SỰ PHÓNG THÍCH CỦA KIM LOẠI NẶNG VÀO MÔI TRƯỜNG TỪ BÃI RÁC ĐÔ THỊ Người trình bày: TS Nguyễn Xuân Hoàng BM Kỹ thuật Môi trường Khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên Email: nxhoang@ctu.edu.vn Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu phương pháp Nội dung trình bày Giới thiệu Mục tiêu nghiên cứu Vật liệu phương pháp Kết vào thảo luận Kết luận Kết thảo luận Kết luận kiến nghị Tại sao? CTNH thải bỏ trái phép HCM 2010 400.000 tons/year in open-dump/ landfill - Hazardous sludge illegal dumping, HCM, 2009 Điều kiện bãi rác hổn hợp VN Điều kiện địa chất, thủy văn (lũ, mưa nhiều 1800mm – 2500mm) (Vietnam Travel Guide ~ 2009) Bãi rác chủ yếu chưa có nghiên cứu sâu Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu & phương pháp Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị  Có 15 tr rác thải đô thị hàng năm VN Chủ yếu bãi rác (hở, hợp vệ sinh), khu liên hợp xử lý rác, ủ compost, đốt,  Bãi rác hở (80%), bãi rác hợp vệ sinh (20%) Thành phần dễ phân hủy sinh học (40 – 75%); MSW TP HCM (~65% hữu cơ), Đức (< 38%)  Chưa có nghiên cứu kim loại nặng (HMs) phóng thích từ bãi rác điều kiện VN  Có nghiên cứu bãi rác hổn hợp (không phân loại) Bãi rác lẫn chất thải công nghiệp không kiểm soát! => Nền tảng lý thực nghiên cứu Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu & phương pháp Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị Mục tiêu:  Nghiên cứu ảnh hưởng kim loại nặng lên phân hủy sinh học rác  Nghiên cứu phóng thích kim loại nặng vào môi trường từ bãi rác đô thị (một phần nghiên cứu PhD, TU Dresden) Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu phương pháp Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị Vật liệu phương pháp 3.1 Vật liệu thí nghiệm Rác nguy hại (chứa KLN): Bùn xi mạ (ngày lấy mẫu: 2nd-Mar-2009) (Nehlsen-Plump Ost GmbH Industrie- und Gewerbegebiet) [LEMNA, 2004] Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu phương pháp Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị Nước Khí LSR system 3.2 Dụng cụ PP thí nghiệm Chế độ vận hành: Thành chịu nhiệt - 2.5 l nước/tuần (có điều chỉnh) - nước rỉ: hàng tuần → hàng tháng installed waste Vị trí lấy mẫu - tuần hoàn nước rỉ: lần/ngày - nhiệt độ cài đặt: 35oC (bộ gia nhiệt) Hệ thống phân phối nước Lớp đá bên ống bù áp Nước ấm đầu vào Lấy mẫu nước rỉ MSW LSR (stainless steel) Cao: 100 cm Thể tích: 125 L Đường kính: 40cm Tuần hoàn nước rỉ Thiết bị nghiên cứu mô phỏng: Nước ấm đầu lớp đá đỡ đáy Bơm nước rỉ Lớp đá nhỏ d= 4x6 mm Lớp đá lớn d= 20x40 mm Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu phương pháp Phương pháp đo phân tích mẫu Đo gas • Methane (CH4), • Carbon dioxide (CO2), • Oxygen (O2), • Hydrogen (H), and • Hydro sulphide (H2S) • Gas volume (Máy VISIT 03 Gas analysis) Phân tích chất rắn: • TS, oTS, VS, TOC • KLN: Cu, Ni, Zn, Fe, Mn, Pb, Cr, Cd Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị Phân tích nước rỉ • pH, • Độ đục, • Muối, • Redox-potential • Nhiệt độ • COD, BOD, DOC, organic acids, SO42-, NH4-N TKN, NO3-, NO2-, ortho_P, PO43-, F-, Cl- KLN: • Cu, Ni, Zn, Fe, Mn, Pb, Cr, Cd Đầu vào >< đầu > 16,000 tiêu đo phân tích Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu phương pháp Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị Kết thảo luận 4a Ảnh hưởng KLN đến phân hủy sinh học 4b Ảnh hưởng thông khí ngắn hạn 4c Sự ức chế KLN diễn biến thấm rỉ (leaching behaviour) 4d Dự đoán hệ số gia tốc thời gian thấm Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu phương pháp Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị Kết thảo luận Mô tả thời gian thực thí nghiệm 79wk 87wk Aer 69wk Aer Aer Aer Giai đoạn có thông khí 97-101wk 101 wk Quá trình phân hủy yếm khí liên tục 25 50 68 75 Yếm khí 100 Tuần Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu phương pháp Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị 4d Dự đoán hệ số gia tốc thời gian thấm Tính toán hệ số gia tốc 20m QTSLSR PLSR = 992 06 = 57 nă m QTSL PL Căn vào SAV3-German norm: năm thí nghiệm tương ứng với 57 năm bãi rác thực tế Dự đoán thời gian thấm rỉ thông qua ANC: Do điều kiện tự nhiên số vùng đất Việt Nam, đặt biệt khu vực Đồng Nam Bộ, bãi rác thường nằm khu vực đất phèn nặng Điều kiện acid làm ảnh hưởng lớn đến khả phóng thích KLN Ví dụ sau ước tính thời gian để đạt điều kiện pH4.0 (ANC4.0) cho bãi rác Phước Hiệp (TP HCM) sau: Mẫu ANC4.0 (meq/kg DS)* Thời gian để đạt điều kiện ANC4.0 (năm) MSW 73 985 Electroplating sludge 784 If (MSW+6%ES) = 1513 If (MSW+12%ES) = 2042 Giới thiệu Mục tiêu Vật liệu phương pháp Kết Thảo luận Kết luận kiến nghị Kết luận:  pH organic acids tác nhân gây ức chế lên phân hủy sinh học rác Đối với rác chứa KLN, tác nhân nhanh chóng vô hiệu  Tỷ lệ mê tan cao LSRs có KLN, sản lượng thấp  Thông khí ngắn hạn có ảnh hưởng không lớn đến phóng thích KLN LSR rác hổn hợp Tuy nhiên, tác nhân sulfate cần xét đến  Sự phân hủy sinh học LSR với rác hổn hợp bị ức chế đáng kể Ảnh hưởng cộng hưởng nhiều KLN cần xem xét  Hầu hết KLN tìm thấy rác sau ủ khả hấp phụ cao chúng (ví dụ Cu, Pb, Cr, and Cd < 1.5% rác hổn hợp) ⇒ dẫn đến khả thẩm rỉ dài hạn KLN tương lai  Hệ số gia tốc (căn German norm_SAV3) 57 năm  Thời gian để đạt điều kiện phóng thích KLN ANC4.0 hàng ngàn năm Kiến nghị:  Nhiều nghiên cứu bãi rác hổn hợp cần thực VN Trân trọng cảm ơn! nghiệm thức: Heater 35oC Run Only MSW (34kg) Run Only MSW (34kg) Run MSW (32kg) + 6%sludge (~2kg) Run MSW (32kg) + 12%sludge (~4kg) LSR1 LSR2 Only MSW 34 kg Only MSW 34 kg Không có bùn Có bùn xi mạ LSR3 32 kg MSW MSW + + 6% sludge 5% sludge pump back Vận hành hệ thống LSRs LSR4 32MSW kg MSW + +12% sludge 10% sludge Explanation – additional slides          Waste composition in VN - ? Inhibition range ? Micro-aeration as a effective methods? HMs inhibition and its leaching behavior (co-disposal landfill)? Leaching in LSR1&2 vs LSR3&4? Carbon balance ? Acceleration factor methodology (SAV3)? Biogas in LSR3&4 (with sludge)? TKN and ammonium? Nguyen Thi Kim Thai, CEETIA, Vietnam, 2004 CEETIA and DONRE, 2003 MSW in Hochiminh city Micro-aeration:  Johansen (2006) reported that micro-aeration increase 50-60% hydrolysis  Nguyen et al (2006) reported that micro-aeration exhibited an equivocal result in terms of enhancing hydrolysis /acidification; however, it showed a possitive effect on the methane performance Explained by:  More organic substances are available by aeration e.g Carbonhydrates (sugar, starch, hemicellulose, cellulose, lignin(difficult), fat, proteins  Dagley et al (1952) reported that pH increase in aeration where citrate is carbon source (microorganisms may cease citrate or ammonium unconsumed cease) – proposed that Removal of hydrogen sulfide: Díaz et al (2010), removal of 99% of H2S 2HS-+ 4O2  2SO42-+ 2H+ 2HS-+ 2O2  H2O + S2O32-(auto-oxidation) 2HS-+ O2  2S0 + 2OH- - Carbon balance - Low TOC release - High TOC retain - TOC Loss! HMs, at trace concentration, has been found to stimulate methanogens (Murray & van der Berg, 1981; Whitman and Wolfe, 1980; Oleszkiewicz et al., 1990); etc 4e Acceleration factor and leaching prediction via ANC Precipitation: PL [l/a] 20m Area: AL = 1m2 Height: HL = 20m Dry density: dL [kg/m3] Waste mass: WL= 20dL kg TS Leachate runoff (20% of PL) P = 0.2PL l/a L TS Q 0.2 PL = 20d L Exchanged water: PLSR [l/a] Area: ALSR = 0.126 m2 Height: HLSR = 0.8 m Waste mass: wLSR = 0.8*0.126*dL kg TS = 0.1008 dL [kg TS] Leachate collection: LLSR = PLSR [l/a] PLSR 0.1008d L The leaching within one LSRyear:   l  kgTS * a    Hydraulic coefficient relation = acceleration factor: QTS = LSR TS L TS Q Q   l  kgTS * a    PLSR P 0.1008d L = = 992.06 LSR 0.2 PL PL 20d L Standardarbeitsvorschriften (SAV) im Verbundvorhaben “Deponiekoerper” / Standard Operation Procedures (SOP) in the joint research project “Landfill Body” all in: Ehrig H.-J (1997) SAV3, 1997 Biogas comparison between LSR1&2 (without sludge) and LSR3&4 (with sludge) Comparison of Leaching Comparison of Leaching TKN and ammonium in LSR1&2 (without sludge) - Lay et al., (1997) report at pH= 6.5 to 8.5: methane production dropped 10% at 1,670 – 3,720 mg/l NH4+_N, 50% at 4,090 – 5,550 mg/l NH4+_N 100% at 5,880 – 6,600 mg/l NH4+_N - El Hadj et al., (2009) reported CH4 reduced 50% at 3,860 and 5,600 mg NH4+_N/l; -Sawayama et al., (2004) reported CH4 decreased at 6,000 mg/l NH4+_N Ammonium is much lower in LSR3&LSR4 [...]... không lớn đến sự phóng thích KLN trong LSR rác hổn hợp Tuy nhiên, tác nhân sulfate cũng cần được xét đến  Sự phân hủy sinh học của LSR với rác hổn hợp bị ức chế đáng kể Ảnh hưởng cộng hưởng của nhiều KLN cần được xem xét  Hầu hết KLN được tìm thấy trong rác sau ủ bởi khả năng hấp phụ cao của chúng (ví dụ Cu, Pb, Cr, and Cd < 1.5% trong rác hổn hợp) ⇒ dẫn đến khả năng thẩm rỉ dài hạn của KLN trong... cứ vào SAV3-German norm: 1 năm thí nghiệm tương ứng với 57 năm ở bãi rác thực tế Dự đoán thời gian thấm rỉ thông qua ANC: Do điều kiện tự nhiên của một số vùng đất ở Việt Nam, đặt biệt là khu vực Đồng bằng Nam Bộ, các bãi rác thường nằm trên khu vực đất phèn nặng Điều kiện acid có thể sẽ làm ảnh hưởng lớn đến khả năng phóng thích KLN Ví dụ sau ước tính thời gian để đạt điều kiện pH4.0 (ANC4.0) cho bãi. .. Kết quả và Thảo luận 5 Kết luận và kiến nghị 4b Ảnh hưởng của thông khí ngắn hạn (lên HMs ở LSR3&4) 4 R LS 3 R LS - Thông khí ngắn hạn có ảnh hưởng tích cực lên sự phóng thích KLN - Lượng HMs phóng thích rất nhỏ (so sánh với đầu vào) 1 Giới thiệu 2 Mục tiêu 3 Vật liệu và phương pháp 4 Kết quả và Thảo luận 5 Kết luận và kiến nghị 4c Ức chế của KLN và diễn biến thấm rỉ (tất cả 4 LSRs) Xét KLN trong... luận 5 Kết luận và kiến nghị 4a Ảnh hưởng của KLN đến sự phân hủy sinh học Ức chế của KLN đến sự phân hủy sinh học: Chất thải hổn hợp: - Kích