Tạp chí Khoa học Công nghệ 50 (2B) (2012) 169-175 NGHIÊN CỨU TIỀN XỬ LÍ LÀM GIẢM COD VÀ MÀU NƯỚC RỈ RÁC BÃI CHÔN LẤP RÁC BẰNG QUÁ TRÌNH KEO TỤ Văn Hữu Tập1, *, Trịnh Văn Tuyên 2, Nguyễn Hoài Châu2 Khoa Khoa học Môi trường Trái Đất, Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên Viện Công nghệ Môi trường, Viện KHCNVN, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội * Email: vanhuutap@gmail.com Đến Tòa soạn: 15/06/2012; Chấp nhận đăng: 15/09/2012 TÓM TẮT Nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị vấn đề nan dải cần nghiên cứu Trong vấn đề ô nhiễm cần xử lí chất hữu bền vững thể thông qua số COD, amoni màu Bài báo trình bày kết thực nghiệm xử lí COD màu nước rỉ rác trình keo tụ nhằm xác định chất keo tụ tốt thông số pH, hàm lượng thích hợp Kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất keo tụ ba loại hoá chất PAC (polyaluminium chlorite), mu ối nhôm (Al 2(SO4)3.18H2O) muối sắt II clorua (FeCl 2.6H2O) đạt tối đa hàm lượng ≥ 3000 mg/l với điều kiện pH nước rỉ rác: - Tuy nhiên, thí nghiệm cho thấy mức độ giảm COD màu rõ rệt mức hàm lượng chất keo tụ từ 1500 mg/l Từ thí nghiệm xác định hoá chất keo tụ thích hợp cho giai đoạn tiền xử lí nước rỉ rác PAC đạt giá trị pH ≈ - với hàm lượng 1500 mg/l (hiệu suất xử lí COD đạt khoảng 30%, màu 70%) Các thông số phù hợp cho giai đoạn tiền xử lí thuận lợi cho xử lí sau keo tụ ozon hoá Từ khóa: nước rỉ rác, keo tụ, chất keo tụ, COD, màu MỞ ĐẦU Hiện nay, chất thải rắn phát sinh đô thị chưa xử lí triệt để, có vấn đề nước rỉ rác Chôn lấp giải pháp phổ biến xử lí chất thải rắn đô thị Việt Nam kỹ thuật đơn giản chi phí xử lí thấp Tuy nhiên, rác thải có số thành phần có khả chứa hợp chất độc hại như: vật liệu sơn, pin thải, dầu máy, hóa chất mang theo kim loại nặng hợp chất hữu độc hại, khó phân hủy sinh học Các bãi chôn lấp chất thải rắn Việt Nam phát sinh lượng nước rỉ rác lớn phân huỷ rác thải, chất hữu có rác thải, nước rỉ rác chứa loại chất hữu độc hại cao khó phân hủy sinh học [1, 2, 3] Nếu không xử lí tốt, nước rỉ rác ngấm vào nước mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Vấn đề COD vấn đề khó xử lí nước rỉ rác, để lâu ngày chúng hình thành hợp chất hữu cao phân tử chứa halogen chất độc rơi vào nguồn nước đất [4] Văn Hữu Tập, Trịnh Văn Tuyên, Nguyễn Hoài Châu Việc sử dụng tác nhân ozon để xử lí mang lại hiệu cao ozon oxi hoá mạnh hợp chất hữu có nước rỉ rác làm giảm COD màu Tuy nhiên, mức độ ô nhiễm cao nên việc tiền xử lí cần thiết Keo tụ trình làm giảm chất lở lửng chất hữu nước thải trình kết dính tạo keo lắng xuống Quá trình làm giảm phần chất hữu khó phân huỷ nước rỉ rác Mục tiêu: Xử lí làm giảm COD màu nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn xác định điều kiện thích hợp pH nước rỉ rác, hàm lượng chất keo tụ sử dụng cho giai đoạn tiền xử lí xác định chất keo tụ thích hợp Đối tượng nghiên cứu: Các thành phần hữu nước rỉ rác bãi rác Đá Mài, Tân Cương, thành phố Thái Nguyên Nội dung nghiên cứu: - Tiến hành thực nghiệm xử lí keo tụ với hoá chất keo tụ: PAC ; (AL2(SO4)3.18H2O FeCl3.6H2O - So sánh hiệu tìm điều kiện thích hợp cho giai đoạn tiền xử lí nước rỉ rác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Lấy mẫu nước thải Nước rỉ rác chưa xử lí lấy từ bể thu