Nghiên cứu xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN .2 1.1 Tổng quan nước rỉ rác 1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác 1.1.2 Thành phần tính chất nước rỉ rác 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác .7 1.1.4 Ảnh hưởng nước rỉ rác tới môi trường sức khỏe người 10 1.1.5 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 12 1.1.6 Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác .13 1.2 Tổng quan amoni .16 1.2.1 Amoni nước rỉ rác 16 1.2.2 Tác động có hại amoni nước 16 1.2.3 Một số phương pháp cơng trình nghiên cứu xử lý amoni 17 1.3 Tổng quan phương pháp lọc sinh học 20 1.3.1 Định nghĩa bể lọc sinh học sinh học 20 1.3.2 Cấu tạo bể lọc sinh học 20 1.3.3 Nguyên lý 21 1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất xử lí 23 1.3.5 Ưu, nhược điểm phương pháp lọc sinh học .23 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 25 2.1 Đối tượng nghiên cứu mục tiêu nghiên cứu .25 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu .25 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 27 2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 27 2.2.2 Phương pháp phân tích .27 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 30 2.2.4 Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu thực nghiệm 33 2.3 Các nội dung nghiên cứu 34 2.3.1 Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý 34 2.3.2 Ảnh hưởng tải lượng đầu vào 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Đặc điểm hệ lọc sinh học 36 3.2 Xây dựng đường chuẩn amoni 36 3.3 Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni .37 3.4 Ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni 39 KẾT LUẬN .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 44 MỞ ĐẦU Hiện xã hội đà phát triển, đời sống người dân ngày nâng cao kéo theo lượng chất thải rắn (CTR) sinh hoạt phát sinh ngày lớn, hệ lụy mà chất thải rắn mang lại lượng nước rỉ rác (NRR) phát sinh ngày nhiều gây ảnh hưởng tới môi trường đời sống người Đặc biệt, hầu rỉ rác BCL phát thải trực tiếp vào môi trường, khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi trường sức khỏe người Vấn đề tình trạng phải đối mặt nhiều quốc gia giới Ở Việt Nam, hầu hết tỉnh thành thực công tác thu gom chôn lấp chất thải sinh hoạt Tuy nhiên, chất thải rắn nhiều khu vực chưa phân loại, chôn lấp chưa thực tuân thủ kỹ thuật chôn lấp hợp vệ sinh Thành phần chất thải rắn chôn lấp đa dạng, chứa chất hữu khó phân hủy sinh học độc hại Một đặc thù NRR có hàm lượng amoni (NH4+) cao, khó xử lý Trong điều kiện thích hợp, amoni có nước rỉ rác chuyển hóa thành nitrit nitrat Nitrit vào thể cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy gây bệnh đường hơ hấp, bên cạnh kết hợp với chất hữu để tạo chất có khả gây ung thư,… Chính vậy, cần phải tập trung nghiên cứu, đánh giá xử lý cách có hiệu Hiện nay, giới Việt Nam có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng nghệ áp dụng xử lý NRR Mỗi cơng trình nghiên cứu áp dụng phương pháp xử lý khác nhau, phương pháp có ưu điểm hạn chế riêng Tuy nhiên việc lựa chọn công nghệ xử lý NRR vấn đề nan giải nước ta, đặc biệt việc xử lý amoni để NRR đạt tiêu chuẩn quy định Xuất phát từ quan tâm lớn môi trường với ưu điểm vượt trội phương pháp lọc sinh học, đề tài lựa chọn phương pháp xử lí NRR lọc sinh học Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lý amoni nước rỉ rác phương pháp lọc sinh học” thực nhằm mục tiêu xử lý hàm lượng amoni NRR sau trình keo tụ điện hóa đạt hiệu cao nhất, với nội dung nghiên cứu sau: Nội dung đề tài: - Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ sục khí tải lượng tới hiệu xử lý amoni nước rỉ rác công nghệ lọc sinh học - Lựa chọn điều kiện tốt cho trình lọc sinh học CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nước