CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Diễn biến lượng và chất lượng nước rác
(1) Thể tích nước rác phát sinh theo thời gian
Đồ thị trên cho thấy thể tích nước rác đo theo thời gian ln lớn hơn thể tích nước rác phát sinh. Do thí nghiệm được thực hiện trong mùa mưa, nên nước rác đo được ngồi nước rác phát sinh cịn có nước mưa qua hệ và đi ra cùng nước rác, do vậy, nước rác đo được ln lớn hơn. Lượng nước rác phát sinh tính theo cơng thức sau:
Lượng nước rác phát sinh = Lượng nước rác đo được - Lượng nước mưa vào hệ + Lượng nước bốc hơi
Trên hình 3.6 cho thấy cột B (xử lý chất thải theo kỹ thuật bán hiếu khí) có lượng nước rác phát sinh nhiều hơn so với cột A (xử lý chất thải theo kỹ thuật yếm khí).
Điều này một lần nữa khẳng định xử lý chất thải theo phương pháp hiếu khí tốt hơn so với phương pháp yếm khí và q trình ổn định chất thải sẽ ngắn hơn so với phương pháp yếm khí.
Để xác định được lượng nước mưa vào hệ xử lý, chúng tôi tiến hành lắp đặt một dụng cụ đo mưa tương tự như các cột xử lý rác với đường kính 300 mm, chiều cao 120 mm. Trên thiết bị đo mưa có gắn thêm một thước đo tới mm để đọc lượng mưa và lượng nước bốc hơi. Lượng nước mưa trên đồ thị là tổng lượng nước mưa đo được sau mỗi lần đo mưa hay lượng nước mưa tại thời điểm đo mưa.
Quan sát trên hình 3.6 thấy rằng các đường cong nước rác thực tế (A, B) tại một số điểm có xu hướng đi xuống, tại các điểm này sau khi trừ đi lượng nước mưa vào hệ, lượng nước rác phát sinh âm, điều này có thể do nước bị giữ lại trong khối rác và khơng tạo ra nước rác, mà chỉ có nước mưa qua hệ và rửa trơi các chất của chất thải rắn ra ngồi.
Nước rác tích lũy đang có xu hướng tăng dần theo thời gian nhưng xu hướng này khơng tăng nhanh như thời gian đầu. Tính tốn tốc độ phát sinh nước rác theo thời gian có thể thấy rõ điều này.
Theo hình 3.7 có thể thấy lượng nước rác phát sinh trên 1kg rác giảm dần theo thời gian. Lượng nước rác phát sinh trên 1kg rác của chế độ bán hiếu khí (B) và chế độ yếm khí (A) sau 30 ngày lần lượt là 0,15 L và 0,12 L. Lượng nước phát sinh trên 1kg rác giảm dần theo thời gian, sau 60 ngày lượng nước rác này chỉ còn 0,07 L (B) và 0,03 L (A) và có xu hướng duy trì ở mức thấp theo thời gian.
Hình 3. 7: Tốc độ phát sinh nước rác trên 1kg chất thải rắn trong 1 tháng Lượng nước rác phát sinh tuân theo phương trình dạng: Lượng nước rác phát sinh tuân theo phương trình dạng:
V = ktn (n<1) (3) hoặc
Trong đó:
V: thể tích nước rác phát sinh theo thời gian (L)
k: hệ số
t: thời gian (ngày)
Để tìm các hệ số Vmax, k, n, người ta dùng phương pháp đồ thị. Khi đó, phương trình dạng (3) và (4) có thể viết lại dưới dạng (theo thứ tự):
lgV = lgk + nlgt (5)
Theo phương trình (5), lgV phụ thuộc bậc nhất với lgt. Đường cong biểu diễn trong hệ tọa độ lgV – lgt như sau:
Hình 3. 8: Đồ thị để tìm các hệ số n và k của phương trình (3) Hệ số k và n được tính dựa vào hệ phương trình:
Từ đó, suy ra nA = 0,665, kA = 0,944 và nB = 0,693, kB = 1,242. Từ các hệ số này, thay vào phương trình (3), có thể tính tốn được lượng nước rác phát sinh theo thời gian.
Hình 3. 9: Đồ thị biểu diễn thể tích nước rác phát sinh thực nghiệm và tính tốn theo phương trình (3)
Theo phương trình (6), t/V phụ thuộc bậc nhất với t. Đường cong biểu diễn trong hệ tọa độ t/ V - t như sau:
Hệ số k và Vmax được tính dựa vào hệ phương trình:
Từ đó, suy VAmax = 27,03, kA = 0,0210 và VBmax = 41,67, kB = 0,0195. Từ các hệ số này, thay vào phương trình (4), có thể tính tốn được lượng nước rác phát sinh theo thời gian và dự báo được lượng nước rác phát sinh tối đa.
