Công nghệ môi trường - Đánh giá khả năng kết hợp các hoá chất để khử màu và cod nước rỉ rác

Nội dung text: Công nghệ môi trường - Đánh giá khả năng kết hợp các hoá chất để khử màu và cod nước rỉ rác

1. Đánh giá khả năng kết hợp các hoá chất để khử màu và COD nước rỉ rác ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT HỢP CÁC HOÁ CHẤT ĐỂ KHỬ MÀU VÀ COD NƢỚC RỈ RÁC Trần Thị Ngọc Diệu* TÓM TẮT Nước rỉ rác được hình thành từ các bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt với tải lượng các chất ô nhiễm cao, có chứa thành phần COD (45.000 mgO2/L) [1], BOD (3.000 mgO2/L) [1], Nitơ (>1.000 mg/L) [2]. Hiện nay, có nhiều phương pháp để xử lí nước rỉ rác như kết hợp quá trình cơ học – sinh học – hóa học [3]. Trong nghiên cứu này, mục đích là đánh giá hiệu quả của việc kết hợp một số hoá chất để khử màu và COD trong nước rỉ rác. Kết quả thực nghiệm cho thấy, ở pH = 6 và HN378 – POLYMER có khả năng khử màu là 96,1% và khử COD là 34,8%. Đối với HN378 – HN392 ở pH = 6,5 có khả năng xử lý độ màu và COD với hiệu quả lần lượt là 94,8% và 2%. Đối với HN378 - HN377, tại pH = 4 có hiệu quả xử lý độ màu thấp hơn nhưng hiệu quả xử lý COD lại cao hơn so với HN378 – HN392, hiệu quả xử lý tương ứng là 93,1% và 33,5%. Riêng SWD ở pH = 8 có hiệu quả xử lý độ màu và COD lần lượt là 78,8 % và 27,7%. Từ khóa: nước rỉ rác, keo tụ, khử màu và COD, HN378, HN377, HN392, SWD, polymer EVALUATIING THE COMBINATION POSSIBILITIES OF REAGENTS TO REMOVE COLOUR AND COD IN LEACHATE ABSTRACT Leachate is formed from landfill sites with high contaminants; include COD (45.000 mgO2/L), BOD (3.000 mgO2/L), nitrogen (> 1,000 mg/L). There are many methods to treat leachate such as physical, chemical, and biological process. In this study, the aims are to evaluate the effective of combining some chemical to remove colour and COD in leachate. The results show that at pH = 6 and HN37 - POLYMER, the removal effective of colour and COD were 96.1% and 34.8%, respectively. For HN378 - HN392 and pH = 6.5, colour and COD removal efficiency were 94.8% and 2%, respectively. For HN377 - HN378 and pH = 4, colour efficiency was lower than COD removal efficiency, but it was higher than the HN378 - HN392. The colour and COD efficiency were 93.1% and 33.5%, respectively. For SWD and pH = 8 effective removal of colour and COD were 78.8 % and 27.7%, respectively. Keywords: leachate, flocculation, colour and COD removal, HN378, HN377, HN392, SWD, polymer. 1. GIỚI THIỆU chính: Các hợp chất hữu cơ và các hợp chất vô Thành phần nước rỉ rác của các bãi chôn cơ [9]. lấp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: độ - Các chất hữu cơ: axit humic, axit tuổi [4, 5], thành phần rác thải, các điều kiện fulvic, các hợp chất tan, các loại hợp chất hữu tự nhiên tại bãi chôn lấp [6 - 8]. Mặt khác, độ cơ có nguồn gốc nhân tạo [9]. dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng - Các chất vô cơ: là các hợp chất của cũng ảnh hưởng đến thành phần nước rỉ rác nitơ, photpho, lưu huỳnh [9]. [4]. Về cơ bản, nước rỉ rác gồm hai thành phần *Trường Đại học Công nghiệp TPHCM 24
