Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm

Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm

****0O0****

NGUYỄN NGUYÊN THẮNG

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM SINH HỌC ENCHOICE VÀ SANJIBAN TRONG

XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC TẠI BÃI CHÔN LẤP RÁC

PHƯỚC HIỆP, CỦ CHI

LUẬN VĂN KỸ SƯ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh -Tháng 9/2006-

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

****0O0****

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM SINH HỌC ENCHOICE VÀ SANJIBAN TRONG

XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC TẠI BÃI CHÔN LẤP RÁC

PHƯỚC HIỆP, CỦ CHI

LUẬN VĂN KỸ SƯ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

KHÓA: 2002 – 2006

Thành phố Hồ Chí Minh -Tháng 9/2006-

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC FACULTY OF BIOTECHNOLOGY



RESEARCHING INFLUENCE OF ENCHOICE AND SANJIBAN PROBIOTICES IN TREATMENT LIQUID WASTE AT PHUOC HIEP, CU CHI

GARBAGE LANDFILL

GRADUATION THESIS MAJOR: BIOTECHNOLOGY

Professor Student

Dr BUI XUAN AN NGUYEN NGUYEN THANG TERM: 2002 - 2006

HCMC, 09/2006

LỜI CẢM ƠN

Con thành kính ghi khắc công ơn Cha và Mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng và suốt đời tận tụy không ngại khó khăn, luôn dìu dắt và tạo điều kiện cho con học tập để con

có được ngày hôm nay

Trân trọng biết ơn:

 Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh

 Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công nghệ sinh học

 Ban giám đốc Trung tâm Công nghệ và Quản lý Tài nguyên và Môi trường

 Ban giám đốc Công ty Environmental Choices

 Tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tại trường

Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

 Thầy Bùi Xuân An đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

 Các anh chị trong Công ty Environmental Choices đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn:

Các bạn bè thân yêu của lớp Công nghệ sinh học khóa 28 đã chia sẽ cùng tôi vui buồn trong thời gian học, cũng như hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Nguyên Thắng

TS Bùi Xuân An

Mục đích: đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp rác Phước Hiệp bằng chế phẩm sinh học ENCHOICE và SANJIBAN

Đề tài được tiến hành trong 4 tháng, từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2006

Phương pháp thí nghiệm: thí nghiệm một yếu tố được bố trí theo kiểu khối hoàn toàn ngẫu nhiên RCBD (Randomized Complete Block Design) với 3 nghiệm thức và 3 khối tương ứng với 3 lần lặp lại

 Nghiệm thức 1: không dùng chế phẩm và có sục khí (ĐC)

 Nghiệm thức 2: bổ sung chế phẩm Enchoice và có sục khí

 Nghiệm thức 3: bổ sung chế phẩm Sanjiban và có sục khí

Kết quả đạt được trong quá trình chạy mô hình:

Việc bổ sung các chế phẩm sinh học Enchoice và Sanjiban giúp cho quá trình xử lý nước rỉ rác tốt hơn, thúc đẩy quá trình khử mùi cũng như cải thiện các chỉ tiêu BOD, COD

Chế phẩm Enchoice tuy có tốt hơn nhưng không có sự khác biệt lớn so với chế phẩm Sanjiban

Khả năng khử mùi của nghiệm thức có bổ sung chế phẩm là tốt hơn so với nghiệm thức đối chứng Khả năng khử mùi hôi của Enchoice là tốt hơn so với Sanjiban

Việc bổ sung chế phẩm Enchoice và Sanjiban làm tăng hiệu quả xử lý COD, BOD của nước rỉ rác so với đối chứng Thời gian tốt nhất cho xử

lý COD là 2 ngày và thời gian tốt nhất cho xử lý BOD là 4 ngày

MỤC LỤC

TRANG

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục v

Danh sách các chữ viết tắt viii

Danh sách các bảng ix

Danh sách các hình x

1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích 2

1.3 Yêu cầu 2

1.4 Hạn chế của đề tài 2

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tổng quan về nước rỉ rác 3

2.1.1 Khái quát về nước rò rỉ từ rác 3

2.1.2 Nguyên nhân phát sinh nước rỉ rác 3

2.1.3 Đặc tính của nước rỉ rác 3

2.1.4 Quá trình hình thành nước rỉ rác 4

2.1.5 Thành phần và tính chất của nước rỉ rác 5

2.1.6 Một số thành phần của nước rỉ rác Phước Hiệp 9

2.1.7 Tác động của nước rỉ rác 9

2.1.7.1 Tác động của các chất hữu cơ 9

2.1.7.2 Tác động của các chất lơ lửng 9

2.1.7.3 Tác động lên môi trường đất 10

2.2 Tổng quan về các quá trình xử lý nước 10

2.2.1 Các phương pháp xử lý nước 10

2.2.1.1 Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nước rác 10

2.2.1.2 Xử lý sơ bộ để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị 10

2.2.1.3 Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận 11

2.2.2 Nguyên tắc chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 13

2.2.3 Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí nhân tạo 14

2.2.3.1 Nguyên tắc 14

2.2.3.2 Phương pháp xử lý bằng bùn hoạt tính 17

2.2.3.3 Phân loại các loại hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính theo thủy động học trong hệ thống 18

2.3 Ứng dụng chế phẩm sinh học trong xử lý nước thải 18

2.3.1 Sự phát triển cần thiết của “chữa trị sinh học” trong xử lý nước rỉ rác 18

2.3.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng các chế phẩm trong xử lý môi trường 19

2.3.2.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở nước ngoài 19

2.3.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 19

2.3.3 Các đặc tính và ứng dụng của chế phẩm Enchoice trong xử lý môi trường 20

2.3.3.1 Giới thiệu chung 20

2.3.3.2 Thành phần 20

2.3.3.3 Tính chất hoạt động 20

2.3.3.4 Công dụng 20

2.3.3.5 Liều lượng 21

2.3.4 Các đặc tính và ứng dụng của chế phẩm Sanjiban Microactive – 1000 Bioclean 21

2.3.4.1 Giới thiệu chung 21

2.3.4.2 Tính chất hoạt động 21

2.3.4.3 Tác dụng 22

2.3.4.4 Các loại sản phẩm dùng trong xử lý nước thải 22

2.3.4.5 Thành phần 22

2.3.4.6 Đặc tính của chế phẩm 22

3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 24

3.1 Thời gian và địa điểm 24

3.1.1 Thời gian thực hiện 24

3.1.2 Địa điểm 24

3.2 Vật liệu thí nghiệm 24

3.3 Phương pháp thí nghiệm 24

3.3.1 Bố trí thí nghiệm 24

3.3.2 Mô tả thí nghiệm 25

3.3.3 Các yêu cầu trong quá trình chạy mô hình 25

3.3.4 Các chỉ tiêu theo dõi 25

3.3.4.1 Đánh giá cảm quan (mùi) 25

3.3.4.2 Chỉ tiêu lý - hóa 26

3.3.5 Phương pháp phân tích số liệu 26

3.4 Thử nghiệm trong điều kiện thực tế 26

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Đánh giá cảm quan (mùi hôi) 27

4.2 Chỉ tiêu lý – hóa 28

4.2.1 pH 28

4.2.2 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 30

4.2.3 Nhu cầu oxy sinh học (BOD) 32

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

EM : effective microorganism, vi sinh vật hữu hiệu

COD : chemical oxygen demand, nhu cầu oxy hóa học

BOD : biochemical oxygen demand, nhu cầu oxy sinh hóa

SS : suspended solid, chất rắn lơ lửng

TDS : total dissoved solid, tổng chất rắn lơ lửng

UASB : upflow anaerobic sludge blanket, bể xử lý sinh học yếm khí dòng chảy ngƣợc qua lớp bùn

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước rác 7

Bảng 2.2 Thành phần nước rỉ rác cũ và mới 8

Bảng 2.3 Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học 12

Bảng 2.4 Thành phần của từng loại chế phẩm MicroActive 22

Bảng 4.1 Nhận xét về mùi nước rỉ rác xử lý với các chế phẩm 27

Bảng 4.2 pH trung bình của các nghiệm thức 29

Bảng 4.3 COD trung bình của các nghiệm thức 30

Bảng 4.4 BOD trung bình của các nghiệm thức 32

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Mô hình cân bằng lưu lượng nước 4

Hình 2.2 Sơ đồ chuyển hóa vật chất hữu cơ trong tự nhiên 14

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí 15

Hình 2.4 Sơ đồ cân bằng BOD trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí 16

