bước đầu tính toán tải lượng khí methane thoát ra từ các bãi chôn lấp ở tphcm, xác định giải pháp thu hồi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU TÍNH TOÁN TẢI LƯNG KHÍ METHANE THOÁT RA TỪ CÁC BÃI CHÔN LẤP Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH- XÁC ĐỊNH GIẢI PHÁP THU HỒI Chuyên ngành : kỹ thuật Môi trường Mã số ngành : 108 GVHD:Th.S. Võ Đình Long SVTH: Tô Thò Hằng MSSV: 02DHMT063 LỚP: 02MT06 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2006 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế, đô thò hóa cao và sự gia tăng dân số, cùng với mức sống của người dân ngày càng được cải thiện đã làm cho nguồn rác thải sinh hoạt của thành phố Hồ Chí Minh không ngừng gia tăng cả về khối lượng và đa dạng về thành phần. Theo ghi nhận sơ bộ của riêng bản thân tôi, rác thải của thành phố đã bước đầu xâm phạm nghiêm trọng đến cảnh quan thiên nhiên, môi trường đô thò và sức khoẻ của cộng đồng. Mặc dù, lượng rác thải phát sinh ngày càng nhiều và đa dạng về thành phần nhưng chính quyền thành phố vẫn chưa có những giải pháp thích đáng để quản lý và xử lý rác thải ngoại trừ việc thu gom và vận chuyển đến các bãi chôn lấp và rồi đổ bỏ; từ đó đã hình thành nên những bãi chôn lấp chất thải khổng lồ và thiếu kiểm soát. Bên cạnh việc tìm kiếm những giải pháp để xử lý rác thích hợp (bởi vì với lượng rác thải ngày càng gia tăng như hiện nay thì quỹ đất của thành phố không thể đáp ứng đủ cho nhu cầu chứa rác sinh hoạt của thành phố), việc giải quyết những vấn đề còn tồn động lại tại các bãi rác (vấn đề ô nhiễm môi trường không khí xung quanh bãi rác, vấn đề côn trùng gây bệnh, ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm…) đang gây đau đầu những nhà hoạch đònh chính sách phát triển kinh tế, xã hội và những chuyên gia quản lý môi trường của thành phố. Xử lý rác để chế biến rác thành phân bón cho nông nghiệp, đốt rác để tái sử dụng nguồn năng lượng từ rác thải, tận dụng nguồn khí methane phát sinh từ các bãi chôn lấp… là những việc làm rất có ý nghóa. Với những vấn đề phát sinh từ các bãi chôn lấp như hiện nay, việc lựa chọn đề tài “Bước đầu tính toán tải lượng khí methane thoát ra từ các bãi chôn lấp ở GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 thành phố Hồ Chí Minh, xác đònh giải pháp thu hồi” cho luận văn tốt nghiệp có một ý nghóa nhất đònh. GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI • Xác đònh về tải lượng rác thải sinh hoạt ở thành phố Hồ Chí Minh và tính toán tải lượng khí methane phát sinh từ các bãi chôn lấp. • Dự báo tải lượng khí methane phát thải từ rác thải sinh hoạt đến năm 2020 • Đề xuất các giải pháp nhằm tận thu lượng khí methane, đồng thời xác đònh các phương án nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí methane thoát ra từ các bãi chôn lấp. 1.2. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI • Nghiên cứu về thành phần rác thải, tải lượng rác thải sinh hoạt phát sinh hàng năm. • Tính toán lượng khí methane thoát ra từ các bãi chôn lấp rác ở thành phố Hồ Chí Minh dựa vào lượng rác sinh hoạt phát sinh và lượng rác thu gom được. • Nghiên cứu xác đònh một số giải pháp thu hồi và đề xuất một số giải pháp để giải quyết các vấn đề liên quan đến khí methane từ rác thải sinh hoạt ở thành phố Hồ Chí Minh. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI • Điều tra các số liệu “nền” về môi trường và các số liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu. • Nghiên cứu về hiện trạng và diễn biến về chất thải rắn sinh hoạt trên đòa bàn TP.HCM. Để đạt được nội dung nghiên cứu này, các chi tiết sau được tiến hành: (1) Điều tra các số liệu về tổng lượng rác thải; (2) Điều GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 tra và xác đònh các nguồn phát sinh rác thải; (3) Điều tra về khối lượng thu gom, vận chuyển và trung chuyển rác thải; (4) Kết hợp điều tra và phân tích về thành phần và tính chất của rác thải sinh hoạt (chủ yếu là tính chất vật lý); • Tính toán về tổng tải lượng khí methane thoát ra từ các bãi chôn lấp rác thải ở TP. Hồ Chí Minh và tiến hành dự báo về tải lượng khí methane theo các phương án khác nhau. • Đề xuất một số giải pháp để quản lý chất thải rắn ở TP.HCM. 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1. Phương pháp luận Trong môi trường sinh thái luôn có những mối liên kết nhiều chiều và chặt chẽ giữa các thành phần môi trường với nhau. Một khi, một môi trường thành phần bò đe dọa hoặc bò ô nhiễm thì các môi trường thành phần khác cũng không thể tránh được sự đe dọa hoặc sự ảnh hưởng; chỉ khác chăng đó là mức độ bò đe dọa hoặc mức độ bò ảnh hưởng nhiều hay ít có khác nhau mà thôi. GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 5 Rác sinh họat và các điểm tồn trữ rác sinh hoạt (điểm trung chuyển, bãi chôn lấp…) Môi trường tự nhiên (đất, nước, không khí…) Tài nguyên thiên nhiên Môi trường kinh tế, xã hội… Cộng đồng dân cư sống xung quanh các vùng tồn trữ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 Sơ đồ 1: sự liên hệ giữa rác thải và môi trường xung quanh Chẳng hạn, chất thải rắn có thể bò phân hủy, khí rác có thể gây ô nhiễm môi trường không khí (gây ra mùi hôi khó chòu, gia tăng nồng độ khí độc trong môi trường không khí…); nước rò rỉ trong các bãi chôn lấp có thể gây ô nhiễm đến mạch nước ngầm, theo chuỗi thực phẩm đi vào cơ thể con người và sinh vật… Một loạt các mối tương tác như thế luôn diễn ra trong môi trường sinh thái. Vì thế, việc nghiên cứu về rác thải phải đặt trong các mối tương tác nhiều chiều. 1.5.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể - Tiến hành thu thập số liệu về rác thải nhằm: • Đánh giá để tìm mối tương tác thông qua các quan hệ nhân quả của rác thải với môi trường sinh thái; • Tổng hợp và xử lý số liệu để phục vụ cho việc tính toán về tải lượng khí methane (chi tiết sẽ được trình bày kèm theo phần kết quả nghiên cứu); • Dùng hàm Euler để dự báo về tải lượng khí methane và các thông số có liên quan (chi tiết sẽ được trình bày kèm theo phần kết quả nghiên cứu). - Sử dụng phương pháp liệt kê: Liệt kê về số lượng chất thải rắn, thải ra hàng năm. Qua đó, đưa ra các phương án dự đoán. - Sử dụng phương pháp so sánh (để đưa ra các phương án hoặc các giải pháp cho vấn đề quản lý rác thải): So sánh tải lượng rác thải phát sinh trong từng năm. Qua đó tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát sinh rác thải. Để dự đoán chính xác lượng rác thải cho nhưng năm tiếp theo. - Sử dụng phương