thích sự sản sinh mê tan, ở nồng độ KLN thấp - HMs có gây ức chế quá trình phân hủy sinh học + sinh mê tan 1 Giới thiệu 2 Mục tiêu 3 Vật liệu và phương pháp 4 Kết quả và Thảo luận 5 Kết luận và kiến nghị 4b Ảnh hưởng của thông khí ngắn hạn Sulfates và tỷ lệ COD/SO42-:... nghị 4b Ảnh hưởng của thông khí ngắn hạn (LSR3 & LSR4) Xét ảnh hưởng của sulfate trong điều kiện có hiện diện của oxy Literatures: COD/SO42- < 15 gây ức chế (Qiong et al., 1993) < 2.7 (Choi and Rim, 1991) Nồng độ của sulfate trong nước rỉ (78th – 101st week): LSR3: 87 – 325 mg/l SO42- ; COD/SO42-: 0.4 – 0.6 LSR4: 67 - 513 mg/l SO42- ; COD/SO42-: 0.2 – 1.3 Thông khí làm tăng ảnh hưởng của sulfate trong... (ANC4.0) cho bãi rác Phước Hiệp (TP HCM) như sau: Mẫu ANC4.0 (meq/kg DS)* Thời gian để đạt điều kiện ANC4.0 (năm) MSW 73 985 Electroplating sludge 784 If (MSW+6%ES) = 1513 If (MSW+12%ES) = 2042 1 Giới thiệu 2 Mục tiêu 3 Vật liệu và phương pháp 4 Kết quả và Thảo luận 5 Kết luận và kiến nghị Kết luận:  pH và organic acids là tác nhân gây ức chế lên sự phân hủy sinh học của rác Đối với rác chứa KLN, các... rỉ: (*): Canter et al (1988), McGinley and Kmet (1984), Lee et al (1986), and Lee and Jones (1991) Dự đoán: Sự ức chế của tổng các KLN (tác dụng công hưởng) KHÔNG CÓ ức chế của từng KLN 1 Giới thiệu 2 Mục tiêu 3 Vật liệu và phương pháp 4 Kết quả và Thảo luận 5 Kết luận và kiến nghị 4c Ức chế của KLN và diễn biến thấm rỉ (tất cả 4 Cân bằng KLN trongLSRs) các LSRs Cu, Pb, Cr, và Cd < 1.5% Còn lại: cao...1 Giới thiệu 2 Mục tiêu 3 Vật liệu và phương pháp 4 Kết quả và Thảo luận 5 Kết luận và kiến nghị 4a Ảnh hưởng của KLN đến sự phân hủy sinh học Ức chế của KLN đến sự phân hủy sinh học: - Khoảng gây ức chế: 6000-16000 mg/l org acids (Stegmann and Spendlin, 1989) - pH tối ưu: pH6-8 (Ehrig, 1983) pH6.4-7.2 (Farquhar and Revers, 1973) LSR3:... 1.5% trong rác hổn hợp) ⇒ dẫn đến khả năng thẩm rỉ dài hạn của KLN trong tương lai  Hệ số gia tốc (căn cứ German norm_SAV3) là 57 năm  Thời gian để đạt điều kiện phóng thích KLN ở ANC4.0 là hàng ngàn năm Kiến nghị:  Nhiều nghiên cứu về bãi rác hổn hợp cần được thực hiện ở VN Trân trọng cảm ơn! 4 nghiệm thức: Heater 35oC Run 1 Only MSW (34kg) Run 2 Only MSW (34kg) Run 3 MSW (32kg) + 6%sludge (~2kg)... KLN có tiềm năng thấm rỉ cao! 1 Giới thiệu 2 Mục tiêu 3 Vật liệu và phương pháp 4 Kết quả và Thảo luận 5 Kết luận và kiến nghị 4c Ức chế của KLN và diễn biến thấm rỉ (tất cả 4 LSRs) So sánh KLN trong chất thải còn lại LSR3: MSW+6%ES LSR4: MSW+12%ES Khả năng hấp phụ lớn của chất thải còn lại! (paper fibres có khả năng hấp phụ cao, (Janz, 2010)) 1 Giới thiệu 2 Mục tiêu 3 Vật liệu và phương pháp 4 Kết quả ... kiến nghị Mục tiêu:  Nghiên cứu ảnh hưởng kim loại nặng lên phân hủy sinh học rác  Nghiên cứu phóng thích kim loại nặng vào môi trường từ bãi rác đô thị (một phần nghiên cứu PhD, TU Dresden)... hữu cơ), Đức (< 38%)  Chưa có nghiên cứu kim loại nặng (HMs) phóng thích từ bãi rác điều kiện VN  Có nghiên cứu bãi rác hổn hợp (không phân loại) Bãi rác lẫn chất thải công nghiệp không kiểm... luận Kết luận kiến nghị  Có 15 tr rác thải đô thị hàng năm VN Chủ yếu bãi rác (hở, hợp vệ sinh), khu liên hợp xử lý rác, ủ compost, đốt,  Bãi rác hở (80%), bãi rác hợp vệ sinh (20%) Thành phần