gom nước rỉ rác bãi rác Đá Mài, Tân Cương, Thái Nguyên Nước mẫu lấy can nhựa bảo quản điều kiện 0C phòng thí nghiệm trình phân tích xử lí 2.2 Phương pháp phân tích - pH: Đo máy đo pH: TOADK HM – 25R - COD: Xác định phương pháp Kalibicromat (theo Standard methods, 1995) [5] - Cường độ màu phân tích quang phổ với thang màu Pt/Co bước sóng 420 nm 2.3 Phương pháp thực nghiệm Thí nghiệm xử lí nước rỉ rác tiến hành với ba loại hóa chất keo tụ khác PAC (polyaluminium chlorite), mu ối nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) muối sắt III clorua (FeCl3.6H2O) Sử dụng chất trợ keo tụ A101 (Acrylamic natri acrylat copolime) Các thí nghiệm tìm ảnh hưởng pH nước rỉ rác hàm lượng chất keo tụ đến hiệu xử lí Từ xác định pH hàm lượng chất keo tụ thích hợp Các thí nghiệm tiến hành nhiệt độ phòng (16 ± oC) tháng 12 năm 2011, sử dụng thiết bị Jar-test với sáu cánh khuấy dạng mái chèo Trong mẻ thí nghiệm lấy 500ml nước rỉ rác đưa vào bình phản ứng, sau bổ sung chất keo tụ (theo tỉ lệ tính toán sẵn) Sử dụng dung dịch kiềm (NaOH M) axit (H2SO4 2,5 M) để điều chỉnh pH nước rỉ rác Giai đoạn khuấy nhanh diễn phút tốc độ 150 vòng/phút, sau bổ sung chất trợ keo (A101) vào phút cuối thời gian khuấy nhanh Tiếp sau khuấy chậm vòng 10 phút với tốc độ 50 vòng/phút [4, 6] 170 Nghiên cứu tiền xử lí làm giảm COD mầu nước rỉ rác bãi chôn lấp rác trình keo tụ Sau thời gian khuấy chậm mẫu để lắng 30 - 60 phút Sau mẫu phân tích tiêu COD màu KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xác định dải pH thích hợp Dải pH lựa chọn để nghiên cứu ảnh hưởng đến hiệu suất sau trình keo tụ nằm khoảng từ đến 10 (từ môi trường axit yếu đến môi trường kiềm mạnh) Nước rỉ rác keo tụ tìm ảnh hưởng pH thực với hàm lượng chất keo tụ 2000 mg/l, hàm lượng chất trợ keo tụ A101 mg/l Bảng thể tính chất nước rỉ rác Đá Mài Bảng Các thông số đầu vào nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn Đá Mài Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị pH - 7,5 – 8,3 COD mg/l 2700 – 4500 Màu Pt/Co 1450 – 4400 3.1.1 Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lí COD Ảnh hưởng pH nước rỉ rác đến hiệu xử lí COD trình keo tụ thể qua hình 70 3000 60 Hiệu suất (%) COD (mg/l) 2500 2000 1500 1000 500 50 40 30 20 10 0 10 pH COD ban đầu PAC Al2(SO4)3.18H2O FeCl3 6H2O PAC pH Al2(SO4)3.18H2O 10 FeCl3 6H2O Hình Ảnh hưởng pH đến COD sau keo tụ hiệu suất xử lí Nước rỉ rác trước xử lí có hàm lượng COD cao đối tượng khó xử lí chứa nhiều chất hữu khó phân hủy, đa vòng bền vững sau trình keo tụ dải pH khác có thay đổi rõ rệt Từ hình thấy nước rỉ rác trước xử lí có nồng độ COD 2643 mg/l sau keo tụ với ba chất PAC, Al 2(SO4)3.18H2O FeCl 3.6H2O cho thấy: Nhìn chung với giá trị pH thấp hàm lượng COD giảm nhiều pH cao Khi sử dụng Al2(SO4)3.18H2O để keo tụ hàm lượng COD giảm xuống thấp 1389 mg/l pH = đạt hiệu suất 47%; với PAC hàm lượng COD giảm thấp tới 1075 mg/l pH = đạt hiệu 171 Văn Hữu Tập, Trịnh Văn Tuyên, Nguyễn Hoài Châu suất 59% với FeCl3 hàm lượng COD giảm thấp 1658 mg/l pH = đạt hiệu suất 37% Hình cho thấy hiệu xử lí COD PAC cao nhất, hiệu xử lí muối sắt thấp tất giá trị pH 3.1.2 Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lí màu Ảnh hưởng pH nước rỉ rác đến thay đổi cường độ màu nước rỉ rác sau trình keo tụ với hoá chất keo tụ khác thể qua hình 100 1600 90 1400 80 Hiệu suất (%) Mầu (Pt/Co) 1200 1000 800 600 400 70 60 50 40 30 20 200 10 0 10 pH Mầu đầu vào PAC Al2(SO4)3.18H2O 10 pH FeCl3 6H2O PAC Al2(SO4)3.18H2O FeCl3 6H2O FeCl3 6H2O Hình Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lí màu hiệu suất Qua hình ta thấy hiệu suất xử lí màu cao khoảng pH từ - giảm dần từ - 7; sau hiệu xử lí thay đổi không đáng kể tiếp tục tăng pH muối sắt phèn nhôm giảm nhẹ PAC Nhìn chung hiệu suất xử lí màu ba loại hoá chất keo tụ tương đương nhau, nhiên hiệu xử lí màu PAC tất dải pH có cao chút Hiệu xử lí cao giá trị pH khoảng (PAC: khoảng 85%, phèn nhôm: khoảng 84% phèn sắt: khoảng 78%) Qua thí nghiệm ảnh hưởng pH nước rỉ rác đến hiệu suất xử lí keo tụ xác định dải pH thích hợp cho keo tụ thuận lợi cho trình ozon hóa Với mức pH thấp khả xử lí nước rỉ rác cao so với mức pH cao Nguyên nhân thay đổi điện tích bề mặt hạt keo môi trường pH khác Có thể ba chất keo tụ khảo sát có điểm đẳng điện nằm vùng pH thấp Khi pH nước từ vùng trung tính dịch chuyển vùng axit điện tích bề mặt hạt keo trở nên âm hơn, kết thay đẩy chúng có xu hướng hút lại với mạnh hơn, làm cho trình keo tụ diễn thuận lợi Ngoải ra, nước rỉ rác chứa nhiều axit humic, axit fulvic dẫn suất phenol mà chất kết tủa pH thấp nên chỉnh pH nước rỉ rác xuống thấp xẩy tượng kết tủa làm giảm mầu COD nước rỉ rác Sau đó, tăng pH hiệu suất xử lí COD màu giảm Tại giá trị pH tương đương - 7, hiệu suất xử lí COD màu tương đương, không chênh lệch nhiều, sau hàm lượng COD màu sau keo tụ tăng dần tăng pH nước rỉ rác từ ÷ 10 Kết cho thấy hiệu xử lý COD mầu PAC cao Do pH ban đầu nước rỉ rác khoảng 7,5 – 8,3 thêm hoá chất keo tụ vào nước rỉ rác pH giảm xuống tuỳ theo hàm lượng Với mức hàm lượng từ 1500 – 2000 mg/l pH giảm xuống từ 0,3 - 0,5 Do đó, sau bổ sung hoá chất keo tụ pH lớn Việc xử 172 Nghiên cứu tiền xử lí làm giảm COD mầu nước rỉ rác bãi chôn lấp rác trình keo tụ lí tiếp ozon thường có hiệu tốt môi trường kiềm Kết keo tụ cho thấy khoảng pH từ - hiệu suất xử lí COD: 20 – 50%, hiệu suất xử lí màu: 60 – 80% Giá trị đạt mục đích tiền keo tụ Vì vậy, chọn khoảng pH cho nghiên cứu Mặc dù giá trị pH tối ưu giá trị thích hợp vừa thuận lợi cho giai đoạn xử lí sau ozon vừa không tốn hoá chất điều chỉnh pH 3.2 Xác định ảnh hưởng hàm lượng chất keo tụ đến hiệu xử lí Từ thí nghiệm ảnh hưởng pH nước rỉ rác đến hiệu xử lí xác định dải pH thích hợp để tiếp tục tiến hành thí nghiệm pH ≈ - Các thí nghiệm thực dải pH với điều chỉnh hàm lượng chất keo tự từ 500 đến 5000 mg/l, hàm lượng chất trợ keo tụ A101 mg/l 3.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất keo tụ đến thay đổi COD 3000 40 2500 35 30 2000 H iệu suất (% ) CO D (m g/l) Ảnh hưởng hàm lượng chất keo tụ đến hiệu xử lí nước rỉ rác thể qua hình đây: 1500 1000 25 20 15 10 500 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 500 H àm lượng chất k e o tụ (mg/l) COD đầu vào P AC Al2(SO4)3.18H2O 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 H àm lượng chất k e o tụ (mg /l) FeCl3 PAC A l2(SO 4)3.18H 2O FeC l3 Hình Ảnh hưởng hàm lượng chất keo tụ đến COD sau xử lí hiệu suất Hiệu suất xử lí COD màu nước rỉ rác thể qua hình với điều chỉnh pH = 7,5 hàm lượng