VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rỉ rác
Rác được chơn trong bãi chơn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hĩa, sinh xảy ra đồng thời. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hĩa học đã được phân hủy từ rác.
Thành phần chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chơn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chơn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bãi chơn lấp, độ pha lỗng với nước mặt và nước dưới đất, sự cĩ mặt của các chất ức chế, các
chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi chơn lấp, việc chơn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý nước thải… Ta sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rỉ rác.
Hình 1.8. Các yếu tố ảnh hưởng tới thành phần và tính chất nước rỉ rác a. Thời gian chơn lấp
Tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian chơn lấp. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác là một hàm theo thời gian. Theo thời gian nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác giảm dần. Thành phần của nước rỉ rác thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan. Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ. Trong giai đọan này, khi rác mới được chơn hoặc cĩ thể kéo dài vài năm, nước rỉ rác cĩ những đặc điểm sau [13]:
Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao. pH nghiêng về tính axit. BOD cao.
Tỷ lệ BOD/COD cao. Nồng độ NH4+
và nitơ hữu cơ cao. Vi sinh vật cĩ số lượng lớn.
Nồng độ các chất vơ cơ hịa tan và kim loại nặng cao.
Khi rác được chơn càng lâu, quá trình metan hĩa xảy ra. Khi đĩ chất thải rắn trong bãi chơn lấp được ổn định dần, nồng độ ơ nhiễm cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo thành khí metan cĩ thể kéo dài đến hàng trăm năm hoặc lâu hơn nữa. Đặc điểm nước rỉ rác ở giai đoạn này :
Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp. pH trung tính hoặc kiềm. BOD thấp.
Tỷ lệ BOD/COD thấp. Nồng độ NH4+ thấp.
Vi sinh vật cĩ số lượng nhỏ.
Nồng độ các chất vơ cơ hịa tan và kim loại nặng thấp.
Theo thời gian chơn lấp thì các chất hữu cơ trong nước rỉ rác cũng cĩ sự thay đổi. Ban đầu, khi mới chơn lấp, nước rỉ rác chủ yếu axit béo bay hơi. Các axit thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp theo đĩ là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhân vịng thơm. Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rỉ rác nghiên về tính axit. Rác chơn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rỉ rác cĩ sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic. Khi bãi chơn lấp đã đĩng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước rỉ rác chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khĩ phân hủy sinh học.
b. Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn
Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động đến tính chất nước rỉ rác. Khi các phản ứng trong bãi chơn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đĩ, chất thải rắn cĩ những đặc tính gì thì nước rỉ rác cũng cĩ các đặc tính tương tự. Chẳng hạn như, chất thải cĩ chứa nhiều chất độc hại thì nước rỉ rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại…
Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng cĩ những tác động đến tính chất nước rỉ rác. Chẳng hạn như, các bãi chơn lấp chơn rác khơng được nghiền nhỏ, khi rác được nghiền nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi khơng nghiền nhỏ rác. Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ơ nhiễm bị trơi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác cĩ được xử lý sơ bộ hay khơng.
c. Chiều sâu bãi chơn lấp
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chơn lấp cĩ chiều sâu chơn lấp càng lớn thì nồng độ chất ơ nhiễm càng cao so với các bãi chơn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi chơn lấp càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hịa, cần nhiều thời gian để phân hủy.
Do vậy, bãi chơn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng. Từ đĩ quá trình phân hủy sẽ xảy ra hồn tồn hơn nên nước rỉ rác chứa một hàm lượng lớn các chất ơ nhiễm. d. Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi
Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ cĩ vai trị rất quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chơn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo nước rỉ rác cũng như tăng lưu lượng và pha lỗng các chất ơ nhiễm từ rác vào trong nước. Khi quá trình thấm xảy ra nhanh
thì nước rỉ rác sẽ cĩ lưu lượng lớn và nồng độ các chất ơ nhiễm nhỏ. Quá trình bay hơi làm cơ đặc nước rỉ rác và tăng nồng độ ơ nhiễm. Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ …
e. Độ ẩm rác và nhiệt độ
Độ ẩm của rác phù hợp sẽ tạo điều kiện cho các phản ứng sinh học xảy ra tốt hơn. Khi bãi chơn lấp đạt trạng thái bão hịa, đạt tới khả năng giữ nước, thì độ ẩm trong rác là khơng thay đổi nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rỉ rác được hình thành nhanh hay chậm sau khi rác được chơn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nước rỉ rác sẽ hình thành nhanh hơn.
Nhiệt độ cĩ ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rỉ rác. Khi nhiệt độ mơi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rỉ rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chơn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rỉ rác cĩ nồng độ ơ nhiễm cao hơn.
f. Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại
Việc chơn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rãnh và bùn của trạm xử lý nước thải sinh hoạt cĩ ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rỉ rác . Bùn sẽ làm tăng độ ẩm của rác và do đĩ tăng khả năng tạo thành nước rỉ rác . Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chơn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chơn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rỉ rác cĩ pH thấp và BOD5 cao hơn.
Việc chơn lấp chất thải rắn với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chơn lấp do các chất ức chế như kim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật… Đồng thời, theo thời gian các chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rỉ rác và khí thốt ra ngồi ảnh hưởng đến mơi trường cũng như các cơng trình sinh học xử lý nước rỉ rác. 1.3.4. Lượng phát sinh và thành phần nước rỉ rác
1.3.4.1. Các phương pháp tính tốn nước rỉ rác phát sinh
Nước rỉ rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ơ chơn lấp, kéo theo các chất ơ nhiễm từ rác chảy vào tầng đất ở dưới bãi chơn lấp.
Nguồn gốc hình thành nước rỉ rác lớn nhất là nước mưa rơi xuống bề mặt khu chơn lấp chất thải, tiếp đến là các dịng nước dưới đất xâm nhập, nước chảy tràn từ bề mặt các khu vực xung quanh, hơi ẩm tích trữ sẵn trong rác và từ quá trình phân huỷ sinh học
Những yếu tố ảnh hưởng tới lượng nước rỉ rác phát 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
− Quá trình xử lý cơ học (cắt, nghiền và ép thành khối) trước khi đem chơn lấp
− Lớp phủ bề mặt
− Độ sâu của bãi chơn lấp
− Khí hậu tại khu vực
− Sự bốc hơi nước và sự thốt hơi nước tại bãi chơn lấp
− Sự hình thành khí sinh học tại ơ chơn lấp
− Trọng lượng của chất thải rắn…
Quá trình nước rỉ rác xuất hiện khi độ ẩm trong chất thải rắn đạt mức bão hồ. Lượng nước rỉ rác khác nhau ở từng bãi chơn lấp chất thải rắn và thay đổi từ 0% lượng nước mưa đối với vùng khí hậu khơ đến 100% lượng nước mưa đối với vùng khí hậu ẩm ướt trong suốt quá trình vận hành bãi chơn lấp. Sự xuất hiện nước rỉ rác đối với bãi chơn lấp mới thường nhỏ và tăng khi lượng rác đem chơn lấp tăng và mở rộng diện tích; đạt đến giá trị lớn nhất sau đĩ giảm mạnh khi tiến hành san ủi và phủ lớp vật liệu phủ sau mỗi ngày đổ rác vào bãi hoặc lớp phủ cuối cùng che kín tồn bộ bãi chơn lấp khi đĩng bãi.
Quá trình biến đổi lượng nước rỉ rác theo thời gian đã được ước tính và đồ thị biểu diễn được trình bày trong hình 1.9 [47].
Hình 1.9. Đồ thị biểu diễn lượng nước rỉ rác phát sinh theo thời gian Nguồn: Farquhar, G. J.,(1989) [47]
Tính tốn lượng nước rỉ rác là quan trọng cho cơng tác quản lý vận hành bãi chơn lấp. Cĩ nhiều phương pháp tính tốn tuy nhiên tùy theo điều kiện thực tế của từng địa phương mà cĩ
thể lựa chọn phương pháp phù hợp. Thơng thường phương pháp tính lượng nước rỉ rác phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu thủy văn, đặc biệt là lượng mưa.
Một số chương trình phần mềm máy tính để ước tính lượng nước rỉ rác đã được phát triển, ví dụ như: HELP, FULLFILL, và SOILINER. Tất cả các phương pháp đều dựa trên phương pháp cân bằng nước. Các chương trình tính tốn đều là giải bài tốn một chiều bằng các cơng cụ khác nhau. Mỗi chương trình này đều cĩ các ưu, nhược điểm. Nhìn chung cĩ hạn chế chủ yếu là chỉ dùng để tính tốn cho duy nhất một mức mà khơng tính đến sự thay đổi của vật liệu phủ khi đĩng bãi, hoặc cũng khơng tính đến khi thay đổi lượng chất thải rắn được chơn lấp với độ sâu hoặc chiều cao của bãi chơn lấp bị tăng lên.
Trên thực tế các lớp trong ơ chơn lấp khơng được xây dựng đồng thời, và cũng khơng phải trong cùng một mùa của năm, thêm vào đĩ là việc muốn tận dụng những vị trí cĩ sẵn cho việc chơn lấp tại cùng khu vực, và cũng thường bỏ phủ hàng ngày bằng các lớp đất khơng tuân theo yêu cầu thiết kế vận hành [45]. a. Phương pháp cân bằng nước – WBM
− Là phương pháp cổ điển, dễ sử dụng và áp dụng cho việc tính tốn nước rỉ rác
− Cĩ thể áp dụng tính tốn cho nhiều loại bãi chơn lấp và các giai đoạn khác nhau của bãi.
