Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác Lời Mở Đầu Ngày nay, cùng với sự phát triển của đất nước thì vấn đề môi trường cũng đang rất được quan tâm đến, đặc biệt là rác thải do các hoạt động sản xuất, buôn bán của con người . Hầu hết rác thải ở nước ta nói chung và ở khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh nói riêng đều chưa có sự phân loại tại nguồn. Do đó gây rất nhiều khó khăn trong quản lý và xử lý. Hiện nay, việc xử lý rác thải bằng cách chôn lấp hợp vệ sinh được coi là biện pháp hữu dụng, bởi tính kinh tế cao và không làm ô nhiễm môi trường do mùi hôi gây ra. Tuy nhiên, lượng nước rỉ ra từ bãi chôn lấp rác đã gây những tác động môi trường nghiêm trọng liên quan đến sức khỏe con người. Trước vấn đề này thì nhiều phương pháp công nghệ trong và ngoài nước được đề ra và áp dụng xử lý. Trong các biện pháp công nghệ đưa ra xử lý thì biện pháp xử lý sinh học kỵ khí được xem là nỗi trội bởi chi phí không cao, ít sinh ra bùn mà hiệu quả xử lý cao hơn những phương pháp khác. Nhưng do bởi tính chất nước rỉ rác vô cùng phức tạp, hàm lượng thành phần các chất ô nhiễm luôn ở mức báo động, đặc biệt là hàm lượng Canxi trong nước rỉ rác rất cao, đã gây ảnh hưởng xấu đến quá trình xử lý. Các thiết bò kỵ khí sau khi hoạt động một thời gian đã bò tê liệt bởi hiện tượng vôi hóa xuất hiện thành những tảng lớn, làm cho hiệu quả xử lý suy giảm đáng kể. Chính vì điều này cần phải có biện pháp xử lý thích hợp để loại bỏ thành phần ô nhiễm này trước khi vào các công trình xử lý tiếp theo. Urê là một hợp chất có khả năng xử lý Canxi trong nước thải, bản thân nó có nhiều ứng dụng quan trọng phục vụ trong đời sống xã hội. Tuy nhiên việc sử dụng nó như thế nào trong xử lý môi trường, đặc biệt là trong xử lý nước tải nói chung và nước rỉ rác nói riêng là điều cần phải nghiên cứu đến. GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 1 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 2 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nước thải giàu calcium là một vấn đề đang được quan tâm trong xử lý nước thải hiện nay, đặt biệt là từ nước rỉ rác. Do tính chất nước rỉ rác có nhiều thành phần phức tạp và có khả năng gây ô nhiễm cao (BOD, COD từ 10.000 - 50.000 mg/l ,Th.S Trần Minh Chí Chí năm 2001) nên đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý thích hợp. Nhiều loại hình công nghệ khác nhau đã được thử nghiệm và áp dụng để xử lý, nhưng công nghệ sinh học tỏ ra hấp dẫn vì có chi phí đầu tư vận hành thấp. Tuy nhiên, do tính chất nước thải từ bãi rỉ rác thường chứa hàm lượng calcium rất lớn (>250mg/l) nên việc sử dụng công nghệ sinh học cổ điển như UASB gặp rất nhiều khó khăn trong suốt quá trình vận hành. Với hàm lượng calcium cao (>250 mg/l) có hiện tượng các muối CaCO 3 hay Ca 3 (PO 4 ) 2 kết tủa. Sự tạo thành kết tủa của các muối calcium trong thiết bò kỵ khí đã dẫn đến nhiều vấn đề, chẳng hạn như hiện tượng đóng rắn trên thành bể phản ứng và trong thành ống, làm mất tính đệm của môi trường sinh hóa trong bể kỵ khí, giảm hiệu quả do bùn bò rửa trôi và đặc biệt là làm mất hoạt tính metan hóa đặc thù của sinh khối kỵ khí. Thật vậy, việc áp dụng công nghệ UASB thực tế tại trạm xử lý nước rỉ rác ở bãi chôn lấp Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội được đưa vào vận hành trong năm 1998 cũng đã cho thấy đây là một vấn đề lớn, khi bắt đầu vận hành, hệ thống hoạt động khá tốt, hiệu quả xử lý tăng. Tuy nhiên với hàm lượng Ca 2+ khoảng 500 mg/l trong nước rỉ rác, chỉ hơn một tháng hoạt động sau đó, toàn bộ hệ thống đường ống phân phối nước thải vào thiết bò UASB bò đóng bởi lớp cặn vôi dày, còn bên trong là những tản vôi lớn ( Th.S Nguyễn Trung Việt, 2000). Sự suy giảm hiệu GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 3 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác quả phân hủy hữu cơ của bùn xảy ra rất đáng kể và nhanh chóng đã dẫn đến hệ thống UASB đã bò tê liệt trong thời gian vận hành ngắn. Như vậy hàm lượng Ca 2+ cao trong nước thải có thể gây những hậu quả trầm trọng đối với