Xử lý in situ đối với nước ngầm

Xử lý In situ nước ngầm Xử lý In situ nước ngầm Bởi: Ngô Tự Thành Mở đầu Tương tự phục hồi sinh học chỗ đất ô nhiễm, việc phục hồi sinh học chỗ cho nước ngầm ô nhiễm đòi hỏi cung cấp oxy, chất dinh dưỡng, đôI vi sinh vật đó, tới khắp vùng ô nhiễm Để thực cung cấp ấy, có ba phương pháp: • Thấm lọc (percolation) • Kết hợp bơm, xử lý tái tuần hoàn • …………… ( air sparging) Phương pháp thấm lọc Theo phương pháp này, người ta đưa dung dịch chất dinh dưỡng cần thiết cho phân huỷ sinh học vào bề mặt đất chảy xuống tầng nước ngầm, sau xuyên qua vùng thoáng khí (hình 7.1) Cụ thể người ta tạo cáI ao lót đáy loạt rãnh nông, chứa đầy dung dịch dinh dưỡng, cho dung dịch thấm xuống đất, tới tầng nước ngầm cần xử lý Phần lớn dung dịch thấm theo chiều thẳng đứng Hình 7.1 Sự thấm lọc chất dinh dưỡngtới tầng nước ngầm ô nhiễm Những đặc điểm phương pháp là: • Chỉ áp dụng cho túi nước ngầm nông, để thời gian thấm lọc không lâu • Không thể đưa oxy tới nơi cần xử lý, độ hoà tan oxy nước nhỏ, vùng tiếp xúc chất lỏng vớikhông khí vùng thoáng khí 1/7 Xử lý In situ nước ngầm • Mặc dù thông qua thấm lọc, lý thuyếtcó thể bổ sung vi sinh vật vào nơi cần xử lý thực tế việc bổ sung không khả thi, chúng bị thất thoát nhiều • Sự cung cấp oxy có ảnh hưởng mạnh mẽ đến tốc độ phục hồi sinh học nước ngầm nhờ hệ thống thấm lọc Nừu nguồn oxy khuyếch tán từ bề mặt nước ngầm tốc độ oxy hoá sinh học chậm Sự bổ sung chất dinh dưỡngcó thể tạo điều kiện cho vi khuẩn kị khí tuỳ tiện kị khí bắt buộc sinh trưởng được.Các sản phẩm lên men thường linh động hớno với chất gây ô nhiễm ban đầu, lan rộng vùng ô nhiễm điều kiện kị khí - Về việc bổ sung NO3- nguồn nitơ nguồn chất nhận điện tử: Như ta biết, nitrat dạng nitơ vô phổ biến đất (cùng với amoni), đồng thời chất nhận điện tử phổ biến hô hấp kị khí Nitrat bị khử dần tới NO2- , NO2 , NO N2 , tất chúng dạng khí biến khỏi đất Quá trình từ NO3- tới N2 làm tổn thất nitơ đất gọi phản nitrat hoá (denitrification) Việc sử dụng nitrat làm chất nhận điện tử để tạo thành nitơ dạng khí gọi khử nitrat dị hoá (dissmiltive nitrate reduction), khác với khử nitrat dược khử thành amoni dùng làm nguồn nitơ cho tổng hợp axit amin protein,nghĩa cho sinh trưởng Các enzym tham gia vào khử nitrat dị hoá phân bố ngang gần enzym hô hấp oxy Sự tổng hợp enzym nitratreductazơ khó xảy có mặt oxy, thể phản nitrat hoá xảy đồng thời với hô hấp oxy Trong đó, khử nitrat đồng hoá xảy có mặt oxy Mọi vi sinh vật phản nitrat hoá kị khí tuỳ tiện ưa dùng oxy (hô hấp oxy) nitrat (hô hấp nitrat) Chỉ có số vi khuẩn có khả khử nitrat dị hoá, vi khuẩn, nấm, thực vật khử nitrat đồng hoá Tóm lại số lượng loại chất bị phân huỷ thông qua hô hấp nitrat không nhiều Điều đáng nói số chất gây ô nhiễm hữu quan trọng alkan chất thơm, khó bị phân huỷ kị khí, hầu hết đường trao đổi chất phổ biến đòi hỏi có oxytrong bước mở đầu Tóm lại việc sử dụng nitrat nguồn nitơ chất nhận điện tửlà hấp dẫn lúc khả thi Tuy nitrat phải nghĩ đến để không bỏ lỡ hội dùng Phương pháp kết hợp: bơm để xử lý tái tuần hoàn Đây kết hợp bơm để mang xử lý trạm xử lý (ex situ bioremediation)( hình 7.2) Trong việc bơm nước để xử lý, nước