học kỵ khí dòng chảy

Quy chuẩn Việt Nam Chất rắn lơ lửng Tổng chất rắn hòa tan Tổng Nitơ

Tổng Cacbon Tổng chất rắn lơ lửng Tiêu chuẩn Việt Nam

Vi sinh vật

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn 4

Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới 5

Bảng 1.3 Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam 6

Bảng 1.4 Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm 8

Bảng 1.5 Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp 8

Bảng 2.1 Đặc tính nước rỉ rác đã qua tiền xử lý bằng keo tụ điện hóa 25

Bảng 2.2 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của hồ kỵ khí 26

Bảng 2.3 Đặc điểm nước rỉ rác ở hồ làm thoáng 27

Bảng 2.4 Các thông số của bể 31

Bảng 2.5 Môi trường bùn tạo sinh khối 33

Bảng 3.1 Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau 36

Bảng 3.2 Giá trị hiệu suất xử lý amoni trung bình 38

Bảng 3.3 Giá trị hiệu suất xử lý amoni trung bình 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Gò Cát 14

Hình 1.2 Sơ đồ hệ lọc sinh học 22

Hình 2.1 Nước rỉ rác sau keo tụ điện hóa trước và sau khi lắng 25

Hình 2.2 Hình ảnh cuvet và máy đo quang UV-Vis 29

Hình 2.3 Mô hình hệ thí nghiệm bể lọc sinh học 30

Hình 2.4 Hệ lọc sinh học trong quá trình thí nghiệm 31

Hình 2.5 Nhựa PE sử dụng làm giá thể bám dính 32

Hình 3.1 Đường chuẩn amoni đo ở bước sóng 672 nm 37

Hình 3.2 Ảnh hưởng của chế độ sục đến hiệu suất xử lý amoni 38

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni 39

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về nước rỉ rác 2

1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác 2

1.1.2 Thành phần và tính chất của nước rỉ rác 2

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác 7

1.1.4 Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường và sức khỏe con người 10

1.1.5 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 12

1.1.6 Các công trình nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác 13

1.2 Tổng quan về amoni 16

1.2.1 Amoni trong nước rỉ rác 16

1.2.2 Tác động có hại của amoni trong nước 16

1.2.3 Một số phương pháp và công trình nghiên cứu xử lý amoni 17

1.3 Tổng quan về phương pháp lọc sinh học 20

1.3.1 Định nghĩa về bể lọc sinh học sinh học 20

1.3.2 Cấu tạo của bể lọc sinh học 20

1.3.3 Nguyên lý 21

1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất xử lí 23

1.3.5 Ưu, nhược điểm của phương pháp lọc sinh học 23

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu 25

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 27

2.2 Phương pháp nghiên cứu 27

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 27

2.2.2 Phương pháp phân tích 27

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 30

2.2.4 Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu thực nghiệm 33

2.3 Các nội dung nghiên cứu 34

2.3.1 Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý 34

2.3.2 Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào 35

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Đặc điểm của hệ lọc sinh học 36

3.2 Xây dựng đường chuẩn amoni 36

3.3 Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni 37

3.4 Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni 39

KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

PHỤ LỤC 44

MỞ ĐẦU

Hiện nay xã hội đang trên đà phát triển, đời sống người dân ngày càng được nâng cao kéo theo đó lượng chất thải rắn (CTR) sinh hoạt phát sinh ngày càng lớn, một trong những hệ lụy mà chất thải rắn mang lại là lượng nước rỉ rác (NRR) phát sinh ngày càng nhiều gây ảnh hưởng tới môi trường và đời sống con người

Đặc biệt, hầu hết nước rỉ rác tại BCL đều phát thải trực tiếp vào môi trường, khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người Vấn

đề này đang là tình trạng phải đối mặt của nhiều quốc gia trên thế giới 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 Một đặc thù của NRR là có hàm lượng amoni (NH4+) rất cao, khó xử lý Trong điều kiện thích hợp, amoni có trong nước rỉ rác sẽ chuyển hóa thành nitrit và nitrat Nitrit nếu vào cơ thể sẽ cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy và gây bệnh đường hô hấp, bên cạnh đó có thể kết hợp với các chất hữu cơ để tạo ra những chất có khả năng gây ung thư,… Chính vì vậy, cần phải tập trung nghiên cứu, đánh giá và xử lý một cách có hiệu quả

