Tình hình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác Trên thế giới

       Hệ thống xử lý nước rác là tổ hợp các đơn vị công nghệ khác nhau của các phương pháp vi sinh, hóa học, hóa lý, cơ học. Tuy nhiên, ở các nước tiên tiến với trình độ kỹ thuật cao, thiết bị hiện đại, luôn cải tiến, nâng cao và hoàn thiện các hệ thống đang hoạt động cũng như các hệ thống mới xây dựng, nét đặc thù riêng về công nghệ xử lý là phổ biến.

* Tại Mỹ: các nhà công nghệ đã áp dụng các giải pháp công nghệ khác nhau như:

Hòa trộn lẫn nước rác với nguồn nước thải sinh hoạt được thực hiện khá phổ biến ở vùng tây bắc nước Mỹ tại các bãi rác: St.Johnson (Oregon), Cedar (Washington), Cathcart Snobomish County (Washington), Kent Highland (Kent Washington).

Sử dụng vào mục đích tưới tiêu khi nước rác được xử lý sơ bộ theo tiêu chuẩn “Standard for leachate spray irrigation managent” October 28, 1992, được thực hiện  phổ biến ở Oregon tại các bãi rác: Coffin Sutte (corvallis Oregon). Riverbend (Yamhill County).

Xử lý nước rác tại chỗ và xả vào nguồn nước mặt được thực hiện bằng cách phối hợp các công nghệ thích hợp nhằm đạt tiêu chuẩn thải do National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) qui định và các tiêu chuẩn đặc thù khác của vùng (ví dụ phải sử dụng thêm công nghệ màng để tách loại phức chất nickel tại một số bãi rác ở miền tây nước Mỹ).

* Tại Nhật Bản: công nghệ xử lý nước rác của Nhật Bản có đặc thù riêng so với các nước tiên tiến khác. Từ năm 1965 trong chương trình hành động khẩn cấp về cải thiện điều kiện môi trường sống (Emergency Establishment Act for Improvement Facilities) qui định: lượng rác thải sinh hoạt được xử lý bằng phương pháp đốt. Nước rác thấm từ tro đốt chứa hàm lượng muối vô cơ rất cao, hàm lượng thành phần hữu cơthấp nhưng có chứa độc tố hữu cơ (hợp thành phần hữu cơchứa clo và dioxin). Cho đến năm 1988, lượng rác được đốt ở Nhật không thấp hơn 78% (240 triệu tấn rác/năm). Do lượng dioxin sinh ra khá cao nên năm 1997 hình thành điều luật: hành động kiểm soát dioxin.

Đặc thù ô nhiễm nước rác trên quyết định công nghệ xử lý nước rác của các hãng:

- Công nghệ xử lý nước rác của hãng Tsukishima Kikai (TSK): công nghệ tách ion canxi; công nghệ xử lý vi sinh sử dụng các thiết bị: tiếp xúc sinh học, đĩa quay sinh học, tấm sục khí; tách loại muối: sử dụng kỹ thuật thẩm thấu ngược hoặc điện thẩm tích; kỹ thuật ngưng tụ và kết tủa (bốc hơi chân không, kết tinh thu hồi muối, ly tâm, sấy bốc hơi).

- Công nghệ của hãng Kubota Corporation: công nghệ chống kết tủa các chất lắng đọng từ nước rác trong đường ống hoặc trong nguồn nước nhận; công nghệ xử lý sinh học (tiếp xúc sinh học, đĩa quay sinh học để xử lý thành phần hữu cơcó nồng độ thấp); khử nitrat nếu cần thiết (khi đốt hợp chất nitơ đã chuyển hóa thành nitrat); tách loại chất hữu cơ: sử dụng biện pháp keo tụ với sắt (III) clorua để tách một phần chất hữu cơ, màu làm giảm tải cho giai đoạn hấp phụ trên than hoạt tính ghép nối sau đó.

* Tại Hàn Quốc: ở các bãi rác sinh hoạt có khoảng 50 điểm dùng cách xử lý sinh học trước rồi sau đó dẫn về trạm xử lý chung; 92 điểm đưa thẳng nước rác về trạm xử lý chung; 102 điểm tự xử lý hoàn toàn rồi cho thoát ra ngoài. Kể từ khi ban hành quy định cho tiêu chuẩn Nitơ Amoni năm 1999 và sau đó năm 2001 thì phần lớn các trạm xử lý nước rác từ bãi rác sinh hoạt đã được bổ sung hoặc lắp đặt mới các thiết bị xử lý Nitơ, trong đó, phần lớn công nghệ xử lý nitơ vận hành theo kiểu MLE (Modified Ludzack-Ettinger); cũng có hơn 10 bãi rác nhỏ dùng phương pháp RO sau công nghệ sinh học.

Tình hình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước

 Xử lý nước rác ở Việt Nam mới được quan tâm từ khoảng thời gian không quá 10 năm trở lại đây, nên những nghiên cứu về công nghệ chưa nhiều. Các hệ thống được xây dựng để xử lý nước rác được hình thành chủ yếu là tính bức xúc của xã hội tại địa phương nơi có bãi chôn lấp rác. Do tính chất địa phương nên công nghệ xử lý nước rác cũng có tính đặc thù rất cao được xác lập bởi đơn vị thực hiện công nghệ, năng lực công nghệ và điều kiện khả thi trong thực hiện của địa phương đó.

Một số hệ thống xử lý (Thái Nguyên, Nam Định) chỉ thực hiện bước tách một phần cặn không tan, hoạt động không ổn định. Các hệ xử lý tại Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh được xây dựng quy mô và đầy đủ hơn, điển hình là một số công nghệ sau:

- Trạm xử lý nước rỉ rác tại Tây Mỗ – Hà Nội được xây dựng từ năm 1998 với công nghệ sinh học đơn giản đã hoạt động không hiệu quả ngay sau khi vận hành, thành phần nước thải đầu vào và đầu ra hầu như không thay đổi và từ đó đến nay trạm không được vận hành.

- Trạm xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội được xây dựng từ năm 2000 với sự kết hợp của tuyển nổi và xử lý sinh học nhưng sau khoảng 2 tháng vận hành xử lý kém hiệu quả và sau khi đã có những hiệu chỉnh nhưng hệ thống hoạt động vẫn không hiệu quả.

- Trạm xử lý do Liên hiệp khoa học và sản xuất hóa học UCE tiến hành với công 

nghệ xử lý chủ yếu là hóa học và hóa lý để oxy hóa và keo tụ chất thải trong nước rỉ rác. Công nghệ nào được đề xuất để xử lý nước thải tồn đọng trong ô chôn lấp số 3 bãi rác Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội, nước thải sau xử lý không đạt yêu cầu của TCVN 5945-1995 cột B về COD, tổng N... và hiện nay trạm đã được tháo dỡ.

- Trạm xử lý do xí nghiệp điện lạnh và môi trường – Công ty Cơ khí Thủy sản tiến hành với mục đích xử lý nước rác khẩn cấp cho bãi chôn lấp chất thải Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội. Với công nghệ này, tác giả đã tận dụng hệ thống hồ sinh học để giảm tải, nước rác sau khi qua khỏi hệ thống hồ sinh học nồng độ chất thải giảm đáng kể COD = 300-1200mg/l, hàm lượng BOD trong nước thấp BOD = 30-350mg/l tùy theo điều kiện của thời tiết và lượng nước rác được bơm ra. Ngoài ra còn xử lý nitơ. Tuy nhiên, nồng độ COD vẫn cao hơn tiêu chuẩn thải và phải pha loãng trước khi xả ra ngoài.

- Trạm xử lý do công ty SEEN tiến hành bắt đầu vận hành từ năm 2006 bao gồm các công đoạn chính:

+ Xử lý nitơ: theo phương pháp nâng pH thổi khí ngược (stripping), lượng còn lại được xử lý vi sinh qua bể SBR.

+ Xử lý COD: được thực hiện bằng phương pháp sinh học kết hợp với hóa lý (fenton và hấp phụ).

Hiện nay, trạm đang xử lý nước rác sau khi qua hồ sinh học, tuy nhiên chất lượng sau xử lý không ổn định và cần thời gian ổn định (3-5 ngày) trước khi xả ra ngoài.

- Trạm xử lý nước rác tại bãi chôn lấp Gò Cát- Tp. Hồ Chí Minh bắt đầu vận hành từ năm 2001 cho đến nay đã có 03 loại hình công nghệ xử lý khác nhau được áp dụng, trong đó:

1. Phương pháp xử lý bằng màng lọc – Công ty VerMeer, Hà Lan;

2. Phương pháp xử lý sinh học – Trung tâm môi trường CENTEMA;

3. Phương pháp sinh học kết hợp lọc màng – Trung tâm môi trường ECO.

Theo nhận định ban đầu, đây là một trạm xử lý nước rỉ rác theo công nghệ của Hà Lan khá hiện đại với công nghệ chủ yếu được áp dụng là công nghệ lọc màng. Tuy nhiên, sau một thời gian rất ngắn vận hành thì trạm xử lý này đã phải ngừng hoạt động.

