ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC

nước rỉ rác

VIỆN KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HUTECH



ĐỒ ÁN NƯỚC THẢI

Đề tài :

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI RỈ RÁC

CỦA BÃI RÁC CÔNG SUẤT 1250 m 3 /NGÀY

GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO

SVTH:

1 Nguyễn Thị Thảo Linh: 1411090371

2 Nguyễn Phan Uyên Vy: 141190473

3 Phan Văn Trường: 1411090461

4 Nguyễn Ngọc Thanh Trúc:1411090456

5 Lê Đình Duy:141090339

TP.HCM,30/12/2017

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt môn học này, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Th.S Lâm Vĩnh Sơn và cô Nguyễn Ngọc Phương Thảo đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình học tập vừa qua.

Chúng em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Môi Trường, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 3 năm học tập Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học đã tạo nền tảng để chúng em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin.

Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện: nhóm 4 đồ án môn học xử lý nước thải lớp 14DMT03

Mục lục

GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.Đăt vấn đề 2

Chương I TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ 3

1.1 Tổng quan về nước thải 3

1.1.1 Ô nhiễm nước 3

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước 4

1.2 Tổng quan về nước rỉ rác 5

1.2.1 Sự hình thành nước rò rỉ 5

1.2.2 Thành phần và tính chất của nước rò rỉ 6

Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ 12

Chương II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC RÒ RỈ 19

2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ 19

2.2 Lựa chọn công nghệ 41

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ 50

Danh mục bảng

Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước rác của bãi chôn lấp mới và lâu năm 11 Bảng 1.2 Phương trình tốc độ phân hủy và hệ số 15 Bảng 2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ 20 Bảng2.2 Kết quả nghiên cứu cử Chian và DeWalle sử dụng RO xử lý nước rỉ rác 32 Bảng 2.3 So sánh hiệu quả xử lý nước rác bằng hồ làm thoáng của nhiều nhà nghiên cứu 40 Bảng 2.4: Thành phần, tính chất nước rỉ rác đầu vào 46

GIỚI THIỆU CHUNG

1 Đăt vấn đề

Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp (hay còn gọi là nước rác) đang là vấn đề nhứcnhối trong xã hội về mặt môi trường và mỹ quan Nước rò rỉ có nồng độ chất ônhiễm cao, có mùi chua nồng, có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nướcngầm ô nhiễm đất Khi không được tích trữ và xử lý tốt, một lượng lớn tràn rangoài vào mùa mưa sẽ gây ô nhiễm cho các khu vực xung quang, ảnh hưởngđến cộng đồng dân cư gần bãi chôn lấp Đây là vấn đề nan giải của các bãi ráckhông có trạm xử lý nước rò rỉ hiện nay

Do thành phần phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi rácđòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu xử lýnhư xử lý sơ bộ, xử lý bậc 2, xử lý bậc 3 để đạt tiêu chuẩn thải Thành phần vàlưu lượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dâychuyền công nghệ xử lý nước rò rỉ cũng sẽ thay đổi đối với các loại nước thải

có thời gian chôn lấp khác nhau

Chương I :TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ 1.1 Tổng quan về nước thải

1.1.1 Ô nhiễm nước

Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tựnhiên và cuộc sống của con người Trong công nghiệp, người ta sử dụng nướclàm nguyên liệu, năng lượng, dung môi, chất tải nhiệt và vận chuyển nguyênvật liệu…

Do tác động của các hoạt động sống, nước bị nhiễm bẩn bởi các chất khácnhau và bị giảm chất lượng Chất lượng nước thay đổi theo các khuynh hướngsau:

 Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi các acid sunfuric và acidnitrit từ khí quyển, tăng hàm lượng sunfat (SO42-) và nitrit (NO3-) trong nước.

 Tăng nồng độ các ion Ca2+, Mg2+, Si4+ trong nước ngầm và nướcsông do quá trình rửa trôi, hòa tan các cặn cacbonat và các quặng khác dưới tácđộng của mưa acid

 Tăng hàm lượng các kim loại nặng như Pb2+… và các ion nhưphosphate, nitrate, nitrit trong nước tự nhiên

 Tăng hàm lượng muối trong nước trên bề mặt và nước ngầm do sựxâm nhập của nước thải, từ khí quyển và rửa trôi một phần chất thải rắn (ví dụ,hàm lượng muối trong nước của nhiều sông hàng năm tăng 30 – 50 mg/L, từ

1000 tân chất thải thành phố có đến 8 tấn muối xâm nhập vào nước ngầm)

 Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là các chấtbền sinh học (chất hoạt động bề mặt, chất sát trùng, sản phẩm phân dã củachúng với các chất độc hại, gây ung thu, đột biến gen khác)

 Giảm hàm lượng oxy trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa vàchất kỵ nước

 Giảm độ trong suốt của nước (trong nước bẩn, các virut và vi khuẩnphát triển nhanh và trở thành nhân tố kích thích mầm bệnh)

 Nước tự nhiên bị nhiễm các đồng vị phóng xạ của nguyên tố hóa học

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước

Nước thải là nước sinh ra từ quá trình sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy quavùng đất ô nhiễm Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chiathành nước thải sinh hoạt, nước chảy tràn và nước thải công nghiệp

Nước thải sinh hoạt: là lượng nước thải ra do quá trình sinh hoạt thườngnhật Thông thường, thành phần của nước thải sinh hoạt gồm khoảng 58% chấthữu cơ và 42% chất khoáng Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là có

hàm lượng các chất hữu cơ không bền sinh học (như carbonhydrat, protein,mỡ) cao; chất dinh dưỡng (photphat, nitơ); vi trùng, chất rắn và mùi

Nước chảy tràn: được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng.Chúng bị ô nhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau Nước mưa chảy quakhu vực dân cư, khu sản suất công nghiệp, cuốn theo chất răn, dầu mỡ, hóachất và vi trùng… Còn nước chảy tràn từ đồng ruộng mang theo chất răn, thuốcsát trùng và phân bón…

Nước thải công nghiệp: xuất hiện khi khai thác và chế biễn các nguyênliệu hữu cơ và vô cơ Trong các quá trình công nghệ các nguồn thải là:

 Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi tất

cả các chất và sản phẩm phản ứng)

 Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất banđầu, được tách ra trong quá trình chế biến

 Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị

 Dung dịch nước cái

 Nước chiết, nước hấp thụ

Quá trình tạo thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng giữnước hay khi nó bị bão hòa nước Khả năng giữ nước (FC – Field Capacity)của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác dưới tác dụngcủa trọng lực FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng trong việc xác định

sự hình thành nước rò rỉ FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác vàviệc phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp Cả rác và lớp phủ đều có khả nănggiữ nước trước sức hút của trọng lực FC có thể tính theo công thức sau:

FC Trong đó:

 FC: Khả năng giữ ước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng khô của chất thải rắn)

 W: Khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính tại chính giữa chiều cao

ô chôn lấp, pound

Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chônlấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn đượccho phép Việc mất đo của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêuthụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theokhí và nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ)

Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khíhậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra Tốc độ phátsinh của nước rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãirác Trong suốt những năm đầu tiền, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vàođược hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp.Lưu lượng nước rò rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảmdần khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật được trônglên trên mặt… giữ nước làm giảm lượng nước thấm vào

1.2.2 Thành phần và tính chất của nước rò rỉ

Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc bào tuổi của bãi chônlấp loại rác, khí hậu Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trêncùng cũng tác động lên thành phần nước rác

Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc bào các phản ứng lý, hóa,sinh ra trong bãi chôn lấp Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủyếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắnlàm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp đượcchia thành các nhóm chủ yếu sau:

 Các vi sinh vật ưu ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 – 20oC

 Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 – 40oC

 Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạng ở nhiệt độ 40 – 70oC

 Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn I – giai đoạn thích nghi ban đầu: Chỉ sau một thời gian ngắn

từ khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn

ra, bởi vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữlại Giai đoạn này có thể kéo dài một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vàotốc độ phân hủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh hiếu khí và kị khí

Giai đoạn II – giai đoạn chuyển tiếp: Oxy bị cạn kiệt dần và sự phân hủy

chuyển sang giai đoạn kỵ khí Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện tử chocác phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro sulfit.Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu

cơ trong rác thải thành CH4, CO2 sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy phân, lênmen axir và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và cácsản phẩm trung gian khác (giai đoạn III) Trong giai đoạn II, pH của nước rò rỉ

sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ và ảnh hưởng củanồng độ CO2 tăng lên trong bãi rác

Giai đoạn III – giai đoạn lên men axit: Các vi sinh vật trong giai đoạn II

được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và lượng H2 ít hơn Bướcđầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến sự chuyển hóa các enzym trunggian (sự thủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein)thành các chất đơn gian thích hợp cho vi sinh vật sử dụng Tiếp theo là quátrình lên men axit Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hìnhthành ở bước trên thành các chất trung gian phan tử lượng thấp hơn như là axitacetic và nồng độ nhỏ axit fulvic và các axit hữu cơ khác Khí cacbonic đượctạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng nhỏ H2S cũng được hìnhthành

Giá tri pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 so với sự có mặt của cácaxit hữu cơ và khí CO2 có trong bãi rác Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhucầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạnIII do sự hòa tan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ Do pH thấp, nên một số chất

vô cơ chủ yếu là các kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này Nếunước rò rỉ không được tuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng

bị loại bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp

Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan: Trong giai đoạn này nhóm vi

sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hìnhthành từ giai đoạn trước hình thành CH4, CO2 sẽ chiễm ưu thế Đây là nhóm

vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan Trong giai đoạnnày, sự hình thành metan và các axit hữu cơ và H2 bị chuyển hóa thành metan

và cacbonic nên pH của nước rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6.8 – 8.0.Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ giảmxuống trong giai đoạn này

Giai đoạn V – giai đoạn ổn định: giai đoạn ổn định xảy ra khi các vật

liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành CH4, CO2 tronggiai đoạn IV Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các chất có khảngăng phân hủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp tục được chuyểnhóa Tốc độ phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu

là CH4 và CO2 Trong giai đoạn ổn định nước rò rỉ chủ yếu axit humic và axitfulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa Tuy nhiễn, khibãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và fulvic cũng giảmxuống

Từ hình 1.1 có thể thấy rằng nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn lấp chấtthải rắn có pH thấp, BOD5 và VFA cao, hàm lượng kim loại nặng cao, tươngứng với gian đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV của bãi chôn lấp

Hình 1.1 Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp

Khi đã chôn lấp trong một thời gian dài thì các chất hữu cơ trong bãichôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan, khi đó thành phần ô nhiễm trongnước rò rỉ cũng giảm xuống đáng kể Khi pH tăng lên sẽ làm giảm nồng độ cácchất vô cơ, đặc biệt kim loại nặng có trong nước rò rỉ

Khi nước thấm qua chất thải rắn đang phân hủy được chôn trong bái rác,thì các thành phần hóa học và sinh học đã được phân hủy sẽ hòa vào nước làmtăng nồng độ ô nhiễm của nước và tạo thành nước rò rỉ

Việc tổng hợp và đặc trung thành phần nước rác là rất khí vì nhiều yếu tốkhác nhau tác động lên sự hình thành nước rò rỉ Nên tính chất của nó chỉ cóthể xác định trong một khoảng giá trị nhất định và được cho trong bảng 1.1

Bảng 1.1 thống kê các chỉ tiêu của nước rò rỉ trong nhiều năm Một điều

có thể thấy rõ là các thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ bãi rác mới chôn lấpđều cao, đặc biệt ô nhiễm hữu cơ rất cao (COD, BOD5 cao)

Nồng độ chất ô nhiễm trong nước rò rỉ của bãi rác mới chôn lấp cao hơnrất nhiều so với bãi rác chôn lấp lâu năm Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu năm,chấy thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thời giandài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bịcuỗn trôi đi Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phầnkhác như BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng rấtcao Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạnmetan hóa thì pH sẽ cao hơn (6.8 – 8.0), đồng thời BOD5, COD, TDS và nồng

độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấp đi Hàm lượng kim loại nặng giảmxuống bởi vì khi pH tăng thì hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan

Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước rác của bãi chôn lấp mới và lâu năm

Thành phần

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

(Trên 10năm)

Khả năng phân hủy của nước rác thay đổi theo thời gian Khả năng phânhủy sinh học có thể xét thông qua tỷ lệ BOD5/COD Khi mới chôn lấp tỷ lệnày thường khoảng 0.5 hoặc lớn hơn Khi tỷ lệ BOD5/COD trong khoảng 0.4 -0.6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ trong nước rò rỉ dễ phân hủy sinh học Trongcác bãi rác lâu năm, tỷ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0.005 - 0.2 KHi đónước rò rỉ chứa nhiều axit humic và fulvic có khả năng phân hủy sinh học thấp.

Khi thành phần và tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian thì việcthiết kế hệ thống xử lỹ cũng rất phức tạp Chẳng hạn như, hệ thống xử lý nướcrác cho bãi chôn lấp mới sẽ khác so với hệ thống xử lý các bãi rác lâu năm.Đồng thời, viêc phân tích tính chất nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi nước rò rỉ

có thể là hỗn hợp của của nước ở các thời điểm khác nhau Từ đó, việc tìm racông nghệ xử lý thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải nghiên cứuthực tế mới có thể tìm ra công nghệ xử lý hiệu quả

 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ

Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa,sinh học cùng xảy ra một lúc Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóahọc đã được phân hủy từ rác Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụthuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chônlấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dàycủa nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bái rác, độ phaloãng vói nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất ức chế, chất dinhdưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi rác, việc chônlấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý nước thải Ta sẽ lần lượtxét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rò rỉ:

a Thời gian chôn lấp

Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp Nhiều nghiên cứucho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thờigian Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần.Thànhphần củanước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào cấc giai đoạn khác nhau của quátrình phần hủy sinh học đang diễn ra Sau giai đoạn hiều khí ngắn (một vài tuầnhoặc kéo dài một vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra

và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan Trong giai đoạn axit, các hợp chấyđơn gian được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần

fulvic với nồng độ nhỏ Trong giai đoạn này, khi rác mới được chôn hoặc cóthể kéo dài vài năm, nước rò rỉ cũng có những đặc điểm sau:

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

 pH nghiêng về tính axit

 BOD cao

 Tỷ lên BOD/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, chấtthải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dầntheo thời gian Giai đoạn tạo khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâuhơn nữa Đặc điểm nước thải ở giai đoạn này:

 Nồng độ các axit béo dễ bay ơi thấp

 pH trung tính hoặc kiềm

 BOD thấp

 Tỷ lên 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 đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có

sự thay đổi Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay hơi.Các axit thường là acetic, propionic, butyric Tiếp theo đó là axit fulvic làm cho

pH của nước rác nghiêng về tính axit Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu

cơ trong nước rò rỉ có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo

bay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic Khi bãi rác đã đóng của trongthời gian dài thì hầu như nước rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ,

mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

Nghiên cứu của Lu (1984) về mối quan hệ thời gian chôn lấp và cácthành phần của nước rò rỉ đã đưa ra các phương trình tương quan giữa thời gian

và sự sụt giảm của COD, BOD5, TOC, độ kiềm, canxi, kali, natri, sulphat vàclorua…trong nước tác tại nhiều bãi chôn lấp Trong các nghiên cứu này, hầuhết các trường hợp cho bãi chôn lấp hoạt động trên 3 năm và thấp hơn 30 năm(xem bảng sau)

Bảng 1.2 Phương trình tốc độ phân hủy và hệ số

Như vậy, các quá trình phân hủy sinh hóa trong bãi chôn lấp có ảnhhưởng rất lớn đến thành phần và tính chất nước rò rỉ Theo thời gian, các quátrình phân hủy trong bãi chôn lấp sẽ có những biến đổi giai đoạn này sang giaiđoạn khác làm thay đổi tính chất nước rò rỉ

b 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 đếntính chất nước rò rỉ Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thảirắn sẽ bị phân hủy Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rò riricũng có các đặc tính tương tự Chẳng hạn nhưm chất thải có chứa nhiều chấtđộc hại thì nước rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại…

Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác độngđến tính chất nước rác Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiềnnhỏ Bởi vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so vớikhi không nghiền nhỏ rác Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất

ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộhay không

c Chiều sâu bãi chôn lấp

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớnthì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với bãi tác chôn lấp khác trong cùng điềukiện về lượng mưa và quá trình thấm Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước đểđạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy Do vậy, bãi chôn lấpcàng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách dichuyển của nước sẽ tăng Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơnnên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn chất ô nhiễm

d Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi

Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọngtrong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng thời gian tạo nước rò rỉ

cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước.Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độcác chất ô nhiễm nhỏ Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ônhiễm Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp

và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ…

e Độ ẩm rác và nhiệt độ

Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt Khi bãi chôn lấp đạt trạngthái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thayđổi nhiều Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉđược hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp Độ ẩm trong ráccao thì nước rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ Khi nhiệt độ môitrường cao thfi quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác.Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãichôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm caohơn

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

Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống ránh và bùn của trạm xử

lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ Bùn sẽ làmtăng độ ẩm của rác và do đó khả năng tại thành nước rò rỉ Đồng thời chất dinhdưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và

ổn định chất thải rắn Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thảirắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ có pH thấp và BOD5cao hơn

Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởngđến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chếnhư kim loại nặng, các chất độc với vi sinh vật… Đồng thời, theo thời gian các

chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ thoát ra ngoài ảnh hưởng đếnmôi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rác.

Chương II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC RÒ RỈ 2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ

Phương pháp xử lý nước rò rỉ gồm có xử lý sinh học, cơ học, hóa học hoặcliên kết các phương pháp này, xử lý cùng với nước thải sinh hoạt Để xử lýnước rò rỉ thì nên sử dụng phương pháp cơ học kết hợp xử lý sinh học và hóahọc bởi vì quá trình cơ học có chi phí thấp và thích hợp với sự thay dổi thànhphần tính chất của nước rò rỉ Tuy nhiên, nước rò rỉ từ bãi chôn lấp thường cóthành phần chât hữu cơ cao, do đó việc sử dụng các quá trình xử lý sinh học sẽmang lại hiệu quả cao hơn Quá trình xử lý hóa lý thích hợp đối với xử lý nước

rò rỉ của bãi chôn lấp lâu năm

 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ được cho trong bảng sau

chắn, lưới chắn rácLắng Chất lơ lửng và bông cặn được loại bỏ do trọng

lựcTuyển nổi Các hạt nhỏ được tụ lại và đưa lên khỏi mặt nước

nhờ các bọt khí và loại khỏi mặt nước nhờ cánh gạt.Khuấy trộn, sục các bọt khí nhỏ được sử dụng

Khử khí Nước và không khí tiếp xúc với nhau trong các

dòng xoáy trộn trong tháp khử khí Amoniac, VOC làmột số khí khác được loại bỏ khỏi nước rỉ

Quá trình màng Đây là quá trình khử khoáng các chất rắn hòa

tan được loại bỏ bằng phân tách màng Quá trìnhsiêu lọc (Ultrafihtion), thẩm thấu ngược (RO) và điệnthẩm thấu tách (Electrodialysis) hay được sử dụng.Bay hơi Bay hơi nước rò rỉ Phụ thuộc vào nhiệt độ, gió

độ ẩm và mưa

PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ

Keo tụ, tạo bông Hệ keo tụ bị mất ổn định do sự phân tán nhanh

của hóa chất keo tụ Chất hữu cơ, SS, photphate, một

số kim loại và độ đục bị loại bỏ khỏi nước Các loạimuối nhôm, sắt và polymer hay được sử dụng làmhóa chất keo tụ

Kết tủa Giảm độ hòa tan bằng các phản ứng hóa học Độ

cứng, photphat và nhiều kim loại nặng được loại rakhỏi nước rò rỉ

Oxy hóa Các chấy oxy hóa như ozone, H2O2, Clo, Kali

permanganate được sử dụng để oxy hóa các chấthữu cơ, H2S, sắt và một số kim loại khác Amonia vàcianua chỉ bị oxy hóa bởi các hợp chất oxy hóamạnh

Phản ứng khử Kim loại được khử thành các dạng kết tủa và

chuyển thành dạng ít độc hơn (ví dụ: Crom) Cácchất oxy hóa cũng bị khử (quá trình loại do clo dưtrong nước) Các hóa chất khử hay sử dụng: SO2,NaHSO3, FeSO4

Trao đổi ion Dùng để khử các ion vô cơ có trong nước rò rỉHấp thụ bằng

cacbon hoạt tính

Dùng để khử COD, BOD còn lại, các chất độc vàcác chất hữu cơ khó phân hủy Một số kim loại cũngđược hấp thụ Cacbon thường được sử dụng dướidạng bột và dạng hạt