Hiện nay, trên thế giới cũng như Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu và công nghệ áp dụng xử lý NRR Mỗi công trình nghiên cứu áp dụng một phương pháp

xử lý khác nhau, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng Tuy nhiên cho đến nay việc lựa chọn công nghệ xử lý NRR vẫn đang là vấn đề nan giải của nước

ta, đặc biệt là việc xử lý amoni để NRR đạt tiêu chuẩn quy định Xuất phát từ sự quan tâm lớn về môi trường hiện nay cùng với những ưu điểm vượt trội của phương pháp lọc sinh học, đề tài này lựa chọn phương pháp xử lí NRR là lọc sinh học

Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học” đã được thực hiện nhằm mục tiêu xử lý được hàm lượng amoni

trong NRR sau quá trình keo tụ điện hóa đạt hiệu quả cao nhất, với nội dung nghiên cứu như sau:

Nội dung đề tài:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sục khí và tải lượng tới hiệu quả xử lý

amoni trong nước rỉ rác bằng công nghệ lọc sinh học

- Lựa chọn điều kiện tốt nhất cho quá trình lọc sinh học

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nước rỉ rác

1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác

Nước rỉ rác (NRR) từ các bãi chôn lấp được định nghĩa là dung dịch sinh ra trong BCL nhờ sự phân hủy chất hữu cơ của các vi sinh vật cùng với các phản ứng sinh hóa diễn ra trong lòng bãi chôn lấp Lượng NRR được hình thành trong BCL chủ yếu từ trong nước mưa ngấm vào qua lớp phủ bề mặt, quá trình phân hủy sinh học Các đặc tính cơ bản của NRR thường được đại diện bởi các thông số như: COD, BOD, NH4+, các kim loại nặng…

Các nguồn chính tạo ra nước rỉ rác bao gồm:

- Nước từ phía trên bãi chôn lấp

- Nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp

- Độ ẩm của rác

- Nước từ vật liệu phủ

- Nước từ bùn

- 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 bãi chôn lấp

- Nước từ khu vực khác chảy qua có thể thấm vào ô chôn lấp

- Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp trước khi được phủ đất và sau khi ô chôn lấp được đóng lại

1.1.2 Thành phần và tính chất của nước rỉ rác

Nước rỉ rác là chất lỏng được sinh ra từ quá trình phân hủy vi sinh đối với các chất hữu cơ có trong rác, thấm qua các lớp rác của ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo và tan từ các chất thải rắn Do đó, trong nước rỉ rác thường chứa cả các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật

Thành phần nước rỉ rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp, loại rác, khí hậu Mặt khác, độ dày, độ nén, lớp che phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rỉ rác

Nước rỉ rác chứa đa số thành phần chất ô nhiễm với nồng độ cao và khó phân hủy, do vậy cần kết hợp nhiều phương pháp xử lý như: xử lý cơ học, xử lý hóa học,

xử lý sinh học, xử lý oxi hóa nâng cao…

Sự phân hủy chất thải rắn trong BCL gồm các giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Giai đoạn thích nghi ban đầu

- Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển tiếp

- Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men

- Giai đoạn 4: Giai đoạn lên men metan

- Giai đoạn 5: Giai đoạn ổn định

Các tính chất của NRR phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thành phần và sự phân hủy của rác (thủy phân, hấp phụ, hòa tan, oxy hóa và bay hơi…), hoạt động quản lý, thiết kế và hoạt động của bãi chôn lấp, độ ẩm, lượng oxy, sự chuyển động của nước và các điều kiện thời tiết thay đổi Do đó, hầu hết các loại nước rỉ rác cần được đánh giá một cách độc lập để tìm ra phương pháp xử lý thích hợp

1.1.2.1 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 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 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, 9] Chất lươn ̣g 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

Ba ̉ng 1.1 Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn

Thông số Đơn vị

Tuổi bãi chôn lấp

Mới (0-5 năm) Trung bình (5-10

năm) Cũ (>10 năm) BCL

phân hủy

sinh học

Ghi chú: (-): không đánh giá (Nguồn: [9, 17])

