Bài giảng ô nhiễm đất và các biện pháp xử lý phần II

Có nhiều giải pháp công nghệ khác nhau để giải quyết vấn đề này, tuy nhiên khi áp dụng bất cứ một giải pháp nào để làm sạch đất cũng cần quan tâm đến hiệu quả của quá trình đ-ợc thể hiện

Ch-ơng 3 Các biện pháp cải tạo đất ô nhiễm

Việc làm giảm ô nhiễm đất do các hợp chất ngoại sinh là vấn đề của cả thế giới quan tâm Ngoài sự khác nhau về sự phát triển của khoa học kỹ thuật ở các n-ớc Ph-ơng Đông và Ph-ơng Tây, việc phòng ngừa và cải tạo đất ô nhiễm là vấn đề mà các n-ớc công nghiệp đang phát triển nh- Việt Nam cần phải đ-ợc quan tâm nhiều hơn Một trong những giải pháp xử lý đất ô nhiễm là ph-ơng pháp làm sạch đất nh- việc di dời các yếu tố ô nhiễm

Có nhiều giải pháp công nghệ khác nhau để giải quyết vấn đề này, tuy nhiên khi áp dụng bất cứ một giải pháp nào để làm sạch đất cũng cần quan tâm

đến hiệu quả của quá trình đ-ợc thể hiện thông qua các khía cạnh chính sau:

- Khả năng ứng dụng vào thực tiễn cao

- Chi phí giá thành hợp lý

- Ph-ơng pháp tiến hành đơn giản, dễ vận hành

- Cần nguồn tài nguyên và năng l-ợng để duy trì quá trình xử lý ở tối thiểu

- Khả năng dễ dàng sử dụng lại những vùng đất đã đ-ợc xử lý

- Tính bền vững cao, giảm đ-ợc rủi ro lâu dài với môi tr-ờng

- Thời gian xử lý nhanh

- Khả năng dễ dàng chấp nhận của ph-ơng pháp

Các ph-ơng pháp làm sạch sử dụng sự khác nhau đặc tr-ng giữa các tính chất của các yếu tố ô nhiễm hoặc các phần tử ô nhiễm và tính chất lý hoá học của đất Các tính chất mà ph-ơng pháp làm sạch có thể áp dụng đ-ợc đó là: đặc tính dễ bay hơi của các chất ô nhiễm, khả năng hoà tan trong n-ớc, khả năng hấp phụ và giải hấp cũng nh- kích th-ớc, mật độ và hình dạng của các phần tử ô nhiễm (hoặc các phần tử chất ô nhiễm), khả năng phân huỷ sinh học hoặc tính không ổn định về mặt hóa học Do đó, khi áp dụng các ph-ơng pháp xử lý cần chú ý các yếu tố sau:

- Loại đất: Cấu trúc đoàn lạp đất, đặc tính của các phân tử đất, tỷ lệ các chất mùn trong đất

- Dạng và nồng độ của các chất ô nhiễm

- Trạng thái vật lý của các chất ô nhiễm

Khoảng cách khu vực bị ô nhiễm do yếu tố ô nhiễm với thời gian giữa quá trình ô nhiễm và làm sạch Đặc biệt là khi áp dụng các biện pháp xử lý tại chỗ cần biết rằng khu vực bị ô nhiễm có phải đã bị xáo trộn do quá trình cơ học hay không

Các ph-ơng pháp làm sạch đất phụ thuộc chủ yếu vào dạng và nồng độ của các chất ô nhiễm ở trong đất Các chất ô nhiễm chủ yếu là:

- Các hydrocacbon béo và hydrocacbon thơm không bay hơi

- Các hydrocacbon béo và hydrocacbon thơm bay hơi

- Các hydrocacbon thơm đa vòng

- Các thuốc trừ sâu hữu cơ, PCBs

- Kim loại nặng và hợp chất của nó

- Các xyanua tự do

- Các xyanua phức hợp

Các loại đất ô nhiễm kim loại nặng hay hợp chất kim loại nặng hầu hết th-ờng tồn l-u nên khó làm sạch Nguyên nhân là các kim loại và hợp chất của chúng không bị phân huỷ và khi có thủy ngân và asen thì việc làm bay hơi các chất này cần phải có nhiệt độ rất lớn Hơn nữa, các kim loại nặng th-ờng đ-ợc tìm thấy trong đất do các loại ô nhiễm khác, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ Sự

có mặt của các chất ô nhiễm hữu cơ này có thể làm cho việc di dời các kim loại

ra khỏi đất thêm phần phức tạp hơn

Trạng thái vật lý của các chất ô nhiễm cũng rất quan trọng nh-ng đôi khi không đ-ợc đánh giá đúng mức nh- là một yếu tố khi tính đến khả năng làm sạch đất Các chất ô nhiễm có thể có mặt trong đất th-ờng ở các dạng sau:

- Các chất ô nhiễm dạng hạt (với các phần tử có kích th-ớc bằng, lớn hơn hoặc lớn hơn các phần tử đất không ô nhiễm)

- Các màng lỏng xung quanh các phần tử đất

- Hấp phụ trên bề mặt các phần tử đất

- Hấp phụ trong phần tử đất (các chất hữu cơ)

