Tổng quan nghiên cứu

Tại Việt Nam, tình trạng ô nhiễm môi trường do nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp chất thải rắn ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt tại các đô thị lớn như Hà Nội. Bãi chôn lấp Nam Sơn, với công suất xử lý rác thải lên đến 4.200 tấn/ngày đêm, phát sinh lượng nước rỉ rác lớn, chứa các chất hữu cơ hòa tan và ion vô cơ với hàm lượng cao, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lý hiệu quả. Nước rỉ rác có thành phần phức tạp, biến đổi theo tuổi bãi chôn lấp và mùa trong năm, làm cho việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp trở nên khó khăn.

Luận văn tập trung nghiên cứu đánh giá hiện trạng xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn, đặc biệt tại trạm xử lý công suất 1.500 m³/ngày đêm, nhằm phát hiện các nguyên nhân hạn chế hiệu quả xử lý và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả hoạt động. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 12/2017 đến tháng 5/2018, tại khu vực bãi chôn lấp Nam Sơn, Hà Nội.

Việc đánh giá chi tiết thành phần nước rỉ rác, hiện trạng vận hành trạm xử lý và đề xuất giải pháp cải tạo không chỉ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao hiệu quả quản lý chất thải rắn đô thị, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp và bãi chôn lấp. Đây là cơ sở quan trọng để nhân rộng mô hình xử lý nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp khác trong khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về quá trình hình thành và xử lý nước rỉ rác trong bãi chôn lấp chất thải rắn. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Quá trình sinh hóa phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp: Nước rỉ rác được hình thành qua các giai đoạn phân hủy hiếu khí, kị khí, lên men axit và metan, với sự biến đổi pH, nồng độ BOD5, COD, NH4+ và các kim loại nặng theo thời gian chôn lấp. Các vi sinh vật ưa ẩm, ưa ấm và ưa nóng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

  2. Công nghệ xử lý nước rỉ rác: Bao gồm các phương pháp xử lý sinh học (SBR, UASB, Aerotank), xử lý hóa lý (phản ứng Fenton, keo tụ tuyển nổi), xử lý cơ học (lọc cát, than hoạt tính) và xử lý nâng cao (tháp stripping loại bỏ NH4+). Mô hình vận hành trạm xử lý nước rỉ rác Nam Sơn được phân tích chi tiết để đánh giá hiệu quả và đề xuất cải tiến.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng gồm: BOD5 (Nhu cầu oxy sinh hóa), COD (Nhu cầu oxy hóa học), NH4+ (Amoni), Stripping (quá trình loại bỏ amoni), Aerotank (bể xử lý sinh học hiếu khí), Fenton (phản ứng oxy hóa hóa học), Semultech (thiết bị keo tụ tuyển nổi).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ trạm xử lý nước rỉ rác Nam Sơn, bao gồm kết quả phân tích mẫu nước rỉ rác đầu vào và sau từng công đoạn xử lý từ tháng 12/2017 đến tháng 5/2018. Tài liệu tham khảo từ các quy chuẩn Việt Nam (QCVN 40:2011/BTNMT, QCVN 25:2009/BTNMT), tiêu chuẩn ngành và các nghiên cứu trong nước, quốc tế.

  • Phương pháp phân tích: Lấy mẫu nước rỉ rác theo quy trình chuẩn TCVN 6663, 5999, phân tích các chỉ tiêu kim loại nặng (Cd, As, Cu, Zn, Cr, Pb), BOD5, COD, tổng Nitơ, NH4+ bằng thiết bị AAS, máy quang phổ DR 3900, tủ mát BOD5 FOC120E. Phân tích hiện trạng vận hành trạm xử lý qua khảo sát thực địa, đánh giá thiết bị, công nghệ và quy trình vận hành.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong 6 tháng, từ tháng 12/2017 đến tháng 5/2018, bao gồm thu thập dữ liệu, phân tích mẫu, khảo sát hiện trường, đánh giá công nghệ và đề xuất giải pháp cải tạo.