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 hoc ̣, pH thấp hơn 6,5 Tuổi bãi chôn lấp càng cao thì pH càng tăng và

nồng đô ̣các chất ô nhiễm càng giảm nhưng lại khó phân huỷ sinh học vì chứa chủ

yếu các hợp 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

Ba ̉ng 1.2 Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới

Pereira (5 năm vận

hành)

Clover Bar (Vận hành từ năm 1975)

Việt Nam vẫn chưa áp dụng biện pháp phân loại rác tại nguồn nên thành phần của nước rỉ rác rất phức tạp Nướ c rỉ rác không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa các chất vô cơ hoà tan, kim loại 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 nướ c 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 Nồ ng 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 nướ c rỉ rác cũ (từ năm thứ 4 - 5 trở đi), có thể nhận thấy nướ c rỉ rác mới cũng chia thành hai loại khác nhau: trong giai đoạn 3

- 6 tháng đầu, nướ c 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 Ở nhiều nước trên thế giới, nhiều bãi chôn lấp đã áp dụng việc phân loại rác tại nguồn và áp dụng 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

Ba ̉ng 1.3 Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam

BCL Gò Cát (Hồ Chí Minh)

BCL Thủy Phương (Huế)

BCL Tràng Cát (Hải Phòng)

BCL Xuân Sơn (Hà Nội)

13.655-COD - 0,485-0,540 0,459-0,547 0,234-0,163

0,465 0,670

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác

Do có nhiều yếu tố bên ngoài tác động lên quá trình hình thành nước rỉ rác nên thành phần của chúng rất khó xác định:

❖ Thời gian chôn lấp

Tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần Thành phần của nước rỉ rác thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ

Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra Khi đó chất rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa

Ba ̉ng 1.4 Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm

- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi

- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp

- pH trung tính hoặc kiềm

Nguồn: George Tchobanoglos và cộng sự 1993, Handbook of solid waste management

Ba ̉ng 1.5 Các số liệu tiêu biểu về thành phần

và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp

Thành phần

Giá trị, mg/l

Bãi mới (< 2 năm) Bãi lâu năm (>10

năm) Khoảng Trung bình

Thành phần

Giá trị, mg/l

Bãi mới (< 2 năm) Bãi lâu năm (>10

năm) Khoảng Trung bình

❖ Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi

Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong việc ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp, làm tăng nhanh thời gian tạo nước rò rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước

Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ Qúa trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm

Nhìn chung thì các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ

❖ Thành phần của chất thải rắn

Thực tế, thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng tác động đến tính chất của nước rỉ rác Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rỉ rác cũng có các đặc tính tương tự

❖ Chiều sâu bãi chôn lấp

Nhiều nghiên cứu cho thấy BCL có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy

Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn, khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm

❖ Độ ẩm rác và nhiệt độ

Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt Khi bãi chôn lấp đạt trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉ được hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp Độ ẩm trong rác cao thì nước

rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ Khi nhiệt độ môi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn

Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác như: ảnh hưởng từ bùn; cống rãnh và chất thải độc hại; độ nén; chiều dày và nguyên liệu làm lớp phủ… đều ảnh hưởng tới thành phần nước rỉ rác

1.1.4 Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường và sức khỏe con người

Trong nước rỉ rác có chứa hàm lượng chất hữu cơ và nồng độ amoni cao Bên cạnh đó, trong quá trình chôn lấp và phân hủy chất hữu cơ từ các bãi chôn lấp (đặc biệt là bãi chôn lấp mới) sẽ phát sinh ra các khí độc như khí metan (CH4) Các yếu

tố trên là nguyên nhân chính gây hại tới môi trường và sức khỏe con người

Ở những khu vực xung quanh bãi rác, nước rỉ rác có chứa hàm lượng cao các kim loại nặng và chất hữu cơ khi đi vào nguồn nước và đất sẽ tích tụ độc tố gây ảnh hưởng lâu dài đến người dân xung quanh Các đoạn kênh rạch, sông suối quanh bãi chôn lấp bán kính 5 km thường có màu xám và màu vàng nâu gây nên hiện tượng phát sinh tảo nấm gây hại, cản trở sự sinh trưởng và phát triển của các loài sinh vật trong nước

