Đề tài Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm sinh học enchoice và sanjiban trong 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 chế phẩm Sanjiban MicroActive-1000 Bioclean 2.3.4.1. Giới thiệu chung Sanjiban là một sản phẩm mới của Trans Asia International- Ấn Độ, có những khả năng xử lý nƣớc rỉ rác. Sanjiban MicroAcitve là một chất kích hoạt lỏng thu nhận từ quá trình lên men phức tạp. Dễ dàng ứng dụng, không có tính độc hại, đảm bảo an toàn và 100% tự nhiên, MicroActive không phải là một chất khử mùi mà là những chất chiết xuất hữu cơ đƣợc làm giàu với những enzyme tự nhiên kích hoạt nhanh chóng và tăng sinh khối những vi sinh vật khỏe mạnh có trong hệ thống thải. Vì những vi sinh vật này làm nhiệm vụ phân hủy chất thải, quá trình phân hủy thay đổi từ yếmkhí sang hiếu khí, thì nó nhanh chóng làm giảm mùi hôi. 2.3.4.2. Tính chất hoạt động Phƣơng pháp “chữa trị sinh học” bằng Sanjiban là “tăng cƣờng quá mức” những tổ chức vi sinh hoạt động trong nƣớc thải để phá hủy những chất thải. Sanjiban tạo ra số lƣợng lớn oxy hòa tan tự tái sinh và oxy tự do mà nó ức chế quá trình tạo mùi gây ra do những hoạt động yếmkhí. Nếu dùng đúng, đó là quá trình kiềm hóa mùi tự nhiên, tái tạo và giữ sự cân bằng sinh thái hệ vi sinh vật. MicroActive cũng sẽ kích hoạt và làm tăng số lƣợng khuẩn lạc vi khuẩn đƣợc nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, mà có thể đƣợc tạo ra trong hồ thải để tăng cƣờng sự “chữa trị sinh học”. Sự cần thiết của Sanjiban MicroActive là hoạt động hợp lực của sự gia tăng sinh học tại chỗ và sự xúc tác dựa vào enzyme tự nhiên phá hủy những chất thải hữu cơ có trong nƣớc thải. Sự hợp lực này sẽ tái tạo ra những chất dinh dƣỡng tự nhiên trong nƣớc thải. Sanjiban MicroActive có mục đích chính là đƣa ra dung dịch tự nhiên cho xử lý nƣớc thải để có thể thải ra những hệ thống nƣớc bão hòa oxy, cung cấp sự 22 sống, thích hợp cho trồng trọt và nông nghiệp. 2.3.4.3. Tác dụng Giảm hàm lƣợng BOD và COD. Giảm TSS (tổng chất rắn lơ lửng). Giảm hàm lƣợng FOG (chất dầu mỡ). Tăng hàm lƣợng MLSS (nồng độ bùn hoạt tính). Hạn chế mùi. Làm tăng độ trong của nƣớc. Có thể tái sử dụng nƣớc cho trồng trọt và nông trại. Giảm thời gian lƣu và giá cả cho xử lý nƣớc thải. 2.3.4.4. Các loại sản phẩm dùng trong xử lý nƣớc thải Sanjiban MicroActive – 1000 Bio-clean (làm sạch tự nhiên). Sanjiban MicroActive – 6000 Sewage Bio-digestic Treatment (phân hủy sinh học chất thải). Sanjiban MicroActive - 8000 Chem Bio-Treat (xử lý sinh hóa). 2.3.4.5. Thành phần Bảng 2.4: Thành phần của từng loại chế phẩm MicroActive Thành phần dịch chiết MA 1000 (%) MA 2000 (%) MA 4000 (%) MA 6000 (%) MA 8000 (%) Tảo 46 44 42 40 38 Thảo mộc 40 40 38 36 35 Phân trùn 10 10 12 14 15 Enzyme 2 3 4 6 7 Amino acid 2 3 4 4 5 Nguồn: Trans Asia International, SanjibanMicroactive, India[7] 2.3.4.6. Đặc tính của chế phẩm Ổn định: 9-12 tháng Đặc tính bề ngoài: chất lỏng màu nâu sáng Mùi: mùi đất Trọng lƣợng riêng: 1 23 Hoạt tính : ngay tức khắc Chuỗi pH: 5-9 Nhiệt độ: 5-50oC 24 PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1. Thời gian và địa điểm 3.1.1. Thời gian thực hiện Thời gian bắt đầu ngày 9 tháng 2 năm 2006. Thời gian kết thúc ngày 30 tháng 6 năm 2006. 