Nước rỉ rác: Cơ chế hình thành các khí trong bãi chôn lấp

Nước rỉ rác:

Phân loại nước rác

Theo đặc điểm và tính chất, nước rác được phân ra làm 2 loại:

– Nước rác tươi (nước rỉ rác khi không có mưa).

– Nước rác khi có nước mưa: nước mưa thấm qua bãi rác và hoà lẫn nước rác. Theo đặc điểm hoạt động của BCL:

– Nước rác phát sinh từ các BCL cũ, đã đóng cửa hoặc ngừng hoạt động; thành phần và tính chất loại nước rác này phụ thuộc vào thời gian đã đóng bãi, mức độ phân huỷ các thành phần hữu cơ trong bãi rác.

– Nước rác phát sinh từ các BCL đang hoạt động và vận hành

Lưu lượng nước rác – Đặc điểm thành phần và tính chất của nước rác

Lưu lượng và nồng độ nước rác tươi

Nước rác tươi thường có lưu lượng nhỏ, nồng độ các chất ô nhiễm cao.

Nước rỉ rác có thành phần BOD, COD, N- NH3 và thành phần kim loại nặng cao. Ví dụ: thành phần nước rỉ rác đầu vào ở Trạm xử lý nước rác Nam Sơn có các thông số ô nhiễm rất cao: COD 32.000mg/l, BOD 8000mg/l, N-Nh3 8000mg/l. Kết quả nghiên cứu Trung tâm môi trường ECO (TP Hồ Chí Minh) cho thấy, trong nước rỉ rác, hàm lượng chất hữu cơ không có khả năng phân huỷ sinh học chiếm tỷ lệ cao, hàm lượng nitơ tổng rất lớn (có trường hợp lên đến 3.2000mg/l). Do đó, nước rỉ rác sau khi xử lý sinh học thường có hàm lượng COD dao động trong khoảng 400-500 mg/l (chủ yếu là lượng COD trơ).

Lưu lượng và nồng độ nước rác khi có mưa

Lưu lượng nước mưa thường rất lớn so với nước rác, có thể gấp hàng trăm thậm chí tới hàng ngàn lần, phụ thuộc vào thời gian và cường độ mưa. Lưu lượng nước rác khi có mưa phụ thuộc vào nhiều yếu tố: (1) Thời gian và cường độ mưa; (2) diện tích lưu vực,

(3) hệ số thấm của bãi rác đối với nước rác: độ rỗng xốp của bãi rác, kích thước và thành phần vật liệu trong bãi rác, (4) các khoáng chất, hàm lượng muối và các chất dễ hoà tan có trong bãi rác; (5) cấu tạo và thông số kỹ thuật của bãi rác: chiều dày chôn lấp, cấu tạo và chiều dày các lớp phủ trung gian, lớp phủ bề mặt; cấu tạo các lớp chống thấm thành và đáy BCL.

Nước rác khi có mưa ban đầu nồng độ các chất ô nhiễm cao. Ngoài ra các chất ô nhiễm của rác tươi, nước mưa do lưu lượng và tốc độ thấm lớn dễ cuốn trôi các thành phần khoáng chất, các muối dễ hòa tan và các chất ô nhiễm khác có trong bãi rác. Sau đó, nồng độ các chất ô nhiễm có xu hướng giảm dần nếu trận mưa vẫn tiếp tục.

Thực tế cho thấy, đối với các trạm xử lý nước rác hiện nay, các nhà thiết kế mới chỉ tính đến lưu lượng nước rỉ rác, còn nước mưa đặc biệt là những khi có trận mưa lớn, lưu lượng này chưa được xem xét và tính toán một cách thấu đáo. Đối với các BCL đang hoạt động, vấn đề tách riêng lượng nước mưa ra khỏi nước rác là không thể; vì hầu hết các BCL đều không có mái che. Hơn nữa do tính chất hoạt động thường xuyên cũng như tính đặc thù của BCL, cần tính toán cả lưu lượng nước mưa và lưu lượng nước rác; cũng như nghiên cứu sự thay đổi về lưu lượng, nồng độ của nước rác khi có mưa. Vấn đề này cần được tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu quả xử lý nước rác.

Ô nhiễm không khí:

Thành phần khí thải:

Thành phần các khí chủ yếu sinh ra từ BCL bao gồm: NH3, CO2, CO, H2, H2S, CH4, N2 và O2. Khí CH4 và CO2 lá các khí chính sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong rác. Nếu khí CH4 tồn tại trong không khí ở nồng độ từ 5 – 15% sẽ phát nổ. Do hàm lượng O2 tồn tại trong BCL ít nên khi nồng độ khí CH4 đạt ngưỡng tới hạn vẫn ít có khả năng gây nổ BCL. Tuy nhiên, nếu các khí BCL thoát ra bên ngoài và tiếp xúc với không khí, có khả năng hình thành hỗn hợp khí metan ở giới hạn gây nổ. các khí này cùng tồn tại trong nước rỉ rác với nồng độ tùy thuộc vào nồng độ của chúng trong pha khí khi tiếp xúc với nước rỉ rác.

