Kiểm soát ô nhiễm từ các quy trình công nghệ xử lý chất thải

---(((---- TIỂU LUẬN MÔN: ĐỀ TÀI:
Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC QUY TRÌNH XỬ LÝ PHÁT SINH RA CHẤT Ô NHIỄM 4 1.1 Quy trình đốt 4 1.2 Qui trình chôn lấp 8 1.3 Quy trình ủ (compost) 12 1.4 Quy trình phân loại bằng thủy lực 16 CHƯƠNG II: ĐẶC TRƯNG MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM TỪ CÁC QUY TRÌNH XỬ LÝ 17 2.1 Nước rỉ rác 17 2.2 Khí phát sinh 23 2.3 Các thành phẩm sinh học sau thời gian chôn lấp còn sót lại 26 CHƯƠNG III: KIỂM SOÁT CÁC CHẤT Ô NHIỄM TỪ CÁC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ RÁC 28 3.1 Kiểm soát chất ô nhiễm từ quá trình chôn lấp 28 3.1.1 Hệ thống thu gom nước rỉ rác từ quá trình chôn lấp 28 3.1.2 Hệ thống thu khí từ ô chôn lấp 35 3.1.3 Xử lý bùn tại bãi chôn lấp 39 3.2 Kiểm soát chất ô nhiễm từ quá trình đốt 41 3.3 Kiểm soát chất ô nhiễm từ quá trình ủ 41 3.4 Kiểm soát ô nhiễm từ quá trình phân loại rác bằng thủy lực 42 CHƯƠNG IV: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Ô NHIỄM TỪ CHẤT THẢI RẮN 47 4.1. Công nghệ xử lý nước rỉ rác 47 4.1.1. Chi tiết chú ý trong khi xử lý nước rỉ rác 47 4.1.2. Các loại công pháp về chôn lấp và quản lý nước rỉ rác 48 4.2 Chống thấm cho các ô chôn lấp rác thải 51 4.3 Đề xuất công nghệ xử lý khí thải lò thiêu 53 4.4 Lựa chọn công nghệ đốt rác có thu hồi năng lượng 54 4.4.1  Công nghệ đốt gián đoạn: 55 4.4.2  Công nghệ đốt liên tục: 56 4.4.3   Công nghệ RDF (Refuse-Derived Fuel) 57 4.4.4   Các hạng mục chính trong hệ thống lò đốt rác 57 4.5   Kiểm soát khí phát thải 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 LỜI MỞ ĐẦU Chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động của con người ngày càng gia tăng cùng với sự phát triển dân số và kinh tế, đặc biệt là trong xã hội công nghiệp. Cùng với các dạng chất thải như nước thải và khí thải, chất rắn không được quản lý và xử lý nghiêm túc sẽ có khả năng gây suy thoái môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe con người nghiêm trọng. Do đó, chất thải rắn đã trở thành vấn đề bức xúc đối với toàn xã hội và cần được sự quan tâm hiệu quả về kỹ thuật lẫn kinh tế. Vì vậy, quản lý và xử lý chất thải rắn cần được quan tâm chu đáo, cải tiến công nghệ theo thời gian. Chính lý do đó, nhóm tiến hành tìm hiểu về “Kiểm soát ô nhiễm từ các quy trình công nghệ xử lý chất thải” bao gồm giới thiệu về các công nghệ thu hồi và tái chế vật liệu, các thiết bị xử lý cơ học, công nghệ sử dụng nhiệt, các quá trình xử lý sinh học chất thải rắn và các công nghệ cải tiến hiện nay. Nhằm chủ động hơn trong việc cập nhật các thiết bị và công nghệ mới, nâng cao nhận thức và hiểu biết. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC QUI TRÌNH XỬ LÝ PHÁT SINH RA CHẤT Ô NHIỄM 1.1. QUY TRÌNH ĐỐT Hầu hết các phương pháp xử lý, lưu trữ và loại bỏ điều liên quan đến công nghệ đốt – tức việc đốt cháy các chất một cách có kiểm soát ở trong một miền kín – như một phương tiện xử lý và thải loại chất thải nguy hại. Là một phương thức quản lý chất thải nguy hại, công nghệ đốt có một số đặc thù: Thứ nhất, nếu được tiến hành đang theo qui cách, nó có khả năng phân hủy toàn bộ các độc chất hữu cơ trong chất thải nguy hại bằng cách phân hủy các mối liên kết hóa học của chúng và đưa chúng trở lại dạng các nguyên tố hợp thành ban đầu, qua đó làm giảm thiểu hoặcloại bỏ hoàn tòan các độc tính của chúng. Thứ hai, nó hạn chế thể tích của chất thải nguy hại cần phải được thải loại bỏ vào môi trường đất bằng cách biến đổi các chất rắn và lỏng thành dạng tro. So với việc loại thải bỏ chất thải nguy hại không qua xử lý, việc thải bỏ loại tro vào môi trường đất an toàn và hiệu quả gấp nhiều lần. Công nghệ đốt là một quá trình xử lý khá phức tạp. Trong quá trình cháy, các chất hữu cơ dạng rắn hoặc lỏng sẽ bị chuyển đổi sang pha khí. Các khí này qua các lưới đốt sẽ tiếp tục bị làm nóng lên, đến một nhiệt độ nào đó các hợp chất hữu cơ của chúng sẽ bị phân hủy thành các nguyên tử thành phần. Các nguyên tử này kết hợp với oxy và tạo nên các chất khí bền vững, các khí này sau khi qua các thiết bị kiểm soát ô nhiễm sẽ được thải vào bầu khí quyển. Thành phần của các chất khí bền vững phát sinh từ việc đốt các hợp chất hữu cơ chủ yếu là CO2 và hơi nước. Tuy nhiên, tùy thuộc vào thành phần của chất thải rắn, một lượng nhỏ CO, NOx, HCl và các khí khác có thể sẽ được hình thành. Các chất khí này là nguyên nhân tiềm ẩn khả năng gây nguy hại cho sức khỏe con người và môi trường. Việc quản lý và thải loại bỏ các kim loại, tàn tro và các sản phẩm phụ của quá trình đốt cũng có thể gây những tác hại như đã đề cập. Tàn tro là một vật liệu dễ lắng, tro với thành phần chủ yếu là carbon, các muối và các kim loại. Trong quá trình đốt, hầu hết tàn tro sẽ tập trung ở đáy của buồng đốt (tro đáy). Khi lớp tro này được lấy ra khỏi buồng đốt nó có thể xem như là chất thải nguy hại do bởi các qui tắc chuyển hóa hoặc do nó có 1à đặc tính (nguy hại) nào đó. Tuy nhiên các hạt tro kích thước nhỏ (vật chất dạng hạt m có thể có các kim loại kèm theo) cũng sẽ bị cuốn theo các chất khí lên cao (còn gọi là tro bay). Các hạt tro này cùng các kim loại có liên quan cũng phải được xem xét bởi các qui định áp dụng cho công nghệ đốt bởi vì chúng có thể mang các hợp phần nguy hại ra khỏi hệ thống thiết bị vào trong khí quyển. Do việc đốt không phân hủy được các hợp chất vô trong chất thải nguy hại (các kim loại chẳng hạn), các hợp chất này có thể cũng sẽ tích tụ trong lớp tro đáy và tro bay với nồng độ có hại. Hệ thống lò đốt chất thải nguy hại được tiến hành theo quy trình sau: Công nghệ thiêu đốt phổ biến sử dụng lò đốt thùng quay. Công nghệ lò đốt thùng quay như sau: Chất thải nguy hại được vận chuyển đến lò đốt bằng các thiết bị chuyên dùng. Sau quá trình vận hành lò đốt đến nhiệt độ cho phép( buồng sơ cấp 800 oC), chất thải được đưa vào buồng sơ cấp. Thời gian lưu của chất thải trong lò đốt từ 0,5 -1,5giờ, lượng chất thải nạp vào chiếm khoảng 20% thể tích của lò. Nhiệt độ trong buồng sơ cấp duy trì 800 -900 oC. Sản phẩm khí sinh ra trong quá trình đốt ở lò sơ cấp được đốt tiếp tục ở buồng thứ cấp, nhằm đốt triệt để các sản phẩm bay hơi, chưa cháy hết ở buồng sơ cấp. Nhiệt độ trong buồng thứ cấp khoảng 110oC, thời gian lưu của khí cháy trong buồng thứ cấp 1,5 -2 giấy. Toàn bộ khí thải sinh ra được làm nguội và xử lý trước khi qua ống khói thải ra môi trường. Hình 1 Hệ thống lò đốt
Hình 2 Sơ đồ lồ đốt thùng quay 1.2. QUI TRÌNH CHÔN LẤP *Quy trình chôn lấp chất thải sinh hoạt:   Rác tập kết vào ô chôn lấp: Rác tập kết vào ô chôn lấp theo phương pháp đổ lấn (ô chôn rác) bề ngang của ô chôn rác. Theo trình tự vận hành từng ô chôn lấp.  Đổ rác thải vào ô chôn lấp: Đổ rác vào ô chôn lấp theo sự điều động của nhân viên hướng dẫn bãi. San gạt rác: San gạt rác để tránh ùn tắc rác cho việc tiếp nhận các ngày tiếp theo bằng xe ủi xích. Khi rác tập kết hằng ngày tiến hành san gạt thành từng lớp chiều dày 60cm, dung trọng đầm nén 750 kg/m3. Bổ xung VSV: Sau 1 ngày tiến hành phun VSV, EM hoặc Eemunis hoặc các chế phẩm sinh học khác được phép lưu hành theo định mức 0,1lit VSV/1tấn rác 0,1 kg Bokasi (VSV dạng bột) việc phun VSV pha chế với nước sạch được điều chỉnh theo tỷ lệ 1/20 (1 lít VSV pha với 20 lít nước sạch). Tuy nhiên phải điều chỉnh tỷ lệ nước sạch phù hợp với độ ẩm của rác (theo thời tiết). Phủ đất: Tiến hành phủ đất trung gian trên bề mặt khi rác đã được đầm nén chiều dày khoảng 2m. Chiều dày lớp đất phủ sau khi đầm nén 15-20 cm. Đất phủ có hàm lượng hạt sét >30%.  Quá trình trên được thực hiện cho đến khi rác trong ô chôn đạt đến chiều dày thiết kế sẽ tiến hành phủ bề mặt ô chôn. *Quy trình chôn lấp chất thải nguy hại
 Chất thải nguy hại được vận chuyển vào bãi chôn lấp bằng các thiết bị chuyên dùng, được phân loại, đóng gói trước khi đưa vào ô chôn. Chất thải nguy hại được sắp xếp vào ô chôn bằng hệ thống cẩu di động (tời) gắn cùng với mái che di động. Công tác đầm nén được thực hiện bằng các xe chuyên dụng hoặc sử dụng đầm nện. Sau mỗi lớp chất thải nguy hại dày khoảng 1m (tối đa 2m) thì tiến hành che phủ bằng lớp đất với chiều dày sau khi đầm nén 15 -20 cm nhằm cách ly chất thải nguy hại với môi trường xung quanh. Quá trình chôn lấp được thực hiện cho đến khi toàn bộ ô chôn chất thải đạt đến chiều dày thiết kế sẽ tiến hành che phủ bề mặt.
Hình 3 Mô hình các bãi chôn lấp rác
Hình 4 Phân loại cấu trúc bãi chôn lấp 1.3. QUY TRÌNH Ủ (COMPOST) Rác sinh hoạt được phân loại, tách ra các phần riêng biệt là phần hữu cơ và phần trơ không sản xuất phân compost như: nylon, giấy, sắt thép...Rác sau khi tách chất trơ được cắt nhỏ trước khi cho qua hệ thống ủ phân. Hệ thống ủ gồm nhiểu bể ủ song song, dưới đáy mỗi bể đều có ba rãnh phân phối không khí chạy song song nhau. Mùn compost được tạo thành từ hệ thống bể ủ tiếp tục được đưa đi ủ chín trong nhà có mái che.Mùn compost sau khi ủ chín và ổn định còn lẫn nhiều tạp chất, sơ sợi chưa phân hủy được đưa qua máy sàng để loại bỏ các thành phần chưa phân hủy hết. Mùn compost được đóng bao thành phầm, phân trơ được đem đi chôn lấp hợp vệ sinh. Hệ thống gồm 8 hầm ủ hoai xây nổi, chia thành 2 dãy đối diện nhau, mỗi dãy có 4 hầm, mỗi hầm dài 7m, rộng 1,5m, cao 1,5m có thể chứa khoảng 15 m3 rác. Đáng lưu ý là tường hầm xây bằng gạch thẻ chừa ô trống, trừ tường ở phía lối đi xây kín, lắp cửa bằng gỗ rộng khoảng 0,7 m. Ở giữa mỗi hầm theo chiều dọc, đặt 7 ống nhựa cứng đường kính 100 mm, cách nhau chừng 0,8m có đục lỗ xung quanh để trao đổi khí bên trong và ngoài hầm. Tại mỗi hầm có gắn biểu đồ theo dõi nhiệt độ từ ngày thứ 1 cho đến ngày thứ 50, tương ứng với dãi nhiệt độ từ 25 0C đến 750 C. Ở đáy các hầm ủ còn lót cây tạo khoảng hở để nước thải trong hầm dễ dàng thoát ra bên ngoài, rồi theo các mương nổi trên mặt đất nối với hệ thống mương ngầm đến hầm chứa tập trung, xây chìm có sức chứa khoảng 10 m3. Rác được thu gom từ các hộ gia đình, trường học, chợ, và một số doanh nghiệp. Rác được thu gom rồi vận chuyển bằng xe ba gác máy về xưởng để tiến hành phân loại. Rác không phân hủy được như bì ny lon, sắt, nhôm, nhựa, giấy các tông, chai, lọ, lon các loại... được lựa ra để bán phế liệu, còn lại rác hữu cơ cho vào thùng nhựa, đổ vào hầm ủ hoai. Khi rác đạt độ cao 40 cm thì tiến hành tưới rác bằng nước thải được bơm lên từ hầm chứa tập trung để tạo độ ẩm và hạn chế khoảng trống trong hầm, sau đó phun chế phẩm sinh học EM khử mùi hôi. Sau khi tưới rác, nước sẽ chảy trở lại vào hầm chứa tạo nên một chu trình khép kín nên nước thải không thể rò rỉ ra môi trường bên ngoài, đảm bảo vệ sinh môi trường sản xuất và xung quanh.  Sau 40 ngày ủ hoai, rác được chuyển qua khu vực ủ chín thêm 10 ngày nữa, trong thời gian ủ chín có thể che bạt hoặc không tùy vào thời tiết mỗi ngày. Sau đó compost được trải mỏng, đảo khô rồi chuyển qua công đoạn sàng, đóng bao. Phần còn lại trên sàng được chuyển qua khu vực riêng để tiếp tục phân loại như lần đầu. Việc phân loại sẽ lặp đi lặp lại liên tục trong suốt quá trình sản xuất
* Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ủ sinh học Ảnh hưởng của độ ẩm: Nếu vật liệu quá khô không đủ ẩm cho sự tồn tại của vi sinh vật, nếu vật liệu quá ẩm thì không có lỗ hổng không gian và sẽ chứa đầy nước, vật liệu sẽ không xốp, diện tích bề mặt sẽ bị giảm, sẽ diễn ra quá trình lên men yếm khí, oxy sẽ không thể lọt vào được. Độ ẩm tối ưu thường từ 52 – 58%. Mỡ, dầu mỡ, sáp thường có trong các chất thải hữu cơ với một lượng đáng kể và là các dịch thể ở nhiệt độ tối ưu. Tuy nhiên dịch thể không đáng quan tâm như nhiệt độ. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ tối đa cho quá trình ổn định sinh hóa là 40 – 55oC. Trong đó khi nhiệt độ cao (ngưỡng trên) đối với đống ủ thì tốc độ - mức độ ủ sẽ nhanh và nhất là nếu không khí tuần hoàn được trong đống ủ thì oxy luôn luôn có mặt. Lưu ý cần ngăn ngừa quá khô, quá lạnh ở phần nào đó của đống ủ. Làm thoáng và kích thước hạt: Thông thường áp lực tĩnh là 0,10 – 0,15m cột nước, cần tạo ra để đấy không khí qua chiều sâu từ 2 – 2,5m vật liệu. Áp lực đó chỉ cần quạt gió là đủ chứ không cần máy nén. Các cửa sổ của lò ủ sẽ đủ đảm bảo cho làm thoáng, chỉ cần đảo cửa sổ lò ủ mỗi ngày một lần, hoặc nhiều ngày một lần. đối với các vật liệu nhỏ (kích thước < 25mm) oxy có thể xuyên thấm vào qua cửa sâu 0,15 – 0,2m, thậm chí hiệu ứng của cột vật liệu (ống khói) hâm nóng củng cải thiện được một ít. Tốc độ tiêu thụ oxy: Tốc độ tiêu thụ oxy tùy thuộc không chỉ nhiệt độ mà còn cả độ nghiền nhỏ của vật liệu, độ ẩm, thành phần vật liệu, quần thể vi sinh vật và mức độ xáo trộn. Người ta đã xác định rằng, nhu cầu oxy trong thời tiết ấm sẽ cao hơn trong lúc lạnh. Với thiết bị làm thoáng, người vận hành có thể kiểm tra nhiệt độ bằng cách đo lượng không khí thổi vào vật liệu, không khí dư sẽ được dùng để hạ nhiệt độ do làm nguội – lạnh trực tiếp và bay hơi. Một dung tích không khí khá lớn phải thổi qua vật liệu trong một số phút của từng nửa giờ một. Cũng có thể kiểm tra nhiệt độ bằng sự đói thiếu không khí. Nhưng khi đó thiếu oxy sẽ làm quá trình chậm lại, trở thành điểm không mong muốn. Để đạt kết quả tốt nhất, nên giữ nhiệt độ ban đầu là 40 – 50oC trong một số ngày đầu, sau đó tăng lên 55 – 70oC để cho giai đoạn lên men diễn ra mạnh. Lượng không khí cần thiết phải ứng với việc đảm bảo nhiệt độ này. Mức độ và tốc độ ủ: Bên ngoài, mùi và sờ mó cảm giác có thể xác định được hiệu quả của quá trình. Không nên để quá trình lên men diễn ra quá lâu vì sẽ còn ít chất hữu cơ là những chất làm giàu cho đất. Quá trình ủ không được quá nhiệt, không nên để mất nitơ, không nên quá lạnh. Chỉ dùng một chỉ tiêu (nhiệt độ) để đánh giá quá trình thì sẽ sai vì các chất ú có xu hướng nóng lại sau khi nó đã được ổn định ở điểm tối ưu pH = 5 – 6 đối với rác thô vừa ủ, sau nhiều ngày pH = 8-9. Việc giảm lượng chất hữu cơ là một chỉ thị tốt để đánh giá mức độ ủ, phân hủy tốc độ ủ có thể đo bằng tốc độ tiêu thụ oxy, có thể đo cả lượng CO2 tạo thành để đánh giá COD (NOH) củng là chỉ tiêu tốt để đánh giá nhưng ít khi dùng. Tốc độ ủ có thể là tốc độ cao, tốc độ thường, tốc độ thấp. Các chỉ tiêu đối với quá trình ủ tốc độ cao: Để chất thải hữu cơ có thể được ổn định với tốc độ cao và nhanh (4 – 6 ngày), cần các chỉ tiêu sau: 1. Vật liệu phải có tỉ lệ C: N = 50: 1 hoặc ít hơn, để sao cho không thiếu chất dinh dưỡng khác với pH = 5,5 – 8. 2. Vật liệu phải được nghiền nhỏ (25 – 75mm) 3. Độ ẩm phải được kiểm soát sao cho bảo đảm bằng 45 – 60% trong suốt quá trình ủ. 4. Sử dụng tuần hoàn phần đã ủ - cấy (1 – 5% vật liệu hoạt tính đã được ủ một phần rồi) thì rất lợi. 5. Xáo trộn nhẹ nhàng hoặc thỉnh thoảng xáo trộn để đề phòng hiện tường đóng bánh hoặc tạo những kênh không khí. 6. Không khí phải được lọt tới tất cả mọi nơi của vật liệu ủ, hoặc ít nhất phải đảm bảo 50% oxy có trong đó. 7. Nhiệt độ phải giử ở 45 – 70oC trong suốt quá trình ủ. 8. Phải giử cho độ pH tăng lên để khỏi mất nitơ. 9. Quá trình phải đảm bảo liên tục trong 3 hoặc 5 bậc (giai đoạn) kể cả tuần hoàn vật liệu đã ủ một phần, xáo trộn cho mỗi bậc. Bậc cuối cùng có thể hợp nhất với quá trình lên men và làm khô (khử nước) tự nhiên nhờ nhiệt tự tạo ra.
 Hình 5 Qui trình công nghệ ủ qui mô công nghiệp 1.4. QUY TRÌNH PHÂN LOẠI BẰNG THỦY LỰC Theo quy trình, bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương pháp thủy lực. Chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống đáy bồn trong khi chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên. Các chất vô cơ được tách ra sẽ được tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, trong khi các chất hữu cơ được xử lý tiếp bằng phương pháp sinh học để tách riêng các kim loại nặng với phần bùn hữu cơ sạch. Phần bùn hữu cơ sạch sẽ được tận dụng để trồng cây và cải tạo đất nông nghiệp. Còn lại các kim loại nặng sẽ được xử lý theo phương pháp hóa học để tách riêng từng kim loại hoặc hóa rắn toàn bộ để chôn lấp an toàn. CHƯƠNG II: ĐẶC TRƯNG MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM TỪ CÁC QUI TRÌNH XỬ LÝ 2.1. NƯỚC RỈ RÁC Nước rỉ rác (còn gọi là nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ô chôn lấp, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp. Sự có mặt của nước trong bãi chôn lấp rác có cả mặt tích cực lẫn tiêu cực cho hoạt động của bãi rác. Nước rất cần cho quá trình hóa học và sinh học xảy ra trong bãi chôn lấp để phân hủy rác. Mặt khác, nước có thể tạo ra xói mòn trên tầng đất nén và những vấn đề lắng đọng trong dòng nước mặt chảy qua. Nước rác có thể chảy vào các tầng nước ngầm và các dòng nước sạch và từ đó gây ô nhiễm đến nguồn nước uống. Vì vậy vấn đền cần quan tâm khi thiết kế, xây dựng cho hoạt động của một bãi chôn lấp là kiểm soát nước rác. Quá trình hình thành nước rác: nước rác được hình thành khi nước thấm vào ô chôn lấp. Nước có thể thấm vào rác theo một số cách sau đây: Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp. Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác. Nước có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác. Nước từ khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống các ô chôn rác. Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ô rác đóng lại. Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp sau khi ô rác đầy (ô rác được đóng lại). Nước có sẵn trong rác thải là nhỏ nhất. Nước từ những khu vực khác chảy qua bãi chôn lấp cần phải thu gom bằng hệ thống thoát nước. Hệ thống thoát nước không chỉ bảo vệ những khu vực chôn lấp rác khỏi bị xói mòn trong thời gian hoạt động mà còn tiêu thoát lượng nước thừa ngấm vào các ô rác và tạo ra nước rác. Nước mưa là không có cách nào để ngăn chặn không cho chảy vào ô rác. Có thể hạn chế được lượng nước mưa ngấm vào ô rác bằng cách trồng lại thảm thực vật sau khi bãi đóng cửa. Thành phần của nước rác: việc tổng hợp và đặc trưng hóa thành phần nước rác là rất khó vì một loạt các điều kiện tác động lên sự hình thành của nước rác. Thời gian chôn lấp, khí hậu, mùa, độ ẩm của bãi rác, mức độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm là loại rác chôn lấp, tất cả đều tác động lên thành phần của nước rác. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác từ các bãi chôn lấp mới và lâu năm được trình bày ở bảng sau: Bảng 1: Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác từ các bãi chôn lấp mới và lâu năm. Thành phần  Bãi mới (dưới 2 năm)  Bãi lâu năm (trên 10 năm)    Khoảng  Trung bình    Nhu cầu oxy hóa sinh hóa (BOD5), mg/l  2.000-20.000  10.000  100-200   Tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC),mg/l  1.500-20.000  6.000  80-160   Nhu cầu oxy hóa học (COD), mg/l  3.000-60.000  18.000  100-500   Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), mg/l  200-2.000  500  100-400   Nitơ hữu cơ, mg/l  10-800  200  80-120   Ammoniac, mg/l  10-800  200  20-40   Nitrat, mg/l  5-40  25  5-10   Tổng lượng photpho, mg/l  5-100  30  5-10   Othophotpho, mg/l  4-80  20  4-8   Độ kiềm theo CaCO3  1.000-10.000  3.000  200-1.000   pH  4,5-7,5  6,0  6,6-7,5   Canxi, mg/l  50-1.500  250  50-200   Clorua, mg/l  200-3.000  500  100-400   Tổng lượng sắt, mg/l  50-1.200  60  20-200   Sunphat,mg/l  50-1.000  300  20-50   Như vậy sự hình thành khí và nước rác trong quá trình chôn lấp là những mối quan tâm lớn trong công tác vận hành và quản lý các bãi chôn lấp ở các đô thị. Thành phần của nước rác thay đổi theo các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học. Sau giai đoạn háo khí (một vài tuần), tiếp đến là hai giai đoạn phân hủy: gai đoạn phân hủy yếm khí tùy tiện tạo ra axit và giai đoạn phân hủy yếm khí tuyệt đối tạo ra khí metan. Trong giai đoạn tạo axit các hợp chất đơn giản được hình thành như axit béo, amino axit và carboxylic axit. Giai đoạn axit có thể kéo dài vài năm sau khi chôn lấp, phụ thuộc vào bản chất không đồng nhất của rác. Đăc trưng của rác trong giai đoạn này là: Nồng độ cao các axit béo dễ bay hơi pH nghiêng về tính axit BOD cao Tỷ lệ BOD/COD cao Nồng độ NH4 và nitơ cao Dự đoán khối lượng nước rác: khối lượng nước rác và đặc tính địa chất của tầng đất nằm dưới đáy bãi là những yếu tố chính, quyết định khả năng pha loãng tự nhiên các chất ô nhiễm trong nước rác trước khi các chất này chảy đến nguồn nước ngầm. Việc dự báo chất lượng nước rác tạo thành dựa vào “ Phương pháp cân bằng nước”. Sơ đồ cân bằng nước được thể hiện ở hình sau: Hình 6 Sơ đồ cân bằng nước. Phương trình cân bằng nước có thể diễn ra như sau: (SSW= WSW + WTS + WCM + WA(R) – WLG –WWV – WE –WB(L) Trong đó: (SSW: lượng nước tích trữ trong các bãi rác (kg/m3) WSW: độ ẩm ban đầu của rác thải (kg/m3) WTS: độ ẩm ban đầu của bùn từ trạm xử lý (kg/m3) WCM: độ ẩm ban đầu của vật liệu phủ (kg/m3) WA(R): lượng nước thấm từ phía trên (nước mưa) (kg/m3) WLG: lượng nước thất thoát trong quá trình hình thành khí thải (kg/m3) WWV: lượng nước thất thoát do bay hơi do khí thải (kg/m3) WE: lượng nước thất thoát do quá trình hơi quá bề mặt (kg/m3) WB(L): lượng nước thoát từ phía đáy bãi rác (kg/m3) Trên cơ sở của phương trình cân bằng nước, các số liệu về lượng mưa, độ bốc hơi, hệ số giữ nước của rác sau khi nén trong bãi rác, lượng nước rò rỉ có thể tính theo mô hình vận chuyển một chiều của nước rò rỉ xuyên qua rác nén và đất bao phủ như sau: Q = M( W1 – W2) +
P(1 – R) - E] × A Trong đó: Q : lưu lượng nước rò rỉ phát sinh trong bãi rác (m3/ngày) M : khối lượng rác trung bình ngày (t/ngày) W1 : độ ẩm rác trước khi nén (%) W2 : độ ẩm rác sau khi nén (%) P : lượng mưa ngày trong tháng lớn nhất (mm/ngày) R : hệ số thoát nước bề mặt E : lượng nước bốc hơi lấy bằng 5mm/ngày (thường 5-6 mm/ngày) Bảng 2: Hệ số thoát nước bề mặt đối với các loại đất phủ Loại đất trên bề mặt  Hệ số thoát nước bề mặt   Đất pha cát, độ dốc 0 – 2 %  0,05-0,10   Đất pha cát, độ dốc 2 – 7%  0,10-0,15   Đất pha cát, độ dốc >7%  0,15 -0,2   Đất chặt, độ dốc 0-2%  0,13-0,17   Đất chặt, độ dốc 2-7%  0,18-0,22   Đất chặt, độ dốc >7%  0,25-0,35   Hệ thống thu gom nước rác: khi sử dụng lớp chống thấm, nước rác sẽ được giữ trong bãi chôn lấp và phải được thu đi nếu không nó sẽ chảy tràn ra các cạnh của lớp chống thấm. Bãi chôn lấp rác phải hợp vệ sinh cần phải có một hệ thống thu gom nước rác từ đáy ô chôn lấp và được tập trung dẫn về nơi xử lý trước khi xả ra ngoài. Hệ thống thu gom này bao gồm: tầng thu gom nước rác và mạng lưới ống thu gom. Tần thu nước rác được đặt ở trên đáy và thành ô chôn lấp và nằm trên tầng chống thấm của đáy ô chôn lấp hoặc trên màng tổng hợp chống thấm tùy theo từng trường hợp. Tầng thu gom nươc rác phải có chiều dài ít nhất 50 cm với những đặc tính sau: Có ít nhất 50% khối lượng hạt có kích thước ≤ 0,075 mm Có hệ số thấm tối thiểu bằng 1.10-2 cm/s Mạng lưới thu gom nước rác được đặt ở bên trong tầng thu gom nước rác như đã mô tả ở trên phủ lên toàn bộ đáy ô chôn lấp. Mạng lưới đường ống thu nước rác này phải đáp ứng yêu cầu sau: Có thành bên trong nhẵn và đường kính tối thiểu là 150mm Có độ dốc tối thiểu là 1% Lớp bọc quanh đường ống thu gom nước rác bao gồm: một lớp đất có độ hạt ít nhất 5% khối lượng là hạt có đường kính 0,075 mm hoặc một màng lọc tổng hợp có hiệu quả lọc tương đương để ngăn chặn sự di chuyển các hạt quá mịn xuống hệ thống thu gom sao cho nước rác tự chảy nhanh xuống hệ thống thu gom. 2.2. KHÍ PHÁT SINH Các bãi chôn lấp là nguồn tạo ra khí sinh học mà trong đó khí metan là thành phần chủ yếu và chiếm một tỷ lệ cao. Khí sinh học là sản phẩm của quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong bãi chôn lấp. Thành phần của khí ga trong giai đoạn đầu chủ yếu là carbon dioxit (CO2) và một số loại khí khác như N2 và O2 . Sự có mặt của khí CO2 ở trong bãi chôn lấp tạo điều kiện cho vi sinh vật kị khí phát triển và từ đó bắt đầu giai đoạn hình thành khí metan. Như vậy, khí ga có hai thành phần chủ yếu là CH4 và CO2 trong đó CH4 có khoảng từ 50 – 60% và CO2 chiếm khoảng 40 – 50%. Khí metan có thể trở thành mối nguy hiểm gây ra cháy, nổ, ô nhiễm môi trường ở bãi chôn lấp và các khu vực xung quanh. Vì vậy việc kiểm tra khí bằng phương pháp thoát tán hoặc thu hồi và chuyển thành nguồn năng lượng là một phần quan trọng trong thiết kế và vận hành bãi chôn lấp phế thải hợp vệ sinh, vì vậy các bãi chôn lấp rác thải hợp vệ sinh nhất thiết phải có một hệ thống thu gom và xử lý tất cả các khí sinh học sinh ra từ bãi đảm bảo yểu cầu giới hạn cho phép sao cho: Nồng độ của khí metan sinh ra không được vượt quá 25% giới hạn thấp về cháy nổ - LEL – “Lower Explosive Level”, có nghĩa là nồng độ metan sinh ra không được vượt quá 1,25% tính theo thể tích ở những nơi sau: Ở trong nhà, hoặc các công trình thuộc phạm vi bãi chôn lấp Trong không khí xung quanh thuộc phạm vi bãi chôn lấp Thuật ngữ “giới hạn thấp về cháy nổ” được hiểu là ở nồng độ thấp, tính theo thể tích, một chất khí trong hỗn hợp khí ở nhiệt độ 25oC và ở áp suất 101,325 kPa sẽ gây ra cháy trong không khí .. Bảng 3: Thành phần của khí tạo thành ở bãi chôn lấp Thành phần  % Thể tích khô    Nguồn dẫn liệu: Theo Ham R.K (1984)  Nguồn dẫn liệu: Theo Hocks – J (1985)   Metan (CH4) Carbon dioxit (CO2) Nitơ (N2) Oxy (O2) Hydro (H2)  47,5 47,0 3,7 0,8 0,1  55,5 41,2 2,1 1,1 0,01   Đặc thù   Nhiệt độ (tại nguồn) Nhiệt lượng Trọng lượng riêng Độ ẩm  41oC 17.700KJ/m3 1,04 (so với khí H2) Bão hòa    Ghi chú: trích dẫn từ Ham R.K (1984) trong Robinson (1986)và Hocks.J (1983) trong Van Den Broek (1985). Ngoài ra, trong thành phần của khí còn chứa một số khí khác nữa như hydrocacbon (CH2); Toluend (C6H5CH3); Benzen (C6H6) trong điều kiện bãi chôn lấp hoạt động ổn định sau thời gian từ 1 – 2 năm. Tốc độ sản sinh khí thải ở bãi chôn lấp phụ thuộc vào một số yếu tố sau: - Sự thẩm thấu của lượng cacbon trong thực vật đã cùng axit và rượu hình thành trong quá trình chôn lấp phế thải làm giảm khả năng tạo khí. - Lượng nước ở bên ngoài túi khí, nếu nhiều quá sẽ làm vi khuẩn có thể không đạt được chức năng cao trong quá trình tạo khí. - Nếu có độ kiềm tăng làm độ pH giảm do sản sinh axit trong phế thải củng làm giảm lượng khí. - Khi nhiệt độ trong phế thải tăng củng làm giảm lượng khí. - Do phế thải đóng bánh thành khối quá dầy hoặc quá nhiều mãnh vụn và bột củng làm giảm quá trình sinh khí. - Nếu trong phế thải có chứa hóa chất độc hại củng ngăn cản các vi khuẩn tạo khí metan do thiếu hụt dinh dưỡng. Thông thường khí ga ở bãi chôn lấp có sản lượng lớn nhất là 5 năm đầu tiên, đạt được khoảng từ 4 – 14 m3CH4/1 tấn phế thải khô, và kéo dài khoảng 20 năm kể từ khi giai đoạn yếm khí đầu tiên xuất hiện. Sau đó khả năng sản sinh khí bị giảm dần, thậm chí có bãi chỉ còn là hiện tượng nhỏ giọt (thu hồi khí trong tình trạng ngắt quảng), khi đó có thể tạm dừng việc thu hồi khí một thời gian. Để dự báo về khả năng thu hồi khí, có thể áp dụng phương pháp tính toán sau đây:
Trong đó: L : khối lượng của khí metan còn lại được sinh ra (m3/tấn phế thải khô) t : thời gian sau khi bãi chôn lấp trở thành yếm khí (năm) K: hằng số sinh khí (năm)
Tích phân



Trong đó: G : khối lượng khí metan sản sinh ra đến thời gian t Lo : khối lượng cuối cùng của khí metan sản sinh ra Lt : khối lượng khí metan sản sinh ra sau thời gian t K, k : hằng số tốc độ sinh khí . 2.3 CÁC THÀNH PHẨM SINH HỌC SAU THỜI GIAN CHÔN LẤP CÒN SÓT LẠI Bùn cặn tại bãi chôn lấp Loại và lượng phế thải: bùn cặn sau các quá trình xử lý nước thải thường có độ ẩm lớn vì vậy cần phải được khử nước để khâu vận chuyển xử lý tiếp theo được thuận lợi. Phương pháp khử nước (làm khô) bùn cặn trong điều kiện tự nhiên. Sân phơi bùn có thể là loại sân hở; sân phơi có mái che hoặc hố phân hủy bùn (ổn định bùn hiếu khí). Nếu gọi: W1, P1: dung tích cặn và độ ẩm cặn ở trạng thái ban đầu W2, P2: dung tích cặn và độ ẩm cặn ở trạng thái sau khi cặn đã khử nước Ta sẽ có:
Công thức này chỉ áp dụng đối với bùn cặn có độ ẩm từ 80% trở lên. Các phương pháp khử nước (làm khô) bùn cặn trong điều kiện nhân tạo có thể bao gồm: lọc chân không; băng lọc; máy quay li tâm hoặc máy ép lọc. Thành phần của bùn và tỷ lệ 4:1 của phế thải rắn so với bùn là thích hợp nhất để áp dụng biện pháp kết hợp xử lý phế thải rắn và bùn trong cùng một bãi thải. Khi đánh giá độ an toàn của bãi chôn lấp đối với môi trường phải xét đến hàm lượng kim loại trong bùn. Biện pháp thông thường là đổ rác xuống mương, sau đó đổ bùn vào cuối cùng là một lớp rác khô lên trên với tỷ lệ 4 tấn rác và 1 tấn bùn. Trừ những trường hợp đặc biệt, nói chung nên xử lý bùn đã ổn định, nghĩa là bùn có độ ẩm thấp hơn 85%. Trong một vài trường hợp củng có thể xử lý bằng bằng vôi bột. Các biện pháp vận hành đối với việc xử lý bùn tại bãi chôn lấp phế thải rắn theo thứ tự như trên sẽ đảm bảo an toàn về kinh tế. CHƯƠNG III: KIỂM SOÁT CÁC CHẤT Ô NHIỄM TỪ CÁC QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ RÁC 3.1 KIỂM SOÁT CHẤT Ô NHIỄM TỪ QUÁ TRÌNH CHÔN LẤP 3.1.1 Hệ thống thu gom nước rỉ rác từ quá trình chôn lấp Các quá trình sinh hóa diễn ra ở bãi chôn lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho các hoạt động sống của chúng. Các loại vi sinh vật bao gồm: vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. Các loại vi khuẩn và nấm đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải các hợp chất. Các loại vi sinh vật phát triển tốt trong các điều kiện môi trường như bảng 4. Bảng 4 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới vi sinh vật Yếu tố môi trường  Khoảng giá trị   Nhiệt độ, oC Nồng độ muối, %NaCl pH nồng độ oxy, % Áp suất, Mpa Ánh sáng  -8 ÷ +110 0 – 3 1,0 – 12 0 – 30 0 – 115 Bóng tối – ánh sáng mạnh   Các vi sinh vật tham gia vào quá trình tham gia vào quá trình phân giải tại bãi chôn lấp được chia thành 3 nhóm chủ yếu sau [9]: - Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 0 – 20oC. - Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 2 – 40oC. - Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 40 – 70oC. Sự phát triển của các loại vi sinh vật theo nhiệt độ ở hình 5. Cơ chế sinh hóa của các quá trình phân hủy trong các bãi chôn lấp được thể hiện ở hình 6. Giai đoạn I: giai đoạn thích nghi ban đầu Giai đoạn II: giai đoạn chuyển tiếp Giai đoạn III: giai đoạn tạo axit Giai đoạn IV: giai đoạn lên men metan Giai đoạn V: giai đoạn kết thúc Hình 7 Cơ chế sinh hóa của quá trình phân hủy sinh học trong các bãi chôn lấp Bản chất sinh hóa của quá trình được diễn ra như sau: Thời kỳ ban đầu, chỉ một thời gian ngắn sau khi bãi rác đi vào hoạt động quá trình phân hủy hiếu khí được diễn ra, ở giai đoạn này các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa sinh hóa thành dạng đơn giản như protêin, tinh bột, chất béo và một lượng năng lượng tỏa ra rất lớn và vì thế có tồn tại một lượng năng lượng đáng kể ở dạng nhiệt. Lượng nhiệt năng được tạo thành bên trong các ô chôn lấp được tạo ra nhiều hơn so với lượng nhiệt năng được thoát ra bên ngoài và do đó nhiệt độ bên trong các ô được tăng lên. Giá trị nhiệt độ tăng tới 60oC – 70oC được kéo dài trong thời gian khoảng 30 ngày. Ở khoảng nhiệt độ này, các phản ứng hóa học diễn ra sẽ trội hơn các phản ứng vi sinh vật bởi vì hầu hết các chủng sinh vật bị tiêu diệt ở nhiệt độ 70oC. Các phản ứng hóa học ở nhiệt độ này được diễn ra với tốc độ nhanh. Trong quá trình phân hủy hiếu khí, các polyme ở dạng đa phân tử được vi sinh vật chuyển hóa sang dạng đơn phân tử tồn tại ở dạng tự do. Các polyme đơn phân tử sau đó lại được vi sinh vật hấp thụ, sử dụng trong việc tiếp nhận năng lượng để kiến tạo nên tế bào mới. Khi oxy bị các vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần thì các vi sinh vật yếm khí bắt đầu xuất hiện và nhiều quá trình lên men khác nhau được bắt đầu diễn ra trong các ô chôn lấp. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là nhóm vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện yếm khí lẫn kị khí nghiêm ngặt. Các chất hữu cơ dạng đơn giản, các amino axit, đường… được chuyển hóa thành các axit béo dễ bay hơi (VFA), alcohols, khí cacbonic và khí nitơ. Các axit béo dễ bay hơi (VFA), alcohols sau đó lại được chuyển hóa tiếp tục với sự tham gia của cả các vi sinh vật axeton và các vi sinh vật khử sunphat. Các vi sinh vật axeton tạo ra axit axetic, khí cacbonic còn các vi khuẩn khử sunphat thì chỉ tạo ra khí nitơ và khí cacbonic. Các chất này là nguồn nguyên liệu ban đầu của quá trình lên men hóa. Các vi khuẩn khử sunphat và vi khuẩn tạo metan là những vi khuẩn thuộc nhóm vi sinh vật kị khí bắt buộc. Có hai nhóm vi sinh vật chủ yếu tham gia vào quá trình tạo metan: phần lớn là nhóm các vi sinh vật tạo metan từ khí nitơ và khí cacbonic, phần nhỏ (gồm 2-3 chủng loài) là những vi sinh vật tạo metan từ axit axetic. Trong tổng hợp khí metan tạo thành từ bãi chôn lấp thì có tới 70% được tạo thành từ axit axetic. Nếu như có tồn tại nhiều sunphat trong các ô rác chôn lấp thì các vi khuẩn khử sunphat sẽ mang tính trội hơn vi khuẩn metan và như vậy sẽ không có khí metan tạo thành nếu sunphat vẫn tồn tại. Hàm lượng sunphat có nhiều trong chất thải xây dựng, vì vậy điều này phải được quan tâm tránh không đổ phế thải vào bãi chôn lấp rác đô thị để tạo điều kiện cho quá trình hình thành khí metan. Trong quá trình chuyển hóa yếm khí và kị khí, nhiệt độ của các ô chôn lấp giảm xuống vì các chủng loài vi sinh vật ở giai đoạn này tạo ra ít nhiệt lượng hơn nhiều so với quá trình chuyển hóa hiếu khí (chỉ bằng 7% so với quá trình hiếu khí). Nếu nồng độ của các axit hữu cơ, axit béo dễ bay hơi (VFA) tạo ra càng nhiều thì trong nước rác sẽ có pH thấp (4-5) và có nồng độ COD, BOD5 cao. Như vậy, rác thải hữu cơ tại các bãi chôn lấp được phân hủy theo nhiều giai đoạn chuyển hóa sinh học khác nhau để tạo ra sản phẩm cuối cùng trong các bãi chôn lấp là khí metan, khí cacbonic và nước. Việc thiết kế hệ thống thu gom nước rác phụ thuộc vào những đặc trưng của bãi chôn lấp, vì vậy khi thiết kế hệ thống thu gom nước rác phải tuân thủ theo các nguyên tắc cơ bản sau: - Hệ thống thu gom nước rác phải được thiết kế và lắp đặt để hạn chế khả năng tích tụ nước rác ở đáy ô chôn lấp. Thông thường, khi sử dụng lớp chống thấm, nước rác sẽ được giữ lại trong bãi chôn lấp và phải được thu đi nếu không nó sẽ chảy tràn ra các cạnh của lớp chống thấm. Việc thiết kế hệ thống thu gom nước rác phụ thuộc vào những đặc trưng của bãi chôn lấp nhưng có thể tuân thủ theo những hướng dẫn chung như sau : - Hệ thống thu gom phải đủ lớn để có thể vận chuyển nước ra khỏi bãi. Điều này liên quan nhiều đến số lượng ống và khoảng cách đặt ống. - Hệ thống thu gom nước rác phải được thiết kế và lắp đặt để hạn chế khả năng tích tụ nước rác ở đáy ô chôn lấp và phải có độ dốc tối thiểu 1%. - Hệ thống thu gom phải có khả năng làm sạch vì chúng rất dễ bị bịt kín. Thường thường, người ta sử dụng những ống được đục lỗ từ 15 – 20 cm có độ bền vững về mặt cấu trúc khi đặt ở bất cứ độ sâu nào trong bãi chôn lấp. Nếu hệ thống thu gom này được đặt sâu trong bãi chôn lấp có nén ép thì phải sử dụng ống dày hơn và phải thực hiện kỹ thuật làm đệm ống đặc biệt để tránh vỡ ống dưới áp suất lớn. Hình dạng chung nhất của hệ thống thu gom nước rác là chạy vòng quanh chu vi của bãi chôn lấp nhằm hạn chế dòng chảy đi khỏi bãi chôn lấp sau này và sau đó hệ thống này chạy chéo nhau bên trong bãi chôn lấp với đủ đường ống để đưa dòng nước rác lớn nhất ra khỏi bãi. Xử lý nước rác: để lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp, trước hết phải có được các số liệu về thành phần và tính chất của nước rác. Các thành phần của nước rác cần phải được xác định khi thiết kế trạm xử lý theo bảng 5 Quá trình xử lý sơ bộ: Thông thường là các song chắn rác, hồ lắng sơ bộ, ở quá trình này pH của nước rác thường 6,8 – 8, tuy nhiên giá trị của pH có thể thay đổi tùy thuộc vào thành phần của rác thải và tính chất của nền đất. Quá trình xử lý sinh học: Ở quá trình này, BOD, COD và các hợp chất của nitơ sẽ được giảm. Các công trình thường sử dụng là bể aeroten, hồ thổi khí, đĩa lọc sinh học, bể lọc sinh học… Tóm tắt cơ chế khử BOD trong nước rác được trình bày ở bảng 6 Quá trình hóa – lý: Quá trình này chủ yểu khử COD, độ màu, lượng cặn lơ lững, kim loại nặng và coliform. Các phương pháp ứng dụng bao gồm đóng rắn, lắng, hấp phụ cacbon hoạt tính và hóa học. Tóm tắt cơ chế khử COD và độ màu trong nước rác được trình bày ở bảng 7. Tóm tắt cơ chế khử kim loại nặng trong nước rác được trình bày ở bảng 8 Bảng 5 Các thành phần của nước rác cần được xác định khi thiết kế trạm xử lý nước rác Thành phần nước rác  Mức độ cần thiết   BOD5, cặn lơ lững (SS), COD, NH+4, nitơ tổng số  Rất cần khi thiết lập các thông số ban đầu để thiết kế và chọn công nghệ xử lý   pH, coliform  Yêu cầu đối với các công trình xử lý để đạt chất lượng của dòng xả theo tiêu chuẩn quy định   Fe2+ , Mn2+ , các kim loại nặng, màu, Mùi  Không nhất thiết phải xem xét khi thiết lập các thông số thiết kế vì những chất này sẽ được khử trong quá trình xử lý các thành phần khác   Bảng 6 Tóm tắt phương pháp khử BOD trong nước rác Nguyên tắc  (1)Xử lý sinh học  (2) Hấp thụ cacbon hoạt tính  (3) Tuyển nổi    Phân hủy sinh học các chất bẩn hữu cơ bởi hoạt động của các vi sinh vật  Hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan bởi các hạt cacbon hoạt tính  Tuyển nổi và tách các chất lơ lửng và các chất hữu cơ hòa tan   Ứng dụng  Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ cao. Hiệu suất > 90%  Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ cao. Hiệu suất > 90%  Sử dụng khi nồng độ SS trong nước rác rất cao   Bảng 7 Tóm tắt phương pháp khử COD và độ màu trong nước rác Nguyên tắc  (1) Xử lý keo tụ  2) Hấp phụ cacbon hoạt tính  (3) Xử lý sinh học  (4) Ozon hóa    Phân hủy sinh học các chất bẩn hữu cơ bởi hoạt động của các vi sinh vật  Hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan bởi các hạt cacbon hoạt tính  Phân hủy sinh học các chất bẩn hữu cơ bởi hoạt động của các vi sinh vật  Tuyển nổi và tách các chất lơ lững và các chất hữu cơ hòa tan   Ứng dụng  Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ cao. Hiệu suất > 90%  Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ thấp  Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ cao. Hiệu suất > 90%  Sử dụng khi nồng độ SS trong nước rác rất cao   Bảng 8 Tóm tắt phương pháp khử kim loại nặng trong nước rác Nguyên tắc  Xử lý keo tụ (Kiềm)  Hấp phụ cacbon hoạt tính  Keo tụ bằng chất hoạt tính    Tạo ra dạng hydroxyt của kim loại sau đó lắng (môi trường kiềm)  Hấp phụ các ion kim loại hòa tan bởi các hạt cacbon hoạt tính  Tác ion kim loại khỏi nước rác sau lắng   Ứng dụng  Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ cao. Hiệu suất > 90%  Giá thành xử lý cao, thích hợp khử kim loại trong nước rác có nồng độ thấp  Sử dụng khi nồng độ SS trong nước rác rất cao   3.1.2 Hệ thống thu khí từ ô chôn lấp Để thu gom khí tạo thành ở bãi chôn lấp cần phải có sự kiểm soát chặt chẽ bãi chôn lấp phế thải hợp vệ sinh từ khâu thiết kế đến khâu điều hành chôn lấp phế thải và phải đạt các yêu cầu sau: - Đảm bảo độ ẩm của phế thải rắn từ 40% trở lên; trong trường hợp cần thiết cần phải tưới hoặc phun nước cho phế thải. - Giữ pH ≈ 7,0 như môi trường xung quanh, pH < 6,2 sẽ làm ngừng quá trình tạo khí metan trong phế thải. - Nếu có hiện tượng thiếu hụt dinh dưỡng có thể bù đắp bằng cách phun lên phế thải bùn đặc biệt vét từ cống ngầm. - Đảm bảo lớp đất phủ phải đủ dầy và lèn, nén chặt chống thẩm thấu khí qua tầng đất phủ. Thoát tán và thu gom khí Khí metan ở các bãi thải có thể coi là một nguồn gây nguy hiểm, không an toàn nếu không được phát tán hoặc thu gom để chuyển thành nguồn năng lượng khác, vì nó dễ gây cháy, nổ và ngạt thở đối với người hay động thực vật ở bãi chôn lấp và các khu vực xung quanh. Vì vậy vấn đề phòng ngừa an toàn cho tất cả những người điều hành hoặc làm việc trên bãi chôn lấp, nhất là các khu vực thoát tán khí ga, các khu vực có thể tích tụ khí ga, các ống dẫn thoát nước, nơi xử lý khí và nơi có hệ thống tập trung khí metan là rất cần thiết. Việc không ngừng tạo ra khí ga ở trong bãi chôn lấp có nghĩa là sự nguy hiểm vẫn còn đang tiếp tục và cần phải có sự quan tâm đặc biệt đến hệ thống thông khí khi thiết kế. Hai loại hệ thống cơ bản được thiết kế để kiểm soát và thu hồi năng lượng từ khí metan là: hệ thống thoát khí bị động và hệ thống thoát khí chủ động. Hệ thống thoát khí bị động: Đối với những bãi chôn lấp quy mô nhỏ và vừa, người ta thường thiết kế một hệ thống thoát khí bị động. Đây là một hệ thống dựa trên các quá trình tự nhiên để đưa khí vào khí quyển hoặc ngăn cản không cho nó chuyển động vào các khu vực không mong muốn. Hệ thống này được xây dựng bằng các tường đất sét không thấm nước dầy từ 0,7 – 1 m để ngăn chặn khí thấm qua. Tường đất sét được đắp từ đáy khoang chứa kéo dài lên tận lớp đất phủ và luôn được giữ ẩm sao cho nó không bị khô và nứt tạo ra các khe thoát khí. Phía trong tường có đào rãnh thoát khí, được phủ đáy bằng một lớp sỏi, đá đường kính 20 – 40 cm. Từ các giếng khoan, khí được dẫn tới rãnh thoát khí để đưa vào không khí bằng các rãnh nhỏ hơn hoặc ống nhựa, ống cao su… Khu vực thoát khí bị động phải cách biệt hẳn các khu dân cư, các khu sản xuất công nghiệp. Thông thường khu vực này được xây dựng ngay cạnh bãi chôn lấp và được quy định là vùng cấm. Nếu khu vực thoát khí ở xa nơi chôn lấp thì phải thiết kế hệ thống máy hút khí để đưa khí theo hệ thống ống ra nơi thoát khí. Những yêu cầu cần đạt được trong hệ thống thoát khí bị động bao gồm: - Tường đất sét phải luôn được giữ ẩm, chống được nứt nẻ. - Hệ thống mương rãnh thoát phải sạch sẽ và khô ráo, không được để rác, đất lấp vào lòng mương rãnh. - Lớp sỏi, đá và hệ thống ống dẫn khí (nếu có) phải luôn được giữ khô để việc thoát khí thực hiện dễ dàng. - Hệ thống thoát khí ga đơn giản là khoan giếng vào lớp phế thải sâu tối thiểu là 1m rồi đặt ống thu, thoát khí. Chiều cao ống thoát khí phải cao hơn đỉnh lớp đất tối thiểu là 0,20 m để khí thoát thẳng ngay trên bãi chôn lấp. Hệ thống thông khí chủ động: Hệ thống thu hồi khí chủ động có thể được thiết kế ở những bãi chôn lấp phế thải lớn, có nhiều phế thải. Chúng thường được xây dựng ở những nơi được xem là có khả năng nguy hiểm nếu như khí thoát vào những tòa nhà ở gần đó hoặc ở những nơi mà sự thu khí ga được xem là có hiệu quả. Khoảng cách đặt giếng thu gom khí: Khoảng cách đặt giếng thu hồi khí thông thường từ 70 – 100m. Giới hạn bán kính của giếng thu hồi khí được xác định theo công thức:
Trong đó: R : bán kính thu hồi (m) Q : sản lượng khí (m3/h) D : tỷ trọng của rác thải (tấn/m3) h : chiều sâu của rác thải (m) q : tốc độ tạo khí (m3/tấn.giờ) Thực tế cho thấy nếu chiều sâu lớp rác h = 15m, bán kính thu hồi khí R = 25÷30m thì sản lượng khí thu được sẽ là Q = 20m3/h. Công thức trên chỉ áp dụng với những bãi chôn lấp đã đầy. Nếu đủ điều kiện tạo khí củng như đảm bảo khoảng cách các giếng thu khí từ 70 – 100m thì một giếng thu khí có thể đạt được sản lượng từ 40 – 200m3/h. Phương pháp đặt các ống thu khí phun thẳng là khoan các giếng vào rác thải đã được chôn lấp sâu tối thiểu là 1m, tối đa có thể khoan sâu tới đáy lớp lót. Nếu rác thải đã đóng kết thành khối vững chắc, người ta có thể đặt trực tiếp ống thu khí ga vào giếng khoan bằng ống nhựa PVC đường kính tối thiểu là 50mm. Xung qunh ống là các tầng đá lọc đảm bảo độ rỗng để thu được tối đa lượng khí ga tạo thành và ngoài ra còn tạo đủ không khí cần thiết để chống lại việc dò khí. Để khí đi vào ống nhựa được dễ dàng, người ta khoan lỗ xung quanh ống nhựa khoảng cách là 15cm. Khi rác kết thành khối vững chắc thì phải đóng các ống thép củng được khoan lỗ xung quanh vào giếng khoan. Ống thép phải có đường kính lớn hơn ống nhựa. Ngoài hệ thống thu hồi khí ga thẳng đứng như đã trình bày ở trên, ở những bãi