luận văn xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ MBR, anammox

Mở đầu

1
MỤC LỤC
Chương 1: MỞ ĐẦU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu luận văn 1
1.3. Phạm vi nghiên cứu 2
1.4. Nội dung nghiên cứu 2
Chương 2 : TỔNG QUAN 3
2.1.Giới thiệu bãi rác Gò Cát 3
2.2. Tổng quan về nitrat hoá và khử nitrat hoá 7
2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hoá 7
2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat hoá 10
2.3. Tổng quan về công nghệ MBR ( Membrane bioreactor ) 12
2.3.1. Giới thiệu 12
2.3.2. Những thuận lợi, hạn chế và nguyên nhân gây nghẹt
màng 14
2.3.3. Một số công trình ứng dụng của MBR vào xử lý nước thải
15
2.3.4. Ứng dụng Membrane Bioreactor (MBR) trong xử lý nitơ
16
2.4. Tổng quan về Anammox ( Anaerobic Ammonia Oxidation )
18
2.4.1. Mô tả cơ chế 18
2.4.2. Mô tả quá trình xử lý 25
2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox 26
2.5. Tổng hợp về các nghiên cứu , các công nghệ xử lý ammonia
trong nước thải bằng sinh học 28
2.5.1. Caùc nghieân c#ùu ở n#ôùc ngoài 31
2.5.2. Caùc nghieân c#ùu trong n#ôùc 37

Chương 3 : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38
3.1. Mô hình và nguyên vật liệu…………………………………………………… 38
3.1.1. Nước thải đầu vào 38
3.1.2. Bùn hoạt tính dùng để nghiên cứu 38
Mở đầu

2
3.1.3. Mô hình nghiên cứu 38
3.2. Phương pháp nghiên cứu 40
3.3. Phương pháp phân tích 41
Chương 4 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43
4.1. Quá trình nitrat hoá bán phần trong mô hình AMBR 43
4.1.1. Xác đònh thời gian lưu nước cần thiết để có tỉ lệ N-NH
4
+

:
N-NO
2
-
cần : 43
4.1.2. Độ kiềm 51
4.1.3. pH 53
4.1.4. Sinh khối 53
4.1.5. COD 54
4.1.6. DO – Hệ số truyền khối K
L
a 55
4.1.7. Nhiệt độ 56
4.1.8. Chất độc hại 57

4.1.9. Ammonia – nitrit 58
4.1.10. Thời gian lưu bùn (SRT) – Thời gian lưu nước (HRT) . 58
4.1.11. Hiệu quả xử lý nitơ 59
4.2. Mô hình Anoxic 61
4.2.1. Xác đònh hiệu quả xử lý theo DO và tỉ lệ N-NH
4
+
: N-NO
2

: 61
4.2.2. DO 63
4.2.3. Nhiệt độ 63
4.2.4. pH 64
4.2.5. Chất dinh dưỡng – COD 64
4.2.6. Sinh khối……………………………………………………………………….64
Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65
5.1. Kết luận 65
5.2. Hướng phát triển và mở rộng 65
5.3. Kiến nghò 66
PHỤ LỤC 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….79
Mở đầu

3

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1: Tính chất nước rác BCL Gò Cát ở các mùa khác nhau . 19
Bảng 2.2: Kết quả hoạt động của BCL Gò Cát 31
Bảng 2.3: Chất lượng nước rỉ rác của hệ thống Vermeer ở BCL Gò
Cát 5/2003 33
Bảng 2.4: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng
cực đại 47
Bảng 2.5: Kết quả thực nghiệm ứng dụng MBR trong xử lý nước
thải 71
Bảng 2.6: Môt số thông số đặc trưng sinh lý của phản ứng
Anammox so sánh với oxi hoá ammonium hiếu khí Error!
Bookmark not defined.
Bàng 2.7 : So sánh một số hệ thống xử lý nitơ bằng sinh học 78
Bảng 3.1 : Tính chất nước thải đầu vào 92
Bảng 3.1: Thông số vận hành mô hình MBR 97
Bàng 3.2: Thông số vận hành mô hình Anoxic 98
Mở đầu

4
Bảng 4.1 : Các mẻ vận hành mô hình MBRError! Bookmark not
defined.
Bảng 4.2: Kết quả vận hành mẻ 1 (DO = 0,11 mg/L) 100
Bàng 4.3: Kết quả vận hành mẻ 6 103