- Tan trong pha n-ớc và các khoảng hổng của các phần tử đất

- Có mặt trong các pha lỏng hoặc pha rắn và các khoảng hổng của phần tử

3 Tách các yếu tố ô nhiễm bằng cách phá vỡ cấu trúc hoá học, nhiệt học

4 Tách các yếu tố ô nhiễm bằng việc làm suy thoái sinh học Ví dụ nh- các

kỹ thuật làm đất trồng cây và các lò phản ứng bùn sinh học

5 Tách các yếu tố ô nhiễm bằng việc hấp thu các chất sinh học hoặc sự huy

động sinh học

Phần lớn các công nghệ làm sạch đã đ-ợc phát triển dựa trên các nguyên tắc này Tuy nhiên trong thực tế chỉ có một số ph-ơng pháp có thể đ-ợc áp dụng thành công ở hiện tại Hơn nữa, các ph-ơng pháp có thể đ-ợc áp dụng vào lúc này chỉ thích hợp đối với một phần nhỏ các khu vực bị ô nhiễm, nghĩa là với thời gian xử lý ngắn và các loại đất xử lý đ-ợc xem là sạch

Gần đây ng-ời ta cũng nhận thấy rằng các trầm tích bị ô nhiễm cũng là một vấn đề đe doạ nghiêm trọng đối với môi tr-ờng n-ớc và các nguồn tài nguyên n-ớc nói chung Ngoài ra, các trầm tích bị ô nhiễm cũng cần phải đ-ợc nạo vét th-ờng xuyên với các lý do quản lý n-ớc Một khối l-ợng rất lớn các chất này là một vấn đề rất nghiêm trọng khi nồng độ của các chất ô nhiễm lên đến mức chất thải nguy hiểm Tr-ớc khi chôn lấp chúng xuống d-ới biển hoặc khu bãi rác, các trầm tích ô nhiễm cần phải đ-ợc xử lý sạch Các kỹ thuật để làm sạch các trầm tích thì gần giống với các kỹ thuật để làm sạch các loại đất ô nhiễm Tuy nhiên

có 4 sự khác nhau chính giữa đất ô nhiễm và trầm tích ô nhiễm cần đ-ợc xem xét khi áp dụng các kỹ thuật này:

- Các trầm tích chứa khối l-ợng n-ớc lớn

- Trầm tích có đ-ờng kính các hạt trung bình nhỏ hơn các loại đất ô nhiễm

- Các chất ô nhiễm có trong trầm tích thì ít thay đổi hơn và chỉ giới hạn d-ới vài dạng

- Các chất ô nhiễm hoà tan tron n-ớc thì không có trong trầm tích

Mục đích của phần này là đ-a ra một cái nhìn tổng quát về khả năng áp ụng các kỹ thuật làm sạch hoặc các nguyên tắc đối với đất và trầm tích ô nhiễm

do kim loại nặng và các hợp chất kim loại nặng Đối với mỗi kỹ thuật sẽ mô tả ngắn gọn các nguyên tắc xử lý, một số cấu hình, tính ứng dụng và cũng dùng để

tách các chất ô nhiễm hữu cơ, các b-ớc tiến hành và kinh nghiệm thực tế

3.1 Ph-ơng pháp xử lý các đất đã đào bằng nhiệt

3.1.1 Nguyên lý

Việc làm sạch đất bằng nhiệt gồm 2 b-ớc xử lý:

B-ớc thứ nhất là chú trọng vào sự bay hơi của các chất ô nhiễm từ các phần

tử đất ở nhiệt độ khoảng 2000C - 7000C ở đây có thể xảy ra sự chuyển đổi hoá học của các chất ô nhiễm, sự chuyển đổi này phụ thuộc vào nhiệt độ Tất cả các chất ô nhiễm hữu cơ đều có thể đ-ợc chuyển đổi sang pha khí khi đ-ợc cung cấp nhiệt độ đủ cao và thời gian xử lý đủ dài Các phần tử đất hữu cơ nh- các axit humic cũng có thể bị phá vỡ và bay hơi Các chất ô nhiễm hữu cơ trong pha khí th-ờng bị ô xi hoá hoàn toàn ở nhiệt độ giữa 9000C và 11000C ở các b-ớc đốt cháy thành tro Sau đó đất đ-ợc làm sạch sẽ đ-ợc làm lạnh với n-ớc nhờ một hệ thống thiết bị di dời

điểm cần thiết để oxi hoá hoàn toàn các chất hữu cơ bay hơi Khí từ các buồng

đốt đ-ợc làm lạnh bằng bộ trao đổi nhiệt và đ-ợc chuyển tới thiết bị kiểm tra ô nhiễm Thiết bị này gồm một hệ thống tách các phần tử, ví dụ nh- xyclon (thiết

bị để tác các hạt cứng có kích th-ớc khác nhau) và máy lọc hơi đốt

Có một số kỹ thuật nhiệt hoá khác nh-:

- Lò quay với thiết bị trao đổi nhiệt bên trong hoặc nhiệt bên ngoài

đến 5000C Ph-ơng pháp này cũng có thể tách các hợp chất halogen hữu cơ từ

đất Tuy nhiên cần ngăn ngừa để giảm sự phát thải của dioxin ở nhiệt độ cao hơn

10000C - 11000C sau khi thiêu đốt

Đối với việc loại bỏ các kim loại nặng cần chú ý tới một số vấn đề sau:

- Thuỷ ngân và các hợp chất có chứa thủy ngân có thể bị di chuyển khi làm bay hơi từ đất Tuy nhiên việc loại bỏ này đôi khi cần nhiệt độ cao, việc lấy đi các phân tử thuỷ ngân bay hơi và các hợp chất của chúng từ pha khí sau khi ra khỏi lò cần một hệ thống kiểm soát ô nhiễm đặc biệt và khác biệt so với các phân

tử bình th-ờng khác cũng nh- khi sử dụng ph-ơng pháp xử lý nhiệt cho các loại

đất bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ

- Đối với một số các kim loại nặng và hợp chất kim loại nặng (Hg, As, Cd)

có thể bay hơi ở nhiệt độ trên 8000C Một phần của kim loại ng-ng trong pha khí

đôi khi bị hấp phụ bởi các vật chất ở pha khí Tuy nhiên, hầu hết các kim loại này đều th-ờng dừng lại ở pha rắn, không di chuyển trong xỉ do các cơ chế hoá học và vật lý

Khả năng ứng dụng thực tiễn: Ph-ơng pháp nhiệt đ-ợc áp dụng cho việc làm sạch đất ở quy mô rộng Tuy nhiên, kinh nghiệm thực tiễn cho thấy ph-ơng pháp chủ yếu giới hạn cho các loại đất ô nhiễm các chất hữu cơ không phải là halogen Chi phí giá thành xử lý phụ thuộc chủ yếu vào loại đất, hàm l-ợng n-ớc trong đất và đặc điểm của từng loại chất ô nhiễm Dự đoán khoảng 100 tới 150 USD/ tấn đất

3.2 Ph-ơng pháp xử lý đất bằng tách chiết, phân cấp cỡ hạt

3.2.1 Nguyên lý

Việc tách/ phân cấp cỡ hạt của các loại đất ô nhiễm là ph-ơng pháp xử lý

mà các chất ô nhiễm phải đ-ợc di dời từ đất, khi sử dụng các tác nhân tách lỏng

Quá trình tách bao gồm 3 b-ớc chính:

Trộn kỹ đất ô nhiễm với các tác nhân chiết tách(1)  tách rời các tác nhân chiết tách ra khỏi các phần tử đất (2)  và biện pháp xử lý với các tác nhân chiết tách (3) B-ớc trộn kỹ giúp cho sự di chuyển của các chất ô nhiễm từ đất tới các tác nhân tách lỏng Về nguyên tắc, có thể phân biệt đ-ợc 2 cơ chế tách:

Cơ chế thứ nhất: chú trọng đến sự hoà tan các chất ô nhiễm vào các tác

nhân chiết tách Quá trình này có thể đ-ợc thúc đẩy bằng sự thêm vào các chất hoá học nh- axit, các chất tẩy, các tác nhân tạo phức và dung dịch NaOH

Cơ chế thứ 2: là sự phân tán các phần tử ô nhiễm vào trong các tác nhân

chiết tách Các hoá chất có thể đ-ợc sử dụng để thúc đẩy quá trình này là dung dịch NaOH và một số loại chất tẩy khác Việc sử dụng dung môi hữu cơ nh- là các tác nhân chiết tách, tuy nhiên sử dụng các tác nhân tách hữu cơ thì phức tạp hơn rất nhiều so với việc sử dụng tác nhân lỏng Đây là lý do tại sao cho tới bây giờ trong thực tế hầu hết sử dụng các tác nhân tách là n-ớc Có một số các kỹ thuật thích hợp để tách các tác nhân có chứa các chất ô nhiễm hoà tan và lơ lửng

ra khỏi các phần tử đất sạch Đối với việc tách có chọn lọc các phần tử đất ô nhiễm từ các phần tử đất không bị ô nhiễm thì việc tách dựa vào sự khác nhau về kích th-ớc, tốc độ lắng, đặc tính về từ tính và đặc tính bề mặt

Một số l-ợng lớn các kỹ thuật xử lý hoá học và vật lý là sử dụng các tác nhân chiết tách để làm sạch Các kỹ thuật này sẽ đ-ợc giới thiệu kỹ hơn ở phần sau:

Tách rời các hạt mịn

Sau khi xử lý

Sau khi xử lý

Đất sạch

Xử lý các tác nhân tách Tác nhân chiết

Đất ô nhiễm Phần còn lại khi sàng

Hình 3.2 Quá trình chiết tách/phân cấp đất đã đào

Đầu tiên, đất cần làm sạch đ-ợc sàng để di chuyển các phần tử lớn nh- các mẩu gỗ, phần còn lại của cây, đá, chất rắn, Đất tr-ớc khi xử lý đ-ợc trộn kỹ với các tác nhân tách chiết Nh- đã nói, mục đích chính của b-ớc này là để chuyển các chất ô nhiễm vào trong pha tách Sau b-ớc trộn, các phân tử đất sạch và các tác nhân tách chứa các chất ô nhiễm hoà tan và dạng hạt đ-ợc tách rời riêng Có một số kỹ thuật xử lý thích hợp cho b-ớc này Sau đó đất đã tách đ-ợc rửa sạch bằng n-ớc Pha chiết tách trong b-ớc tách gồm một số l-ợng nhỏ các phân tử đất