rỉ rác 1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác Nước rỉ rác (NRR) từ bãi chôn lấp định nghĩa dung dịch sinh BCL nhờ phân hủy chất hữu vi sinh vật với phản ứng sinh hóa diễn lịng bãi chơn lấp Lượng NRR hình thành BCL chủ yếu từ nước mưa ngấm vào qua lớp phủ bề mặt, trình phân hủy sinh học Các đặc tính NRR thường đại diện thông số như: COD, BOD, NH4+, kim loại nặng… Các nguồn tạo nước rỉ rác bao gồm: - Nước từ phía bãi chơn lấp - Nước từ đáy bãi chôn lấp - Độ ẩm rác - Nước từ vật liệu phủ - Nước từ bùn - Nước sẵn có tự hình thành phân hủy rác hữu bãi chôn lấp - Mực nước ngầm dâng lên vào bãi chơn lấp - Nước từ khu vực khác chảy qua thấm vào ô chôn lấp - Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp trước phủ đất sau chơn lấp đóng lại 1.1.2 Thành phần tính chất nước rỉ rác Nước rỉ rác chất lỏng sinh từ trình phân hủy vi sinh chất hữu có rác, thấm qua lớp rác ô chôn lấp kéo theo chất bẩn dạng lơ lửng, keo tan từ chất thải rắn Do đó, nước rỉ rác thường chứa chất ô nhiễm hữu cơ, vô vi sinh vật Thành phần nước rỉ rác thay đổi nhiều, phụ thuộc vào tuổi bãi chơn lấp, loại rác, khí hậu Mặt khác, độ dày, độ nén, lớp che phủ tác động lên thành phần nước rỉ rác Nước rỉ rác chứa đa số thành phần chất ô nhiễm với nồng độ cao khó phân hủy, cần kết hợp nhiều phương pháp xử lý như: xử lý học, xử lý hóa học, xử lý sinh học, xử lý oxi hóa nâng cao… Sự phân hủy chất thải rắn BCL gồm giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Giai đoạn thích nghi ban đầu - Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển tiếp - Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men - Giai đoạn 4: Giai đoạn lên men metan - Giai đoạn 5: Giai đoạn ổn định Các tính chất NRR phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thành phần phân hủy rác (thủy phân, hấp phụ, hòa tan, oxy hóa bay hơi…), hoạt động quản lý, thiết kế hoạt động bãi chôn lấp, độ ẩm, lượng oxy, chuyển động nước điều kiện thời tiết thay đổi Do đó, hầu hết loại nước rỉ rác cần đánh giá cách độc lập để tìm phương pháp xử lý thích hợp 1.1.2.1 Thành phần nước rỉ rác giới Hàm lượng chất ô nhiễm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn chôn lấp cao nhiều so với bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm Bởi bãi chơn lấp lâu năm, chất thải rắn ổn định phản ứng sinh hóa diễn thời gian dài, chất hữu phân hủy hồn tồn, chất vơ bị trôi Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, thành phần BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng cao Khi q trình sinh học bãi chơn lấp chuyển sang giai đoạn metan hóa pH tăng lên (6,8 - 8,0), đồng thời BOD5, COD, TDS nồng độ chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấ p Hàm lượng kim loại nặng giảm pH tăng hầu hết kim loại trạng thái hòa tan [2] Khả phân hủy nước rỉ rác thay đổi theo thời gian Khả phân hủy sinh học xét thơng qua tỉ lệ BOD5/COD Khi chôn lấp tỉ lệ thường 0,5 Khi tỉ lệ BOD5/COD khoảng 0,4 - 0,6 lớn chất hữu nước rác dễ phân hủy sinh học Trong bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm, tỉ lệ BOD5/COD thấp, khoảng 0,005 - 0,2 Khi nước rỉ rác chứa nhiều axit humic axit fulvic khó phân hủy sinh học [2, 9] Chấ t lươn ̣g nước rỉ rác có thay đổ i lớn và liên quan trực tiế p đế n thay đổ i lượng mưa, thành phần chất thải rắn, tuổ i bãi chôn lấ p mùa Các chất nhiễm nước rỉ rác hợp chất hữu amoni Mố i quan ̣giữa nồ ng đô ̣các chất nước rỉ rác tuổi bãi chôn lấp thể ở bảng 1.1 Bảng 1.1 Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn Tuổi bãi chôn lấp Thơng số pH COD BOD5/COD Đơn vị Trung bình (5-10 Mới (0-5 năm) năm) Cũ (>10 năm) BCL Tatyana BCL Bajinder BCL Tatyana BCL Bajinder - < 6,5 6,5 6,5-7,5 6,5-7,5 mg/l >20.000 >10.000 3.0005.000 4.00010.000 - >0,3 >0,3 0,1 -0,3 0,1-0,3 10.000 