hệ thống sinh học kò khí, ảnh hưởng đến các công trình xử lý sinh học và đòi hỏi có những biện pháp thích hợp để xử lý hiệu quả. Từ tính cấp thiết đó, việc “Nghiên cứu sử dụng ure xử lý calcium trong nước rỉ rác” của đề tài này đã tìm ra sự sử dụng có tiềm năng của Urê do việc loại bỏ canxi ở dạng hòa tan trong nước thải từ nước rỉ rác. Phương pháp này dựa trên cơ chế kết tủa của muối vi sinh carbonat (MCP) đã được mô tả như khả năng kiềm hóa của các vi sinh vật, sự tăng độ pH và hòa tan hợp chất carbon vô cơ (DIC)) đối với môi trường nào đó thông qua nhiều hoạt động sinh lý học. Và trong cái nhìn này thì kỹ thuật được mô tả tốt nhất là quá trình thủy phân ezim của Urê, tạo ra NH 3 và CO 2 sau đó sẽ phản ứng xa hơn để tạo ra carbonate, như vậy đã hình thành điều kiện thích hợp cho kết tủa CaCO 3 cũng như dễ dàng trong việc loại bỏ chúng ra khỏi nguồn nước xử lý. 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu xác đònh hiệu quả và đề xuất phương án công nghệ sử dụng Urê để xử lý thành phần canxi trong nước rỉ rác. 1.3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU 1.3.1 Phạm vi nghiên cứu Các thí nghiệm được tiến hành thực hiện tại phòng thí nghiệm Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu Hàm lượng ô nhiễm Calcium trong nước rỉ rác từ một số Bãi rác ở Thành Phố Hồ Chí Minh như bãi rác Đông Thạnh, Gò Cát… GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 4 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU + Nghiên cứu tổng quan: - Hiện trạng quản lý nước rỉ rác ở một số bãi rác của TP. HCM. - Thành phần tính chất của nước rỉ rác tại bãi rác ở TP.HCM. - Các công nghệ xử lý nước rỉ rác đang được áp dụng xử lý hiện nay. - Cơ sở lý thuyết về việc sử dụng Urê để sử lý Canxi trong nước rỉ rác. + Lập kế hoạch thực nghiệm dựa trên cơ sở phân tích hàm lượng Canxi trong nước rỉ rác + Thực nghiệm xác đònh khả năng xử lý canxi của Urê trong nước rỉ rác. + Xác đònh sự ảnh hưởng và đưa ra các thông số (nồng độ Urê, thời gian xử lý) phù hợp cho công nghệ xử lý. + Xác dònh sự ảnh hưởng của công nghệ xử lý canxi bằng Urê đến công nghệ xử lý sinh học . 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5.1 Nghiên cứu lý thuyết + Thu thập tài liệu trong nước và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu. + Thực tế ô nhiễm của nước rỉ rác tại bãi rác Đông Thạnh Tp. HCM ( hàm lượng Calcium trong nước thải). + Các phương pháp xử lý nước rỉ rác chứa hàm lượng canxi cao. + Cơ sở lý thuyết về Urê dùng để xử lý Ca 2+ GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 5 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác + Tổng hợp phân tích, so sánh và lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp 1.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm + Xác đònh thành phần ô nhiễm Ca 2+ trong nước rỉ rác của bãi rác Đông Thạnh Tp.HCM. + Thực hiện trên mô hình phòng thí nghiệm. + Phương pháp thí nghiệm. - Đối tượng thí nghiệm: nước rỉ rác cũ của bãi rác Đông Thạnh - Xác đònh hiệu quả xử lý của phương pháp bằng cách: • Thay đổi nồng độ xử lý của Urê khác nhau • Thực hiện ở các khoảng thời gian khác nhau - Xử lý số liệu bằng excel 1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.6.1 Ý nghóa khoa học + Nghiên cứu và đề xuất một phương án xử lý Canxi trong nước rỉ rác hiệu quả, đơn giản và ít tốn kém, góp phần hoàn thiện hệ thống xử lý nước rỉ rác. + Ngoài khả năng xử lý thành phần ô nhiễm cụ thể là Canxi, thì phương pháp còn mang ý nghóa trong việc loại bỏ thành phần ô nhiễm đặc trưng là COD. + Đây là một nghiên cứu xác đònh khả năng xử lý của một loại hợp chất có nguồn gốc dễ tìm, tương đối rẻ và không độc hại. 1.6.2 Ý nghóa thực tiễn + Hướng nghiên cứu khả thi sẽ mang lại hiệu quả trong công nghệ xử lý nước rỉ rác. GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 6 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác + Giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường tự nhiên và sức khỏe con người do loại nước thải này gây ra. + Nghiên cứu khả thi sẽ áp dụng xử lý cho các loại nước thải chứa hàm lượng canxi cao như nước thải công nghiệp như: chế biến giấy, chế biến xương, … GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 7 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 8 2.1 NGUỒN GỐC, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC RỈ RÁC 2.2 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NƯỚC RỈ RÁC VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ. Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác Cho đến nay, chôn lấp vẫn là một phương pháp kinh tế nhất để đổ bỏ chất thải rắn. Thực tế, có khoảng 90% khối lượng chất thải rắn trên thế giới được xử lý bằng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh. Bãi rác hợp vệ sinh cũng là một hạng mục công trình không thể thiếu trong hệ thống quản lý và xử lý chất thải rắn đô thò, bởi vì các phương pháp xử lý khác như làm phân ủ, đốt …luôn luôn còn lại một phần chất thải như vật liệu trơ, tro, xỉ …và cũng phải được chôn lấp. Trong những vấn đề được đặc biệt quan tâm và đưa lên hàng ưu tiên đối với bãi chôn lấp rác là việc quản lý và xử lý nước rò rỉ từ các bãi rác vì chúng có nồng độ các chất gây ô nhiễm rất cao và có mùi đặc biệt khó chòu nếu không được quản lý và xử lý tốt. 2.1 NGUỒN GỐC, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC RỈ RÁC 2.1.1 Nguồn gốc nước rỉ rác Nước rỉ rác là nước thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Nước rác được hình thành khi độ ẩm của rác vượt quá độ giữ nước (độ giữ nước của chất thải rắn- Field capacity – là lượng nước lớn nhất được giữ lại trong các lỗ rỗng mà không sinh ra dòng thấm hướng xuống dưới tác dụng của trọng lực). Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bò đầm nén. Sự phân hủy chất hữu cơ trong rác cũng phát sinh nước rò rỉ nhưng với lượng nhỏ. Điều kiện khí tượng thủy văn, đòa hình, đòa chất của bãi rác, nhất là khí hậu, lượng mưa, ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh nước rỉ rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Trong năm đầu tiên, phần lớn lượng nước thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp. Lưu lượng nước rỉ rác sẽ tăng GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 9 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác dần trong thời gian bãi chôn lấp hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa bãi chôn lấp. 2.1.2 Thành phần và tính chất nước rỉ rác Thành phần nước rỉ rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi BCL, loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén và nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rỉ rác. Bảng 1 biểu diễn sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rác theo thời gian, từ ngày bãi ngưng hoạt động. Bảng 1. Sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rỉ rác theo tuổi Thành phần Đơn vò Giá trò 1 năm 5 năm 16 năm pH 5.2 – 6.4 6.3 COD mg/l 10000 - 40000 8000 400 BOD 5 mg/l 7500 - 28000 4000 80 TDS mgNaCl/l 10000 – 14000 6790 1200 TSS mg/l 100 – 700 Độ kiềm mgCaCO 3 /l 800 – 4000 5810 2250 Độ cứng mg/l 3500 - 5000 2200 540 P- tổng mg/l 25 – 35 12 8 N-NH 3 mg/l 56 – 482 N-NO 3 mg/l 0.2 – 0.8 0.5 1.6 Cl - mg/l 600 – 800 1330 70 SO 4 2- mg/l 400 – 650 2 2 Ca 2+ mg/l 900 – 1700 308 109 Na + mg/l 450 – 500 810 34 GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 10 [...]... Trọng Vỹ Trang 26 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác 2 mét , có hệ thống thu gom khí và tái sử dụng khí để phát điện, có hệ tống thu gom và xử lý nước rỉ rác Công suất thiết kế bãi rác 2000 tấn/ngày Nước rỉ rác từ bãi chôn lấp sinh ra từ 4 nguốn chủ yếu sau: nước rỉ rác từ các ô chôn lấp, nước rỉ rác từ các ô đổ rác tạm thời và xe vận chuyển rác, nước rửa xe chở rác trước khi ra... công trường này chỉ có thể xử 400 m3/ngày Lượng nước rỉ rác còn lại buộc phỉ chuyển qua bãi rác Đông Thạnh, Mặc dù bãi rác này đã đóng cửa từ lâu GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 27 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 28 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác 2.2.2 Bãi