1.1.4.1 Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường

✓ Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường nước

Nước rỉ rác có chứa hàm lượng chất ô nhiễm cao (chất hữu cơ: do trong rác có phân súc vật, thức ăn thừa… chất thải độc hại từ các bao bì đựng phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, mỹ phẩm…) nếu không được thu gom, xử lý sẽ xâm nhập vào nguồn nước mặt và nước ngầm gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng

Hàm lượng nitơ cao là chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong rêu, tảo… gây hiện tượng phú dưỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nước, gây thiếu hụt DO trong nước do oxi bị tiêu thụ trong quá trình oxi hóa chất hữu cơ

Tạo ra xói mòn trên tầng đất nén và lắng đọng trong lòng nước mặt chảy qua Cũng có thể chảy vào các tầng nước ngầm và các dòng nước sạch gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người dân sử dụng nguồn nước

Nước là đường truyền bệnh rất nguy hiểm Nguồn nước ô nhiễm tác động đến con người thể hiện qua sức khỏe cộng đồng, khi ăn các loại thực phẩm như cá, tôm, cua,… bị nhiễm độc do nước ô nhiễm, con người sẽ mắc nhiều chứng bệnh, trong

đó có cả bệnh ung thư Ngoài ra, nguồn nước còn gây ra cả bệnh thương hàn, kiết

lỵ, dịch tả, da liễu nguyên nhân là do trong nước ô nhiễm có nhiều vi khuẩn và nấm gây bệnh cho người

Khi nguồn nước bị ô nhiễm dù ở mức độ nặng hay nhẹ đều gây ảnh hưởng xấu đến giới tự nhiên, hệ sinh thái, động - thực vật thủy sinh

Khi môi trường nước bị ô nhiễm vùng ven sông rạch, vùng bán ngập do mực nước ngầm nông, nguồn nước mặt bị ô nhiễm với nhiều yếu tố độc hại đã di chuyển thẳng xuống mạch nước ngầm theo phương thẳng đứng hoặc từ nước sông ngấm vào mạch nước ngầm theo phương nằm ngang, dưới tác dụng của thủy triều mà không qua gạn lọc, làm sạch tự nhiên của môi trường

✓ Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường không khí

Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và mưa nhiều ở nước ta hiện nay là điều kiện thuận lợi cho các thành phần hữu cơ trong rác thải phân hủy, thúc đẩy nhanh quá trình lên men, thối rữa và tạo nên mùi khó chịu gây ô nhiễm môi trường không khí Các khí phát sinh từ quá trình phân hủy chất hữu cơ trong rác thường là: amoni có mùi khai, phân có mùi hôi, hydrosunfua mùi trứng thối, sunfua hữu cơ như bắp cải rữa, mecaptan mùi hôi nồng, amin như cá ươn, điamin như thịt thối, Cl2 nồng, phenol mùi xốc đặc trưng Ngoài ra, quá trình đốt rác sẽ phát sinh nhiều khí ô nhiễm như:

SO2, NOx, CO2, bụi…

✓ Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường đất

Trong thành phần nước rác có chứa nhiều chất độc hại, khi rác thải được đưa vào môi trường và không được xử lý khoa học thì những chất độc xâm nhập vào đất

sẽ tiêu diệt nhiều loài sinh vật có ích cho đất như: giun, vi sinh vật, nhiều loài động vật không xương sống, ếch nhái… làm cho môi trường đất bị giảm tính đa dạng sinh học và phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại cây trồng

1.1.4.2 Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến sức khỏe con người

Nước rỉ rác ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe con người Cụ thể, qua đường tiêu hóa, đường hô hấp, tiếp xúc qua da… Thông qua quá trình sinh hoạt, sử dụng nguồn nước, thức ăn bị nhiễm độc… (Ví dụ: rau muống trồng ở gần ven sông, ao có khả năng hấp phụ kim loại nặng tốt và tôm cá ở ao hồ, sông, suối) dẫn đến các chất

