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