Tài liệu Công nghệ xử lý nước rỉ rác

MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT…………………………………………………………….....2 DANH MỤC BẢNG………………………………………………………………..…..3 DANH MỤC HÌNH ……………………........................................................................4 MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………..5 1. Tính cấp thiết ....................................................................................................... 5 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................................................ 5 2.1 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 5 2.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 5 3. Cấu trúc tiểu luận ................................................................................................. 6 CHƯƠNG 1 Tổng quan về nước rỉ rác ........................................................................... 7 1.1. Sự hình thành nước rỉ rác ..................................................................................... 7 1.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác ..................................................................... 7 1.2.1. Thành phần và tính chất nước rỉ rác .............................................................. 7 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ ......................... 10 1.2.3. Lưu lượng nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn .................................. 13 CHƯƠNG 2 Các công nghệ xử lý nước rỉ rác .............................................................. 14 2.1. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác .................................................................... 15 2.1.1. Xử lý cơ học ................................................................................................ 15 2.1.2. Xử lý sinh học.............................................................................................. 15 2.1.3. Xử lý hóa – lý .............................................................................................. 16 2.1.4. Sử dụng thực vật trong xử lý nước rỉ rác ..................................................... 18 2.2. các công nghệ xử lý nước rỉ rác .......................................................................... 28 2.2.1. Công nghệ AEROTANK ............................................................................. 28 2.2.2. Công nghệ UASB ........................................................................................ 29 2.2.3. Công nghệ UNITANK ................................................................................ 30 2.2.4. Công nghệ MBR .......................................................................................... 32 2.2.5. Công nghệ MBBR ....................................................................................... 35 2.3. Các mô hình xử lý đang được áp dụng tại một số bãi chôn lấp chất thải rắn trên thế giới và Việt Nam.................................................................................................. 36 2.3.1. Thế giới ........................................................................................................ 36 2.3.2. Việt Nam...................................................................................................... 37 CHƯƠNG 3 Kết luận .................................................................................................... 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .……………………………………………………………50 GVHD: TS. Trần Minh Chí 1 DANH MỤC VIẾT TẮT CTR : Chất thải rắn BCL : Bãi chôn lấp BOD : Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hoá COD : Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: TS. Trần Minh Chí 2 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp mới và lâu năm. Bảng 2.1: Các quá trình sinh học, hóa học, và vật lý xử lý nước rỉ rác Bảng 2.2 Đặc trưng xem xét khi thiết kế cánh đồng lọc GVHD: TS. Trần Minh Chí 3 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ di chuyển của nước thải trong cánh đồng lọc chậm Hình 2.2 Mô hình xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc chậm Hình 2.3 Mô hình xử lý nước thải bằng cách lọc nhanh Hình 2.4 Sơ đồ cánh đồng lọc dòng chảy ngầm Hình 2.5 Cánh đồng lọc với dòng chảy đứng (VF) Hình 2.6 Cánh đồng lọc với dòng chảy ngang (HF) Hình 2.7 Một số loài thủy sinh thực vật tiêu biểu Hình 2.8: Nguyên tắc hoạt động bể Aerotank Hình 2.9: Nguyên tắc hoạt động bể UASB Hình 2.10 Sơ đồ hoạt động bể Unitank Hình 2.11: Hiệu quả xử lý nước qua các bể trong công nghệ MBR Hình 2.12 Sơ đồ dây chuyền công nghệ MBR Hình 2.13 Làm sạch màng lọc bằng thổi khí Hình 2.14: Làm sạch màng lọc bằng dung dịch hóa chất Hình2.15 : Nguyên tắc hoạt động bể MBBR Hình 2.16: Sơ đồ hoạt động bể ABR Hình 2.17 : Công nghệ xử lý nước rỉ rác của Đức Hình 2.18 Rác được gom về đổ thành đống. Hình 2.19 Màng rêu xanh xuất hiện ở hồ nước nước sau giai đoạn xử lý kỵ khí Hình 2.20 Nước kỵ khí qua lọc vi sinh và sục khí Hình 2.21: Màng rêu xanh tại hồ sục khí Hình 2.23: Quá trình lắng Hình 2.24 Sơ đồ công nghệ nhà máy xử lý nước rỉ rác Song Nguyên Hình 2.25 :Sơ đồ tổng thể hệ thống đất ngập nước tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc- huyện Trà Lĩnh – tỉnh Cao Bằng GVHD: TS. Trần Minh Chí 4 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Chất thải rắn đô thị là một vấn đề nóng bỏng tại nhiều thành phố. Với tốc độ gia tăng dân số và mức sống, lượng rác thải sinh hoạt đầu người ngày càng tăng, đặc biệt là tại các thành phố lớn như TP. Hồ Chí Minh. Hiện nay, mỗi ngày thành phố thải ra khoảng 6.600 tấn rác thải sinh hoạt, trong đó tỉ lệ thu gom chỉ đạt 50-60% khu vực ngoại thành và 80-95% khu vực nội thành. Công tác thu gom vận chuyển và xử lý rác thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM tuy đã được quan tâm và đầu tư tuy nhiên công nghệ chủ yếu hiện nay vẫn là chôn lấp tại các bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Theo Cục Cảnh sát Phòng chống tội phạm về môi trường, hiện mức độ ô nhiễm trong lĩnh vực thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải rắn diễn biến rất phức tạp. Không chỉ tại TP.HCM mà trên phạm vi cả nước đã nảy sinh tình trạng mất an ninh trật tự tại các bãi chôn lấp do người dân ngăn cản hoạt động vận chuyển chất thải về các bãi chôn lấp. Lý do chính là do quy hoạch các bãi chôn lấp gần khu dân cư, gây ô nhiễm môi trường và tác động không nhỏ đến đời sống sinh hoạt của người dân. Một trong những vấn đề môi trường phát sinh tại các bãi chôn lấp là mùi hôi và nước rỉ rác phát sinh trong quá trình tồn lưu và chôn lấp rác. Với đặc điểm độ ẩm cao và lượng mưa lớn, lượng nước rỉ rác phát sinh là một vấn đề lớn tại các bãi chôn lấp. Chính vì vậy, trong khuôn khổ tiểu luận này, nhóm chúng tôi muốn tìm hiểu các công nghệ dùng để xử lý nước rỉ rác hiện nay. 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2.1 Nội dung nghiên cứu Đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứu sau: (1) Tổng quan nguồn gốc, thành phần và tính chất của nước rỉ rác (2) Các công nghệ được sử dụng để xử lý nước rỉ rác. Đối tượng nghiên cứu: nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp. 2.2 Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu và tổng hợp tài liệu về nước rỉ rác và các công nghệ xử lý nước rỉ rác. GVHD: TS. Trần Minh Chí 5 3. Cấu trúc tiểu luận Tiểu luận gồm các phần sau: (1) Nguồn gốc và đặc điểm nước rỉ rác: Phần này trình bày nguồn gốc, quá trình hình thành, tính chất và thành phần nước rỉ rác. (2) Công nghệ xử lý nước rỉ rác: Phần này trình bày công nghệ xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ hóa lý và công nghệ sinh học (cánh đồng lọc, cánh đồng tưới). Ưu và nhược điểm của từng loại công nghệ. GVHD: TS. Trần Minh Chí 6 CHƯƠNG 1 Tổng quan về nước rỉ rác 1.1. Sự hình thành nước rỉ rác Nước rò rỉ từ bãi rác là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác thải chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác được hình thành chủ yếu do nước mưa và nước ép từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén gây ra. Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước 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, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp. 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. Trong suốt những năm đầu tiên, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ hổng của chất thải chôn lấp. Lưu lượng nước rò rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên bề mặt giữ nước, làm giảm độ ẩm thấm vào. 1.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác 1.2.1. Thành phần và tính chất nước rỉ rác Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp, loại rác, 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… Song , về cơ bản nước rỉ rác gồm 2 thành phần chính: đó là các hợp chất hữu cơ và các hợp chất vô cơ. - Các chất hữu cơ: Axit humic, axit fulvic, các hợp chất tananh, các loại hợp chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo. - Các chất vô cơ: là các hợp chất của nito, lưu huỳnh, photpho. Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa, sinh học xảy ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ yếu là do hoạt động của các vi sinh vậy sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng. GVHD: TS. Trần Minh Chí 7 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 – 200C - Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 - 400C - Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40 - 700C Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau: Giai đoạn 1 – 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 một lượng không khí nhất định nào đó được giữ lại. Giai đoạn này có thể kéo một vài ngày 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 2 – giai đoạn chuyển tiếp Oxy bị cạn kiệt dần và sự phân hủy chuyển sang giai đoạn kị khí. Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nito 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 axit và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác. Trong giai đoạn này, pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành các loại axit hữu cơ và ảnh hưởng của nồng độ CO2 tăng lên trong bãi rác. Giai đoạn 3 – giai đoạn lên men axit Các vi sinh vật trong giai đoạn 2 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 enzim trung gian (sự thủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein) thành các chất đơn giản 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 phân tử lượng thấp hơn như là axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic, các axit hữu cơ khác. Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng nhỏ H2S cũng được hình thành. Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 do 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 3 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 GVHD: TS. Trần Minh Chí 8 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 4 – 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 thành CH4 và CO2 sẽ chiếm ưu thế. Đây là nhóm vi sinh vật kị khí nghiệm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan. Trong giai đoạn này, sự hình thành metan và các axit hữu cơ xảy ra đồng thời mặc dù sự hình thành axit giảm nhiều. Do các axit hữu cơ và H 2 bị chuyển thóa thành metan và cacbonic nên pH của nó rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6,8 – 8,0. Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nó rò rỉ giảm xuống trong giai đoạn này. Giai đoạn 5 – giai đoạn ổn định: Giai đoạn ổn định này xảy ra khi các vật liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyến hóa thành CH4 , CO2 trong giai đoạn 4. Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các chất có khả năng phân hủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp tục được chuyển hóa. Tốc độ phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu là CH4 và CO2. Trong giai đoạn ổn định, nước rò rỉ chủ yếu axit humic và axit fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa. Tuy nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và fulvic cũng giảm xuống. GVHD: TS. Trần Minh Chí 9 Bảng 1.1 Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp mới và lâu năm. Thành phần Giá trị, mg/l Bãi mới (dưới 2 năm) Bãi lâu năm Khoảng Trung bình (trên 10 năm) BOD5 2.000 – 55.000 10.000 100 – 200 TOC 1.500 – 20.000 6.000 80 – 160 COD 3.000 – 90.000 18.000 100 – 500 Chất rắn hòa tan 10.000 – 55.000 10.000 1.200 Tổng chất rắn lơ 200 – 2.000 500 100 – 400 Nito hữu cơ 10 – 800 200 80 – 120 Amoniac 10 – 800 200 20 – 40 Nitrat 5 – 40 25 5 – 10 Tổng lượng 5 – 100 30 5 – 10 Othophotpho 4 – 80 20 4–8 Đồ kiềm theo 1.000 – 20.900 3.000 200 – 1.000 4,5 – 7,5 6 6,6 – 9 300 – 25.000 3.500 200 – 500 Canxi 50 – 7.200 1.000 100 – 400 Magie 50 – 1.500 250 50 – 200 Clorua 200 – 5.000 500 100 – 400 Sulfat 50 – 1.825 300 20 – 50 Tổng sắt 50 – 5.000 60 20 – 200 lửng photpho CaCO3 pH Độ cứng theo CaCO3 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh học cùng lúc xảy ra. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy từ rác. Thành phần chất ô nhiễm trong nước rỉ rác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: GVHD: TS. Trần Minh Chí 10 thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý. 1.2.2.1. Thời gian chôn lấp Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần. Thành phần của nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (vài tuần hoặc vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan. Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ. Trong giai đoạn này, khí rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rò rỉ có những đặc điểm sau: - Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao - pH nghiêng về tính axit - BOD cao - Tỷ lệ BOD/COD cao - Nồng độ NH4+ và nito hữu cơ cao - Vi sinh vật có số lượng lớn - Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. Đặc điểm nước thải ở giai đoạn này: - Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp - pH trung tính hoặc kềm - BOD thấp - Tỷ lệ BOD/COD thấp - Nồng độ NH4+ - Vi sinh vật có số lượng nhỏ - Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp GVHD: TS. Trần Minh Chí 11 Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có sự thay đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu là axit béo bay hơi. Các axit thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhân vòng thơm. Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rác nghiêng về tính axit. Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò rỉ có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của các axit fulvic và humic. Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước rò rỉ chỉ chứa một phần nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. 1.2.2.2. Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn Rõ ràng thành phầ chất thải rắn là yếu tố quan trọng tác động đến tính chất nước rỏ rỉ. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rò rỉ cũng có các đặc tính tương tự. Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại… 1.2.2.3. Chiều sâu bãi chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy. Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm. 1.2.2.4. Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo ra nước rò rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước. Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ. Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ… 1.2.2.5. Độ ẩm rác và nhiệt độ GVHD: TS. Trần Minh Chí 12 Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt. Khi bãi chôn lấp đạt trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉ được hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nước rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn. Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ. Khi nhiệt độ môi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn làm giảm lưu lượng nước rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn. 1.2.2.6. Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại Việc chôn lấp nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ. Bùn sẽ làm tăng độ ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rò rỉ. Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ có pH thấp và BOD5 cao hơn. Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế như kim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật…Đồng thời, theo thời gian các chất độc hại sẽ bị phân hủy, theo nước rò rỉ và khí thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rác. 1.2.3. Lưu lượng nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn 1.2.3.1. Lưu lượng nước chảy vào bãi chôn lấp - Nước có sẵn và tự hình thành khi phân hủy chất hữu cơ có trong bãi chôn lấp. - Nước ngầm có thể dâng lên và chảy vào bãi chôn lấp. - Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp. 1.2.3.2. Lưu lượng nước đi ra khỏi bãi chôn lấp - Bốc hơi từ bề mặt bãi chôn lấp. - Ngấm xuống tầng đất ngầm. - Tạo thành dòng chảy, chảy vào các dòng nước mặt.gấm xuống tầng đất ngầm. - Tạo thành dòng chảy, chảy vào các dòng nước mặt ngấm xuống tầng đất ngầm. - Tạo thành dòng chảy, chảy vào các dòng nước mặt. GVHD: TS. Trần Minh Chí 13 CHƯƠNG 2 Các công nghệ xử lý nước rỉ rác Tùy theo đặc điểm: Lưu lượng, thành phần, tính chất của mỗi loại nước rỉ rác mà lựa chọn biện pháp xử lý khác nhau. Để xử lý nước rác có thể áp dụng những phương pháp sau: - Xử lý cơ học - Xử lý sinh học - Xử lý hóa học - Hệ thống lọc tự nhiên - … Và thông thường, để xử lý nước rỉ rác người ta thường áp dụng phương pháp cơ học, kết hợp với phương pháp xử lý sinh học và hóa học vì quá trình cơ học có chi phí thấp và thích hợp với sự thay đổi thành phần tính chất của nước rỉ rác. Tuy nhiên, nước rỉ rác từ các bãi rác mới chôn lấp thường có thành phần hữu cơ phân hủy sinh học cao nên sự sử dụng các quá trình sinh học sẽ mang lại hiệu quả cao hơn. Quá trình xử lý hóa học thích hợp với việc sử lý nước rỉ rác ở các bãi chôn lấp lâu năm. Các vấn đề phải xem xét khi xử lý nước rỉ rác là: - Mức độ ô nhiễm của nước rỉ rác. - Sự thay đổi đặc tính của nước rỉ rác làm cho công nghệ xử lý nước rỉ rác ở trạm trung chuyển này không thể áp dụng trực tiếp cho trạm trung chuyển khác. Cần có nhiều điều tra kỹ càng để xác định công nghệ xử lý thích hợp đối với từng trạm trung chuyển. - Sự dao động của tính chất là lưu lượng nước rác là khá lớn, cần xem xét và nghiên cứu kỹ khi thiết kế hệ thống xử lý. Lưu lượng và tính chất của nước rỉ rác phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, biến động trong thời gian làm việc của trạm trung chuyển. Do đó,việc thiết kế hệ thống thu gom và hệ thống xử lý cần đảm bảo cho những biến động về lưu lượng và tính chất nước rác. - Hệ thống xử lý phải có tính kế thùa. Nghĩa là hệ thống xử lý phải có khả năng thay đổi phù hợp khi công xuất của trạm ép rác tăng lên hay có những biến động về thành phần của nước thải trong tương lai. - Công nghệ xử lý đảm bảo khả năng xử lý khi nước rỉ rác có những biến đổi theo thời gian. Việc lựa chon và xây dựng hệ thống xử lý ban đầu phải xem xét đến GVHD: TS. Trần Minh Chí 14 việc cải tiến, sửa đổi một cách dễ dàng và thuận tiện cho công nghệ xử lý tiếp theo. 2.1. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 2.1.1. Xử lý cơ học Xử lý cơ học là quá trình xử lý sơ bộ, bao gồm các công trình và thiết bị như song chắn rác. Lứi chắn rác, lưới lọc bể lắng, bể lọc với vật liệu là cát thạch anh để tách các chất không hòa tan ra khỏi nước rác, nhiều khi người ta còn dùng bể tuyển nổi để tách các chất lơ lửng không tan và dầu mỡ. Ưu điểm: Xử lý cơ học thường đơn giản, rẻ tiền, hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao. Thông thường xử lý cơ học chỉ là bước trước khi xử lý sinh học. Nhược điểm: Xử lý cơ học chỉ hiệu quả đối với các chất không tan, không tạo được kết tủa đối với các chất lơ lửng. 2.1.2. Xử lý sinh học Cũng như hầu hết các loại nước thải khác, nước rỉ rác cũng có