Xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và phát triển một phương án kết hợp quá trình keo tụ điện hóa (EC) và lọc sinh học (BF) trên giá thể hữu cơ để tăng hiệu quả xử lý nước rỉ rác, đảm bảo quy chuẩn môi trường QCVN25 :2009/BTNMT cột B.

Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp cũng như phát sinh tại trạm trung chuyển có mức độ ô nhiễm cao với chỉ số COD lên đến 70.000 mg/l, chất rắn hòa tan tới 50.000 mg/l, tổng chất rắn lơ lửng đến 2.000 mg/l và hàm lượng nitơ cao tới hơn 3.000 mg/l. Nước rỉ rác bốc mùi hôi nặng lan tỏa nhiều ki-lo-met, có thể ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và dễ dàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Do đó, ô nhiễm môi trường bởi nước rỉ rác từ lâu đã là vấn đề nan giải, được sự quan tâm đặc biệt trong công tác bảo vệ môi trường.

Nước rỉ rác được định nghĩa là bất cứ loại chất lỏng ô nhiễm nào trong rác thấm qua các lớp rác của các ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo hòa tan từ chất thải rắn thải ra trong hoặc ngoài bãi rác. Thành phần nước rỉ rác rất khác nhau, phụ thuộc thành phần chất thải chôn lấp và thời gian chôn lấp, thường gồm 2 nhóm chính:

Các chất hữu cơ: các chất hữu cơ hòa tan, axit humic, axit fulvic, các axit béo, các hợp chất của tanin và các loại hợp chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo.

Các chất vô cơ: là các hợp chất của nitơ, lưu huỳnh, photpho, các ion kim loại hòa tan. Các hợp chất khác có thể được tìm thấy trong nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp như: borat, sunfua, arsenat, selenat, bari, liti, thủy ngân và coban.

So với các loại nước rỉ rác trên thế giới, nước rỉ rác Việt Nam đa dạng, phức tạp hơn, nhất là có hàm lượng COD, BOD/COD, TSS và độ màu cao hơn do chúng ta chưa áp dụng được phân loại rác tại nguồn, cách thức chôn lấp và vận hành bãi chưa được hợp vệ sinh, cộng với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều.

Với hàm lượng COD, BOD và nhiều chất độc hại khác ở mức rất cao nên khi nước rỉ rác thấm vào đất gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, thoát vào hệ thống nước mặt gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Mùi bốc lên từ nước rỉ rác gây ô nhiễm môi trường không khí. Như vậy, khi nước rỉ rác phát tán vào môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường nặng nề và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng. L. Koshi đã có nghiên cứu về độc hại của nước rỉ rác tới môi trường và thấy rằng lộ trình phơi nhiễm và độc tính trong nước rỉ rác thường rất khó xác định. Cụ thể hơn, nó là các hợp chất hữu cơ và các khoáng chất hòa tan được hình thành khi nước xâm nhập vào các lớp rác, hình thành lên một loạt các chất gây ô nhiễm do ảnh hưởng của các chế độ thủy văn, điều kiện sinh hóa.

Trong nước rỉ rác có hàm lượng các chất hữu cơ cao, một số tác động nguy hiểm liên quan đến ô nhiễm hữu cơ như: độc tính cao, tác dụng gây ung thư và gây đột biến gen. Nhóm các chất nitrat, photphat gây hiện tượng phú dưỡng khi thải ra môi trường. Xianua trong nước rỉ rác là một chất gây ô nhiễm và độc hại cho hệ sinh thái nước. Kim loại nặng có nhiều trong nước rỉ rác là chất ô nhiễm độc hại, gây đột biến và gây ung thư cao. Sự nhiễm độc kim loại nặng dẫn đến một số bệnh tâm thần và ảnh hưởng tiêu cực tới cơ thể sinh vật.

Các nhà khoa học tham gia đề tài đã đề xuất phương án kết hợp quá trình keo tụ điện hóa với quá trình lọc sinh học (BF) để tăng hiệu quả xử lý nước rỉ rác, trong đó quá trình keo tụ điện hóa giúp loại bỏ hiệu quả các kim loại nặng, các hợp chất chứa phốt pho, hợp chất phenol, hydrocacbon và một vài chủng vi sinh vật gây bệnh,… và những thành phần khó phân hủy sinh học; sau đó quá trình quá trình lọc sinh học sẽ xử lý các hợp chất lơ lửng (TSS), nitơ tổng (TN) và BOD5. Trên thế giới đã có một vài nghiên cứu kết hợp quá trình keo tụ điện hóa và quá trình lọc sinh học trong xử lý nước rỉ rác nói riêng, tuy nhiên số lượng còn rất hạn chế. Trong nước, hiện tại chưa có nghiên cứu nào kết hợp quá trình keo tụ điện hóa và quá trình lọc sinh học trong xử lý nước rỉ rác.

Từ các kết quả đạt được các nhà khoa học đã xây dựng được quy trình xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học công suất 30m3/ngày đêm như sau:

Các nhà khoa học đã xác định được các điều kiện thí nghiệm tối ưu cho quá trình tiền xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa, đã tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình lọc sinh học là chế độ sục khí/ ngưng sục khí, hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu tương ứng và giá trị của các thông số đều nằm trong giới hạn QCVN 25:2009/BTNMT, cột B2; đánh giá sơ bộ được hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của phương pháp xử lý nước rỉ rác của bãi chôn lấp rác Nam Sơn bằng công nghệ keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học; xây dựng được quy trình xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học công suất 30m3/ngày đêm đạt QCVN 25:2009/BTNMT, cột B2.

Kết quả đạt được chứng minh rằng có thể kết hợp quá trình keo tụ điện hóa và quá trình lọc sinh học để xử lý nước rỉ rác và là tiền đề để đưa kết quả áp dụng trong thực tế. Đây là nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam sử dụng kết hợp quá trình keo tụ điện hóa và lọc sinh học sử dụng giá thể cố định dạng nếp gấp để xử lý nước rỉ rác, trong đó quá trình lọc sinh học đóng vai trò xử lý thứ cấp. Kết quả đạt được của đề tài sẽ là tiền đề để ứng dụng trong thực tế xử lý nước rỉ rác.

Đây là giải pháp có tính khả thi được các thành viên trong Hiệp hội Môi trường đô thị và Khu công nghiệp Việt Nam tham khảo và ứng dụng.

Chu Thị Ngân
Trung tâm Thông tin – Tư liệu
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam