Chất thải rắn trong bãi chôn lấp bị phân hủy sinh học, tạo thành các sản phẩm như axit hữu cơ, các hợp chất nitơ, amôn và một số khí như CO 2 , CH 4.. Chất thải rắn được chấp nhận chôn l[r]
(1)Mở đầu
Riêng lượng rác thải sinh hoạt thải vào môi trường lớn tự làm phép tính trung bình người ngày đưa vào môi trường 0,5 kg rác thải nước ta với dân số 80 triệu, giới với dân số tỷ phải xử lý lượng rác thải khổng lồ
Vì việc xử lý chất thải sinh hoạt vấn đề cấp thiết quốc gia, cộng đồng dân cư Và ngành công nghiệp xử lý rác thải sinh hoạt phát triển nhanh chóng thu hút nhiều cơng ty có phạm vi hoạt động quốc tế, với nhiều công nghệ đại
Trong khuôn khổ chương này, đề cập đến sở xử lý sinh học- công cụ chủ yếu đễ xử lý chất thải rắn hữu nói riêng chất thải hữu nói chung Nắm vững sở hồn tồn dễ dàng tiếp cận vấn đề khác mang tính kỹ thuật việc xử lý chất thải rắn
Về thành phần chất thải rắn sinh hoạt chất thải rắn hữu cơ
Thành phần chất thải rắn nói chung (rác thải) đa dạng, bao gồm từ rác thải công nghiệp, rác thải (phế thải) xây dựng, rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp Như nói, chất thải rắn hữu có rác thải sinh hoạt (cùng với hỗn hợp phức tạp hợp phần vô cơ), tồn thành phần phê thải nơng nghiệp
Vì vậy, muốn xử lý sinh học chất thải rắn hữu rác thải sinh hoạt cách hiệu cần phảitách riêng chúng khỏi hỗn hợp rác Cơng việc phân loại thực một cách thủ công giới Việc tách (phân loại) giới chủ yếu dựa vào tỷ trọng kích thước hợp phần rác
Riêng phần chất thải rắn hữu rác sinh hoạt, chúng đa dạng thành phần nguyên tố, đa dạng thành phần hợp chất Chúng ta phải quan tâm tới thành phần nguyên tố rác vi sinh vật than gia phân hủy chúng, vi sinh vật, đòi hỏi cân đối thành phần nguyên tố hỗn hợp chất dinh dưỡng mà chúng thu nhận, tỷ lệ C:N Trong điều kiện phịng thí nghiệm, thường ni vi sinh vật mơi trường có tỷ lệ C:N (w/w) khoảng từ đến 10 Trong điều kiện tự nhiên bãi rác, tỷ lệ thường cao nhiều, vi sinh vật sinh trưởng được- tất nhiên khơng thể mức độ phịng thí nghiệm Việc bổ sung thêm dinh dưỡng nitơ vào bãi rác tự nhiên để đạt tỷ lệ C:N điều kiện phịng thí nghiệm hồn tồn không kinh tế Tuy nhiên mức độ dùng bùn cống nguồn dinh dưỡng nitơ bổ sung
(2)(3)Về nguồn gốc:
Chất thải rắn (rác thải, rác) hữu bao gồm vật liệu hữu thải bỏ thuộc nhiều loại như: - Phế thải nông nghiệp (rơm, rạ)
- Thân, cành loại
- Các loại rác thải vùng nguyên liệu công nghiệp, như: vỏ hạt cà phê, vỏ lạc, bã mía, v.v - Phế liệu nhà máy giấy, nhà máy sợi
- Phế thải làng nghề chế biến tinh bột
- Thực phẩm hỏng thừa (rau, quả, thịt, cá, trứng v.v ) - Phế thải sinh hoạt (đồ dùng) từ vải, bông, sợi bơng, cactơng
Về mặt hóa học, rác hữu chứa phân tử lớn mà tuỳ theo loại rác giàu polysaccarit, protein, lipit, hỗn hợp chúng, v.v Đa số rác thải sinh hoạt hỗn hợp tất chất hữu nói
Về phân huỷ chất hữu nhờ vi sinh vật
Như biết, tự nhiên, tất chất hữu tự nhiên bị nhóm hay nhóm khác vi sinh vật phân huỷ, điều kiện hiếu khí kị khí Chất hữu phức tạp phân huỷ phải trải qua nhiều giai đoạn, nhiều nhóm vi sinh vật phân huỷ, trước tới sản phẩm cuối cúng chất vô Tuỳ theo loại chất hữu bị phân huỷ, sản phẩm cuối CO2, CH4, H2O, NH3, NO2, H2S, v.v (hình 1)
Như sản phẩm phản ứng phân huỷ tích luỹ mơi trường tự nhiên nơi sinh ra, phân huỷ phản ứng tiếp theo, nhờ nhóm vi sinh vật khác
Xử lý sinh học rác hữu cơ Khái niệm
Các trình xử lý sinh học rác hữu người thực bắt chước diễn tự nhiên Nói cách khác, xử lý sinh học rác thải hữu dựa vào hoạt động phân huỷ vi sinh vật nhằm phân huy chất hữu rác Tuy nhiên, trình phân hủy ấy đạt hiệu cao triệt để (tới sản phẩm cuối cùng), cần phải tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật tham gia phân huỷ Muốn vậy, có nhiều vấn đề kỹ thuật cần giả Ở mức độ định, số vấn đề kỹ thuật đề cập phần
(4)Ủ đống (composting)
Đây hình thức xử lý coi đơn giản với quy mô nhỏ Rác ủ thành đống luống, mặt đất chìm hố, nửa nơỉ nửa chìm Đống ủ trát kín bùn Trong trường hợp này, suốt trình ủ, oxy tiêu thụ dần đến hết, điều kiện chuyển từ hiếu khí sang kị khí; nhiệt độ tăng lên đến 60-70oC Nếu đống ủ khơng
được trát kín, đảo xới định kỳ để cung cấp oxy vào bên
Hình thức ủ đóng áp dụng khơng với rác thải sinh hoạt mà với rác thải sản xuất làng nghề, loại giàu tinh bột (chế biến sắn, làm bún, miến, v.v ), với phế thải công nghiệp: công nghiệp cà phê (vỏ hạt cà phê), công nghiệp đường (bã thân mía), cơng nghiệp giấy (phế liệu từ thực vật), phế thải nông nghiệp (rơm, rạ), với phế thải chăn nuôi (phân nước tiểu gia súc gia cầm)
Thời gian ủ dài hay ngắn tuỳ thuộc vào quy mô đống ủ, tuỳ nguyên liệu ủ điều kiện hiếu khí hay kị khí Có thể kết hợp giai đoạn hiếu khí với giai đoạn kị khí
Sản phẩm ủ đống gọi phân ủ (compost), giống trình phân huỷ chất hữu tự nhiên, hỗn hợp chất hữu đơn giản (các sản phẩm trung gian trình phân huỷ chất hữu phức tạp) chất vô Hỗn hợp tương đương với mùn tự nhiên, dùng làm phân bón hữu cơ, dùng cho trồng trọt Khi bón vào đất, chúng nhóm vi sinh vật đất phân huỷ tiếp tới chất vô mà hấp thụ Trong q trình ủ đống nói trên, đảm bão giữ nhiệt sinh (tới 60-70oC) thì
hầu hết vi sinh vật gây bệnh (vốn không sinh bào tử), trứng giun, sán bị giết chết, nên phân ủ nói chung khơng đáng lo ngại mặt vệ sinh
Trong số trường hợp, để tăng cường trình phân huỷ đống ủ, người ta bổ sung chế phẩm vi sinh vật gồm tế bào sống lựa chọn Đó chế phẩm đơn chủng, đa chủng có hoạt tính mong muốn, ví dụ phân huỷ loại chất định, điều kiện hiếu khí, hay kị khí, vi hiếu khí
Một số chủng dùng làm chế phẩm thuộc chi Cellulomonas, Trichoderma, Aspergillus, Penicillium.
