MỞ ĐẦU
Những thập niên cuối thế kỷ XX và những năm đầu thế kỷ XXI, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và trí tuệ con người làm cho nền sản xuất tăng nhanh nhưng môi trường đã và đang xấu dần đi, môi trường đất, nước, khơng khí bị ơ nhiễm nặng, cân bằng sinh thái bị phá vỡ, báo hiệu nguy cơ suy thoái đối với sự sống của mọi sinh vật trên toàn trái đất trong đó có con người
Trong những năm qua, nên kinh tế nước ta có nhiều chuyển biến tích cực, các ngành sản xuất, dịch vụ, xu hứơng đơ thị hố diễn ra nhanh chóng Cùng với sự phát triển kinh tế, sự gia tăng dân số là sự phát triển ngày càng tăng cả về lượng và thành phần chất thải
Một trong những gây ra sự ô nhiễm nguồn nước là nước thải từ các cơ sở sản xuất và các khu dân cư, và do nước rò rỉ từ lớn với các nguồn nước và ảnh hưởng trực tiếp đến con người và sinh vật các bãi rác Nếu các loại nước thải này không được xử lý kịp thời nó sẽ gây ra ô nhiễm
Tốc độ đơ thị hố diễn ra một cách nhanh chóng dẫn đến một hệ quả tất yếu là thành phần và lượng chất thải sinh hoạt ngày một tăng Chất thải chủ yếu đem đi chơn lấp, nước rác hình thành mang rất nhiều chất ô nhiễm nên rất cần được thu gom và xử lý
Từ trước tới năm 1998, chúng ta chưa xây dựng được bãi chôn lấp nào đúng quy cách, hợp vệ sinh Năm 1996 Bộ xây dựng đã ban hành quy phạm thiết kế, xây dựng, vận hành và kiểm sốt bãi chơn lấp hợp vệ sinh
Nước rác sinh ra từ các bãi chôn lấp chảy tràn ra ngoài hệ thống bờ bao gây thiệt hại cho đời sống sản xuất và sinh hoạt của dân cư Nước rác sinh ra không được xử lý kịp thời hoặc chưa đạt tiêu chuẩn đang có nguy cơ làm ơ nhiễm nước ngầm và vùng nông nghiệp xung quanh
Để góp phần cải thiện chất lượng môi trường, giảm tác động tới môi trường của nước rác Đề tài :
“Điều tra hiện trạng thu gom và xử lý nước thải của khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới phương pháp đông-keo tụ xử lý
Trang 2Nội dung đồ án gồm có:
Chương I: Tổng quan về quản lý chất thải rắn ở Việt Nam
Chương II: Hiện trạng thu gom và xử lý nước rác của khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn -Sóc Sơn — Hà Nội
Chương III: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới q trình đơng-keo tụ trong xử lý nước rác
Kết luận Phụ lục
Trang 3CHUONG I:
TONG QUAN VE QUAN LY CHAT THAI RAN 6 VIET NAM 1.1 Lượng chất thải rắn tại các đô thị lớn của Việt Nam [5]
Cùng với cơng nghiệp hố, q trình đơ thị hố ở Việt Nam diễn ra nhanh chóng Dân số đơ thị trong cả nước năm 2001 là 19.481.000 chiếm 24,75% tổng dân số, dự báo sẽ lên tới 29+30% vào những năm 2010, và tới 45% vào những năm 2020 Ô nhiễm do chất thải rắn gây ra càng phức tạp Sức ép về vệ sinh môi trường, quản lý chất thải rắn và nhu cầu xây dựng các bãi chôn lấp là những vấn đề hiện đang là gánh nặng cho nhà quản lý môi trường và đô thị ở mọi vùng của Việt Nam
Tính trung bình từ năm 1996+1999 lượng chất thải rắn đô thị phát sinh ở các
thành phố lớn (Hà Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh, Da Nang) 14 0,6+0,8
kg/người/ngày Các đơ thị cịn lại ở mức 0,3+0,5 kg/người/ngày Tỷ lệ thu gom chất thải rắn dao động từ 40+70% ở các đơ thị lớn có hệ thống dịch vụ tốt, các đô thị nhỏ chỉ đạt 20+40% Công nghệ thu gom vận chuyển ở mức độ thấp Lượng chất thải rắn trung bình phát sinh tại các đô thị năm 1997 là 19.315tấn/ngày, năm 1998 là 22.210 tấn/ngày Các loại chất thải sinh hoạt, công nghiệp và nguy hại, rác thải y tế chưa được phân loại chôn chung với nhau(duy chỉ có Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh có lò đốt rác y tế tập trung và một số (<40) bệnh viện có lị đốt rác quy mô nhỏ) Các bãi chôn lấp hầu hết là cũ, chưa hợp vệ sinh, trừ khoảng10 bãi chôn lấp rác mới xây dựng trong một số năm lại đây Vì vậy, những ơ nhiễm đối với môi trường xung quanh là khó tránh khỏi được mặc dù các cơ quan quản lý đã nỗ lực hết sức mình
Phát thải chất thải rắn, tỉ trọng và thành phần chất thải rắn phụ thuộc vào mức sống và tập quán của dân cư từng đô thị Ti trọng của chất thải rắn là 480 - 580 Kg/m? tai Ha Noi, 420 kg/m? tai Da Nang, 500 — 580 kg/m*tai Hué, 580 kg/m’ tai Hai Phong, Thành phố Hồ Chí Minh: 500 kg/mẺ Đặc trưng chung là độ ẩm cao, nhiệt trị thấp, có hợp chất hữu cơ cao: 50 — 60%, chứa nhiều sỏi đá Thu hồi tái chế 13 — 20% thực hiện thủ công do người bới rác
1.2 Chôn lấp hợp vệ sinh —- phương pháp tiêu huỷ chất thải rắn chủ yếu ở
nuéc ta.[5]
Trang 4năm thải ra tại nước Anh được chôn lấp Khoảng 60% lượng rác tại cộng đồng Châu âu được chôn lấp, 33% thiêu đốt và khoảng 7% được chế biến thành phân compost
Mặc dù việc tái sử dụng chất thải là làm phân compost làm giảm đáng kể lượng rác chôn lấp nhưng chôn lấp vẫn là một phương pháp được chọn làm phương pháp để tiêu huỷ nhiều loại vật liệu mặc dù chơn lấp địi hỏi một diện tích đất lớn
Ở nước ta, áp dụng phương pháp chôn lấp tiêu huỷ chất thải rắn hiện là phương pháp chủ yếu Khái niệm chôn lấp bền vững đề ra việc giảm thiểu các tác động có hại từ bãi chôn lấp tới mức độ tối đa trong thời gian ngắn nhất mà không ảnh hưởng tới các thế hệ sau
Vấn đề đặt ra là phải tăng cường mức độ phân huỷ tại bãi rác, bãi rác phải đảm bảo độ ẩm cho phép để vận hành như một thiết bị phân huỷ sinh học yếm khí khổng lồ
với thể tích lớn hàng chục mổ Trong cả các hệ thí nghiệm và thực tế vận hành, việc
quay vòng nước rác làm tăng mức độ phân huỷ vi sinh trong bãi rác, làm giảm COD và BOD trong nước rác, rút ngắn thời gian tiền sinh khí metan mặc dù có thể một lượng COD khó phân huỷ tạo thành, do đó phải địi hỏi pha loãng hay tiên xử lý nước rác trước khi xả nước rác ra nguồn tiếp nhận là một vấn đề tiên quyết của các bãi rác trong và ngoài nước
Rất nhiều bãi rác trên Thế giới được thiết kế mới theo phương châm và xu hướng chủ đạo là cho phép khống chế độ ẩm bằng dòng nước rỉ rác hồi lưu tại bãi chôn lấp hay có lắp hệ phun ẩm Sự khống chế, điều khiển được một cách chính xác độ ẩm và sự khuyếch tán chuyển động dòng nước rác trong bãi chôn lấp là một điều hết sức cần thiết giúp ích cho quá trình diễn biến trong bãi rác bên cạnh các yếu tố về vận hành bãi chôn lấp Việc đầm nén chặt và phân loại rác cũng rất cần thiết cho việc tạo nên các dòng nước rác chảy ngầm và đều khắp qua các khu rác đã chôn lấp theo từng vùng
Đặc thù của các bãi rác là rất khác nhau (tuổi của bãi rác, thiết kế, vận hành bãi
chôn và điều kiện tự nhiên) nên tính chất ơ nhiễm của nước rác là rất khác nhau 1.3 Các vấn đề nảy sinh liên quan đến nước rác tại các bãi rác lớn của Việt Nam [5]
- Phan lớn các bãi chôn lấp ở Việt Nam chưa hợp vệ sinh, chủ yếu là chôn lấp lộ thiên nên đã tạo diều kiện cho ruồi muỗi phát triển, mùi hôi thối bốc lên do quá trình phân huỷ yếm khí trong bãi rác Vì vậy, đã gây ra ơ nhiễm khơng khí và nguồn nước ngầm cả một vùng rộng lớn
Trang 5- _ Các bãi chôn lấp rác ở các thành phố lớn đều trong tình trạng quá tải, không được thiết kế và qui hoạch ngay từ đầu, cộng với việc quản lí vận hành chưa hợp lí nên đã gây ra hàng loạt các vân đề hết sức nan giải
-_ Nước rác sinh ra từ các bãi chôn lấp (chủ yếu là từ các hồ tích luỹ nước rác xung quanh bãi) chảy tràn ra hệ thống bờ bao gây thiệt hại nặng nề cho đời sống sản xuất và sinh hoạt của dân cư Nước rác sinh ra không xử lý kịp thời hoặc chưa đạt tiêu chuẩn đang có nguy cơ gây ô nhiễm nước ngầm và vùng nông nghiệp xung quanh
- _ Việc giảm thiểu và phân loại chất thải rắn tại nguồn hầu như chưa được quan tâm và thực hiện, nhiều chất thải nguy hại trong y tế và công nghiệp được thu gom và chôn chung với chất thải sinh hoạt
Các vấn đề trên chính là một trong những nguyên nhân gây ra sự cố nhiều nơi như trường hợp vỡ bờ bao ở bãi rác Đông Thạch và nhiều trường hợp hoa màu của nông dân ở gần khu chôn lấp bị chết Để hạn chế đến mức thấp nhất hậu quả, chính quyền các cấp đang tìm mọi biện pháp xử lý và cải tạo bãi chôn lấp Điển hình là dự án xây dựng khu xử lý nước rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn — Sóc Sơn — Hà Nội bãi chôn lấp Đông Thạch, bãi Tân Cương - Thái Nguyên, Bến Cát - Hải Phòng và một vài bãi chôn lấp khác đã và đang được triển khai
