Nghiên cứu sử dụng urê xử lý calcium trong nước rỉ rác

ường do mùi hôi gây ra. Tuy nhiên, lượng nước rỉ ra từ bãi chôn lấp rác đã gây những tác động môi trường nghiêm trọng liên quan đến sức khỏe con người. Trước vấn đề này thì nhiều phương pháp công nghệ trong và ngoài nước được đề ra và áp dụng xử lý. Trong các biện pháp công nghệ đưa ra xử lý thì biện pháp xử lý sinh học kỵ khí được xem là nỗi trội bởi chi phí không cao, ít sinh ra bùn mà hiệu quả xử lý cao hơn những phương pháp khác. Nhưng do bởi tính chất nước rỉ rác vô cùng phức tạp, hàm lượng thành phần các chất ô nhiễm luôn ở mức báo động, đặc biệt là hàm lượng Canxi trong nước rỉ rác rất cao, đã gây ảnh hưởng xấu đến quá trình xử lý. Các thiết bị kỵ khí sau khi hoạt động một thời gian đã bị tê liệt bởi hiện tượng vôi hóa xuất hiện thành những tảng lớn, làm cho hiệu quả xử lý suy giảm đáng kể. Chính vì điều này cần phải có biện pháp xử lý thích hợp để loại bỏ thành phần ô nhiễm này trước khi vào các công trình xử lý tiếp theo. Urê là một hợp chất có khả năng xử lý Canxi trong nước thải, bản thân nó có nhiều ứng dụng quan trọng phục vụ trong đời sống xã hội. Tuy nhiên việc sử dụng nó như thế nào trong xử lý môi trường, đặc biệt là trong xử lý nước tải nói chung và nước rỉ rác nói riêng là điều cần phải nghiên cứu đến. CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI  TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nước thải giàu calcium là một vấn đề đang được quan tâm trong xử lý nước thải hiện nay, đặt biệt là từ nước rỉ rác. Do tính chất nước rỉ rác có nhiều thành phần phức tạp và có khả năng gây ô nhiễm cao (BOD, COD từ 10.000 - 50.000 mg/l ,Th.S Trần Minh Chí Chí năm 2001) nên đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý thích hợp. Nhiều loại hình công nghệ khác nhau đã được thử nghiệm và áp dụng để xử lý, nhưng công nghệ sinh học tỏ ra hấp dẫn vì có chi phí đầu tư vận hành thấp. Tuy nhiên, do tính chất nước thải từ bãi rỉ rác thường chứa hàm lượng calcium rất lớn (>250mg/l) nên việc sử dụng công nghệ sinh học cổ điển như UASB gặp rất nhiều khó khăn trong suốt quá trình vận hành. Với hàm lượng calcium cao (>250 mg/l) có hiện tượng các muối CaCO3 hay Ca3(PO4)2 kết tủa. Sự tạo thành kết tủa của các muối calcium trong thiết bị kỵ khí đã dẫn đến nhiều vấn đề, chẳng hạn như hiện tượng đóng rắn trên thành bể phản ứng và trong thành ống, làm mất tính đệm của môi trường sinh hóa trong bể kỵ khí, giảm hiệu quả do bùn bị rửa trôi và đặc biệt là làm mất hoạt tính metan hóa đặc thù của sinh khối kỵ khí. Thật vậy, việc áp dụng công nghệ UASB thực tế tại trạm xử lý nước rỉ rác ở bãi chôn lấp Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội được đưa vào vận hành trong năm 1998 cũng đã cho thấy đây là một vấn đề lớn, khi bắt đầu vận hành, hệ thống hoạt động khá tốt, hiệu quả xử lý tăng. Tuy nhiên với hàm lượng Ca2+ khoảng 500 mg/l trong nước rỉ rác, chỉ hơn một tháng hoạt động sau đó, toàn bộ hệ thống đường ống phân phối nước thải vào thiết bị UASB bị đóng bởi lớp cặn vôi dày, còn bên trong là những tản vôi lớn ( Th.S Nguyễn Trung Việt, 2000). Sự suy giảm hiệu quả phân hủy hữu cơ của bùn xảy ra rất đáng kể và nhanh chóng đã dẫn đến hệ thống UASB đã bị tê liệt trong thời gian vận hành ngắn. Như vậy hàm lượng Ca2+ cao trong nước thải có thể gây những hậu quả trầm trọng đối với hệ thống sinh học kị khí, ảnh hưởng đến các công trình xử lý sinh học và đòi hỏi có những biện pháp thích hợp để xử lý hiệu quả. Từ tính cấp thiết đó, việc “Nghiên cứu sử dụng ure xử lý calcium trong nước rỉ rác” của đề tài này đã tìm ra sự sử dụng có tiềm năng của Urê do việc loại bỏ canxi ở dạng hòa tan trong nước thải từ nước rỉ rác. Phương pháp này dựa trên cơ chế kết tủa của muối vi sinh carbonat (MCP) đã được mô tả như khả năng kiềm hóa của các vi sinh vật, sự tăng độ pH và hòa tan hợp chất carbon vô cơ (DIC)) đối với môi trường nào đó thông qua nhiều hoạt động sinh lý học. Và trong cái nhìn này thì kỹ thuật được mô tả tốt nhất là quá trình thủy phân ezim của Urê, tạo ra NH3 và CO2 sau đó sẽ phản ứng xa hơn để tạo ra carbonate, như vậy đã hình thành điều kiện thích hợp cho kết tủa CaCO3 cũng như dễ dàng trong việc loại bỏ chúng ra khỏi nguồn nước xử lý. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu xác định hiệu quả và đề xuất phương án công nghệ sử dụng Urê để xử lý thành phần canxi trong nước rỉ rác. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu Các thí nghiệm được tiến hành thực hiện tại phòng thí nghiệm Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM Đối tượng nghiên cứu Hàm lượng ô nhiễm Calcium trong nước rỉ rác từ một số Bãi rác ở Thành Phố Hồ Chí Minh như bãi rác Đông Thạnh, Gò Cát… NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tổng quan: Hiện trạng quản lý nước rỉ rác ở một số bãi rác của TP. HCM. Thành phần tính chất của nước rỉ rác tại bãi rác ở TP.HCM. Các công nghệ xử lý nước rỉ rác đang được áp dụng xử lý hiện nay. Cơ sở lý thuyết về việc sử dụng Urê để sử lý Canxi trong nước rỉ rác. Lập kế hoạch thực nghiệm dựa trên cơ sở phân tích hàm lượng Canxi trong nước rỉ rác Thực nghiệm xác định khả năng xử lý canxi của Urê trong nước rỉ rác. Xác định sự ảnh hưởng và đưa ra các thông số (nồng độ Urê, thời gian xử lý) phù hợp cho công nghệ xử lý. Xác dịnh sự ảnh hưởng của công nghệ xử lý canxi bằng Urê đến công nghệ xử lý sinh học . PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết Thu thập tài liệu trong nước và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu. Thực tế ô nhiễm của nước rỉ rác tại bãi rác Đông Thạnh Tp. HCM ( hàm lượng Calcium trong nước thải). Các phương pháp xử lý nước rỉ rác chứa hàm lượng canxi cao. Cơ sở lý thuyết về Urê dùng để xử lý Ca2+ Tổng hợp phân tích, so sánh và lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp Nghiên cứu thực nghiệm Xác định thành phần ô nhiễm Ca2+ trong nước rỉ rác của bãi rác Đông Thạnh Tp.HCM. Thực hiện trên mô hình phòng thí nghiệm. Phương pháp thí nghiệm. Đối tượng thí nghiệm: nước rỉ rác cũ của bãi rác Đông Thạnh Xác định hiệu quả xử lý của phương pháp bằng cách: Thay đổi nồng độ xử lý của Urê khác nhau Thực hiện ở các khoảng thời gian khác nhau Xử lý số liệu bằng excel Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu và đề xuất một phương án xử lý Canxi trong nước rỉ rác hiệu quả, đơn giản và ít tốn kém, góp phần hoàn thiện hệ thống xử lý nước rỉ rác. Ngoài khả năng xử lý thành phần ô nhiễm cụ thể là Canxi, thì phương pháp còn mang ý nghĩa trong việc loại bỏ thành phần ô nhiễm đặc trưng là COD. Đây là một nghiên cứu xác định khả năng xử lý của một loại hợp chất có nguồn gốc dễ tìm, tương đối rẻ và không độc hại. Ý nghĩa thực tiễn Hướng nghiên cứu khả thi sẽ mang lại hiệu quả trong công nghệ xử lý nước rỉ rác. Giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường tự nhiên và sức khỏe con người do loại nước thải này gây ra. Nghiên cứu khả thi sẽ áp dụng xử lý cho các loại nước thải chứa hàm lượng canxi cao như nước thải công nghiệp như: chế biến giấy, chế biến xương, … CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGUỒN GỐC, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC RỈ RÁC HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NƯỚC RỈ RÁC VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ.  Cho đến nay, chôn lấp vẫn là một phương pháp kinh tế nhất để đổ bỏ chất thải rắn. Thực tế, có khoảng 90% khối lượng chất thải rắn trên thế giới được xử lý bằng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh. Bãi rác hợp vệ sinh cũng là một hạng mục công trình không thể thiếu trong hệ thống quản lý và xử lý chất thải rắn đô thị, bởi vì các phương pháp xử lý khác như làm phân ủ, đốt …luôn luôn còn lại một phần chất thải như vật liệu trơ, tro, xỉ …và cũng phải được chôn lấp. Trong những vấn đề được đặc biệt quan tâm và đưa lên hàng ưu tiên đối với bãi chôn lấp rác là việc quản lý và xử lý nước rò rỉ từ các bãi rác vì chúng có nồng độ các chất gây ô nhiễm rất cao và có mùi đặc biệt khó chịu nếu không được quản lý và xử lý tốt. NGUỒN GỐC, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC RỈ RÁC Nguồn gốc nước rỉ rác Nước rỉ rác là nước thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Nước rác được hình thành khi độ ẩm của rác vượt quá độ giữ nước (độ giữ nước của chất thải rắn- Field capacity – là lượng nước lớn nhất được giữ lại trong các lỗ rỗng mà không sinh ra dòng thấm hướng xuống dưới tác dụng của trọng lực). Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén. Sự phân hủy chất hữu cơ trong rác cũng phát sinh nước rò rỉ nhưng với lượng nhỏ. 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 rỉ rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Trong năm đầu tiên, phần lớn lượng nước thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp. Lưu lượng nước rỉ rác sẽ tăng dần trong thời gian bãi chôn lấp hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa bãi chôn lấp. Thành phần và tính chất nước rỉ rác Thành phần nước rỉ rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi BCL, loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén và nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rỉ rác. Bảng 1 biểu diễn sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rác theo thời gian, từ ngày bãi ngưng hoạt động. Bảng 1. Sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rỉ rác theo tuổi Thành phần Đơn vị Giá trị 1 năm 5 năm 16 năm pH 5.2 – 6.4 6.3 COD mg/l 10000 - 40000 8000 400 BOD5 mg/l 7500 - 28000 4000 80 TDS mgNaCl/l 10000 – 14000 6790 1200 TSS mg/l 100 – 700 Độ kiềm mgCaCO3/l 800 – 4000 5810 2250 Độ cứng mg/l 3500 - 5000 2200 540 P- tổng mg/l 25 – 35 12 8 N-NH3 mg/l 56 – 482 N-NO3 mg/l 0.2 – 0.8 0.5 1.6 Cl- mg/l 600 – 800 1330 70 SO42- mg/l 400 – 650 2 2 Ca2+ mg/l 900 – 1700 308 109 Na+ mg/l 450 – 500 810 34 K+ mg/l 295 – 310 610 39 Fe- tổng mg/l 210 – 325 6.3 0.6 Mg2+ mg/l 160 – 250 450 90 Mn-tổng mg/l 75 – 125 0.06 0.06 Cu2+ mg/l <0.5 <0.5 Zn2+ mg/l 10 – 30 0.4 0.1 (Nguồn: Chian và DeWalle, 1996- 1997) Sự thay đổi về thành phần và tính chất nước rò rỉ theo thời gian sẽ dẫn đến sự khác nhau trong việc lựa chọn công nghệ và thông số thiết kế. Kết quả khảo sát các trạm xử lý nước rò rỉ cho thấy hầu hết các trạm có hiệu quả xử lý thấp hoặc ban đầu cao, sau đó thấp dần là do công tác khảo sát sự thay đổi thành phần nước rỉ rác không được thực hiện một cách kỹ càng. Hàm lượng chất hữu cơ nước rỉ rác của bãi rác mới chưa phủ đầy (khoảng 08 tháng tuổi) có thể lên đến 71600 mg/l. Hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ giảm dần theo tuổi bãi rác. Tương tự, tỷ số BOD: COD cũng giảm dần theo thời gian. Mức độ giảm này cho thấy chất hữu cơ dễ oxy hoá sinh hoá giảm nhanh, trong khi đó hàm lượng chất không phân huỷ sinh học gia tăng theo tuổi bãi rác. COD VAF ( axit béo bay hơi) pH Fe, Zn Pha V Pha IV Pha II Pha I Đặc trưng của nước rỉ rác Pha III Thời gian Hình 1: Sự biến thiên các thành phần trong nước rỉ rác Hình 1 cho thấy giá trị pH tăng dần theo thời gian do hàm lượng axit béo dễ bay hơi giảm. Do nước rỉ rác thay đổi theo thời gian, vì vậy các công trình xử lý phải được thiết kế linh hoạt, dễ dàng nâng cấp khi chất lượng nước rỉ rác thay đổi. Trong quá trình hoạt động của bãi rác, các thành phần trong nước rỉ rác biến đổi qua các giai đoạn như sau: Pha 1 ( pha 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 protêin, tinh bột, chất béo và một lượng nhất định xenlulo. Pha 1 có thể kéo dài một vài ngày hay một vài tuần. Pha 2 (pha chuyển tiếp) Khi oxy bị các vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần thì các vi sinh vật kị 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, thường bị khử đến khí N2 và H2S. Trong pha này, pH của nước rác bắt đầu giảm do sự hiện diện các axit hữu cơ và ảnh hưởng của sự gia tăng nồng độ CO2 trong bãi rác. Pha 3 (pha acid) Các vi sinh kị 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 vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện cả yếm khí lẫn kỵ khí nghiêm ngặt. Các chất hữu cơ dạng đơn giản, các amino acid, đường…được chuyển hóa thành các axit béo bay hơi (VFA), acohols, CO2 và N2. Trong pha này, pH nước rác thường sẽ giảm xuống 5 hoặc thấp hơn do sự hiện diện các acid hữu cơ và sự gia tăng nồng độ CO2 trong bãi rác. Pha 3 có thể kéo dài sau một vài năm, thập chí cả thập niên. Nước rõ rỉ tạo ra trong giai đoạn này có giá trị BOD5 cao (>10000 mg/l), BOD5/COD > 0.5, tỷ số này cho thấy thành phần chất hữu cơ hòa tan chiếm tỷ lệ cao và dễ bị phân hủy sinh học. Pha 4 (pha lên men Metan) Sự phát triển chậm của vi khuẩn metan dần dần được hình thành, chiếm ưu thế và bắt đầu tiêu thụ những hợp chất đơn giản, tạo ra các hỗn hợp CO2 và CH4 cùng với một số thành phần vết khác tạo thành khí của bãi rác. Pha này nhạy cảm hơn pha hai. Nước rò rỉ tạo ra trong pha 4 có giá trị BOD5/COD thấp. Tuy nhiên, NH3 vẫn tiếp tục thoát ra bởi quá trình lên men acid theo bậc 1 và có nồng độ rất cao trong nước rỉ rác. Các chất vô cơ như: Fe, Na, K, SO42- và Cl- tiếp tục tan và rỉ ra trong nhiều năm. Pha 5 (pha chín): Xuất hiện khi các chất hữu cơ sẵn sàng phân hủy sinh học, đã chuyển thành CH4 và CO2. Lúc này, tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các chất dinh dưỡng đã bị khử qua các pha trước và chất nền còn lại thì khả năng phân hủy sinh học xảy ra khá chậm. Khí sinh ra chủ yếu là CH4 và CO2. Suốt pha này, nước rác thường chứa acid humic và fulvic rất khó xử lý sinh học. Nhìn chung ở những bãi rác mới (giai đoạn acid), nước rỉ rác thường có pH thấp, nồng độ BOD5, TOC, COD và kim loại nặng cao, còn ở những bãi rác lâu năm (giai đoạn mêtan của quá trình phân hủy), pH = 6.5- 7.5, nồng độ các chất ô nhiễm thấp hơn đáng kể, nồng độ kim loại nặng giảm do phần lớn do phần lớn kim loại ít tan trong môi trường trung tính. Khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian, thể hiện qua tỷ số BOD5/COD. Ban đầu, tỷ số sẽ ở khoảng 0.05- 0.2. Tỷ số giảm do nước rỉ rác từ các bãi rác lâu năm chứa acid humic và fulvic khó phân hủy sinh học. Ngoài ra nồng độ các chất ô nhiễm cũng giao động theo mùa trong năm. 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 lững, các chất dinh dưỡng (N, P), các muối vô cơ và các kim loại nặng …Các đặc trưng của nước rỉ rác ở các nước phát triển được liệt kê trong bản dưới đây. Bảng 2: Đặc trưng của nước rỉ rác ở các nước phát triển. Thông số Đơn vị Số mẫu kiểm tra Giá trị trung bình Sai số pH 6 5.6 0.13 COD mg/l 11 22850 1445 BOD mg/l 11 16120 1940 Tổng Nitơ mg/l 10 490 100 NH4– N mg/l 11 370 18 Tổng P mg/l 10 9.1 3.5 PO4 – P mg/l 11 0.45 0.54 Tổng rắn mg/l 11 15730 950 Tổng rắn hòa tan mg/l 11 15300 1100 Tổng rắn bay hơi mg/l 2 6190 - VAF mg/l 2 10100 - Ca2+ mg/l 9 1740 105 Độ kiềm mg/l 11 3850 360 SO42- mg/l 11 830 70 Độ cứng mg/l 11 5420 305 Fe – tổng mg/l 10 940 100 Zn2+ mg/l 10 68 7.8 Ni+ mg/l 10 0.48 0.15 Mn2+ mg/l 10 59 5.8 ( Nguồn: Water Quality Management Library, Volume 7-1992, Lancaster USA ) Các số liệu thu thập tại Việt Nam, tại các bãi chôn lấp khác nhau và vào những thời điểm khác nhau, cũng cho thấy mức độ ô nhiễm đặc biệt cao của nước rỉ rác. Bảng 3: Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Đông Thạnh Thành phần Nồng độ (mg/l), trừ pH Cũ Mới pH 7.9 – 8.2 6.0 – 7.3 Độ kiềm, mg/l CaCO3 - 12500 COD 1079 – 2507 38533 – 65333 BOD5 735 33571 – 56250 Org- N 196 – 470 79 – 230 NH3- N 297 – 790 515 – 1300 NO3-N 2.5 – 2.9 3.0 – 4.8 Photphorus 14.9 – 21.5 4.7 – 9.6 Ca2+ 1122 – 1844 240 – 187 Mg2+ 356 – 405 154 – 373 Fe- tổng 180 – 303 - 132 (Nguồn CENTENMA, 2002) Bảng 4: Đặc trưng của nước rỉ rác BCL Gò Cát. Thành phần Đơn vị Nước rò rỉ mới mùa khô Nước rò rỉ mới mùa mưa Nước rò rỉ cũ pH 4.8 – 6.2 6.5 – 6.9 7.81 – 7.89 TDS mg/l 7300 – 12200 5011 – 6420 6040 – 9145 COD mg/l 39614 – 59750 6621 – 31950 1186 – 1436 BOD5 mg/l 30000 – 48000 4554 – 25130 200 VFA mg/l 21878 – 25182 2882 26 SS mg/l 1760 – 4310 896 – 1320 235 N – tổng mg/l 974 – 1165 484.4 918.6 P – tổng mg/l 55.8 – 89.6 13.3 6.4 – 10.1 Độ cứng mgCaCO3/l 5833 – 9667 1840 – 4250 1260 – 1720 Ca2+ mg/l 1670 – 2739 465 60 – 80 Mg2+ mg/l 404 – 687 165 297 – 381 Cl- mg/l 3960 – 4100 1075 2450 – 2697 SO42- mg/l 1400 – 1590 - 14 Fe- tổng mg/l 204 – 208 46.8 4.5 Cr- tổng mg/l 0.04 – 0.05 - - Zn2+ mg/l 93 – 202 - - Pb2+ mg/l 0.32 – 1.9 - - Cd2+ mg/l 0.02 – 0.1 - - Ni2+ mg/l 2.21 – 8.02 - - Mn2+ mg/l 14.5 – 32.17 - - Cu2+ mg/l 3.5 – 4.0 - - (Nguồn: CENTENMA, 2002) Tóm lại nước rỉ rác có nồng độ các chất bẩn hữu cơ (BOD, COD) và N-NH4, các muối vô cơ (Cl-, SO42-, CO32-) cao và cũng có sự hiện diện của một số kim loại ở mức báo động. Đặt biệt là hàm lượng Canxi rất cao nên cần có biện pháp xử lý. Ngoài ra nước rỉ rác cũng chứa các hợp chất hữu cơ cao khác bao gồm các hydrocacbon aliphatic (béo), vòng thơm, các chất hữu cơ bị halogen hóa như DDT, PCB có thể làm tăng khả năng tạo phức với axit humic và fuvic. Thu Gom, Các Hình Thức Xử Lý Nước Rỉ Rác Nước rỉ rác chảy tràn trên mặt đất hay thấm xuyên qua đáy bãi chôn lấp sẽ gây ô nhiễm môi trường nước và đất xung quanh bãi chôn lấp, gây mùi khó chịu. Vì vậy, một bãi chôn lấp hợp vệ sinh đúng tiêu chuẩn phải được trang bị hệ thống thu gom để tập trung nước rỉ rác để đưa đi xử lý và đáy hố chôn lấp phải được lót bởi những lớp phủ để ngăn chặn sự di chuyển của nước rỉ rác thấm vào đáy bãi chôn lấp. Lớp lót đáy bãi chôn lấp có thể là: Lớp đất sét và màng địa chất: ngăn sự chuyển động của nước rò rỉ và khí Lớp cát hoặc sỏi: dùng làm lớp thu gom và tháo nước rò rỉ sinh ra trong bãi rác. Lớp vải địa chất (geotextile): làm giảm sự xáo trộn giữa lớp đất và cát hay sỏi Lớp đất cuối cùng: bảo vệ lớp chắn và tháo nước rò rỉ. Xử lý nước rỉ rác theo phương pháp đơn giản Trước hết, cần chú ý rằng khuynh hướng này khá tốt, phương pháp đơn giản, chi phí thấp nhưng nó chỉ thích hợp với lượng nước rỉ rác nhỏ, còn về lâu dài khó khả thi, khi lượng nước rỉ rác ngày càng tăng. Tuy khuynh hướng này làm giảm BOD, COD nhưng lại làm tăng nồng độ các chất vô cơ trong nước rỉ rác, gây ra vấn đề về mùi, nguy cơ ô nhiễm nước ngầm. Khuynh hướng gồm hai phương án: bốc hơi tự nhiên bằng năng lượng mặt trời và ứng dụng quá trình tự làm sạch của đất. Bốc hơi tự nhiên bằng năng lượng mặt trời Lượng bốc hơi từ bề mặt của nước rỉ rác phụ thuộc vào nhiệt độ, vận tốc gió và độ ẩm không khí. Tốc độ bốc hơi hàng ngày thay đổi đáng kể từ tháng này sang tháng khác, năm này sang năm khác, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết nên cần hồ chứa lớn (nếu gặp mưa, lượng mưa vượt trội hơn lượng bay hơi trong nhiều tháng). Vì vậy, cần xem xét các yếu tố như lượng mưa, lượng bốc hơi, yêu cầu về sức chứa, độ thấm, bảo vệ nguồn nước ngầm … Diện tích đất cần thiết có thể giảm bằng cách cho tuần hoàn nước rỉ rác vào bãi chôn lấp trong suốt thời gian khí hậu bất lợi. Các chất hữu cơ, BOD, COD có trong nước rỉ rác một phần sẽ được giữ lại trong bãi chôn lấp để làm chất dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển, góp phần làm sạch nước rỉ rác. Có thể làm giảm mùi trong các hố chứa bằng cách sục khí. Quá trình tự làm sạch của đất. Đất là một hệ sinh thái phức tạp, trong đó không ngừng xảy ra các hoạt động lý, hóa, sinh học. Các hoạt động này chính là cơ chế cho quá trình tự làm sạch tự nhiên của đất. Người ta đã ứng dụng từ lâu các công trình như cánh đồng lọc, cánh đồng tưới… để vừa xử lý nước sinh hoạt và thậm chí nước thải một số ngành công nghiệp, vừa dùng nước đầu ra phục vụ cho nông nghiệp. Đối với nước rỉ rác, sau khi qua bước xử lý sơ bộ ban đầu, có thể đem đi phun tưới trên cánh đồng để cung cấp thêm chất dinh dưỡng cho đất. Trong giai đoạn đầu vận hành, nước rỉ rác có nồng độ TDS, COD, BOD, kim loại nặng và các chất dinh dưỡng khá cao. Khi được tuần hoàn, nước rỉ rác sẽ tự biến đổi tính chất qua các phản ứng sinh học, hóa học, lý học. Các chất hữu cơ sẽ chuyển thành khí CH4 và CO2. Do pH tăng trong quá trình hình thành khí CH4 nên kim loại sẽ bị kết tủa và giữ lại trong bãi rác. Tốc độ sinh khí CH4 ở bãi rác có tuần hoàn nước rỉ rác lớn hơn ở bãi rác không tuần hoàn. Khi tiến hành phương pháp này cần xem xét các yếu tố như: tính chất nước rỉ rác và cách thức tiền xử lý, điều kiện khí hậu, khả năng chứa của bãi tưới, dạng đất, tải lượng hữu cơ, loại hoa màu, hệ thống phân phối, nhất là phải lưu ý đến khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt. Xử lý để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị Nước rỉ rác mang đặc trưng ô nhiễm cao, hơn nữa lại thay đổi theo tuổi bãi rác nên một hệ thống xử lý nước rỉ rác đòi hỏi bổ sung thêm nhiều thiết bị phụ theo thời gian. Vì vậy, các nghiên cứu cho thấy có thể đưa hỗn hợp 20% nước rỉ rác trong nước thải đô thị vẫn đảm bảo xử lý thành công ở khu xử lý tập trung. Thông thường và đơn giản hơn là dẫn nước rỉ rác đã xử lý sơ bộ vào hệ thống cống rãnh, nhập chung với nước thải đô thị đưa về trạm xử lý tập trung còn bùn đặc đổ trở lại vào bãi rác. Về mặt kinh tế - kỹ thuật với điều kiện đã sẵn có hệ thống cống rãnh và trạm xử lý nước tập trung thì đây là biện pháp khá hiện thực và hiệu quả. Nhiều hệ thống tiền xử lý đã được nghiên cứu như các bể phản ứng bùn hoạt tính lơ lửng hoặc lọc sinh học dính bám. Tiền xử lý thấp, hiệu quả cao là sử dụng hồ sinh học sục khí, sau đó dẫn nước thải sang hồ ổn định sử dụng hệ thống khuấy cung cấp oxy (2-5 ngày), bổ sung vôi hay chất gây keo tụ sẽ giúp nâng cao hiệu quả kim loại nặng. Hồ ổn định với thời gian lưu 4-10 ngày để lắng vừa có tác dụng như hồ chứa. So sánh các hệ thống tiền xử lý rác Hệ thống tiền xử lý Diện tích đất cần sử dụng Chi phí xây dựng,tuổi ba đầu tư Chi phí vận hành và bảo dưỡng Hiệu quả xử lý Khả năng thích ứng với thời gian (tuổi bãi rác) Hồ sục khí và ổn định Nhiều Thấp Thấp Tr. Bình Tr.bình * Bể kị khí Vừa Cao Tr.bình Thấp Thấp Làm thoáng kéo dài Ít Cao Cao Cao Cao** Bể lọc nhỏ giọt Vừa Cao Tr. bình Cao Thấp RBC Ít Cao Cao Cao Thấp Phương pháp hóa lý Ít Cao Cao Cao Cao * Có thể thêm hóa chất để nâng cao hiệu quả kết tủa ** Có thể chuyển thành hệ thống xử lý hóa lý Xử lý để thải ra nguồn tiếp nhận tự nhiên Hệ thống xử lý cao gồm các quá trình sinh học, hóa lý, hóa học hay kết hợp tiếp nhận nước rỉ rác để xử lý đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận. Các quá trình sinh học: chủ yếu khử thành phần BOD trong nước rác. Xử lý hiếu khí: quá trình bùn hoạt tính ( bể aerotank), hồ ổ định có sục khí, cánh đồng tưới tự nhiên… Nhận xét: các công trình xử lý này thường chiếm diện tích lớn, xử lý hiếu khí sẽ rất tốn kém. Phương pháp này chỉ thích hợp ở giai đoạn cuối cùng, khi nước rác đã qua các giai đoạn xử lý chính. Xử lý kỵ khí: hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc đệm giãn nở, công nghệ đệm bùn kỵ khí chảy ngược (UASB). Nhận xét: so với xử lý hiếu khí, xử lý kỵ khí nước rỉ rác cho thấy tính khả thi cao hơn và nhiều ưu điểm vượt trội như: Chi phí đầu tư, vận hành thấp, lượng hóa chất cần bổ sung ít, không đòi hỏi cấp khí, đỡ tốn năng lượng và còn có thể thu hồi, tái sử dụng năng lượng từ biogas. Lượng bùn sinh ra ít hơn, cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm được diện tích của công trình. Nhìn chung, quá trình sinh học có thể áp dụng để xử lý nước rỉ rác từ những bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc mới đóng cửa với hiệu quả cao, giảm phần lớn các chất hữu cơ (chất gây ô nhiễm chính ) trong nước rỉ rác. Tuy nhiên, các nghiên cứu ban đầu cho thấy, quá trình sinh học thuần túy có ít khả năng xử lý triệt để nước rỉ rác từ những bãi chôn lấp đã đóng cửa hơn một năm, cũng như một số loại nước rỉ rác có tỉ số BOD/COD thấp. Đối với những loại nước rỉ rác này, cần phải áp dụng các phương pháp khác. Các quá trình hóa lý: Tạo bông – lắng tụ Mục đích của phương pháp này là khử các chất ô nhiễm dạng keo (kích thước quá nhỏ) bằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa điện tích các hạt keo rắn nhằm liên kết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực. Các chất đông tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng, trong đó, phổ biến nhất là Al2(SO4)3 vì chúng hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động hiệu quả cao trong khoảng pH = 5 -7,5. Ngoài ra, người ta còn dùng thêm các chất trợ đông tụ (flocculant) giúp nâng cao tốc độ lắng của bông keo, giảm thời gian xử lý và giảm liều lượng chất đông tụ cần thiết. Tuyển nổi: Phương pháp tuyển nổi thường sử dụng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm. Trong một số trường hợp, quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt (quá trình tách bọt hay làm đặc bọt). Quá trình thực hiện bằng cách sục các bọt khí càng nhỏ càng tốt (thường là không khí) vào trong pha lỏng. Các bọt khí dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó lớp váng này được thu gom nhờ thiết bị vớt bọt. Phương pháp tuyển nổi có nhiều ưu điểm như: cấu tạo thiết bị đơn giản, vốn đầu tư và chi phí năng lượng vận hành thấp, có độ lựa chọn tách các tạp chất, tốc độ quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng nhưng lại có nhược điểm là các lỗ mao quản hay bị bẩn, tắc. Lọc cơ học và hấp phụ than hoạt tính. Các chất lơ lững nhỏ, mịn, các chất vi hữu cơ (micro- organic) bị khử loại qua các quá trình lọc cát (cơ học) hay hấp phụ (lý hóa). Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu cơ hòa tan sau xử lý sinh học mà chúng thường có độc tính cao hoặc không phân hủy sinh học. Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính (phổ biến nhất), các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất như xỉ tro, mạt sắt, khoáng chất như sét, silicagen, keo nhôm …Phương pháp này cho hiệu quả lọc cao nhưng thường chỉ sử dụng ở giai đoạn xử lý bậc cuối. Nó không hiệu quả bằng phương pháp sinh học đối với các bãi rác mới. Ngoài ra, nó cần quá trình rửa, phục hồi và tái sử dụng chất hấp phụ. Tóm lại phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính mang lại hiệu quả trong việc làm giảm độ màu của nước thải và khử một phần chất hữu cơ trên bề mặt. Tuy nhiên với loại nước thải này thì tính khả thi chưa cao bởi khối lượng nước thải lớn và thành phần ô nhiễm cao làm cho vật liệu sẽ mau mất tính năng xử lý, đòi hỏi phải thường xuyên thay vật liệu gây tốn kém, không có lợi về kinh tế. Trao đổi ion: Phương pháp trao đổi ion ứng dụng làm sạch nước khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn…cũng như hợp chất của arsen, photpho, cyanua. Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc nhau. Các ionit (không tan trong nước) trao đổi ion có cùng dòng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc nhau. Các ionit có thể là các chất vô cơ có nguồn gốc tự nhiên (Zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, mica …), chất vô cơ tổng hợp (silicagen, pecmutit, các oxyt khó tan và hydroxyt của một số kim loại như nhôm, crom, ziricconi…), chất hữu cơ tự nhiên ( axit humic từ than bùn, than đá ) và các chất hữu cơ tổng hợp là các nhựa cao phân tử có bề mặt riêng lớn … Phương pháp này cho hiệu quả cao, xử lý khá triệt để, song cũng chỉ có thể áp dụng ở giai đoạn “đánh bóng” cuối cùng, và nó cũng đòi hỏi quá trình tái sinh các ionit. Thẩm thấu ngược Thẩm thấu ngược ứng dụng để loại các chất vô cơ hòa tan (khử muối), làm loãng nồng độ vô cơ trong dung dịch. Đây là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới áp suất cao hơn áp suất lọc thông thường nhiều. Màng lọc cho các phân tử dung môi môi di qua và giữ lại các hạt (phân tử, ion bị hydrat hóa) có kích thước không lớn hơn kích thước phân tử dung môi. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc nhiều vào tính chất màng lọc. Phương pháp này có ưu điểm là: tiêu hao năng lượng ít, có thể tiến hành ở nhiệt độ thường, kết cấu đơn giản. Tuy nhiên, năng suất, hiệu quả làm sạch và thời gian làm việc của màng lọc giảm khi nồng độ chất tan trên bề mặt màng lọc tăng. Hơn nữa, quá trình hoạt động dưới áp suất cao nên cần có vật liệu đặc biệt làm kín thiết bị. Thẩm thấu ngược cũng chỉ thường được dùng ở giai đoạn cuối của quá trình xử lý (sau khi đã qua xử lý sinh học hoặc đã tách loại các chất lơ lửng). Các quá trình hóa học Trung hòa Là phương pháp xử lý thông dụng và đơn giản nhất đối với chất ô nhiễm vô cơ, bằng cách thêm axit hoặc bazơ để điều chỉnh pH đến mức chấp nhận được (khoảng 6- 9). Kết tủa Là phương pháp thông dụng nhất để khử kim loại và một số anion. Kim loại bị kết tủa dưới dạng hydroxide, sulfide và carbonate bằng cách thêm các chất làm kết tủa (precipitant) và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình. Phương pháp này có thể dùng để khử hầu hết các kim loại (As, Cd, Cr3+, Cu, Fe, Pb, Hg, Ni, Zn …) và nhiều loại anion (PO43-, SO42-, F-…). Kết tủa sulfide cho hiệu quả khử tốt hơn nhưng mắc tiền và có thể tạo ra khí H2S nên thực ra người ta hay dùng vôi( tạo kết tủa hydroxide) hay xút, vừa rẻ vừa ít nguy hiểm. các nghiên cứu cho thấy, hiệu quả khử COD bằng kết tủa vôi thì thấp nhưng hiệu quả khử màu, sắt và các cation đa hóa trị thì lại tốt với nồng độ vôi cao (300- 1000 mg/l). Oxy hóa khử Phương pháp oxy hóa khử có khả năng phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nươc rỉ rác, chuyển các chất hữu cơ khó pân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm COD, nâng tỉ lệ BOD/COD), nó còn ứng dụng khử độc của một số vô cơ ( cyanide, amonia, một số kim loại Fe, Mn, Se, Cr…). Phương pháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhân oxy hóa, tác nhân khử trong điều kiện pH thích hợp. Các chất oxy hóa có thể sử dụng là Clo ở dạng khí hay lỏng, dioxyt clo, Clorat canxi, hypoclorit canxi, KMnO4, H2O2, oxy không khí, ozon, MnO2. Phương pháp khử dùng để tách các hợp chất thủy ngân, Crom ( chất khử: NaHSO3, F._.