Khảo sát sự ảnh hưởng của chế phẩm sinh học enchoice và sanjiban trong quá trình xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp rác phước hiệp, Củ Chi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ****0O0**** NGUYỄN NGUYÊN THẮNG KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ PHẨM SINH HỌC ENCHOICE VÀ SANJIBAN TRONG XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC TẠI BÃI CHÔN LẤP RÁC PHƢỚC HIỆP, CỦ CHI LUẬN VĂN KỸ SƢ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh -Tháng 9/2006- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ****0O0**** KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ PHẨM SINH HỌC ENCHOICE VÀ SANJIBAN TRONG XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC TẠI BÃI CHÔN LẤP RÁC PHƢỚC HIỆP, CỦ CHI LUẬN VĂN KỸ SƢ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giáo viên hƣớng dẫn Sinh viên thực hiện TS. BÙI XUÂN AN NGUYỄN NGUYÊN THẮNG KHÓA: 2002 – 2006 Thành phố Hồ Chí Minh -Tháng 9/2006- MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC FACULTY OF BIOTECHNOLOGY  RESEARCHING INFLUENCE OF ENCHOICE AND SANJIBAN PROBIOTICES IN TREATMENT LIQUID WASTE AT PHUOC HIEP, CU CHI GARBAGE LANDFILL GRADUATION THESIS MAJOR: BIOTECHNOLOGY Professor Student Dr. BUI XUAN AN NGUYEN NGUYEN THANG TERM: 2002 - 2006 HCMC, 09/2006 iii LỜI CẢM ƠN Con thành kính ghi khắc công ơn Cha và Mẹ đã sinh thành, nuôi dƣỡng và suốt đời tận tụy không ngại khó khăn, luôn dìu dắt và tạo điều kiện cho con học tập để con có đƣợc ngày hôm nay. Trân trọng biết ơn:  Ban giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.  Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công nghệ sinh học.  Ban giám đốc Trung tâm Công nghệ và Quản lý Tài nguyên và Môi trƣờng.  Ban giám đốc Công ty Environmental Choices.  Tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tại trƣờng. Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:  Thầy Bùi Xuân An đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức, hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.  Các anh chị trong Công ty Environmental Choices đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn: Các bạn bè thân yêu của lớp Công nghệ sinh học khóa 28 đã chia sẽ cùng tôi vui buồn trong thời gian học, cũng nhƣ hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận. Sinh viên thực hiện Nguyễn Nguyên Thắng iv TÓM TẮT NGUYỄN NGUYÊN THẮNG, Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9/2006, “KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ PHẨM SINH HỌC ENCHOICE VÀ SANJIBAN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC TẠI BÃI CHÔN LẤP RÁC PHƢỚC HIỆP, CỦ CHI”. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Bùi Xuân An. Mục đích: đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc rỉ rác tại bãi chôn lấp rác Phƣớc Hiệp bằng chế phẩm sinh học ENCHOICE và SANJIBAN. Đề tài đƣợc tiến hành trong 4 tháng, từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2006. Phƣơng pháp thí nghiệm: thí nghiệm một yếu tố đƣợc bố trí theo kiểu khối hoàn toàn ngẫu nhiên RCBD (Randomized Complete Block Design) với 3 nghiệm thức và 3 khối tƣơng ứng với 3 lần lặp lại.  Nghiệm thức 1: không dùng chế phẩm và có sục khí (ĐC).  Nghiệm thức 2: bổ sung chế phẩm Enchoice và có sục khí.  Nghiệm thức 3: bổ sung chế phẩm Sanjiban và có sục khí. Kết quả đạt đƣợc trong quá trình chạy mô hình: Việc bổ sung các chế phẩm sinh học Enchoice và Sanjiban giúp cho quá trình xử lý nƣớc rỉ rác tốt hơn, thúc đẩy quá trình khử mùi cũng nhƣ cải thiện các chỉ tiêu BOD, COD. Chế phẩm Enchoice tuy có tốt hơn nhƣng không có sự khác biệt lớn so với chế phẩm Sanjiban. Khả năng khử mùi của nghiệm thức có bổ sung chế phẩm là tốt hơn so với nghiệm thức đối chứng. Khả năng khử mùi hôi của Enchoice là tốt hơn so với Sanjiban. Việc bổ sung chế phẩm Enchoice và Sanjiban làm tăng hiệu quả xử lý COD, BOD của nƣớc rỉ rác so với đối chứng. Thời gian tốt nhất cho xử lý COD là 2 ngày và thời gian tốt nhất cho xử lý BOD là 4 ngày. v MỤC LỤC TRANG Lời cảm ơn ..................................................................................................................... iii Tóm tắt ............................................................................................................................ iv Mục lục ............................................................................................................................ v Danh sách các chữ viết tắt ........................................................................................... viii Danh sách các bảng ........................................................................................................ ix Danh sách các hình .......................................................................................................... x 1. GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề .............................................................................................................. 1 1.2. Mục đích ................................................................................................................ 2 1.3. Yêu cầu .................................................................................................................. 2 1.4. Hạn chế của đề tài .................................................................................................. 2 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................................ 3 2.1. Tổng quan về nƣớc rỉ rác ....................................................................................... 3 2.1.1. Khái quát về nƣớc rò rỉ từ rác ......................................................................... 3 2.1.2. Nguyên nhân phát sinh nƣớc rỉ rác .................................................................. 3 2.1.3. Đặc tính của nƣớc rỉ rác ................................................................................... 3 2.1.4. Quá trình hình thành nƣớc rỉ rác ...................................................................... 4 2.1.5. Thành phần và tính chất của nƣớc rỉ rác .......................................................... 5 2.1.6. Một số thành phần của nƣớc rỉ rác Phƣớc Hiệp ............................................... 