Thành phần hoá học trong nước thải thấm ra từ bãi rác sinh hoạt (chủ yếu là rác hữu cơ) phụ thuộc vào mức độ phân huỷ của rác: điều kiện thời tiết, độ ẩm và tuổi của bãi rác. Bãi chôn rác là lò ủ vi sinh yếm khí, trong đó một tập đoàn vi sinh vật hoạt động phân huỷ một phần chất hữu cơ trong chất rắn. Tốc độ phân huỷ chất hữu cơ của chúng trước hết phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của bãi chôn rác.

Nước thải rỉ rác

Quá trình phân huỷ chất hữu cơ của vi sinh yếm khí gồm có ba giai đoạn nối tiếp nhau:

Giai đoạn 1: Thuỷ phân (bẻ gãy). Các phân tử hữu cơ lớn như polyme, lipit, protein, hydrat carbon thành các phân tử nhỏ như monosacharid, axit amin, chúng là những nguyên liệu thích hợp cho quá trình tổng hợp tế bào và trao đổi chất của loại vi sinh tạo axit thuộc nhóm acidogens ở giai đoạn thứ hai.
Giai đoạn thứ 2: là giai đoạn chuyển hoá các sản phẩm đã thuỷ phân thành axit (loại vi sinh acidogens như Clotridium spp, Peptococus anaerobus, Difidobacterium spp, Desulphovibrio spp...). Sản phẩm chính được tạo ra là axit axetic và một loạt axit khác như crotonic, adipic, pyruvic, phthalic, fumaric, lactic, succinic, mallonic, gallic, aconitic, oxaclic và khí hydro.
Giai đoạn 3: Acetate hoá.
Giai đoạn 4: Giai đoạn tạo khí metan và carbon dioxit được thực hiện bởi nhóm vi sinh methanogens (tạo ra metan).

Loại vi sinh đáng quan tâm nhất là loại sử dụng axit axetic và hydro, chúng có tốc độ phát triển chậm vì vậy giai đoạn hình thành khí metan là bước chậm nhất. Ngoài axit axetic, loại vi sinh tạo metan chỉ có khả năng sử dụng một số loại hạn chế các cơ chất khác như format, acetat methanol, methylamin. Chủng vi sinh tạo metan và axit có chung lợi ích (syntrophic) và tồn tại, nương tựa nhau trong thế cân bằng động. Để duy trì trạng thái "động" tối ưu cần có các điều kiện thích hợp về pH, nhiệt độ, độ kiềm, hàm lượng axit dễ bay hơi, thành phần dinh dưỡng. Trạng thái động tối ưu giúp cho khả năng phân huỷ chất hữu cơ có hiệu quả cao.

Thành phần hoá học của nước rác trước hết phụ thuộc vào mức độ phân huỷ của rác (nhiệt độ, độ ẩm, tuổi, điều kiện môi trường), chúng khác nhau rất rõ rệt đối với từng bãi cụ thể. Nước thải từ các bãi rác với mức độ phân huỷ thấp (mới, mùa khô, lạnh) đang trong giai đoạn axit hoá thì 80-90% chất hữu cơ trong đó là các axit hữu cơ dễ bay hơi có khả năng sinh huỷ cao. Ngược lại nước thải từ bãi rác có độ phân huỷ sâu (giai đoạn tạo khí metan đang và sắp kết thúc) thì các chất hữu cơ trong đó chủ yếu là các chất trơ, khó sinh huỷ như axit humic, fulvic, tannin, lignin và amoni với hàm lượng rất cao.

Rác thải hữu cơ có thành phần hoá học đặc trưng như sau: 25,2% nước, 25,5% carbon, 3,4% hydro, 20,3% oxy, 0,5% nitơ, 0,2% lưu huỳnh, 0,5% clorua và 24,4% chất vô cơ khác (tính theo khối lượng). Theo tỉ lệ trên, tỉ lệ giữa C/N trong rác thải là 50 : 1, tuy vậy tỉ lệ này trong nước thải rác là nhỏ hơn do nhiều hợp chất giàu carbon không phân huỷ được trong điều kiện yếm khí, ví dụ các dạng polyme của gỗ như lignin, chúng có thể chiếm tới 6,8% của khối lượng rác. Giá trị C/N vì vậy nằm trong khoảng 22 : 1 đến 33,5 : 1.

Thành phần hữu cơ chứa nitơ trong rác chủ yếu là protein và một lượng nhỏ hơn các hợp chất axit nucleic, chitin, ure, phospholipit, các sản phẩm phân huỷ từ thức ăn, xác động vật.

Trong quá trình phân huỷ yếm khí, protein và các hợp chất chứa nitơ bị thuỷ phân bởi enzym do vi sinh yếm khí và một phần hiếu khí tạo ra axit amin, tiếp tục thành amoni và carbon dioxit cùng với axit dễ bay hơi. Một lượng không lớn axit amin, amoni được vi sinh vật sử dụng để cấu tạo tế bào, lượng còn dư lại tồn tại trong nước rác. Sau một chu kỳ hoạt động, các vi sinh yếm khí chết và bị phân huỷ như xác động vật.

Theo Robinson và Gronow thì nồng độ amoni trong nước rác nằm trong khoảng 194 - 3610 mg/l khi rác phân huỷ trong giai đoạn axit hoá và 283 - 2040 mg/l trong giai đoạn metan hoá.

Nước rác được tách ra khỏi bãi chôn, thường được gom về các hồ chứa trước khi được xử lý và thải ra môi trường. Sự biến động về nồng độ chất hữu cơ (BOD, COD) và hợp chất nitơ trong nước thải dưới sự tương tác của vi sinh vật, điều kiện vật lý (gió, mưa, khô, hanh, nóng, lạnh) và thực vật là đối tượng đáng quan tâm khi đánh giá đặc trưng của nước rác.

1. Sự biến động nồng độ chất hữu cơ

Nồng độ chất hữu cơ được đặc trưng bởi các chỉ số như BOD, COD, tổng carbon hữu cơ hoặc các chỉ số khác nhưng thông dụng hơn cả là BOD và COD.

Tỉ lệ COD và BOD phụ thuộc vào mức độ phân huỷ của rác và nước rác, độ phân huỷ càng cao thì tỉ lệ này càng lớn.

Nồng độ chất hữu cơ trong nước rác trước hết phụ thuộc vào lượng nước pha loãng trong đống rác. Mùa mưa nước thấm nhiều, nồng độ thấp và ngược lại về mùa khô, chúng khác nhau tới cả chục lần. Khi được chứa trong hồ, phụ thuộc vào điều kiện nồng độ oxy trong nước (thế oxy hoá khử) sẽ xảy ra các diễn biến sau:

Trong các hồ yếm khí (mặt thoáng nhỏ, lớp nước sâu) lượng oxy hoà tan thấp, giá trị thế oxy hoá khử thấp (<- 300mV) thì chỉ có loại vi sinh yếm khí hoạt động. Sự thay đổi nồng độ chất hữu cơ trong nước là do hoạt động của vi sinh yếm khí như trong đống rác nhưng thuận lợi hơn do khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật với chất gây ô nhiễm tốt hơn nhiều so với trong đống rác.

Nguồn chất hữu cơ giảm đi do tạo thành sinh khối (10%) và do trao đổi chất (tạo năng lượng) (90%). Nếu sinh khối không được tách ra thì chúng sẽ chết, lắng xuống đáy hồ và tiếp tục phân huỷ tạo ra nguồn chất hữu cơ mới. Tỉ lệ BOD/ COD của nước thải (và nồng độ axit dễ bay hơi) rất thấp. Hàm lượng chất hữu cơ dư chủ yếu là loại trơ, khó phân huỷ. Tác động của các điều kiện vật lý lên biến động nồng độ chất hữu cơ không nhiều ngoại trừ hiệu ứng pha loãng (mưa) và cô đặc (bốc hơi).

Trong các hồ tuỳ nghi, nơi đồng thời tồn tại cả dạng vi sinh hiếu khí, yếm khí cùng hoạt động và tảo có điều kiện phát triển thì sự tương tác giữa chúng có ảnh hưởng rất lớn tới sự biến động nồng độ chất hữu cơ. Ở lớp nước sâu vi sinh vật yếm khí hoạt động giống như trong các hồ yếm khí. Ở lớp nước tầng trên sẽ diễn ra tương tác giữa các vi sinh hiếu khí và tảo.

