Đánh giá sự ô nhiễm Amoni trong nước thải bãi rác và thử nghiệm phương pháp xử lý kết tủa Magie Amoni Photphat (Map) làm phân bón

8/9/2019 Đánh giá sự ô nhiễm Amoni trong nước thải bãi rác và thử nghiệm phương pháp xử lý kết tủa Magie Amoni Photphat (Map) làm phân bón

http://slidepdf.com/reader/full/danh-gia-su-o-nhiem-amoni-trong-nuoc-thai-bai-rac-va-thu 1/74

Số hóa bở i Trung tâm H ọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TR NG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -----------------------------------------------------

NGUYỄN THÀNH H NG

ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM AMONI TRONGN C THẢI BÃI RÁCVÀ THỬ NGHIỆMPH NG PHÁP XỬ LÍ KẾT TỦA MAGIE

AMONI PHOTPHAT (MAP) LÀM PHÂN BÓN

LUẬN VĂN THẠC SĨKHOA HỌC MÔI TR NG

TháiNguyên -2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON




ii

TR NG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-----------------------------------------------------

NGUYỄN THÀNH H NG

ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM AMONI TRONGN C THẢ I BÃI RÁCVÀ THỬ NGHIỆMPH NG PHÁP XỬ LÍ KẾT TỦA MAGIE

AMONI PHOTPHAT (MAP) LÀM PHÂN BÓNNghành: Khoahọcmôitr ờng

Mãsốnghành: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨKHOA HỌC MÔI TR NG Ng ih ngdẫnkhoahọc:

1.PGS.TSTrịnhLêHùng

2.PGS.TSNguyễnTuấnAnh

TháiNguyên -2014






iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,kết quả nêu trong luận văn là kết quả của quá trình thực nghiệm của tôitrong phòng thí nghiệm và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ côngtrình nào khác.

Thái Nguyên , tháng 10 năm 2014Tác giả

NguyễnT hành Hưng








v

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................................vi

DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. ix

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

Ch ng 1 .......................................................................................................... 4

TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................... 41.1.Nito và sự ô nhiễm amoni.......................................................................... 4

1.2.Nguồn gốc gây ô nhiễm trong tự nhiên ....................................................... 61.3.Độc tính của các hợp chất nito đối với con người và hệ sinhthái.........10

1.4.Một số tính chất hóa học của ion NH4+ ..................................................... 13

1.5.Quá trình chuyển hóa nito ......................................................................... 14

1.5.1.Quá trình amoni hóa sinh học ................................................................ 14

1.5.2.Quá trình nitrat hóa sinh học ................................................................. 14

1.5.3.Denitrat hóa ........................................................................................... 161.5.4.Phương pháp Anammox ......................................................................... 16

1.6.Các phương pháp xử lý amoni .................................................................. 17

1.6.1.Xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức ............................. 18

1.6.2.Xử lý amoni bằng phương pháp sử dụng nhựa trao đổi ion .................. 19

1.6.3.Xử lý amoni bằng các tác nhân oxi hóa ................................................. 20

1.6.4.Xử lý amoni bằng Nano MnO2-FeOOH mang trên Laterit ................... 221.6.5.Xử lý amoni bằng phương pháp sinh học .............................................. 22

1.6.6.Xử lý amoni bằng phương pháp kết tủa MAP ....................................... 27

Ch ng 2 ........................................................................................................ 30

NỘI DUNG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 30

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 30

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 30






vi

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 30

2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ............................................................ 30

2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 31

2.4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 31

2.4.1. Phương pháp kế thừa và sử dụng tài liệu ............................................. 31

2.4.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu phòng thí nghiệm ................. 31

2.4.3. Các ph ương pháp phân tích phòng thí nghiệm ..................................... 35

Ch ng 3 ........................................................................................................ 41

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................................... 41

3.1. Sơ lược về Bãi chôn lấp Xuân Sơn-Hà Nội ............................................. 41

3.2. Đánh giá sự ô nhiễm nước nói chung và sự ô nhiễm amoni trong nướcthải bãi chôn lấp Xuân Sơn ............................................................................. 43

3.3. Nghiên cứu chế tạo MAP ......................................................................... 46

3.3.1. Xây dựng đường chuẩn ......................................................................... 46

3. 3.2. Xác định nồng độ tối ưu để tạo MAP ................................................... 51

3.3.3. Xác định pH tối ưu để tạo MAP ............................................................ 54

3.3.4. Xác định thời gian tối ưu để tạo MAP .................................................. 56

3.3.5. Khả năng sử dụng nước ót thay thế ion Mg 2+ trong phản ứng tạo MAP ......................................................................................................................... 58

3.4. Áp dụng các điều kiện tối ưu cho phản ứng tạo kết tủa MAP vào xử lý

nước thải................. ......................................................................................... 58

3.5. Đề xuất quy trình và sơ đồ công nghệ xử lý amoni trong nước thải bằng phương pháp kết tủa MAP .............................................................................. 60

3.5.1. Quy trình công nghệ .............................................................................. 60

3.5.2. Sơ đồ công nghệ .................................................................................... 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 64

PHỤ LỤC






vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu Nghĩa của từ

MAP Magie amoni photphat (MgNH 4PO 4.6H 2O)

COD N hu cầu ôxy hóa học

BYT/QĐ Bộ Y Tế/ quyết định

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

BCL Bãi chôn lấp

HTXLNT Hệ thống xử lý nước thải

BTNVMT Bộ tài nguyên và Môi trường

ABS Đơn vị đo quang

MBBR Công nghệ bùn hoạt tính kết hợp vi sinh

MBR Công nghệ màng lọc sinh học






viii

DANH MỤCCÁC BẢNG

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu trung bình hợp chất nito trong nước thải sinh hoạt ...... 8

Bảng 1.2: Mức độ ô nhiễm hợp chất nito trong một số nguồn

nước thải công nghiệp ......................................................................... 9

Bảng 2.1: Yêu cầu về việc bảo quản mẫu của BTNVMT .............................. 25

Bảng 3.1: Thành phần các loại rác thải bãi rác Xuân Sơn.........................43

Bảng 3.2: Kết quả phân tích mẫu nước thải vị trí cống xả đầu ra..............44

Bảng 3.3: Kết quả phân tích mẫu nước mặt gần cống xả...........................45

Bảng 3.4: Phân tích chất lượng mẫu nước giếng khu dân cư......................46

Bảng 3.5: Kết quả xây dựng đường chuẩn của amoni .................................... 48

Bảng 3.6: Kết quả xây dựng đường chuẩn của nitrit ...................................... 49

Bảng 3.7: Kết quả xây dựng đường chuẩn của nitrat ...................................... 50

Bảng 3.8: Kết quả xây dựng đường chuẩn photphat ....................................... 51

Bảng 3.9: Tỷ lệ molMg 2+ : NH 4+ : PO 4

3- tương ứng với nồng độ mg/l .......... 52

Bảng 3.10: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol ................................... 53

Bảng 3.11 : Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng

của pHđ đối với tỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1 ............................................... 55

Bảng 3.12: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của t pư đối vớitỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1....................................................................... 57

Bảng 3.13: So sánh hiệu suất tạo thành MAP của nước ót với hóa chấtkhác ................................................................................................... 59

Bảng 3.14: Kết quả xử lý nước thải từ bãi chôn lấp Xuân Sơn ...................... 60

Bảng 3.15: Kết quả xử lý amoni của nước thải từ hầm biogas ....................... 61






ix

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Chu trình củanito t rong tự nhiên ...................................................... 4Hình 1.2: Cơ chế sinh hoá giả thiết của phản ứnganammox ......................... 16

Hình 1.3: MBR ngập nước và MBR đặt ngoài................................................25

Hình 1.4: Giá đệm sinh học cố định................................................................26

Hình 2.1: Các loại chai dùng để lấy mẫu ........................................................ 23

Hình 2.2: Xô nhựa dùng lấy mẫu .................................................................... 23

Hình 2.3: Sơ đồ bãi chôn lấp Xuân Sơn và vị trí lấy mẫu .............................. 24

Hình 3.1: Vị trí bãi rác Xuân Sơn và các bãi rác khác ở Hà Nội..................42 Hình 3.2 : Phương trình đường chuẩn của amoni ............................................ 48

Hình 3.3 : Phương trình đường chuẩn của nitrit .............................................. 49

Hình 3.4 : Phương trình đường chuẩn của nitrat .............................................. 50

Hình 3.5 : Phương trình đường chuẩn của photphat ........................................ 51

Hình 3.6 : Hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào tỷ lệ mol .............................. 53Hình 3.7 : Sự phụ thuộc của khối lượng MAP vào tỷ lệ mol .......................... 54

Hình 3.8 : Sự phụ thuộc của pHs vào tỷ lệ mol ................................................ 54

Hình 3.9 : Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý amoni vào pHđ ........................... 56

Hình 3.10 : Sự phụ thuộc của khối lượng MAP vào pHđ ................................ 56

Hình 3.11 : Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý amoni vào t pư ........................... 58

Hình 3.12 : Sự phụ thuộc của khối lượng MAP vào t pư ................................... 58Hình 3.13 : Sơ đồ công nghệ xử lý amoni của nước thải biogas, nước rác ..... 62





1

MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề

Tình tr ạng ô nhi ễm môi trường nướ c do ngu ồn thải chứa amoni chưađượ c xử lý tương đối phổ biến. Amoni có h ại cho động v ật và người nhưng ở

một mức độ nhất định lại có lợ i cho th ực vật và vi sinh v ật vì đó lànguồn

dinh dưỡ ng của chúng. Trên th ực tế, nhiều cơ sở có nướ c thải chứa amoni h ầu

như đều vượt quá ngưỡ ng quy chu ẩn cho phép t ới hàng trăm, hàng nghìn lần.

Vớ i mức độ này c ủa amoni thì các phương pháp xử lý thông thường đềukhông gi ải quyết nổi. Vì v ậy thườ ng ph ải pha loãng a moni đến mức độ nào đór ồi mớ i tiế p tục xử lý, ho ặc ph ải nâng pH c ủa dung d ịch nướ c th ải để chuy ển

amoni thành amoniac và th ổi khí cưỡ ng bức để amoniac bay lên không trung,

gây ô nhi ễm b ầu không khí như quá trình xử lý nướ c r ỉ rác t ại bãi rác Xuân

Sơn – Hà N ội. Các cơ sở chăn nuôi tậ p trung có các h ầm yếm khí x ử lý phân

của chúng để tận thu biogas nhưngamoni có nhi ều trong nướ c thải thì h ầu

như lại không đượ c xử lý và đổ tr ực tiếp ra môi trườ ng nhờ sự pha loãng c ủa

tự nhiên. Đây chính là nguyên nhân gây ô nhiễm amoni cho ngu ồn nướ c m ặt

hiện nay. Các cơ sở sản xu ất phân đạm urê ví d ụ như nhà máy phân đạm Hà

Bắc đều đã tận thu t ối đaamon i nhưng vẫn không đượ c triệt để, ngoài ra urê

rơi vãi còn hòa tan theo nguồn nướ c thải ra môi trườ ng sau m ột thờ i gian s ẽ

thủy phân thành amoni, vì v ậy hàm lượ ng a moni trong nướ c thải là r ất

cao.Tuy đã có hệ thống x ử lý sinh h ọc nhưng vẫn không đáp ứng đượ c. Nhìn

chung hi ện nay ở nướ c ta, tình hình x ử lý a moni đối vớ i loại nướ c thải có hàm

lượng cao đều chưa có giải pháp thích h ợ p. Để có một nền sản xu ất sạch, chúng ta c ần tính đến khả năng khép kín

trong quy trình công ngh ệ. Điều đó cũng có nghĩa là phải tận dụng các ph ế

liệu, ph ế thải thành các s ản ph ẩm cho m ột quy trình khác. Trước đây vớ i nền

sản xuất tự cấ p tự túc, các gia đình nông dân trồng lúa l ấy lương thực nuôi

sống chính mình, đồng thờ i nuôi l ợ n lấy phân bón l ại cho đồng ruộng. Ngày







3

4. Ý nghĩ a

- Về khoa học:

+ Đánh giá được hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước thải bãi rácXuân Sơn. + T ìm điều kiện điều kiện tốt nhất cho phản ứng kết tủa tạo MAP.

- Về thực tiễn: đây là bài toán có ý nghĩa về môi trường góp phần giảiquyết theo hướng tái sử dụng các nguồn thải thành thương phẩm.





4

Ch ng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Nito và sự ô nhiễm amoniSự sống mà n ền tảng là các h ợ p ch ất protein bao g ồm 6 nguyên t ố chủ

yếu: Cacbon, hydro, oxy, nito, phot pho và l ưu huỳnh, trong đó hàm lượ ng

nito chi ếm tớ i 16% . Nito có ở dạng đơn chất và trong vô vàn d ạng h ợ p ch ất.

Chúng phân b ố khắ p m ọi nơi trong không khí, trong đất và trong nướ c. Kh ối

lượ ng các h ợ p ch ất hữu cơ chứa nito trong t ự nhiên r ất cao[6]. Trong quá

trình v ận động chuy ển hóa c ủa sự sống, nguyên t ố nito đã tạo thành m ột chu

trình các ch ất r ất phức tạ p.