− Chỉ cần các số liệu về lượng mưa, lượng bốc hơi nước theo tháng
− Khơng tính được lượng nước rỉ rác phát sinh khác biệt trong thời gian vận hành ơ chơn lấp
− Khơng dự báo được chính xác lượng nước rỉ rác vì phụ thuộc vào vào các thơng số khĩ xác định độ chính xác như hệ số chảy tràn và mức độ đầm nén hoặc độ ẩm của rác.
b.Phương pháp định lượng thủy văn bãi chơn lấp – HELP
Phần mềm HELP là cơng cụ sử dụng cơng nghệ thơng tin để giúp việc tính tốn và phân tích cân bằng nước dễ dàng
− Kết quả thu được từ HELP cĩ thể giúp các nhà thiết kế và các nhà quản lý đánh giá các thiết kế bãi chơn lấp được đề xuất
− Cĩ thể sử dụng để tính tốn cho các bãi đang vận hành, chưa vận hành và đã đĩng.
− Phục vụ cho cơng tác nghiên cứu giảng dạy và cấp phép vận hành bãi chơn lấp ở Mỹ
− HELP thường đưa ra dự báo lượng nước rỉ rác nhiều hơn so với thực tế
− Bắt buộc phải cĩ số liệu đầu vào cho phần mềm
− Độ chính xác của kết quả phụ thuộc vào nhiều dữ liệu bao gồm: số liệu thời tiết, số liệu về đất và thiết kế, các giải pháp kỹ thuật
− Cần cài đặt phần mềm và hệ thống thiết bị máy tính để chạy chương trình HELP c. Phương pháp cân bằng nước theo trình tự - SWB
− Vẫn tính được khi khơng cĩ đầy đủ dữ liệu về khí hậu so với HELP
− Độ chính xác phụ thuộc phần lớn vào đặc tính vật lý của chất thải rắn
− Tính được lượng nước rỉ rác phát sinh chính xác hơn các phương pháp khác trong giai đoạn vận hành khi thay đổi thiết kế (tăng lượng rác cần chơn lấp).
− Cần tuân thủ nghiêm ngặt nguyên tắc vận hành như phủ rác hàng ngày bằng các vật liệu phủ quy định
− Phương pháp này chỉ tập trung tính tốn lượng nước rỉ rác phát sinh vào thời gian vận hành ơ chơn lấp chất thải rắn
− Yêu cầu số liệu đầu vào
− Yêu cầu số liệu thời tiết đầu vào − Máy mĩc phương tiện − Loại hình bãi chơn lấp áp dụng Lượng nước tính tốn − T iêu chí − Nơi phát hành Cơ sở tính tốn
Bảng 1.7. Tĩm tắt so sánh các phương pháp tính tốn nước rỉ rác Phương pháp Phương pháp cân Phương pháp định Phương pháp cân
bằng nước - WBM lượng thủy văn bãi bằng theo chuỗi - chơn lấp - HELP SWB Phổ biến chung Phương trình cân bằng nước Số liệu địa chất thủy văn (đất, thời tiết khí hậu)
Tháng Đơn giản Các loại bãi chơn lấp Dự báo Mỹ Mexico
Xây dựng mơ hình Phương trình cân
phần mềm máy tính bằng nước
dựa vào phương trình cân bằng nước
- Số liệu địa chất Tính chất vật lý của thủy văn chất thải rắn - Số liệu thiết kế
BCL
Ngày Tháng
Chạy hệ điều hànhExcel DOS và các thiết bị máy tính liên quan
Các loại bãi chơn Bãi chơn lấp đang lấp và các giai đoạn vận hành Nhiều hơn thực tế Ít hơn so với WBM
d. Đánh giá khả năng áp dụng tính tốn lượng nước rỉ rác phát sinh tại Việt Nam Tại Việt Nam, việc tính tốn lượng nước rỉ rác phát sinh tại BCL chưa được quan tâm thỏa đáng, dự báo nước rỉ rác theo cách tính đơn giản dựa vào lượng mưa và diện tích chơn lấp dẫn đến kết quả khơng chính xác hoặc khơng cĩ số liệu về lượng nước rỉ rác phát sinh.
Trong các phương pháp tính lượng nước rỉ rác, phương pháp cân bằng nước theo trình tự SBW cho kết quả chính xác hơn phương pháp WBM trong giai đoạn vận hành vì nước rỉ rác
tạo ra phụ thuộc nhiều vào lượng mưa. Tuy nhiên khả năng phân hủy của chất thải trong giai đoạn này chưa diễn ra hồn tồn, lượng nước rỉ rác sinh ra trong chất thải rắn chưa đạt cực đại vì cơng suất chơn lấp tại ơ chưa đạt tối đa. Trên thực tế quá trình vận hành chơn lấp tại Việt Nam khơng được giám sát chặt chẽ theo nguyên tắc vận hành, đặc biệt là yêu cầu phủ rác hàng ngày khi chơn lấp. Chính vì vậy việc tính tốn theo phương pháp SWB là khĩ khăn.