Tảo là loại thực vật đơn hoặc đa bào, có kích thước từ vài chục tới một trăm micromet với bốn nhóm tảo chính là tảo lục, tảo mắt, tảo vàng và tảo lam. Tảo là loại thực vật tự dưỡng (dùng nguồn carbon vô cơ) và năng lượng quang hoá. Chúng phát triển theo mùa và có thể đạt tới 200mg/l về mật độ.

Khả năng phát triển của tảo phụ thuộc vào nguồn dinh dưỡng (N, P), cơ chất (carbon vô cơ, CO2, HCO3-) ánh sáng và nhiệt độ. Trong quá trình quang hợp chúng nhả ra oxy và OH- (làm tăng pH ), khi hô hấp chúng lại nhả ra khí CO2. Nguồn ánh sáng là năng lượng mà chúng hấp thu trước hết phụ thuộc vào độ trong của nước. Vi sinh hiếu khí tương tác cộng sinh với tảo: sản phẩm thải của quá trình vi sinh hiếu khí (CO2) là nguyên liệu để tảo phát triển, khí oxy sinh ra do quá trình quang hợp là điều kiện cần thiết để vi sinh hoạt động. Do hiệu suất tạo sinh khối của vi sinh hiếu khí cao (1kg BOD tạo ra khoảng 0,4kg sinh khối, phần còn lại chuyển hoá thành CO2 và nước) nên sự suy giảm COD càng về sau càng chậm do sự phân huỷ tiếp theo của vi sinh hiếu khí và tảo trong điều kiện yếm khí ở tầng đáy.

Trong hồ hiếu khí, hoạt động của tảo và vi sinh hiếu khí xảy ra mạnh hơn so với hồ tuỳ nghi, nồng độ oxy hoà tan rất lớn, thường là trên mức bão hoà và pH cao. Chất hữu cơ dư trong đó chủ yếu là loại trơ, khó sinh huỷ (BOD thấp )

2. Sự biến động nồng độ của hợp chất nitơ.

Hợp chất nitơ trong các hồ chứa gồm: chất hữu cơ chứa nitơ, amoni, nitrit, nitrat, hợp chất trong cấu trúc tế bào của vi sinh và tảo.

Trong hồ yếm khí, hợp chất nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng amoni, một phần nằm trong tế bào của vi sinh yếm khí. Do không tách được sinh khối ra khỏi nước nên khi phân huỷ, amoni được ―trả lại hầu như trọn vẹn vào môi trường nước.

Trong hồ tuỳ nghi mặc dù với sự có mặt thêm của vi sinh hiếu khí và tảo, sự diễn biến về nồng độ hợp chất nitơ cũng có hình ảnh tương tự nhưng với tốc độ giảm amoni nhanh hơn trong giai đoạn đầu và tăng nhanh trong giai đoạn phân huỷ. Trong hồ hiếu khí quá trình chuyển hoá các hợp chất nitơ phức tạp hơn do vi sinh dị dưỡng (oxy hoá chất hữu cơ) trong điều kiện có oxy do tảo nhả ra, do hoạt động của loại vi sinh tự dưỡng (oxy hoá amoni thành nitrit và nitrat) và khử nitrat do loại vi sinh dị dưỡng trong điều kiện thiếu khí.

Trên lớp nước bề mặt, nơi hoạt động của tảo và do oxy thấm từ không khí vi sinh vật tự dưỡng có điều kiện phát triển rất tốt do mật độ vi sinh dị dưỡng khi này thấp (BOD thấp). Suy giảm nồng độ amoni là do vi sinh và tảo hấp thu. Nitrit và nitrat hình thành ở tầng trên khuyếch tán sâu xuống dưới đáy được vi sinh dị dưỡng khử thành khí nitơ với sự có mặt của chất hữu cơ phân huỷ từ xác vi sinh và tảo ở đáy. Ở tầng đáy, nồng độ oxy không lớn do thiếu sự hoạt động của tảo và do sự phân huỷ tảo và vi sinh. Sự suy giảm nồng độ hợp chất nitơ trong hồ hiếu khí là do quá trình nitrat và khử nitrat của các tập đoàn vi sinh vật.

