Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích nghiên cứu là khảo sát khả năng biến đổi của 9 kim loại nặng trong pin hộ gia đình đã qua sử dụng (SHB) (pin Zn – C và pin kiềm – Mn) trong thành phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị (OFMSW) để làm phân compost. Sáu thí nghiệm được thực hiện bao gồm 1 lần đối chứng và 2 lần lặp lại để so sánh. 11 loại pin kiềm và pin không kiềm được thêm vào tại 3 tỉ lệ khác nhau, cụ thể là 0.98% ww (thấp), 5.28% ww (trung bình) và 10.6% ww (cao). Thí nghiệm gồm 230 phản ứng sinh học hiếu khí cách nhiệt bằng nhựa có chế độ khí động trong 60 ngày. Trong mẫu có tỉ lệ pin cao (10.6% ww), khối lượng của sắt, đồng, niken trong OFMSW cao hơn so với các chất khác cùng điều kiện. Ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình và thấp thì không có kim loại. Khối lượng kim loại cân bằng đạt 51% đến 176%. Hầu hết các kim loại có độ rò rỉ dưới 10 mgL, trừ sắt, và có xu hướng tăng theo thời gian ở mẫu có tỉ lệ pin cao. Trong mọi trường hợp, hàm lượng của 5 kim loại nặng trong sản phẩm tạo thành dưới mức quy định của Hy Lạp.
ẢNH HƯỞNG CỦA PIN ĐÃ QUA SỬ DỤNG TẠI HỘ GIA ĐÌNH ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ HỮU CƠ TRONG CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ ĐỂ LÀM PHÂN COMPOST I TĨM LƯỢC Mục đích nghiên cứu khảo sát khả biến đổi kim loại nặng pin hộ gia đình qua sử dụng (SHB) (pin Zn – C pin kiềm – Mn) thành phần hữu chất thải rắn đô thị (OFMSW) để làm phân compost Sáu thí nghiệm thực bao gồm lần đối chứng lần lặp lại để so sánh 11 loại pin kiềm pin không kiềm thêm vào tỉ lệ khác nhau, cụ thể 0.98% w/w (thấp), 5.28% w/w (trung bình) 10.6% w/w (cao) Thí nghiệm gồm 230 phản ứng sinh học hiếu khí cách nhiệt nhựa có chế độ khí động 60 ngày Trong mẫu có tỉ lệ pin cao (10.6% w/w), khối lượng sắt, đồng, niken OFMSW cao so với chất khác điều kiện Ở mẫu có tỉ lệ pin trung bình thấp khơng có kim loại Khối lượng kim loại cân đạt 51% đến 176% Hầu hết kim loại có độ rò rỉ 10 mg/L, trừ sắt, có xu hướng tăng theo thời gian mẫu có tỉ lệ pin cao Trong trường hợp, hàm lượng kim loại nặng sản phẩm tạo thành mức quy định Hy Lạp II GIỚI THIỆU Pin hộ gia đình qua sử dụng thành phần phổ biến MSW Những năm gần đây, Châu Âu có nhiều cố gắng lớn tách SHB khỏi MSW để đem tái chế Theo pháp luật Châu Âu, 25% pin sản xuất nước Châu Âu phải thu gom tái chế vào năm 2012, 45% phải tái chế vào năm 2016 Tại Hy Lạp, từ năm 2004 thu gom số lượng nhỏ pin hộ gia đình Theo AFIS S.A (2010), 629 pin thu gom tái chế năm 2009 Hy Lạp, tăng 27% so với năm 2008 Tổng lượng thu năm 2009 21% tổng lượng pin sản xuất năm Mặc dù vậy, số lượng đáng kể SHB thải bỏ chung với MSW Pin hộ gia đình chất thải thuộc mục 16.06 Danh mục chất thải châu Âu (EC 2000), định chất thải không nguy hại, trừ pin Ni – Cd, pin Pb pin Hg Sau này, SHB liệt vào danh sách chất thải rắn nguy hại Hàm lượng kim loại nặng thành phần đặc trưng pin dù khơng có tài liệu nói mức độ ảnh hưởng chúng Các thành phần pin nhà khoa học nghiên cứu (Panero cộng - 1995, Bartolozzi cộng - 1994, Almeida cộng - 2006, Richter cộng - 2008, Recknagel cộng - 2009, Panero cộng - 1995) Các nhà khoa học người đo tổng hàm lượng kim loại pin hộ gia đình Họ tìm thấy Zn Mn có hàm lượng chiếm ưu sau Pb Cd, khơng có Hg Trong nghiên cứu Recknagel cộng năm 2009, hàm lượng Hg thấp 3.9 mg/kg Pb Cd pin Zn – C cao nhiều so với pin hợp chất kiềm – Mn Tuy nhiên, pin Đức thấy hầu hết kim loại nặng Trong nghiên cứu Richter cộng năm 2008, pin Zinc Air thấy có kim loại nặng Cho đến nay, thông tin tác động SHB đến q trình xử lý loại bỏ MSW Người ta trọng đến đặc tính nước rò rỉ sau qua lọc mô môi trường bãi chôn lấp kị khí Panero cộng đo nồng độ Ni, Zn, Cd, Mn mơ hình rò rỉ acid không mg/L Selvapathy Madhavan (2003) tiến hành thí nghiệm chất độc đặc trưng qua lọc (TCLP) cho loại pin Pin Zn – C pin hợp chất kiềm có chứa Zn Mn gây độc vượt giới hạn Mặt khác, pin Ni – Cd có số Cd Ni vượt giới hạn Còn lại khơng có Hg Xará cộng (2009) thực thí nghiệm lọc tiêu chuẩn pin kiềm hộ gia đình, họ tìm thấy khác biệt thí nghiệm Kim loại bị rửa trơi nhiều Zn, sau tới Pb, Ni Cu Karnchanawong and Limpiteeprakan (2009) thực lọc nhiều pin, họ người sử dụng thẩm kế kỵ khí để mơ môi trường bãi chôn lấp đo khả rửa trôi chất pin Họ thêm pin theo tỉ lệ 1% đến 5% so với MSW mô thẩm kế kỵ khí Kết cho thấy, kim loại lọc nhanh theo thứ tự Ni, Cd, Pb, Zn, Mn Độ pH hỗn hợp giảm giai đoạn acidogenic Kim loại, đặc biệt Pb Hg hoà tan nhiều Trong nghiên cứu gần đây, Almeida cộng (2009) nghiên cứu tác động SHB đến khí thải q trình tro hố MSW, Zn Hg hai kim loại bay nhiều Dường khơng có thơng tin cách hoạt động SHB trình phân huỷ MSW Những thơng tin hỗ trợ việc xác định khả loại bỏ SHB từ MSW trước ủ phân compost Việc thiếu thông tin dẫn đến nghiên cứu nồng độ giới hạn kim loại nặng để ủ phân Pin Zn – C pin kiềm – Mn thêm vào OFMSW tỉ lệ khác Sau tiến hành phản ứng sinh học hiếu khí với OFMSW có chứa chất thải thực phẩm (FW) giấy văn phòng (OFP) Quá trình phân huỷ kéo dài 60 ngày Các q trình lâu đến vài tháng, khơng thực thí nghiệm Vì vậy, thực thí nghiệm với quan điểm pin đưa vào đảm bảo trình ủ phân, suốtq trình khơng bị mất, bị loại bỏ trước đóng rắn thơng qua sàng lọc Q trình sàng lọc tương đối phổ biến ủ phân MSW, thực trước đóng rắn sau trình phân huỷ (Lau cộng 2005) Trong cơng trình nghiên cứu này, q trình thí nghiệm phân huỷ hữu MSW thêm SHB tỉ lệ Mục tiêu thí nghiệm tính tốn khối lượng kim loại q trình ủ cân khối lượng kim loại vào lúc bắt đầu kết thúc q trình phân huỷ Thí nghiệm nghiên cứu xem kim loại có ảnh hưởng đến trình phân huỷ hữu MSW ủ III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP III.1 Mô thành phần hữu chất thải rắn đô thị Thành phần hữu MSW thí nghiệm bao gồm chất thải từ thực phẩm (FM) giấy văn phòng (OFP), pha trộn theo tỷ lệ 70%:30% (FM:OFP) trọng lượng ướt Tỷ lệ pha trộn dựa tiêu chuẩn Hy Lạp Tỷ lệ pha trộn ứng với 47%:53% (FM:OFP) trọng lượng khô không đổi suốt q trình thí nghiệm 50 kg (ướt) chất thải thực phẩm thu thập từ nhà hàng trường đại học tuần, bao gồm thịt, bánh mì, rau, trái mì ống, sau trộn bảo quản -20oC để sử dụng thí nghiệm Chất thải thực phẩm rã đơng tiếng trước đưa vào phản ứng sinh học Giấy văn phòng thải bỏ thu thập từ quan sau cắt nhỏ tay thành miếng có kích thước 2.5 cm × 2.5 cm Cả vật liệu (FM OFP) cân riêng trộn với trước cho vào lò phản ứng sinh học Phân gia cầm (PLC) lấy từ nhà máy chăn nuôi gia cầm lớn Alexandroupolis (bắc Hy Lạp) Thêm vào hỗn hợp OFMSW khoảng 10% ± 2% khối lượng ướt phân gia cầm để cung cấp vi sinh vật, thúc đẩy trình phân hủy Trong thí nghiệm, người ta thêm kg nước máy để đảm bảo độ ẩm tối ưu 49% ± 2% trọng lượng ướt Trong lần thí nghiệm lượng MSW mô khoảng 30 kg ướt 16 kg khơ III.2 Pin hộ gia đình 11 loại pin Zn – C kiềm – Mn trộn với OFMSW thí nghiệm Pin – tháng tuổi thu thập từ thùng tái chế khác thành phố Xanthi (Hy Lạp) Tỷ lệ pin kiềm:pin không kiềm 4.3:1 (theo trọng lượng) Tỷ lệ không đổi tất mẫu tất nhãn hiệu pin loại đề cập bảng III.3 Trình bày thí nghiệm Thí nghiệm gồm thí nghiệm nhỏ với hỗn hợp OFMSW SHB lần thí nghiệm đối chứng (CNTR) chứa OFMSW khơng có pin, thí nghiệm khác có chứa pin tỉ lệ: 0,98% (thấp), 5,2% (trung bình) 10,6% (mức cao) (so với trọng lượng ướt OFMSW) Kết mẫu có tỉ lệ pin trung bình cao dự kiến cao nhiều so với kết thực tế pin trộn lẫn với MSW Ngồi MSW có chứa kim loại nặng khác với SHB ảnh hưởng đến hàm lượng kim loại OFMSW Cần loại bỏ kim loại mục đích cơng trình nghiên cứu tác động SHB với OFMSW Loại pin tương tự nhãn hiệu khác thêm vào tất mẫu lặp lại Lặp lại thí nghiệm mẫu có tỉ lệ pin trung bình cao để kiểm