Kết quả nghiên cứu công nghệ xử lý nước rác cho các bãi chôn lấp quy mô thị trấn, thị tứ
15/09/2015
Hiện nay ở Việt Nam, vấn đề xử lý nước rác tại các bãi chôn lấp của các thị trấn, thị tứ chưa được quan tâm đúng mức. Phần lớn, hệ thống xử lý nước rác đang hoạt động chủ yếu tại các bãi chôn lấp ở các đô thị lớn với công nghệ phức tạp và chi phí cao. Kế thừa những thành tựu khoa học kỹ thuật, những kinh nghiệm về xử lý nước rác trong và ngoài nước; kết hợp nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu này đã đưa ra một số công nghệ xử lý nước rác phù hợp cho các bãi chôn lấp quy mô thị trấn, thị tứ tại Việt Nam.
1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, tốc độ đô thị hóa ngày càng gia tăng, nhu cầu tài nguyên và năng lượng phục vụ dân cư đô thị ngày càng lớn dẫn đến không ngừng tăng lên lượng rác thải. Bãi chôn lấp là phương pháp phổ biến được áp dụng trong xử lý chất thải rắn đô thị và ô nhiễm môi trường do nước rác phát sinh từ bãi chôn lấp là một trong những vấn đề đang được quan tâm ở Việt Nam.
Tại Việt Nam, ô nhiễm nước rác đã được đề cập nhiều, tuy nhiên việc nghiên cứu và xử lý nước rác mới chỉ được thực hiện từ 20 năm trở lại đây và tập trung chủ yếu ở các bãi chôn lấp của các đô thị lớn. Các kết quả khảo sát nghiên cứu về đặc điểm, thành phần, tính chất nước rác ở các bãi chôn lấp quy mô thị trấn, thị tứ còn thiếu rất nhiều, các biện pháp xử lý thường mang tính giải pháp tình thế. Do đó, việc quản lý bãi chôn lấp chất thải rắn, kiểm soát và xử lý nước rác ở các thị trấn, thị tứ rất cần được nghiên cứu và giải quyết.
Nhìn chung, nước rác và xử lý nước rác tại các bãi chôn lấp ở Việt Nam có một số đặc điểm chung như sau (Bảng 1):
- Nước rác mới (phát sinh từ các bãi chôn lấp mới) là nước rác chưa phân hủy sâu có thành phần các hợp chất hữu cơ (BOD, COD), các hợp chất chứa Nitơ (NH3) và BOD/COD cao có thể xử lý bằng các công nghệ sinh học như: UASB, SBR…
- Nước rác cũ (phát sinh từ các bãi chôn lấp sau thời gian đi vào hoạt động) là nước rác đã phân hủy sâu có thành phần các hợp chất hữu cơ (BOD, COD), đặc biệt là các hợp chất chứa Nitơ (NH3 ) cao và BOD/COD rất thấp khó xử lý triệt để bằng các kỹ thuật sinh học.
- Các hệ thống xử lý nước rác đều có một nhược điểm chung là chỉ phát huy hiệu quả trong từng giai đoạn vận hành của bãi chôn lấp. Các hệ thống áp dụng kỹ thuật sinh học kỵ khí, hiếu khí chỉ hoạt động tốt với nước rác của các bãi chôn lấp mới, các hệ thống áp dụng kỹ thuật lọc màng, hóa học, hóa lý hầu hết chỉ được áp dụng để xử lý nước rác của các bãi chôn lấp lâu năm.
Bảng 1:Thành phần nước rác của bãi chôn lấp quy mô thị trấn, thị tứ tại Việt Nam
STT
Chỉ tiêu
Đơn vị
Giá trị
Giai đoạn 1
Giai đoạn 2
Giai đoạn 3
1
pH
-
5 – 7
6,5 – 7,5
7,0 – 8,5
2
BOD5
mg/l
2000 – 10000
300 - 1500
20-300
3
COD
mg/l
3000 – 16000
1000 - 5000
500 – 2400
4
TSS
mg/l
300 – 1000
200 - 600
50 – 400
5
NH3 – N
mg/l
80 – 400
150- 1500
250 – 800
6
N tổng
mg/l
100 – 500
200 - 2000
300-1000
7
BOD/COD
0,5 – 0,7
0,1 - 0,5
0,05 – 0,15
Giai đoạn 1: Từ 1 đến 3 tháng - nước rác mới rất đậm đặc.