9 2.1.7. Tác động của nƣớc rỉ rác .................................................................................. 9 2.1.7.1. Tác động của các chất hữu cơ ................................................................... 9 2.1.7.2. Tác động của các chất lơ lửng .................................................................... 9 2.1.7.3. Tác động lên môi trƣờng đất .................................................................... 10 2.2. Tổng quan về các quá trình xử lý nƣớc ............................................................... 10 2.2.1. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc ........................................................................ 10 2.2.1.1. Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nƣớc rác ....................................... 10 2.2.1.2. Xử lý sơ bộ để đƣa vào hệ thống cống rãnh đô thị .................................. 10 2.2.1.3. Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận ................................................................ 11 vi 2.2.2. Nguyên tắc chung về xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học ............... 13 2.2.3. Quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí nhân tạo ................................................................................................................... 14 2.2.3.1. Nguyên tắc................................................................................................ 14 2.2.3.2. Phƣơng pháp xử lý bằng bùn hoạt tính .................................................... 17 2.2.3.3. Phân loại các loại hệ thống xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính theo thủy động học trong hệ thống ................................................................................................ 18 2.3. Ứng dụng chế phẩm sinh học trong xử lý nƣớc thải ........................................... 18 2.3.1. Sự phát triển cần thiết của “chữa trị sinh học” trong xử lý nƣớc rỉ rác ......... 18 2.3.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng các chế phẩm trong xử lý môi trƣờng .......... 19 2.3.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở nƣớc ngoài .................................... 19 2.3.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ............................................................. 19 2.3.3. Các đặc tính và ứng dụng của chế phẩm Enchoice trong xử lý môi trƣờng .. 20 2.3.3.1. Giới thiệu chung ....................................................................................... 20 2.3.3.2. Thành phần ............................................................................................... 20 2.3.3.3. Tính chất hoạt động ................................................................................. 20 2.3.3.4. Công dụng ............................................................................................... 20 2.3.3.5. Liều lƣợng ............................................................................................... 21 2.3.4. Các đặc tính và ứng dụng của chế phẩm Sanjiban Microactive – 1000 Bioclean ......................................................................................................................... 21 2.3.4.1. Giới thiệu chung ....................................................................................... 21 2.3.4.2. Tính chất hoạt động .................................................................................. 21 2.3.4.3. Tác dụng ................................................................................................... 22 2.3.4.4. Các loại sản phẩm dùng trong xử lý nƣớc thải ........................................ 22 2.3.4.5. Thành phần ............................................................................................... 22 2.3.4.6. Đặc tính của chế phẩm ............................................................................. 22 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .................................................... 24 3.1. Thời gian và địa điểm .......................................................................................... 24 3.1.1. Thời gian thực hiện ........................................................................................ 24 3.1.2. Địa điểm ......................................................................................................... 24 3.2. Vật liệu thí nghiệm .............................................................................................. 24 vii 3.3. Phƣơng pháp thí nghiệm ...................................................................................... 24 3.3.1. Bố trí thí nghiệm ............................................................................................ 24 3.3.2. Mô tả thí nghiệm ............................................................................................ 25 3.3.3. Các yêu cầu trong quá trình chạy mô hình .................................................... 25 3.3.4. Các chỉ tiêu theo dõi ...................................................................................... 25 3.3.4.1. Đánh giá cảm quan (mùi) ......................................................................... 25 3.3.4.2. Chỉ tiêu lý - hóa ........................................................................................ 26 3.3.5. Phƣơng pháp phân tích số liệu ....................................................................... 26 3.4. Thử nghiệm trong điều kiện thực tế .................................................................... 26 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................... 27 4.1. Đánh giá cảm quan (mùi hôi) .............................................................................. 27 4.2. Chỉ tiêu lý – hóa .................................................................................................. 28 4.2.1. pH ................................................................................................................... 28 4.2.2. Nhu cầu oxy hóa học (COD) ......................................................................... 30 4.2.3. Nhu cầu oxy sinh học (BOD)......................................................................... 32 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 35 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 36 PHỤ LỤC viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT EM : effective microorganism, vi sinh vật hữu hiệu. COD : chemical oxygen demand, nhu cầu oxy hóa học. BOD : biochemical oxygen demand, nhu cầu oxy sinh hóa. SS : suspended solid, chất rắn lơ lửng. TDS : total dissoved solid, tổng chất rắn lơ lửng. UASB : upflow anaerobic sludge blanket, bể xử lý sinh học yếm khí dòng chảy ngƣợc qua lớp bùn. ix DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nƣớc rác ................................................................... 7 Bảng 2.2. Thành phần nƣớc rỉ rác cũ và mới .................................................................. 8 Bảng 2.3. Phạm vi ứng dụng các phƣơng pháp xử lý sinh học ..................................... 12 Bảng 2.4. Thành phần của từng loại chế phẩm MicroActive ........................................ 22 Bảng 4.1. Nhận xét về mùi nƣớc rỉ rác xử lý với các chế phẩm ................................... 27 Bảng 4.2. pH trung bình của các nghiệm thức .............................................................. 29 Bảng 4.3. COD trung bình của các nghiệm thức ........................................................... 30 Bảng 4.4. BOD trung bình của các nghiệm thức ........................................................... 32 x DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1. Mô hình cân bằng lƣu lƣợng nƣớc .................................................................. 4 Hình 2.2. Sơ đồ chuyển hóa vật chất hữu cơ trong tự nhiên ......................................... 14 Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí ............................................................ 15 Hình 2.4. Sơ đồ cân bằng BOD trong hệ thống xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí ................................................................................................................... 16 Hình 2.5. Sơ đồ quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính ...................................... 17 Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn mức độ mùi của nƣớc rỉ rác sau 1 ngày xử lý .................... 27 Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn mức độ mùi của nƣớc rỉ rác sau 2 ngày xử lý .................... 28 Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn pH hoạt động trung bình của các nghiệm thức theo thời gian ................................................................................................................................ 29 Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn chỉ số COD trung bình của các nghiệm thức ...................... 30 Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD ở các nghiệm thức sau 2 ngày ........... 31 Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD ở các nghiệm thức từ ngày thứ 2 đến ngày thứ 30 .................................................................................................................... 31 Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn chỉ số BOD trung bình của các nghiệm thức ...................... 32 Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý BOD ở các nghiệm thức sau 4 ngày ........... 33 Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý BOD ở các nghiệm thức từ ngày 4 đến ngày 30 ................................................................................................................................... 33 1 PHẦN 1. GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Cùng với sự gia tăng dân số trên thế giới hiện nay, rác thải sinh hoạt ngày càng gia tăng, gây ô nhiễm nghiêm trọng đến các môi trƣờng sống. Tại Việt Nam cứ mỗi năm hàng triệu tấn rác sinh hoạt, xác bã hữu cơ của nghề làm vƣờn đều đƣợc thải trực tiếp hoặc gián tiếp vào môi trƣờng. Từ đó gây ra mùi hôi thối khó chịu và phát tán các mầm bệnh nguy hiểm gây ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và vật nuôi. Do vậy việc xử lý rác thải là vấn đề cấp bách hiện nay. Bên cạnh đó, vẫn còn tồn tại một khó khăn không nhỏ đó là nƣớc rò rỉ từ các hầm ủ và từ các bãi chôn lấp rác (hay còn gọi là nƣớc rỉ rác). Hiện nay, lƣợng nƣớc rác rỉ ra hằng ngày tại các bãi chôn lấp rất lớn trên hàng ngàn khối, chƣa kể đến lƣợng nƣớc rác còn tồn đọng trong nhiều năm qua tại các bãi vẫn chƣa đƣợc xử lý. Lƣợng nƣớc rỉ rác lớn nhƣ vậy đã gây khó khăn cho việc xử lý cũng nhƣ gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh khu vực bãi chôn lấp, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm. Do vậy, vấn đề xử lý nƣớc rỉ rác đang là vấn đề cần đƣợc quan tâm nhất hiện nay. Theo báo cáo của các tổ chức môi trƣờng thế giới thì tính độc hại của nƣớc rò rỉ từ các bãi chôn lấp rác sinh hoạt là rất cao. Trong nƣớc rỉ rác có nhiều thành phần gây độc nhƣ:  Các kim loại nặng (chì, sắt, đồng, kẽm, mangan,…).  Các anion (SO4, PO4, NO2, NO3, NH4).  Và các vi sinh vật gây bệnh. Nhận thấy sự cấp thiết đó, từ nhiều năm nay một số công nghệ xử lý nƣớc thải đã đƣợc dùng trong xử lý nƣớc rỉ rác nhƣng kết quả sau xử lý vẫn chƣa đạt theo mong muốn. Để đáp ứng phần nào trong quá trình xử lý nƣớc rỉ rác, công nghệ sinh học phát triển đã góp phần đƣa ra thị trƣờng những sản phẩm sinh học, những chế phẩm có khả năng xử lý môi trƣờng. Các loại chế phẩm này cũng đang đƣợc ứng dụng khá nhiều nhƣ: Enchoice, EM, Sanjiban, PM… để có thể nâng cao hiệu quả xử lý và đạt đƣợc kết quả nhƣ mong muốn. Và hƣớng nghiên cứu của tôi trong khóa luận này là: “Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm sinh học Enchoice và Sanjiban trong quá trình xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp rác Phước Hiệp, Củ Chi”. 2 1.2. Mục đích Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc rỉ rác tại bãi chôn lấp rác Phƣớc Hiệp bằng chế phẩm sinh học Enchoice và Sanjiban. 1.3. Yêu cầu Cải thiện mùi của nƣớc rỉ rác sau khi xử lý. Xác định hiệu quả xử lý thông qua các chỉ tiêu của nƣớc thải:  pH  COD  BOD 1.4. Hạn chế của đề tài Quy trình công nghệ xử lý nƣớc rác phải là sự kết hợp các công nghệ xử lý khác nhau: xử lý hóa học, xử lý hóa lý, xử lý sinh học. Do thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp có hạn và mục đích chính của đề tài là đánh giá hiệu quả xử lý của các chế phẩm sinh học nên đề tài chỉ nêu ra một khâu nhỏ trong công nghệ xử lý nƣớc rác và không đi sâu nghiên cứu hết các quy trình xử lý nƣớc rác hiện nay. 3 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về nƣớc rỉ rác 2.1.1. Khái quát về nƣớc rò rỉ từ rác Cho đến nay, bãi chôn lấp vẫn là một phƣơng pháp dễ thực hiện nhất để loại bỏ chất thải rắn. Hiện nay, khoảng 95% khối lƣợng chất thải rắn sinh hoạt trên thế giới đang đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp này. Nhƣng một trong những vấn đề nan giải nhất tại các bãi chôn lấp là việc kiểm soát lƣợng nƣớc rò rỉ, nƣớc rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao, nếu không quản lý tốt sẽ làm ô nhiễm môi trƣờng đất và nƣớc xung quanh. 2.1.2. Nguyên nhân phát sinh nƣớc rỉ rác Nƣớc rò rỉ từ các bãi chôn lấp đƣợc định nghĩa là chất lỏng thấm qua lớp chất thải rắn mang theo chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng. Trong hầu hết các bãi chôn lấp, nƣớc rò rỉ bao gồm chất lỏng đi vào bãi chôn lấp từ nguồn bên ngoài nhƣ nƣớc mặt, nƣớc mƣa, nƣớc ngầm và chất lỏng tạo thành trong quá trình để nén chôn lấp rác và phân hủy chất thải có trong bãi chôn lấp. Nƣớc rác đƣợc hình thành khi độ ẩm của rác vƣợt quá độ giữ nƣớc (độ giữ nƣớc của chất thải rắn là lƣợng nƣớc lớn nhất đƣợc giữ lại trong các lỗ rỗng mà không sinh ra dòng thấm, hƣớng xuống dƣới tác dụng của trọng lực). 2.1.3. Đặc tính của nƣớc rỉ rác Nƣớc rỉ rác là nƣớc rò rỉ từ bãi rác, có mùi hôi nồng nặc, màu đen đậm. Các kết quả phân tích trƣớc đây cho thấy nƣớc rỉ rác bị ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh, chất rắn lơ lửng, nitơ và phospho rất nặng, môi trƣờng nƣớc có dấu hiệu chứa kim loại nặng nhƣng chƣa ở mức ô nhiễm. 4 2.1.4. Quá trình hình rác thành nƣớc rỉ rác Hình 2.1: Mô hình cân bằng lƣu lƣợng nƣớc Nƣớc rác đƣợc hình thành khi nƣớc thấm vào ô chôn lấp. Nó có thể thấm vào rác theo một số con đƣờng sau (hình 2.1): Nƣớc sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp. Mực nƣớc ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác. Nguồn nƣớc mặt thấm vào qua các cạnh của ô rác. Nƣớc từ các khu vực khác chảy qua, có thể thấm xuống ô chôn rác. Nƣớc mƣa thấm trên bề mặt khu vực chôn lấp. Lƣợng nƣớc có sẵn trong bãi rác là nhỏ nhất so với các nguồn khác. Nƣớc từ những khu vực khác chảy qua bãi chôn lấp cần phải thu gom bằng hệ thống thoát nƣớc. Hệ thống thoát nƣớc không chỉ bảo vệ những khu vực chôn lấp rác khỏi bị xói mòn trong thời gian hoạt động mà còn tiêu thoát lƣợng nƣớc thừa ngấm vào ô rác và tạo ra nƣớc rác. Đối với nƣớc mƣa, không có cách nào để ngăn chặn không cho chúng chảy vào ô rác, nhƣng có thể hạn chế đƣợc lƣợng nƣớc mƣa ngấm vào ô rác bằng cách Nƣớc rò rỉ thoát ra ngoài Ống thoát nƣớc rò rỉ Nƣớc chảy tràn bề mặt Rãnh thoát nƣớc Lƣợng nƣớc trong rác và lớp đất phủ bề mặt Nƣớc mƣa Nƣớc chảy tràn bề mặt Bốc hơi Nƣớc mạch ngầm thấm vào 5 trồng lại thảm thực vật sau khi bãi rác đã đóng lại. Nƣớc rỉ rác thƣờng tích đọng lại ở đáy của bãi rác. 2.1.5. Thành phần và tính chất của nƣớc rỉ rác Thành phần của nƣớc rỉ rác thay đổi rất lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: thành phần rác, tuổi bãi rác, chế độ vận hành của bãi rác, chiều cao chôn lấp, thời tiết, điều kiện thủy văn khu vực, hoạt động hóa học, sinh học, độ ẩm, nhiệt độ, pH, mức độ ổn định… Do đó việc tổng hợp và đặc trƣng hóa thành phần trong nƣớc rác là rất khó. Để biết rõ hơn về sự biến thiên của các thành phần nƣớc rác cần tìm hiểu quy trình phân hủy chất thải rắn ở ô chôn lấp. Quá trình này diễn ra 3 giai đoạn và quá trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra trong giai đoạn 2 và 3. Giai đoạn 1 – giai đoạn ổn định: Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra nhanh chóng, khoảng một vài tuần hoặc lâu hơn. Khi khí oxy có sẵn trong bãi rác đƣợc sử dụng hết (trừ những vùng gần bề mặt) thì pha phân hủy hiếu khí sẽ ngƣng, tạo ra một lƣợng CO2, H2 đáng kể (có thể lên đến 20% thể tích) đặc biệt ở các khu chôn lấp khô ráo. Giai đoạn 2 – giai đoạn acid: Các vi sinh vật yếm khí tùy tiện thủy phân và lên men cellulose, các chất có thể phân hủy tạo ra các hợp chất hữu cơ đơn giản, hòa tan: acid béo bay hơi (acid béo làm tăng trị số của BOD5) và ammonia. Giai đoạn này có thể kéo dài sau một vài năm, nƣớc rác ở giai đoạn này có BOD cao (thƣờng hơn 10.000 mg/L), tỷ số BOD/ COD lớn hơn 0,7 cho thấy thành phần chất hữu cơ hòa tan chiếm tỷ lệ cao và dễ phân hủy sinh học. pH = 5 – 6, đậm đặc, hôi, nồng độ ammonia cao (khoảng 1.000 mg/L) với đặc tính hóa học này giúp hòa tan các thành phần khác trong rác, làm tăng nồng độ các kim loại: Fe, Mn, Zn, Ca, Mg có trong nƣớc rác. Khí sinh ra chủ yếu là CO2, mùi và H2. Giai đoạn 3 – giai đoạn lên men methane: Sự phát triển chậm của vi khuẩn methane dần dần trở nên chiếm ƣu thế và bắt đầu phân hủy những chất hữu cơ đơn giản tạo ra các hỗn hợp khí CO2 và CH4 tạo ra nguồn khí của bãi rác. Vi khuẩn lên men methane tăng trong điều kiện yếm khí. Trong giai đoạn này 6 nƣớc rỉ rác đƣợc tạo ra khá ổn định, hoạt động sinh học đƣợc xem là hiệu quả nhất. Nƣớc có giá trị BOD tƣơng đối thấp, tỷ số BOD/COD thấp nhƣng ammonia vẫn tiếp tục sinh ra bởi quá trình lên men acid theo bậc và có nồng độ rất cao. Ngoài ra còn có 2 giai đoạn phụ: Giai đoạn chuyển tiếp: có thể xảy ra trong nhiều năm, và cũng có thể không ngừng trong một vài thập niên. Oxy cạn dần và điều kiện yếm khí bắt đầu tăng. Nitrate và sulfate đóng vai trò là những chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, thƣờng bị khử đến khí N2, H2S. pH giảm do sự hiện diện của các acid hữu cơ và ảnh hƣởng của sự tăng nồng độ CO2. Giai đoạn chín mùi: Xuất hiện khi các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học chuyển thành CH4 và CO2. Lúc này tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các chất dinh dƣỡng đã dùng hết qua các pha trƣớc và chất nền còn lại có khả năng phân hủy sinh học khá chậm. Suốt pha này, nƣớc rác chứa chất hữu cơ trơ nhƣ: acid humic, acid fulvic là các chất rất khó xử lý sinh học. Nói chung, nƣớc rỉ rác ở những bãi rác mới có pH thấp, nồng độ BOD5, COD và kim loại nặng cao, còn ở những bãi rác lâu năm thì nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc rác thấp hơn đáng kể, pH lại nằm trong khoảng 6,5 - 7,5 và nồng độ kim loại giảm do phần lớn kim loại ít tan ở pH trung tính. Khả năng phân hủy sinh học của nƣớc rỉ rác thay đổi theo thời gian, đƣợc thể hiện qua tỉ số BOD5/COD. Ban đầu, tỉ số sẽ ở khoảng trên 0,5 (tỉ số 0,1 – 0,6 cho thấy chất hữu cơ trong nƣớc rỉ rác đã sẵn sàng để phân hủy). Ở những bãi chôn lấp lâu năm, tỉ số BOD5/COD thƣờng là 0,05 – 0,2. Tỉ số giảm do nƣớc rỉ rác từ các bãi chôn lấp lâu năm chứa acid humic và fulvic khó phân hủy sinh học. Ngoài ra, nồng độ các chất ô nhiễm còn dao động theo mùa trong năm. Thành phần của nƣớc rỉ rác có thể đƣợc biểu diễn tổng quan ở Bảng 2.1. 