Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tại Thành phố Hồ Chí Minh, tốc độ đô thị hóa và tăng trưởng kinh tế nhanh chóng đã kéo theo sự gia tăng mạnh mẽ của khối lượng chất thải rắn sinh hoạt, vượt mức 2 triệu tấn/năm (trung bình khoảng 7.000 tấn/ngày). Hình thức xử lý rác thải chủ yếu vẫn là chôn lấp tại hai bãi chôn lấp (BCL) hợp vệ sinh lớn: BCL Đa Phước (tiếp nhận khoảng 3.000 tấn/ngày) và BCL Phước Hiệp 2 (tiếp nhận khoảng 4.000 tấn/ngày). Hoạt động chôn lấp quy mô lớn này làm phát sinh khoảng 1.500 $\text{m}^3$ nước rỉ rác mỗi ngày, cùng với lượng tồn đọng hàng trăm ngàn mét khối tại các hồ chứa, trở thành nguồn hiểm họa ô nhiễm nghiêm trọng đối với nguồn nước ngầm, nước mặt và không khí khu vực xung quanh.

Mặc dù các BCL đều được trang bị trạm xử lý nước rỉ rác, hầu hết hệ thống hiện hữu đều bộc lộ nhiều hạn chế kỹ thuật: chất lượng nước sau xử lý không đạt quy chuẩn xả thải (đặc biệt là các chỉ tiêu $\text{COD}$, $\text{BOD}_5$, hợp chất Nitơ, Photpho và kim loại nặng theo TCVN 5945-1995, cột B), tiêu tốn nhiều hóa chất, giá thành xử lý cao và công suất thực tế thấp hơn nhiều so với thiết kế. Nguyên nhân xuất phát từ sự biến đổi nhanh chóng và phức tạp của thành phần nước rỉ rác theo thời gian vận hành: trong khi nước rác mới chứa hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao thì nước rác cũ tích lũy nhiều chất hữu cơ khó/không phân hủy sinh học (axit humic, axit fulvic, lignin) và nồng độ ammonium ($\text{N-NH}_3$) tăng cao (thường vượt mức $1.000 - 2.000\text{ mg/L}$), gây ức chế mạnh hệ vi sinh vật trong các công trình xử lý sinh học truyền thống.

Trước thực trạng đó, khóa luận tập trung nghiên cứu tối ưu hóa phương pháp hóa lý (keo tụ - tạo bông) kết hợp trong dây chuyền công nghệ nhằm xử lý hiệu quả các chất hữu cơ khó phân hủy và chất lơ lửng, góp phần hoàn thiện công nghệ xử lý nước rỉ rác tại TP.HCM.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ.
  2. Đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác đạt tiêu chuẩn xả thải phù hợp với điều kiện Thành phố Hồ Chí Minh nhằm giảm chi phí xử lý.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Thu thập số liệu về thành phần nước rỉ rác trên thế giới và tại Việt Nam.
  2. Phân tích, đánh giá các số liệu thu thập được về nước rỉ rác trên thế giới.
  3. Thu thập và tổng hợp các kết quả nghiên cứu, vận hành thực tế các quá trình xử lý nước rỉ rác tại Việt Nam.
  4. Phân tích chất lượng nước đầu vào và đầu ra của hệ thống xử lý nước rỉ rác BCL Phước Hiệp.
  5. Xác định liều lượng hóa chất và nghiên cứu điều kiện tối ưu sử dụng hóa chất để xử lý nước rỉ rác theo phương pháp keo tụ (khảo sát pH, loại phèn, nồng độ phèn).
  6. Tính toán và đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác tối ưu và hiệu quả.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp chất thải và quá trình xử lý bằng phương pháp keo tụ.
  • Phạm vi nghiên cứu: Mẫu nước rác thực nghiệm được thu thập tại hồ chứa nước rỉ rác và hố thu ô chôn lấp số 3 của Bãi chôn lấp Phước Hiệp, Thành phố Hồ Chí Minh (kết hợp chuỗi số liệu theo dõi vận hành qua các giai đoạn từ năm 2003 đến năm 2009).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên các cơ sở lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật môi trường và công nghệ xử lý nước thải:

  • Cơ chế keo tụ - tạo bông: Phân tích cơ chế keo tụ bằng chất điện ly (nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta) và cơ chế keo tụ bằng hệ keo ngược dấu (sử dụng các chất keo tụ mang điện tích dương như muối sắt, muối nhôm để trung hòa hạt keo âm trong nước thải và tạo kết tủa hydroxit quét cặn).
  • Hệ thống các quá trình xử lý nước rỉ rác: Quá trình cơ học (lắng tĩnh, lọc màng $\text{UF}$, màng Nano); quá trình sinh học (kỵ khí $\text{UASB}$, bùn hoạt tính hiếu khí $\text{Aerotank}$, $\text{SBR}$, $\text{ASSBR}$, hệ thống hồ sinh học); quá trình hóa học và oxy hóa nâng cao (phản ứng Fenton $\text{Fe}^{2+}/\text{H}_2\text{O}_2$, Ozone, hấp phụ than hoạt tính, Stripping đuổi khí $\text{NH}_3$).
  • Quy chuẩn, tiêu chuẩn so sánh: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945-1995 (Cột B - Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp) và TCVN 5942-1995.

Phương pháp nghiên cứu cụ thể:

  • Phương pháp điều tra thực địa: Khảo sát vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, thu thập số liệu vận hành và đo đạc lưu lượng, thông số nước rỉ rác tại BCL Phước Hiệp.
  • Phương pháp phân tích tổng hợp: Thu thập tài liệu quy chuẩn, báo cáo hiện trạng môi trường, tổng hợp dữ liệu công nghệ xử lý nước rỉ rác quốc tế (Đức, Hàn Quốc, Colombia, Canada, Thái Lan) và các BCL lớn tại Việt Nam (Nam Sơn - Hà Nội, Gò Cát, Phước Hiệp, Đông Thạnh - TP.HCM).
  • Phương pháp thực nghiệm phòng thí nghiệm (Jar-Test): Thiết lập mô hình Jar-Test với các cánh khuấy điều chỉnh tốc độ, khảo sát điều kiện keo tụ tối ưu với 3 loại hóa chất keo tụ chính gồm Phèn sắt (II) $\text{FeSO}_4$, Phèn sắt (III) $\text{FeCl}_3$ và Phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$. Khảo sát ảnh hưởng của pH tối ưu, liều lượng phèn, mô hình lắng tĩnh 30 phút, hiệu quả keo tụ 1 bậc và 2 bậc đến các chỉ tiêu $\text{COD}$, $\text{SS}$ và độ đục.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn giảng viên hướng dẫn (Th.S Vũ Hải Yến), các giảng viên Khoa Môi trường và Công nghệ sinh học cùng chuyên gia ngành xử lý nước thải.
  • Phương pháp tính toán lựa chọn: Đánh giá kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý tối ưu.

Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm; số liệu quan trắc từ Trung tâm Công nghệ và Quản lý Môi trường (CENTEMA), Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị TP.HCM, Công ty CP Kỹ thuật SEEN, và các tài liệu công bố quốc tế (ATV Đức, Jong-Choul Won et al., Tchobanoglous et al.).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ áp lực chất thải rắn sinh hoạt tại TP.HCM ($7.000\text{ tấn/ngày}$) và tình trạng quá tải, ứ đọng hàng trăm ngàn mét khối nước rỉ rác tại BCL Đa Phước và Phước Hiệp 2. Tác giả xác định rõ 2 mục tiêu, 6 nội dung nghiên cứu chi tiết, đối tượng nghiên cứu tại BCL Phước Hiệp cùng hệ thống phương pháp luận và phương pháp kỹ thuật thực hiện.

Chương 2: Tổng quan về nước rỉ rác

Nội dung chương 2 phân tích định nghĩa, nguồn gốc hình thành và các yếu tố quyết định tính chất nước rỉ rác (loại chất thải, quy trình vận hành bãi chôn lấp, độ sâu chôn lấp, khí hậu và tuổi thọ bãi rác).