Khí quyểnN 2 , một ít N 2 O

Vết của NO, NO 2 , HNO 3 , NH 4 NO 3

Thủy quyển v à địa quyểnNO 3 , -, NH 4 +

Hợp chất N hữu cơ có trong sinh khối chết vànhiên liệu hóa t hạch

Trí quyểnNH 3 , HNO 3 , NO, NO 2

Hợp chất Nitrat vô cơCác sản phẩm Nitơ hữu cơ

Sinh quyểnCác hợp chất Nitơ xuất hiệntrong quá trình trao đổi chất

của sự sông

NH4+ N O3 -, hòa tantừ k ết t ủ a

Hình 1.1: Chu trìnhcủa nito trong tự nhiên

Nito t ừ không khí đã đi vào cơ thể sống theo 2 hướ ng: một là đượ c vi

sinh v ật cố định nito chuy ển hóa thành h ợ p ch ất cho cây h ấ p th ụ đượ c, hai là

các hi ện tượ ng s ấm, sét c ủa tự nhiên đã chuyển hóa nito thành các ch ất nitrat

giúp cho cây có th ể hấ p thụ đượ c. Th ực vật phát tri ển đã cung cấ p thức ăn chođộng vật. Th ực vật và động vật chết đi đượ c vi sinh v ật phân h ủy. Nh ờ sự

hoạt động c ủa vi sinh v ật yếm khí các h ợ p ch ất có n itơ ( protein) b ị phân gi ải

chuyển thành amoni (NH 3 hoặc NH 4+). Các vi sinh v ật hiếu khí chuy ển hóa





5

tiế p các ch ất này thành NO 2- và NO 3

-. Sau đó các vi sinh vật yếm khí l ại

chuyển hóa ti ế p các ch ất này thành nito hoàn tr ả lại khí quy ển. B ản thân khí

nito không độc nhưng trong quá trình vận động của thiên nhiên và s ự sống,nguyên t ố nito đã chuyển hóa và t ạo ra r ất nhiều chất có l ợ i và có h ại, trong

đó đặc biệt phải k ể đến khí amoniac (NH 3) ion amoni (NH 4+) gọi chung là

amoni , tuy có l ợ i chủ yếu cho th ực vật và vi sinh v ật nhưng lại đặc biệt có h ại

cho động vật và con ngườ i. Biết khai thác nh ững ch ất có lợ i và h ạn chế những

chất có h ại chính là tìm ra nh ững phương pháp xử lý thích h ợ p.

Thực vật và vi sinh v ật cũng không thể ch ịu đựng đượ c nồng độ quá cao

của amoni trong nướ c do hi ện tượ ng th ẩm th ấu tác động lên r ễ cây ho ặc màng

tế bào vi sinh v ật. Trên th ực tế, k ết quả phân tích nhi ều mẫu nước đã hoặcchưa xử lý đều vượ t quá ch ỉ tiêu cho phép, có nơi còn cao hơn từ 20 đến 30

lần. Theo tiêu chu ẩn xả thải hiện nay c ủa Bộ Tài nguyên và Môi trườ ng thì

nướ c thải sau x ử lý ph ải đạt quy chu ẩn QCVN 14 : 2008/BTNMT là 5 mg/l.

Hầu như cácnguồn nướ c thải sinh ho ạt và s ản xuất đều có hàm lượ ng

amoni nh ất định, tuy nhiên ở mức độ khác nhau. Có th ể từ 30- 50 mg/l đến800-1000 mg/l và có th ể còn cao hơn nữa. Các cơ sở xử lý nướ c th ải cũng rấtkhó đạt đượ c các tiêu chu ẩn quy định về xả thải vì nhi ều lý do khác nhau.

Nướ c rác t ừ bãi chôn l ấ p rác sinh ho ạt có hàm lượ ng a moni cao hơn cả, tùy

thuộc vào m ức độ thu gom và lưu giữ. Các bãi chôn l ấ p rác sinh ho ạt phần lớ nlà các ch ất hữu cơ, trong đó đặc biệt phải k ể đến các h ợ p ch ất protein khi

phân gi ải yếm khí đã giải phóng r ất nhiều amoni, vì v ậy nướ c rác luôn có pH>8 - 9. Khi được lưu giữ trong h ồ do ho ạt động của vi khu ẩn hiếu khí

chúng đượ c chuy ển thành NO 2- và NO 3

- , nên hàm lượ ng amoni có ph ần giảm

đi. Cùng dựa trên nguyên lý phân gi ải yếm khí c ủa protein, các nhà máy s ản

xuất thực phẩm (ch ế biến th ịt, cá), các nhà máy thu ộc da đều có nướ c thải vớ ihàm lượ ng amoni r ất cao. Tương tự, nướ c th ải các b ể biogas, các cơ sở chănnuôi, nướ c thải sinh ho ạt qua các c ống ng ầm cũng tương tự, đều có hàm

lượ ng amoni cao. Nướ c thải công nghi ệ p của các nhà máy s ản xuất phân đạm,





6

nếu không có h ệ thống thu gom t ốt thì lượ ng a moni trong nướ c thải cũng rấtcao. Nướ c thải của một số nhà máy s ử dụng các h ợ p ch ất có amoni trong

thành ph ần (ví d ụ: muối kép có ch ứa amoni) cũng để lại hàm lượ ng cao c ủa

amoni (khi amoni đã không đượ c sử dụng ho ặc sử dụng ít trong quá trình

công ngh ệ). Nướ c ngầm của một số vùng nh ất định cũng có hàm lượ ng amoni

cao, nguyên nhân là do s ự phát tán c ủa amoni trong điều kiện yếm khí trong

lòng đất đối vớ i các m ạch nướ c ngầm gần các vùng có s ự phân h ủy protein (ví

dụ gần bãi rác, g ần nghĩa trang,...).

1.2. Nguồn gốc gây ô nhiễm trong tự nhiên

Nito t ừ đất, nước, không khí vào các cơ thể sinh v ật qua nhi ều dạng biến đổi sinh h ọc, hoá h ọc phức tạ p r ồi lại quay tr ở về đất, nướ c, không khí

tạo thành m ột vòng khép kín g ọi là chu trình nito.

Trong đất, nito ch ủ yếu tồn tại ở dạng hợ p ch ất nito h ữu cơ. Lượ ng này

càng được tăng lên do sự phân hu ỷ xác động th ực vật, ch ất thải động vật. Hầu

hết thực vật không th ể tr ực tiế p sử dụng nh ững d ạng nito h ữu cơ này mà ph ải

nhờ vi khu ẩn trong đất chuy ển hoá chúng thành nh ững dạng vô cơ mà thựcvật có th ể hấ p thụ được. Khi đượ c r ễ cây h ấ p thụ qua các quá trình bi ến đổihóa học, chúng s ẽ tạo thành enzim, protein, clorophin…nhờ đó thực vật lớ nlên và phát tri ển. Con ngườ i và động vật ăn thực vật sau đó thải cặn bã vào

đất cung c ấ p tr ở lại nguồn nito cho th ực vật. M ột số loài th ực v ật có n ốt sần

như: cây họ đậu, cỏ ba lá, cây đinh lăng…có thể chuy ển hoá nito trong khí

quyển thành d ạng nito s ử dụng đượ c cho cây. Nito đã tạo đượ c một chu trìnhkín trong t ự nhiên.

Nguồn ô nhi ễm nito trong nướ c mặt có th ể từ nhiều nguồn khác nhau do

con ngườ i tạo ra như: sinh hoạt, đô thị, công nghi ệ p, nông nghi ệ p, giao thông

vận tải thủy,…

- Nước thải sinh hoạt : là nước thải từ các khu dân cư, các cơ sở hoạtđộng thương mại xã hội như công sở, trường học... [3]Trong nước thải sinh





7

hoạt thường chứa nhiều tạp chất dưới dạng protein, cacbon hidrat, lipid, cácchất bẩn từ người, động vật, thực vật, các loại rác, giấy, gỗ, các chất hoạt

động bề mặt,...Ngoài ra còn có các loại vi khuẩn như: trứng giun, virut, vitrùng, siêu vi trùng. Trong nước thải sinh hoạt cũng có chứa một hàm lượngnitơ nhất định. Việc nước thải sinh hoạt không được xử lý chảy vào hệ thốngcác con sông trong thành phố cũng là một trong các nguồn gốc gây ô nhiễmnước.

Hợp chất nito trong nước thải là các hợp chất amoniac, protein, peptit,

axit amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và lỏng. Các hợpchất chứa nito, đặc biệt là protein và urin trong nước tiểu bị thủy phân rấtnhanh tạo thành amoniac/amoni. Trong các bể phốt xảy ra quá trình phân hủyyếm khí các chất thải, quá trình phân hủy này làm giảm đáng kể lượng chấthữu cơ dạng cacbon nhưng tác dụng giảm hợp chất nito thì không đáng kể, trừmột phần nhỏ tham gia vào cấu trúc tế bào vi sinh vật. Hàm lượng nito trongnước thải từ các bể phốt cao hơn so với các nguồn thải chưa qua phân hủyyếm khí.

Trong nước thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượng rất thấp donồng độ oxy hòa tan và mật độ vi sinh vật tự dưỡng thấp. Thành phần amonichiếm 60-80% hàm lượng nito tổng trong nước thải.

Bảng 1.1: Các chỉ tiêuchính của nito trong nước thải sinh hoạtThứ tự Chỉ tiêu(đơn vị:mg/l) Trung bình

1 Tổng nito 40

2 Nito hữu cơ 15

3 Nito amoni 25

4 Nito nitrit 0,05

5 Nito nitrat 0,2

Nguồn:” Kỹ thuật xử lý nước thải”, Trịnh Lê Hùng (2006) NXB Giáo

Dục, Hà Nội [6]







9

- Nước thải nông nghiệp: là loại nước thải trong quá trình sản xuất nôngnghiệ p. Tạp chất chủ yếu có trong nước thải nông nghiệp là các loại phân bónvô cơ, hữu cơ, các hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật, các chất kích thích sinhtrưởng dư thừa hoặc bị rửa trôi. Hàm lượng các tạp chất phụ thuộc vào chế độcanh tá c, mùa vụ sản xuất. Nông nghiệp hiện đại là nguồn gây ô nhiễm lớncho nước. Việc sử dụng phân bón hoá học chứa nitơ với số lượng lớn, thành phần không hợp lý, sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ,…thông qua quátrình rửa trôi, thấm, lọc, lượng nitrat hoá, amoni trong nước bề mặt và nướcngầm ngày càng lớn.

- Nước thải do giao thông vận tải thủy: Nước trên các dòng sông, hồ, biển có thể bị ô nhiễm do các phương tiện tàu, thuyền trên sông, biển thải ra,các tàu chở dầu, hóa chất bị rò rỉ làm ảnh hưởng đến môi trường nước, làmchết các loại động, thực vật sống trong môi trường sông, biển.

- Nước rác: Bãi chôn lấp rác là lò ủ vi sinh vật yếm khí, trong đó mộttập đoàn vi sinh vật hoạt động phân hủy một phần chất hữu cơ trong chất rắn.Tốc độ phân hủy chất hữu cơ của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của bãi chôn lấp rác.[1,3]

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật yếm khí gồm có 3 giaiđoạn nối tiếp nhau. Thủy phân (bẻ gẫy) các phân tử hữu cơ lớn như polymer,lipit, protein, hydrat cacbon thành cá c phân tử nhỏ như monosaccarit, amino

axit, … chúng là những nguyên liệu thích hợp cho việc tổng hợp tế bào. Giai

đoạn 2 là giai đoạn chuyển hóa các sản phẩm thủy phân thànhcác axit, như

axit axetic, crotonic, adipic, pyruvic,...Giai đoạn tạo khí metan và CO 2 được thực hiện bởi nhóm vi sinh

methanogens.

Trong quá trình phân hủy yếm khí, protein và các hợp chất chứa nito bịthủy phân bởi enzym do vi sinh vật yếm khí và một phần hiếu khí tạo ra axitamin và tiếp tục thành amoni và CO2 cùng với axit dễ bay hơi. Một lượng lớnamino axit, amoni được vi sinh vật sử dụng để cấu tạo tế bào, lượng dư sẽcòn





10

lại trong nước rác. Sau một chu kỳ hoạt động, các vi sinh vật yếm khí chết và bị phân hủy như xác động vật.

Trong hồ yếm khí, các hợp chất nito tồn tại chủ yếu dưới dạng amoni,một phần nằm trong tế bào của vi sinh vật yếm khí. Do không tách được sinhkhối ra khỏi nước nên khi phân hủy, amoni được trả lại hầu như nguyên vẹnvào môi trường nước.

Trong hồ tùy nghi, mặc dù với sự có mặt thêm của các vi sinh vật hiếu

khí và tảo, sự diễn biến về nồng độ hợp chất nito cũng có hình ảnh tương tựnhưng với tốc độ giảm amoni nhanh hơn giai đoạn đầu và tăng nhanh trongquá trình phân hủy.

Trong hồ hiếu khí quá trình chuyển hóa các hợp chất nito phức tạp hơndo các vi sinh vật dị dưỡng phải sống trong môi trường giàu oxy.

1.3. Độc tính của các hợ p chất nito đối với con ng i và hệ sinh thái Nito là một trong những nguyên tố chính không thể thiếu trong các hợp

chất hữu cơ phức tạp của vi sinh vật như: protein, axit nucleic, chất màu,…

Thực vật tổng hợp protein từ nito dưới dạngamoni và nitrat. Con người vàđộng vật lấy nguồn cung cấp protein từ thực vật và động vật. Quá trình tổnghợp protein được thực hiện nhờ hệ thống các enzim mà enzim lại chính là các

protein. Protein là thàn h phần chính tạo nên tế bào sống. Theo quan điểm sinhhọc, protein có các chức năng: cấu trúc, xúc tác, vận chuyển, chuyển động, bảo vệ, dự trữ, điều khiển, có giá trị cảm quan và dinh dưỡng.

