Luận văn Nghiên cứu sử dụng urê xử lý calcium trong nước rỉ rác

công ty Cổ Phần An Sinh (ASC) Công ty cổ phần An Sinh dựa trên bảng số liệu ô nhiễm của Trạm giám sát môi trường EMS, Trung Tâm Dịch Vụ Phân Tích Thí Nghiệm Thành Phố HCM và bảng 5 để đưa ra phương án xử lý. Bảng 5: Cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý Tính chất nước thải Hiệu quả giải pháp BOD/COD COD(mg/l) Sinh học Keo tụ Thẩm thấu ngược Than hoạt tính > 0,5 >10.000 Tốt Xấu Tb Xấu 0,1-0,5 2.000-10.000 Tb Khá tốt Tốt Tb <0,5 <2000 Xấu Tb Tốt tb Nguồn: QASIM-1994 Biện pháp sinh học: hiếu khí và lọc sinh học để hạ BOD. Biện pháp cơ lý hóa: hạ COD. Lắng keo tụ: giảm hữu cơ ở dạng huyền phù. Lắng hấp phụ, giảm chất ô nhiễm tan trong nước. Công ty lưu ý trong phần xử lý sinh học cần điều chỉnh tỉ số BOD/N/P từ nhận xét sau: Tỉ lệ COD/BOD = 3 lần Tỉ lệ BOD/N = 1,33Đạm cao (để vi sinh phát triển tốt, tỉ lệ này là 100:5=20) Tỉ lệ BOD/P = 68,18thiếu P (để vi sinh phát triển tốt, tỉ lệ này là 100:1=100) N/P = 51,7 N cao gấp 10 lần nhu cầu để vi sinh vật phát triển tốt (5:1) Bảng 6: Kết quả sau 7 ngày xử lý Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Tiêu chuẩn A Tiêu chuẩn B COD mg/l 136,4 50 100 BOD5 mg/l 8,80 20 50 SS mg/l 7,00 50 100 Tổng N mg/l 109,03 30 60 Tổng P mg/l 0,13 4 6 Coliform MPN/100ml 4,8.103 5.103 10.103 Nhận xét: Các chỉ tiêu BOD, SS, tổng P, tổng N, coliform đều đạt, nhưng chỉ tiêu COD và N còn hơi cao chưa đạt tieu chuẩn loại B (do chất hữu cơ có đạm tiếp tục phân hủy). Nước rác ASC protect + phụ gia cân bằng pH, tỉ số BOD/N/P Xử lý hiếu khí( sục khí) Lọc Keo tụ Lọc Nước sạch Sông rạch Chất keo tụ và trợ lắng Hình 3: Sơ đồ qui trình công nghệ của Công Ty An Sinh Phương án của công ty TNHH Đức Lâm Công ty TNNH Đức Lâm đã tiến hành đợt xử lý thực tế tại hồ số 6 (bãi rác Đông Thạnh) từ ngày 19/6/2000 đến ngày 2/7/2000. Phương pháp chủ yếu của công ty là hóa học và cơ học. Trong hồ xử lý hiếu khí (sục khí) và hồ keo tụ có rất nhiều rác, trước khi xử lý, họ phải dùng ghe vớt rác trong 2 ngày với khối lượng khoảng 5-6 tấn. Hóa chất xử lý được pha với nước thành dung dịch lỏng và bơm xịt xuống hồ. Công ty dùng ghe máy và ghe chèo bằng tay để pha trộn hóa chất với nước hồ trong một thời gian nhất định. Sau khi được xử lý nước tại hai hồ xử lý hiếu khí (sục khí) và hồ keo tụ thì mùi hôi giảm dần, lượng ruồi muỗi cũng giảm rõ rệt. Kết quả kiểm nghiệm các chỉ tiêu như sau: SS= 83mg/l, COD=132mg/l, BOD5=60mg/l. Như vậy ngoại trừ SS đạt tiêu chuẩn loại B, BOD5, COD còn cao hơn tiêu chuẩn loại B khoảng 20-30%. Phương án của Liên Hiệp Khoa Học Sản Xuất Công Nghiệp Đây là công trình kết hợp giữa UBC và Trung Tâm Tư Vấn Công Nghệ Và Môi Trường thực hiện, xử lý nước thải từ bãi rác Đông Thạnh bằng công nghệ sinh học lên men khị khí và sử dụng chế phẩm EM. Nguyên lý sơ lược: nước thải chứa tạm trong hồ lắng trung gian để tách phần rắn, sau đó được bơm (có đo và điều chỉnh tốc độ ) vào 3 túi biogas. Thời gian lên men kị khí là 15 ngày. Khí thoát ra qua nắp túi tập trung trong túi chứa khí (khoảng 20m3). Tốc độ xử lý 200m3/ngày. Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn được chảy tràn vào sông, rạch hay vùng cây nông nghiệp, một phần được bơm cùng với các hệ thống đo và điều chỉnh bơm hoàn lưu để sử dụng lại EM ban đầu. Bằng cách này, chúng ta có thể chỉ sử dụng EM một lần ban đầu. Phương án của Liên Hiệp Khoa Học Sản Xuất Công Nghiệp đưa ra như trên vẫn còn trong giai đoạn nghiên cứu chưa được ứng dụng thực nghiệm. Một số công nghệ xử lý nước rỉ rác Chúng ta biết rằng, tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian vì thế dây chuyền công nghệ xử lý sẽ cần bổ sung khi bãi rác càng lâu năm. Do đó đòi hỏi cần có một hệ thống xử lý phải làm sao vừa đáp ứng được tình trạng hiện tại, vừa có thể điều chỉnh, bổ sung thêm thời gian cho phù hợp với sự thay đổi tính chất nước rác. Người thiết kế phải xem xét nhiều yếu tố tổng thể, liên quan đến vận hành, hiệu của từng giai đoạn xử lý trên dây chuyền công nghệ nhằm tránh những hạn chế về mặt môi trường của nguồn nước sau khi xử lý. Sau đây là một số công nghệ xử lý nước rỉ rác tiêu biểu: Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác Gò Cát Các tác giả Nguyễn Văn Phước, Đặng Viết Hùng và Võ Chí Cường – Khoa Môi Trường- Đại Học Bách Khoa TP. HCM sử dụng phương pháp sinh học kết hợp với hóa học theo sơ đồ sau: Nước rỉ rác pha loãng UASB Oxy hóa lần 1 Aerotank Oxy hóa lần 2 Nước sau xử lý Hình 4: Xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp sinh học kết hợp với hóa học Do tính chất nước rỉ rác mới tại bãi rác Gò Cát có COD và BOD cao nên các tác giả chọn mô hình UASB với ưu điểm như tải trọng hữu cơ cao, bùn lắng tốt, khả năng tạo độ đệm cao, UASB có sẵn thiết bị tách rắn, lỏng, khí nên sau bể UASB không cần bể lắng, nước thải có nồng độ thấp cũng có thể sử dụng được, khả năng thích nghi cao, dễ áp dụng và vận hành đơn giản. Kết quả thí nghiệm cho thấy quá trình xử lý chất hữu cơ trong mô hình UASB sau 4 lần tăng tải trọng (thời gian lưu 4,5 giờ) COD giảm 81- 86%. Nước qua UASB có COD từ 825 – 987 mg/l tiến hành oxy hóa lần 1 bằng H2O2, xúc tác Fe2+, Mn2+. Theo liều lượng thích hợp: FeSO4.7H2O =1500 mg/l, H2O2 30% = 1% thể tích, MnSO4 =50mg/l cho thấy COD giảm từ 825 -987 mg/l xuống 230 -250 tức 72- 75%. Từ đây nước thải được đưa qua hệ thống Aerotank thì COD giảm còn 130- 140 mg/l và tiếp tục oxy hóa lần thứ hai, nước thải ra khỏi hệ thống có COD đạt tiêu chuẩn loại B. Theo công nghệ đề xuất trên có thể xử lý COD từ nước rỉ rác Gò Cát tuy nhiên cần kiểm chứng lại trên mô hình pilot. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp kỵ khí và hiếu khí Tác giả Vũ Bá Hải ( Cao học khóa 12) đề xuất công nghệ xử lý như hình dưới đây: Lắng Bùn dư NaOH Hồ điều hòa UASB Bể sinh học hiếu khí Lắng Bể phản ứng Fenton Nước vào Tuần hoàn bùn Bùn dư khí FeSO4 H2O2 polymer Hình 5: Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp kị khí và hiếu khí Nước rỉ rác từ bãi chôn lấp được bơm vào bể đều hòa có lấp đặt giàn ống thổi khí để khuấy trộn đều và giảm một phần BOD đồng thời bổ xung thêm chất dinh dưỡng ( H3PO4) trước khi bơm vào công trình xử lý sinh học khị khí để phân hủy các chất hữu cơ. Từ bể điều hòa nước được bơm liên tục vào bể UASB để xự lý khị khí, tại đây các chất hữu cơ được hấp thụ và chuyển hóa thành CH4 và CO2 và sinh khối mới. Nước sau xử lý khị khí tiếp tục theo công đoạn hiếu khí, bùn hoạt tính hiếu khí hấp thụ và phân giải các chất hữu cơ tạo sinh khối mới dưới dạng bông bùn và được giữ lại bể lắng. Để tăng hiệu quả khử các chất hữu cơ, một phần bùn tại bể lắng sẽ được tuần hoàn trở lại, bùn dư được bơm vào bể nén bùn. Nước sau xử lý hiếu khí tiếp tục công đoạn xử lý hóa học bằng phương pháp fenton. Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Hà Lan đối với bãi bác Gò Cát- công nghệ Vermeer H2SO4 UASB Anoxic 1 Aerobic 1 Anoxic 2 Aerobic 2 Lắng Lọc cát Bể keo tụ kết hợp lắng Tuần hoàn bùn Bùn dư Tuần hoàn dòng nitrat khí khí FeSO4 polymer Na2CO3 Nước vào Khử cứng xả Hình 6: Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác Gò Cát của Hà Lan Đây là công nghệ hoàn chỉnh bao gồm khử cứng, COD, BOD, Nitơ, khử màu và cặn. Nước rỉ rác sau khi khử cứng, đi vào bể UASB để khử phần lớn COD, BOD, sau đó nước rỉ rác qua cụm bể Anoxic 1 để thực hiện quá trình khử tiếp COD và BOD còn lại sau khi ra khỏi bể UASB, nitrat hóa (ở Aerobic 1) và khử nitrat kết hợp (ở Anoxic 1). Bể Anoxic 2 là giai đoạn khử nitrat bổ sung, sử dụng nitrate bổ sung ở bể Aerobic 1. Nguồn carbon mà vi khuẩn khử nitrate sử dụng chính là nguồn carbon từ quá trình phân hủy nội bào của bùn. Giai đoạn Aerobic 2 nhằm tách khí nito từ bể Anoxic 2. Bùn lắng ở bể lắng được tuần hoàn về bể Anoxic 1. Nước rỉ rác được khử COD, BOD và nitơ tiếp tục khử màu đồng thời giảm COD ở bể keo tụ- tạo bông kết hợp lắng. Bông lặng nhỏ khó lắng sẽ được giữ lại ở bể lọc cát. Dung dịch H2SO4 được châm vào để đưa về pH thích hợp cho quá trình keo tụ. Chất keo tụ ở đây được sử dụng là FeCl3 và chất trợ keo tụ polymer. Trước khi lọc cát pH được đua len giá trị trung hòa bằng dung dịch Na2CO3. Kết quả xử lý nước Gò Cát của Vermeer Thông số Đơn vị Đầu vào Đầu ra COD mg/l 17500 420 BOD mg/l 9700 35 pH 7,2 8,5 Nhìn vào kết quả cho thấy BOD đạt yêu cầu nhưng COD còn cao. Chính vì vậy cần có biện pháp khắc phục. Bể UASB thật sự làm việc chưa hiệu quả, hệ thống có sử dụng cột khử cứng nhưng hiệu quả chưa cao, thiết bị dễ bị tắt nghẽn do đóng cặn làm cho hệ thống xử lý phải ngừng hoạt động. Để giải quyết vấn đề này, nước rỉ rác phải được pha loãng sau đó mới đưa vào hệ thống xử lý để đảm bảo nước thải ra đạt tiêu chuẩn loại B. Từ trên có thể thấy được hệ thống xử lý còn tồn động những vấn đề sau: Công nghệ xử lý chưa thật sự phù hợp, khi nước rỉ rác có nồng độ cao thì không có khả năng xử lý và các chất ô nhiễm được giữ lại trong cột lọc và tuần hoàn lại bãi chôn lấp chưa được xử lý, mặc dù các chất ô nhiễm này cũng giảm một phần do các phản ứng sinh hóa. Thiết bị dễ tắt nghẽn, cột khử cứng không loại bỏ được hàm lượng Canxi cao, bể UASB hoạt động chưa hiệu quả, các cột lọc bị tắt nghẽn khi hoạt động Chi phí vận hành bảo trì cao, thiết bị nhập ngoại giá cao, điện năng tiêu thụ lớn, vận hành khó khăn và cần hướng dẫn của chuyên gia nước ngoài. Do đó cần tìm ra công nghệ thích hợp để xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Gò Cát nói riêng và cho các bãi chôn lấp khác chuẩn bị xây dựng tại Việt Nam. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng thiết bị UASB Với nhiều điểm vượt trội so với công nghệ sinh học hiếu khí, nhiều thiết bị xử lý nước thải với hàm lượng chất hữu cơ cao theo công nghệ kỵ khí đã được áp dụng, trong đó thiết bị UASB đã được ứng dụng rất thành công trên thực tế. Trung tâm CENTEMA- Đại Học Văn Lang- TP.HCM và Trung Tâm CERECE - Viện Cơ Học- Hà Nội đã lựa chọn phương pháp sinh học kỵ khí UASB để nghiên cứu nước rỉ rác từ bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt. Nước rỉ rác được xử dụng trong thí nghiệm này là nước rỉ rác tại bãi rác Đông Thạnh. Nước thỉa trong thí nghiệm của CERECE lấy từ bãi chôn lấp Tây Mỗ, Nam sơn Sóc Sơn- Hà Nội. Kết quả của nghiên cứu gồm 2 điểm chính sau: Điểm 1: khả năng xử lý chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp sinh học kị khí UASB: Kết quả thí nghiệm khẳng định khả năng áp dụng quá trình UASB để xử lý nước rỉ rác, ngay cả với nồng độ COD ban đầu cao (11000 mg/l). Tuy nhiên kết quả này chỉ thành công đối với nước rò rỉ lấy từ những hố chôn lấp đang hoạt động hoặc mới đóng cửa. Kết quả thí nghiệm do trung tâm CERECE thực hiện đối với nước rỉ rác lấy từ những hố chôn lấp đang hoạt động cũng cho thấy hiệu quả xử lý chất hữu cơ của thiết bị UASB đạt hơn 90% ở trạng thái ổn định, nồng độ COD giảm từ 5000 mg/l xuống còn 400mg/l. tuy nhiên hiệu quả xử lý nước rỉ rác lấy từ hố chôn lấp đã đóng cửa hơn một năm (bãi chôn lấp Tây Mỗ- Hà Nội) rất thấp, chỉ từ 10- 20 %. Mặc dù COD của nước rỉ rác