ô nhiễm độc hại đi vào cơ thể con người làm cho con người có thể mắc các bệnh như: bệnh đường tiêu hóa; nhiễm độc kim loại nặng; kích thích đến sự hô hấp của con người và kích thích nhịp tim đập nhanh gây ảnh hưởng xấu đối với những người mắc bệnh tim mạch

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

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, oxy hóa Fenton, phân ly màng Với phương pháp hóa học, chủ yếu thường dùng phương pháp kết tủa đông hay oxy 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 về xử lý nước rỉ rác

1.1.6.1 Các công trình nghiên cứu trong nước

Xử lý nước rỉ 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 Do tính chất của địa phương nên công nghệ xử lý nước rác cũng có tính đặc thù rất cao Một số hệ thống xử lý nước rỉ rác tại Việt Nam:

- Hệ thống xử lý nước rỉ rác tại Tây Mỗ - Hà Nội: trạm được xây dựng từ năm

1998 với công nghệ sinh học đơn giản đã hoạt động không hiệu quả ngay sau khi

vận hành, thành phần nước thải đầu vào và đầu ra hầu như không thay đổi và từ đó đến nay thì trạm không được vận hành

- Trạm xử lý nước rỉ rác tại Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội: trạm được xây dựng từ năm 2000 với sự kết hợp của tuyển nổi và xử lý sinh học những sau khoảng 2 tháng vận hành xử lý kém hiệu quả và sau khi đã có những hiệu chỉnh thì một thời gian hệ thống hoạt động vẫn không có hiệu quả Và hiện nay thì hệ thống đã dần ổn định

- Trạm xử lý do Liên hiệp khoa học và sản xuất hóa học UCE tiến hành với công nghệ xử lý chủ yếu là hóa học và hóa lý để oxy hóa và keo tụ chất thải trong nước rỉ rác Công nghệ này được đề xuất để xử lý nước thải tồn đọng trong ô chôn lấp số 3 bãi rác Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội, nước thải sau khi xử lý không đạt yêu cầu của TCVN 5945-1995 cột B về COD, tổng N… và hiện nay thì trạm đã được tháo dỡ

- Trạm xử lý do xí nghiệp điện lạnh và môi trường - công ty cơ khí thủy sản tiến hành với mục đích xử lý nước rỉ rác khẩn cấp cho bãi chôn lấp chất thải Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội Công nghệ này đã vận dụng hệ thống hồ sinh học để giảm tải đáng kể hàm lượng COD và BOD

- Trạm xử lý nước rác tại bãi chôn lấp Gò Cát - tp Hồ Chí Minh Trạm bắt đầu vận hành từ năm 2001 cho đến nay đã có 3 loại hình công nghệ xử lý khác nhau được áp dụng :

1 Phương pháp xử lý bằng màng lọc - Công ty VerMeer, Hà Lan

2 Phương pháp xử lý sinh học - Trung tâm môi trường CENTEMA

3 Phương pháp sinh học kết hợp lọc màng - Trung tâm môi trường CEO

Hi ̀nh 1.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Gò Cát

Theo nhận định ban đầu, đây là một trạm xử lý nước rỉ rác theo công nghệ của

Hà Lan khá hiện đại với công nghệ chủ yếu được áp dụng là công nghệ lọc màng Tuy nhiên từ năm 2007 trạm đã ngừng hoạt động

1.1.6.2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay trên thế giới với mục đích bảo vệ môi trường, các nước Nhật bản,

Mỹ, Hàn Quốc đã có hướng nghiên cứu mới đó là tăng cường sự phân hủy rác tại các bãi chôn lấp bằng biện pháp tái tuần hoàn nước rỉ rác chứa nhiều oxy Với nước

rỉ rác tuần hoàn có hàm lượng oxy tự do hoặc liên kết dưới dạng sunfat, nitrat cao,

vi khuẩn sẽ lấy oxy từ đó để phân hủy hiếu khí hoặc thiếu khí (thông qua quá trình khử sunfat, nitrat…) các chất hữu cơ trong rác thải

Ngoài ra, một trong những phát kiến gây được sự chú ý lớn trong việc quản lý chất thải rò rỉ trên khắp thế giới là chôn lấp với công nghệ hoạt hóa sinh học Công nghệ này đã thay đổi mục đích của một bãi chôn lấp với chức năng lưu giữ chất thải một cách thông thường thành một hệ thống xử lý chất thải hiệu quả

a Xử lý nước rỉ rác tại Mỹ

Công ty DEQ đã xây dựng hệ thống xử lý nước rỉ rác:

- Đánh giá lưu lượng nước thải sinh ra từ bãi rỉ rác

- Đánh giá đặc trưng ô nhiễm của nước rỉ rác, dự báo diễn biến ô nhiễm theo thời gian

- Xác định tình trạng của nguồn nước nhận, giá thành xử lý, hậu quả đối với môi trường, khó khăn về phương diện kỹ thuật, tiêu chuẩn thải

- Xác định các chỉ tiêu chung và đặc thù

- Xác định giá thành xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước rỉ rác

Trên cơ sở đặc trưng của nguồn nước nhận sẽ tiến hành các giải pháp công nghệ khác nhau, ví dụ hòa trộn lẫn với hệ nước thải sinh hoạt, sử dụng để tưới tiêu,

xử lý tại chỗ và xả vào nguồn nước mặt hoặc phương thức khác

b Xử lý nước rỉ rác tại Nhật Bản

Công nghệ xử lý nước rỉ rác của hãng Tsukishima kikai (TKS):

- Công nghệ tách ion canxi

- Công nghệ xử lý vi sinh sử dụng các thiết bị: tiếp xúc sinh học, tấm sục khí Các thiết bị thích hợp cho nước thải loãng, tiết kiệm năng lượng, không xử lý thích hợp chất nitơ

- Kĩ thuật ngưng tụ và kết tủa

Công nghệ xử lý nước rỉ rác của hãng Kubota Corporation:

- Công nghệ chống kết tủa các chất lắng đọng từ nước rác trong đường ống

- Công nghệ xử lý sinh học

- Khử nitrat nếu cần thiết

- Tách loại các hợp chất hữu cơ, sử dụng biện pháp keo tụ với sắt (III) clorua để tách một phần chất hữu cơ

c Xử lý nước rỉ rác tại Hàn Quốc

Ở các bãi rác sinh hoạt tại Hàn Quốc có khoảng 50 điểm dùng cách xử lý sinh hoạt trước rồi sau đó dẫn về trạm xử lý chung; 92 điểm đưa thẳng nước rỉ rác về trạm xử lý chung; 102 điểm tự xử lý hoàn toàn rồi cho thoát ra ngoài Kể từ khi ban hành cho tiêu chuẩn nitơ amoni năm 1999 và sau đó năm 2001 thì phần lớn các trạm xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp đã được bổ sung hoặc lắt đặt mới các thiết bị

xử lý nitơ; trong đó phần lớn công nghệ xử lý nitơ vận hành theo kiểu MLE (Modified Ludzacck Ettinger); cũng có hơn 10 bãi rác nhỏ dùng phương pháp RO sau công nghệ sinh học

1.2 Tổng quan về amoni

1.2.1 Amoni trong nước rỉ rác

Trong môi trường nước, amoni có thể tồn tại ở dạng phân tử (NH3) hoặc ion (NH4+) tùy thuộc vào pH của nước Ở dạng phân tử, amoni thường gọi amoniac là một chất khí không màu, mùi và sốc [8] Amoniac tan khá tốt trong nước và độ tan phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ dung dịch Ở 0oC, độ tan của amoniac có thể lên đến 50% trong nước, ở 20oC giảm xuống còn khoảng 35% và ở 100oC thì độ tan của amoniac hầu như bằng 0% Dung dịch amoniac lỏng bán ngoài thị trường thường có nồng độ amoniac từ 25 - 27% Khi tan trong nước, amoniac kết hợp với ion H+ của nước tạo thành một dung dịch kiềm yếu theo cân bằng:

Amoni cũng có thể bị oxy hoá dưới tác dụng của các tác nhân oxy hoá tạo thành N2, NO2-, NO3- Với sự có mặt của oxy, amoni chuyển thành nitrat theo phương trình:

NH4+ + 2O2 → NO3- + H2O + 2H+ (2)