Thành phần khí hình thành từ BCL được trình bày trong bảng sau:

Cơ chế hình thành các khí trong BCL:

Quá trình sinh hóa khí diễn ra tại bãi chôn lấp rác

Quá trình hình thành các khí chủ yếu bãi chôn lấp xảy ra qua 5 giai đoạn :

Giai đoạn I : phân huỷ hiếu khí

Giai đoạn này có thể kéo dài từ một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân huỷ. Trong giai đoạn này các thành phần hữu cơ phân huỷ dưới điều kiện hiếu khí bởi vì một lượng không khí bị giữ lại trong bãi rác trong quá trình chôn lấp. Nguồn vi sinh vật chủ yếu thực hiện quá trình phân huỷ chất thải có trong đất làm vật liệu bao phủ mỗi ngày, có trong thành phần hữu cơ của rác ngay từ khi rác được thu gom.

Giai đoạn II : Giai đoạn phân huỷ kỵ khí

Khi ôxy trong rác bị cạn kiệt thì sự phân huỷ chuyển sang dạng phân huỷ kỵ khí. Khi bãi rác bắt đầu chuyển sang phân huỷ kỵ khí thì nitrate và sulfate (những chất nhận điện tử trong các phản ứng chuyển hoá sinh học) thường bị khử thành khí nitrogen N2 và H2S. Khi thế oxi hoá khử giảm, cộng đồng vi khuẩn thực hiện quá trình thuỷ phân và chuyển hoá các hợp chất cao phân tử (lipid, polysacchrides, proteins, nucleic acids) do các enzyme trung gian thành các hợp chất đơn giản hơn thích hợp cho các vi sinh vật. Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất đơn giản này như nguồn năng lượng và carbon cho tế bào của chúng. Trong giai đoạn II pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành các acid hữu cơ và ảnh hưởng của sự tăng nồng độ CO2 trong bãi rác.

Giai đoạn III : Lên men acid

Trong bước này xảy ra sự biến đổi các hợp chất hình thành ở bước trên thành các chất trung gian phân tử thấp như là acid axêtic. CO2 là khí chủ yếu hình thành trong giai đoạn III này, một lượng nhỏ H2, H2S cũng được hình thành. Vi sinh vật hoạt động trong giai đoạn này chủ yếu là tuỳ tiện và hiếu khí. pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống đến giá trị < 5 do sự có mặt của các acid hữu cơ và CO2 trong bãi rác. BOD5, COD và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạn III do sự hoà tan các acid hữu cơ vào trong nước rò rỉ. Do pH của nước rò rỉ thấp nên một số thành phần vô cơ, chủ yếu là kim loại nặng sẽ được hoà tan trong giai đoạn III này.

Giai đoạn IV : Lên men Methanen (CH4)

Trong giai đoạn này các vi sinh vật hoạt động mạnh trong giai đoạn này là vi sinh vật kỵ khí được gọi là vi khuẩn methane. Trong giai đoạn này, sự hình thành methane và acid diễn ra đồng thời mặc dù sự hình thành acid giảm đáng kể. Do các acid và hydrogen bị chuyển hoá thành CH4 và CO2 nên pH nước rò rỉ trong bãi rác sẽ tăng lên để đạt giá trị trung bình hoá từ 6,8 đến 8. Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ giảm xuống.

Giai đoạn V : Giai đoạn ổn định

Giai đoạn ổn định xảy ra sau khi các vật liệu hữu cơ dễ phân huỷ sinh học được chuyển hoá thành CH4 và CO2 trong giai đoạn IV. Một nhóm vi khuẩn hiếu khí sẽ bắt đầu có mặt và oxy hoá mêtan thành CO2. Trong suốt giai đoạn ổn định, nước rò rỉ thường chứa acid humic và acid fulvic rất khó cho quá trình sinh học diễn ra tiếp nữa.

Các giai đoạn này xảy ra theo những khoảng thời gian khác nhau tuỳ thuộc vào sự phân bố thành phần chất hữu cơ trong bãi chôn lấp, vào lượng chất dinh dưỡng, đổ ẩm của rác thải, độ ẩm của khu vực chôn lấp và mức độ ép rác. Nếu không đủ ẩm, tốc độ sinh khí bãi chôn lấp sẽ giảm. Sự gia tăng mật độ chôn lấp rác sẽ làm giảm khả năng thấm ướt chất thải trong bãi chôn lấp và dẫn đến giảm tốc độ chuyển hoá sinh hoá sinh học và sinh khí.

Để giảm thiểu ô nhiễm do khí sinh ra từ quá trình phân huỷ phân chất hữu cơ cần có biện pháp thu gom và xử lý một cách hiệu quả.

Sự tạo thành khí

Bãi chôn lấp chất thải rắn là nguồn tạo khí sinh học bao gồm NH3, CO2, N2, CO, H2S, CH4…, mà trong đó khí metan chiếm một tỷ lệ cao. Khí sinh học được tạo ra do quá trình phân hủy các chất hữu cơ qua 5 giai đoạn được trình bày ở trên. Trong giai đoạn đầu, khí sinh ra chủ yếu là khí cacbon dioxit (CO2) và một số loại khí khác như N2 và O2. Sự có mặt khí CO2 trong hố chôn rác tạo điều kiện cho vi sinh vật kỵ khí phát triển và từ đó bắt đầu giai đoạn hình thành khí metan (CH4). Vậy khí gas có hai thành phần chủ yếu là khí CH4 và CO2, trong đó khí CH4 chiếm khoảng 50 – 60%, CO2 chiếm 40 – 50%. Ngoài ra, trong thành phần khí của bãi chôn lấp chất thải rắn còn chứa một số loại khí khác như hydrocacbon (CH2), bezen (C6H6)…trong điều kiện bãi chôn lấp hoạt động ổn định từ 1 – 2 năm.