Sự phát sinh một số chất ô nhiễm hữu cơ ra môi trường xung quanh từ các bãi chôn lấp rác không an toàn

Chủ đề 11: Trên quan điểm của nhà hóa học môi trường hãy trình bày sự phát sinh một số chất ô nhiễm hữu cơ ra môi trường xung quanh từ các bãi chôn lấp rác không an toàn Hà Nội, tháng 11

Chủ đề 11: Trên quan điểm của nhà hóa học môi trường hãy trình bày sự phát sinh một số chất ô nhiễm hữu cơ ra môi trường xung quanh từ các bãi chôn

lấp rác không an toàn

Hà Nội, tháng 11/2019

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Việt Nam đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Chuyển mình từ nền kinh tế bao cấp sang nền kinh tế thị trường, Việt Nam đang đứng trước thách thức về sự tăng trưởng kinh tế và đấu tranh bảo vệ môi trường Những năm gần đây, với tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng và sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, dịch vụ, du lịch… Kéo theo mức sống của người dân ngày càng cao đồng nghĩa với việc lượng rác thải sinh ra từ những hoạt động của người dân ngày một nhiều hơn, đa dạng hơn về thành phần và độc hại hơn

về tính chất

Có rất nhiều cách xử lí rác thải được sử dụng trên thế giới cũng như ở Việt Nam Trong đó có hình thức xử lí rác thải điển hình đó là chôn lấp Tuy nhiên hầu hết các bãi chôn lấp rác thải ở các thành phố, thị xã của nước ta chưa đáp ứng được yêu cầu về vệ sinh và bảo vệ môi trường Từ các bãi chôn lấp rác không an toàn sẽ phát sinh ra các chất ô nhiễm gây hại cho môi trường, sức khỏe người dân xung quanh

Nhận thức được tầm nghiêm trọng của việc phát sinh ra các chất thải ô nhiễm

từ bãi chôn lấp rác không an toàn, hai thầy là PGS-TS Đỗ Quang Trung và TS.Nguyễn Minh Việt đã hướng dẫn nhóm chúng tôi thực hiên nghiên cứu đề tài:

“ Trên quan điểm của nhà hóa học môi trường hãy trình bày sự phát sinh một

số chất ô nhiễm hữu cơ ra môi trường xung quanh từ các bãi chôn lấp rác không an toàn”.Bài tiểu luận của nhóm chủ yếu phân tích về sự lan truyền chất ô

nhiễm hữu cơ phát thải từ bãi chôn lấp không an toàn vào khí quyển và thủy quyển Bài tiểu luận gồm các phần chính sau đây:

1 Các khái niệm và các hình thức xử lí rác thải

2 Nguồn gốc các chất phát thải ra môi trường từ bãi chôn lấp rác thải

không an toàn.

3 Lan truyền của các chất ô nhiễm trong môi trường

4 Kiểm soát và xử lí

5 Kết luận

1 Các khái niệm và các hình thức xử lí rác thải

Hình ảnh rác thải bên bờ biển

• Các khái niệm : [3]

Chất thải hay còn gọi là rác thải có thể là bao bì, túi nilon, túi đựng thức ăn, giấy… Như vậy, rác thải là là tất cả những gì chúng ta không dùng tới và thải ra môi trường xung quanh

Bạn có thể tìm thấy rác thải ở bất cứ nơi đâu từ nông thôn đến thành thị, từ đất nước nghèo đói đến các cường quốc lớn mạnh Các loại chất thải nếu không được

xử lý sẽ gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường

Phân loại các chất thải:

• Phân loại theo nguồn gốc phát sinh:

+ Chất thải từ các hộ gia đình hay còn gọi là chất thải hay rác thải sinh hoạt được phát sinh từ các hộ gia đình

+ Chất thải từ các hoạt động sản xuất, kinh doanh, thương mại: là những chất thải có nguồn gốc phát sinh từ các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ

• Phân loại theo thuộc tính vật lí: Chất thải rắn, chất thải lỏng, chất thải khí

• Phân loại theo tính chất hóa học: theo cách này người ta chia chất thải dạng hữu cơ,

vô cơ hoặc theo đặc tính vật chất như chất thải dạng kim loại, chất dẻo, thủy tinh,

giấy, báo…

• Phân loại theo mức độ nguy hại với con người và sinh vật: chất thải độc hại, chất thải đặc biệt Mỗi cách phân loại có một mục đích nhất định nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu, sử dụng hay kiểm soát và quản lý chất thải có hiệu quả

Bãi rác là một địa điểm cho phép việc thực hiện các phương pháp xử lý các

loại chất thải và là hình thức lâu đời nhất của xử lý chất thải

Chôn lấp là quá trình đổ chất thải vào BCL bao hàm cả công tác giám sát chất

thải chuyển đến, thải bỏ, nén ép chất thải và lắp đặt các thiết bị giám sát chất lượng môi trường xung quanh

Bãi chôn lấp ( BCL) là là nơi thải bỏ chất rắn trên mặt đất BCL rác thải hợp

vệ sinh là bãi chôn lấp chất thải rắn được thiết kế và vận hành sao cho giảm đến mức thấp nhất các tác động đến sức khỏe cộng đồng và môi trường

Hình ảnh bãi chôn lấp rác

Kết cấu của BCL:

+Ưu điểm:

 Xử lí khối lượng rất lớn chất thải

 Chi phí đầu tư và chi phí xử lí thấp phù hợp với những nước đang phát triển như nước ta

+Nhược điểm:

 Chiếm nhiều diện tích

 Gây ô nhiễm khu vực xử lí

 Thời gian phân hủy chậm

• Các hình thức xử lí rác thải khác:

Ngoài cách xử lí chất thải bằng các BCL còn có các cách xử lí khác như phương pháp thiêu đốt , phương pháp ủ sinh học , phương pháp tái chế chất thải, …

• Phương pháp thiêu đốt chất thải:

Hình ảnh thiêu đốt rác thải

Thiêu đốt là quá trình xử lý chất thải ở nhiệt độ cao Thiêu đốt ở nhiệt độ cao chất thải được xử lý triệt để, đảm bảo loại trừ các độc tính, có thể giảm thiểu thể tích rác đến 90-95% và tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh Phương pháp này đáp ứng tất cả các tiêu chí về tiêu hủy an toàn ngoại trừ việc phát thải ra các khí thải cần được xử lý nên đây có thể coi là phương pháp xử lý triệt để nhất so với các phương pháp xử lý chất thải rắn khác

+ Ưu điểm:

 Khả năng tận dụng nhiệt cho lò hơi, lò sưởi hoặc các lò công nghiệp và phát điện

 Xử lý được toàn bộ chất thải rắn mà không cần nhiều diện tích đất sử dụng làm bãi chôn lấp rác

 Xử lý triệt để thành phần ô nhiễm, giảm tối đa thể tích

 Chất thải được biến thành những chất trung gian có giá trị, có thể sử dụng

để biến thành những vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lượng

 Loại bỏ được nhiều chất độc hại

+ Nhược điểm:

 Chi phí đầu tư và bảo trì cao so với các phương pháp khác

 Khi vận hành đòi hỏi rác có nhiệt trị cao

 Tác động thứ cấp tới môi trường do khí phát thải và phải xử lý tro sau khi đốt

 Có thể gặp khó khăn khi có sự thay đổi về thành phần chất thải.

• Phương pháp ủ sinh học các loại chất rắn :

Hình ảnh: Xử lí rác thải làm phân hữu cơ tại xã Thọ An

Phương pháp ủ sinh học các loại chất thải rắn với độ ẩm và nhiệt độ được kiểm soát để giữ cho vật liệu luôn ở trọng trạng thái hiếu khí trong suốt thời gian ủ Quá trình tự tạo ra nhiệt riêng nhờ vào quá trình ôxy hoá sinh hoá các loại hợp chất hữu cơ Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ đó chính là CO2, nước và các hợp chất hữu cơ bền vững như là lignin, xenlulozo, sợi… Như vậy, phương pháp này thân thiên với môi trường

+ Ưu điểm

 Do được xáo trộn thường xuyên vì thế mà chất lượng phân hữu cơ được đồng đều

 Có tổng số vốn đầu tư và mức chi phí vận hành thấp (Vì không cần đến hệ thống cung cấp ôxy cưỡng bức)

 Có kỹ thuật đơn giản

+ Nhược điểm

 Cần có nhiều nhân công

 Thời gian ủ kéo dài (3 – 6 tháng)

 Do sử dụng thổi khí thụ động vì vậy khó quản lý Đặc biệt là khó trong việc kiểm soát nhiệt độ và mầm bệnh

 Xáo trộn luống ủ thường gây hiện tượng thất thoát nitơ và gây mùi

 Quá trình ủ còn phụ thuộc vào thời tiết như mưa có thể ảnh hưởng bất lợi cho

quá trình ủ.

 Phương pháp thổi khí thụ động cần phải có một lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc phù hợp Nó sẽ khó tìm hơn so với phương pháp khác

 Diện tích của đất cần thiết lớn

• Phương pháp tái chế chất thải:

Hình ảnh các công nhân môi trường phân loại rác thải để tái chế

Tái chế chất thải là hoạt động sử dụng trực tiếp lại các chất thải hoặc qua một quá trình cải tiến, chế tạo lại chất thải để tạo thành nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất kinh doanh Hoặc tái chế chất thải mới khác, được bán ra thị trường Tái chế chất thải là quá trình sử dụng các giải pháp công nghệ Kỹ thuật để thu lại các thành phần có giá trị từ chất thải

+ Ưu điểm:

 Với lượng hữu cơ lớn khoảng (50-70%), rác thải sinh hoạt là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất phân vi sinh, một loại phân tốt cho cây trồng Thân thiện với môi trường nhưng giá lại rẻ hơn so với phân hóa học

 Làm giảm sự phụ thuộc của con người vào việc khai thác, sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt

 Bên cạnh đó việc tái chế chất thải còn giúp chúng ta thu hồi các loại nguyên liệu như chất thải nhựa, giấy, tái chế chất thải kim loại Tái chế chất thải tránh lãng phí tài nguyên, ngăn ngừa được sự ô nhiễm

+ Nhược điểm :

 Tái chế gây ô nhiễm và tiêu tốn năng lượng nhiều hơn

 Tăng chi phí và công việc chất lượng thấp.

 Sản phẩm tái chế chưa chắc đã đảm bảo an toàn

2 Nguồn gốc các chất phát thải ra môi trường từ BCL rác thải không an toàn.

• Với môi trường khí quyển: [1]

Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong BCL đã tạo thành một lượng lớn khí sinh vật như cacbonic (CO2), metan (CH4), ammoniac (NH3 ), Hidro sunfua(

H2S), chất hữu cơ bay hơi,…

Nếu không được thu gom để xử lý và tái sử dụng năng lượng, các loại khí trên

sẽ gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường không khí, đặc biệt là khí CO2 và CH4 gây ảnh hưởng đến khí hậu do “ hiệu ứng nhà kính”

Bảng 1: Tỷ lệ thành phần các khí chủ yếu sinh ra từ BCL

Nguồn:

Tchobanoglous và cộng sự năm 1993

TT Chất khí vi lượng

Nồng độ (ppbv*) Cực tiểu

Nồng độ (ppbV*) Cực đại

Thiol ( Hợp chất chứa nhóm-SH),

H2

CO Các khí khác

0–0,2 0–0,2 0,01– 0,6

Nhiệt độ (0F)

Tỷ trọng

100– 120 1,02– 1,06

07 1,1- dicloroetan 130 4.000

Bảng 2: Nồng độ các khí vi lượng trong các mẫu khí lấy từ 66 BCL ở California

*Quá trình hình thành các khí chủ yếu từ BCL xảy ra qua 5 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Giai đoạn thích nghi

Quá trình phân hủy sinh học xảy ra trong điều kiện hiếu khí vì một phần không khí bị giữ lại trong BCL Nguồn vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí có từ lớp đất phủ hàng ngày hoặc lớp đất phủ cuối cùng khi đóng cửa BCL Bên cạnh đó, bùn từ trạm xử lý nước thải được đổ bỏ tại BCL và nước rò rỉ tuần hoàn lại BCL cũng là những nguồn cung cấp vi sinh vật cần thiết để phân hủy rác thải

Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển hóa

Hàm lượng oxy trong BCL giảm dần và điều kiện kỵ khí bắt đầu hình thành Khi môi trường trong BCL trở nên kỵ khí hoàn toàn, nitrat và sunfat, các chất đóng

vai trò là chất nhận điện tử trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, thường bị khử

thành khí N2 và H2S (Phương trình 1, 2, và 3)

2CH 3 CHOHCOOH + SO 42- → 2CH 3 COOH + S 2- + H 2 O + CO 2 (1)

4H2 + SO42- → S2- + 4H2O (2)

S2- + 2H+ → H2S (3)

Sự gia tăng mức độ kỵ khí trong môi trường BCL có thể kiểm soát được bằng

cách đo điện thế oxy hóa khử của chất thải Quá trình khử nitrat và sunfat xảy ra ở điện thế oxy hóa khử trong khoảng từ –50 đến –100 mV Khí CH4 được tạo thành khi điện thế oxy hóa khử dao động trong khoảng từ – 150 đến –300 mV Khi điện thế oxy hóa khử tiếp tục giảm, tập hợp vi sinh vật chuyển hóa các chất hữu cơ có trong rác thành CH4 và CO2 bắt đầu quá trình 3 giai đoạn nhằm chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành các axít hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác như trình bày trong giai đoạn 3 Ở giai đoạn 2, pH của nước rò rỉ bắt đầu giảm do sự có mặt của các acid hữu cơ và ảnh hưởng của khí CO2 sinh ra trong BCL

Giai đoạn 3: Giai đoạn axit hóa

Tốc độ tạo thành các axit hữu cơ tăng nhanh Bước thứ nhất của quá trình 3 giai đoạn là thủy phân các hợp chất cao phân tử (như lipit, polysacarit, protein, axit nucleic ,…) thành các hợp chất thích hợp cho vi sinh vật Bước thứ hai là quá trình huyển hóa sinh học các hợp chất sinh ra từ giai đoạn 1 thành các hợp chất trung gian có phân tử lượng thấp hơn mà đặc trưng là axit axetic một phần nhỏ axit funvic và một số axit hữu cơ khác CO2 là khí chủ yếu sinh ra trong giai đoạn 3 Một phần nhỏ khí H2 cũng được hình thành trong giai đoạn này

Giai đoạn 4 Giai đoạn metan hóa

Các axit hữu cơ đã hình thành được chuyển hóa thành CH4 và CO4

CH3COOH → CH4 + CO2

Các axit hữu cơ có phân tử lớn hơn:

R-COOH→R1-COOH→ CH3COOH → CH4 + CO2

Giai đoạn 5: Giai đoạn phân hủy hoàn toàn.

Giai đoạn này xảy ra sau khi các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học sẵn có đã được chuyển hóa hoàn toàn thành CH4 và CO2 ở giai đoạn 4 Khi lượng

ẩm tiếp tục thấm vào phần chất thải mới thêm vào, quá trình chuyển hóa lại tiếp tục xảy ra Tốc độ sinh khí sẽ giảm đáng kể ở giai đoạn 5 vì hầu hết các chất dinh dưỡng sẵn có đã bị rửa trôi theo nước rò rỉ trong các giai đoạn trước đó và các chất còn lại hầu hết là những chất có khả năng phân hủy chậm Khí chủ yếu sinh ra ở giai đoạn 5 là khí CH4 và CO2

Một cách tổng quát, phản ứng phân huỷ kị khí chất thải rắn xảy ra như sau:

Chất hữu

cơ

(Rác)

+ H2O

Vi sinh vật

→

Chất hữu

cơ đã bị phân hủy sinh học

+ CH4 + CO2 + Các khí khác

*Hình thành mùi ở bãi chôn lấp

Một đặc điểm nổi bật khác của bãi chôn lấp là mùi Mùi hôi phát sinh trong quá trình phân hủy rác; Hầu hết mùi được phát ra trong một giai đoạn ngắn sau khi

