Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 5 Chương 2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả và thảo luận Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục.
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC 1. Đặc điểm, thành phần của nước rỉ rác NRR được định nghĩa là bất cứ loại chất lỏng ô nhiễm nào trong rác thấm qua các lớp rác của các ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo hòa tan từ chất thải rắn thải ra trong hoặc ngoài bãi rác [11]. Các nguồn chính tạo ra NRR bao gồm nước từ phía trên BCL, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu chôn lấp bùn.
Việc mất đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra từ đáy BCL. NRR được hình thành khi nước thấm vào các ô chôn lấp theo các cách sau: - Nước sẵn có và sinh ra do quá trình phân hủy các chất hữu cơ; - Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm vào rác; - Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn lấp; - Nước từ khu vực khác chảy qua có thể thấm vào ô chôn lấp; - Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp trước khi được phủ đất và sau khi ô chôn lấp được đóng lại, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn lấp bùn. Lượng NRR phát sinh trong bãi chôn lấp phụ thuộc vào sự cân bằng nước trong ô chôn lấp. Các thành phần tác động tới quá trình hình thành lượng NRR được trình bày trong hình 1.
và lượng NRR được tính theo công thức [12]: LC = R + RI – RO – E - ΔV (1) Trong đó: LC - NRR; R - Nước mưa thấm vào ô chôn lấp; 7 RI - Dòng chảy từ ngoài thâm nhập vào ô chôn lấp (bao gồm dòng chảy mặt và nước ngầm gia nhập từ bên ngoài vào ô chôn lấp); RO - Dòng chảy ra khỏi khu vực ô chôn lấp; E - Nước bay hơi; ΔV - Sự thay đổi lượng nước chứa trong ô chôn lấp: độ ẩm ban đầu của rác và bùn thải mang đi chôn lấp; độ ẩm của vật liệu phủ; lượng nước thất thoát trong quá trình hình thành khí; lượng nước thất thoát do bay hơi theo khí thải; lượng nước thất thoát ra từ đáy BCL CTR. Các thành phần cân bằng nước trong bãi chôn lấp Thành phần của NRR thay đổi trong ô chôn lấp theo 5 giai đoạn như sau: Giai đoạn thích nghi: Ở giai đoạn này quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra, các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa thành dạng đơn giản như tinh bột, chất béo, protein và xenlulozơ… Giai đoạn này kéo dài từ vài ngày đến vài tuần. Giai đoạn chuyển tiếp: VSV hiếu khí tiêu thụ dần oxy thì các VSV kỵ khí bắt đầu xuất hiện và phát triển. Trong các phản ứng chuyển hóa sinh học các gốc nitrat và sunfat 8 đóng vai trò là chất nhận electron và bị khử thành N2 và H2S.
Ở giai đoạn này, bắt đầu có sự giảm pH do sự có mặt của axit hữu cơ và CO2 gia tăng. Giai đoạn axit: Axit hữu cơ và khí hydro được tạo ra do VSV kỵ khí gia tăng. Trong điều kiện yếm khí nghiêm ngặt các VSV dị dưỡng tham gia vào quá trình lên men chuyển hóa các chất hữu cơ dạng đơn giản, các amino axit, đường… thành các axit béo bay hơi, ancol, CO2 và N2. Trong giai đoạn này, pH giảm xuống ≤ 5.
Giai đoạn này kéo dài từ một vài năm đến hàng chục năm. Trong giai đoạn này BOD có giá trị cao thường > 10000 mg/L. Giai đoạn lên men metan: Giai đoạn này vi khuẩn metan hình thành dần và chuyển hóa các hợp chất đơn giản, tạo ra CO2 và CH4 và một số khí khác. Giai đoạn này nhạy cảm hơn giai đoạn chuyển tiếp.
NRR tạo ra trong giai đoạn này có giá trị BOD5/COD thấp. Quá trình lên men axit tạo NH3 thoát ra. Các ion như Fe3+, Na+, K+, SO42- và Cl- tiếp tục được tạo ra trong nhiều năm. Giai đoạn chín: Giai đoạn này tiếp tục phân hủy sinh học các chất hữu cơ thành khí metan và cacbonic.
Tốc độ sinh khí giảm do phần lớn các chất dinh dưỡng đã bị khử ở các giai đoạn trước. Giai đoạn này NRR thường chứa axit humic và fulvic rất khó xử lý bằng phương pháp sinh học. Thành phần của NRR bao gồm hai nhóm chính [13]: Các chất hữu cơ: các chất hữu hòa tan, axit humic, axit fulvic, các axit béo, các hợp chất của tanin và các loại hợp chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo. Các chất vô cơ: là các hợp chất của nitơ, lưu huỳnh, photpho, các ion kim loại hòa tan.
Các hợp chất khác có thể được tìm thấy trong NRR từ các BCL như: borat, sunfua, arsenat, selenat, bari, liti, thủy ngân và coban. Tuy nhiên, các 9 hợp chất này có nồng độ rất thấp. Thành phần NRR rất khác nhau phụ thuộc thành phần chất thải chôn lấp và thời gian chôn lấp [12]. Hàm lượng chất ô nhiễm trong NRR của bãi mới chôn lấp CTR cao hơn rất nhiều so với BCL CTR lâu năm.
Vì trong BCL lâu năm hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy bị phân hủy gần hết. Nước rác BCL mới, thường có pH thấp nhưng hàm lượng COD, BOD5, chất dinh dưỡng, TDS và kim loại nặng rất cao. Trái ngược với BCL mới nước rác BCL lâu năm thường có pH cao (do quá trình metan hóa tăng lên) và hàm lượng COD, BOD5, chất dinh dưỡng, TDS và kim loại nặng lại giảm vì hầu hết các kim loại chuyển sang trạng thái kết tủa khi pH tăng. Đặc biệt, nước rác BCL lâu năm chứa nhiều hợp chất cao phân tử nhiều hóa chất độc hại vừa gây màu tối vừa có mùi khó chịu rất khó phân hủy bằng phương pháp sinh học [12].
Thành phần của NRR trên thế giới Thành phần NRR trên thế giới được tổng hợp ở Bảng 1. Đặc trưng của NRR theo độ tuổi bãi chôn lấp [14] Tuổi BCL Đơn Thông số Mới Trung bình Cũ vị (0 - 5 năm) (5 - 10 năm) (> 10 năm) pH - < 6,5 6,5 -7,5 > 7,5 COD mg/L > 10.000 BOD5/COD - 0,5 - 1,0 0,1 - 0,5 < 0,1 5 - 30% axit béo dễ Axit humic 80% axit béo Hợp chất hữu cơ bay hơi + axit và axit dễ bay hơi humic và axit fulvic fulvic Amoni mg/L < 400 - > 400 10 Tuổi BCL Đơn Thông số Mới Trung bình Cũ vị (0 - 5 năm) (5 - 10 năm) (> 10 năm) TOC/COD - < 0,3 0,3 - 0,5 > 0,5 N (Kjeldahl) mg/L 100 - 200 - - Thấp đến trung Kim loại nặng mg/L Thấp Thấp bình Khả năng phân - Cao Trung bình Thấp hủy sinh học NRR mới có pH, amoni thấp, có hàm lượng các chất hữu cơ cao. Ngược lại NRR cũ lại có pH, amoni cao hơn và có hàm lượng các chất hữu cơ thấp. Đây cũng là cơ sở quan trọng để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp cho từng loại NRR.
Thành phần của NRR Việt Nam. Thành phần NRR ở Việt Nam thể hiện ở Bảng 1. Nước ta chưa có hệ thống phân loại rác tại nguồn nên thành phần rác đến bãi chôn lấp rất đa dạng kéo theo thành phần NRR rất phức tạp. NRR chứa nhiều chất độc hại hữu cơ, vô cơ, kim loại nặng.
Thành phần NRR biến động mạnh theo mùa, tuổi bãi chôn lấp, cách thức chôn và thu gom NRR của từng bãi. Cần phải có các quan trắc để có thông tin về thành phần NRR là cơ sở để chọn phương pháp xử lý phù hợp. Tổng hợp từ các nguồn [12, 15, 16] trong bảng cho thấy pH khoảng 6,5 - 8,5; Hàm lượng COD cao từ 327 - 22.783 mg/L, tổng N từ 62 - 2.427 mg/L, BOD5 từ 120 - 12. Thành phần nước rỉ rác tại một số bãi chôn lấp ở Việt Nam BCL Gò Cát BCL Thủy Phương BCL Tràng Cát 1 BCL Nam Sơn Thông số Đơn vị (Hồ Chí Minh) (Huế) (Hải Phòng) (Hà Nội) pH - 7,4 - 7,6 7,7 - 8,5 7,63 - 8,01 6,81 - 7,98 DO mg/L - - - - COD mg/L 13655 - 16814 623 - 2442 327 - 701 1020 - 22783 BOD5 mg/L 6272 - 9200 148 - 398 120 - 340 495 - 12302 BOD5/COD - 0,46 - 0,55 0,16 - 0,23 - 0,45 - 0,54 Tổng N mg/L 1680 - 2427 - 178,5 - 433,6 423 - 2253 N-NH4+ mg/L 1821 - 2887 184 - 543 - - N-NO3- mg/L 0 - 6,2 - - - Tổng P mg/L 10,3 - 19,8 - 3,92 - 8,56 6,51 - 24,80 TDS mg/L - - 4,47 - 8,87 6913 - 19875 12 BCL Gò Cát BCL Thủy Phương BCL Tràng Cát 1 BCL Nam Sơn Thông số Đơn vị (Hồ Chí Minh) (Huế) (Hải Phòng) (Hà Nội) TSS mg/L - 42 - 84 21 - 57 120 - 2.240 SS mg/L 700 - 2020 - - - Độ đục mg/L - - - - Độ màu PCU - - - - Độ dẫn µS/cm - - 9875 - 26967 Độ cứng CaCO3 mg/L - 1419 - 4874 2,21 - 14,31 - Cl- mg/L - 518 - 1199 - - Fe mg/L - - - - As mg/L - - 0,061 - 0,086 0,001 - 0,003 Pb mg/L - - < 0,05 0,050 - 0,086 Cd mg/L - - < 0,01 0,010 - 0,025 13 BCL Gò Cát BCL Thủy Phương BCL Tràng Cát 1 BCL Nam Sơn Thông số Đơn vị (Hồ Chí Minh) (Huế) (Hải Phòng) (Hà Nội) Hg mg/L - - 0,0001 0,0001 - 0,0009 Tuổi BCL năm 7 9 6 7 Nguồn trích dẫn [15] [16] [12] [12] Thành phần, đặc trưng của NRR ở nước ta cơ bản giống với thế giới ở các chỉ số: COD, BOD, Tổng N, TDS, TSS, độ màu cao và thay đổi theo thời gian chôn lấp rác.
So sánh với các loại NRR trên thế giới thì hàm lượng COD, BOD/COD, TSS và độ màu của NRR Việt Nam thường cao hơn. Nguyên nhân là chúng ta chưa áp dụng được phân loại rác tại nguồn, cách thức chôn lấp và vận hành bãi chưa được hợp vệ sinh, cộng với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều. Dẫn đến thành phần NRR của Việt Nam thay đổi theo thời gian, đa dạng, phức tạp hơn các nước khác. Cho nên, việc lựa chọn công nghệ phù hợp để xử lý loại nước thải này là công việc cần thiết của các nhà khoa học, các BCL và của ngành môi trường quốc gia và cũng là nhiệm vụ của luận văn này.