mg/L), chủ yếu hợp chất hữu dễ phân huỷ sinh hoc ̣, pH thấ p 6,5 Tuổ i bãi chôn lấ p cao thì pH càng tăng và nồ ng đô ̣các chấ t nhiễm càng giảm lại khó phân huỷ sinh học chứa chủ yế u các hợp chấ t hữu bề n vững Các yếu tố môi trường và chế vận hành bãi chôn lấp có ảnh hưởng nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt thời gian vận hành định tính chất nước rỉ rác nước rỉ rác cũ hay mới, tích lũy chất hữu khó phân hủy sinh học nhiều hay Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác số BCL quốc gia giới Columbia Cannada Đức Thành Phần Đơn Vị Pereira Clover Bar (5 năm vận hành) (Vận hành từ năm 1975) BCL CTR đô thị pH - 7,2 - 8,3 8,3 - COD mgO2/l 4.350 -65.000 1.090 2.500 BOD mgO2/l 1.560- 48.000 39 230 NH4 200- 3.800 455 1.100 TKN - - 920 Chất rắn tổng cộng mg/l 7.990 - 89.100 - - Chất rắn lơ lửng mg/l 190- 27.800 - - Tổng chất rắn hoà tan mg /l 7.800-61.300 - - Tổngphosphat(PO4) mg/l – 35 - - Độ kiềm tổng mgCaCO3/l 3.050 - 8.540 4.030 - Ca mg/l - - 200 Mg mg/l - - 150 Na mg/l - - 1.150 Nguồn: [10] 1.1.2.2 Thành phần nước rỉ rác Việt Nam Việt Nam chưa áp dụng biện pháp phân loại rác nguồ n nên thành phầ n nước rỉ rác phức tạp Nước rỉ rác không chỉ chứa các chấ t hữu mà còn chứa chất vơ hồ tan, kim loại nặng, chất hữu độc hại Vì vậy, vấ n đề vướng mắ c mà hầ u hế t các bãi chôn lấ p Việt Nam gặp phải chưa có phương hướng giải quyế t tối ưu đó là vấ n đề xử lý nước rỉ rác Các thành phần nước rỉ rác biến động lớn tùy thuộc vào tuổi, chiều sâu bãi chôn lấ p, thời gian lấy mẫu - mùa mưa hay mùa khô, thành phần, trình thẩm thấu, tràn, bay xu hướng khác Vì vậy, việc khảo sát đặc trưng nước rỉ rác bãi chôn lấp suốt thời gian dài, từ vào hoạt động, cung cấp thông tin quan trọng làm sở để chọn lựa cơng nghệ xử lý phù hợp Ngồi ra, thiết kế thực tế vận hành bãi chôn lấ p có ảnh hưởng quan trọng đến đặc trưng nước rỉ rác Kế t quả phân tích nước rỉ rác tổng hợp qua bảng 1.3, pH khoảng 6,5 - 8,5 Giá trị COD ô chôn lấp cao: 327 – 22.783 mg/l Nồ ng đô ṇ itơ dao động lớn 62 – 2.427 mg/l Có thể thấy đặc trưng nước rỉ rác hàm lượng TDS, BOD5, COD, tổng nitơ cao dao động lớn theo thời gian Như vậy, đặc trưng hóa lý nước rỉ rác phân chia thành hai loại: nước rỉ rác (2 - năm sau bãi chôn lấp vào hoạt động) nước rỉ rác cũ (từ năm thứ - trở đi), nhận thấy nước rỉ rác mới chia thành hai loại khác nhau: giai đoạn - tháng đầu, nước rỉ rác mới mang tính axít, với nồng độ COD, BOD, kim loại nặng từ cao đến cao, pH NH4+ tương đối thấp Giai đoạn tiếp theo, nồng độ ion tự giảm nhiều, pH trung tính, NH4+ bắt đầu tăng, COD BOD cao Nhìn chung, nước rỉ rác số bãi chơn lấp nước ta có thành phần chất hữu dao động khoảng lớn, COD từ vài trăm đến mười nghìn mg/l Tỉ lệ BOD5/COD số bãi chôn lấp nước ta cao số bãi chôn lấp giới Ở nhiều nước giới, nhiều bãi chôn lấp áp dụng việc phân loại rác nguồn áp dụng công nghệ thu hồi, tái chế chất thải rắn nên thành phần tính chất nước rỉ rác phức tạp bãi chôn lấp Việt Nam Hầu hết chất thải rắn nước ta không phân loại Vì thế, thành phần nước rỉ rác Việt Nam khơng thay đổi theo thời gian mà cịn phức tạp so với số nước khác Thành phần nước rỉ rác nước ta cao phức tạp ảnh hưởng việc vận hành bãi chôn lấp chưa đảm bảo bãi chôn lấp hợp vệ sinh điều kiện khí hậu ẩm ướt, mưa nhiều Bảng 1.3 Đặc trưng thành phần nước rỉ rác số thành phố Việt Nam Thông Đơn số vị BCL Tràng Cát (Hải Phòng) BCL Xuân BCL BCL Gị BCL Thủy Nam Sơn (Hà Nội) Cát (Hồ Chí Minh) Phương (Huế) 6,81-7,98 7,4-7,6 7,7-8,5 6,5-8,22 7,7 - - 4,47-9,24 - Sơn (Hà Nội) pH - TDS mg/l TSS mg/l 120-2.240 700-2.020 42-84 21-78 986 COD mg/l 1.02022.783 13.65516.814 623-2.442 327-1001 3.540 BOD5 mg/l 495-12.302 6.272-9.200 148-398 120-465 2.150 BOD5/ COD - 0,485-0,540 0,459-0,547 0,234-0,163 0,3700,465 0,670 