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Hiếu khí Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn khi

có O2 Bùn được tuần hoàn Sản phẩm cuối là CO2

a Sinh trưởng lơ lửng

Bùn hoạt tính Trong quá trình bùn hoạt tính chất hữu cơ và vi

sinh được sục khí Bùn hoạt tính lắng xuống và đượctuần hoàn về bể phản ứng Các quá trình bùn hoạttính bao gồm: dòng chảy đều, khuấy trộn hoàn chỉnh,nạp nước vào bể theo cấp, làm thoáng kéo dài, quátrình ổn định tiếp xúc

Nitrat hóa Amoniac được oxy hóa thành nitrat Quá trình

khử BOD có thể thực hiện trong cùng một bể haytrong bể riêng biệt

Hồ sục khí Thời gian lưu nước trong hồ có thể vài ngày Khí

được sục để tăng cường quá trình oxy hóa chất hữucơ.

SBR Các quá trình tương tự bùn hoạt tính, Tuy nhiên,

việc ổn địn chất hữu cơ lắng và tách nước sạch sau

xử lý chỉ xảy ra trong một bể

b Sinh trưởng dính

bám

Bể lọc sinh học Nước được đưa vào bể có các vật liệu tiếp xúc

Bể lọc sinh học gồm có các loại: tải trọng thấp, tảitrọng cao, lọc hai bậc Các vi sinh vật sống và pháttriển trên bề mặt vật liệu tiếp xúc, hấp thụ và oxy hóacác chất hữu cơ Cung cấp không khí và tuần hoànnước là rất cần theiest trong quá trình hoạt động

Bể tiếp xúc sinh học

quay (RBC)

Gồm các đĩa tròn bằng vật liệu tổng hợp đặt sátgần nhau Các đía quay này một phần ngập trongnước

Kị khí

a Sinh trưởng bám dính

Sinh trưởng lơ lửng Nước thải được trộn với sinh khối vi sinh vật

Nước thải trong bể phản ứng thường được khuấytrộn và đưa đến nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinhhọc kị khí xảy ra

Quá trình kị khí cổ

điển

Chất thải nồng độ cao hoặc bùn được ổn địnhtrong bể phản ứng

Quá trình tiếp xúc Chất thải được phân hủy trong bể kỵ khí khuấy

trộn hoàn chỉnh Bùn được lắng tại bể lắng và tuầnhoàn trở lại bể phản ứng

UASB Nước thải được đưa vào bể từ đáy bể Bùn trong

bể dưới sức nặng của nước và khí biogas từ quá trình

phân hủy sinh học tạo thành lớp bùn lơ lửng, xáotrộn liên tục Vi sinh vật kỵ khí có điều kiện rất tốt đểhấp thụ và chuyển đổi chất hữu cơ thành khí metan

và cacbonic Bùn được tác và tự tuần hoàn lại bểUASB bằng cách sử dụng thiết bị tách rắn - lỏng -khí

Khử nitrat Nitrit và nitrat bị khử thành khí nitơ trong môi

trường thiếu khí Cần phải có một số chất hữu cơ làmnguồn cung cấp cacbon như methanol, acid acetic,đường

b Sinh trưởng dính bám

Bể lọc khí Nước thải được đưa từ phía trên xuống qua các

vật liệu tiếp xúc trong môi trường kị khí Có thể xử

lý nước thải có nồng độ trung bình với thời gian lưu nước ngắn

EBR và FBR Bể gồm các vật liệu tiếp xúc như cát, than, sỏi

Nước và dòng tuần hoàn được bơm từ đáy bể đi lênsao cho duy trì vật liệu tiếp xúc ở trạng thái trưởng

nở hoặc giả lỏng Thích hợp với khi xử lý nước thải

có nồng độ cao vì nồng độ sinh khối được duy trìtrong bể khá lớn Tuy nhiên, thời gian satart - uptương đối lâu

Đĩa sinh học quay Các đĩa tròn được gắn vào trục trung tâm và

quay trong khi chìm hoàn toàn trong nước Màng visinh vật phát triển trong điều kiện kị khí và ổn địnhchất hữu cơ

Khử nitrat Quá trình sinh trưởng dính bám trong môi trường

kị khí và có mặt của nguồn cung cấp cacbon, khửnitrit và nitrat thành khí nitơ

Sinh trưởng lơ lửng

Xử lý đất (Land

treatment)

Tận dụng thực vật, đặc tính của đất và các hiệntượng tự nhiên khác để xử lý nước rò rỉ bằng việc kếthợp các quá trình hóa lý - hóa 0 sinh cùng xảy ra.Tuần hoàn nước Nước rò rỉ có nồng độ cao được tuần hoàn về bãi

rác

Việc lựa chọn công nghệ xử lý căn cứ rất nhiều vào lượng ô nhiễm cầnloại bỏ để đạt được tiêu chuẩn thải Thông thường, công nghệ xử lý tùy thuộcchủ yếu vào đặc tính của nước rò rỉ Đồng thời, các điều kiện vị trí địa lý và tựnhiên của bãi chôn lấp cũng có vai trò nhất định trong việc đưa ra quyết địnhlựa chọn công nghệ xử lý Đặc tính của nước rác thường có đặc trưng bởi cácchỉ tiêu như COD, BOD5, TDS SO42-, kim loại nặng, Ca2+ và một số chỉ tiêukhác Chú ý rắng nước rò rỉ có hàm lượng chất rắn hòa tan lớn và kim loạinặng nên có thể ức chế quá trình xử lý sinh học Đồng thời, xử lý sinh học chỉloại được một phần nhỏ các chất rắn hòa tan Khi nước rác có COD cao thì cóthể dùng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí bởi vì xử lý hiếu khí rất tốn kém.Sunphat với nồng độ cao có thể làm ảnh hưởng đến quá trình xử lý kỵ khí, mùi

hình thành do sunphat do bị khử thành sunfit cũng có thể hạn chế việc sử dụngcông trình kỵ khí khi xử lý nước rác Độc tính của kim loại nặng cũng là mộtvấn đề cần quan tâm trong việc ứng dụng các quá trình sinh học Canxi gây racác hiện tượng kết tủa, đóng cáu cặn làm giảm hoạt tính của bùn hoạt tínhtrong các công trình xử lý sinh học loàm tắc nghẽn đường đống dẫn nước, từ

đó làm giảm đáng kể đến hiệu quả xử lý

Lựa chon kích thước thiết bị hay lưu lượng cần xử lý tùy thuộc vào vị trí,kích cỡ của từng bãi chôn lấp và thời gian hữu ích của công trình

Sau đây ta sẽ tìm hiểu chi tiết về từng quá trình xử lý sinh học đã và đangđược áp dụng để xử lý nước rò rỉ từ bãi chôn lấp