Trong quá trình sống của con người và động thực vật, luôn luôn có sựđào thải các chất dư thừa, các chất khó tiêu hóa, cặn bã dưới dạng phân vànước tiểu. Đó là kết quả của quá trình phân hủy protein. Trong nước tiểu, nito

tồn tại phần lớn ở dạng ure. Trong phân và trong xác động thực vật chứalượng lớn nito hữu cơ. Dưới tác động của vi khuẩn thì những nguồn thải nàylà nguồn dinh dưỡng nito, cung cấp cho sự sinh trưởng và phát triển của thực

vật.





11

Như vậy, trong quá trình sinh trưởng và phát triển, con người và độngthực vật luôn luôn cần có nito ở các dạng và hàm lượng thích hợp. Điều này

càng khẳng định chu trình chuyển hóa nito trong hệ sinh thái là một vòng tuầnhoàn. Thế nhưng trong hệ sinh thái, nito tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như: NH 4

+(NH 3), NO 2-, NO 3

-,..., và nếu tất cả các ion này tồn tại trên giới hạn cho

phép thì sẽ gây ảnh hưởng đến con người và hệ sinh thái.

,

nhưng o

n

.

, khi

n ,

nguyên

,

.

Các hợp chất nito trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm chongười sử dụng nước. Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp vớicác amin để tạo nên những nitrosamin là nghiên nhân gây ung thư ở ngườicao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua

nước dùng để pha sữa. Sau khi lọt vào cơ thể, nitrat được chuyển hóa nhanh





12

thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đốivới sức khỏe con người. Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong

cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư. 3

-

. Ngo

40 khi

. 4+

:

- c c

c .

- n

năng gây ung thư. - NH 4

+

trong

nito

,

n

về các hợp chấtnmethmoglobin - ), đ

.

Trong nước tồn tại cân bằng: NH 3 + H 2O ↔ NH4+ + OH - (1.1) và có thể

có sự chuyển hóa NH 4+ sang NO 2

-, NO 3- . Các ion này là tác nhân gây độc đối

với con người, đặc biệt là với trẻ em. Bởi vì, NO 2- oxi hóa ion Fe 2+ của

hemoglobin tạo ra methemoglobin là chất không có khả năng kết hợp và vận





13

chuyển oxi tới các tế bào. Đây là một trong những nguyên nhân gây ra các bệnh về máu cho trẻ em. Ngoài ra, nitrit còn có khả năng kết hợp với các

amin, am it và các hợp chất chứa nitơ khác tạo ra nitrosamin, một nhómcarcinogen là tác nhân có khả năng gây ung thư, đe dọa sự sống của conngười [4,5,17].

Vì vậy, trong các nguồn nước thải bị nhiễm amoni quá cao cần phải xửlý để đảm bảo an toàn cho người và hệ sinh thái.

Bảng1.3. Giới hạn nồng độ các hợp chất của nito trong nước uốngSTT Chỉ tiêu Giới hạn tối đa Đơn vị

1 Hàm lượng amoni 3 mg/l

2 Hàm lượng nitrat 50 mg/l

3 Hàm lượng nitrit 3 mg/l

Nguồn: Theo QCVN 01:2009/BYT

1.4. Một số tính chất hóa học của ion NH4+

Dựa vào một số tính chất hóa học đặc trưng của ion NH 4

+

như: cân bằng phân ly của các muối amoni, khả năng tạo phức ít tan, khả năng tạo kếttủa,..., để tách loại amoni trong nước thải:

- Ion NH 4+ tồn tại trong nước chủ yếu do sự phân ly của các muối

amoni và sự hòa tan NH3. Trong nước tồn tại cân bằng sau [11]:

NH 3 + H 2O ↔ NH4+ + OH - (1.2)

Dựa vào phản ứng này người ta có thể chuyển hóa NH 4+ trong nước

thành NH 3 bằng cách kiềm hóa môi trường nước để làm cho cân bằng chuyểndịch về bên tr ái. NH 3 tạo thành được tách ra bằng phương pháp cơ học nhưthổi khí.

Ion NH 4+ có khả năng tạo phức ít tan với ion Mg2+ và PO 4

3- trong môi

trường ammoniac:

Mg 2+ + NH 4+ + PO 4

3- → MgNH4PO 4↓ (1.3)





14

và tạo kết tủa amoniphotphomolipdat trong môi trườ ng axit:

3NH 4+ + PO 4

3- + 12MoO 42- + 24H + → (NH4)3[PMo 12O40] + 12H 2O (1.4)

Phản ứng này được dùng để nhận biết ionPO 4

3-

trong nước [11]. Ngoài ra, ion NH 4

+ cũng có thể bị oxi hóa bởi các tác nhân oxi hóa như:clo, ozon,...tạo thành N2, NO 2

-, NO 3-. Dựa vào tính chất này, trong quá trình

xử lý amoni trong nước thải người ta thường tiến hành các phản ứng hóa họcđể loại bỏ hoàn toàn NH 4

+ hoặc chuyển NH 4+ thành NO 3

-, bằng các tác nhânoxi hóa như: clo, ozon,..., hoặc bằng các phản ứng sinh học nhờ các vi sinh

vật đặc chủng như anammox.

1.5. Quá trình chuyển hóa nito

1.5.1. Quá tr ình amoni hóa sinh h ọc

Quá trình chuyển hóa nito trong nước thải thường bắt đầu bằng sự thủy phân, oxi hóa và phân hủy nitơ hữu cơ bao gồm: các hợp chất dị vòng, protein, peptit, amino axit, ure,...

Dưới tác dụng của enzim ureaza, ure và các hợp chất tương tự ure bịthủy phân tạo thành ammoniac và muối amonibicacbonat. Phản ứng này cóthể mô tả bằng phương trình sau[6]:

CO(NH 2)2 + 2H 2O → NH4+ + HCO 3

- + NH 3 (1.5)

Sự chuyển hóa nito hữu cơ thành amoni được thực hiện nhờ các nhờcác loài vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm mốc.

N-hữu cơ (axit nucleic, protein, peptit, amino axit) → NH 4

+

(1.6) Amoni tạo thành được các loài vi khuẩn sử dụng làm nguồn dinh

dưỡng nito đồng hóa để xây dựng tế bào mới. Tảo và các thực vật thủy sinhkhác cũng dùng amoni cùng với CO2 và P để quang hợp [1, 13, 14].

1.5.2. Quá tr ình ni tr at hóa sinh h ọc

Nitrat hóa amoni là một quá trình gồm hai giai đoạn. Đầu tiên, amoni bịoxi hóa thành thành nitrit nhờ vi khuẩn Nitrosomonas , là vi khuẩn hình cầu





15

hoặc hình bầu dục, gram (-), không sinh bào tử. Sau đó nitrit bị oxi hóa thànhnitrat nhờ vi khuẩn Nitrobacter , là trực khuẩn gram (-) không sinh bào tử.

Quá trình này được mô tả theo hai phương trình sau [4, 12, 13, 17]:2NH 4

+ + 3O 2 → 2NO2- + 4H + + 2H 2O + Q (1.7)

2NO 2- + O 2 → 2NO3

- + Q (1.8)

Phương trình tổng:

NH 4+ + 2O 2→ NO3

- + 2H + + H 2O (1.9)

Trong quá trình nitrat hóa, oxi đóng vai trò là chất nhận điện tử và chỉnhận điện tử mà Nitrosomonas và Nitrobacter có thể sử dụng. Do đó, môitrường hiếu khí là điều kiện cần thiết cho quá trình nitrat hóa.

Quá trình nitrat hóa là quá trình giải phóng năng lượng, Nitrosomonas

và Nitrobacter sử dụng năng lượng này để duy trì và phát triển sinh khối (cáctế bào vi khuẩn). Các tế bào vi khuẩn này có thể biểu diễn gần đúng bằngcông thức hóa học C5H7O2 N. Phản ứng tổng hợp sinh khối nhờ Nitrosomonas

và Nitrobacter được thực hiện như sau [4]:

NH 4+ + HCO 3

- + 4CO 2 + H 2O → C5H7O2 N + 5O 2 (1.10)

Như vậy, các tế bào vi khuẩn được tạo nên hoàn toàn từ các hợp chấtvô cơ. Ngoài ra cần có thêm một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng vi lượng nhưP, S, Fe cho quá trình tổng hợp nhưng không làm thay đổi phản ứng (1.10). Năng lượng ban đầu cho phản ứng tổng hợp này khởi phát thu được từ phảnứng oxi hóa NH 4

+ và NO 2- (phương trình (1.7) và (1.8)). Do đó các phản ứng

oxi hóa NH 4+ và NO 2

- thường xảy ra đồng thời.Vì năng lượng giải phóng từ phản ứng oxi hóa 1 mol NH 4

+ hoặc NO 2-

ít hơn năng lượng cần thiết để tạo thành 1 mol các tế bào vi khuẩn, nên các phương trình (1.7), (1.8) và (1.10) phải được cân bằng lại để đạt được hiệusuất chuyển đổi năng lượng tức là năng lượng cần sử dụng bằng năng lượngtạo thành. Vì vậy, quá trình nitrat hóa sinh học có thể biểu diễn bằng phương

trình tổng sau.





16

NH 4+ + 1,83O 2 + 1,98HCO 3

- → 0,021C5H7O2 N + 0,98NO 3- + 1,041H 2O

(1.11)

Phương trình này được sử dụng để đánh giá ba thông số quan trọngtrong quá trình nitrat hóa: nhu cầu oxi, độ kiềm sử dụng và sự tạo thành sinhkhối có khả năng nitrat hóa.

1.5.3. Denitr at hóa

Denitrat hóa là quá trình kh ử NO 3- hoặc NO 2

- thành s ản ph ẩm cu ối cùng

là khí N 2 nhờ các vi sinh v ật k ỵ khí. Các vi sinh v ật thực hiện quá trình này

phân b ố r ộng rãi trong môi trườ ng. Trong s ố các vi sinh v ật thực hiện quá

trình denitrat hóa có Thiobacillus , Hydrogenomnas thuộc nhóm t ự dưỡ ng và

Pseudomonas, Micrococcus thuộc nhóm d ị dưỡ ng.

Để quá trình denitrat hóa đạt hiệu suất cao cần phải bổ xung các hợp chấthữu cơ dễ phân hủy sinh học làm nguồn cacbon. Hiện nay, người ta thường sửdụng metanol, etanol, đường, dấm,... Quá trình phản ứng xảy ra như sau:

3NO 3- + CH 3OH → 3NO2

- + CO 2 + 2H 2O (1.12)

2NO 2- + CH 3OH → N2 + CO 2 + H 2O + 2OH - (1.13)

Tổng hợp hai quá trình:[22]

3NO 3- + 5CH 3OH → 3N2 + 5CO 2 + 7H 2O + 6OH - (1.14)

Nếu trong nước có oxi hòa tan sẽ làm giảm hiệu suất của quá trìnhdenitrat hóa, do các vi khuẩn sẽ sử dụng O2 thay cho NO 3

- hoặc NO 2- như chất

nhận điện tử từ phản ứng khử để tạo năng lượng. Do đó phải loại bỏ oxi hòa

tan trước khi thực hiện quá trình denitrat hóa bằng cách bổ sung thêm mộtlượng metanol vào nước.

1.5.4. Phương phápanammox

Anammox (Anaerobic ammonium oxidation) là quá trình oxi hóa amoni

yếm khí, trong đó amoni và nitrit được oxi hóa một cách trực tiếp thành khí N2 dưới điều kiện yếm khí, với amoni là chất cho điện tử còn nitrit là chất

nhận điện tử để tạo thành khí N2.





17

Sản phẩm chính của quá trìnhanammox là N 2, tuy nhiên khoảng 10%nito đưa vào (amoni và nitrit) được chuyển thành nitrat. Phương trình hệ số

tỷ lượng của quá trìnhanammox được đưa ra như sau: NH 4

+ + 1,3NO 2- + 0,066HCO 3

- + 0,13H + → 1,02N2+ 0,26NO 3

- +

0,066CH 2O0,5 N 0,15 + 2,03H 2O (1.15)

Đây là một phương pháp có hiệu quả và kinh tế hơn so với quá trình loại bỏ amoni thông thường từ trong nước thải có chứa nhiều amoni. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp nitrat hóa và denitrat hóa là nhu cầu vềoxi ít hơn và không cần nguồn cacbon hữu cơ từ bên ngoài.

Con đường trao đổi chất choanammox được chỉ ra trên hình 1.2, amoni

bị oxi hóa thông qua hợp chất hydroxyl amin thành hợp chất hydrazin. Đươnglượng khử nhận được từ N2H4 sau đó khử nitrit thành NH2OH và khí N 2. Sựtạo thành nitrat có thể kích thích cho sự phát triển sinh khối.

NH 4+ NH 2 OH

N 2H 4

NO 2- NO 3

-

N 2

[N 2 H 4 ]

1

2

3

4 5

2e -

2e -

4e -

2[H]

2[H]

5H +H 2O

H 2 O Sinh khôi

Hình 1.2:Cơ chế sinh hoá giả thiết của phản ứnganammox1.6. Các ph ng pháp xử lý amoni

Có r ất nhiều phương pháp x ử lí amoni trong nước đã được các nướ c

trên th ế giớ i thử nghiệm và đưa vào áp dụng: làm thoáng cưỡ ng bức để khử

NH 3 ở môi trườ ng pH cao (pH = 10 - 11); clo hóa v ớ i nồng độ cao hơn điểmđột biến (break- point) trên đườ ng cong h ấ p th ụ clo trong nướ c, t ạo cloramin;

Trao đổi ion NH 4+ và NO 3

- bằng các v ật liệu trao đổi cation/anion; nitrat hóa

bằng phương pháp sinh học; nitrat hóa k ết hợ p vớ i khử nitrat; công ngh ệ

annamox, sharon/annamox (nitrit hóa m ột phần amoni, sau đó amoni còn lại





18

là ch ất trao điện tử, nitrit t ạo thành là ch ất nhận điện tử, đượ c chuy ển hóa

thành khí nito nh ờ các vi khu ẩn k ỵ khí; p hương pháp điện hóa, điện thẩm

tách, điện th ẩm tách đảo chiều. Sau đây tôi xin trình bày một số phương phápxử lý amoni chính.

1.6.1. X ử lý amoni b ằng phương pháp thổi khí cưỡ ng b ứ cĐể xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức cần phải điều

chỉnh pH của môi trường lên cao để chuyển NH 4+ về dạng NH3, sau đó thổi

khí mạnh hoặc đưa vào thiết bị cyclon để tách pha và loại NH3 ra khỏi dungdịch.

Trong nước thải bị nhiễm amoni tồn tại cân bằng động sau: NH 3 + H 2O ↔ NH4

+ + OH - (1.16)

Chiều chuyển dịch của cân bằng này phụ thuộc vào sự thay đổi pH củamôi trường. Cụ thể, ở pH = 7 trong dung dịch chỉ có ion amoni, còn ở pH =12 thì amoniac tồn tại dưới dạng khí hòa tan. Khi pH dao động trong khoảng7-12 thì trong dung dịch tồn tại đồng thời cả ion NH 4

+ và khí NH 3 với tỉ lệ phần trăm phụ thuộc vào giá trị của pH. Khi pH tăng lên trên 7, cân bằng(1.16) sẽ chuyển dịch sang trái tạo ra nhiều khí amoniac và đây là thời điểmthích hợp để loại bỏ ra khỏi dung dịch bằng các thiết bị thổi khí.

Tỉ lệ giữa khí NH3 và ion NH 4+ trong nước thải còn phụ thuộc vào nhiệt

độ. Khi nhiệt độ càng cao thì tỉ lệ này càng lớn [5, 7]. Do đó việc xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức có thể phối kết hợp cả hai yếu tố nhiệt

độ và pH. Tuy nhiên, trong thực tế xử lý thì việc nâng cao nhiệt độ của nướcthải để xử lý amoni thì điều rất khó thực hiện vì cần phải cung cấp một nguồnnăng lượng quá lớn.

Ngoài hai yếu tố nhiệt độ và pH, việc xử lý amoni bằng phương phápthổi khí cưỡng bức còn phụ thuộc vào lưu lượng không khí thổi vào. Chúng tacần phải tính toán lưu lượng không khí cần thiết, thời gian lưu của pha lỏng

và pha khí trong tháp thổi để có thể tách loại amoni ra khỏi dung dịch. Đây là





19

bài toán thực tế nên cần phải có các thông số thực tế như: hàm lượng amonicó trong nước thải, yêu cầu cần phải xử lý,..., thì mới có thể tính toán được

lưu lượng không khí cần thiết.1.6.2. X ử lý amoni b ằng phương pháp sử d ụng nh ựa trao đổ i i on

Trao đổi ion là quá trình trong đó xảy ra sự trao đổi giữa các cation vàanion trong dung dịch (pha lỏng) với các cation hoặc anion của ionit (chấttrao đổi ion) ở pha rắn. Kết quả các cation hoặc anion của dung dịch được giữlại trên ionit và được tách loại khỏi dung dịch.

Sự trao đổi ion không làm thay đổi cấu trúc của ionit. Trao đổi ion là mộtdạng hấp phụ hóa học có thể biểu diễn bởi phương trình sau:

Me n+ + Z-A + → (Z)nMe n+ + nA + (1.17)

Trong đó:Me n+( NH 4+, Ca 2

+, Mg 2+,...) là các ion trong nước thải.

A+ (Na +, H +) là các ion trên vật liệu ionit.

Z (RSO 3 Na, RSO 3H, RCOONa, RCOOH,...) là chất nền của vật liệuionit.

Trong lĩnh vực xử lý nước thải, dùng nhựa trao đổi cation có thể loạiđược amoni trong nước thải. Ion mà amoni có thể trao đổi rất đa dạng cùng

với bản chất của dung dịch được sử dụng để tái sinh cột ionit. Nếu dùng dungdịch của natri để tái sinh ionit thì quá trình trao đổi ion có thể viết như sau[19]:

NH 4+ + NaZ → NH4+Z + Na + (1.18)

Khi lựa chọn nhựa trao đổi ion NH 4+, không những phải xem xét đến

độ bền, tính chịu mài mòn mà còn phải chú ý đến độ chọn lọc để loại bỏ ionamoni trong sự có mặt của các ion khác và giá thành của nhựa. Theo kinhnghiệm thì zeolit tự nhiên và tổng hợp là một trong những vật liệu ionit tốtnhất để tách loại amoni.









22

1.6.4. X ử lý amoni b ằng nano M nO 2 - F eOOH mang tr ên laterit

Nano MnO 2 - FeOOH th ực chất là h ỗn hợ p bột MnO 2 và sắt. Qua các

phân tích th ực nghi ệm cho th ấy hỗn hợ p này có th ể oxy hóa m ột ph ần amonithành N 2, NO 2

- và NO 3

-. Kích t hướ c hạt MnO 2 càng nh ỏ thì kh ả năng oxy hóacàng l ớ n, chính vì th ế khi ch ế tạo MnO 2 ở dạng kích thướ c nano thì hi ệu qu ả

xử lý amoni càng cao. V ớ i 2 lo ại vật liệu: một là h ỗn hợ p MnO 2 - FeOOH

mang trên laterit bi ến tính, hai là h ỗn hợ p trên ở kích thướ c nano. Hi ệu suất

thực tế cho th ấy kh ả năng hấ p phụ amoni c ủa loại thứ nhất ch ỉ là 44%, còn

loại thứ hai là 63% trong 2 gi ờ . Hỗn hợp không đạt kích thướ c nano đạt cân

bằng hấ p ph ụ trong 4 gi ờ còn lo ại nano đạt kích thướ c hấ p phụ trong 3 gi ờ .Có th ể thấy ưu điểm của phương pháp này là hiệu su ất xử lý amoni cao

trong th ờ i gian ng ắn, không nh ững th ế, laterit (đá ong biến tính) còn có kh ả

năng hấ p ph ụ kim lo ại nặng như: arsen, chì,...Tuy nhiên, nhược điểm của

phương pháp này là chỉ xử lý đượ c amoni c ủa nguồn nướ c vớ i công su ất nhỏ,

trong khi đó giá thành sản xuất vật liệu hấ p phụ lại quá cao[17].

1.6.5. X ử lý amoni b ằng phương pháp sinh học*Công nghệ MBR (Membrane Bioreactor, lọc sinh học- màng): là

công nghệ xử lý nước thải kết hợp quá trình lọc màng (như vi lọc hay siêu

lọc, chủ yếu là màng polymer) với quá trình sinh học sinh trưởng lơ lửng.Quá trình sinh học sinh trưởng lơ lửng: thực hiện các phản ứng sinh

hóa như lên men, oxy hóa sinh học, nitrat hóa, khử nitrat.[2]

Quá trình lọc màng: sử dụng màng vi lọc hoặc màng siêu lọc để táchsinh khối vi khuẩn khỏi nước.

MBR là công nghệ khá mới, kết hợp kỹ thuật xử lý sinh học và quátrình phân ly màng, thay thế cho bể lắng II truyền thống trong công nghệ bùnhoạt tính thông thường. Đây được coi là công nghệ cho hiệu quả rất cao trong

việc khử các chất hữu cơ, nitơ và các hợp chất của nito, đặc biệt là amoni…

cũng như các vi sinh vật gây bệnh.





23

Công nghệ MBR được nghiên cứu phát triền từ thập niên 70 của thế kỷtrước. Tuy nhiên công nghệ này mới được phát triển mạnh mẽ và ứng dụng

rộng rãi trong vài thập niên trở lại đây. Công nghệ như một phần của mục tiêu phát triển bền vững quốc gia và thế giớ i.[9,10]

Trong công nghệ MBR, các phản sinh hóa như: oxy hóa sinh học, nitrathóa, khử nitrat, lên men… diễn ra giống như các quá trình sinh học thôngthường khác. Nước sau xử lý được tách sinh khối bằng hệ thống lọc màng vớikích thước màng dao động khoảng 0,1 – 0,4 µm. Công nghệ MBR có 2 dạngchính: MBR kiểu đặt ngập màng trong bể xử lý và MBR kiểu màng đặt ngoài.

- MBR đặt ngập: là mặt ngoài của màng phần lớn được đặt chìm trong bể phản ứng sinh học và dòng dòng thấm được tháo ra bằng cách hút hoặc áplực.

- MBR đặt ngoài bể phản ứng: là hỗn hợp lỏng được tuần hoàn lại bể phản ứng ở áp suất cao thông qua modul màng.

Dòng thấm qua màng bởi vận tốc chảy ngang qua màng cao. Màngđược rửa sạch bằng khí hoặc làm sạch bằng nước rửa ngược và hóa chất.

Không giống như trong các hệ thống xử lý truyền thống, sự chọn lọc visinh hiện diện trong thiết bị phản ứng không còn phụ thuộc vào khả năng hìnhthành bông bùn sinh học và tính lắng cũng như khả năng tách ra ở dòng ra màchỉ phụ thuộc vào màng, (hình1.3 dưới đây là hình ảnh mô tả của hai loạimàng này).





24

MBR ngập n c(Submerged MBR)

MBR đặt ngoài (Sidestream MBR)

Hình 1.3:MBR ngập n c và MBR đặt ngoài * Công ngh ệ M BBR:

Công nghệ này sử dụng các ưu điểm của phương pháp xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính và hệ thống màng sinh học. Những ưu điểm của công nghệmàng sinh học bao gồm: thời gian vận hành liên tục và không bị tắc nghẽn doáp suất và diện tích bề mặt tiếp xúc rất lớn. Những ưu điểm này có được là

nhờ hoạt động sinh trưởng , phát triển liên tục của các vi sinh vật sống trongcác đệm sinh học (Xem hình 1.4).

Thiết bị xử lý hợp khối áp dụng công nghệ màng sinh học cố định, trongđó nước thải được đi qua các ngăn yếm khí và hiếu khí. Quá trình tuần hoàn bùn làm tăng hiệu suất xử lý các chất hữu cơ, đặc biệt lànito, các hợp chấtcủanito nhưamoni và photpho.





25

Hình 1.4:Giá đệm sinh học cố định Ngăn hiếu khí là ngăn sử dụng các vi sinh vật hô hấp cần oxi, ngăn này

phải sục khí mạnh để cung cấp ôxi cho vi sinh vật phát triển và ôxi hóa cáchợp chất hữu cơ ô nhiễm. Tại ngăn này diễn ra quá trìnhnitrat hóa (ôxi hóa

các hợp chấtamonia thành n itrat). Quy trình tuần hoàn bùn với một tỷ lệ nhấtđịnh phải được kiểm soát để hiệu quả xử lý được liên tục và hiệu quả. Ngănyếm khí sử dụng các vi sinh vật kị khí để xử lý các chất hữu cơ (trong môitrường không có oxy). Các vi sinh vật này có thể loại bỏ nito trong nước thải bằng cách chuyển các hợp chất của nito thành nito ở dạng khí và thải ra môitrường. Trong các ngăn hiếu khí, vi sinh vật sinh trưởng và phát triển trên cácđệm cố định giống như lớp màng sinh học.[2, 9, 10]

Hệ thống khí được thiết kế bên trong bể phản ứng sẽ đảm bảo cho việcchuyển động của các giá thể. Các giá thể được làm bằng polyethylene hoặc bằng polypropylene. Vật liệu này có tỷ trọng nhỏ hơn nước, hình trụ hay dạngđĩa với đường kính khoảng 9-64 mm, kích thước của chúngtùy thuộcvào







27

1.6.6. X ử lý amoni b ằng phương pháp k ế t t ủa MAP

MAP (Magnesium Ammonium Phosphate hexahydrated) có công th ức

hóa học MgN H4PO4.6H2O là tinh th ể vô cơ màu trắng, đượ c sử dụng làm phân bón nh ả chậm.

MAP không tan trong môi trường amoniac nhưng tan trong môi trườngaxit nên ta thực hiện phản ứng trong môi trường bazơ.

Phản ứng xảy ra theo phương trình sau:

Mg 2+ + NH 4+ + PO 4

3- → MgNH4PO 4 ↓ (1.33) MAP là một sản phẩm có thể được sản xuất với một công nghệ đơn giản

và có thể được dùng để tách loại hoặc thu hồi amoni từ nước thải. Tỷ lệ N:P:K tro ng MAP là thích hợp cho nhiều loại cây trồng vì có đủ 3 nguyên tốmagie (cần cho quang hợp),nitovà photpho là đạm và lân cần cho cây nóichung, chỉ còn thiếuk ali nên cần nghiên cứu bổ sung. MAP còn có ưu điểm:tan chậm và tan nhiều khi pH < 7 nên có thể dung cho vùng đất chua.

Với phương pháp mới này , bằng phản ứng hóa học kết tủamagie amoni

phot phat (MAP) diễn ra rất nhanh thu gom đượcamoni sẽ không làm ô nhiễmkhông khí mà lại thu gom được sản phẩm là phân bón. Phản ứng này không phụ thuộc vào hàm lượng Amoni ban đầu, kết tủa tinh thểmagie amoni phot

phat rất dễ dàng tách pha ở pH >7, rất dễ rửa sạch và được dùng làm phân bónnhả chậm vì khi pH môi trường nhỏ hơn 7 nó mới tan dần và cây mới hấp thụđược. Phân bón này cung cấp 2 nguyên tố dinh dưỡng cho thực vật là đạm và

lân, còn nguyên tố Mg cho quá trình quang hợp tạo chất clorophin. [17, 18,

21]

Magie là nguyên tố tương đối phổ biến trong tự nhiên cũng nhưcanxi và

không bị giới hạn. Các hợp chấtmagie tương đối rẻ tiền. Cũng có thể tận thumagie t ừ nước ót của quá trình làm muối thủ công.

Cần thu lạiamoni bằng cách kết tủaamo ni dưới dạng một loại phân bón

nhả chậm có tên làmagie amoni photphat (viết tắt là MAP, có thành phần hóa





28

học gần tương tự như sỏi thận của người, nên có tên tiếng Anh là Struvit).

Phân bón nhả chậm này có giá trị dinh dưỡng cao vì nó sẽ tan dần khi pH của

môi trường nhỏ hơn 7, đồng thời lại cung cấp 3 nguyên tố dinh dưỡng chocây là đạm (NH4+), lân (PO 43-) và magie (Mg 2+) là những nguyên tố rất cần

cho sự sinh trưởng và quang hợp của cây. Phân bón này cũng có thể pha trộn bổ xung vào các loại phân rác vi sinh hoặc là nguồn nguyên liệu cho các cơ sởsản xuất phân bón trong nước.

Chấtmagie amoni photphat kết tủa hoàn toàn rất dễ dàng dưới dạng tinhthể ngậm nước trong môi trường trung tính và kiềm, rất dễ lắng trong nước.Vì vậy, nếu bổ xung thêm các ion trên theo tỉ lệ nhất định vào nước thải sẽxuất hiện kết tủa MAP và thu hồi dễ dàng. Nguồn ion magie hiện nay có thểkhai thác từ nước ót của quá trình làm muối thủ công ở miền Bắc.

Cũng có thể tạo ra một chất trung gian cho quá trình này là MgHPO4 ởthể vô định hình sau đó cho vào dung dịch nước thải cóamoni, nó sẽ hấp thụamoni và chuyển sang chất MAP kết tủa dưới dạng tinh thể :

MgHPO 4 + NH 4OH → MgNH4PO 4.6H 2O (1.34)

Với phương pháp này có thể tận thu được từ 90-95% a moni trong nướcthải . Kết tủa sẽ được thu gom, để khô tự nhiên và trở thành hàng hóa. Nguồnhàng hóa này có giá trị nhất định nó sẽ cung cấp tài chính cho các bước tiếptheo trong xử lý môi trường. Còn nước thải sau tận thuamoni cũng sẽ thuậnlợi hơn cho các bước xử lý tiếp theo bằng phương pháp sinh học.[20]

Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu xử lýamoni nói chung. Tuy

nhiên nghiên cứu tậnthu magie amoni photphat cũng chỉ xuất hiện trong vàichục năm gần đây, đặc biệt là mười năm đầu của thế kỷ 21 này. Các nghiêncứu được hướng vào cách thu gom từ các nguồn khác nhau và sử dụng loại

phân bón này.

Với phương pháp mới này có thiết kế công nghệ phù hợp có thể xử lý

amoni cho các loại nước thải giàuamoni như nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp





29

rác, nước thải các bể sinh biogas, nước thải chăn nuôi, nước thải của các nhàmáy phân đạm và cả đối với những nguồn nước cấp có hàm lượngamoni tuy

thấp nhưng vẫn nằm trong giới hạn không cho phép.[22]Ở Nhật Bản, MAP được thu hồi từ các nhà máy xử lý tập trung nên rất

thuận lợi và được sử dụng làm phân bón cho lúa.Sau xử lý bằng phương pháp hóa học trên, nồng độ amoni giảm đi nhiều

nên thích hợp cho các phương pháp sinh học xử lý hoàn nguyên amoni về lạinitơ thông qua các phương pháp anamox.









32

Thiết bị lấy mẫu nước là xô hoặc bình miệng rộng được buộc vào mộtcái cán dài hoặc một sợi dây có độ dài thích hợp khi lấy mẫu nước tại các vịtrí được định sẵn. Thiết bị lấy mẫu phải được làm bằng vật liệu trơ, không

được làm ảnh hưởng tới chất lượng nước khi phân tích. Xem TCVN 5992(ISO 5667-2).

Hình 2.2:Xô nhựa dùng lấy mẫuTrước khi tiến hành lấy mẫu thiết bị lấy mẫu phải được làm sạch bằng

chất tẩy rửa hoặc nước sạch và bắt buộc phải được tráng bằng chính nước cầnlấy ngay trước khi lấy mẫu, điều này sẽ làm giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm

mẫu.- Vị trí, thời gian, điều kiện thời tiết lấy mẫu: Áp dụng TCVN 6663-

1-2011, TCVN 6663-3-2008 và TCVN 5999-1995. Trong ngày 06/03/2014

chúng tôi đã tiến hành lấy mẫu tại 6 vị trí:

- Cống xả đầu ra của HTXLNT Xuân Sơn.(N1)

- Gần cống xả đầu ra HTXLNT Xuân Sơn: Mương nước cách cống xả 100 m

(N2), hồ Lễ Khê (N3), Hồ Xuân Khanh (N4). - Giếng nước của các hộ dân gần BCL Xuân Sơn.(N5, N6)

- Tạicác vị trí lấy mẫu: buộc dây vào thiết bị lấy mẫu đã được vệ sinh bằngnước sạch, múc và tráng thiết bị lấy mẫu bằng chính nước dự định được lấyđể phân tích 1-2 lần trước khi chính thức lấy mẫu.

Thả dụng cụ lấy mẫu xuống và tiến hành lấy mẫu nước, tránh lấy các bọt

nổi trên bề mặt bằng cách lắc mạnh sang 2 bên thiết bị lấy mẫu để điền đầy





33

toàn bộ thể tích thiết bị lấy mẫu sau đó nhấc nhẹ thiết bị lấy mẫu sao cho đáythiết bị lấy mẫu chạm bề mặt nướ c, sau đó buông tay để toàn bộ thiết bị lấy

mẫu nước ngập hoàn toàn trong nước rồi mới kéo lên. Phía bên trên bể điềuhoà các chai đựng mẫu đã được chuẩn bị sẵn. Dùng ca có quai múc nước đổvào trong chai nhưng không đổ đầy, chỉ đổ lượng nước thải bằng 50-75% thểtích chai, đậy nắp chai lại, úp ngược chai mẫu và lắc mạnh chai đựng mẫu,sau đó mở nắp mẫu để đổ nước thải ra một xô khác hoặc đổ trực tiếp xuốngcống thoát nước. Lặp lại quá trình này thêm 2 lần nữa trước khi điền đầy chaimẫu bằng nước thải tại bể điều hoà. Đậy nắp và đưa vào thùng bảo quản.

Hình 2.3:Sơ đồ bãi chôn lấp Xuân Sơn và vị trí lấy mẫu - Bảo quản, vận chuyển và lưu giữ mẫu:

Căn cứ vào yêu cầu bảo quản như đã để cập ở bảng dưới đây, với cácmẫu đã lấy tại hiện trường cần được bảo quản ở nhiệt độ từ2-5 0C ở chỗ tối bằng cách:

Chuẩn bị các thùng xốp có thể tích thích hợp với số lượng mẫu cần lấy, bổxung đá lạnh để đảm bảo nhiệt độ yêu cầu, sau đó đậy nắp và dán kín xungquanh bằng băng dính rồi chuyển về phòng thí nghiệm.





34

Bảng 2.1: Yêu cầu về việc bảo quản mẫu của BTNVMT

*Chú ý: P = Chất dẻo (PE, PTFE ,PVC, PP), G = Thuỷ tinh; Bình chứa mẫu được sử dụng là bình có nắp kín, có dung tích từ 0,5lít

trở lên.

- Ghi thông tin mẫu: Việc ghi thông tin lên thiết bị chứa mẫu là việc làm được chuẩn bị

trước khi tiến hành lấy mẫu. Có 2 cách để ghi thông tin lên thiết bị đựng mẫulà ghi trực tiếp bằng bút không xoá được hoặc dán nhãn đã được chuẩn bịtrước. Dù thực hiện bằng bất kỳ cách nào mẫu cũng phải cung cấp được cácthông tin tối thiểu sau:

+ Ký hiệm mẫu (N1, N2...N6)

TTTên chỉ tiêu thử

nghiệm

Loại bình

chứa Đơn vị đo

Kỹ thuật bảo quản

1. pH P hoặc G* mg/l làm lạnh 2oC đến 5oC2. BOD 5 P hoặc G mg/l làm lạnh 2oC đến 5oC3. TSS P hoặc G mg/l làm lạnh 2oC đến 5oC4. TDS P hoặc G mg/l làm lạnh 2oC đến 5oC5. Sunfua P hoặc G mg/l làm lạnh 2oC đến 5oC

6. NH 4+

P hoặc G mg/l làm lạnh 2o

C đến 5o

C7. NO 3

- P hoặc G mg/l làm lạnh 2oC đến 5oC8. PO 4

- P hoặc G mg/l làm lạnh 2oC đến 5oC9. Coliform P hoặc G MPN/100ml làm lạnh 2oC đến 5oC

10. Tổng các chất

hoạt động bề mặt P hoặc G mg/l làm lạnh 2oC đến 5oC

. Dầu mỡđộng thực vật

Phoặc G

mg/l làm lạnh 2o

Cđến 5oC







36

Đo quang :

- Dựng đường chuẩn

Thêm vào các bình định mức dung tích 50 ml

Thí nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Thể tích N(ml) 0 2 4 6 8 10 20 30 40

N(μg/ml) 0 2 4 6 8 10 20 30 40

Thuốc thử màu1

4 4 4 4 4 4 4 4 4

Thuốc thử màu2

4 4 4 4 4 4 4 4 4

Chú ý sau khi cho thuốc thử pH = 12,6 Pha loãng m ẫu bằng nước cất sao cho nồng độ mẫu nằm trong khoảng

đường chuẩn. Lấy các thể tích mẫu tương ứng ml cho vào ống nghiệm khô,thêm 4 ml thuốc thử màu 1 và 4 ml thuốc thử màu 2, lắc đều, để yên 10 phút

cho màu ổn định. Dung tích mẫu lớn nhất là 40 ml. Đo mẫu và các dung dịch đường chuẩn

ở 655 nm trong khoảng thời gian sau 60 phút.

- Tính toán kết quả:

Từ đường chuẩn tính được nồng độ x của dung dịch mẫu đã pha loãng.

Kết quả:

N(μg/l) = x.K/VK: hệ số pha loãng mẫu.

V: thể tích mẫu lấy để phân tích.

Kết quả xây dựng đường chuẩn sẽ được trình bày ở mục 3.3.1 thuộcchương 3.

- Xác định hàm lượng nitrit bằng phương pháp so màu với thuốc thử Griess

Tiến hành phân tích:





37

- Phân tích mẫu thực:Lấy 5 ml mẫu nước cho vào ống nghiệm khô, thêm 1ml axit sunfanilic

và 1ml - naphtylamin. Lắc đều, để yên 20 phút rồi đem đo quang ở bướcsóng 520 nm.

- Dựng đường chuẩn cho phép phân tích:

Lần lượt cho vào các ống nghiệm khô những thể tích dung dịch C cónồng độ NO 2

- 0,001 mg/ml như sau, sau đó cho thuốc thử, lắc đều, để yên 20

phút rồi đem đo quang ở bước sóng 520 nm. Ta xây dựng được đường chuẩncủanitrit. Kết quả xây dựng đường chuẩn sẽ được trình bày ở mục 3.3.1 thuộcchương 3.

- Xác định hàm lượng nitrat bằng phương pháp so màu với thuốc thửphenoldisunfonic

Phép phân tích:

- Phân tích mẫu thực:Lấy 5 ml mẫu cho vào cốc, đun cạn. Thêm 0,5 ml axit phenoldisunfonic,

lắc đều. Thêm khoảng 10 ml nước cất, lắc đều. Thêm 5 ml dung dịchammoniac đặc, lắc đều. Chuyển tất cả vào bình định mức 25 ml, thêm nướccất đến vạch mức. Để yên 10 phút, đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 410 nm.

- Dựng đường chuẩn cho phép phân tích:+ Dung dịch A: Hòa tan 0,1629 g KNO3 tinh khiết, đã sấy khô đến khối

lượng không đổi ở 105-110 0C trong 2 giờ, bằng nước cất trong bình địnhmức, định mức đến vạch 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ NO 3

- 0,1

mg/ml.

+ Dung dịch B: Lấy 100 ml dung dịch A, pha loãng bằng nước cất đếnvạch định mức 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ NO 3

- 0,01 mg/ml.