đã t-ơng đối sạch có thể di dời vào b-ớc thứ hai Cuối cùng, các tác nhân ô nhiễm đ-ợc làm sạch trong hệ thống thiết bị xử lý n-ớc thải, một phần các nhân chiết tách này sẽ đ-ợc sử dụng lại

Dựa vào sơ đồ các b-ớc phác hoạ trong hình 3.2, một vài thay đổi trong quá trình tách/ phân cấp cho phép phân biệt giữa 2 nhóm công nghệ hoặc là dựa vào sự phân cấp các phân tử cũng nh- quá trình rửa Hầu hết trong thực tế ng-ời

ta sử dụng kết hợp cả 2 ph-ơng pháp này Nhóm ph-ơng pháp thứ nhất sử dụng việc phân cấp các cỡ hạt để làm sạch đất Việc phân cấp (tách có chọn lọc về kích th-ớc) chú trọng để di dời các phần tử đất lớn, t-ơng đối sạch ra khỏi các phần tử nhỏ ô nhiễm nh- là các hạt đất mà các chất ô nhiễm bị hấp phụ hoặc các chất ô nhiễm dạng hạt nhỏ Các kỹ thuật phân cấp các hạt cần thiết là:

1 Hệ thống Hydro-xyclon: Việc tách các hạt trong thiết bị này dựa vào lực

ly tâm Phần bùn của các phân tử đất và các phần tử bị ô nhiễm thì đ-ợc tách riêng đi vào một dòng chảy ở d-ới có chứa các phần tử đất lớn hơn và các phần

tử đất nhỏ hơn đi vào dòng chảy phía trên Để hệ thống có thể hoạt động một cách hiệu quả, các xyclon đ-ợc sắp xếp thành một dãy Việc tách có chọn lọc

Tác nhân chiết tách còn d- Bùn

hoàn toàn có thể thực hiện đ-ợc với các phân tử có đ-ờng kính lớn hơn 10 -

20m

2 Hệ thống tách dòng d-ới cố định: Hệ thống này đ-ợc dựa trên sự khác

nhau về vận tốc lắng theo trọng l-ợng của các phân tử đất ô nhiễm nhỏ và các phân tử đất sạch Phần bùn của các hạt đất sạch và các phân tử đất ô nhiễm sẽ

đ-ợc cho vào dòng chảy ng-ợc lại của một cột đứng Vận tốc nhân tạo của các tác nhân trong cột đ-ợc lựa chọn theo phép lắng các hạt đất lớn và sự di chuyển chúng khỏi đáy của thiết bị Các tác nhân tách và các phân tử ô nhiễm đ-ợc tách

ra theo cổ thiết bị Với hệ thống này, có thể tách các hạt có kích th-ớc lớn hơn

50m

Hệ thống tách theo trọng lực xuất phát từ ngành công nghiệp khai khoáng Một số các kỹ thuật tách các hạt đ-ợc sử dụng trong ngành công nghiệp khai khoáng để làm thu hồi và nâng cấp các quặng Một số các kỹ thuật này phù hợp

để ứng dụng trong kỹ thuật làm sạch đất Có thể nhắc tới các kỹ thuật sau: Kỹ thuật lắng; kỹ thuật bàn rung; kỹ thuật tách xoáy ốc Humphrey và kỹ thuật tách khung nghiêng

3 Kỹ thuật nổi: Trong nhiều tr-ờng hợp các chất ô nhiễm hoặc đ-ợc hấp

phụ ở bề mặt các phần tử đất nhỏ, ví dụ nh- đất sét hoặc ở d-ới dạng hạt Bằng

sự thêm vào các chất hoá học đặc biệt ng-ời ta có thể tạo ra bề mặt không -a n-ớc cho các phần tử ô nhiễm Sự sục khí vào bùn dẫn tới việc gắn các bong bóng khí vào các phân tử không -a n-ớc, kết quả là tạo nên sự nổi có chọn lọc của các chất ô nhiễm Đối lập với kỹ thuật tách dựa vào trọng lực, ph-ơng pháp này tạo ra khả năng tách các hạt chất ô nhiễm hoặc không ô nhiễm có cùng kích th-ớc và nồng độ nh-ng có đặc tính bề mặt khác nhau

Nhóm thứ hai của quá trình chiết tách/phân cấp là dựa vào việc rửa các chất chất ô nhiễm ra khỏi các phần tử đất hoặc trong các phần tử ô nhiễm hoà tan hoàn toàn Quá trình rửa tập trung vào việc di dời các kim loại nặng và các hợp chất chứa kim loại nặng từ đất Qúa trình rửa của KLN có thể đ-ợc tiến hành với một vài loại tác nhân rửa nh-:

- Các axit vô cơ nh-: HCl, H2SO4 với pH > 2

- Các axit hữu cơ nh-: A.acetic, A.lactic và A.citric

- Các tác nhân tạo phức (EDTA, NTA)

- Sự kết hợp của các axit hữu cơ, các tác nhân tạo phức và axit vô cơ Khi rửa với axit cần có độ pH thấp để rửa có hiệu quả các KLN Điều này