pháp phân tích chi phí lợi ích (để lựa chọn các giải pháp): Phân tích thiệt hại cũng như lợi ích thu được từ quá trình thu gom và sử GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 dụng khí methane làm nhiên liệu trong sản xuất cũng như sinh hoạt hàng ngày. Việc vận dụng và mô tả chi tiết từng phương pháp cụ thể sẽ được giải trình ngay trong phần kết nghiên cứu của đề tài. GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ CHẤT THẢI SINH HOẠT VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT SINH KHÍ METHANE 2.1. CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT Chất thải rắn sinh hoạt là tất cả các chất thải thông thường có dạng rắn (không phải ở dạng lỏng hay khí) được phát sinh từ các hoạt động của con người và được con người thải bỏ, loại ra khỏi nơi sinh sống và làm việc của họ do chúng không còn cần thiết cho con người hoặc do con người không muốn có chúng nữa. Như vậy, chất thải rắn bao gồm những chất thải không đồng nhất từ các khu dân cư và các chất thải đồng nhất từ các khu vực công nghiệp, nông nghiệp, được thải bỏ từ tất cả các hoạt động sản xuất, dòch vụ thương mại, công sở, văn phòng và sinh hoạt của con người. Chất thải rắn sinh hoạt hay rác thải sinh hoạt là một bộ phận cấu thành của chất thải rắn, được hiểu là chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt thường ngày của con người. Hầu hết các hoạt động của con người đều tạo ra chất thải ở các dạng khác nhau. Trong điều kiện Việt Nam, hầu hết các loại chất thải này được thu gom rồi sau đó được vận chuyển đến các bãi chôn lấp. Chính vì vậy, ô nhiễm môi trường do sự tập trung một lượng lớn chất thải rắn trong một thời gian ngắn trên một diện tích nhỏ là không thể tránh khỏi. Hiện nay, bãi đổ hở và bãi chôn lấp hợp vệ sinh là các phương pháp được áp dụng rất phổ biến trên thế giới, chôn lấp hợp vệ sinh là công đoạn cuối cùng và là thành phần không thể thiếu của bất kỳ một hệ thống quản lý chất thải rắn nào. Ngay cả khi các nhà máy được xây dựng để xử lý và tái sử dụng các loại chất thải rắn thì vẫn phải cần đến các bãi chôn lấp để chứa tro và các chất thải không thể tái sinh được hoặc không còn giá trò để tái sử dụng. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng các bãi chôn lấp thường gây ô nhiễm môi trường ngay từ khi bắt đầu vận hành và có thể kéo dài cho tới 15-20 năm sau khi đóng bãi. GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 2.1.1. Nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt Việc xác đònh các nguồn thải (hay nguồn phát sinh chất thải rắn) đóng vai trò rất quan trọng trong công tác quản lý chất thải rắn. Mặc dù, có nhiều cách để phân đònh về nguồn gốc phát sinh, song hầu hết các tài liệu đã được công bố đều có cách phân loại về nguồn gốc không khác nhau nhiều. Tựu trung chất thải rắn sinh hoạt có thể được phát sinh từ các nguồn chủ yếu sau: − Từ các khu dân cư (chất thải sinh hoạt); − Từ các trung tâm thương mại; − Từ các công sở, trường học, công trình công cộng; − Từ các dòch vụ đô thò, sân bay; − Từ các hoạt động công nghiệp; − Từ các hoạt động xây dựng đô thò; − Từ các trạm xử lý nước thải và từ các đường ống thoát nước của thành phố… Các loại chất thải rắn được thải ra từ các hoạt động khác