- Sử dụng phương pháp phân tích trực tiếp trong phòng thí nghiệm để xác định các thông số: pH, COD, BOD5, TSS, DO và các ion: NH4+, PO43- ,NO2
-
, NO3 -
, Mg2+, Ca2+...Qua đó có thể đánh giá sự ô nhiễm nói chung và ô nhiễm amoni trong nước thải bãi rác Xuân Sơn nói riêng.
- Bằng các phương pháp phân tích các thông số ô nhiễm trên, tìm các điều kiện tối ưu cho phản ứng tạo kết tủa MAP, sau đó áp dụng các điều kiện tối ưu này vào xử lý amoni của nước thải bãi rác thực tế. Dưới đây sẽ trình bày các phương pháp phân tích sẽ sử dụng trong quá trình nghiên cứu. Các phương pháp phân tích sử dụng trong quá trình nghiên cứu [6,9]
* Phương pháp xác định chỉ số COD: xác định theo TCVN 4565-88. * Phương pháp xác định chỉ số BOD5: xác định theo TCVN 6001-1995. * Phương pháp xác định chỉ số TSS: xác định theo TCVN 6625-2000.
*Phương pháp xác định hàm lượng tổng canxi và magie: Phương pháp
chuẩn độ EDTA -TCVN 6224:1996.
Các chỉ số pH, DO được xác định bằng máy đo đa năng TOA.
*Phương pháp dựng đường chuẩn
- Xác định hàm lượng amoni bằng phương pháp trắc phổ thao tác bằng tay: theo TCVN 6179-1:1996
Chuẩn bị mẫu và dụng cụ:
- Mẫu được bảo quản ở nhiệt độ 2-5° C, axit hóa bằng axit H2SO4 tới pH = 2 để tránh sự ô nhiễm amoniac từ không khí.
- Tất cả dụng cụ cần được tráng rửa cẩn thận bằng dung dịch rửa đã chuẩn bị sau đó tráng kĩ bằng nước.
Đo quang:
- Dựng đường chuẩn
Thêm vào các bình định mức dung tích 50 ml
Thí nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Thể tích N(ml) 0 2 4 6 8 10 20 30 40 N(μg/ml) 0 2 4 6 8 10 20 30 40 Thuốc thử màu 1 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Thuốc thử màu 2 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Chú ý sau khi cho thuốc thử pH = 12,6
Pha loãng mẫu bằng nước cất sao cho nồng độ mẫu nằm trong khoảng đường chuẩn. Lấy các thể tích mẫu tương ứng ml cho vào ống nghiệm khô, thêm 4 ml thuốc thử màu 1 và 4 ml thuốc thử màu 2, lắc đều, để yên 10 phút cho màu ổn định.
Dung tích mẫu lớn nhất là 40 ml. Đo mẫu và các dung dịch đường chuẩn ở 655 nm trong khoảng thời gian sau 60 phút.
- Tính toán kết quả:
Từ đường chuẩn tính được nồng độ x của dung dịch mẫu đã pha loãng. Kết quả:
N(μg/l) = x.K/V
K: hệ số pha loãng mẫu.
V: thể tích mẫu lấy để phân tích.
Kết quả xây dựng đường chuẩn sẽ được trình bày ở mục 3.3.1 thuộc chương 3.
-Xác định hàm lượng nitrit bằng phương pháp so màu với thuốc thử Griess
- Phân tích mẫu thực:
Lấy 5 ml mẫu nước cho vào ống nghiệm khô, thêm 1ml axit sunfanilic và 1ml -naphtylamin. Lắc đều, để yên 20 phút rồi đem đo quang ở bước sóng 520 nm.
- Dựng đường chuẩn cho phép phân tích:
Lần lượt cho vào các ống nghiệm khô những thể tích dung dịch C có nồng độ NO2- 0,001 mg/ml như sau, sau đó cho thuốc thử, lắc đều, để yên 20 phút rồi đem đo quang ở bước sóng 520 nm. Ta xây dựng được đường chuẩn của nitrit. Kết quả xây dựng đường chuẩn sẽ được trình bày ở mục 3.3.1 thuộc chương 3.
