Chương I :TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ 1.1 Tổng quan về nước thải 1.1 Ô nhiễm nước Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tự nhiên và cuộc sống của con người. Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu, năng lượng, dung môi, chất tải nhiệt và vận chuyển nguyên vật liệu… Do tác động của các hoạt động sống, nước bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau và bị giảm chất lượng. Chất lượng nước thay đổi theo các khuynh hướng sau: 5 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi các acid sunfuric và acid nitrit từ khí quyển, tăng hàm lượng sunfat (SO42-) và nitrit (NO3-) trong nước. Tăng nồng độ các ion Ca2+, Mg2+, Si4+ trong nước ngầm và nước sông do quá trình rửa trôi, hòa tan các cặn cacbonat và các quặng khác dưới tác động của mưa acid.
Tăng hàm lượng các kim loại nặng như Pb2+… và các ion như phosphate, nitrate, nitrit. trong nước tự nhiên. Tăng hàm lượng muối trong nước trên bề mặt và nước ngầm do sự xâm nhập của nước thải, từ khí quyển và rửa trôi một phần chất thải rắn (ví dụ, hàm lượng muối trong nước của nhiều sông hàng năm tăng 30 – 50 mg/L, từ 1000 tân chất thải thành phố có đến 8 tấn muối xâm nhập vào nước ngầm) Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là các chất bền sinh học (chất hoạt động bề mặt, chất sát trùng, sản phẩm phân dã của Đồ án thiết kế chúng với các chất độc hại, gây ung thu, đột biến gen khác) Giảm hàm lượng oxy trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa và chất kỵ nước. Giảm độ trong suốt của nước (trong nước bẩn, các virut và vi khuẩn phát triển nhanh và trở thành nhân tố kích thích mầm bệnh) Nước tự nhiên bị nhiễm các đồng vị phóng xạ của nguyên tố hóa học.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước Nước thải là nước sinh ra từ quá trình sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô nhiễm.
Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành nước thải sinh hoạt, nước chảy tràn và nước thải công nghiệp. Nước thải sinh hoạt: là lượng nước thải ra do quá trình sinh hoạt thường nhật. Thông thường, thành phần của nước thải sinh hoạt gồm khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là có 6 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI hàm lượng các chất hữu cơ không bền sinh học (như carbonhydrat, protein, mỡ) cao; chất dinh dưỡng (photphat, nitơ); vi trùng, chất rắn và mùi.
Nước chảy tràn: được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng. Chúng bị ô nhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau. Nước mưa chảy qua khu vực dân cư, khu sản suất công nghiệp, cuốn theo chất răn, dầu mỡ, hóa chất và vi trùng… Còn nước chảy tràn từ đồng ruộng mang theo chất răn, thuốc sát trùng và phân bón… Nước thải công nghiệp: xuất hiện khi khai thác và chế biễn các nguyên liệu hữu cơ và vô cơ. Trong các quá trình công nghệ các nguồn thải là: Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi tất cả các chất và sản phẩm phản ứng) Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, được tách ra trong quá trình chế biến.
Đồ án thiết kế Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị Dung dịch nước cái Nước chiết, nước hấp thụ Nước làm nguội. Các nước khác như: nước bơm chân không, từ thiết bị ngưng tụ hòa trộn, hệ thống thu hồi tro ướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy móc… 1.2 Tổng quan về nước rỉ rác 1.1 Sự hình thành nước rò rỉ Nước rò rỉ từ bãi rác (nước rác) 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 mua và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén. 7 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Quá trình tạo thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng giữ nước hay khi nó bị bão hòa nước.
Khả năng giữ nước (FC – Field Capacity) của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác dưới tác dụng của trọng lực. FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng trong việc xác định sự hình thành nước rò rỉ. FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác và việc phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp. Cả rác và lớp phủ đều có khả năng giữ nước trước sức hút của trọng lực.
FC có thể tính theo công thức sau: 0.6− 1+W Trong đó: FC: Khả năng giữ ước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng khô của chất thải rắn). W: Khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính tại chính giữa chiều cao ô chôn lấp, pound. Đồ án thiết kế 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 đo 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).
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 của nước rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Trong suốt những năm đầu tiền, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp. Lưu lượng nước rò rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật được trông lên trên mặt… giữ nước làm giảm lượng nước thấm vào.
8 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.2 Thành phần và tính chất của nước rò rỉ Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc bào tuổi của bãi chôn lấp. loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác. Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc bào các phản ứng lý, hóa, sinh 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. 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 ưu ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 – 20oC Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 – 40oC Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạng ở nhiệt độ 40 – 70oC Đồ án thiết kế Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau: Giai đoạn I – giai đoạn thích nghi ban đầu: Chỉ sau một thời gian ngắn từ khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn ra, bởi vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữ lại. Giai đoạn này có thể kéo dài một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân hủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh hiếu khí và kị khí. Giai đoạn II – giai đoạn chuyển tiếp: Oxy bị cạn kiệt dần và sự phân hủy chuyển sang giai đoạn kỵ khí.
Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro sulfit. Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ trong rác thải thành CH4, CO2 sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy phân, lên men axir và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và các 9 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI sản phẩm trung gian khác (giai đoạn III). Trong giai đoạn II, pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ và ảnh hưởng của nồng độ CO2 tăng lên trong bãi rác. Giai đoạn III – giai đoạn lên men axit: Các vi sinh vật trong giai đoạn II được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và lượng H2 ít hơn.
Bước đầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến sự chuyển hóa các enzym trung gian (sự thủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein) thành các chất đơn gian thích hợp cho vi sinh vật sử dụng. Tiếp theo là quá trình lên men axit. Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hình thành ở bước trên thành các chất trung gian phan tử lượng thấp hơn như là axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic và các axit hữu cơ khác. Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng nhỏ H2S cũng được hình thành.
Đồ án thiết kế Giá tri pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 so với sự có mặt của các axit hữu cơ và khí CO2 có trong bãi rác. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạn III do sự hòa tan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ. Do pH thấp, nên một số chất vô cơ chủ yếu là các kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này. Nếu nước rò rỉ không được tuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng bị loại bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp.
Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan: Trong giai đoạn này nhóm vi sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình thành từ giai đoạn. trước hình thành CH4, CO2 sẽ chiễm ưu thế. Đây là nhóm vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan.