CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nước rỉ rác 1.1 Cơ chế hình thành Nước rỉ rác được hình thành thông qua quá trình phân hủy hóa, lý và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp chất thải rắn. Nước rỉ rác chứa nhiều chất ô nhiễm hòa tan từ quá trình phân hủy rác và lắng xuống dưới đáy của ô chôn lấp rác. Thành phần hóa học của nước rỉ rác cũng rất khác nhau phụ thuộc vào thành phần rác của ô chôn lấp cũng như độ tuổi của ô chôn lấp.
Lượng nước rỉ rác được hình thành trong bãi chôn lấp chủ yếu do các quá trình sau: - Nước thoát ra từ chất thải rắn: Chất thải luôn chứa một lượng nước nhất định. Trong quá trình đầm nén nước tách ra khỏi chất thải và hòa lẫn vào nước rỉ rác. - Nước từ quá trình phân hủy sinh học của các chất hữu cơ: Nước là một trong những sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ. - Nước mưa thấm từ trên xuống qua lớp phủ bề mặt.
- Nước ngầm thấm đáy hoặc xung quanh thân của ô chôn lấp vào bên trong bãi chôn lấp. Đối với bãi chôn lấp hợp vệ sinh thì nước rỉ rác thường ít hơn vì loại bỏ được lượng nước ngầm thấm qua đáy. Như vậy, lượng nước rỉ rác phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Điều kiện tự nhiên của khu vực chôn lấp(lượng mưa, độ ẩm, nước ngầm…) - Thành phần của rác thải được chôn lấp. - Kỹ thuật xử lý đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nước mặt… Hình 1.
Cấu tạo điển hình của bãi chôn lấp chất thải rắn 5 Luan van 1. Thành phần nước rỉ rác và tính chất Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp, loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác…Song nước rỉ rác gồm 2 thành phần chính đó là các hợp chất hữu cơ và các hợp chất vô cơ. Các chất hữu cơ :Axit humic,axit funlvic,các loại hợp chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo.
Các chất vô cơ :Là các hợp chất của nitơ,photpho,lưu huỳnh. Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa, sinh xảy ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia thành các nhóm chủ yếu sau: – Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-200C – Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-400C – Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-700C Với các giai đoạn khác nhau của dự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp thì nước rỉ rác tạo thành cũng có sự thay đổi: Giai đoạn I – giai đoạn thích nghi ban đầu: chỉ sau một thời gian ngắn từ khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn ra, bởi vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữ lại.
Giai đoạn này có thể kéo một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân hủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh hiếu khí và kị khí. Giai đoạn II - giai đoạn chuyển tiếp: oxy bị cạn kiệt dần và sự phân hủy chuyển sang giai đoạn kị khí. Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro sulfit. Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ trong rác thải thành CH4 , CO2 sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy phân, lên men axit và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác 6 Luan van (giai đoạn III).
Trong giai đoạn II, pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ và ảnh hưởng của nồng độ CO2 tăng lên trong bãi rác. Giai đoạn III - giai đoạn lên men axit: các vi sinh vật trong giai đoạn II được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và lượng H2 ít hơn. Bước đầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến sự chuyển hóa các enzym trung gian (sự thủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein) thành các chất đơn giản thích hợp cho vi sinh vật sử dụng. Tiếp theo là quá trình lên men axit.
Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hình thành ở bước trên thành các chất trung gian phân tử lượng thấp hơn như là axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic, các axit hữu cơ khác. Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng nhỏ H2S cũng được hình thành. Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 do sự có mặt của các axit hữu cơ và khí CO2 có trong bãi rác. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạn III do sự hòa tan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ.
Do pH thấp, nên một số chất vô cơ chủ yếu là các kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này. Nếu nước rò rỉ không được tuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng bị loại bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp. Giai đoạn IV– giai đoạn lên men metan: trong giai đoạn này nhóm vi sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình thành từ giai đoạn trước thành CH4, CO2 sẽ chiếm ưu thế. Đây là nhóm vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan.
Trong giai đoạn này, sự hình thành metan và các axit hữu cơ xảy ra đồng thời mặc dù sự tạo thành axit giảm nhiều. Do các axit hữu cơ và H2 bị chuyển hóa thành metan và cacbonic nên pH của nước rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6,8 – 8,0. Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ giảm xuống trong giai đoạn này. Giai đoạn V- giai đoạn ổn định: giai đoạn ổn định xảy ra khi các vật liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành CH4, CO2 trong giai đoạn IV.
Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các chất có khả năng phân hủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp tục đựơc chuyển hóa. Tốc độ 7 Luan van phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu là CH4 và CO2. Trong giai đoạn ổn định, nước rò rỉ chủ yếu axit humic và axit fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa. Tuy nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và fulvic cũng giảm xuống.
Các yếu tố ảnh hưởng tới thành phần, tính chất của nước rỉ rác Rác được chọn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh cùng lúc xảy ra. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy từ rác. Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý nước thải… Ta sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rò rỉ : Thời gian chôn lấp Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời gian.
Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần. Thành phần của nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan. Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ.
Trong giai đọan này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rò rỉ có những đặc điểm sau : 8 Luan van Các yếu tố ảnh hưởng tới thành phần và tính chất nước rỉ rác Thành phần và Quá trình Chiều sâu Độ ẩm và Thời gian các biện thẩm thấu, bãi chôn nhiệt độ chôn lấp pháp xử lý chảy tràn, lấp bãi rác sơ bộ chất bay hơi thải Hình 1. Các yếu tố ảnh hưởng tới thành phần và tính chất của nước rỉ rác – Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao. – pH nghiêng về tính axit. – Tỷ lệ BOD/COD cao.
– Nồng độ NH4+ và nitơ hữu cơ cao. – Vi sinh vật có số lượng lớn. – Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao. Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra.
Khi đó chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. Đặc điểm nước thải ở giai đoạn này : – Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp. – pH trung tính hoặc kiềm.
– Tỷ lệ BOD/COD thấp. – Nồng độ NH4+ thấp. – Vi sinh vật có số lượng nhỏ. – Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp.
9 Luan van Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có sự thay đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay hơi. Các axit thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhân vòng thơm.
Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rác nghiên về tính axit.