38

- Xác định hàm lượng photphat bằng phương pháp so màu với thuốcthử Amonimolipdat -vanadat

Phép phân tích:

- Phân tích mẫu thực: Lấy 17,5 ml mẫu đã lọc vào bình định mức 25 ml,thêm tiếp 5 ml dung dịch molipdat – vanadat và định mức. Lắc đều, để yên 10 phút sau đó đem đo quang ở bước sóng 470 nm.

- Dựng đường chuẩn cho phép phân tích:+ Dung dịch A: Hòa tan 1,211 g(NH 4)H 2PO 4 đã sấy khô ở 1000C trong

2 giờ, bằng nước cất trong bình định mức, định mức đến vạch 1 lít. Dungdịch thu được có nồng độPO 4

3- 1 mg/ml.

+ Dung dịch B: Lấy 100 ml dung dịch A pha loãng bằng nước cất đếnvạch định mức 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độPO 4

3- 0,1 mg/ml.


*Xác định nồng độ tối ưu để tạo MAP

- Chuẩn bị hóa chất:

+ Dung dịchMg 2+ 0,2M: Hòa tan 41,4284 g MgCl 2.6H 2O 98% trong 1 lít

nước cất. + Dung dịch NH 4

+ 0,2M: Hòa tan 10,7536 g NH 4Cl 99,5% trong 1 lít

nước cất. + Dung dịchPO 4

3- 0,2M: Hòa tan 25 g NaOH 96% và 13,68 ml H 3PO 4

85% (d = 1,685 g/ml) trong 1 lít nước cất.- Tiến hành phản ứng như sau:Đầu tiên, lấy V1 (ml) NH 4

+ cho vào thiết bị phản ứng, tiếp theo cho V2

(ml) PO 43- và tiến hành khuấy trộn đều dung dịch, đo pH đầu (pHđ), sau đó

cho V 3 (ml) Mg 2+ vào và bắt đầu tính thời gian phản ứng (t pư).

Sau khi phản ứng kết thúc, lọc kết tủa đem sấy khô đến khối lượng

không đổi rồi đem cân thu được khối lượng kết tủa MAP (mMAP ). Dịch lọc thu





39

được đem xác định hàm lượngMg 2+, NH 4+, PO 4

3- còn lại và đo pH sau phảnứng (pHs). Kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ mol tối ưu sẽ được trình bày ở

mục 3.3.2 thuộc chương 3. *Xác định pH tối ưu để tạo MAP

Các bước tiến hành tương tự như đã làm để xác định nồng độ tối ưu,nhưng thay vào đó ta sẽ điều chỉnh pH từ các mức 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14.

Sau đó vẫn cân khối lượng giấy lọc sau sấy khô để xác định khối lượng MAP.Kết quả của việc xác định pH tối ưu sẽ được thể hiện tại mục 3.3.3 chương 3.

* Xác định thời gian tối ưu để tạo MAP

Các bước chuẩn bị hóa chất và tiến hành thì nghiệm giống như mục xácđịnh nồng độ tối ưu tạo MAP. Tuy nhiên, sau khi có kết quả của nồng độ tốiưu và thời gian tối ưu, ta sẽ thực hiện các thí nghiệm với các khoảng thời giankhác nhau là: 5, 10, 15, 20, 25, 30 phút, và đưa ra được thời gian tối ưu tạoMAP. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở mục 3.3.4 thuộc chương 3.

* Khả năng sử dụng nước ót thay thế ion Mg 2+ trong phản ứng tạo

MAP

- Chuẩn bị hóa chất:

+ Dung dịch nước ót 30° baume.

+ Dung dịchMgCl 21M: Hòa tan 41,4284 g MgCl 2.6H 2O 98% trong 0,1

lít nước cất. + Dung dịch MgSO 41M: Hòa tan 27,4284 g MgSO 4.6H 2O 98% trong 0,1

lít nước cất. + Dung dịch Mg2(PO 4)31M: Hòa tan 19,4284 g Mg 2(PO 4)3.6H 2O 98%

trong 0,1 lít nước cất.

+ Dung dịch NH 4+ 1M: Hòa tan 10,7536 g NH 4Cl 99,5% trong 0,1 lít

nước cất. + Dung dịchPO 4

3- 1M: Hòa tan 25 g NaOH 96% và 13,68 ml H 3PO 4

85% (d = 1,685 g/ml) trong 0, 1 lít nước cất.







41

Ch ng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Sơ l c về bãi chôn lấp Xuân Sơn-Hà Nội

Hình 3.1: Vị trí bãi rác Xuân Sơn và các bãi rác khác ở Hà Nội BCL Xuân Sơn được đặt tại xã Xuân Sơn (gần hồ thủy lợi XuânKhanh),

cách trung tâm thị xã Sơn Tây khoảng 12km về phía Tây Nam (bãi nằm ngaytrên tuyến đường 87B đi Tản Lĩnh). BCL Xuân Sơn nằm trong vùng đất caohơn so với đồng ruộng của người dân địa phương và được thiết kế, xây dựng





42

để chôn lấp rác của thị xã Sơn Tây. Bãi chôn lấp đã đi vào hoạt động được 10năm. Ban đầu BCL Xuân Sơn chưa có hệ thống xử lý nước thải.

Bảng 3.1: Thành phần các loại rác thải bãi rác Xuân Sơn TT Loại rác

thải Khảo sát bãi chôn lấp Xuân Sơn Thành phần

trung bình(%)Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Ngày 41 Rác nhà bếp 61,62 69,15 58,77 61,62 62,792 Giấy 9,06 2,8 6,69 4,18 5,683 Vải 3,99 8,88 3,67 6,68 5,79

4 Gỗ 0,12 2,67 4,56 5,65 3,25

5 Nhựa 16,71 10,17 14,02 11,65 13,146 Da và

Cao su0,05 - 0,3 - 0,09

7 Kim loại 0,02 0,59 1,67 0,578 Kính 0,24 0,88 1,64 0,69

9 Sứ 1,95 0,54 2,58 3,59 2,1610 Đá và cát 6,23 3,84 5,25 3,14 4,62

11 Xỉ than - - 1,24 1,82 0,7612 Chất thải

nguy hại - - - - -

13 Tã - 1,13 0,69 0,4614 Thuốc - - - - -

15 Tóc - - - - - Nguồn: Tổng cục môi trường ,”Báo cáo nghiên cứu về chất thải

rắn”(2011)- Phụ lục số 1 Nước rỉ rác không qua một khâu xử lý nào mà chỉ được thu gom và thải

thẳng ra môi trường, gây ô nhiễm nặng. Đến năm 2010, BCL Xuân Sơn mớicó HTXLNT với công suất thiết kế 100 m 3/ngày. Tuy nhiên, đến năm 2012,nước thải sau xử lý vẫn gây tác động tiêu cực tới môi trường sống của ngườidân xung quanh. Khí amoni và các khí ở bãi rác thoát ra tạo nên mùi hôi khóchịu. Đặc biệt là sự ô nhiễm nặng nề amoni trong các nguồn nước khu vực





43

này. Do vậy, việc đánh giá ảnh hưởng của ô nhiễm nói chung và ô nhiễmamoni nói riêng ở khu vực bãi rác Xuân Sơn là rất cần thiết.

3.2. Đánh giá sự ô nhiễm n c nói chung và sự ô nhiễmamoni trongn c thải bãi chôn lấp Xuân Sơn Để đánh giá chất lượng nước thải của BCL Xuân Sơn, chúng tôi tiến

hành lấy mẫu ở6 vị trí N1,N2 ....N 6, bản đồ vị trí lấy mẫu được thể hiện ởHình 2.3. Mẫu được lấy và bảo quản theo TCVN 5999-1995 và TCVN 6663-

3-2011. Dựa vào các phương pháp phân tích phòng thí nghiệm, tôi đã phântích và cho ra kết quả sau:

Bảng 3.2: Kết quả phân tích mẫu nước thải vị trí cống xả đầu ra

TT Chỉ tiêu Đơn vị Kí hiệu mẫu QCVN 25:2009/BTNMT

N1 A B1 B2

1 pH _ 7,7 _ _ _

2 DO mg/l 1,9 _ _ _

3 TSS mg/l 986 _ _ _

4 COD mg/l 3540 50 400 300

5 BOD 5 mg/l 2150 30 100 50

6 NH 4+ mg/l 172 5 25 25

7 NO 2- mg/l 11,4 _ _ _

8 NO 3- mg/l 12,5 _ _ _

9 PO 43- mg/l 1,24 _ _ _

10 Tổng N mg/l 262 15 60 60

11 Tổng P mg/l 43,1 _ _ _

12 Cadimi mg/l 0,14 _ _ _

13 Chì mg/l 0,34 _ _ _

14 Coliform MPN 15.000 _ _ _

* Nhận xét: - Hàm lượng Amoni (NH 4

+) trong nước thải quá cao, gấp 6,88 lần so với

QCVN 25:2009/BTNMT (cột B1) HTXLNT không thể xử lí triệt để được





44

amoni dẫn đến nước thải đầu ra gây ô nhiễm amoni nặng nề cho các khu vựcxung quanh.

- Hàm lượng các chất hữu cơ trong mẫu nước vượt quá giá trị giới hạnqui định trong cột B1-QCVN 25: 2009/BTNMT. Các thông số COD, BOD5 và

tổng N đều có giá trị rất cao. Cụ thể BOD5 gấp 21,5-23,5 lần so với QCVN25:2009 cột B1. COD gấp từ 8,5-9,5 lần so với QCVN 25:2009 cột B1.

Bảng 3.3 : Kết quả phân tích mẫu nước mặt gần cống xả

TT Chỉ tiêu Đơn vị Kí hiệu mẫu QCVN08:2008/BTNMT

N2 N3 N4 B1 B2 1 pH _ 6,9 7,3 7,2 5,5-9 5,5-9

2 DO mg/l 2,1 2,9 4,8 4 2

3 TSS mg/l 98 69 32 50 100

4 COD mg/l 540 425 18 30 50

5 BOD 5 mg/l 340 265 6 15 25

6 NH 4+ mg/l 19,4 17,2 0,12 0,5 1

7 NO 2- mg/l 1,02 0,92 0,02 0,04 0,05

8 NO 3- mg/l 10,5 8,5 0,25 10 15

9 PO 4- mg/l 1,24 0,32 0,09 _ _

10 Tổng N mg/l 42,6 32,4 0,82 _ _

11 Tổng P mg/l 3,01 2,13 0,3 _ _

12 Cadimi mg/l 0,12 0,07 KPHT _ _

13 Chì mg/l 0,24 0,14 KPHT _ _

14 Coliform MPN 12.000 10.000 6.500 7.500 10.000

- Các thông số chất lượng nước của mẫu N4 đều có giá trị thấp hơn so

với cột B1 của QCVN08:2008/BTNMT. Có thể thấy, chất lượng nước của hồ





45

Xuân Khanh vẫn đáp ứng được mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đíchsử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự. Điều này là phù hợp với

thực tế do hồ Xuân Khanh cách xa và có vị trí cao hơn, không chịu tác độngtrực tiếp từ BCL Xuân Sơn.- Mẫu nước N2 và N3 có nhiều thông số vượt các giá trị qui định trong

cột B1 của QCVN08:2008/BTNMT. Các thông số vật lý (TSS), hóa học(COD, BOD5, các ion của N, các kim loại nặng độc hại) và sinh học(coliform, e coli) đại diện cho chất lượng nước mặt đều có giá trị vượt hơnđáng kể. Điều này cho thấy sự ô nhiễm ở mức độ đáng lo ngại của nước thảitừ BCL Xuân Sơn đến môi trường nước mặt xung quanh.

- So sánh các thông số phân tích trong bảng cho thấy, mẫu N2 có mức độ

ô nhiễm nặng hơn mẫu N3. Vị trí mẫu N2 và N3 cùng nằm trên hướng chảycủa nước thải từ BCL nhưng mẫu N2 có vị trí gần hơn dẫn tới kết quả trên.

Bảng 3.4 : Phân tích chất lượng mẫu nước giếng khu dân cư

- Mẫu N5 lấy ở giếng của nhà dân bên cạnh tường rào BCL. Giếng nước

ở rất gần BCL, lại chịu tác động trực tiếp của quá trình xả nước rỉ rác xử lý





46

không đạt tiêu chuẩn. Bên cạnh đó, nước mưa chảy vào BCL sau đó chảy trànra khu vực xung quanh trong nhiều năm thấm xuống cũng tác động đáng kể

đến môi trường nước ngầm. Mẫu N5 có các chỉ tiêu COD, NH 4

+

, Coliformđều vượt quá giá trị qui định của QCVN 09:2008/BTNMT.

- Mẫu N6 có vị trí xa hơn và ở phía ngược lại với hướng chảy của nướcthải từ BCL. Do đó, mẫu N6 chịu tác động nhẹ hơn dẫn tới các thông số chấtlượng nước có giá trị thấp hơn so với mẫu N5. Chỉ có các thông số COD và

NH 4+ của mẫu N6 là vượt quá giá trị qui định của QCVN 09:2008/BTNMT.Tóm lại: nước thải và các nguồn nước xung quanh BCL Xuân Sơn

nói chung đã bị ô nhiễm nặng nề, đặc biệt là ô nhiễm amoni.

3.3. Nghiên cứu chế tạo MAP 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn

Qua các phương pháp xây dựng đường chuẩn củaamoni, nitrat, nitrit

và p hotpho được trình bày ở chương 2, ta xây dựng được đường chuẩn dựatrên kết quả đo quang ABS. Từ đường chuẩn, ta có thể xác định được nồng độion cần phân tích.

* Đường chuẩn amoni

Chuẩn bị mẫu và dụng cụ:

- Mẫu được bảo quản ở nhiệt độ 2-5° C, axit hóa bằng axit H2SO 4 tới pH= 2 để tránh sự ô nhiễm amoniac từ không khí.

- Tất cả dụng cụ cần được tráng rửa cẩn thận bằng dung dịch rửa đã

chuẩn bị sau đó tráng kĩ bằng nước.

- Tiến hành đo quang, xây dựng bảng và dựng đường chuẩn.





47

Bảng3.5: Kết quả xây dựng đường chuẩn của amoni

TTThể tích

N(ml)

N(μg/ml) Thuốc thử

Màu 1(ml)

Thuốc thử

Màu 2(ml)

[NH4+]

(mg/l)

ABS

1 0 0 0,2 0,3 0,0 0,109

2 2 2 0,2 0,3 0,04 0,151

3 4 4 0,2 0,3 0,08 0,196

4 6 6 0,2 0,3 0,12 0,222

58 8

0,2 0,3 0,16 0,2526 10 10 0,2 0,3 0,2 0,296

7 20 20 0,2 0,3 0,4 0,452

8 30 30 0,2 0,3 0,6 0,563

940 40

0,2 0,3 0,80,735

Mối tương quan giữa nồng độ NH4+ với chỉ số ABS sau khi đưa vào

Excel ta sẽ được phương trình đường chuẩn củaamoni dưới đây:

Hình 3.2:Ph ng trình đ ng chuẩn của amoni





48

Xây dựng đường chuẩnnitrat, n itrit và phốt pho tương tự.

*Phương trình đường chuẩnnitrit

Bảng3.6: Kết quả xây dựng đường chuẩn của nitrit Ống

nghiệm Dungdịch

C (ml)

N ccất(ml)

Axitsunfanilic

(ml )- naphtylamin

(ml)[NO2

-](mg/L) ABS

1 0,0 5,0 1 1 0,0 0,062

2 0,5 4,5 1 1 0,1 0,122

3 1,0 4,0 1 1 0,2 0,222

4 1,5 3,5 1 1 0,3 0,228

5 2,0 3,0 1 1 0,4 0,325

6 2,5 2,5 1 1 0,5 0,357

7 3,0 2,0 1 1 0,6 0,421

8 3,5 1,5 1 1 0,7 0,469

9 4,0 1,0 1 1 0,8 0,547

10 4,5 0,5 1 1 0,9 0,581

11 5,0 0,0 1 1 1,0 0,062

Từ bảng kết quả đo quang, ta xác định được phương trình đường chuẩnnitrit:

Hình 3.3:Ph ng trình đ ng chuẩn của nitrit





49

*Phương trình đương chuẩnnitrat

Bảng3.7: Kết quả xây dựng đường chuẩn của nitrat

Ống nghiệm Dungdịch B (ml)

N ccất (ml)

Phenoldisunfonic(ml)

Amoniac(ml) [NO3-](mg/l) ABS

1 0,0 5,0 0,5 5 0 0

2 0,5 4,5 0,5 5 1 0,109

3 1,0 4,0 0,5 5 2 0,192

4 1,5 3,5 0,5 5 3 0,327

5 2,0 3,0 0,5 5 4 0,381

6 2,5 2,5 0,5 5 5 0,519

7 3,0 2,0 0,5 5 6 0,598

8 3,5 1,5 0,5 5 7 0,697

9 4,0 1,0 0,5 5 8 0,884

10 4,5 0,5 0,5 5 9 0,928

11 5,0 0,0 0,5 5 10 1,025

Từ bảng kết quả xây dựng đường chuẩnnitrat, ta xác định được phươngtrình đường chuẩn nitrat, qua đó xác định được nồng độ ion nitrat.

Hình 3.4:Ph ng trình đ ng chuẩn của nitrat





50

*Phương trình đường chuẩn photphat

Bảng3.8: Kết quả xây dựng đường chuẩn photphat

Ốngnghiệm Dung dịchchuẩn (ml) Thuốc thử (ml) Thể tíchdung dịch(ml)

[PO43-](mg/l) ABS

1 0,0 5 25 0 0

2 0,5 5 25 2 0,175

3 1,0 5 25 4 0,351

4 1,5 5 25 6 0,493

5 2,0 5 25 8 0,647

6 2,5 5 25 10 0,876

7 3,0 5 25 12 1,081

8 3,5 5 25 14 1,273

9 4,0 5 25 16 1,492

10 4,5 5 25 18 1,625

11 5,0 5 25 20 1,734

Từ số liệu ở bảng dựng được phương trình đường chuẩn của photphat.

Hình 3.5:Ph ng trình đ ng chuẩn của photphat





51

3.3.2. Xác định nồng độ tối ưu để tạo MAP

Để khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ molMg 2+ : NH 4+ : PO 4

3- đến khối

lượng MAP và hiệu suất xử lý amoni, chúng tôi chuẩn bị các mẫu thí nghiệm bằng hóa chất tinh khiết có các tỷ lệ molMg 2+ : NH 4+ : PO 4

3- khác nhau. Qua

thí nghiệm trình bày ở chương 2 ta có bảng tỉ lệ mol sau:

Bảng 3.9: Tỷ lệ molM g 2+ : NH 4 + : PO 4

3- tương ứng với nồng độ mg/l

Thứ tự mẫu Tỷ lệ mol Mg2+ : NH4

+ : PO43- pHđ

Tr c xử lý

Mg2+ (mg/l)

NH4+

(mg/l)PO4

3- (mg/l)

1 1,0 : 0,6 : 1,0 12,0 1846,2 830,8 7307,72 1,0 : 0,8 : 1,0 11,5 1714,3 1028,6 6785,7

3 1,0 : 1,0 : 1,0 11,0 1600,0 1200,0 6333,3

4 1,2 : 0,6 : 1,0 12,0 2057,1 771,4 6785,7

5 1,2 : 0,8 : 1,0 11,5 1920,0 960,0 6333,3

6 1,2 : 1,0 : 1,0 11,0 1800,0 1125,0 5937,5

7 1,4 : 0,6 : 1,0 12,0 2240,0 720,0 6333,3

8 1,4 : 0,8 : 1,0 11,5 2100,0 900,0 5937,5

9 1,4 : 1,0 : 1,0 11,0 1976,5 1058,8 5588,2

10 1,6 : 0,6 : 1,0 12,0 2400,0 675,0 5937,5

11 1,6 : 0,8 : 1,0 11,5 2258,8 847,1 5588,2

12 1,6 : 1,0 : 1,0 11,0 2133,3 1000,0 5277,8

Sau khi tiến hành phản ứng với các mẫu thí nghiệm theo tỷ lệ mol trên,thu được kết quả bảng dưới đây.





52

Bảng 3.10: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol

Thứtựmẫu

Tỷ lệ mol Mg2+ : NH4+ :

PO43-

pHs mMAP (g)

Sau xử lý Hiệu

suấtxử lýamoni

(%)

Mg2+ còn lại (mg/l)

NH4+

còn lại (mg/l)

PO43-

còn lại (mg/l)

1 1,0 : 0,6 : 1,0 8,0 11,92 147,84 59,33 212,88 92,8

2 1,0 : 0,8 : 1,0 7,5 10,79 138,72 71,22 267,85 93,1

3 1,0 : 1,0 : 1,0 7,0 9,47 124,59 78,44 331,98 93,5

4 1,2 : 0,6 : 1,0 8,0 11,86 168,67 62,50 239,77 91,95 1,2 : 0,8 : 1,0 7,5 10,60 175,74 89,37 279,59 90,7

6 1,2 : 1,0 : 1,0 7,0 9,56 136,32 82,07 323,15 92,7

7 1,4 : 0,6 : 1,0 8,0 10,87 185,47 61,83 245,67 91,3

8 1,4 : 0,8 : 1,0 7,5 9,69 143,38 63,45 195,39 93,2

9 1,4 : 1,0 : 1,0 7,0 8,65 167,15 94,90 207,86 91,1

10 1,6 : 0,6 : 1,0 8,0 12,50 157,54 37,12 164,48 94,5

11 1,6 : 0,8 : 1,0 7,5 9,47 143,97 57,74 287,92 93,2

12 1,6 : 1,0 : 1,0 7,0 8,22 138,93 74,50 306,19 92,6

Qua kết quả ở bảng 3.10 , thu được biểu đồsau:

Hình 3.6:Hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào tỷ lệ mol







54

Qua biểu đồ hình3.8 , cho thấy môi trường pHs của các tỷ lệ mol saukhi phản ứng tạo kết tủa MAP xảy ra thường dao động trong khoảng 7 – 8.

Như vậy, sau phản ứng tạo kết tủa MAP chúng ta không phải điều chỉnh lạimôi trường của nước thải trước khi đưa vào giai đoạn xử lý tiếp theo bằng phương pháp sinh học.

3.3.3. Xác định pH tối ưu để tạo MAP Sau khi nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ molMg 2+ : NH 4

+ : PO 43-, chúng

tôi sử dụng tỷ lệ: 1,6 : 0,6 : 1 để khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến khốilượng MAP và hiệu suất xử lý amoni.

Đối với tỷ lệ molMg 2+ : NH 4+ : PO 4

3- = 1,6 : 0,6 : 1, nồng độ ban đầu củacác chất trong mẫu phản ứng là:

[Mg 2+] ban đầu = 0,1M = 2400 (mg/l)

[NH 4+] ban đầu = 0,0375M = 675 (mg/l)

[PO 43-] ban đầu = 0,0625M = 5937,5 (mg/l)

Sau khi làm các thí nghiệm ở tỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1 với các pHđ khác

nhau, chúng tôi thu được kết quả biểu diễn ở bảng3.11

Bảng 3.11: Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH đ đối với tỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1

STT pH mMAP (g)

[Mg 2+]còn lại (mg/l)

[NH 4+]

còn lại (mg/l)

[PO 43-]

còn lại (mg/l)

Hiệu suấtxử lý NH 4

+](%) pH đ pH s

1 8 6 5,69 318,6 86,0 242,3 87,26

2 9 6,5 5,50 219,7 95,5 259,6 85,85

3 10 7 6,19 213,5 57,0 240,8 91,56

4 11 7,5 10,56 195,3 35,6 131,7 94,73

5 12 8 7,25 193,5 77,1 343,3 88,58





55

Qua số liệu ở bảng3.11 , thu được biểu đồ về sự phụ thuộc của hiệu suấtxử lý amoni và đồ thị về sự phụ thuộc của khối lượng MAP vào pHđ ở tỷ lệ

mol 1,6 : 0,6 : 1 n hư sau:

Hình 3.9:Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý amoni vào pHđ Nh vậy, ở pHđ = 11 thì hiệu suất xử lý amoni đạt kết quả lớn nhất

94,73% và khối l ng MAP thu đ c là cao nhất 10,56 g (hình 3.9 ). Còn ở pH đ cao hơn hoặc thấp hơn 11 thì hiệu suất xử lý amoni và khối lượng MAPthu được thấp hơn. Do đó, chúng tôi chọn pHđ tối ưu cho phản ứng tạo kết tủaMAP ở tỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1 là 11.

Hình 3.10:Sự phụ thuộc của khối l ng MAP vào pHđ





56

3.3.4. Xác định thời gian tối ưu để tạo MAP Sau khi khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol và pHđ, chúng tôi sử dụng tỷ

lệ mol: 1,6 : 0,6 : 1 và pHđ = 11, để khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian phảnứng (t pư) đến khối lượng MAP và hiệu suất xử lý amoni. Cụ thể như sau:

Đối với tỷ lệ molMg 2+ : NH 4+ : PO 4

3- = 1,6 : 0,6 : 1, nồng độ ban đầu củacác chất trong mẫu phản ứng là:

[Mg 2+] ban đầu = 0,1M = 2400 (mg/l)

[NH 4+] ban đầu = 0,0375M = 675 (mg/l)

[PO 43-] ban đầu = 0,0625M = 5937,5 (mg/l)

Sau khi tiến hành phản ứng ở các thời gian phản ứng khác nhau trongđiều kiện tỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1 và pHđ = 11, chúng tôi thu được kết quả ở bảng3.12.

Bảng 3.12: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của t pư đối vớitỷ lệ mol 1,6 : 0,6 : 1

Thứtự

mẫu

Thờigiant pư

(phút)

pH

mMAP

(g)

[Mg 2+]

còn lại (mg/l)

[NH4

+]

còn lại (mg/l)

[PO4

3]

còn lại (mg/l)

Hiệu

suất xửlý NH 4

+

(%) pH đ pH s

1 5 11 7,5 9,38 321,2 87,8 442,3 86,99

2 10 11 7,5 9,63 276,6 80,6 318,7 88,06

3 15 11 7,5 9,88 248,6 68,5 302,3 89,85

4 20 11 7,5 10,13 153,4 37,7 298,5 94,5

5 25 11 7,5 10,06 179,3 55,5 388,2 91,8

6 30 11 7,5 10,05 178,5 49,4 343,5 92,7

Qua số liệu ở bảng3.12 , thu được biểu đồ về sự phụ thuộc của hiệu suất

xử lý amoni và khối lượng kết tủa MAP vào thời gian phản ứng như sau:





57

Hình 3.11:Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý amoni vào tp Qua biểu đồ hình3.11 và đồ thị hình3.12, cho thấy thời gian tối u

cho phản ứng tạo kết tủa MAP và hiệu suất xử lý amoni là 20 phút. Nếukéo dài thời gian phản ứng thì hiệu suất xử lý và khối lượng MAP thay đổikhông đáng kể. Vì vậy, chúng tôi chọn thời gian tối ưu cho phản ứng tạo kết

tủa MAP ở tỷ lệ mol: 1,6 : 0,6 : 1 và pH đ = 11 là 20 phút.

Hình 3.12:Sự phụ thuộc của khối l ng MAP vào tp





58

3.3.5. Khả năng sử dụng nước ót thay thế ion Mg 2+ trong phản ứng tạo

MAP

- Khái niệm n c ót : Nước ót là phần dung dịch còn lại trên ruộngmuối sau khi muối đã kết tinh. Người ta tháo nước ót ra bể chứa rồi thải lại ra biển. Thành phần nước ót 30° baume gồm có NaCl, MgCl2, MgSO 4, KCl,

NaBr và một số nguyên tố vi lượng khác, trong đó nồng độ muối baume.

Việc sử dụng các hóa chất có gốcmagie để điều chế MAP tốn rất nhiềuchi phí, nên việc ứng dụng nước ót để thay thế các hóa chấtmagie là mộthướng kinh tế rất có triển vọng. Trong quá trình nghiên cứu việc thay thế cáchóa chất chứamagie bằng nước ót của tôi đã thu được kết quả sau:

Bảng 3.13: So sánh hiệu suất tạo thành MAP của nước ót với hóachất khác

TT Hóa chất Thểtích(ml)

Khối l ng MAP tạo thành theo các mức pH(g)

pH = 7 pH = 8 pH = 9 pH = 10 pH = 11 pH = 12

1 MgCl 21M 100 7,61 7,84 7,95 8,52 9,73 8,78

2 MgSO 41M 100 8,12 8,33 8,74 9,31 11,37 9,56

3 Mg 3(PO4) 2

1M

100 8,35 8,69 8,8 9,92 11,87 9,87

4 Nước ót30°Baume

100 8,57 8,81 9,01 10,67 12,35 10,48

Qua kết quả thí nghiệm, ta có thể thấy dùng nước ót luôn cho khối lượngkết tủa MAP là lớn nhất so với các hóa chất còn lại. Có thể sử dụng nước ótđể thay thế cho các ion gốc Mg2+ trong quá trình tạo MAP.

3.4. Áp dụng các điều kiện tối u cho phản ứng tạo kết tủa MAP vàoxử lý n c thải

Sau khi khảo sát được các điều kiện tối ưu cho phản ứng tạo kết tủaMAP, chúng tôi áp dụng các điều kiện tối ưu là: Tỷ lệ molMg 2+ : NH 4

+ :





59

PO 43- = 1,6 : 0,6 : 1, pH đ = 11 và thời gian phản ứng t pư = 20 phút vào xử lý

nguồn nước thải thực tế: nước thải BCL rác Xuân Sơn-Hà Nội.

Mẫu nước rác từ bãi chôn lấp rác Xuân Sơn, sau khi xác định các thôngsố đầu vào, chúng tôi xử lý nước theo các điều kiện tối ưu nêu trên và sử dụngnước ót (nước biển cô đặc hoặc nước muối chứa bromua và magie và cácmuối canxi còn lại trong dung dịch sau khi NaCl đã được tách bằng kết tinh)

nồng độ Mg2+ 2,5M để xử lý. Kết quả thu được ở bảngsau:

Bảng 3.14: Kết quả xử lý nước thải từ bãi chôn lấp Xuân Sơn

STT Thông số Đầu vào Đầu ra QCVN 25:

2009/BTNMTHiệu suấtxử lý(%)

1 COD (mg/l) 1542,7 678,8 400 56,2

2 NH 4+ (mg/l) 151,7 18,9 25 87,5

3 PO 43- (mg/l) 34,6 30,6 - 8,84

4 Mg 2+ (mg/l) 3120 1200 - 38,46

7 pH 8,0 7,5 -

8 m MAP (g) 8,5 -

Đối với mẫu nước thải thực tế này thì hiệu suất xử lý amoni chỉ đạt87,5%, thấp hơn so với điều kiện tối ưu (94,73%) và hiệu suất xử lý COD đạt56,2%. Do sự cộng kết của các hợp chất hữu cơ cùng với kết tủa MAP, làm

cho khối lượng MAP thu được khi xử lý các mẫu nước thải thực tế thườngcao hơn so với khi sử dụng hóa chất tinh khiết, không những thế còn làm tăngchất lượng của phân MAP vì hàm lượng nhất định của chất hữu cơ.





60

3.5. Đề xuất quy trình và sơ đồ công nghệ xử lý amoni trong n cthải bằng ph ng pháp kết tủa MAP

3.5 .1. Quy trình công nghệ Sau khi áp dụng các điều kiện tối ưu của phản ứng tạo kết tủa MAP vàoxử lý amoni của một số nguồn nước thải nhiễm amoni cao: nướcrác BCL

Xuân Sơn. Chúng tôi đưa ra quy trình công nghệ xử lý amoni trong nước thải bằng phương pháp tạo kết tủa MAP gồm các bước sau:

Bước 1: Khuấy trộn NaOH, H3PO 4 với nước thải sao cho pH của dungdịch đạt khoảng 11.

Bước 2: Khuấy trộn và cho từ từ nước ót hoặc với dung dịch MgCl2

vào dung dịch trên cho đến khi pH của dung dịch đạt khoảng 7,5-8.

Bước 3: Cho dung dịch sau khi đã phản ứng tạo kết tủa MAP vào thiết bị lắng lọc và tách kết tủa MAP, dich lọc thu được tiếp tục đưa vào giai đoạnxử lý tiếp theo bằng phương pháp sinh học trước khi thải ra môi trường.

3.5 .2. Sơ đồ công nghệ Theo quy trình công nghệ trên, chúng tôi đưa ra sơ đồ công nghệ xử lý

amoni và tận thu phân MAP như sau:

Hệ thống xử lý bao gồm 4 bể, trong đó có 2 bể phản ứng và 2 bể lắnglọc để tách kết tủa MAP.







62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. K ết luận1. Nướ c th ải BCL Xuân sơn nói chung đang bị ô nhi ễm amoni n ặng n ề, nồng

độ amoni cao g ấ p 6,88 l ần so v ớ i QCVN 25:2009/BTNMT (c ột B 1). Các ch ất

hữu cơ vượ t quá giá tr ị giớ i hạn. COD, BOD 5 gấ p 21,5-23,5 l ần QCVN

25:2009 c ột B 1 . COD g ấ p từ 8,5-9,5 l ần so v ớ i QCVN 25:2009 c ột B 1.

2. Sau khi nghiên c ứu ứng dụng công ngh ệ xử lý nướ c thải bằng phương pháp MAP tôi đã thu đượ c các k ết quả sau:

- Điều kiện tối ưu cho phản ứng tạo k ết tủa MAP v ớ i hiệu suất cao nh ất là:

+ Tỷ lệ mol các ch ất tham gia ph ản ứng Mg 2+ : NH 4+ : PO 4

3- = 1,6 : 0,6 : 1

+ Môi trườ ng ph ản ứng vớ i pH = 11.

+ Thờ i gian ph ản ứng t pư = 20 (phút).

- Có th ể tận dụng được nướ c ót trong s ản xuất mu ối để tận thu ngu ồn magie

có hàm lượ ng cao và s ử dụng trong ph ản ứng ch ế tạo MAP.

3. Dựa vào các nghiên c ứu, ứng d ụng c ủa phương pháp MAP và áp dụng cácđiều kiện tối ưu trong phản ứng tạo MAP có th ể xử lý đượ c amoni v ớ i hiệu

suất cao 87,5% đối với nướ c th ải bãi chôn l ấp Xuân Sơn. Từ đó tôi đã đưa rađượ c quy trình công ngh ệ xử lý amoni trong nướ c thải bằng phương phápMAP.

2. Kiến nghị - Cần phải có nh ững nghiên c ứu sâu hơn về công ngh ệ xử lý nướ c thải

để xử lý nướ c thải b ị ô nhi ễm amoni t ại BCL Xuân Sơn.

- Hướ ng xử lý nướ c thải có n ồng độ amoni cao b ằng phương pháp k ết

tủa MAP đã đem lại những k ết quả tích c ực, cần có nh ững nghiên c ứu sâu hơnvề phương pháp này.

- Cần nghiên cứu về sinh lý cây trồng đánh giá giá trị dinh dưỡ ng của phân MAP đối với các loại cây trồng.





63

- Cần nghiên cứu tận thumagie từ nước ót dưới dạng sản phẩmtrung

gian để thuận lợi cho việc vận chuyển đến nơi xử lý amoni.

- Cần nghiên cứu tỷ lệ nồng độMg2+

: NH 4+

: PO 43-

còn lại sau xử lý saocho thích hợp đối với phương pháp xử lý sinh học tiếp theo.





64

TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng Việt

1. Kiều Hữu Ảnh (1999), Giáo trình vi sinh v ật công nghi ệ p, NXB Khoa h ọc

và K ỹ thuật, Hà N ội.

2. Nguy ễn Đình Bảng (2004), “Bài giảng chuyên đề các phương pháp xử lý

nước, nướ c thải”, Đại học Khoa h ọc Tự nhiên, Hà N ội, tr.15-21.

3. Vũ Đăng Độ (1999), Hóa h ọc và s ự ô nhi ễ m môi trườ ng, NXB Giáo D ục,

Hà Nội.

4. Cao Th ế Hà (1999), Giáo trình x ử lý nướ c, Đại học Khoa h ọc Tự nhiên, Hà

Nội.

5. Tr ần Đức Hạ, Đỗ Văn Hải (2002), Cơ sở hóa h ọc quá trình x ử lý nướ c cấ pvà nướ c thải, NXB Khoa h ọc và K ỹ thuật, Hà N ội.

6. Tr ịnh Lê Hùng (2006), K ỹ thuật xử lý nướ c thải, NXB Giáo D ục, Hà N ội.

7. Tr ịnh Lê Hùng, Ph ạm Th ị Dương (2002), “Nghiên cứu chế tạo thiết tách

loại amoni để xử lý nướ c rò r ỉ của bãi rác Nam Sơn- Hà N ội”,Tuyể n t ậ pcác công trình Khoa h ọc, H ội ngh ị khoa h ọc l ần thứ 3, ngành Hóa h ọc,

tr.179-184.

8. Nguy ễn Văn Khôi, Cao Thế Hà (2002), Nghiên c ứu xử lý nướ c ngầm

nhiễm bẩn amoni (Báo cáo thu ộc chương trình 01C-09), Hà N ội.

9. Phạm Lu ận (1998), “Giáo trình phân tích môi trường”, Đại học Qu ốc Gia

Hà Nội.10. Nguy ễn Th ị Ngọc (2011), Nghiên c ứ u khả năng xử lý amoni trong nướ c

bằ ng nano MnO2-FeOOH mang trên Laterit , trường Đại học Khoa h ọc

Tự nhiên, Hà N ội.

11. Hoàng Nhâm (1994), Hóa h ọc vô cơ tậ p II , NXB Giáo d ục, Hà N ội.

12. Tr ần Hiếu Nhu ệ (1999), Thoát nướ c và xử lý nướ c thải công nghi ệ p, NXB

Khoa h ọc và K ỹ thuật, Hà N ội.





65

13. Lương Đức Phẩm (2002), Công ngh ệ xử lý nướ c thải bằng phương pháp sinh h ọc, NXB Giáo d ục, Hà N ội.

14. Lê Xuân Phương (2001),Vi sinh v ật công nghi ệ p, NXB Xây d ựng, Hà Nội.

15. Vũ Đức Toàn (2012), Đánh giá ảnh hưở ng của bãi chôn l ấ p rác Xuân

Sơn-Hà N ội đến môi trường nước và đề xuấ t giải pháp , Báo Khoa h ọc

thủy lợi và Môi trườ ng số 39.

16. Bộ Tài nguyên và Môi trườ ng (2011), Báo cáo môi trườ ng quố c gia 2011

về chấ t thải r ắ n, Hà N ội.

II. Tiếng Anh 17. G. El Diwani (2007), “Recovery of ammonia nitrogen from industrial

wastewater treatment as struvite slow releasing fertilizer”, Elsevier,pp.

200-214.

18. Ori Lahav and Michal Green (1988), “Ammonium removal using ionexchange and Biological regeneration”, Wat Res, 32(7), pp. 219-228.

19. Chin Pao Huang, Hung Wen Wang and Pei Chun Chiu (1998), “Nitratereduction by metallic iron”, Wat Res, 32(8), pp.2257-2264.

20. Barnes L.M. (2000), “The Use of High-Rate Nitrification for the

Pertreatment of Ammoniacal Digested Sludge Liquors”, J.CIWFM, pp.

401-408.

21. S. I. Lee, S. Y. Weon (2003), “ Removal of nitrogen and phosphate from

wastewater by addition of bittern”, Elsevier, pp. 10-15.

22. R.R. Rimkus, S.P. Graef (1983), “Nitrogen Removal”, Manuals of

Practice for Water Pollution Control Authorized for Publication by the


Documents

Đánh giá sự ô nhiễm Amoni trong nước thải bãi rác và thử nghiệm phương pháp xử lý kết tủa Magie Amoni Photphat (Map) làm phân bón