2.1.1 Xử lý cơ học, hóa lý và hóa học

a Khử khí

Phương pháp khử khí (air tripping) được sử dụng để loại bỏ các loạichất bay hơi khi VOC và amonia Quá trình khử khí là cần thiết trong xử lýnước rác vì nó làm tăng oxy hòa tan trong nước rác, loiaj bỏ VOC, giảm hàmlượng amoniac trong nước rác QUá trình này yêu cầu cần có sự hiệu chỉnh pH

để các loại chất dễ bay hơi dễ dàng thoát ra khỏi nước trong các thiết bị làmthoáng Đồng thời nhiệt độ cũng có ảnh hướng đến hiệu suất của quá trình

Hiệu quả khử VOC đạt đến hơn 90% Trở ngại chĩnh của quá trình trao

đôi và khử khí là sự đóng cáu cặn canxi cacbonat trong tháp tiếp xúc khủ khí

b Bay hơi

Bay hơi là biện pháp đơn gian nhất để giảm lưu lượng và cô dặc nướcrác ở các nước có khí hậu nóng khô Nước rác được chứa trong các hồ được lắpđặt lớp lót Quá trình bay hơi diễn ra trên bề mặt nước phụ thuộc vào nhiệt độ,vận tốc gió và độ ẩm không khí Bay hơi nước rò rỉ được tiến hành trong cáctháng mùa hè khi nhiệt độ cao và ít có mưa Nước rò rỉ cũng có thể được phun

lên bề mặt bãi chôn lấp và để bay hơi tự nhiên Việc sục khí có thể cần thiết đểkiểm soát mùi.

c Tuyển nổi

Phương pháp này 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 cũngđược dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt (quá trìnhtách bọt hay làm đặc bọt) Quá trình thực hiên bằng cách sục bọt khí nhỏ(thường là không khí) vào pha lỏng Các bọt khí kết dính với các hạt, kéochúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó lớp váng này được thu gom nhờ thiết bịvớt bọt Phương pháp tuyển nổi có nhiều ưu điểm như: cấu tạo thiết bị đơngiản, vốn đầu tư và chi phí năng lượng vận hành thấp, có độ lựa chọn tách cáctạp chất, tốc độ quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng; nhược điểm là các

lỗ mao quan hay bị bẩn tắc

d Điều hòa lưu lượng và nồng độ - Trung hòa

Lưu lượng và tính chất nước rác thay đổi liên tục, do đó hệ thống xử lýnước rác cần có công trình điều hòa nhằm đảm bảo việc cung cấp nước liên tụcvới lưu lượng và nồng độ ổn định cho hệ thống xử lý Nhờ đó, các công trình

xử lý phía sau mới hoạt động ổn định và hiệu quả Bể điều hòa thường gắn cácthiết bị sục khí để kiểm soát mùi và cặn lắng

Nước rác mới thường có pH thấp, để có thể xử lý ở các công trình sinhhọc thì cần phải tăng pH nước rác bằng các sử dụng các hóa chất như NaOH,KOH Nên hạn chế việc sử dụng Ca(OH)2 vì làm tăng nồng độ ion canxi trongnước, ảnh hưởng đến các công trình sinh học, đặc biệt quá trình kỵ khí do đóngcặn CaCO3

Khi xử lý nước rác bằng phương pháp hóa lý cũng cần phải hiệu chỉnh

pH về giá trị tối ưu để các phản ứng xảy ra với hiệu quả cao nhất

g Lọc

Lọc là quá trình xử lý bậc ba thường được áp dụng trong xử lý nước rácnhằm làm giảm chất rắn lơ lửng đặc biệt trong xử lý nước rác ở trạm trungchuyển ép rác kín Lọc cũng rất cần thiết trong việc tiền xử lý trước khi đưanước vào các công trình xử lý bậc cao như siêu lọc, thẩm thấu ngược, trao đổiion, hấp phụ than hoạt tính… Các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất vi hữu cơ(micro – organic matter) bị khử loại qua quá trình học cát (cơ học) hay hấp phụ(lý hóa)

Quá trình lọc diễn ra khi cho dòng nước được qua lớp vật liệu lọc Vậtliệu lọc thường sử dụng là cát Hoạt động của thiết bị lọc có thể dưới tác dụngcủa trọng lực hoặc lọc áp lực Vấn đề này hay gặp phải trong xử lý nước rác ép

là SS lớn nên dễ tawtcs lọc làm tăng tổn thất áp lực và được khắc phục bằngcách định kỳ rửa vật liệu lọc

h Thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược được ứng dụng để loại bỏ các chất vô cơ hòa tan (khửkhoáng) Đây là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới áp suất cao(trêm 100 atm) Màng lọc cho các phân tử dung môi đi qua và giữ lại các hạt(phân tử, ion bị hydrat hóa) có kích thước không lớn hơn phân tử dung môi.Hiệu quả của quá trình phụ thuộc 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 cấuđơn giản Hơn nữa, quá trình hoạt động dưới áp suất cao nên cần có vật liệuđặc biệt làm kín thiết bị Thẩm thấu ngược thường chỉ được dùng ở giai đoạncuối của quá trình xử lý (sau khi đã qua xử lý sinh học hoặc đã tách loại cácchất lơ lửng)

Nhiều dạng màng bán thấm được sử dụng, nhưng loại màng xenluloseacetat và polyamit (nylon) được sử dụng rộng rãi nhất Thông thường thì thẩmthấu ngược hay sử dụng cho các công trình xử lý nước cấp, khi áp dụng cho xử

lý nước rác thì có nhiều trở ngại nhưu việc đóng cáu cặn và khẳ năng sử dụng

bị hạn chế, thời gian sử dụng rất ngắn Hiện nay, trên thế giới đã và đang chếtạo nhiều loại màng bán thấm dạng ống có thể sử dụng để xử lý nước rác Cácloại màng bán thấm này có thời gian sử dụng lâu, chống được hiện tượng đóngcáu cặn trong màng, thiết bị chế tạo theo module rất thuận lợi khi tính chất vàlưu lượng nước rác thay đổi

Trong tất cả các phương pháp được áp dụng để xử lý nước rác rò rỉ,thẩm thấu ngược là phương pháp khử COD hiệu quả nhất Tuy nhiên, một sốaxits béo có thể thẩm thấu qua màng làm giảm hiệu quả xử lý Bên cạnh việc

xử lý các chất hữu cơ, các chất rắn hòa tan cũng được loại bỏ với hiệu suất rấtcao Tuy nhiên, trong hầu hết các nghiên cứu sử dụng thẩm thấu ngược để xử

lý nước rò rỉ đều cho rằng việc đóng cáu cặn ảnh hưởng rất xấu đến màng bánthấm, và từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và làm tăng trở lực của hệ thống.Màng bán thấm cũng rất nhạy cảm với pH

