Luận văn Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải biên

Chia sẻ: Doan Hong Nhung Nhung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

363
lượt xem 102
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Việc phát triển các khu công nghiệp luôn đi kèm với yêu cầu phát triển bền vững, tức là phát triển phải song hành với giữ gìn và bảo vệ môi trường. Ngày nay, 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...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải biên

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Việc phát triển các khu công nghiệp luôn đi kèm với yêu cầu phát triển bền vững, tức là phát triển phải song hành với giữ gìn và bảo vệ môi trường. Ngày nay, khi chất l ượng 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 Thành phố Hồ Chí Minh 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. Những câu chuyện về rác và những hệ lụy môi trường từ rác đang “nóng lên” trong những năm gần đây. Theo thống kê của Sở Tài nguyên - Môi trường thành phố Hồ Chí Minh thì với khối lượng khoảng 7.000 tấn chất thải rắn sinh hoạt phát sinh mỗi ngày, phương pháp xử lý duy nhất được áp dụng ở Việt Nam nói chung và ở thành phố Hồ Chí Minh nói riêng là chôn lấp. Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có 2 bãi chôn l ấp (BCL) đang hoạt động là Đa Phước và Phước Hiệp. Tổng khối lượng rác đã được chôn lấp tại 2 BCL trên đã lên đến con số 7.900.000 tấn, trong đó Đa Phước là 3.500.000 tấn, và Phước Hiệp là 4.500.000 tấn. Quá trình tiếp nhận rác liên tục và có những thời điểm vượt xa khối lượng dự kiến trong thống kê đã dẫn đến những hậu quả về mặt môi trường, như mùi hôi nồng nặc phát sinh từ các BCL phát tán xa hàng kilomét 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 rác tại các BCL cùng với l ượng nước rỉ rác phát sinh thêm mỗi ngày khoảng 1.000 - 1.500m 3 thì nuớc 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. Mặc dù mỗi BCL đều có hệ thống xử lý nước rỉ rác nhưng những phương pháp xử lý nước rỉ rác đang được áp dụng vẫn còn bộc lộ rất nhiều nhược điểm như chất lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải ( TCVN 7733-2007, cột B), đặc biệt là các chỉ tiêu COD, BOD, N, P, các kim loại nặng, tiêu tốn nhiều hóa chất, giá thành xử lý rất cao, khó kiểm soát, và công suất xử lý không đạt thiết SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 1 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI kế. Nguyên nhân do sự thay đổi rất nhanh của thành phần nước rỉ rác theo thời gian vận hành của BCL, với thành phần rất phức tạp (nồng độ các chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học tăng dần và nồng độ ammonium tăng đáng kể theo thời gian), không ổn định, việc lựa chọn các công nghệ xử lý chưa phù hợp đã dẫn đến nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường thải ra sông, rạch vẫn còn rất hạn chế trong khi lượng nước rỉ rác tại các BCL thì tiếp tục tăng lên hàng ngày. Vấn đề đặt ra ở đây là phải tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý hiệu quả lượng nước rỉ rác đang tồn đọng, cải tạo lại các hệ thống xử lý nước rỉ rác hiện hữu. Với đặc trưng của nước rác rò rỉ thường có chứa lượng lớn hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân huỷ sinh học, việc áp dụng đơn thuần phương pháp sinh học để xử lý loại nước này trở nên không tưởng. Do vậy, đối với nước rỉ rác việc phối hợp đồng bộ nhiều phương pháp hóa lý – hóa học – sinh học đ ể xử lý là điều dễ hiểu. Trong số các phương pháp hóa học, phương pháp oxy hóa bậc cao đã chứng tỏ được hiệu quả và ưu điểm của nó bởi nó có khả năng khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khó hoặc không thể phân hủy sinh học với chi phí có thể chấp nhận được, lại dễ dàng thực hiện. Dựa trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải biên ” đã hình thành với mong muốn đưa ra một phương pháp xử lý đạt hiệu quả cao, dễ dàng thực hiện ở nhiệt độ thường, thời gian xử lý nhanh, hoá chất dễ tìm và chi phí vận hành không quá lớn. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác b ằng phương pháp oxy hóa bậc cao dùng tác nhân Fenton bằng quá trình Fenton truyền thống và cải biên. 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để đạt được những mục đích trên, các nội dung nghiên cứu sau đây đ ược thực hiện: - Thu thập các số liệu về thành phần nước rỉ rác trên thế giới và Việt Nam. - Thu thập và tổng hợp các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế các quá trình xử lý nước rỉ rác trên thế giới và Việt Nam. SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 2 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI - Phân tích chất lượng nước rỉ rác sau bể xử lý sinh học hiếu khí c ủa BCL Phước Hiệp hiện nay. - Xác định điều kiện tối ưu xử lý nước rỉ rác theo phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải biên. 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp thành phố Hồ Chí Minh, lấy sau bể Aeroten. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Phương pháp điều tra thực địa Khảo sát khu vực nghiên cứu (BCL Phước Hiệp).  Phương pháp phân tích tổng hợp Thu thập các tài liệu như tiêu chuẩn, các phương pháp xử lý nước rỉ rác của các nước trên thế giới, các phương pháp xử lý nước rỉ rác của những BCL ở Việt Nam. Tìm hiểu về thành phần tính chất của nước rỉ rác.  Phương pháp chuyên gia Tham vấn ý kiến của giáo viên hướng dẫn và các chuyên gia trong ngành môi trường và xử lý nước thải.  Phương pháp thực nghiệm + Phân tích các thông số đầu vào của nước rỉ rác. + Dùng phương pháp Fenton để xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác. 6. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI VI.1 Ý nghĩa khoa học Bổ sung thêm dữ liệu vào các bài giảng đề cập đến ứng dụng của quá trình Fenton truyền thống và cải biên. VI.2 Ý nghĩa thực tiễn Giúp xử lý nước rỉ rác đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường nước. Hình thành một phương pháp xử lý phù hợp với nước rỉ rác và đạt hiệu quả kinh tế. SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 3 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN 1.1 THÀNH PHẦN NƯỚC RỈ RÁC 1.1.1 Thành phần nước rỉ rác trên thế giới 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 l ơ l ửng (Tchobanoglous et al., 1993). 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. 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 sơ bộ 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 và Bảng 1.2. SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 4 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Bảng 1.1 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới Colombia(ii) Canada(ii) Đức (iv) Pereira (5 năm Clover Bar (Vận BCL CTR Thành Phần Đơn Vị vận hành) hành từ năm 1975) đô thị pH - 7.2 – 8.3 8.3 - COD mgO2/l 4350 – 65000 1090 2500 BOD mgO2/l 1560 – 48000 39 230 NH4 mg/L 200 – 3800 455 1100 TKN mg/L - - 920 Chất rắn tổng mg/L 7990 – 89100 - - cộng Chất rắn lơ lửng mg/L 190 – 27800 - - Tổng chất rắn mg /L 7800 – 61300 - - hoà tan Tổng phosphate mg/L 2 – 35 - - (PO4) Độ kiềm tổng mgCaCO3/L 3050 – 8540 4030 - Ca mg/L - - 200 Mg mg/L - - 150 Na mg/L - - 1150 Nguồn: (i): Lee & Jone, 1993 (ii): Diego Paredes, 2003 (iii): F. Wang et al., 2004 (iv): KRUSE, 1994 Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 5 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Thái Lan Hàn Quốc BCL pathumthani Sukdowop NRR 1 Sukdowop NRR Thành Phần Đơn Vị năm 12 năm pH - 7.8 – 8.7 5.8 8.2 Độ dẫn điện