đưa ào mô hình chỉ dao động trong khoảng 1000- 1500 mg/l nhưng nồng độ COD của nước ra khỏi thiết bị UASB vẫn rất cao (900- 1200 mg/l). Điều này chứng tỏ thành phần chất hữu cơ còn lại trong nước rỉ rác ở những hố chôn lấp đã đóng cửa từ lâu là những chất khó phân hủy sinh học và việc áp dụng quá trình UASB đơn lẻ để xử lý loại nước này dường như không khả thi và cần nghiên cứu kỹ hơn. Điểm 2: Ảnh hưởng của nồng độ các chất hòa tan, đặc biệt là nồng độ Ca2+ đến quá trình xử lý kị khí UASB: Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi hiệu quả xử lý ổn định, giá trị tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (TDS) có trong nước rỉ rác trước và sau khi xử lý bằng mô hình UASB hầu như không thay đổi đáng kể. với nồng độ TDS dao động trong khoảng 1,12 - 5,11 g/l, hiệu quả xử lý trong tất cả các trường hợp đều đạt trên 90%. Tuy nhiên với trường hợp TDS tăng lớn hơn và đặc biệt hàm lượng Ca2+ trong nước rỉ rác giao động cao khoảng 2.146- 7.493 mg/l hiệu quả xử lý chất hữu cơ giảm rất lớn từ 79% xuống còn chỉ có 6 % và có thới điểm hệ thống hoàn toàn không xử lý được và bị tê liệt trong một thời gian ngắn.  Phân tích, đánh giá các công nghệ xử lý Như đã trình bày ở phần trên về một số công nghệ xử lý nước rỉ rác từ một số bãi rác như Đông Thạnh, Gò Cát có thể thấy rằng rất nhiều công nghệ xử lý nước rỉ rác với việc ứng dụng các phương pháp khác nhau như sinh học, hóa học, hóa lýTuy nhiên trước khi lựa chọn một công nghệ phù hợp cần phân tích, đánh giá một số phương pháp chính được sử dụng trong các công nghệ nêu trên: Phương pháp hóa học: Một số công trình đã công bố cho thấy hiệu quả xử lý COD bằng các chất oxy hóa mạnh khá cao, chất oxy hóa xử dụng là H2O2, Cl2, KMnO4Tuy nhiên, nếu chỉ dùng phương pháp oxy hóa đơn độc thì nước sau xử lý cũng vẫn không đạt yêu cầu xả thải và chi phí hóa chất xử lý rất tốn kém, không hiệu quả kinh tế cao, để có thể áp dụng một cách có hiệu quả, cần phải áp dụng lượng hóa chất phù hợp hay tìm kiếm một hóa chất có hiệu quả xử lý cao, không đắt tiền để giảm bớt lượng hóa chất sử dụng đắt tiền như H2O2, KMnO4 Phương pháp hóa lý: việc áp dụng phương pháp xử lý nước rỉ rác bằng hóa lý như dùng chất keo tụ là phèn nhôm hoặc phèn sắt kết hợp với vôi. Kết quả thu được nước trong nhưng các chỉ tiêu ô nhiễm giảm không đáng kể. Phương pháp sinh học: Một số công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác từ các bãi rác bằng phương pháp sinh học kị khí như công nghệ UASB đã được tiến hành và kết quả cho thấy hiệu quả xử lý rất cao. Tuy nhiên sau một thời gian hoạt động không lâu thì thấy xuất hiện hiện tượng vôi hóa trong thiết bị UASB, tạo thành những mảng kết tủa lớn, làm tắt nghẽn thiết bị, làm hiệu quả phân hủy hữu cơ trầm trọng, hiệu quả xử lý rất thấp. Đó là do trong nước rỉ rác chứa một hàm lượng Canxi hòa tan rất lớn, nó xuất hiện ở dạng kết tủa muối Canxi trong thiết bị UASB, là nguyên nhân làm cho thiết bị tắt nghẽn, dẫn đến hiệu quả xử lý nước rỉ rác rất thấp và không đạt tiêu chuẩn. vì thế đối với loại nước rỉ rác này không thích hợp để xử lý sinh học và nếu lựa chọn phương án này thì nguồn nước phải có độ ô nhiễm Canxi thấp hoặc có công trình xử lý chúng trước khi đưa vào xử lý sinh học khị khí. Tóm lại: Hầu hết các phương pháp xử lý nước rỉ rác đều không đạt yêu cầu khi hoạt động độc lập do vậy để hiệu quả xử lý đạt yêu cầu với mức chi phí thấp cần phải kết hợp các phương pháp lại sao cho phù hợp và có thể xử lý từng chỉ tiêu, thành phần sau đó mới đưa qua công trình xử lý tiếp theo. Điều đáng quan tâm là hầu hết trong nước rỉ rác cho thấy đều chứa hàm lượng Canxi rất cao ( > 500 mg/l ), sự hiện diện của thành phần kim loại này đã ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý. Các công nghệ xử lý nước rỉ rác hiện nay đều chưa quan tâm đến xử lý kim loại này, và đây cũng là nội dung chính mà đề tài đề cập đến. Nguồn gốc, độc tính Canxi và các phương pháp xử lý Canxi trong nước rỉ rác hiện nay. Nguồn gốc Canxi trong nước rỉ rác Canxi trong nước rỉ rác có thể phát sinh từ các nguồn gốc khác nhau như: Từ các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên: các hợp chất tự nhiên đều chứa một hàm lượng Canxi nhất định vì đây là một nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của tế bào. Từ một số chất thải đặc thù, chẳng hạn như chất thải ngành xây dựng, thường gọi chung là “xà bần”, vốn chứa nhiều loại vôi vữa, xi măng, thạnh cao, nghĩa là các muối Canxi. Từ một loại đất giàu sét thường được sử dụng để che phủ bề mặt rác sau mỗi đợt chôn lấp. Việc sử dụng vôi để rắc lên trên bề mặt rác sau mỗi đợt chôn lấp nhằm kiểm soát mùi hôi. Trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, giai đoạn axit hóa với các sản phẩm chủ yếu là các axit béo dễ bay hơi( VFAs- volatile fatty acids ), như các axit butyric, propionic, các đồng phân của chúng, và axit acetic, axit formic làm cho nước rỉ rác có pH rất thấp: 3 – 4, với tính hòa tan rất mạnh, làm cho Canxi chuyển từ dạng muối sang dạng hòa tan ở những hàm lượng rất lớn Độc tính Canxi Ion Ca2+ là thành phần khá phổ biến trong môi trường tự nhiên, nó thường tập trung ở dạng muối khoáng carbonate như là caltite và donomit. Bản thân nó là một nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của các vi khuẩn, kể cả hiếu khí và khị khí. Tuy nhiên trong trường hợp nước thải có hàm lượng Canxi cao (từ 250mg/l trở lên), mà tiêu biểu là trong nước rỉ rác, có hiện tượng các muối CaCO3, Ca3(PO4)2 kết tủa. Sự tạo thành kết tủa của các muối canxi, bao gồm carbonate, phosphat hay polyphosphat trong thiết bị kỵ khí cao tốc thường dẫn đến nhiều vấn đề như: Đóng cặn trên thành bể phản ứng và đường ống Làm mất tính đệm của môi trường sinh hóa trong bể kỵ khí Giảm hiệu quả do bùn bị rửa trôi Làm mất hoạt tính metan hóa đặc thù của sinh khối kị khí Mất không gian thiết bị do kết tủa vô cơ chiếm chổ ( Langerak, 1998) Hình 7: Hiện tượng vôi hóa Hình 8: Sự hình thành kết tủa CaCO3 trong thiết bị Ngay với mức hàm lượng Ca2+ trong nước rỉ rác >250 mg/l, quá trình hình thành kết tủa CaCO3 trên bề mặt sinh khối đã có thể quan sát bằng mắt thường. Hiện tượng bùn hạt trong thiết bị UASB ngả sang màu trắng đục, hiệu quả loại COD giảm xuống, và khi hàm lượng Ca2+ trong nước rỉ rác lên đến mức ~ 500 mg/l, sinh khối bị vôi hóa rõ rệt và hiệu quả loại COD trong xử lý kị khí bị suy giảm trầm trọng, chỉ có thể đạt 44%. Với hàm lượng Canxi trên 500mg/l, mặc dù sự có mặt của PO43- có thể tạo thành Ca5(PO4)3OH hoặc CaHPO4, nhờ đó giảm được lượng CaCO3 hình thành, nhưng các muối phosphat canxi cũng nhanh chóng chuyển sang dạng kết tủa, hơn nữa các muối này chiếm dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh dẫn đến suy giảm hiệu quả phân hủy hữu cơ của bùn rất đáng kể và điều này có thể làm hệ thống UASB bị tê liệt trong một thời gian ngắn (Th.s Trần Minh Chí, 2001). Các phương pháp xử lý canxi hiện nay trong nước rỉ rác. Trên thế giới: Đối với nước thải giàu Canxi đã được qua tâm và nghiên cứu xử lý. Đối tượng nước xử lý là nước thải của cơ sở tái chế biến giấy. Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng Thí Nghiệm Khoa Sinh Thái Học Vi Khuẩn Và Kỹ Thuật của Trường Đại Học Ghent ở Bỉ. Nghiên cứu được thực hiện bởi Frederik Hammes và các đồng sự. Phương pháp nghiên cứu này đã thành công trong việc sử dụng Urê để xử lý Caxi trong nước thải. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý Ca2+ bằng Urê trên 90% , ngoài hiệu quả xử lý Canxi cao thì phương pháp còn làm giảm lượng COD khoảng 60%. Tuy nhiên đối với nước rỉ rác thì chưa được ứng dụng nghiên cứu xử lý. Trong nước: Hiện nay, đối với thành phần ô nhiễm này cũng đã được quan tâm đến bởi tác giả Th.S Trần Minh Trí trong Báo Cáo Chuyên Đề Số 2 “ Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Và Khả Năng Kiểm Soát Các Độc Tố Đối Với Quá Trình Phân Hủy Hữu Cơ Như Độc Tính NH3, Độc Tính H2S Và Kết Tủa Muối Ca trong Quá Trình Xử Lý Nước Rỉ Rác Bằng Công Nghệ kỵ Khí UASB” nghiên cứu được thực hiện ở mô hình phòng thí nghiệm và quy mô PiLot. Trong báo cáo chuyên đề nghiên cứu này tác giả đã đặc biệt quan tâm và đưa ra những ảnh hưởng của thành phần ô nhiễm này đến quá trình xử lý nước rỉ rác. Nghiên cứu cho thấy với hàm lượng Ca cao (từ khoảng 250 mg/l trở lên) , có hiện tượng các muối CaCO3 hay (Ca)3(PO4)2 kết tủa. sự hình thành các muối Canxi này đã chiếm dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh, nên đã làm suy giảm hiệu quả phân hủy hữu cơ và điều này đã làm cho thiết bị UASB đã bị tê liệt trong một thời gian. Tuy nhiên chuyên đề cũng chỉ đưa ra các ảnh hưởng của thành phần ô nhiễm này trong nước rỉ rác mà chưa có biện pháp nào để xử lý chúng. Và đây cũng là lý do cho việc thực hiện đề tài này. CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LỰA CHỌN URÊ CHO XỬ LÝ CANXI TRONG NƯỚC RỈ RÁC 3.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN GIỚI THIỆU VỀ URÊ, CƠ CHẾ XỬ LÝ CANXI BẰNG URÊ PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ CANXI BẰNG URÊ 3.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN Phương án lựa chọn Dựa vào các phân tích đánh giá trên, ta thấy cần thiết phải tìm ra một phương pháp xử lý Canxi phù hợp. Và việc sử dụng Urê để xử lý thành phần ô nhiễm này trong nước thải được xem là một phương án mới , có nhiều ưu điểm nỗi trội, bước đầu đã được nghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên đối với nước rỉ rác, đặc biệt là nước rỉ rác ở nước ta nói chung và khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh nói riêng, được xem là nước thải có thành phần ô nhiễm luôn ở mức báo động, tiêu biểu là Canxi, thì nó vẫn chưa được nghiên cứu sử dụng xử lý. Do đó giải pháp sử dụng Urê để xử lý Canxi trong nước rỉ rác là hướng nghiên cứu chính của đề tài này. Việc sử dụng phương pháp này có ý nghĩa như là một bậc xử lý quan trọng, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý tiếp theo, góp phần hoàn thiện hệ thống xử lý nước rỉ rác. Cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý bằng Urê Là hợp chất hữu cơ, có nguồn gốc ổ định, không đắt tiền, không độc hại cho môi trường. Bản thân Urê là một chất dinh dưỡng nên việc sử dụng xử lý không gây phá vỡ môi trường sống của các vi sinh vật trong nước thải như các loại hóa chất khác. Khả năng loại loại bỏ Canxi hòa tan cao và xử lý COD. Môi trường nước sau xử lý thích hợp cho phân hủy sinh học . Cơ chế và khả năng xử lý của hợp chất này đối với nước thải giàu Canxi bước đầu đã được xác định trên thế giới. GIỚI THIỆU VỀ URÊ, CƠ CHẾ XỬ LÝ CANXI BẰNG URÊ Giới thiệu chung Urê được Hilaire Rouelle phát hiện năm 1773. Nó là hợp chất hữu cơ được tổng hợp nhân tạo đầu tiên từ các chất vô cơ, được Friedrich Woehler thực hiện vào năm 1828 bằng cách cho xyanat kali phản ứng với sulfat amôniắc. Điều này đã bác bỏ thuyết cho rằng các chất hóa học trong cơ thể sinh vật về cơ bản là khác hẳn các hóa chất không có gốc sinh vật, và mở đầu cho ngành khoa học về hóa hữu cơ Urê là một hợp chất hữu cơ của cacbon, oxy, nitơ và hydro, với công thức CON2H4 hay (NH2)2CO. Urê còn được biết đến như là cacbamua, đặc biệt là trong tên gọi sử dụng ở châu Âu theo các tên gọi không đăng ký quốc tế được khuyến cáo (rINN). Trong một số động vật, các phân tử urê được tạo ra từ cacbon điôxít, nước, muối aspartat và amôniắc trong quá trình trao đổi chất được biết đến như là chu trình urê- một chu trình đồng hóa. Sự tiêu hao năng lượng này là cần thiết do amôniắc, một chất thải phổ biến trong quá trình trao đổi chất, là một chất độc và cần được trung hòa. Việc sản xuất urê diễn ra trong gan và dưới sự điều chỉnh của N-axetylglutamat. Công thức phân tử (NH2)2CO Phân tử gam 60 g/mol Biểu hiện Chất rắn không mùi màu trắng Công thức cấu tạo Cấu tạo 3D: Nhiệt độ (oC) 20 40 60 80 100 Độ hòa tan (g/100ml) 108 167 251 400 733 Hằng số axit pKa= 0.18 Hằng số bazơ pKb= 13.82 Khối lượng mol phân tử: 60.07 g/mol Khối lượng riêng: 1.33·10³ kg/m³ Vai trò và ứng dụng của Urê Sử dụng trong công nghiệp Trong công nghiệp urê được sử dụng để: Nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa urê-formalđêhít. Như là một thành phần của phân hóa học và chất bổ sung vào thức ăn cho động vật, nó cung cấp một nguồn đạm cố định tương đối rẻ tiền để giúp cho sự tăng trưởng. Như là chất thay thế cho muối (NaCl) trong việc loại bỏ băng hay sương muối của lòng đường hay đường băng sân bay. Nó không gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại như muối. Như là một thành phần bổ sung trong thuốc lá, nó được thêm vào để tăng hương vị. Đôi khi được sử dụng như là chất tạo màu nâu vàng trong các xí nghiệp sản xuất bánh quy. Như là một thành phần của một số dầu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dầu tắm và nước thơm. Nó cũng được sử dụng như là chất phản ứng trong một số gạc lạnh sử dụng để sơ cứu, do phản ứng thu nhiệt tạo ra khi trộn nó với nước. Thành phần hoạt hóa để xử lý khói thải từ động cơ diesel (AdBlue). Trong phòng thí nghiệm Urê là một chất biến tính prôtêin mạnh. Thuộc tính này có thể khai thác để làm tăng độ hòa tan của một số prôtêin. Vì tính chất này, nó được sử dụng trong các dung dịch đặc tới 10M. Sử dụng trong y học Làm thuốc Urê được sử dụng trong các sản phẩm da liễu cục bộ để giúp cho quá trình tái hiđrat hóa của da. Chuẩn đoán sinh lý học Do urê được sản xuất và bài tiết khỏi cơ thể với một tốc độ gần như không đổi, nồng độ urê cao trong máu chỉ ra vấn đề với sự bài tiết nó hoặc trong một số trường hợp nào đó là sự sản xuất quá nhiều urê trong cơ thể. Nguyên nhân phổ biến của bệnh urêmia là các vấn đề về hệ tiết niệu. Nó được lấy thông số cùng với creatinin để chỉ ra các vần đề trực tiếp liên quan tới thận (ví dụ: hư thận mãn tính) hay các vấn đề thứ cấp như chứng giảm hoạt động tuyến giáp. Nồng độ urê cũng có thể tăng trong một số rối loạn máu ác tính (ví dụ bệnh bạch cầu và bệnh Kahler). Nồng độ cao của urê (urêmia) có thể sinh ra các rối loạn thần kinh (bệnh não). Thời gian dài bị uremia có thể làm đổi màu da sang màu xám. Trong chuẩn đoán khác Các loại urê chứa cacbon 14 - đồng vị phóng xạ, hay cacbon 13 - đồng vị ổn định) được sử dụng trong xét nghiệm thở urê, được sử dụng để phát hiện sự tồn tại của Helicobacter pylori (H. pylori, một loại vi khuẩn) trong dạ dày và tá tràng người. Xét nghiệm này phát hiện enzym urease đặc trưng, được H. pylori sản xuất ra theo phản ứng để tạo ra amôniắc từ urê để làm giảm độ pH của môi trường trong dạ dày xung quanh vi khuẩn. Các loài vi khuẩn tương tự như H. pylori cũng có thể được xác định bằng cùng một phương pháp xét nghiệm đối với động vật (khỉ, chó, mèo -bao gồm cả các loại "mèo lớn" như hổ, báo, sư tử v.v). Trong nuôi trồng thủy sản Dùng để gây màu nước, cung cấp dinh dưỡng cho môi trường nước nuôi ao tôm, cá Trong xử lý môi trường Hiện nay trong nhiều lĩnh vực cuộc sống thì Urê có những vai trò rất quan trọng. Tuy nhiên trong xử lý môi trường đặc biệt là xử lý nước thải thì nó vẫn chưa được nghiên cứu sử dụng rộng rãi. Và đây cũng chính là hướng nghiên cứu của đề tài này. Cơ chế xử lý Bản chất của việc loại bỏ ion Ca2+ trong nước rỉ rác là tạo ra các kết tủa ở dạng cacbonate dưới sự có mặt của vi khuẩn và sự ảnh hưởng của vi sinh vật với sự tích tụ muối khoáng. Cơ chế của kết tuả muối vi sinh carbonate ( MCP) đã được mô tả như khả năng kiềm hóa của các vi sinh vật ( sự tăng pH, và hòa tan hợp chất carbon vô cơ ( DIC)) đối với môi trường nào đó thông qua rất nhiều hoạt động sinh lý học. Kỹ thuật mô tả tốt nhất là tủy phân enzim của Urê tạo ra NH3 và CO2 sau đó sẽ phản ứng xa hơn đối với cacbonate, như vậy đã hình thành điệu kiện thích hợp cho việc tích tụ CaCO3. Cơ chế của quá trình thông qua các phản ứng sau ( theo nghiên cứu của Frederik Hammes, Ars"ene Seka, Stefaan de Knijf, Willy Verstraete, năm 2002) H2NCONH22NH3 + CO2 2NH3 + CO2 + H2O 2NH4+ + CO32- ( kev=70,8) Ca2+ + CO32- CaCO3 ↓ (Ksp = 3,8.10-9) Phương án xử lý Canxi bằng Urê Phương pháp xử dụng urê xử lý Canxi trong nước rỉ rác có thể xem là hướng xử lý có tiềm năng. Đó là do ngoài hiệu quả xử lý Canxi cao mà phương pháp còn có ý nghĩa trong việc loại bỏ một hàm lượng COD rất đáng kể. Đây là điều có ý nghĩa quan trọng trong việc đưa ra một phương án xử lý thích hợp cho loại nước thải này. Mặt khác bên cạnh khả năng ưu việc của nó thì Urê là hợp chất có nguồn cung cấp ổn định, an toàn trong khi xử dụng và không gây ô nhiễm cho môi trường. CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM. ĐỐI TƯỢNG LẤY MẪU 4.3 GIỚI THIỆU THỰC NGHIỆM 4.4 MỤC ĐÍCH THỰC NGHIỆM 4.5 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM  PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM Trong nghiên cứu này quá trình thực nghiệm chủ yếu là tạo điều kiện thuận lợi cho sự thủy phân enzim của Urê xảy ra. Urê sử dụng ở dạng rắn, cho nên cần làm cho chúng hòa tan trong môi trường nước để cho phản ứng xảy ra nhanh hơn. Vì thế, quá trình trộn bằng cánh khuấy được áp dụng trong thực nghiệm này. Quá trình khuấy trộn diễn ra trong môi trường nhiệt độ bình thường từ 25 – 28o. Mô hình vận hành phải đơn giản, đảm bảo thành phần Urê được hòa tan trong môi trường nước rỉ rác. Trên cơ sở tổng hợp tài liệu, phân tích và tham khảo ý kiến của chuyên gia đã chọn mô hình thí nghiệm bằng hai chậu làm bằng nhựa dẻo, và phía trên có gắn môtơ khuấy. Trong đó một chậu có cho Urê xử lý, còn chậu còn lại làm đối chứng. Mô hình có những thông số sau: Hai chậu đựng nước thải bằng nhựa dẻo có đường kính : D = 20 cm, d = 12cm. Chiều cao: h = 15 cm Hai môtơ có gắn cánh khuấy, số vòng quay của cánh khuấy: N=100 vòng/phút Phân tích Ca2+, COD urê Họp đựng môtơ khuấy Hình 9: Mô hình thực nghiệm Hình 10: Mô hình xử lý thực tếThiết bị phụ trợ và hóa chất sử dụng trong suốt quá trình thực nghiệm: Thiết bị đo pH Cân phân tích Máy lắc Máy nung COD Máy BOD Dung dịch EDTA Chỉ thị murexin Dung dịch NaOH 1N Axit H2SO4 98% Dung dịch K2C2O7 Chỉ thị ferolin ĐỐI TƯỢNG LẤY MẪU Cơ sở lựa chọn địa điểm lấy mẫu. Theo các kết quả nghiên cứu phân tích của các chuyên gia trong nước cũng như ngoài nước cho thấy thành phần ô nhiễm Canxi trong nước rỉ rác phụ thuộc vào loại bãi rác già hay trẻ, tình trạng hoạt động của bãi rác, thành phần rác thải ở mỗi bãi rác và theo thời tiết mùa khô hay mùa mưa . Các kết quả cho thấy đối với nước rỉ rác ở các bãi rác mới thì nồng độ Canxi tương đối cao hơn rất nhiều đối với các bãi rác cũ lâu năm . Đặc biệt hiện nay ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh vấn đề môi trường về rác thải đang rất được quan tâm. Nhiều bãi rác đã ngưng hoạt động vì quá tải. Tình trạng mùi hôi, nước rỉ ra từ bãi rác nằm gần khu vực dân cư đã gây ảnh hưởng đến sức khỏe, đời sống người dân. Mà tiêu biểu gần đây nhất là bãi rác Đông Thạnh Thành Phố Hồ Chí Minh. Tuy bãi rác này đã ngưng hoạt động nhưng hàng ngày vẫn nhận một lượng rác lớn các loại xà bần từ xây dựng. Và đây cũng là mối quan tâm của đề tài này khi chọn lựa đối tượng lấy mẫu nơi đây. Lấy mẫu: Nước rỉ rác được lấy vào lúc thời tiết là trời mưa. Và nước được lấy từ mương tập trung nước rỉ rác của bãi rác Đông Thạnh, nước được chứa trong các thùng chứa và đem để trong tủ lạnh với nhiệt độ dưới 5oC. Việc giữ nước thải trong tủ lạnh nhằm tránh cho nước rỉ rác không bị phân hủy, giữ nguyên thành phần trong suốt quá trình thí nghiệm. GIỚI THIỆU THỰC NGHIỆM Thực chất của quá trình thực nghiệm này xác định khả năng xử lý Ca2+ của Urê trong nước rỉ rác. Do đó phần thực nghiệm này sẽ tiến hành nghiên cứu tìm ra các thông số ảnh hưởng đến quá trình xử lý, nhằm đưa ra điều kiện xử lý hiệu quả nhất. MỤC ĐÍCH THỰC NGHIỆM Dựa vào kết quả phân tích thành phần ô nhiễm trong nước rỉ rác của bãi rác Đông Thạnh ( chủ yếu là Ca2+, COD, BOD, SS, pH), ở thực nghiệm này ta tập trung nghiên cứu hiệu quả xử lý Ca2+ của Urê. Trên cơ sở tổng hợp các tài liệu nghiên cứu trước đây. Mục đích của thực nghiệm được cụ thể hóa như sau: Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng Urê đến hiệu quả xử lý, xác định nồng độ thích hợp để xử lý Ca Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến hiệu quả xử lý Ca trong nước rỉ rác. Thí nghiệm 3: Đánh giá ảnh hưởng của hai yếu tố nồng độ Urê và thời gian xử lý đến hiệu quả xử lý Ca. NỘI DUNG THỰC NGHIỆM Thí nghiệm 1: Đánh giá khả năng xử lý Ca của Urê và ảnh hưởng của liều lượng Urê đến hiệu quả xử lý. Mục đích thí nghiệm: Xác định khả năng xử lý của Urê đối với Ca2+ trong nước rỉ rác, tìm ra nồng độ Urê thích hợp để xử lý. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm: Vật liệu: Nước rỉ rác lấy từ mương bãi rác Đông Thạnh thành phố Hồ Chí Minh có chứa một số thành phần ô nhiễm điển hình được trình bày trong bảng 7 Bảng 7: Thành phần ô nhiễm Ca trong nước rỉ rác bãi rác Đông Thạnh cùng một số thành phần ô nhiễm khác. Chỉ tiêu Đơn vị Số mẫu kiểm tra Kết quả trung bình pH 1 7,3 SS mg/l 3 320 COD mg/l 3 2265 Ca2+ mg/l 3 1302 BOD mg/l 3 535 Độ cứng mg/l 3 2200 Chú thích: Vì mục đích của nghiên cứu là xử lý thành phần ô nhiễm Ca2+ nên bảng 7 chỉ đưa ra một số chỉ tiêu cụ thể có liên quan đến nghiên cứu. Phương pháp thí nghiệm Thí nghiệm tiến hành thực hiện trên cơ sở có đối chứng: Nghiệm thức thí nghiệm: nước rỉ rác được xử lý bằng Urê với các nồng độ khác nhau Nghiệm thức đối chứng: nước rỉ rác không được xử lý bằng Urê Phương pháp phân tích Phân tích thành phần Ca trong nước rỉ rác: Nguyên tắc: Vì thành phần Ca trong nước rỉ rác rất cao nên dùng phương pháp chuẩn độ bằng dung dịch EDTA có chỉ thị murexide. Mẫu nước rỉ rác sau khi đem về phòng thí nghiệm từ bãi rác Đông Thạnh được đem bỏ vào tủ lạnh để tránh sự thay đổi thành phần tính chất của mẫu. Tiến hành thí nghiệm: Lấy 8 bình tam giác 250 ml cho vào mỗi bình 100 ml nước thải Cho vào mỗi bình với các nồng độ Urê như sau: 0; 0,1; 0,5; 1; 2; 4; 8; 16g/l. Lần lượt đem các bình tam giác cho vào máy lắc với tốc độ là 100 vòng /phút ở nhiệt độ bình thường và để trong 5 ngày. Sau 5 ngày ta thấy nước thải lúc này trong các bình được chia ra làm hai phần rõ rệt, phần bùn cặn đã lắng xuống đáy còn phần ở trên