- Xác định hàm lượng nitrat bằng phương pháp so màu với thuốc thử phenoldisunfonic
Phép phân tích:
- Phân tích mẫu thực:
Lấy 5 ml mẫu cho vào cốc, đun cạn. Thêm 0,5 ml axit phenoldisunfonic, lắc đều. Thêm khoảng 10 ml nước cất, lắc đều. Thêm 5 ml dung dịch ammoniac đặc, lắc đều. Chuyển tất cả vào bình định mức 25 ml, thêm nước cất đến vạch mức. Để yên 10 phút, đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 410 nm.
- Dựng đường chuẩn cho phép phân tích:
+ Dung dịch A: Hòa tan 0,1629 g KNO3 tinh khiết, đã sấy khô đến khối lượng không đổi ở 105-1100C trong 2 giờ, bằng nước cất trong bình định mức, định mức đến vạch 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ NO3-
0,1 mg/ml.
+ Dung dịch B: Lấy 100 ml dung dịch A, pha loãng bằng nước cất đến vạch định mức 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ NO3- 0,01 mg/ml.
Kết quả xây dựng đường chuẩn sẽ được trình bày ở mục 3.3.1 thuộc chương 3.
- Xác định hàm lượng photphat bằng phương pháp so màu với thuốc thử Amonimolipdat-vanadat
Phép phân tích:
- Phân tích mẫu thực: Lấy 17,5 ml mẫu đã lọc vào bình định mức 25 ml, thêm tiếp 5 ml dung dịch molipdat – vanadat và định mức. Lắc đều, để yên 10 phút sau đó đem đo quang ở bước sóng 470 nm.
- Dựng đường chuẩn cho phép phân tích:
+ Dung dịch A: Hòa tan 1,211 g (NH4)H2PO4 đã sấy khô ở 1000C trong 2 giờ, bằng nước cất trong bình định mức, định mức đến vạch 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ PO43-
1 mg/ml.
+ Dung dịch B: Lấy 100 ml dung dịch A pha loãng bằng nước cất đến vạch định mức 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ PO4
3-
0,1 mg/ml.
Kết quả xây dựng đường chuẩn sẽ được trình bày ở mục 3.3.1 thuộc chương 3.
*Xác định nồng độ tối ưu để tạo MAP
- Chuẩn bị hóa chất: + Dung dịch Mg2+
0,2M: Hòa tan 41,4284 g MgCl2.6H2O 98% trong 1 lít nước cất.
+ Dung dịch NH4+
0,2M: Hòa tan 10,7536 g NH4Cl 99,5% trong 1 lít nước cất.
+ Dung dịch PO4 3-
0,2M: Hòa tan 25 g NaOH 96% và 13,68 ml H3PO4
85% (d = 1,685 g/ml) trong 1 lít nước cất. - Tiến hành phản ứng như sau:
Đầu tiên, lấy V1 (ml) NH4
+ cho vào thiết bị phản ứng, tiếp theo cho V2 (ml) PO4
3-
và tiến hành khuấy trộn đều dung dịch, đo pH đầu (pHđ), sau đó cho V3 (ml) Mg2+ vào và bắt đầu tính thời gian phản ứng (tpư).
Sau khi phản ứng kết thúc, lọc kết tủa đem sấy khô đến khối lượng không đổi rồi đem cân thu được khối lượng kết tủa MAP (mMAP). Dịch lọc thu
được đem xác định hàm lượng Mg2+
, NH4+, PO43- còn lại và đo pH sau phản ứng (pHs). Kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ mol tối ưu sẽ được trình bày ở mục 3.3.2 thuộc chương 3.
*Xác định pH tối ưu để tạo MAP
Các bước tiến hành tương tự như đã làm để xác định nồng độ tối ưu, nhưng thay vào đó ta sẽ điều chỉnh pH từ các mức 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. Sau đó vẫn cân khối lượng giấy lọc sau sấy khô để xác định khối lượng MAP. Kết quả của việc xác định pH tối ưu sẽ được thể hiện tại mục 3.3.3 chương 3.