Hình 3. 11: Đồ thị biểu diễn thể tích nước rác phát sinh thực nghiệm và tính tốn theo phương trình (3)
Qua hình 3.9 và hình 3.11, thể tích nước rác phát sinh theo thời gian hồn toàn phù hợp với mơ hình nước rác phát sinh tính theo phương trình (3) và (4). Như vậy, chúng ta có thể tính lượng nước rác phát sinh và lượng nước rác phát sinh tối đa dựa vào bốn phương trình ở hình 3.9 và 3.11 để tính tốn thể tích hồ chứa nước rác cho bãi rác một cách hợp lý.
(2) Diễn biến của pH theo thời gian
Hình 3. 12: Diến biến của pH theo thời gian
Qua hình 3.12 có thể thấy rằng pH ở cột B cao hơn cột A và pH dao động từ 7 – 10, chủ yếu nằm trong khoảng 9 - 10, cột A có pH dao động rộng hơn từ 6 đến 8,7. Cột A trong quá trình phân hủy, sản phẩm tạo thành chủ yếu là các acid béo nên nước rỉ rác mang tính acid. Vì vậy, pH của cột A ln thấp hơn pH của cột B.
(3) Diễn biến của độ dẫn (EC), độ muối (Sal) theo thời gian:
Qua hình 3.13 cho thấy EC, Sal của cột A cao hơn so với cột B. Điều này chứng tỏ trong cột A có nhiều ion ở dạng hòa tan hơn cột B. Trong 02 tháng đầu, xu hướng chung của EC và Sal của cột A và cột B chênh lệch không nhiều. Trong thời gian khoảng 02 tháng (từ 24/08 – 23/10/2012), EC của A cao hơn trung bình khoảng 1,4 lần so với EC của B. Từ 23/10 đến thời điểm này, EC và Sal tăng vọt, điều này có thể là do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong giai đoạn acid hóa hay acetate hóa của q trình yếm khí tạo ra nhiều chất có khả năng dễ hòa tan hơn. Do vậy, EC ở chế độ A cao hơn trung bình khoảng 2 lần so với chế độ B.
Hình 3. 13: Diễn biến EC, Sal theo thời gian
Qua hình 3.13, EC và Sal luôn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, ở nghiên cứu này cho thấy ảnh hưởng của thời tiết đến diễn biến của EC và Sal. Trời mưa, nồng độ EC và Sal giảm, khi thời tiết nóng, EC và Sal tăng lên.
(4) Diễn biến của thế oxy hóa – khử (ORP) theo thời gian
Thế oxy hóa – khử là một trong những thông số được theo dõi để đánh giá cơ chế sinh hóa của phương pháp chơn lấp yếm khí và bán hiếu khí. Qua hình 3.14, có thể so sánh ORP của hệ với hai chế độ A và B: ORP của chế độ B bắt đầu giảm sau 1 tháng tính từ ngày nạp rác vào cột. Điều này là hoàn toàn hợp lý với cơ chế của mỗi phương pháp, các cột B theo cơ chế bán hiếu khí nên mơi trường là mơi trường có tính oxy hóa, trong khi cột A theo cơ chế yếm khí nên mơi trường chủ yếu là tính khử.
(5) Diễn biến của độ đục, độ màu theo thời gian
Độ đục, độ màu là hai trong những chỉ tiêu cảm quan để đánh giá chất lượng nước. Ở thí nghiệm này, qua hình 3.15, có thể thấy rằng độ đục, độ màu của chế độ B thấp hơn so với chế độ A. Qua theo dõi các mẫu phân tích, trong tháng đầu tiên, độ đục của chế độ A dao động trong khoảng 800 – 1.800 NTU, trong khi độ đục của chế độ B dao động trong khoảng 200 – 900 NTU. Độ đục của các hệ đều có xu hướng giảm dần, trong tháng thứ tư (tháng 12), độ đục của chế độ A và B dao động trong khoảng 349 – 540 NTU và 95 – 109 NTU. Như vậy, độ đục của chế độ A vẫn cao hơn so với chế độ B trung bình khoảng 3 - 6 lần.
3 ngày sau khi nạp rác vào hệ (21/08/2012) 01 tháng sau khi nạp rác (20/09/2012) Mẫu nước rác gần nhất (17/12/2012)
Hình 3. 16: Hình ảnh cảm quan của nước rác theo thời gian
Các hình ảnh trên cho thấy mẫu nước rác theo thời gian, về cảm quan, chúng ta có thể thấy màu nước rác của mẫu B được cải thiện dần. Màu của mẫu B tốt rõ rệt hơn so với mẫu A. Về kết quả phân tích độ màu được biểu diễn ở biểu đồ 3.16 góp phần minh chứng thêm.
(6) Diễn biến của độ kiềm theo thời gian
Độ kiềm là một trong những chỉ tiêu quan trọng của nước thải nói chung hay nước rác nói riêng để thiết kế bước điều chỉnh pH và xử lý N. Độ kiềm đặc trưng cho khả năng đệm của nước thải, độ kiềm càng lớn thì khả năng đệm càng cao, tức là khi cho hóa chất vào điều chỉnh pH, pH khơng thay đổi đột ngột.
Các kết quả phân tích mẫu nước rác theo thời gian cho thấy, độ kiềm của chế độ A lớn hơn so với độ kiềm ở chế độ B. Điển hình trong 50 ngày thí nghiệm, độ kiềm ở chế độ A lớn hơn chế độ B từ 1 - 2 lần, đến thời điểm tại ngày 17/12/2012, độ kiềm của chế độ A lớn gấp 2,9 lần so với độ kiềm của chế độ B. Theo hình 3.17, độ kiềm của chế độ B có xu hướng giảm so với thời gian đầu, trong khi độ kiềm của chế độ A có xu hướng ổn định dần theo thời gian.
Sự chênh lệch về độ kiềm giữa chế độ A và B có thể do sự tiêu thụ độ điềm HCO3-
trong q trình oxy hóa ở chế độ bán hiếu khí (B), khi xảy ra quá trình oxy hóa amoni và q trình khử nitrat theo các phản ứng sinh hóa sau. Do vậy, độ kiềm của chế độ B nhỏ hơn và giảm dần so với độ kiềm của chế độ A.
(11/20)NH4+ + (15/20)O2 + (4/20)CO2 + (1/20)HCO3 (10/20)NO3 + (20/20)H+ + (9/20)H2O + (1/20)C5H7NO2
(1/5)NO3 + (0,5/50)NH4+ + (2/50)C10H19NO3 + (0,5/50)HCO3 + (1/5)H+ (8/50)CO2 + (5/50)N2 + (16,5/50)H2O + (2,5/50)C5H7NO2
(7) Diễn biến của CODCr, CODMn theo thời gian
Theo kết quả phân tích hàm lượng CODCr của mẫu nước rác và hình 3.18:
- Sau khi nạp rác vào hệ 01 tháng: tại thời điểm 17/09/2012, hàm lượng CODCr
của mẫu A tăng 163%, trong khi mẫu B có hàm lượng CODCr giảm so với ban
đầu, giảm 80%.
- Sau 02 tháng, hàm lượng CODCr của mẫu A trong tháng này tiếp tục tăng, tuy
tăng 133%. Mẫu B tiếp tục giảm và giảm nhiều hơn so với tháng đầu tiên, mẫu B giảm từ 25 đến 95%.
- Sau 04 tháng: hàm lượng CODCr của mẫu A vẫn có xu hướng tăng lên, trong khi CODCr của các mẫu B tiếp tục giảm từ 81 – 94%. Đối chiếu với QCVN
25:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: Về nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn, CODCr của mẫu B chỉ gấp CODCr (QCVN 25 300 mg/l) khoảng 2,1 –
6,6 lần, trong khi CODCr của mẫu A lớn gấp hàng chục đến hàng trăm lần.
Hình 3. 18: Diễn biến hàm lượng CODMn, CODCr theo thời gian
Qua hình 3.18 cho thấy hàm lượng CODMn sau tháng đầu tiên của mẫu A tăng dần, trong khi ở mẫu B đã có dấu hiệu giảm CODMn sau 20 ngày, giảm 33%. Sau bốn tháng, hàm lượng CODMn ở tất các mẫu đều giảm so với các tháng trước đó, tuy nhiên hàm lượng CODMn của mẫu A lớn hơn so với mẫu B khoảng 5,4 – 5,9 lần,
mẫu B giảm so với ban đầu từ 75 – 79%. Đối chiếu với QCVN 25:2009/BTNMT -
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: Về nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn, CODMn
của mẫu B chỉ gấp CODMn (QCVN 50 mg/l) khoảng 8 - 10 lần, trong khi CODMn của
Như vậy, qua hình 3.18, chúng ta có thể nhận thấy CODCr và CODMn của mẫu A đều có xu hướng chung: ban đầu có hàm lượng thấp và hàm lượng tăng dần theo thời gian. Đối với các mẫu B, hàm lượng CODCr và CODMn có xu hướng giảm so với ban đầu. Hàm lượng CODCr và CODMn trong mẫu nước thải ở chế độ bán hiếu khí thấp hơn so với chế độ yếm khí là một trong những điều kiện để áp dụng phương pháp sinh học cho việc xử lý nước thải và hiển nhiên chi phí sử dụng để xử lý nước thải sẽ thấp hơn.