Nhìn chung, xử lý chất thải rắn bằng phương pháp chôn lấp vẫn đang được áp dụng rất phổ biến tại các nước đang phát triển. Bãi chôn lấp vẫn là khâu cuối cùng chưa có giải pháp thay thế trong hệ thống quản lý chất thải rắn. Tuy nhiên, bãi chôn lấp chất thải rắn cũng được xem là nguồn tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường do nước rắc rò rỉ.

Ô nhiễm môi trường do nước rỉ rác đang là vấn đề bức xúc tại hầu hết các bãi rác không chỉ ở Hà Nội mà là trên toàn quốc.

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của kinh tế, các khu vực đô thị ngày càng được mở rộng, dân số đô thị cũng ngày càng tăng cùng với mức sống ngày càng nâng cao kéo theo các loại chất thải vào môi trường đang gia tăng, đặc biệt là chất thải rắn và nước thải.

Hiện nay, chất thải rắn phát sinh tại các đô thị vẫn chưa được xử lý triệt để, đặc biệt là nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp chất thải rắn. Chôn lấp vẫn là giải pháp phổ biến trong xử lý chất thải rắn đô thị ở Việt Nam do kỹ thuật đơn giản và chi phí xử lý thấp. Tuy nhiên, trong rác thải có một số thành phần rác thải có khả năng mang theo các hợp chất độc hại như: các vật liệu sơn, pin thải, dầu máy, các hóa chất, rác thải độc hại trong công nghiêp, thương mại... có thể mang theo các kim loại nặng và các hợp thành phần hữu cơđộc hại, khó phân hủy sinh học.

Các bãi chôn lấp chất thải rắn ở Việt Nam hiện nay đang phát sinh lượng nước rỉ rác lớn do độ ẩm tự nhiên, nước mưa và các quá trình hóa sinh, trong đó chứa các loại thành phần hữu cơđộc hại cao và khó phân hủy sinh học. Nếu không được xử lý tốt, nước rỉ rác sẽ ngấm vào nước mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Vấn đề COD, màu là vấn đề khó nhất trong xử lý nước rỉ rác, hơn thế nữa nếu để lâu ngày chúng có thể dẫn đến các hợp thành phần hữu cơcao phân tử chứa halogen là những chất độc nếu rơi vào nguồn nước và đất.

Nước rỉ rác chứa hàm lượng lớn các hợp chất khó phân hủy sinh học như hydrocacbon đa vòng, hợp chất cơ – halogen, PCBs, humic, phenol, các hợp chất của phenol và chất hoạt động bề mặt… Chính vì vậy, các phương pháp sinh học thông thường xử lý cho hiệu quả rất thấp, tốc độ xử lý chậm. 

Phương pháp oxy hóa bằng ozon đang rất được quan tâm nghiên cứu trong lĩnh vực xử lý nước và nước thải. Ozon là chất oxy hóa cực mạnh được thế giới tôn vinh là chất làm sạch lí tưởng nhất và được ứng dụng ở khắp các lĩnh vực từ hàng trăm năm nay. Khí Ozon có khả năng loại bỏ hoàn toàn nấm, mốc, virus, vi trùng, vi khuẩn, làm mất màu nước, kết tủa các ion kim loại nặng trong nước, giảm BOD, COD….. mà không gây ô nhiễm thứ cấp.

Ozon đã được ứng dụng rất nhiều ở các nước tiên tiến trên thế giới như Đức, Mỹ, Canada, Australia, Nhật Bản… Ozon phân hủy các thành phần hóa chất, hoocmon độc hại có trong thuốc trừ sâu, chất bảo quản thành carbon dioxide (CO₂) và nước hoàn toàn vô hại với con người và môi trường. Nó còn tăng cường một lượng oxy cho các vật tiếp xúc và không khí trong quá trình bán rã của mình, không để lại dư lượng chất độc hại, không gây ô nhiễm thứ cấp, ozon đặc biệt thân thiện với môi trường và con người.

Ozon hòa tan vào trong nước sẽ diệt vi khuẩn, oxy hóa các tạp chất vô cơ, hữu cơ, các thành phần kim loại, các nông dược và các chất độc khác do bị nhiễm hoặc do con người đưa vào; khử mùi, khử màu tạo thành các hợp chất không độc, ít hại, các chất kết tủa… làm

cho nước trong, sạch và an toàn. Với tính sát khuẩn cao ozon được dùng sát khuẩn nước, bình chứa, chai, lọ trong sản xuất nước khoáng, nước tinh khiết…

Trong xử lý nước rỉ rác, sử dụng ozon kết hợp với các công nghệ khác sẽ đưa lại hiệu quả cao hơn. Nhờ những tính năng nêu trên ozon được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống.

Với tính năng oxy hoá mạnh các chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học, bền vừng trong môi trường nước thì việc dùng ozon để oxy hoá các chất khó hữu cơ khó phân huỷ thành những hợp chất có khối lượng phân tử  thấp dễ phân huỷ sinh học là hoàn toàn có tính khả thi cao.

Nước rỉ rác ở Việt Nam cũng như các nước khác trong khu vực đang chứa hàm lượng lớn các thành phần hữu cơkhó phân hủy sinh học mà các phương pháp xử lý thông thường chưa mang lại hiệu quả cao. Đặc tính oxy hóa mạnh của ozon mở ra hướng nghiên cứu mới trong xử lý nước rỉ rác. Cho đến nay, việc ứng dụng ozon để xử lý nước rỉ rác chưa được nghiên cứu nhiều nên việc nghiên cứu xử lý các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác là cần thiết. Đó cùng là lý do tôi thực hiện đề tài “Xử lý các thành phần hữu cơ (COD) trong nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn bằng ozon”.

- Đánh giá ảnh hưởng của các thông số (nồng độ ozon, pH, thời gian sục khí…) đến hiệu suất xử lý các thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn bằng ozon.

- Xử lý làm giảm nồng độ các thành phần hữu trong nước rỉ rác bằng ozon.

- Đề xuất dây chuyền xử lý triệt để nước rỉ rác.

- Tiến hành phân tích pH, nồng độ COD, độ màu, trong nước rác rỉ rác (trước và sau xử lý) tại phòng thí nghiệm để đánh giá hiệu quả xử lý các thành phần hữu cơ:

+ Phân tích COD: Phương pháp Bicromat (dùng tác nhân oxy hoá là K₂Cr₂O₇). Theo phương pháp này, mẫu phân tích cùng với lượng dư bicromat sẽ được đun hồi lưu trong 2 giờ ở 150⁰C trong môi trường H₂SO₄ đặc có Ag₂SO₄ làm xúc tác.

+ Xác định pH bằng máy đo pH.

+ Xác định màu của nước theo phương pháp so mầu.

- Bố trí thí nghiệm xử lý các thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác tại phòng thí nghiệm bằng ozon:

+ Xác định ảnh hưởng của thời gian sục khí ozon đến hiệu suất xử lý.

+ Xác định ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý.

+ Thí nghiệm: Thí nghiệm thay đổi, thay đổi thời gian sục khí ozon, thay đổi giá trị pH.

Các thí nghiệm nhằm tìm ra điều kiện phản ứng phân huỷ tối ưu các chất hữu cơ trong nước rỉ rác, giảm COD, độ màu xuống mức thấp.

- Đánh giá hiệu quả xử lý.

- Đề xuất dây chuyền xử lý nước rỉ rác.

Tải file Xử lý các thành phần hữu cơ (COD) trong nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn bằng ozon tại đây

*. Phương pháp phân tích: gồm phân tích pH, độ màu, COD.

*. Phương pháp thực nghiệm về Ozon: Bố trí thí nghiệm xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác tại phòng thí nghiệm bằng ozon.

Thí nghiệm được tiến hành tại trường Đại Học Khoa Học– Đại Học Thái Nguyên, Viện Công nghệ Môi trường – Viện Khoa học Việt Nam.

Đề tài được thực hiện góp phần nâng cao trình độ nghiên cứu của chủ nhiệm đề tài và các thành viên tham gia. Đồng thời đóng góp quan trọng vào luận án tiến sỹ của chủ nhiệm đề tài.

        Chỉ ra ảnh hưởng của các thông số quan hệ và yếu tố vận hành đến hiệu quả xử lý các thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác bằng ozon.

       Đề xuất dây chuyền xử lý nước rỉ rác, trong đó có vai trò quan trong của phương pháp oxy hoá tiên tiên xử lý các thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác làm giảm hàm lượng các thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác đối với các bãi chôn lấp chất thải rắn và xử lý triệt để bằng các công nghệ tiếp theo.

Trường đại học khoa học, Đại học Thái Nguyên

Các trạm xử lý nước rỉ rác