Do các đặc điểm trình bày trên, khi đánh giá về đặc trưng ô nhiễm của nước rác, cần chú ý tới tính biến động của nó về mặt thời gian, không gian và sự chuyển hóa của các tạp chất xảy ra trong quá trình ủ rác cũng như tại các hồ thu gom nước rác.

Nghiên cứu đặc trưng ô nhiễm của các bãi rác Nam Sơn (Hà Nội), Quảng Ninh, Nam Định và Tràng Cát (Hải Phòng ) trong thời gian 7 - 2003 đến tháng 12 - 2004 cho thấy một số nét chính sau:

3. Đặc trưng pH.

Giá trị pH nằm trong khoảng 7,0 - 9,5, giá trị thường gặp nằm trong vùng 7,6 - 8,6, thiên về tính kiềm. Nước rác tuổi cao có giá trị pH lớn, về mùa khô giá trị pH cao hơn so với mùa mưa. pH cao của nước rác là do các nguyên nhân: độ kiềm cao, quá trình phân hủy yếm khí sâu và do hoạt động của tảo ở các hồ trữ nước rác.

4. Đặc trưng của độ kiềm.

Độ kiềm của nước rác gây ra chủ yếu bởi muối bicarbonat (pH < 8,2), một phần do CO3 2- và OH và khi pH > 8,2. Kết quả đánh giá độ kiềm của các bãi rác trong thời gian dài cho thấy: sự khác nhau rõ rệt giữa các bãi rác: cao nhất là tại bãi rác Nam Sơn, giá trị dao động từ 1250 đến 3400 mg CaCO3/l, tiếp theo là bãi rác Tràng Cát (890 - 2580), tại bãi rác Nam Định (750 - 1540).

Nước rác tại Quảng Ninh có độ kiềm thấp nhất, thường nằm trong khoảng 400 - 700, các giá trị cao hơn 1000 rất ít gặp.

Sự biến động của độ kiềm theo vị trí không gian không theo qui luật nhất định khi so sánh giữa các bãi rác với nhau, do sự hoạt động của vi sinh vật ở mức độ khác nhau cùng với quá trình kết tủa hóa học xảy ra tạo thành CaCO3. Độ kiềm có xu hướng giảm về mùa khô, đặc biệt là ở những hồ chứa nước rác có bề mặt thoáng cao, rất có thể do quá trình thoát khí CO2 từ nước thải.

5. Cặn không tan.

Nhìn chung lượng cặn không tan trong nước rác không lớn, thường nằm trong khoảng 100 - 200 mg/l. Thành phần cặn không tan chủ yếu là chất hữu cơ: xác vi sinh vật và tảo. Tuy hàm lượng cặn không cao (khối lượng riêng của chất hữu cơ thấp) nhưng nó gây độ đục lớn vì chúng thường có màu sẫm. Khi không được xử lý mà thải ra môi trường, các loại cặn không tan này có khả năng che chắn ánh sáng cao, gây bất lợi cho quá trình quang hợp của thủy thực vật.

Do nhẹ nên khả năng tự lắng của chúng kém và do bản chất là các hệ keo ưa nước nên khả năng keo tụ với các chất điện ly không tốt, điều đó đòi hỏi khi keo tụ chúng cần phối hợp nhiều loại chất keo tụ và trợ keo tụ khác nhau và thường là với liều lượng cao hơn nhiều so với hệ keo vô cơ kỵ nước (nước sông).

6. Axit hữu cơ dễ bay hơi.

Axit hữu cơ dễ bay hơi là sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy yếm khí. Chúng là các axit béo có phân tử lượng thấp (C1 - C6) nên dễ bay hơi. Axit hữu cơ dễ bay hơi hình thành trong quá trình axit hóa, do loại vi sinh vật yếm khí acidogens, từ các sản phẩm của giai đoạn thủy phân trước đó. Giai đoạn tiếp theo là sự hình thành khí metan từ các loại axit trên với khí hydro. Axit hữu cơ dễ bay hơi vì vậy có thể coi là thành phần COD dễ sinh hủy, gần giống với giá trị BOD. Xác định BOD rất tốn kém thời gian và kết quả thường ít ổn định do phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt đối với nước rác là loại đã bị phân hủy ―dở dang‖. Giá trị Axit hữu cơ dễ bay hơi được tính quy về axit axetic, 1 đơn vịAxit hữu cơ dễ bay hơi gần tương đương 1 đơn vị COD. (1 gAxit hữu cơ dễ bay hơi = 1,06 g COD).

Trong những nghiên cứu gần đây, hội nghiên cứu về nước quốc tế IWA khuyến cáo không nên sử dụng đặc trưng BOD mà nên sử dụng đặc trưng COD, trong đó phân ra loại COD dễ và khó (không) sinh hủy. Nhìn chung, giá trịAxit hữu cơ dễ bay hơi trong nước rác, từ các bãi khác nhau khá thấp, giá trị hay gặp nhất là 30 - 70 mg/l. Mức độ dao động về giá trị Axit hữu cơ dễ bay hơi rất lớn, mức dao động khác nhau ở từng bãi rác, từng vị trí trong bãi rác và theo thời gian. Tại bãi rác Nam Sơn, giá trị Axit hữu cơ dễ bay hơi cao nhất tới 2700 mg/l và rất nhiều giá trị thấp hơn 10 mg/l. Tại bãi rác Hải Phòng, giá trị Axit hữu cơ dễ bay hơi dao động trong khoảng hẹp hơn, có thể tới 600 mg/l, thấp nhất có thể tới 20 mg/l. Mức độ dao động cao về giá trịAxit hữu cơ dễ bay hơi tại bãi rác Quảng Ninh và Nam Định cũng tương tự, chúng phụ thuộc vào tuổi của bãi rác (tuổi của bãi rác không rõ ràng do phương thức chôn lấp, trong một hố chôn lấp có đồng thời rác cũ và mới) và vị trí, thời điểm lấy mẫu.

7. Nhu cầu oxy hóa học, độ oxy hóa.

Nhu cầu oxy hóa học là đại lượng thể hiện nồng độ chất hữu cơ có thể oxy hóa được trong điều kiện phản ứng cụ thể. Giá trị COD thông dụng nhận được từ quá trình oxy hóa chất hữu cơ với dicromat (môi trường axit đặc, có xúc tác, 150oC, 2 giờ) có thể coi là tổng lượng hữu cơ. Nếu sử dụng chất oxy hóa là kali permanganat - loại chất oxy hóa kém mạnh hơn và điều kiện phản ứng ít khắc nghiệt hơn (100oC, 10 phút) thì giá trị nhận được sẽ thấp hơn, đặc trưng cho thành phần chất hữu cơ dễ phân hủy hơn. Giá trị nhận được từ phương pháp oxy hóa với permanganat gọi là độ oxy hóa hay COD (Mn); giá trị này luôn nhỏ hơn COD. Môi trường phản ứng với kali permanganat có thể là kiềm hay axit, tuy giai đoạn đầu của phản ứng khác nhau (khử Mn7+ xuống Mn2+ trong môi trường axit và xuống Mn4+ trong môi trường kiềm) nhưng bước khử tiếp theo với axit oxalic thì Mn4+ sẽ được tiếp tục chuyển hóa về Mn2+. Về nguyên tắc, kết quả xác định độ oxy hóa trong môi trường kiềm và axit là giống nhau nếu không có các yếu tố gây nhiễu. Tuy nhiên, trong nước rác hàm lượng muối clorua khá cao (325 - 4100 mg/l), khi tiến hành oxy hóa với permanganat trong môi trường axit sẽ xảy ra quá trình oxy hóa Cl- thành Cl+, giá trị thu được sẽ không phản ánh đúng mà cao hơn giá trị thực. Oxy hóa trong môi trường kiềm sẽ loại bỏ được yếu tố gây nhiễu trên. Sự có mặt của clorua trong nước rác không chỉ ảnh hưởng đến xác định độ oxy hóa mà ảnh hưởng cả đến xác định COD, chúng gây sai số dương đối với kết quả thí nghiệm.

Đối với tập hợp số liệu hữu cơ trong nước rác thì COD > độ oxy hóa (axit) > độ oxy hóa (kiềm) >Axit hữu cơ dễ bay hơi .

Khác rất xa so với số liệu từ nước ngoài (châu Âu, bắc Mỹ) và số liệu (tản mạn) từ thành phố Hồ Chí Minh, hàm lượng chất hữu cơ trong nước rác tại các nơi đã đánh giá có giá trị thấp hơn nhiều.

Nồng độ chất hữu cơ trong nước rác tại bãi rác Hà Nội, Nam Định có giá trị không cao, COD nằm trong khoảng 250 - 5060 mg/l, khoảng thường gặp là 500 - 1000 mg/l. Giá trị COD giảm khi càng cách xa nguồn, có xu hướng tăng về mùa khô. Giá trị COD tại các bãi rác Quảng Ninh, Hải Phòng cao hơn so với hai bãi rác kia, giá trị hay gặp nằm trong khoảng 1000 - 2000 mg/l.

Độ oxy hóa trong cả môi trường axit và kiềm cũng diễn biến tương tự như đặc trưng COD tại các bãi rác khác nhau, chúng tỉ lệ với COD của từng mẫu khảo sát cũng như với giá trị Axit hữu cơ dễ bay hơi. Độ oxy hóa trong môi trường axit nằm trong khoảng rộng, từ 14 đến 1820 mg/l, giá trị gặp với xác suất cao nằm trong khoảng 200 - 600 mg/l. Độ oxy hóa trong môi trường kiềm thấp hơn so với trong axit từ vài chục đến 150 mg/l. Tuy nhiên, có thể nhận thấy, COD, độ oxy hóa hayAxit hữu cơ dễ bay hơi xác định được không hẳn chỉ từ nguồn nước rác mà còn do sự phân hủy của tảo chết hoặc xác vi sinh vật chết lắng xuống đáy ao hồ chứa, các hồ chứa không được thải bùn thường xuyên.

Nhìn chung, mức độ ô nhiễm chất hữu cơ (COD, Axit hữu cơ dễ bay hơi, độ oxy hóa) trong nước rác không cao, tại các bãi rác có hệ thống thu gom nước hợp lý (Nam Định, Hà Nội) hàm lượng các hợp chất hữu cơ chỉ cao hơn chút ít so với COD trong nước thải sinh hoạt của nước ngoài. Nguyên nhân là do quá trình phân hủy yếm khí tự nhiên đã đạt được hiệu quả cao, tức là đã đạt tới mức phân hủy sâu.

Một phần chất hữu cơ trong nước rác có tính trơ rất cao, là các hợp chất hữu cơ có phân tử lớn như axit humic, fulvic, lignin. Các chất này không có khả năng sinh hủy với hàm lượng 250 - 400 mg/l, đó chính là lượng chất hữu cơ dư sau quá trình xử lý sinh học triệt để.

8. Hợp chất nitơ.

Trong nước rác, hợp chất nitơ có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, là thành phần trong hợp chất hữu cơ (protein, axit amin), dạng amoniac/amoni, nitrit, nitrat. Ngoài các dạng chính nêu trên, một số dạng khác có thể tồn tại trong nước rác như NO, N2O, N2 (tan), trong một chất không tan như tảo, vi sinh vật, các dạng keo hữu cơ khác.

Do phương pháp xác định thành phần hợp chất nitơ trong nước thải là tách các thành phần tan và không tan trước khi phân tích, nên thành phần tan trong nước rác có thể xác định được là hợp chất hữu cơ chứa nitơ và amoniac được gộp chung lại là tổng nitơ Kjeldahl, nitrat và nitrit được gọi chung là hợp chất nitơ dạng oxy hóa. Tổng nitơ Kjeldhl là tổng của hai thành phần chuyển hóa theo chiều: thủy phân hợp chất hữu cơ chứa nitơ thành amoniac do quá trình thủy phân hóa học hoặc sinh học, chuyển hóa amoni thành hợp chất hữu cơ được thực hiện chủ yếu bằng phương pháp tổng hợp sinh hóa. Nước rác phân hủy càng sâu thì tỉ lệ amoniac/nitơ Kjeldahl càng cao. Trước khi áp dụng công nghệ xử lý thì hàm lượng nitrat, nitrit trong nước rác thấp.

Chu trình biến đổi của các hợp chất nitơ trong nước rác gồm: thủy phân các phân tử hữu cơ lớn (protein) thành các axit amin và tiếp tục thành amoni. Một phần amoni hình thành từ thủy phân được vi sinh vật và thủy thực vật (tảo) sử dụng để tổng hợp tế bào. Trong các ao hồ chứa nước thải có đủ điều kiện thì xảy ra quá trình oxy hóa amoni thành nitrit, nitrat và khử nitrat, nitrit về khí nitơ (khử với chất hữu cơ hoặc với amoni, tức là quá trình khử ANAMOX). Trong quá trình phân hủy xác vi sinh vật hoặc tảo chết tại đáy hồ, quá trình tiếp diễn cũng như trên.

Khác với chu trình carbon, một phần lớn chất hữu cơ được tách loại ra khỏi môi trường nước thải trong chôn lấp và thu gom nước, hợp chất nitơ trong nước rác ít có điều kiện để thoát ra khỏi môi trường nước rác do sự hình thành khí N2 trong chu trình không thuận lợi.

Hàm lượng amoniac cũng như tổng nitơ kjeldahl trong nước rác ở các bãi rác khác nhau đều có chung đặc điểm là khoảng dao động rất lớn: từ 20 - 1900 mg/l tại bãi rác Hải Phòng, từ 12 - 598 mg/l tại bãi rác Nam Định, từ 31 - 852 mg/l tại bãi rác Nam Sơn, Hà Nội và từ 55 - 1094 mg/l tại bãi rác Quảng Ninh. So với tổng nitơ kjeldahl, hàm lượng amoniac chiếm 60 - 80%.

Sự biến đổi nồng độ amoniac trong nước rác phụ thuộc vào các điều kiện: mức độ pha loãng do mưa, mức độ phân hủy (tuổi của nước rác, điều kiện phân hủy) càng cao thì hàm lượng amoniac càng lớn và tỉ lệ giữa amoniac và nitơ kjeldahl càng cao.

Nồng độ nitrit, nitrat trong nước rác thấp (< 0,1 mg/l) do quá trình oxy hóa không có điều kiện thuận lợi để xảy ra.

9. Hợp chất photpho.

Photpho tổng trong nước rác bao gồm các thành phần: photphat đơn (ortho), photphat trùng ngưng và photpho nằm trong hợp chất hữu cơ. Hợp chất photpho trong thành phần rác sau khi thủy phân tạo ra photphat trùng ngưng và photphat đơn. Photphat đơn hình thành được vi sinh yếm khí sử dụng một phần để tổng hợp tế bào, một phần tạo ra chất hóa học có khả năng kết tủa như canxi photphat.

Hàm lượng photphat trong nước rác không cao, ngang với mức độ của nước thải sinh hoạt.

Nồng độ photphat tính theo P của các mẫu khảo sát nằm trong khoảng 0,5 - 31,6 mg/l, số liệu nằm ở mức dưới tiêu chuẩn cho phép thải (TCVN 5945 - 1995, B).

10. Thành phần vô cơ.

Trong quá trình ủ rác hình thành một loạt các thành phần vô cơ cũng như chiết tách một số các chất vô cơ bám dính trên rác thải. Các chất vô cơ có ảnh hưởng đáng kể đến công nghệ xử lý nước rác gồm: Ca, Mg, Cl-, SO4 2-, HCO3- Canxi, magie là sản phẩm khoáng hóa các hợp chất hữu cơ, nó là thành phần hóa học của các chất trong rác thải. Một phần canxi có nguồn gốc từ vôi được sử dụng trong khâu thao tác và vận hành bãi rác.

Khác với một số dự đoán, hàm lượng canxi trong nước rác không cao, nằm trong khoảng 32 - 232 mg/l, giá trị thường gặp 30 - 80 mg/l. Nồng độ canxi trong nước rác thấp có thể từ nguyên nhân: kết tủa với photphat hoặc với bicarbonat tại pH cao. Hàm lượng canxi trong nước rác có xu hướng giảm về mùa khô có lẽ do pH tăng vào thời điểm đó. Nồng độ magie trong nước rác khá cao, nằm trong khoảng 10 - 209 mg/l, giá trị thường gặp là 90 - 160 mg/l. Tỉ lệ Mg/Ca trong nước rác cao hơn hẳn so với các nguồn nước tự nhiên (nước ngầm, nước mặt), gần hơn với đặc trưng của nước mặn.