1.4 Nhận xét về các nghiên cứu đặc tính nước rác tại Việt Nam
Việc xây dựng bãi chôn lấp chất thải sinh hoạt hợp vệ sinh là một nhu cầu cấp thiết Một số bãi rác mới được thiết kế dựa trên các nghiên cứu về các bãi rác cũ của Việt Nam hay kinh nghiệm của Thế Giới dựa vào hoạt động đã bộc lộ những bất cập về vấn đề nước rò rỉ bãi rác và hệ thống xử lý nước rác phải đóng cựa tạm thời để cải tạo hệ thống như ở hai bãi rác lớn nhất của Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh
Mặc dù khơng nhiều nhưng đã có những nghiên cứu, đánh giá một số chỉ tiêu của nước rỉ rác với mục tiêu là đánh giá mức độ ô nhiễm của các đơn vị đai học Van Lang TP Hồ Chí Minh đại học Huế hay của Viện cơ học về tính chất của rác Nam Sơn
Các số liệu này trong chừng mực nhất định chỉ có tác dụng vế mặt xem xét độ ô nhiễm chứ không đáp ứng được mục tiêu là xem xét diễn biến của quá trình để mà từ đó làm cơ sở khoa học xây dựng công nghệ xử lý Những hệ thống xử lý nước rác xây dựng theo mơ hình tương tự của nước ngoài đã không phù hợp với thành phần, tính chất rác thải sinh hoạt, điều kiện địa chất, khí hậu, thói quen vận hành bãi rác của nước
ta
Các kết quả nghiên cứu đặc tính của nước rác (ví dụ: nước rác Nam Sơn, Đơng Thạch, Gị Cát đã công bố nhiều ) Một số nhận xét về các nghiên cứu đặc tính nước
Trang 6- _ Số liệu được phân tích theo nhiều phương pháp khác nhau
- _ Các kết quả phân tích rất khác nhau ở các phịng thí nghiệm chuyên về môi trường Sự khác biệt là rất đáng kể, nhất là ở cdc chi titu BOD;, COD, NH,, tong N
- _ Chưa có nghiên cứu liên tục tại các phịng thí nghiệm chun môn để đánh giá diễn biến nước rác thời gian dài
- _ Các nghiên cứu nước rác thường chỉ được nghiên cứu riêng lẻ Các yếu tố quan tâm chưa đủ phục vụ cho việc tìm kiếm công nghệ xử lý thích hợp
- _ Chưa có các nghiên cứu thích hợp các yếu tố ngoại cảnh: điều kiện khí tượng thuỷ văn, điều kiện phân huỷ tại hội sinh học với vai trò của thuỷ sinh thực vật và các phân huỷ tự nhiên một cách toàn diện
Trang 7CHUONG II:
HIEN TRANG THU GOM VA XU LY NUGC THAI CUA KHU LIEN HOP XU LY
CHAT THAI RAN NAM SON - SOC SON - HA NOL H1 Vài nét về công ty Môi trường đô thị Hà Nội
Công ty Môi trường đô thị (MTĐT) Hà Nội là một doanh nghiệp công ích hoạt động trong lĩnh vực vệ sinh môi trường, là cơ quan quản lý chất thải rắn của thành phố Hà Nội Chức năng và nhiệm vụ của Công ty là:
1 Thu gom, vận chuyển xử lý chất thải sinh hoạt, thương mại, bệnh viện, xây dựng và
công nghiệp
2 Bom hút phân xí máy và các dịch vụ vệ sinh công cộng,
Thiết kế, chế tạo các dụng cụ và thiết bị chuyên dùng phục vụ công tác vệ sinh môi
trường
4 Tư vấn công nghệ & đầu tư và đánh giá tác động môi trường
Xuất nhập khẩu vật tư, thiết bị chuyên dùng phục vụ công tác vệ sinh môi trường
Thành phố
Sản xuất cung ứng phân vi sinh nông nghiệp, trồng cây cảnh và chơng trình rau sạch
Phối hợp với các cơ quan, tổ chức tiến hành tuyên truyền, giáo dục để nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của người dân
Hiện nay, công ty MTĐT Hà Nội là Uỷ viên thường trực của Hội Môi trường đô thị Việt Nam và là một thành viên hoạt động tích cực trong Hội Công ty MTĐT đã thường xuyên chủ trì các buổi hội thảo, trao đổi kinh nghiệm và tổ chức các chương trình đào tạo nhằm phổ biến kiến thức và nâng cao trình độ chuyên môn trong lĩnh vực môi trường với các thành viên của Hội MTĐT Việt Nam
Các đơn vị trực thuộc Công ty MTĐT Hà Nội gồm:
5 Xí nghiệp mơi trường, mỗi Xí nghiệp chịu trách nhiệm thu gom và vận chuyển rác thải trên địa bàn các Quận được phân cơng quản lý
2 đồn xe cơ giới, l đoàn chịu trách nhiệm tới rửa đường và bom phân xí máy, đồn cịn lại có trách nhiệm vận chuyển đất và chất thải xây dựng
1 Xí nghiệp chế biến chất thải sinh hoạt làm phân compost
1 Xí nghiệp cơ khí dịch vụ: sửa chữa, bảo dưỡng, chế tạo các thiết bị vận tải và vệ sinh chuyên dùng và thực hiện các dịch vụ vệ sinh môi trường
Trang 81 Trung tâm Tư vấn Kỹ thuật Môi trường Nhân lực tham gia thu gom, vận chuyển chất thải:
Công ty MTĐT Hà Nội hiện có 3564 cán bộ công nhân viên, trong đó có khoảng 2500 công nhân thu gom phế thải
Bảng 2.1: Quản lý rác thải tại Hà Nội
(thống kê, dự báo của công ty môi trường đô thị Hà Nội)
Xí Tên quận Khối lượng | Lượng rác thải(tấn/năm)
ae (tan/ngay) | 5999 2005 2010 2015 |2020
Tỷ lệ tăng rác/năm 470% | 4,70% 235% | 2,35% XN1 |BaĐình, Câu Giấy | 236,3 85,248 89/254 | 93,449 95.654 | 97,893 XN2_ | Hoan Kiém 157,2 56,520 59.176 | 61,957 | 63,416 | 64,903 XN3 | Hai Ba Trung 2124 98,920 103,569 | 108,436 | 110,984 | 113,529 XN4 |Dong Da, Thanh | 343,1 123,480 | 129,283 | 135,360 | 138,540 | 141,800
Xuan
XN5_ | Tay M6 73.0 26/280 27.513 | 28,806 | 29,483 | 30,176 Thanh Trì 1127 40,591 | 42,498 | 44,495 45,541 | 46,611
(Nguồn: Sở khoa học công nghệ và môi trường Hà Nội,2001)
Nam Sơn
1.2.1 Hệ thống thu gom nước rác
1I.2 Quá trình thu gom và xử lý nước thải tại khu liên hợp xử lý chất thải rắn
Hệ thống thu gom nước rác phải được thiết kế sao cho có thể thu gom toàn bộ nước rác từ đáy bãi chôn lấp và tập trung dẫn về khu xử lý trước khi xả ra nguồn tiếp nhận nhưng với lượng nước ít nhất có thể Nước rác được dẫn ngay ra trạm xử lý thì sẽ khơng có nước đọng lại trong lớp rác và áp suất tạo ra đối với lớp chống thấm là thấp nhất Để ngăn ngừa sự rò ri của nước rác sang các khu vực xung quanh, người ta đã lắp đặt một hệ thống cống thu gom ở dưới đáy và chạy bao quanh đưa nước rác từ bãi chôn lấp tới nơi xử lý
Hệ thống thu gom nước ở đáy
Trang 9- Hé thong cống thoát bao quanh
- Dat hé thong bơm hút nước rác với công suất lớn
-_ Sử dụng các tấm lót để hạn chế nước ngấm vào nguồn nước ngầm Hệ thống thu gom nước rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn bao gồm:
Đáy có bê mặt dốc
Đáy bằng
Hình 2.1: Mạng lưới ống thu gom nước rác
1 Ống chính tổng thể thu gom, tập trung toàn bộ nước rác từ ống dọc của từng ô 2 Ống dọc, thu gom nước rác từng ô, ống này được đặt dọc theo nên đáy từng ô chôn lấp và nằm trên nền chống thấm của đáy ô chôn lấp hoặc trên màng tổng hợp chống thấm
3 Mạng lưới ống nhánh thu nước rác được đặt ở bên trong từng ô để thu gom nước rác trên toàn bộ đáy của mỗi ô chôn lấp Mạng lưới đường ống nhánh có đường kính tối thiểu 150 —- 200mm, độ dốc tối thiểu 1%, ống dọc và ống nhánh đều là những ống có khoan 16
4 Cac ống đứng được nối với các ống dọc và mạng lưới ống nhánh và sẽ được nối cao dân khi chiều cao lớp rác được đổ đầy Tổng chiều cao lớp rác giai đoạn một của bãi chôn lấp Nam Sơn là 26m Khi giai đoạn hai đưa vào vận hành, cột rác của giai đoạn một và hai sẽ tăng tới 36m Như vậy ống đứng có chức năng là những ống thơng khí Ngồi ra chiều cao lớp rác được đổ khá lớn, tuỳ thuộc khả năng thấm nước của các lớp rác và các lớp đất phủ, người ta có thể đặt thêm các ống thu gom nước rác trung gian theo chiêu cao Mạng lưới ống thu gom nước rác này cịn có chức năng thơng khí
Trang 105 Lớp vật liệu lọc bằng sỏi bao quanh đường ống thu gom nước rác sao cho nước rác tự chảy nhanh nhất xuống hệ thống ống thu gom
6 Ngồi ra cịn có hồ chứa nước rác và trạm bơm nước rác đến trạm xử lý
Theo không gian và phương thức thu gom người ta phân biệt:
Rãnh thoát nước mưa và nước mặt có thể là rãnh hở hoặc rãnh kín, được bố trí xung quanh bãi Chức năng của nó là thu gom nước mưa và nước mặt không cho chảy vào bãi rác đồng thời thu gom nước rác không cho chảy vào nguồn nước mặt hay nước ngầm mạch nông Những bãi chôn lấp rác đã có hệ thống thu gom nước rác ở đáy cũng phải có rãnh thốt nước xung quanh
Trong trường hợp bãi chơn lấp rác nổi thì rãnh thốt nước có thể thay thế hay kết hợp với hệ thống thu gom và thoát nước đáy
Bơm nước rác từ giếng lên: Việc thu gom nước rác bằng bơm từ các giếng ở trong hay xung quanh bãi là phương thức khá phổ biến ở những bãi chôn lấp rác hiện đang hoạt động vì ở đó khơng có hệ thống thu gom nước rác đáy hoặc yêu cầu phải bổ sung thêm Nhược điểm của phương pháp thu gom này là nước ngầm bị ô nhiễm và phải bơm cả hỗn hợp nước rác thấm từ trên các lớp rác tới nước ngầm, do đó khối lượng nước phải bơm và xử lý rất lớn
Hệ thống thu gom và thoát nước đáy: Đây là hệ thống có diện tích thu gom khá lớn Hệ thống này có thể là mương rãnh xây và đậy tấm đan có lỗ hoặc ống khoan lỗ Đối với bãi chôn lấp Nam Sơn là hệ thống ống khoan lỗ
II.2.2 Quá trình hình thành nước rác Thành phần, lưu lượng của nước rác
1 Quá trình hình thành nước rác
Nước rác có thể định nghĩa như một chất lỏng thấm qua chất thải rắn, mang theo các chất hoà tan và chất rắn lơ lửng Trong phần lớn trường hợp, nước rác được sinh ra do quá trình xâm nhập của các nguồn nước từ bên ngồivào như hệ thống thốt nước bề mặt, nước ngầm và nước được sinh ra do quá trình phân huỷ chất thải trong bãi chôn lấp
Lượng nước rác hình thành trong bãi chôn lấp được ước tính dựa trên sự cân bằng nước trong bãi chôn lấp Sự cân bằng nước bao gồm tổng lượng nước đi vào bãi chôn lấp trừ đi lượng nước tiêu thụ cho các phản ứng hoá học và lượng nước bị bay hơi (xem
hình sau):
Trang 11Qmua dc Qro-ri-da qa qs Hình 2.2: Cân bằng nước Cân bằng nước Các dòng vào Các dòng ra
- Nước thấm qua lớp phủ Nước tham gia phản ứng phân huỷ
Qmw = 0-d„; chất hữu cơ
- _ Nước chứa trong chất thải 9s= -Qhúu cơ
dan da = Genii thai -_ Nước bay hơi
- Nước chứa trong vật liệu phủ q, =18(@,.V)/(RT)
(6Ì12% với cat, 23 131% với đất sét) -_ Nước giữ trong lớp rác
ona = Avae tieu phú" vạt liệu phủ Gr = Quá aoL0,6-0,55 2, /(10000+ 2, ) - Nuc sinh ra do cdc phan ting hoa -_ Nước rác
học hoặc sinh học: q„ Q,
Lượng nước sinh ra
Qs = (Gmuat Gro-ri-da + Apna + Ga) - (s+ G6 + G7) ( m’/ng.d)
Lượng nước rác tối đa có khả năng sinh ra là lượng nước không vượt quá khả năng giữ ẩm của các vật liệu trong bãi chôn lấp Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng lượng nước sinh ra lớn nhất sau 25 ngày chôn lấp Nguồn nước chủ yếu bao gồm nước vào các ô chôn lấp từ phía trên, lượng ẩm có sẵn trong rác thải, lượng ẩm của vật liệu bao phủ và lượng ẩm trong bùn
Trang 12Nước mưa
Nước bay hơi Nước bay hơi
Dịng khí khí nước mặt Nước thoát bề mặt SE? Sỹ *ơlŠo
=ITTTI T* Nước ngầm Lớp vải lót
Hình 2.3 : Sự hình thành nước rác và ảnh hưởng tới nước ngầm
e Nước vào từ phía trên: Chủ yếu là nước mưa thấm qua lớp vật liệu bao phủ và lớp chất thải rắn Một trong những khó khăn trong viêc xây dựng phương trình cân bằng nước trong bãi chôn lấp là việc xác định lượng nước mưa thực sự thấm lọc vào lớp vật liệu bao phủ của bãi chôn lấp
e Nước vào từ chất thải rắn: Nước vào trong bãi chôn lấp từ chất thải là lượng ẩm có sẵn trong rác và lượng ẩm được hấp thụ từ khơng khí hoặc từ mưa Lượng ẩm trong chất thải đơ thị ước tính khoảng 20%, nhưng giá trị này còn tuỳ thuộc vào điều kiện tự nhiên và phương pháp lưu giữ
e Nước vào từ các vật liệu bao phủ: Lượng nước vào từ vật liệu bao phủ sẽ phụ thuộc nhiều vào dạng vật liệu và mùa trong năm Lượng ẩm tối đa có thể chứa trong nó được xác định dựa trênkhả năng giữ ẩm thực tế Giá trị điển hình đối với cát là 6-12%, đất nhiều mùn là 23-31%
e Nước di chuyển từ phía dưới: Nước lấy ra từ đáy của ô chôn lấp đầu tiên được coi là nước rác Nước ở đáy ô chôn lấp thứ hai và ô chôn lấp tiếp theo ứng với nước xâm nhập từ phía trên đối với ơ thứ nhất ở các bãi chơn lấp có hệ thống thu gom nước rac trung gian, nước di chuyển từ đáy của các ô đặt trực tiếp phía trên hệ thống thu gom nước rác trung gian cũng được coi như nước rác
Trang 13Hình 2.4: Luợng nước rác sinh ra ở các thời kỳ hoạt động khác nhau của bãi chơn lấp Ơ chơn lấp sau Tốc độ dòng
1 năm nuéc rac
ND _ A \ Thời gian-năm Ơ chơn lấp sau B 5 năm TT 5 \ 4 \3 Thời gian-năm Ô chôn lấp sau 10 năm sa c 2 \6_\s wo \ 9 \s Thoi gian-nam Ơ chơn lấp sau 20 năm 2 z 2 \«_\s 0 \ 9 \s | 10 Thời gian-năm
Trang 14Ngồi ra, cịn có một số phương pháp khác xác định lượng nước rác sinh ra sau khi bãi chôn lấp được bao phủ lớp cuối cùng như phương pháp cân bằng nước, mô hình hố bằng máy tính trong việc kết hợp với phương pháp cân bằng nước, các phương pháp thực nghiệm, mô hình tốn học và các phương pháp đo lường sự thấm lọc trực tiếp
Thời kỳ đầu, một lượng lớn nước thấm vào bãi rác được hấp phụ và giữ lại trong các khe hở của rác chôn lấp cho ddến khi lượng nước giữ lại trong rác vượt quá khả nang hấp phụ của rác thì nước rác bắt đầu sinh ra Nước rác sinh ra ban đầu tăng lên theo tuổi của bãi chôn lấp trong vòng 20 năm sau đó giảm dần
2 Thành phần, lưu lượng của nước rác 2.1 Lưu lượng nước rò rỉ
Khối lượng và lưu lượng nước rò rỉ của các bãi chôn lấp phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:
2.1.1 Độ ẩm của chất thải rắn:
Chất thải rắn có độ ẩm càng cao, lưu lượng nước rò rỉ càng lớn Nhưng thông số về độ ẩm chỉ cho biết khối lượng nước rò rỉ có thể có, mà khơng cho biết lưu lượng nước rị rỉ (mỶ/ngày.đêm) vì cịn phụ thuộc vào hệ số nén tại bãi chôn lấp và khả năng giải phóng nước từ chất thải rắn sau khi nén
2.1.2 Thành phần chất thải rắn:
Lượng nước rò rỉ đáng kể cũng được tạo thành sau các phản ứng sinh hoá, hoá học và lý học Cũng như độ ẩm thành phần chất thải rắn chỉ cho biết khối lượng nước rị rỉ có thể có, mà khơng cho biết lưu lượng nước rò rỉ (mỶ/ng.đ) vì cịn phụ thuộc vào loại phản ứng và tốc độ phản ứng
2.1.3 Lượng nước thấm vào bãi chôn lấp:
Lượng nước mưa thấm vào bãi chôn lấp phụ thuộc vào cường độ, thời gian mưa, phương pháp vận hành bãi chôn lấp trong thời gian hoạt động và cấu tạo, thành phần lớp phủ sau khi đống bãi chơn lấp Khi khơng có lớp cách nước, một lượng lớn nước mưa sẽ thấm vào bãi chôn lấp và tạo thành nước rò rỉ Bãi chôn lấp vận hành theo từng đơn nguyên riêng biệt sẽ giảm đáng kể lượng nước rò rỉ Lượng nước rò rỉ do nước mưa thấm vào bãi chơn lấp có thể dễ dàng tính tốn dựa theo số lượng mưa và lượng bốc hơi
2.1.4 Lượng nước ngầm đi qua bãi chơn lấp (nếu có):
Trang 15Đây cũng là nguồn đáng kể để tạo thành nước rò rỉ và lan truyền ô nhiễm, đặc biệt bãi chôn lấp không được xây dựng lớp lót chống thấm Lượng nước rò rỉ do nước ngầm thấm qua bãi chơn lấp có thể tính theo công thức của Dacxy
=-KA đh
dl
Trong đó: Q- lưu lượng nước thải, m'/ng.đ A - diện tích thấm, m°
K~ hệ số thấm, mỶ/m”.ng.đ ¬ - gradien thuỷ lực
dh - tổn thất áp lực, m dI - chiều dài dòng chảy, m
Khác với lượng nước rò rỉ do nước mưa và nước ngầm gây nên, có thể giảm thiểu bằng việc xây dựng lớp chống thấm tốt, lượng nước rò rỉ do độ ẩm của chất thải rắn và các phản ứng xảy ra trong bãi chơn lấp rất khó tính tốn vì phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Nhưng lưu lượng này có thể xác định bằng thực nghiệm và tính tốn Tuy nhiên lượng nước rò rỉ do độ ẩm và các phản ứng sinh hố chỉ đóng vai trog quan trọng trong mùa khô và có thể cả vào mùa mưa, nếu có biện pháp giảm đến mức thấp nhất lượng nước mưa và nước ngầm thấm vào bãi chôn lấp
Như vậy lượng nước rị rỉ được tính theo công thức:
Q= Ghari-da + Gro ri-pu + Aro riem + Ara ri-nn
Trong đó: Q: lưu lượng nước rò rỉ từ bãi chôn lấp, mỶ/ng.đ đa s-a¿: lưu lượng nước rò rỉ do độ ẩm của rác, mỶ/ng.đ da ä„w: lưu lượng nước rò rỉ do phản ứng sinh hoá, mỶ/ng.đ
dzz.n :lưu lượng nước rò rỉ do mưa,m'/ng.đ
d» z-aa: lưu lượng nước rò rỉ do nước ngầm, mÌ/ng
Để đơn giản hố lượng nước rị rỉ từ nước mưa, hai giả thiết sau được kiến nghị áp dụng:
- Với thực tế xây dựng của bãi chôn lấp Nam Sơn với lớp lót bằng vật liệu chống thấm (High Density Polyethylene-HDPE) giả thiết rằng khơng có lượng nước ngầm thấm qua bãi chôn lấp (q;¿z„ạ =Ú) , Vậy:
Qh= Gro ri-da + Gro vi-pu + Gro rim
Trang 16Lưu lượng nước rò rỉ do độ ẩm và phản ứng sinh hoá trong bãi chôn lấp Chất thải rắn trong bãi chôn lấp thực hiện hàng loạt các phản ứng hoá học, sinh học và thay đổi về tính chất vật lý
Các phản ứng sinh hoc
Các phản ứng sinh học quan trọng xảy ra trong bãi chôn lấp liên quan đến các chất hưu cơ chứa trong chất thải rắn sinh hoạt Các phản ứng sinh học này dẫn đến việc tạo thành khí và nước rò rỉ của bãi chôn lấp Trong giai đoạn rất ngắn ban đầu, ngay sau khi chôn lấp quá trình phân huỷ sinh học hiếu khí xảy ra cho đến khi lượng ơxy cịn lại bị tiêu thụ và giảm xuống Trong quá trình phân huỷ hiếu khí, khí CO; sinh ra là chủ yếu, khí O; đã bị tiêu thụ hết, quá trình phân huỷ kị khí bắt đầu xảy ra và chất