Chôn Lấp Rác Phước Hiệp Bãi chôn lấp... 21 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác Nhận xét: các công trình xử lý này thường chiếm diện tích lớn, xử lý hiếu khí sẽ rất tốn kém Phương pháp này chỉ thích hợp ở giai đoạn cuối cùng, khi nước rác đã qua các giai đoạn xử lý chính Xử lý kỵ khí: hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc đệm giãn nở, công nghệ đệm bùn kỵ khí chảy ngược (UASB) Nhận xét: so với xử lý hiếu khí, xử lý kỵ khí nước. .. rắn lơ lửng trong nước rỉ rác, giảm bớt hàm lượng ô nhiễm + Loại bớt bọt có trong nước rác để không gây ảnh hưởng đến chế độ hoạt động và hiệu suất của bể sinh học hiếu khí + Tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của các vi sinh vật trong các công đoạn xử lý sinh học sau nó GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 31 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác Nước rỉ rác váng Tuyển... gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt 2.1.3.2 Xử lý để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thò Nước rỉ rác mang đặc trưng ô nhiễm cao, hơn nữa lại thay đổi theo tuổi bãi rác nên một hệ thống xử lý nước rỉ rác đòi hỏi bổ sung thêm nhiều thiết bò phụ theo thời gian Vì vậy, các nghiên cứu cho thấy có thể đưa hỗn hợp 20% nước rỉ rác trong nước thải đô thò vẫn đảm bảo xử lý thành công ở khu xử lý tập trung Thông... Trọng Vỹ Trang 30 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác 2.2.3.2 Một số phương án xử lý nước rỉ rác từ bãi rác Đông Thạnh 2.2.3.2.1 Phương án của Trung Tâm Bảo Vệ Môi Trường (EPC)- 1996 Do thành phần ô nhiễm trong nước rỉ rác rất đa dạng, bao gồm các chất rắn lơ lửng, các hợp chất hữu cơ khó hay dễ phân hủy sinh học, các chất dinh dưỡng và các kim loại nặng…nên đã cần áp dụng các công đoạn... chỉ thích hợp với lượng nước rỉ rác nhỏ, còn về lâu dài khó khả thi, khi lượng nước rỉ rác ngày càng tăng Tuy khuynh hướng này làm giảm BOD, COD nhưng lại làm tăng nồng độ các chất vô cơ trong nước rỉ rác, gây ra vấn đề về mùi, nguy cơ ô nhiễm nước ngầm Khuynh hướng gồm hai GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 18 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác phương án: bốc hơi tự... CaCO3 64 - 132 (Nguồn CENTENMA, 2002) Bảng 4: Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Gò Cát Thành phần pH TDS mg/l GVHD: T.S Lê Đức Trung Nước rò rỉ mới Nước rò rỉ mới mùa khô mùa mưa 4.8 – 6.2 Đơn vò 6.5 – 6.9 7.81 – 7.89 7300 – 12200 5011 – 6420 6040 – 9145 Nước rò rỉ cũ SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 16 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác COD mg/l 39614 – 59750 6621 – 31950 1186 – 1436 BOD5 mg/l... oxy hoá sinh hoá giảm nhanh, trong khi đó hàm lượng chất không phân huỷ sinh học gia tăng theo tuổi bãi rác COD VAF ( axit béo bay hơi) Đặc trưng của pH nước rỉ rác Fe, Zn GVHD: T.S Lê Đức Trung Pha I Pha II SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 11 Pha IV Pha V Pha III Thời gian Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác Hình 1: Sự biến thiên các thành phần trong nước rỉ rác Hình 1 cho thấy giá trò... Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 13 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác học xảy ra khá chậm Khí sinh ra chủ yếu là CH 4 và CO2 Suốt pha này, nước rác thường chứa acid humic và fulvic rất khó xử lý sinh học Nhìn chung ở những bãi rác mới (giai đoạn acid), nước rỉ rác thường có pH thấp, nồng độ BOD5, TOC, COD và kim loại nặng cao, còn ở những bãi rác lâu năm (giai đoạn mêtan của quá . tiễn + Hướng nghiên cứu khả thi sẽ mang lại hiệu quả trong công nghệ xử lý nước rỉ rác. GVHD: T.S Lê Đức Trung SVTH: Phan Trọng Vỹ Trang 6 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác +. Vỹ Trang 19 Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác loại sẽ bò kết tủa và giữ lại trong bãi rác. Tốc độ sinh khí CH 4 ở bãi rác có tuần hoàn nước rỉ rác lớn hơn ở bãi rác không. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Nghiên Cứu Sử Dụng Urê Xử Lý Calcium Trong Nước Rỉ Rác 1.1 TÍNH CẤP