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính 17

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn mức độ mùi của nước rỉ rác sau 1 ngày xử lý 27

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn mức độ mùi của nước rỉ rác sau 2 ngày xử lý 28

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn pH hoạt động trung bình của các nghiệm thức theo thời gian 29

Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn chỉ số COD trung bình của các nghiệm thức 30

Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD ở các nghiệm thức sau 2 ngày 31

Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD ở các nghiệm thức từ ngày thứ 2 đến ngày thứ 30 31

Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn chỉ số BOD trung bình của các nghiệm thức 32

Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý BOD ở các nghiệm thức sau 4 ngày 33

Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý BOD ở các nghiệm thức từ ngày 4 đến ngày 30 33

PHẦN 1 GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Cùng với sự gia tăng dân số trên thế giới hiện nay, rác thải sinh hoạt ngày càng

gia tăng, gây ô nhiễm nghiêm trọng đến các môi trường sống Tại Việt Nam cứ mỗi năm hàng triệu tấn rác sinh hoạt, xác bã hữu cơ của nghề làm vườn đều được thải trực tiếp hoặc gián tiếp vào môi trường Từ đó gây ra mùi hôi thối khó chịu và phát tán các mầm bệnh nguy hiểm gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và vật nuôi Do vậy việc

xử lý rác thải là vấn đề cấp bách hiện nay

Bên cạnh đó, vẫn còn tồn tại một khó khăn không nhỏ đó là nước rò rỉ từ các hầm ủ và từ các bãi chôn lấp rác (hay còn gọi là nước rỉ rác) Hiện nay, lượng nước rác

rỉ ra hằng ngày tại các bãi chôn lấp rất lớn trên hàng ngàn khối, chưa kể đến lượng nước rác còn tồn đọng trong nhiều năm qua tại các bãi vẫn chưa được xử lý Lượng nước rỉ rác lớn như vậy đã gây khó khăn cho việc xử lý cũng như gây ô nhiễm môi trường xung quanh khu vực bãi chôn lấp, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nước ngầm

Do vậy, vấn đề xử lý nước rỉ rác đang là vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay

Theo báo cáo của các tổ chức môi trường thế giới thì tính độc hại của nước rò rỉ

từ các bãi chôn lấp rác sinh hoạt là rất cao Trong nước rỉ rác có nhiều thành phần gây độc như:

 Các kim loại nặng (chì, sắt, đồng, kẽm, mangan,…)

 Các anion (SO4, PO4, NO2, NO3, NH4)

 Và các vi sinh vật gây bệnh

Nhận thấy sự cấp thiết đó, từ nhiều năm nay một số công nghệ xử lý nước thải

đã được dùng trong xử lý nước rỉ rác nhưng kết quả sau xử lý vẫn chưa đạt theo mong muốn Để đáp ứng phần nào trong quá trình xử lý nước rỉ rác, công nghệ sinh học phát triển đã góp phần đưa ra thị trường những sản phẩm sinh học, những chế phẩm có khả năng xử lý môi trường Các loại chế phẩm này cũng đang được ứng dụng khá nhiều như: Enchoice, EM, Sanjiban, PM… để có thể nâng cao hiệu quả xử lý và đạt được kết quả như mong muốn Và hướng nghiên cứu của tôi trong khóa luận này là:

“Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm sinh học Enchoice và Sanjiban trong quá trình xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp rác Phước Hiệp, Củ Chi”

1.2 Mục đích

Đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp rác Phước Hiệp bằng chế phẩm sinh học Enchoice và Sanjiban

1.3 Yêu cầu

Cải thiện mùi của nước rỉ rác sau khi xử lý

Xác định hiệu quả xử lý thông qua các chỉ tiêu của nước thải:

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về nước rỉ rác

2.1.1 Khái quát về nước rò rỉ từ rác

Cho đến nay, bãi chôn lấp vẫn là một phương pháp dễ thực hiện nhất để loại bỏ chất thải rắn Hiện nay, khoảng 95% khối lượng chất thải rắn sinh hoạt trên thế giới đang được xử lý bằng phương pháp này Nhưng một trong những vấn đề nan giải nhất tại các bãi chôn lấp là việc kiểm soát lượng nước rò rỉ, nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao, nếu không quản lý tốt sẽ làm ô nhiễm môi trường đất và nước xung quanh

2.1.2 Nguyên nhân phát sinh nước rỉ rác

Nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp được định nghĩa là chất lỏng thấm qua lớp chất thải rắn mang theo chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng Trong hầu hết các bãi chôn lấp, nước rò rỉ bao gồm chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ nguồn bên ngoài như nước mặt, nước mưa, nước ngầm và chất lỏng tạo thành trong quá trình để nén chôn lấp rác và phân hủy chất thải có trong bãi chôn lấp Nước rác được hình thành khi độ ẩm của rác vượt quá độ giữ nước (độ giữ nước của chất thải rắn là lượng nước lớn nhất được giữ lại trong các lỗ rỗng mà không sinh ra dòng thấm, hướng xuống dưới tác dụng của trọng lực)

2.1.3 Đặc tính của nước rỉ rác

Nước rỉ rác là nước rò rỉ từ bãi rác, có mùi hôi nồng nặc, màu đen đậm Các kết quả phân tích trước đây cho thấy nước rỉ rác bị ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh, chất rắn lơ lửng, nitơ và phospho rất nặng, môi trường nước có dấu hiệu chứa kim loại nặng nhưng chưa ở mức ô nhiễm

2.1.4 Quá trình hình rác thành nước rỉ rác

Hình 2.1: Mô hình cân bằng lưu lượng nước

Nước rác được hình thành khi nước thấm vào ô chôn lấp Nó có thể thấm vào rác theo một số con đường sau (hình 2.1):

Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp

Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác

Nguồn nước mặt thấm vào qua các cạnh của ô rác

Nước từ các khu vực khác chảy qua, có thể thấm xuống ô chôn rác

Nước mưa thấm trên bề mặt khu vực chôn lấp

Lượng nước có sẵn trong bãi rác là nhỏ nhất so với các nguồn khác Nước từ những khu vực khác chảy qua bãi chôn lấp cần phải thu gom bằng hệ thống thoát nước Hệ thống thoát nước không chỉ bảo vệ những khu vực chôn lấp rác khỏi bị xói mòn trong thời gian hoạt động mà còn tiêu thoát lượng nước thừa ngấm vào ô rác và tạo ra nước rác Đối với nước mưa, không có cách nào để ngăn chặn không cho chúng chảy vào ô rác, nhưng có thể hạn chế được lượng nước mưa ngấm vào ô rác bằng cách

Nước rò rỉ thoát ra ngoài Ống thoát nước rò rỉ

Nước chảy tràn bề mặt

Rãnh thoát nước Lượng nước trong rác và lớp

trồng lại thảm thực vật sau khi bãi rác đã đóng lại Nước rỉ rác thường tích đọng lại ở đáy của bãi rác

2.1.5 Thành phần và tính chất của nước rỉ rác

Thành phần của nước rỉ rác thay đổi rất lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: thành phần rác, tuổi bãi rác, chế độ vận hành của bãi rác, chiều cao chôn lấp, thời tiết, điều kiện thủy văn khu vực, hoạt động hóa học, sinh học, độ ẩm, nhiệt độ,

pH, mức độ ổn định…

Do đó việc tổng hợp và đặc trưng hóa thành phần trong nước rác là rất khó Để biết rõ hơn về sự biến thiên của các thành phần nước rác cần tìm hiểu quy trình phân hủy chất thải rắn ở ô chôn lấp Quá trình này diễn ra 3 giai đoạn và quá trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra trong giai đoạn 2 và 3

Giai đoạn 1 – giai đoạn ổn định: Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra nhanh chóng, khoảng một vài tuần hoặc lâu hơn Khi khí oxy có sẵn trong bãi rác được sử dụng hết (trừ những vùng gần bề mặt) thì pha phân hủy hiếu khí sẽ ngưng, tạo ra một lượng CO2, H2 đáng kể (có thể lên đến 20% thể tích) đặc biệt ở các khu chôn lấp khô ráo

Giai đoạn 2 – giai đoạn acid: Các vi sinh vật yếm khí tùy tiện thủy phân

và lên men cellulose, các chất có thể phân hủy tạo ra các hợp chất hữu cơ đơn giản, hòa tan: acid béo bay hơi (acid béo làm tăng trị số của BOD5)

và ammonia

Giai đoạn này có thể kéo dài sau một vài năm, nước rác ở giai đoạn này có BOD cao (thường hơn 10.000 mg/L), tỷ số BOD/ COD lớn hơn 0,7 cho thấy thành phần chất hữu cơ hòa tan chiếm tỷ lệ cao và dễ phân hủy sinh học pH = 5 – 6, đậm đặc, hôi, nồng độ ammonia cao (khoảng 1.000 mg/L) với đặc tính hóa học này giúp hòa tan các thành phần khác trong rác, làm tăng nồng độ các kim loại: Fe, Mn, Zn, Ca,

Mg có trong nước rác Khí sinh ra chủ yếu là CO2, mùi và H2

Giai đoạn 3 – giai đoạn lên men methane: Sự phát triển chậm của vi khuẩn methane dần dần trở nên chiếm ưu thế và bắt đầu phân hủy những chất hữu cơ đơn giản tạo ra các hỗn hợp khí CO2 và CH4 tạo ra nguồn khí của bãi rác

Vi khuẩn lên men methane tăng trong điều kiện yếm khí Trong giai đoạn này

nước rỉ rác được tạo ra khá ổn định, hoạt động sinh học được xem là hiệu quả nhất Nước có giá trị BOD tương đối thấp, tỷ số BOD/COD thấp nhưng ammonia vẫn tiếp tục sinh ra bởi quá trình lên men acid theo bậc và có nồng độ rất cao

Ngoài ra còn có 2 giai đoạn phụ:

Giai đoạn chuyển tiếp: có thể xảy ra trong nhiều năm, và cũng có thể không ngừng trong một vài thập niên Oxy cạn dần và điều kiện yếm khí bắt đầu tăng Nitrate và sulfate đóng vai trò là những chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, thường bị khử đến khí N2, H2S

pH giảm do sự hiện diện của các acid hữu cơ và ảnh hưởng của sự tăng nồng độ CO2

Giai đoạn chín mùi: Xuất hiện khi các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học chuyển thành CH4 và CO2 Lúc này tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các chất dinh dưỡng đã dùng hết qua các pha trước và chất nền còn lại có khả năng phân hủy sinh học khá chậm Suốt pha này, nước rác chứa chất hữu cơ trơ như: acid humic, acid fulvic là các chất rất khó xử

lý sinh học

Nói chung, nước rỉ rác ở những bãi rác mới có pH thấp, nồng độ BOD5, COD

và kim loại nặng cao, còn ở những bãi rác lâu năm thì nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác thấp hơn đáng kể, pH lại nằm trong khoảng 6,5 - 7,5 và nồng độ kim loại giảm do phần lớn kim loại ít tan ở pH trung tính

Khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian, được thể hiện qua tỉ số BOD5/COD Ban đầu, tỉ số sẽ ở khoảng trên 0,5 (tỉ số 0,1 – 0,6 cho thấy chất hữu cơ trong nước rỉ rác đã sẵn sàng để phân hủy) Ở những bãi chôn lấp lâu năm,

tỉ số BOD5/COD thường là 0,05 – 0,2 Tỉ số giảm do nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp lâu năm chứa acid humic và fulvic khó phân hủy sinh học Ngoài ra, nồng độ các chất

ô nhiễm còn dao động theo mùa trong năm

Thành phần của nước rỉ rác có thể được biểu diễn tổng quan ở Bảng 2.1

Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước rác

Thành phần Đơn vị Bãi mới dưới hai năm Bãi lâu năm

trên 10 năm Khoảng Trung bình

mg/L mg/L mg/L

2.000-30.000 3.000-60.000 200-2000 10-800 10-800 5-40 50-1000 5-100 1.000-10.000 4,5-7,5 50-1.500 200-3.000 50-1.200

10.000 18.000

Mức độ ô nhiễm của nước rỉ rác là rất cao, được thể hiện qua hàm lượng các chất hữu cơ trong nước rỉ rác, đặc biệt cao ở giai đoạn đầu của bãi rác Sau một thời gian hàm lượng này giảm xuống và chỉ còn các chất không phân hủy sinh học được tồn tại lại Tốc độ ổn định của chất lượng nước rỉ rác ở bãi chôn lấp ở dạng bán hiếu khí hoặc hiếu khí nhanh hơn ở các dạng khác và nồng độ các chất bẩn giảm xuống sớm hơn

Bảng 2.2 Thành phần nước rỉ rác cũ và mới

Thành phần

Giá trị mg/L (trừ pH) Bãi chôn lấp mới (< 2 năm) Bãi chôn lấp cũ (> 10 năm) Khoảng dao động Đặc trưng Khoảng dao động

Nguồn: Huỳnh Thị Mỹ Phi, 2005.[6]

Thông qua bảng trên, ta thấy có sự khác biệt lớn giữa bãi chôn lấp rác mới và

cũ Hầu hết hàm lượng của các thành phần ở bãi chôn lấp rác mới có khoảng dao động gấp 2 – 10 lần so với các bãi chôn lấp cũ Nguyên nhân là ở các bãi rác lâu năm có nồng độ các chất ô nhiễm thấp, pH thì ở khoảng 6,5 – 7,5, còn nồng độ kim loại giảm

do phần lớn các kim loại không tan ở pH trung tính

2.1.6 Một số thành phần của nước rỉ rác Phước Hiệp

Thành phần Giá trị mg/L (trừ pH) COD

BOD5 N-NH3 Ntc TDS TSS TOC Ptc

pH Chất hữu cơ tổng số

2760

450 2,191 2,258

9336

76

1178 24,3 7,99 229,1

Nguồn: Công ty Environmental Choices, 2006.[2]

2.1.7 Tác động của nước rỉ rác

2.1.7.1 Tác động của các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật thường được xác định gián tiếp qua thông số nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), thể hiện lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước thải Như vậy, nồng độ BOD tỷ lệ với hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ, đồng thời cũng được sử dụng để đánh giá tải lượng và hiệu quả sinh học của một hệ thống xử lý nước thải

Ô nhiễm hữu cơ sẽ dẫn đến sự suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Sự cạn kiệt oxy hòa tan sẽ gây tác hại nghiêm trọng đến tài nguyên thủy sinh

2.1.7.2 Tác động của các chất lơ lửng

Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nước và gây bồi lắng nguồn nước mặt tiếp nhận

Đối với các tầng nước ngầm, quá trình ngấm của nước rỉ rác từ các bãi rác có khả năng làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước ngầm như: NH4, NO3,

PO4 đặc biệt là NO2, có độc tính cao đối với con người và động vật sử dụng nguồn nước đó

2.1.7.3 Tác động lên môi trường đất

Quá trình lưu giữ trong đất và ngấm qua những lớp đất bề mặt của nước rỉ rác

từ bãi rác làm cho sự tăng trưởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất kém

đi, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành những chất dinh dưỡng cho cây trồng, trực tiếp làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm cho đất bị thoái hóa, bạc màu

Ảnh hưởng của nước rỉ rác từ bãi rác đến đất đai sẽ rất nghiêm trọng, mang tính chất lâu dài và rất khó khắc phục nếu nó được thấm theo mạch ngang Chính vì vậy, để hạn chế và ngăn ngừa khả năng ô nhiễm đất, người ta áp dụng các biện pháp an toàn trong công tác chôn lấp rác, chủ yếu là bằng cách xây các đê chắn bằng bê tông để ngăn chặn khả năng thấm theo chiều ngang của nước rỉ rác, đồng thời phải lắp đặt hệ thống thu gom và xử lý nước rỉ rác này

2.2 Tổng quan về các quá trình xử lý nước

2.2.1 Các phương pháp xử lý nước

Hiện nay trên thế giới có 3 khuynh hướng xử lý nước rác:

Xử lý sơ bộ nước rác để tuần hoàn, tái sử dụng trong nông nghiệp

Xử lý sơ bộ nước rác để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị

Xử lý nước rác đến đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn tiếp nhận tự nhiên Trong 3 phương pháp trên, hiện nay ở Việt nam người ta chỉ thực hiện theo phương pháp thứ ba vì rác ở Việt Nam không được phân loại ngay từ đầu Do đó nước

rỉ rác từ các bãi rác ở Việt Nam chứa đựng hóa chất, kim loại độc hại không có lợi cho cây trồng hoặc khó kiểm soát những tác hại không lường trước được

2.2.1.1 Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nước rác

Phương pháp tuần hoàn nước rác làm gia tăng tốc độ ổn định bãi rác, giảm thời gian lên men chất hữu cơ và sinh khí Đây là phương pháp đơn giản, chi phí thấp nhưng chỉ dùng được khi khối lượng nước rác nhỏ Mặc khác, nó chỉ làm giảm hàm lượng BOD, COD, nhưng với những chất vô cơ thì tăng lên rõ rệt, và làm tăng sự tích lũy các chất hữu cơ khó phân hủy Ngoài ra, nó còn tạo mùi và có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm vì khả năng thấm của nó

2.2.1.2 Xử lý sơ bộ để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị

Hiện nay, việc kết hợp giữa xử lý nước rác và nước thải đô thị đang được quan

tâm khá nhiều Người ta dẫn nước rác sau khi xử lý sơ bộ vào hệ thống cống rãnh, nhập chung với nước thải đô thị để đưa về trạm xử lý, bùn sau xử lý được chuyển trở lại bãi rác Đây là một phương pháp thích hợp, nhưng phải có hệ thống cống rãnh và trạm xử lý nước thải đô thị, cần phải có sự đầu tư vốn và kỹ thuật, nên rất tốn kém

trong việc xây dựng hệ thống

2.2.1.3 Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận

Hiện nay, hầu hết các công nghệ xử lý nước thải đều được áp dụng cho xử lý nước rác Đó là sự kết hợp của các quá trình sinh học, hóa lý, hóa học để xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận

 Các quá trình sinh học: chủ yếu dùng để khử BOD trong nước rác, gồm các phương pháp:

đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên Các công trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính

Các hệ thống xử lý thường chiếm một diện tích khá lớn, tốn kém năng lượng trong vận hành hệ thống Phương pháp này chỉ thích hợp khi nước rác đã qua giai đoạn

xử lý chính, nồng độ các chất ô nhiễm đã được làm giảm xuống đáng kể

Để lựa chọn được phương pháp xử lý sinh học hợp lý cần phải biết hàm lượng chất hữu cơ (hàm lượng COD và BOD) có trong nước thải Các phương pháp lên men yếm khí thường phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao Đối với nước

thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và tồn tại chủ yếu dưới dạng chất keo và hòa tan, thì cho chúng tiếp xúc với màng sinh vật là hợp lý Sơ đồ chọn lựa các phương pháp

xử lý sinh học nước thải được nêu trong Bảng 2.3

Bảng 2.3: Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học

Hàm lượng BOD của

nước thải

Chất hữu cơ không hòa tan

Chất hữu cơ dạng keo

Chất hữu cơ hòa tan Cao

(BOD5>500 mg/l) Xử lý sinh học bằng yếm khí

Trung bình (BOD5= 300-500 mg/l) Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính

Thấp (BOD5<300 mg/l)

Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính

Xử lý sinh học bằng màng sinh vật Nguồn: Trần Đức Hạ, 2002.[3]

Quá trình sinh học có thể áp dụng để xử lý nước rác từ những bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc mới đóng cửa với hiệu quả cao, nhưng nó không khả thi đối với nước rác có hàm lượng chất ô nhiễm quá phức tạp hay có tỉ số BOD/COD thấp (thường nhỏ hơn 0,5)

 Quá trình hóa lý

 Tạo bông- lắng tụ: là phương pháp khử các chất ô nhiễm dạng keo bằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa diện tích các hạt keo, nhằm liên kết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc các hỗn hợp của chúng

 Tuyển nổi: được dùng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm Quá trình này được thực hiện bằng cách tạo ra các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí kết dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó thu gom lớp váng nhờ thiết bị vớt bọt

 Lọc cơ học và hấp thụ than hoạt tính: các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất

vi hữu cơ (micro-organic matter) bị khử loại qua quá trình lọc cát hay hấp phụ

Phương pháp hấp thụ được sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu

cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học mà chúng thường có độc tính cao hoặc không phân

hủy sinh học Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính, các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất: xỉ tro, mạt sắt, silicagen

 Trao đổi ion: là quá trình các ion bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc nhau, dùng làm sạch nước khỏi các kim loại: Zn, Cu, Cr,… cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Cyanua

 Oxy hóa khử: phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nước rác Chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm hàm lượng COD, nâng tỉ số BOD/COD), nó còn được dùng để khử độc một số chất vô cơ

Phương pháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhân oxy hóa, tác nhân khử dưới pH thích hợp, như Clo ở dạng khí hay dạng lỏng, dioxyclo, cloratcanxi, hypocloritcanxi…

