- Tài khoản môi trường Kế tốn tồn bộ chi phí
CHÔN LẤP VÀ TIÊU HỦY CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ
7.6. KHÁI NIỆM VỀ NƯỚC RỈ RÁC
Nước rỉ rác (còn gọi là nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ô chôn lấp, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp.
Sự có mặt của nước trong bãi chơn lấp rác có cả mặt tích cực lẫn mặt tiêu cực cho hoạt động của bãi rác. Nước rất cần cho một số q trình hóa học và sinh học xảy ra trong bãi chôn lấp để phân hủy rác. Mặt khác, nước có thể tạo ra xói mịn trên tầng đất nén và những vấn đề lắng đọng trong dòng nước mặt chảy qua. Nước rác có thể chảy vào các tầng nước ngầm và các dòng nước sạch và từ đó gây ơ nhiễm đến nguồn nước uống. Vì vậy vấn đề cần quan tâm khi thiết kế, xây dựng cho hoạt động của một bãi chôn lấp là kiểm sốt nước rác.
Q trình hình thành nước rác: Nước rác được hình thành khi nước thấm vào ơ chơn lấp.
Nước có thể thấm vào rác theo một số cách sau đây:
- Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chơn lấp; - Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ơ chơn rác;
- Nước có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác;
- Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống các ô chôn rác;
- Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ơ rác đóng lại);
- Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp sau khi ô rác đầy (ô rác được đóng lại).
Nước có sẵn trong rác thải là nhỏ nhất. Nước từ những khu vực khác chảy qua bãi chôn lấp cần phải thu gom bằng hệ thống thoát nước. Hệ thống thốt nước khơng chỉ bảo vệ những khu vực chơn lấp rác khỏi bị xói mịn trong thời gian hoạt động mà cịn tiêu thốt lượng nước
thừa ngấm vào ô rác và tạo ra nước rác. Nước mưa là khơng có cách nào để ngăn chặn khơng cho chảy vào ơ rác. Có thể hạn chế được lượng nước mưa ngấm vào ô rác bằng cách trồng lại thảm thực vật sau khi bãi đã đóng.
Thành phần của nước rác: việc tổng hợp và đặc trưng hóa thành phần nước rác là rất khó vì
một loạt các điều kiện tác động lên sự hình thành của nước rác. Thời gian chơn lấp, khí hậu, mùa, độ ẩm của bãi rác, mức độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm và loại rác chôn lấp, tất cả đều tác động lên thành phần của nước rác. Độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng củng tác động lên thành phần của nước rác. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác từ các bãi chơn lấp mới và lâu năm được trình bày ở bảng 7.5.
Bảng 7.5. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác từ các bãi chơn lấp mới và lâu năm [12]
Bãi mới (dưới 2 năm) Thành phần
Khoảng T.bình
Bãi lâu năm (trên 10 năm) Nhu cầu oxy hóa sinh hóa (BOD5), mg/l
Tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC), mg/l Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD), mg/l Tổng chất rắn lơ lững (TSS), mg/l Nitơ hữu cơ, mg/l
Amoniac, mg/l Nitrat, mg/l
Tổng lượng photpho, mg/l Othophotpho, mg/l
Độ kiềm theo CaCO3 pH Canxi, mg/l Clorua, mg/l Tổng lượng sắt, mg/l Sunphat, mg/l 2.000 – 20.000 1.500 – 20.000 3.000 – 60.000 200 – 2.000 10 – 800 10 – 800 5 – 40 5 – 100 4 – 80 1.000 – 10.000 4,5 – 7,5 50 – 1.500 200 – 3.000 50 – 1.200 50 – 1.000 10.000 6.000 18.000 500 200 200 25 30 20 3.000 6,0 250 500 60 300 100 – 200 80 – 160 100 – 500 100 – 400 80 – 120 20 – 40 5 – 10 5 – 10 4 – 8 200 – 1.000 6,6 – 7,5 50 – 200 100 – 400 20 – 200 20 - 50
Như vậy sự hình thành khí và nước rác trong q trình chơn lấp là những mối quan tâm lớn trong công tác vận hành và quản lý các bãi chôn lấp ở các đô thị.