chất keo tụ mg/l Kết cho thấy hiệu suất xử lí COD tăng tăng hàm lượng chất keo tụ ba loại hoá chất (hiệu suất với PAC: 17 - 38%, Al2(SO4)3.18H2O: 14 - 34% FeCl 3.6H2O: - 30%) COD sau keo tụ giảm rõ rệt mức hàm lượng chất keo tụ từ mức 1500 mg/l COD giảm từ 2798 mg/l xuống thấp 1740 mg/l chất keo tụ PAC mức hàm lượng từ 3000 mg/l trở lên Trong ba loại hoá chất PAC tỏ hiệu cao tất mức hàm lượng, hiệu suất xử lí loại hoá chất lại tương đương Cũng từ mức hàm lượng chất keo tụ từ 3000 mg/l trở lên COD sau keo tụ không tăng (giảm tới mức thấp 1740 mg/l PAC tương ứng hiệu suất 38%; 1837 mg/l Al2(SO4)3.18H2O tương ứng 34% 1980 mg/l FeCl 3.6H2O tương ứng 30%) 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất keo tụ đến độ màu Ảnh hưởng hàm lượng chất keo tụ đến độ màu thể hình với pH điều chỉnh 7,5 hàm lượng chất trợ keo tụ mg/l 173 Văn Hữu Tập, Trịnh Văn Tuyên, Nguyễn Hoài Châu 90 1600 80 1400 70 Hiệu su ất (%) Mầu (Pt/Co) 1200 1000 800 600 60 50 40 30 400 20 200 10 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 500 1000 1500 Hàm lượng chất ke o tụ (mg/l) Mầu đầu vào PAC Al2(SO4)3.18H2O 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Hàm lượng chất keo tụ (mg/l) PAC FeCl3 Al2(SO4)3.18H2O FeCl3 Hình Ảnh hưởng hàm lượng chất keo tụ đến màu sau xử lí hiệu suất Hình cho thấy hiệu suất xử lí màu trình keo tụ tăng nhanh tăng hàm lượng chất keo tụ từ 500 mg/l đến 2000 mg/l, sau hiệu suất xử lí tăng không đáng kể ba loại hoá chất So với hai loại hoá chất Al2(SO4)3.18H2O FeCl 3.6H2O PAC tỏ hiệu Hiệu suất xử lí màu hai hoá chất Al2(SO4)3.18H2O FeCl 3.6H2O tương đương Cường độ màu theo thang màu Pt/Co keo tụ PAC giảm mạnh từ 1512 đầu vào xuống 280 tương ứng hiệu suất 81% mức hàm lượng keo tụ 2000 mg/l Tương tự với phèn nhôm phèn sắt cường độ màu giảm nhanh đếm giá trị 480 360 tương ứng hiệu suất 68% 76% mức hàm lượng sử dụng 3000 mg/l Mục tiêu giai đoạn tiền xử lí nước rỉ rác nhằm loại bỏ khoảng 25 đến 30% COD màu nước rỉ rác trình keo tụ Qua thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng chất keo tụ đến hiệu xử lí COD màu nước rỉ rác thấy lượng chất keo tụ sử dụng lớn chứng tỏ chất ô nhiễm nước rỉ rác cao Mặc dù lượng hoá chất dùng lớn COD chưa đạt tiêu chuẩn xả thải nên nước rác sau keo tụ cần xử lí tiếp KẾT LUẬN Nước rỉ rác đối tượng khó xử lí, việc sử dụng phương pháp đơn lẻ không đạt kết tốt nên cần nhiều giai đoạn với nhiều biện pháp xử lí phù hợp Qua thí nghiệm keo tụ cho thấy nước rỉ rác sau xử lí phương pháp chưa đạt yêu cầu Vì vậy, trình thí nghiệm này, keo tụ coi giai đoạn tiền xử lí Từ thí nghiệm xác định thông số thích hợp cho giai đoạn tiền xử lí nước rỉ rác: hoá chất keo tụ chọn PAC điều kiện pH nước rỉ rác (7 - 8), hàm lượng chất keo tụ 1500 mg/l Với pH dùng hoá chất để điều chỉnh pH sau bổ sung hoá chất PAC vào làm cho pH giảm xuống khoảng lớn đến thấp Mặc dù chưa phải điểm pH tối ưu lại điểm pH thích hợp cho thí nghiệm xử lí (quá trình ozon hoá) Với điều kiện thí nghiệm thực tế cho thấy hiệu xử lí COD đạt khoảng 30%, hiệu xử lí màu khoảng gần 70% Kết gần tương đương với nghiên cứu tác giả Hamzeh Ali Jamali cộng năm 2009, keo tụ nước rỉ rác Iran [1] với hàm lượng PAC sử dụng 2000 mg/l pH = hiệu suất COD màu tương ứng khoảng 35% 40% 