Bàng 4.4: Kết quả vận hành mẻ 7 104
Bàng 4.5: Kết quả vận hành mẻ 8 105
Bàng 4.6: Kết quả vận hành mẻ 9 105
Bàng 4.7: Kết quả vận hành mẻ 10 106
Bàng 4.8: Kết quả vận hành mẻ 11 107
Bàng 4.9: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 1 108
Bàng 4.10: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 2 108
Bàng 4.11: Kết quả về thời gian lưu nước cần thiết 109
Bàng 4.12: Kết quả độ kiềm đo đạc được 110
Bàng 4.13: Sự tăng trưởng của sinh khối trong mô hình MBR 112
Bàng 4.14: Thống số sinh học của quá trình nitrat hoá 113
Bảng 4.15: Nồng độ ảnh hưởng của kim loại nặng 118
Bảng 4.16: Các mẻ vận hành mô hình Anoxic 122
Bảng 4.17: Kết quả theo dõi của mẻ 1 (DO = 0,16-0,2 mg/L) 123
Bảng 4.18: Kết quả theo dõi của mẻ 2 ( DO = 0,26-0.3 mg/L) 124
Bảng 4.19: Kết quả theo dõi mẻ 3 (DO = 0,29-0,33 mg/L) 125
Bảng 4.20: Kết quả theo dõi mẻ 4 (DO = 0,92-1,16 mg/L ) 125






MỤC LỤC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý của BCL Gò Cát
(CENTEMA 2002) 30
Mở đầu

5

Hình 2.2: Hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát do
CENTEMA lắp đặt 31
Hình 2.3: Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Gò Cát theo thiết kế
Vermeer 32
Hình 2.4: Màng đặt ngập trong bể phản ứng 66
Hình 2.5: Màng đặt ngoài bể phản ứng 67
Hình 2.6: Sơ đồ mô hình nghiên cứu 73
Hình 2.7 : Biểu đồ chất lượng nước sau xử lý 73
Hình 2.8 : Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác ứng dụng MBR 74
Hình 2.9: Vi khuẩn Anammox dưới kính hiển vi (x1000) Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.10 : Quá trình khử nitơ truyền thống và quá trình Anammox
Error! Bookmark not defined.
Hình 2.11 : Cơ chế sinh hoá của vi khuẩn Anammox ( Kuenen &
Jetten , 2001 ) Error! Bookmark not defined.
Hình 2.12 : Cấu tạo tế bào của vi khuẩn Anammox(Van Niftrik et
al., 2004 ) Error! Bookmark not defined.
Hình 2.13 : Tương quan của vi khuẩn Anammox ( Schmid et al ,
2003 ) Error! Bookmark not defined.
Hình 2.14: Sơ dồ công nghệ sử dụng bể nitrat hoá bán phần và bể
Anammox Error! Bookmark not defined.
Hình 2.15 : So sánh quá trình khử nitơ truyền thống
nitrification/denitrification và quá trình nitrat hoá bán phần –
Anammox Error! Bookmark not defined.
Hình 2.16 : Mô hình nghiên cứu và kết quả nghiên cứu 79
Hình 2.17: Mô hình nghiên cứu 80
Hình 2.18 : Mô hình bể SHARON 81
Hình 2.19 : Kết quả khử nitơ của quá trình SHARON – Anammox
81
Hình 2.20: Sơ đồ biểu diễn quá trình CANON 82

Hình 2.21 : Mô hình nghiên cứu ứng dụng MBR để khử nitơ 83
Hình 2.22 : Kết quả sau xử lý 84
Mở đầu

6
Hình 2.23 : Mô hình nghiên cứu 85
Hình 2.24 : Kết qủa nghiên cứu 85
Hình 3.1: Mô hình MBR nitrat hoá bán phần 94
Hình 3.2. Mô hình Anoxic 95
Hình 4.1: Quá trình thích nghi thể hiện qua TKNError! Bookmark
not defined.
Hình 4.2: Sự biến thiên TKN , N-NH
4
+
, N-NO
2
-
và N-NO
3
-
ở mẻ 2
(DO=0,16 mg/L) 101
Hình 4.3:Sự biến thiên TKN ,N-NH
4
+
,N-NO
2
-
,N-NO
3

-
ở mẻ
3(DO=0,19-0,21mg/L) 101
Hình 4.4: Kết quả của mẻ 4 (DO = 0,25-0,31 mg/L) 102
Hình 4.5: Kết quả của mẻ 5 (DO = 0,57-0,72 mg/L) 103
Hình 4.6: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 6 (DO = 1,62-
2,13 mg/L) 103
Hình 4.7: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 7 (DO = 2,22-
2,35mg/L) 104
Hình 4.8: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 8 (DO = 2,45-
2,56mg/L) 105
Hình 4.9: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 9 (DO = 2,54-
2,77mg/L) 105
Hình 4.10: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 10(DO = 2,62-
2,87mg/L) 106
Hình 4.11: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 11 (DO =
2,92-3,09 mg/L) 107
Hình 4.12:Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 12 lần
1(DO=3,12-3,38 mg/L) 107
Hình 4.13:Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mẻ 12 lần
2(DO=3,12-3,38 mg/L) 108
Hình 4.14: Sự biến thiên của ammonia và nitrit ở mô hình đối
chứng 110
Hình 4.15: Sự biến thiên của độ kiềm ở DO =3,12-3,38 mg/L 110
Hình 4.16: Ảnh hưởng của pH đến quá trình nitrat hoá 112
Mở đầu

7
Hình 4.17: Sự biến thiên của COD khi không tính đến ảnh hưởng
của nitrit 114

Hình 4.18: Sự biến thiên của COD khi có tính đến ảnh hưởng của
nitrit 115
Hình 4.19: Ảnh hưởng của K
L
a đến quá trình nitrat hoá 116
Hình 4.20: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của vi khuẩn oxi
hoá ammonia và vi khuẩn oxi hoá nitrit (Grunditz and
Dalhammar, 2001) 117
Hình 4.21: Tốc độ sinh trưởng cực đại của vi khuần oxi hoá
ammonia (-) và vi khuẩn oxi hoá nitrit ( ) theo nhiệt độ 117
Hình 4.22: Mối quan hệ giữa NH
3
tự do và HNO
2
tự do (Anthnisen
et al. , 1976) 119
Hình 4.23: Thời gian lưu nước dựa vào nhiệt độ 120
Hình 4.24: Ảnh của K
L
a và nhiệt độ đến HRT 120
Hình 4.25: Hiệu quả xử lý TKN và ammonia 121
Hình 4.26: Thông số TKN ở giai đoạn thích nghi 123
Hình 4.27: Sự phát triển của sinh khối trong mô hình Anoxic 127





Mở đầu

1
Chương 1: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp (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 dưới của bãi chôn lấp có khả năng làm nhiễm
bẩn nguồn nước ngầm và nước mặt nếu không được thu gom và xử
lý triệt để.
Do thành phần rất phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao,
nước rò rỉ từ bãi rác đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết
hợp, bao gồm nhiều khâu xử lý như xử lý sơ bộ, xử lý bậc hai, xử lý
bậc ba để đạt tiêu chuẩn thải. Thành phần và lưu lượng nước rò rỉ
biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dây chuyền xử
lý nước rác cũng sẽ thay đổi theo thời gian. Việc tìm ra các giải
pháp xử lý nước rò rỉ cho các bãi chôn lấp, thỏa mãn các điều kiện
kinh tế, kỹ thuật và điều kiện khí hậu tại nước ta là một bài toán
đang được đặt ra trong thời gian gần đây.
Nước rò rỉ từ bãi rác cũ thông thường có nồng độ ammonia rất
cao. Hàm lượng nitơ cao là chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển
của rong rêu, tảo… gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa làm bẩn trở lại
nguồn nước, gây thiếu hụt oxy hòa tan (DO) trong nước. Khí NH
3

hòa tan > 0.2 mg/l gây chết nhiều loài cá. Vì vậy, xử lí nitơ trong
nước rác là vấn đề cần quan tâm.
Đối với bãi rác Gò Cát, tuy đã được đầu tư một hệ thống xử lý
nước nước rỉ rác của Hà Lan nhưng trong thời gian gần đây hệ
thống không phát huy được hiệu quả, đặc biệt là việc khử nitơ trong
nước rỉ rác. Nồng độ nitơ trong thành phần nước rỉ rác của bãi rác

Gò Cát : TKN là 1400 -1900 mg/l, Ammonia là 700 - 900 mg/l ,
NO
2
-
là 0,2 - 0,3 mg/l, NO
3
-
là 6 – 8 mg/l.
Như vậy việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý hàm lượng
Mở đầu

2
nitơ trong nước rác ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi
cấp bách nhằm ứng dụng trong công nghệ xử lý nước rác hiện nay
sao cho thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi
trường.
Công nghệ MBR ( bể sinh học màng ) ưu điểm là cho chất
lượng nước sau xử lý đạt hiệu quả tốt , chiếm diện tích nhỏ , lượng
bùn sinh ra ít , thời gian lưu bùn lâu tạo điều kiện cho vi khuẩn
nitrat hóa phát triển . Nếu kết hợp với công nghệ Anammox ( oxi
hoá ammonia kò khí ) sẽ tạo bước chuyển biến tốt vì sẽ tiết kiệm
được năng lượng và dinh dưỡng phải cung cấp so với quá trình nitrat
và khử nitrat .
Vì thế cho nên đây sẽ là mục tiêu nghiên cứu của luận văn
nhằm tìm ra kết quả khả thi ứng dụng vào thực tế .
1.2. Mục tiêu luận văn
 Nghiên cứu úng dụng bể sinh học SBR cho quá trình nitrat
hoá bán phần nhằm tạo ra tỉ lệ N-ammonia : N-NO
2
thích hợp sử

dụng cho quá trình Anammox.
 Nghiên cứu ứng dụng bể sinh học màng MBR cho quá trình
nitrat hoá toàn phần.
 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ trên hai mô hình tónh hoạt
động nối tiếp : MBR và Anoxic
1.3. Phạm vi nghiên cứu
Để đạt được những mục tiêu trên luận văn phải thực hiện những
công việc sau:
 Sử dụng nguồn nước rỉ rác sau công trình xử lý UASB ở bãi
rác Gò Cát .
 Vận hành mô hình SBR, MBR ở điều kiện hiếu khí có thể tích
là 10L trong đó thể tích làm việc là 05L .
Mở đầu

