Nước rỉ rác là nước rò rỉ từ bãi rác, có mùi hôi nồng nặc, màu đen đậm. Các kết quả phân tích trước đây cho thấy nước rỉ rác bị ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh, chất rắn lơ lửng, đặc biệt là hàm lượng ammonium và lân hòa tan (phosphate) rất cao góp phần gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy cần có biện pháp xử lý hàm lượng ammonium và phosphate trong nước rỉ rác khi thải ra ngoài môi trường. Đề tài “Ứng dụng vi khuẩn dị dưỡng xử lý nước rỉ rác theo mô hình bùn hoạt tính và kết hợp giá bám vi sinh ở thể tích 100 lít” được thực hiện.Thí nghiệm sử dụng vi khuẩn khử đạm Pseudomonas stutzeri dòng D3b và vi khuẩn tích lũy phosphate Bacillus subtilis dòng DTT1. Kết quả cho thấy dòng D3b có khả năng oxy hóa ammonium đạt hiệu quả, dòng DTT1 có khả năng tích lũy phosphate rất tốt. Thí nghiệm được tiến hành với hai mô hình: mô hình bùn hoạt tính và mô hình bùn hoạt tính kết hợp giá bám vi sinh. Kết quả cho thấy xử lý ammonium khi kết hợp với sục khí liên tục giảm (94% đối với bùn hoạt tính, 94,8% ở mô hình kết hợp).
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Môi trường ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống con người và tác động không nhỏ đến môi trường xung quanh Trong lịch sử phát triển loài người, chưa bao giờ môi trường và điều kiện sống lại được quan tâm như những năm gần đây Khi vấn đề môi trường đã trở thành sự thách thức đối với quá trình phát triển kinh tế - hội nhập nói riêng hay đối với quá trình tiến hóa của nhân loại nói chung thì cũng là lúc người ta khẩn trương tìm kiếm những giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề môi trường bức bách được đặt ra Tùy theo tình hình cụ thể của từng nơi, từng lúc, màu sắc của các giải pháp này rất đa dạng Đây là một trong những vấn đề hàng đầu mà hầu hết các nước trên thế giới quan tâm và tập trung giải quyết, nhằm cân bằng hệ sinh thái, bảo vệ môi trường sống trong lành cho con người trên thế giới
Với tình hình như hiện nay, mỗi ngày thành phố Cần Thơ thải ra khoảng 1.000 tấn rác, lượng rác khổng lồ này hầu hết được đem đến các công trường và chôn xuống lòng đất với số tiền ngân sách chi ra để vận chuyển, xử lý khoảng hàng trăm tỉ đồng/năm Thử hình dung, mỗi ngày có một lượng rác đổ về các bãi chôn lấp, nếu không được xử lý, tình trạng môi trường sẽ ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân khu vực xung quanh Tất cả mọi thứ được gom lại và chôn lấp, bãi chôn lấp rác trở thành nơi bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi một lượng nước rỉ rác khổng lồ có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ cao do đó vùng đất này trở thành vùng đất chết Để giải quyết tốt vấn đề trên thì phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất được chọn để xử lý là biện pháp sinh học Cũng với bản chất là xử lý hiếu khí nhưng xử lý nước thải bằng quá trình sinh trưởng lơ lửng sẽ mang theo một lượng đáng kể vi sinh vật ra ngoài khi nước thải đã qua xử lý Do vậy, một trong những biện pháp mang lại hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là nâng cao mật độ vi sinh vật trong hệ thống và sinh trưởng dính bám sẽ góp phần đảm bảo điều này Là quá trình xử lý sinh học trong đó sinh khối tồn tại và phát triển trong môi trường xử lý dưới dạng màng bám vào giá thể - đạt hiệu quả cao và có nhiều lợi điểm trong công nghệ xử lý nước thải do phần lớn vi sinh vật bám vào giá thể nên không bị cuốn ra ngoài Nhận thức điều đó, tìm kiếm một cơ hội để kết hợp hai quá trình: tăng trưởng lơ lửng và tăng
2 trưởng dính bám là cần thiết và việc tìm kiếm vật liệu làm giá thể vừa rẻ, vừa khả thi cũng hết sức quan trọng
Từ những nhận thức khoa học và thực tiễn đó, đề tài “Ứng dụng vi khuẩn dị dưỡng xử lý nước rỉ rác theo mô hình bùn hoạt tính và kết hợp giá bám vi sinh ở thể tích 100 lít” sẽ mở ra một hướng nghiên cứu mới, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ở các khu chứa rác để giảm thiểu vấn đề ô nhiễm
1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá hiệu quả việc ứng dụng vi khuẩn dị dưỡng xử lý nước rỉ rác theo mô hình bùn hoạt tính và kết hợp giá bám vi sinh ở thể tích 100 lít
Sử dụng vi khuẩn dị dưỡng xử lý nước rỉ rác theo mô hình bùn hoạt tính và kết hợp giá bám vi sinh ở thể tích 100 lít
Thực hiện mô hình thí nghiệm xử lý nước rỉ rác ở thể tích 100 lít và đánh giá các chỉ tiêu (pH, NH 4 + , PO 4 3- , COD, TKN, TP, TSS, N-NO 2 - , N-NO 3 - ) theo QCVN 25/2009 BTNMT.