6,91319,875 Tổng N NNH4+ NNO3+ mg/l 423-2.253 1.821-2.427 - 179-507 62 mg/l - 1.680-2.887 184-543 - 17,2 mg/l - 0-6,2 - - 12,5 6,51-24,80 10,3-19,8 - 3,92-8,562 4,31 - - 1.419-4.874 - - Tổng P mg/l Độ cứng mg/l CaCO3 Cl- mg/l - - 518-1.199 - - As mg/l 0,001-0,003 - - 0,0470,086 0,2 Pb mg/l 0,050-0,086 - - 0,34 Cd mg/l 0,010-0,025 - - 0,14 Hg mg/l 0,00010,0009 - - 0,0001 - Tuổi BCL năm 7 10 [2] [6] [7] [2] [5] Nguồn trích dẫn 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần, tính chất nước rỉ rác Do có nhiều yếu tố bên ngồi tác động lên trình hình thành nước rỉ rác nên thành phần chúng khó xác định: ❖ Thời gian chơn lấp Tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho nồng độ chất ô nhiễm nước rác giảm dần Thành phần nước rỉ rác thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn khác trình phân hủy sinh học diễn Trong giai đoạn axit, hợp chất đơn giản hình thành axit dễ bay hơi, amino axit phần fulvic với nồng độ nhỏ Khi rác chôn lâu, q trình metan hóa xảy Khi chất rắn bãi chôn lấp ổn định dần, nồng độ ô nhiễm giảm dần theo thời gian Giai đoạn tạo thành khí metan kéo dài đến 100 năm lâu Bảng 1.4 Đặc điểm bãi chôn lấp bãi chôn lấp lâu năm Bãi chôn lấp Bãi chôn lấp lâu năm - Nồng độ axit béo dễ bay - Nồng độ axit béo dễ bay thấp (VFA) cao - pH nghiêng tính axit - pH trung tính kiềm - BOD cao - Tỷ lệ BOD/COD cao - BOD thấp - Tỷ lệ BOD/COD thấp - Nồng độ amoni nitơ hữu cao - Vi sinh vật có số lượng lớn - Vi sinh vật có số lượng nhỏ - Nồng độ chất vơ hòa tan kim - Nồng độ chất vơ hịa tan loại nặng cao kim loại nặng thấp Nguồn: George Tchobanoglos cộng 1993, Handbook of solid waste management Bảng 1.5 Các số liệu tiêu biểu thành phần tính chất nước rác bãi chôn lấp Giá trị, mg/l Thành phần Bãi (< năm) Khoảng Trung bình Bãi lâu năm (>10 năm) BOD5 2.000 – 55.000 10.000 100 – 200 TOC 1.500 – 20.000 6.000 80 – 160 COD 3.000 – 90.000 18.000 100 – 500 Chất rắn hòa tan 10.000 – 55.000 10.000 1.200 Tổng chất rắn lơ lửng 200 – 2.000 500 100 – 400 Nitơ hữu 10 – 800 200 80 – 120 Amoniac 10 – 800 200 20 – 40 Nitrat – 40 25 – 10 Tổng lượng phốt – 100 30 – 10 Othophotpho – 80 20 4–8 Độ kiềm theo CaCO3 1.000 – 20.900 3.000 200 – 1000 pH 4,5 – 7,5 6,6 – Độ cứng theo CaCO3 300 – 25.000 3.500 200 – 500 Canxi 50 – 7.200 1.000 100 – 400 Magie 50 – 1.500 250 50 – 200 Clorua 200 – 5.000 500 100 – 400 Bảng 2.5 Môi trường bùn tạo sinh khối Nồng độ dung Lượng (Cho 20 lít Hóa chất dịch pha nước thải) C2H6O 96% ml Glucose Tinh khiết dạng rắn 14 g NH4Cl 50 g/l 125 ml NaHCO3 50 g/l 36 g K2HPO4 30 g/l 55 ml FeSO4.7H2O g/l 20 ml MgCl2.6H2O 50 g/l ml Axit axetic CaCl2 14 ml 100 g/l ml Các hóa chất sau cân cho vào 20 lít nước pH dung dịch nước khoảng 7,5 – 8,0 phù hợp Dung dịch để qua ngày lên men làm cho pH mang tính axit, khí dùng NaOH điều chỉnh pH Sau sử dụng để ni bùn 2.2.4 Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu thực nghiệm Số liệu phân tích ngày ghi chép vào sổ tay cá nhân phịng phân tích, sau nhập lại vào bảng liệu excel để dễ dàng tính tốn, quản lý theo dõi biến động số liệu, qua đánh giá điều chỉnh điều kiện, chế độ vận hành để đạt kết mong đợi Để sử dụng cách hiệu số liệu phân tích trình thực nghiệm, việc thu thập, tổng hợp, phân tích đánh giá số liệu suốt trình nghiên cứu khơng thể thiếu cần thiết, định đến thành công nghiên cứu Để phân tích, đánh giá qua xử lý số liệu thực nghiệm, trước hết cần phải có q trình tìm hiểu thu thập thơng tin từ nguồn tài liệu liên quan Thông tin thu thập từ sách báo, luận văn luận án, ấn phẩm tạp chí thơng qua internet, thư viện phải xem xét cách kỹ lưỡng, nhiều trường hợp phải có q trình đối chứng, xác minh độ tin cậy thông tin Trong nghiên cứu này, cần nắm trình yếu tố ảnh hưởng tới trình hoạt động thiết bị lọc sinh học, từ nắm diễn biến