nhau thì việc xác đònh về nguồn gốc phát sinh cũng khác nhau. GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 Bảng 1: Nguồn phát sinh và các dạng chất thải rắn của đô thò STT Nguồn thải Hoạt động hoặc nơi phát sinh chất thải Dạng chất thải 1 Chất thải sinh hoạt Từ các căn hộ gia đình, khu chung cư và nhà cao tầng… Thực phẩm, rác rưởi, tro và các dạng chất thải khác 2 Chất thải khu thương mại Từ các nhà hàng, chợ, khách sạn, các dòch vụ ăn uống… Thực phẩm, rác rưởi, tro, các dạng chất thải khác, đôi khi có cả chất thải nguy hại 3 Chất thải khu công sở Từ các văn phòng, trường học, bệnh viện, cửa hàng tạp hóa Thực phẩm, rác rưởi, tro, chất thải xây dựng và các dạng chất thải khác 4 Chất thải quét đường Đường phố Thực phẩm, rác rưởi, tro, chất thải xây dựng, các dạng chất thải đặc trưng khác, đôi khi có chất thải nguy hại 5 Chất thải làm vườn Công viên, khu giải trí Thực phẩm, cành cây, cỏ… 6 Chất thải xây dựng Từ các khu đô thò, khu dân cư, tái đònh cư… Gạch, đá, cát, xà bần, gỗ, bao bì, giấy và plastics, hóa chất, sắt… 7 Chất thải từ các hệ thống xử lý nước và thoát nước đô thò Nhà máy xử lý nước và nước thải, hệ thống cống rãnh thoát nước đô thò Bùn cống, bùn dư từ hệ thống xử lý nước và nước thải 8 Chất thải từ các khu vực giải trí Các bờ biển, công viên, hồ bơi, đường cao tốc Thực phẩm, rác rưởi, tro, chất thải xây dựng, các dạng chất thải khác 9 Chất thải công nghiệp Từ các nhà máy, các khu vực có hoạt động công nghiệp Chất thải nguy hại, chất thải đặc biệt, hóa chất, tro, kim loại… 10 Chất thải nông nghiệp Từ các khu vực canh tác nông nghiệp, chăn nuôi… Thực phẩm hư, các chất thải nông nghiệp, rác rưởi, chất thải nguy hại Nguồn: Solid wastes, Engineering Principles and Management Issues, Tokyo 1997 GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 10 [...]... khí methane ước tính là 32 triệu tấn/năm Trong các bãi chôn lấp, quá trình phân hủy hiếu khí diễn ra (do có lượng khí oxy có sẵn trong rác) sẽ cho ra khí CO 2 và nước Khi lượng cung cấp oxy bò thiếu, các vi sinh kỵ khí sẽ tham gia vào sự phân hủy rác và khí methane và CO 2 được tạo thành Khí methane được phóng thích ra không ngừng tăng lên ở các nước phát triển và ước tính đến năm 2025 tổng lượng khí. .. của khí methane 2.2.1 Quá trình hình thành và phát sinh khí methane từ các bãi chôn lấp Khí sinh học được phát sinh từ các bãi chôn lấp chất thải sinh hoạt là sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học của các chất hữu cơ trong thành phần của chất thải Quá trình phân hủy kỵ khí (thiếu oxy) các chất hữu cơ trong bãi chôn GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 21 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: TÔ THỊ HẰNG 02DHMT063 lấp rác tạo ra một... một lượng lớn khí như methane (CH 4), carbonic (CO2), ammonia (NH3)… trong đó, nồng độ khí methane chiếm khoảng 40-50%, lượng khí này sẽ được tạo thành liên tục trong thời gian đầu và sẽ giảm dần Bãi chôn lấp có thể được xem như là một “thiết bò phản ứng sinh hóa” và nước là dung môi chính cho các quá trình diễn ra trong bãi chôn lấp Quá trình hình thành khí methane trong bãi chôn lấp được diễn giải. .. xảy ra trong điều kiện hiếu khí do có một lượng khí oxy đáng kể còn được lưu giữ lại trong các bãi chôn lấp Nguồn vi sinh vật tham gia vào phân hủy rác thải trong giai đoạn này chủ yếu có nguồn gốc từ lớp đất phủ hàng ngày, từ rác thải… và thậm chí là từ lớp đất phủ khi đóng bãi chôn lấp Giai đoạn chuyển tiếp : lượng khí oxy trong bãi chôn lấp bò cạn kiệt nhanh chóng và quá trình phân hủy kỵ khí bắt đầu. .. các nguyên liệu hữu cơ phức tạp thành các sản phẩm trung gian và các axit hữu cơ Trong giai đoạn này, pH của nước rò rỉ bắt đầu giảm dần do sự có mặt của các axit hữu cơ và do ảnh hưởng của khí CO2 sinh ra trong bãi chôn lấp Giai đoạn axit hóa: Trong giai đoạn này, hoạt động của các vi sinh vật thúc đẩy việc sản xuất ra một lượng lớn các axit hữu cơ Bước thứ nhất của quá trình này là sự thu phân các. .. không vận chuyển kòp thời trong ngày, lại ở điều kiện nhiệt độ thích hợp như ở nước ta (3037 0C) thì ruồi nhặng và các vi khuẩn dễ dàng sinh ra và hoạt động mạnh Ngoài ra, sự phân hủy của rác thải còn tạo ra mùi hôi rất khó chòu, khi xảy ra quá trình phân hủy kỵ khí, các chất hữu cơ trong các bãi chôn lấp đã tạo ra một lượng lớn khí sinh vật như cacbonic (CO 2), methane (CH4), ammonia (NH3), hydrogen... trong đó, 11% do bãi rác ;16% từ ruộng lúa, 72 %từ cống rãnh nhà cầu Trong CH 4 tự nhiên đất ướt đóng góp 72%.Ngoài ra, methane cũng còn được gọi là khí từ các vũng lầy (swamp gas) Vì vậy, nếu không được thu gom để xử lý và tái sử dụng vào mục đích năng lượng thì lượng khí methane sẽ được phóng thích trực tiếp ra môi trường và gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường không khí Không chỉ có thế khí methane phát... men methane: Giai đoạn này tạo ra khí CH 4, CO2 và các acid hữu cơ Các vi sinh vật tham gia vào việc chuyển hóa này là những vi sinh vật kỵ khí bắt buộc, được gọi là Methaneogens hay Methane formers Trong giai đoạn này sự tạo thành các acid và methane diễn ra đồng thời mặc dù tốc độ tạo thành acid có chậm hơn so với methane Do các acid và hydro bò chuyển hóa thành CH 4 và CO2 nên pH trong bãi chôn lấp. .. đầu diễn ra Khi đó, nitrate và sulfate đóng vai trò là những chất nhận điện tử sẽ bò khử để cho ra khí nitro và hydro sulfite Quá trình khử nitrate và sulfate xảy ra ở điện thế oxy hóa khử khoảng từ 50-100 mV; sự tạo thành khí methane xảy ra khi thế oxy hóa khử trong khoảng 150-300 mV Khi thế oxy hóa khử giảm, các vi sinh vật tham gia vào chuyển hóa các chất hữu cơ thành methane và carbonic bắt đầu chuyển... Ngoài ra, các yếu tố tự nhiên kể trên cũng góp phần đẩy nhanh tốc độ phân hủy các chất hữu cơ, mặt khác làm cho tốc độ hình thành các sản phẩm khí ô nhiễm và nước rò rỉ trong các bãi chôn lấp tăng theo và tạo ra môi trường thu n lợi cho các loại vi khuẩn lây bệnh phát triển 3.3 CÁC ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI CỦA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRONG MỐI QUAN HỆ VỚI SỰ SINH RÁC 3.3.1 Về giao thông vận tải và cơ sở . sinh từ các bãi chôn lấp như hiện nay, việc lựa chọn đề tài Bước đầu tính toán tải lượng khí methane thoát ra từ các bãi chôn lấp ở GVHD:VÕ ĐÌNH LONG 2 ĐỒ. sinh từ các bãi chôn lấp. • Dự báo tải lượng khí methane phát thải từ rác thải sinh hoạt đến năm 2020 • Đề xuất các giải pháp nhằm tận thu lượng khí methane,