Nội dung nghiên cứu
Sử dụng vi khuẩn dị dưỡng xử lý nước rỉ rác theo mô hình bùn hoạt tính và kết hợp giá bám vi sinh ở thể tích 100 lít
Thực hiện mô hình thí nghiệm xử lý nước rỉ rác ở thể tích 100 lít và đánh giá các chỉ tiêu (pH, NH 4 + , PO 4 3- , COD, TKN, TP, TSS, N-NO 2 - , N-NO 3 - ) theo QCVN 25/2009 BTNMT
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Tổng quan bãi rác Tân Long – Phụng Hiệp – Hậu Giang
2.1.1 Tổng quan về bãi rác Tân Long
Bãi rác Tân Long thuộc ấp Thạnh Lợi 1, xã Tân Long, huyện Phụng Hiệp, tỉnh Hậu Giang cách thành phố Cần Thơ 18 km là bãi rác di dời từ bãi rác cũ Đông Thạnh, phường Ba Láng, quận Cái Răng – Tp.Cần Thơ do Công ty công trình đô thị Tp.Cần Thơ quản lý
Theo qui hoạch, bãi rác Tân Long có một hệ thống khép kín: Nhà máy xử lý rác, chế biến rác thành phân hữu cơ, phân vi sinh, có đê bao… với kinh phí đầu tư 46 tỷ đồng Bãi rác chính thức đi vào hoạt động từ tháng 9 năm 2005 Tổng diện tích khu chôn lấp là 202.531 m 2 với tổng diện tích khu xử lý nước thải trên 20.000 m 2 (bao gồm hồ lắng, lọc và mương thoát nước) Mỗi ngày bãi rác Tân Long tiếp nhận trên 1.000 tấn rác từ nội ô Tp.Cần Thơ, huyện Phụng Hiệp và Châu Thành A (Hậu Giang) và đã sử dụng hơn 10.000 lít dung dịch để xử lý sơ bộ bằng cách rải vôi, phun chế phẩm EM (Effective Miroorganisms) (Báo Hậu Giang, ngày 24/7/2012)
2.1.2 Đặc điểm khí hậu Thành phố Cần Thơ
Bãi rác Tân Long là bãi rác đổ đống tập trung không được che phủ kín Do đó, thành phần của nước rỉ rác sẽ chịu ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố thời tiết Sau đây là một số thông tin về nhiệt độ và chế độ mưa ở thành phố Cần Thơ
Cần Thơ có khí hậu nhiệt đới gió mùa với đặc trưng nóng và ẩm quanh năm Nhiệt độ trung bình hàng năm 27 0 C Tháng tư thường có nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ thấp nhất là vào tháng giêng ít khi xuống dưới 15 0 C và nhiệt độ không khí trung bình tăng khoảng 0,5 0 C trong 30 năm
Hình 1: Biểu đồ gia tăng nhiệt độ không khí trung bình tại Cần Thơ theo thời gian
(Nguồn: Kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu giai đoạn 2010 -2015)
Hình 2: Biểu đồ thay đổi lƣợng mƣa cả năm tại Cần Thơ theo thời gian
(Nguồn: Kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu giai đoạn 2010-2015)
Mùa mưa của Cần Thơ kéo dài từ tháng năm đến tháng mười một, trùng với gió mùa Tây nam, cung cấp 90% lượng mưa cả năm của thành phố, mùa khô từ tháng mười hai đến tháng tư Tổng lượng mưa trung bình/năm là 1.600 mm đến 2.000 mm.