số liệu, qua kiểm sốt tối ưu q trình hoạt động hệ lọc Từ q trình phân tích, đánh giá độ tin cậy số liệu có thay đổi chế độ làm việc, bổ sung 33 hạn chế yếu tố ảnh hưởng để lần phân tích sau thu số liệu theo xu hướng biến đổi sử dụng vào báo cáo ❖ Tính tốn, xử lý số liệu thực nghiệm Xác định nồng độ amoni (NH4+) Xác định nồng độ amoni qua giá trị Abs vừa tìm cách thay vào phương trình đường chuẩn đo bước sóng 672 nm thiết bị UV VIS PD - 303S, APEL - JAPAN • Tính tải lượng amoni: L = Cvào (mg/L) x Qvào (L/ngày)/(V x 1000) (13) Trong đó: V: Thể tích nước bể phản ứng (lít) Q: Lưu lượng (L/giờ) Cvào: Nồng độ amoni đầu vào (mg/L) L: Tải lượng amoni (kg/m3.ngày) • Tính hiệu suất xử lý amoni: H = ((Cvào – Cra)x100)/Cvào Trong đó: Cvào: Nồng độ amoni đầu vào (mg/L) Cra: Nồng độ amoni đầu (mg/L) (14) H: Hiệu suất xử lý (%) • Tính hàm lượng nitơ amoni xử lý: CN xử lý = CN ban đầu – CN lại (15) Trong đó: CN ban đầu: Nồng độ nitơ NH4+ CN lại: Nồng độ nitơ NH4+ Trong trình tính tốn cần lưu ý đến việc chuyển đổi nồng độ NH4+ nồng độ N – NH4+ Cụ thể cách chuyển đổi sau: [N – NH4+] = ([NH4+] x14)/18 (mg/L) (16) 2.3 Các nội dung nghiên cứu 2.3.1 Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý Chế độ sục khí yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu xử lý amoni hệ lọc Để đánh giá ảnh hưởng chế độ sục tới hiệu suất xử lý hệ lọc sinh học, tiến hành thí nghiệm với chế độ sục ứng với thời gian khác theo tỉ lệ thời gian sục/thời gian dừng là: 60/60 phút; 45/75 phút 30/90 phút với lưu lượng 34 nước thải đầu vào ngày cho vào cố định lít/ngày, pH nước thải đầu vào từ 8,0 - 8,9, nhiệt độ phòng (25 - 32oC) Mỗi ngày lấy mẫu đầu lần vào thời điểm cố định đem phân tích NH4+ 2.3.2 Ảnh hưởng tải lượng đầu vào Ảnh hưởng tải lượng đầu vào tiến hành nghiên cứu sau: thay đổi lưu lượng đầu vào lần lượt: 2, 3, 4, 5, lít/ngày chế độ sục/dừng chọn thí nghiệm bên trên, thực nhiệt độ phịng (25 - 32oC) Mỗi ngày lấy mẫu đầu lần vào thời điểm cố định đem phân tích NH4+ 35 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm hệ lọc sinh học Sau tuần đầu chạy thí nghiệm, màu nước hệ chuyển dần sang màu vàng Lý nước chuyển màu vàng bước tiền xử lý, ion Fe2+ Fe3+ tạo thành, nước rỉ rác lượng Fe3+ tích tụ dần khiến nước trở nên vàng Ion Fe2+ thường tạo phản ứng điện phân điện cực sắt tác dụng với oxy khơng khí tạo thành Fe3+ Lớp vi sinh giá thể ngày dày, có màu vàng nâu Bên ngăn thiếu khí (khơng sục) lớp màng vi sinh dày bên ngăn hiếu khí bên ngăn hiếu khí có hệ thống sục, thổi vi sinh lên trơi sang ngăn thiếu khí Lượng oxy hịa tan nước đo thời điểm là: bắt đầu sục khí DO khoảng - 4,5 mg/L; bắt đầu ngưng sục DO khoảng 0,8 - 1,2 mg/L giai đoạn lắng DO khoảng 0,02 - 0,08 mg/L 3.2 Xây dựng đường chuẩn amoni Từ dung dịch chuẩn pha dung dịch amoni có nồng độ theo bảng 3.1 tiến hành đo mật độ quang bước sóng 672 nm Từ kết đo độ hấp thụ quang giá trị nồng độ khác ta xây dựng đường chuẩn để xác định amoni Bảng 3.1 Kết đo độ hấp thụ quang cho dung dịch chuẩn có nồng độ khác Độ hấp thụ quang (Abs) 0,079 0,15 0,309 0,626 0,767 Nồng độ (CN-NH4) 0,1 0,2 0,4 0,8 Trên sở kết này, đường chuẩn xây dựng hình 3.1, với hệ số tương quan R2 = 0,9998 Do sử dụng phương pháp đo quang để phân tích amoni dải nồng độ mg/L Phương trình đường NH4+ phương pháp đo quang là: Trong đó: y= 1,2936x +0,0003 x: Biểu diễn giá trị độ hấp thụ quang (Abs) đồ thị y: Biểu diễn giá trị nồng độ NH4+ đồ thị 36 Nồng độ amoni (mg/l) 1.2 y = 1.2936x + 0.0003 R² = 0.9998 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 Độ hấp thụ quang (Abs) 0.8 Hình 3.1 Đường chuẩn amoni đo bước sóng 672 nm 3.3 Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni Tiến hành thực ảnh hưởng chế độ sục lên khả loại bỏ amoni cách giữ nguyên điều kiện thí nghiệm: thể