Tác giả tổng hợp dữ liệu thành phần nước rỉ rác tại nhiều quốc gia trên thế giới:

  • Colombia (BCL Pereira): $\text{pH } 7,2 - 8,3$; $\text{COD } 4.100\text{ mg/L}$; $\text{SS } 190 - 27.800\text{ mg/L}$; Độ kiềm $3.030\text{ mgCaCO}_3\text{/L}$.
  • Hàn Quốc (BCL Sudokwon): Nước rác 1 năm có $\text{pH } 5,8$; $\text{SS } 400\text{ mg/L}$; sau 12 năm vận hành $\text{pH}$ tăng lên $8,2$; $\text{SS}$ giảm còn $20\text{ mg/L}$.
  • Quy luật chung: Tỷ lệ $\text{BOD}_5/\text{COD}$ ở các bãi rác mới đạt $0,5 - 0,9$ (dễ phân hủy sinh học), nhưng giảm mạnh xuống $0,05 - 0,2$ ở các bãi rác cũ do sự tích tụ của hợp chất humic, fulvic và lignin. Đồng thời, nồng độ $\text{N-NH}_3$ tăng vọt lên trên $1.000 - 2.000\text{ mg/L}$ và $\text{pH}$ chuyển dần sang môi trường kiềm ($7,5 - 8,7$).

Đối với Việt Nam, chương 2 so sánh đặc tính nước rỉ rác tại các BCL trọng điểm:

Chỉ tiêu Đơn vị BCL Gò Cát (NRR mới: 2-4/2002; cũ: 8/2006) BCL Phước Hiệp (NRR mới: 1,4/2003; cũ: 4/03-8/06) BCL Đông Thạnh (NRR: 2,4/2002 và 8,11/2003)
pH - $4,8 - 6,2 \rightarrow 7,5 - 8,0$ $5,6 - 6,5 \rightarrow 7,3 - 8,3$ $6,0 - 7,5 \rightarrow 8,0 - 8,2$
COD $\text{mgO}_2\text{/L}$ $39.750 \rightarrow 20.000$ $57.325 \rightarrow 2.000 - 5.000$ -
BOD$_5$ $\text{mgO}_2\text{/L}$ $41.800 \rightarrow \text{thấp}$ Tỷ lệ $\text{BOD/COD: } 0,8 - 0,9 \rightarrow 0,15 - 0,30$ -
N-NH$_3$ $\text{mg/L}$ $297 - 790 \rightarrow 1.970$ Tăng dần $> 1.000$ -
N-Organic $\text{mg/L}$ $336 - 678 \rightarrow -$ $252 - 408 \rightarrow 34 - 159$ $202 - 319 \rightarrow -$
Kim loại Fe $\text{mg/L}$ $204 - 208 \rightarrow 13,0$ - $64 - 120$

Khảo sát chuyên sâu tại ô chôn lấp số 3 của BCL Phước Hiệp trong giai đoạn $2008 - 2009$ cho thấy sự biến thiên theo mùa:

  • Mùa mưa (tháng 6 - 11): $\text{pH } 7,9 - 8,08$; $\text{TDS } 8.340\text{ g/L}$; $\text{BOD}_5\text{ } 330 - 487\text{ mg/L}$; $\text{N-NH}3\text{ } 2.100 - 2.660\text{ mg/L}$; $\text{P}{\text{tổng}}\text{ } 17 - 25\text{ mg/L}$.
  • Mùa nắng (tháng 12 - 5): $\text{pH } 7,9 - 8,19$; $\text{BOD}5\text{ } 515 - 640\text{ mg/L}$; $\text{P}{\text{tổng}}\text{ } 31 - 37\text{ mg/L}$.
  • Thành phần giữa hai mùa không chênh lệch quá lớn do quy trình phủ bạt nhựa $\text{HDPE/PE}$ và đầm nén đất bề mặt dày $2,2\text{ m}$ tại bãi chôn lấp giúp hạn chế nước mưa thâm nhập.

Chương 3: Tổng quan các phương pháp xử lý nước rỉ rác

Chương này đánh giá toàn diện các công nghệ xử lý nước rỉ rác trong nước và quốc tế:

  1. Kinh nghiệm quốc tế:
    • Đức: Áp dụng dây chuyền kết hợp Nitrat hóa/Khử nitrat loại bỏ $99,9%\text{ N}$, oxy hóa bằng Ozone khử $85%\text{ COD}$ và $91%\text{ AOX}$, hoặc kết hợp than hoạt tính và keo tụ/tạo bông (khử $86%\text{ COD}$ và $87%\text{ AOX}$).
    • Hàn Quốc (BCL Sudokwon, $3.500\text{ m}^3\text{/ngày}$): Áp dụng công nghệ $\text{MLE}$ (tuần hoàn $600%$) xử lý Nitơ đạt $99%$, sau đó thay thế hệ Keo tụ - Fenton bằng Keo tụ 2 bậc sử dụng phèn $\text{FeSO}_4$ ($350\text{ mg Fe}^{3+}\text{/L}$ mỗi giai đoạn), giúp nước đầu ra đạt $\text{COD } 224\text{ mg/L}$, độ màu $171\text{ Pt-Co}$, đồng thời giảm chi phí hóa chất từ $9.328\text{ đồng/m}^3$ xuống $7.408\text{ đồng/m}^3$.
  2. Thực trạng các công nghệ tại Việt Nam:
    • BCL Nam Sơn (Hà Nội, $500 - 700\text{ m}^3\text{/ngày}$): Giai đoạn 1 bể $\text{UASB}$ và thổi khí bị tê liệt sau 8 tháng do hiện tượng "bê tông hóa" (canxi kết tủa tinh thể $\text{CaCO}_3$ làm mất hoạt tính bùn vi sinh do độ cứng cao $1.800 - 2.500\text{ mgCaCO}_3\text{/L}$ và dùng $2.000\text{ kg}$ vôi khử mùi). Trạm phải cải tạo bổ sung tháp Air Stripping (nâng $\text{pH}$ lên $10-12$ bằng vôi để đuổi $\text{NH}_3$), chỉnh $\text{pH}$ vào bể $\text{SBR}$, $\text{UASB}$, oxy hóa Fenton, keo tụ lắng Semultech ($\text{PAC} + \text{NaOH}$), lọc cát, than hoạt tính và khử trùng $\text{NaOCl}$. Chi phí xử lý rất cao ($80.000\text{ đồng/m}^3$).
    • BCL Gò Cát ($400\text{ m}^3\text{/ngày}$): Giai đoạn đầu dùng kỵ khí và màng lọc $\text{UF}$ thất bại do $\text{VFA}$ chiếm $50%\text{ COD}$ không qua được màng, làm tắc lọc (thời gian chạy giảm từ $24-48\text{ h}$ còn $2-3\text{ h}$, lưu lượng giảm từ $17,8\text{ m}^3\text{/h}$ xuống $8-9\text{ m}^3\text{/h}$). Sau khi cải tạo thành hệ Khử Canxi - $\text{UASB}$ - Thiếu/Hiếu khí - Keo tụ $\text{FeCl}_3$ - Màng lọc Nano, hệ thống vẫn bị tắc màng nano nghiêm trọng, công suất giảm còn $15 - 20\text{ m}^3\text{/ngày}$, nồng độ $\text{N-NH}_3$ đầu ra vẫn ở mức cao ($1.024\text{ mg/L}$).
    • BCL Phước Hiệp: Hệ thống $\text{CENTEMA}$ ($\text{UASB} + \text{ASSBR} + \text{Hồ sinh học}$) hoạt động kém hiệu quả khi bãi rác chuyển sang giai đoạn rác cũ. Hệ thống Công ty Quốc Việt ($800\text{ m}^3\text{/ngày}$: Hồ tiếp nhận $\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Hồ kỵ khí} \rightarrow \text{Hồ phản ứng FeCl}_3 \rightarrow \text{Hồ hiếu khí} \rightarrow \text{Hồ lắng} \rightarrow \text{Hồ sinh học}$) chỉ khử $\text{COD}$ đạt $600\text{ mg/L}$ và $\text{N-NH}_3\text{ } 258\text{ mg/L}$, buộc phải pha loãng với nước ngầm theo tỷ lệ lớn hơn $6:1$ để nước xả đạt $\text{COD } 77\text{ mg/L}$ và $\text{N-NH}_3\text{ } 22\text{ mg/L}$.

Chương 4 & 5: Nghiên cứu thực nghiệm keo tụ và Đề xuất công nghệ

Nội dung thực nghiệm triển khai trên thiết bị Jar-Test nhằm giải quyết các chỉ tiêu ô nhiễm khó xử lý bằng sinh học của BCL Phước Hiệp:

  • Khảo sát ảnh hưởng của pH tối ưu và nồng độ phèn tối ưu của 3 loại hóa chất: $\text{FeSO}_4$, $\text{FeCl}_3$, và $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$.
  • Đánh giá các thông số phản ứng qua biểu đồ hiệu quả khử $\text{COD}$, $\text{SS}$, độ đục và quan sát độ lắng tĩnh trong 30 phút.
  • Đánh giá hiệu quả phương pháp keo tụ 2 lần (keo tụ 2 bậc) trong việc loại bỏ triệt để các chất hữu cơ bền vững và cải thiện độ trong của nước thải.
  • Thiết lập sơ đồ dây chuyền công nghệ đề xuất tích hợp quá trình keo tụ tối ưu dành cho BCL Phước Hiệp đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 (Cột B).

