Khi nhắc đến ô nhiễm môi trường từ rác thải đô thị, người ta thường nghĩ đến mùi hôi hoặc cảnh quan mất mỹ quan. Ít ai biết rằng ẩn bên dưới các bãi rác đang hoạt động là một nguồn nước thải cực kỳ nguy hiểm: nước rỉ rác (leachate) — loại nước thải có hàm lượng amoni cao nhất trong tất cả các loại nước thải đô thị, cao gấp hàng chục lần nước thải sinh hoạt và đặt ra thách thức xử lý khổng lồ.

Tại Hà Nội, bãi chôn lấp Nam Sơn (Sóc Sơn) với diện tích 83 ha tiếp nhận hàng nghìn tấn rác mỗi ngày. Tại TP. Hồ Chí Minh, bãi rác Đa Phước và Phước Hiệp cũng có quy mô tương tự. Nước rỉ rác từ các bãi này nếu không được xử lý sẽ thấm xuống nước ngầm hoặc chảy ra các nguồn nước mặt lân cận, gây ô nhiễm nghiêm trọng và lâu dài.

1. Bãi Chôn Lấp: Cỗ Máy Phân Hủy Yếm Khí Khổng Lồ

1.1. Quá Trình Tạo Ra Nước Rác

Nước rỉ rác hình thành từ hai nguồn:

1. Nước từ bên ngoài thấm vào: Nước mưa, nước ngầm, nước bề mặt
2. Độ ẩm từ bản thân rác: Rác thải đô thị tươi thường có độ ẩm 50-60%

Để giảm lượng nước rỉ rác, các bãi chôn lấp được thiết kế với biện pháp kỹ thuật: không chôn dàn trải, phủ đất kịp thời, đầm nén để tiết kiệm thể tích, và lót vải chống thấm dưới đáy để thu gom nước rác.

1.2. Bãi Rác Là Lò Ủ Yếm Khí Tự Nhiên

Về mặt sinh hóa, bãi chôn lấp rác hoạt động như một bể phân hủy yếm khí khổng lồ. Trong môi trường thiếu oxy của đống rác, một tập đoàn vi sinh vật hoạt động theo ba giai đoạn nối tiếp:

Giai đoạn 1 — Thủy phân: Vi khuẩn thủy phân bẻ gãy các polymer lớn (protein, lipit, cellulose) thành monomer: axit amin, đường đơn, axit béo. Enzyme protease phân hủy protein thành axit amin — bước đầu tiên dẫn đến tích lũy amoni.

Giai đoạn 2 — Axit hóa: Vi khuẩn acidogens (như Clostridium, Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium) chuyển hóa sản phẩm thủy phân thành axit hữu cơ: axit axetic, axit propionic, butyric, cùng với H₂ và CO₂. Amoni tiếp tục được giải phóng từ quá trình phân hủy axit amin (deamination).

Giai đoạn 3 — Metan hóa: Vi khuẩn methanogens (loài chậm phát triển nhất) chuyển hóa axit axetic và H₂ thành CH₄ và CO₂. Đây thường là bước chậm nhất, quyết định tốc độ phân hủy tổng thể.

2. Đặc Trưng Hóa Học Của Nước Rỉ Rác

2.1. Phụ Thuộc Vào Tuổi Bãi Rác

Thành phần hóa học của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian sử dụng của bãi:

Bãi rác mới (đang trong giai đoạn axit hóa):

• 80-90% chất hữu cơ là axit hữu cơ dễ bay hơi (VFA)
• BOD/COD cao (>0,5) → dễ xử lý sinh học
• pH thấp (4,5-6,5) — môi trường axit do axit béo

Bãi rác già (giai đoạn metan hóa đang kết thúc):

• Chất hữu cơ chủ yếu là axit humic, fulvic, tannin, lignin — khó phân hủy sinh học
• BOD/COD thấp (<0,1) → khó xử lý sinh học
• pH cao hơn (6,5-8,5)
• Amoni rất cao — do tích lũy qua nhiều năm mà không có con đường loại bỏ

2.2. Nồng Độ Amoni Trong Nước Rỉ Rác

Đây là thông số đặc trưng nhất và nguy hiểm nhất của nước rỉ rác. Theo nghiên cứu của Robinson và Gronow:

• Giai đoạn axit hóa: 194 - 3.610 mg NH₃-N/l
• Giai đoạn metan hóa: 283 - 2.040 mg NH₃-N/l

Tại sao amoni lại tích lũy cao đến vậy? Vì:

1. Protein trong rác liên tục bị phân hủy → giải phóng amoni
2. Amoni không bay hơi đáng kể ở pH và nhiệt độ thông thường
3. Không có cơ chế oxy hóa nitrat tự nhiên (thiếu oxy trong rác)
4. Vi sinh vật chết → phân hủy thêm → thêm amoni

