- Công thức thực nghiệm của Holland đưa ra năm 1953:
3.3.1.1 Quá trình hình thành và thành phần nước rác
Nước rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình lý, hóa và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Nước rác là loại nước chứa nhiều chất ô nhiễm hòa tan từ quá trình phân hủy rác và lắng xuống dưới đáy ô chôn lấp. Lượng nước rác được hình thành trong bãi chôn lấp chủ yếu do các quá trình sau:
- Nước thoát ra từ độ ẩm rác: chất thải đô thị luôn chứa một hàm lượng ẩm. Trong quá trình đầm nén lượng nước tách ra khỏi chất thải và gia nhập vào nước rác.
- Nước từ phân hủy sinh học các chất hữu cơ: nước là một trong những sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học.
- Nước gia nhập từ bên ngoài vào là nước mưa thấm từ trên xuống qua lớp phủ bề mặt.
- Nước ngầm thấm qua đáy/thân ô chôn lấp vào bên trong nơi chứa rác.
Đối với các bãi chôn lấp hợp vệ sinh (có lớp lót đáy bằng các vật liệu chống thấm bằng đất sét hoặc lớp vải địa kỹ thuật HDPE, có hệ thống tách nước mặt, hệ thống thu gom và xử lý nước rác, khí thải và khi đóng bãi có phủ phía trên bằng vật liệu chống thấm) thì lượng nước rác thường ít hơn so với không áp dụng các biện pháp trên. Như vậy lượng nước rác sinh ra phụ thuộc vào:
- Điều kiện tự nhiên khu vực chôn lấp (lượng mưa, bốc hơi, nước ngầm…).
- Độ ẩm chất thải chôn lấp.
- Kỹ thuật xử lý đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nước mặt. Lượng nước rác sinh ra trong bãi chôn lấp phụ thuộc vào sự cân bằng nước trong một ô chôn lấp. Các thành phần tác động tới quá trình hình thành lượng nước rác ( Hình 4.5)
Hình 3.5 Sơ đồ cân bằng nước rác
b) Thành phần nước rác
Thành phần nước rác thay đổi theo các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học. Ban đầu là quá trình phân hủy hiếu khí, xảy ra trong thời gian ngắn, rồi đến quá trình phân hủy yếm khí tùy tiện tạo axit và quá trình phân hủy yếm khí tuyệt đối tạo khí metan.
Bảng 3.1 Thành phần nước rác từ bãi chôn lấp mới và lâu năm [3]
Thành phần Đơn vị Thời gian rác được chôn lấp Dưới 2 năm Trên 10 năm
BOD5 mg/l 2000 – 30000 100 – 200 TOC mg/l 1500 – 20000 80 – 160 COD mg/l 3000 – 45000 100 – 500 SS mg/l 200 – 1000 100 – 400 N – hữu cơ mg/l 10 – 600 80 – 120 Amoniac mg/l 10 – 800 20 – 40 Nitrat mg/l 5 – 40 5 – 10 Tổng photpho mg/l 1 – 70 5 – 10 Photphat mg/l 1 – 50 4 – 8 Độ kiềm mgCaCO3/l 1000 – 10000 200 – 1000 pH 5,3 – 8,3 6,6 – 7,5 Ca mg/l 200 – 3000 50 – 200 Clorua mg/l 100 – 3000 100 – 400 Tổng sắt mg/l 100 – 1500 20 – 200 Sunphat mg/l 50 – 600 20 – 50 3.3.1.2 Quá trình hình thành và thành phần khí gas a) Quá trình hình thành khí gas
Khí thải từ bãi chôn lấp và nước rác là sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học xảy ra trong bãi chôn lấp. Quá trình sản sinh khí thải từ bãi chôn lấp cũng phụ thuộc:
- Đặc tính của các chất hữu cơ - Lượng nước thấm vào bãi
- Môi trường phân hủy chất hữu cơ trong bãi chôn lấp - Thời gian chôn lấp
Phần lớn lượng khí từ bãi chôn lấp được sinh ra do phân hủy sinh học kỵ khí các chất hữu cơ. Thành phần khí bãi rác không những phụ
thuộc vào thành phần rác thải mà còn phụ thuộc vào môi trường phân hủy (thời gian chôn lấp). Khí metan và cacbonic chiếm tỷ phần thể tích lớn nhất trong khí bãi chôn lấp, H2S, mercaptan và NH3 chiếm tỷ phần thấp nhưng lại là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm mùi.
Bảng 3.2 Thành phần đặc trưng khí thải từ bãi chôn lấp chất thải [3]
Thành phần % thể tích Metan 45 – 60 CO2 40 – 60 Nitơ 2 – 5 Oxy 0,1 – 1,0 H2S, CH3SH 0 – 1,0 Amoni 0,1 – 1,0 H2 0 – 0,2 CO 0 – 0,2 Các khí vi lượng khác 0,01 – 0,6
Thành phần khí này dao động rất lớn cùng với thời gian chôn lấp và thành phần các chất đem chôn lấp. Thông thường sự chuyển hóa các chất diễn ra trong bãi chôn lấp gồm bốn giai đoạn sau:
- Giai đoạn tạo các axit hữu cơ - Quá trình metan hóa.
• Giai đoạn phân hủy hiếu khí ban đầu: Trong khoảng thời gian này
oxy từ không khí khuếch tán xâm nhập vào chất thải hoặc oxy tồn tại trong chất thải được sử dụng cho phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ. Trong điều kiện này các chất hữu cơ dễ phân hủy bị phân hủy hiếu khí và khí CO2 được sinh ra cùng với sự gia tăng nhiệt trong chất thải, nhiều khi nhiệt độ trong rác thải tăng từ 10 – 15oC .
Quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ là một quá trình tổng hợp có sự tham gia của vi khuẩn, nấm men. Phản ứng sinh hóa quá trình phân hủy chất hữu cơ như sau:
Chất hữu cơ + O2 + dinh dưỡng →VK tế bào sinh học mới + chất hữu cơ bền + 2
2 2 3 4
CO +H O NH+ +SO − + năng lượng
Như vậy, sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học hiếu khí rác thải hữu cơ là những tổ chức tế bào sinh học mới, chất hữu cơ bền, khí CO2, khí NH3 và nhiệt năng. Trong điều kiện bình thường với sự có mặt của oxy thì NH3 sinh ra do được oxy hóa thành NO3−, lượng oxy cần thiết cho quá trình này diễn ra như sau:
NH3 + 2/3 O2 HNO2 + H2O
HNO2 + ½ O2 HNO3
• Giai đoạn axit hóat: Giá trị pH biến đổi trong khoảng từ 4 – 6 do sự hình thành các axit hữu cơ mà ban đầu là axit béo được biến đổi thành các axit béo bay hơi (axit acetic), quá trình này thường kết thúc từ vài tuần tới vài tháng.
• Giai đoạn tạo axit hữu cơ: Trong giai đoạn này vi khuẩn tạo khí
metan bắt đầu phát triển và bắt đầu chu trình chuyển hóa các axit đơn giản như axit acetic hoặc axit formic và metanol thành khi metan (CH4). Điều kiện tối ưu để quá trình metan hóa diễn ra có sự pH biến động từ 6,7 – 7,5.
• Quá trình metan hóa: là quá trình chuyển hóa các axit hữu cơ do vi
khuẩn kỵ khí tạo thành CH4, quá trình như sau:
2 2 2 4 2 4
ONS VK
CH +H O→H O CO+ +CH +H +NH +HS
Sản phẩm khí của quá trình này có thể tìm thấy trong nước rác và khí thải bãi chôn lấp. Trong pha này thì metan và khí CO2 chiếm 45 – 65% thể tích, những khí khác có nồng độ thấp hơn.
b) Mùi và quá trình hình thành mùi
Ô nhiễm mùi do quá trình vận hành chôn lấp rác sinh hoạt là một trong những vấn đề bức xúc trong công tác quản lý chất thải đô thị hiện nay ở nước ta. Do khí hậu nóng ẩm, nên rất thuận lợi cho quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong chất thải và gây ra mùi khó chịu. Phát sinh mùi xảy ra ngay cả khi lưu giữ chất thải tạm thời tại các bãi tập kết, tại nơi
trung chuyển và nơi chôn lấp chất thải. Quá trình hình thành mùi được xác định là do phân hủy hiếu khí, kỵ khí các chất hữu cơ trong rác. Mùi thối của khí H2S được xem là mùi rất đặc trưng từ khu vực chôn lấp chất thải sinh hoạt. Trong điều kiện kỵ khí, nếu có 2
4
SO −, thì 2 4
SO − có thể bị khử thành S2- và sau đó kết hợp với hydro tạo thành H2S. Quá trình hình thành khí H2S được biểu diễn như sau:
2 2 3 4 3 2 2 2 2 2 4 2 2 2 2 2 OO 2 2 4 4 2 CH CHOHCOOH SO CH C H S H O CO H SO S H O S H H S − − − − − + + → + + + + → + + →
Các ion sunfua có thể kết hợp với các muối sắt và các Me2+ khác có sẵn và tạo nên sunfua kim loại. Và chính quá trình này làm giảm đáng kể mùi của khu vực chôn lấp chất thải. S2−+Fe2+ →FeS
Như vậy màu đen trong chất thải đang phân hủy tại các bãi tập kết hay trong ô chôn lấp thường là kết quả của quá trình hình thành các suafua kim loại. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ có chứa các thành phần lưu huỳnh là cơ sở cho quá trình hình thành các hợp chất có mùi như CH3SH (mercaptan) và axit aminobutyric. Quá trình khử methionin, các amino axit như dưới đây:
CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH +2H+ CH3SH +
CH3CH2CH2(NH2)COOH
Methionin Metyl mercaptan Axit aminobutyric
Và mercaptan có thể thủy phân sinh học tạo thành rượu và khí H2S
CH3SH + H2O CH4OH + H2S
Quá trình sản sinh khí H2S và phát tán ra môi trường xung quanh là nguyên nhân làm gia tăng mùi trong không khí xung quanh bãi tập kết rác và bãi chôn lấp rác.
3.3.2 Đánh giá tác động của các chất ô nhiễm đến môi trường từ công tác quản lý chất thải rắn ở thành phố Quy Nhơn