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã tổng hợp các dữ liệu thực tế và đưa ra các kết quả định lượng cụ thể:

1. Bảng số liệu khảo sát thực tế tại các trạm xử lý nước rỉ rác

Chất lượng nước trước và sau xử lý tại BCL Nam Sơn (Trạm cải tạo):

Thông số Đơn vị Đầu vào Đầu ra sau xử lý TCVN 5945-1995 (Cột B)
pH - - $7,1 - 7,4$ $5,5 - 9,0$
SS $\text{mg/L}$ - $17 - 58$ $100$
COD $\text{mgO}_2\text{/L}$ Cao $32 - 67$ $100$
BOD$_5$ $\text{mgO}_2\text{/L}$ Cao $19 - 39$ $50$
N-NH$_3$ $\text{mg/L}$ $> 1.000$ $0,15 - 0,3$ $1,0$
Nitơ tổng $\text{mg/L}$ - $17 - 31$ $60$
Độ màu $\text{Pt-Co}$ - $19 - 20$ -

Chất lượng nước qua từng công đoạn tại BCL Phước Hiệp (Hệ thống Công ty Quốc Việt):

Thông số Đơn vị NRR vào Sau Kỵ khí Sau Phản ứng ($\text{FeCl}_3$) Sau Hiếu khí Sau Hồ sinh học 2 Đầu ra (pha loãng) TCVN 5945-1995 (B)
pH - $7,40$ $7,85$ $6,73$ $8,12$ $7,99$ $6,93$ $5,5 - 9,0$
COD $\text{mgO}_2\text{/L}$ $2.088$ $2.010$ $1.000$ $845$ $600$ $77$ $100$
BOD$_5$ $\text{mgO}_2\text{/L}$ $660$ $90$ $90$ $80$ $66$ $48$ $50$
N-NH$_3$ $\text{mg/L}$ $1.092$ $1.050$ $658$ $532$ $258$ $22$ $1,0$
Nitơ tổng $\text{mg/L}$ $1.197$ $1.150$ $728$ $609$ $286$ $30$ $60$
Fe tổng $\text{mg/L}$ $40$ $37$ $147$ $24$ $15$ $5$ $5,0$