Thành phần của nước rác thay đổi theo các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học. Sau giai đoạn háo khí (một vài tuần), tiếp đến là hai giai đoạn phân hủy: giai đoạn phân hủy yếm khí tùy tiện tạo ra axit và giai đoạn phân hủy yếm khí tuyệt đối tạo ra khí metan. Trong giai đoạn tạo axit các hợp chất đơn giản được hình thành như axit béo, amino axit và carbôxilic axit. Giai đoạn axit có thể kéo dài vài năm sau khi chơn lấp, phụ thuộc vào bản chất không đồng nhất của rác. Đặc trưng của nước rác trong giai đoạn này:
- Nồng độ cao các axit béo dễ bay hơi; - pH nghiêng về tính axit;
- BOD cao;
- Tỷ lệ BOD/COD cao; - Nồng độ NH4 và nitơ cao.
Trong giai đoạn tạo metan, vi khuẩn tạo ra khí metan là nổi trội nhất. Chúng thay thế các axit bằng các sản phẩm cuối cùng là khí metan và cacbonic. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể tiếp tục đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. Đặc trưng chất lượng của nước rác trong giai đoạn này là:
- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi rất thấp; - pH trung hòa/kiềm;
- BOD thấp;
- Tỷ lệ BOD/COD thấp; - Nồng độ NH4 cao.
Dự đoán khối lượng nước rác: khối lượng nước rác và đặc tính địa chất của tầng đất nằm dưới đáy bãi là những yếu tố chính, quyết định khả năng pha lỗng tự nhiên các chất ơ nhiễm trong nước rác trước khi các chất này chảy đến nguồn nước ngầm. Việc dự báo chất lượng nước rác tạo thành được dựa vào “phương pháp cân bằng nước”. Sơ đồ cân bằng nước được thể hiện ở hình 7.6.
Phương trình cân bằng nước có thể biểu diễn như sau:
∆SSW = WSW + WTS + WCM + WA(R) – WLG – WWV – WE – WB(L) Trong đó:
∆SSW : lượng nước tích trử trong rác ở bãi rác (kg/m3) WSW : độ ẩm ban đầu của rác thải (kg/m3)
WTS : độ ẩm ban đầu của bùn từ trạm xử lý (kg/m3) WCM : độ ẩm ban đầu của vật liệu phủ (kg/m3)
WA(R) : lượng nước thấm từ phía trên (nước mưa) (kg/m3)
WLG : lượng nước thất thốt trong q trình hình thành khí thải (kg/m3) WWV : lượng nước thất thốt do bay hơi theo khí thải (kg/m3)
WE : lượng nước thất thốt do q trình hơi hóa bề mặt (kg/m3) WB(L) : lượng nước thốt ra từ phía đáy bãi rác (kg/m3)
Trên cơ sở của phương trình cân bằng nước, các số liệu về lượng mưa, độ bốc hơi, hệ số giữ nước của rác sau khi nén trong bãi rác, lượng nước rị rỉ có thể tính theo mơ hình vận chuyển một chiều của nước rò rỉ xuyên qua rác nén và đất bao phủ như sau:
Q = M(W1 – W2) + [P(1 – R) – E] ×A Trong đó: Trong đó:
Q : lưu lượng nước rị rỉ phát sinh ra trong bãi rác (m3/ngày) M : khối lượng rác trung bình ngày (t/ngày)
Nước thải phía trên bãi rác Nước từ vật liệu phủ bề mặt Nước từ chất thải rắn Nước có trong bùn
Vật liệu phủ trung gian Nước tiêu thụ trong q trình
hình thành khí ở bãi rác Nước bay hơi
Rác đã được nén Nước thoát ra từ
phía đáy
W2 : độ ẩm của rác sau khi nén (%) W1 : độ ẩm của rác trước khi nén (%)
P : lượng mưa ngày trong tháng lớn nhất (mm/ngày) R : hệ số thoát bề mặt, lấy theo bảng 7.6
E : lượng nước bốc hơi lấy bằng 5mm/ngày (thường 5 – 6 mm/ngày)
Bảng 7.6. Hệ số thoát nước bề mặt đối với các loại đất phủ
Loại đất trên bề mặt Hệ số thoát nước bề mặt Đất pha cát, độ dốc 0 – 2% Đất pha cát, độ dốc 2 – 7% Đất pha cát, độ dốc > 7% Đất chặt, độ dốc 0 – 2% Đất chặt, độ dốc 2 – 7% Đất chặt, độ dốc > 7% 0,05 – 0,10 0,10 – 0,15 0,15 – 0,2 0,13 – 0,17 0,18 – 0,22 0,25 – 0,35
Hệ thống thu gom nước rác: Khi sử dụng lớp chống thấm, nước rác sẽ được giữ trong bãi chơn lấp và phải được thu đi nếu khơng nó sẽ chảy tràn ra các cạnh của lớp chống thấm. Bãi chôn lấp rác thải hợp vệ sinh cần phải có một hệ thống thu gom nước rác từ đáy ô chôn lấp và được tập trung dẫn về nơi xử lý trước khi xả ra ngoài . Hệ thống thu gom này bao gồm: tầng thu gom nước rác và mạng lưới ống thu gom.
- Tầng thu gom nước rác được đặt ở trên đáy và thành ô chôn lấp và nằm trên tầng chống thấm của đáy ô chôn lấp hoặc trên màng tổng hợp chống thấm tùy theo từng trường hợp. Tầng thu gom nước rác phải có chiều dày ít nhất 50 cm với những đặc tính như sau:
- Có ít nhất 5% khối lượng hạt có kích thước ≤ 0,075mm - Có hệ số thấm tối thiểu bằng 1.10-2 cm/s
- Mạng lưới thu nước rác được đặt ở bên trong tầng thu gom nước rác như đã mơ tả ở trên phủ lên tồn bộ đáy ô chôn lấp. Mạng lưới đường ống thu nước rác này phải đáp ứng yêu cầu sau:
- Có thành bên trong nhẵn và đường kính tối thiểu là 150mm - Có độ dốc tối thiểu là 1%
- Lớp lọc bao quanh đường ống thu gom nước rác bao gồm: một lớp đất có độ hạt ít nhất 5% khối lượng là hạt có đường kính 0,075mm hoặc một màng lọc tổng hợp có hiệu quả lọc
tương đương để ngăn chặn sự di chuyển các hạt quá mịn xuống hệ thống thu gom sao cho nước rác tự chảy nhanh nhất xuống hệ thống thu gom.
Việc thiết kế hệ thống thu gom nước rác phụ thuộc vào những đặc trưng của bãi chơn lấp, vì vậy khi thiết kế hệ thống thu gom nước rác phải tuân thủ theo các nguyên tắc cơ bản sau: - Hệ thống thu gom nước rác phải được thiết kế và lắp đặt để hạn chế khả năng tích tụ nước rác ở đáy ô chôn lấp. Thông thường, khi sử dụng lớp chống thấm, nước rác sẽ được giữ lại trong bãi chôn lấp và phải được thu đi nếu khơng nó sẽ chảy tràn ra các cạnh của lớp chống thấm. Việc thiết kế hệ thống thu gom nước rác phụ thuộc vào những đặc trưng của bãi chơn lấp nhưng có thể tuân thủ theo những hướng dẫn chung như sau :
- Hệ thống thu gom phải đủ lớn để có thể vận chuyển nước ra khỏi bãi. Điều này liên quan nhiều đến số lượng ống và khoảng cách đặt ống.
- Hệ thống thu gom nước rác phải được thiết kế và lắp đặt để hạn chế khả năng tích tụ nước rác ở đáy ơ chơn lấp và phải có độ dốc tối thiểu 1%.
- Hệ thống thu gom phải có khả năng làm sạch vì chúng rất dễ bị bịt kín. Thường thường, người ta sử dụng những ống được đục lỗ từ 15 – 20 cm có độ bền vững về mặt cấu trúc khi đặt ở bất cứ độ sâu nào trong bãi chôn lấp. Nếu hệ thống thu gom này được đặt sâu trong bãi chôn lấp có nén ép thì phải sử dụng ống dày hơn và phải thực hiện kỹ thuật làm đệm ống đặc biệt để tránh vỡ ống dưới áp suất lớn. Hình dạng chung nhất của hệ thống thu gom nước rác là chạy vịng quanh chu vi của bãi chơn lấp nhằm hạn chế dịng chảy đi khỏi bãi chơn lấp sau này và sau đó hệ thống này chạy chéo nhau bên trong bãi chôn lấp với đủ đường ống để đưa dòng nước rác lớn nhất ra khỏi bãi. Sơ đồ điển hình của hệ thống thu gom nước rác được thể hiện ở hình 7.10a, các phương án bố trí thu gom nước rác được thể hiện ở hình 7.10b
Xử lý nước rác: để lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp, trước hết phải có được các số liệu về thành phần và tính chất của nước rác. Các thành phần của nước rác cần phải được xác định khi thiết kế trạm xử lý theo bảng 7.7.