* Xác định thời gian tối ưu để tạo MAP
Các bước chuẩn bị hóa chất và tiến hành thì nghiệm giống như mục xác định nồng độ tối ưu tạo MAP. Tuy nhiên, sau khi có kết quả của nồng độ tối ưu và thời gian tối ưu, ta sẽ thực hiện các thí nghiệm với các khoảng thời gian khác nhau là: 5, 10, 15, 20, 25, 30 phút, và đưa ra được thời gian tối ưu tạo MAP. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở mục 3.3.4 thuộc chương 3.
* Khả năng sử dụng nước ót thay thế ion Mg2+
trong phản ứng tạo MAP
- Chuẩn bị hóa chất:
+ Dung dịch nước ót 30° baume.
+ Dung dịch MgCl21M: Hòa tan 41,4284 g MgCl2.6H2O 98% trong 0,1 lít nước cất.
+ Dung dịch MgSO41M: Hòa tan 27,4284 g MgSO4.6H2O 98% trong 0,1 lít nước cất.
+ Dung dịch Mg2(PO4)31M: Hòa tan 19,4284 g Mg2(PO4)3.6H2O 98% trong 0,1 lít nước cất.
+ Dung dịch NH4+
1M: Hòa tan 10,7536 g NH4Cl 99,5% trong 0,1 lít nước cất.
+ Dung dịch PO43- 1M: Hòa tan 25 g NaOH 96% và 13,68 ml H3PO4
- Tiến hành phản ứng như sau:
Đầu tiên, lấy V1 (ml) cho vào thiết bị phản ứng, tiếp theo cho V2
(ml) PO43- và tiến hành khuấy trộn đều dung dịch, đo pH đầu (pHđ), sau đó cho lần lượt V3(ml) MgCl2 , MgSO4 , Mg2(PO4)3 và nước ót vào , bắt đầu tính thời gian phản ứng (tpư).
Sau khi phản ứng kết thúc, lọc kết tủa đem sấy khô đến khối lượng không đổi rồi đem cân thu được các khối lượng kết tủa MAP (mMAP) tương ứng với các thể tích của MgCl2 , MgSO4 , Mg2(PO4)3 và nước ót. Dịch lọc thu được đem xác định hàm lượng Mg2+
, NH4 +
, PO4 3-
còn lại và đo pH sau phản ứng (pHs). Kết quả so sánh khối lượng kết tủa MAP của 4 loại hóa chất trên được thể hiện ở mục 3.3.5 thuộc chương 3.
Chƣơng 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Sơ lƣợc về bãi chôn lấp Xuân Sơn-Hà Nội
Hình 3.1: Vị trí bãi rác Xuân Sơn và các bãi rác khác ở Hà Nội
BCL Xuân Sơn được đặt tại xã Xuân Sơn (gần hồ thủy lợi Xuân Khanh), cách trung tâm thị xã Sơn Tây khoảng 12km về phía Tây Nam (bãi nằm ngay trên tuyến đường 87B đi Tản Lĩnh). BCL Xuân Sơn nằm trong vùng đất cao hơn so với đồng ruộng của người dân địa phương và được thiết kế, xây dựng
để chôn lấp rác của thị xã Sơn Tây. Bãi chôn lấp đã đi vào hoạt động được 10 năm. Ban đầu BCL Xuân Sơn chưa có hệ thống xử lý nước thải.