bơm khỏi vùng ô nhiễm, xử lý, thải vào cống rãnh chung, vào thuỷ vực đó, vào nơi thải 2/7 Xử lý In situ nước ngầm đất Nừu xử lý thật hoàn hảo nước xử lý đưa trở lại vào nước ngầm, nước để phục hồi bị coi nước thải nên đưa trở lại nước ngầm Việc đưa nước bổ sung oxy, chất dinh dưỡng, vi sinh vật nữa, vào nước ngầm, phương pháp để liên tục đưa nguyên liệu vào vùng ô nhiễm Các chất gây ô nhiễm kị nước thường khó bị loại bỏ phương pháp bơm xử lý chuẩn mực (xem chương3) Việc đưa chất dinh dưỡng oxy vào vùng ô nhiễm góp phần phát triển phương pháp phục hồi sinh học chỗ làm tăng đáng kể tốc độ phục hồi nước ngầm Việc kết hợp bơm nước để xử lý với việc đưa chất chất dinh dưỡng oxy vào vùng ô nhiễm tạo nên vùng phản ứng bên tầng nước ngầm Hình 7.2 Sơ đồ kết hợp biện pháp bơm nước để xử lý việc đưa nước xử lý trở lại vào nước ngầm Có thể cung cấp H2O2 NO3- vào vùng ô nhiễm, thay oxy không khí oxy nguyên chất, để dùng làm chất nhận điện tử Người ta có nhiều kinh nghiệm dùng H2O2 so với NO3- chí coi thủ tục chuẩn mực Hydro peroxit, phân huỷ thành nước oxy phân tử, xúc tác enzym catalazơ: 2H2O2 2H2O +O2 Lượng oxy giải phóng từ cung cấp H2O2 0,47g/g Nếu H2O2 bổ sung với nồng độ 100mg/lit gây độc cho môi trường Các nguyên tắc thiết kế hệ thống Để thiết kế hệ thống kết hợp bơm, xử lý , đưa chất dinh dưỡng, oxy vào nước ngầm ô nhiễm,cần tính đến nhân tố sau đây: - Xác định điều kiện vùng ô nhiễm - Chọn tốc độ bơm phù hợp - Xác định nồng độ chất gây ô nhiễm nước bơm - Xác định nhu cầu oxy chất dinh dưỡng - Xác định thời gian cần thiết cho toàn trình phục hồi sinh học - Lập chương trình lấy mẫu 3/7 Xử lý In situ nước ngầm - Có giếng quan trắc Việc dùng không khí nén oxy nguyên chất cung cấp oxyowr nồng độ 20mg/l Nừu cần nồng độ cao bổ sung H2O2 Một hệ thống xử lý nước ngầm kết hợp việc bơm nước để xử lý với việc đưa chất dinh dưỡng oxy vào hiwur hệ thống kết hợp xử lý không chỗ (ex situ) với sử lý chỗ (in situ), hẹ thống xử lý kết hợp lý- hoá- sinh học Hình ảnh bề hệ thống nêu hình… Hình…… Hệ thống xử lý - hoá- sinh học nước ngầm ô nhiễm dung môi kim loại nơI tồn trữ lớn New Jersey [ ] Xác định tốc độ bơm Việc chọn tốc độ bơm phù hợp phải tính toán dựa vào: - Thời lượng dự tínhcho việc phục hồi - Độ dân thuỷ lực nước ngầm cần xử lý - Kích thước vùng ô nhiễm, - Hệ số phân bố đất gây ô nhiễm Nhiều hệ thống hoạt động mười năm, phổ biến vài năm Thời gian xử lý dài dẫn đến chi phí vận hành lớn (ví dụ tiền điện), thời gian xử lý ngày cân nhắc kỹ việc thiết kế hệ thống Do mgười ta thích chọn tốc độ bơm thấp Có trường hựop phân bố chất gây ô nhiễm pha rắn pha hoà tanlà bất lợi nước bơm có nồng độ chất gây ô nhiễm thấp Lúc đầu nồng độ chất gây ô nhiễm pha lỏng cao sau giảm xuống thấp nhanh tốc độ giảI hấp khuyếch tán khỏi vùng có tính thấm nhỏ thấp tốc độ chiết rút Trong trường hợp nên giảm tốc độ bơm thực bơm theo kiểu “gián đoạn”, tức bơm ngừng bơm xen kẽ nhau, đươc biểu thị hình 7.3 Hỡnh 7.3 Nồng độ chất gõy ụ nhiễm pha lỏng (C ) phụ thuộc vào bơm “gián đoạn” (Q) cỏc chất gõy ụ nhiễm kị nước Nếu phần chủ yếu chất gây ô nhiễmđược hấp phụ vào pha rắn, tốc độ giải hấp thấp so với tốc độ loại bỏ mạnh mẽ bơm Cũng