Chôn lấp hợp vệ sinh Chôn lấp hợp vệ sinh:
Đó phương pháp lưu giữ chất thải rắn bãi có phủ đất lên Chất thải rắn bãi chôn lấp bị phân hủy sinh học, tạo thành sản phẩm axit hữu cơ, hợp chất nitơ, amơn số khí CO2, CH4
(5)Trải lớp rác dầy 40- 80 cm lên mặt đất, đầm nén <để thu nhỏ khối lượng> tiếp tục trải lớp khác lên Khi lớp rác dầy 2- 2,2 m phủ lớp đất dầy 10- 60 cm lên lại đầm nén Cứ với độ cao 15m Một lớp hoàn chỉnh gọi ô rác Thông thường đập đất làm để rác đổ xuống tì vào để dễ dàng đầm nén rác sau
Nếu bãi vận hành liên tục sau 24 tiếng vận hành lại cần phủ đất Chống thấm cho ô chôn lấp
Ơ chơn lấp cần đặt nơi có lớp đất đá tự nhiên đồng nhất, với hệ số thấm ≤ 1.10-7cm/s, có chiều dày tối thiểu 6m.
Phải tạo độ dốc đáy tối thiểu 2% để nước rác tự chảy rãnh thu gom nước thải
Thành ô chôn lấp phải có tính chống thấm đáy Nếu thành chơn lấp khơng đạt u cầu, cần phải xây thành nhân tạo, vật liệu có hệ số thấm ≤ 1.10-7cm/s,
với chiều rộng tối thiểu 1m
Q trình sinh hóa diễn bãi chôn lấp
Tại đây, vi sinh vật sử dụng chất hữu rác làm nguồn dinh dưỡng Nhiệt độ tăng tới 60- 70oC kéo dài 30 ngày
Ở khoảng nhiệt độ này, phản ứng hóa học diễn trội phản ứng vi sinh vật hầu hết vi sinh vật bị tiêu diệt nhiệt độ 70oC.
Oxy bị vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần => vi sinh vật yếm khí bắt đầu hoạt động Các q trình sinh hóa:
Cách chất hữu
Nếu rác chứa nhiều sunphat tạo thành mêtan giảm Chất thải xây dựng nguồn sunphat, thế, khơng nên đổ lẫn vào bãi chơn lấp rác thải chung
Các giai đoạn lớn:
Giai đoạn hiếu khí (ngắn, vài tuần): tạo …
(6) Giai đoạn yếm khí tuyệt đối: tạo nhiều CH4 (vài năm đến 100 năm lâu hơn)
Nước rỉ rác (nước rác)
Đó nước bẩn (ô nhiễm) chứa chất gây ô nhiễm bắt nguồn từ rác, thấm qua lớp rác bãi chôn lấp, xuống đất bãi chôn lấp xuống tới nước ngầm vùng
Nước rác hình thành từ tất loại nước xâm nhập vào bãi rác, từ nước rác thải đem chơn lấp
Thành phần tính chất lý- hóa- sinh học nước rác nhiều nhân tố quy định có thành phần rác bãi chơn lấp, thành phần đất phủ, đất nền, độ nén rác, thời gian chơn lấp, khí hậu mùa, v.v…
Có thể coi nước rác loại nước thải, loại nước thải thứ cấp Do vậy, bãi chôn lấp rác phải có hệ thống thu gom nước rác để xử lý Đó hệ thống cống rãnh và/ ống dẫn xung quanh bãi rác đáy lớp rác
Các phương pháp xử lý nước rác phương pháp để xử lý nước thải nói chung, bao gồm phương pháp vật lý, hóa học sinh học Trước lựa chọn công nghệ phù hợp để xử lý nước rác thiết kế trạm xử lý nước rác, trước hết cần quan tâm đến đặc tính nước rác BOD, COD, cặn lơ lửng (SS), hàm lượng nitơ tổng số, hàm lượng NH4+,
pH, số lượng coliform, v.v…
Về tạo thành khí bãi chơn lấp rác
Q trình phân hủy rác hữu vi sinh vật thực bãi chơn lấp rác làm sinh nhiều loại khí, hỗn hợp khí gọi chung khí sinh học (biogas) Khí sinh học chiếm chủ yếu mêtan (50- 60%), khí khác với lượng nhỏ, nitơ, oxy, hydro,v.v…
Mêtan (CH4) khí chiếm tỷ lệ lớn gây nguy hiểm (gây ngạt, gây cháy nổ) nên cần
có hệ thống thu gom để tận dụng nguồn nhiên liệu Nếu khơng thể thu gom được, cần làm khí để tránh nguy nói Giới hạn cho phép nồng độ khí mêtan khơng khí thuộc khu vực bãi chơn lấp rác 1,25% (v/v) Việc thu gom làm khí phải tính đến thiết kế bãi chơn lấp rác
Xử lý có chế biến Chất thải rắn thị
(7)thống ống dẫn khí tự nhiên (xem hình 28.14) Tại Mỹ, 100 bãi rác có hệ thống vậy, số hệ thống cung cấp lượng cho vài nghìn người
Hình 28.14 Sự sản sinh mêtan từ rác Mêtan bắt đầu tích lũy vài tháng sau bãi đổ rác đầy bịt kín Bãi rác tiếp tục sinh mêtan vòng – 10 năm Ảnh chụp lửa cháy mêtan sinh từ bãi rác
Có thể làm giảm đáng kể lượng chất hữu đổ vào bãi rác cách trước hết tách khỏi vật liệu không bị phân hủy sinh học, đem ủ đống Việc ủ đống (composting) trình người làm vườn áp dụng để biến rác thực vật thành mùn tự nhiên (hình 27.9) Đống vụn cỏ chịu phân hủy vi sinh vật Trong điều kiện thuận lợi, vi khuẩn ưa nóng làm tăng nhiệt độ đống ủ lên tới 55 – 600C vòng hai ngày Sauk hi
nhiệt độ giảm xuống, người ta xới trộn đống ủ để cung cấp thêm oxy, nhiệt độ đống ủ lại tăng lên Sau thời gian, quần thể vi sinh vật ưa nóng thay thể ưa ấm, chúng tiếp tục biến đổi, cách chậm chạp, vật chất hữu đống ủ sang trạng thái ổn định hơn, mùn Nếu có nhiều diện tích, rác ủ đống thành luống (là đống dài thấp), luống đảo xới định kỳ máy móc chuyên dụng, nhờ phương pháp ủ đống a Rác thải đô thị đảo xới máy
chuyên dụng
b Phân ủ làm từ rác thải đô thị chờ để vận chuyển bón ruộng
Hình 27.9 Việc làm phân ủ từ rác thải đô thị
Phục hồi sinh học vùng ô nhiễm dầu vùng ô nhiễm thủy ngân
Theo tiểu thuyết hư cấu khoa học, sinh vật ngồi hành tinh đến có cấu trúc hóa học hồn tồn khác chúng ta, chúng ăn, uống, hít thở chất mà khơng thể hấp thụ Như thể xa lạ vô giá chúng giúp làm (loại trừ) chất gây ô nhiễm hành tinh dầu thô, xăng, thủy ngân…, tất độc hại cối, động vật người
May thay, không cần chờ đợi viếng thăm thể có trí tưởng tượng mà giải vấn đề nhờ thể sống quanh ta: nhiều vi sinh vật có nhu cầu dinh dưỡng giống người (nên chúng làm hỏng thực phẩm chúng ta!), có vi sinh vật khác lại chuyển hóa chất mà “món ăn” thể trái đất, kim loại nặng, lưu huỳnh, nitơ dạng khí, dầu thơ, chí cà polyclorinat biphenyls (PCBs), thủy ngân
Vi khuẩn có vài lợi việc xử lý ô nhiễm Chúng tách chiết chất gây nhiễm khó bị rửa trơi tách ra, liên kết với đất nước
(8)tính chủng tự nhiên Một cách khác cải biến di truyền chủng để chúng phân hủy chất hóa học định
Người ta đạt kết khả quan lĩnh vực phục hồi sinh học xử lý vùng bờ biển Alaska sau vụ tràn dầu Exxon Valdez Nhiều vi khuẩn tự nhiên thuộc chi Pseudomonas có khả phân hủy dầu thơ nhu cầu cacbon nhu cầu lượng chúng Khi có mặt khơng khí, chúng tách đồng thời hai nguyên tử cacbon khỏi phân tử lớn dầu Đơn vị hai cacbon chuyển hóa bên tế bào
Vì vi khuẩn phân hủy dầu chậm nên phải có cách lợi dụng chúng để xử lý vùng bị tràn dầu Một cách đơn giản vận dụng thành công việc xử lý vụ tràn dầu nói trên, mà khơng cần tới biện pháp cải biến di truyền Đó đơn giản việc đưa phân nitơ photpho dùng nông nghiệp vào nơi cần xử lý, chúng gọi các chất tăng cường sinh học (bioenhencers) Kết số lượng vi khuẩn phân hủy dầu tăng lên rõ rệt so với vùng bờ biển khơng bón phân, bãi biển dầu Cịn nhiễm thủy ngân có nhóm vi khuẩn khác có khả làm Thủy ngân có mặt nhiều chất vốn dùng rộng rãi, sơn thừa đọng đáy hộp đựng quẳng vào bãi rác chẳng hạn Từ ngấm vào đất nước Một loài vi khuẩn phân bố rộng, Desulfovibrio desulfuricans, thực tế làm cho thủy ngân trở nên độc hơn, cách gắn thêm nhóm metyl, thành metyl thủy ngân Trong thủy vực, chất bám vào thể plankton chẳng hạn, tiếp vào chuỗi dinh dưỡng tới thể lớn hơn, sau gây ngộ độc cho cá cuối cho người
Để giải vấn đề dùng nhóm vi khuẩn khác, loài thuộc chi Pseudomonas Để tránh bị nhiễm độc, vi khuẩn trước hết chuyển hóa metyl thủy ngân thành ion thủy ngân:
CH3Hg CH4 + Hg2+
Sau nhiều vi khuẩn chuyển hóa ion thủy ngân mang điện tích dương thành dạng nguyên tố tương đối không độc, cách thêm electron mà chúng lấy từ nguyên tử hydro:
(9)Không giống vài phương pháp làm mơi trường khác, theo chất độc hại chuyển từ nơi sang nơi khác, việc làm vi sinh vật có tác dụng loại bỏ chất độc hại thường trả lại môi trường chất khơng độc có ích
Định nghĩa chất thải rắn
Theo quan niệm chung: Chất thải rắn toàn loại vật chất người loại bỏ trong hoạt động kinh tế- xã hội (bao gồm hoạt động sản xuất, hoạt động sống trì tồn cộng đồng v.v…) Trong quan trọng loại chất thải sinh từ hoạt động sản xuất hoạt động sống
Theo quan điểm mới: Chất thải rắn đô thị (gọi chung rác thải đô thị) định nghĩa là: vật chất mà người tạo ban đầu vứt bỏ khu vực thị mà khơng địi hỏi bồi thường cho vứt bỏ Thêm vào đó, chất thải coi chất thải rắn đô thị chúng xã hội nhìn nhận thứ mà thành phố phải có trách nhiệm thu gom tiêu hủy
Chất thải nguy hại: bao gồm loại hóa chất dễ gây phản ứng, độc hại, chất thải sinh học dễ thối rữa, chất dễ cháy, nổ chất thải phóng xạ, chất thải nhiễm khuẩn, lây lan… có nguy đe dọa tới sức khoẻ người, động vật cỏ
Nguồn phát sinh chất thải nguy hại chủ yếu từ hoạt động y tế, công nghiệp nông nghiệp
Chất thải y tế nguy hại: chất thải có chứa chất có đặc tính gây nguy hại trực tiếp tương tác với chất khác gây nguy hại tới môi trường sức khỏe cộng đồng Chúng gồm: băng, gạc, nẹp, kim tiêm, ống tiêm, chi thể cắt bỏ, tổ chức mô cắt bỏ, chất thải sinh hoạt từ bệnh nhân; chất thải có chứa nồng độ cao của: thủy ngân, chì, catmi, asen, xianua…; chất thải phóng xạ từ bệnh viện
Các biện pháp làm giảm lượng phát sinh chất thải rắn Lợi ích việc làm giảm lượng phát sinh chất thải rắn: - Tiết kiệm lượng;
- Giảm khai thác, xử lý, sử dụng nguồn gây tác động xấu tới môi trường;
- Tăng yếu tố an tồn cho cơng nhân trực tiếp xử lý chất thải rắn, cho toàn xã hội, giảm phát sinh chất thải rắn, có chất thải nguy hại
- Giảm chi phí quản lý chất thải - Giảm chi phí xử lý chất thải
(10)- Tăng mức tiêu thụ
- Xây dựng quy trình sản xuất cho phép sử dụng nguyên liệu
- Thiết kế tạo sản phẩm cho sử dụng chúng gây nhiễm tạo chất thải
- Loại bỏ đóng gói khơng cần thiết; đặc biệt quan trọng là: - Áp dụng công nghệ sản xuất
Bạn có biết?Bạn nghĩ gì? SẢN XUẤT SẠCH HƠN
Sản xuất (cleaner production) gì? Đó khái niệm chương trình Mơi trường Liên hợp quốc xây dựng áp dụng nhiều nơi giới từ khoảng năm 1990 Nó cho phép giảm ô nhiễm môi trường hoạt động sản xuất người, ngồi cịn cho phép giảm chi phí đơn vị sản xuất
Mục tiêu sản xuất nhằm tránh phát sinh ô nhiễm nguồn cách sử dụng tài nguyên nguyên liệu có hiệu Nói cách khác, sản xuất tránh việc phần nguyên liệu vào chất thải, thay vào chuyển thêm vào giá trị sản phẩm Như sản xuất đồng nghĩa với giảm thiểu chất thải ngăn chặn ô nhiễm Sản xuất biện pháp xử lý môi trường (xử lý nước thải, xử lý khí thải, xử lý chất thải rắn) hai cách tiếp cận khác nhau: Xử lý mơi trường, theo cách nói đơn vị sản xuất “xử lý cuối đường ống”, giúp họ giảm mức độ tác hại chất thải không tận thu phần nguyên liệu vào chất thải (gọi chung “dịng thải”) Vì xử lý cuối dịng thải địi hỏi chi phí Về phần sản xuất hơn, vừa giảm nguy gây ô nhiễm vừa mang lại lợi nhuận cho nhà sản xuất Có thể ví sản xuất tương đương với “phòng bệnh”, xử lý cuối đường ống “chữa bệnh” Phòng bệnh chữa bệnh cho rõ Và biết phòng bệnh đơn giản, đỡ tốn cho sức khỏe tốt so với chữa bệnh Vì cần ln ghi nhớ: phịng bệnh chữa bệnh!
(11)