là lớp nước trong. Ta lấy phần nước trong đem đi phân tích Caxi bằng phương pháp chuẩn độ bằng EDTA có chỉ thị murexide. Kết quả được thể hiện dưới bảng 8 sau: Bảng 8: Kết quả phân tích Ca2+ sau 5 ngày. STT Nồng độ Urê Đơn vị Số mẫu phân tích Kết quả trung bình Ca2+ pH M1 0,0 mg/l 3 1289,00 7,43 M2 0,1 mg/l 3 1103,00 7,45 M3 0,5 mg/l 3 501,24 7,67 M4 1,0 mg/l 3 110,00 7,74 M5 2,0 mg/l 3 100,72 7,81 M6 4,0 mg/l 3 80,21 7,89 M7 8,0 mg/l 3 80,00 8,23 M8 16,0 mg/l 3 56,00 8,87 Hình 11: Hiệu quả xử lý Canxi bằng Urê sau 5 ngày Bảng 9: Hiệu quả xử lý Ca2+ sau 5 ngày STT Ca2+ đầu vào Ca2+ đầu ra Đơn vị Hiệu suất M1 1302 1289,00 mg/l 0,01% M2 1302 1103,00 mg/l 0,15% M3 1302 501,24 mg/l 0,62% M4 1302 112,00 mg/l 91,3% M5 1302 100,72 mg/l 92,2% M6 1302 80,21 mg/l 93,8% M7 1302 80,00 mg/l 93,8% M8 1302 56,00 mg/l 95,6% Thảo luận kết quả thí nghiệm 1 Từ kết quả từ bảng 9 và hình 11 so với kết quả phân tích mẫu nước đầu vào ta thấy hiệu quả xử lý Canxi bằng Urê đã có những kết quả rõ rệt. Hiệu quả xử lý Ca bằng Urê đều có kết quả cao so với mẫu đối chứng không dùng Urê để xử lý. Dựa vào biểu đồ trên ta thấy hiệu quả xử lý Ca2+ bằng Urê thể hiện rõ ở nồng độ từ 0,5 trở về sau. Ở nồng độ Urê 1g/l hiệu quả xử lý đạt 91,3% sau 5 ngày xử lý. Hiệu quả xử lý từ nồng độ 1 g/l- 16 g/l tăng nhưng không đáng kể. Do đó nồng độ Urê ở 1 g/l là sẽ là đối tượng thí nghiệm sau. Và từ kết quả này ta tiến hành khảo sát tiếp ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến quá trình xử lý (HTR). Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của yếu tố thời gian (HTR) đến hiệu quả xử lý Canxi trong nước rỉ rác. Mục đích thí nghiệm. Ở thí nghiệm này ta sẽ dựa trên kết quả từ thí nghiệm 1 để xác định thời gian lưu thủy lực hợp lý sau khi đã chọn được nồng độ Urê xử lý thích hợp là 1 g/l. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm. Vật liệu : Được lấy giống như ở thí nghiệm 1, mẫu nước thải đem đi phân tích Caxi. Kết quả phân tích Caxi là 1289 mg/l. Phương pháp thí nghiệm: Ở thí nghiệm này ta tìm ra thời gian xử lý hiệu quả nhất ứng với nồng độ Urê 1g/l được xác định ở thí nghiệm 1 bằng cách tiến hành phân tích Ca2+ ở các khoảng thời gian lưu mẫu khác nhau. Và dựa vào các kết quả đó để tìm ra khoảng thời gian xử lý được coi là hợp lý. Tiến hành thí nghiệm. Lấy bình tam giác 250 ml cho vào 100 ml nước rỉ rác, sau đó cân Urê với nồng độ là 1 g/l cho vào đó. Cho mẫu vào máy lắc đều 100 vòng/ phút ở nhiệt độ phòng và tiến hành phân tích Canxi ở các khoảng thời gian là 0; 6; 12; 24; 48; 68; 88h. Kết quả phân tích Ca và pH ở các khoảng thời gian khác nhau được trình bày ở bảng 10 sau đây: Bảng 10: Hiệu quả xử lý Canxi bằng Urê ở thời gian khác nhau Thời gian (h) 0 6 12 24 48 68 88 Ca2+(mg/l) 1289,00 1120,51 801,71 502,24 192,56 150,28 124,24 Hiệu quả xử lý (%) 0 13,07 37,80 61,03 85,06 88,34 90,36 pH 7,34 7,37 7,48 7,51 7,61 7,63 7,72 Hình 12: Hiệu quả xử lý Canxi theo thời gian Hình 13: Sự biến thiên của pH theo thời gian xử lý  Thảo luận kết quả thí nghiệm 2 Dựa vào bảng 10 và hai biểu đồ hình 12 và 13 ta thấy hiệu quả xử Ca với nồng độ Urê 1g/l đã có sự thay đổi theo khoảng thời gian khác nhau. Hiệu quả xử lý Ca thấy rõ nhất từ khoảng 12 giờ trở về sau. Ở 24 giờ sau xử lý hiệu quả đạt khoảng 61,03%. Ở thời gian khoảng 48 giờ thì hiệu quả xử lý khá cao khoảng 85,03 %. Từ 48 – 88 giờ hiệu quả xử lý có tăng nhưng rất nhỏ, từ 85,03 – 90,36 % . Qua thí nghiệm trên cho thấy thời gian thật sự hiệu quả cao là sau 48 giờ vì ở khoảng thời gian này hiệu quả sử lý rất đáng kể, còn khoảng thời gian về sau hiệu quả cũng có tăng nhưng không rõ rệt . Cũng từ thí nghiệm trên ta thấy pH cũng đã thay đổi tăng lên theo thời gian xử lý, nhưng mức thay đổi không cao. Thí nghiệm 3: Đánh giá ảnh hưởng của hai yếu tố nồng độ Urê và thời gian lưu thủy lực đến hiệu quả xử lý Canxi Mục đích thí nghiệm: Ở thí nghiệm này, ngoài việc tiến hành xác định hiệu quả xử lý Ca thì ta còn xem xét thành phần ô nhiễm đặc trưng COD của nước thải sau khi xử lý, tương ứng với thời gian xử lý và nồng độ Urê thích hợp đã tìm được ở hai thí nghiệm trên. Nhằm xem xét, đánh giá sự ảnh hưởng của phương pháp này đến chất lượng nước xử lý và khả năng áp dụng công trình xử lý sau nó. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm vẫn như ở hai thí nghiệm trên.  Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện trên mô hình gồm hai chậu làm bằng nhựa được mô tả như phần 4.1 được trang bị bằng hai mô tơ có cánh khuấy. Với phương pháp thí nghiệm có đối chứng, mẫu có xử lý bằng Urê và mẫu đối chứng không dùng Urê. Cho nước thải vào hai chậu nhựa, mỗi chậu 1 lít nước rỉ rác. Trong đó một chậu được cho Urê với nồng độ là 1 g/l, mẫu còn lại không cho Urê. Nước thải được khuấy trộn bằng môtơ có cánh khuấy khoảng 15 - 20 phút đảm bảo cho lượng Urê được hòa tan trong nước thải. Sau 48 giờ ta lấy phần nước trong đem phân tích các chỉ tiêu pH, Ca2+, COD, độ cứng tổng. Bảng 11: Thành phần nước thải sau khi xử lý bằng Urê và không dùng Urê Chỉ tiêu Đơn vị Đầu vào Đầu ra Dùng Urê Hiệu suất xử lý % Không dùng Urê Hiệu suất xử lý % pH 7,34 7,60 7,40 Ca2+ mg/l 1289 189,24 85,32 1151,12 10,7 COD mg/l 2265 982 56,64 1946,34 14,06 Độ cứng mg/l 2203 1070 51,42 2002,24 9,11 Hình 14: hiệu quả xử lý Canxi và COD khi dùng Urê với nồng độ 1 g/l ở 48 giờ Hình 15: Hiệu quả xử lý Canxi và COD khi không dùng Urê ở thời gian 48 giờ Thảo luận kết quả thí nghiệm 3 Dựa các thông số có được bằng cách phân tích, đo đạt từ hai mẫu nước ( mẫu có sử dụng Urê và mẫu không dùng Urê ) và thể hiện chúng trên các bảng, biểu đồ so sánh ( bảng 11 và hình 14, 15) với thời gian lưu mẫu là 48 giờ và với nồng độ Urê xử lý là 1 g/l thì thí nghiệm 3 cho ta các kết quả sau: Khi sử dụng Urê sử lý Hiệu quả xử lý Ca2+ cao (từ 1289 mg/l xuống còn 189,24 mg/l, hiệu suất xử lý ≈ 85,32%). Độ cứng giảm 51,42% ( từ 2203 mg/l xuống 1070 mg/l). COD giảm từ 2265 mg/l xuống còn 982 mg/l, hiệu suất xử lý ≈ 56,64%). Khi không sử dụng Urê: Hiệu quả xử lý Ca2+ khoảng 10,7 % ( từ 1289 mg/l xuống còn 1151,12 mg/l). Độ cứng giảm khoảng 9,11 % (từ 2203 mg/l xuống còn 2002,24 mg/l). Hiệu quả xử lý COD đạt khoảng 14,06 % (từ 2265 mg/l xuống còn 1946,34 mg/l). Từ kết quả phân tích của các thí nghiệm tên ta rút ra một số nhận xét như sau: Giữa hai mẫu ( mẫu dùng Urê và mẫu không dùng Urê xử lý ) thì ta thấy việc sử dụng Urê để xử lý mang lại hiệu quả cao hơn không dùng ,hiệu quả xử lý khoảng 85 % với thời gian lưu trong 48 giờ và nồng độ urê xử lý là 1 g/l Mặc khác cho thấy, Không những ngoài khả năng xử lý Ca cao thì phương pháp xử lý này còn làm giảm COD rất đáng kể, hiệu suất xử lý khoảng 56 % .Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tìm ra một phương án công nghệ xử lý thích hợp đối với nước thải này. CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 5.1 NHẬN XÉT KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.2 KHẢ NĂNG ÁP DỤNG XỬ LÝ 5.3 KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT XỬ LÝ 5.1 NHẬN XÉT KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Từ kết quả thực nghiệm cho thấy: Urê có khả năng xử lý Canxi rất cao trong nước rỉ rác mà cụ thể là nước rỉ ra từ bãi rác Đông Thạnh TP. HCM. Kết quả cho thấy hiệu quả của quá trình xử lý Ca2+ phụ thuộc nhiều vào yếu tố nồng độ và thời gian xử lý. Cũng từ kết quả thực nghiệm cho thấy quá trình xử lý nên được tiến hành ở nồng độ Urê là 1 g/l, thời gian xử lý là 48 giờ, với nước thải đầu vào ở pH khoảng 7,34 thì hiệu quả xử lý khoảng 85% (với lượng Ca2+ 1289 mg/l ) Hơn thế nữa, điểm nổi bật của phương pháp lày là ngoài hiệu quả xử lý Ca2+ cao thì hiệu quả xử lý COD rất đáng kể khoảng 56 %. Nguyên nhân quan trọng làm cho COD giảm đi là do trong quá trình sử dụng Urê xử lý Ca đã làm cho nồng độ pH tăng lên, cùng với kết tủa của muối canxi, mà cụ thể là kết tủa CaCO3 đã lôi kéo theo một lượng lớn thành phần ô nhiễm hữu cơ lơ lửng tồn tại trong môi trường nước lắng xuống theo. Kết quả là nước thải sau khi xử lý không những chỉ có nồng độ Ca, mà cả nồng độ COD cũng được giảm hơn rất nhiều so với trước khi xử lý. Thực tế cho thấy, khi áp dụng các phương pháp sinh học xử lý nước rỉ rác thì phương pháp sinh học kị khí thường đạt hiệu quả cao . Tuy nhiên ở mỗi công trình sinh học hiệu quả xử lý COD chỉ đạt khoảng 60 - 70 %. Nguyên nhân là sự vôi hóa trong thiết bị kị khí do sự có mặt của Ca trong nước rỉ rác khá lớn đã làm cho hệ thống hoạt động không hiệu quả. Và những kết quả thực nghiệm ở đề tài này đã giải quyết hơn cả những gì mà mục đích của luận văn đề ra, đó là hiệu quả xử lý COD cao. Nhìn chung, ngoài hiệu quả trong tính năng xử lý Ca và COD thì bản thân Urê là một chất dinh dưỡng cần thiết cho môi trường, nên khi cho vào nước thải xử lý sẽ không gây phá vỡ tính cân bằng sinh học trong nó so với sử dụng các hóa chất xử lý. 5.2 KHẢ NĂNG ÁP DỤNG XỬ LÝ Ngoài việc giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường thì phương án sử dụng Urê để xử lý còn có những đặc điểm sau: Phương pháp xử lý Ca bằng Urê trong nước rỉ rác tương đối đơn giản trong suốt quá trình vận hành. Không đòi hỏi kỹ thuật vận hành phức tạp. Chi phí cho xử lý khi sử dụng Urê không đắt, có nguồn cung cấp ổn định. Về căn bản Urê là một hợp chất hữu cơ, và bản thân nó là một chất dinh dưỡng hữu cơ, nên khi xử dụng không gây hại cho môi trường như các hóa chất độc hại khác. 5.3 KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT XỬ LÝ Do tính chất của đề tài và thời gian có hạn nên thực nghiệm chỉ tập trung nghiên cứu khả năng sử dụng của Urê xử lý Ca đối với đối tượng là nước rỉ rác cũ, chưa tiến hành nghiên cứu xử lý đối với nước rỉ rác mới. Nghiên cứu chưa thực hiện xử lý đối với nước rỉ rác ở các pH khác nhau, mà chỉ tập trung đối với một đối tượng cụ thể. Nên cần có sự nghiên cứu đối với nhiều trường hợp pH khác. Do thời gian, kinh phí và trình độ còn hạn chế nên việc nghiên cứu xử lý Canxi chỉ trong phạm vi là nước rỉ rác. Vì vậy nên cần nghiên cứu áp dụng phương pháp này đối với các loại nước thải giàu Canxi khác. Từ những gì mà kết quả thực nghiệm mang lại ta thấy việc sử dụng Urê xử lý Canxi là phương pháp mới nhưng có hiệu quả cao, nên cần được áp dụng để xử lý rộng rãi, không chỉ ở đối tượng là nước rỉ rác mà nên cần ứng dụng xử lý đối với một số nước thải giàu Canxi khác. Thông qua kết quả thực nghiệm thì phương án công nghệ được đề xuất như sau: Hồ chứa nước thải Nước rỉ rác từ mương UASB Xử lý Canxi dùng Urê Aerotank Lắng Khử trùng Nước loại B Bể chứa bùn Bùn tuần hoàn Bùn dư Bùn thải Lắng Hình 16 : Công nghệ đề xuất Nước rỉ rác từ mương tập trung về hồ chứa tập trung sau đó được dẫn qua công trình xử lý canxi, đồng thời xử lý một phần và độ cứng. Cũng tại đây hàm lượng COD được xử lý khoảng 56 %. Sau công trình xử lý canxi bằng Urê nước rỉ rác được xử lý cả Canxi và một phần lớn COD rất thuận lợi cho xử lý sinh học khị khí và hiếu khí. Nước thải sau khi qua xử lý UASB và Aerotank thì được dẫn qua bể lắng và được khử trùng trước khi thải ra ngoài.