3.1.2. Địa điểm Phòng thí nghiệm Công Nghệ Xử Lý, khoa Môi Trƣờng, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh. Trung tâm Công Nghệ và Quản lý Môi trƣờng và Tài Nguyên, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh. 3.2. Vật liệu thí nghiệm Các loại chế phẩm sinh học: Enchoice, Sanjiban MicroActive-1000 Bio Clean. Nƣớc rỉ rác lấy từ trạm xử lý bãi chôn lấp rác Phƣớc Hiệp, Củ Chi. Các dụng cụ: Các thùng chứa có dung tích 20 lit. Máy bơm sục khí, loại 60 lit/ phút. Các ống dẫn khí. Các viên đá sủi bọt để sục khí. Các thiết bị phân tích các chỉ tiêu lý hoá: pH kế, tủ sấy, cân điện tử 4 số, bình tam giác, pipet, ống đong, buret. Hóa chất: Các hóa chất dùng trong phân tích các chỉ tiêu theo dõi: COD, BOD của mẫu nƣớc thải: H2SO4, Na2S2O3, AgSO4, K2Cr2O7, FAS… 3.3. Phƣơng pháp thí nghiệm 3.3.1. Bố trí thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm 1 yếu tố đƣợc và 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. 1. Không dùng chế phẩm, có sục khí (ĐC) 25 2. Bổ sung chế phẩm Sanjiban, có sục khí (SAN) 3. Bổ sung chế phẩm Enchoice, có sục khí (ENC) Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Lần lặp lại 1 Lần lặp lại 2 Lần lặp lại 3 3.3.2. Mô tả thí nghiệm Chuẩn bị dụng cụ để chứa nƣớc rỉ rác: các thùng sơn nƣớc có dung tích 20L. Nƣớc rỉ rác lấy về pha loãng với nƣớc máy theo tỉ lệ 1:5, điều chỉnh pH của nƣớc rỉ rác bằng 7.0. Cho nƣớc rỉ rác đƣợc pha loãng vào các thùng chứa và bổ sung chế phẩm, trƣớc khi cho chế phẩm vào thùng xử lý, chế phẩm đƣợc pha loãng với nƣớc máy, pha loãng thành 1 lít dung dịch và trộn đều (theo khuyến cáo của nhà sản xuất chế phẩm), riêng với nghiệm thức đối chứng không cho chế phẩm vào, nên cho 1 lít nƣớc máy. Sau khi bổ sung chế phẩm, ta sử dụng máy sục khí có tốc độ thổi 60 L/phút. Sục khí liên tục, để lắng qua đêm rồi lấy mẫu đi phân tích. 3.3.3. Các yêu cầu trong quá trình chạy mô hình Ngoài các điều kiện cho phép thay đổi, các điều kiện khác phải đảm bảo tính đồng đều ở các nghiệm thức khi chạy mô hình: hàm lƣợng khí sục vào, cùng chịu một điều kiện ngoại cảnh tác động. Theo dõi trong suốt quá trình chạy mô hình. Các mẫu phân tích phải đƣợc bảo quản nếu chƣa phân tích ngay. Các chỉ tiêu theo dõi 3.3.4.1. Đánh giá cảm quan (mùi) Dùng phiếu đánh giá để ghi nhận ý kiến của 18 ngƣời. Cách đánh giá: ngửi trực tiếp vào nƣớc rỉ rác trƣớc và sau khi xử lý. ENC SAN ĐC ĐC ENC SAN SAN ĐC ENC 26 Mỗi ngƣời ngửi tất cả là 3 nghiệm thức, sau đó đánh giá xếp hạng theo mức độ mùi và điền vào phiếu. Ngƣời đánh giá không đƣợc phép trao đổi ý kiến với nhau nhằm đảm bảo tính khách quan. 3.3.4.2. Chỉ tiêu lý – hóa pH: theo dõi cách ngày trong tuần đầu, sau đó theo dõi cách tuần. Phƣơng pháp pH kế. BOD: theo dõi cách ngày trong tuần đầu, sau đó theo dõi cách tuần. Phƣơng pháp so màu. COD: theo dõi cách ngày trong tuần đầu, sau đó theo dõi cách tuần. Phƣơng pháp đun hoàn lƣu kín. Phƣơng pháp phân tích số liệu Xử lý số liệu trên phần mềm Stagraphic 7.0 và trắc nghiệm LSD với P=0,05. Đồ thị đƣợc thiết lập trên phần mềm Microsoft Excel. 3.4. Thử nghiệm trong điều kiện thực tế Công ty Environmental Choices đã tiến hành chƣơng trình thử nghiệm công tác khử mùi hôi, cải thiện COD, BOD nƣớc thải tại nhà máy chế biến mủ ly tâm Phƣớc Hòa – Công ty cao su Phƣớc Hòa bằng chế phẩm Enchoice trong 28 ngày. Sau xử lý, chƣơng trình đạt đƣợc tiêu chí khử mùi hôi trong nƣớc thải. Đồng thời làm giảm COD, BOD trong mẫu nƣớc. Với COD thì giảm khoảng 45,98%; với BOD thì giảm 56,36%. 27 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Đánh giá cảm quan (mùi hôi) Vì các chế phẩm sinh học sử dụng có tác dụng khử mùi, do vậy mùi là một trong những chỉ tiêu để đánh giá ảnh hƣởng của chế phẩm đến nƣớc rỉ rác. Bảng 4.1: Nhận xét về mùi nƣớc rỉ rác sau 3 lần đánh giá Thời gian xử lý (ngày) Nghiệm thức Mức độ mùi Rất nặng Nặng Vừa Nhẹ 0 Đầu vào 6 0 0 0 1 ĐC 2 3 1 0 SAN 0 2 3 1 ENC 0 1 3 2 2 ĐC 0 3 2 1 SAN 0 1 4 1 ENC 0 0 2 4 0 20 40 60 80 100 Đầu vào ĐC SAN ENC Tỉ lệ n hậ n xé t ( % ) Mùi nhẹ Mùi vừa Mùi nặng Mùi rất nặng Đồ thị 4.1: Mức độ mùi của nƣớc rỉ rác sau 1 ngày xử lý 28 0 20 40 60 80 100 Đầu vào ĐC SAN ENC Tỉ lệ n hậ n xé t ( % ) Mùi nhẹ Mùi vừa Mùi nặng Mùi rất nặng Đồ thị 4.2: Mức độ mùi của nƣớc rỉ rác sau 2 ngày xử lý Nhận xét: Trƣớc khi xử lý, nƣớc rỉ rác đầu vào có mùi rất hôi (100% số nhận xét). Ngày thứ 1: hầu hết các nghiệm thức giảm mùi đáng kể, chỉ có nghiệm thức ĐC là còn mùi nặng. Trong đó các nghiệm thức đƣợc bổ sung chế phẩm thì mùi hôi giảm mạnh. Nguyên nhân là do có quá trình sục khí làm tăng khả năng tác động của chế phẩm vào nƣớc rỉ rác. Ngày thứ 2: toàn bộ các nghiệm thức giảm mùi chỉ còn mùi nhẹ và vừa, trừ nghiệm thức ĐC. Việc bổ sung chế phẩm Enchoice và Sanjiban làm tăng khả năng xử lý mùi hôi của nƣớc rỉ rác. Giữa nghiệm thức SAN và ENC không có sự khác biệt về mùi với phƣơng pháp đánh giá cảm quan. Ngày thứ 6: các nghiệm thức không còn mùi hôi nữa. Tóm lại, việc bổ sung chế phẩm Enchoice và Sanjiban đều làm giảm mùi hôi rõ rệt của nƣớc rỉ rác sau 1 – 2 ngày xử lý. Và chế phẩm Enchoice chiếm ƣu thế hơn về khả năng khử mùi so với chế phẩm Sanjiban. 4.2. Chỉ tiêu lý – hóa [5] 4.2.1. pH pH là chỉ số ion H+ có trong nƣớc rỉ rác. 29 Bảng 4.2: pH trung bình của các nghiệm thức sau 3 lần đo Thời gian (ngày) Nghiệm thức ĐC SAN ENC 0 7,00 7,00 7,00 2 6,90 6,87 6,86 4 7,00 6,82 6,80 10 6,95 6,85 6,81 16 6,90 6,73 6,65 22 6,80 6,53 6,65 30 6,50 6,20 6,60 5.5 5.9 6.3 6.7 7.1 7.5 0 7 14 21 28 ĐC SAN ENC Đồ thị 4.3: pH trung bình của các nghiệm thức theo thời gian Theo Đồ thị 4.3, ta thấy pH trung bình ở các nghiệm thức dao động trong khoảng 6,0 – 7,0 (trung tính). Đây là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí phát triển. Bắt đầu từ tuần thứ 3 có sự giảm pH là do quá trình lên men hiếu khí tạo các acid hữu cơ (acid lactic, acid acetic) và vô cơ (acid sulfic). Theo phân tích thống kê, pH giữa các nghiệm thức có sự khác biệt có ý nghĩa trong suốt quá trình xử lý (P < 0,05). Tóm lại, việc bổ sung các chế phẩm sinh học có làm giảm pH của nƣớc rỉ rác có sự khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng. 30 4.2.2. Nhu cầu oxy hóa học (COD) Bảng 4.3: COD trung bình của các nghiệm thức sau 3 lần đo Thời gian (ngày) Nghiệm thức ĐC SAN ENC 0 1463 1463 1463 2 835 664 630 4 853 