Khái quát chung về nước rỉ từ rác
2.2.1 Định nghĩa nước rỉ từ rác
Theo Lê Hoàng Việt (2000), nước rỉ rác có thể định nghĩa là lượng chất lỏng thấm qua rác và trích ra từ các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng trong rác Chất lỏng của nước rỉ từ rác bao gồm: chất lỏng sinh ra trong quá trình phân hủy rác và các chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ các nguồn bên ngoài như: nước mưa, nước chảy tràn trên mặt đất, nước ngầm và nước của dòng chảy ngầm
2.2.2 Thành phần hóa lý của nước rỉ từ rác
Hàm lượng của các thành phần hóa, lý học trong nước rỉ rác có khoảng dao động rất rộng Nó thay đổi tùy theo độ tuổi của bãi chôn lấp, thời tiết, vật liệu phủ và nhiều yếu tố khác nhau (Bảng 2 thể hiện các thành phần trong nước rỉ từ rác theo thời gian)
Theo kết quả báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam năm 2004 cho thấy, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của hầu hết các bãi chôn lấp rác của Việt Nam đã vượt quá tiêu chuẩn môi trường Điều này đã gây ra cho môi trường xung quanh bãi chôn lấp càng trở nên xấu, tác động mạnh mẽ đến môi trường đất, nước, không khí làm ảnh hưởng sức khỏe và đời sống người dân nơi đây
Bảng 1: Thành phần nước rỉ từ rác tại bãi chôn lấp Gò Cát, TP Hồ Chí Minh
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị pH 6,0 ÷ 7,8
(Nguồn : Website của Bộ Tài Nguyên Môi Trường – Cục Bảo Vệ Môi Trường)
Bảng 2: Hàm lượng các thành phần trong nước rỉ từ rác ở bãi chôn lấp cũ và mới
Bãi chôn lấp mới (ít hơn 2 năm) Bãi chôn lấp củ (hơn 10 năm) Khoảng dao động Đặc trƣng Khoảng dao động Đơn vị: mg/L (trừ pH) pH 4,5 ÷ 7,5 6 6,6 ÷ 7,5 Độ kiềm (theo CaCO3) 1.000 ÷ 10.000 3.000 200 ÷ 1.000
(Nguồn: Tchobanoglous et al.(1993) – trích lại bởi Nguyễn Trung Việt (2003))
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần của nước rỉ từ rác
2.2.3.1 Ảnh hưởng do thành phần rác thải
Theo Nguyễn Trung Việt (2003) Hầu hết, các loại chất thải được đưa vào bãi rác chủ yếu là rác thải sinh hoạt Do trong rác thải sinh hoạt thường có nhiều thành phần khác nhau, từ những chất dễ phân hủy (thực phẩm thừa…) đến những chất khó phân hủy (dầu mỡ, giấy…), từ các chất không nguy hại đến các chất nguy hại (pin…) Điều này góp phần làm cho thành phần của nước rỉ từ rác trở nên phức tạp gây khó khăn cho việc xử lý, đặc biệt là các trở ngại do kim loại nặng trong nước rỉ rác
2.2.3.2 Ảnh hưởng của thành phần đất phủ bãi chôn lấp đến độ cứng của nước rỉ rác
Qua các công trình nghiên cứu, Nguyễn Trung Việt (2003) đã đưa ra kết luận sau: Đối với nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp có độ cứng và nồng độ Ca 2+ cao là do lượng canxi có sẵn trong thành phần chất thải rắn và lượng canxi có trong thành phần lớp vật liệu phủ Nếu sử dụng cả hai làm vật liệu phủ thì độ cứng tổng cộng và nồng độ Ca 2+ tăng lên đáng kể Hơn nữa trong thành phần của nhiều loại đất phủ có chứa một lượng lớn canxi và các chất gây độ cứng (các ion kim loại hóa trị hai) do đó trong điều kiện CO 2 cao sẽ dẫn đến hòa tan các ion kim loại này và độ cứng tăng lên đáng kể
Nói chung, độ cứng và nồng độ Ca 2+ cao làm giảm đáng kể bùn hoạt tính kỵ khí cũng như hiếu khí, dẫn đến làm giảm hiệu quả của các công trình xử lý sinh học, do hiện tượng bê tông hóa (kết tủa CaCO 3 ) trong các thiết bị phản ứng và tích lũy thành phần vô cơ trong bùn
2.2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian
Từ kết quả nghiên cứu của Ngân hàng Thế Giới (1999), tất cả các bãi rác theo thời gian đều có khả năng trải qua năm giai đoạn phân hủy như sau:
Giai đoạn I: Phân hủy hiếu khí Ở giai đoạn này, các chất hữu cơ dễ phân hủy (thực phẩm thừa, rau cải, ) sẽ được phân hủy rất dễ dàng và kế tiếp là giấy, bột gỗ, cao su và sợi thiên nhiên Đặc