µS/cm 19400 – 23900 COD mgO2/L 4119 – 4480 12500 2000 BOD5 mgO2/L 750 – 850 7000 500 SS mg/L 141 – 410 400 20 IS mg/L 10588 – 14373 - - N-NH3 mg/L 1764 – 2128 200 1800 N-Org mg/L 300 – 600 - - Phospho tổng mg/L 25 – 34 - - Cl- mg/L 3200 – 3700 4500 4500 Zn mg/L 0.873 – 1.267 - - Cd mg/L - - - Pd mg/L 0.09 – 0.330 - - Cu mg/L 0.1 – 0.157 - - Cr mg/L 0.495 – 0.657 - - Độ kiềm mgCaCO3/L - 2000 10000 VFA mg/L 56 – 2518 - - ( Nguồn: Kwanrutai Nakwan, 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, BOD 5 cao (có thể lên đến hàng chục ngàn 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 NH 3 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 BOD 5/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, axít humic và axít fulvic là những chất khó phân hủy sinh học. 1.1.2 Thành phần nước rỉ rác Việt Nam Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có 2 BCL chất thải rắn sinh hoạt hợp vệ sinh đang hoạt động là BCL Đa Phước và Phước Hiệp. Mặc dù các BCL đều có thiết kế hệ thống xử lý nước rỉ rác nhưng công suất của các hệ thống này hầu như không SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 6 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI xử lý hết lượng nước rỉ rác phát sinh ra hằng ngày tại BCL, do đó phần lớn các hồ chứa nước rỉ rác ở các BCL hiện nay đều trong tình trạng đầy ứ và việc tiếp nhận nước rỉ rác thêm nữa là điều rất khó khăn. Thậm chí còn có trường hợp phải s ử dụng xe bồn để chở nước rỉ rác sang nơi khác xử lý hoặc có nơi phải xây dựng thêm hồ chứa để giải quyết một cách tạm thời tình trạng ứ đọng nước rỉ rác. Ngoài ra, việc vận hành BCL chưa đúng với thiết kế, hoạt động quá tải của BCL, và các sự cố xảy ra trong quá trình vận hành (trượt đất, hệ thống ống thu nước rỉ rác bị nghẹt, …) còn khiến cho thành phần nước rỉ rác thay đổi rất lớn gây ảnh hưởng mạnh đến hiệu quả xử lý nước rỉ rác. Nước rỉ rác phát sinh từ hoạt động của BCL là một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đến môi trường. Nó bốc mùi hôi nặng nề lan tỏa nhiều kilomet, nước rỉ rác có thể ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và dễ dàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong đó rất cao và lưu lượng đáng kể. Cũng như nhiều loại nước thải khác, thành phần (pH, đ ộ kiềm, COD, BOD, NH3, SO4,...) và tính chất (khả năng phân hủy sinh học hiếu khí, kị khí,...) của nước rỉ rác phát sinh từ các bãi chôn lấp là một trong những thông số quan trọng dùng để xác định công nghệ xử lý, tính toán thiết kế các công trình đơn vị, lựa chọn thiết bị, xác định liều lượng hoá chất tối ưu và xây dựng qui trình vận hành thích hợp. Thành phần nước rỉ rác của một số BCL tại thành phố Hồ Chí Minh được trình bày trong Bảng 1.3 Bảng 1.3 Thành phần nước rỉ rác của một số BCL tại Thành phố Hồ Chí Minh CHỈ TIÊU Gò Cát Phước Hiệp Đông Thạnh ĐƠN VỊ Thời gian NRR mới NRR cũ NRR mới NRR cũ NRR mới NRR cũ SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 7 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI lấy mẫu 2,3,4/2002 8/2006 1,4/2003 4/03 – 2,4/2002 8,11/2003 8/06 pH - 4.8 – 6.2 7.5 – 8.0 5.6 – 6.5 7.3 – 8.3 6.0 – 7.5 8.0 – 8.2 TDS mg/L 7300 – 9800 – 18260 – 6500 – 10950 – 9100 – 12200 16100 20700 8470 15800 11100 Độ cứng mgCaCO3 5833 – 590 5733 – - 1533 – 1520 – tổng /L 9667 8100 8400 1860 Ca2+ mg/L 1670 – 40 – 165 2031 – 110 – 1122 – 100 – 190 2740 2191 6570 11840 SS mg/L 1760 – 90 – 790 – - 1280 – 169 – 240 4310 4000 6700 3270 VSS mg/L 1120 – - - - - - 3190 COD mgO2/L 39614 – 2950 – 24000 – 1510 – 38533 – 916 – 59750 7000 57300 4520 65333 1702 BOD mgO2/L 30000 – 1010 – 18000 – 240 – 33570 – 235 – 735 48000 1430 48500 2.120 56250 VFA mg/L 21878 – - 16777 - - - 25182 N-NH3 mg/L 297 – 790 1360 – 760 – 1590 – 1245 – 520 - 785 1720 1550 2190 1765 N-hữu cơ mg/L 336 – 678 - 252 – 400 110 – 202 – 319 - 159 SO4 mg/L 1600 – - 2300 – - - 30 – 45 2340 2560 Humic mg/L - 297 – 250 – 350 767 – - 275 – 375 359 1150 Lignin mg/L - 52 – 86 - 74.7 - 36.2 – 52.6 Dầu mg/L - - - - - 10 – 16.5 Khoáng H2S mg/L 106 - 4.0 - - - Phenol mg/L - - - - - 0.32 – 0.60 Phospho mg/L 55 – 90 14 – 55 5 – 30 7 – 20 14 – 42 11 - 18 tổng Tetrachlor mg/L - - KPH KPH KPH KPH ethylen Trichloret mg/L - KPH KPH KPH KPH KPH hylen Mg2+ mg/L 404 – 687 119 - - 259 – 265 373 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 8 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Fe tổng mg/L 204 – 208 13.0 - - - 64 – 120 Al mg/L 0.04 – 0.50 - - - 0.23 – - 0.26 Zn mg/L 93.0 – KPH 0.25 - - 0.3 – 0.48 202.1 Cr Tổng mg/L 0.04 – 0.05 KPH KPH - KPH 0 – 0.05 Cu mg/L 3.50 - 4.00 0.22 0.25 - 0.85 – 0.1 – 0.14 3.00 Pb mg/L 0.32 – 1.90 0.076 0.258 - 14 – 21 0.006 – 0.05 Cd mg/L 0.02 -0.10 KPH 0.008 - 0 – 0.03 0.002 – 0.008 Mn mg/L 14.50 - 0.204 33.75 - 4.22 – 0.66 – 32.17 11.33 0.73 Ni mg/L 2.21 – 8.02 0.458 0.762 - 0.63 – 0.65 -0.1 184 Hg mg/L - - 0.01 - - 0.01 – 0.04 As mg/L - - - - - 0.010 – 0.022 Sn mg/L - - KPH - - 2.2 – 2.5 (Nguồn: CENTENMA, 2002) Số liệu phân tích thành phần nước rỉ rác cho thấy nước rỉ rác mới tại 3 BCL đều có tính chất giống nhau là có nồng độ COD cao có thể lên đ ến trên 50000 mO2/L, tỉ lệ BOD5/COD cao trong khoảng 0.5 – 0.9; nồng độ NH3 không cao và giá trị pH thấp. Tuy nhiên, chỉ sau một thời gian ngắn vận hành nồng độ COD, BOD giảm rất đáng kể, tỉ lệ BOD5/COD thấp, nồng độ NH4+ tăng lên đáng kể và giá trị pH tăng. Kết quả phân tích cũng cho thấy sự khác biệt giữa thành phần nước rỉ rác tại hai BCL Đa Phước và Phước Hiệp, sau hơn 5 năm vận hành BCL Đa Phước nồng độ COD trong nước rỉ rác vẫn còn khá cao, trung bình dao động trong khoảng 20000 – 25000mgO2/L, tỉ lệ BOD5/COD dao động trong khoảng 0.45 – 0.50; với nồng độ NH3 cao nhất lên đến > 2000mg/l, giá trị pH lớn hơn 7.3. Trong khi đó BCL Phước Hiệp hoàn toàn khác biệt, chỉ sau gần một năm vận hành nồng độ COD giảm còn rất thấp trung bình dao động trong khoảng 2000 – 3000 mgO 2/L, cao nhất đạt đến 6000 mgO2/L, tỉ lệ BOD5/COD thấp dao động trong khoảng 0.15 – 0.30, nồng độ NH3 tăng SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 9 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI lên trên 1000mg/L theo thời gian vận hành và giá trị pH lớn 8.0. Giải thích s ự khác biệt số liệu giữa hai BCL là do qui trình vận hành của mỗi BCL và hệ thống thu gom nước rỉ rác ở BCL Phước Hiệp và BCL Đa Phước cũng khác nhau nên dẫn đến thành phần các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác ở 2 BCL cũng khác nhau. Nhìn chung thành phần nước rỉ rác mới của BCL ở Việt Nam cũng tương tự như trên thế giới, hàm lượng chất hữu cơ cao trong giai đoạn đầu (COD: 45000 mgO2/L, BOD: 30000 mgO2/L) và giảm dần theo thời gian vận hành của BCL, các hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học tích lũy và tăng dần theo thời gian vận hành. Khi thời gian vận hành BCL càng lâu hàm lượng amonium càng cao. Giá trị pH của nước rỉ rác cũ cao hơn hơn nước rỉ rác mới. 1.1.3 Tính chất nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp BCL Phước Hiệp bao gồm 4 ô chôn lấp và rác được chôn lấp theo phương pháp cuốn chiếu. Mỗi ô chôn lấp có một hố thu nước rỉ rác và từ đây nước rỉ rác được bơm vào các hồ chứa nước rỉ rác trước khi được xử lý. Để theo dõi sự thay đổi thành phần nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp mẫu nước rỉ rác được lấy tại ô chôn lấp số 2 trong những khoảng thời gian xác định trong suốt quá trình vận hành c ủa BCL. Thời điểm bắt đầu vận hành BCL Phước Hiệp từ tháng 1 năm 2003. Sau 4 