Slater (1983) nghiên cứu việc kết hợp thẩm thấu ngược với các quá trình

xử lý khác để xử lý nước rò rỉ Giai đoạn tiền xử lý bao gồm việc loại bỏ dầuthô, keo tụ bằng vôi, recacbonat và điều chỉnh pH Lưu lượng nước rò rỉ vàothiết bị RO là 180 lít/m2.ngày Hiệu quả xử lý TDS, COD, TOC lần lượt là98%, 68%, 59% Sau đó nghiên cứu được tiếp tục với việc sử dụng các quátrình keo tụ, recacbonat, lắng, xử lý sinh học, lọc trước khi cho qua thẩm thấungược Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý COD, TDS và TOC tăng lên đáng kể

Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWall (1977) dùng thiết bị RO để xử

lý nước rò rỉ được cho bảng 2.2

Bảng2.2 Kết quả nghiên cứu cử Chian và DeWalle sử dụng RO xử lý nước rỉ

khửCOD53,000 0.65 RO bằng màng xenlulose acetate, pH = 5.5 5653,000 0.65 RO bằng màng xenlulose acetate, pH = 8.0 89

536 RO cho nước rác từ hồ sục khí, màng

xenlulose acetate

95

(Nguồn: Chian và DeWall, 1977)

i Keo tụ, tạo bông, kết tủa và lắng

Keo tụ, tạo bông nhằm khử các chất ô nhiễm dạng keo, chất lơ lửngbằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa điện tích các hạt keo nhằm liênkết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực Chấtđông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng, trong đó phổbiến nhất là Al2(SO4)3 (phèn nhôm) vì Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, chiphí thấp và hoạt động hiệu quả cao trong khoảng pH = 5 – 7.5 Ngoài ra, người

ta còn thêm các chất trợ đông tụ giúp nâng cao tốc động lắng của bông keo,giảm thời gian quá trình và liều lượng chất đông tụ cần thiết

Kết tủa là phương pháp thông dụng nhất để khử kim loại và một sốanion Kim loại bị kết tủa dưới dạng hydroxide, snfit và cacsbonat bằng cáchthêm các chất làm kết tủa và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình Phươngpháp này có thể dùng để khử hầu hết các kim loại (As, Cd, Cr3+, Cu, Fe, Pb,

Ni, Zn,…) và nhiều loại anion (PO43-, SO42-, Cl-,…) Kết tủa sulfit cho hiệu

quả khử tốt hơn nhưng đắt tiền và có thể tạo ra khí H2S nên thực tế người tathường dùng vôi (tạo kết tủa hydroxide) hay NaOH, vừa rẻ vừa ít nguy hiểmhơn Các nghiên cứu cho thấy, hiệu quả khử COD bằng kết tủa vôi với nồng độvôi cao (300 – 1000 mg/L) Mặc khác, việc dùng môi để kết tủa sẽ tạo ra nhiềucác cặn bám không tốt cho quá trình sinh học phía sau

Quá trình keo tụ dùng phèn nhôm và phèn sắt có hiệu quả thấp khi xử lýnước rác mới Liều lượng sử dụng thường rất lớn và cần thiết hiệu chỉnh pHthích hợp Sử dụng polymer có thể nâng cao hiệu quả xử lý Tuy nhiên, hiệuquả xử lý tăng lên khi sử dụng chất keo tụ để xử lý nước rò rỉ lâu năm Nhìnchung, quá trình keo tụ, tạo bông thường áp dụng xử lý ban đầu nước rò rỉ, loại

bỏ một phần COD và kim loại nặng ức chế vi sinh vật trước xử lý sinh học

Các nghiên cứu trước đây sử dụng phèn, vôi để loại bỏ các chất hữu cơtrong nước rò rỉ không đạt hiệu suất cao Nguyên nhân chính là do các nghiêncứu này đều được thực hiện với nước rò rỉ có thành phần chất hữu cơ phân hủysinh học cao (BOD/COD cao) và hầu hết đều ở dạng chất hữu cơ hòa tan nênkeo tụ không đạt hiệu quả tốt Hơn nữa, liều lượng hóa chất sử dụng là khá lớnnên sẽ không kinh tế Trong các nghiên cứu gần đây được thực hiện tại KhoaMôi Trường – Đại học Bách Khoa TP.HCM, dùng phương pháp keo tụ, tạobông, lắng kết hợp với oxy hóa chất hữu cơ trong nước rò rỉ bằng oxy già vàxúc tác, mang lại kết quả rất khả quan

j Hấp phụ than hoạt tính và trao đổi ion

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để các chấthữu cơ hòa tan sau xử lý sinh học mà than hoạt tính (phổ biến nhất), các chấttổng hợp, một số chất thải của chúng thường có độc tính cao hay kim loại nặnghoặc không phân hủy sinh học Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính (phổ biếnnhất), các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất như: xỉ tro, mạc sắt,khoáng chất như đất sét, silicagel, keo nhôm… Than hoạt tính sử dụng có thể ở

dạng bột (PAC) hoặc dạng hạt (GAC) Phương pháp này có hiệu quả lọc caonhưng thường chỉ sử dụng ở gian ddaonj xử lý bậc cuối vì nó cũng không hiệuquả bằng phương pháp sinh học đối với các bãi rác mới Ngoài ra, nó cần quátrình rửa tái hồi phục chất hấp phụ

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá khả năng sử dụng thanhoạt tính xử lý nước rác và chỉ ra rằng việc sử dụng than hoạt tính xử lý nướcrác mới đạt hiệu quả thấp hơn nhiều so với xử lý bằng phương pháp sinh họcbởi vì trong nước rò rỉ có nhiều axit béo bay hơi dễ phân hủy sinh học hơnnhiều Kipling (1965) nghiên cứu và cho biết rằng than hoạt tính dù với liềulượng lớn khoảng 5000 mg/L có hiệu suất xư rlys các axit acetic, propionic,bytyric lần lượt à 24%, 33% và 60% Burchinal (1970) cho rằng hiệu suất xử lýCOD bằng than hoạt tính cho nước rác mới thường dao động là do độ lớn vàthành phần khác của các axit béo bay hơi có phân tử lượng thấp và cao trongnước rác

Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy rằng dùng than hoạt tính để xử lý nướcrác sau khi qua xử lý sinh học đạt hiệu quả cao hơn nhiều so với xử lý trực tiếp.Hiệu quả xử lý COD của nước rác đã ổn định có tỷ lệ BOD/COD thấp khoảngdưới 0.1 là 70% (Chian và DeWalle, 1977) với liều lượng cacbon sử dụng 1mgthan hoạt tính/ 0.17 mg COD McClinton (1900) nghiên cứu xử lý nước rác saukhi xử lý ở bể kị khí kết hợp thiếu khí, than GAC với liều lượng 2g/L được sửdụng, hiệu quả xử lý đạt 84% theo COD sau 40h tiếp xúc Pohland (1975)nghiên cứu xử lý nước rò rỉ kết hợp 2 quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính vàtrao đổi ion, đạt hiệu quả xử lý COD cao Nghiên cứu này cũng cho biết rằngthan hoạt tính nên đứng trước cột trao đổi ion thì hiệu quả sẽ cao hơn và khắcphục các khó khăn trong khi vận hành Porbarazi (1989) nghiên cứu xử lý kếthợp quả trình hấp phụ và phân hủy sinh học nhờ các màng vi sinh vật hình

thành trong các cột hấp phụ than hoạt tính, hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao vàphù hợp với các tính toán lý thuyết