7 Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nƣớc rác Thành phần Đơn vị Bãi mới dƣới hai năm Bãi lâu năm trên 10 năm Khoảng Trung bình BOD5 COD SS Nitơ hữu cơ Ammonia Nitrate Sulfat Phospho tổng Độ kiềm pH Canxi Clorua Tổng Fe mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 2.000-30.000 3.000-60.000 200-2000 10-800 10-800 5-40 50-1000 5-100 1.000-10.000 4,5-7,5 50-1.500 200-3.000 50-1.200 10.000 18.000 500 200 200 25 300 30 3.000 6 250 500 60 100-200 100-500 100-400 80-120 20-40 5-10 20-50 5-10 200-1.000 6,6-7,5 50-200 100-400 20-200 Nguồn: Huỳnh Thị Mỹ Phi, 2005.[6] Mức độ ô nhiễm của nƣớc rỉ rác là rất cao, đƣợc thể hiện qua hàm lƣợng các chất hữu cơ trong nƣớc rỉ rác, đặc biệt cao ở giai đoạn đầu của bãi rác. Sau một thời gian hàm lƣợng này giảm xuống và chỉ còn các chất không phân hủy sinh học đƣợc tồn tại lại. Tốc độ ổn định của chất lƣợng nƣớc rỉ rác ở bãi chôn lấp ở dạng bán hiếu khí hoặc hiếu khí nhanh hơn ở các dạng khác và nồng độ các chất bẩn giảm xuống sớm hơn. 8 Bảng 2.2. Thành phần nƣớc rỉ rác cũ và mới Thành phần Giá trị mg/L (trừ pH) Bãi chôn lấp mới ( 10 năm) Khoảng dao động Đặc trƣng Khoảng dao động pH Độ kiềm BOD5 COD TDS Org – N N – NH3 N – NO3 P – PO4 3- Ca 2+ Mg 2+ K + Na + Cl - SO4 2- Fetc 4,5-7,5 1000-10000 200-3000 3000-60000 200-2000 10-800 10-800 5-40 5-100 200-10000 50-1500 200-1000 200-2500 200-3000 50-1000 50-1200 6,0 3000 10000 18000 500 200 200 25 30 1000 250 300 500 500 300 60 6,6-7,5 200-1000 100-200 100-500 100-400 80-120 20-40 5-10 5-10 100-400 50-200 50-400 10-200 100-400 20-50 20-200 Nguồn: Huỳnh Thị Mỹ Phi, 2005.[6] Thông qua bảng trên, ta thấy có sự khác biệt lớn giữa bãi chôn lấp rác mới và cũ. Hầu hết hàm lƣợng của các thành phần ở bãi chôn lấp rác mới có khoảng dao động gấp 2 – 10 lần so với các bãi chôn lấp cũ. Nguyên nhân là ở các bãi rác lâu năm có nồng độ các chất ô nhiễm thấp, pH thì ở khoảng 6,5 – 7,5, còn nồng độ kim loại giảm do phần lớn các kim loại không tan ở pH trung tính. 9 2.1.6. Một số thành phần của nƣớc rỉ rác Phƣớc Hiệp Thành phần Giá trị mg/L (trừ pH) COD BOD5 N-NH3 Ntc TDS TSS TOC Ptc pH Chất hữu cơ tổng số 2760 450 2,191 2,258 9336 76 1178 24,3 7,99 229,1 Nguồn: Công ty Environmental Choices, 2006.[2] 2.1.7. Tác động của nƣớc rỉ rác 2.1.7.1. Tác động của các chất hữu cơ Các chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật thƣờng đƣợc xác định gián tiếp qua thông số nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), thể hiện lƣợng oxy cần thiết cho vi sinh vật phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ có trong nƣớc thải. Nhƣ vậy, nồng độ BOD tỷ lệ với hàm lƣợng chất ô nhiễm hữu cơ, đồng thời cũng đƣợc sử dụng để đánh giá tải lƣợng và hiệu quả sinh học của một hệ thống xử lý nƣớc thải. Ô nhiễm hữu cơ sẽ dẫn đến sự suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Sự cạn kiệt oxy hòa tan sẽ gây tác hại nghiêm trọng đến tài nguyên thủy sinh. 2.1.7.2. Tác động của các chất lơ lửng Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hƣởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nƣớc và gây bồi lắng nguồn nƣớc mặt tiếp nhận. Đối với các tầng nƣớc ngầm, quá trình ngấm của nƣớc rỉ rác từ các bãi rác có khả năng làm tăng hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng trong nƣớc ngầm nhƣ: NH4, NO3, PO4... đặc biệt là NO2, có độc tính cao đối với con ngƣời và động vật sử dụng nguồn nƣớc đó. 10 2.1.7.3. Tác động lên môi trƣờng đất Quá trình lƣu giữ trong đất và ngấm qua những lớp đất bề mặt của nƣớc rỉ rác từ bãi rác làm cho sự tăng trƣởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất kém đi, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành những chất dinh dƣỡng cho cây trồng, trực tiếp làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm cho đất bị thoái hóa, bạc màu. Ảnh hƣởng của nƣớc rỉ rác từ bãi rác đến đất đai sẽ rất nghiêm trọng, mang tính chất lâu dài và rất khó khắc phục nếu nó đƣợc thấm theo mạch ngang. Chính vì vậy, để hạn chế và ngăn ngừa khả năng ô nhiễm đất, ngƣời ta áp dụng các biện pháp an toàn trong công tác chôn lấp rác, chủ yếu là bằng cách xây các đê chắn bằng bê tông để ngăn chặn khả năng thấm theo chiều ngang của nƣớc rỉ rác, đồng thời phải lắp đặt hệ thống thu gom và xử lý nƣớc rỉ rác này. 2.2. Tổng quan về các quá trình xử lý nƣớc 2.2.1. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc Hiện nay trên thế giới có 3 khuynh hƣớng xử lý nƣớc rác: Xử lý sơ bộ nƣớc rác để tuần hoàn, tái sử dụng trong nông nghiệp. Xử lý sơ bộ nƣớc rác để đƣa vào hệ thống cống rãnh đô thị. Xử lý nƣớc rác đến đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn tiếp nhận tự nhiên. Trong 3 phƣơng pháp trên, hiện nay ở Việt nam ngƣời ta chỉ thực hiện theo phƣơng pháp thứ ba vì rác ở Việt Nam không đƣợc phân loại ngay từ đầu. Do đó nƣớc rỉ rác từ các bãi rác ở Việt Nam chứa đựng hóa chất, kim loại độc hại không có lợi cho cây trồng hoặc khó kiểm soát những tác hại không lƣờng trƣớc đƣợc. 2.2.1.1. Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nƣớc rác Phƣơng pháp tuần hoàn nƣớc rác làm gia tăng tốc độ ổn định bãi rác, giảm thời gian lên men chất hữu cơ và sinh khí. Đây là phƣơng pháp đơn giản, chi phí thấp nhƣng chỉ dùng đƣợc khi khối lƣợng nƣớc rác nhỏ. Mặc khác, nó chỉ làm giảm hàm lƣợng BOD, COD, nhƣng với những chất vô cơ thì tăng lên rõ rệt, và làm tăng sự tích lũy các chất hữu cơ khó phân hủy. Ngoài ra, nó còn tạo mùi và có khả năng gây ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm vì khả năng thấm của nó. 2.2.1.2. Xử lý sơ bộ để đƣa vào hệ thống cống rãnh đô thị Hiện nay, việc kết hợp giữa xử lý nƣớc rác và nƣớc thải đô thị đang đƣợc quan 11 tâm khá nhiều. Ngƣời ta dẫn nƣớc rác sau khi xử lý sơ bộ vào hệ thống cống rãnh, nhập chung với nƣớc thải đô thị để đƣa về trạm xử lý, bùn sau xử lý đƣợc chuyển trở lại bãi rác. Đây là một phƣơng pháp thích hợp, nhƣng phải có hệ thống cống rãnh và trạm xử lý nƣớc thải đô thị, cần phải có sự đầu tƣ vốn và kỹ thuật, nên rất tốn kém trong việc xây dựng hệ thống. 2.2.1.3. Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận Hiện nay, hầu hết các công nghệ xử lý nƣớc thải đều đƣợc áp dụng cho xử lý nƣớc rác. Đó là sự kết hợp của các quá trình sinh học, hóa lý, hóa học để xử lý nƣớc thải đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận.  Các quá trình sinh học: chủ yếu dùng để khử BOD trong nƣớc rác, gồm các phƣơng pháp: Xử lý hiếu khí Xử lý yếm khí  Xử lý yếm khí: bao gồm các hệ thống: hệ thống lọc yếm khí, hệ thống lọc giãn nở, công nghệ đệm bùn yếm khí dòng chảy ngƣợc (UASB)… Đây là quá trình xử lý dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong hệ thống nhờ quá trình lên men yếm khí.  Xử lý hiếu khí: bao gồm các quá trình bùn hoạt tính, hồ ổn định có sục khí, bể tiếp xúc sinh học, cánh đồng tƣới tự nhiên… Quá trình này dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nƣớc thải nhờ oxy hòa tan. Nếu oxy đƣợc cung cấp bằng các thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo. Ngƣợc lại, nếu oxy đƣợc vận chuyển và hòa tan trong nƣớc nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên. Các công trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo thƣờng đƣợc dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính. Các hệ thống xử lý thƣờng chiếm một diện tích khá lớn, tốn kém năng lƣợng trong vận hành hệ thống. Phƣơng pháp này chỉ thích hợp khi nƣớc rác đã qua giai đoạn xử lý chính, nồng độ các chất ô nhiễm đã đƣợc làm giảm xuống đáng kể. Để lựa chọn đƣợc phƣơng pháp xử lý sinh học hợp lý cần phải biết hàm lƣợng chất hữu cơ (hàm lƣợng COD và BOD) có trong nƣớc thải. Các phƣơng pháp lên men yếm khí thƣờng phù hợp với nƣớc thải có hàm lƣợng chất hữu cơ cao. Đối với nƣớc 12 thải có hàm lƣợng chất hữu cơ thấp và tồn tại chủ yếu dƣới dạng chất keo và hòa tan, thì cho chúng tiếp xúc với màng sinh vật là hợp lý. Sơ đồ chọn lựa các phƣơng pháp xử lý sinh học nƣớc thải đƣợc nêu trong Bảng 2.3. Bảng 2.3: Phạm vi ứng dụng các phƣơng pháp xử lý sinh học Hàm lƣợng BOD của nƣớc thải Chất hữu cơ không hòa tan Chất hữu cơ dạng keo Chất hữu cơ hòa tan Cao (BOD5>500 mg/l) Xử lý sinh học bằng yếm khí Trung bình (BOD5= 300-500 mg/l) Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Thấp (BOD5<300 mg/l) Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Xử lý sinh học bằng màng sinh vật Nguồn: Trần Đức Hạ, 2002.[3] Quá trình sinh học có thể áp dụng để xử lý nƣớc rác từ những bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc mới đóng cửa với hiệu quả cao, nhƣng nó không khả thi đối với nƣớc rác có hàm lƣợng chất ô nhiễm quá phức tạp hay có tỉ số BOD/COD thấp (thƣờng nhỏ hơn 0,5).  Quá trình hóa lý  Tạo bông- lắng tụ: là phƣơng pháp khử các chất ô nhiễm dạng keo bằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa diện tích các hạt keo, nhằm liên kết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực. Chất đông tụ thƣờng dùng là muối nhôm, sắt hoặc các hỗn hợp của chúng.  Tuyển nổi: đƣợc dùng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm. Quá trình này đƣợc thực hiện bằng cách tạo ra các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí kết dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó thu gom lớp váng nhờ thiết bị vớt bọt.  Lọc cơ học và hấp thụ than hoạt tính: các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất vi hữu cơ (micro-organic matter) bị khử loại qua quá trình lọc cát hay hấp phụ. Phƣơng pháp hấp thụ đƣợc sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học mà chúng thƣờng có độc tính cao hoặc không phân 13 hủy sinh học. Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính, các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất: xỉ tro, mạt sắt, silicagen...  Trao đổi ion: là quá trình các ion bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc nhau, dùng làm sạch nƣớc khỏi các kim loại: Zn, Cu, Cr,… cũng nhƣ các hợp chất của Asen, Photpho, Cyanua.  Quá trình hóa học  Trung hòa: là phƣơng pháp thông dùng và đơn giản nhất, dùng để điều chỉnh pH về mức cho phép.  Kết tủa: đƣợc dùng để khử kim loại và một số anion. Kim loại bị kết tủa dƣới dạng hydroxyde, sulfit và carbonat bằng cách thêm các chất làm kết tủa và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình.  Oxy hóa khử: phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nƣớc rác. Chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm hàm lƣợng COD, nâng tỉ số BOD/COD), nó còn đƣợc dùng để khử độc một số chất vô cơ. Phƣơng pháp đƣợc thực hiện bằng cách thêm vào nƣớc rác các tác nhân oxy hóa, tác nhân khử dƣới pH thích hợp, nhƣ Clo ở dạng khí hay dạng lỏng, dioxyclo, cloratcanxi, hypocloritcanxi… 2.2.2. Nguyên tắc chung về xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học Các chất hữu cơ có mặt trong nƣớc thải bị phân hủy nhờ các quá trình lý, hóa và sinh học. Chúng là những nguồn gây ô nhiễm và lan truyền bệnh trong nƣớc thải. Và nhiệm vụ của những thiết bị xử lý nƣớc là phải tách các chất bẩn độc hại đó ra khỏi nƣớc thải trƣớc khi thải ra ngoài hay tiếp nhận sử dụng lại. Việc xử lý nƣớc thải có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp khác nhau, tuỳ thuộc vào tính chất của nƣớc thải và trang thiết bị xử lý. Thƣờng ngƣời ta cố gắng tạo ra những điều kiện môi trƣờng cho các quá trình phân hủy tự nhiên đƣợc diễn ra, phƣơng pháp xử lý sinh học. Các sinh vật sống cần có năng lƣợng để duy trì sự sống và sinh sản. Vì vậy, chúng sử dụng những chất hữu cơ có trong nƣớc thải nhƣ là thức ăn. Khi thức ăn đƣợc sử dụng nhƣ một nguồn năng lƣợng thì sẽ xảy ra phản ứng oxy hóa mà trong đó oxy đƣợc sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ, thải ra khí CO2 hoặc các sản phẩm oxy hóa khác. 14 Vi khuẩn hiếu khí C H N P S Vi khuẩn yếm khí Các hợp chất hữu cơ H2S Hợp chất phospho hữu cơ NH3 CH4 CO2 H2O -PO4 -SO4 -NO2, -NO3 Oxy không khí Những sản phẩm của các chất hữu cơ đã bị phân hủy, có thể đƣợc sử dụng nhƣ là thức ăn cho các vi sinh vật đơn bào nhƣ vi khuẩn. Sự thay đổi do chúng gây nên trong các quá trình oxy hóa rất có ý nghĩa trong chu trình của chất hữu cơ trong tự nhiên. Carbon và nitơ là hai yếu tố quan trọng của chu trình tuần hoàn các chất hữu cơ. Quá trình phân hủy có thể diễn ra dƣới dạng mô tả của Hình 2.2. Hình 2.2: Sơ đồ chuyển hóa vật chất hữu cơ trong tự nhiên 2.2.3. Quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí nhân tạo 2.2.3.1. Nguyên tắc Khi đƣa nƣớc thải vào bể phản ứng bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí, các chất bẩn hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo, không hòa tan phân tán nhỏ sẽ hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn. Sau đó chúng đƣợc chuyển hóa và phân hủy nhờ vi khuẩn. Quá trình này gồm 3 giai đoạn cơ bản sau: Khuếch tán, chuyển dịch và hấp thụ chất bẩn từ môi trƣờng nƣớc lên bề mặt tế bào vi khuẩn. Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ đƣợc qua màng tế bào vi khuẩn. Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lƣợng, tổng hợp sinh khối từ chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dƣỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn. Sự chuyển hóa các chất hữu cơ (đặc trƣng bằng BOD) và các chất dinh dƣỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí đƣợc biểu diễn trên Hình 2.3. 15 Hình 2.3: Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí Các chất đầu tiên bị oxy hóa để tạo thành năng lƣợng là carbonhydrat và một số chất hữu cơ khác. Quá trình này đƣợc thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của enzyme ngoại bào. Một phần chất bẩn đƣợc vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn (màng bán thấm) vào bên trong và tiếp tục oxy hóa để giải phóng ra năng lƣợng hoặc tổng hợp thành tế bào chất. Sinh khối vi sinh vật sẽ tăng lên. Trong điều kiện thiếu nguồn dinh dƣỡng, tế bào chất lại bị oxy hóa nội bào để tạo ra năng lƣợng cần thiết cho hoạt động sống. Vi khuẩn chuyển hóa các chất thải hữu cơ theo các phƣơng trình: COHN + O2 + chất dinh dƣỡng CO2 + NH3 + C5H7NO2 + (vật chất hữu cơ ) (tế bào mới) + những sản phẩm cuối cùng Hô hấp nội bào C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lƣợng (tế bào) Trong những phƣơng trình này, COHN đại diện cho vật chất hữu cơ có trong nƣớc thải. Sơ đồ cân bằng vật chất trong quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ (BOD) Vi khuẩn Vi khuẩn Các chất bẩn hữu cơ và các chất dinh dƣỡng trong nƣớc thải Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật Oxy Nƣớc sạch Tế bào và các chất trơ C5H7NO2, P, K 16 đƣợc biểu diễn nhƣ Hình 2.4. Hình 2.4: Sơ đồ cân bằng BOD trong hệ thống xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí Go: lƣợng BOD trong nƣớc thải Gt: lƣợng BOD không đƣợc xử lý G1: lƣợng BOD hấp phụ trên bề mặt tế bào vi khuẩn G2: phần BOD đƣợc vận chuyển vào bên trong màng tế bào vi khuẩn G3: phần BOD oxy hóa nội bào G4: phần BOD đƣợc tổng hợp thành sinh khối tế bào G5: phần BOD oxy hóa nội bào Môi trƣờng hiếu khí trong bể phản ứng đƣợc tạo ra bằng cách đƣa khí vào bằng cơ học, nó có thể chứa dinh dƣỡng hỗn hợp trong một chế độ hòa tan hoàn toàn. Sau một thời gian nhất định, hỗn hợp tế bào mới và cũ đƣợc chuyển vào bể lắng, ở đây những tế bào đƣợc tách ra khỏi nƣớc sau khi đã xử lý. Một phần của những tế bào lắng đƣợc tái sử dụng để tăng nồng độ thích hợp vi sinh vật trong bể, và phần còn lại bị bỏ đi. Phần bị bỏ tƣơng quan với sự phát triển của tế bào và liên quan tới một phần của nƣớc thải. Hàm lƣợng sinh khối giữ lại trong bể phụ thuộc vào hiệu quả xử lý và những yếu tố khác liên quan đến sự sinh trƣởng những cơ quan động. Nồng độ vi sinh vật đƣợc duy trì trong những hệ thống xử lý bùn hoạt tính khác nhau. Tóm lại, về nguyên tắc xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí bao gồm các bƣớc sau đây: Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc carbon ở dạng hòa tan, keo hoặc không hòa tan phân tán nhỏ thành khí CO2, nƣớc và sinh khối vi sinh vật. Tạo ra bùn thứ cấp (các bông bùn hoặc màng sinh vật) chủ yếu là các vi Go G1 G2 G4 Gt G3 G5 Trôi theo nƣớc thải CO2 + H2O CO2 + H2O 17 khuẩn, động vật nguyên sinh và các keo vô cơ trong nƣớc thải. Tách bùn thứ cấp ra khỏi nƣớc bằng quá trình lắng trọng lực. 2.2.3.2. Phƣơng pháp xử lý bằng bùn hoạt tính Hình 2.5: Sơ đồ quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính Khi nƣớc thải đi vào bể thổi khí (bể Aerotank), các bông bùn hoạt tính đƣợc hình thành mà hạt nhân của nó là các phân tử cặn lơ lửng. Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cƣ trú, phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ. Vi khuẩn dùng chất nền (BOD) và chất dinh dƣỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành tế bào mới. Trong Aerotank, lƣợng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó đƣợc tách ra tại bể lắng đợt hai. Một phần bùn đƣợc quay lại về đầu bể để tham gia xử lý nƣớc thải theo chu trình mới. Quá trình chuyển hóa chất bẩn trong xử lý nƣớc thải đƣợc thực hiện theo từng bƣớc xen kẽ và nối tiếp. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ đơn giản, là nguồn chất nền cho vi khuẩn tiếp theo. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi chất thải cuối cùng không thể là thức ăn của vi sinh vật đƣợc nữa. Nếu trong nƣớc thải đậm đặc chất hữu cơ hoặc có nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, cần có thời gian để chuyển hóa thức ăn thì phần bùn hoạt tính tuần hoàn phải đƣợc tách riêng và sục khí cho chúng tiêu hóa thức ăn đã hấp thụ. Quá trình này gọi là quá trình tái sinh bùn hoạt tính. Nƣớc thải Bể Aerotank Bể tải sinh bùn hoạt tính tuần hoàn Bể lắng đợt hai Cấp Oxy Bùn hoạt tính dƣ Bùn hoạt tính tuần hoàn Nƣớc sau xử lý 18 Nhƣ vậy, quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính bao gồm các giai đoạn: Khuấy trộn, tạo điều kiện tiếp xúc nƣớc thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích (V) của bể phản ứng. Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nƣớc thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cung cấp cho quá trình oxy hóa của vi khuẩn và các vi sinh vật khác xảy ra trong bể. Làm trong nƣớc và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng. Tái sinh và tuần hoàn lại lƣợng bùn cần thiết từ bể lắng vào bể aerotank để hòa trộn với nƣớc thải đi vào. Xả bùn và xử lý bùn. 2.2.3.3. Phân loại các loại hệ thống xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính theo thủy động học trong hệ thống. Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ (Sequencing Batch Reactor- SBR): trong hệ thống này bùn hoạt tính đƣợc hoạt động tại chỗ theo chu trình: trộn với nƣớc thải, hấp thụ và oxy hóa chất hữu cơ và lắng tĩnh. Aerotank trộn hoàn toàn: nƣớc thải đƣợc trộn và cung cấp oxy đều tại mọi vị trí vào mọi thời điểm. Một phần bùn hoạt tính đƣợc hồi phục luôn trong ngăn bể. Aerotank đẩy- mƣơng oxy hóa: bùn hoạt tính đƣợc tiếp xúc dần với nƣớc thải theo chiều dài của hệ thống. Bùn hoạt tính không phải phục hồi hoặc phục hồi tại ngăn riêng. 2.3. Ứng dụng chế phẩm sinh học trong xử lý nƣớc rỉ rác 2.3.1. Sự phát triển cần thiết của “chữa trị sinh học” trong xử lý nƣớc rỉ rác Nguyên nhân của vấn đề rác thải này thì rất đơn giản. Những hỗn hợp không ổn định làm chết ngạt những hệ thống sinh học tự nhiên ở những hồ chứa tự nhiên. Những vi khuẩn khỏe mạnh thƣờng chuyển hóa chất thải thành những chất dinh dƣỡng cần thiết cho bản thân thì bị chết do quá mức chịu đựng. Cách giải quyết của vấn đề này là thêm vào hệ thống sự hoạt động vi sinh vật tự nhiên để cân bằng lại hệ sinh thái. “Chữa trị sinh học”-“Bioremediation” là một ứng dụng của xử lý sinh học để làm sạch những chất ô nhiễm khó giải quyết. Nó kết hợp công dụng của các enzyme 19 đƣợc chiết xuất từ thực vật và các vi sinh vật nhƣ: nấm, vi khuẩn để phân hủy sinh học những chất gây ô nhiễm. “Chữa trị sinh học” cho hiệu quả xử lý, khả năng làm sạch môi trƣờng cao, làm tăng sự lựa chọn thích hợp của kỹ thuật chữa trị trong việc dọn dẹp những ca phẫu thuật. 2.3.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng các chế phẩm trong xử lý môi trƣờng 2.3.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở nƣớc ngoài Theo công ty Enviromental Choices, Inc., ở Costa Rica đã có nhiều thí nghiệm về ủ phân compost nhƣ “ủ phân giun và EcoEnzyma”, “ủ compost vỏ quả cà phê và Zymplex”, “ủ compost phân gà (dùng chất độn là mạc cƣa) và EcoEnzyma”, kết quả cho thấy thời gian ủ phân đƣợc rút ngắn, hàm lƣợng dinh dƣỡng đƣợc bảo toàn và mùi giảm một cách đáng kể. Cũng theo nguồn tin này, ở Gambia, Tây Phi cũng có thí nghiệm về composting nhƣ “ủ phân bò khô và vỏ đậu phộng nghiền nhỏ có xử lý Enchoice”. 2.3.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Trong nƣớc đã có những nghiên cứu và ứng dụng các chế phẩm sinh học trong xử lý môi trƣờng. Công ty Environmental Choices, Inc. đã tiến hành chƣơng trình thử nghiệm công tác khử mùi hôi nƣớc thải tại nhà máy chế biến mủ ly tâm bằng chế phẩm Enchoice. Qua 28 ngày thử nghiệm, chƣơng trình đã đạt đƣợc tiêu chí khử mùi hôi sinh ra trong nƣớc thải chế biến mủ ly tâm, đồng thời cải thiện các chỉ tiêu BOD, COD. Bên cạnh đó, công ty cũng đã tiến hành xử lý nƣớc thải cao su tại nhà máy chế biến mủ cao su thuộc công ty cao su Phƣớc Hòa, Bình Dƣơng. Huỳnh Thị Mỹ Phi (2005) đã tiến hành thí nghiệm “đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban Microactive trong xử lý nƣớc rỉ rác Gò Cát dựa trên mô hình Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ”. Tác giả ngoài bổ sung chế phẩm còn bổ sung thêm bùn hoạt tính ổn định để làm tăng khả năng xử lý nƣớc thải. Với những nghiên cứu trên, tôi nhận thấy là chƣa có nghiên cứu so sánh ảnh hƣởng của các chế phẩm sinh học trong xử lý nƣớc rỉ rác. Vì vậy, đề tài mà tôi tiến hành đã góp phần đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Enchoice và Sanjiban trong xử lý nƣớc rỉ rác. Đồng thời nghiên cứu của tôi sẽ mở ra những hƣớng nghiên cứu mới để trong tƣơng lai sẽ có những biện pháp xử lý nƣớc thải tốt hơn. 20 2.3.3. Các đặc tính và ứng dụng của chế phẩm Enchoice trong xử lý môi trƣờng 2.3.3.1. Giới thiệu chung Theo nguồn tin của công ty Enviromental Choices, Inc. [1] đây là sản phẩm men hữu cơ tổng hợp đƣợc sản xuất tại Mỹ và đã đƣợc Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ (USDA) cấp phép sử dụng cho những ứng dụng tẩy rửa đặc biệt, khử mùi, kiểm soát côn trùng nhƣ ruồi, muỗi, tại các nhà máy chế biến thực phẩm, thịt gia súc, gia cầm trên phạm vi toàn liên bang. 2.3.3.2. Thành phần Sản phẩm có những thành phần nhƣ sau: mật đƣờng mía, các loại men, tảo, các chất hoạt động bề mặt, acid citric, acid lactic và nƣớc. 2.3.3.3. Tính chất hoạt động Thúc đẩy phản ứng thông qua xúc tác của các loại enzyme trong thành phần men tổng hợp. Khử mùi thông qua phản ứng hoá học thay đổi tính chất của ammonia, hydro sulfua và các loại acid béo không ổn định. Chế phẩm có tác dụng khử mùi tức thời, hiệu quả với nhiều loại mùi khác nhau. Hoạt động tốt trong môi trƣờng hiếu khí (có oxygen). Hoạt động tốt trong dãy biến thiên nhiệt độ rộng (từ nhiệt độ trên điểm đông đến 55OC). Độ pH khoảng 4,5 và hoạt động hiệu quả trong môi trƣờng có độ pH trung bình từ 3,5 đến 9,5. Hoàn toàn không nguy hiểm và độc hại đối với con ngƣời, các hệ sinh thái biển, động vật và thực vật. Không gây dị ứng, không nguy hiểm, không cháy, nổ. Không cần áp dụng các biện pháp an toàn khi vận chuyển cũng nhƣ cho ngƣời sử dụng sản phẩm. 2.3.3.4. Công dụng Khử mùi rất hiệu quả, đặc biệt là những mùi có nguồn gốc từ các khí ammonia (NH3), hydro sulfua (H2S) và một số khí gây mùi hôi thối khó chịu. Làm giảm và diệt ruồi, muỗi, và các loài côn trùng nhỏ, nhƣng tuyệt đối 21 an toàn cho môi trƣờng, con ngƣời và các loại động thực vật Kích thích tăng trƣởng vi sinh, đặc biệt trong môi trƣờng hiếu khí. Tẩy nhờn hiệu quả. Cải thiện đáng kể tính chất và thành phần nƣớc thải. Thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy và rút ngắn thời gian ủ. 2.3.3.5. Liều lƣợng Liều dùng thông thƣờng là 76 ml cho 1 tấn nguyên liệu. 2.3.4. Các đặc tính và ứng dụng của c