hữu cơ được chuyển hoá thành khí CO;, CH¡ạ và một lượng nhỏ khí NH;ạ, H;S Ngồi ra
cịn rất nhiều phản ứng trung gian khác: C,H,O,N; + )H;O->
(Seen CH (BPRS )CO,+dNH,
Các phản ứng hoá hoc
Các phản ứng hoá học quan trọng nhất xuất hiện trong bãi chôn lấp gồm hoà tan và khuếch tán(dạng lơ lửng) của các chất chôn lấp Sản phẩm chuyển hoá sinh học vào chất lỏng thấm qua chất thải rắn, bay hơi các hợp chất hữu cơ và nước vào khí của bãi chơn lấp, hấp phụ các hợp chất hữu cơ bay hơi vào vật liệu bị chôn lấp, khử halogen và phân huỷ các chất hữu cơ và các phản ứng oxy hoá khử ảnh hưởng đến thành phần kim loại và các muối kim loại Sự hoà tan của các sản phẩm chuyển hoá sinh học và các hợp chất khác, đặc biệt là các chất hữu cơ và nước ro rỉ có tầm quan trọng đặc biệt vì các loại chất này có thể bị lan truyền ra ngồi bãi chơn lấp cùng với nước rò rỉ Các phản ứng hoá học quan trọng khác là các phản ứng hữu cơ và lớp đất sét, các phản ứng này ảnh hưởng đến khả năng thấm và cấu trúc của lớp vật liệu lót đáy bãi chôn lấp
Các phản ứng lý học
Sự thay đổi lý học quan trọng hơn cả trong bãi chôn lấp là sự phân tán của khí vào và sự thốt khí của bãi ra môi trường xung quanh Là sự di chuyển của nước rò rỉ trong bãi chôn lấp vào tầng đất phía dưới, quá trình lắng do sự hợp nhất và phân huỷ của các chất rắn bị chôn lấp
Các số liệu thí nghiệm cho thấy, nếu khơng tính đến ảnh hưởng của nước mưa và nước ngầm, lượng nước rò rỉ do độ ẩm và các phản ứng sinh, hoá, lý tăng dân theo
Trang 17thời gian chôn lấp và đạt giá trị lớn nhất sau tuần thứ 16 Khi tính lũy tiến với khối lượng chất thải rắn được chôn lấp khoảng 1.000tấn/ngày, lượng nước rò rỉ sinh ra từ bãi chôn lấp Nam Sơn vào khoảng 50-60 mỶ/ng.đ Đây là số liệu nghiên cứu đầu tiên của Việt Nam vế lượng nước rò rỉ từ chất thải rắn sinh hoạt
Lưu lượng nước rò rỉ do nước mưa
Để đơn giản trong tính toán giả thiết rằng lượng nước rò rỉ do nước mưa sẽ bằng lượng nước mưa trừ đi lượng bốc hơi và lượng nước ngấm xuống đất xem như bằng không vì đã có lớp lót chống thấm
Quản = Im ~ duy (mÌ/ng.đ)
Với độ an toàn cao về xử lý ô nhiễm và bảo vệ mơi trường, đồng thời có tính đến trình độ kỹ thuất về xây dựng và vận hành bãi chôn lấp, lưu lượng nước rò rỉ cũng cần phải tính đến trong trường hợp bất lợi nhất Vì vậy lượng nước rị rỉ do nước mưa sẽ được tính theo ba trường hợp và so sánh kết quả để lựa chọn thông số thiết kế
Theo lượng mưa và lượng bay hơi trung bình năm
Lượng nước rị rỉ do nước mưa được tính theo công thức:
Grom = [ll — Iạ)/1000].5¿
Trong do: I, — Luong mua trung bình năm, (mm) ly, - Lượng bốc hơi trung bình năm, (mm) S¿ — Diện tích đơn nguyên đang chôn lấp, (m?)
Với lượng mưa trung bình năm là 1600 mm và lượng bay hơi trung bình năm là 1080 mm, lượng nước rò rỉ tạo thành do nước mưa trên diện tích 3 ha, bãi chôn lấp (vận hành và đóng từng bãi đơn nguyên) sẽ là:
rm = [(1600 — 1080)/1000].30000 = 15600m?
Nếu trạm xử lý nước rò rỉ phải vận hành 300 ngày, lưu lượng nước rò rỉ do nước mưa sẽ là:
15600/300 ng.d = 52m*/ng,d
Lưu lượng nước rò rỉ phải xử lý tổng cộng là:
Q,, = 60 + 52 = 112m*/ng.d
Trang 18Quản = [Cim ~ ipn)/1000].S.1
Trong đó: ¡„ — Lượng mưa trung bình tháng lớn nhất, mm l„, — Lượng bốc hơi trung bình tháng lớn nhất, mm
Theo số liệu khí tượng lượng mưa trung bình tháng lớn nhất là 333mm Như vậy lượng nước mưa trong một tháng trên diện tích 3ha sẽ là:
Geom = (333mm.30000m2)/1000 = 9990m?/thang = 333m°/n.d
Lưu lượng nước rò rỉ tổng cộng phải xử lý
Q,, = 60 + 333 = 393m3/n.d
c Theo lượng mua va bay hơi ngày lớn nhất
Lượng nước rò rỉ do mưa sẽ được tính theo công thức: Germ = Cm" /1000).Sq
Trong do: i,,""* — Luong mua ngày lớn nhất tháng và năm, mm
Với lượng mưa lớn nhất là 284 mm(tháng 10), lượng nước rò rỉ do lượng mưa trên diện tích 3ha sẽ là:
rem = (284mm.30000m)/1000 = 8520m/ng.đ 2.2 Thành phần nước rò rỉ
Việc xác định nước rò rỉ là rất phức tạp, phụ thuộc vào thành phần chất thải rắn, các phản ứng sinh học, hóa học và lý học xảy ra trong bãi chôn lấp, độ ẩm, lượng mưa, cường độ mưa, nhiệt độ, vv Trong thời gian mới chơn lấp, nước rị rỉ có nồng độ chất ơ nhiễm rất cao, sau đó giảm dần theo thời gian Trong mùa mưa nồng độ chất ô nhiễm thấp và vào mùa khô nồng độ chất ô nhiễm tăng đáng kể Hơn nữa, nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp là một hỗn hợp giữa nước rò rỉ cũ và mới
Bảng 2.3:Thành phần nước rò rỉ ở bãi chôn lấp Nam Sơn:
Thành phần Don vi | Giá tri
PH - 7,8 — 8,3
COD mg/l 2.500 — 20.000
BOD, mg/l 2.000 — 30.000
TSS mg/l 400 — 1.000
Trang 19
Kết quả đặc tính nước rác ô số 2 và ống xả nước rác giữa ô 2và ô 3, 2001 được đưa ra ở bảng sau:
Bảng2.4: Tính chất nước rác của ô số 2, 5/2001- Viện Hoá học
Mẫu pH |SS NH¿ | NO, | N-h.co | NO; | T-P | Dau | COD | BOD mg/l | mg/l mg/l | mg/l mg/l | mg/l | mg/l | mg/l | mg/l 1 7,1 | 500 | 951 0.01 | 167.4 44 |154|20 |634 340 2 7,2 |350 | 826,2 |0,01 | 301,4 4.5 |137|49 |607 348 Nước rác mới |7.2 | 2400 | 1928.4 | 0.01 | 335.5 22,2 | 0,78 |90 | 27650 | 2440
(Ngày lấy mâu 18/5/2001 — Phịng mơi trường — Viện Hoá học — TT KHTN & CNQG) Bảng 2.5: Biến thiên pH nước rác Nam Sơn 2002
Ngày 10-5 | 3-6 | 11- | 10- |30-7|7-8 | 21-8 | 4-9 | 24-9 | 3-10 | 24-10 | 5-11 | 13-11 6 6 pH vao | 7,8 | 8,0 | 7,5 | 7,7 | 7,8 |82 |7,7 |7,9 |8 8 7,68 | 7,2 8 5 pH hồ|7.8 | 8,02 | 7,5 | 7,7 | 7,96 | 7,97 | 7,98 | 7,87 | 8,27 | 7,70 | 7,62 | 7,79 7,95 1 8 pH hồ|7.9 | 8,04 | 7,5 | 7,8 | 8,17 | 8,28 | 8,46 | 8,30 | 8,53 | 7,76 | 7,77 | 8,05 8,01 2 8 pH_ hd | 8,05 | 8,02 | 7,8 | 7,9 | 8,20 | 8,39 | 8,47 | 8,50 | 8,70 | 7,91 | 7,86 | 8,27 8,12 3 5
Nước rị rỉ có nồng độ chất hữu cơ có khả năng bị ơxy hóa sinh hóa rất cao Các thơng số cho thấy khả năng ứng dụng các công nghệ xử lý sinh học để tách các chất ô nhiễm có trong nước rị rỉ trước khi xả vào môi trường bên ngoài (nguồn nước mặt)
Thành phần nước thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào các giai đoạn phân huỷ sinh học của nước rác Nước rác ở pha axit có pH thấp, BOD;, COD, các thành phần
dinh dưỡng cao Nước rác ở pha metal hố có pH = 6,5 —- 7, BOD;, COD, các thành
Trang 20Bảng 2.6: Thành phần nước rác cũ
Thành phần Don vi Dao dong Trung binh
BOD; mg/l 2000-30000 10000 COD mg/l 3000-45000 18000 SS mg/l 200-1000 500 N - hitu co mg/l 10-600 200 N-NH; mg/l 10-800 200 N-NO, mg/l 5-40 25
Photphat tong cong mg/l 1-70 30
P-PO,* mg/l 1-50 20
Độ kiềm mgCaCOz/I | 1000-10000 3000
PH 5,3-8,3 6
Độ cứng mgCaCOz/I | 300-10000 3500
Nước rò rỉ có độ nhiễm bẩn khá cao với nồng độ COD đạt tới 30000mg/1, hàm lượng nitơ 10-600mg/1, hàm lượng cạn lơ lửng đạt đến 10000mg/I, nước có màu đen và có mà đặc trưng Thành phần nước thải dao động khá lớn giữa mùa mưa và mùa khơ COD có thể chênh từ 2000-30000mg/1 Tuy nhiên ghi nhận ở một số nơi cho thấy nếu lưu lượng nước rò rỉ được bơm đi một cách đều đặn thì thành phần nước thải tương đối ổn định, nồng độ COD dao động từ 2000-2400mg/I, pH thay đổi từ 7.45-8,24 tuỳ vào bãi có dùng vôi hay không
II.3 Cac tac động tới môi trường H.3.1 Hiện trạng môi trường chung
Một trong những vấn đề mơi trường khó khăn nhất hiện nay, mà hầu hết các bãi rác Việt Nam gặp phải mà khơng có phương hướng giải quyết thích hợp đó là nước rị
rỉ Với nồng độ chất hữu cơ cao (COD=2000-30000 mg/I, BOD= 1200-25000 mg/l) và
chứa nhiều chất độc hại, nước rò rỉ có khả năng gây ô nhiễm cả 3 môi trường đất, nước và không khí, đặc biệt là ơ nhiễm đến nguồn nước ngầm Tuy nhiên, khó khăn này về mặt kỹ thuật không phat khơng có cách giải quyết, nguyên nhân chính là chưa được quan tâm đúng mức và chưa được nghiên cứu đầy đủ từ điều kiện phịng thí nghiệm đến các cơng trình thực tế
Trang 21xuống còn rất thấp, nhưng sau các quá trình xử lý vẫn tồn tại một lượng rác không thể xử lý hoặc tái sinh cần được thải bỏ Ví dụ đốt là phương pháp có hiệu quả cao nhất về mặt thể tích rác, nhưng sau q trình này thể tích rác vẫn còn 10 đến 20% và thậm chí khi đốt đến nhiệt độ nóng chảy của các chất vô cơ thì vẫn cịn 5% lưu lại dưới dạng xỉ Phần còn lại này của chất thải rắn cần phải được quản lý thích hợp
Có hai phương án để quản lý lâu dài chất thải rắn, đó là: - Một là đổ bỏ vào biển
- Hai là chôn lấp hợp vệ sinh trong đất
Do nhiều yếu tố, đổ chất thải rắn vào biển rất ít khi được sử dụng Bãi chôn lấp hợp vệ sinh là sự vận hành trong đó chất thải đổ bỏ được nén và lấp đất vào cuối mỗi ngày Kinh nghiệm đúc kết trên thế giới cho thấy bãi chôn lấp hợp vệ sinh là phương án thích hợp cho các nước đang phát triển kể cả về mặt kinh tế- kỹ thuật và môi trường Như vậy có thể nói rằng bãi chôn lấp là khâu cuối cùng khơng có phương án thay thế của hệ thống quản lý rác và cũng là công đoạn cuối cùng của quá trình xử lý rac
Mặc dù vậy, thực tế quản lý các bãi rác cho thấy rất nhiều vấn dé môi trường, nảy sinh trong quá trình vận hành các bãi rác này Các vấn đề môi trường bao gồm :
Trang 22Bảng2.7 : Ước lượng % các khí sinh ra từ bãi chôn lấp
Thành phần % thể tích Tính tải lượng theo | Tính tải lượng theo mức thấp(mỶ/ngày) |_ mức cao(mỶ/ngày) -Methane 63,8 78665.4 141597,72 -CO, 33,6 41428.8 74571,84 -O, 0,16 197,28 355,104 -N, 2.4 29592 3526,56 -H; 0,05 61,65 110,97 -CO 0,001 1,233 2,2194 -Ethane 0.005 6,165 11,097 -Ethene 0,018 22,194 39,9492 -Acetalhyde 0,005 6,165 11,097 -Propane 0.002 2.466 4.4388 -Butane 0,003 3,699 6,6582 -Helium 0,00005 0,06165 0,11097
-Cac Alkal cao 0,05 61,65 110,97
-Các Hydrocacbon
không no 0.009 11,097 19,9746
-Hop chat Halogen 0,00002 0.02466 0,044388
-H;S 0,00002 0,02466 0,04388 -Các hợp chất sunfua hữu cơ 0.00001 0.01233 0,022194 -Alcohol 0,00001 0.01233 0,022194 -Khac 0,00005 0,06165 0,11097
1I.3.2 Hiện trạng môi trường nước ° Nước thải
Nước rác hay nước rò rỉ trong bãi thải là loại chất lỏng thấm qua các lớp rác của các ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo và tan từ chất thải rắn vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp
Nước rác hình thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau và bao gồm : nước có sẵn trong rác; nước ngầm dâng lên nước thải từ dưới đáy, nước từ ngoài thấm qua thành vách các ô chôn lấp ; nước từ khu vực khác chảy tới; nước mưa từ bản thân khu vực chôn lấp và từ khu vực khác chảy tới
Trong đa số trường hợp nước rác bao gồm phần dịch lỏng tạo thành từ quá trình phân huỷ chất thải rắn và phần nước từ bên ngoài thấm vào như nước mặt, nước mưa và nước ngầm Phần dịch lỏng qua lớp chất thải rắn đang bị phân huỷ bao gồm tất cả những sản phẩm phân huỷ sinh học và hoá học
Những sản phẩm này bị lôi cuốn bởi dòng nước thấm từ bên ngoài vào -_ Tác động tới môi trường đất
Trang 23- _ Tác động tới môi trường nước
Trong điều kiện bình thường, nước rị rỉ thường tích đọng lại ở đáy của bãi rác Nước rò rỉ sinh ra do độ ẩm cao (60-70%) của rác và do quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo thành nước và khí cacbonic Trong quá trình thấm qua các tâng đất đá, nước rò rỉ với hàm lượng các chất hữu cơ cao và có thể chứa các chất độc hại (kim loại nặng) sẽ làm ô nhiễm nguồn nước ngầm
Nước rò rỉ là lượng nước thấm qua chất thải rắn và đem theo các chất bẩn hoặc lơ lửng Tại hầu hết các bãi rác, lượng nước rò rỉ là lượng nước sinh ra trong quá trình phân hủy các chất thải rắn và lượng nước ngấm qua rác từ nhiều nguồn như nước mưa, nước ngầm Do ngấm qua rác, nước rò rỉ chứa rất nhiều các hợp chất hữu cơ hòa tan
Do q trình sinh hóa xảy ra trong các đống rác là quá trình phân hủy kị khí,
nên các khí sinh ra từ bãi rác bao gồm amôniac NH;, CO;, CO, H;S, CH,, cdc hop chat
chứa nitơ Sau khoảng 18 tháng khí sinh ra ổn định và thành phần khí chủ yếu là khí mêtan, vì khí CO; thấm xuống các tầng phía dưới Lượng khí sinh ra có thể được tính theo thành phần nói trên Tình trạng ơ nhiễm này có thể kéo dài hàng chục năm
Bãi rác quản lý không hợp vệ sinh có mối liên hệ đến 22 loại bệnh tật của con người Do hàm lượng chất hữu cơ cao, quá trình kị khí thường xảy ra trong các bãi rác
gây mùi hôi thối nặng nề và là nơi nhiều loại vi sinh vật gây bệnh cũng như các loại
động vật mang bệnh phát triển như chuột bọ, gián , ruồi muỗi, Bên cạnh đó các bãi rác quản lý không hợp lý sẽ làm mất mỹ quan của khu vực
Để nâng cao năng lực xử lý rác thải cho khu vực Hà Nội, khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn- Sóc Sơn-Hà Nội được xây dựng trên khu vực xã Nam Sơn, huyện Sóc Sơn cách trung tâm Hà Nội 45 km về phía Bắc, cách sân bay Nội Bài 15 km về phía Đơng Bắc, cách đường 35 khoảng 3 km về phía Tây Bắc
Phía Bắc là cụm dân cư và trồng trọt Sông Công cách 2 km chảy qua phía
Đơng, giữa khu vực có hồ Phú Thịnh với diện tích gần 4 ha Diện tích quy hoạch cho
khu liên hợp là 130 ha trong đó 60 ha dành cho khu chôn lấp rác thải (giai đoạn I là 13,5 ha), 6 ha cho trạm xử lý và đốt rác thải với công suất dự kiến là 200.000 tấn/ năm, 7,5 ha dành cho nhà máy chế biến phân compost với công suất dự kiến đạt 250000 tấn/năm, diện tích cịn lại dành cho việc xây dựng đường sá và các cơng trình phụ trợ khác như trạm xử lý nước rác, trạm bơm, cấp nước
Trang 24Đồ án tốt nghiệp Đặng Quốc Dũng lớn về việc giải quyết chất thát đô thị Công tác thiết kế hợp lý và đúng kỹ thuật bãi chôn lấp, việc xây dựng trạm xử lý nước rò rỉ sẽ làm giảm tối thiểu mức độ gây ô nhiễm, phục vụ cho hoạt động ổn định của bãi chôn lấp Tuy nhiên công việc này không đơn giản do thành phần thay đổi từ bãi rác này sang bãi rác khác, theo các mùa trong năm , theo sự phát triển kinh tế và phong tục tập quán
TI.4 Công nghệ xử lý và quá trình vận hành của hệ thống xử lý TH.4.1 Công nghệ xử lý nước rác
Các số liệu nghiên cứu cho thấy nước rò rỉ chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau Mỗi thành phần đòi hỏi phải có một hoặc vài phương pháp xử lý khác nhau và theo tính chất các phương pháp xử lý được chia ra làm các loại sau:
- _ phương pháp xử lý lý học - _ phương pháp xử lý hóa học - _ phương pháp xử lý sinh học
TI4.1.1 Phương pháp xử lý lý học
Trong phương pháp này, các lực vật lý như trọng trường, ly tâm được áp dụng để tách các chất không hòa tan ra khỏi nước thải Phương pháp xử lý lý học thường đơn giản, rẻ tiền, có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao Nhiều khi để tách các chất lơ lửng không tan và dầu mỡ người ta còn dùng bể tuyển nổi
Các cơng trình được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải là: e_ Thiết bị đo lưu lượng
e_ Lưới chắn rác e_ Thiết bị nghiền rác e_ Bể điều hòa e Khuấy trộn e Lắng e Lắng cao tốc e_ Tuyển nổi e Lọc
e Hoa tan khi
e Bay hoi va tach khi
Việc ứng dụng các cơng trình xử lý lý học được tóm tắt trong bảng sau: [2]
Trang 25Bảng2.8 : Việc áp dụng các cơng trình cơ học trong xử lý nước thải
Cơng trình áp dụng
Đo lưu lượng Lưới chắn rác Nghiền rác Bể điều hòa Khuấy trộn Tạo bông Lang Tuyển nổi Lọc Vi loc Vận chuyển khí Bay hơi và bay khí
Kiểm sốt q trình, giám sát quá trình và báo cáo Tach cdc chat tho và có thể lắng
Nghiền các chất rắn thơ đến kích thước nhỏ hơn, đồng nhất Điều hòa lưu lượng và tải trọng BOD, SS
Khuấy trộn hóa chất và chất khí với nước thải, giữ cặn ở trạng thái lơ Lửng
Giúp cho việc tập hợp của các hạt cặn nhỏ thành các hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng lực
Tách các cặn lắng và nén bùn
Tách các cặn lắng lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ trọng gần với tỷ trọng của nước Cũng sử dụng để nén bùn sinh học
'Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa học Tương tự như quá trình lọc Tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định Bổ sung và tách khí
Bay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ nước thải
Trong đó quá trình lắng được quan tâm và nghiên cứu cụ thể cho từng loại nước thải do tính chất của các hạt cặn lắng thay đổi từ nơi này đến nơi khác
1.4.1.2 Phương pháp xử lý hoá học:
Sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý nước thải Các cơng trình xử lý hoá học thường kết hợp với cơng trình xử lý hố học Mặc dù có hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hoá học thường đắt tiền và đặc biệt thường tạo ra các sản phẩm phụ độc hại
Trang 26Bảng 2.9 : Việc áp dụng các cơng trình hoá học trong xử lý nước thải Quá trìng Áp dụng Kết tủa Hấp phụ Khử trùng Khử trùng bằng chlorine
Tách photspho và nâng cao hiệu quả của việc tách cặn lơ lửng ở bể lang bac 1
Tách các chất hữu cơ không được xử lý bằng phương pháp hóa học thơng thường hoặc bằng phương pháp sinh học Nó cũng được sử dụng để khử chlorine của nước thải trước khi xả vào nguồn
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh Chlorine là loại hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất
Khử chlorine | Tách lượng clo dư còn lại sau q trình clo hóa Khử trùng Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh bằng ClO,
Khử trùng Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh bang BrCl
Kht tring Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh bằng tia UV
11.4.1.3 Phương pháp xử lý sinh học :
Với việc phân tích và kiểm sốt mơi trường thích hợp, hầu hết các loại nước thải đều có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học Mục đích của phương pháp này là keo tụ và tách các hạt keo không lắng và ổn định (phân huỷ) các chất hữu cơ nhờ sự hoạt động của vi sinh vật hiếu khí hoặc ky khí nhằm giảm nồng độ các chất hữu cơ, giảm chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho Có 5 nhóm chính : Q trình hiếu khí , q trình anoxic, q trình ky khí, q trình hiếu khí -anoxic-ky khí kết hợp, quá trình hồ sinh vật Mỗi quá trình riêng biệt cịn có thể phân chia thành chỉ tiết hơn, phụ thuộc vào việc xử lý được thực hiện trong hệ tang trưởng lơ lửng(suspended growth system) hệ thống tăng trưởng dính bám(attached growth system), hoặc hệ thống kết hợp Ưu điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ làm
phân bón (bùn hoạt hố) hoặc tái sinh năng lượng (khí metan)
Trang 27Bảng 2.10 : Các qúa trình sinh học chính xử lý nước thải Loại Tên Sử dụng Quá trình hiến khí - Dang lo limg -_ Dạng dính bám - Q trình trưởng lơ lửng hợp với tiếp xúc Q trình thiếu khí - Dang lo ling -_ Dạng dính bám Q trình ky khí - Dang lo ling -_ Dạng dính bám Quá trình kết hợp sinh kết cả hiếu khí, thiếu khí và ky khí -_ Dạng lơ lửng Quá trình bùn hoạt tính - Dịng chảy tầng
- Xáo trộn hoàn toàn
- Khuấy trộn từng phần - Thiết bị gián đoạn - Tiếp xúc ổn định - Mương oxy hố Q trình nitrat hố -Bể thổi khí
-Thiết bị thuỷ phân hiếu khí khơng khí
oxy nguyên chất Bể lọc nhỏ giọt
Tốc độ thấp Tốc độ cao
Thiết bị sinh học tiếp xúc xoay tron
Quá trình lọc sinh học hoạt tính
Khử nitrat trong bể bùn lơ lửng
Khử nitrat trong lớp phim cố
định
Thiết bị thuỷ phân ky khí Tốc độ chuẩn, một giai doạn Tốc độ cao, một giai doạn Tốcđộ cao, hai giai đoạn Quá trình tiếp xúc ky khí Ky khí dịng chảy ngược Lớp bùn
Quá trình lọc ky khí
Tang mở rộng
Quá trình một giai đoạn hoặc nhiều giai đoạn, các quá trình
độc lập Khử BOD(Nitrat hố) Nitrat hoa Khử BOD(Nitrat hoá) Khử BOD Khử BOD(Nitrat hoá) Khử BOD(Nitrat hoá) Khử BOD(Nitrat hoá) Khử nitrat Khử nitrat Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD
Khử BOD, nitrat hoá, khử
khử nitrat và phospho
Khử BOD, nitrat hoá,
Trang 28
Quá trình một giai đoạn hoặc khử nitrat và khử
nhiều giai đoạn phospho
- Kết hợp dạng lơ Khử BOD
lửng và dạng dính | Bể hiếu khí Khử BOD
bám Bể tuỳ tiện Khử BOD
Bể ky khí
Bể xử lý
II.5 Công nghệ xử lý đã được áp dung:
I.4.1.Nguyên tắc lựa chọn công nghệ xử lý nước rò rỉ
Trong điều kiện thực tế của Hà Nội, việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rò rỉ phải theo các nguyên tắc sau:
1 Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất lượng nước rò rỉ sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn loại B Nước sau khi xử lý có thể xả vào hồ Phú Thịnh hoặc sử dụng cho trồng trọt
2 Công nghệ xử lý phải đảm bảo mức độ an toàn cao trong trường hợp có sự thay đổi lớn về lưu lượng và nồng độ nước rị rỉ giữa mùa khơ và mùa mưa
3 Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, vốn đầu tư và ch¡i phí quản lý phải là thấp nhất
4 Công nghệ xử lý phải phù hợpvới điều kiện của Việt Nam, đặc biệt là điều kiện của Hà Nội, nhưng phải mang tính hiện đại à có khả năng sử dụng trong một thời gian dài
5 Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rò rỉ dựa trên các yếu tố sau: - _ Lưu lượng và thành phần nước rò rỉ
- _ Tiêu chuẩn thải nước rò rỉ sau khi xử lý vào nguồn
- _ Điều kiện thực tế về quy hoạch, xây dựng và vận hành của bãi chôn lấp - _ Điều kiện về địa chất công trình và địa chất thuỷ văn
-_ Điều kiện về kỹ thuật (xây dựng, lắp ráp và vận hành) - _ Khả năng về vốn đầu tư
6 Công nghêk xử lý phải có khả năng thay đổi dễ dàng khi áp dụng các quá trình xử lý mới có hiệu quả cao
7 Công nghệ xử lý phải có khả năng tái sử dụng các nguồn chất thải (năng lượng, phân bón, )
Trang 29— Dinh dưỡng Nước rác
Bể điều Keo tụ, lắng UASB AS Hố thu
hoà
Suối Lai Sơn Hồ sinh học Hệ xử lý RO
1 Bể điều hoà: Thu gom nước rác để cung cấp lưu lượng ổn định cho trạm xử lý 2 Keo tụ, lắng: Tách các hợp chất lơ lửng có trong nước rác
3 Bể UASB: Xử lý các hợp chất hưu cơ thời gian lưu nước trong thiết bị không dài, cho phép giảm thể tích thiệt bị nhỏ gọn và xử lý được một khối lượng chất gây ô nhiễm
4 AS: Xử lý nốt BOD và các hợp chất nitơ
5 RO: Dùng để xử lý các hợp chất có màu trong nước thải và một phần chất hữu cơ khó xử lý bằng vi sinh
6 Hồ sinh học: Nhằm xử lý các hợp chất amôni và nitrat còn lại trong nước thải sau hệ xử lý sinh học
1.5.2 Hiện trạng của hệ thống xử lý nước rác
Dây chuyên xử lý nước rác bằng phương pháp sinh học hiện tại đang ngừng hoạt động do quá trình vận hành cho kết quả không như mong muốn
Những nguyên nhân gáy ra việc xử lý không hiệu quả: - Nguyên nhán khách quan
+ Đây là một công nghệ mới và khó lần đầu tiên được áp dụng tại Việt Nam nên còn nhiều vướng mắc
+ Các nước trên thế giới hiện đang vận hành bãi chôn lấp chất thải hợp vệ sinh phần lớn chỉ xử lý sơ bộ nước rác bằng công nghệ sinh học như trên rồi trộn và pha loãng với nước thải sinh hoạt để xử lý tiếp trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị, do vậy thông tin từ các nước phát triển về vấn đề này thường giới hạn ở các kết quả nghiên
Trang 30+ Tính đồng bộ trong hoạt động chôn lấp rác: Trạm xử lý nước rác phải coi là một công đoạn trong toàn bộ hệ thống hoạt động chôn lấp rác để đảm baỏ nước rác đầu vào có tỷ lệ BOD/COD thích hợp cho cơng nghệ vi sinh
+ Chất lượng nước rác đầu vào là nước rác cũ có tỷ lệ BOD/COD thấp không phù hợp với hệ thống được thiết kế cho nước rác mới
+ Rác thải của Hà Nội chưa được phân loại nên thành phần nước rác rất phức tạp và điều kiện thời tiết thay đổi nên khó tiên lượng cả về mặt chất lượngvà lưu lượng - Nguyên nhân chủ quan từ Viện Cơ Học
Thiết kế hệ thống chưa tính đến :
+ Khả năng của hệ thống phải vận hành với chế độ nước rác cũ, nghèo BOD (tỷ lệ BODz/COD = 0,1- 0,2) vì vậy lượng bùn hoạt tính bị “đói” phát triển kém, dẫn đến khó tạo bơng và khó lắng, lượng bùn giảm dần trong quá trình vận hành
+ Khả năng xử lý nitơ - amoni của hệ thấp dẫn đến tăng tải cho hệ hồ sinh học tiếp theo
+ Khả năng Ca” kết tủa mạnh trong hệ thống UASB và hệ thống hiếu khí Trong q trình vận hành thử lượng canxi đã đóng thành mảng trong bể UASB và
thành lớp trong bể Aerotank
+ Nồng độ chất rắn hoà tan cao sẽ làm ức chế hoạt động của hệ xử lý sinh học và hệ ao hồ sinh học
+ Khả năng xử lý COD dư và màu của nước rác, thiết kế từng đơn vị xử lý còn thiếu
+ Hệ UASB thiếu các van lấy mẫu để có thể kiểm sốt được chất lượng và diễn biến chất lượng bùn hoạt tính hàng ngày để có các giải pháp hiệu chỉnh công nghệ
thích hợp
+ Hệ UASB còn thiếu cơ cấu tách pha khí-lỏng-rắn thích hợp chống nổi bùn và mất sinh khối
+ Hệ UASB còn thiếu cơ cấu vận hành ở chế độ chống tắc cho hệ phân phối đáy
+ Hệ aerotank đã có các cơ cấu bám vi sinh vật, cơ cấu này không đủ hiệu quả đối với các hệ có thời gian lưu nước thấp như ở đây
+ Hệ bùn lắng bố trí ở cao trình khơng thích hợp cho chế độ tuần hoàn bùn + Thiếu kết qủa phân tích kiểm sốt công nghệ đầy đủ hàng ngày nên khó điều chỉnh các thông số công nghệ để đạt được chế độ vận hành tối ưu
Trang 31Chương II]:
NGHIÊN CÚU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI Q TRÌNH ĐƠNG-KEO TỤ TRONG XỬLÝ NƯỚC RÍCH BÃI RÁC
HI.1.Cơ sở lựa chọn của phương pháp
Thường có ba cách để lọa bỏ các chất rắn lơ lửng là lắng, lọc và tuyển nổi Phương pháp lắng bằng trọng lực thông thường không cho kết quả cao vì khơng thể lắng được các phân tử nhỏ bé lơ lửng như các hạt keo trong nước Phương pháp tuyển nổi đối với nước rác không cho hiệu quả cao vì khơng tạo được bọt (qua thực tế đã diển ra tại dây chuyền xử lý nước rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn), khơng có khả năng loại bỏ các hợp chất hưu cơ hịa tan, khơng loại bỏ được các tạp chất khác nặng và lắng ở dưới đáy
Với tính chất của nước rác ta lựa chọn phương pháp đông keo tụ để xử lý vì nó có một số ưu điểm sau:
Keo tụ có khả năng loại bỏ các tạp chất lơ lửng có kích thước nhỏ nhờ phá vỡ tính bên của các hạt keo
-_ Công nghệ đơn giản, không yêu cầu cao về trình độ vận hành - _ Chỉ phi hóa chất và chi phiây lắp không cao
- Khơng địi hỏi nhiều diện tích xây dựng
-_ Ngồi ra xử lý bằng keo tụ có thể giảm được các hợp chất hữu cơ hòa tan nhờ khả năng hấp phụ của các hiđroxit nhổm trong quá trình keo tụ
IH.2 Phương pháp đông keo tụ [§]
HI.2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp
1 Trước hết ta cần xem các khái niệm về huyền phù và chất keo e_ Chất huyền phù lơ lửng (MES)
Các chất này có nguồn gốc vô cơ (cát, đất sét, bùn phù sa) hay hữu cơ (các sản phẩm của sự phân huỷcác chất của động vật hay thực vật, axit humic hoặc fulvic) ơ các hợp chất này có thêm các vi sinh như vi khuẩn, thực vật nổi, tảo và virus Cácchất
này tạo nên độ đục và màu cho nước e Hat keo:
Trang 32Trong tự nhiên, theo nguồn gốc xuất xứ cũng như bản chất hóa học, các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương Các hạt rắn có nguồn gốc Silic, các hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm, ngược lại, các hiđroxit sắt và nhơm mang điện tích dương Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ,các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết với nhau bằng lực liên kết phân tử và điệ từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ¡ng tự do Các tổ hợp trên được gọi là các hạt
“bông keo” (flocs)
Theo thành phần cấu tạo, người ta chia các hạt keo thành hai loại: keo ky nước (hydrôpholic) là loại chống lại các phân tử nước và keo háo nước (hydrophilic) là loại hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn, vi rút , trong đó keo ky nước đóng vai trịchủ yếu trong công nghệ xử lý nước và nước thải
e_ Chất hoà tan (kích thước nhỏ hơn vai nanomet)
Nói chung chúng là các cation hoặc là anion Một bộ phận các chât hưũ cơ cũng có dạng hoà tan, người ta cũng thấy cả khí như O;, CO;, H;S
2.Vai trò của đông tụ và kết bông
Phương pháp đông tụ và kết bông dễ dàng loại bỏ huyền phù và chất keo Quá trình nàythực hiện trước khi tách pha rắn — lỏng : lắng gạn, tuyển nổi hay lọc
Loại bỏ các chất hoà tan đối với mỗi chất cần có cách xử lý riêng, cần hoặc không cần đông tụ kết bơng, thậm chí cả việc tách pha rắn — long
3 Tính ổn định của huyền phù dạng keo - Tính cần thiết của đơng tụ
trong bảng sau đưa ra danh mục một số chất với kích thước và thời gian cần thiết để cho các hạt rưi thẳng đứng dưới tác dụng của trọng lực ở 20°C và áp suất Im
cột nước
Bảng3.I : Thời gian lắng của các hạt khác nhau
Đuờng kính hạt Loại hạt Thời gian lắng Diện tích riêng cho Im nước (m?/m3) mm um > 10 10! 108 Sỏi ls 6.107 1 10° 10 Cát 10s 6.10 101 10 10° Cát mịn 2 phút 6.10 102 10! 10 Đất sét 2h 6.10° 10° 1 101 Vi khuẩn § ngày 6.109 10 101 10 Chất keo 2 năm 6.10 10° 107 10 Chất keo 20 năm 6.108
10° 10° 10! Chat keo 200 nam 6.10°
Trang 33
Từ bảng này cho ta thấy chất keo là các hạt khơng có khả năng lắng tự nhiên, đối với chúng hiệu ứng bề mặt chiếm ưu thế Hiệu ứng này ghi nhận tính ổn định của chất huyền phùdạng keo Thực vậy, chất keo chịu tác dụng của hai lực lớn :
Lực hấp dẫn Van der waal liên kết cấu trúc và dạng keo cũng như bản chất môi trường EẠ
- Luc day tĩnh điện liên kết các điện tích riêng của chất keo Eg Độ ổn định của chất huyền phù dạng keo phụ thuộc vào tổng của lực hấp dẫn và lực đẩy mà mức năng lượng được xác định bằng : E= Ea + Eg Quan hệ này được biểu diễn trên
hình sau:
` Ea: Năng lượng Van der Waal
- „ E,: Năng lượng tĩnh điện
Khoảng cách E; Năng lượng tổng
⁄ Es: Hàng rào năng lượng
Hình 3.1 : Tính ổn định của hạt keo lơ lửng
Q trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hồ tan vì chúng là các hạt rắn có kích thước q nhỏ Để tách các hạt răn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hồ điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hồ điện tích thường được gọi là q trình đơng tụ (coagulation) cịn q trình tào thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là
quá trình keo tụ (flocculation)
4.Bản chất các hạt keo- thuyết lớp điện tích kép: [1]
Các hạt rắn lơ lửng trong tự nhiên thường mang điện tích âm Để trung hịa điiện tích bề mặt của mình, chúng sẽ hút các ion trái dấu sẵn có ở trong nước tạo thành một lớp ion bao bọc xung quanh hạt keo Đã có nhiều thuyết được đưa ra để miêu tả về lớp ion nay:
Trang 34Thuyết Goy- Châpman: Lớp ion trái dấu bao quanh hạt keo một cách không đều, sự trung hòa đạt được ở một khoảng cách xa hạt keo (lớp klhuếch tán)
Thuyết Stern : Là sự kết hợp của hai thuyết trên, đưa ra một ý tưởng về mơ hình lớp điện tích kép Theo đó, một số ion trái dấu bị hút chặt vào các hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, tạo nên lớp thứ nhất, làm giảm mạnh thế của hạt keo Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này cũng là hầu hết các ion trái dấu nhưng chúng bị hút vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra,tạo nên lớp thứ hai, lớp này làm thế của hạt keo giảm đi chậm hơn Biên giới giửa hai lớp tạo nên một mặt
trượt
Cơ chế của q trình đơng tụ hồn tồn có thể giải thích đơn giản bằng mơ hình
hai lớp, như hình sau:
be Mặt trượt
Lớp ion trái dấu bên ngoài Lớp ion trái đấu bên ngoài
Hạt mang điện tích âm
Hình3.2 : Điện tích trên hạt lơ lửng khi giải thích bằng lý thuyết hai lớp
Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra Khi các hạt rắn mang diện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ddiện tích dương ở lớp bên trong Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta (C) hay thé điện động Khác với thế điện động E (là hiệu số điện thế giữa bê mặt và chất lỏng) Thế
Trang 35zeta phụ thuộc vào E và chiều dày hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tính điện đẩy của các hạt là lực cản trở việc dính kết giữa các hạt rắn với nhau
Nếu như điện tích âm thực là điện tích đẩy(1)và thêm vào đó tất cả các hạt cịn có lực tĩnh điện - lực Van der Waals — do cấu trúc phân tử của các hạt Tổng của hai loại điện tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trở các hạt rắn liên kết với nhau Như vậy mục tiêu của đông tụ là giảm thế zeta - tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị giới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách thêm vào các ion có điện tích dương Như vậy trong đông tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hoà điện tích Hiệu quả đơng tụ phụ thuộc vào hoá trị của ion, chất đông tụ mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt Hoá trị của ion càng lớn thì hiệu quả đơng tụ càng cao
Quá trình thuỷ phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sa
Me*' + HOH © Me(OH)* + H* Me(OH)** + HOH = Me(OH),*+ H* Me(OH)* + HOH © Me(OH);*+ H*
Me™ + 3HOH <© Me(OH);'+3 H”
Mat trugt Mặt trượt
=x The zeta Đẩy The zeta
Lue diy R Lực đẩy R
Hình 3.3 : Giảm điện tích thực trên hạt rắn bằng thêm các ion trái dấu hoá trị 3
5 Các giai đoạn đông tụ