Bảng 3.1: Thành phần các loại rác thải bãi rác Xuân Sơn
TT Loại rác
thải
Khảo sát bãi chôn lấp Xuân Sơn Thành phần
trung bình(%) Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Ngày 4
1 Rác nhà bếp 61,62 69,15 58,77 61,62 62,79 2 Giấy 9,06 2,8 6,69 4,18 5,68 3 Vải 3,99 8,88 3,67 6,68 5,79 4 Gỗ 0,12 2,67 4,56 5,65 3,25 5 Nhựa 16,71 10,17 14,02 11,65 13,14 6 Da và Cao su 0,05 - 0,3 - 0,09 7 Kim loại 0,02 0,59 1,67 0,57 8 Kính 0,24 0,88 1,64 0,69 9 Sứ 1,95 0,54 2,58 3,59 2,16 10 Đá và cát 6,23 3,84 5,25 3,14 4,62 11 Xỉ than - - 1,24 1,82 0,76 12 Chất thải nguy hại - - - - - 13 Tã - 1,13 0,69 0,46 14 Thuốc - - - - - 15 Tóc - - - - -
Nguồn: Tổng cục môi trường,”Báo cáo nghiên cứu về chất thải rắn”(2011)-Phụ lục số 1
Nước rỉ rác không qua một khâu xử lý nào mà chỉ được thu gom và thải thẳng ra môi trường, gây ô nhiễm nặng. Đến năm 2010, BCL Xuân Sơn mới có HTXLNT với công suất thiết kế 100 m3/ngày. Tuy nhiên, đến năm 2012, nước thải sau xử lý vẫn gây tác động tiêu cực tới môi trường sống của người dân xung quanh. Khí amoni và các khí ở bãi rác thoát ra tạo nên mùi hôi khó chịu. Đặc biệt là sự ô nhiễm nặng nề amoni trong các nguồn nước khu vực
này. Do vậy, việc đánh giá ảnh hưởng của ô nhiễm nói chung và ô nhiễm amoni nói riêng ở khu vực bãi rác Xuân Sơn là rất cần thiết.
3.2. Đánh giá sự ô nhiễm nƣớc nói chung và sự ô nhiễm amoni trong nƣớc thải bãi chôn lấp Xuân Sơn
Để đánh giá chất lượng nước thải của BCL Xuân Sơn, chúng tôi tiến hành lấy mẫu ở 6 vị trí N1,N2 ....N6, bản đồ vị trí lấy mẫu được thể hiện ở Hình 2.3. Mẫu được lấy và bảo quản theo TCVN 5999-1995 và TCVN 6663- 3-2011. Dựa vào các phương pháp phân tích phòng thí nghiệm, tôi đã phân tích và cho ra kết quả sau:
Bảng 3.2: Kết quả phân tích mẫu nước thải vị trí cống xả đầu ra
TT Chỉ tiêu Đơn vị Kí hiệu mẫu QCVN 25:2009/BTNMT
N1 A B1 B2 1 pH _ 7,7 _ _ _ 2 DO mg/l 1,9 _ _ _ 3 TSS mg/l 986 _ _ _ 4 COD mg/l 3540 50 400 300 5 BOD5 mg/l 2150 30 100 50 6 NH4+ mg/l 172 5 25 25 7 NO2- mg/l 11,4 _ _ _ 8 NO3- mg/l 12,5 _ _ _ 9 PO43- mg/l 1,24 _ _ _ 10 Tổng N mg/l 262 15 60 60 11 Tổng P mg/l 43,1 _ _ _ 12 Cadimi mg/l 0,14 _ _ _ 13 Chì mg/l 0,34 _ _ _ 14 Coliform MPN 15.000 _ _ _ *Nhận xét: - Hàm lượng Amoni (NH4
+) trong nước thải quá cao, gấp 6,88 lần so với QCVN 25:2009/BTNMT (cột B1) HTXLNT không thể xử lí triệt để được
amoni dẫn đến nước thải đầu ra gây ô nhiễm amoni nặng nề cho các khu vực
xung quanh.
- Hàm lượng các chất hữu cơ trong mẫu nước vượt quá giá trị giới hạn qui định trong cột B1-QCVN 25: 2009/BTNMT. Các thông số COD, BOD5 và tổng N đều có giá trị rất cao. Cụ thể BOD5 gấp 21,5-23,5 lần so với QCVN 25:2009 cột B1. COD gấp từ 8,5-9,5 lần so với QCVN 25:2009 cột B1.