2. Tạp chí Đại học Công nghiệp Thành phần và tính chất nước rỉ rác còn 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa, sinh xảy 2.1. Vật liệu ra trong bãi chôn lấp [10]. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ yếu do hoạt 2.1.1. Nước rỉ rác động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu Nước rỉ rác được lấy tại hồ số 6, bãi cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho chôn lấp Phước Hiệp, huyện Củ Chi. Mẫu hoạt động sống của chúng [11]. được vận chuyển về phòng thí nghiệm, phân Ở Việt Nam, lượng nước rác tại thành tích và thực hiện ngay trong ngày để đảm bảo phố Hồ Chí Minh vào khoảng 1 – 1,2 triệu không có sự thay đổi về tính chất nước thải. 3 m /năm [12]. Nước rỉ rác phát sinh từ hoạt 2.1.2. Mô hình động của bãi chôn lấp là một trong những Thí nghiệm được thực hiện trên mô hình nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đến môi trường. Jatest 6 cánh khuấy có khả năng điều chỉnh tốc Nhìn chung, thành phần nước rỉ rác mới độ khuấy và thời gian khuấy để tìm ra các giá của bãi chôn lấp ở Việt Nam cũng tương tự trị tối ưu. Sử dụng 6 beaker 1000 mL với như trên thế giới, hàm lượng chất hữu cơ cao lượng nước rỉ rác sử dụng cho mỗi beaker là trong giai đoạn đầu (COD: 45.000 mgO2/L, 500 mL. BOD: 30.000 mgO2/L) [1, 12] và giảm dần theo thời gian vận hành của bãi chôn lấp, các hợp chất hữu cơ khó hoặc không có khả năng phân hủy sinh học tích lũy và tăng dần theo thời gian. Khi thời gian vận hành bãi chôn lấp càng lâu, hàm lượng amonia càng cao. Giá trị pH của nước rỉ rác cũ cao hơn hơn nước rỉ rác mới [4, 13]. Hình 1. Mô hình Jatest Để xử lý nước rỉ rác, một số phương pháp được ứng dụng như: trung hòa [14], keo 2.1.3. Hóa chất sử dụng tụ [15, 16], oxy hóa hóa học [17 - 20], làm SWD: là hợp chất polyamit, có khả năng thoáng [19], màng lọc [21 - 23] kết hợp với khử màu, thúc đẩy nhanh quá trình keo tụ, phương pháp sinh học như: sinh học hiếu khí, lắng các chất lơ lửng trong nước thải, giảm sinh học thiếu khí, sinh học kị khí, [24, 25]. lượng COD. Trong đó, phương pháp sinh học được ứng HN378: là hỗn hợp khoáng chất, thành dụng rộng rãi để loại bỏ đồng thời BOD và phần oxy hóa khử, dung dịch với dãy pH từ 3 nitơ trong nước rỉ rác [26]. Tuy nhiên, trước – 4 thúc đẩy nhanh quá trình keo tụ và tạo khi xử lý BOD và nitơ, nước rỉ rác phải được bông cặn lớn, tăng cường khả năng lắng các xử lý sơ bộ. Các giải pháp tiền xử lý hiện nay kết tủa lơ lửng. HN378 giúp cải thiện mùi, độ ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý sinh học và chi đục, oxy hóa các chất hữu cơ, vô cơ. phí xử lý nước rỉ rác tại Việt Nam. Vì vậy, HN377: là hỗn hợp các khoáng chất và việc tìm ra giải pháp tiền xử lý nước rỉ rác, thành phần điều chỉnh pH rộng từ 9 - 14 nhưng nhưng đảm bảo được hiệu quả xử lý sinh học không sinh ra muối hòa tan và tăng tốc độ kết là điều rất cần thiết. tủa lơ lửng. Khử COD, BOD, TSS, kim loại nặng, độc tố, và các chất hữu cơ khác. 25