Trang 36tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tánliên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng tốc độ lắng của chúng
Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hịa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau, được chia ra hai quá trình :
e_ Đông tụ (coagulation): Là q trình phá vỡ tính ổn định của các hạt keo được thực
hiện bằng cách thêm vào các chất hóa học gọi là chất đông tụ Thường xảy ra q trình trung hịa điện tích hạt keo, trong đó thế Zeta được giảm bởi các ion này hay các keo mang điện tích trái dấu tới mức lực đẩy tĩnh điện ở dưới lực hấp dẫn Van der Waals e Keo tu (flocculation) : La su dinh két cdc hạtkhông ổn định thành các bông keo nhỏ (microfloc), sau đó là các cụm bơng lớn có thể lắng Các tác nhân hóa học của q trình này gọi là các chất keo tụ hay là các chất trợ keo tụ — các chất có khả năng thúc đẩy quá trình hình thành các bơng keo Có hai giai đoạn chuyển đổi quan trọng quyết định sự keo tụ:
-_ Keo tụ điện động: Liên quan đến chuyển động Brown Giai đoạn đông tụ này chỉ xảy ra trong trường hợp các hạt có kích thước nhỏ hơn 1m Nó thúc đẩy quá trình tạo thành các “microfloc”
- Keo tụ động : Liên quan tới sự suy giảm năng lượng Trong trường hợp này sẽ có sự hình thành các bông keo lớn, riêng rẽ từ các “microfloc”
7 Xử lý cặn lơ lửng bằng chất keo tụ
Mục tiêu của đông keo tụ là giảm thế Zeta, tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng tới giá trị tới hạn sao cho các hạt keo không đẩy nhau Việc phá vỡ tính bền của
hệ keo có thể được thực hiện bằng những cách sau đây:
- _ Thu hẹp lớp điện tích kép tới mức thế Zeta bằng không(loại bỏ lực đẩy tĩnh điện)
- Hấp thụ điện tích trái dấu để trung hịa điện tích hạt keo
- _ Va chạm với mạng lưới bông két tủa của chất keo tụ hoặc chất tạo bông được đưa vào để gây hiện tượng hấp phụ , bám dính
- Hấp phụ những chất cao phân tử để khâu các hạt lại với nhau
Việc xử lý bằng phèn và PAA nhằm thực hiện đồng thời một vài hay cả bốn giải pháp trên:
e _ Hiện tượng co lớp điện tích kép:
Trang 37Khi cho các muối có điện tích cation khác nhau vào keo đất (âm), ví dụ các muối Na*, Ca?', Al”* người tathays lượng muối gây keo tụ giảm nếu điện tích cation tăng, đối với hệ trên ta có tỷ lệ nồng độ : Na: Ca?*: AI?* = 1:10: 103
Đây chính là quy tắc Schulze — Hardy nói lên khả năng gây keo tụ của các ion trái dấu Như vậy các ion trái dấu trung hịa bớt điện tích hạt keo, lớp điện tích kép bị ép lại tới mức Zeta =0, lực hút Van Der Waals sẽ thắng lực đẩy tĩnh điện, các hạt nhỏ sẽ hút nhâutọ hạt lớn hơn lắng được Ta thấy điều này rất rõ qua sự bồi đắp nhanh chóng của các cựa sông khi nước phù sa gặp nước mặn và phù sa nhanh chóng bị lắng
e _ Sự hấp phụ điện tích trái dấu để trung hòa điện tích hạt keo:
Khác với các chất điện ly thông dụng (ví dụ : NaCl phân ly thành Na” gây keo tụ do điện tích trái dấu) có thể cho vào hệ quá đại lượng gây keo tụ cần thiết (ví dụ với NaCl là > 10M) thì đối với chất keo tụ hữu cơ hoặc cao phân tử tan trong nước, sự “quá tay” sẽ gây hiệu ứng ngược
Nếu cho “quá tay” chất keo tụ, ví dụ đối với C¡;H;sNH; quá 4.10”M sẽ xảy ra hiện tượng đổi dấu điện tích bề mặt, thay vì điện tích âm lúc đầu, hạt keo sẽ tính điện dương của chất cho thêm và trở nên bền hơn Điều này không xảy ra đối với các ion Na" vì tính hấp phụ yếu của Na" Đây là hiệu ứng đảo dấu hạt keo, cản trở quá trình
keo tụ
Đối với muối AlŸ* sẽ có hai ngưỡng: ngưỡng thứ nhất ở nồng độ thấp(10Šmol/1) bản chất tương tự như đối với C;;H;zNH;, hiện tượng đảo dấu hạt keo cũng xảy ra tương tự: khi tăng nồng độ nhưng sau đó dung dịch lại trở nên trong hơn nhờ hiện tượng bông cặn Al(OH); kéo theo hạt keo roi xuống kết tủa Đây là cơ sở để sử dụng phèn nhôm như chất keo tụ phổ biến hiện nay
e_ Lôi kéo bằng bông cặn
Các chất keo tụ [Al;(SO,); và FeCl;] tạo bông kết tủa có thể tích lớn, khi sa lắng kéo theo các hạt keo, làm thúc đẩy quá trình lắng
e _ Tạo điều kiện “khâu” các hạt cặn lơ lửng bằng phân tử polime:
Trang 38Bảng 3.2 : Các giai đoạn đông tụ
Giai đoạn Hiện tượng Thuật ngữ
Cho thêm chất | Phản ứng với nước, ion hoá, thuỷ phân, Thuỷ phân đơng tụ polyme hố
Nén lớp kép
Đặc tính hút ion làm đông lạnh bé mat các phân tử
Phá huỷ tính bên | Đặc tính liên quan đến ion hoặc trường Đông tụ hợp bề mặt của phân tử
Bao gồm cả chất keo kết tủa
Liên quan đến bên trong các phân tử, trường hợp trùng hợp đông hợp chất
Vận chuyển Chuyển động Brao Kết bông ngoại vi
Năng lượng tiêu tán (građian tốc độ) Kết bông trực giao
*Két bong đông hoc: liên quan đến sự khuếch tán Brao (chuyển động nhiệt hỗn loạn) Tốc độ kết bông hay sự thay đổi số lượng hạt theo thời gian được tính bằng:
dn 4kT ;
—=a—n
dt 3n
Trong đó: n- Số lượng hạt trong một đơn vị thể tích a - La hé s6 va cham hiéu dung
k — Hang s6 Bozoman T — Nhiệt độ tuyệt đối
n - Độ nhớt động lực d - Đường kính hạt cơ bản
Kết bơng chỉ có tác dụng với các hạt nhỏ, kích thước nhỏ hơn 1micro Nó dễ dàng tạo thành khối đông tụ nhỏ
Hiệu quả q trình kết bơng cho phép thu được khối đơng tụ lớn hơn có thể tách
ra được :
Chế độ chảy tầng Chế độ chảy rối
dn 1 - toned kG°n’d? dt `
Gradien tốc độ G° chỉ có thể xác định được ở chế độ chảy tầng, vì có sự chenh lệch tốc độ giữa hai dòng chất lỏng kề nhau trong mặt phẳng vng góc với chiều dịch chuyển:
Trang 39Trong thực tế, ta dùng Gradien tốc độ G tương ứng với chế độ chảy rối
G09 _ 4V
dz
*Tam quan trong của Gradien tốc đô Gradien tốc độ được xác định bằng công thức:
G= Pax |P Vn Vv
Trong đó : G- Gradien tốc độ trung bình P- Cơng suất tiêu tán thực n- Độ nhớt động lực
V- Thể tích chốn chỗ bởi chất lỏng (m)
Định nghĩa này có thể áp dụng mở rộng cho tất cả các chế độ thủy lực G phụ
thuộc đặc biệt vào nhiệt độ
q8)
(m”/kg.s`)
(kg/m.s)
Bang 3.3: Sự phụ thuộc của K vào nhiệt độ
°C| K °%Œ | K |°C| K °C K 0 | 23,6 | 10 | 27,6 | 20 | 31,5 | 40 | 38,9 5 | 25,6 | 15 | 29,6 | 30 | 35.4
Gradien nhiệt độ là một thông số quan trọng tác động đến khả năng va chạm của các hạt Nó khơng có khả năng tăng quá mức Với giá trị quá cao của G, các đông tụ tạo ra chịu một sự trượt cơ học dẫn đến phá hủy cấu trúc Nói chung giá trị chấp nhận của G như sau:
- Đối với đông tụ: tới 400, thậm chí 1000/s -_ Đối với kết bông khoảng 100/s
*Liéu luong của các chất đông tụ tuỳ thuộc vào nồng độ tạp chất rắn trong nước thải:
Trang 40Bảng 3.4: Sự phụ thuộc của liều lượng các chất keo tụ vào nông độ tạp chất rắn trong nước thải:
Nồng độ tạp chất trong nước, | Liêu lượng chất đông tụ khan,
mg/l mg/l Tir 1-100 25-35 101-200 30-45 201-400 40-60 401-600 45-70 601-800 55-80 801-1000 60-90 1001-1400 65-105 1401-1800 75-115 1801-2200 80-125 2201+2500 90-330 1H.2.2 Các chất đông tu thường dùng: [1]
Các chất đông tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào tính chất hố lý, chi phí, nồng độ tạp chất trong nước, pH và thành phàn muối trong nước Trong thực tế người ta thường dùngcác chất đông tụ sau: AlI,(SO,);.18H,O; NaAlO,; AI,(OH);Cl; KAI(SO,);.12H,O; NH,AI(SO,);.12H;O
Trong đó được dùng rộng rãi nhất là Al;(SO,); bởi vì Al;(SO¿); hồ tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng pH = 5+7,5
Trong q trình đơng tụ, Al;(SO,); tác dụng với canxi bicacbonat trong nước theo phản ứng sau:
Als(SO,); + 3Ca(HCO;); © Al(OH);Ì +3CaSO, +6CO;
Trong phần lớn các trường hợp người ta sử dụng hỗn hợp NaAIO, va Al,(SO,); theo tỷ lệ (10:1) +(20:1) Phản ứng xảy ra như sau:
NaAlO; + Als(SO,);+ 12H;O © 8AI(OH);} + 3NazSO¿
Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép tăng hiệu quả quá trình làm trong nước, tăng khối lượng và tốc độ lắng của các bông keo tụ, mở rộng khoảng pH tối ưu của mơi trường
AIz(OH);CI có độ axit thấp nên rất phù hợp để dùng làm sạch nước có độ kiểm yếu và quá trình được thực hiện nhờ phanr ứng sau:
Al;(OH);CI + Ca(HCO;);—> 4Al(OH);Ì + CaCl; +2CO;
Các muối sắt: Fe;(SO,);.2H;O; Fe;(SO,);.3H;O; FeSO,.7H;O và FeCl; cũng
thường được dùng làm chất đông tụ Việc tạo thành bông keo diễn ra theo các phản ứng sau:
FeCl; + 3H;O —› Fe(OH);Ì + HCI