Xử lý ô nhiễm môi trường

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Hiện nay nhiều phương pháp và công nghệ xử lý rác hiện đại đã được nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới, cho phép tái sinh một lượng đáng kể chất thải rắn, đồng thời làm giảm thể tích rác xuống còn rất thấp. Tuy nhiên sau các quá trình xử lý vẫn còn một lượng rác không thể xử lý hoặc tái sinh và cần được đổ bỏ, quản lý chặt.
Có hai phương án để quản lý lâu dài chất thải rắn: Một là đổ bỏ vào biển và hai là chôn lấp hợp vệ sinh trong đất. Do nhiều nguyên nhân, đổ chất thải rắn vào biển rất ít khi được sử dụng. Bãi chôn lấp hợp vệ sinh (sanitary landfill) là bãi được xây dựng, vận hành theo đúng tiêu chuẩn bảo vệ môi trường. Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy bãi chôn lấp hợp vệ sinh là phương án thích hợp không chỉ cho các nước phát triển, mà còn cho các nước đang phát triển về mặt kinh tế - kỹ thuật và môi trường.


Rác thải là một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu được các nhà quản lý quan tâm đến, vì nó là nguồn gốc gây nguy hại cho sức khoẻ cộng đồng, làm xấu môi trường cảnh quan và sinh thái đô thị. Thủ đô Hà Nội có diện tích 927,5km2, gồm 7 quận nội thành và 5 huyện ngoại thành, dân số toàn thành phố khoảng 2,6 triệu người trong đó dân số nội thành khoảng 1,5 triệu. Từ tình hình cấp bách về quản lý chất thải rắn, Hà Nội đã có định hướng chiến lược về quản lý chất thải rắn bằng các biện pháp kỹ thuật như thu gom, vận chuyển, sản xuất phân vi sinh, thiêu rác v.v. Năm 1998 Hà Nội đã xây dựng và đưa vào vận hành Khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, Sóc Sơn.
2. CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG CỦA BÃI CHÔN LẤP RÁC.
Tại Việt Nam, bãi đổ rác cũng được xây dựng ở hầu hết các thành phố và đô thị và đang ở mức độ đơn giản là vận chuyển rác thải đến bãi và đổ bỏ (open dumping). Thực tế xử lý và quản lý các bãi rác đó cho thấy tính phức tạp của giai đoạn này, từ khi lựa chọn bãi rác đến khi vận hành, xử lý ô nhiễm môi trường và tái sử dụng các bãi đổ rác sau khi kết thúc.
Vấn đề môi trường nảy sinh trong quá trình vận hành bãi chôn lấp bao gồm:
* Nước rò rỉ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nguồn nước mặt;
* Khí thải từ các quá trình phân hủy rác;
* Ô nhiễm sinh học ảnh hưởng đến sức khoẻ và vệ sinh công cộng.
Trong đó khó nhất hiện nay, mà hầu hết các bãi rác Việt Nam gặp phải mà chưa có phương hướng giải quyết thích hợp đó là xử lý nước rò rỉ.
2.1. Nước rò rỉ và ô nhiễm môi trường.
Nước rò rỉ tự sinh ra do độ ẩm cao (60-70%) của rác và do quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo thành nước (H2O) và khí cacbonic (CO2). Lượng nước rác không chỉ bao gồm nước tự sinh trong rác, chúng còn bao gồm lượng nước mưa thấm từ trên bề mặt xuống (nhất là ở nước ta nơi có lượng mưa tương đối lớn), từ nước ngầm ở dưới đáy và thành ô chôn lấp nếu xử lý chống thấm không triệt để. Trong quá trình thấm qua các tầng rác, nước sẽ đem theo các chất bẩn hòa tan hoặc lơ lửng. Nước rò rỉ thường tích đọng lại ở đáy của bãi rác. Với nồng độ chất hữu cơ cao (COD = 2.000 - 30.000 mg/l; BOD = 1.200 - 25.000 mg/l) và chứa nhiều chất độc hại, nước rò rỉ có khả năng gây ô nhiễm cả ba môi trường nước, đất và không khí, đặc biệt là gây ô nhiễm đến nguồn nước ngầm.
Như thế, nước rác với hàm lượng chất hữu cơ cao và các chất ô nhiễm khác sẽ là một nguồn ô nhiễm tiềm năng và là nguy cơ ô nhiễm môi trường. Người ta đã thống kê, bãi rác quản lý không hợp vệ sinh có mối liên hệ đến 22 loại bệnh tật của con người. Do hàm lượng chất hữu cơ cao, quá trình kị khí thường xảy ra trong các bãi rác, gây mùi hôi thối nặng nề và là nơi nhiều loài sinh vật gây bệnh cũng như các loại động vật mang bệnh phát triển như chuột, bọ, gián, ruồi, muỗi... Bên cạnh đó các bãi rác quản lý không hợp lý sẽ làm mất mỹ quan của thành phố và khu vực.
2.2. Tình hình quản lý chất thải rắn của Hà Nội.
Công ty Môi trường Đô thị (URENCO) trực thuộc Sở Giao thông Công chính Hà Nội là cơ quan chịu trách nhiệm quản lý toàn bộ chất thải rắn của thành phố với các chức năng và nhiệm vụ sau :
* Tổ chức thu gom, vận chuyển, xử lý chất thải
* Thực hiện các dịch vụ vệ sinh môi trường khác
* Chế tạo, sửa chữa các thiết bị chuyên ngành
URENCO thu gom được khoảng 75% tổng chất thải sinh hoạt hàng ngày (từ nhà dân, các cơ quan, trường học, các khu du lịch, chợ, đường phố và công viên v.v.) - khoảng 1.100 - 1.200 T/ngày. Phần còn lại được thu gom bởi những người thu đồng nát nhằm tái chế, nhân dân tự đổ ra hồ, ao, bờ sông, ven đê và được thu gom qua các thời kỳ tổng vệ sinh. Toàn bộ lượng chất thải sinh hoạt này được chở lên bãi chôn lấp Nam Sơn, Sóc Sơn.
Khối lượng rác thu gom được của thành phố Hà Nội từ năm 1995 đến 1999 và dự báo cho năm 2000 được cho trong bảng 1. (Xem bảng 1)
Thành phần rác của Hà Nội cũng tương tự như rác của thành phố Hồ Chí Minh và của một số nước đang phát triển trong khu vực. (Xem bảng 2)
3. GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC RÁC

3.1. Dự án xây dựng hệ thống xử lý nước rác
Khu liên hợp Xử lý Chất thải Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội được xây dựng trên khu vực xã Nam Sơn, huyện Sóc Sơn, cách trung tâm Hà Nội 45 km về phía Bắc, cách sân bay Nội Bài 15km về phía Đông Bắc. Diện tích quy hoạch cho Khu liên hợp là khoảng 100ha trong đó 60 ha dành cho khu chôn lấp rác thải (giai đoạn I là 13,5ha), 6 ha cho trạm xử lý đốt rác thải với công suất dự kiến 200.000 tấn/năm, 7,5 ha dành cho nhà máy chế biến phân vi sinh (compost) với công suất dự kiến đạt 250.000 tấn/năm và các công trình phụ trợ khác như trạm xử lý nước rác, trạm bơm, cấp nước...
Thành phố Hà Nội là một trong những thành phố đầu tiên ở Việt Nam quan tâm đến bảo vệ môi trường ở các khu chôn lấp rác. Xây dựng Khu liên hợp xử lý chất thải tại Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội trong đó sẽ có Bãi chôn lấp hợp vệ sinh là một giải pháp kỹ thuật lớn trong việc giải quyết chất thải đô thị. Công tác thiết kế hợp lý và đúng kỹ thuật bãi chôn lấp, việc xây dựng trạm xử lý nước rác sẽ làm giảm tới mức tối thiểu mức độ gây ô nhiễm, phục vụ cho hoạt động ổn định của bãi chôn lấp.
Dự án "Thiết kế khu xử lý nước rò rỉ từ bãi chôn lấp rác tại Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội" đã được Viện Cơ học thực hiện và được chia làm 3 giai đoạn.
* Giai đoạn 1: Khảo sát, xây dựng mô hình, chọn sơ đồ công nghệ xử lý nước rác thích hợp.
* Giai đoạn 2: Thiết kế kỹ thuật chi tiết cho các hạng mục của dây chuyền công nghệ xử lý nước rác.
* Giai đoạn 3: Chuyển giao kỹ thuật và qui trình vận hành trạm xử lý nước rác cho cơ quan chủ quản.
3.2. Trạm xử lý nước rác tại Khu Xử lý chất thải Nam Sơn
3.2.1. Kết quả thực nghiệm giai đoạn 1
NGUYÊN TẮCLỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
Sự lựa chọn công nghệ của trạm xử lý nước rác phải đáp ứng được các nguyên tắc sau:
* Đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường.
* Đảm bảo mức độ an toàn cao khi có sự thay đổi giữa mùa mưa và khô.
* Đảm bảo tính đơn giản dễ vận hành, ổn định, vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp.
* Phù hợp với điều kiện Việt Nam mang tính hiện đại và sử dụng lâu dài.
Để đảm bảo các nguyên tắc trên, các khảo sát thông số kỹ thuật và thí nghiệm về xử lý nước rác từ các bãi chôn lấp đã có của Hà Nội (Bãi Tây Mỗ) và từ các mô hình chôn lấp rác tươi đã được thực hiện trong phòng thí nghiệm công nghệ môi trường của Viện Cơ học. Tại đây, các thí nghiệm nghiên cứu cơ bản đã được tiến hành như xử lý hóa lý, xử lý hóa chất và xử lý sinh học. Các kết quả cho thấy rằng xử lý sinh học là khả quan nhất. Một mô hình pilot xử lý sinh học đã được tiến hành bao gồm hai quá trình: xử lý sinh học kỵ khí ngược (upflow anaerobic sludge blanket - UASB) và xử lý hiếu khí. Kết quả cho thấy phương pháp xử lý sinh học hai bậc có ưu điểm rõ rệt.
Dưới đây là các kết quả thực nghiệm:
Quá trình kỵ khí
Sau khi loại bỏ các chất cặn bằng phương pháp tuyển nổi, nước rác được đưa vào thiết bị sinh học kỵ khí UASB để xử lý chất hữu cơ. Các kết quả tại pilot phòng thí nghiệm cho thấy rằng: với nồng độ COD đầu vào từ khoảng 1.200 - 1.500mg/l đến khoảng 10.000 - 11.000 mg/l hiệu quả xử lý chất hữu cơ tại thiết bị này rất cao đạt đến 85 - 90%. Như vậy với tổng lượng chất hữu cơ ban đầu có trong nước rác, lượng hữu cơ đã giảm xuống đến khoảng 73-165 mg COD/l với COD đầu vào là 1.400 - 1500 mg/l và 711 - 961 mg COD/l với COD đầu vào là 10.000 - 11.000 mg/l. Hiệu quả trung bình xử lý hữu cơ ở đây là khoảng 90%. Sau khi đã qua quá trình xử lý kỵ khí, nước ra của quá trình này sẽ được xử lý tiếp bằng quá trình xử lý hiếu khí.
Quá trình hiếu khí
Xử lý hiếu khí được tiến hành với nồng độ COD thấp hơn nhiều so với xử lý kỵ khí, chúng được tiến hành ở những nồng độ khác nhau và bắt đầu với nồng độ COD đầu vào từ 500 mg/l và tối đa đến 3.500 mg/l. Các kết quả tại phòng thí nghiệm cho thấy rằng hiệu quả xử lý có thể đạt tới 90 - 95%, thậm chí tới 98%. Như vậy với COD đầu ra của quá trình kỵ khí và là COD đầu vào của quá trình hiếu khí với hiệu quả xử lý đã được khảo sát cho thấy nồng độ COD của nước thải sau khi qua quá trình xử lý hiếu khí sẽ còn lại ở mức trung bình cao nhất là 100mg/l +20%.
Công nghệ xử lý nước rác áp dụng tại Nam Sơn.
Từ những kết quả thực nghiệm, một mô hình công nghệ đã được đưa ra để xử lý nước rác Hà Nội, chúng ta có sơ đồ như sơ đồ công nghệ xử lý nước rác. (Xem sơ đồ).
3.2.2. Giải pháp thiết kế
Với các nguyên tắc nêu trên, kết hợp với điều kiện thực tế xây dựng và vận hành bãi chôn lấp rác Nam Sơn, giải pháp thiết kế xây dựng trạm xử lý dưới dạng contener đã được áp dụng để tăng cường khả năng tái sử dụng khi tăng công suất xử lý bằng cách lắp đặt thêm các đơn nguyên. Trong giải pháp này, tất cả các công trình đơn vị đều được xây dựng bằng thép với kích thước không vượt quá kích thước của một contener chuẩn. Hệ thống contener này thích hợp cho các công trình có công suất xử lý nước thải nhỏ, thời gian sử dụng không phải là vĩnh cửu. Với hệ thống này, trạm xử lý dễ dàng di chuyển theo các ô chôn lấp. Do chế tạo bằng thép, các công trình dạng contener dễ dàng thay đổi kết cấu để áp dụng các quá trình xử lý hiện đại hoặc tăng công suất.

 

CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

Bể tuyển nổi
Trong công nghệ này, bể tuyển nổi áp lực không có hóa chất đã được áp dụng để tách các chất không hòa tan (cặn lơ lửng). Thời gian lưu nước trong bình áp lực từ 3-5 phút, và thời gian lưu nước bể tuyển nổi là 20 - 30 phút. Nước rác được bơm từ bể chứa vào bình áp lực cùng với khí nén có áp lực từ 2,5 - 3,5 atm. Sau đó được chuyển qua bể tuyển nổi. Tại đây chất lơ lửng được tách ra cùng với bọt khí. Hiệu quả tách chất lơ lửng khoảng 90 - 95%, tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình xử lý sinh học tiếp theo.
Bể UASB
Quá trình kỵ khí này đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới do những đặc điểm sau:
- Ba quá trình bao gồm Phân hủy - Lắng bùn - Tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình đơn vị.
- Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.
Do tại Việt Nam chưa có bùn hạt, nên cần phải có đủ thời gian để bùn hạt sinh ra. Việc này được thực hiện bằng cách nâng tải trọng hữu cơ một cách từ từ, với tải trọng ban đầu khoảng 3kg CODm3/ngđ. Mỗi khi đạt đến trạng thái ổn định, tải trọng hữu cơ này được nâng dần lên cho đến khi đạt tải trọng 15-29kg CODm3/ngđ. Thời gian này kéo dài khoảng 3-6 tháng. Sau đó thiết bị UASB sẽ hoạt động ổn định và có khả năng chịu quá tải cũng như nồng độ chất thải khá cao. Một trong những ưu điểm của quá trình này là lượng bùn sinh ra rất nhỏ và năng lượng điện tiêu hao rất thấp.
Bể thổi khí
Lượng chất hữu cơ còn lại (COD = 200 - 400mg/l) sau khi ra khỏi thiết bị UASB sẽ được xử lý tiếp tại các bể thổi khí. Với tải trọng 0,8 - 2,1 kg CODm3/ngđ, thời gian lưu nước dao động từ 10 - 12 giờ và lượng bùn tuần hoàn từ 53 - 60%.
Hồ sinh học
Nước thải sau khi ra khỏi bể thổi khí, được lắng đọng tự nhiên trong các bể lắng đứng. Nước thải sau bể lắng này sẽ được xả ra hồ sinh học để tiếp tục được xử lý bằng các quá trình sinh học tự nhiên của một hồ hiếu khí tùy tiện.
4. THAY LỜI KẾT
Đây là công nghệ xử lý có vốn đầu tư thấp, tiêu tốn ít năng lượng và có hiệu quả xử lý cao. Nhưng vấn đề quan trọng nhất là khởi động và vận hành ổn định hệ thống thiết bị UASB một cách hợp lý để đưa toàn bộ hệ thống đạt trạng thái ổn định trong thời gian ngắn nhất.
Trạm xử lý nước rác tại Nam Sơn đã được Viện Cơ học thiết kế (phối hợp với Công ty Tư vấn Cấp thoát nước số 2, Bộ Xây dựng) và Tổng công ty Xây dựng Hà Nội chế tạo và lắp đặt với công suất 400m3/ngđ đã được hoàn thành vào tháng 7/2000. Hiện tại, Viện Cơ học đang chủ trì tiếp tục phần cuối cùng của dự án là chạy vận hành thử nhằm ổn định công nghệ cho thiết bị UASB và chuyển giao công nghệ cho cơ quan chủ quản. Sau một thời gian chuẩn bị cho vận hành thử, trạm xử lý nước rác Nam Sơn bắt đầu chính thức vận hành từ 20/8/2000.
Dự án này là một trong số rất ít dự án đi từ bước nghiên cứu cơ bản, pilot và áp dụng vào công trình thực tế. Với điều kiện thực tế và nhu cầu cấp bách, với kinh nghiệm của đội ngũ chuyên gia và cán bộ kỹ thuật Việt Nam, cùng với sự tham gia của các chuyên gia Hà Lan, dự án chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả thiết thực không chỉ phục vụ cho công việc vận hành chôn lấp hợp vệ sinh mà còn phục vụ cả cho công tác bảo vệ môi trường của thành phố Hà Nội n

Tài liệu tham khảo

1. Quản lý chất thải rắn sinh hoạt thành phố Hồ Chí Minh - Báo cáo khoa học - Chương trình nghiên cứu bảo vệ môi trường - Sở KHCN&MT TP. HCM, 8-1997.
2. Khảo sát, xây dựng mô hình chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý thích hợp nước rò rỉ bãi chôn lấp rác Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội - Báo cáo khoa học - Sở Giao thông Công chính TP. Hà Nội, 5-1999.
3. Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition, McGraw-Hill, 1994
4. Robert A. Corbitt. Standard Handbook of Environmental engineering. McGraw-Hill, 1990.