  • Phương pháp tính toán thiết kế: Áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia và ngành để tính toán, thiết kế các hạng mục cải tạo nhằm nâng cao hiệu quả xử lý, đảm bảo phù hợp với quy hoạch mặt bằng và điều kiện vận hành thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước rỉ rác đầu vào vượt ngưỡng cho phép: Kết quả phân tích cho thấy nồng độ BOD5 dao động từ 1.102 đến 1.801 mg/l, COD từ 3.218 đến 3.879 mg/l, tổng Nitơ khoảng 1.238-1.402 mg/l, NH4+ từ 978 đến 1.140 mg/l, vượt hàng chục lần so với quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 25:2009/BTNMT. Các kim loại nặng như Cd, As, Cu, Zn, Cr, Pb đều nằm trong giới hạn cho phép.

  2. Hiệu suất xử lý thấp so với công suất thiết kế: Công suất thực tế của trạm xử lý Nam Sơn chỉ đạt khoảng 60-70% công suất thiết kế 1.500 m³/ngày đêm. Các biểu đồ khối lượng xử lý nước rỉ rác năm 2015-2017 cho thấy sự dao động lớn và không ổn định trong vận hành.

  3. Tồn tại kỹ thuật và vận hành ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý: Hệ thống điều khiển xuống cấp, các thiết bị bơm, sensor pH, DO hư hỏng, hệ thống phân phối khí không đồng đều, bể lắng cặn vôi hoạt động kém hiệu quả, tháp stripping bị tắc nghẽn, quạt thổi khí giảm công suất, vi sinh vật trong bể Aerotank có dấu hiệu chết do nồng độ chất ô nhiễm cao và cặn vôi lớn.

  4. Chất lượng nước sau xử lý chưa đạt quy chuẩn: Nồng độ COD sau xử lý dao động 122-358 mg/l, BOD5 50-131 mg/l, tổng Nitơ 443-551 mg/l, NH4+ 297-383 mg/l, vượt mức cho phép theo QCVN 40 và QCVN 25. Sự chênh lệch chất lượng nước giữa hai hệ xử lý cũng cho thấy thiếu đồng bộ trong công nghệ và vận hành.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiệu quả xử lý thấp là do công nghệ xử lý hiện tại được xây dựng và nâng cấp qua nhiều giai đoạn, thiếu đồng bộ, gây khó khăn trong quản lý và vận hành. Hệ thống điều khiển và thiết bị xuống cấp làm giảm khả năng kiểm soát quá trình xử lý, dẫn đến việc xử lý không đạt yêu cầu. Sự tồn tại của cặn vôi trong nước rỉ rác làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật hiếu khí trong bể Aerotank, làm giảm hiệu suất xử lý sinh học.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, việc xử lý nước rỉ rác phức tạp đòi hỏi hệ thống công nghệ đồng bộ, vận hành chính xác và bảo trì thường xuyên. Việc áp dụng các công nghệ xử lý sinh học kết hợp hóa lý, cơ học như trong nghiên cứu là phù hợp nhưng cần cải tiến để nâng cao hiệu quả. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ các chỉ tiêu trước và sau xử lý, bảng đánh giá hiện trạng thiết bị và biểu đồ công suất xử lý thực tế theo tháng để minh họa rõ ràng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo hệ thống điều khiển tự động: Thay thế các sensor pH, DO, bộ điều khiển và bơm định lượng đã hỏng để đảm bảo vận hành chính xác, giảm thiểu sai số trong quá trình xử lý. Mục tiêu nâng cao độ ổn định vận hành trong vòng 6 tháng, do Ban quản lý trạm xử lý thực hiện.

  2. Nâng cấp hệ thống pha vôi và bể lắng cặn: Thiết kế lại bể trộn và lắng cặn vôi để tăng hiệu suất lắng, giảm lượng cặn vôi đi vào các công đoạn xử lý tiếp theo. Thời gian thực hiện 9 tháng, phối hợp giữa đơn vị thi công và kỹ thuật vận hành.

  3. Sửa chữa, thay thế thiết bị tháp stripping và quạt thổi khí: Vệ sinh, thay thế đệm nhựa, cải thiện giàn phun và quạt thổi khí để tăng hiệu quả loại bỏ NH4+. Thời gian 6 tháng, do đơn vị bảo trì kỹ thuật thực hiện.

  4. Tăng cường quản lý vận hành và đào tạo nhân viên: Xây dựng quy trình vận hành chuẩn, đào tạo nhân viên vận hành về kiểm soát pH, lưu lượng, châm hóa chất và bảo trì thiết bị. Mục tiêu giảm thiểu lỗi vận hành trong 3 tháng, do Ban quản lý và chuyên gia môi trường phối hợp thực hiện.