3
 Vận hành sơ khởi mô hình Anoxic có thể tích là 10L trong đó
thể tích làm việc là 05L .
1.4. Nội dung nghiên cứu
Luận văn bao gồm các nội dung sau :
 Tổng quan về các công nghệ và các nghiên cứu xử lý nitơ
bằng sinh học ở nồng độ cao trong các loại nước thải nói
chung và trong nước rỉ rác nói riêng .
 Nghiên cứu úng dụng bể sinh học SBR cho quá trình nitrat
hoá bán phần nhằm tạo ra tỉ lệ N-ammonia : N-NO
2
thích hợp
sử dụng cho quá trình Anammox .
 Nhgiên cứu ứng dụng bể sinh học màng MBR cho quá trình
nitrat hoá toàn phần.
 Vận hành mô hình SBR, MBR, anoxic để xác đònh thông số

hoạt động thích hợp (tỉ lệ N-ammonia : N-NO
2
, HRT , DO )
tạo điều kiện thuận lợi cho các bước xử lý tiếp theo .

Mở đầu

4
Chương 2 : TỔNG QUAN
2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BÃI CHÔN LẤP RÁC
2.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Ô nhiễm bởi nước rác là một trong những vấn đề nan giải đang
được sự quan tâm của toàn xã hội. Thực trạng cho thấy, nước rác
gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường bởi hàm lượng chất
hữu cơ rất cao: COD dao động từ 2.000 lên đến 50.000 – 60.000
mg/l, hàm lượng nitơ vào khoảng 400 – 1200 mg/l. Thêm vào đo,ù
thành phần độc tố, kim loại nặng, hàm lượng vi khuẩn gây bệnh
cũng đáng kể. Nước rác nếu không được xử lý triệt để, khi thải
vào môi trường sẽ gây ô nhiễm đến nguồn nước ngầm, nước mặt,
chi phối trực tiếp đến hoạt động sống của dân cư quanh vùng.
Ở nước ta, các nghiên cứu xử lý nước rác đã được thực hiện
bởi nhiều đơn vò nghiên cứu như: EPC, Centerma, Công ty cổ
phần An Sinh, trung tâm nghiên cứu công nghệ và thiết bò, công
ty Thái Dương… Tuy nhiên kết quả cuối cùng cho thấy: nước sau
xử lý vẫn không đạt tiêu chuẩn thải loại B.

2.1.2 HIỆN TRẠNG CÁC BÃI CHÔN LẤP RÁC Ở THÀNH
PHỐ HỒ CHÍ MINH
Hiện nay, lượng rác của thành phố mỗi ngày là 4.500 tấn,
trong đó khoảng 3.360 tấn là rác hữu cơ và khoảng 1.140 tấn là

xà bần các loại đổ về các bãi rác Đông Thạnh, Gò Cát, Đa Phước
và một số bãi rác nhỏ tại các huyện Củ Chi, Cần giờ, Nhà Bè
(1) BÃI CHÔN LẤP RÁC ĐÔNG THẠNH
Suốt hơn 10 năm qua, hầu như toàn bộ lượng rác thải từ các
khu vực nội thành của TP Hồ Chí Minh được chôn lấp tại đây.
Bãi rác Đông Thạnh bắt đầu hoạt động đổ rác một cách tự phát
Mở đầu

5
từ năm 1989, trước đó, đây là các hố khai thác đất. Đến năm
1991, nó chính thức trở thành công trường xử lý rác Đông Thạnh
do Công ty Xử Lý Chất Thải trực thuộc Sở Giao thông Công
chánh TP.Hồ Chí Minh quản lý. Diện tích ban đầu 10 ha, sau đó
mở rộng thêm lần lượt 6 ha rồi 22,6 ha…đến nay, tổng diện tích
công trường xử lý rác Đông Thạnh đã lên đến 43,5 ha với công
suất xử lý hiện tại khoảng 4.000 tấn rác/ngày.
Khuôn viên công trường quy hoạch tuyến đường cho xe chở
rác, trạm cân xe, các hồ chứa nước rò rỉ, khu vực chôn rác…. Khu
vực chôn rác phân ra nhiều lô, mỗi lô đào hố sâu khoảng 8m rồi
đổ rác xuống theo từng lớp, sau đó rải một lớp vôi bột và lấp lên
một lớp đất dày khoảng 20-30 cm. Sau một thời gian nhất đònh
lớp rác này xẹp xuống thì tiến hành đổ tiếp lên đó một lớp rác
khác, cứ thế lớp rác và lớp đất xen kẽ nhau; trên cùng lấp đất tới
cao trình 9m.
Rác chôn ở bãi Đông Thạnh chủ yếu là rác sinh hoạt, trong
đó, phần lớn các loại rác có thể tái chế đã được người dân thu
lượm trên bãi, còn lại là rác hữu cơ, rác nilon cũ, các loại rác
khác không thể tái chế. Các công trình nghiên cứu rác thải ở TP
HCM cho thấy thành phần của các chất hữu cơ (chủ yếu là rau,
quả, thực phẩm…) 60-62% (theo trọng lượng ướt). Hàm lượng