Giai đoạn 2: đến 2 năm - đặc trưng của nước rác mới.
Giai đoạn 3: sau 2 năm - đặc trưng của nước rác cũ.
Căn cứ vào quy mô, nguồn vốn đầu tư, khả năng kỹ thuật, đặc tính thành phần nước rác và kế thừa những kết quả đã đạt được, trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tập trung vào các kỹ thuật, công nghệ có tính phổ biến, dễ áp dụng và chi phí thấp; nghiên cứu các kỹ thuật, công nghệ có khả năng thích ứng với sự biến đổi của nước rác trong thời gian vận hành của bãi chôn lấp và kết quả nghiên cứu đưa ra một số công nghệ xử lý nước rác phù hợp cho các bãi chôn lấp quy mô thị trấn, thị tứ tại Việt Nam.
2. Công nghệ xử lý nước rác cho các bãi chôn lấp quy mô thị xã, thị trấn tại Việt Nam
* Các phương pháp xử lý nước rác trên thế giới đã được áp dụng ở Việt Nam
- Phương pháp lọc màng (MF, UF, RO, NF), ôxy hóa khử (Fenton): Xử lý sâu và hiệu quả với nước rác cũ và mới nhưng cấu tạo phức tạp, chi phí cao.
- Phương pháp kỵ khí (UASB, ABR), màng sinh học và bùn hoạt tính (FR, SBR): Xử lý triệt để nước rác mới, cấu tạo thông dụng, chi phí thấp hơn các phương pháp trên.
- Các phương pháp xử lý bằng hệ tự nhiên như: bãi lọc ngập nước, thực vật nổi mới được nghiên cứu và ứng dụng hạn chế nhưng có tiềm năng xử lý nước rác hiệu quả (có hoặc không xử lý sơ bộ) với chi phí thấp.
Để phù hợp với đặc điểm nước rác, khả năng đầu tư và vận hành của thị trấn, thị tứ, nghiên cứu này tập trung vào phương pháp công nghệ sinh học và các hệ tự nhiên, với mong muốn xử lý hiệu quả, chi phí thấp và dễ vận hành.
* Phương pháp và các bước xử lý nước rác cho các bãi chôn lấp quy mô thị xã, thị trấn tại Việt Nam
Với các bãi rác mới, nước rác có tỷ lệ BOD/COD cao thì cần có hệ xử lý yếm khí (như UASB hoặc hồ kỵ khí đơn giản). Sau khoảng 2-3 năm, khi BOD/COD giảm thì hệ thống này sẽ không còn hiệu quả nữa, lúc đó chỉ còn chức năng chủ yếu là điều hòa và tiền xử lý (hệ U). Do đó, bước tiếp theo, nước rác sau hệ U được xử lý tiếp bằng một trong các lựa chọn sau:
(1) Nitrat hóa một phần (sử dụng kỹ thuật bùn hoạt tính) và tuần hoàn trở về bãi chôn lấp, sử dụng bãi chôn lấp như hệ xử lý N.
(2) Nitrat hóa một phần kết hợp lọc bằng hệ thực vật nổi hoặc bãi lọc trồng cây.
(3) Pha loãng và xử lý bằng bãi lọc trồng cây hoặc hệ thực vật nổi.
(4) Trường hợp không có diện tích để thực hiện các phương án (2) hoặc (3) bắt buộc phải xử lý sâu bằng công nghệ sinh học, trong đó kỹ thuật SBR là lựa chọn ưu tiên, nếu cần xử lý màu sẽ sử dụng SBR kết hợp PACT.
* Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm
+ Nghiên cứu hệ xử lý sinh học hiếu khí - SBR - PACT
· Sơ đồ thí nghiệm
· Kết quả nghiên cứu
* Giai đoạn khởi động - sử dụng kỹ thuật SBR: Bùn sử dụng SBR lấy từ hệ MBR (nguồn vi sinh lấy từ hệ MBR pilot đang xử lý thử nghiệm nước thải sinh hoạt vào hồ Kim Liên), hệ thống được khởi động với nước rác có nồng độ tăng dần (pha loãng theo tỷ lệ nước rác/nước máy: 2/8, 4/6, 8/2, 100% nước rác), sau ~ 2 tháng hệ thống đã thích nghi và ổn định (hiệu suất quá trình nitrat hóa đạt cao khi vi sinh vật hoạt động tốt). Đây là giai đoạn cần thiết cho hệ SBR.
