CHƯƠNG 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 [3]. 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 [4]: LC = R + RI – RO – E - V trong đó: LC - NRR; R - Nước mưa thấm vào ô chôn lấp; 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; V - 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 bãi chôn lấp chất thải rắn. luan an 5 Hình 1. 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 oxi 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 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. luan an 6 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 [5] 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 bãi chôn lấp như: borat, sunfua, arsenat, selenat, bari, liti, thủy ngân và coban. Tuy nhiên, các 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 [4]. Hàm lượng chất ô nhiễm trong NRR của bãi mới chôn lấp chất thải rắn cao hơn rất nhiều so với BCL chất thải rắn 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 bãi chôn lấp 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 [4]. Thành phần của NRR trên thế giới Thành phần NRR trên thế giới được tổng hợp ở bảng 1.1: luan an 7 Bảng 1. Đặc trưng của NRR theo độ tuổi bãi chôn lấp [6] Tuổi BCL Thông số Đơn vị Trung bình Cũ (> 10 Mới (0 – 5 năm) (5 -10 năm) năm) pH - < 6,5 6,5 – 7,5 >7,5 COD mg/l > 10000 4000 – 10000 < 4000 BOD5/COD - 0,5 – 1,0 0,1 – 0,5 < 0,1 5 – 30% axit béo dễ Axit humic Hợp chất hữu 80% axit béo dễ bay bay hơi + axit humic và axit cơ hơi và axit fulvic fulvic Amoni mg/l < 400 - > 400 TOC/COD - < 0,3 0,3 – 0,5 > 0,5 N (Kjeldahl) mg/l 100 - 200 - - Kim loại nặng mg/l Thấp đến trung bình Thấp Thấp 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 NRR ở các nước Châu Âu và Châu Mỹ thể hiện ở bảng 1. Theo số liệu bảng 1.2 thì Thổ Nhĩ Kỳ là quốc gia mà NRR mới có thành phần COD, TSS và amoni cao.
Hy Lạp là quốc gia NRR có hàm lượng COD rất cao tới 70900 mg/l. Trong các nước Châu Á thì Hồng Kông Trung Quốc là nơi NRR mới có COD, nitơ cao. NRR của Đài Loan có BOD5 thấp. 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.
luan an 8 Bảng 1.2: Thành phần NRR ở các nước Châu Âu và Châu Mỹ TP Nguồn T Tuổi COD BOD5 BOD5/ TOC SS TSS NH4+ NO3- TN PO43- Nước pH mg/ trích T BCL mg/l mg/l COD mg/l mg/l mg/l -N mg/l mg/l mg/l mg/l l dẫn Trung 3210 – 1 Canada 6,9– 9,0 - - - - - - - - - - [7] bình 9190 2 Brazin Cũ 8,2 3460 150 0,04 - - - 800 - - - - [8] Phần 0,09 – 159 - 3 Cũ 7,1– 7,6 340 - 920 62 - 84 - - - - 192 - - [9] Lan 0,25 560 Trung 4 Ba Lan 8,0 1180 331 0,28 - - - 743 - - - - [10] bình 10750- 6380- 0,5 - 2630- 1946- Mới 5,6– 8,2 - - - 2370 - - [11] 50000 25000 0,67 3930 2002 Thổ Nhĩ 5 Trung Kỳ 8,15 9500 - - 3750 - 21000 1270 7,3 1450 31 33 [8] bình Cũ 8,6 10000 - - - 1600 - 1590 - 1680 - - [12] 10540- 0,2- 3917- Mới 8,0– 8,2 4000 - 1666 - - - - - [13] 19900 0,22 5210 6 Italia Trung 1200- 0,25- 940- 1100- 7,9-8,38 3840-5050 - 480 - - - - [14] bình 1270 0,31 1330 1670 Mới 6,2 70900 26800 0,28 - 950 - 3100 - 3400 - - 7 Hy Lạp Trung [2] 7,9 5350 1050 0,2 - - - 940 - 1100 - - bình luan an 9 Thành phần NRR ở các nước Châu Á thể hiện ở bảng 1. Thành phần NRR ở các nước Châu Á COD BOD5 BOD5/ NH4+ Nguồn T Tuổi SS TSS TN TP SO42- Cl- Nước pH trích T BCL mg/l mg/l COD mg/l mg/l -N mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l dẫn Mới 7,3 24400 10800 0,44 - 2400 1682 1766 31,2 162 3160 [15] 1 Hàn Quốc Cũ 8,57 1.409 62 0,04 404 - 1522 141 - - - [16] Hồng Kông Trung 2 8,22 7439 1436 0,19 784 - - - - - - [17] (TQ) bình Trung 6,4 – 2500 – - - - - - - - - - bình 7,8 4000 3 Nepal [18] 7,9 – 100 - 80 - Cũ - - - - - - - - 8,8 320 350 Trung 4 Đài Loan 8,1 6500 500 0,08 - - 5500 - - - - [19] bình 1533 – 48 - 0,03 – 159 - 5 Malaysia Cũ - - - - - - [20] 2580 105 0,04 233 6 Ân độ 5,8 4820 1300 - - 718 - - - - 360 [21] luan an 10 Bảng 1.