CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nước rỉ rác Hình 1. Sự hình thành nước rỉ rác Nước rỉ rác (NRR) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén.
Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chôn lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép. 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 bãi chôn lấp (nước rò rỉ). Nước rỉ rác 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. 3 - 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 bùn được cho phép. Lượng nước rỉ rác 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 nước rỉ rác được trình bày trong hình 1. và lượng nước rỉ rác được tính theo công thức [4]: LC = R + RI – RO – E - V Trong đó: LC - Nước rỉ rác 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. 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; sự chênh lệch về hàm lượng nước trong cấu trúc hóa học của rác.
Các thành phần cân bằng nước trong ô chôn lấp 4 Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí hậu lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh nước rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Lượng nước rỉ rác sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa BCL do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt giữ nước làm giảm độ ẩm thấm vào. Đặc điểm nước rỉ rác 1.
Thành phần, tính chất nước rỉ rác Nước rỉ rác là loại nước bị ô nhiễm nặng lề, độc hại với các thành phần các chất ô nhiễm hữu cơ (axit humic, axit funlvic, các hợp chất tan nhanh, các loại hợp chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo…) và vô cơ (hợp chất của nitơ, photpho, lưu huỳnh…) cao, phức tạp, khó xác định vì nó luôn thay đổi theo các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều (phụ thuộc vào tuổi của BCL, các loại rác có trong BCL, khí hậu). Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng của bãi rác cũng tác động đến thành phần nước rác… Các thành phần và tính chất của nước rỉ rác có thể biến động rất lớn, tùy thuộc vào tuổi, chiều sâu bãi chôn lấ p, thời gian lấy mẫu - mùa mưa hay mùa khô, thành phần, các quá trình thẩm thấu, tràn, bay hơi và các xu hướng khác. Vì vậy, việc khảo sát các đặc trưng của nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp suốt một thời gian dài, ngay từ khi mới đi vào hoạt động, có thể cung cấp những thông tin quan trọng làm cơ sở để chọn lựa công nghệ xử lý phù hợp.
Ngoài ra, thiết kế và thực tế vận hành của các bãi chôn lấ p cũng có những ảnh hưởng quan trọng đến đặc trưng nước rỉ rác. Thành phần và tính chất nước rỉ rác 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. 5 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 0-20°C.
- Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-40°C. - Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-70°C. Trong quá trình hoạt động của bãi rác, thành phần nước rỉ rác biến đổi qua 5 giai đoạn sau: Giai đoạn 1 - thích nghi: sau một thời gian ngắn khi bãi rác đi vào hoạt động. Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra, ở giai đoạn này các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa thành dạng đơn giản như protein, tinh bột, chất béo và một lượng nhất đinh xenlulozơ.
Giai đoạn này có thể kéo dài một vài ngày hoặc một vài tuần. Giai đoạn 2 - chuyển tiếp: Khi oxy bị các vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần thì các vi sinh vật kỵ khí bắt đầu xuất hiện và phát triển. Nitrat và sunfat đóng vai trò chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, bị khử đến N2 và H2S. Trong pha này, pH bắt đầu giảm do sự có mặt của axit hữu cơ và sự gia tăng CO2.
Giai đoạn 3 - axit: các vi sinh vật kỵ khí gia tăng tạo ra một lượng axit hữu cơ và một lượng khí hydro. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là nhóm sinh vật dị dưỡng trong điều kiện yếm khí và kỵ khí nghiêm ngặt. Các chất hữu cơ dạng đơn giản, các amino axit, đường… được chuyển hóa thành các axit béo bay hơi, acohols, CO2 và N2. Trong pha này, pH giảm xuống 5 hoặc thấp hơn.
Giai đoạn này có thể kéo dài sau một vài năm, thập kỷ, cả thập niên. BOD trong giai đoạn này có giá trị cao (> 10000 mg/l). Giai đoạn 4 - lên men metan: Sự phát triển chậm của vi khuẩn metan dần được hình thành, chiếm ưu thế và bắt đầu tiêu thụ những hợp chất đơn giản, tạo ra hỗn hợp CO2 và CH4 cùng với một số thành phần vết khác tạo khí của bãi rác. Pha này nhạy cảm hơn pha 2.
Nước rò rỉ tạo ra trong giai đoạn này có giá trị BOD5: COD thấp. NH3 vẫn tiếp tục thoát ra bởi quá trình lên men axit theo bậc 1 và có nồng độ rất cao trong nước rỉ rác. Các chất vô cơ như Fe3+, Na+, K+, SO42- và Cl- tiếp tục tan ra và rỉ ra trong nhiều năm. 6 Giai đoạn 5 - chín: Xuất hiện các chất hữu cơ sẵn sàng phân hủy sinh học, đã chuyển thành khí metan và cacbonnic.
Lúc này, tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các các chất dinh dưỡng đã bị khử qua các giai đoạn trước và chất nền còn lại khả năng phân hủy sinh học xảy ra khá chậm. Khí sinh ra là metan và cacbonic. Suốt pha này nước rỉ rác thường chứa axit humic và fulvic rất khó xử lý sinh học Nhìn chung những bãi rác mới, nước rỉ rác thường có pH, nồng độ BOD5, TOC, COD và kim loại nặng cao, còn những bãi rác lâu năm, giá trị pH khoảng từ 6.5 đến 7, nồng độ các chất ô nhiễm thấp hơn đáng kể. Khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian.
Thành phần ô nhiễm trong nước rỉ rác rất đa dạng, có thể chia thành các nhóm thông số chính, bao gồm các chất lơ lửng, các chất dinh dưỡng, các muối vô và các ion kim loại nặng… Một số thành phần và tính chất của nước rỉ rác được liệt kê theo bảng dưới đây: Bảng 1. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác điển hình Bãi mới (< 2 năm) Bãi lâu năm Thành phần Khoảng giá trị Giá trị trung bình (trên 10 năm) BOD5 (mg/l) 2000 -20000 10000 100 -200 TOC (mg/l) 1500 - 20000 6000 80 - 160 COD (mg/l) 3000 - 60000 18000 100 - 500 TSS (mg/l) 200 - 2000 500 100 - 400 TN (mg/l) 10 - 800 200 80 – 120 NH4+ (mg/l) 10 - 800 200 20- 40 NO3- 5 - 40 25 5 – 10 TP (mg/l) 5 - 100 30 5 – 10 Kiềm- CaCO3 (mg/l) 1000 - 10000 3000 200 – 1000 pH 4. Đặc điểm thành phần nước rỉ rác trên thế giới. Thành phần nước rỉ rác ở các BCL trên thế giới đều chứa hàm lượng chất hữu cơ cao dao động từ hàng nghìn đến chục nghìn mg/L.
Các bãi chôn lấp có tuổi thọ càng cao thì tỉ lệ BOD/COD cũng như hàm lượng TSS càng thấp. Điều này cho thấy, BCL càng lâu sẽ chứa càng nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Thành phần nước rỉ rác tại một số BCL các quốc gia trên thế giới Đài Loan Thổ NHĩ Kỳ Thành Colombia Canada Đơn vị (Sanjuku (Istanbul phần (Pereira) (Clover) Taiwan) Komurcuoda) pH - 7,2 – 8,3 8,3 6.040 BOD mgO2/l 1560 – 48000 39 50–400 15021 NH4 mg/l 200 – 3800 455 59.7-581 2281 TS mg/l 7990 – 89100 - - - TSS mg/l 190 – 27800 - 1357–4432 1962 TDS mg/l 7800 – 61300 - - - PO42- mg/l 2 – 35 - - - Độ kiềm mgCaCO3/l 3050-8540 4030 - 10.581 Tuổi thọ Năm >5 >40 - - (Nguồn: Văn Hữu Tập, 2015) [14] 8 Bảng 1. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á Thái Lan Hàn Quốc Thành Phần Đơn Vị BCL Sukdowop Sukdowop pathumthani NRR1 năm NRR 12 năm pH – 7,8 – 8,7 5,8 8,2 Độ dẫn điện µS/cm 19.000 500 SS mg/l 141 – 410 400 20 IS mg/l 10.800 N-Org mg/l 300 – 600 – – Phospho tổng mg/l 25 – 34 – – Cl- mg/l 3.500 Zn mg/l 0,873 – 1,267 – – Cd mg/l – – Pd mg/l 0,09 – 0,330 – – Cu mg/l 0,1 – 0,157 – – Cr mg/l 0,495 – 0,657 – – Độ kiềm mgCaCO3/l – 2.