thể áp dụng phương pháp xử lý sinh học. Mục đích của phương pháp này là keo tụ và tách các hạt keo không lắng và phân hủy các hợp chất hữu cơ nhờ hoạt động của VSV hiếu khí hoặc kị khí nhằm làm giảm nồng độ của chất hữu cơ COD, BOD, giảm chất dinh dưỡng như Nito, Photpho. Trong xử lý sinh học có 5 nhóm chính: quá trình hiếu khí (aerobic process), quá trình yếm khí ( anoxic process), quá trình kị khí (anaerobic process), quá trình hiếu khí – yếm khí – kị khí kết hợp, quá trình đồng hồ sinh học. Các công trình thường sử dụng là : bể aerotank, hồ thổi khí, bể lọc sinh học, đĩa lọc sinh học… Phương pháp này xử lý đồng thời BOD và N-NH4+, P. Ưu điểm: - Hiệu quả cao, ổn định về tính sinh học; - Nguồn nguyên liệu dễ kiếm, hầu như là có sẵn trong tự nhiên; - Thân thiện với môi trường; - Chi phí xử lý thấp; ít tốn điện năng và hóa chất; - Thường không gây ô nhiễm thứ cấp; - Có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ làm phân bón ( bùn hoạt hóa) hoặc tái sinh năng lượng ( khí methane) . Nhược điểm: - Thời gian xử lý lâu và phải hoạt động liên tục, GVHD: TS. Trần Minh Chí 15 - Chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện thời tiết: nhiệt độ, ánh sáng, pH, DO và hàm lượng các chất dinh dưỡng, các chất độc hại khác; - Hiệu quả xử lý không cao khi trong nước thải chứa nhiều thành phần khác nhau; - Yêu cầu diện tích khá lớn để xây dựng các công trình; - Phương pháp này hạn chế đối với nước thải có độc tính đối với VSV. 2.1.3. Xử lý hóa – lý Nước rỉ rác thường chứa một lượng đáng kể các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và một số kim loại nặng mang độc tính cao, khó phân giải nên sau khi xử lý sinh học và cơ học vẫn chưa giải quyết triệt để. Do vậy, người ta phải sử dụng các hóa chất để tạo ra các phản ứng hóa học, đồng thời kết hợp với công trình xử lý cơ học, để hóa rắn, lắng, hấp phụ cacbon hoạt tính, ozon hóa để khử COD, độ màu, cặn lơ lửng và nhất là kim loại năng có trong nước rỉ rác. Ưu điểm: - Hiệu quả xử lý cao. - Không gian xử lý không lớn. - Dễ sử dụng và quản lý. Nhược điểm: chi phí hóa chất cao và thường tạo ra các sản phẩm phụ độc hại ( chủ yếu là do sự có mặt của một số hóa chất) Trên thực tế, thành phần nước rỉ rác rất phức tạp. Nếu trước khi chôn lấp, rác không được phân loại thì xử lý nước rỉ rác gặp không ít khó khăn. Đa số các trường hợp phải áp dụng kết hợp nhiều phương pháp mới có thể xử lý đảm bảo tiêu chuẩn xả ra nguồn tiếp nhận. Bảng 2.1: Các quá trình sinh học, hóa học, và vật lý xử lý nước rỉ rác Quá trình xử lý Áp dụng Chú dẫn Quá trình xử lý sinh học - Bùn hoạt tính Loại bỏ chất hữu cơ Có thể cẩn thiết phải khử bọt, cần phân loại riêng rẽ Giống như bùn hoạt tính nhưng - Bể hoạt động gián đoạn (SBR) Loại bỏ chất hữu cơ không cần phân loại riêng, áp dụng cho dòng thải tương đối thấp GVHD: TS. Trần Minh Chí 16 - Bể ổn định( ổn định hiếu khí, kị khí, tùy Loại bỏ chất hữu cơ Đòi hỏi diện tích rộng nghi) - Thường dùng cho dòng thải Màng sinh học (Phương pháp pháp lọc Loại bỏ chất hữu cơ và dĩa sinh học) công nghiệp tương tự như nước rác, nhưng không thử nghiệm trên nước bãi rác cụ thể Yêu cầu điện năng thấp hơn và sinh ra bùn, cặn hơn là hệ - Hồ kỵ khí và bể tiếp xúc Loại bỏ chất hữu cơ thống hiếu khí; đòi hỏi nhiệt, tiềm năng lớn hơn cho tính bất ổn định của quá trình; chậm hơn hệ thống hiếu khí Nitrat hóa/ Khử nitrat có thể - Nitrat hóa/ Khử nitrat Loại bỏ Nitrogen tiến hành đồnh thời với viêc loại bỏ chất thải hữu cơ. Quá trình xử lý hóa học - Phương pháp trung hòa - Lắng, kết tủa Kiểm soát độ pH Oxy hóa một số anion phân giải độc tố của một số loại vô cơ - Oxy hóa khí ẩm hết nước rỉ rác Loại bỏ kim loại và Sinh bùn cặn, có thể yêu cầu Loại bỏ chất hữu cơ, - Ứng dụng hạn chế đối với hầu Loại bỏ chất hữu cơ phải xử lý loại bỏ như CTNH Làm việc tốt nhất trên dòng nước rác đã pha loãng, có thể dùng Cl để tạo thành Chlorinated hydro - cacbon Chi phí cao, làm việc tốt nhất đối với chất hữu cơ trơ Quá trình xử lý vật lý Chỉ áp dụng hạn chế, có thể - Lắng/ tách đãi Loại bỏ chất lơ lửng dùng kết hợp với các quá trình xử lý khác GVHD: TS. Trần Minh Chí 17 Loại bỏ chất lơ lửng - Lọc - Phun khí ( air stripping) - Phun hơi nước ( steam shipping) Loại bỏ chất ammonia hoặc chất hữu cơ dễ bay hơi Loại bỏ chất hữu cơ dễ bay hơi Có ích chỉ khi dùng cho việc làm trong nước Cần thiết bị chống ô nhiễm không khí Chi phí năng lượng cao, ngưng hoi nước, đòi hỏi xử lý tiếp Công nghệ đã được chứng - Hấp thụ Loại bỏ chất hữu cơ minh, chi phí dao động tùy thuộc từng nước rỉ rác - Trao đổi ion - Siêu lọc (Ultrafiltration) - - Thẩm lọc Bay hơi Loại bỏ chất vô cơ Chi phí có ích cho việc làm hòa tan trong nước Loại bỏ vi khuẩn và chất hữu cơ cao phân tử Hôi bẩn, ứng dụng hạn chế với nước rỉ rác Lọc dung dịch vô Chi phí cao, cần tăng cường cơ xử lý sơ bộ Nơi không được xả nước rỉ rác Bùn cặn sinh ra có thể có hại, có thể chi phí cao trừ vùng khô cằn. 2.1.4. Sử dụng thực vật trong xử lý nước rỉ rác 2.1.4.1. Cánh đồng tưới Mục đích: Tưới bón cây, xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ không chứa chất độc và vi sinh vật gây bệnh. Phân loại: Cánh đồng tưới công cộng: là những mảnh đất được san phẳng hoặc tạo dốc không đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ô và bở đất. Nước thải đươc phân bố vào các ô bằng mạng lưới phân phối gồm: mương chính, máng phân phối và hệ thống tưới trong các ô. Cánh đồng tưới nông nghiệp: nước thải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng được sử dụng như nguồn phân bón để tưới lên các cánh đồng nông GVHD: TS. Trần Minh Chí 18 nghiệp. Nguyên lý: Xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới là việc tưới nước thải lên bề mặt của một cánh đồng với lưu lượng tính toán để đạt được một mức xử lý nào đó thông qua quá trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của hệ đất nước thực vật của hệ thống. Nguyên tắc hoạt động: Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới dựa trên khả năng giữ các cặn nước trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua các khe lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ giảm dần. Cuối cùng đến độ sâu giới hạn, ở đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1,5m. Vì vậy các cánh đồng tưới thường được xây dựng ở những nơi nào có mực nguồn nước thấp hơn 1,5m so với mặt đất. Nguyên tắc xây dựng: Cánh đồng tưới thường xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên, cuối dòng nước ngầm, cách công trình thu nước cấp không dưới 200m đối với đất á sét, 300m với á cát và 500m với cát, cuối hướng gió và cách xa khu dân cư tùy thuộc vào loại cánh đồng và lượng nước thải. Phải xem xét nhu cầu nước của cây trồng theo các yếu tố loại cây trồng, thời vụ, loại đất và giai đoạn sinh trưởng mà sử dụng nước thải để tưới. Kích thước các ô tưới không nhỏ hơn 3ha, nếu ô hình chữ nhật thì bố trí tỉ lệ chiều rộng/chiều dài khoảng 1:4 đến 1:8, chiều dài của ô khoảng 300-1.500m để thuận lợi cho việc cơ giới hóa. Độ dốc khu tưới chọn khoảng 0,02 và khu tưới nên để xa khu dân cư. Dựa vào tốc độ lọc mà chia 3 hình thức xử lý bằng cánh đồng tưới là: - Lọc chậm (slow rate) - Thấm nhanh (rapid infiltration) - Chảy tràn mặt (overland flow) a) Xử lý nước thải bằng cách lọc chậm qua đất Cánh đồng lọc chậm là hệ thống xử lý nước thải thông qua đất và hệ thực vật ở lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống khoảng vài cm/tuần. Các cơ chế xử lý diễn ra khi nước thải di chuyển trong đất và thực vật, một phần nước thải có thể đi vào nước ngầm, một phần sử dụng bởi thực vật, một phần bốc hơi thông qua quá trình bốc hơi nước và GVHD: TS. Trần Minh Chí 19 hô hấp của thực vật. Việc chảy tràn ra khỏi hệ thống được khống chế hoàn toàn nếu có thiết kế chính xác. Hình 2.1 Sơ đồ di chuyển của nước thải trong cánh đồng lọc chậm Lưu lượng nạp cho hệ thống biến thiên từ 1,5-10 cm/tuần tùy theo loại đất và thực vật. Trong trường hợp cây trồng được sử dụng làm thực phẩm cho con người nên GVHD: TS. Trần Minh Chí 20