TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC --------------

NGUYỄN THỊ ÁNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TSS VÀ ĐỘ MÀU

TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG

PHÁP LỌC SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường

HÀ NỘI – 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC --------------

NGUYỄN THỊ ÁNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TSS VÀ ĐỘ MÀU

TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG

PHÁP LỌC SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường

Cán bộ hướng dẫn

TS. LÊ THANH SƠN

HÀ NỘI – 2018

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp là sản phẩm nghiên cứu khoa học đầu đời của mỗi sinh

viên, cũng là thành quả của quá trình học tập và rèn luyện trong trường đại học.

Chính vì thế, việc hoàn thành khóa luận đòi hỏi rất nhiều công sức, sự chuyên tâm,

nhiệt huyết cũng như thời gian của người viết. Tuy nhiên, một trong những yếu tố

không nhỏ tạo nên “sản phẩm trí tuệ” này là sự hướng dẫn, giúp đỡ của giáo viên

hướng dẫn, các thầy cô đã giảng dạy cũng như sự ủng hộ của gia đình và bạn bè.

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy TS. Lê Thanh

Sơn - người trực tiếp hướng dẫn em trong quá trình làm khóa luận. Không chỉ gợi ý

và hướng dẫn em trong quá trình tìm hiểu, đọc tài liệu và lựa chọn đề tài, thầy còn

tận tình chỉ bảo em những kĩ năng phân tích, khai thác tài liệu để có những lập luận

phù hợp với nội dung của khóa luận. Hơn nữa, thầy còn rất nhiệt tình trong việc đốc

thúc quá trình viết khóa luận, đọc và đưa ra những nhận xét, góp ý để em có thể

hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất.

Trong quá trình thực hiện khóa luận, em xin chân thành cảm ơn các anh chị tại

phòng Công nghệ Hoá lý môi trường thuộc Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện

Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt

quá trình hoàn thành khóa luận.

Cuối cùng, em xin được gửi đến bố mẹ, gia đình và bạn bè lời cảm ơn và lòng

biết ơn sâu sắc vì những sự động viên, ủng hộ và cổ vũ tinh thần trong suốt quá

trình gian nan và vất vả này.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 05 năm 2018

Sinh viên

Nguyễn Thị Ánh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 3

1.1. Tổng quan về nước rỉ rác .................................................................................. 3

1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác .......................................................................... 3

1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác ................................................................................. 5

1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác ................. 10

1.1.4. Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường và sức khỏe con người ......... 13

1.1.5. Đặc điểm bãi rác Nam Sơn ...................................................................... 14

1.1.6. Các công trình nghiên cứu về xử lí nước rỉ rác ....................................... 15

1.2. Tổng quan về chất rắn lơ lửng (TSS) và độ màu ............................................ 17

1.2.1. Khái niệm ................................................................................................. 17

1.2.2. Ảnh hưởng của TSS và độ màu ................................................................ 18

1.2.3. Các công trình nghiên cứu xử lí TSS và độ màu ...................................... 19

1.3. Tổng quan về phương pháp lọc sinh học ........................................................ 22

1.3.1. Phân loại phương pháp lọc sinh học ........................................................ 22

1.3.2. Phương pháp lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước ................... 24

1.3.3. Ứng dụng của lọc sinh học trong xử lý môi trường ................................. 29

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN

CỨU .......................................................................................................................... 32

2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu............................................... 32

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 32

2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 32

2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 32

2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ............................................................. 32

2.2.2. Phương pháp phân tích ............................................................................ 32

2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ....................................................................... 33

2.3. Nội dung nghiên cứu....................................................................................... 36

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 41

3.1. Thông số chỉ tiêu ban đầu của nước rỉ rác ...................................................... 41

3.2. Kết quả chuẩn bị hệ lọc .................................................................................. 41

3.3. Kết quả ảnh hưởng chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý TSS ............................. 42

3.4. Kết quả ảnh hưởng của chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý độ màu ................. 43

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 45

1. Kết luận .............................................................................................................. 45

2. Kiến nghị............................................................................................................ 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 46

PHỤ LỤC .................................................................................................................. 49

Oxy hóa nâng cao

AOPs

Bãi chôn lấp

BCL

Nhu cầu oxy hóa sinh học

BOD

Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 5 ngày

BOD5

Nhu cầu oxy hoá

COD

Lượng oxi hòa tan trong nước

DO

Tải nạp thủy lực

HLRs

Công nghệ màng lọc sinh học

MBR

Nước rỉ rác

NRR

Đĩa quay sinh học

RBS

Màng thẩm thấu ngược

RO

RTSH

Rác thải sinh hoạt

Chất rắn lơ lửng

SS

Tổng chất rắn hòa tan

TDS

Tổng Nitơ

TN

Tổng cacbon hữu cơ

TOC

Tổng phopho

TP

Tổng chất rắn lơ lửng

TSS

UASB

Bể màng sinh học kỵ khí dòng chảy ngược

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác điển hình ..................................... 7

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

Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á .................................. 9

Bảng 1.4. Thành phần nước rỉ rác tại một số bãi chôn lấp Việt Nam ....................... 10

Bảng 1.5. Đặc tính nước rỉ rác Nam Sơn .................................................................. 15

Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của thiết bị lọc ....................................................... 34

Bảng 2.2. Thông số nước rỉ rác Nam Sơn dùng cho nghiên cứu .............................. 36

Bảng 3.1. Các thông số đầu vào của nước rỉ rác ....................................................... 41

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Nước rỉ rác................................................................................................... 3

Hình 1.2. Các thành phần cân bằng nước trong ô chôn lấp ........................................ 4

Hình 1.3. Toàn cảnh của bãi chôn lấp rác Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội .................... 14

Hình 1.4. Đĩa quay sinh học RBC ............................................................................. 22

Hình 1.5. Cấu tạo của bể lọc nhỏ giọt ....................................................................... 24

Hình 1.6. Giá thể vi sinh ........................................................................................... 25

Hình 1.7. Cấu tạo của bể lọc sinh học giá thể bám dính ngập nước ......................... 26

Hình 1.8. Màng sinh học phát triển trên giá bám ...................................................... 27

Hình 2.1. Mô hình hệ thống thí nghiệm bể lọc sinh học ........................................... 33

Hình 2.2. Hệ thí nghiệm lọc sinh học trong quá trình thí nghiệm ............................ 34

Hình 2.3. Nhựa PE sử dụng làm giá thể bám dính .................................................... 35

Hình 2.4. Phương trình đường chuẩn xác định hàm lượng màu ............................... 39

Hình 3.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý TSS của NRR ........... 42

Hình 3.2. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu của NRR ...... 43

MỞ ĐẦU

➢ Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống của

nhân dân và nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng, dẫn đến lượng rác thải sinh ra ngày

càng nhiều đặc biệt là rác thải sinh hoạt (RTSH). Tại Việt Nam, phương pháp chôn

lấp là phương pháp được áp dụng trong xử lý chất thải rắn do kĩ thuật đơn giản và

chi phí xử lý thấp hơn so với các phương pháp xử lý khác nhau như đốt, hóa rắn…

Tuy nhiên, các bãi chôn lấp (BCL) không hợp vệ sinh lại là vấn đề đáng quan tâm

nêu các BCL không đạt tiêu chuẩn gây ra nhiều bất cập làm ảnh hưởng tới môi

trường xung quanh và cuộc sống con người.

Vấn đề ô nhiễm môi trường do nước rỉ rác là vấn đề “nóng” tại hầu hết các bãi

rác trên toàn quốc bởi vì nước rỉ rác có thành phần phức tạp, nồng độ các chất ô

nhiễm cao. Trong trường hợp nước rỉ rác phát thải trực tiếp vào môi trường và

không được kiểm soát sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe

con người. Trên thực tế, đã có rất nhiều công nghệ xử lý nước rỉ rác như: kết hợp

nước rỉ rác với nước thải sinh hoạt, quay vòng nước rỉ rác, xử lý hóa lý (ô-xy hóa,

kết tủa, hấp phụ, công nghệ mảng…), xử lý kỵ khí, hiếu khí nước rỉ rác và xử lý

bằng các quá trình sinh thái. Tuy nhiên, các phương pháp trên còn tồn một số các

bất cập như: chi phí cao, gây ô nhiễm thứ cấp, hoặc tiêu tốn hóa chất. Trong nghiên

cứu này, phương pháp lọc sinh học với các ưu điểm: hiệu quả, tiết kiệm chi phí và

thân thiện với môi trường đã được áp dụng để xử lý thứ cấp nước rỉ rác sau keo tụ điện

hóa hứa hẹn là phương pháp khả thi. Do vậy em chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý TSS và

độ màu trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học ”.

➢ Nội dung thực hiện

- Thu thập các tài liệu, số liệu về thành phần trong nước rỉ rác, tìm hiểu các

công trình xử lý NRR ở Việt Nam và trên thế giới.

- Nghiên cứu, thu thập, tìm hiểu tài liệu về phương pháp sinh học.

1

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sục tới hiệu quả xử lý TSS và độ màu trong

nước rỉ rác sau quá trình keo tụ điện hóa bằng phương pháp lọc sinh học.

- Phân tích, đánh giá các số liệu thu thập được, tổng hợp lại số liệu.

- Lựa chọn ra chế độ sục tối ưu cho quá trình lọc sinh học ngập nước để đề

xuất cách xử lý nước rỉ rác trong thực tế.

➢ Mục đích của đề tài

- Nắm bắt được phương pháp lọc sinh học xử lý nước thải.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ đến quá trình xử lý tổng chất rắn lơ lửng

và độ màu bằng phương pháp lọc sinh học. Từ đó lựa chọn chế độ sục tối ưu để xử

lý.

➢ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Nước rỉ rác của BCL chất thải rắn Nam

Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học.

- Phạm vi thực hiện: Đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm phòng Công

nghệ Hóa lý môi trường - Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam.

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nước rỉ rác

Hình 1.1. Nước rỉ rác

1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác

Nước rỉ rác (NRR) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm

từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn

lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của

chất thải do các thiết bị đầm nén.

Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chôn lấp, độ

ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép.

Việc mất đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các

phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra

từ đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ).

Nước rỉ rác được hình thành khi nước thấm vào các ô chôn lấp theo các cách

sau:

- Nước sẵn có và sinh ra do quá trình phân hủy các chất hữu cơ.

- Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm vào rác.

- Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn lấp.

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

3

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

ô chôn lấp được đóng lại, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ

bùn nếu việc chôn bùn được cho phép.

Lượng nước rỉ rác phát sinh trong bãi chôn lấp phụ thuộc vào sự cân bằng nước

trong ô chôn lấp. Các thành phần tác động tới quá trình hình thành lượng nước rỉ rác

được trình bày trong hình 1.2. và lượng nước rỉ rác được tính theo công thức [4]:

LC = R + RI – RO – E - V

Trong đó: LC - Nước rỉ rác

- Nước mưa thấm vào ô chôn lấp. R

RI - Dòng chảy từ ngoài thâm nhập vào ô chôn lấp (bao gồm dòng

chảy mặt và nước ngầm gia nhập từ bên ngoài vào ô chôn lấp)

RO - Dòng chảy ra khỏi khu vực ô chôn lấp.

V - Sự thay đổi lượng nước chứa trong ô chôn lấp: độ ẩm ban

đầu của rác và bùn thải mang đi chôn lấp; độ ẩm của vật liệu

phủ; lượng nước thất thoát trong quá trình hình thành khí;

lượng nước thất thoát do bay hơi theo khí thải; lượng nước thất

thoát ra từ đáy bãi chôn lấp chất thải rắn; sự chênh lệch về hàm

lượng nước trong cấu trúc hóa học của rác.

E - Nước bay hơi.

Hình 1.2. Các thành phần cân bằng nước trong ô chôn lấp

4

Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí hậu

lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh nước

rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Lượng nước rỉ

rác sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa

BCL do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt giữ nước làm giảm độ

ẩm thấm vào.

1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác

1.1.2.1. Thành phần, tính chất nước rỉ rác

Nước rỉ rác là loại nước bị ô nhiễm nặng lề, độc hại với các thành phần các

chất ô nhiễm hữu cơ (axit humic, axit funlvic, các hợp chất tan nhanh, các loại hợp

chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo…) và vô cơ (hợp chất của nitơ, photpho, lưu

huỳnh…) cao, phức tạp, khó xác định vì nó luôn thay đổi theo các giai đoạn khác

nhau của quá trình phân hủy sinh học và phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều (phụ thuộc vào tuổi của BCL, các

loại rác có trong BCL, khí hậu). Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ

trên cùng của bãi rác cũng tác động đến thành phần nước rác…

Các thành phần và tính chất của 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 nướ c 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.

Thành phần và tính chất nước rỉ rác còn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa,

sinh xảy ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ

yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm

nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng.