chôn lấp đắp cao theo kiểu cầu vồng có thể áp dụng phương pháp đặt hệ thống thu hồi khí kiểu nằm ngang. Kích thước ống và vị trí đặt ống tương tự như phương pháp phun thẳng. Hệ thống thu khí nằm ngang ít được áp dụng. Để đảm bảo việc thu hồi khí ga được tốt hơn, người ta còn thiết kế hệ thống phun nước vào bãi chôn lấp nhằm đảm bảo độ thủy phân của rác thải, giữ không cho oxy lọt vào các túi khí tạo ra các vi sinh vật ưa khí và kéo theo vi sinh vật kỵ khí ra ngoài và làm chậm quá trình sản sinh khí metan. Mặt khác việc phun nước vào rác thải sẽ giữ cho độ ẩm của rác đảm bảo không cho khí metan thoát vào không khí. Ngược lại nếu độ ẩm quá cao sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm trong khí thu hồi, để khắc phục tình trạng này người ta thiết kế hệ thống rút nước thải từ bãi chôn lấp (nước tro). Hệ thống thu hồi nước tro được đặt ở phía ngoài và thấp hơn bãi chôn lấp. Nhiều hệ thống rút nước tro qua xử lý lại được bơm phun trở lại cho phế thải. Hệ thống rút khí nối với các bơm chân không hay quạt gió bằng một hệ thống ống dẫn đến nơi xử lý thường có hiện tượng ngưng tụ nước ở thành ống vì vậy cần có những vị trí thải nước thích hợp trên hệ thống thu hồi khí. Điểm cần chú ý trong việc thiết kế hệ thống thu hồi khí là chỉ nên thiết kế hệ thống rút được khoảng từ 20 – 70% thể tích khí tạo ra từ bãi thải vì thực tế cho thấy nếu rút quá 70% thể tích khí tạo ra, sẽ có hiện tượng không khí lọt vào hệ thống thu khí. Sức ép của áp suất nước bên trên khí phun ra khoảng 60cm nước là hoàn toàn phù hợp cho việc tạo khí ở phía dưới. Để thiết kế hệ thống thu hồi khí ga có hiệu quả, cần có cách nhìn tổng quát về khả năng rút được khí ga ở bãi chôn lấp bằng phương pháp dùng sức nén của áp suất không khí cao để xác định vị trí tập trung của khí ga và kiểm tra mức độ phun thẳng lên được của khí ga. Nếu xây dựng bãi chôn lấp mới gần với bãi chôn lấp đã đầy và có hệ thống thu hồi khí ga thì việc thiết kế hệ thống thu hồi khí ga cho bãi chôn lấp mới phải hợp nhất cả hai hệ thống làm một. Xây dựng một hệ thống thu hồi khí ga cho bãi chôn lấp cần phải sử dụng số tiền vốn khá lớn, vì vậy kiểm tra xác định chắc chắn khả năng thu hồi khí ga ở bãi chôn lấp là rất cần thiết và phải được chứng minh cụ thể. Lưu ý rằng: phần này mới chỉ giới thiệu về việc thu hồi khí ga ở bãi chôn lấp. Để sử dụng được khí ga như một nguồn năng lượng có giá trị còn phải qua các công đoạn xử lý khác theo công nghệ riêng. Chỉ dẫn an toàn đối với khí metan: trong trường hợp chưa có khí thoát tán hoặc thu hồi khí thì ở các vị trí có khả năng tập trung khí có thể gây ra cháy, nổ - do vậy cần phủ lên rác một lớp đất dầy để giảm khí tập trung. Khí ga có thể loại bỏ khí oxy trong đất và trong phế thải làm rễ cây không phát triển được (bị nghẹt thở), nếu bãi chôn lấp được phủ một lớp đất dầy 1m trở lên thì tình trạng trên sẽ được khắc phục. Các thành phần hydrosunphit (H2S), methyl mecaptans (CH3SH) trong khí gây mùi thối khác biệt. Mùi này sẽ được loại bỏ nếu khí được thoát tán hoặc đốt cháy. Có thể sử dụng một lớp lọc bằng đá dầy 1 – 2m để làm giảm mùi. Trong quy trình quản lý bãi chôn lấp rác thải đô thị cần phải được đưa vào các quy định an toàn sau: 1. Không được để một người làm việc trên bãi chôn lấp như đắp đất lên nơi chưa phủ kín phế thải, đào mương hoặc làm sạch mương rãnh… mà phải luôn có ít nhất là hai người và phải được trang bị bảo hộ lao động đầy đủ. Trong trường hợp một trong hai người bị ngạt khí ga, người còn lại có thể đưa người kia về nơi an toàn. Người làm việc trên bãi chôn lấp phải được đào tạo riêng về sự nguy hiểm của khí và cách cấp cứu. 2. Phải có biển báo, rào chắn hoặc ít nhất là có dây thừng bao quanh các thiết bị phun khí ga hoặc các giếng khoan đặt thiết bị thu khí. 3. Cấm hút thuốc hoặc đốt lửa trên bãi chôn lấp khí đã có các giếng khoan hoặc khi đã lắp đặt các thiết bị thu khí hay thu hồi khí trên bãi thải. 4. Khi đã có hệ thống thu hồi khí trên bãi chôn lấp, phải kiểm tra nghiêm ngặt để xác định rõ mức độ giảm ô nhiễm ở bãi thải và các khu vực lân cận, củng như ngăn chặn khả năng gây cháy, nổ ở nơi tập trung khí metan, đồng thời tìm mọi biện pháp giảm các hiện tượng trên đến mức tối thiểu. 5. Những nơi khí metan có khả năng tập trung tới 5 – 15%, cần lắp đặt thiết bị đo để báo trước sự tập trung khí metan mà tìm cách khắc phục hoặc báo cho mọi người đề phòng tránh xa những nơi này. Trong hoàn cảnh cho phép có thể xây tường, rào chắn để đảm bảo an toàn. 3.1.3 Xử lý bùn tại bãi chôn lấp Việc xử lý bùn tại bãi chôn lấp phế thải rắn là một dạng kết hợp bãi chôn lấp khô và ướt và điều này gây khó khăn hơn cho những người quản lý phế thải. Bùn cũng có thể xử lý ở những bãi riêng nhưng phổ biến vẫn là xử lý ở những bãi chôn lấp rác sinh hoạt vì lý do kinh tế. Tuy nhiên xử lý bùn với rác sinh hoạt sẽ làm tăng nguy cơ gây ô nhiễm của nước rác đến mạch nước ngầm và nước mặt. Do vậy việc xử lý bùn ở những bãi chôn lấp phế thải có một số yêu cầu sau: - Tăng cường các biện pháp bảo vệ môi trường cho bãi chôn lấp. - Hệ thống thu gom và xử lý nước rác phải được chú trọng thích đáng. - Nếu bãi chôn lấp nằm ở khu vực có thể gây ô nhiễm cho mạch nước ngầm thì không nên chôn lấp bùn có hàm lượng hữu cơ và kim loại cao ở bãi thải này. Loại và lượng phế thải: bùn cặn sau các quá trình xử lý nước thải thường có độ ẩm lớn vì vậy cần phải được khử nước để khâu vận chuyển xử lý tiếp theo được thuận lợi. Phương pháp khử nước(làm khô) bùn cặn trong điều kiện tự nhiên. Sân phơi bùn có thể là loại sân hở; sân phơi có mái che hoặc hố phân hủy bùn (ổn định bùn hiếu khí). Nếu gọi: W1 , P1: dung tích cặn và độ ẩm cặn ở trạng thái ban đầu W2 , P2 : dung tích cặn và độ ẩm cặn ở trạng thái sau khi cặn đã khử nước Ta sẽ có:
(7.8) Công thức này chỉ áp dụng đối với bùn cặn có độ ẩm từ 80% trở lên. Các phương pháp khử nước (làm khô) bùn cặn trong điều kiện nhân tạo có thể bao gồm: lọc chân không; băng lọc; máy quay li tâm hoặc máy ép lọc. Thành phần của bùn và tỷ lệ 4:1 của phế thải rắn so với bùn là thích hợp nhất để áp dụng biện pháp kết hợp xử lý phế thải rắn và bùn trong cùng một bãi thải. Khi đánh giá độ an toàn của bãi chôn lấp đối với môi trường phải xét đến hàm lượng kim loại trong bùn.