đồ án môn kỹ thuật môi trường, đề tài xử lý nước rỉ rác bằng PP sinh học

Bãi chôn lấp rác trở thành nơi bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi có một số thành phần rác thải có khả năng mang theo các hợp chất độc hại như: các vật liệu sơn,pin thải, dầu máy, các hóa chất,

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG



ĐỒ ÁN

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI: XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

GVHD:

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

MỞ ĐẦU

Môi trường và điều kiện sống luôn là vấn đề được quan tâm hàng đầu Khi vấn đề môitrường đã trở thành sự thách thức đối với quá trình phát triển kinh tế - xã hội nói riênghay đối với quá trình tiến hóa của nhân loại nói chung thì cũng là lúc người ta khẩntrương tìm kiếm những giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề bức bách được đặt ra Tùytheo tình hình cụ thể của từng nơi, từng lúc, màu sắc của vấn đề mà các giải pháp này rất

đa dạng Đây là một trong những vấn đề hàng đầu mà hầu hết các nước trên thế giới quantâm và tập trung giải quyết, nhằm cân bằng hệ sinh thái, bảo vệ môi trường sống tronglành cho con người trên thế giới

Theo số liệu thống kê hiện nay tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt tại Việt Nam ước tínhkhoảng 12,8 triệu tấn/1 năm, trong đó khu vực đô thị là 6,9 triệu tấn/1 năm (chiếm 54%)lượng chất thải rắn còn lại tập trung tại các huyện lỵ, thị xã, thị trấn Dự báo tổng lượngchất thải rắn sinh hoạt đô thị năm 2020 sẽ là khoảng 22 triệu tấn/1 năm Như vậy vớilượng gia tăng chất thải rắn sinh hoạt như trên thì nguy cơ ô nhiễm môi trường và tácđộng tới sức khỏe cộng đồng là rất đáng báo động Trong khi đó, công tác xử lý chất thảirắn đô thị ở Việt Nam hiện nay chủ yếu vẫn là chôn lấp, với số lượng trung bình 1 bãichôn lấp/ 1 đô thị, riêng Hà Nội và tp Hồ Chí Minh mỗi đô thị có từ 4 – 5 bãi chôn lấp vàkhu xử lý Có tới 85% đô thị từ thị xã trở lên sử dụng phương pháp chôn lấp chất thảikhông hợp vệ sinh [1]

Thử hình dung, mỗi ngày có hàng ngàn tấn rác đổ về các bãi chôn lấp, nếu không được

xử lý, tình trạng môi trường sẽ ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe người dânkhu vực xung quanh Bãi chôn lấp rác trở thành nơi bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi có một

số thành phần rác thải có khả năng mang theo các hợp chất độc hại như: các vật liệu sơn,pin thải, dầu máy, các hóa chất, rác thải độc hại trong công nghiệp, thương mại…có thểmang theo các kim loại nặng và các hợp chất chứa thành phần hữu cơ độc hại, khó phânhủy sinh học Các bãi chôn lấp rác thải hiện nay đang phát sinh nước rỉ rác lớn do độ ẩm

tự nhiên, nước mưa và các quá trình sinh hóa Nếu không xử lý tốt, nước rỉ rác sẽ ngấmvào nước mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Vì vậy, để góp phần xử lý một lượng nước rỉ rác trên thì cần phải có phương pháp xử lýmang lại hiệu quả cao và ít tốn kém Chính lý do đó đồ án sẽ đề cập và phân tích chặt chẽnhững ưu, lợi của phương pháp sinh học Hệ thống xử lý nước rỉ rác bằng phương phápsinh học vừa ít chi phí mà mang lại hiệu quả cao

1.1.2 Chất thải rắn là gì?

Chất thải rắn là chất thải ở thể rắn, được thải ra từ quá trình sản xuất, kinh doanh, dịch

vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác Chất thải rắn bao gồm chất thải rắn thông thường

và chất thải rắn nguy hại

Chất thải rắn phát thải trong sinh hoạt cá nhân, hộ gia đình, nơi công cộng được gọichung là chất thải rắn sinh hoạt Chất thải rắn phát thải từ hoạt động sản xuất côngnghiệp, làng nghề, kinh doanh, dịch vụ hoặc các hoạt động khác được gọi chung là chấtthải rắn công nghiệp [3]