(8) Diễn biến của SS theo thời gian
Hàm lượng SS của mẫu A cao hơn so với các B trong suốt q trình làm thí nghiệm. Ở tháng thứ tư, mẫu A có xu hướng giảm nhẹ so với các tháng trước đó (hình 3.19). Điều này có thể cho thấy tốc độ phân hủy chất hữu cơ của nước thải theo cơ chế bán hiếu khí (chế độ B) nhanh hơn so với cơ chế yếm khí (chế độ A). Điều này thể hiện khá rõ nét ở chỉ tiêu CODCr và CODMn.
Hình 3. 19: Diễn biến SS theo thời gian
(9) Diễn biến của N-tổng, P- tổng theo thời gian
Hình 3.20 cho thấy hàm lượng N-tổng và P-tổng của mẫu A lớn hơn mẫu B nhiều lần và hàm lượng N-tổng của mẫu A có xu hướng giảm so với tháng đầu tiên. Trong
khi N-tổng, P- tổng của mẫu B giảm đáng kể. Đến thời điểm 17/12/2012 (sau 4 tháng thí nghiệm), hàm lượng P, N-tổng của mẫu B giảm trên 80% so với ban đầu. Hàm lượng N-tổng của mẫu B của tháng thứ tư dao động trong khoảng 33 – 57mg/l
nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 25:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia: Về nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn ([N-tổng] = 60 mg/l) và thấp
hơn mẫu A từ 33,0 – 62,1 lần.
Hình 3. 20: Diễn biến N-tổng, P- tổng theo thời gian
Bên cạnh đó, hàm lượng P-tổng của các mẫu trong tháng thứ tư kể từ khi hệ bắt đầu
vào hoạt động, mẫu B dao động trong khoảng 8 - 9 mg/l cao hơn so với QCVN
24:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: Về nước thải công nghiệp ([P-
tổng] = 6 mg/l) khoảng 1,3 – 1,5 lần, mẫu A dao động trong khoảng 40 - 64 mg/l cao hơn mẫu B khoảng 4,6 – 7,2 lần.
Như vậy, qua kết quả phân tích các chỉ tiêu N-tổng và P-tổng theo thời gian, có thể thấy rằng: xử lý chất thải rắn theo phương pháp chôn lấp bán hiếu khí đã loại bỏ được các chỉ tiêu N, P với hiệu suất khá cao.
(10) Diễn biến của NH4+, NO2- theo thời gian
Hình 3. 21: Diễn biến NH4+, NO2- theo thời gian
Theo kết quả phân tích thu được trong thời gian triển khai thí nghiệm, hàm lượng
NH4+ của mẫu A tăng dần, trong khi hàm lượng NH4+ của mẫu B giảm dần (biểu đồ
3.21). Trong khoảng 20 ngày đầu tiên, hàm lượng NH4+ tăng lên, sau đó, NH4+ giảm liên tục từ ngày 07/09/2012. Trong tháng thứ tư kể từ khi triển khai thử nghiệm,
hàm lượng NH4+ của mẫu A dao động trong khoảng 1.261 – 1.977 mg/l, trong khi
mẫu B có NH4+ dao động trong khoảng 22 – 51 mg/l, so với QCVN 25 ([NH4+] = 25 mg/l), mẫu B chỉ vượt mức quy định từ 0,9 – 2 lần, trong khi các mẫu A vượt quy định hàng chục lần từ 50 - 79 lần.
NO2- là sản phẩn trung gian của q trình oxy hóa amoni, trong điều kiện có O2, NH4+ bị oxy hóa thành nitrit. Vì vậy, khi phân tích thơng số NO2-, ta thấy sự xuất hiện của nó trong các mẫu B.
Điều này cho thấy trong điều kiện bán hiếu khí, NH4+ được xử lý tốt hơn và chi phí xử lý nước rác đối với phương pháp xử lý chất thải rắn bằng phương pháp chơn lấp bán hiếu khí thấp hơn so với phương pháp chơn lấp yếm khí.
(11) Diễn biến của NO3- theo thời gian
Hình 3. 22: Diễn biến NO3- theo thời gian
Qua kết quả phân tích và hình 3.22 thấy rằng: hàm lượng NO3- của mẫu A có xu hướng cao hơn mẫu B. Trong chế độ bán hiếu khí, vùng hiếu khí là vùng thực hiện