* Giai đoạn vận hành - sử dụng kỹ thuật SBR-PACT: Sau giai đoạn khởi động SBR, bổ sung than hoạt tính với nồng độ 0,4, 0,6, 0,8 và 1gPAC/l, thiết lập chế độ SBR- PACT và đánh giá theo các chỉ tiêu COD, NH4+, màu (BOD rất thấp) và cho kết quả so với hệ SBR như sau:
- Chỉ tiêu NH4+ không có tác dụng rõ rệt so với SBR.
- Hiệu quả xử lý theo COD từ 10,5% (SBR) lên 19% (SBR-PACT).
- Hiệu quả xử lý theo độ màu từ 13% (SBR) lên 32% (SBR-PACT).
- Hiệu quả xử lý tăng tỷ lệ thuận với lượng PAC đưa vào.
Hiệu quả xử lý với hệ SBR-PACT không cao ngay cả khi nồng độ PAC cao. Do đó, chỉ nên sử dụng hệ này để xử lý tình huống khi nước rác biến động nhiều (tăng cao nồng độ) và không kiểm soát được bằng biện pháp khác.
· Đánh giá khả năng áp dụng
- Với chế độ SBR, nước không pha loãng từ UASB và nước nguồn: Hiệu quả xử lý theo COD thấp, Nitrat hóa gần như hoàn toàn.
- Vai trò của SBR trong dây chuyền công nghệ xử lý nước rác: Đối với nước rác mới, xử lý hiệu quả BOD, COD, T-N và Nitrat, Nitrit hóa còn đối với nước rác cũ, chỉ xử lý một phần COD, T-N và Nitrat, Nitrit hóa.
- Nên thiết kế tối thiểu 2 đơn nguyên.
- Chu kỳ tối thiểu: 30h và để dễ vận hành quản lý nên chọn 48h.
+ Nghiên cứu hệ tự nhiên: bãi lọc trồng cây, thực vật nổi.
· Sơ đồ thí nghiệm
Hệ bãi lọc trồng cây thí nghiệm (các loại cây được sử dụng: dong riềng, thủy trúc, cỏ lác)
· Kết quả nghiên cứu
Cần thiết phải pha loãng nước rác vào bãi lọc.
- Hiệu suất xử lý NH4+ của thủy trúc cao nhất, trên 50%.
- Hiệu suất xử lý NO2- đạt khá cao 50-70%.
- Hiệu suất xử lý NO3- đạt trên 50%.
- Hiệu suất xử lý COD ổn định từ 50 - 80%, không phụ thuộc nồng độ.
- Hiệu suất xử lý màu của cỏ lác cao nhất, trên 50%.
- Hiệu suất xử lý TSS rất cao, trên 90%.
- Hiệu suất xử lý của hệ rất khả quan, thiết kế bãi lọc với thời gian lưu 5 - 15 ngày.
Với mong muốn nâng cao hiệu quả xử lý, nhóm nghiên cứu tiến hành thí nghiệm với hệ thực vật nổi sau hệ xử lý bãi lọc trồng cây (thí nghiệm với rau muống Nhật) với kết quả nghiên cứu:
- Hiệu quả xử lý theo các chỉ tiêu: COD, Nitơ thấp hơn so với bãi lọc ngập nước trồng cây.
- Hiệu quả xử lý Photpho khá cao: trung bình 62%, cao nhất 70%.
- Hiệu quả xử lý của hệ không cao trong thời gian nghiên cứu ngắn, để có thể đưa ra thông số phục vụ thiết kế cần nghiên cứu với thời gian dài hơn.
· Đánh giá khả năng ứng dụng
- Bãi lọc trồng cây đóng vai trò xử lý triệt để nước rác.
- Nước rác cần được xử lý sơ bộ (đặc biệt là giai đoạn nước rác mới) qua các hệ yếm khí, hiếu khí hoặc cả hai trước khi vào bãi lọc.
- Cần pha loãng nước rác trước khi trước khi đưa vào bãi lọc để độ muối dưới 1000mg/l, với nước rác sau hệ SBR pha loãng 5-10 lần.
- Hệ thực vật nổi có thể ứng dụng ngoài phạm vi của dây chuyền công nghệ (vì bãi lọc đã xử lý đạt tiêu chuẩn) với vai trò “đánh bóng”, có thể kết hợp trong hệ hồ điều hòa nước mưa của bãi chôn lấp.
* Công nghệ xử lý nước rác phù hợp với quy mô thị trấn, thị tứ
+ Quy trình xử lý
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả đề xuất quy trình xử lý phù hợp cho bãi chôn lấp quy mô thị trấn, thị tứ ở Việt Nam như sau:
- Hồ/bể điều hòa và lắng sơ bộ: Trong giai đoạn đầu khi BOD/COD, TSS cao trong hồ sẽ có quá trình lắng và ổn định tùy tiện rất tích cực, đến giai đoạn sau chức năng hồ/bể sẽ chủ yếu điều hòa và lắng sơ bộ.
- Hồ chứa nước pha loãng và dự phòng: Chức năng chính là chuẩn bị nước (nước mưa và nước sau xử lý ở bãi lọc), pha loãng với nước sau hệ SBR để đưa vào bãi lọc, khi lượng nước rác lớn sẽ chứa nước tràn từ hồ/bể điều hòa và lắng sơ bộ.
- Bể phản ứng SBR: Trong giai đoạn đầu (2 năm) khi BOD/COD lớn SBR sẽ đóng vai trò xử lý tích cực BOD và một phần T-N, đến giai đoạn sau khi BOD/COD giảm xuống thấp thì SBR chủ yếu để Nitrat hóa.
Bãi lọc trồng cây: với chức năng xử lý TSS, BOD, COD, NH4+, NO3- bằng các cơ chế: lọc, quang hóa, chuyển hóa thực vật và vi sinh vật.
+ Đề xuất một số dây chuyền công nghệ xử lý nước rác
Từ kết quả nghiên cứu công nghệ xử lý tổng quát, nhóm nghiên cứu đưa ra một số dây chuyền công nghệ đơn giản hơn phù hợp với từng điều kiện, hoàn cảnh cụ thể của thị xã, thị trấn tại Việt Nam:
· Sơ đồ dây chuyền công nghệ 1:
Áp dụng với bãi chôn lấp có quỹ đất ít nhưng vẫn cần thiết xây dựng bãi lọc.
· Sơ đồ dây chuyền công nghệ 2:
Áp dụng nơi có quỹ đất không cho phép xây dựng toàn bộ bãi lọc. Bãi chôn lấp gần các nguồn nước thải giàu chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (BOD/COD cao) như là: nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi, nước thải công nghiệp thực phẩm…
· Sơ đồ dây chuyền công nghệ 3:
Áp dụng cho các địa phương có mùa khô rõ rệt (miền Bắc); việc kết hợp tưới ẩm cho bãi chôn lấp là hiệu quả và cần thiết. Quỹ đất của toàn bộ bãi chôn lấp hạn chế không cho phép xây dựng bãi lọc với diện tích lớn.
3. Kết luận
Thành phần nước rác từ các bãi chôn lấp quy mô thị trấn, thị tứ có nồng độ các chất ô nhiễm với xu hướng thấp hơn và diễn biến phân hủy nhanh hơn nước rác ở các bãi chôn lấp tại các đô thị lớn.
Các công nghệ, kỹ thuật: yếm khí (UASB), bùn hoạt tính (SBR) và các hệ tự nhiên (bãi lọc ngập nuớc, thực vật nổi) có khả năng kết hợp trong một hệ thống xử lý để xử lý nước rác có diễn biến phức tạp về thành phần.
Sơ đồ công nghệ đề xuất cho các bãi chôn lấp quy mô thị trấn, thị tứ và Mô hình thử nghiệm theo quy trình công nghệ: Hồ/bể (tiền xử lý) - SBR - Bãi lọc ngập nước - Hồ thực vật nổi (đánh bóng) có khả năng thích ứng với diễn biến về thành phần và khối lượng của nước rác, công nghệ dễ áp dụng, quản lý, chi phí đầu tư và vận hành hợp lý.
Nguyễn Đức Toàn1, Nguyễn Tiến Sỹ1, Cao Thế Hà2, Nguyễn Thị Vân Anh1
1. Trung tâm Tư vấn và Công nghệ môi trường, Tổng cục Môi trường,
2. Trung tâm Nghiên cứu CNMT và PTBV, Trường Đại học KHTN, ĐHQGHN
Nguồn: Tạp chí MT, số 6/2013