5

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia

thành các nhóm chủ yếu sau:

- Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-20°C.

- Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-40°C.

- Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-70°C.

Trong quá trình hoạt động của bãi rác, thành phần nước rỉ rác biến đổi qua 5

giai đoạn sau:

Giai đoạn 1 - thích nghi: sau một thời gian ngắn khi bãi rác đi vào hoạt động.

Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra, ở giai đoạn này các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa

thành dạng đơn giản như protein, tinh bột, chất béo và một lượng nhất đinh

xenlulozơ. Giai đoạn này có thể kéo dài một vài ngày hoặc một vài tuần.

Giai đoạn 2 - chuyển tiếp: Khi oxy bị các vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần thì

các vi sinh vật kỵ khí bắt đầu xuất hiện và phát triển. Nitrat và sunfat đóng vai trò

chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, bị khử đến N2 và H2S.

Trong pha này, pH bắt đầu giảm do sự có mặt của axit hữu cơ và sự gia tăng CO2.

Giai đoạn 3 - axit: các vi sinh vật kỵ khí gia tăng tạo ra một lượng axit hữu

cơ và một lượng khí hydro. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là nhóm

sinh vật dị dưỡng trong điều kiện yếm khí và kỵ khí nghiêm ngặt. Các chất hữu cơ

dạng đơn giản, các amino axit, đường… được chuyển hóa thành các axit béo bay

hơi, acohols, CO2 và N2. Trong pha này, pH giảm xuống 5 hoặc thấp hơn. Giai đoạn

này có thể kéo dài sau một vài năm, thập kỷ, cả thập niên. BOD trong giai đoạn này

có giá trị cao (> 10000 mg/l).

Giai đoạn 4 - lên men metan: Sự phát triển chậm của vi khuẩn metan dần

được hình thành, chiếm ưu thế và bắt đầu tiêu thụ những hợp chất đơn giản, tạo ra

hỗn hợp CO2 và CH4 cùng với một số thành phần vết khác tạo khí của bãi rác. Pha

này nhạy cảm hơn pha 2.

Nước rò rỉ tạo ra trong giai đoạn này có giá trị BOD5: COD thấp. NH3 vẫn

2- và Cl- tiếp tục tan ra và rỉ ra

tiếp tục thoát ra bởi quá trình lên men axit theo bậc 1 và có nồng độ rất cao trong

nước rỉ rác. Các chất vô cơ như Fe3+, Na+, K+, SO4

trong nhiều năm.

6

Giai đoạn 5 - chín: Xuất hiện các chất hữu cơ sẵn sàng phân hủy sinh học, đã

chuyển thành khí metan và cacbonnic. Lúc này, tốc độ sinh khí giảm đáng kể do

phần lớn các các chất dinh dưỡng đã bị khử qua các giai đoạn trước và chất nền còn

lại khả năng phân hủy sinh học xảy ra khá chậm. Khí sinh ra là metan và cacbonic.

Suốt pha này nước rỉ rác thường chứa axit humic và fulvic rất khó xử lý sinh học

Nhìn chung những bãi rác mới, nước rỉ rác thường có pH, nồng độ BOD5,

TOC, COD và kim loại nặng cao, còn những bãi rác lâu năm, giá trị pH khoảng từ

6.5 đến 7, nồng độ các chất ô nhiễm thấp hơn đáng kể. Khả năng phân hủy sinh học

của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian.

Thành phần ô nhiễm trong nước rỉ rác rất đa dạng, có thể chia thành các

nhóm thông số chính, bao gồm các chất lơ lửng, các chất dinh dưỡng, các muối vô

và các ion kim loại nặng… Một số thành phần và tính chất của nước rỉ rác được liệt

kê theo bảng dưới đây:

Bảng 1.1. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác điển hình

Bãi mới (< 2 năm) Thành phần Bãi lâu năm (trên 10 năm) Khoảng giá trị Giá trị trung bình

10000 100 -200 2000 -20000 BOD5 (mg/l)

TOC (mg/l) 6000 80 - 160 1500 - 20000

COD (mg/l) 18000 100 - 500 3000 - 60000

TSS (mg/l) 500 100 - 400 200 - 2000

+ (mg/l)

TN (mg/l) 200 80 – 120 10 - 800

-

200 20- 40 10 - 800 NH4

25 5 – 10 5 - 40 NO3

TP (mg/l) 30 5 – 10 5 - 100

3000 200 – 1000 1000 - 10000 Kiềm- CaCO3 (mg/l)

pH 6 6.6 - 7.5 4.5 - 7.5

Ca (mg/l) 250 50 – 200 50 - 1500

2- (mg/l)

Cl- 500 100 – 400 200 - 3000

300 – 50 50 - 1000 SO4

20 (Nguồn: Tô Thị Hải Yến) [9]

7

a. Đặc điểm thành phần nước rỉ rác trên thế giới.

Thành phần nước rỉ rác ở các BCL trên thế giới đều chứa hàm lượng chất

hữu cơ cao dao động từ hàng nghìn đến chục nghìn mg/L. Các bãi chôn lấp có tuổi

thọ càng cao thì tỉ lệ BOD/COD cũng như hàm lượng TSS càng thấp. Điều này cho

thấy, BCL càng lâu sẽ chứa càng nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.

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

Đài Loan Thổ NHĩ Kỳ Thành Colombia Canada Đơn vị (Sanjuku (Istanbul phần (Pereira) (Clover) Taiwan) Komurcuoda)

pH - 7,2 – 8,3 8,3 6.8–7.8 7,8

COD 4350 – 65000 1090 80–600 24.040 mgO2/l

BOD 1560 – 48000 39 50–400 15021 mgO2/l

mg/l 200 – 3800 455 59.7-581 2281 NH4

TS mg/l 7990 – 89100 - - -

TSS mg/l 190 – 27800 - 1357–4432 1962

2-

TDS mg/l 7800 – 61300 - - -

mg/l 2 – 35 - - - PO4

4030 3050-8540 - 10.581 Độ kiềm mgCaCO3/l

>40 Tuổi thọ Năm > 5 - -

(Nguồn: Văn Hữu Tập, 2015) [14]

8

Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á

Thái Lan Hàn Quốc

Thành Phần Đơn Vị BCL Sukdowop Sukdowop

pathumthani NRR1 năm NRR 12 năm

pH 7,8 – 8,7 5,8 – 8,2

Độ dẫn điện µS/cm 19.400 – 23.900

COD 4.119 – 4.480 12.500 2.000 mgO2/l

750 – 850 7.000 500 BOD5 mgO2/l

SS mg/l 141 – 410 400 20

IS mg/l 10.588 – 14.373 –

mg/l 1.764 – 2.128 200 1.800 N-NH3

N-Org mg/l – – 300 – 600

mg/l – – Phospho tổng 25 – 34

Cl- mg/l 3.200 – 3.700 4.500 4.500

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 – 2.000 10.000 mgCaCO3/l

(Nguồn: Kwanrutai Nakwan, 2002)

Như vậy có thể thấy rằng nước rỉ rác gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi

trường sống vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước rất cao và lưu lượng đáng

kể. Do đó số lượng các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trên thế giới là rất

đáng kể.

b. Đặc điểm nước rỉ rác tại một số bãi chôn lấp ở Việt Nam.

Nước rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở Việt Nam cũng có đặc điểm là: hàm

lượng nitơ vượt quá tiêu chuẩn cho phép, hàm lượng chất hữu cơ và TDS cao. Các

thông số như bảng 1.4.

9

Bảng 1.4. Thành phần nước rỉ rác tại một số bãi chôn lấp Việt Nam

Thông số Đơn vị BCL Nam BCL Gò Cát BCL BCL

Sơn (HN) (TP.HCM) Thủy Phương Tràng Cát

(Huế) (Hải Phòng)

pH - 6,81 - 7,98 7,4 - 7,6 7,7 – 8,5 6,5 – 8,22

TSS mg/L 120 – 2240 700 – 2020 42 – 84 21 – 78

COD mg/L 1020 - 22783 13655-16814 623 – 2442 327 – 1001

mg/L 495 - 12302 6272 – 9200 148 – 398 120 – 465 BOD5

+

Tổng N mg/L 423 – 2253 1821 – 2427 179 – 507 -

-

mg/L - 1680 – 2887 184 – 543 - N-NH4

- mg/L - 0 - 6,2 - N-NO3

- Tổng P mg/L 6,51 - 24,80 10,3 - 19,8 3,92 – 8,562

9 7 Tuổi BCL Năm 7 2

Nhìn chung, nước rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cũng có thành phần

(Nguồn: Văn Hữu Tập, 2015) [14]

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.

c. Phân loại nước rỉ rác

Theo đặc điểm và tính chất, nước rác được phân làm 2 loại:

- Nước rác tươi, nước rác khi không có mưa.

- Nước rác khi có mưa: mưa thấm qua bãi rác và hòa lẫn vào nước rác.

Theo đặc điểm hoạt động của bãi chôn lấp:

- Nước rác phát sinh từ các bãi chôn lấp cũ, đã đóng cửa hoặc ngừng hoạt

động, thành phần, tính chất của loại nước rác này phụ thuộc vào thời gian đã đóng

bãi, mức độ phân hủy các thành phần hữu cơ trong bãi rác.

- Nước rác phát sinh từ các bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc ngừng vận hành.

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

Rác được chọn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh cùng

lúc xảy ra. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy từ rác.

10

Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm,

chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ

di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm, sự có

mặt của các chất ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và

hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử

lý nước thải… Ta sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và

tính chất nước rò rỉ:

a. Thời gian chôn lấp

Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho

thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời gian.

Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần. Thành phần của

nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy

sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến

vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá

trình tạo ra khí metan. 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 thải 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.

Theo thời gian chôn lấp thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có sự thay

đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay hơi. Các axit

thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl

và nhân vòng thơm. Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rác

nghiên về tính axit. Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò rỉ có

sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của

axit fulvic và humic. Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước

rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân

hủy sinh học.

11

b. Chiều sâu bãi chôn lấp

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp 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 và 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.

c. 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 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. Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn

chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào

các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ …

d. 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.

e. Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại

Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rảnh và bùn của trạm xử

lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ. Bùn sẽ làm tăng độ

12

ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rò rỉ. Đồng thời chất dinh dưỡng

và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất

thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn

làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ có pH thấp và BOD5 cao hơn.

Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng

đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế như

kim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật… Đồng thời, theo thời gian các chất

độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ và khí thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi

trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước 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 gây 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. Tác hại của chất hữu cơ đối với sinh vật và sức khỏe cộng đồng

Sự có mặt của chất hữu cơ trong nước thải có thể gây ảnh hưởng xấu đến hệ

sinh thái và sức khỏe cộng đồng.

- Đối với sinh vật:

Khi trong nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ có thể gây độc cho cá và hệ

động vật thủy sinh, làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước. Trong điều kiện hàm

lượng oxy hòa tan trong nước thấp, có thể phát sinh một số bệnh cho tôm, cá như

bệnh đốm đỏ, bệnh nhiễm trùng máu,… Chính vì vậy, nó gây ảnh hưởng lớn đến sự

sinh trưởng và phát triển của nhiều loài thủy sinh.

13

- Đối với sức khỏe con người:

Hàm lượng các chất hữu cơ sau khi phân hủy sẽ ngấm vào nước ngầm gây

ảnh hưởng đến sức khỏe con người nếu nguồn nước này được sử dụng cho sản xuất

và sinh hoạt. Đây chính là nguyên nhân gây nhiễm độc mãn tính và các bệnh hiểm

nghèo như ung thư bàng quang, ung thư phổi.

1.1.4.2. Tác hại của ô nhiễm chất hữu cơ đối với môi trường

Những thành phần chất hữu cơ dễ bị phân hủy trong môi trường nước sẽ tác

động mạnh làm cạn kiệt oxy trong nước. Các chất hữu cơ trong NRR là nguyên

nhân gây ra màu, mùi trong nước và cũng là nguyên nhân gây lên chỉ số COD cao

trong nước thải.

1.1.5. Đặc điểm bãi rác Nam Sơn

Bãi rác Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội nằm cách trung tâm Hà Nội khoảng

45km về phía Bắc. Bãi rác Nam Sơn được xây dựng với nhiệm vụ chính là tiếp

nhận, xử lý chất thải rắn sinh hoạt của thành phố Hà Nội, vận chuyển về bãi và xử

lý nước rỉ rác theo đúng quy trình công nghệ đảm bảo vệ sinh môi trường. Bãi rác

Nam Sơn được thành lập từ năm 1999 và đi vào hoạt động với tổng diện tích 85ha,

công suất xử lý 4.200 tấn rác/ngày đêm, hoạt động 24/24h.

Căn cứ theo cấu trúc bãi chôn lấp rác thải Nam Sơn thuộc loại bãi chôn lấp

hợp vệ sinh được thiết kế để đổ rác thải vào sao cho mức độ độc hại đến môi trường

là nhỏ nhất. Và ta có thể xếp vào loại bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị với toàn bộ

lượng rác thải đô thị được vận chuyển tới bãi để xử lý.

Hình 1.3. Toàn cảnh của bãi chôn lấp rác Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội

14

Thành phần chất thải chủ yếu là chất hữu cơ từ: rau, hoa cỏ, động vật chết…

và một số lượng lớn các loại rác như nilon, nhựa, giấy các loại. Các loại rác vô cơ

chủ yếu là thủy tinh, sành sứ, gốm, xi măng và đá xây dựng.

Bảng 1.5. Đặc tính nước rỉ rác Nam Sơn

Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

pH - 8,31

+

COD mg/L 6.400

-

mg/L 1.613 NH4

mg/L 17,4 PO4

Ca2+ mg/L 25,6

Mg2+ mg/L 65,7

TN mg/L 354

TP mg/L 22

(Nguồn Nguyễn Mạnh Khải và cộng sự, 2012)

Bãi rác có hệ thống thu gom nước rỉ rác từ các giếng khoan và hệ thống thu

và xả vào các hồ sinh học, mỗi ngày hồ chứa tiếp nhận gần 2000 m3 nước rỉ. Tuy

nhiên, công suất xử lý của nhà máy chỉ khoảng 1500 m3/ngày. Chính vì vậy, nhà

máy xử lý nước rỉ rác Nam Sơn trở nên quá tải. Mặt khác, bãi rác xây dựng gần khu

dân cư nên ảnh hưởng tới sinh hoạt của người dân.

1.1.6. Các công trình nghiên cứu về xử lí nước rỉ rác

1.1.6.1. Các công trình nghiên cứu trong nước

Tô Thị Hải Yến và các cộng sự [9] với công trình “Thúc đẩy nhanh quá trình

phân hủy vi sinh rác và nước rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trường

hóa học trong bãi chôn lấp” đã cho thấy, khi chôn lấp rác thải sinh hoạt có thành

phần lignin tới 15,2% trọng lượng khô làm phát thải khí metan không có lợi về kinh

tế và môi trường. Với việc bổ sung thêm môi trường sunfat nhằm tạo điều kiện để

phân hủy thành phần hữu cơ thể rắn trong rác chuyển sang dạng lỏng trong nước rỉ

rác, vô cơ hóa thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước rỉ rác.

Trong môi trường sunfat, hệ thống chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 95 của

15

chu trình chôn lấp rác. Ngoài ra nhóm tác giả cũng đã cho thấy rằng việc tuần hoàn

nước rỉ rác tạo khả năng oxy hóa – khử mạnh hơn cho môi trường phân hủy vi sinh

các chất hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hóa chất hữu cơ ở thể lỏng.

Quý Tùng và cộng sự [12]đã nghiên cứu “Xử lý nước rỉ rác bãi rác Thùy

Phương (Huế) bằng tác nhân UV - FENTON trong thiết bị gián đoạn”. Tính phân

hủy sinh học của nước thải sau quá trình xử lý tăng lên đáng kể, tỷ lệ BOD5/COD

tăng từ 0,15 đến 0,46. Kết quả khả quan với hiệu suất xử lý COD đạt 71% và màu

nước rỉ rác đạt 90% ở điều kiện tối ưu: pH = 3, nồng độ H2O2 = 125 mg/L, nồng độ

Fe2+ = 50 mg/L sau thời gian lưu 2 giờ.

Trần Mạnh Trí [10] đã áp dụng quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để xử lý

nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Tác giả đã sử

dụng quá trình Keo tụ - Tạo phức - Fenton - Perozon để xử lý nước rỉ rác sau phân

hủy sinh học kỵ khí trong bể UASB (COD = 5424 mg/L) ở hệ thống xử lý nước rỉ

rác Gò Cát. Quá trình keo tụ/Fenton được thực hiện bằng cách bổ sung polyferic

sunphat (300 mg Fe3+/L) và sau khuấy nhanh bổ sung tiếp 500 mg H2O2/L vào và

khuấy chậm 120 phút. Vớ i quá trình xử lý này, hiệu suất xử lý COD rất cao (đạt

76%). Sau quá trình Keo tụ - Tạo phức - Fenton, nước rỉ rác tiếp tục được xử lý

bằng Perozon đã xử lý được 97% các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.

1.1.6.2. Các công trình nghiên cứu trên thế giới

Top và cộng sự [23] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác của một nhà máy tại

Istanbul (Thổ Nhĩ Kỳ) bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với lọc màng

nano. Nồng độ trung bình của COD, nitơ tổng và amoni trong nước rỉ rác ban đầu

có giá trị lần lượt là 6200; 587,5 và 110 mg/L. Kết quả nghiên cứu cho thấy cường

độ dòng điện hợp lý là 15,9 mA/cm2 và thời gian xử lý hợp lý là 30 phút sẽ làm

giảm tối đa COD, màu sắc, và loại bỏ phốtpho tương ứng là 45%, 60% và 91,8%.

Tizaoui cùng cộng sự [21] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp ozon hóa và

ozone kết hợp với hydrogen peroxide để xử lí nước rỉ rác tại Tunisia, được đặc

trưng bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và màu sắc tối. Kết quả thu

được cho thấy rằng hiệu quả ozon hóa đã gần như tăng gấp đôi khi kết hợp với

16

hydrogen peroxide khi nồng độ H2O2 là 2 g/L, nhưng khi nồng độ H2O2 cao hơn

2g/L lại cho hiệu quả thấp. pH có thể thay đổi không đáng kể do tác dụng của đệm

bicarbonate. Nồng độ sulphate cũng giảm nhẹ. Ngược lại, nồng độ chloride ban đầu

thì giảm, nhưng sau một thời gian thí nghiệm lại tăng lên để đạt được giá trị ban đầu

của nó. Kết quả so sánh chi phí vận hành của 2 phương pháp cho thấy các hệ thống

H2O2/O3 tại H2O2 nồng độ 2 g/L cho chi phí thấp nhất khoảng ~2.3 USD/kg COD

được loại bỏ.

Hệ thống xử lý nước rỉ rác được nghiên cứu bởi Ushikoshi cùng cộng sự [24]

đã được lắp đặt tại Yachiyo Town ở quận Kanto của Nhật Bản, được đưa vào phục vụ

vào tháng Tư năm 1999. Hệ thống này được trang bị module màng thẩm thấu ngược

(RO) dạng đĩa - ống được gọi là DT - Module, đã hoạt động một cách hiệu quả trong

nhiều năm qua, nước sau xử lý đạt chất lượng rất cao. Mặt khác tại Nhật Bản, vấn đề

dioxin đã trở nên ngày càng nghiêm trọng, có mặt rất phổ biến trong các nước rỉ rác

và hệ thống DT - Module cho thấy hiệu suất rất cao trong việc loại bỏ dioxin từ nước

rỉ rác. Bằng cách áp dụng hệ thống DT - Module cùng với hệ thống lò thiêu kết đã tạo

ra một hệ thống xử lý nước rỉ rác hoàn chỉnh: dioxin trong bùn từ các bể lắng và muối

khô trong pha đặc của hệ thống RO được tiêu hủy trong lò thiêu kết với tỷ lệ loại bỏ

dioxin bởi hệ thống DT - Module kết hợp lò thiêu kết là trên 99,9%.

1.2. Tổng quan về chất rắn lơ lửng (TSS) và độ màu

1.2.1. Khái niệm

1.2.1.1. Khái niệm về TSS

Chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ)

không tan trong nước. Khi vận tốc của dòng chảy bị giảm xuống (do nó chảy vào

các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị bị lắng xuống đáy hồ, những

hạt không lắng được sẽ tạo thành độ đục (turbidity) của nước. Các chất lơ lửng hữu

cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân hủy làm giảm DO của nguồn nước. Các cặn lắng sẽ làm

đầy các bể chứa làm giảm thể tích hữu dụng của các bể này (Lê Hoàng Việt, 2003).

TSS được sử dụng như là một chỉ số về chất lượng nước. Trong TSS có thể

chứa các độc chất như là axit sunphat đồng, oxit đồng, những độc chất thuộc clor,

chất hữu cơ photpho, oxit nhôm, oxit sắt…

17

1.2.1.2. Khái niệm về độ màu

Màu của nước chủ yếu là do chất mùn, các chất hòa tan, keo hoặc do các sản

phẩm từ sự pân hủy các chất hữu cơ tạo nên. Bên cạnh đó, sự có mặt của một số ion

kim loại có màu ( Fe,Mn...), một số loài thủy sinh (tảo, rêu...) hay nước thải sinh

hoạt và các chất thải công nghiệp khác cũng làm cho nước có màu.

Độ màu trong nước biểu thị giá trị cảm quan về độ sạch của nước, nước cấp

sạch thì thường không có màu. Riêng với nước thải, độ màu còn là chỉ tiêu đánh giá

phần nào mức độ ô nhiễm nguồn nước.

1.2.2. Ảnh hưởng của TSS và độ màu

1.2.2.1. Ảnh hưởng của TSS

TSS cao có thể chặn ánh sáng từ thực vật ngập nước, khi số lượng ánh sáng

truyền qua nước bị giảm đến quá trình quang hợp giảm, điều này dẫn đến ít oxy hòa

tan được đưa vào nước. Nếu ánh sáng hoàn toàn bị chặn, thực vật sống trong nước

ngừng sản xuất oxy và sẽ chết. Khi cây đang phân hủy, vi khuẩn sẽ sử dụng oxy

nhiều hơn từ nước. Oxy hòa tan có thể dẫn đến chết cá.

TSS cao cũng có thể gây ra sự gia tăng nhiệt độ nước bề mặt, vì các hạt lơ

lửng hấp thụ nhiệt từ ánh sáng mặt trời. Điều này có thể gây ra nồng độ oxy hòa tan

giảm hơn nửa và có thể gây tổn hại cho đời sống thủy sinh.

TSS cao có thể ảnh hưởng đến khả năng nhìn của cá trong tìm kiếm thực

phẩm. Phù sa lơ lửng cũng có thể làm tắc nghẽn mang cá, làm giảm tốc độ tăng

trưởng, giảm sức đề kháng với bệnh tật và ngăn chặn trứng và ấu trùng phát triển.

TSS cao có thể là nồng độ cao hơn của vi khuẩn, các chất dinh dưỡng, thuốc

trừ sâu và các kim loại trong nước. TSS cao có thể gây ra các trở ngại cho công

nghiệp, nó có thể gây tắc nghẽn thiết bị, làm giảm chất lượng sản phẩm.

1.2.2.2. Ảnh hưởng của độ màu

Độ màu cao cũng sẽ gây ảnh hưởng đến sự truyền và hấp thụ ánh sáng của

nước, làm ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, sinh trưởng và phát triển của các

loài thực vật ngập nước giống như TSS.

Bên cạnh đó, độ màu của nước còn gây ra sự khó chịu về mặt cảm quan.

18

1.2.3. Các công trình nghiên cứu xử lí TSS và độ màu

1.2.3.1. Các công trình nghiên cứu xử lý TSS và độ màu trên thế giới

MuhammadIrfan cùng cộng sự [19] đã có bài: “Nghiên cứu loại bỏ COD,

TSS và màu sắc trong nước thải nhà máy giấy theo quy trình đông kết - flocculation

ở pH tối ưu”. Quá trình đông kết, kết tụ được thực hiện để tìm ra hiệu quả của chất

flocculants và chất kết tụ khác nhau như phèn, sắt clorua, clorua nhôm, sulfat sắt,

poly clorua nhôm (PAC)… Tác động của tỷ lệ liều, thời gian giải quyết và pH được

kiểm tra để giảm COD, TSS và màu sắc. Kết quả hiệu quả nhất thu được khi sử

dụng kết hợp cation và anion polyacrylamide với clorua sắt và clorua nhôm và giảm

76% COD, 95% TSS và 95% màu ở pH < 3.

Aziz và cộng sự (2012) [16] đã tiến hành: “Kết hợp Ozon và enton

(O3/H2O2/Fe2+) trong cùng một thí nghiệm để xử lý nước rỉ rác (Bãi chôn lấp Pulau

Burung, Malaysia)”. Các tác giả đã đánh giá tỉ lệ phân tử gam, nồng độ H2O2 và

Fe2+ của hệ Fenton, giá trị pH, thời gian phản ứng. Hiêụ suất xử lý COD, độ màu,

NH4+ tối ưu xác định được từ nghiên cứu này tương ứng là 65%, 98% và 12% sau

90, 31 phút phản ứng, tỉ lệ phân tử gam H2O2/Fe2+: 1 ở nồng độ 0,05 mol/l (1.700

mg/l) H2O2 và 0,05 mol/l (2.800 mg/l) Fe2+ ở pH= 7. Hiêụ suất xử lý NH3-N cao

nhất đạt được là 19% sau 150 phút phản ứng. Hàm lượng O3 cần để xử lý được xác

đinh là 0,63 kg O3/kg COD.

2-) để xử lý nước rỉ rác (bãi chôn lấp Pulau Burung, Malaysia)”.

Abu Amr và cộng sự (2013) [15] có bài nghiên cứu: “Kết hơp ozon và

2-

pesunphat (O3/S2O8

Điều kiện tối ưu cho xử lý đạt được là: thời gian phản ứng 120 phút, tỉ lệ O3/ S2O8

1g/7g, pH 10. Ở điều kiện này, hiêụ suất xử lý COD, độ màu lần lượt đạt được là

72% và 93%, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,05 lên 0,29. Lượng O3 tiêu tốn là 0,76 kg

O3/kg COD.

Jamali và công sự (2009) [17] đã: “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác (bãi chôn

lấp Tehran, Iran) với kết hợp keo tụ và ozon”. COD nước rỉ rác trước xử lý 130.000

mg/l. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiêụ suất xử lý COD và độ màu tương ứng là

41% và 81%, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,36 lên 0,45; hiệu suất xử lý độ màu đạt cao

nhất là 81% ở mức hàm lượng O3 là 180g O3/l nước rỉ rác.

19

1.2.3.2. Các công trình nghiên cứu xử lý TSS và độ màu tại Việt Nam

Ngô Thụy Diễm Trang [6] đã nghiên cứu: “Hiệu suất xử lý nước thải sinh

hoạt của hệ thống đất ngập nước kiến tạo nền cát vận hành với mức tái nạp thủy lực

cao”. Hệ thống được vận hành với hai mức tải nạp thủy lực (HLRs) là 31 và 62

mm/ngày. Khả năng xử lý TSS, lân hòa tan (PO4-P) và lân tổng (TP) là rất hiệu quả

và không đổi cho cả hai mức HLRs với hiệu suất xử lý trung bình tương ứng

khoảng 94, 99 và 99%, trong khi đó hiệu suất xử lý nhu cầu oxy sinh học (BOD5),

nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng đạm Kjeldahl (TKN) và đạm amôn (NH4-N)

giảm khi HLR tăng, và có giá trị trung bình nằm trong khoảng tương ứng là 47-

71%, 68-84%, 63-87% và 69- 91%. Kết quả cho thấy bằng cách sử dụng HSSF

CWs trong việc xử lý nước thải sinh hoạt là phương pháp khả thi. Chất lượng nước

thải đầu ra của hệ thống ở mức HLR cao 62 mm/ngày (tương đương 1200 L/ngày)

đạt tiêu chuẩn Việt Nam cho phép xả thải vào nguồn nước mặt.

Nguyễn Minh Kì và các cộng sự [5] đã: “Nghiên cứu xử lý nước thải dân cư

bằng công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane bioreactor)”. Mục đích của

nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng xử lý nước thải dân cư bằng công nghệ màng

lọc sinh học (MBR). Bể phản ứng được thiết kế với dung tích hữu ích 36 lít

(L*W*H = 24*20*75 cm) và sử dụng module màng nhúng chìm có kích thước lỗ

lọc tương đương 0,4 µm. Mô hình thí nghiệm MBR là sự kết hợp giữa hai quá trình

phân hủy sinh học chất hữu cơ và kỹ thuật tách sinh khối vi sinh bằng màng.

Nghiên cứu bố trí thí nghiệm, đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dân cư trong thời

gian 121 ngày với tải lượng chất hữu cơ dao động từ 1,7 đến 6,8 kgCOD/m3/ngày.

Nhờ nồng độ sinh khối cao, MBR gia tăng hiệu quả xử lý nước thải so với phương

pháp truyền thống. Hiệu quả xử lý trung bình TSS, BOD5, COD, TN, TP tương ứng

lần lượt 89,4; 94,6; 92,6; 64,6 và 79,2%. Nhìn chung, công nghệ màng lọc có thể áp

dụng để xử lý nguồn nước thải có tải lượng chất hữu cơ cao và là giải pháp hữu hiệu

bảo vệ môi trường bền vững.

Văn Hữu Tập cùng các cộng sự (2012) [13] tiến hành nghiên cứu: “Xử lý các

chất hữu cơ trong NRR bãi chôn lấp chất thải rắn bằng UV/O3”. Để quá trình oxy

20

hóa các chất hữu cơ bằng ozon và perozon có hiệu quả cần thực hiện ở điều kiện tối

ưu sau: pH 8 – 9; hàm lượng H2O2 (hệ Perozon) là 2.000mg/l; thời gian phản ứng

đối với hệ Ozon đơn là 100 phút và hệ Perozon là 80 phút. Ở điều kiện này, kết quả

thực nghiệm đã cho thấy hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC đạt được trung bình

tương ứng 84%, 43% và 30% (hệ Ozon) và 81%, 51% và 31% (hệ Perozon).

Hoàng Ngọc Minh [10] đã nghiên cứu: “Xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải

rắn Nam Sơn – Sóc Sơn bằng quá trình Ozon và Perozon”, nghiên cứu sử dụng nguồn

O3 với máy phát công suất 4,5 g O3/giờ, nồng độ H2O2 mà 1.000 - 3.000 mg/l. Với

nước rỉ rác có COD và độ màu đầu vào tương ứng là 455 mg/l và 397 mgPt-Co/l, sau

60 phút xử lý bằng Perozon, hiệu suất đạt tương ứng 41% và 58%. Theo nghiên cứu

của tác giả thì pH thích hợp cho quá trình ozon hóa nước rỉ rác khoảng 8 - 9,5.

Trương Quý Tùng và cộng sự (2009) [11] đã có bài nghiên cứu: “Xử lý nước

rỉ rác phát sinh từ BCL Thủy Tiên - Thừa Thiên Huế bằng tác nhân UV/Fenton”.

Nước rỉ rác có tỷ lệ BOD5/COD = 0,16 ± 0,2. Tác giả đã xử lý nước rỉ rác này bằng

tác nhân Fenton với sự hỗ trợ của đèn UV (200 – 275 nm, 40W) được bố trí ngập

vào trong thiết bị phản ứng để sử dụng tối đa năng lượng của đèn. Kết quả cho thấy,

quá trình này có thể loại bỏ được 71% COD và 90% độ màu nước rỉ rác ở pH ~ 3,

nồng độ H2O2 là 125 mg/l, nồng độ Fe2+ là 50 mg/l, sau thời gian phản ứng là 2 giờ.

Ngoài ra, khả năng phân huỷ sinh học của nước rỉ rác sau xử lý đã tăng đáng kể, tỉ

lê BOD5/COD tăng từ 0,15 lên 0,46.

Hoàng Thị Thu Hiền (2012) [3] đã: “Nghiên cứu sử dụng UV/Ozon để xử

nước rỉ rác”. Kết quả thí nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm xử lý nước rác từ

bãi chôn lấp Nam Sơn. Từ kết quả thực nghiệm xử lý nước rỉ rác sau keo tụ, tác giả

đã xác định được điều kiện tối ưu đạt được tại pH = 7,5 và thời gian phản ứng là

100 phút; hiệu suất xử lý COD và độ màu nước rỉ rác đạt tương ứng là 26% và 64%

với hệ Ozon đơn và 35%, 82% với hệ UV/O3.

Dư Thị Huyền Thanh (2012) [1] đã: “Nghiên cứu kết hơp Perozon và UV để

xử lý nước rỉ rác”. Từ kết quả xử lý nước rỉ rác sau giai đoạn keo tụ, tác giả đã xác

định được các điều kiện tốt nhất cho quá trình xử lý cho cả hệ O3/H2O2 và

21

O3/H2O2/UV là: pH = 7,5; tỉ lệ mol H2O2/O3 = 0,7; thời gian phản ứng là 80 phút.

Với điều kiện tốt nhất 39 trên thì hiệu suất xử lý độ màu và COD đạt được tương

ứng là 40% và 75% (hệ O3/H2O2); 90% và 64% (hệ O3/H2O2/UV).

1.3. Tổng quan về phương pháp lọc sinh học

1.3.1. Phân loại phương pháp lọc sinh học

Dựa vào nguyên tắc hoạt động, phương pháp lọc sinh học được chia thành 3

loại là phương pháp sinh học sinh trưởng bám dính ngập nước, phương pháp sinh

học sinh trưởng bám dính không ngập nước (lọc sinh học nhỏ giọt) và đĩa quay sinh

học RBC.

1.3.1.1. Đĩa quay sinh học RBC (Rotating Biological Contactor)

RBC là một đĩa quay sinh học bao gồm một số đĩa lớn (disk) bằng nhựa PVC

hoặc PS, hình tròn được gắn cạnh nhau lắp trên cùng một trục (hub), các đĩa được

phân ra nhờ các vách ngăn (partition). Các đĩa được quay nhờ có sự chuyển động

bằng xích bánh lái (chain driving gear) và bánh xích (sprocket). Hệ được giữ cố

định nhờ ổ đỡ trục (pillow). Sự kết hợp hài hòa giữa ổ đỡ trục và sự chuyển động

của bằng xích và bánh xích giúp các đĩa này quay đồng tâm quanh trục truyền động

(shaft) với tốc độ ổn định.

Đây là thiết bị xử lý nước thải bằng kỹ thuật màng sinh học dựa trên sự dinh

trưởng gắn kết của vi sinh vật trên bề mặt của vật liệu đĩa. Vật liệu thường gặp ở

dạng đĩa, diện tích bề mặt khoảng 6 - 7,62 m2/m3, còn ở dạng lưới thì diện tích bề

trục

ổ đỡ trục

Trục chuyển động

đĩa

mặt từ 9,1-10,6 m2/m3 [11].

bánh xích bánh xích bánh xích

vách ngăn

bánh lái

Hình 1.4. Đĩa quay sinh học RBC

22

Khi khối đĩa quay lên, các vi sinh vật lấy oxy để oxy hoá các chất hữu cơ và

giải phóng CO2. Tốc độ quay chỉ với vài vòng/ phút điều này cũng giúp điều chỉnh độ

dày màng có chứa vi sinh là từ 1 - 2mm. Khi khối đĩa quay xuống, vi sinh vật nhận

chất nền (chất dinh dưỡng) có trong nước. Trong quá trình luân chuyển, khoảng 40%

diện tích bề mặt môi trường được tiếp xúc với nước thải. Việc quay vòng liên tục

khiến vi sinh vật hiếu khí có điều kiện tốt để tiếp xúc với oxy, tạo môi trường thuận

lợi cho các sinh vật nhân lên và tạo thành một lớp sinh khối mỏng. Sự gia tăng nhanh

chóng của các vi sinh vật giúp khả năng tiêu thụ các chất trong chất thải tốt hơn, vì

đây là nguồn thức ăn dinh dưỡng mà chúng cần, điều đó sẽ khiến các chất hữu cơ

trong nước rỉ rác được giảm đi đáng kể. Khi lượng sinh khối tăng lên quá nhiều,

nhanh vượt quá mức khả năng chịu đựng của giá đỡ thì được di chuyển xuống bể

lắng của hệ thống RBC. Quá trình tiếp diễn như vậy cho đến khi hệ vi sinh vật sinh

trưởng và phát triển sử dụng hết các chất hữu cơ có trong nước thải [20].

1.3.1.2. Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (lọc nhỏ giọt)

Vật liệu lọc: đá cuội, đá dăm, sỏi đá… Nước thải được phân phối trên bề mặt

vật liệu lọc nhờ một hệ thống giàn quay phun nước (rotating influent distributer) tia

thành nhỏ giọt. Khi làm việc, vật liệu màng sinh học khi bị ngấm nước khiến chúng

nặng hơn, nên thông thường giá đỡ thường lấy giá trị an toàn là 500 kg/m3, khoảng

cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường là 0,6 – 0,8 m.

Sàn đỡ và thu nước giúp thu gom các mảnh vỡ của màng sinh học bị bong

đồng thời phân bố khí (influent air) vào bể lọc để duy trì môi trường hiếu khí trong

các khe rỗng. Nước sau quá trình lọc được tiếp tục cho đi quay li tâm (clarifier) để

tách bùn cặn (sludge) và nước (treatment water), nước này lại tiếp tục quay trở lại

quá trình lọc nhờ bơm (pump) hút lên hệ thống giàn quay phun nước tia. Quá trình

nay được thực hiện đến khi nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn.

23

mái vòm

giàn quay phun nước

không khí

phân bố khí

lọc đầu ra

nước đã xử lý

quay li tâm

tái chế nước

bùn

bơm

Hình 1.5. Cấu tạo của bể lọc nhỏ giọt

Nước được chảy từ trên xuống qua toàn vật liệu lọc. Khi nước truyền đến lớp

vật liệu thì sẽ được chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe

hở của vật liệu, tiếp xúc với màng sinh học trên bề mặt vật liệu. Khi nước thải tiếp

xúc với lớp màng vi sinh trên bề mặt giá thể cũng là lúc chất hữu cơ được tiêu thụ.

Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và H2O, phân hủy kị khí sinh ra CH4

và CO2 làm bong màng ra khỏi giá thể, trên giá thể tiếp tục hình thành lớp màng mới.

1.3.1.3. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước

Cấu tạo tương tự như lọc sinh học với lớp vật liệu không ngập trong nước,

tuy nhiên vật liệu lọc được đặt ngập chìm trong nước.

1.3.2. Phương pháp lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước

1.3.2.1. Cấu tạo

Bao gồm vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước, sàn đỡ và thu nước.

Hình dáng: Hệ lọc sinh học có cấu tạo là một hình hộp chữ nhật, ở trong có

phân bố 3 ngăn chính: ngăn thiếu khí, ngăn hiếu khí và ngăn lắng. Các ngăn này

không tách rời nhau mà được kết nối với nhau nhờ khe hở dưới đáy của các ngăn.

24

Vật liệu lọc: giá thể vi sinh bám dính dạng tấm, vật liệu chế tạo bằng nhựa

PPE với diện tích bề mặt là 200 m2/m3, diện tích bề mặt tiếp xúc trên một đơn vị thể

tích lớn, độ bám dính vi sinh cao.

Hình 1.6. Giá thể vi sinh

Giá thể giúp vi sinh bám vào bề mặt của giá thể tạo thành lớp màng. Vi sinh

vật bắt đầu phát triển trên lớp màng và bắt đầu quá trình phân hủy sinh học. Khi vi

sinh đã phát triển, lớp màng đã dày lên, hiệu suất phân hủy sinh học đạt giá trị cao

nhất. Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự

suy giảm sinh khối, lớp màng sẽ bị mỏng dần đi nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ

chất và sinh khối. Sau khi phát triển đến độ dày nhất định, lớp màng không dày lên

nữa và trở nên ổn định, vi sinh vật bong ra khỏi bề mặt của giá thể. Sự trao đổi chất

diễn ra để phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và nước. Lượng cơ chất phải đủ cho quá

trình trao đổi chất, nếu không vi sinh sẽ thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội

bào để cân bằng với cơ chất và sinh khối, tức là nếu thiếu lượng thức ăn thì vi sinh

vật có thể sẽ bị chết.

Ngoài ra, hệ lọc sinh học còn có bộ phận sục khí (air stone), ống thu nước

đầu ra (outlet), ống thu bùn để xả cặn để rửa đáy bể lọc sinh học khi cần thiết.

25

mực nước thải

nước đầu vào

bộ phận sục khí

dòng tuần hoàn

nước đầu ra

Hình 1.7. Cấu tạo của bể lọc sinh học giá thể bám dính ngập nước

1.3.2.2. Nguyên tắc hoạt động

Nước thải sau khi đã được loại bỏ cặn lắng được dẫn vào bể, nước thải trong

bể được phân phối đều vào cả hai ngăn hiếu khí và thiếu khí nhờ ngăn trên cùng của

bể và khe hở dưới đáy bể.

Oxy được cung cấp nhờ máy thổi khí ở ngăn hiếu khí. Máy sục khí giúp

nước thải được trộn lẫn với bùn được dễ dàng hơn, tạo thành dòng nước tuần hoàn

trong bể từ ngăn hiếu khí sang ngăn thiếu khí, tạo thành dòng nước luân chuyển

trong bể, đồng thời cung cấp oxi cho vi sinh vật trong bể. Chính vì thế mà lượng vi

sinh vật có nhiều khả năng được tiếp xúc với nước thải hơn.

Lượng nước thải trong 3 ngăn thiếu khí, hiếu khí và ngăn lắng cân bằng với

nhau, khi lượng nước thải được thêm vào khiến ngăn hiếu khí và thiếu khí tăng lên

đồng thời nước ở ngăn lắng cũng nâng lên, lượng nước được dâng lên trong ngăn

lắng cũng chính là lượng nước đã qua xử lý ở trong bể. Phần nước trong ở trong

ngăn lắng sẽ được thoát ra ngoài nhờ van nhỏ được lắp bên cạnh ngăn lắng. Hỗn

hợp bùn được lắng dưới đáy ngăn sẽ được tuần hoàn trở lại khi hệ thống tiến hành

quá trình sục. Đây cũng là một ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh

học dùng chính khối bùn hoạt tính.

Bể lọc sinh học với giá thể dạng vật liệu ngập nước ngoài việc đóng vai trò là

giá thể hỗ trợ cho việc tăng trưởng sinh khối. Giá thể vi sinh có thể oxi hóa được tất

26

cả các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải, các thành phần sinh học có trong

nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm dần và quá trình lọc sẽ hiệu quả tốt hơn.

Tuy nhiên khi lớp màng quá dày tức là lúc đó lớp sinh khối trên giá thể dư thừa cần

định kỳ rửa ngược để giảm sự tắc nghẽn khi nước thải đi qua khối vật liệu lọc. Hiệu

quả xử lý giảm nhưng dần được hồi phục.

1.3.2.3. Cơ chế diễn ra trong hệ lọc sinh học

Trong quá trình lọc, nước thải được cho vào hệ thống lọc, các chất ô nhiễm

trong nước thải sẽ được các vi sinh vật trên giá thể xử lý bằng cách sử dụng nước

thải như là nguồn dinh dưỡng thiết yếu. Các chất gây ô nhiễm trong nước sẽ bị hấp

phụ bởi màng sinh học, tại đây diễn ra quá trình phân hủy chất ô nhiễm nhờ vi sinh

vật ở môi trường hiếu khí và thiếu khí.

Hình 1.8. Màng sinh học phát triển trên giá bám

Màng sinh học có thể oxy hóa được tất cả các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy

có trong nước thải và các vi sinh vật sẽ phát triển dày trên giá thể làm cho vận tốc

nước chảy qua màng chậm hơn. Điều này cũng giúp cho giá thể có khả năng hấp

phụ, giữ lại các vi khuẩn cũng như tạp chất hóa học để oxy hóa và nước dần được

làm sạch.

27

Cơ chế hoạt động của màng sinh học được chia làm 2 giai đoạn chính:

• Quá trình tiêu thụ cơ chất làm sạch: nước thải trong hệ lọc tiếp xúc với giá

thể sau đó chuyển vào màng sinh học theo cơ chế khuếch tán phân tử. Trong màng

sinh học diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất và quá trình trao đổi chất của vi sinh vật

trong màng. Sản phẩm cuối cùng được đi ra khỏi màng và hòa lẫn với nước ở trong

hệ lọc.

• Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh vật: khi các

vi sinh vật bám dính trên bề mặt giá thể cũng phải trải qua nhiều giai đoạn:

+ Khi màng vi sinh vật còn mỏng, chưa có khả năng bao phủ hết được giá

thể thì khi đó chúng đều có điều kiện sinh trưởng giống nhau.

+ Tốc độ màng dày hơn, tuy nhiên ở giai đoạn này dường như sự phát triển

của chúng ổn định hơn. Lượng cơ chất hấp thụ chỉ dùng để duy trì sự trao

đổi chất của vi sinh vật và không có sự gia tăng sinh khối.

+ Bề dày của lớp màng trở lên ổn định, tốc độ phát triển màng cân bằng với

tốc độ suy giảm phân hủy nội bào, lúc này chúng dễ bị bong tróc ra khỏi

giá thể và giá thể lại tiếp tục nhận một lượng vi sinh vật mới.

Hệ lọc sinh học này hoạt động với chế độ thiếu – hiếu khí cơ chế hoạt động

khá đa dạng.

Khi hệ bắt đầu sục khí cũng là lúc hệ bắt đầu quá trình phân hủy hiếu khí:

phân tử oxy (O2) luôn có mặt và đóng vai trò quyết định cách phân hủy. Khi có mặt

oxy thì đây là chất oxy hóa duy nhất được sử dụng. Do đó, các sản phẩm hóa học

cuối cùng của quá trình phân hủy sẽ là cacbon đioxit, nước và tế bào mới. Các sản

phẩm cuối cùng là khí có mùi sẽ có ở mức độ thấp nhất. Quá trình phân hủy hiếu

khí oxy hóa được nhiều loại chất hữu cơ hơn bất kỳ quá trình phân hủy nào khác.

Điều này, kết hợp với các sản phẩm cuối cùng bị oxy hóa xuống mức năng lượng

rất thấp, làm cho các sản phẩm cuối cùng trong phân hủy hiếu khí ổn định hơn (có

nghĩa là chúng có thể được xả ra môi trường mà không gây ra vấn đề nghiêm trọng

và không tạo điều kiện phát sinh mùi khó chịu).

28

-) như một phương pháp phân hủy trong điều kiện

Ở ngăn thiếu khí của hệ diễn ra quá trình phân hủy thiếu khí: Một số vi sinh

vật có thể sử dụng nitrat (NO3

thiếu oxy phân tử. Quá trình oxy hóa trong trường hợp này được gọi là quá trình

khử nitrat. Sản phẩm cuối cùng của quá trình khử nitrat là khí nitơ, cacbon đioxit,

nước và tế bào mới. Năng lượng tạo ra trong quá trình khử nitrat cũng giống như

năng lượng tạo ra trong quá trình phân hủy hiếu khí. Kết quả là tốc độ tạo ra các tế

bào mới.

1.3.2.4. Ưu và nhược điểm của phương pháp lọc sinh học sinh trưởng bám

dính ngập nước

a) Ưu điểm

-.

- Có ngăn hiếu và thiếu khí trong cùng một hệ lọc nên cùng một lúc có thể

+ thành NO3

khử COD và chuyển NH4

- Lớp vật liệu giảm được tối đa lượng chất rắn lơ lửng.

- Chiếm ít diện tích không gian, tiết kiệm diện tích xây dựng, dễ tiến hành

thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

- Đưa vào hoạt động nhanh.

- Lượng bùn dư của hệ vi sinh bám dính ít hơn nhiều so với hệ bùn hoạt tính

lơ lửng, do đó chi phí để xử lý bùn cũng ít hơn. Các công trình xử lý dùng hệ vi sinh

bám dính cũng gọn nhẹ và dễ hợp khối, mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi, đặc

biệt là đối với các công trình xử lý vừa và nhỏ trong dân dụng và công nghiệp.

b) Nhược điểm

- Tiêu tốn năng lượng do việc vận hành việc thông khí nhân tạo.

- Bể vận hành tốt là nhờ vi sinh vật hoạt động tốt nên cần chú ý về điều kiện

pH, chất dinh dưỡng… cho vi sinh vật trong bể.

1.3.3. Ứng dụng của lọc sinh học trong xử lý môi trường

Afzal cùng nhóm cộng sự [18] đã kết hợp phương pháp keo tụ và lọc sinh học

để xử lý nước thải từ một nhà máy giấy và bia. Hệ thống kết hợp bể phản ứng sinh

học theo mẻ (FBR) với bể keo tụ và lọc cát (SF) có thể làm cho COD giảm 93% và

29

BOD giảm 96,5%. Hệ thống xử lý kết hợp bể phản ứng sinh học liên tục (SBR) với

bể keo tụ và lọc cát cũng làm BOD giảm 92% và COD giảm 90%. Kết quả cũng cho

thấy nước thải chưa qua xử lý có chứa chất độc hại, trong khi đó nước thải được xử lý

theo một trong hai quá trình trên khi tiếp xúc với những con cá trong 72h không gây

độc tính cho cá. Do đó nước thải được xử lý bằng hệ thống lọc FBR - keo tụ -lọc cát

đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng Môi trường Quốc gia (NEQS) của Pakistan và nước

sau xử lý có thể được thải ra môi trường mà không gây ô nhiễm.

Jing và cộng sự [25] đã nghiên cứu một hệ thống kết hợp lọc sinh học 2 tầng

và đầm nhân tạo. Hệ thống lọc sinh học bao gồm các hạt gốm giàu carbon, xen kẽ

quá trình nitrat hóa và khử nitơ có thể loại bỏ tổng nitơ (TN) khá hiệu quả. Các đầm

+ và

nhân tạo được thiết kế ở chế độ dòng chảy thấp hơn bề mặt 0,15m, chứa đầy các hạt

gốm giàu canxi để cải thiện mạnh khả năng loại bỏ phốt pho. COD, TN, N-NH4

TP (tổng phốt pho) trong nước thải cuối cùng tương ứng là 30, 15, 5 và 0,5 mg/L.

Tỷ lệ loại bỏ phốt pho trung bình trong các đầm nhân tạo đạt 158,9 g/m2 năm. Sau

một năm hoạt động, hàm lượng canxi trên bề mặt của các hạt trong đầm nhân tạo

giảm rõ ràng, trong khi hàm lượng photpho tăng lên rất nhiều.

Yang và cộng sự [22] đã nghiên cứu ảnh hưởng của loại giá thể gốm mới kết

hợp lọc sinh học kỵ khí - hiếu khí để xử lý nước thải chứa tetracycline ở nhiệt độ

thấp. Hai loại giá thể gốm mới được tổng hợp từ bùn, xỉ than đá và rơm. Do cấu

trúc xốp và bề mặt gồ ghề của giá thể đã rút ngắn thời gian khởi động của bể lọc

sinh học kỵ khí (UAF) và bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy ngược (UBAF) xuống

còn 42 ngày và 10 ngày, đồng thời so sánh với các bể phản ứng truyền thống, các hệ

thống này có ưu điểm là hiệu quả làm việc cao, tải trọng hữu cơ lớn, hiệu suất loại

+và Tetracyline trong nước thải là 4000, 200 và 45 mg/L, thì chúng có thể

bỏ Tetracyline cao ở ngay nhiệt độ thấp, 16°C. Khi hàm lượng ban đầu của COD, N

– NH4

được xử lý đến 97, 99 và 89%.

Thành phần hữu cơ của nước rỉ rác, đặc biệt là nước rỉ rác lâu năm như bãi

rác Nam Sơn thường chứa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học như các axit

humic và fulvic. Đặc điểm này khiến quá trình xử lý sinh học giảm COD bị hạn chế.

30

Do đó nước rỉ rác sau khi được tiến hành keo tụ điện hóa đã chuyển hóa các chất

hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học. Điều này đã giúp cho

quá trình xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học đạt hiệu quả cao hơn.

Phương pháp lọc sinh học không phải là phương pháp mới trong quá trình xử lý

nước rỉ rác nhưng là một phương pháp thứ cấp mới sau quá trình tiền xử lý keo tụ

điện hóa, góp phần bảo vệ môi trường, đồng thời chi phí của chúng không quá cao.

31

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

2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu

- Nước rỉ rác tại BCL Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội.

- Trong quá trình nghiên cứu, nước rỉ rác Nam Sơn được lấy đem về phòng

thí nghiệm bảo quản ở tủ lạnh nhiệt độ 4oC để nghiên cứu xử lý bằng lọc sinh học

(phương pháp tiền xử lý) sau khi qua quá trình tiền xử lý keo tụ - điện hóa.

2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu xử lý TSS và độ màu trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc

sinh học.

- Nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý của phương

pháp.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Thu thập các thông tin và tài liệu liên quan đến xử lý TSS và độ màu của

NRR tại Việt Nam và các nước trên thế giới.

- Tìm kiếm các thông tin liên quan đến các phương pháp lọc sinh học.

- Các tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia về phương pháp phân tích, điều kiện

xả thải ra môi trường.

- Tham khảo và kế thừa một số kết quả của các bài nghiên cứu trong và

ngoài nước về nước rỉ rác.

2.2.2. Phương pháp phân tích

- Phân tích một số chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước: TSS, độ màu.

2.2.2.1. Phương pháp phân tích TSS

- Áp dụng phương pháp phân tích TSS theo TCVN 6625:2000 (ISO

11923:1997).

- Nguyên lý của phương pháp: Mẫu sau khi đã khuấy trộn đều được lọc qua

32

giấy lọc sợi thủy tinh (đã xác định trọng lượng ban đầu), sau đó làm khô giấy lọc có

cặn đến trọng lượng không đổi ở nhiệt độ 103 ÷ 1050C. Độ tăng trọng lượng giấy

lọc sau khi sấy chính là hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng có trong mẫu.

2.2.2.2. Phương pháp phân độ màu

- Áp dụng phương pháp phân tích độ màu theo TCVN 6185:2015 (ISO

7887:2011) về chất lượng nước – Kiểm tra và xác định độ màu.

- Nguyên lý của phương pháp: Xác định độ màu của mẫu bằng phương

pháp đo độ hấp thụ ánh sáng bức xạ của mẫu tại một bước sóng nhất định bởi các

màu khác nhau có độ hấp thụ cực đại tại các bước sóng khác nhau của bức xạ tới.

Theo tiêu chuẩn này, màu của nước được xác định bằng máy đo quang hoặc máy đo

phổ tại bước sóng gắn với độ hấp thụ cực đại.

2.2.3. Phương pháp thực nghiệm

Hệ lọc sinh học

Thiết bị thí nghiệm

Bể lọc sinh học: Bao gồm 3 ngăn: (1) - ngăn thiếu khí, (2) - ngăn hiếu khí và

(3) - ngăn lắng. Ngoài ra còn có các bộ phận: (4) – van xả, (5) - bơm sục khí, (6) –

giá thể bám dính.

Hình 2.1. Mô hình hệ thống thí nghiệm bể lọc sinh học

33

Các thông số kích thước bể được cho dưới bảng 2.1.

Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của thiết bị lọc

Các thông số kỹ thuật Ngăn hiếu khí Ngăn thiếu khí Ngăn lắng của hệ lọc

Chiều rộng (cm) 15 15 15

Chiều dài (cm) 15 13 5

Chiều cao bể (cm) 72 72 72

Thể tích ngăn (lít) 16 14 5,5

Chiều cao lớp đệm (cm) 30 30 30

-. Tại ngăn (2), xảy ra quá trình khử nitrat, ngăn này có chức năng

Tại ngăn (1), xảy ra quá trình nitrat hóa, ngăn này có chức năng chuyển hóa

+ thành NO3

NH4

- thành khí N2 bay ra ngoài ở cuối giai đoạn và ngăn (3) ngăn lắng.

Đầu vào

Ngăn hiếu khí

Ngăn lắng

Vòi tháo nước dâng

Ngăn thiếu khí

Bơm thổi

chuyển hóa NO3

Hình 2.2. Hệ thí nghiệm lọc sinh học trong quá trình thí nghiệm

Nước thải được bơm vào bể hiếu khí (AO tank). Một hệ thống cung cấp khí

oxy liên tục vào bể hiếu khí nhằm mục đích tăng lượng oxy cho nước thải và tạo ra

một vòng tuần hoàn tới bể thiếu khí đồng thời kéo và lưu thông bùn ở bể lắng. Nước

34

thải sau khi đi qua bể lắng được chảy ra ngoài vào các bể chứa. Bùn ở ngăn lắng

vào thời gian sục khí được đẩy tự động quay lại các ngăn hiếu khí. Các giá trị pH,

DO được hiển thị trong bảng điều khiển và lưu trữ trong máy tính.

Giá thể bám dính: được làm từ vật liệu là nhựa PE có diện tích bề mặt tiếp

xúc 220 m2/m3, có 8 lớp giá thể đặt song song đứng hình sóng.

Hình 2.3. Nhựa PE sử dụng làm giá thể bám dính

Vi sinh vật: Vi sinh vật được lấy từ hệ bùn hoạt tính có sẵn tại Viện Công

nghệ Môi trường.

Quy trình vận hành

Hệ lọc sinh học, nước rỉ rác được cho vào theo từng mẻ với chu trình 1

lần/ngày:

Khởi động hệ thống lọc sinh học trong 15 ngày nhằm cố định vi sinh vật vào

lớp giá thể bám được thực hiện như sau: nguồn VSV gốc được lấy từ thùng nuôi.

Nước rỉ rác qua bước tiền xử lý được để lắng lấy phần nước trong. Sau lắng

gạn lấy phần nước rỉ không cặn được đo pH, nếu pH quá kiềm hoặc axit sẽ được

điều chỉnh bằng hai dung dịch H2SO4 và NaOH. Cho trực tiếp nước rỉ vào hệ từ

phía trên miệng bể theo từng mẻ. Bật máy điều khiển cho máy sục đều mẫu khắp

hệ. Nước được cho vào sẽ làm cho mực nước trong hệ tại 3 ngăn dâng đều bằng

nhau. Khi đó sẽ mở van tháo nước để tháo nước ra bằng mực nước cho cố định

trong hệ.

Khí được cung cấp từ phía dưới đáy hệ bằng bơm thổi khí qua ống dẫn đến

đầu thổi. Khi hệ bắt đầu sục, dùng máy đo lượng oxy hòa tan trong nước (DO) ở

giai đoạn hiếu khí (ngăn hiếu khí) với giá trị DO trong khoảng 6 - 7 mg/L (trong lúc

đang sục).

35

Cài đặt chế độ sục/ngưng sục cho hệ theo mong muốn bằng hệ cài tự động.

Hệ có công tắc và cột điều chỉnh số phút sục/dừng.

Theo dõi quá trình sục về: màu sắc nước trong hệ, lượng vi sinh vật bám

dính… và tiến hành lấy mẫu bằng van lấy mẫu trên thiết bị lọc sinh học hàng ngày

để phân tích các chỉ số TSS, độ màu Mẫu sẽ được phân tích ngay sau khi lấy mẫu

và ghi lại kết quả số liệu phân tích được.

Thông số nước rỉ rác Nam Sơn dùng cho nghiên cứu này thể hiện ở bảng 6.

Bảng 2.2. Thông số nước rỉ rác Nam Sơn dùng cho nghiên cứu

STT Thông số Hàm lượng

1 COD (mg/L) 6247 ± 295

+ (mg/L)

2 1270 ± 38 NH4

- (mg/L)

3 2.1 NO3

4 pH 8 ± 0.1

5 TDS (ppm) 5100

2.3. Nội dung nghiên cứu

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình lọc sinh học ngập nước

Ảnh hưởng của chế độ sục/ngưng sục khí đến hiệu suất xử lý

Chế độ sục khí là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý TSS và

độ màu của hệ lọc. Để đánh giá ảnh hưởng của chế độ sục tới hiệu suất xử lý của hệ

lọc sinh học, tiến hành thí nghiệm với 3 chế độ sục ứng với các thời gian khác nhau

theo tỉ lệ thời gian sục/thời gian ngưnglà: 60/60 phút; 45/75 phút và 30/90 phút với

lưu lượng nước thải đầu vào mỗi ngày cho vào cố định là 3 lít/ngày, pH nước thải

đầu vào từ 8,0 - 8,9, nhiệt độ phòng (25 - 32oC). Mỗi ngày lấy mẫu đầu ra 1 lần vào

một thời điểm cố định đem phân tích TSS, độ màu.

➢ Quy trình vận hành

- Sau thời gian khởi động hệ thống lọc để cố định vi sinh vật vào lớp giá thể

bám (khoảng 15 ngày) ta tiến hành thực nghiệm nghiên cứu. Trong toàn bộ quá

trình nghiên cứu, tiến hành cho nước rỉ rác vào hệ lọc sinh học theo từng mẻ với thể

36

tích 3 lít/1 lần/ngày và cài đặt chế độ sục/ngưng sục cho hệ theo mong muốn bằng

hệ cài tự động.

Chú ý: Nước rỉ rác qua bước tiền xử lý được để lắng lấy phần nước trong.

Sau lắng phần nước rỉ rác không cặn được đo pH, nếu pH quá kiềm hoặc axit sẽ

được điều chỉnh bằng dung dịch H2SO4 và NaOH. Cuối cùng tiến hành đổ trực tiếp

nước rỉ vào hệ từ phía trên miệng bể theo từng mẻ.

- Nước rỉ rác sau khi được cho vào sẽ làm cho mực nước trong hệ tại 3 ngăn

dâng đều bằng nhau. Khi đó sẽ mở van tháo nước để tháo nước ra bằng mực nước

mực nước cho cố định trong hệ (72cm).

- Theo dõi quá trình sục về: màu sắc nước trong hệ, lượng vi sinh vật bám

dính... và tiến hành lấy mẫu bằng van lấy mẫu trên thiết bị lọc hằng ngày với các

chế độ sục/ngưng khác nhau để tiến hành phân tích các chỉ số TSS và độ màu. Mẫu

sẽ được phân tích ngay sau khi lấy mẫu và ghi lại kết quả số liệu phân tích được.

➢ Phương pháp phân tích TSS

Hóa chất, dụng cụ:

- Giấy lọc

- Cân phân tích sai số 0,1mg

- Bình định mức 25 ml

- Bình tam giác

- Giấy lau, bút dạ

- Bình tia nước cất

- Tủ sấy

- Bình hút ẩm

Các bước tiến hành:

Bước 1: Chuẩn bị giấy lọc, đem sấy ở t= 1050C trong vòng 2h. Sau khi sấy

xong làm nguội giấy lọc đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm (khoảng 1 giờ), tiến

hành cân và ghi lại kết quả.

Bước 2: Tiến hành lấy mẫu, mẫu được lấy gồm có mẫu sau keo tụ - điện hóa

và mẫu nước đã được xử lý bởi hệ lọc sinh học ngập nước sau 24h.

37

Bước 3: Dùng bình định mức 25ml để lấy 25ml mỗi mẫu, sau đó tiến hành

lọc 25ml mẫu đã lấy bằng giấy lọc đã được cân xác định khối lượng.

Bước 4: Sau khi đã lọc xong 25ml mỗi mẫu, tiến hành lấy giấy lọc vào cốc

thủy tinh chịu nhiệt rồi đem sấy ở t = 105oC trong thời gian 2 giờ.

Lưu ý: Sau mỗi quá trình lọc dùng nước cất tráng rửa giấy lọc để đảm bảo

không còn mẫu trên giấy tránh sự sai sót trong kết quả.

Bước 5: Giấy lọc sau khi sấy xong sẽ làm nguội đến nhiệt độ phòng trong

bình hút ẩm rồi tiếp tục đem cân và ghi lại kết quả. Sau đó tính toán sự chênh lệch

khối lượng của giấy lọc trước và sau khi lọc mẫu để tìm ra hàm lượng chất rắn lơ

lửng có trong mỗi mẫu.

➢ Phương pháp xử lý độ màu

Hóa chất, dụng cụ:

- Dung dịch chuẩn gốc 50mg Pt-Co/l

- Giấy lọc

- Bình tam giác

- Bình định mức: 25ml, 50 ml

- Pipet: 1ml, 5ml, 10ml…

- Giấy lau, bút dạ

- Bình tia nước cất

- Máy đo quang UV-VIS PD – 303S, APEL – JAPAN

- Máy đo pH (HANNA HI 991001) của Đức

Các bước tiến hành:

Bước 1: Lập đường chuẩn

- Pha dãy chuẩn trong bình định mức 10ml

Áp dụng công thức:

Trong đó: C1: Nồng độ dung dịch chuẩn gốc ban đầu (50 mg Pt- Co/l)

V1: Thể tích dung dịch chuẩn 50 mg Pt- Co/l cần pha loãng (ml)

38

C2: Nồng độ làm việc

V2: Thể tích dung dịch chuẩn làm việc (ml)

Ta tính được 1 dãy các dung dịch có nồng độ đã xác định từ 0- 50mg Pt- Co/l.

- Đem dãy chuẩn vừa pha được đo phổ lần lượt tại các bước sóng λ1= 436 nm;

λ2= 525 nm; λ3= 620 nm. Nhận thấy tại bước sóng λ1= 436 nm thì độ hấp thụ của

dung dịch là cực đại. Vì vậy ta lập được đường chuẩn xác định độ màu như dưới đây:

Phương trình đường chuẩn xác định độ màu

60

50

40

30

y = 2085.6x + 0.2139 R² = 0.9994

M C

Series1

Linear (Series1)

20

10

0 0.000

0.005

0.010

0.020

0.025

0.030

0.015 Abs

Hình 2.4. Phương trình đường chuẩn xác định hàm lượng màu

Bước 2: Tiến hành lấy mẫu phân tích, các mẫu được lấy gồm có mẫu sau keo

tụ- điện hóa và mẫu nước đã được xử lý bởi hệ lọc sinh học ngập nước sau 24h.

Bước 3: Tiến hành lọc mẫu bằng giấy lọc để loại bỏ những chất không hòa

tan gây nhiễm.

Lưu ý: Sau khi lọc nếu mẫu có màu đậm tiến hành pha loãng mẫu bằng nước

tinh khiết ở một thể tích xác định. Hệ số pha loãng cần được ghi lại và tính đến khi

tính toán kết quả.

Bước 4: Đo pH và nhiệt độ của mỗi mẫu bằng máy đo bởi độ màu thường phụ

thuộc vào nhiệt độ và pH. Sau đó đem mẫu đi đo quang ở bước sóng λ1= 436 nm.

Lưu ý: Nếu tiến hành pha loãng mẫu thì cần phải đo pH trước và sau khi pha

loãng.

39

Bước 5: Tính toán kết quả dựa vào phương trình tuyến tính:

Y= a.x + b = 2085,6.x + 0,2139

R2 = 0,9994

40

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Thông số chỉ tiêu ban đầu của nước rỉ rác

Khảo sát các chỉ tiêu ban đầu của nước thải như: TSS, pH, độ màu…

Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu đầu vào của mẫu nước rỉ rác ở BCL Nam Sơn

thể hiện ở bảng 3.1.

Bảng 3.1. Các thông số đầu vào của nước rỉ rác

Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả đo TCVN 25 - 2009

pH 8-8,9 7,9

Độ màu Pt - Co 2308-2318 -

TSS mg/L 1667- 1667,82 80

Nhận xét: các thông số ở trên thì tất cả các chỉ tiêu của nước thải đầu vào đặc

biệt là TSS và độ màu cao hơn nhiều lần so với quy định nồng độ tối đa cho phép

của các thông số ô nhiễm trong nước thải bãi chôn lấp chất thải rắn khi xả vào

nguồn tiếp nhận.

Khi làm thí nghiệm nghiên cứu về TSS và độ màu thì nhận thấy chế độ sục là

thông số ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý TSS và độ màu bằng lọc sinh học giá thể

bám dính ngập nước.

Tại các thời điểm lấy mẫu phân tích ở các chế độ sục khác nhau cùng với lưu

lượng nước vào là 3 lít/ ngày, pH= 8-8,9 tại cùng nhiệt độ, điều kiện điện hóa V=

1,8l, I=3A, thời gian điện hóa là 60 phút thì hơn 2 tháng phân tích với 3 chế độ sục

khí khác nhau thì ta thu được các kết quả sau:

3.2. Kết quả chuẩn bị hệ lọc

Sau 15 ngày chạy khởi động hệ lọc để cố định vi sinh vào lớp giá thể bám và

trong suốt quá trình thực nghiệm ta nhận thấy:

Màu nước trong hệ chuyển dần sang màu vàng. Lý do nước chuyển màu vàng

là do trong bước tiền xử lý, các ion Fe2+ và Fe3+ phát sinh dẫn đến trong nước rỉ rác

đem tiến hành xử lý bằng hệ lọc mỗi ngày sẽ chứa Fe2+, chúng tích tụ dần trong hệ

khiến nước trở nên vàng.

41

Lớp vi sinh trên giá thể ngày càng dày và có màu vàng nâu.

Lượng oxy hòa tan trong nước đo được ở các thời điểm lần lượt là: bắt đầu

sục khí DO trong khoảng 3 – 4,5 mg/l, bắt đầu ngưng sục khí DO khoảng 0,8 – 1,2

mg/l và giai đoạn lắng DO khoảng 0,02 – 0,08 mg/l.

3.3. Kết quả ảnh hưởng chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý TSS

Kết quả xác định hàm lượng TSS của các mẫu và hiệu suất của phương pháp xử

lý trong 60 ngày thực nghiệm với 3 chế độ sục: 30 phút sục/90 phút ngưng; 45 phút

sục/75 phút ngưng; 60 phút sục/60 phút ngưng được trình bày ở các bảng 3.2; 3.3; 3.4.

Hàm lượng TSS của mẫu sau keo tụ- điện hóa trong suốt quá trình thực nghiệm

nhìn chung thay đổi không đáng kể nhưng hàm lượng TSS của mẫu đầu ra và hiệu suất

xử lý của hệ lọc sinh học thực nghiệm ở mỗi chế độ sục có sự chênh đáng kể.

Hình 3.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý TSS của NRR

Qua biểu đồ (Hình 3.1) ta thấy hàm lượng TSS của mẫu đầu ra có sự tăng dần từ

chế độ sục 1 đến chế độ sục 3 cùng với đó là sự giảm dần của hiệu quả xử lý TSS

của hệ lọc sinh học thực nghiệm. Cụ thể:

42

Ở chế độ thứ nhất, tại chế độ sục/ngưng: 30/90 phút hiệu suất xử lý TSS đạt

từ 39,33% đến 42,29%. Tại chế độ sục/ngưng: 45/75 phút, hiệu suất xử lý TSS đạt

từ 31,98% đến 34,7%. Còn tại chế độ sục/ngưng: 60/60 phút thì hiệu suất xử lý đạt

từ 20,2% đến 53,3%.

Vậy nếu xét trong 3 chế độ đã thực nghiệm thì hiệu suất xử lý TSS của NRR

tại chế độ 1 (30 phút sục/90 phút ngưng) là hiệu quả nhất. Nguyên nhân là do thời

gian sục khí của chế độ 1 ít hơn dẫn đến thời gian lắng của chất rắn tổng số có trong

hệ lọc sẽ nhiều hơn hay nói cách lượng chất rắn lơ lửng có trong hệ lọc sẽ ít đi hoặc

cũng có thể do hiệu quả xử lý hàm lượng TSS của vi sinh vật kỵ khí tốt hơn vi sinh

vật hiếu khí.

3.4. Kết quả ảnh hưởng của chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý độ màu

Kết quả xác định độ màu của các mẫu và hiệu suất của phương pháp xử lý

trong 45 ngày thực nghiệm với 3 chế độ sục: 30 phút sục/90 phút ngưng; 45 phút sục/

75 phút ngưng; 60 phút sục/ 60 phút ngưng được trình bày ở các bảng 3.5; 3.6; 3.7.

Để đánh giá sự thay đổi hiệu suất xử lý của nước rỉ rác trong từng chế độ sục

khí ta có biểu đồ thể hiện sau:

Hình 3.2. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu của NRR

43

Qua biểu đồ (Hình 3.2) cho thấy hiệu quả xử lý màu trong nước rỉ rác sau

bước tiền xử lý keo tụ - điện hóa dưới sự ảnh hưởng của các chế độ sục khí khác sau

là như sau:

Độ màu của mẫu sau keo tụ - điện hóa của NRR trong suốt quá trình thực

nghiệm ở cả 3 chế độ sục có sự dao động khác nhau qua từng ngày nhưng nhìn

chung sự thay đổi là không đáng kể. Tuy nhiên, có thể dễ dàng nhận thấy sự thay đổi

rõ rệt theo chiều hướng giảm dần của nồng độ màu tại mẫu đầu ra cũng như sự tăng

dần về hiệu suất xử lý màu của hệ lọc sinh học thực nghiệm từ chế độ sục 1 đến chế

độ sục 3. Cụ thể:

Ở chế độ thứ nhất, tại chế độ sục/ngưng: 30/90 phút hiệu suất độ màu đạt từ

16,2% đến 37%. Tại chế độ sục/ngưng: 45/75 phút, hiệu suất xử lý độ màu đạt từ

31,7% đến 43,3%. Còn tại chế độ sục/ngưng: 60/60 phút thì hiệu suất xử lý đạt từ

36,3% đến 53,3%.

Vậy nếu xét trong 3 chế độ đã thí nghiệm thì hiệu quả xử lý màu của NRR ở

chế độ 3 (60 phút sục/60 phút ngưng) sẽ là hiệu quả nhất. Nguyên nhân là do thời

gian sục khí của chế độ 3 nhiều hơn tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí trong bể

hoạt động mạnh, quá trình tiêu thụ các chất hữu cơ gây màu vì thế cũng nhanh hơn

nên hiệu suất xử lý trong cùng một thời gian lấy mẫu cũng tăng lên.

44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Trong suốt quãng thời gian nghiên cứu, thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý

TSS và độ màu trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học” kết quả thu được

như sau:

Ở pH= 8,0 – 8,9 và điều kiện thí nghiệm tại nhiệt độ phòng, với quá trình sục

khí/dừng sục luân phiên liên tục, hàm lượng oxy hòa tan trong quá trình thổi khí

trong khoảng 3 – 4,5 mg/l, chế độ sục là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu

suất xử lý TSS và độ màu của NRR.

Với sự thay đổi của chế độ sục, cụ thể là tăng thời gian sục khí, giảm thời

gian dừng sục của hệ thì hiệu quả xử lý TSS và độ màu có những thay đổi cụ thể là

hiệu suất xử lý độ màu thì tăng lên xong hiệu quả xử lý hàm lượng TSS lại giảm

dần đi. Chính vì vậy để đảm bảo có thể xử lý cả TSS và độ màu tốt nhất thì trong

các chế độ sục đã xét chế độ sục khí 45 phút sục/75 phút ngưng sẽ là tối ưu nhất.

2. Kiến nghị

Do hạn chế về thời gian nên bài khóa luận mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá

ảnh hưởng về chế độ sục để hiệu xuất xử lý TSS và độ màu trong nước rỉ rác sau keo

tụ điện hóa bằng phương pháp lọc sinh học. Trong thời gian tới nếu có thể sẽ tiến

hành nghiên cứu thêm về yếu tố tải lượng để tìm ra được những điểm tối ưu nhất,

hiệu quả nhất có thể áp dụng vào trong thực tế với quy mô công nghiệp với chi phí

phù hợp với khả năng xử lý của nước ta. Đầu tư công nghệ xử lý nước rỉ rác sẽ tốt

hơn so với việc khắc phục những hậu quả môi trường mà nước rỉ rác gây ra.

45

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT

[1] Dư Thị Huyền Thanh (2012), “ Nghiên cứ u quá trình xử lý nước rỉ rác bằng kỹ

thuật oxi hóa nâng cao kết hợp UV/H2O2/O3”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại

học Bách Khoa Hà Nội.

[2] Hoàng Ngọc Minh (2012), “ Nghiên cứu xử lý nước thải chứa hợp chất hữu cơ

khó phân hủy sinh học bằng các phương pháp xử lý nâng cao”, Luận án Tiến

sĩ, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội.

[3] Hoàng Thị Thu Hiền (2012), “ Nghiên cứ u xử lý nước rác bằng kỹ thuật ôxy hóa

nâng cao kết hợp ozon và UV”, Luân ̣ văn Thạc sĩ Môi trườ ng , Trường Đai ̣ học Bách Khoa Hà Nội.

[4] Nguyễn Hồng Khánh, Tạ Đăng Toàn, Lê Văn Cát, Phạm Tuấn Linh (2009),

“Môi trường bãi chôn lấp chất thải và kỹ thuật xử lý nước rác”, NXB Khoa

học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[5] Nguyễn Minh Kỳ, Trần Thị Tuyết Nhi và Nguyễn Hoàng Lâm( 2017), “ Nghiên

cứu xử lý nước thải thải khu dân cư bằng công nghệ màng lọc sinh học MBR

(MEMBRANE BIOREACTOR)”. Tạp trí khoa học trường Đại Học Cần Thơ,

tâp 52 phần A, 72-79.

[6] Ngô Thụy Diễm Trang, Hans Brix, “ Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của hệ

thống đất ngập nước kiến tạo nên cát vận hành với mức tải nạp thuỷ lực cao”

, Tạp chí khoa học 2012: 21b 161 – 171.

[7] Nguyễn Văn Lợi (2013), “ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hybrid (lọc sinh

học-Aerotank) trong xử lý nước thải thủy sản tại Đà Nẵng”, Luận văn Thạc sĩ

- ĐH Đà Nẵng.

[8] Phạm Khắc Liệu, Hoàng Thị Mỹ Hằng và Trịnh Thị Giao Chi (2012), “Phát

triển bể lọc sinh học hiếu khí có lớp đệm ngập nước với sợi len làm vật liệu

bám để xử lý nước rỉ rác”, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, TP Huế, 73(4), pp.

157 – 164.

46

[9] Tô Thị Hải Yến, Trịnh Văn Tuyên (2010), “Thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy

vệ sinh rác và nước rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trường hóa

học trong bãi chôn lấp”, Kỷ yếu Hội nghị môi trường toàn quốc (lần thứ III),

Hà Nội, 245-251.

[10] Trần Mạnh Trí (2007), Báo cáo kết quả thực hiện đề tài: “Áp dụng các quá

trình oxi hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở

nhà máy xử lý Gò Cát, thực hiện trên hệ pilot 15-20 m3/ngày”, Trung tâm

công nghệ Hóa học và Môi trường..

[11] Trịnh Ngọc Tuấn, “Nghiên cứu hiện trạng khai thác, nuôi trồng thuỷ sản ở

Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải”, Trung tâm nghiên cứu,

quan trắc, cảnh báo môi trường và phòng ngừa dịch bệnh thuỷ sản khu vực

miền bắc.

[12] Trương Quý Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền và Phạm Khắc

Liệu (2009), “ Xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân UV-FENTON trong thiết bị

gián đoạn”, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, Huế, 53, tr. 165 – 175.

[13] Văn Hữu Tập và cộng sự (2012), “Nghiên cứu tiền xử lý làm giảm COD và

màu nƣớc rỉ rác bãi chôn lấp rác bằng quá trình keo tụ”, Tạp chí Khoa

học và Công nghệ, 50 (2B), tr. 169 - 175.

[14] Văn Hữu Tập (2015), “ Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác chôn lấp bằng phương

pháp Ozon hóa”, Luận án Tiến sĩ Công nghệ Môi trường, Viện Hàn Lâm

Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, Hà Nội.

TÀI LIỆU TIẾNG ANH

[15] Abu Amr S.S., Aziz H.A., Bashir M.J.K. (2013), “Pretreatment of stabilized

leachate using ozone/persulfate oxidation process”, Chemical Engineering

Journal, Vol. 221, pp. 492-499.

[16] Aziz H.A., Salem S.A.A. (2012), “Performance of Ozone/Fenton in the

Advanced Oxidation Process of Semi-Aerobic Landfill Leachate”, The Asian

Conference on 141 Sustainability, Energy & the Environment Official

Conference Proceedings, pp. 1-12.

47

[17] Jamali H.A., Mahvi A.H., Nabizadeh R., Vaezi F., Omrani G.A. (2009),

“Combination of coagulation-flocculation and ozonation processes for

treatment of partially stabilized landfill leachate of Tehran”, World Applied

Sciences Journal 5 (Special Issue for Environment), Vol. 5, pp. 9-15.

[18] Jing Z et al (2015), “Practice of integrated system of biofilter and constructed

wetland in highly polluted surface water treatment”, Ecological Engineering,

75, pp. 462 – 469.

[19] MuhammadIrfan, TahirButt, NazImtiaz, NaeemAbbas, Ruf AhmadKhan,

AamirShafique (2013), “The removal of COD, TSS and colour of black liquor

by coagulation–flocculation process at optimized pH, settling and dosing

rate”. Arabian Journal of Chemistry Volume 10, Supplement 2.

[20] Safaa M. Raghab et al (2013), “Treatment of leachate from municipal solid

waste landfill”, HBRC Journal, 9, pp.187 – 192.

[21] Tizaoui C., Bouselmi L., Mansouri L. and Ghrabi A. (2007), “Landfill leachate

treatment with ozone and ozone/hydrogen peroxide systems”. Journal of

Hazardous Materials, 140, 316-324.

[22] Tizaoui C et al (2007), “Landfill leachate treatment with ozone and

ozone/hydrogen peroxide systems”, Journal of Hazardous Materials, 140, pp.

316 - 324.

[23] Top S., Sekman E., Hosver S and Bilgili M. S. (2011), “Characterization and

electrocaogulative treatment of nanofiltration concentrate of a full-scale

landfill leachate treatment plant”, 268(1-3), pp. 253 - 258.

[24] Ushikoshi K., Kobayashi T., Uematsu K., Toji A., Kojima D. and Matsumoto

K. (2002), “ Leachate treatment by the reverse osmosis system”. Desalination,

150, 121-129.

[25] Yang K et al (2015), “Effect of novel sludge and coal cinder ceramic media in

combined anaerobic–aerobic bio-filter for tetracycline wastewater treatment

at low temperature”, Chemical Engineering Journal, 277, pp. 130 – 139.

48

PHỤ LỤC

Bảng 3.2. Kết quả khảo sát tại chế độ sục 1: 30 phút sục/90 phút ngưng

Hàm lượng TSS Hàm lượng TSS Thời gian Hiệu suất mẫu SKT mẫu ĐR (ngày) (%) (mg/l) (mg/l)

1 39,92 298 496

2 40,63 301 507

3 41,06 300 509

4 42,05 306 528

5 39,69 307 509

6 40,75 301 508

7 40,87 298 504

8 41,26 299 509

9 43,99 289 516

10 42,01 294 507

g n ư g n t ú h p 0 9 / c ụ s t ú h p 0 3

11 41,80 298 512

: 1

12 40,04 301 502

13 41,48 309 528

ộ đ ế h C

14 41,67 294 504

15 41,50 296 506

16 39,88 306 509

17 42,29 292 506

18 42,25 298 516

19 41,02 302 512

20 40,31 308 516

49

Bảng 3.3. Kết quả khảo sát tại chế độ sục 2: 45 phút sục/75 phút ngưng

Thời gian Hàm lượng Hàm lượng Hiệu suất (%)

(ngày) TSS mẫu SKT TSS mẫu ĐR

(mg/l) (mg/l)

1 342 32,41 506

2 351 31,98 516

3 344 32,81 512

4 341 34,17 518

5 347 32,88 517

6 346 32,95 516

7 338 34,11 513

8 335 34,18 509

9 331 35,98 517

10 332 36,03 519

g n ư g n t ú h p 5 7 / c ụ s t ú h p 5 4

11 349 32,63 518

: 2

12 338 34,75 518

13 337 34,82 517

ộ đ ế h C

14 342 35,10 527

15 347 33,14 519

16 348 33,21 521

17 336 35,38 520

18 341 33,91 516

19 340 33,20 509

20 342 34,73 524

50

Bảng 3.4. Kết quả khảo sát tại chế độ sục 3: 60 phút sục/60 phút ngưng

Hàm lượng TSS Hàm lượng TSS Thời gian Hiệu mẫu SKT mẫu ĐR (ngày) suất (%) (mg/l) (mg/l)

1 402 506 20,55

2 399 516 22,67

3 398 512 22,27

4 401 518 22,59

5 400 517 22,63

6 406 516 21,32

7 408 513 20,47

8 401 509 21,22

9 402 517 22,24

10 408 519 21,39

g n ư g n t ú h p 0 6 / c ụ s t ú h p 0 6

11 408 518 21,24

: 3

12 398 518 23,17

13 396 517 23,40

ộ đ ế h C

14 397 527 24,67

15 401 519 22,74

16 406 521 22,07

17 401 520 22,88

18 402 516 22,09

19 406 509 20,24

20 404 524 22,90

51

Bảng 3.5. Kết quả khảo sát tại chế độ sục 1: 30 phút sục/90 phút ngưng

Thời gian Nồng độ màu mẫu SKT Nồng độ màu mẫu ĐR Hiệu suất

(Ngày) (mgPt-Co/l) (mgPt-Co/l) (%)

ngày 1 353,3 261,3 26,0

ngày 2 347,7 255,7 26,5

ngày 3 346,3 274,3 20,8

ngày 4 356,3 290,3 18,5

ngày 5 356,3 237,3 33,4

ngày 6 376,7 253,3 32,7

ngày 7 390,7 289,4 25,9

ngày 8 353,3 255,7 27,6

g n ư g n t ú h p 0 9 / c ụ s t ú h p 0 3

ngày 9 347,7 274,3 21,1

: 1

ngày 10 346,3 290,3 16,2

ngày 11 356,3 237,3 33,4

ộ đ ế h C

ngày 12 356,3 253,3 28,9

ngày 13 376,7 289,4 23,2

ngày 14 390,7 290,3 25,7

ngày 15 376,7 237,3 37,0

52

Bảng 3.6. Kết quả khảo sát tại chế độ sục 2: 45 phút sục/75 phút ngưng

Thời gian Nồng độ màu mẫu SKT Nồng độ màu mẫu ĐR Hiệu suất

(mgPt-Co/l) (mgPt-Co/l) (Ngày) (%)

ngày 1 354,5 218,9 38,2

ngày 2 373,3 211,6 43,3

ngày 3 348,1 206,4 40,7

ngày 4 419,3 203,9 51,4

ngày 5 310,7 212,1 31,7

ngày 6 354,1 215,0 39,3

ngày 7 365,3 216,7 40,7

ngày 8 385,0 218,1 43,3

g n ư g n t ú h p 5 7 / c ụ s t ú h p 5 4

: 2

ngày 9 348,1 210,7 39,5

c ụ s

ngày 10 369,0 208,1 43,6

ộ đ ế h C

ngày 11 369,0 227,3 38,4

ngày 12 358,3 209,3 41,6

ngày 13 337,3 208,3 38,2

ngày 14 358,3 207,3 42,1

ngày 15 311,3 205,3 34,1

53

Bảng 3.7. Kết quả khảo sát tại chế độ sục 3: 60 phút sục/60 phút ngưng

Thời Nồng độ màu mẫu SKT Nồng độ màu mẫu ĐR Hiệu suất gian (mgPt-Co/l) (mgPt-Co/l) (%) (Ngày)

ngày 1 357,5 48,0 185,9

ngày 2 363,3 36,3 231,6

ngày 3 328,1 40,1 196,4

ngày 4 379,3 48,9 193,9

ngày 5 330,7 44,9 182,1

ngày 6 354,1 44,9 195,0

g n ư g n t ú h p 0 6 / c ụ s t ú h p 0 6

: 3

ngày 7 365,3 46,1 196,7

c ụ s

ngày 8 385,0 52,2 184,1

ngày 9 348,1 39,5 210,7

ộ đ ế h C

ngày 10 369,0 49,0 188,1

ngày 11 369,0 53,3 172,3

ngày 12 358,3 50,0 179,3

54