2. Đóng góp kỹ thuật và giải pháp đề xuất

  • Nhận diện chính xác điểm nghẽn công nghệ: Khóa luận chứng minh rằng quá trình sinh học kỵ khí ($\text{UASB}$) và sinh học thông thường chỉ hiệu quả với nước rác mới (tỷ lệ $\text{BOD}_5/\text{COD} > 0,4$). Khi bãi rác chuyển sang giai đoạn cũ, nồng độ $\text{NH}_3 > 1.000\text{ mg/L}$ sẽ gây ức chế vi sinh vật và các hợp chất humic/fulvic không thể bị phân hủy sinh học, dẫn đến việc các bể sinh học chỉ đạt hiệu quả khử $\text{COD}$ từ $3-5%$.
  • Đánh giá hiệu quả hóa chất keo tụ: Xác lập cơ sở thực nghiệm Jar-Test đối với 3 loại phèn ($\text{FeSO}_4$, $\text{FeCl}_3$, $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$), xác định điều kiện pH tối ưu và liều lượng hóa chất thích hợp nhất để khử $\text{COD}$, $\text{SS}$ và độ đục. Kết quả chỉ ra rằng giải pháp keo tụ 2 bậc mang lại hiệu quả vượt trội trong việc khử chất hữu cơ khó phân hủy và độ màu so với keo tụ đơn bậc hoặc oxy hóa Fenton tốn kém.
  • Đề xuất công nghệ phù hợp: Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác hoàn chỉnh cho BCL Phước Hiệp kết hợp hợp lý giữa tiền xử lý hóa lý/stripping, sinh học và keo tụ tạo bông chuyên sâu, khắc phục hoàn toàn việc phải pha loãng nước thải bằng nước ngầm trước khi xả ra Kênh 15.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Phạm vi lấy mẫu thực nghiệm tập trung chủ yếu tại hồ chứa và ô chôn lấp số 3 của BCL Phước Hiệp, chưa khảo sát đồng thời mẫu nước rỉ rác tại các ô chôn lấp mới mở rộng khác.
    • Các thử nghiệm keo tụ mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (Jar-Test gián đoạn, thời gian lắng tĩnh 30 phút), chưa vận hành thử nghiệm mô hình pilot liên tục tại hiện trường.
    • Chưa tính toán chi tiết khối lượng và phương án xử lý, tiêu hủy bùn thải hóa lý chứa hàm lượng sắt/nhôm và chất ô nhiễm phát sinh sau keo tụ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Triển khai mô hình pilot keo tụ dòng liên tục tại trạm xử lý BCL Phước Hiệp để chuẩn hóa các thông số thủy lực (vận tốc khuấy, thời gian phản ứng, tốc độ lắng).
    • Nghiên cứu kết hợp các chất trợ keo tụ (polymer cation/anion) nhằm tăng kích thước bông cặn, rút ngắn thời gian lắng và giảm liều lượng phèn vô cơ.
    • Đánh giá toàn diện bài toán kinh tế - kỹ thuật xử lý bùn cặn và khả năng tái sử dụng nước sau xử lý.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Môi trường, Quản lý Môi trường và Đô thị.
    • Kỹ sư thiết kế, cán bộ vận hành tại các công ty môi trường đô thị, các đơn vị quản lý trạm xử lý nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt.
  • Nội dung tham khảo giá trị:
    • Chuỗi dữ liệu quan sát thực tế về sự biến đổi thành phần nước rỉ rác theo tuổi thọ bãi chôn lấp và theo mùa tại TP.HCM.
    • Các phân tích thực chứng sâu sắc về nguyên nhân sự cố công nghệ tại các BCL lớn: hiện tượng đóng cặn $\text{CaCO}_3$ gây tê liệt $\text{UASB}$ tại BCL Nam Sơn, hiện tượng tắc nghẽn màng $\text{UF}$ và màng Nano do $\text{VFA}$ tại BCL Gò Cát, và hạn chế của hệ thống hồ sinh học tại BCL Phước Hiệp.
    • Quy trình thí nghiệm Jar-Test chuẩn mực để lựa chọn chất keo tụ ($\text{FeSO}_4$, $\text{FeCl}_3$, $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$) và tối ưu hóa $\text{pH}$ xử lý nước thải độ ô nhiễm cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống xử lý nước rỉ rác giai đoạn đầu tại BCL Nam Sơn (Hà Nội) bị tê liệt và phải ngừng hoạt động sau 8 tháng?
Trả lời: Hệ thống ban đầu dựa trên bể kỵ khí $\text{UASB}$ và bể thổi khí. Sau 8 tháng vận hành, nồng độ $\text{COD}$ giảm mạnh do pha loãng nước mưa khiến tỷ lệ $\text{BOD/COD}$ quá thấp cho xử lý sinh học. Đồng thời, do nước rác có độ cứng cao ($1.800 - 2.500\text{ mgCaCO}_3\text{/L}$) cùng lượng vôi lớn ($2.000\text{ kg}$) dùng khử mùi trước đó, quá trình phân hủy sinh học tạo khí $\text{CO}_2$ đã làm kết tủa $\text{CaCO}_3$, tạo nên hiện tượng "bê tông hóa" trong bể $\text{UASB}$ và bám cứng trên vật liệu mang ở bể thổi khí, làm suy giảm nghiêm trọng hoạt tính bùn vi sinh $\text{VSS}$.

2. Nguyên nhân nào khiến thiết bị lọc màng UF tại BCL Gò Cát bị suy giảm nghiêm trọng công suất và thời gian hoạt động?
Trả lời: Nước rỉ rác tại BCL Gò Cát chứa hàm lượng lớn các axit béo bay hơi ($\text{VFA}$ như axit acetic, propionic, butyric), chiếm khoảng $50%\text{ COD}$. Thiết bị lọc màng $\text{UF}$ có hiệu quả xử lý $\text{VFA}$ rất kém. Bên cạnh đó, bể lên men kỵ khí phía trước hoạt động không hiệu quả (thiếu vi sinh vật), dẫn đến màng $\text{UF}$ bị tắc nghẽn nhanh chóng, thời gian vận hành giảm từ $24 - 48\text{ giờ}$ xuống chỉ còn $2 - 3\text{ giờ}$ và lưu lượng giảm từ $17,8\text{ m}^3\text{/h}$ xuống $8 - 9\text{ m}^3\text{/h}$.

3. Sự thay đổi của tỷ lệ BOD$_5$/COD theo tuổi bãi chôn lấp ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn công nghệ xử lý?
Trả lời: Ở các bãi chôn lấp mới, tỷ lệ $\text{BOD}_5/\text{COD}$ đạt mức cao ($0,5 - 0,9$), thể hiện chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, rất thích hợp cho các công trình sinh học như $\text{UASB}$ hay $\text{Aerotank}$. Tuy nhiên, ở các bãi chôn lấp cũ, tỷ lệ này giảm sâu xuống chỉ còn $0,05 - 0,2$ do nước rác tích tụ chủ yếu là hợp chất humic, fulvic và lignin khó phân hủy sinh học. Khi đó, các công trình sinh học đơn thuần chỉ đạt hiệu quả khử $\text{COD}$ rất thấp ($3 - 5%$), bắt buộc phải kết hợp các quá trình hóa lý (keo tụ - tạo bông, than hoạt tính) và oxy hóa nâng cao.

4. Tại sao hệ thống xử lý của Công ty Quốc Việt tại BCL Phước Hiệp phải pha loãng nước rác sau hồ sinh học với nước ngầm trước khi xả thải?
Trả lời: Sau khi qua các công đoạn xử lý (axit $\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow$ kỵ khí $\rightarrow \text{FeCl}_3 \rightarrow$ hiếu khí $\rightarrow$ lắng $\rightarrow$ hồ sinh học 2), nước rác đầu ra tại điểm cuối hồ sinh học vẫn có nồng độ chất ô nhiễm rất cao với $\text{COD}$ đạt $600\text{ mg/L}$ và $\text{N-NH}_3$ đạt $258\text{ mg/L}$ (vượt xa tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 Cột B). Do đó, đơn vị vận hành buộc phải pha loãng với nước ngầm sạch theo tỷ lệ trên $6:1$ để đưa $\text{COD}$ giảm xuống $77\text{ mg/L}$ và $\text{N-NH}_3$ xuống $22\text{ mg/L}$ trước khi xả ra Kênh 15.

5. So sánh hiệu quả kỹ thuật và kinh tế giữa phương pháp Keo tụ - Fenton và Keo tụ 2 bậc tại BCL Sudokwon (Hàn Quốc)?
Trả lời: Tại BCL Sudokwon, phương pháp Keo tụ 2 bậc sử dụng phèn $\text{FeSO}_4$ cho hiệu quả xử lý $\text{COD}$ tương đương Keo tụ - Fenton ($\text{COD}$ sau xử lý đạt $224\text{ mg/L}$ so với $228\text{ mg/L}$), nhưng khử độ màu tốt hơn ($171\text{ Pt-Co}$ so với $232\text{ Pt-Co}$) và khắc phục được hiện tượng nổi bông cặn của hệ Fenton. Về mặt kinh tế, Keo tụ 2 bậc tiết kiệm được $1.920\text{ đồng/m}^3$ nước thải (chi phí hóa chất là $7.408\text{ đồng/m}^3$ so với $9.328\text{ đồng/m}^3$ của hệ Keo tụ - Fenton).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hồ Công Danh đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận và thực tiễn về thành phần, tính chất và các công nghệ xử lý nước rỉ rác tại Việt Nam và trên thế giới. Đề tài đã phân tích sâu sắc nguyên nhân kỹ thuật dẫn đến sự cố và hiệu quả thấp của các hệ thống xử lý tại BCL Nam Sơn, Gò Cát và Phước Hiệp, đặc biệt là ảnh hưởng của nồng độ ammonium cao và sự suy giảm tỷ lệ $\text{BOD}_5/\text{COD}$ theo thời gian bãi rác vận hành. Thông qua nghiên cứu thực nghiệm Jar-Test với các loại phèn sắt và phèn nhôm, tác giả khẳng định vai trò trọng tâm của quá trình keo tụ hóa lý trong việc xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và độ đục. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học và kỹ thuật tin cậy để tối ưu hóa dây chuyền công nghệ xử lý nước rỉ rác, hướng tới đáp ứng quy chuẩn môi trường với chi phí vận hành hợp lý.