1.1.3 Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn và vấn đề môi trường:

Nguồn gốc phát sinh, thành phần và tốc độ phát sinh của chất thải rắn là cơ sở quan trọngtrong thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý và đề xuất các chương trình quản lý chất thải rắnthích hợp

Có nhiều cách phân loại nguồn gốc phát sinh chất thải rắn khác nhau nhưng phân loạitheo cách thông thường nhất là:

- Khu dân cư

- Khu thương mại

- Cơ quan, công sở

- Khu xây dựng và phá hủy các công trình xây dựng

sự phát sinh các nguồn chất thải là một quá trình phát tán.

Bảng 1.1 Nguồn gốc các loại chất thải [4]

Nguồn phát sinh Nơi phát sinh Các dạng chất thải

Khu dân cư Hộ gia đình, biệt thự, chung cư

Thực phẩm dư thừa, giấy,can nhựa, thủy tinh, canthiếc, nhôm

Khu thương mại

Nhà khi, nhà hàng, chợ, khách sạn,nhà trọ, các trạm sửa chữa và dịchvụ

Giấy, nhựa, thực phẩm thừa,thủy tinh, kim loại, chất thảinguy hại

Cơ quan, công sở Trường học, bệnh viện, văn phòng,

công sở nhà nước

Giấy, nhựa, thực phẩm thừa,thủy tinh, kim loại, chất thảinguy hại

Khu công cộng Đường phố, công viên, khu vui chơi

giản trí, bãi tắm

Rác vườn, cành cây cắt tỉa,chất thải chung tại khu vuichơi, giải trí

Nhà máy xử lý chất

thải đô thị

Nhà máy xử lý nước cấp, nước thải

và các quá trình xử lý chất thải công

Bùn, tro

nghiệp khác

Công nghiệp

Công nghiệp xây dựng, chế tạo,công nghiệp nặng, nhẹ, lọc dầu, hóachất, nhiệt điện

Chất thải do quá trình chếtbiến công nghiệp, phế liệu

và các rác thải sinh hoạt

Nông nghiệp Đồng cỏ, đồng ruộng, vườn cây ăn

quả, nông trại

Thực phẩm bị thối rửa, sảnphẩm nông nghiệp thừa, rác,chất độc hại

8 Hữu cơ Xác gia súc, gia cầm

Chất thải từ quá trình làm vườn: lá cây, cỏ

và các chất thải khác từ quá trình cắt tỉa

Thực phẩmPhân gia súc, gia cầmPhế thải từ các nông sảnVải và các sản phẩm dệt maySăm, lốp và các sản phẩm cao suDa

Gỗ Bao bì gỗ, pallet, mạt cưa

9 Kim loại

đen

SắtBao bì thiếc

10 Kim loại

màu

Kim loại màu

11 Thủy tinh

Chai thủy tinh có thể tái chế Vỏ chai bia, nước giải

khátChai thủy tinh trong

Chai thủy tinh màuKính

12 Xà bần

Gạch ngói

Bê tôngNátGạch cao su và các sản phẩm dùng trongxây dựng khác

Chất thải y tếChất thải công nghiệpKhác

Hiện nay, thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải rắn đang là vấn đề nan giải đối vớinhiều địa phương trong cả nước Với khối lượng phát sinh lớn nhưng tỷ lệ thu gom cònhạn chế, chất thải rắn sinh ra chưa được thu gom và xử lý triệt để là nguồn gây ô nhiễm

cả ba môi trường: đất, nước và không khí Tại các bãi rác, nước rỉ rác và khí bãi rác làmối đe dọa đối với nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực Các vấn đề môi trường

do chất thải rắn gây ra thường là hậu quả của việc không quản lý hợp lý chất thải rắn từnguồn phát sinh đến nơi thải bỏ cuối cùng

1.1.4 Đặc điểm chung về bãi chôn lấp chất thải rắn:

Rác thải đô thị bao gồm các loại rác thải sinh hoạt, công nghiệp, bệnh viện,…là nhómchất thải rắn phổ biến nhất có xu thế tăng cùng với sự phát triển của xã hội Số lượng rácthải được thu gom chủ yếu được xử lý bằng phương pháp chôn lấp

Bãi chôn lấp là một diện tích hoặc một khu đất được quy hoạch, lựa chọn, thiết kế, xâydựng để thải bỏ chất thải rắn Bãi chôn lấp bao gồm các ô chứa chất thải, vùng đệm vàcác công trình phụ trợ khác nhau như trạm xử lý nước, khí thải, cung cấp điện, nước vàvăn phòng điều hành

Kỹ thuật chôn lấp là một kỹ thuật đơn giản nhưng khá phù hợp với điều kiện của nước tahiện nay Tuy nhiên công nghệ chôn lấp cần phải xây dựng bãi chông lấp chống thấmđúng quy cách, ngoài ra nước rỉ rác cần được thu gom để xử lý nhằm bảo vệ nguồn nướcngầm, cũng như nguồn nước mặt

Hình 1.1 Sơ đồ chung bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh

Hình 1.2 Mặt cắt của bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh1.2 Nước rỉ rác

1.2.1 Nước rỉ rác là gì?

Chôn lấp là phương pháp phổ biến để xử lý sau cùng chất thải rắn đô thị ở hầu hết cácquốc gia trên thế giới Quá trình vận hành các bãi chôn lấp thường phát sinh nhiều vấn đềmôi trường, trong đó đang quan tâm nhất là nước rỉ rác.

Nước rỉ rác là loại nước thải phát sinh trong quá trình chôn lấp chất thải rắn ở các bãichôn lấp; là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầngđất dưới bãi chôn lấp

Việc hình thành nước rỉ rác trong bãi chôn lấp chủ yếu do các quá trình:

- Đầm nén: lượng nước tự do chứa trong chất thải rắn được tách ra trong quá trìnhnày

- Phân hủy sinh học: một trong những sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học(hiếu khí và kỵ khí) thành phần hữu cơ của chất thải rắn là nước

- Nước bên ngoài: nước bên ngoài thấm vào 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 chôn lấp

 Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống ô chôn lấp

 Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp chất thải rắn trước khi được phủ đấthoặc trước khi ô chôn lấp đóng lại

 Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp chất thải rắn sau khi các ô chôn lấp

đã đầy (ô chôn lấp được đóng lại)

Hình 1.3 Các giai đoạn phân hủy rác1.2.2 Thành phần, tính chất nước rỉ rác và yếu tố ảnh hưởng:

Nước rỉ rác sinh ra do nước mưa, nước bề mặt chảy tràn, nước tưới tiêu, nước ngầmngấm vào bãi chôn lấp, hoặc là nước có sẵn trong chất thải rắn đem chôn lấp và nướcsinh ra từ các phản ứng hóa sinh phân hủy các chất hữu cơ Nước rỉ rác chứa nhiều tạpchất hóa học

Mặc dù, mỗi quốc gia có quy trình vận hành bãi chôn lấp khác nhau, nhưng nhìn chungthành phần nước rỉ rác chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chính sau:

 Thời gian chôn lấp

Tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy rằngnồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác là một hàm theo thời gian, theo thời gian nộng

độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác giảm dần Thành phần của nước rỉ rác thay đổi tùythuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra Sau giaiđoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếmkhí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan Trong giai đoạn axit, cáchợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phầnfulvic với nồng độ nhỏ Trong giai đoạn này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dàivài năm, nước rỉ rác có những đặc điểm sau:

- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao

- pH nghiêng về tính axit

- BOD cao

- Tỷ lệ BOD5/COD cao

- Nồng độ NH4 và nitơ hữu cơ cao

- Vi sinh vật có số lượng lớn

- Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao

Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra, khi đó chất thải rắn trong bãichôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian Giai đoạn tạothành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa Đặc điểm nước thải ở giaiđoạn này:

- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp

- pH trung tính hoặc kiềm

- BOD thấp

- Tỷ lệ BOD/COD thấp

- Nồng độ NH4 thấp

- Vi sinh vật có số lượng nhỏ

- Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp

Theo thời gian chôn lấp thì nước rỉ rác cũng có sự thay đổi Ban đầu, khi mới hôn lấp,nước rỉ rác chủ yếu axit béo bay hơi Các axit thường là acetic, propionic, butyric Tiếp

theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhân vòng thơm Cả axit béo bay hơi và axitfulvic làm cho pH của nước rỉ rác nghiêng về tính axit Rác chôn lấp lâu thì thành phầnchất hữu cơ trong nước rỉ rác có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béobay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic Khi bãi rác đã đóng của trong thời giandài thì hầu như nước rỉ rác chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chấthữu cơ khó phân hủy sinh học.

 Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn

Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động đến tính chất nước rỉrác Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy Do đó,chất thải rắn ó những đặc tính gì thì nước rỉ rác cũng có các đặc tính tương tự Chẳng hạnnhư: chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước rỉ rác cũng chứa nhiều thành phần độchại,…

Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động đến tính chấtnước rỉ rác Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiền nhỏ, bởi vì khi rácđược cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ Tuynhiên, sau một thời gian thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhaubất kể rác có được xử lý sơ bộ hay không

 Chiều sâu bãi chôn lấp

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độchất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa vàquá trình thấm Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiềuthời gian để phân hủy

Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn vàkhoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toànhơn nên nước rỉ rác chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm

 Các quá trình thấm, chảy trản, bay hơi

Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong ngănngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo nước rỉ rác cũng như làmtăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước Khi quá trình thấmxảy ra nhanh thì nước rỉ rác sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ Quátrình bay hơi làm cô dặc nước rỉ rác và tăng nồng độ ô nhiễm Nhienf chung các quá trìnhthấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địahình, vật liệu phủ, thực vật phủ, …

 Độ ẩm rác và nhiệt độ

Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt Khi bãi chôn lấp trong trạng thái bãohòa, đạt tới khả năng giữ nước, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều Độ ẩm là mộttrong những yếu tố quyết đinh thời gian nước rỉ rác được hình thành là nhanh hay chậmsau khi rác được chôn lấp Độ ẩm trong rác cao thì nước rỉ rác sẽ hình thành nhanh hơn.Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rỉ rác Khi nhiệt độ môi trường caothì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác Đồng thời, nhiệt độcàng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanhhơn làm cho nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cao hơn

 Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại

Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rãnh và bùn của trạm xử lý nước thảisinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rỉ rác Bùn sẽ làm tăng độ ẩm của rác và

do đó tăng khả năng tạo thành nước rỉ rác

Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp theo sẽ làm tăng khả năngphân hủy và ổn định chất thải rắn Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chấtthải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rỉ rác có pH thấp và BOD5 caohơn

Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến các quátrình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế như kim loại nặng, các

chất độc đối với vi sinh vật…Đồng thời, theo thời gian các chất độ hại sẽ bị phân hủy vàtheo nước rỉ rác thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinhhọc xử lý nước rỉ rác.

Các yếu tố trên ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vậnhành bãi chôn lấp, yếu tố này sẽ quyết định được tính chất nước rỉ rác; song nước rỉ rácgồm hai thành phần chính đó là các hợp chất hữu cơ và các hợp chất vô cơ

- Các chất hữu cơ: axit humic, axit funlvic, các hợp chất tananh, các loại hợp chấthữu cơ có nguồn gốc nhân tạo

- Các chất vô cơ: là các hợp chất của nitơ, photpho, lưu huỳnh

Thành phần và tính chất nước rỉ rác còn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa, sinh xảy ratrong bãi chôn lấp Các quá trình sinh hóa xảy ra chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật

sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống củachúng

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia thành cácnhóm chủ yếu sau:

- Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 – 200C

- Các vi sinh vật ưa ấm; phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 – 400C

- Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40 – 700C

Bảng 1.3 Thành phần nước rỉ rác của bãi chôn lấp mới và đã hoạt động một thời gian [5]

Thành phần

Giá trị, mg/LBãi chôn lấp mới (dưới 2 năm) Bãi chôn lấp lâu

năm (trên 10 năm)Khoảng Giá trị điển hình

BOD5 2.000 – 3.000 10.000 100 – 200

TOC 1.500 – 20.000 6.000 80 – 160

COD 3.000 – 60.000 18.000 100 – 500