2.3. Số Liệu Thực Tế Tại Việt Nam

Kết quả đánh giá các bãi rác tại Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh và Nam Định (7/2003 đến 12/2004):

• COD: Khoảng giá trị thường gặp 300-800 mg/l; tối đa lên đến 5.060 mg/l
• VFA: 40-100 mg/l (đặc trưng), dao động 11-2.735 mg/l
• Amoni (NH₃-N): Đặc trưng 150-500 mg/l (Hà Nội), dao động 58-852 mg/l; cao nhất tại Hải Phòng 200-600 mg/l, dao động 21-1.787 mg/l
• TKN: 200-800 mg N/l
• Photpho tổng: 3-16 mg P/l

Nhận xét quan trọng: Amoni chiếm 70-80% tổng nitơ trong nước rỉ rác — tỷ lệ này cao hơn cả nước thải sinh hoạt (60-80%). Đây là đặc trưng của môi trường yếm khí tích lũy sâu.

So với tiêu chuẩn xả thải (QCVN 25:2009/BTNMT - Cột B: amoni ≤25 mg N/l), nước rỉ rác thô tại Hà Nội cần được giảm amoni đi 6-34 lần trước khi xả — đây là thách thức xử lý không nhỏ.

3. Cơ Chế Hình Thành Amoni Trong Rác Thải

3.1. Thành Phần Protein Trong Rác Đô Thị

Rác thải sinh hoạt đô thị Việt Nam có tỷ lệ chất hữu cơ thực phẩm chiếm 60-70% (rau, cơm thừa, thịt, cá...). Thành phần nitơ trong rác thải hữu cơ điển hình: khoảng 0,5% N (theo khối lượng ướt). Tỷ lệ C/N trong rác thải khoảng 22:1 đến 33,5:1.

Protein chiếm phần lớn nguồn nitơ hữu cơ trong rác. Khi bị vi khuẩn yếm khí phân hủy:

Protein → Axit amin (deamination) → NH₄⁺ + hợp chất carbon

Một phần nhỏ amoni được vi sinh vật sử dụng tổng hợp tế bào, nhưng khi vi sinh vật chết và phân hủy, amoni lại được "trả về" hầu như hoàn toàn vào môi trường nước rác.

3.2. Tại Sao Xử Lý Yếm Khí Không Giảm Amoni?

Điều này phản trực giác với nhiều người: mặc dù xử lý yếm khí (như bể biogas trong chuồng trại) giảm BOD hiệu quả, nhưng không thể giảm amoni. Lý do:

Trong điều kiện yếm khí, không có oxy → vi khuẩn nitrat hóa không thể hoạt động → amoni không bị oxy hóa → amoni tích lũy.

Thậm chí, xử lý yếm khí còn tăng nồng độ amoni vì phân hủy thêm protein hữu cơ còn lại. Đây là điểm khác biệt cơ bản giữa xử lý carbon (có thể thực hiện yếm khí) và xử lý nitơ (cần hiếu khí và thiếu khí xen kẽ).

4. Hành Trình Của Amoni Trong Hệ Thống Hồ Chứa Nước Rác

Nước rỉ rác thường được bơm thu gom về hồ chứa trước khi xử lý. Trong hồ, tùy điều kiện oxy hòa tan, diễn ra các quá trình khác nhau:

4.1. Hồ Yếm Khí

Trong hồ sâu, mặt thoáng nhỏ, DO ≈ 0, thế oxy hóa khử < -300 mV:

• Chỉ vi sinh yếm khí hoạt động → amoni tiếp tục tăng
• Sinh khối vi sinh lắng xuống đáy, chết và phân hủy → amoni thêm
• Tác động vật lý (mưa, gió) chủ yếu pha loãng, không giảm amoni

4.2. Hồ Tùy Nghi

Đồng thời có vi sinh hiếu khí, yếm khí và tảo phát triển ở tầng mặt:

• Tảo hấp thu amoni để tổng hợp protein (tảo khô chứa ~8% N)
• Vi sinh tự dưỡng (nitrat hóa) hoạt động ở tầng nước hiếu khí trên
• Nitrat/nitrit hình thành khuếch tán xuống đáy, bị khử nitrat bởi vi sinh dị dưỡng
• Tổng thể: amoni giảm nhưng chậm

4.3. Hồ Hiếu Khí

Oxy cao (>bão hòa nhờ tảo quang hợp), pH cao:

• Nitrat hóa xảy ra mạnh ở tầng nước trên
• Một phần amoni bay hơi (NH₃) do pH cao và nhiệt độ cao
• Hiệu quả xử lý amoni tốt nhất trong ba loại hồ
• Nhược điểm: đòi hỏi diện tích mặt thoáng lớn

5. Công Nghệ Xử Lý Amoni Trong Nước Rỉ Rác

5.1. Thổi Khí Thoát Amoni (Air Stripping)

Nâng pH lên 10-11 (bằng vôi) → amoni chuyển sang dạng NH₃ tự do → sục khí để NH₃ bay ra → hấp thụ bằng H₂SO₄ tạo (NH₄)₂SO₄.