vậy, sản phẩm tinh khiết tồn , tốc độ di chuyển hàng loạt nhỏ so với tốc độ loại bỏ hàng loạt 4/7 Xử lý In situ nước ngầm bơm Trong trường hợp vậy, nồng độ chất gây ô nhiễm pha lỏng giảm xuống thời gian bơm, tăng lên thời gian ngừng bơm Xác định nồng độ chất gây ô nhiễm Nồng độ chất gây ô nhiễm nước bom hàm số của: • Lượng chất gây ô nhiễm tầng nước ngầm • Khối lượng vùng ô nhiễm, • Hệ số phân bố đất Khó xác định xác lương chất gây ô nhiễm có mặt địa điểm xử lý Tuy nhiên số trường hợp, lượng chất thảI tính toán dựa hồ sơ cho biết lượng bồn chứa thảI nước thải Nếu thủ tục vận hành tuân theo cách bình thường (ví dụ chế độ rửa bồn chứa thủ tục thải nước sục rửa xác định lượng chất gây ô nhiễm để đáp ứng việc thiết kế hệ thống Việc điều tra địa điểm ưu tiên cho việc thiết kế hệ thống phải bao gồm việc phân tích mẫu lấy từ tâm điểm lựa chọn vùng ô nhiễm để xác định nồng độ chất gây ô nhiễm pha lỏng pha hấp phụ Ví dụ1: Xác định nồng độ chất gây ô nhiễm Các mẫu lõi từ tầng nước ngầm nêu hình 7.4 phân tích tổng hợp hydrocacbon dầu mỏ (total peroleum hydrocacbons,TPH) độ sâu khác nhau, nêu bảng Hãy xác định tổng hợp chất gây ô nhiễm tầng nước ngầm tính hệ số phân bố Mật độ khối vật chất nước ngầm bơm 2.500kg/m3 ỉ lỗ TPH đất (S) nước (C L ) Om 3m S, g/kg C L , mg/L S, g/kg 6m C L , mg/L S, g/kg C L , mg/L d2 0,006 0,63 0,000 0,00 0,000 0,00 d4 0,000 0,00 0,000 0,00 0,000 0,00 e1 0,000 0,00 0,000 0,00 0,000 0,00 e3 0,010 1,10 0,009 0,95 0,000 0,00 e5 0,000 0,00 0,000 0,00 0,000 0,00 f1 0,011 1,22 0,013 1,40 0,005 0,04 5/7 Xử lý In situ nước ngầm f3 0,013 1,20 0,016 1,62 0,012 1,20 f4 0,008 0,07 0,010 1.05 0,003 0,03 g2 0,000 0,00 0,000 0,00 0,000 0,00 g4 0,000 0,00 0,000 0,00 0,000 0,00 Hình 7.4 Hình chiếu phẳng hình vẽ mặt cắt ngang vùng ô nhiễm hydrocacbon dầu mỏ tầng nước ngầm Bài giải: Chia vùng ô nhiễm thành tiểu vùng chia nồng độ trung bình cho tiểu vùng, dựa mẫu lõi Vùng Khối lượng m3 Nồngđất độ g/kg Nồng nước độ mg/L 0-2 2- 4-6 0-2 2- 4-6 d2 90 0 0,008 0,005 d3 90 0 0,008 e1 70 35 e2 420 210 e3 420 e4 0-2 2- 4-6 0,000 0,87 0,48 0,00 0,005 0,000 0,87 0,48 0,00 0,008 0,010 0,006 0,81 1,00 0,43 0,010 0,009 0,000 1,10 0,95 0,00 210 0,010 0,009 0,000 1,10 0,95 0,00 70 35 0,030 0,006 0,001 0,37 0,67 0,01 f1 300 300 150 0,011 0,013 0,005 1,22 1,40 0,04 f2 450 450 225 0,012 0,014 0,008 1,21 1,51 0,62 f3 450 450 225 0,013 0,016 0,012 1,20 1,62 1,20 f4 300 300 150 0,008 0,010 0,003 0,07 1,05 0,03 Xác định Ksd cho vùng 6/7 Xử lý In situ nước ngầm Ví dụ, tính cho e3 độ sâu từ 2- 4m: Lập bảng giá trị cho vùng ô nhiễm 7/7 ... 2/7 Xử lý In situ nước ngầm đất Nừu xử lý thật hoàn hảo nước xử lý đưa trở lại vào nước ngầm, nước để phục hồi bị coi nước thải nên đưa trở lại nước ngầm Việc đưa nước bổ sung oxy, chất dinh... thống xử lý nước ngầm kết hợp việc bơm nước để xử lý với việc đưa chất dinh dưỡng oxy vào hiwur hệ thống kết hợp xử lý không chỗ (ex situ) với sử lý chỗ (in situ) , hẹ thống xử lý kết hợp lý- hoá-... kết hợp: bơm để xử lý tái tuần hoàn Đây kết hợp bơm để mang xử lý trạm xử lý (ex situ bioremediation)( hình 7.2) Trong việc bơm nước để xử lý, nước bơm khỏi vùng ô nhiễm, xử lý, thải vào cống