tích đầu vào cho bể sinh học 3L ngày, pH từ 8,0 đến 8,9, nhiệt độ phòng từ 250C đến 320C Tiến hành ba chế độ sục/dừng sục khác nhau: 60/60, 45/75 30/90 phút Mỗi chế độ sục/dừng sục thực ngày liên tiếp, ngày lấy mẫu lần vào thời điểm định đem phân tích amoni Kết thống kê, phân tích thể hình 3.2 37 amoni(mg/L) 600 500 400 Chế độ Chế độ Chế độ 300 sục/dừng sục/dừng sục/dừng 200 60/60 45/75 30/90 100 0 100 99.9 99.8 99.7 99.6 99.5 99.4 99.3 99.2 99.1 99 Hiệu suất xử lý(%) 700 10 11 12 13 14 15 Thời gian(ngày) amoni đầu vào amoni đầu Hiệu suất xử lý amoni Hình 3.2 Ảnh hưởng chế độ sục đến hiệu suất xử lý amoni Bảng 3.2 Giá trị hiệu suất xử lý amoni trung bình Chế độ sục (phút) Thời gian lấy mẫu amoni (mg/L) Hiệu suất (%) 60:60 45:75 30:90 Sau keo tụ 633,39 R1 ngày 1,25 Sau keo tụ 625,37 R1 ngày 0,75 Sau keo tụ 639,6 R1 ngày 0,19 99,80 99,93 99,97 Quan sát bảng 3.2 hình 3.2 cho thấy hiệu suất xử lý amoni nước rỉ rác sau keo tụ điện hóa tăng dần tăng thời gian khơng sục khí từ 60 lên 75 lên 90 phút Tuy nhiên chế độ hiệu suất xử lý amoni đạt cao 99% không khác nhiều Như chế độ sục khí khơng ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất xử lý amoni Cả chế độ sục khí nồng độ NH4+ đầu nồng độ cho phép theo QCVN 25: 2009 / BTNMT cột A Tuy nhiên, thấy rõ chế độ sục/dừng là: 30/90 phút, hiệu suất xử lý amoni dường ổn định Nguyên nhân thời gian sục khí chế độ giảm dần, dẫn tới khả chuyển hóa NH4+ thành NO3- giảm, thêm vào đó, 38 thời gian ngừng sục tăng lên làm trình khử nitrat diễn mạnh mẽ, chuyển hóa NO3- thành dạng khí N2 3.4 Ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni Thí nghiệm tiến hành cố định chế độ sục/dừng: 30/90 phút điều kiện thí nghiệm pH = 8,0 - 8,9 nhiệt độ phòng (25 - 32oC) Tiến hành thay đổi tải lượng amoni đầu vào bể cách thay đổi lưu lượng NRR vào bể Mỗi chế độ tải lượng tiến hành ngày liên tiếp, ngày lấy mẫu lần vào thời điểm định đem phân tích amoni 0.25 100 99.9 0.2 99.8 CĐ 3L/ngày 0.15 99.7 CĐ 6L/ngày CĐ 2L/ngày 99.6 99.5 0.1 99.4 99.3 CĐ 5L/ngày CĐ 4L/ngày 0.05 99.2 Hiệu suất xử lý (%) Tải lượng amoni đầu vào (kg/m3.ngày) Kết thống kê, phân tích thể hình 3.3 99.1 99 10 15 20 25 Thời gian (ngày) Tải lượng amoni đầu vào Hiệu suất xử lý Hình 3.3 Ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý amoni 39 Bảng 3.3 Giá trị hiệu suất xử lý amoni trung bình Tải lượng amoni đầu vào Thời gian lấy mẫu amoni (mg/L) kg/(m3.ngày) 0,07 0,11 0,13 0,17 0,21 Sau keo tụ 767,92 R1 ngày 0,08 Sau keo tụ 717,99 R1 ngày 0,39 Sau keo tụ 651,5 R1 ngày 0,67 Sau keo tụ 673,75 R1 ngày 1,6 Sau keo tụ 711,78 R1 ngày 4,79 Hiệu suất (%) 99,98 99,94 99,87 99,61 99,25 Quan sát bảng 3.3 hình 3.3 ta thấy hiệu suất xử lý amoni giảm tải lượng tăng Với lượng NRR đầu vào (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào 0,07 kg/m3.ngày hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,98% Với lượng NRR đầu vào (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào 0,11 kg/m3.ngày hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,94% Với lượng NRR đầu vào (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào 0,13 kg/m3.ngày hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,87% Với lượng NRR đầu vào (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào 0,17 kg/m3.ngày hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,61% Với lượng NRR đầu vào (lít/ngày) tương đương với tải lượng amoni đầu vào 0,21 kg/m3.ngày hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 99,25% Trong khoảng tải lượng 0,07 - 0,21 kg/m3.ngày, hiệu suất xử lý amoni đạt 99% Quy luật giải thích tải lượng tăng hàm lượng chất ô nhiễm tăng, suất sinh học hệ thí nghiệm không đổi nên hiệu suất xử lý amoni giảm tải lượng tăng Mặt khác, tải lượng amoni nghiên cứu nhỏ dẫn tới hiệu suất