1. Nghiên cứu tuần hoàn nước rỉ bãi chôn lấp rác trong phòng thí nghiệm

Các mô hình thí nghiệm (Hình1) được mô phỏng theo các bãi chôn lấp rác hợp vệ sinh thực tế hiện nay ở Việt Nam, gồm 5 bình chứa rác: 3 bình chế tạo bằng thép sơn epoxi và 2 bình chế tạo bằng thuỷ tinh hữu cơ. Môi trường phân huỷ vi sinh yếm khí, tại thời điểm đóng nắp thiết bị có đưa vào thêm một lượng vi sinh có sẵn từ phân bùn bể phốt, tương đương 50/kg rác.

Kết quả nghiên cứu trên mô hình phòng thí nghiệm cho thấy:

– Sự ổn định bãi rác qua chỉ tiêu đánh giá COD hầu như nhất quán ở tất cả các mô hình thí nghiệm thể hiện qua thời điểm ổn định (89 ngày) và giá trị bắt đầu thời kỳ ổn định ( ~900 – 1100mg/L).

– Việc tuần hoàn nước rác tạo khả năng oxy hoá mạnh hơn cho môi trường phân huỷ vi sinh các chất hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hoá chất hữu cơ ở thể lỏng.

– Môi trường sunfat biểu hiện vai trò tích cực trong phân huỷ thành phần chất hữu cơ ở thể rắn trong rác vào thể lỏng trong nước rác, vô cơ hoá thành phần hữu cơ ở thể lỏng thể hiện qua việc tạo khả năng oxy hoá mạnh hơn cho quá trình phân huỷ rác bằng vi sinh. Bằng cách đó mà tăng khả năng thối rữa của đống rác và khả năng xử lý thành phần hữu cơ khó phân huỷ vi sinh trong nước rác. Môi trường sunfat chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 300 của chu trình chôn lấp rác, mặc dù môi trường ấy đã được tạo ra trước đó 30 ngày.

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ban đầu, thấy rằng tái tuần hoàn nước rác có bổ sung sunfat sẽ làm tăng rõ rệt hiệu quả chuyển hoá các chất hữu cơ trong nước thải. Ngoài việc bổ sung cho nước rác tuần hoàn lượng oxy liên kết dưới dạng sunfat, còn có thể cung cấp oxy cho bãi chôn lấp rác bằng phương pháp sục khí vào nước rác tuần hoàn để hình thành sunfat và nitrat nhờ các quá trình sinh hoá diễn ra trong đó. Môi trường sunfat biểu hiện vai trò tích cực trong phân huỷ thành phần chất hữu cơ ở thể rắn trong rác vào thể lỏng trong nước rác, vô cơ hoá thành phần hữu cơ ở thể lỏng thể hiện qua việc tạo khả năng oxy hoá mạnh hơn cho quá trình phân huỷ rác bằng vi sinh vật. Bằng cách tuần hoàn nước rỉ rác, độ ẩm của rác tăng lên, hiệu quả chuyển hoá các chất hữu cơ thông qua các chỉ tiêu TOC, IC và COD trong nước rác đầu ra tăng lên. Việc tuần hoàn nước rác tạo khả năng oxy hoá mạnh hơn cho môi trường phân huỷ vi sinh các chất hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hoá chất hữu cơ ở thể lỏng. Kết quả nghiên cứu trên mô hình phòng thí nghiệm bước đầu đã xác định được lượng nước rác hình thành, thành phần các chất hữu cơ, các hợp chất nitơ và lưu huỳnh trong nước rỉ rác.

2. Đề xuất cong nghệ tái tuần hoàn nước rỉ rác để tăng cường quá trình phân huỷ rác thải sinh hoạt trong bãi chôn lấp và giảm thiểu lượng nước rác xả ra môi trường bên ngoài

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trên mô hình phòng thí nghiệm nêu trên, Đề tài B2006 – 03 – 01 đề xuất công nghệ xử lý và tái tuần hoàn nước rác theo sơ đồ Hình 2 sau đây.