681 652 10 842 641 628 16 835 628 604 22 827 625 604 30 818 627 605 % giảm 44 57 59 0 400 800 1200 1600 0 2 4 10 16 22 30 ngày CO D ĐC SAN ENC Đồ thị 4.4: chỉ số COD trung bình của các nghiệm thức Theo Đồ thị 4.4, trong 2 ngày đầu tiên, hàm lƣợng COD giảm nhanh ở các nghiệm thức đặc biệt là các nghiệm thức có bổ sung chế phẩm. Điều này chứng tỏ rằng có sự hoạt động hiệu quả của chế phẩm Enchoice và Sanjiban. Sau 10 ngày xử lý nó bắt đầu giảm nhẹ. Nhƣng nhìn chung không có sự khác biệt giữa nghiệm thức SAN và ENC. Hiệu quả xử lý COD sau 2 ngày là 55% (đối với SAN) và 57% (đối với ENC). Theo thí nghiệm của Huỳnh Thị Mỹ Phi (2005), hiệu quả xử lý COD của nƣớc rỉ rác bãi chôn lấp Gò Cát theo mô hình SBR sau 22 giờ là 68%. Nguyên nhân do thí 31 nghiệm của Huỳnh Thị Mỹ Phi trong quá trình xử lý nƣớc rỉ rác có bổ sung bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính có tác dụng làm tăng khả năng oxy hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nƣớc rỉ rác. Từ ngày 2 trở đi, hàm lƣợng COD dao động không đáng kể theo đồ thị 4.6 43 57 59 0 20 40 60 80 100 Hi ệu q uả x ử lý (% ) ĐC SAN ENC Đồ thị 4.5: Hiệu quả xử lý COD ở các nghiệm thức sau 2 ngày 2 5.6 4 0 20 40 60 80 Hi ệu q uả xử lý (% ) ĐC SAN ENC Đồ thị 4.6: Hiệu quả xử lý COD ở các nghiệm thức từ ngày thứ 2 đến ngày thứ 30 Sau 2 ngày xử lý với các chế phẩm thì hiệu quả xử lý đã giảm tƣơng đối nhiều. Và từ ngày thứ 2 cho đến ngày thứ 30 hiệu quả xử lý COD là không đáng kể (giảm mạnh nhất cũng đạt 3,6%). Do vậy, sau thời gian 2 ngày ta không cần kéo dài thời gian xử lý thêm nữa. Nếu kéo dài thời gian xử lý nữa thì sẽ không phù hợp với điều kiện thực tiễn vì nhƣ vậy sẽ làm tăng thể tích nƣớc thải trong các bể chứa, trong khi các bể chứa nƣớc thải vốn rất hạn chế về thể tích. 32 Theo chƣơng trình thử nghiệm công tác xử lý nƣớc thải tại nhà máy chế biến mủ ly tâm thuộc Công ty cao su Phƣớc Hòa, hiệu quả xử lý COD với Enchoice đạt 54%, thấp hơn so với thí nghiệm của tôi. Nguyên nhân là do lƣợng nƣớc thải rất lớn khoảng 300 m3/ ngày. Lƣợng nƣớc thải lớn nhƣ vậy cũng ảnh hƣởng phần nào đến quá trình xử lý. Tóm lại, hiệu quả xử lý COD (sau 2 ngày) giữa các nghiệm thức trong toàn bộ thí nghiệm có sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê sinh học. Nghiệm thức SAN và ENC có hiệu quả xử lý COD cao nhất, có sự khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức đối chứng (P < 0,05). 4.2.3. Nhu cầu oxy sinh học (BOD) Bảng 4.4: BOD trung bình của các nghiệm thức sau 3 lần đo Thời gian ( ngày) Nghiệm thức ĐC SAN ENC 0 874 874 874 2 737 699 524 4 699 409 350 10 635 312 275 16 648 325 286 22 657 327 294 30 664 349 317 % giảm 24 60 64 0 200 400 600 800 1000 0 2 4 10 16 22 30 ngày BO D ĐC SAN ENC Đồ thị 4.7: Chỉ số BOD trung bình của các nghiệm thức 33 Theo Đồ thị 4.7, ta thấy có sự giảm mạnh hàm lƣợng BOD trong 2 – 4 ngày đầu xử lý nhƣng sau đó hàm lƣợng BOD ổn định, độ biến động không đáng kể. Đồng thời ta cũng thấy đƣợc sự khác biệt giữa nghiệm thức có bổ sung chế phẩm và nghiệm thức không có bổ sung chế phẩm. Trong 10 ngày đầu, hiệu quả xử lý BOD ở nghiệm thức ĐC là 27,35%; ở nghiệm thức SAN là 64,3% còn ở nghiệm thức ENC