đổ bỏ chất thải, và giảm dần khi bắt đầu giai đoạn mêtan hoá Điều quan trọng là khi mùi hôi thối mất đi thì không có nghĩa là không còn khí phát thải :

2CH3CHOHCOOH+ SO42- → 2CH3COOH + S2-+ H2O +CO2

4H 2 + SO 42- → S2- + 4H 2 O

S2- + 2H+ → H 2 S Các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh khi bị khử cũng sẽ tạo thành những hợp chất có mùi hôi như metanthiol và axit aminobutyric

CH 3 SCH 2 CH 2 CH(NH 2 )COOH + 2H + → CH 3 SH + CH 3 CH 2 CH 2 (NH 2 )COOH

Metanthiol có thể bị phân hủy, chất thải tạo thành metanol và hidro sunfua

CH3SH + H2O → CH3OH + H2S

• Với môi trường thủy quyển [2]

Hình ảnh nước rỉ rác

Nước rỉ rác là một loại chất lỏng sinh ra từ quá trình phân hủy vi sinh đối với các chất hữu cơ có trong rác thấm qua các lớp rác của các ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo hòa tan từ chất thải rắn

Do rác thải có nguồn gốc rất khác nhau nên đặc trưng của nước rỉ rác phụ thuộc vào nguồn gốc loại rác thải, mùa, điều kiện tự nhiên, khí hậu của khu chôn lấp phế thải, cũng như thời gian lưu trữ rác thải

Nguyên nhân từ đâu?

NRR có nguồn gốc từ nước mưa và nước ngầm và sự phân hủy các chất hữu

cơ đã tạo ra NRR có nồng độ ô nhiễm rất cao

Được sinh ra trong quá trình chôn lấp rác thải, được hình thành do sự rò rỉ

nước mưa thấm vào trong lòng bãi rác, do rác thải có chứa sẵn độ ẩm khi được chôn lấp

Thành phần của nước rỉ rác

Là một dạng nước thải hỗn hợp chứa chứa nhiều chất hữu cơ đã phân hủy trong quá trình chôn lấp và nhiều chất độc hại khác như: Pin, sơn, dầu mỡ, hóa chất các loại …

Khi nước thấm qua lớp rác đng bị phân hủy, cả những vật liệu sinh học và những thành phần hóa chất bị hòa tan vào dung dịch

Bảng 3: Thành phần nước rò rỉ của bãi chon lấp mới và cũ

Thành phần Giá trị ( mg/L)

Bãi rác mới ( chưa đến 2 năm) Bãi rác lâu năm Khoảng dao

động

Giá trị đặc trưng

Lâu hơn 10 năm

BOD5 2.000-30.000 10.000 100-200

TOC( tổng cacbon

hữu cơ)

1.500-20.000 6.000 80-160

COD 3.000-60.000 18.000 100-400

Nito hữu cơ 10-800 200 20-40

NH3-N 5-40 25 5-10

NO3- 5-100 30 5-10

Photpho tổng cộng 1.000-10.000 3000 200-10.000

Độ kiềm 4,5-7,5 6 6,6-7,5

Ca2+ 50-1.500 250 50-200

K+ 200-1.000 500 100-400

Na+ 200-3.000 500 100-400

Cl- 50-1.000 300 20-40

Nguồn: Tcgobannoglous,G và cộng sự,1993

3 Lan truyền của các chất ô nhiễm trong môi trường

Khí metan (CH 4 ) : [4]

Mêtan là khí đứng sau cacbon dioxit về các khí nhà kính quan trọng nhất Trên cơ sở tính toán tiềm năng làm nóng trái đất thì khí CH4 có tác động gấp

22 lần so với khí CO2 Tổng lượng CH4 tham gia vào sự nóng lên của trái đất được ước tính vào khoảng 18%

Từ bãi chôn lấp rác khí metan là khí được phát thải ra rất lớn Điều này gây ảnh hưởng lớn tới khí quyển Metan là một trong những khí gây nên hiệu ứng nhà