Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế, thương mại và công nghiệp lớn nhất cả nước, kéo theo lượng chất thải rắn sinh hoạt gia tăng nhanh chóng theo từng năm. Đến năm 2010, khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trên toàn địa bàn thành phố đạt trung bình khoảng 6.500 tấn/ngày, trong đó phương thức xử lý chủ yếu vẫn là đưa đến các bãi chôn lấp tập trung. Toàn bộ áp lực xử lý rác thải của đô thị hơn 7 triệu dân được dồn về hai cơ sở trọng điểm: Bãi chôn lấp Đa Phước với công suất tiếp nhận khoảng 3.000 tấn/ngày và Bãi chôn lấp Phước Hiệp với công suất khoảng 2.000 đến 3.000 tấn/ngày. Trong bối cảnh các dự án nhà máy chế biến phân hữu cơ và xử lý rác tái chế có quy mô từ 500 đến 600 tấn/ngày triển khai còn chậm, công nghệ chôn lấp hợp vệ sinh vẫn là phương án bắt buộc duy trì trong giai đoạn trung hạn 5 đến 7 năm.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá toàn diện hiện trạng quy hoạch, vận hành kỹ thuật và kiểm soát ô nhiễm tại hai khu liên hợp Đa Phước và Phước Hiệp. Luận văn tiến hành phân tích chuyên sâu các nguồn thải phát sinh bao gồm nước rỉ rác, khí bãi rác và chất thải thứ cấp, đồng thời xác định mức độ suy giảm chất lượng môi trường không khí, nước mặt và nước ngầm tại khu vực lân cận. Nghiên cứu được thực hiện tại địa bàn huyện Bình Chánh và huyện Củ Chi trong giai đoạn 2012–2013, kết hợp dự báo lượng phát thải khí gas đến năm 2020. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng về tải lượng ô nhiễm, hỗ trợ các nhà quản lý nâng cao hiệu quả xử lý nước rác, kiểm soát trên 90% lượng khí nhà kính độc hại và xây dựng kịch bản ứng phó sự cố môi trường bền vững cho đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân hủy kỵ khí chất thải rắn hữu cơ trong điều kiện chôn lấp hợp vệ sinh. Quá trình biến đổi sinh hóa trải qua các giai đoạn thủy phân, lên men axit hóa, axetat hóa và metan hóa, chuyển hóa các hợp chất hữu cơ cao phân tử thành hỗn hợp khí sinh học chứa khí metan chiếm khoảng 50% đến 60% thể tích cùng khí cacbonic và các hợp chất sunfua gây mùi. Song song với quá trình tạo khí, độ ẩm tự nhiên của rác cùng lượng mưa thẩm thấu hòa tan các chất hữu cơ, nitơ và kim loại nặng tạo thành nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cực cao.

Luận văn ứng dụng mô hình lan truyền và suy giảm chất ô nhiễm thông qua mô hình LandGEM của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ nhằm tính toán phát thải khí gas theo thời gian dựa trên các tham số động học phân hủy và công suất tiếp nhận rác hàng năm. Hệ thống khái niệm chính được sử dụng bao gồm: Bãi chôn lấp hợp vệ sinh là công trình ngăn cách chất thải với môi trường xung quanh bằng các lớp lót đáy chống thấm; Nước rỉ rác là dung dịch thẩm thấu có nhu cầu oxy hóa học cao; và Lớp phủ Posi-Shell là công nghệ che phủ bề mặt sử dụng hỗn hợp phụ gia keo xi măng và bột vôi nhằm ngăn mùi, giảm thể tích nước mưa thấm vào thân bãi. Khung quy chuẩn đối sánh tuân thủ nghiêm ngặt theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước dưới đất QCVN 09:2008/BTNMT.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng chuỗi dữ liệu quan trắc thực địa thực hiện định kỳ 4 đợt trong năm 2012 với các mốc khảo sát cách nhau 2 tháng. Mạng lưới lấy mẫu được thiết kế theo phương pháp chọn mẫu phân tầng có định vị không gian đại diện:

  • Mẫu không khí xung quanh: 6 vị trí tại bãi Đa Phước và 6 vị trí tại bãi Phước Hiệp, phân bố từ trung tâm ô chôn lấp, khu xử lý nước rỉ rác, trạm cân đến đỉnh bãi đã đóng cửa.
  • Mẫu nước ngầm: 2 giếng khoan tại bãi Đa Phước và 7 đến 8 giếng khoan tại bãi Phước Hiệp nằm trong khuôn viên bãi rác và khu dân cư lân cận cách ranh giới bãi từ 300 m đến 1.500 m.
  • Mẫu nước mặt: 3 điểm trên rạch Ngã Cạy và 6 điểm trên hệ thống kênh 15 kết nối kênh Thầy Cai tại các vị trí thượng lưu, hạ lưu và điểm xả thải.
  • Mẫu nước rỉ rác: Lấy mẫu cặp tại đầu vào và đầu ra của hệ thống thẩm thấu ngược công suất 280 m3/ngày-đêm, hệ thống lọc đa tầng công suất 3.000 m3/ngày-đêm tại Đa Phước, cùng 2 hệ thống xử lý nước rỉ rác đang vận hành tại Phước Hiệp.

Lý do lựa chọn phương pháp quan trắc thực nghiệm kết hợp đối chuẩn trong phòng thí nghiệm là nhằm thu thập số liệu khách quan, phản ánh chính xác biến thiên chất lượng môi trường theo hai mùa mưa nắng. Các chỉ tiêu lý hóa được phân tích theo Tiêu chuẩn ngành và Phương pháp chuẩn APHA bao gồm: phương pháp APHA 5220 B xác định COD, phương pháp APHA 5210 B xác định BOD5, phương pháp so màu Nessler APHA 801 đo NH3, phương pháp trắc quang APHA 812 xác định H2S và phương pháp quang phổ phát xạ APHA 3120 phân tích kim loại nặng. Dữ liệu sau thu thập được xử lý thống kê toán học để tính toán giá trị trung bình và phân tích sai số tương đối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích chất lượng không khí cho thấy hoạt động chôn lấp phát tán các khí đặc trưng với nồng độ biến động mạnh theo hướng gió. Tại khu vực giữa bãi chôn lấp Đa Phước, nồng độ metan đo được dao động từ 0,40 mg/m3 đến mức cao nhất là 9,12 mg/m3, khí H2S đạt cực đại 0,624 mg/m3. Tại bãi chôn lấp Phước Hiệp, nồng độ metan tại bãi số 2 ghi nhận mức 8,59 mg/m3 và nồng độ khí NH3 đạt 2,367 mg/m3. Nồng độ bụi tổng tại các vị trí tiếp nhận rác dao động từ 0,10 đến 0,47 mg/m3, thỉnh thoảng vượt giới hạn cho phép của QCVN 05:2009/BTNMT vào những ngày hanh khô có mật độ phương tiện vận chuyển cao.

Chất lượng nước rỉ rác nguyên thủy ghi nhận tải lượng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng rất lớn. Nước rỉ rác đầu vào tại bãi Đa Phước có COD dao động trong khoảng 1.125 đến 3.120 mgO2/l, BOD5 đạt từ 277 đến 1.080 mgO2/l, nitơ tổng số lên tới 642,2 mg/l. Nước rỉ rác thô tại Phước Hiệp có COD từ 1.240 đến 3.015 mgO2/l và nitơ tổng số đạt đỉnh 1.333,4 mg/l. Tuy nhiên, công nghệ xử lý bằng hệ thống RO và lọc đa tầng tại Đa Phước cho thấy hiệu quả vượt trội khi hạ nồng độ COD đầu ra xuống còn 8 đến 43 mgO2/l (hiệu suất xử lý đạt trên 97%), BOD5 giảm còn 1 đến 11 mgO2/l, nitơ tổng số còn 6,1 đến 14,6 mg/l, đáp ứng hoàn toàn quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột B. Tại Phước Hiệp, nước rỉ rác sau xử lý của trạm xử lý Quốc Việt và SEEN có COD đạt 22 đến 128 mgO2/l, nhưng chỉ tiêu nitơ tổng đầu ra vẫn còn ở mức cao từ 44,9 đến 185,7 mg/l, vượt giới hạn cho phép trong một số đợt đo đạc.

Về môi trường nước ngầm và nước mặt, nồng độ sắt tổng số trong nước ngầm khu vực dân cư lân cận tại cả hai bãi rác đều vượt quy chuẩn nước ăn uống sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT từ 1,5 đến 11 lần, với giá trị dao động từ 0,7 đến 10,2 mg/l so với ngưỡng 0,5 mg/l. Chỉ tiêu Coliform trong nước ngầm gần nghĩa trang Đa Phước vượt quy chuẩn QCVN 09:2008/BTNMT từ 8 đến 12 lần. Nước mặt tại kênh 15 và kênh Thầy Cai có hàm lượng oxy hòa tan DO rất thấp, chỉ đạt 0 đến 1,7 mgO2/l, cùng chỉ số COD dao động từ 27 đến 79 mgO2/l, phản ánh tình trạng phú dưỡng hóa và chịu tác động tổng hợp từ nước thải nông nghiệp và nước rỉ rác khu vực. Môi trường đất tại ranh giới dự án vẫn đảm bảo tiêu chuẩn QCVN 03:2008/BTNMT với hàm lượng asen đạt 0,78 mg/kg và chì đạt 49,5 mg/kg đất khô.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng sự lan truyền chất ô nhiễm không khí chịu chi phối mạnh mẽ bởi cấu trúc bãi rác và quy trình che phủ vận hành. Bãi chôn lấp Đa Phước áp dụng công nghệ phun bọc Posi-Shell kết hợp chế phẩm khử mùi liên tục giúp hạn chế mùi hôi phát tán tốt hơn so với phương pháp phủ đất truyền thống. Tuy nhiên, tại các ô rác đang tiếp nhận trực tiếp, quá trình lên men yếm khí nhanh của lượng rác hữu cơ chiếm từ 65% đến 85% tổng lượng rác sinh hoạt đô thị vẫn tạo ra lượng khí thải đáng kể. Toàn bộ diễn biến này có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ biến thiên nồng độ khí metan theo mùa và bảng so sánh hiệu suất khử COD của các công nghệ xử lý nước rỉ rác qua từng giai đoạn.

Nguyên nhân chính khiến nồng độ sắt và COD trong nước ngầm tầng nông tăng cao là do cấu trúc địa tầng khu vực Đa Phước cấu tạo bởi lớp bùn sét đầm lầy Holoxen dày đến 45 m có tính chất đất yếu, mực nước ngầm xuất hiện rất nông ở độ sâu chỉ 0,3 đến 0,6 m cách mặt đất. Bất kỳ sự rò rỉ nhỏ nào từ bờ bao hoặc hệ thống ống thu gom nước rỉ rác cũng có thể thẩm thấu cục bộ vào tầng nước ngầm bề mặt. So sánh với các nghiên cứu trước đây tại bãi rác Gò Cát và Đông Thạnh, các bãi chôn lấp thế hệ mới đã có sự cải thiện rõ rệt về công nghệ chống thấm bằng màng HDPE đáy dày kết hợp trạm xử lý nước thải công nghệ cao. Dẫu vậy, thách thức xử lý triệt để hàm lượng amoni và nitơ tổng trong nước rỉ rác tại bãi Phước Hiệp đòi hỏi phải tiếp tục cải tiến công đoạn sinh học hiếu khí - thiếu khí kết hợp oxy hóa nâng cao.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả khảo sát thực địa và tính toán mô hình, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý môi trường cụ thể:

  • Nâng cấp dây chuyền xử lý nitơ trong nước rỉ rác: Cải tạo hệ thống xử lý sinh học bằng cách bổ sung công đoạn khử nitơ chuyên sâu chu trình Nitrat hóa - Khử Nitrat kết hợp lọc màng vi sinh nhằm hạ nồng độ nitơ tổng đầu ra xuống dưới 40 mg/l theo QCVN 40:2011/BTNMT Cột B. Thời gian hoàn thành trong vòng 12 tháng, do Ban Quản lý các Khu liên hợp xử lý chất thải thành phố chủ trì phối hợp cùng các đơn vị vận hành công nghệ.
  • Tối ưu hóa hệ thống thu gom và tận dụng khí bãi rác: Lắp đặt mạng lưới giếng thu khí chủ động trên toàn bộ các ô chôn lấp đã đạt cao độ thiết kế tại Đa Phước và Phước Hiệp, kết nối trạm đốt khí bằng đầu đốt kín và tổ máy phát điện công suất từ 2 đến 5 MW. Mục tiêu giảm thiểu 60% lượng khí metan thoát tự do ra khí quyển và hoàn vốn thông qua Cơ chế phát triển sạch trong lộ trình 24 tháng.
  • Thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục: Lắp đặt 4 trạm quan trắc online tự động đo đạc lưu lượng, COD, pH, amoni đối với nước thải sau xử lý trước khi xả ra nguồn tiếp nhận rạch Ngã Cạy và kênh Thầy Cai, đồng thời bố trí các cảm biến đo khí H2S và metan tại hàng rào vùng đệm bãi rác. Dự án do Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh giám sát vận hành liên tục 24/7 từ năm 2014.
  • Đẩy mạnh chương trình phân loại chất thải rắn tại nguồn: Triển khai phân loại rác hữu cơ dễ phân hủy tại các hộ gia đình và chợ đầu mối trên diện rộng, cung cấp 1.500 tấn rác hữu cơ mỗi ngày cho các nhà máy sản xuất phân compost của Khu liên hợp, giúp cắt giảm 40% khối lượng rác chôn lấp trực tiếp và kéo dài tuổi thọ bãi rác thêm 5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Cán bộ quản lý môi trường và cơ quan hoạch định chính sách: Lãnh đạo và chuyên viên tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh cùng Ủy ban nhân dân huyện Bình Chánh và Củ Chi có thể sử dụng dữ liệu để xây dựng quy hoạch xử lý chất thải rắn và cấp phép xả thải.
  • Kỹ sư công nghệ môi trường và đơn vị vận hành bãi rác: Các kỹ sư vận hành tại Công ty TNHH Xử lý Chất thải Việt Nam và Công ty Môi trường Đô thị thành phố ứng dụng quy trình kiểm soát phủ bãi Posi-Shell, vận hành trạm RO và hệ thống thu gom khí gas.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý Môi trường: Tài liệu phục vụ giảng dạy, học tập chuyên đề Đánh giá tác động môi trường, Quản lý chất thải rắn đô thị và Mô hình hóa môi trường tại các trường đại học khối kỹ thuật.
  • Các tổ chức tư vấn môi trường và nhà đầu tư hạ tầng xử lý rác: Doanh nghiệp tiếp cận nguồn số liệu thực chứng để lập báo cáo đánh giá tác động môi trường cho các dự án xây dựng bãi chôn lấp hợp vệ sinh mới hoặc nhà máy đốt rác phát điện.

Câu hỏi thường gặp

  • Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt tiếp nhận tại bãi Đa Phước và Phước Hiệp trong giai đoạn nghiên cứu là bao nhiêu? Năm 2010, tổng khối lượng rác sinh hoạt phát sinh của thành phố đạt khoảng 6.500 tấn/ngày. Trong đó, bãi chôn lấp Đa Phước tiếp nhận trung bình 3.000 tấn/ngày và bãi chôn lấp số 2 Phước Hiệp tiếp nhận khoảng 2.000 tấn/ngày, chiếm toàn bộ lượng rác chôn lấp hợp vệ sinh của thành phố.

  • Công nghệ phủ bãi Posi-Shell tại bãi rác Đa Phước hoạt động như thế nào? Posi-Shell là công nghệ sử dụng chất phụ gia keo trộn chung với xi măng và bột vôi rồi phun phủ trực tiếp lên bề mặt rác hàng ngày. Lớp phủ nén chặt này giúp ngăn mùi hôi phát tán, diệt côn trùng, hạn chế nước mưa thẩm thấu và giảm thiểu nguy cơ cháy ngầm so với phương pháp phủ đất thông thường.

  • Hiệu quả xử lý nước rỉ rác của hệ thống lọc đa tầng và RO tại Đa Phước đạt mức nào? Hệ thống xử lý nước rỉ rác tại Đa Phước có công suất lên tới 3.280 m3/ngày-đêm, xử lý nước rỉ rác thô có COD từ 1.125 đến 3.120 mgO2/l xuống còn 8 đến 43 mgO2/l và BOD5 xuống còn 1 đến 11 mgO2/l, đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột B trước khi tái sử dụng hoặc thải ra môi trường.

  • Tại sao chất lượng nước ngầm xung quanh bãi chôn lấp lại có hàm lượng sắt cao? Hàm lượng sắt trong nước ngầm giếng khoan khu vực lân cận dao động từ 0,7 đến 10,2 mg/l (vượt chuẩn QCVN 02:2009/BYT từ 1,5 đến 11 lần) chủ yếu do đặc điểm địa chất trầm tích phèn chua tự nhiên vùng đất trũng ngập nước, kết hợp với hiện tượng thẩm thấu cục bộ từ các tầng chứa nước mặt nông.

  • Mô hình LandGEM được ứng dụng vào mục đích gì trong đề tài? Mô hình LandGEM được sử dụng để mô phỏng và ước tính sản lượng khí gas sinh học phát sinh từ quá trình phân hủy rác theo chuỗi thời gian từ năm 2012 đến 2020, cung cấp căn cứ định lượng để thiết kế công suất trạm phát điện và kế hoạch thu hồi năng lượng tái tạo.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng tiếp nhận và xử lý trên 5.000 tấn rác thải mỗi ngày tại hai khu liên hợp xử lý chất thải rắn lớn nhất Thành phố Hồ Chí Minh là Đa Phước và Phước Hiệp.
  • Cung cấp cơ sở dữ liệu quan trắc thực địa chi tiết về tải lượng ô nhiễm nước rỉ rác với COD đầu vào lên tới 3.120 mgO2/l và nồng độ các khí độc hại metan, H2S phát sinh trong không khí xung quanh.
  • Chứng minh tính hiệu quả của chuỗi công nghệ màng lọc RO, lọc đa tầng và công nghệ phủ bọc Posi-Shell trong việc giảm thiểu ô nhiễm thứ cấp từ bãi chôn lấp.
  • Xác định mức độ ảnh hưởng của hoạt động chôn lấp đến tài nguyên nước ngầm tầng nông với chỉ tiêu sắt tổng số vượt ngưỡng tiêu chuẩn từ 1,5 đến 11 lần.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp công nghệ và quản lý khả thi, bao gồm cải tạo hệ thống khử nitơ, thu gom khí phát điện công suất 2 đến 5 MW và đẩy mạnh phân loại rác hữu cơ tại nguồn.

Các đơn vị vận hành bãi chôn lấp và cơ quan quản lý nhà nước cần khẩn trương áp dụng các khuyến nghị của luận văn vào quy trình vận hành thực tế, đồng thời thiết lập trạm quan trắc online liên tục nhằm đảm bảo an toàn môi trường và sức khỏe cộng đồng dân cư đô thị.