đòi

phải có các chất liệu đặc biệt để tránh việc ăn mòn các thiết bị Việc giải phóng

từ từ nhôm trong đất cần phải đ-ợc xem nh- quá trình không mong muốn Cần nhận thấy quá trình rửa cũng có thể dùng để rửa một l-ợng lớn, do vậy đòi hỏi thời gian xử lý lâu hơn ở các điều kiện ôn hoà và không làm tăng đáng kể chi phí

xử lý

Việc tách với các tác nhân tạo phức không nhất thiết đòi hỏi pH thấp Tuy nhiên đã có kết quả cho thấy việc tách Pb với EDTA đ-ợc nâng cao ở pH thấp

Điều bất thuận khi sử dụng tác nhân tạo phức là giá cả của chúng t-ơng đối cao

Đối với việc làm sạch lại các tác nhân cần có một khối l-ợng lớn các hệ thống xử lý hoá học và vật lý Trong các ph-ơng pháp này có thể kể đến là các quá trình trung hoà, kết tủa, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ cacbon hoạt tính, trao đổi ion và phản ứng khử Quá trình làm sạch trong từng tr-ờng hợp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nh- tỷ lệ % các cấp hạt và các hợp chất hữu cơ trong đất, bản chất

và nồng độ của các chất ô nhiễm và thành phần của các tác nhân tách chiết

Các cặn thu đ-ợc từ việc xử lý các tác nhân tách có thể đ-ợc tách n-ớc nhờ

sử dụng máy ly tâm, ép lọc hoặc sàng Số l-ợng cặn thu đ-ợc trong quá trình xử

lý dựa trên việc chiết tách và phân loại là một yếu tố quan trọng Cặn này bao gồm chủ yếu là phần tử đất Các hợp chất ô nhiễm trong phần chiết này t-ơng

đối nhỏ, tuy nhiên nồng độ chung của các chất ô nhiễm thì cao và các chất cặn này cần đ-ợc coi là chất thải nguy hiểm Do đó, các b-ớc xử lý tiếp theo sử dụng ph-ơng pháp nhiệt hoá hoặc ph-ơng pháp loại bỏ ở các khu vực này là rất quan trọng

3.2.3 Khả năng ứng dụng thực tiễn

Quá trình chiết tách/ phân cấp các loại đất đào là quá trình làm sạch thích hợp tr-ớc hết là xử lý các loại đất cát tinh khiết và các loại đất cát với hàm l-ợng chất hữu cơ nhỏ hơn 10 - 20% Các phần tử sét nhỏ và phần tử mùn hầu hết là tập trung trong các phần bùn lắng đọng nên không chấp nhận hàm l-ợng lớn các phần tử này Một vài thay đổi để áp dụng cho sét giống nh- đất, tuy nhiên những thay đổi này đang ở giai đoạn phát triển

Khi di dời các chất ô nhiễm thì có thể di dời cả các phần tử hữu cơ cũng nh- các kim loại nặng Trạng thái vật lý của các chất ô nhiễm có thể đ-ợc hấp phụ hay hấp thu vào các hạt đất hoặc có mặt nh- ở dạng hạt thì không có giới hạn Việc thay đổi quá trình và các điều kiện của quá trình mà có thể áp dụng

đ-ợc hay không phụ thuộc vào loại đất ô nhiễm Vì trong thực tế đối với mỗi loại

đất ô nhiễm cần có một quá trình xử lý khác nhau

Kinh nghiệm cho thấy việc tách/phân cấp đất ô nhiễm đã đào đ-ợc áp dụng rất nhiều trong thực tế Các thực nghiệm cho thấy là hoàn toàn thích hợp nếu có một số thay đổi cho việc tách tất cả các loại ô nhiễm Tuy nhiên nh- đã nói ở trên, việc thực nghiệm này chỉ áp dụng cho đất cát và các loại đất chứa ít sét và các phần mùn Chi phí của ph-ơng pháp này phụ thuộc rất lớn vào các loại đất ô nhiễm, -ớc tính khoảng 50 - 150 USD/ 1 tấn đất

3.3 Ph-ơng pháp xử lý tách đất ô nhiễm tại chỗ

3.3.1 Nguyên lý

Sơ đồ tiến hành xử lý đ-ợc mô tả trong hình 3.3 nh- sau:

Các chất thêm vào (HCl, EDTA, NTA, …)

Soil surface

Mục đích cô lập, tách riêng

Hình 3.3 Ph-ơng pháp tách chiết đất bị ô nhiễm

Quá trình xử lý bao gồm việc thấm lọc các tác nhân chiết tách dạng n-ớc vào trong các khu vực ô nhiễm Sự thấm lọc này có thể đạt đ-ợc bằng các rãnh trên bề mặt, các m-ơng tiêu ngang, các giếng sâu hoặc bằng sự kết hợp của cả 3 ph-ơng thức này

N-ớc của các tác nhân thấm lọc đi qua đất và các hợp chất tan có mặt trong

đất sẽ tan vào dung dịch chiết Phần n-ớc chiết đ-ợc bơm vào hệ thống xử lý n-ớc để di dời các chất ô nhiễm N-ớc đ-ợc sử dụng lại nh- là tác nhân tách sau khi đ-ợc xử lý Quá trình này đ-ợc tiếp tục cho đến khi nồng độ các chất còn lại

đáp ứng các tiêu chuẩn sẵn có

3.3.2 Các giới hạn của quá trình xử lý

Để ph-ơng pháp này có thể tiến hành trong thực tế cần chú ý các điểm sau:

- Đặc tính n-ớc của khu vực ô nhiễm

- Sự gián đoạn cơ học của đất trong khu vực ô nhiễm

- Nguồn gốc gây ô nhiễm

- Đặc tính hoàn tan của các chất ô nhiễm

- Xử lý thu hồi tác nhân chiết tách

- Điều kiện của các tác nhân chiết tách Khi xét các đặc tính n-ớc của khu vực ô nhiễm, phẫu diện đất cần có tính thấm cao, có nghĩa là chỉ có các loại đất cát là phù hợp cho ph-ơng pháp xử lý tại chỗ Sự có mặt của các lớp sét không thấm n-ớc không phải là điều làm đình

trệ quá trình nh-ng cần có các biện pháp xử lý đặc biệt để các tác nhân chiết tách

và n-ớc lọc có thể thấm qua hợp lý Điều quan trọng để đảm bảo dung dịch ngâm chiết di chuyển qua tất cả khu vực mà các chất ô nhiễm có mặt

Khu vực ô nhiễm có thể đ-ợc di dời khi các tác nhân tách thâm nhập theo những con đ-ờng mà chất ô nhiễm đã thâm nhập Sự gián đoạn cơ học của tầng mặt khu vực ô nhiễm có thể làm lan truyền các chất ô nhiễm tới các các khu vực không dễ dàng xảy ra thấm lọc, những chỗ gây cản trở khả năng thấm

Nguồn gốc ô nhiễm ảnh h-ởng lớn tới khả năng xử lý Các cơ hội để tiến hành thành công việc chiết tách tại chỗ là cao nếu các chất ô nhiễm đ-ợc hoà tan trong pha n-ớc Tuy nhiên nếu nguồn gốc ô nhiễm bao gồm các kim loại bền ở trong các hợp chất dạng hạt và khu vực đã bị xáo trộn cơ học thì khả năng ứng dụng của ph-ơng pháp này là không hoàn toàn có thể thành công

Ph-ơng pháp này chỉ phù hợp nếu tính hoà tan của chất ô nhiễm trong các tác nhân chiết tách là đủ cao Trong tr-ờng hợp đất ô nhiễm do n-ớc thải có chứa các kim loại nặng thì sự liên kết chặt của kim loại với các phần tử đất sẽ xảy ra, làm cho nồng độ cân bằng của các kim loại trong pha n-ớc giữa các phần tử đất

là rất thấp Có thể tăng nồng độ các kim loại trong pha n-ớc bằng cách thêm vào các chất hoá học Điều kiện này có thể thực hiện đ-ợc nếu có các tác nhân sau:

- Các axit vô cơ (HCl, H2SO4, HNO3)

- Các axit hữu cơ (mặc dù có thể thu đ-ợc ở nồng độ pH thấp)

- NaOH (thích hợp cho các hợp chất l-ỡng tính, tuy nhiên các chất hữu cơ trong đất cũng có thể bị hoà tan)

- Các phức chất nh-: A.xit citric, nitrilotri acetat (NTA) và các clorua vô cơ

- Làm kết tủa bằng cách tăng nồng độ pH với NaOH hoặc Na2S

- Làm đông tụ/ keo tụ bằng trầm tích

- Siêu lọc/ vi lọc

- Thẩm thấu ng-ợc

- Sự điện phân và thấm tách bằng điện

- Trao đổi ion

- Xử lý sinh học

Đôi khi việc kết hợp các kỹ thuật là cần thiết nh- sự kết tủa và đông tụ/ keo

tụ tiếp theo và quá trình tách n-ớc cơ học Tiếp đó các tác nhân tách đ-ợc tái sử dụng lại bằng cách thêm vào các hoá chất thích hợp để đạt đ-ợc nồng độ hoặc

pH mong muốn

3.3.3 Kinh nghiệm thực tiễn

Ph-ơng pháp xử lý tại chỗ đã đ-ợc tiến hành ở diện rộng, tuy nhiên phần lớn là để tách các chất ô nhiễm hữu cơ Việc tách tại chỗ các kim loại nặng đã

đ-ợc tiến hành thành công ở Hà Lan để làm sạch các khu đất cát bị ô nhiễm Cd với diện tích là 3 ha Axit HCl đã đ-ợc sử dụng để làm điều tiết cho các tác nhân tách dạng n-ớc, pH của các tác nhân tách khoảng 3,5 Mặc dù nồng độ trung bình của Cd trong đất ô nhiễm khoảng 10 ppm nh-ng việc tách đã t-ơng đối hoàn chỉnh Khoảng 90% các mẫu đất sau khi tách đã cho nồng độ Cd bằng hoặc thấp hơn 1 ppm sau khi xử lý một năm Chi phí khoảng 100 USD/ 1tấn đất và

đ-ợc đánh giá thấp hơn một chút so với chi phí xử lý trong tr-ờng hợp đào đất và

xử lý theo ph-ơng pháp chiết tách/ phân loại cấp hạt

3.4 Ph-ơng pháp cải tạo đất bằng điện

đ-ợc hình thành Có 3 hiện t-ợng di chuyển liên quan:

- Điện - thẩm thấu: Sự di chuyển của các chất lỏng dạng bọt chứa các dạng chất ô nhiễm ở giữa các cực

- Hiện t-ợng điện ly: Sự di chuyển của các phần tử có tích điện có mặt trong các chất lỏng dạng bọt nh- là các chất keo, các phần tử sét nhỏ và các giọt nhỏ

- Sự điện phân: Sự di chuyển của các ion và các ion phức có trong chất lỏng dạng bọt

Cần phải biết rằng việc di chuyển của các phân tử tích điện và các ion tích

điện không cần thiết trong một vài h-ớng nh- khối dòng điện thẩm thấu

2.4.2 Hệ thống xử lý

Quá trình xử lý theo ph-ơng pháp này đ-ợc phác hoạ ở hình 3.4

Cation Anion

Hình 3 4 Ph-ơng pháp xử lý đất ô nhiễm bằng điện

Quá trình này bao gồm hàng loạt các cực âm và cực d-ơng đ-ợc đặt dọc hoặc đặt ngang Các điện cực của cùng một cặp đ-ợc cung cấp bởi một hệ mà trong đó có dung môi tinh khiết Mục đích của dung môi này là để thu các chất ô nhiễm và để ngăn cản những sự kết tủa không mong muốn và các quá trình xấu xảy ra ở các điện cực Tất cả các hệ của các điện cực có cùng dòng điện đ-ợc nối với nhau để tạo thành một hệ khép kín Ph-ơng pháp này có thể áp dụng tại chỗ hoặc đào đất ở một khu vực đặc biệt Thời gian xử lý thay đổi từ vài tuần tới vài tháng

2.4.3 Khả năng ứng dụng thực tiễn

Ph-ơng pháp này có thể ứng dụng để tách các chất ô nhiễm ion hoặc các phần tử có tích điện nhỏ ở trong đất Ph-ơng pháp thích hợp cho việc tách các kim loại nặng từ đất Cần chú ý rằng kỹ thuật này không chỉ tách mỗi kim loại trong các loại đất hoà tan có chứa ion Do việc tách các kim loại mà nồng độ các ion trong các khoảng hổng giảm đi Tiếp theo đó, các kim loại đã đ-ợc hấp phụ bởi các hạt đất hoặc các oxit, hydroxit hoặc cacbonat có trong dung dịch cũng

đ-ợc tách ra khỏi đất Các chất ô nhiễm không phải ở dạng ion hoà tan trong chất lỏng dạng bọt cũng đ-ợc tách rời và di chuyển bởi sự di chuyển điện thẩm thấu của dung dịch đất Các vật thể kim loại lớn có trong các loại đất ô nhiễm có thể làm tắc, ngừng trệ quá trình xử lý vì có thể gây nhiễu loạn dòng điện ở vị trí

đó

Kinh nghiệm thực tế cho thấy ph-ơng pháp này đã đ-ợc áp dụng thành công để tách kim loại nặng từ các loại đất sét Tuy nhiên thực nghiệm chỉ dừng lại ở mức này và việc tính toán cho quá trình xử lý là rất khó Các -ớc tính gần

đây cho thấy chi phí cho xử lý bằng ph-ơng pháp này thấp hơn so với các ph-ơng pháp đã nêu khoảng 10 - 50 USD/ 1 tấn đất

3.5 Quá trình chiết tách hơi tại chỗ

3.5.1 Nguyên lý

Việc tách bằng ph-ơng pháp làm bay hơi trong đất sử dụng khả năng bay hơi của các chất ô nhiễm Pha khí giữa các phần tử đất trong khu vực ô nhiễm là pha cân bằng với các chất ô nhiễm đ-ợc hấp phụ trong các phần tử đất Số l-ợng

của các chất ô nhiễm trong pha khí giữa các phần tử đất là phong phú với khả năng bốc hơi t-ơng đối cao Việc rửa bằng tia n-ớc khu vực ô nhiễm, sử dụng sự liên kết chiết tách chân không của pha khí và sự thấm lọc khí làm tăng khả năng tách các chất ô nhiễm bay hơi từ các khu vực ô nhiễm

3.5.2 Hệ thống thiết bị xử lý

Hệ thống thiết bị xử lý đ-ợc mô tả ở hình 3.5 nh- sau:

Hình 3.5 Ph-ơng pháp chiết tách hơi tại chỗ

Hệ thống chiết tách hơi trong đất và giếng thấm không khí đ-ợc tạo ra ở khu vực ô nhiễm Các giếng chiết tách hơi đ-ợc nối với hệ thống xử lý bay hơi

mà ở đó có thể tách các chất ô nhiễm Quá trình này có thể thực hiện đ-ợc bằng

sự hấp thụ cacbon hoạt tính hoặc đốt xúc tác Sự thấm lọc không khí trong đất có thể đạt đ-ợc bởi gradien áp suất âm ở các loại đất không bão hoà Sự xâm nhập mạnh của không khí vào vùng đã bão hoà cũng làm tăng quá trình khử các chất ô nhiễm từ lớp đất thêm vào

và o

Giếng thấm lọc

Ph-ơng pháp này đ-ợc phát triển đặc biệt cho việc xử lý tại chỗ đất ô nhiễm bởi các chất ô nhiễm bay hơi Có một vài sự thay đổi trong hệ thống xử lý này, việc lựa chọn sự thay đổi cần thiết nào phụ thuộc rất nhiều vào loại đất, cấu trúc đất cũng nh- dạng và nồng độ của các chất ô nhiễm Khả năng thay đổi về không gian của các thông số này là một nhân tố quan trọng khác

Một vài sự thay đổi t-ơng đối đặc biệt là việc khử hơi n-ớc Quá trình làm sạch này t-ơng đồng với việc chiết tách không khí bay hơi ngoại trừ các dòng n-ớc nóng đ-ợc thâm nhập vào đất thay vì không khí Nhiệt độ cao hơn thì tỷ lệ tách các chất ô nhiễm cao hơn so với tách khí Ngoài ra việc tách các chất ô nhiễm với khả năng bay hơi t-ơng đối thấp với nhiệt độ xung quanh là hoàn toàn có thể

3.5.3 Khả năng ứng dụng thực tiễn

Việc chiết tách bằng ph-ơng pháp bay hơi thích hợp cho việc xử lý tại chỗ của đất ô nhiễm các hợp chất bay hơi nh-: Tricloroetylen, pecloroetylen, toluen, benzen và rất nhiều các dung môi hữu cơ khác Ng-ời ta có thể tách các hợp chất thuỷ ngân hữu cơ bay hơi và asen Tuy nhiên kỹ thuật này đã không đ-ợc nghiên cứu kỹ và chỉ phù hợp với các loại đất có khả năng thấm cao Tính thấm của các

đất sét giống nh- sét và nhìn chung là quá thấp để có thể tách hiệu quả các chất

ô nhiễm

Kinh nghiệm thực tiễn cho thấy ph-ơng pháp tách tại chỗ bằng cách làm bay hơi đ-ợc sử dụng trong thực tế ở một diện rộng với việc di dời các nhóm chất khác nhau là tricloroetylen, pecloroetylen, toluen, benzen và xăng Việc tách bằng cách làm bay hơi trong một vài tr-ờng hợp là sự kết hợp với hai hệ thống xử lý: tách tại chỗ với pha n-ớc và sự phục hồi sinh học tại chỗ Quá trình thâm nhập của không khí dẫn đến việc vận chuyển oxy có hiệu quả làm tăng khả năng phân huỷ sinh học Việc sử dụng các tác nhân chiết tách n-ớc cũng tách các hợp chất có thể không bay hơi, không bị phân huỷ sinh học Chi phí của ph-ơng pháp này thấp hơn ph-ơng pháp nhiệt hoá hoặc xử lý tách sau khi đào

đất

3.6 Xử lý đất bằng ph-ơng pháp phân huỷ sinh học các chất ô nhiễm

lý phân hủy sinh học các hydrocacbon đã clo hoá lại cần có sự kết hợp cả điều kiện hiếu khí và kỵ khí Ngoài ra một số các hợp chất bền th-ờng bị phân huỷ sinh học trong các điều kiện kỵ khí

3.6.2 Hệ thống xử lý và khả năng ứng dụng

Vi khuẩn Oxi

Hình 3.6 Lò phản ứng sinh học để xử lý các loại đất đã đào

Có 3 ph-ơng pháp chính áp dụng đối biện pháp xử lý sinh học đất ô nhiễm các chất hữu cơ là làm đất, kỹ thuật phản ứng sinh học và di dời sinh học tại chỗ

Trong ph-ơng pháp làm đất, đất bị ô nhiễm phân bố trên tầng đất mỏng phía trên của lớp d-ới có cấu trúc đặc biệt không thấm, với một hệ thống tiêu n-ớc Độ dày của lớp đất này vào khoảng 0,5 đến 1,5m Sự phân huỷ háo khí chất ô nhiễm trong lớp này đ-ợc kích thích do việc làm đất có điều chỉnh để làm tăng khả năng trao đổi không khí và thêm vào đây các chất dinh d-ỡng và các nguyên tố vết nếu thấy cần thiết N-ớc tiêu bị ô nhiễm đ-ợc tuần hoàn theo khắp các lớp đất Việc tăng nhanh và hoàn thiện của quá trình có thể đạt đ-ợc khi sử dụng các kỹ thuật hiệu ứng nhà kính, thông khí mạnh và sự tăng nhiệt độ của các lớp Về cơ bản làm đất là ph-ơng pháp t-ơng đối đơn giản và thời gian xử lý từ 1

- 3 năm

Kỹ thuật phản ứng sinh học (hình 3.6) liên quan tới việc xử lý các bùn sệt của đất ô nhiễm và n-ớc trong một hệ thống lò phản ứng khép kín đ-ợc cung cấp oxi và các chất dinh d-ỡng và cuối cùng là cơ chất Bùn sệt đ-ợc trộn kỹ để làm tăng khả năng tiếp xúc giữa các vi sinh vật, các chất ô nhiễm, oxi và các chất dinh d-ỡng Do đó, sự t-ơng tác cũng đ-ợc tăng c-ờng và các khả năng để kiểm

Lò phản ứng bùn

soát tốt hơn quá trình, tốc độ phân hủy sinh học cao hơn một cách đáng kể so với ph-ơng pháp làm đất Tuy nhiên quá trình này phức tạp hơn và cần hệ thống xử

lý t-ơng đối phức tạp và đắt Quy mô của hệ thống này thì đ-ợc quyết định do khả năng xử lý và thời gian xử lý cần thiết Từ góc độ tài chính ng-ời ta cho rằng thời gian có mặt của đất trong hệ thống lò phản ứng sinh học có thể ít hơn vài ngày, th-ờng là vài tiếng