Theo sơ đồ nêu ở Hình 2, nước rỉ rác tập trung về bể gom kết hợp với trạm bơm có hàm lượng cặn lơ lửng, hàm lượng chất hữu cơ theo BOD5 và COD, hàm lượng nitơ amoni cũng như hàm lượng H2S,…lớn. Để giảm hàm lượng chất hữu cơ trong nước rỉ rác, tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí phía sau diễn ra ổn định, nước thải được xử lý sinh học kỵ khí trong bể UASB (Up – flow Anaerobic Sludge Blanket). Sau khi BOD5 trong nước rỉ rác giảm xuống dưới 500 mg/L, nước rỉ rác tiếp tục được xử lý trong aeroten thổi khí kéo dài. Tại đây BOD5 trong nước thải tiếp tục giảm xuống dưới 50 mg/L và COD xuống dưới 300 ng/L. Nhờ quá trình thổi khí kéo dài, một lượng nitơ amoni (NH4+) trong nước rỉ rác được oxy hoá thành NO3- , sunfua (S2-) oxy hoá thành sunfat (SO42-). Đây là lượng dự trữ oxy đáng kể khi tái tuần hoàn nước rỉ rác sau khi xử lý về bãi chôn lấp rác. Sau aeroten thổi khí kéo dài, hỗn hợp nước rỉ rác và bùn hoạt tính được lắng trong bể lắng thá cấp. Khoảng 60% lượng nước rác sau xử lý được đưa về hố bơm tuần hoàn. Tại đây bổ sung thêm các muối sunfat trước khi bơm nước tuần hoàn tưới cho bãi chôn lấp rác. 40% lượng nước rỉ rác sau xử lý có BOD5<50mg/L, COD<300 mg/L, N-NH4< 25 mg/L, TN < 60 60 mg/L… có thể xả ra môi trường bên ngoài hoặc xử lý tiếp tục trong các công trình xử lý hoá lý đảm bảo giá trị quy định của cột B của TCVN 7733: 2007 – Chất lượng nước – Tiêu chuẩn nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn.

Bùn hoạt dư từ bể lắng thứ cấp có thể được đưa trực tiếp lên bãi chôn lấp rác. Hỗn hợp nitrat, sunfat trong bùn dư cũng là nguồn oxy liên kết cho quá trình phân huỷ thiếu khí chất hữu cơ trong rác thải. Như vậy, tuần hoàn nước rỉ rác sau khi xử lý sinh học và có bổ sung thêm sunfat cùng với việc đưa bùn hoạt tính dư sau bể lắng thứ cấp về các ô chôn lấp rác sẽ giảm tối thiểu là 60% lượng nước rỉ rác và các chất ô nhiễm trong đó ra môi trường bên ngoài. Nguồn oxy liên kết trong nitrat và sunfat tạo điều kiện cho quá trình oxy hoá chất hữu cơ có trong thành phần rắn của rác thải cũng như trong nước rỉ rác. Nhờ việc tái tuần hoàn nước rỉ rác và bùn dư sau quá trình xử lý hiếu khí kéo dài, quá trình phân huỷ rác thải hữu cơ trong bãi chôn lấp sẽ tăng nhanh. Diện tích bãi chôn lấp sẽ được giảm. Tuy nhiên mức độ phân huỷ chất hữu cơ trong các bãi chôn lấp còn phụ thuộc vào một loạt yếu tố khí hậu và địa chất khu vực.

Nước tuần hoàn có thể là nước rỉ ngay sau khi tập trung từ các ô chôn lấp hoặc nước sau xử lý theo quy trình trên. Để tăng cường quá trình oxy hoá thiếu khí trong lớp rác ủ, nước tuần hoàn được bổ sung thêm sunfat.

Sự tuần hoàn rỉ rác sẽ tăng cường quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong giai đoạn đầu và giai đoạn bãi chôn lấp hoạt động ổn định. Đối với các ô chôn lấp mới được lấp đất và các ô đang tiếp nhận rác, việc tuần hoàn nước rỉ rác hàm lượng nitrat và sunfat cao sẽ thúc đẩy sự phân huỷ chất hữu cơ trong pha rắn và pha nước của rác thải sinh hoạt. Đối với các ô chôn lấp đã mùn hoá hầu hết các chất hữu cơ trong rác thải, lượng nước rỉ ở đây rất nhỏ, hiệu quả phân huỷ chất hữu cơ nhờ vi khuẩn denitrificans và Desulfomaculum không đáng kể. Các ô này đã được trồng cây phủ bề mặt nên không cần tưới lại nước rỉ rác. Sơ đồ nguyên tắc tưới nước rác cho các ô chôn lấp được nêu trên Hình 3.

Bảng 1. Ước tính sự thay đổi thành phần nước rỉ rác qua các công đoạn xử lý

Khi tiến hành tuần hoàn kết hợp xử lý nước thải, các hợp chất của lưu huỳnh và nitơ đóng vai trò như chất vận chuyển oxy, thúc đẩy quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Từ đó, sẽ rút ngắn thời gian phân huỷ rác trong bãi chôn lấp, hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng đất đai để quay vòng tái sử dụng và các quá trình chế biến phân vi sinh cũng được đẩy nhanh.

phương pháp tuần hoàn nước rỉ rác có bổ sung sunfat là phương án hợp lý đối với các bãi rác sinh hoạt nông thôn vùng đông dân ít đất.

Nguồn: Báo cáo của Viện KH&KT Môi trường tại Hội thảo “Công nghệ xử lý chất thải đô thị và khu công nghiệp”, tháng 4/2009