Bảng 3.3: Kết quả phân tích mẫu nước mặt gần cống xả
TT Chỉ tiêu Đơn vị Kí hiệu mẫu QCVN
08:2008/BTNMT N2 N3 N4 B1 B2 1 pH _ 6,9 7,3 7,2 5,5-9 5,5-9 2 DO mg/l 2,1 2,9 4,8 4 2 3 TSS mg/l 98 69 32 50 100 4 COD mg/l 540 425 18 30 50 5 BOD5 mg/l 340 265 6 15 25 6 NH4+ mg/l 19,4 17,2 0,12 0,5 1 7 NO2- mg/l 1,02 0,92 0,02 0,04 0,05 8 NO3- mg/l 10,5 8,5 0,25 10 15 9 PO43- mg/l 1,24 0,32 0,09 _ _ 10 Tổng N mg/l 42,6 32,4 0,82 _ _ 11 Tổng P mg/l 3,01 2,13 0,3 _ _ 12 Cadimi mg/l 0,12 0,07 KPHT _ _ 13 Chì mg/l 0,24 0,14 KPHT _ _ 14 Coliform MPN 12.000 10.000 6.500 7.500 10.000
- Các thông số chất lượng nước của mẫu N4 đều có giá trị thấp hơn so với cột B1 của QCVN08:2008/BTNMT. Có thể thấy, chất lượng nước của hồ
Xuân Khanh vẫn đáp ứng được mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự. Điều này là phù hợp với thực tế do hồ Xuân Khanh cách xa và có vị trí cao hơn, không chịu tác động trực tiếp từ BCL Xuân Sơn.
- Mẫu nước N2 và N3 có nhiều thông số vượt các giá trị qui định trong cột B1 của QCVN08:2008/BTNMT. Các thông số vật lý (TSS), hóa học (COD, BOD5, các ion của N, các kim loại nặng độc hại) và sinh học (coliform, ecoli) đại diện cho chất lượng nước mặt đều có giá trị vượt hơn đáng kể. Điều này cho thấy sự ô nhiễm ở mức độ đáng lo ngại của nước thải từ BCL Xuân Sơn đến môi trường nước mặt xung quanh.
- So sánh các thông số phân tích trong bảng cho thấy, mẫu N2 có mức độ ô nhiễm nặng hơn mẫu N3. Vị trí mẫu N2 và N3 cùng nằm trên hướng chảy của nước thải từ BCL nhưng mẫu N2 có vị trí gần hơn dẫn tới kết quả trên.
Bảng 3.4: Phân tích chất lượng mẫu nước giếng khu dân cư
- Mẫu N5 lấy ở giếng của nhà dân bên cạnh tường rào BCL. Giếng nước ở rất gần BCL, lại chịu tác động trực tiếp của quá trình xả nước rỉ rác xử lý
không đạt tiêu chuẩn. Bên cạnh đó, nước mưa chảy vào BCL sau đó chảy tràn ra khu vực xung quanh trong nhiều năm thấm xuống cũng tác động đáng kể đến môi trường nước ngầm. Mẫu N5 có các chỉ tiêu COD, NH4
+
, Coliform đều vượt quá giá trị qui định của QCVN 09:2008/BTNMT.
- Mẫu N6 có vị trí xa hơn và ở phía ngược lại với hướng chảy của nước thải từ BCL. Do đó, mẫu N6 chịu tác động nhẹ hơn dẫn tới các thông số chất lượng nước có giá trị thấp hơn so với mẫu N5. Chỉ có các thông số COD và NH4
+ của mẫu N6 là vượt quá giá trị qui định của QCVN 09:2008/BTNMT.
Tóm lại: nước thải và các nguồn nước xung quanh BCL Xuân Sơn nói chung đã bị ô nhiễm nặng nề, đặc biệt là ô nhiễm amoni.
3.3. Nghiên cứu chế tạo MAP
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn
Qua các phương pháp xây dựng đường chuẩn của amoni, nitrat, nitrit và photpho được trình bày ở chương 2, ta xây dựng được đường chuẩn dựa trên kết quả đo quang ABS. Từ đường chuẩn, ta có thể xác định được nồng độ ion cần phân tích.
* Đường chuẩn amoni
Chuẩn bị mẫu và dụng cụ:
- Mẫu được bảo quản ở nhiệt độ 2-5° C, axit hóa bằng axit H2SO4 tới pH