3. Đánh giá khả năng kết hợp các hoá chất để khử màu và COD nước rỉ rác HN392: bẻ gãy các liên kết mạch vòng Sau khi xác định liều lượng hóa chất sơ và dẫn xuất chất tạo màu bằng hỗn hợp oxy bộ, mẫu nước thải ban đầu được xác định pH, hóa khử mạnh và chất trao đổi ion. COD, độ màu. Tiến hành thay đổi thông số cần Polymer: tăng cường quá trình tạo bông cặn. xác định, các thông số còn lại giống nhau, ghi nhận lượng hóa chất cho vào. Sau khi kết thúc 2.2. Phƣơng pháp thí nghiệm đo độ màu và COD còn lại trong 2.2.1. Phương pháp phân tích nước, vẽ biểu đồ mối quan hệ giữa thông số Phương pháp phân tích pH (4500-H+.B khảo sát theo hiệu quả khử độ màu và COD. Electrometric Methods): Giá trị pH được đo 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN bằng máy đo pH điện tử. 3.1. Tính chất nƣớc thải trong giai Các chỉ tiêu độ màu, COD, BOD5, N- đoạn nghiên cứu NH3, N-NO3, N-NO2, TKN, TN, SS, VSS, độ cứng tổng, độ cứng canxi, clorua, phosphat Kết quả cho thấy nước rỉ rác chứa rất được thực hiện theo “Standard Methods for the nhiều chất ô nhiễm. Độ màu trung bình 6.491 Examination of Water and Wastewater”. ± 2.797Pt-Co. Các chỉ tiêu như độ kiềm, COD, nitơ, SS trong nước rỉ rác đều rất cao. Tính 2.2.2. Phương pháp thí nghiệm chất nước rỉ rác trong giai đoạn nghiên cứu Thí nghiệm sẽ được tiến hành nghiên cứu được trình bày trong bảng 1. với các hoá chất khử màu khác nhau và xác định các thông số tối ưu như: pH, liều lượng hóa chất, vận tốc khuấy, thời gian khuấy. Bảng 1. Tính chất nước rỉ rác trong giai đoạn nghiên cứu. Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Trung bình Giá trị SD* pH - 8,50 0,16 Độ kiềm mgCaCO3/L 8.785 1.404 Độ màu Pt-Co 6.491 2.797 o BOD5 (20 C) mg/L 298 172 COD mg/L 4.360 1.029 N-NH3 mg/L 2.002 983 N-NO3 mg/L 1 0,77 N-NO2 mg/L 2 0,63 TKN mg/L 1.750 869 T-N mg/L 2.008 633 SS mg/L 1.575 678 VSS mg/L 856 218 Độ cứng tổng mgCaCO /L 2.846 1110 3 Độ cứng canxi mgCaCO3/L 1.438 364 Cl- mg/L 4.232 560 Photphat mg/L 4 1,6 (*SD: Độ lệch chuẩn) 26
4. Tạp chí Đại học Công nghiệp 3.2. Kết quả nghiên cứu khả năng khử còn lại, hiệu quả khử độ màu và COD không độ màu và COD cao, nếu dùng từng chất riêng. Tuy nhiên, sự kết hợp giữa chúng làm hiệu quả xử lý tăng lên 3.2.1. Hiệu quả khử độ màu đáng kể (76 – 96%). Hiệu quả xử lý khử màu Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, hầu hết khi kết hợp HN377 và HN378; HN378 và kết quả thu được khi sử dụng đơn chất để khử HN392; HN378 và polymer > 90%. Hiệu quả độ màu cho kết quả không cao (54 – 79%). xử lý thấp nhất khi kết hợp HN377 và polymer Đối với SWD cho hiệu quả cao nhất (79%), vì (76%). Hiệu quả khử độ màu được trình bày chất này vừa đóng vai trò keo tụ, vừa có khả trong hình 2. năng dính kết các bông cặn. Đối với các chất 100 80 60 40 20 Hiệu quả khử Hiệuquả khử độ màu (%) 0 Hóa chất Hình 2. Biểu đồ hiệu quả xử lý độ màu 3.2.2. Hiệu quả khử COD nên hầu như không được xử lý trong công So với khử độ màu thì hiệu quả xử lý trình xử lý sinh học. Nếu không loại ra trước COD không cao, chiếm từ 11 – 35%. Tuy khi xử lý sinh học, sẽ ảnh hưởng đến hoạt nhiên, tỉ lệ này rất ý nghĩa, vì lượng COD động của vi sinh vật. Kết quả xác định hiệu được khử chủ yếu ở dạng không tan và keo, quả khử COD được trình bày trong hình 3. 40 30 20 10 0 Hiệu quả xử COD lý(%) Hóa chất Hình 3. Biểu đồ hiệu quả xử lý COD 27
5. Đánh giá khả năng kết hợp các hoá chất để khử màu và COD nước rỉ rác 1.1.1. Các thông số tối ưu của các chất khử màu Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, các chất khử màu đạt hiệu quả cao khi kết hợp HN377 và HN378, HN378 và HN392, HN378 và Polymer. Các giá trị tối ưu được trình bày ở bảng 2. Bảng 2. Các thông số tối ưu của các hóa chất khử màu đối với nước rỉ rác. SWD HN378- HN378- HN378 5 %– THÔNG SỐ KHẢO SÁT TL 1-10 HN377 5 % HN392 5 % POLYMER 0,5 % pH tối ưu 8 4 6,5 6 Lượng chất khử màu tối ưu 24 40 - 42 60 - 60 37 - 24 (ml) Vận tốc khuấy tối ưu 40 30 30 30 (vòng/phút) Thời gian khuấy tối ưu (phút) 25 30 15 30 Hiệu quả xử lí độ màu trung 78,8 93,1 94,8 96,1 bình (%) Hiệu quả xử lí COD trung 27,7 33,5 28 34,8 bình (%) 45 40 40 35 30 30 30 30 30 30 25 25 20 15 15 8 10 6.5 6 4 5 0 SWD TL 1-10 HN378-HN377 5% HN378-HN392 5% HN378 5%– 24 (ml) 40-42 (ml) 60-60 (ml) POLYMER 0.5% 37-24 (ml) Hợp chất khử màu và liều lượng Vận tốc khuấy tối ưu (vòng/phút) Thời gian khuấy tối ưu (phút) pH tối ưu Hình 3. Các thông số tối ưu của các hóa chất khử màu đối với nước rỉ rác. Kết quả phân tích cho thấy, đối với mỗi Các hóa chất HN377 - HN377 5% và loại hóa chất khử màu sẽ tương ứng với giá trị HN378 5% - POLYMER 0,5% có thời gian và pH tối ưu khác nhau. So với pH đầu vào của tốc độ khuấy giống nhau. pH xử lý tối ưu đều nước thải là 8,5 ± 0,16, việc xử lý nước rỉ rác khá thấp nên cần lượng lớn acid để điều chỉnh bằng SWD ở pH tối ưu là 8 sẽ tiết kiệm lượng pH về giá trị tối ưu. Thời gian và tốc độ khuấy lớn acid để điều chỉnh pH của nước. Tuy khá phù hợp để đảm bảo hóa chất được trộn nhiên, vận tốc khuấy khi sử dụng SWD lại cao đều, xử lý màu và tạo cặn lắng tốt mà không hơn so với các hóa chất còn lại, vì vậy chi phí gây vỡ cặn. cho năng lượng sẽ cao hơn. 28
6. Tạp chí Đại học Công nghiệp Đối với hỗn hợp HN378 - HN392 (5%) vận tốc khuấy phù hợp đảm bảo cho việc keo có pH xử lý tối ưu là 6,5. Thời gian khuấy tụ và tạo bông cặn tốt. thấp hơn so với các hóa chất khác, cũng như 100 96.1 90 93.1 94.8 80 70 78.8 60 50 40 33.5 34.8 27.7 28 Hiệu Hiệu quả xử (%) lý 30 20 10 0 SWD TL 1-10 HN378-HN377 HN378-HN392 HN378 5%– 5% 5% POLYMER 0.5% Hợp chất khử màu Hiệu quả xử lí độ màu (%) Hiệu quả xử lí COD (%) Hình 4. Hiệu quả xử lí độ màu, COD của các chất khử màu đối với nước rỉ rác Kết quả thực nghiệm cho thấy, các hợp nhiều so với các cặp hợp chất kết hợp. Hiệu chất khi kết hợp với nhau cho hiệu quả xử lí quả xử lý độ màu nếu có sự kết hợp đều lớn cao hơn 90%. Đối với hợp chất HN378 5% - hơn 90%, và hiệu quả xử lý COD đều cao hơn Polymer 0,5% có hiệu quả xử lý cao nhất so đơn chất. với các chất khử màu khác, độ màu đạt 96,1% 4. KẾT LUẬN và COD đạt 34,8%. Đối với HN378 – HN392 5% có hiệu quả xử lý thấp hơn, hiệu quả khử Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, việc kết màu là 94,8% và COD là 28%. Hỗn hợp hợp các hóa chất để xử lý độ màu và COD sẽ HN378 - HN377 5% có hiệu quả khử màu đóng vai trò quan trọng trong tiền xử lý nước thấp hơn nhưng khử COD lại cao hơn hỗn hợp rỉ rác, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình HN378 - HN392 5%. Cuối cùng là SWD TL xử lý tiếp theo, đặc biệt là xử lý sinh học. 1-10 cho hiệu quả xử lý thấp nhất, độ màu là Việc kết hợp giữa các hóa chất sẽ cho hiệu 78,8% và COD là 27,7%. Nhìn chung, khi kết quả xử lý độ màu và COD cao hơn so với sử hợp HN378 5% và Polymer 0,5% cho hiệu dụng các chất độc lập. quả xử lý cao nhất, giá thành thấp hơn so với Quá trình xử lý độ màu bằng phương pháp các chất còn lại. keo tụ bằng cách kết HN378 5% - Polymer 0,5 Trên cơ sở hai yêu cầu cơ bản để đánh % cho hiệu quả cao nhất so với các chất còn giá là hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh tế, thì lại trong nghiên cứu. Kết quả này góp phần việc kết hợp các chất để xử lý thay vì sử dụng quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả của đơn chất sẽ đạt hiệu quả cao hơn. Cụ thể, đối quá trình xử lý sinh học, cũng như tìm ra giải với đơn chất SWD hiệu quả xử lý độ màu chỉ pháp mới cho việc xử lý nước rỉ rác tại Việt đạt ở mức 78,8% và COD đạt 27,7% thấp hơn Nam hiện nay cũng như trong tương lai. 29
7. Đánh giá khả năng kết hợp các hoá chất để khử màu và COD nước rỉ rác TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bhalla, B., M. Saini, and M. Jha (2012), "Characterization of Leachate from Municipal Solid Waste (MSW) Landfilling Sites of Ludhiana, India: A Comparative Study", International Journal of Engineering Research and Applications, 2(6): p. 732-745. 2. El-Gohary, F.A., Khater, M. and Gamal M. Kamel (2013), "Pretreatment of Landfill Leachate by Ammonia Stripping", Journal of Applied Sciences Research, 9(6): p. 3905 - 3913. 3. Stegmann, R Heyer, KU Cossu (2005), "Leachate treatment" in Proceedings Sardinia. 4. S. Fatima, S.K.R., A. Hai (2012), "Effect of depth and age on leachate characteristics of Achan landfill, Srinagar, Jammu and Kashmir, India", Environmental Science, Toxicology and food technology (IOSR-JESTFT), 2(2): p. 8. 5. MD. Azim, M.M.R., Riaz Hossain Khan and A.T.M.M. Kamal (2011), "Characteristics of leachate generated at landfill sites and probable risk of surface and groundwater pollution in the surrounding areas: a case study of matuail landfill site, DhakA", Journal of Bangladesh Academy of Sciences, 35(2): p. 8. 6. Barjinder Bhalla, M.S.S., M.K.Jha (2013), "Effect of age and seasonal variations leachate chracteristics of municiple solid waste landfill", International Journal of Research in Engineering and Technology, 2(8): p. 10. 7. Eka Sri Yusmartini, D.S., Ridwan, Marsi and Fazal (2013), "Characteristics of leachate at Sukawinatan Landfill, Palembang, Indonesia", Physics, 423: p. 6. 8. Lo, I.M.C. (1996), "Characteristics and treatment of leachates from domestic landfills", Environment International, 22(4): p. 433-442. 9. Nguyễn Văn Phước (2009), Giáo trình Quản lý và Xử lý chất thải rắn, NXB ĐH Bách Khoa TPHCM, p.413. 10. Johansen, O.J. and D.A. Carlson (1976), "Characterization of sanitary landfill leachates", Water Research, 1976. 10(12): p. 1129-1134. 11. Bosch, I.V.F.C.B.A.A.G.d.T.C (1999), "Chemical composition of landfill leachate in a karst area with a Mediterranean climate (Marbella, southern Spain)", Environmental Geology, 37(4): p. 7. 12. Hoang Viet Yen (2009), Optimization of partial nitrification and denitrification process in landfill leachte treatment using sequencing bath reactor technique, Thesis, 2009: p. 254. 13. Maqbool, F., Bhatti, Z . A., Malik, A. H., Pervez, A. and Mahmood, Q. (2011), "Effect of landfill leachate on the stream water quality", International Journal Environmental Research, 5(2): p. 10. 14. Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ và Phốtpho, Hà Nội, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ. 15. Salwa Mohd Zaini Makhtar, M.A.W., Mohammad Tamizi Selimin and and N.C. Mohamed (2011), "Landfill leachate treatment by a coagulation–photocatalytic process", International Conference on Environment and Industrial Innovation, 2011. 12: p. 5. 16. Shabiimam M. A, A.K.D. (2011), "Treatment of landfill leachate using coagulation", International Conference on Environmental Science and Technology, 2011. 6: p. 4. 30
8. Tạp chí Đại học Công nghiệp 17. S. Renou, Landfill leachate treatment: Review and opportunity. Hazardous Materials, 2008. 150: p. 468-493. 18. Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hoá học và kỹ thuật xử lý nước, NXB Thanh Niên. 19. GS.TS.Trần Huệ Nhuệ - TS.Ứng Quốc Dũng - TS.Nguyễn Thị Kim Thái, Quản lý chất thải rắn, chất thải đô thị: tập 1. 2001: NXB Xây dựng Hà Nội 20. Bae, J.-H., S.-K. Kim, and H.-S. Chang (1997), "Treatment of landfill leachates: Ammonia removal via nitrification and denitrification and further COD reduction via Fenton's treatment followed by activated sludge", Water Science and Technology, 1997. 36(12): p. 341-348. 21. Visvanathan, C., et al. (2007), Landfill leachate treatment using thermophilic membrane bioreactor. Desalination, 204(1-3): p. 8-16. 22. Laitinen, N., A. Luonsi, and J. Vilen (2006), Landfill leachate treatment with sequencing batch reactor and membrane bioreactor, Desalination, 191(1–3): p. 86-91. 23. T. Ishigaki, M.T., L. V. Chieu, C. T. Ha, P. H. Viet, M.Ike and M. Fujita (2001), "Advanced oxidation treatment of the leachate collected from waste disposal landfill site in Hanoi, vietnam: application and its effects", The Core University Program between Japan Society for the Promotion of Science(JSPS) and National Centre for Natural Science and Technology(NCST). p. 6. 24. S. Renou, J.G.G., S. Poulai, F. Dirassouya, P. Moulin (2007), Landfill leachate treatment: Review and opportunity. 25. Renou, S.G., J. G.Poulain, S. Dirassouyan, F. Moulin, P. (2008), "Landfill leachate treatment: Review and opportunity", Journal of Hazardous Materials, 150(3): p. 468-493. 26. Xu, Z.-Y., et al. (2009), "Biological treatment of landfill leachate with the integration of partial nitrification, anaerobic ammonium oxidation and heterotrophic denitrification", Bioresource Technology, 101(1): p. 79-86. 27. Clesceri L.S., Greenberg A.E., Eaton A.D (1998), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition, Editor, APHA American Public Health Association: Washington DC. 31
9. Đánh giá khả năng kết hợp các hoá chất để khử màu và COD nước rỉ rác 32