Tuy rằng, việc sử dụng than hoạt tính đem lại hiệu quả tốt khi ứng dụng

xử lý nước rác nhưng giá thành lại rất cao Cần cân nhắc khi sử dụng than hoạttính so cho đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất Thông thường thì hấp phụthan hoạt tính được sử dụng trong giai đoạn xử lý bậc 3 làm sạch hoàn toànnước thải khỏi chất hữu cơ, màu, mùi, vị, các chất độc hại và kim loại nặng

Phương pháp trao đổi ion ứng dụng làm sạch nước khỏi các kim loạinhư: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng như các hợp chất Asen, Photpho,Cyanua Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn(chất trao đổi ion – ionit, không tan trong nước) trao đôi với ion có cùng điệntích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc với nhau Các ionit có thể là các chất

vô cơ có nguồn gốc tự nhiên (zeolit, lim loại khoáng chất, đất sét, fenspat,mica…) chất vô cơ tổng hợp (silicagel, permutit…) chất hữu cơ tự nhiên (axithumic của đất – chất bùn, than đá) và các chất hữu cơ tổng hợp là các nhựa caophân tử có bề mặt riêng lớn… Phương pháp này có hiệu quả cao, xử lý khá triệt

để, sonh chỉ có thể áp dụng ở gian đoạn cuối cùng, và nó cũng đòi hỏi quá trìnhtái sinh các ionit và giá thành cao

k Oxy hóa

Phương pháp oxy hóa khử có khả năng phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và

vô cơ trong nước rỉ rác, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành

dễ phân hủy sinh học (giảm BOD, nâng tỷ lệ BOD/COD), nó còn ứng dụngkhử độc một số chất vô cơ (Cyanide, Ammonia; một số kim loại Fe, Mn, Se,Cr…) Phương pháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhânoxy hóa tác nhân khử dưới pH thích hợp Các chất oxy hóa có thể được sửdụng là Clo ở dạng khí hay hóa lỏng, dioxitclo, cloratecanxi, hypcloritcanxi,natri, permanganatkali (KMnO4)… Phương pháp khử (chất khử: NaHSO3,

FeSO4) dùng để tách các hợp chất Hg, Cr, As… ra khỏi nước rác Quá trìnhtiêu tốn một lượng lớn hóa chất nên thường chỉ được dùng trong trường hợpkhi các tạp chất ngây nhiễm bẩn không thể xử lý được bằng các phương phápkhác

Nhìn chung, việc sử dụng chất oxy hóa để xử lý nước rác mới không đạthiệu quả cao Việc sử dụng ozon để xử lý nước rác mới không đạt hiệu quả cao

vì có sự chống lại rất mạnh của các axit béo đối với ozon Hiệu quả xử lú dùngchất oxy hóa đối với nước đã ổn định cao hơn nhiều Chất oxy hóa có tác dụng

bẻ gẫy các liên kết của các chất hữu cơ có phân tử lượng cao, chuyển chúng từdạng hòa tan, các phức chất thành dạng không tan và có thể áp dụng quá trìnhkeo tụ để loại chúng ra khỏi nước Một số nghiên cứu cho biết rằng quá trìnhsinh học chỉ loại được các chất hữu cơ có phân tử lượng bé hơn 500, còn cácchất hữu cơ có phân tử lượng lớn hơn 500 sẽ theo nước sau khi xử lý sinh họctrôi ra ngoài làm ảnh hưởng đến chất lượng nước Ngược lại, quá trình oxy hóa

có tác dụng rất tốt đối với các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn hơn 500 Dovậy, ta có thể kết hợp quá trình xử lý sinh học với quá trình oxy hóa để loại bỏcác chất hữu cơ, đảm bảo nước rò rỉ sau xử lý sinh học với quá trình oxy hóa

để loại bỏ các chất hữu cơ, đảm bảo nước rò rỉ sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải ranguồn

Hiện nay, việc sử dụng H2O2 mang lại nhiều triển vọng trong việc xử lýnước rác từ bãi chôn lấp đã lâu năm Khi H2O2 kết hợp với các chất xúc tác tạo

ra gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa rất mạng, do đó hiệu quả khử COD cũngđược nâng lên rõ nét Đồng thời H2O2 là chất tự phân hủy nên không gây ônhiễm môi trường và không tạo ra các sản phẩm trung gian độc hại khác Đốivới nước rác thường không dùng Clo để oxy hóa vì có thể tạo ra các gốchalogen độc hại cho môi trường khi cũng kết hợp với kim loại nặng có trongnước thải

2.1.2 Xử lý sinh học

a Bùn hoạt tính

Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học có thể xử lý hiệu quả bằng hệthống sinh học bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là khói quần thể ci sinh hoạt tính cókhả năng ổn định chất hữu cơ hiếu khí Các hệ thống bùn hoạt tính thườngdùng như: xáo trộn hoàn toàn, hoạt động theo mẻ, dòng chảy nút…

Những thuận lợi và khó năng khi ứng dụng quá trình bùn hoạt tính:

Thuân lợi

 Bùn hoạt tính thích nghi nhanh

 Lượng bùn sử dụng trong quá trình khởi động ít

 Hiệu quả đạt được cao

Khó khăn

 Hao tốn nhiều năng lượng trong quá trình xử lý

 Sục khí quá nhiều kết hợp nồng độ kim loại cao làm nổi bọt

 Mặt bằng công trình lớn và các thiết bị sử dụng đắt tiền

 Lượng bùn sinh ra nhiều nên chi phí xử lý bùn tốn kém

 Áp dụng đối với nồng độ và tải trọng thấp

Một số điều kiện và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bùn hoạt tính:

 Phải đảm bảo cung cấp đủ oxy một cách liên tục và sao cho lượng oxy hòa tantrong nước ra khỏi bể lắng 2 khong nhỏ hơn 2mg/L

 Nồng độ độc chất gây hại cho vi sinh ở trong ngưỡng cho phép

 Lượng các nguyên tố dinh dưỡng để các quá trình sinh hóa diễn ra bình thườngkhông được thấp hơn giá trị cần thiết (BOD5:N:P = 100:5:1)

 pH vào nằm trong khoảng 6.5 – 8.5 pH ảnh hưởng lớn đến quá trìnhlên men trong tết bào và hấp thu các chất dinh dưỡng vào tế bào

 Nhiệt độ nước thải không dưới 6oC và không quá 37Oc

 Nồng độ của muối vô vơ trong nước thải không quá 10 g/L

 SS vào không quá 100 mg/L khi dùng bể lọc sinh học và 150 mg/L khidùng bểaerotank

b Bể phản ứng hoạt động theo mẻ (Sequencing Batch Reactor)

Hệ thống aerotank làm việc theo mẻ kế tiếp (SBR) là quá trình bùn hoạttính hay được sử dụng để xử lý nước rò rỉ Quá trình gồm 5 giai đoạn: chonước vào, phản ứng (kị khí, hiếu khí, thiếu khí), lắng, tháo nước ra, nạp mẻmới được thực hiện trong cùng 1 bể phản ứng, do đó rất tiết kiệm diện tích xâydựng Đồng thời, bùn hoạt tính không cần tuần hoàn để duy trì nồng độ bùntrong bể như các quá trình bùn hoạt tính khác SBR có hiệu quả cao khi xử lýnước rác có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan và chất dinh dưỡng cao Nó cònđược áp dụng để xử lý nước thải nhiễm phenol, benzoic axit, các chất béo…Các nghiên cứu và công trình thực tế cho biết rằng hiệu quả hiệu quả xử lýnước rác của SBR khoảng 72 – 79% COD, 98% BOD5 và khử được hơn 72%tổng nitơ, hơn 98% sắt bà hơn 82% mangan, đồng thời kẽm cũng được giảmxuống còn rất thấp (0.02 mg/L)

Hiệu quả xử lý kim loại của các công trình snh học bùn hoạt tính khi xử

lý nước rác mới rất cao Tuy nhiên, khi các kim loại như Fe, Mn, Al, Cr, Ca,

Pb, Ni bị loại ra khỏi nước thải sẽ lắng trong các công trình xử lý sinh học cũngnhư hấp phụ trong bùn hoạt tính, thì tỉ lệ MLVSS/MLSS sẽ giảm xuống rấtthấp ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý sinh học Do vậy cần có những công trình

sơ bộ làm giảm nồng độ kim loại trước khi xử lý snh học

c Hồ ổn định sinh học

Hệ thống hồ ổn định sinh học thường là một chuỗi từ 3 – 5 hồ Trong hồnước thải được làm sạch bằng các quá trình sinh học tự nhiên bao gồm tảo và

vi khuẩn Do tốc độ oxy chậm nên thời gian lưu nước phải lớn (khoảng 30 – 50ngày) Các vi sinh vật sử dụng oxy trong quá trình quang hợp của tảo và oxyđược khuếch tán qua bề mặt để phân hủy các chất hữu cơ cần duy trì pH vànhiệt độ thích hợp để hồ làm việc bình thường.

d Hồ làm thoáng

Hồ làm thoáng có lắp đạt thiết bị làm thoáng bề mặt nhằm khắc phụcmùi từ hồ do bị quá tải bởi lượng chất hữu cơ Quá trình hồ làm thoáng giốngnhư quá trình bùn hoạt tính kéo dài thông thường (thời gian lưu bùn khoảng 10ngày)

Chian và DeWalle (1977) đã tổng kết và so sánh kết quả của nhiều nhànghiên cứu ứng dụng quá trình hồ làm thoáng về xử lý nước rác (Bảng 2.3).Hiệu quả xử lý của các nghiên cứu này có thể khử khoảng 22 – 99% COD Tỉ

Nguồn nước

%C OD (khử )

Thời gian lưu (ngày)

độ các chất ô nhiễm có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải

Bể tiếp xúc sinh học quay hay đĩa lọc sinh học (Rotating BiologicalContactor RPC)

Đĩa sinh học gồm nhiều đĩa tròn, phẳng, bằng poluetyren hoặc bằngPVC lắm trên một trục Các đầu đĩa được đặt ngập trong nước một phần vàquay chậm Đĩa sinh học thường được thiết kế dựa trên tải trọng thu được từthực nghiệm

Lugowski (1989) đã nghiên cứu so sánh hiệu quả của quá trình bùn hoạttính và bể tiếp xúc sinh học quay trong xử lý nước rác từ các bãi chôn lấp mới

Những kết quả nghiên cứu trên mô hình pilot cho biết hiệu quả khử BOD5trong RBC đạt 95 – 97%, khử COD hòa tan 80 – 90% Quá trình bùn hoạt tính

có hiệu quả xử lý thấp hơn Nếu sử dụng kết hợp RBC với các phương pháphóa lý thì nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường

f Xử lý kị khí

Xử lý kị khí gồm các công trình: Hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc đệm giãn

nở, công nghệ đệm bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB) So với xử lý hiếu khí

và xử lý kị khí nước rác cho thấy tính khả thi cao hơn So với xử lý hiếu khí

xử lý kị khí nước rác cho thấy tính khả thi cao hơn Lý thuyết về xử lý kị khí và

bể UASB sẽ được trình bày kỹ ở phần 2.3

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam

Tân (CENTEMA)

Trung tâm Công nghệ Môi trường (CENTEMA, 2002) đã nghiên cứu xử lýnước rỉ rác Gò Cát có hàm lượng 50,000 – 60,000 mgCOD/L bằng phươngpháp sinh học UASB nối tiếp sinh học hiếu khí bùn hoạt tính từng mẻ (SBR)với quy mô pilot 1m3/h

Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý COD rất cao sau hai tháng vận hành(trên 98%) Tuy nhiên COD không phân hủy còn lại sau xử lý hiếu khí daođộng trong khoảng 380 – 1,100 mg/L Hệ thống bao gồm hồ tiếp nhận nước rỉrác 25,000 m3, bể UASB nối tiếp bể sinh học từng mẻ (SBR) và xả vào hồ sinhhọc trước khi ra kênh Đen Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý nước rỉ ráckhoảng 2 tỷ đồng Việt Nam và giá thành chi phí cho xử lý 1m3 nước rỉ rác làkhoảng 20.000 đồng

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của công ty THHH

Quốc Việt

Công nghệ áp dụng hệ hồ này đơn giản, phù hợp ở những nơi có diệntích mặt bằng rộng và dễ vận hành Như kết quả phân tích của công ty QuốcViệt đưa ra, với chất lượng nước đầu vào có COD = 3,094 mg/L chất lượngnước rỉ rác sau khi xử lý đạt yêu cầu xả ra nguồn loại B (COD = 78mg/L) Tuynhiên khi đi vào chi tiết về hóa chất sử dụng, tính toán chi tiết công trình đơn bị

và xử lý bùn lắng, công nghệ này còn nhiều điểm chưa rõ ràng và chưa có tínhthuyết phục cao

Công nghệ xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của NUPHACO thể hiện ở hình2.4 Công nghệ này ứng dụng quá trình hồ sinh học

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ NUPHACO xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh

Nước sau khi qua hồ sinh học, được hấp phụ ba bậc hồ bằng bùn lắng từ nhà máy nước Thủ Đức Công đoạn cuối cùng là khử trùng bằng Chlorine Kết quả cho thấy giá trị BOD và COD còn khá cao (87 mgBOD/L và 530 mg

COD/L) Công nghệ này cho thấy hiệu quả khử ammonia cao (98%) Ammoniađược khử chủ yếu từ hồ sinh học do quá trình sinh trưởng của tảo tiêu thụ ammonia