nước trung bình trong rác khoảng 50%. Lượng nước này chủ yếu
nằm trong các chất thải hữu cơ.
Bãi rác Đông Thạnh không được thiết kế theo đúng tiêu chuẩn
(không có lớp lót đáy, không có hệ thống xử lý nước) đã và đang
gây ô nhiễm đáng kể đến môi trường.
(2 ) BÃI CHÔN LẤP RÁC GÒ CÁT
Theo kế hoạch, bãi rác Đông Thạnh phải đóng cửa vào tháng
8/2001, chuyển rác về đổ ở Gò Cát. Tháng 8/2001, bãi rác Gò
Mở đầu

6
Cát chỉ mới tiếp nhận thí điểm khối lượng rác từ 300 đến 500
tấn/ngày, nhưng mùi hôi thối đã lan rộng khiến những hộ dân
sống gần đó phản ứng nên việc tiếp nhận rác tại đây phải tạm
ngưng. p lực rác lại dồn trở về bãi rác Đông Thạnh.
Đầu năm 2000 bãi rác Gò Cát đã được đóng cửa để xây dựng
lại với tổng diện tích là 25ha từ nguồn vốn ODA của chính phủ
Hà Lan và vốn ngân sách của thành phố Hồ Chí Minh. Hiện nay,
bãi rác Gò Cát đã tiếp nhận rác với công suất 2000 tấn/ngày.
Khoảng cách trung bình vận chuyển rác từ thành phố đến bãi Gò
Cát là 18 km. Đây là một cự ly vận chuyển đến bãi đổ ngắn nhất
và gần kênh Tham Lương để xả nước thải sau khi xử lý. Với một
vùng đất bạc màu khai thác nông nghiệp không hiệu quả, dân cư
thưa thớt. Bãi có một trạm cân để xác đònh khối lượng rác đổ vào
trạm.
Công trường xử lý rác Gò Cát là công trường xử lý rác hiện
đại, được xây dựng theo công nghệ tiên tiến của Hà Lan, rác sinh
hoạt được xử lý theo phương pháp chôn lấp kỵ khí hợp vệ sinh.
Bãi chôn lấp có trang bò lớp chống thấm ở đáy bằng nhựa HDPE
và lớp phủ trên bằng nhựa VLDPE, có trang bò hệ thống thu gom

và xử lý nước, khí từ bãi rác và máy phát điện chạy từ khí thu
gom này.
2.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ
2.2.1 Sự hình thành nước rò rỉ

Nước rò rỉ từ bãi rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác,
kéo theo các chất ơ nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chơn
lấp. Trong giai đoạn hoạt động của bãi chơn lấp, nước rỉ rác hình
thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất
thải do các thiết bị đầm nén.
Mở đầu

7
Quá trình tạo thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả
năng giữ nước hay khi nó bị bão hòa nước. Khả năng giữ nước (FC
– Field Capacity) của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại
trong bãi rác dưới tác dụng của trọng lực. FC của chất thải rắn là
yếu tố rất quan trọng trong việc xác định sự hình thành nước rò rỉ.
FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác và việc phân hủy
chất thải trong bãi chôn lấp. Cả rác và lớp phủ đều có khả năng giữ
nước trước sức hút của trọng lực. FC có thể tính theo công thức sau
:
W10000
W
55,06,0FC



Trong đó :
 FC : khả năng giữ nước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng

khô của chất thải rắn).
 W : khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính
tại chính giữa chiều cao ô chôn lấp, pound.
Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên
bãi chôn lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu
việc chôn bùn được cho phép. Việc mất đi của nước được tích trữ
trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành
khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra từ
đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ).
Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác,
nhất là khí hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ
sinh ra. Tốc độ phát sinh nước rác dao động lớn theo các giai đoạn
hoạt động khác nhau của bãi rác. Trong suốt những năm đầu tiên,
phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ
trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp. Lưu lượng nước
M u

8
rũ r s tng lờn dn trong sut thi gian hot ng v gim dn sau
khi úng ca bói chụn lp do lp ph cui cựng v lp thc vt
trng lờn trờn mt gi nc lm gim m thm vo.
2.2.2 Thaứnh phan vaứ tớnh chaỏt nửụực roứ rổ
(1) Thnh phn v tớnh cht nc rũ r
Thnh phn nc rỏc thay i rt nhiu, ph thuc vo tui ca
bói chụn lp, loi rỏc, khớ hu. Mt khỏc, dy, nộn v lp
nguyờn liu ph trờn cựng cng tỏc ng lờn thnh phn nc rỏc.
Thnh phn v tớnh cht nc rũ r cũn ph thuc vo cỏc phn
ng lý, húa, sinh xy ra trong bói chụn lp. Cỏc quỏ trỡnh sinh húa
xy ra trong bói chụn lp ch yu do hot ng ca cỏc vi sinh vt
s dng cỏc cht hu c t cht thi rn lm ngun dinh dng cho

hot ng sng ca chỳng.
Cỏc vi sinh vt tham gia vo quỏ trỡnh phõn gii trong bói chụn
lp c chia thnh cỏc nhúm ch yu sau:
Cỏc vi sinh vt a m: phỏt trin mnh nhit 0-20
0
C
Cỏc vi sinh vt a m: phỏt trin mnh nhit 20-40
0
C
Cỏc vi sinh vt a núng: phỏt trin mnh nhit 40-
70
0
C
S phõn hy cht thi rn trong bói chụn lp bao gm cỏc giai
on sau:
Giai on I giai on thớch nghi ban u: ch sau mt thi
gian ngn t khi cht thi rn c chụn lp thỡ cỏc quỏ trỡnh phõn
hy hiu khớ s din ra, bi vỡ trong bói rỏc cũn cú mt lng khụng
khớ nht nh no ú c gi li. Giai on ny cú th kộo mt vi
ngy cho n vi thỏng, ph thuc vo tc phõn hy, ngun vi
sinh vt gm cú cỏc loi vi sinh hiu khớ v k khớ.
Mở đầu

9
Giai đoạn II - giai đoạn chuyển tiếp: oxy bị cạn kiệt dần và sự
phân hủy chuyển sang giai đoạn kị khí. Khi đó, nitrat và sulphat là
chất nhận điện tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển
thành khí nitơ và hydro sulfit. Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi
khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ trong rác thải thành
CH

4
, CO
2
sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy phân, lên men axit và
lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và các
sản phẩm trung gian khác (giai đoạn III). Trong giai đoạn II, pH của
nước rò rỉ sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ
và ảnh hưởng của nồng độ CO
2
tăng lên trong bãi rác.
Giai đoạn III - giai đoạn lên men axit: các vi sinh vật trong
giai đoạn II được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và
lượng H
2
ít hơn. Bước đầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến
sự chuyển hóa các enzym trung gian (sự thủy phân) của các hợp
chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein) thành các chất đơn giản
thích hợp cho vi sinh vật sử dụng. Tiếp theo là quá trình lên men
axit. Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hình
thành ở bước trên thành các chất trung gian phân tử lượng thấp hơn
như là axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic, các axit hữu cơ khác.
Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng
nhỏ H
2
S cũng được hình thành.
Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 do sự có mặt
của các axit hữu cơ và khí CO
2
có trong bãi rác. Nhu cầu oxy sinh
hóa (BOD

5
), nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên
đáng kể trong suốt giai đoạn III do sự hòa tan các axit hữu cơ vào
nước rò rỉ. Do pH thấp, nên một số chất vô cơ chủ yếu là các kim
loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này. Nếu nước rò rỉ không
được tuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng bị loại
bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp.
Mở đầu

10
Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan: trong giai đoạn này
nhóm vi sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và
khí hydro hình thành từ giai đoạn trước thành CH
4
, CO
2
sẽ chiếm
ưu thế. Đây là nhóm vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt, được gọi là vi
khuẩn metan. Trong giai đoạn này, sự hình thành metan và các axit
hữu cơ xảy ra đồng thời mặc dù sự tạo thành axit giảm nhiều. Do
các axit hữu cơ và H
2
bị chuyển hóa thành metan và cacbonic nên
pH của nước rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6,8 – 8,0. Giá trị
BOD
5
, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ
giảm xuống trong giai đoạn này.
Giai đoạn V- giai đoạn ổn định: giai đoạn ổn định xảy ra khi
các vật liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành

CH
4
, CO
2
trong giai đoạn IV. Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi
chôn lấp làm các chất có khả năng phân hủy sinh học trước đó chưa
được phân hủy sẽ tiếp tục đựơc chuyển hóa. Tốc độ phát sinh khí
trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu là CH
4
và
CO
2.
Trong giai đoạn ổn định, nước rò rỉ chủ yếu axit humic và axit
fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa. Tuy
nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và
fulvic cũng giảm xuống.
Từ Hình 2.1 có thể thấy rằng nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn
lấp chất thải rắn có pH thấp, BOD
5
và VFA cao, hàm lượng kim loại
nặng cao, tương ứng với giai đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV
của bãi chôn lấp. Khi đã chôn lấp trong một thời gian dài thì các
chất hữu cơ trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan, khi
đó thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ cũng giảm xuống đáng kể.
Khi pH tăng lên sẽ làm giảm nồng độ các chất vô cơ, đặc biệt các
kim loại nặng có trong nước rò rỉ.
Mở đầu

11
Hình 2.1: Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp

Bên cạnh các chất ô nhiễm bị phân hủy và hòa tan vào nước rò
rỉ, các chất khí từ bãi chôn lấp cũng được hình thành và phát tán vào
không khí gây ra hiện tượng nóng lên của trái đất (hiệu ứng nhà
kính).
Khi nước thấm qua chất thải rắn đang phân hủy được chôn
trong bãi rác, thì các thành phần hóa học và sinh học đã được phân
hủy sẽ hòa vào nước làm tăng nồng độ ô nhiễm của nước và tạo
thành nước rò rỉ.
Việc tổng hợp và đặc trưng thành phần nước rác là rất khó vì có
nhiều yếu tố khác nhau tác động lên sự hình thành nước rò rỉ. Nên
tính chất của nó chỉ có thể xác định trong một khoảng giá trị nhất
định và được cho trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất
nước rác của các bãi chôn lấp mới và lâu năm.
Thành phần
Giá trị, mg/l
a

Bãi mới (dưới 2 năm)
Bãi lâu năm
( Trên 10
năm)
Khoảng
Trung
bình
pH
COD
Fe, Zn
VFA
Thời gian

Mở đầu

12
BOD
5

2.000-
55.000
10.000
100-200
TOC
1.500-
20.000
6.000
80-160
COD
3.000-
90.000
18.000
100-500
Chất rắn hòa tan
10.000-
55.000
10.000
1.200
Tổng chất rắn lơ
lửng
200-2.000
500
100-400

Nitơ hữu cơ
10-800
200
80-120
Amoniac
10-800
200
20-40
Nitrat
5-40
25
5-10
Tổng lượng
photpho
5-100
30
5-10
Othophotpho
4-80
20
4-8
Độ kiềm theo
CaCO
3

1.000-
20.900
3.000
200-1.000
pH

4,5-7,5
6
6,6-9
Độ cứng theo
CaCO
3

300- 25.000
3.500
200-500
Canxi
50-7.200
1.000
100-400
Magie
50-1.500
250
50-200
Clorua
200-5.000
500
100-400
Sunphat
50-1.825
300
20-50
Tổng sắt
50-5.000
60
20-200

Nguồn: [12]
a
pH không có đơn vị.
Bảng 2.1 thống kê các chỉ tiêu của nước rò rỉ trong nhiều năm.
Một điều có thể thấy rõ là các thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ
Mở đầu

13
bãi rác mới chôn lấp đều cao, đặc biệt ô nhiễm hữu cơ rất cao
(COD, BOD
5
cao).
Nồng độ chất ô nhiễm trong nước rò rỉ của bãi rác mới chôn lấp
cao hơn rất nhiều so với bãi rác chôn lấp lâu năm. Bởi vì trong bãi
chôn lấp lâu năm, chất thải rắn đã được ổn định do các phản ứng
sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân
hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi. Trong bãi
chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần khác như
BOD
5
, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng
rất cao. Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển
sang giai đoạn metan hóa thì pH sẽ cao hơn (6,8 - 8,0), đồng thời
BOD
5
, COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho)
thấp đi. Hàm lượng kim loại nặng giảm xuống bởi vì khi pH tăng thì
hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan.
Khả năng phân hủy của nước rác thay đổi theo thời gian. Khả
năng phân hủy sinh học có thể xét thông qua tỷ lệ BOD

5
/COD. Khi
mới chôn lấp tỷ lệ này thường khoảng 0,5 hoặc lớn hơn. Khi tỷ lệ
BOD
5
/COD trong khoảng 0,4-0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ
trong nước rò rỉ dễ phân hủy sinh học. Trong các bãi rác lâu năm, tỷ
lệ BOD
5
/COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2. Khi đó nước rò rỉ chứa
nhiều axit humic và fulvic có khả năng phân hủy sinh học thấp
Khi thành phần và tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian
thì việc thiết kế hệ thống xử lý cũng rất phức tạp. Chẳng hạn như,
hệ thống xử lý nước rác cho bãi chôn lấp mới sẽ khác so với hệ
thống xử lý các bãi rác lâu năm. Đồng thời, việc phân tích tính chất
nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi nước rò rỉ có thể là hỗn hợp của
nước ở các thời điểm khác nhau. Từ đó, việc tìm ra công nghệ xử lý
thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải nghiên cứu thực tế
mới có thể tìm ra công nghệ xử lý hiệu quả.
Mở đầu

14
(2) Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò
rỉ
Rác được chọn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi
lý, hóa, sinh cùng lúc xảy ra. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các
chất hóa học đã được phân hủy từ rác. Thành phần chất ô nhiễm
trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất
thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm,
chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ

trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với
nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất ức chế, các chất
dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi
rác, việc chôn 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 rò rỉ :
a. Thời gian chôn lấp
Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều
nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ
là một hàm theo thời gian. Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm
trong nước rác giảm dần. Thành phần của nước rò rỉ 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 chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rò rỉ có những
đặc điểm sau :
– Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao.
Mở đầu

15
– pH nghiêng về tính axit.
– BOD cao.
– Tỷ lệ BOD/COD cao.
– Nồng độ NH
4
+
và nitơ hữu cơ cao.

– Vi sinh vật có số lượng lớn.
– Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao.
Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó
chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm
cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể
kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. Đặc điểm nước thải 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 NH
4
+
thấp.
– Vi sinh vật có số lượng nhỏ.
– Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp.
Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ
cũng có sự thay đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu
axit béo bay hơi. Các axit thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp
theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhân vòng thơm. Cả
axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rác nghiên về
tính axit. Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò
rỉ có 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 rác đã đóng cửa
Mở đầu

16
trong thời gian dài thì hầu như nước rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ
các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.

Nghiên cứu của Lu (1984) về mối quan hệ thời gian chôn lấp và
các thành phần của nước rò rỉ đã đưa ra các phương trình tương
quan giữa thời gian và sự sụt giảm của COD, BOD
5
, TOC, độ kiềm,
canxi, kali, natri, sulphat và clorua… trong nước rác tại nhiều bãi
chôn lấp. Trong các nghiên cứu này, hầu hết các trường hợp cho bãi
chôn lấp hoạt động trên 3 năm và thấp hơn 30 năm (xem bảng sau).


Bảng 2.2: Phương trình tốc độ phân hủy và hệ số.
Phương trình
Đơn vị
Hệ số, k
BOD
5
= 47.000 x10
-kt

mg/l
0,043
COD = 89.500 x 10
-kt

mg/l
0,0454
TOC = 1.600 x 10
-kt

mg/l

0.040
TVS = 24.000e-kt
mg/l
0,185
TDS = 16.000e
-kt

mg/l
0,075
Nitơ hữu cơ = 130e
-kt

mg/l
0,185
N– Amoniac =
12.000e
-kt

mg/l
0,1
Độ kiềm = 1.400e
-kt

mg/l CaCO
3

0,04
Ca = 9.360 x10
-kt

mg/l
0,050
Na = 1.805 x 10
-kt

mg/l
0,038
Cl
-
= 4.200 x 10
-kt

mg/l
0,050
K
+
= 3.800 x 10
-kt

mg/l
0,095
Nguồn: Lu, 1984.
Mở đầu

17
Như vậy, các quá trình phân hủy sinh hóa trong bãi chôn lấp có
ảnh hưởng rất lớn đến thành phần và tính chất nước rò rỉ. Theo thời
gian, các quá trình phân hủy trong bãi chôn lấp sẽ có những biến đổi
giai đoạn này sang giai đoạn khác làm thay đổi tính chất nước rò rỉ.
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 rò rỉ. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp
diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có
những đặc tính gì thì nước rò rỉ cũng có các đặc tính tương tự.
Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước rác
cũng chứa nhiều thành phần độc hại…
Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những
tác động đến tính chất nước rác. Chẳng hạn như, các bãi rác có rác
không được nghiền nhỏ. Bởi vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân
hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ rác. Tuy nhiên,
sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất
thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộ hay không.


c.Chiều sâu bãi chôn lấp
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn
lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn
lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi
rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều
thời gian để phân hủy. Do vậy, bãi chôn 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 đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên
nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm.
Mở đầu

18
d. Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi
Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất
quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng
nhanh thời gian tạo nước rò rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng

các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước. Khi quá trình thấm xảy ra
nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô
nhiễm nhỏ. Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ
ô 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 …
c. Độ ẩm rác và nhiệt độ
Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt. Khi bãi chôn
lấp đạt trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm
trong rác là không thay đổi nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố
quyết định thời gian nước rò rỉ được hình thành là nhanh hay chậm
sau khi rác được chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nước rò rỉ sẽ
hình thành nhanh hơn.
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ. Khi
nhiệt độ môi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là
giảm lưu lượng nước rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản
ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh
hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn.
e. Ảnh hưởng từ bùn cống rảnh và chất thải độc hại
Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rảnh và bùn
của trạm xử lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất
nước rò rỉ. Bùn sẽ làm tăng độ ẩm của rác và do đó tăng khả năng
tạo thành nước rò rỉ. Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ
bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất