Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác theo hướng thu hồi nito và tiết kiệm năng lượng

Sựhình thànhnước rác .1 Lượngnướcrácphátsinh

Về cơ bản quá trình sinh học xảy ra trong bãi chôn lấp chịu tácđộng rất lớncủa điều kiện tự nhiên như: thời tiết, khí hậu (độ ẩm, nhiệt độ, chế độ mưa…), cácyếu tố chủ quan: thành phần hóa học, hàm ẩm và khu hệ vi sinh vật trong rác thảihoặcđượcbổsungtrongquátrìnhvậnhành…. Lượng mưa: nước mưa làm tăng độ ẩm trong rác, thúc đẩy quá trình phân hủysinh học đồng thời hòa tan các chất vô cơ, hữu cơ, sản phẩm phân hủy có trong rác.Tuy nhiên nếu lượng mưa lớn sẽ dẫn đến lượng nước rác tăng, hàm lượng chất ônhiễmgiảmdođượcphaloãng.

Đặctrưngnướcrác

Ở một số bãi chôn lấp rác hữu cơ đượcphân loại tại chỗ để làm phân hữu cơ hoặc làm nguyên liệu sản xuất năng lượng, vì vậynồng độ các chất ô nhiễm giảm và khác nhau đáng kể. Ở các nước phát triển, phần lớn rác sinh hoạt được phân loại ngay từ hộ gia đìnhthànhráchữucơ,ráckimloại,đồvậtvôcơkhôngcókhảnăngtáisửdụng(sành,sứ,đồ gốm… ),việc này giúp cho quá trình tái sử dụng được thuận tiện và có hiệu quả,đồngthờigiúpgiảmnồngđộvàthànhphầnônhiễmtrongnướcrác.

Phươngphápxửlýnướcrác

Ở Việt Nam, một số nguồn thải chứa đồng thời phốt pho và amoni với hàm lượngkhá cao như nước rác tươi, nước thải chăn nuôi, nước thải chế biến cao su, nước thảigiết mổ gia súc, nước thải chế biến thuỷ sản và nước chiết ra từ bể phân hủy bùnv i sinhyếm,hiếukhí. Vi sinh vật hấp thụ các chất hữu cơ để tồn tại và đòi hỏi một lượng chất dinhdưỡng để phát triển: Các nguyên tố đa lượng C, N, S, P, K, Mg, Ca; các nguyên tố vilượng Fe, Mn, Mo, Ni, Co, Zn, Cu,…trong đó C, N, P và K là các nguyên tố chủ yếu,cầnđượcđảmbảomộtlượngcầnthiếttrongchuyểnhoásinhhoá.

COOH  D

Quá trình sinh trưởng bám dính (tạo màng) chậm hơn so với sinh trưởng lơ lửng; hiệuquả xử lý BOD5thấp hơn vì trước khi cơ chất được vi sinh vật sử dụng đã xảy ra mộtloạt các quá trình chuyển khối: từ môi trường tới bề mặt màng, khuyếch tán qua màng,chuyển khối trong lớp lọc. - Thời gian lưu nướclà khoảng thời gian trung bình nước lưu trong bãi lọc [92].Đối với bãi lọc ngập nước dòng chảy bề mặt thì thể tích “phản ứng” là phần thể tích tựdo của nước trên bề mặt trừ đi phần thể tích mà các cây chiếm chỗ như thân, lá và phầnchất rắn chiếm chỗ.

Thiếtbịvàvậtliệunghiêncứu

- Nghiên cứu tách nitơ trong nước rác:Nước rác tươi (lấy từ giếng thu bãi chôn lấpĐá Mài, TP Thái Nguyên) được xử lý sơ bộ để loại bỏ chất rắn lơ lửng, sau đó đượcđưavàothiếtbịtáchMAP (Hình2.1.b)ởcác điềukiệntốiưuđểtáchMAP. Nước rác sau xử lý yếm khí được lưu vàobình chứa (nếu xử lý gián đoạn) hoặc tự chảy sang thiết bị thiếu khí (nếu xử lý liên tục)quakết cấuchảy tràn (h=5mm) nhằm hòa tan oxi từ không khí vào dòng lỏng. Bùnhiếu khí này đã được phân tích và sử dụng trong nghiên cứu xử lý nước thải giầu nitơ,phốt pho ngành công nghệ thực phẩm do Viện máy và dụng cụ Công nghiệp thực hiện.BùnhiếukhívikhuẩnPseudomonas( P.