174 Nghiên cứu tiền xử lí làm giảm COD mầu nước rỉ rác bãi chôn lấp rác trình keo tụ TÀI LIỆU THAM KHẢO Hamzeh A J., Amir H M, Ramin N , Foorogh V., and Ghasem A O - Combination of Coagulation - Flocculation and Ozonation Processes for Treatment of Partially Stabilized Landfill Leachate of Tehran, World Applied Sciences Journal (2009) 9-15 Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Cường - Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lí COD khó phân huỷ sinh học nước rác phản ứng fenton, Tạp chí Phát triển KH&CN 10 (1) (2007) 71-78 Chavalit R and Parinya A - Removal of COD and colour from old -landfill leachate by Advanced Oxidation Processes, Int J Environmen t and Waste Management (¾) (2009) 470-480 Nguyễn Hồng Khánh - Báo cáo: Nghiên cứu so sánh công ngh ệ nước xử lí nước rác sở đề xuất công nghệ xử lí nước rác đạt loại B theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) cho bãi ch ôn lấp rác địa bàn thành phố Hà Nôi”, Viện Công nghệ môi trường , Viện khoa học công nghệ Việt Nam, 2007, tr 110 - 115 APHA - Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater”, 19th American Public Health Association, Washington DC, 1995 Nguyễn Thị Thuyết - Nghiên cứu xử lí photpho nước thải chăn nuôi lợn, Khoá luận tốt nghiệp, 2011, tr 26 - 27 ABSTRACT PRE-TREATMENT FOR REMOVING COD AND COLOR OF LANDFILL LEACHATE BY COAGULATION PROCESS Van Huu Tap1, *, Trinh Van Tuyen2, Nguyen Hoai Chau2 Department of Earth and Environmental Science, College of Sciences, Thai Nguyen University Institute of Environmental Technology, VAST, 18 Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Hanoi, Vietnam * Email: vanhuutap@gmail.com Landfill leachate is a problem that needs to be solved The pollutants w hich have to be treated are non-biodegradable organic matters, ammonia and color This paper presents experimental results in removing COD and color from landfill leachate by using coagulation The experimental results showed that flocculation performance of all three types of coagulants is maximum at concentrations ≥ 3,000 mg/l with pH condition of leachate: 7.5 - 8.5 However, the experiments also indicated that removal of COD and color was achieved significantly from PAC concentration of 1,500 mg/l Data show that the suitable chemical for the first leachate treatment stage was PAC at pH value from to and its conc entration of 1,500 mg/l (COD removal efficiency was achieved approximately 30%, color removal of 70%) These parameters are suitable for next stage of the treatment (ozonation process) Keywords: landfill leachate, coagulation, flocculating chemical, COD, color 175 ... REMOVING COD AND COLOR OF LANDFILL LEACHATE BY COAGULATION PROCESS Van Huu Tap1, *, Trinh Van Tuyen2, Nguyen Hoai Chau2 Department of Earth and Environmental Science, College of Sciences, Thai Nguyen... nước rác phản ứng fenton, Tạp chí Phát triển KH&CN 10 (1) (2007) 71-78 Chavalit R and Parinya A - Removal of COD and colour from old -landfill leachate by Advanced Oxidation Processes, Int J Environmen... hàm lượng chất keo tụ đến COD sau xử lí hiệu suất Hiệu suất xử lí COD màu nước rỉ rác thể qua hình với điều chỉnh pH = 7,5 hàm lượng chất keo tụ mg/l Kết cho thấy hiệu suất xử lí COD tăng tăng