xử lý cao Với hệ xử lý tải lượng amoni đầu vào khoảng 0,21 kg/m3.ngày nồng độ amoni đầu khoảng xấp xỉ mg/l Như vật để đạt QCVN 25:2009 / BTNMT cột A tải lượng amoni đầu vào không vượt 0,21 kg/m3.ngày 40 KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu đưa số kết luận sau: Đã nghiên cứu, tìm hiểu nắm bắt đặc điểm, nguyên lý trình lọc sinh học Hiệu suất xử lý amoni nước rỉ rác tăng dần tăng thời gian khơng sục khí từ 60 lên 75 lên 90 phút Tuy nhiên chế độ hiệu suất xử lý amoni đạt cao 99% không khác nhiều Hiệu suất xử lý amoni giảm tải lượng tăng Trong khoảng tải lượng 0,07 - 0,21 kg/m3.ngày, hiệu suất xử lý amoni đạt 99% nồng độ amoni đầu đạt QCVN 25:2009 / BTNMT cột A 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Lưu Thanh Huyền cộng (2015) báo cáo chuyên đề “Quá trình màng sinh học xử lý nước thải bể lọc sinh học biophin”.Trường Đại học Lâm Nghiệp Tp HCM [2] Nguyễn Hồng Khánh, Lê Văn Cát, Tạ Đăng Toàn, Phạm Tuấn Linh (2009), Môi trường bãi chôn lấp chất thải kỹ thuật xử lý nước rác, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [3] Hoàng Ngọc Minh (2012), Nghiên cứu xử lý nước thải chứa hợp chất hữu khó phân hủy sinh học phương pháp xử lý nâng cao, Luận án Tiến sỹ, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội [4] TS Lê Thanh Sơn (2016), “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học” Thuyết đề tài KHCN thuộc hướng KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN [5] Vũ Đức Toàn (2012), Đánh giá ảnh hưởng BCL Xuân Sơn, Hà Nội đến mơi trường nước đề xuất giải pháp, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, số 39, 28-33 [6] Trần Mạnh Trí (2007), Áp dụng q trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác qua xử lý sinh học nhà máy xử lý Gò Cát, thực hệ pilot 15-20 m3/ngày, Báo cáo khoa học, Trung tâm công nghệ Hóa học Mơi trường [7] Trương Q Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu (2009), Xử lý nước rỉ rác tác nhân UV-fenton thiết bị gián đoạn, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, tập 53, 165-175 [8] Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị khu công nghiệp (CEETIA) (2001), Hội thảo công nghệ xử lý hợp chất hữu nitơ nước ngầm, Trường đại học Xây dựng, Hà Nội Tài liệu tiếng anh [9] Bhalla B., Saini M.S., Jha M.K (2013), Effect of age and seasonal variations on leachate characteristics of municipal solid waste landfill, International Journal of Research in Engineering and Technology, Vol 2, No 8, 223-232 [10] Chuleemus Boonthai Iwai and Thammared Chuasavath (2002), Mitree Siribunjongsak and Thares Srisatit (2004) 42 [11] Fatma A., El-Gohary., G Kamel (2016), Characterization and biological treatment of pre-treated landfill leachate, Ecological Engineering, 94, pp – 274 [12] Fernandez, Isaac., Jose L M., Anuska M P., R J A Depana-Mora and M.S M Jetten (2007), Evaluation of activity and inhibition effecrs on Anammox process by batch tests based on the nitrogen gas production, Enzyme and Micrabial Technology, 40(4), pp 859 - 863 [13] Kabdasli I., O Tunay., I Ozturk., S Yilmaz and O Arikan (2000), Ammonia removal from young landfill leachate by magnesium ammonium phosphate precipitation and air stripping, Water Science & Technology, 41(1), pp 237 240 [14] Li X., Song J., Guo J., Wang Z and Feng Q (2011), Landfill leachate treatment using electrocoagulation, Procedia Environmental Sciences, 10, pp 1159 - 1164 [15] L Mpenyana., M.A.A Coetzee., S Schwarzer (2008), Removal of Ammonia from landfill in Two-Stage Biofiltration process, Research Article, Journal of Biological Sciences, 8(2), pp 368 - 373 [16] Nicole D Berge., Debra R Reinhart., John Dietz and Tim Townsend (2005), In situ ammonia removal in bioreactor landfill leachate, Waste Management, 26(1), pp 334 - 343 [17] Pan