VII. í nghĩa khoa học và thực tiễn của luận ỏn
1.3.4. Lượng phỏt sinh và thành phần nước rỉ rỏc
1.3.4.1. Cỏc phương phỏp tớnh toỏn nước rỉ rỏc phỏt sinh
Nước rỉ rỏc (nước rỏc) là nước bẩn thấm qua lớp rỏc của cỏc ụ chụn lấp, kộo theo cỏc chất ụ nhiễm từ rỏc chảy vào tầng đất ở dưới bói chụn lấp.
Nguồn gốc hỡnh thành nước rỉ rỏc lớn nhất là nước mưa rơi xuống bề mặt khu chụn lấp chất thải, tiếp đến là cỏc dũng nước dưới đất xõm nhập, nước chảy tràn từ bề mặt cỏc khu vực xung quanh, hơi ẩm tớch trữ sẵn trong rỏc và từ quỏ trỡnh phõn huỷ sinh học
Những yếu tố ảnh hưởng tới lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh bao gồm: − Lượng mưa trong khu vực
− Sự thẩm thấu của nước dưới đất, nước mặt − Thành phần và độ ẩm của chất thải rắn
− Quỏ trỡnh xử lý cơ học (cắt, nghiền và ộp thành khối) trước khi đem chụn lấp − Lớp phủ bề mặt
− Độ sõu của bói chụn lấp − Khớ hậu tại khu vực
− Sự bốc hơi nước và sự thoỏt hơi nước tại bói chụn lấp − Sự hỡnh thành khớ sinh học tại ụ chụn lấp
− Trọng lượng của chất thải rắn…
Quỏ trỡnh nước rỉ rỏc xuất hiện khi độ ẩm trong chất thải rắn đạt mức bóo hoà. Lượng nước rỉ rỏc khỏc nhau ở từng bói chụn lấp chất thải rắn và thay đổi từ 0% lượng nước mưa đối với vựng khớ hậu khụ đến 100% lượng nước mưa đối với vựng khớ hậu ẩm ướt trong suốt quỏ trỡnh vận hành bói chụn lấp. Sự xuất hiện nước rỉ rỏc đối với bói chụn lấp mới thường nhỏ và tăng khi lượng rỏc đem chụn lấp tăng và mở rộng diện tớch; đạt đến giỏ trị lớn nhất sau đú giảm mạnh khi tiến hành san ủi và phủ lớp vật liệu phủ sau mỗi ngày đổ rỏc vào bói hoặc lớp phủ cuối cựng che kớn toàn bộ bói chụn lấp khi đúng bói.
Quỏ trỡnh biến đổi lượng nước rỉ rỏc theo thời gian đó được ước tớnh và đồ thị biểu diễn được trỡnh bày trong hỡnh 1.9 [47].
Hỡnh 1.9. Đồ thị biểu diễn lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh theo thời gian Nguồn: Farquhar, G. J.,(1989) [47]
Tớnh toỏn lượng nước rỉ rỏc là quan trọng cho cụng tỏc quản lý vận hành bói chụn lấp. Cú nhiều phương phỏp tớnh toỏn tuy nhiờn tựy theo điều kiện thực tế của từng địa phương mà cú
thể lựa chọn phương phỏp phự hợp. Thụng thường phương phỏp tớnh lượng nước rỉ rỏc phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khớ hậu thủy văn, đặc biệt là lượng mưa.
Một số chương trỡnh phần mềm mỏy tớnh để ước tớnh lượng nước rỉ rỏc đó được phỏt triển, vớ dụ như: HELP, FULLFILL, và SOILINER. Tất cả cỏc phương phỏp đều dựa trờn phương phỏp cõn bằng nước. Cỏc chương trỡnh tớnh toỏn đều là giải bài toỏn một chiều bằng cỏc cụng cụ khỏc nhau. Mỗi chương trỡnh này đều cú cỏc ưu, nhược điểm. Nhỡn chung cú hạn chế chủ yếu là chỉ dựng để tớnh toỏn cho duy nhất một mức mà khụng tớnh đến sự thay đổi của vật liệu phủ khi đúng bói, hoặc cũng khụng tớnh đến khi thay đổi lượng chất thải rắn được chụn lấp với độ sõu hoặc chiều cao của bói chụn lấp bị tăng lờn.
Trờn thực tế cỏc lớp trong ụ chụn lấp khụng được xõy dựng đồng thời, và cũng khụng phải trong cựng một mựa của năm, thờm vào đú là việc muốn tận dụng những vị trớ cú sẵn cho việc chụn lấp tại cựng khu vực, và cũng thường bỏ phủ hàng ngày bằng cỏc lớp đất khụng tuõn theo yờu cầu thiết kế vận hành [45].
a. Phương phỏp cõn bằng nước – WBM
− Là phương phỏp cổ điển, dễ sử dụng và ỏp dụng cho việc tớnh toỏn nước rỉ rỏc
− Cú thể ỏp dụng tớnh toỏn cho nhiều loại bói chụn lấp và cỏc giai đoạn khỏc nhau của bói.
− Chỉ cần cỏc số liệu về lượng mưa, lượng bốc hơi nước theo thỏng
− Khụng tớnh được lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh khỏc biệt trong thời gian vận hành ụ chụn lấp
− Khụng dự bỏo được chớnh xỏc lượng nước rỉ rỏc vỡ phụ thuộc vào vào cỏc thụng số khú xỏc định độ chớnh xỏc như hệ số chảy tràn và mức độ đầm nộn hoặc độ ẩm của rỏc.
b. Phương phỏp định lượng thủy văn bói chụn lấp – HELP
Phần mềm HELP là cụng cụ sử dụng cụng nghệ thụng tin để giỳp việc tớnh toỏn và phõn tớch cõn bằng nước dễ dàng
− Kết quả thu được từ HELP cú thể giỳp cỏc nhà thiết kế và cỏc nhà quản lý đỏnh giỏ cỏc thiết kế bói chụn lấp được đề xuất
− Cú thể sử dụng để tớnh toỏn cho cỏc bói đang vận hành, chưa vận hành và đó đúng. − Phục vụ cho cụng tỏc nghiờn cứu giảng dạy và cấp phộp vận hành bói chụn lấp ở Mỹ − HELP thường đưa ra dự bỏo lượng nước rỉ rỏc nhiều hơn so với thực tế
− Bắt buộc phải cú số liệu đầu vào cho phần mềm
− Độ chớnh xỏc của kết quả phụ thuộc vào nhiều dữ liệu bao gồm: số liệu thời tiết, số liệu về đất và thiết kế, cỏc giải phỏp kỹ thuật
− Cần cài đặt phần mềm và hệ thống thiết bị mỏy tớnh để chạy chương trỡnh HELP
c. Phương phỏp cõn bằng nước theo trỡnh tự - SWB
− Vẫn tớnh được khi khụng cú đầy đủ dữ liệu về khớ hậu so với HELP − Độ chớnh xỏc phụ thuộc phần lớn vào đặc tớnh vật lý của chất thải rắn
− Tớnh được lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh chớnh xỏc hơn cỏc phương phỏp khỏc trong giai đoạn vận hành khi thay đổi thiết kế (tăng lượng rỏc cần chụn lấp).
− Cần tuõn thủ nghiờm ngặt nguyờn tắc vận hành như phủ rỏc hàng ngày bằng cỏc vật liệu phủ quy định
− Phương phỏp này chỉ tập trung tớnh toỏn lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh vào thời gian vận hành ụ chụn lấp chất thải rắn
Bảng 1.7. Túm tắt so sỏnh cỏc phương phỏp tớnh toỏn nước rỉ rỏc Phương phỏp
Tiờu chớ
Phương phỏp cõn bằng nước - WBM
Phương phỏp định lượng thủy văn bói chụn lấp - HELP
Phương phỏp cõn bằng theo chuỗi - SWB
Nơi phỏt hành Phổ biến chung Mỹ Mexico
Cơ sở tớnh toỏn Phương trỡnh cõn bằng nước
Xõy dựng mụ hỡnh phần mềm mỏy tớnh dựa vào phương trỡnh cõn bằng nước
Phương trỡnh cõn bằng nước
Yờu cầu số liệu đầu vào
Số liệu địa chất thủy văn (đất, thời tiết khớ hậu) - Số liệu địa chất thủy văn - Số liệu thiết kế BCL Tớnh chất vật lý của chất thải rắn
Yờu cầu số liệu thời tiết đầu vào
Thỏng Ngày Thỏng
Mỏy múc phương tiện
Đơn giản Chạy hệ điều hành DOS và cỏc thiết bị mỏy tớnh liờn quan
Excel Loại hỡnh bói chụn lấp ỏp dụng Cỏc loại bói chụn lấp Cỏc loại bói chụn lấp và cỏc giai đoạn Bói chụn lấp đang vận hành Lượng nước tớnh toỏn
Dự bỏo Nhiều hơn thực tế Ít hơn so với WBM
d. Đỏnh giỏ khả năng ỏp dụng tớnh toỏn lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh tại Việt Nam Tại Việt Nam, việc tớnh toỏn lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh tại BCL chưa được quan tõm thỏa đỏng, dự bỏo nước rỉ rỏc theo cỏch tớnh đơn giản dựa vào lượng mưa và diện tớch chụn lấp dẫn đến kết quả khụng chớnh xỏc hoặc khụng cú số liệu về lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh.
Trong cỏc phương phỏp tớnh lượng nước rỉ rỏc, phương phỏp cõn bằng nước theo trỡnh tự SBW cho kết quả chớnh xỏc hơn phương phỏp WBM trong giai đoạn vận hành vỡ nước rỉ rỏc
tạo ra phụ thuộc nhiều vào lượng mưa. Tuy nhiờn khả năng phõn hủy của chất thải trong giai đoạn này chưa diễn ra hoàn toàn, lượng nước rỉ rỏc sinh ra trong chất thải rắn chưa đạt cực đại vỡ cụng suất chụn lấp tại ụ chưa đạt tối đa. Trờn thực tế quỏ trỡnh vận hành chụn lấp tại Việt Nam khụng được giỏm sỏt chặt chẽ theo nguyờn tắc vận hành, đặc biệt là yờu cầu phủ rỏc hàng ngày khi chụn lấp. Chớnh vỡ vậy việc tớnh toỏn theo phương phỏp SWB là khú khăn.
Phần mềm HELP yờu cầu về dữ liệu đầu vào chi tiết, cụ thể. Mức độ chớnh xỏc của kết quả phụ thuộc rất nhiều vào số liệu thời tiết, đất, thiết kế, kỹ thuật chụn lấp…Cỏc ụ chụn lấp tại cỏc bói chụn lấp hợp vệ sinh ở Việt Nam thường hoạt động vượt quỏ cụng suất thiết kế, dẫn đến sự thay đổi số liệu trong thời gian vận hành so với thiết kế.
Phương phỏp cõn bằng nước WBM là phương phỏp đơn giản và khụng yờu cầu chi tiết số liệu đưa vào tớnh toỏn, nhưng kết quả lại khụng phản ảnh đầy đủ được mức độ xõm nhập của nước mưa trong thời gian vận hành cũng như sau khi đúng ụ chụn lấp. Việc ỏp dụng cỏc mụ hỡnh HELP và SWB là cần thiết trong tớnh toỏn lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh để cú được số liệu về nước rỉ rỏc, phục vụ cho cụng tỏc xử lý, bảo vệ mụi trường. Tuy nhiờn xem xột điều kiện thực tế của hoạt động chụn lấp CTR tại Việt Nam rất cần cú một phương phỏp tớnh dự bỏo nước rỉ rỏc phự hợp hơn với tớnh chất chất thải rắn được chụn lấp, điệu kiện thời tiết khớ hậu, thời gian và phương thức vận hành…
Chớnh vỡ vậy cần nghiờn cứu và đề xuất một phương phỏp tớnh toỏn nước rỉ rỏc phự hợp với hoạt động và vận hành bói chụn lấp hiện tại của Việt Nam. Đề tài đó nghiờn cứu và trỡnh bày phương phỏp tớnh lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh chi tiết trong chương 3 của luận ỏn. 1.3.4.2. Thành phần nước rỉ rỏc
Thành phần nước rỉ rỏc cú thể chia làm 4 nhúm như sau [83]:
Nhu cầu oxy húa học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD) hoặc tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) , axit bộo dễ bay hơi
Cỏc thành phần vụ cơ: calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+), sodium (Na+), potassium (K+), ammonium (NH4+), iron (Fe2+), manganese (Mn2+), chloride (Cl-), sulfate (SO42- ) and hydrogen carbonate (HCO3-).
Kim loại nặng : cadmium (Cd2+), crụm (Cr3+), đồng (Cu2+), chỡ (Pb2+), niken (Ni2+) và kẽm (Zn2+).
Cỏc hợp chất hữu cơ xenobiotic (XOCs): cú nguồn gốc từ cỏc hộ gia đỡnh, cỏc khu cụng nghiệp nhưng hiện tại cú nồng độ khỏ thấp
Ngoài ra cỏc hợp chất khỏc cú thể tỡm thấy từ thành phần nước rỉ rỏc như: borat, sulfide, asenat, sulfat, bari, lithium, thủy ngõn, và coban. Tuy nhiờn cỏc hợp chất này cú nồng độ thấp và khụng cú ảnh hưởng quỏ lớn.
Trong cỏc nghiờn cứu gần đõy, cỏc nguồn số liệu về thành phần nước rỉ rỏc được thu thập từ nhiều nguồn khỏc nhau chủ yếu là từ cỏc bói chụn lấp mới. Cỏc số liệu từ cỏc bói chụn lấp
cũ và khụng được kiểm soỏt cú thể cú giỏ trị thấp hơn. Núi chung nước rỉ rỏc từ cỏc bói chụn lấp cú nồng độ cỏc chất hữu cơ và cỏc thành phần vụ cơ rất cao. Nồng độ của cỏc chất này cú thể cao hơn 1000 đến 5000 lần so với nước dưới đất.
Một vài thụng số thay đổi đỏng kể khi bói chụn lấp trong giai đoạn ổn định. Trong giai đoạn axit, nước rỉ rỏc cú giỏ trị pH thấp và cỏc hợp chất cú nồng độ cao mà cụ thể là cỏc hợp chất hữu cơ dễ phõn hủy và cỏc axit bộo dễ bay hơi. Trong giai đoạn lờn men mờtan sau đú, pH tăng ảnh hưởng rất nhiều tới cỏc thụng số vụ cơ trong nước rỉ rỏc. Bờn cạnh đú sự phụ thuộc thời gian liờn quan đến thay đổi từ giai đoạn lờn men axit đến lờn men mờtan, biến đổi ngắn hạn về chất lượng nước rỉ rỏc cũng được diễn ra. Trong một vài nghiờn cứu thành phần nước rỉ rỏc được quan sỏt cũng thay đổi theo mựa. Theo Akesson và Nilsson [20] quan sỏt tại cỏc bói chụn lấp thử nghiệm ở Thụy Điển cho thấy nồng độ nước rỉ rỏc thấp hơn trong mựa mưa. Chu và cộng sự [38] cũng đưa ra cỏc kết quả tương tự khi nghiờn cứu quan sỏt tại cỏc bói chụn lấp chất thải rắn ở Hồng Kụng.
a. Chất hữu cơ hũa tan
Như đó nờu cỏc thụng số ảnh hưởng tới cỏc chất hữu cơ hũa tan trong nước thải: TOC (tổng lượng cacbon hữu cơ), COD (nhu cầu oxy húa học), và BOD (nhu cầu oxy sinh húa). Cỏc chất hữu cơ trong nước rỉ rỏc cú thành phần lớn là cỏc sản phẩm phõn húa từ cỏc chất hữu cơ khỏc nhau, từ cỏc axit dễ bay hơi, cỏc hợp chất humic. Chất hữu cơ hũa tan cú ảnh hưởng tới cỏc thành phần nước rỉ rỏc thụng qua cỏc tớnh chất phức của cỏc thành phần hữu cơ phõn hủy.
Khả năng phõn huỷ sinh học của nước rỉ rỏc cũng thay đổi theo thời gian thể hiện ở tỉ số BOD5/COD. Nước rỉ rỏc ở cỏc bói chụn lấp mới cú tỉ số BOD5/COD 0,5 chất hữu cơ trong nước rỉ rỏc dễ bị phõn huỷ sinh học, ở cỏc bói chụn lấp cũ tỉ số này vào khoảng 0,05 0,2 chất hữu cơ trong nước rỉ rỏc khú bị phõn huỷ sinh học do lỳc này chất hữu cơ trong nước rỉ rỏc chủ yếu là axit humic và axit fulvic đõy là những axit khú bị phõn huỷ sinh học. Do đặc điểm này nờn việc thiết kế hệ thống xử lý nước rỉ rỏc rất phức tạp, xử lý nước rỉ rỏc giai đoạn đầu sẽ cần khỏc với xử lý nước rỉ rỏc giai đoạn sau.
Bảng 1.8. Thành phần nước rỉ rỏc với cỏc khoảng giỏ trị nồng độ
STT Thụng số Đơn vị Phạm vi
1 pH 4,5 - 9
2 Tổng chất rắn mg/l 2000 - 60000
Thành phần hữu cơ
4 Tổng lượng carbon (TOC) mg/l 30 - 29000 5 Nhu cầu oxy sinh học (BOD5) mg/l 20 - 57000 6 Nhu cầu oxy húa học (COD) mg/l 140 - 152000
STT Thụng số Đơn vị Phạm vi
8 Nito hữu cơ mg/l 14 - 2500
Thành phần vụ cơ 9 Tổng lượng photpho mg/l 0,1 - 2,3 10 Clo mg/l 150 - 4500 11 Sulphate (SO42-) mg/l 8 - 7750 12 Hydrogen cacbonate mg/l 610 - 7320 13 Natri mg/l 70 - 7700 14 Kali mg/l 50 - 3700 15 Nitrat Amoni mg/l 50 - 2200 16 Canxi mg/l 10 - 7200 17 Magie mg/l 30 - 15000 18 Sắt mg/l 3 - 5500 19 Mangan mg/l 0,03 - 1400 Kim loại nặng 22 Asen (As) mg/l 0,01 - 1 23 Cadimi (Cd) mg/l 0,0001 - 0,4 24 Crom (Cr) mg/l 0,02 - 1,5 25 Coban (Co) mg/l 0,005 - 1,5 26 Đồng (Cu) mg/l 0,005 - 10 27 Chỡ (Pb) mg/l 0,001 - 5 28 Thủy ngõn (Hg) mg/l 0,00005 - 0,16 29 Niken (Ni) mg/l 0,015 - 13 30 Kẽm (Zn) mg/l 0,03 - 1000
Nguồn: Peter Kjeldsen và cộng sự [83]
b. Hợp chất vụ cơ
Nồng độ của cỏc hợp chất vụ cơ cú trong nước thải phụ thuộc vào cỏc yờu tố như lượng chất hữu cơ hũa tan và sự ổn định của bói chụn lấp, cỏc cation canxi, magiờ, sắt và mangan thấp trong giai đoạn metan húa do độ pH cao và làm giảm hàm lượng chất hữu cơ hũa tan cú thể tạo ra cỏc phức với cỏc cation. Nồng độ sulfate cũng thấp hơn ở giai đoạn này do giảm cỏc vi khuẩn của sulfate để tạo thành sunfit.
Cỏc nghiờn cứu cho thấy nồng độ nitơ amon trong khoảng 500-2000 mg/l, và khụng cú xu hướng giảm dần theo thời gian. Nitơ amon được phỏt sinh từ cỏc chất thải chủ yếu là do sự phõn hủy của protein. Cơ chế duy nhất mà nồng độ nitơ amon cú thể giảm trong rỏc phõn hủy là do rửa trụi.
Trong một nghiờn cứu với 50 bói chụn lấp của Đức cho thấy nồng độ nitơ amon hầu như khụng giảm thậm chớ 30 năm sau khi đúng cửa bói chụn lấp [69]. Theo nghiờn cứu của Ehrig
[44] nồng độ nitơ amon khụng cú thay đổi đỏng kể từ giai đoạn axit đến giai đoạn metan húa, và giỏ trị trung bỡnh là 740 mg/l
c. Kim loại nặng
Cú sự khỏc biệt về nồng độ kim loại nặng tại cỏc bói chụn lấp khỏc nhau (Bảng 1.9). Điều này đó được chứng minh bởi nhiều nghiờn cứu trong đú cỏc nhà khoa học đó cụng bố nồng độ cỏc kim loại từ cỏc bói chụn lấp quy mụ lớn, ụ chụn lấp thử nghiệm, và cỏc nghiờn cứu trong phũng thớ nghiệm.