Hàm lượng clorua trong nước rác, yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình phân tích một số chỉ tiêu và công nghệ xử lý (vi sinh) cũng khá lớn, nằm trong khoảng 150 - 4100 mg/l, số liệu thường gặp nằm trong vùng 800 - 1600 mg/l. Nguồn gốc của Cllà từ các thành phần tạp chất trong rác, một phần nhỏ là thành phần hóa học của rác. Sunfat có nguồn gốc từ quá trình phân hủy rác, tan từ một số hợp chất vô cơ, có nồng độ nằm trong khoảng 12 - 1850 mg/l, số liệu thường gặp 300 - 800 mg/l. Trong quá trình xử lý yếm khí nước rác, sunfat có thể chuyển hóa thành khí H2S, tác nhân gây độc đối với vi sinh vật.

Các thành phần vô cơ tan tạo ra tổng chất tan (chủ yếu) của nước rác, quyết định độ dẫn điện và độ muối của nước rác. Hàm lượng chất tan trong nước rác nằm trong khoảng 6000 - 12000 mg/l, nếu so sánh thì độ đậm đặc của nó ngang với nước lợ loại trung bình. Nước có độ muối cao có áp suất thẩm thấu cao, không phù hợp cho mục đích tưới tiêu do áp suất thẩm thấu trong thực vật thấp hơn so với nước thải. Hầu hết các loại thực vật (bèo tây, bèo tấm bèo hoa dâu, rêu, dong) đều không thể sống trong môi trường nước rác.

Khi tồn tại trong đó, nước từ thực vật bị hút ra khỏi tế bào thực vật làm cho thực vật khô héo, chết. Một vài loại tảo có thể tồn tại trong môi trường nước rác do áp suất thẩm thấu của chúng cao hơn so với nước rác. Từ các số liệu thu được khi đánh giá ô nhiễm nước rác tại một vài nơi ở miền bắc cho thấy: - Trong điều kiện nóng ấm và với cách thức chôn lấp rác hiện nay, nước rác hình thành đã ở giai đoạn phân hủy khá sâu. Mức độ phân hủy sâu được thể hiện ở nồng độ chất hữu cơ (COD) không cao, nồng độ Axit hữu cơ dễ bay hơi thấp.

Trong thành phần chất hữu cơ, phần không có khả năng sinh hủy chiếm 250 - 400 mg/l. - Mức độ dao động hàm lượng chất hữu cơ từ các bãi rác không quá cao nhưng rất mạnh trong từng bãi rác, sự dao động phụ thuộc vào vị trí, thời gian và pha loãng do nước mưa. Mức độ dao động có thể tới 10 - 15 lần. - Trong nước rác, quá trình oxy hóa amoni thành nitrit và nitrat hầu như không hoặc rất ít xảy ra. Thành phần nitơ trong nước rác chủ yếu là amoni và nitơ trong hợp chất hữu cơ. Amoni hình thành qua giai đoạn thủy phân các hợp chất hữu cơ. Quá trình thủy phân xảy ra càng sâu thì tỉ lệ giữa amoni/nitơ Kjeldahl càng sát giá trị 1.

- So sánh với nước thải sinh hoạt, có nồng độ amoni trung bình là 22 mg/l thì trị số của nó trong nước rác cao hơn 10 - 20 lần. Tỉ lệ giữa COD/tổng nitơ trong nước rác rất thấp, vì vậy để đáp ứng được tiêu chuẩn thải cần phải áp dụng công nghệ xử lý bậc ba. - Hàm lượng photpho trong nước thải thấp, không đủ tự đáp ứng cho xử lý vi sinh. - Các thành phần tạp chất vô cơ tan trong nước rác có thể tác động tiêu cực hay tích cực đến từng quá trình công nghệ trong hệ xử lý nhưng chắc chắn là môi trường không thuận lợi cho thực vật phát triển. - Hàm lương cặn không tan trong nước rác thấp, chủ yếu là các chất hữu cơ kỵ nước, chúng có tốc độ lắng thấp. Những đặc trưng nêu trên là yếu tố rất quan trọng khi thiết kế hệ thống xử lý nước rác .