Quá trình xử lý sơ bộ: Thông thường là các song chắn rác, hồ lắng sơ bộ, ở quá trình này
pH của nước rác thường 6,8 – 8, tuy nhiên giá trị của pH có thể thay đổi tùy thuộc vào thành phần của rác thải và tính chất của nền đất.
Quá trình xử lý sinh học: Ở quá trình này, BOD, COD và các hợp chất của nitơ sẽ được giảm. Các cơng trình thường sử dụng là bể aeroten, hồ thổi khí, đĩa lọc sinh học, bể lọc sinh học… Tóm tắt cơ chế khử BOD trong nước rác được trình bày ở bảng 7.8.
Q trình hóa – lý: Q trình này chủ yểu khử COD, độ màu, lượng cặn lơ lững, kim loại
nặng và coliform. Các phương pháp ứng dụng bao gồm đóng rắn, lắng, hấp phụ cacbon hoạt tính và hóa học. Tóm tắt cơ chế khử COD và độ màu trong nước rác được trình bày ở bảng 7.9. Tóm tắt cơ chế khử kim loại nặng trong nước rác được trình bày ở bảng 7.10.
Bảng 7.7. Các thành phần của nước rác cần được xác định khi thiết kế trạm xử lý nước rác [17]
Thành phần nước rác Mức độ cần thiết
BOD5, cặn lơ lững (SS), COD, NH+
4, nitơ tổng số
Rất cần khi thiết lập các thông số ban đầu để thiết kế và chọn công nghệ xử lý
pH, coliform Yêu cầu đối với các cơng trình xử lý để đạt chất lượng của dòng xả theo tiêu chuẩn quy định Fe2+ , Mn2+ , các kim loại nặng, màu,
mùi
Không nhất thiết phải xem xét khi thiết lập các thông số thiết kế vì những chất này sẽ được khử trong quá trình xử lý các thành phần khác
Bảng 7.8. Tóm tắt phương pháp khử BOD trong nước rác
(1) Xử lý sinh học (2) Hấp phụ cacbon
hoạt tính (3) Tuyển nổi Nguyên tắc
Phân hủy sinh học các chất bẩn hữu cơ bởi hoạt động của các vi sinh vật
Hấp phụ các chất hữu cơ hịa tan bởi các hạt cacbon hoạt tính
Tuyển nổi và tách các chất lơ lửng và các chất hữu cơ hòa tan Ứng dụng Giảm hàm lượng BOD
trong nước rác ở nồng độ cao. Hiệu suất > 90%
Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ỏ nồng độ thấp
Sử dụng khi nồng độ SS trong nước rác rất cao
Bảng 7.9. Tóm tắt phương pháp khử COD và độ màu trong nước rác
(1) Xử lý keo tụ (2) Hấp phụ cacbon hoạt tính
(3) Xử lý sinh học (4) Ozon hóa Nguyên
tắc
Phân hủy sinh học các chất bẩn hữu cơ bởi hoạt động của các vi sinh vật
Hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan bởi các hạt cacbon hoạt tính
Phân hủy sinh học các chất bẩn hữu cơ bởi hoạt động của các vi sinh vật
Tuyển nổi và tách các chất lơ lững và các chất hữu cơ hòa tan
ứng dụng
Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ cao. Hiệu suất > 90%
Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ thấp
Giảm hàm lượng BOD trong nước rác ở nồng độ cao. Hiệu suất > 90% Sử dụng khi nồng độ SS trong nước rác rất cao
Bảng 7.10. Tóm tắt phương pháp khử kim loại nặng trong nước rác
Xử lý keo tụ (kiềm) Hấp phụ cacbon hoạt tính Keo tụ bằng chất hoạt tính Nguyên tắc Tạo ra dạng hydroxyt
của kim loại sau đó lắng (môi trường kiềm)
Hấp phụ các ion kim loại hịa tan bởi các hạt cacbon hoạt tính
Tác ion kim loại khỏi nước rác sau lắng ứng dụng Thích hợp với nước rác có nồng độ đậm đặc Giá thành xử lý cao, thích hợp khử kim loại trong nước rác có nồng độ thấp Sử dụng khi nồng độ SS trong nước rác rất cao