Điều kiện hiếu khí trong vùng thúc đẩy quá trình oxy hóamột số thành phần hóa học: sunfua hydro, sắt (II), mangan (II); thúc đẩy hoạt động củavisinhvậthiếukhí(oxyhóachấthữucơvàamoni)[32]. CâyriềnghoađượctổchứcBORDA(BremenOverseasResearchandDevelopment Association) đánh giá là một trong những loài thực vật phù hợp ở bãi lọctrồng cây tronghệ thống xử ly nước thải ở các nước đang phát triển theo công nghệDEWATS ( Decentralized Wastewater Treatment in Developing Countries) [32]. Câyriềng hoa cũng được trồng ở bãi lọc trồng cây của hệ thống xử lí nước thải Bệnh việnĐa khoa Kim Bảng - tỉnh Hà Nam và Bệnh viện đa khoa Thanh Hóa (do BORDAchuyểngiaocôngnghệ)vàđãhoạtđộnghiệuquảtừ2007đếnnay.

Mục tiêu đặt ra là: nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số quan trọng nhưnồng độ amoni ban đầu, pH, thời gian lưu và vận tốc khuấy trộn đến hiệu quả tách nitơtạo MAP và tìm ra mối quan hệ toán học giữa chúng. Dạngphươngtrìnhhồiquyđượcxácđịnhdựatrêncácsốliệuthực nghiệm,v ìvậy cần phải xem xét mô tả toán học đó có phù hợp với thực nghiệm không và dùngphânphốiFisher(F)vớimộtmứcýnghĩanàođó.

Táchnitơtạotinh thểMAP (bước1)

Kết quả trong bảng 3.2 cho thấy khi nồng độ amoni tăng hiệu quả tách MAPtăng, khi tăng tỷ lệ Mg2+:NH4+:PO43lên 1:2:1 hiệu quả tạo MAP có xu hướng giảm.ĐiềunàychothấyquátrìnhtáchMAPchỉđạttốiđavớitỷlệMg2+:NH4+:PO43=1:1,9:1. Trong quá trình tạo MAP, sự hình thành tinh thểdiễn ra theo hai bước:tạomầm tinh thể và phát triển mầm.Thời gian phản ứng chịu tác động của sự khuấy trộn:thời gian phản ứng giảm khi tốc độ khuấy tăng và mầm struvite tạo thành nhanh chóng.Sự kết tinh MAP tăng khi có sự xáo trộn, tuy nhiên khi tốc độ khuấy quá cao (100vòng/phút) đã làm gãy tinh thể có độ dài lớn, đồng thời ảnh hưởng đến tính ổn định vàkhảnăngloạibỏnitơ. Như vậy hiệu quả của quá trình tách amoni tạo MAP phụ thuộc tuyến tính vàonồng độ amoni ban đầu (x1), pH (x2), thời gian phản ứng (x3) và tốc độ khuấy trộn (x4).Phương trình trên cũng cho thấy ảnh hưởng của pH (x2) là lớn nhất, tiếp đến là nồng độamoni ban đầu và tốc độ khuấy trộn.

Nghiên cứu được thực hiện với quá trình kêt tinh MAP trong nước rác có NH+dòng vào 314 mg/l, bổ sung Mg2+và PO3-đạt tỷ lệ mol 1:1,9:1 vận tốc khuấy trộn 50vòng/phútthờigianphảnứng60phútvớibìnhphảnứngcóbổsungmầmtinhthểMAP(100mgtin hthểcúkớchthước30-50àm).Kếtquảnghiờncứu(Bảng3.7). Để xác định kết tinh MAP có thể thu hồi và sử dụng làm phân bón cho cây trồng.Mẫu kết tinh MAP được xác định chất lượng bằng 3 phương thức:Đo kích thước tinhthể MAP bằng trắc vi thị kính và SEM; chụp phổ XRD vàhòa tách phân tích các thànhphầncủaMAP. Hiệu suấtXL(. Sau tách MAP nước rác được đưa vào xử lý yếm khí bằng thiết bị UASB nhằmchuyển hóa COD thành biogas. Để xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lýyếm khí, đã tiến hành nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý của quátrình như: ảnh hưởng của COD dòng vào; ảnh hưởng của thời gian lưu và tác dụng củaviệcbổsungmộtsốnguyêntốvilượng. 3.2.1.1 Ảnhhưang củanồngdộCODdòng vào. Nước rác có chứa nhiều thành phần ô nhiễm khác nhau. )vàcácthànhphầnkhácnhư:chấtmàu,chấthữucơphântửlượnglớnchậmhoặckhóchuyểnhóa(cellulo se,pectin,lignin,axítfulvic,axíthumic…Q u á trìnhxửlý yếmkhí nhằm chuyển COD thành khí metan.

Các nguyên tố vi lượng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với sự sống của visinh vật, chúng là thành phần trong tâm hoạt động của các enzim, nhân tố quyết địnhhiệu quả của các quá trình trao đổi chất và hỗ trợ các phản ứng hóa sinh học trong tếbào VSV. (tổngnitơ dòng vào là 2000mg/l, COD dòng vào 7200mg/l) thời gian lưu 20 ngày sau đónước rác được xử lý hiếu khí 7 ngày [46].Điều này có thể là do nước rác tại bãi JebelChekir (Tunisia) mà Ismail Trabels nghiên cứu là nước rác cũ, và chưa được xử lý sơbộ.

Kiếnnghị

- Hoàn thiện công nghệ và thiết bị tách MAP ở quy mô pilot làm sơ sở để triểnkhaiquymôlớnhơn. - Liên kết với một đơn vị chức năng để nghiên cứu sử dụng hiệu quả MAP trongtrồngtrọt. - Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của luận án, tiếp tục nghiên cứu tách MAP ở cácloạinướcthảigiầunitơ, phốtphokhác(nước thảichế biênthuỷsản,chănnuô i, chế biến mủcaosu…).

Phạm Hương Quynh, Nguyễn Thị Sơn( 2 0 1 3 ) ,Nghiên cứu một số yếu tố ảnhhướng tới quá trình tách nitơ, phốt pho trong môi trường nước. Phạm Hương Quynh, Nguyễn Thị Sơn (2014),A study on nitrogen and phosphorustreatment process for pig livestock wastewater to meet national discharge standards.,Journalof Science. Phạm Hương Quynh, Nguyễn Thị Sơn (2015),Nghiên cứu tách nitơ, phốt photrongnướcríchrác bằngkếttinhMAP.TạpchíkhoahọcvàCôngnghệ cáctrư ờngĐạihọcKỹthuật,No104,pp108-111.

Phạm Hương Quynh, Nguyễn Thị Sơn (2015),The comparision of sewage treatingexpense by MAP isolating method and casualmethod, Journal of Thai Nguyen ScienceandTechnologyVol 126, No 12,pp 107-111.

TiếngAnh

Azbar N, Dokgo¨z F.T, Keskin T., Eltem R., Korkmaz, Gezgin K.S, Akbal Y.Z,Oncel S, Dalay M.C, Go¨nen C, Tutuk F, (2009),Comparative evaluation of bio- hydrogen production from cheese whey wastewater under thermophilic and mesophilicanaerobicconditions.Int.J.GreenEnergy6(2),pp192–200. F, (2011), Removal of Heavy Metalsfrom Landfill Leachate Using Horizontal and Vertical Subsurface Flow ConstructedWetlandPlantedwithLimnocharisflava,InternationalJournalofCivil&Environm entalEngineeringIJCEE-IJENSVol:11No5,pp85-91. S, (2004)Kinetics and thermodynamics ofstruvite crystallization as it applies to phosphate recovery from municipal wastewaterfor agricultural fertilizer production., University of California, Davis, Dept.

Luo G, Xie L, Zou Z, Wang W, Zhou Q, Shim H, (2010)Anaerobic treatment ofcassava stillage for hydrogen and methane production in continuously stirred tankrector (CSTR) under high organic loading rate (OLR). Peng C.Y, Li Y.Z, Wang S.Y, (2004),Nitrogen removal from pharmaceuticalmanufacturing wastewater with high concentration of ammonia and free ammonia viapartialnitrificationanddenitrification.Wat.Sci.Technol.Vol.50, No.6,pp31-36. Sabahi E.A, Rahim S.A, Zuhairi W.Y.W, Nozaily F.A, Alshaebi F, (2009),Thecharacteristics of leachate and groundwater pollution at municipal solid waste Landfillof Ibb City, Yemen, American Journal of Environmental Sciences, Vol.5, No.3, pp256-266.

Vedrenne M, Medrano R.V, Garcia D.P, Bernardo A, Uribe F, Ibanez J.G, (2012),Characterization and detoxification of a mature landfill leachate using a combinedcoagulation - flocculation/photo fenton treatment, Journal of Hazardous Materials, Vol205-206,pp208-215. ZhuH,ParkerW,ConidiD,BasnarR,SetoP,(2011)Eliminatingmethanogenic activity in hydrogen rector to improve biogas production in a two-stageanaerobic digestion process co-digesting municipal food waste and sewage sludge.Bioresour.Technol,201,pp7086-7092.