tháng vận hành BCL, nồng độ COD trong nước rỉ rác từ trên 50000mgO2/l bắt đầu giảm xuống còn 10654 mgO2/L, theo số liệu ghi nhận từ nhiều năm thì nồng độ COD của nước rỉ rác từ tháng 8 đến tháng 1 của năm 2004 dao động từ 1346 – 2408 mgO2/l. Trong thời gian từ tháng 04 năm 2006 đến tháng 08 năm 2006 có một số điểm có nồng độ COD vượt quá 5000mgO2/L, giá trị này xuất hiện phụ thuộc vào chu kỳ đổ rác của BCL, cụ thể như khi rác được đổ trên ô chôn rác số 2 thì nước r ỉ rác phát sinh trong thời gian này của ô số 2 có nồng độ COD tăng lên từ 4000 đ ến 5000mg O2/L, và khi rác được đổ sang các ô chôn rác khác thì nồng độ COD của nước rỉ rác trong ô số 2 lại giảm xuống trung bình khoảng 2000 mgO 2/L. Bên cạnh đó sự thay đổi thành phần nước rỉ rác theo mùa cũng được khảo sát, thành phần nước rỉ rác biến thiên theo mùa được trình bày trong Bảng 1.4. Bảng 1.4 Thành phần nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp biến thiên theo mùa (mẫu lấy tại hố thu ô số 2, mẫu lấy từ tháng 12/2008 đến tháng 12/2009) SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 10 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI STT Chỉ tiêu Đơn vị Mùa mưa (tháng 6 Mùa nắng (tháng đến tháng 11) 12 đến tháng 5) 1 pH - 7.9 – 8.08 7.9 – 8.19 2 TDS g/l 8.00 – 9.24 12.1 – 14.5 3 COD mgO2/L 5105 – 31950 6621 – 59750 4 BOD5 mgO2/L 3340 – 25120 5150 – 48000 5 N-NH3 mg/L 2189 – 2520 2058 – 2660 6 Phospho tổng mg/L 17 – 25 31 – 37 (Nguồn: Công ty Môi trường đô thị TP. Hồ Chí Minh) Kết quả trên cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm vào mùa mưa và mùa nắng không khác nhau nhiều vì trong quy trình vận hành BCL thì sau khi qua cầu cân, rác sẽ được đổ tại sàn trung chuyển, công trường sẽ điều tiết và vận chuyển rác vào ô chôn rác đã được lót đáy bằng tấm nhựa HDPE. Tại các ô chôn lấp, rác sẽ được san phẳng bằng xe ủi và được đầm nén kỹ. Khi chiều dày lớp rác đạt đến chiều cao 2.2m thì sẽ phủ lớp đất lên trên bề mặt rác, cuối cùng là phủ một lớp nhựa PE để hạn chế mùi hôi và tránh nước mưa xâm nhập vào. Vì vậy mà thành phần nước rỉ rác của BCL Phước Hiệp giữa mùa mưa và mùa nắng tại thời điểm lấy mẫu không khác nhau nhiều. 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC 1.2.1 Phương pháp xử lý cơ học Các công trình xử lý cơ học được áp dụng rộng rãi là: song/ lưới chắn rác, thiết bị nghiền rác, bể điều hoà, khuấy trộn, bể lắng, bể tuyển nổi. Mỗi công trình được áp dụng đối với từng nhiệm vụ cụ thể. - Ưu điểm: + Đơn giản, dễ sử dụng và quản lý + Rẻ, các thiết bị dễ kiếm + Hiệu quả xử lý sơ bộ nước thải tốt - Nhược điểm: + Chỉ hiệu quả đối với các chất không tan + Không tạo được kết tủa đối với các chất lơ lửng. 1.2.2 Phương pháp xử lý hóa – lý SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 11 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Phương pháp này dùng để tách các chất hữu cơ, các tạp chất bằng cách cho hóa chất vào nước thải để xử lý. Các quá trình hóa lý diễn ra giữa các chất bẩn với hóa chất cho thêm vào. Các công trình xử lý hóa – lý thường được sử dụng là: hấp phụ, keo tụ, tuyển nổi, trao đổi ion, tách bằng màng. - Ưu điểm: + Tạo được kết tủa với các chất lơ lửng + Loại bỏ được các tạp chất nhẹ hơn nước. + Đơn giản, dễ sử dụng. - Nhược điểm: + Chí phí hóa chất cao (đối với một số trường hợp). + Không hiệu quả với các chất hòa tan. 1.2.3 Phương pháp xử lý sinh học Nguyên lý của phương pháp này là dựa vào hoạt động sống của các loài vi sinh vật sử dụng các chất có trong nước thải như Photpho, nitơ và các nguyên tố vi lượng làm nguồn dinh dưỡng để phân huỷ các phân tử của các chất hữu cơ có mạch cabon dài thành các phân tử đơn giản hơn và sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H2O (hiếu khí); CH4 và CO2 (kị khí). Qúa trình xử lý sinh học có thể được thực hiện trong 2 điều kiện hiếu khí hoặc kị khí. - Ưu điểm: + Hiệu quả cao, ổn định về tính sinh học + Nguồn nguyên liệu dễ kiếm, hầu như là có sẵn trong tự nhiên + Thân thiện với môi trường + Chi phí xử lý thấp + Ít tốn điện năng và hoá chất + Thường không gây ra chất ô nhiễm thứ cấp - Nhược điểm: + Thời gian xử lý lâu và phải hoạt động liên tục,chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, ánh sáng, pH, DO, hàm lượng các chất dinh dưỡng, các chất độc hại khác. + Chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện thời tiết, do đó việc vận hành và quản lý khó, hầu như chỉ sử dụng ở giai đoạn xử lý bậc 2, 3 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 12 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI + Hiệu quả xử lý không cao khi trong nước thải chứa nhiều thành phần khác nhau. + Hạn chế khi thành phần nước đầu vào biến động trong một dải rộng. + Yêu cầu diện tích khá lớn để xây dựng các công trình + Phương pháp này hạn chế đối với nước thải có độc tính với VSV. 1.2.4 Phương pháp xử lý hoá học Phương pháp hoá học sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý nước thải. Các công trình xử lý hoá học thường kết hợp với các công trình xử lý lý học. Các công trình thường được áp dụng là: trung hòa, khử trùng, oxi hóa bậc cao. - Ưu điểm: + Các hoá chất dễ kiếm + Dễ sử dụng và quản lý + Không gian xử lý nhỏ - Nhược điểm: + Chi phí hoá chất cao + Có khả năng tạo ra một số chất ô nhiễm thứ cấp. 1.3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC HIỆN NAY 1.3.1 Công nghệ xử lý nước rỉ rác trên thế giới  Đức Một trong những công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức được tham khảo là công nghệ kết hợp giữa 3 quá trình: sinh học, cơ học và hóa học. Bước đ ầu tiên trong công nghệ xử lý là áp dụng các quá trình nitrat hóa và khử nitrat đ ể loại bỏ nitơ, bên cạnh đó bể lắng được áp dụng với mục đích lắng các bông cặn từ quá trình sinh học và để giảm ảnh hưởng của chất rắn lơ lửng đến quá trình oxy hóa bằng ozone bể lọc được áp dụng để loại bỏ một phần độ màu của nước rỉ rác và xử lý triệt để cặn lơ lửng. Phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học còn l ại sau quá trình khử nitơ được oxy hóa với ozone nhằm cắt mạch các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành các chất có khả năng phân hủy sinh học làm tăng hiệu quả xử lý cho quá SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 13 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI trình sinh học phía sau và khoáng hóa một phần chất hữu cơ tạo thành CO2 và H2O. Sau bể oxy hóa bằng ozone các thành phần hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học được tiếp tục loại bỏ trong bể tiếp xúc sinh học quay. Bể lọc là bước cuối cùng của dây chuyền xử lý với mục đích loại bỏ các cặn lơ lửng từ bể tiếp xúc sinh học quay, sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác ở miền Bắc nước Đức được trình bày trong Hình 1.1. Với quy trình xử lý trên các thành phần ô nhiễm chính trong nước rỉ rác như COD, NH4+ sau quá trình xử lý đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn tiếp nhận. Nước rỉ rác Nitrat hóa Khử nitrat Lắng Lọc Oxy hóa với Ozone SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙYtiếp xúc 14 học Bể sinh MSSV: 107108070 NguồnLọcp nhận tiế
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Hình 1.1 Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức Bảng 1.5 Nồng độ nước rỉ rác trước và sau xử lý và giới hạn cho phép xả vào nguồn tiếp nhận theo tiêu chuẩn của Đức đối với nước rỉ rác Thông số Đơn Đầ u Sau khử Sau oxy Sau xử lý Nồng độ vị vào Nitrat hóa sinh học giới hạn COD mg/L 2600 900 130 70 200 NH4 mg/L 1100 0.3 - - 70 (Nguồn: ATV 7.2.26, Anonymus 1996) Tuy nhiên, công nghệ được áp dụng có chi phí vận hành cao do sử dụng ozone và công đoạn nitrate hóa và khử nitrate đòi hỏi năng lượng cao.  Hàn Quốc Công nghệ xử lý nước rỉ rác của một số BCL ở Hàn Quốc cũng giống như ở Đức là áp dụng quá trình sinh học (kị khí, nitrate hoá và khử nitrate) và quá trình xử lý hóa lý (keo tụ hai giai đoạn được ứng dụng nhằm loại bỏ các chất hữu cơ khó/không có khả năng phân hủy sinh học). Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Sudokwon Hàn Quốc, công suất 3500 – 7500m3/ngày được trình bày trong Hình 1.2 Nước rỉ rác Bể ổn định Thiết bị phân hủy kỵ khí SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 15 Nitrat hóa MSSV: 107108070 Nước rkeo tụ 1 xử Khỉ nitrat2 Bể ửrác sau
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI (Nguồn: Jong-Choul Won et al., 2004) Hình 1.2 Công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Sudokwon, Hàn Quốc Công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Hàn Quốc bao gồm hai công trình chính: quá trình xử lý sinh học (quá trình phân hủy sinh học kị khí và quá trình khử nitơ) và quá trình hóa lý. Trong giai đoạn đầu vận hành BCL (1992) quá trình phân hủy kị khí là một công đoạn cần thiết để xử lý các chất hữu cơ có nồng độ cao như nước r ỉ rác phát sinh trong giai đoạn đầu vận hành bãi chôn lấp, đến năm 2004, do sự giảm tải trọng chất hữu cơ sau 12 năm hoạt động (1992-2004) nên hiện tại quá trình phân hủy kị khí được thay thế bằng quá trình sinh học bùn hoạt tính lơ lửng. Quá trình hóa lý là bước thứ hai được thực hiện tiếp theo sau quá trình sinh học để được xử lý triệt để các thành phần ô nhiễm trong nước rỉ rác, quá trình xử lý hóa lý bao gồm hai bậc với sử dụng hóa chất keo tụ là FeSO4. Thành phần chất ô nhiễm trong nước rỉ rác tại BCL Sudokwon Hàn Quốc cho thấy nồng độ COD đầu vào trạm xử lý không cao. Bảng 1.6 Nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý Thông số Trước xử lý Sau xử lý COD (mg/L) 2200 – 3600 220 – 300 BOD (mg/L) 700 – 1600 - SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 16 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Nitơ tổng (mg/L) 1300 – 2000 54 – 240 N-NH4+ (mg/L) 1200 – 1800 1 – 20 Độ màu - 171 (Nguồn: Jong-Choul Won et al., 2004) Với tính chất nước rỉ rác của BCL Hàn Quốc có tỉ lệ BOD/COD khoảng 0.3 – 0.4; Hàn Quốc cũng đã áp dụng phương pháp sinh học kết hợp hóa lý đ ể xử lý chất hữu cơ và nitơ có trong nước rỉ rác. Kết quả cho thấy bể oxy hóa amonium hoạt động rất hiệu quả, nồng độ ammonium được xử lý đến 99% (N-NH 4+ đầu ra dao động khoảng 1 – 20mg/L), tuy nhiên tổng nitơ đầu ra có khi lên đến 240mg/L. Kết quả chứng minh rằng với nồng độ ammonium cao (2000mg/L) thì phương pháp khử nitơ bằng phương pháp truyền thống không đạt hiệu quả cao là do sự ức chế của các vi khuẩn nitrosomonas và nitrobacter. Nồng độ COD đầu ra cao có thể được giải thích rằng một số hợp chất hữu cơ khó/không phân hủy sinh học như axít fulvic vẫn không thể khử được bằng quá trình keo tụ. Tóm lại, quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác của các nước trên thế giới đều kết hợp các quá trình sinh học, hóa học và hóa lý, hầu hết các công nghệ xử lý đ ều bắt đầu xử lý nitơ bằng phương pháp cổ điển (nitrate hóa và khử nitrate), tuy nhiên với nồng độ nitơ cao (2000mg/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 nâng cao (Fenton, ozone,...). 1.3.2 Công nghệ xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam Bãi chôn lấp là phương pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt thích hợp nhất đang được áp dụng ở Việt Nam do chi phí thấp, dễ vận hành và cũng là phương pháp chủ yếu để giải quyết vấn đề xử lý chất thải rắn tại nước ta. Tuy nhiên, phương pháp này đã gây ra những ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường như hoạt động của các xe vận chuyển rác gây ra bụi, rung và tiếng ồn, khí rác, mùi, đặc biệt là nước rỉ rác là nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm môi trường của các bãi chôn lấp hiện nay. 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 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 17 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI - Quy trình vận hành BCL - 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 do Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới - Giá thành xử lý bị khống chế - Giới hạn về chi phí đầu tư Ba quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác được coi là điển hình hiện đang áp dụng tại các BCL Nam Sơn (Hà Nội), Gò Cát, và Phước Hiệp (thành phố Hồ Chí Minh) được liệt kê dưới đây:  Trạm Xử Lý Nước Rỉ Rác Bãi Chôn Lấp Nam Sơn (Hà Nội) Trạm xử lý nước rỉ rác được đưa vào vận hành sau khi BCL đã hoạt đ ộng gần một năm (1999) với công suất 500 - 700m3/ngày.đêm. Sơ đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý nước rỉ rác BCL Nam Sơn trong giai đoạn đầu được trình bày trong Hình 1.3 Nước rỉ rác Ngăn thu nước Trạm bơm Bể UASB Bể thổi khí Bể lắng SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 18 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Hồ sinh vật Nguồn tiếp nhận Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ ban đầu của trạm xử lý nước rỉ rác Nam Sơn Trong sơ đồ dây chuyền công nghệ này, bể UASB là công trình quan trọng nhất có khả năng tiếp nhận nước thải với nồng độ và tải trọng rất cao (COD = 50000 mg/L và L = 50 – 80 kgCOD/m3.ngđ). Bể thổi khí và hồ sinh vật có nhiệm vụ giảm nồng độ chất hữu cơ và nitơ xuống giới hạn cho phép trước khi xả vào nguồn. Trong giai đoạn khởi động, UASB hoạt động khá tốt, các quan sát cho thấy l ượng khí sinh ra khá lớn, hiệu quả xử lý đạt đến 70-80%. Tuy nhiên sau một thời gian ngắn, hiệu quả xử lý của UASB giảm đáng kể và trạm xử lý đã phải ngừng hoạt động sau 8 tháng vận hành. Cho đến nay, để khắc phục tình trạng trên, công nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Nam Sơn đã được cải tạo và xây dựng mới với sơ đồ công nghệ được trình bày trong Hình 1.4 Nước rỉ rác Hồ sinh học Song chắn rác Sục khí Bể đệm 1 Bể lắng 1 Ca(OH)2 Striping (thổi khí) Bể đệm 2 Bể SBR 1 và 2 UASB SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 19 MSSV: 107108070
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Bể lắng 2 Bể phản ứng H2O2 + FeSO4 + H2SO4 PAC + NaOH Bể Semultech Bể lọc cát Bể chứa bùn Than hoạt tính Bể chứa Na(OCl)2 Chôn Bể khử trùng lấp Hồ ổn định Sục khí Nguồn tiếp nhận Hình 1.4 Công nghệ xử lý nước rỉ rác cải tiến tại bãi chôn lấp Nam Sơn Trong sơ đồ công nghệ trên 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 ammonium cao trong nước rỉ rác sẽ ảnh hưởng đến các công đoạn sinh học phía sau nên bước khử nitơ đuợc áp dụng. Phương pháp xử lý nitơ được áp dụng là phương pháp đuổi khí (air stripping) với bổ sung vôi nhằm mục đích nâng pH của nước rỉ rác lên 10 –12 để tăng cường chuyển hóa NH4+ sang NH3. Với nồng độ ammonium lớn hơn 1.000mg/L thì phương pháp xử lý nitơ bằng phương pháp truyền thống không cho hiệu quả cao nhưng đối với việc áp dụng quá trình air stripping sẽ có hiệu quả hơn. Sau quá trình air stripping nước rỉ rác đ ược chỉnh pH (6.5 ÷ 7.5) trước khi vào hệ thống xử lý sinh học bằng quá 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 ammonium 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, đây chính là điểm không hợp lý của công nghệ xử lý vì với nồng độ COD đầu vào thấp và phần chủ SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 20 MSSV: 107108070