tra khả nhân rộng thí nghiệm Nhân rộng thí nghiệm cách lặp lại mẫu có tỉ lệ pin trung bình cao, khơng cần nhân rộng mẫu đối chứng mẫu có tỉ lệ pin thấp III.4 Q trình lấy mẫu phân tích Chất thải thực phẩm, giấy văn phòng phân gia cầm có đặc tính riêng, độ ẩm đo 75oC trọng lượng không đổi; đo khối lượng chất hữu cách nung 550oC 2h cho nước Khi lấy mẫu trung gian cuối cùng, tồn rác lò phản ứng sinh học lấy trải mặt phẳng Sau chia vật liệu làm phần, lấy ngẫu nhiên phần đối diện đặt lại lò phản ứng Trộn nửa lại tiếp tục chia làm phần, thực giống ban đầu mẫu đại diện – 1.2 kg (trọng lượng ướt) Mẫu tiếp tục trộn thêm chia làm tiểu mẫu có đặc trưng riêng Mỗi tiểu mẫu có trọng lượng 300 – 400 g (trọng lượng ướt) đủ cho thí nghiệm phân tích kim loại Tổng khối lượng khơ OFMSW chứa lò phản ứng sinh học thời điểm lấy mẫu tính tốn dựa nguyên tắc bảo tồn tro Số lượng mẫu tối ưu nghiên cứu (n=3) Trong thời điểm lấy mẫu trung gian lấy số lượng mẫu lớn hơn, tỉ lệ OFMSW pin lò phản ứng bị giảm khả phân huỷ, pin khơng thể tách khỏi suốt q trình ủ Sau sấy, nghiền nhỏ (bằng cối sứ), đồng mẫu OFMSW nguyên liệu hữu cơ, lấy ngẫu nhiên khoảng 1,6g ± 0,1g từ mẫu để phân tích kim loại Từ thương hiệu chủng loại pin lấy mẫu sau phân tích kim loại Vào cuối q trình, mẫu pin lấy ngẫu nhiên từ chủng loại đem cân phân tích tổng kim loại Chỉ thí nghiệm tất pin chứa lò phản ứng vào cuối thí nghiệm phân tích riêng Tổng hàm lượng kim loại “có sẵn thân thiện với mơi trường” vật liệu hữu (chất thải thực phẩm, giấy văn phòng, phân hữu OFMSW) 11 loại pin đo thông qua kỹ thuật phân hủy axit theo phương pháp 04-12-B USDA USCC (2002), dựa phương pháp 3050B (USEFA, 1996) Kỹ thuật phân hủy axit sử dụng kỹ thuật tổng phân huỷ, mà axit mạnh hòa tan gần tất kim loại để tạo thành kim loại “có sẵn thân thiện với mơi trường” (USEPA 1996) Mục đích thí nghiệm định lượng kim loại biến đổi mơi trường, kim loại chứa chất không tan, sau q trình phân hủy axit khơng thể trở thành “có sẵn thân thiện với môi trường” Khác với kỹ thuật tổng phân huỷ axit, trình phân hủy axit dẫn đến tan rã pin tối đa diễn điều kiện mơi trường khắc nghiệt Quá trình phân hủy axit với thời gian ngắn thực sau: dùng kéo lớn cắt pin thành – miếng tạo điều kiện cho phân hủy axit Pin cắt đặt vào bình hình nón thêm 20 ml dung dịch HNO có tỉ lệ 1:1 với H2O Đun nóng dung dịch tới nhiệt độ 90oC ± 5oC, sau 15’ thêm 10 ml HNO3 đậm đặc vào Sau 30’ thêm ml HCl đậm đặc vào đun tiếp vòng 1h Cuối thêm ml H 2O2 từ từ vào hỗn hợp Thêm khoảng 20 ml nước cất vào để rửa bình dừng đun nóng sau 10’ Sau làm mát, dung dịch lọc chân không qua lọc sợi 0,45 mm Dung dịch sau lọc đổ vào BĐM 100 ml, thêm nước cất khử ion vào đầy bình Làm quy trình tương tự để axit phân huỷ chất hữu Thực phân huỷ axit với mẫu trắng để thiết lập đường sở cho kim loại tỷ lệ phần trăm không bị axit hoá nằm khoảng từ 5% đến 30% so với trọng lượng khơ ban đầu Trong thí nghiệm này, tổng hàm lượng kim loại tính theo trọng lượng khô (mg/kg dw) cho tất nguyên liệu sử dụng Đối với mẫu OFMSW, lấy hai mẫu trung gian mẫu cuối từ lò phản ứng Khơng phân tích q trình phân huỷ để tránh làm thất pin Chín kim loại nặng (Pb, Cd, Ni, Co, Cr, Cu, Fe, Zn Mn) định lượng phổ hấp thu nguyên tử lửa (FASS) Varian model SpectrAA Pha loãng dung dịch chuẩn gốc nồng độ 1000 ppm cung cấp MERCK để dựng đường chuẩn Trong phân tích FASS, xuất đường cong điểm hiệu chuẩn bắt đầu đo Xác định lại nồng độ mẫu dựa vào đường chuẩn Nếu độ lệch vượt 5% phải làm lại mẫu Theo APHA cộng năm 1998, giới hạn phát (LOD) kim loại nồng độ cho tín hiệu lớn 3,89% độ lệch chuẩn mức độ trung bình (dựa n = mức độ tin cậy 95%) Giới hạn kim loại: Pb 190 ppb, Cd 10 ppb, Ni 130 ppb, Mn 100 ppb Tất nồng độ thấp LOD cho kết phân tích Nước rỉ rác lần lấy mẫu trung gian cuối thu lại qua van hút gió Lấy khoảng 30 ml nước rỉ rác để phân tích kim loại phương pháp phân hủy axit Nước thải lại tái tuần hồn trở lại lò phản ứng Tổng khối lượng kim loại (mg) có nước thải thu thập lần lấy mẫu khối lượng nước thải (L) nồng độ kim loại tương ứng (mg/L) Nếu nồng độ ban đầu vượt điểm chuẩn phải pha lỗng mẫu với nồng độ thích hợp Tỉ lệ pha lỗng tối đa phân tích pin là: 1:20 cho Pb, 1:10 cho Cd, 1:500 cho Ni, 1:100 cho Co, 1:1 cho Cr, 1:500 cho Cu, 1:10000 cho Fe, 1:75.000 cho Zn 1:15.000 cho Mn Tỉ lệ pha lỗng tối đa việc phân tích OFMSW thành phần 1:30 (tỉ lệ pha loãng tối đa tiến hành cho sắt kẽm phân tích cấp độ cao) Khơng pha lỗng phân tích nước thải III.5 Thiết lập lò phản ứng Lò phản ứng sinh học làm nhựa HDPE, tổng thể tích khoảng 203 L Lò giữ nhiệt độ phòng đặt cách nhiệt xốp dày cm Vật liệu đặt chắn thép ko gỉ để trì lớp khơng khí dày 15 cm Khơng khí máy nén khí liên tục bơm từ lò phản ứng với lưu lượng L/phút Nhiệt độ cặp nhiệt độ ghi lại hàng ngày Cặp nhiệt độ có đầu dò đặt vật liệu phế thải Đặt phủ kim loại nửa kín phía lò phản ứng để đo định kỳ O2, CH4 CO2 (% v/v) tạo trình phân huỷ Có phận tích khí cầm tay đo nồng độ khí (GA 94, dụng cụ máy móc địa chất, Anh) Thí nghiệm kéo dài 45 ngày ( TN1) 60 ngày ( lần khác) TN1 kết thúc sớm so với TN khác để nghiên cứu khác biệt khả tổn thất trọng lượng pin lần ủ khác Thiết lập lò phản ứng sinh học thể hình Hình 1: Lò phản ứng sinh học III.6 Tính tốn Nồng độ kim loại (mg khơ/kg) OFMSW đầy đủ ảnh hưởng từ khả biến đổi pin đến OFMSW Do hàm lượng kim loại OFMSW tăng lên số trình phân hủy Một số kim loại bị theo nước rỉ rác Tổng khối lượng kim loại (dạng rắn lỏng) dự kiến khơng thay đổi lò phản ứng, kim loại khơng bay Do đó, khơng có biến đổi kim loại từ pin OFMSW, khối lượng kim loại có OFMSW khơng bị thay đổi Trong trình biến đổi, khối lượng kim loại hỗn hợp OFMSW tăng kéo theo giảm khối lượng kim loại pin Khối lượng kim loại OFMSW thời điểm t suốt q trình phân huỷ tính theo phương trình sau: Trong đó: mt : khối lượng khơ kim loại (mg) chứa OFMSW thời điểm t trình phân hủy Asho : khối lượng tro (kg) OFMSW lò phản ứng thời điểm VSt : chất rắn bay OFMSW thời điểm t Metal_conct : lượng kim loại tổng (mg/kg dw) OFMSW thời điểm t So sánh thống kê (của Dunnett t-test) thực cách sử dụng khối lượng kim loại chứa OFMSW để: - Khảo sát biến thiên kết suốt thời gian thí nghiệm so với thời điểm - Khảo sát biến thiên kết lần thí nghiệm có chứa pin so với mẫu chuẩn thời điểm khác suốt trình Một cân khối lượng thực hiên để kiểm tra xem khả tăng khối lượng kl OFMSW vào cuối trình kèm theo IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN IV.1 Tính đặc trưng ban đầu vật liệu Chất thải thực phẩm, giấy văn phòng phân hữu phản ứng sinh học có độ ẩm tương đương 66%, 4.8%, 7.0% Tất pin có độ ẩm giao động từ 0.8% đến 0.9% ww Hàm lượng chất hữu chất thải thực phẩm, giấy phân hữu 93,1%, 80.3% 53.5% dw Bảng bao gồm tổng hàm lượng kim loại nặng 11 loại pin sử dụng nghiên cứu chất hữu ban đầu (chất thải thực phẩm, giấy văn phòng, phân hữu cơ) Bảng 1: Tổng hàm lượng kim loại nặng 11 loại pin sử dụng nghiên cứu chất hữu ban đầu Pin CHC Gp AA &,* Rotosoni c AA &,** UCAR AA &,** Toshiba AA &,* Duracell plus AA Khối lượng (g) Pb Cd Ni Co Cr Cu 16.9 761± 1% 2.0± 57% 22.2 ±9% 23.1± 13% 21.2 ±84 % 20.0± 16% 11.2 937 66.0 672 33.0 8.20 1040 15.6 1400 0.441 139 13.0 18 199 17.2 690± 16% 2.20 ±73 % 28.0 ±6% 18.0± 16% 20.0 ±9% 64.0± 111% 24.5 6.41 0.45 2230 7.40 9.30 11.1 24.3 1.8± 3730 23±18 19±7 &&,** Duracell Fe Zn Mn 246,0 00±23 % 31,98 41,60 213,0 00±4 % 222,0 00±1 % 176,1 00 251,0 00 233,5 00±1 2% 140,0 00±4 0% 86,60 151,0 00 123,0 00±4 6% 11,85 166,0 00 195,5 00 157,0 00 26,20 232,0 180,0 249,0 plus AA &&,* UCAR Gold AA 23.4 &&,* UCAR Gold C&&,* Varta Energy AA &&,* Aerocell AAA &&,* Sunlight Max C 65.6 23.6 11.0 67.7 ±26 % 21% 7.42 ±5% 0.83 ±76 % 5.08 ±27 % 12.9 ±75 % 20.2 ±25 % 2.80 &&,** 0.96 ±72 % 2.2± 54% 00±15 % 236,0 1790 170±3 13±7 7160± 00±23 ±9% 5% 1% 10% % 26,80 984± 6.1±3 5.4± 1460± 0±49 10% % 18% 75% % 1320 12,80 141,0 242±6 11±7 ±71 0±12 00±26 6% 7% % % % 2950 24,50 205,0 151±4 30±1 ±22 0±29 00±27 1% 03% % % % 00±3 % 185,0 00±6 % 97,00 0±19 % 170,0 00±1 9% 188,0 00±2 2% 00±1 3% 150,0 00±4 1% 76,90 0±27 % 139,0 00±6 1% 302,0 00±2 6% 38,00 96,00 99,70 0.710 1280 % 4% 0±6% 3.70 3.31 109 < < < < 4.98± 154±5 41.3± 21.3± LOD LOD LOD LOD 59% 4% 35% 104% 0.91 2.60 1.70± < 8.18± 1320± 74.3± 38.2± OFP $$ ±83 ±94 165% LOD 73% 76% 90% 131% % % 2.22 14.1 29.5 8.80± < 56.7± 1320± 515± 614± $ PLC ±10 ±23 ±3% 27% LOD 12% 76% 2% 1% % % LOD : giới hạn phát * : ± hệ số biến thiên với n = ** : mục phân tích & : pin khơng kiềm && : pin kiềm $ : n = 10 $$ :n=7 $$$ :n=2 Theo bảng 1, Fe, Zn Mn chiếm ưu tất loại pin hàm lượng lên đến khoảng 300,000 mg khô/kg số loại pin, hàm lượng thấp 27,000 mg khô/kg Cd có hàm lượng tương đối nhỏ (< mg khơ/kg) hầu hết loại pin, trừ pin không kiềm (Rotosonic AA), hàm lượng Cd đạt 66 mg khô/kg Pb có nồng độ khác loại pin, dao động khoảng 2.8 – 100 mg khô/kg Pin không kiềm có hàm lượng Pb cao (690 – 1,400 mg khô/kg) so với pin kiềm ( 2.8 – 24 mg khơ/kg) Mặt khác, Ni Cu lại có hàm lượng pin kiềm cao pin không kiềm Kim loại tìm thấy chất hữu ban đầu, nồng độ thấp pin Ví dụ, giấy văn phòng, nồng độ sắt 1,300 mg khô/kg, phân hữu cơ, nồng độ kẽm 500 mg khô/kg, nồng độ Mn 600 mg khô/kg Nồng độ kim loại phân gia cầm cao chất thải thực phẩm giấy văn phòng, trừ Fe Trong chất thải thực phẩm giấy văn phòng, nồng độ Fe cao so FW $ < LOD 16.7 ±48 % 0.39 ±9% ±20 % với kim loại khác Trong chất thải thực phầm khơng có Pb, Ni, Cd, Co, Cr Trong thành phần chất hữu MSW khơng có Cr Ban đầu, hàm lượng chất hữu chất hữu MSW dao động từ 79.9% đến 82.5% (khối lượng khô) Trọng lượng chất hữu MSW phản ứng sinh học (bao gồm nước thêm vào điều chỉnh độ ẩm) 39 kg cho tất đường biểu diễn (bảng 2) Tổng trọng lượng số lượng pin thêm vào lần thí nghiệm trình bày bảng Bảng 2: Tính chất hỗn hợp tổng kim loại trung bình thu sau thí nghiệm Mẫu đối Mẫu 2_1, Mẫu 3_1, Mẫu chứng 2_2 3_2 pin không 20 pin không 40 pin không Số lượng pin lò kiềm, pin kiềm, 60 pin kiềm, 120 pin phản ứng kiềm kiềm kiềm Khối lượng pin thêm 0.0 0.30 1.55 3.15 vào (kg) Tỉ lệ % pin thêm vào 0.98% 5.2% 10,6% so với OFMSW Tỉ lệ OFMSW so với 102:1 19:1 9.5:1 pin hỗn hợp Pb 14 16 29 36 Cd 0.90 0.97 1.0 0.94 Ni 3.8 24 142 262 Co 2.4 0:3 6.0 11 Cr < LOD 4.1 4.7 5.4 Cu 16 103 824 1510 Fe 841 2540 12,900 27,700 Zn 141 2360 14,900 28,900 Mn 136 2090 12,400 23,800 Hàm lượng kim loại ban đầu giá trị trung bình hỗn hợp pin OFMSW Trong bảng 2, hàm lượng trung bình ban đầu Fe, Zn, Mn chiếm ưu dao động từ khoảng 841 141, 136 mg khơ/kg, thí nghiệm sau thêm pin (chạy pin w/o) khoảng 27,700, 28,900 23,800 mg khô/kg cấp độ cao Cu chiếm ưu hỗn hợp (16 – 1,500 mg khô/kg) năm kim loại lại có nồng độ trung bình 300 mg khơ/kg IV.2 Ổn định chất hữu Hình 2a mô tả thay đổi hàm lượng chất hữu MSW theo thời gian cho lần thí nghiệm Rõ ràng, tất lần thí nghiệm với lượng pin khác phân huỷ chất hữu giống Hàm lượng chất hữu cuối trình phân huỷ khoảng 60% đến 62% (khối lượng khô Dựa vào nguyên tắc bảo tồn lượng tro, lượng chất khô cuối chất hữu MSW thí nghiệm 47% (đối chứng), 49% (lần 1), 47% (lần 2_1), 52% (lần 2_2), 50% (lần 3_1), 56% (lần 3_2) Có so sánh biến đổi chất hữu suốt trình tái tạo thí nghiệm 2_1, 2_2 Thí nghiệm 3_1, chất hữu giảm nhẹ trình so với 3_2 chạy lặp lại (hình 2a) Tuy nhiên, cuối lần thí nghiệm 3_1, 3_2 lượng chất hữu giảm nhiều Độ ẩm vào cuối trình ủ 66%, 50%, 65%, 49%, 48% 62% (cơ sở ww) cho thí nghiệm đối chứng, chạy 1, 2_1, 2_2, 3_1 3_2 Do đó, độ ẩm khơng thay đổi suốt q tình IV.3 Nồng độ khí nhiệt độ Hình 2b cho thấy nồng độ O2 CO2 (% v/v) ống khói lò phản ứng điều khiển trình phân huỷ Sau 15 ngày, nổng độ O giảm dần, nồng độ CO2 tăng dần Quá trình hiếu khí xảy mạnh vào ngày 12 đến ngày 17 tất lần thí nghiệm Có hoạt động tạm thời vi sinh vật (nồng độ O giảm, nồng độ CO2 tăng) sau lấy mẫu khuấy trộn Các thông số nhiệt độ thể hình 2c Nhiệt độ tăng song song với CO 2, có nghĩa , đến khoảng ngày 15, có tăng nhiệt độ Nhiệt độ tăng dần ngày 25 giảm xuống nhiệt độ phòng Q trình khuấy trộn, lấy mẫu làm giảm nhiệt độ tạm thời hỗ trợ hoạt động vi sinh vật Nồng độ khí nhiệt độ lần chạy đối chứng điển hình cho trình ủ phân tương tự cho lần thí nghiệm khác Hình 2: Tiến độ q trình phân huỷ a) Hàm lượng chất hữu OFMSW b) Nồng độ khí khoảng trống phản ứng sinh học mẫu đối chứng c) Nhiệt độ mẫu đối chứng (nồng độ khí nhiệt độ điển hình cho tất hình biểu diễn IV.4 Hàm lượng kim loại theo thời gian chất hữu MSW Hình – minh họa hàm lượng kim loại chất hữu MSW theo thời gian Cr không đưa vào phân tích nồng độ ln ln ngưỡng phát Theo số liệu, hàm lượng tất kim loại ổn định suốt trình Đối với số kim loại khơng có thay đổi rõ theo thời gian Đường biểu diễn 2-1 2-2 cho thấy thay đổi theo thời gian tất kim loại Tiến hành thí nghiệm tương tự cho đường biểu diễn 3-1 3-2 Hình 3: Hàm lượng Pb, Ni Cd OFMSW theo thời gian Hình 4: Hàm lượng Cu Co OFMSW theo thời gian Theo hình 3, thí nghiệm hàm lượng Pb tăng dần theo thời gian sau 15 ngày Sự tăng giảm hàm lượng Pb thể rõ thí nghiệm 3-1 Hàm lượng Cd cuối trình tất thí nghiệm Tuy nhiên, lượng Cd đo thí nghiệm 3-1 3-2 ngày ủ thứ 45 thấp Hàm lượng Ni thí nghiệm 3-1 3-2 tăng rõ rệt theo thời gian khơng có thay đổi rõ ràng đường biểu diễn lại Cu (hình 4) có hàm lượng ổn định theo thời gian q trình ủ tất thí nghiệm, ngoại trừ cuối đường biểu diễn thí nghiệm 3-2 Zn (hình 5) tương đối ổn định suốt thời gian ủ ngoại trừ thí nghiệm 3-2 cuối có thay đổi lớn Mặt khác, Fe có chiều hướng tăng theo thời gian 3-1 3-2, 2-1 2-2 không quan sát rõ thay đổi Mn ổn định suốt trình xử lý Tuy nhiên giá trị Mn cuối đường biểu diễn thí nghiệm 3-1 3-2 dường thấp so với thí nghiệm Hình 5: Hàm lường Fe, Zn Mn OFMSW theo thời gian IV.4.1 Các thống kê khác theo thời gian Các hình ảnh minh họa (hình 3.5) hỗ trợ việc phân tích, thống kê kết Bên cạnh đó, dùng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) (T-test so sánh với điều khiển Dunnett), theo Berthouex Brown (2002) T-test Dunnett tính khoảng tin cậy cách lấy hàm lượng trung bình kim loại có chất hữu MSW thời điểm (thời gian xem “đối chứng” “giá trị tham khảo”) lần lấy mẫu (2 lần trung gian lần cuối cùng) Vì vậy, khác biệt tính tốn cho kim loại đường biểu diễn Mức độ tin cậy 95% Bảng mơ tả khác biệt tính tốn thí nghiệm Bảng 3: Sự khác biệt tính tốn hàm lượng kim loại OFMSW so với thời điển ban đầu Mẫu đối Mẫu Mẫu 2_1 Mẫu 2_2 Mẫu 3_1 Mẫu 3_2 chứng Pb Không Không Không m60 < m0 Không Không Cd Không Không Ni m47 > m0 None Co Không m14 < m0 Cu m60 > m0 Không Fe Không Không Không m47 > m0 m60 > m0 Không m47 > m0 m60 > m0 Không m47 > m0 m60 > m0 m12 < m0 m11 < m0 m47 > m0 m60 > m0 Không Không m47 > m0 m46 > m0 m57 > m0 Không Không m11 > m0 m46 > m0 m57 > m0 m46 > m0 m60 > m0 m57 > m0 m46 > m0 m57 > m0 Zn Không Không Không Không m57 > m0 M Không m14 > m0 Không Không Không Không n Theo bảng 3, số liệu thống kê cho thấy Ni tăng đáng kể cuối thí nghiệm 2-1, 2-2, 3-1 3-2 (so với thời điểm 0) Không giống SSI thời gian cấp thấp (1-1 12) Fe quan sát 3-1 3-2 cho thấy SSI thời gian trung gian cuối q trình thí nghiệm Với Zn SSI xảy cuối q trình thí nghiệm 3-1 Kết luận: hàm lượng Zn, Fe, Ni, Cu xuất tăng theo thời gian lần thí nghiệm Đó dấu hiệu chuyển kim loại từ pin đến OFMSW IV.4.2.Sự khác biệt lần thí nghiệm so với thí nghiệm đối chứng Trong phần 4.4.1 đề cập đến thay đổi hàm lượng kim loại theo thời gian ủ cho thí nghiệm khác Một câu hỏi đặt liệu hàm lượng kim loại OFMSW mẫu thí nghiệm có pin khác so với mẫu đối chứng công đoạn lấy mẫu nào? Việc chuyển kim loại vào OFMSW chứng minh trình SSI xảy Các kết chứng minh hàm lượng kim loại có mẫu từ đến khác với mẫu đối chứng Vì thí nhiệm kết thúc sớm so với thí nghiệm lại nên khơng đưa vào phân tích số liệu Kết thể bảng Theo bảng 4, mẫu có hàm lượng kim loại lớn mẫu đối chứng ( trừ Pb Cd trường hợp lấy mẫu trung gian 1) Sự khác biệt tính khơng đồng vốn có MSW Nếu làm nhiều lần lặp lại (n > 3) kết khả quan Tuy nhiên, số lượng mẫu giới hạn bới hàm lượng tổng thể vật liệu lò phản ứng Theo bảng 4, Ni, Cu Fe mẫu 3-2 cao nhìều so với mẫu đối chứng Đặc biệt, kết Fe giai đoạn lấy mẫu 1, cuối trình mẫu 3-1 giống Là Fe bắt đầu chuyển từ pin vào OFMSW 12 ngày đầu bắt đầu ủ mẫu có tỉ lệ pin cao Ni tăng đáng kể mẫu 3-1 3-2 vào thời điểm lấy mẫu trung gian thứ cuối trình Ni bắt đầu xuất hiện, chuyển vào OFMSW ngày thứ 12 46 từ bắt đầu ủ Cu chuyển vào OFMSW từ ngày thứ 46 57 q trình ủ thí nghiệm mẫu có tỉ lệ pin cao Hàm lượng Pb, Cd, Co Mn không khác biệt rõ ràng kết Từ kết trên, cho thấy Ni, Cu Fe chuyển từ pin đến OFMSW mẫu có tỉ lệ pin cao, không phát tỉ lệ trung bình thấp Bảng 4: Sự khác biệt hàm lượng cảu kim loại so với mẫu đối chứng Lấy mẫu trung Lấy mẫu trung Lấy mẫu cuối Kim loại gian lần gian lần (sau 11 ngày) (sau 47 ngày) (sau 60 ngày) Pb 3_1 < đối chứng Không Không Cd 3_1 < đối chứng 3_2 < đối chứng Ni Không Co Cu Không Không 3_1 > đối chứng 3_2 > đối chứng Không Không Fe 3_1 > đối chứng 3_1 > đối chứng Zn Không 3_1 > đối chứng Mn Không Không Không Không 3_2 > đối chứng Không 3_2 > đối chứng 3_1 > đối chứng 3_2 > đối chứng 3_1 > đối chứng 3_2 > đối chứng Không IV.5 Cân hàm lượng kim loại Tổng hàm lượng kim loại tất loại pin tính tốn cụ thể (hàm lượng trung bình số lượng) trước sau thí nghiệm cách tính tỷ lệ phần trăm hỗn hợp trọng lượng khô pin kiềm giảm 3% thí nghiệm 1, từ 17% đến 21% tất thí nghiệm lại Trọng lượng khơ hỗn hợp thí nghiệm giảm 2.5% (kéo dài 45 ngày) giảm 14% đến 17% cho thí nghiệm khác (kéo dài khoảng 60 ngày) Từ cho thấy, a) pin kiềm dễ bị ăn mòn môi trường ủ so với pin không kiềm b) ăn mòn pin bắt đầu diễn sau 45 ngày bắt đầu ủ phân Hình minh họa hàm lượng cân kim loại tỷ lệ pin thêm vào OFMSW tăng đáng kể Hàm lượng kim loại nước rò rỉ khơng nhiều bề mặt rắn lò phản ứng Do đó, hàm lượng trước phản ứng khơng có hình Hàm lượng cân cuối kim loại liệt kê trong hình (tỷ lệ phần trăm thanh) Giá trị cuối tỷ lệ (tính tỷ lệ phần trăm) tổng hàm lượng kim loại (có OFMSW + pin) vào cuối trình phân huỷ tổng hàm lượng kim loại (OFMSW + pin) vào lúc bắt đầu trình Theo hình 6, hầu hết giá trị cân cuối không xa giá trị 100% Tuy nhiên có số giá trị cực đoan ( ví dụ, Cu đường biểu diễn có giá trị kết thúc 371%) Giá trị cực đoan giải thích Cu có số lượng thấp thời gian kiểm soát lấy mẫu Nếu giá trị cực đoan bị loại trừ, sau đó, tình giá trị trung bình cuối cho kim loại riêng biệt: 113% Pb, 114% Cd, 110% Ni, 82% cho Co, 110% cho Cu, 115% cho Fe, 107% Zn 113% với Mn Mặt khác, hàm lượng kim loại pin giảm tương ứng với gia tăng OFMSW Do chênh lệch lớn thực tế kim loại liên quan tới pin lớn nhiều so với c Hình 6: Tỷ lệ phần trăm hàm lượng kim loại cuối trình phân huỷ so với ban đầu ác kim loại OFMSW Trong số trường hợp, hàm lượng kim loại có pin cuối q trình lại lớn đầu q trình sau (ví dụ Ni, Fe, Zn Mn 2-1 2-2) Theo quan sát hầu hết tất pin cuối ngày 60 thí nghiệm thực bị rỉ sét IV.6 Chất lượng nước rò rỉ Mặc dù nước rò rỉ khơng phải mối quan tâm lớn việc ủ MSW, nước rò rỉ tạo thí nghiệm thu lấy phân tích tổng lượng kim loại có Hàm lượng nước thải thường lấy từ 1L đến 4L (Cu, Fe, Zn, Mn đo có nồng độ cao LOD tất thí nghiệm Mặt khác, Pb, Cd, Ni phát số điểm q trình lấy mẫu số thí nghiệm thể hình) Hình 7: Nồng độ kim loại nước rỉ rác trình ủ Theo hình 7, kim loại có nồng độ cao Cu, Fe, Zn, Mn tìm thấy Karnchanawong Limpiteeprakan (2009) and Xará et al (2009) Bốn kim loại kim loại chiếm ưu toàn hệ thống Nổng độ hầu hết kim loại xấp xỉ 10mg/L, trừ Fe, có giá trị tương đối cao 240 180mg/L thí nghiệm 3-1 3-2 Nồng độ Cu Fe tăng theo thời gian ủ Zn Mn có nồng độ gần khơng đổi suốt q trình Pb có nồng độ LOD thí nghiệm có tỉ lệ pin thấp trung bình Tuy nhiên, Pb định lượng mức cao không vượt 10mg/L Ni nước rỉ mẫu có tỉ lệ pin trung bình không vượt 3.0 mg/L Co Cr LOD tất thí nghiệm Nồng độ kim loại đo so sánh với tiêu chuẩn theo Quyết định Châu Âu 2003/33/EC Quyết định EU định tiêu chí cho chất thải loại rác khác (trơ, không nguy hại nguy hại) dựa số quy trình thử nghiệm quy định sử dụng số số kim loại nặng thông số khác Mặc dù, thủ tục kiểm tra thông qua định EU khơng thực thi đây, dùng để so sánh kết với giới hạn Do đó, giới hạn cho phép Pb, Cu, Zn, Ni, Cd ghi định cho bãi chôn lấp không nguy hại (tương ứng 3, 30, 15, 0.3 mg/L) MSW vào cuối thí nghiệm dẫn bãi chơn lấp chất thải không nguy hại IV.7 Chất lượng sản phẩm cuối Có nhiều số để đánh giá chất lượng sản phẩm ủ cuối cùng, tổng hàm lượng kim loại Tổng hàm lượng kim loại sản phẩm cuối (OFMSW) tất đường biểu diễn thống kê bảng so sánh với giới hạn Hy Lạp Trong trường hợp, tổng hàm lượng kim loại mức giới hạn quy định Riêng có Cu thí nghiệm 3-2 gần với giá trị giới hạn thấp hơn, giới hạn 500 mg/kg Mặc dù sản phẩm cuối khó xem phân hửu chúng vật liệu cuối qáu trình phân hủy hoạt động 60 ngày mà khơng cần xử lý Như đề cập trước đó, dự án nghiên cứu thiết kế quan điểm loại pin diện dòng MSW sau trình phân hủy gỡ bỏ, qua sàng lọc, trước bảo dưỡng Bảng 5: Giá trị quy định Hy Lạp kim loại lại OFMSW Giới Mẫu đối Mẫu Mẫu Mẫu 2_1 Mẫu 2_2 Mẫu 3_2 hạn chứng 3_1 Pb 500 17±51% 38±21% 16±12% 15±39% 22±12% 27±3% Cd 10 2.0±10% 0.9±76% 2.0±10% 1.9±12% 1.9±16% 2.3±5% Ni 200 7.1±31% 4.3±39% 22±3% 17±17% 34±22% 83±71% Khơng Co 3.0±109% 2.2±105% 4.4±58% 2.8±74% 7.0±19% 9.1±11% có Cr 510 < LOD < LOD < LOD < LOD < LOD < LOD Cu 500 113±48% 77±69% 88±32% 42±25% 59±28% 349±46% Khơng 1510±11 1470±26 2500±20 2450±38 5330±5 6450±42 Fe có % % % % % % Zn 2000 296±8% 270±11% 363±14% 265±40% 323±8% 607±61% Không Mn 360±4% 261±17% 391±18% 239±32% 230±3% 308±32% có V KẾT LUẬN Kết luận từ nghiên cứu trên: - Các chất khơ có loại pin lớn giảm 6-7 lần sau 60 ngày ủ so với 45 ngày ủ Do đó, cấu trúc SHB bắt đầu xuất thay đổi sau 46 ngày kể từ ngày bắt đầu ủ - Pin kiềm bị từ 17% đến 21% trọng lượng khô ban đầu trình ủ 60 ngày Mặc khác, loại pin không kiềm từ 0% đến 3% q trình ủ - Khơng thể quan sát chuyển kim loại từ pin vào OFMSW thí nghiệm cấp thấp trung bình Mặt khác, niken, sắt đồng xuất để chuyển từ pin đến OFMSW thí nghiệm mức cao - Ở số trường hợp lấy mẫu có thay đổi lớn kết qảu phép đo Mặt khác, thí nghiệm có vài trùng lặp xảy - Hàm lượng kim loại cuối cân dao động mức 51% đến 176% Giá trị cuối cao 371% Cu q trình kiểm sốt - Hàm lượng kim loại có mẫu nước rỉ ln 10 mg/L hầu hết kim loại trừ fe đạt nồng độ cao 150 mg/L thí nghiệm mức cao Cr Co ngưởng phát tất thí nghiệm - Hàm lượng kim loại có sản phẩm ủ cuối thấp giá trị giới hạn chuẩn Hy Lạp ... chất hữu Hình 2a mơ tả thay đổi hàm lượng chất hữu MSW theo thời gian cho lần thí nghiệm Rõ ràng, tất lần thí nghiệm với lượng pin khác phân huỷ chất hữu giống Hàm lượng chất hữu cuối trình phân. .. ẩm giao động từ 0.8% đến 0.9% ww Hàm lượng chất hữu chất thải thực phẩm, giấy phân hữu 93,1%, 80.3% 53.5% dw Bảng bao gồm tổng hàm lượng kim loại nặng 11 loại pin sử dụng nghiên cứu chất hữu. .. trình sàng lọc tương đối phổ biến ủ phân MSW, thực trước đóng rắn sau q trình phân huỷ (Lau cộng 2005) Trong cơng trình nghiên cứu này, q trình thí nghiệm phân huỷ hữu MSW thêm SHB tỉ lệ Mục tiêu