8 trưng của giai đoạn này là sự gia tăng nồng độ CO 2 được sản sinh ra từ quá trình hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí và sự gia tăng nhiệt độ của rác thải Ngoài ra còn có sự gia tăng nồng độ của các acid carbonxylic (acid acetic, acid butyric…) trong nước rỉ rác, đây là sản phẩm của quá trình chuyển hóa không hoàn toàn của vi khuẩn
Giai đoạn này chỉ kéo dài trong vài ngày hoặc vài tuần đối với bãi rác vận hành tốt Nếu bãi rác không được vận hành tốt với độ dày đặc của rác thải và độ dầy nén kém thì quá trình này có thể diễn ra nhanh hơn
Giai đoạn II: phân hủy kỵ khí Đặc trưng của giai đoạn này là sự hình thành acid và xuất hiện vi khuẩn acetogenic bacteria, vi khuẩn này chuyển hóa cellulose thành acid carbonxylic (chủ yếu là acid acetic), CO 2 và một lượng nhỏ hydro Giai đoạn này có thể kéo dài một vài tháng nếu được vận hành tốt
Giai đoạn III: phân hủy kỵ khí – tăng nồng độ khí methane
Trong thời gian này, hàm lượng oxy ngày càng giảm và điện thế oxy hóa khử của nước rỉ rác khoảng 200 mV tạo điều kiện thích hợp cho vi khuẩn methanogen hoạt động Khoảng vài tuần lượng khí methane và CO 2 bắt đầu gia tăng do vi khuẩn methanogen sử dụng acid acetic để tạo ra methane, CO 2 và nước Và nhiệt độ của bãi chôn lấp lúc bấy giờ thường ổn định khoảng 40 0 C
Giai đoạn IV: phân hủy kỵ khí – nồng độ khí methane ổn định
Giai đoạn này có những đặc trưng sau: lượng CH 4 và CO 2 được giữ ổn định lần lượt ở khoảng 65% và 35%, hàm lượng acid carbonxylic ít hơn và có sự suy giảm dần dần lượng chất nền chứa cenllulose có sẵn trong rác thải Trong vùng có khí hậu điều hòa, giai đoạn này kéo dài ít nhất 10 ÷ 15 năm
Giai đoạn V: Sự gia tăng các thành phần khí của khí quyển
Chưa có nghiên cứu nào chứng minh sự phân hủy của rác thải là hoàn toàn Tuy nhiên, bằng chứng từ các bãi rác cũ cho thấy lượng cenllulose có sẵn trong rác thải được vi khuẩn methanogen sử dụng hết, hàm lượng methane và CO 2 sẽ giảm dần Nhiều người cho rằng, một thời điểm nào đó trong tương lai, nồng độ oxy bắt đầu gia
9 tăng Cuối cùng là lượng rác thải còn lại sẽ được xem như là một “chất trơ” sinh học và điều kiện khí quyển sẽ được tái thiết lập
2.2.3.4 Ảnh hưởng của lượng mưa đến thành phần nước rỉ từ rác
Quá trình phân hủy các hợp chất chứa nitơ trong môi trường tự nhiên
Ở các ao hồ, luôn luôn có sự hiện diện của một số yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống còn của thực vật thủy sinh Đó là amonia (NH 3 ), nitrit (NO 2 - ) và nitrat (NO 3 - ) cả 3 là thành phần của các hợp chất chứa nitrogen, có được từ quá trình phân hủy thành phần của protein
Quá trình khử đạm được coi như là một tiến trình then chốt trong chu trình nitơ (Lee et al, 2002) Schloesing là người đầu tiên phát hiện ra hiện tượng khử nitrat và nitrit thành nitơ phân tử vào năm 1868 (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)
Quá trình này được xem như là sự tập hợp của sự hô hấp nitrat, nitrit kết hợp với sự khử nitric oxide và sự hô hấp nitrous oxide (Zumft, 1997):
Nitrat Nitrit Nitric oxide Nitrous oxide Dinitrogen gas (NO 3 - ) (NO 2 - ) (NO) ( N 2 O) (N 2 ) Dạng phản ứng oxy hóa - khử:
Quá trình ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation - Oxy hóa ammonium trong điều kiện kị khí), nitrit và ammonium sẽ được chuyển đổi trực tiếp thành nitơ phân tử dưới điều kiện thiếu oxy (Reginatto et al, 2005)
Ammonium hết sức độc hại và nguy hiểm, N-NH 4 + ở nồng độ từ 0,6-2 mg/l có thể ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cá Hàm lượng ammonia thích hợp nhất cho ao nuôi thủy sản là