  5. Áp dụng hệ thống xử lý sinh học đồng bộ: Tối ưu hóa hệ thống Aerotank, bổ sung nguồn carbon và kiểm soát lượng bùn vi sinh để nâng cao hiệu quả xử lý COD, BOD và Nitơ. Thời gian 12 tháng, phối hợp nghiên cứu và vận hành.

  6. Thay thế vật liệu lọc và tăng tần suất bảo trì bể lọc cát, than hoạt tính: Đảm bảo hiệu suất lọc và khử trùng cuối cùng đạt chuẩn. Thời gian thực hiện 3 tháng, do đơn vị vận hành trạm thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường đô thị: Nhận diện các vấn đề kỹ thuật và vận hành trong xử lý nước rỉ rác, từ đó xây dựng chính sách và kế hoạch cải tạo bãi chôn lấp hiệu quả.

  2. Chuyên gia và kỹ sư môi trường: Áp dụng các phương pháp phân tích, đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện thực tế tại các bãi chôn lấp tương tự.

  3. Các đơn vị vận hành trạm xử lý nước rỉ rác: Nâng cao kiến thức về công nghệ xử lý, quản lý vận hành và bảo trì thiết bị nhằm cải thiện hiệu quả xử lý và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường: Tham khảo các phương pháp nghiên cứu, phân tích mẫu và đánh giá công nghệ xử lý nước rỉ rác, phục vụ cho các đề tài nghiên cứu và luận văn chuyên ngành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nước rỉ rác là gì và tại sao cần xử lý?
    Nước rỉ rác là nước thải phát sinh từ quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp, chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ. Nếu không xử lý, nước này gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

  2. Các chỉ tiêu ô nhiễm chính trong nước rỉ rác là gì?
    Các chỉ tiêu quan trọng gồm BOD5, COD, tổng Nitơ, NH4+ và các kim loại nặng như Cd, As, Pb. Nồng độ các chỉ tiêu này thường vượt mức cho phép, đòi hỏi xử lý hiệu quả trước khi thải ra môi trường.

  3. Tại sao công suất thực tế của trạm xử lý thấp hơn thiết kế?
    Nguyên nhân do thiết bị xuống cấp, vận hành không đồng bộ, hệ thống điều khiển lỗi thời và sự tích tụ cặn vôi làm giảm hiệu suất xử lý sinh học, dẫn đến công suất xử lý thực tế thấp hơn khoảng 30-40% so với thiết kế.

  4. Công nghệ stripping có vai trò gì trong xử lý nước rỉ rác?
    Stripping là quá trình loại bỏ amoni (NH4+) bằng cách nâng pH và thổi khí, giúp giảm nồng độ Nitơ trong nước rỉ rác, giảm tải cho các công đoạn xử lý sinh học tiếp theo.

  5. Giải pháp nào hiệu quả để nâng cao hiệu quả xử lý nước rỉ rác?
    Kết hợp cải tạo hệ thống điều khiển tự động, nâng cấp thiết bị pha vôi, tháp stripping, tối ưu hóa xử lý sinh học và tăng cường quản lý vận hành là các giải pháp thiết thực giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước rỉ rác tại trạm.

Kết luận

  • Nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn có nồng độ ô nhiễm cao vượt nhiều lần quy chuẩn, đặc biệt BOD5, COD, tổng Nitơ và NH4+.
  • Hiệu suất xử lý tại trạm công suất 1.500 m³/ngày đêm thấp do thiết bị xuống cấp, công nghệ không đồng bộ và vận hành chưa hiệu quả.
  • Các tồn tại kỹ thuật như hệ thống điều khiển lỗi thời, bể lắng cặn vôi kém hiệu quả, tháp stripping và bể sinh học hoạt động không tối ưu là nguyên nhân chính.
  • Đề xuất cải tạo hệ thống điều khiển, nâng cấp thiết bị, tối ưu hóa công nghệ xử lý sinh học và tăng cường quản lý vận hành nhằm nâng cao hiệu quả xử lý.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để nhân rộng mô hình xử lý nước rỉ rác hiệu quả tại các bãi chôn lấp khác, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp cải tạo theo đề xuất trong vòng 12 tháng, đồng thời xây dựng kế hoạch đào tạo và quản lý vận hành chuyên nghiệp cho trạm xử lý nước rỉ rác Nam Sơn.