1.2.2 Tác động có hại của amoni trong nước

Trong môi trường nước amoni tồn tại lâu có thể chuyển hóa thành nitrit (NO2-)

và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại tới con người khi đi vào cơ thể, vì nó

có khả năng chuyển hóa thành các hợp chất Nitrosamine là chất có khả năng gây

ung thư cho con người [14] Vì vậy quy định về amoni trong nước là rất thấp (theo QCVN 08-MT: 2015/BTNMT là 0,3 mg/L theo cột A và 0,9 mg/L với cột B)

Trong nước, amoni làm giảm hiệu suất của giai đoạn clo hóa sát trùng nước (bước phổ biến trong công nghệ xử lý nước hiện hành), do xảy ra phản ứng nhanh giữa amoni và clo để chuyển hóa clo thành cloramin có tác dụng sát khuẩn yếu so với clo khoảng 100 lần Amoni cùng với một số chất vi lượng trong nước (hữu cơ, phốt pho, sắt, mangan ) là nguồn dinh dưỡng - thức ăn để vi khuẩn, tảo phát triển, gây hiện tượng không ổn định sinh học của chất lượng nước sau xử lý Nước có thể

bị đục, đóng cặn trong hệ thống ống dẫn, bể chứa Chính vì vậy, hàm lượng amoni trong nước luôn là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm

Độ độc của amoni phụ thuộc cao vào pH nước Chẳng hạn như nó sẽ chuyển hóa thành ion amoni kém độc hơn ở pH thấp (pH < 7), amoni bắt đầu tồn tại chủ yếu ở dạng ion, nhưng ở pH > 7 các mức độc của amoni tăng lên do tăng dạng phân

tử Mức amoni tổng (NH3 + NH4+) chỉ ở khoảng 0,25 mg/L đã có thể gây nguy hại cho cá và các loài sinh vật nước khác Riêng dạng phân tử (NH3), chỉ cần ở nồng độ rất thấp (0,01 - 0,02 mg/L) cũng đã có thể giết chết cá [18]

1.2.3 Một số phương pháp và công trình nghiên cứu xử lý amoni

1.2.3.1 Các phương pháp xử lý amoni

a, Phương pháp clo hóa

Clo là chất oxy hóa mạnh có khả năng oxy hóa amoni/amoniac ở nhiệt độ phòng thành N2 Khi hòa tan clo trong nước tùy theo pH của nước mà clo có thể nằm dạng HClO hay ion ClO- [3] do có phản ứng theo phương trình:

Cl2 + H2O → HCl + HClO (pH < 7) HClO → H+ + ClO- (pH > 8)

(3) (4)

Khi trong nước có NH4+ sẽ xảy ra phản ứng sau:

HClO + NH3 → H2O + NH2Cl (Monocloramin) HClO + NH2Cl → H2O + NHCl2 (Dicloramin) HClO + NHCl2 → H2O + NCl3 (Tricloramin)

(5) (6) (7) Nếu có clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân hủy các Cloramin:

HClO + 2NH2Cl → N2 + 3Cl- + H2O (8)

Khi amoni phản ứng gần hết, clo dư sẽ phản ứng với các hợp chất hữu cơ có trong nước để hình thành nhiều hợp chất clo có mùi đặc trưng khó chịu [11]

b, Phương pháp trao đổi ion

Quá trình trao đổi ion là một quá trình hóa lý thuận nghịch trong đó xảy ra phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bề mặt hoặc

bên trong các pha rắn tiếp xúc với nó Quá trình trao đổi ion tuân theo định luật bảo toàn điện tích Mức độ trao đổi ion phụ thuộc vào [3]:

- Kích thước hóa trị của ion

- Nồng độ ion có trong dung dịch

- Bản chất của chất trao đổi ion

- Nhiệt độ

c, Phương pháp sinh học

Đối với phương pháp sinh học nó bao gồm hai quá trình nối tiếp nhau là nitrat hóa và khử nitrat hóa như sau:

- Quá trình nitrat hóa:

Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học:

NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O (11) Theo phản ứng hóa học diễn ra, đầu tiên, amoni được oxy hóa thành các nitrit

nhờ các vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus Sau đó các ion nitrit bị oxy hóa thành nitrat nhờ các vi khuẩn Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus Các vi khuẩn nitrat hóa Nitrosomonas và Nitrobacter thuộc loại tự

dưỡng hóa năng [12] Năng lượng sinh ra từ phản ứng nitrat hóa được vi khuẩn sử dụng trong quá trình tổng hợp tế bào Nguồn cacbon để sinh tổng hợp ra các tế bào

vi khuẩn tế bào mới là cacbon vô cơ (HCO3- là chính)

Quá trình nitrat hóa thường được thực hiện trong bể phản ứng sinh học với lớp bùn dính bám trên các vật liệu mang giá thể vi sinh Vận tốc quá trình oxy hóa nitơ amoni phụ thuộc vào tuổi thọ của bùn (màng vi sinh vật), nhiệt độ, pH của môi trường, nồng độ vi sinh vật, hàm lượng amoni, oxy hòa tan, vật liệu lọc… Các vi khuẩn nitrat hóa có khả năng kết hợp thấp, do vậy việc lựa chọn vật liệu lọc nơi các màng vi sinh vật dính bám cũng có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất làm sạch và

sự tương quan sản phẩm của phản ứng sinh hóa Sử dụng vật liệu mang phù hợp làm giá thể cố định vi sinh cho phép giữ được sinh khối trên giá thể, tăng tuổi thọ bùn, nâng cao và ổn định hiệu suất xử lý trong cùng một khối thể tích cũng như tránh được những ảnh hưởng do thay đổi điều kiện môi trường bên ngoài [18] Quá trình nitrat hóa có hiệu quả cao khi hàm lượng oxy hòa tan lớn hơn 4 mg/L [8]

- Quá trình khử nitrat hóa:

Để loại bỏ nitrat trong nước, sau công đoạn nitrat hóa amoni là khâu khử nitrat sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện thiếu khí (anoxic) Nitrit và nitrat sẽ chuyển thành dạng khí N2, NO, N2O là những khí có ảnh hưởng không đáng kể với môi trường [11]

Quá trình khử nitrat hóa là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau:

để oxy hóa chất hữu cơ (chất nhường điện tử), còn NO3- (chất nhận điện tử) bị khử thành khí nitơ

1.2.3.2 Một số công trình nghiên cứu xử lý amoni

Amoni là một trong những đối tượng được quan tâm nghiên cứu loại bỏ trong nước thải vì hàm lượng cao cũng như tính chất độc hại của nó Có nhiều nghiên cứu

đã được thực hiện và có những kết quả khả quan Dưới đây là một số ví dụ cụ thể:

Li và cộng sự [14] đã nghiên cứu xử lý amoni có trong nước rỉ rác tại một nhà máy ở Trung Quốc bằng phương pháp keo tụ hóa học Nồng độ amoni (NH4+) giảm xuống còn 112 mg/L so với nồng độ ban đầu (5618 mg/L) Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý amoni tốt nhất ở điều kiện pH = 8 và có bổ sung thêm hỗn hợp 2 muối: MgCl2.6H2O và Na2HPO4.12H2O

Mpenyana và cộng sự [15] đã nghiên cứu việc loại bỏ amoni từ nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học gián đoạn hai quá trình: nitrat hóa và khử nitrat tạo

N2 Kết quả cho thấy sau quá trình nitrat hóa hàm lượng amoni giảm 84% Sau 10 tuần thí nghiệm hiệu suất xử lý amoni tăng lên lên tới 99% Sang đến quá trình khử nitơ thì hầu như NO3- đã được loại bỏ và tạo N2 Bên cạnh đó, kết quả cũng cho thấy khả năng xử lý COD là rất thấp, chỉ đạt 36% hiệu suất

Kabdasli và cộng sự [13] đã nghiên cứu việc loại bỏ amoni từ bãi chôn lấp rác thải mới bằng việc tạo lắng magie amonium phosphate (MAP) trong môi trường nước nhiều amoni, đồng thời loại bỏ khí NH3+ vào không khí Trong nghiên cứu này, amoni được xử lý trong điều kiện kỵ khí Kết quả cho thấy, ở điều kiện pH = 12 hàm