L., Ji M., Wang X., Zhao L (2010), Influence of calcination temperature on TiO2 nanotubes” catalysis for TiO2/UV/O3 in landfill leachate solution, Transactions of Tianjin University, Vol 16, pp.179-186 [18] X Z Li., Q L Zhao., X D Hao (1999), Ammonium removal from landfill leachate by chemical precipitation, Waste Management, China, 19(6), pp 409 – 415 [19] Yang Deng and Casey M Ezyske (2011), Sulfate radical-advanced oxidation process (SR-AOP) for simultaneous removal of refractory organic contaminants and ammonia in landfill leachate, Water Research, 45(18), pp 6189 - 6194 [20] Zhu Liang and Junxin Liu (2007), Landfill leachate treatment with a novel process: Anaerobic ammonium oxidation (Anammox) combined with soil infiltration system, Journal of Hazardous Materials, 151(1), pp 202 - 212 43 PHỤ LỤC Bảng Ảnh hưởng chế độ sục khí theo thời gian Chế độ sục (phút) Ngày lấy mẫu Ngày Ngày 60:60 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 45:75 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 30:90 Ngày Ngày Ngày Thời gian lấy mẫu amoni (mg/L) Sau keo tụ 639,34 R1 ngày 0,83 Sau keo tụ 648,39 R1 ngày 1,45 Sau keo tụ 630,28 R1 ngày 1,25 Sau keo tụ 599,24 R1 ngày 1,56 Sau keo tụ 649,69 R1 ngày 1,17 Sau keo tụ 650,98 ngày 0,32 Sau keo tụ 607 R1 ngày 0,21 Sau keo tụ 631,58 R1 ngày 0,26 Sau keo tụ 623,84 R1 ngày 0,63 Sau keo tụ 613,47 R1 ngày 2,33 Sau keo tụ 662,62 R1 ngày 0,06 Sau keo tụ 631,58 R1 ngày 0,16 Sau keo tụ 656,16 R1 ngày 0,26 Sau keo tụ 635,46 R1 ngày 0,32 Sau keo tụ 612,17 R1 ngày 0,14 44 Hiệu suất (%) 99,87 99,77 99,80 99,74 99,82 99,95 99,96 99,96 99,89 99,92 99,99 99,97 99,96 99,95 99,97 Bảng Ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lí amoni Tải lượng amoni đầu vào kg/m3.ngày Ngày lấy Thời gian lấy mẫu mẫu Ngày Ngày 0.07 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 0,11 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 0,13 Ngày Ngày Ngày amoni (mg/L) Hiệu suất (%) Sau keo tụ 745,41 R1 ngày 0,17 Sau keo tụ 753,18 R1 ngày 0,03 Sau keo tụ 834,67 R1 ngày 0,01 Sau keo tụ 727,3 R1 ngày 0,15 Sau keo tụ 779,05 R1 ngày 0,07 Sau keo tụ 670,38 ngày 0,07 Sau keo tụ 675,56 R1 ngày 0,6 Sau keo tụ 807,51 R1 ngày 0,19 Sau keo tụ 760,94 R1 ngày 0,12 Sau keo tụ 675,56 R1 ngày 0,99 Sau keo tụ 662,62 R1 ngày 2,08 Sau keo tụ 613,47 R1 ngày 0,19 Sau keo tụ 760,94 R1 ngày 0,32 Sau keo tụ 648,39 R1 ngày 0,55 Sau keo tụ 572,07 45 99,97 99,99 99,99 99,98 99,99 99,94 99,95 99,93 99,95 99,91 99,88 99,87 99,86 99,91 99,86 Ngày Ngày 0,17 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 0,21 Ngày Ngày Ngày R1 ngày 0,24 Sau keo tụ 683,32 R1 ngày 2,08 Sau keo tụ 658,74 R1 ngày 1,97 Sau keo tụ 665,21 R1 ngày 0,65 Sau keo tụ 704,02 R1 ngày 6,22 Sau keo tụ 657,45 R1 ngày 3,11 Sau keo tụ 706,61 R1 ngày 4,21 Sau keo tụ 719,54 R1 ngày 5,87 Sau keo tụ 688,5 R1 ngày 8,72 Sau keo tụ 683,32 R1 ngày 3,15 Sau keo tụ 760,94 R1 ngày 2,0 46 99,69 99,70 99,50 99,61 99,53 99,41 99,14 98,28 99,15 99,29 ➢ Hình ảnh số thiết bị sử dụng q trình thí nghiệm Hình Máy đo pH Hình Hệ điều chỉnh thời gian sục khí luân phiên 47 ... gas xử lý nước rỉ rác, BCL rác thải Nam Sơn, 2003) 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xử lí amoni nước rỉ rác phương pháp lọc sinh học 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu. .. trội phương pháp lọc sinh học, đề tài lựa chọn phương pháp xử lí NRR lọc sinh học Vì vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu xử lý amoni nước rỉ rác phương pháp lọc sinh học? ?? thực nhằm mục tiêu xử lý hàm lượng amoni. .. phương pháp xử lý áp dụng xử lý nước rỉ rác phương pháp hóa lý phương pháp sinh học - Phương pháp hóa lý: keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa, kết tủa phương pháp màng lọc, lắng - Phương pháp