2.2.2 Nguyên tắc chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Các chất hữu cơ có mặt trong nước thải bị phân hủy nhờ các quá trình lý, hóa

và sinh học Chúng là những nguồn gây ô nhiễm và lan truyền bệnh trong nước thải

Và nhiệm vụ của những thiết bị xử lý nước là phải tách các chất bẩn độc hại đó ra khỏi nước thải trước khi thải ra ngoài hay tiếp nhận sử dụng lại

Việc xử lý nước thải có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải và trang thiết bị xử lý Thường người ta cố gắng tạo ra những điều kiện môi trường cho các quá trình phân hủy tự nhiên được diễn ra, phương pháp xử lý sinh học

Các sinh vật sống cần có năng lượng để duy trì sự sống và sinh sản Vì vậy, chúng sử dụng những chất hữu cơ có trong nước thải như là thức ăn Khi thức ăn được

sử dụng như một nguồn năng lượng thì sẽ xảy ra phản ứng oxy hóa mà trong đó oxy được sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ, thải ra khí CO2 hoặc các sản phẩm oxy hóa khác

Vi khuẩn hiếu khí

H2S

Hợp chất phospho hữu cơ

Những sản phẩm của các chất hữu cơ đã bị phân hủy, có thể được sử dụng như

là thức ăn cho các vi sinh vật đơn bào như vi khuẩn Sự thay đổi do chúng gây nên trong các quá trình oxy hóa rất có ý nghĩa trong chu trình của chất hữu cơ trong tự nhiên Carbon và nitơ là hai yếu tố quan trọng của chu trình tuần hoàn các chất hữu cơ

Quá trình phân hủy có thể diễn ra dưới dạng mô tả của Hình 2.2

Hình 2.2: Sơ đồ chuyển hóa vật chất hữu cơ trong tự nhiên

2.2.3 Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí nhân tạo

2.2.3.1 Nguyên tắc

Khi đưa nước thải vào bể phản ứng bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí, các chất bẩn hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo, không hòa tan phân tán nhỏ sẽ hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn Sau đó chúng được chuyển hóa và phân hủy nhờ

vi khuẩn Quá trình này gồm 3 giai đoạn cơ bản sau:

Khuếch tán, chuyển dịch và hấp thụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt tế bào vi khuẩn

Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng

Hình 2.3: Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nước thải

bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí

Các chất đầu tiên bị oxy hóa để tạo thành năng lượng là carbonhydrat và một số chất hữu cơ khác Quá trình này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của enzyme ngoại bào Một phần chất bẩn được vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn (màng bán thấm) vào bên trong và tiếp tục oxy hóa để giải phóng ra năng lượng hoặc tổng hợp thành tế bào chất Sinh khối vi sinh vật sẽ tăng lên Trong điều kiện thiếu nguồn dinh dưỡng, tế bào chất lại bị oxy hóa nội bào để tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt động sống

Vi khuẩn chuyển hóa các chất thải hữu cơ theo các phương trình:

Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật

Các quá trình sinh hóa

Nước sạch

Tế bào và các chất trơ

C5H7NO2, P, K

G4: phần BOD được tổng hợp thành sinh khối tế bào G5: phần BOD oxy hóa nội bào

Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được tạo ra bằng cách đưa khí vào bằng

cơ học, nó có thể chứa dinh dưỡng hỗn hợp trong một chế độ hòa tan hoàn toàn Sau một thời gian nhất định, hỗn hợp tế bào mới và cũ được chuyển vào bể lắng, ở đây những tế bào được tách ra khỏi nước sau khi đã xử lý Một phần của những tế bào lắng được tái sử dụng để tăng nồng độ thích hợp vi sinh vật trong bể, và phần còn lại bị bỏ

đi Phần bị bỏ tương quan với sự phát triển của tế bào và liên quan tới một phần của nước thải Hàm lượng sinh khối giữ lại trong bể phụ thuộc vào hiệu quả xử lý và những yếu tố khác liên quan đến sự sinh trưởng những cơ quan động Nồng độ vi sinh vật được duy trì trong những hệ thống xử lý bùn hoạt tính khác nhau

Tóm lại, về nguyên tắc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí bao gồm các bước sau đây:

Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc carbon ở dạng hòa tan, keo hoặc không hòa tan phân tán nhỏ thành khí CO2, nước và sinh khối