là 68,54%. Theo thí nghiệm của Huỳnh Thị Mỹ Phi về xử lý nƣớc rỉ rác bãi chôn lấp Gò Cát (2005), thời gian xử lý BOD tối ƣu theo mô hình SBR là 70 giờ với hiệu quả xử lý là 88%. Đây là hiệu quả xử lý cao gấp 1,4 lần so với thí nghiệm của tôi. Trong 1 tuần cuối, hàm lƣợng BOD có sự tăng nhẹ. Điều này chứng tỏ hiệu quả xử lý BOD chỉ đạt hiệu quả trong 2 – 4 ngày đầu. 20 53 59 0 20 40 60 80 100 hi ệu q uả x ử lý (% ) ĐC SAN ENC Đồ thị 4.8: Hiệu quả xử lý BOD ở các nghiệm thức sau 4 ngày Theo Đồ thị 4.8, có sự chênh lệch rất lớn giữa các nghiệm thức có bổ sung chế phẩm và nghiệm thức đối chứng. Hiệu quả xử lý BOD ở nghiệm thức đối chứng chỉ đạt 20% trong khi ở các nghiệm thức có bổ sung chế phẩm thì hiệu quả xử lý đạt 53% (ở nghiệm thức SAN) và 59% (ở nghiệm thức ENC). 5 14 9 0 20 40 60 80 100 ĐC SAN ENC Đồ thị 4.9: Hiệu quả xử lý BOD ở các nghiệm thức từ ngày 4 đến ngày 30 34 Cũng giống nhƣ chỉ tiêu COD, hiệu quả xử lý BOD của các nghiệm thức có bổ sung chế phẩm đạt hiệu quả cao trong 4 ngày đầu tiên. Do vậy ta không cần tiến hành xử lý nƣớc thải đến 30 ngày vì nhƣ đồ thị 4.9 cho ta thấy đƣợc hiệu quả xử lý cao nhất cũng chỉ đạt 9% (ở nghiệm thức SAN). Theo chƣơng trình thử nghiệm công tác xử lý nƣớc thải tại nhà máy chế biến mủ ly tâm, hiệu quả xử lý BOD với Enchoice sau 28 ngày đạt 43,64%. Chỉ số này thấp hơn so với thí nghiệm của tôi. Điều này đƣợc lý giải là do ở nhà máy chế phẩm phải xử lý trên diện rộng, cũng nhƣ lƣợng nƣớc thải cần xử lý là tƣơng đối lớn (hàng trăm m 3). Do vậy, hiệu quả xử lý ở nhà máy là không cao. Theo phân tích thống kê, có sự khác biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức có bổ sung chế phẩm sinh học và nghiệm thức đối chứng, trong khi nghiệm thức SAN và ENC thì không có sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê học. Tóm lại, trong nƣớc thải đầu ra nghiệm thức ENC và SAN có hiệu quả xử lý BOD cao nhất, có sự khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức đối chứng. 35 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận Việc bổ sung 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. 5.2. Kiến nghị Phải có phƣơng pháp đánh giá mùi mang tính định lƣợng hơn so với phƣơng pháp đánh giá qua nhận xét. Cần phân tích sâu hơn về hiệu quả xử lý COD, BOD trong khoảng thời gian 2-4 ngày để thấy đƣợc thời điểm mà các chế phẩm xử lý là tối ƣu. Cần phải phân tích chỉ tiêu vi sinh trong nƣớc rỉ rác. Cần kết hợp với các phƣơng pháp xử lý khác để tăng hiệu quả xử lý nƣớc thải. Dựa trên kết quả thí nghiệm này cần tiến hành những thử nghiệm có quy mô lớn gần giống với thực tế để có những kết quả mang tính ứng dụng hơn. 36 PHẦN 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 1. Công ty Enviromental Choices, Inc., 2005. Giới thiệu tổng quát chế phẩm Enchoice. 2. Công ty Enviromental Choices, Inc., 2005. Thành phần nước rỉ rác của bãi chôn lấp rác Phước Hiệp, Củ Chi. 3. Trần Đức Hạ, 2002. Xử lý nước thải sinh hoạt ở quy mô nhỏ và vừa, NXB. KHKT. 4. Trần Thị Mỹ Hạnh, 2005. Khảo sát ảnh hưởng của một số chế phẩm sinh học lên quá trình ủ phân bò thành phân bón hữu cơ. Khoa Công nghệ sinh học, Đại học Nông Lâm, TP. Hồ Chí Minh. 5. Khoa Công nghệ Môi trƣờng - Trung tâm nghiên cứu Môi trƣờng, Đại học Nông Lâm, Tp. HCM, 2002, Giáo trình thực hành hóa Môi Trường. 6. Huỳnh Thị Mỹ Phi, 2005, Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban Microactive trong xử lý nước rỉ rác dựa trên mô hình Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ. Khoa Công nghệ sinh học, Đại học Nông Lâm, TP. Hồ Chí Minh. TÀI LIỆU TIẾNG NƢỚC NGOÀI 7. Trans Asia International, Sanjiban MicroActive, Bangalore, India. TRANG WEB 8. 9. 10. PHỤ LỤC Phụ lục 1. Kết quả phân tích các chỉ tiêu Phụ lục 1.1. Mùi PHIẾU ĐÁNH GIÁ MÙI Tên: Lớp: Khoa: Ngày ...... tháng….. năm Mùi rất nặng Mùi nặng Mùi vừa Mùi nhẹ NT1 NT2 NT3 25/04/06 Nghiệm thức Mức độ mùi Rất nặng Nặng Vừa Nhẹ ĐC 2 2 3 2 3 3 1 1 1 0 0 0 SAN 0 0 0 2 3 1 3 3 3 1 1 1 ENC 0 0 0 1 0 1 4 2 3 2 2 2 Thời gian Nghiệm thức Mức độ mùi Rất nặng Nặng Vừa Nhẹ 24/04/06 Đầu vào 18 0 0 0 Phụ lục 1.2. pH NT Thời gian xử lý (ngày) 0 2 4 10 16 22 30 ĐC 7,00 7,01 7,00 6,90 6,90 6,90 6,95 6,98 7,00 6,95 6,96 6,95 6,90 6,90 6,91 6,80 6,81 6,80 6,50 6,51 6,50 SAN 7,00 7,00 7,00 6,87 6,88 6,87 6,83 6,82 6,81 6,84 6,85 6,85 6,73 6,73 6,73 6,52 6,64 6,53 6,21 6,20 6,20 ENC 7,00 7,00 7,00 6,86 6,87 6,86 6,80 6,81 6,79 6,81 6,80 8,81 6,65 6,66 6,64 6,65 6,65 6,65 6,60 6,60 6,60 Bảng ANOVA của pH Analysis of Variance for pH.kq - Type III Sums of Squares --------------------------------------------------------------------------- ----- Source of variation Sum of Squares d.f. Mean square F-ratio Sig. level --------------------------------------------------------------------------- ----- MAIN EFFECTS A:pH.nt .0003561 2 1.78048E-004 4.434 .0362 B:pH.tg .0026530 6 4.42159E-004 11.010 .0003 RESIDUAL 4.81905E-004 12 4.01587E-005 --------------------------------------------------------------------------- ----- TOTAL (CORRECTED) .0034910 20 --------------------------------------------------------------------------- ----- 0 missing values have been excluded. All F-ratios are based on the residual mean square error. So sánh giữa các nghiệm thức Multiple range analysis for pH.kq by pH.nt --------------------------------------------------------------------------- ----- Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups --------------------------------------------------------------------------- ----- 2 7 .8264286 X 3 7 .8302857 XX 1 7 .8364286 X --------------------------------------------------------------------------- ----- contrast difference +/- limits 1 - 2 0.01000 0.00738 * 1 - 3 0.00614 0.00738 2 - 3 -0.00386 0.00738 --------------------------------------------------------------------------- ----- * denotes a statistically significant difference. Phụ lục 1.2. COD NT Thời gian xử lý (ngày) 0 2 4 10 16 22 30 ĐC 1463 1463 1463 835 838 833 853 858 850 842 843 840 834 833 837 826 828 826 812 817 825 SAN 1463 1463 1463 664 669 665 681 680 681 643 640 642 628 629 629 628 621 621 628 628 625 ENC 1463 1463 1463 630 630 631 651 651 655 628 625 626 600 602 609 601 605 606 605 605 605 Bảng ANOVA của COD Analysis of Variance for COD.kq - Type III Sums of Squares --------------------------------------------------------------------------- ----- Source of variation Sum of Squares d.f. Mean square F-ratio Sig. level --------------------------------------------------------------------------- ----- MAIN EFFECTS A:COD.nt 142169.2 2 71084.62 34.960 .0000 B:COD.tg 1501851.6 6 250308.60 123.102 .0000 RESIDUAL 24400.095 12 2033.3413 --------------------------------------------------------------------------- ----- TOTAL (CORRECTED) 1668421.0 20 --------------------------------------------------------------------------- ----- 0 missing values have been excluded. All F-ratios are based on the residual mean square error. So sánh giữa các nghiệm thức Multiple range analysis for COD.kq by COD.nt --------------------------------------------------------------------------- ----- Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups --------------------------------------------------------------------------- ----- 3 7 740.85714 X 2 7 761.28571 X 1 7 924.71429 X --------------------------------------------------------------------------- ----- contrast difference +/- limits 1 - 2 163.429 52.5295 * 1 - 3 183.857 52.5295 * 2 - 3 20.4286 52.5295 --------------------------------------------------------------------------- ----- * denotes a statistically significant difference. Phụ lục 1.3. BOD NT Thời gian xử lý (ngày) 0 2 4 10 16 22 30 ĐC 874 874 875 737 736 737 700 701 698 634 634 637 648 648 647 658 659 655 664 664 664 SAN 874 874 874 700 701 698 409 413 408 312 312 314 330 327 320 329 327 327 350 350 347 ENC 875 875 873 524 525 524 350 350 350 275 280 273 287 285 285 296 270 290 317 317 320 Bảng ANOVA của BOD Analysis of Variance for BOD.kq - Type III Sums of Squares --------------------------------------------------------------------------- ----- Source of variation Sum of Squares d.f. Mean square F-ratio Sig. level --------------------------------------------------------------------------- ----- MAIN EFFECTS A:BOD.nt 320848.67 2 160424.33 22.309 .0001 B:BOD.tg 543092.29 6 90515.38 12.587 .0001 RESIDUAL 86294.000 12 7191.1667 --------------------------------------------------------------------------- ----- TOTAL (CORRECTED) 950234.95 20 --------------------------------------------------------------------------- ----- 0 missing values have been excluded. All F-ratios are based on the residual mean square error. So sánh giữa các nghiệm thức Multiple range analysis for BOD.kq by BOD.nt --------------------------------------------------------------------------- ----- Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups --------------------------------------------------------------------------- ----- 3 7 417.14286 X 2 7 470.71429 X 1 7 702.00000 X --------------------------------------------------------------------------- ----- contrast difference +/- limits 1 - 2 231.286 98.7865 * 1 - 3 284.857 98.7865 * 2 - 3 53.5714 98.7865 --------------------------------------------------------------------------- ----- * denotes a statistically significant difference. Phụ lục 2. Hình ảnh Hình 2.1: Dụng cụ lấy mẫu Hình 2.2: Lấy mẫu đầu vào Hình 2.3:Toàn cảnh bố trí thí nghiệm Hình 2.4. Màu nƣớc rỉ rác sau khi Hình 2.5. Đánh giá mùi xử lý với chế phẩm Enchoice