Ưu điểm: hiệu quả cao (>90%), xử lý được nồng độ amoni rất cao. Nhược điểm: tiêu thụ hóa chất lớn (vôi), chi phí cao, cần xử lý khí thải NH₃.

5.2. Xử Lý Sinh Học Kết Hợp Nitrat Hóa/Khử Nitrat

Đây là công nghệ chủ đạo cho nước rỉ rác có amoni cao:

• Giai đoạn nitrat hóa (hiếu khí): NH₄⁺ + O₂ → NO₃⁻ (cần nhiều oxy = chi phí năng lượng cao)
• Giai đoạn khử nitrat (thiếu khí): NO₃⁻ + C-hữu cơ → N₂ (cần nguồn carbon)

Thách thức: Nước rỉ rác già có C/N thấp → thiếu carbon cho khử nitrat → cần bổ sung methanol hoặc glucose.

5.3. Công Nghệ Anammox

Phù hợp với nước rỉ rác có amoni rất cao (>500 mg/l) vì:

• Chuyển hóa trực tiếp NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ mà không cần carbon hữu cơ
• Tiêu thụ oxy ít hơn 60% so với nitrat hóa/khử nitrat truyền thống
• Chi phí vận hành thấp hơn đáng kể
• Phù hợp với tỷ lệ C/N thấp của nước rỉ rác già

Hạn chế: Vi khuẩn Anammox phát triển rất chậm (thời gian nhân đôi 10-12 ngày), cần thời gian dài để khởi động hệ thống (3-6 tháng).

5.4. Trao Đổi Ion (Ion Exchange)

Sử dụng zeolite tự nhiên (clinoptilolite) để hấp phụ amoni từ nước rỉ rác. Hiệu quả cao nhưng cần tái sinh zeolite bằng muối → phát sinh nước muối amoni đậm đặc cần xử lý thêm.

6. Thực Trạng Quản Lý Nước Rỉ Rác Tại Việt Nam

6.1. Hiện Trạng

Các bãi rác lớn tại Hà Nội và TP. HCM đã có hệ thống thu gom nước rỉ rác và công trình xử lý. Tuy nhiên:

• Công suất xử lý thực tế thường thấp hơn thiết kế do quá tải
• Công nghệ xử lý amoni chưa đạt hiệu quả ổn định
• Nhiều bãi rác cũ và nhỏ không có hệ thống thu gom nước rác đầy đủ

6.2. Thách Thức Đặc Thù Của Việt Nam

• Nhiệt độ cao: Mùa hè 35-40°C → phân hủy nhanh hơn, amoni cao hơn, bay hơi NH₃ mạnh hơn
• Mùa mưa: Lượng nước rỉ rác tăng đột biến 5-10 lần vào mùa mưa → hệ thống xử lý phải thiết kế cho đỉnh mưa
• Tỷ lệ hữu cơ cao: Rác đô thị Việt Nam có 60-70% hữu cơ (cao hơn Châu Âu ~30%) → lượng amoni sinh ra nhiều hơn

7. Phòng Ngừa Tại Nguồn: Giảm Lượng Rác Hữu Cơ Chôn Lấp

Giải pháp tốt nhất cho vấn đề nước rỉ rác amoni cao là giảm lượng rác hữu cơ đưa vào chôn lấp:

• Phân loại rác tại nguồn: Tách rác hữu cơ để làm phân compost
• Ủ compost: Biến rác hữu cơ thành phân bón — loại bỏ vấn đề trước khi phát sinh
• Biogas từ rác hữu cơ: Thu hồi năng lượng trong khi xử lý
• Tái chế: Giảm lượng rác tổng thể đưa vào bãi

Mục tiêu của nhiều thành phố là đưa tỷ lệ chôn lấp xuống dưới 20% — phần lớn còn lại được tái chế, ủ compost hoặc đốt thu năng lượng.

Kết Luận

Nước rỉ rác từ bãi chôn lấp là loại nước thải đặc biệt khó xử lý, với nồng độ amoni cao nhất trong tất cả các loại nước thải đô thị (lên đến hàng nghìn mg/l), thành phần hữu cơ khó phân hủy và biến động rất lớn theo thời gian. Tại Việt Nam, với lượng rác thải đô thị lên đến 0,6-0,8 kg/người/ngày và tỷ lệ hữu cơ cao, vấn đề nước rỉ rác đặt ra yêu cầu đầu tư nghiêm túc vào cả xử lý cuối đường ống lẫn phòng ngừa tại nguồn thông qua phân loại và tái chế rác.