Nghiên cứu xác định thành phần và đặc tính của rác phục vụ việc cải tạo và di dời bãi rác trung sơn thanh hóa

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH CỦA RÁC PHỤC VỤ VIỆC CẢI TẠO VÀ DI DỜI BÃI RÁC TRUNG SƠN - THANH HÓA Nguyễn Thị Thế Nguyên1, Nguyễn Ngọc Linh1, Mai Duy Khánh1, Nguyễn Văn Kựu1 Tóm tắt: Bãi rác phường Trung Sơn bãi rác tập trung thành phố Sầm Sơn hoạt động từ năm 1997 với công suất xử lý 25 rác ngày đêm Đây bãi rác hở nên ảnh hưởng nhiều tới sống người dân xung quanh cần phải có biện pháp cải tạo di dời Nghiên cứu thực nhằm đưa sở khoa học cho việc đề xuất, tính tốn xử lý phần rác thải sau sàng loại bỏ mùn đất (được gọi rác sàng) Kết nghiên cứu cho thấy rác sàng chủ yếu chất thải từ sân vườn, gỗ (31,88%), nhựa (20,86%) Rác thải thực phẩm nhỏ (0,02%) Độ ẩm rác trung bình 60% Nghiên cứu xác định lực ép tối ưu cho rác 10 T/m2 Với lực ép tỷ trọng trung bình rác tăng từ 690 kg/m3 (trước ép) lên 1.290 kg/m3 (sau ép) Khối lượng thể tích trung bình mẫu rác giảm tương ứng 20 41% sau ép Độ ẩm rác thải sau nén ép trung bình 25% nhiệt trị thấp rác tăng lên đáng kể, biến thiên từ 5,7 đến 23 MJ/kg Với lực ép tối ưu trên, rác thải xử lý phương pháp thiêu đốt thu hồi lượng để phát điện Từ khóa: Bãi rác Trung Sơn, nén ép rác, tính chất rác, thành phần rác GIỚI THIỆU CHUNG * Theo thống kê Tổng cục Môi trường, Việt Nam có 900 bãi chơn lấp chất thải sinh hoạt, có khoảng 20% bãi chôn lấp hợp vệ sinh (Bộ TNMT, 2019) Phần lớn bãi chôn lấp tiếp nhận chất thải rắn sinh hoạt chưa phân loại nguồn, có thành phần hữu cao nên tính ổn định thấp, chiếm nhiều diện tích đất, phát sinh lượng lớn nước rỉ rác Ơ nhiễm mơi trường bãi chơn lấp vấn đề xúc xã hội Bên cạnh tác động môi trường tự nhiên cảnh quan, khí nhà kính, nhiễm đất nước ngầm, nhiễm khơng khí, nhiễm biển , bãi chôn lấp không hợp vệ sinh gây nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng có khả nảy sinh xung đột khu vực xung quanh sở xử lý rác thải Thiệt hại kinh tế không bao gồm chi phí xử lý nhiễm mơi trường, mà cịn bao gồm chi phí liên quan đến khám chữa Trường Đại học Thủy lợi 10 bệnh thiệt hại giảm thu nhập từ ngành du lịch, thủy sản Do vậy, tình trạng nhiễm môi trường từ hàng trăm bãi chôn lấp hữu vơ cấp bách, địi hỏi sớm có giải pháp xử lý Bãi rác phường Trung Sơn có diện tích 2,7 (HĐND tỉnh Thanh Hố, 2020) Đây bãi rác tập trung Sầm Sơn hoạt động từ năm 1997 với công suất xử lý 25 rác ngày đêm Rác không phân loại, chôn lấp không hợp vệ sinh để phân huỷ tự nhiên Tổng khối lượng rác khoảng 330.000 Trong năm qua, lượng rác bãi rác ngày tăng lên lượng khách du lịch đến thành phố Sầm Sơn ngày nhiều dân số gia tăng sáp nhập thêm xã từ huyện Quảng Xương Bãi rác ảnh hưởng lớn đến người dân sống gần gây mùi thối ruồi nhặng Nước thải từ bãi rác chưa qua xử lý đổ trực tiếp sông Đơ gây ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt nhiều ao hồ xung quanh Bãi rác không ảnh hưởng tới sống người dân mà ảnh KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 79 (6/2022) hưởng đến nhiều diện tích lúa, hoa màu xung quanh Nhiều hộ gia đình phải bỏ hoang ruộng lúa nước rỉ rác từ bãi rác gây ô nhiễm khu vực cấy trồng Để giải vấn đề trên, Hội đồng nhân dân tỉnh Thanh Hố có Nghị số 376/NDHĐND ngày 06/12/2020 việc định chủ trương đầu tư dự án xử lý triệt để tình trạng nhiễm môi trường nghiêm trọng bãi rác phường Trung Sơn gây ra, góp phần cải thiện điều kiện sống cho nhân dân khu vực xung quanh bãi rác vùng phụ cận, thúc đẩy phát triển dịch vụ du lịch, phát triển kinh tế - xã hội, xây dựng thành phố Sầm Sơn trở thành thành phố xanh, sạch, đẹp, hướng đến văn minh, đại Để có sở khoa học cho việc đề xuất, tính tốn phương án cải tạo, di dời bãi rác Trung Sơn theo Nghị số 376/NDHĐND Hội đồng nhân dân tỉnh Thanh Hoá, rác thải lấy mẫu, sàng phân loại thành rác sàng (chủ yếu ni lông, giấy, gỗ, … Các rác thải dự kiến xử lý phương pháp đốt) rác sàng (chủ yếu mùn đất, dự kiến xử lý chơn lấp) Sau đó, rác sàng sàng đưa phịng thí nghiệm để xác định thành phần tính chất đặc trưng Bài báo tập trung trình bày kết xác định thành phần, tính chất rác sàng tỷ trọng, độ ẩm, hệ số nén ép, nhiệt trị để xác định phương án xử lý rác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Lấy mẫu rác thải Việc lấy mẫu thực từ ngày 30/7/2021 đến ngày 04/8/2021 Mẫu rác lấy tầng rác (ký hiệu a (tầng mặt, độ sâu m), b (tầng giữa, độ sâu m), c (tầng đáy, độ sâu m) điểm (ký hiệu điểm số 1, 2, 3, 4) (Hình 1) Tổng số mẫu rác 12 mẫu Phương pháp lấy mẫu thực theo tiêu chuẩn ASTM D5231- 92 (2003) Mĩ Tại điểm lấy mẫu, rác thải sàng thủ cơng (với kích thước mắt sàng x cm) để phân loại thành loại rác sàng sàng với mục đích xử lý đốt (với rác sàng) chôn lấp (rác sàng) Rác sàng vận chuyển phòng thí nghiệm để xác định thành phần số tính chất khác Hình Bốn điểm lấy mẫu rác thải bãi rác Trung Sơn 2.2 Phân tích thành phần có rác thải Rác sàng phân loại theo tiêu chuẩn TCVN 9461:2012 (ATSM D5231-92) Mục đích phân loại thành phần rác thải nghiên cứu nhằm xác định khối lượng rác cháy được, không cháy Do vậy, mẫu rác thải phân tách thành thành phần bảng xác định khối lượng cho thành phần Bảng Phân loại hợp phần có chất thải STT Hợp phần chất thải Giấy, bìa Nhựa Mơ tả Giấy văn phịng, giấy in máy tính, tạp chí, giấy nến, giấy bóng, giấy khác khơng thuộc loại giấy tơng sóng giấy in báo Tất loại nhựa KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 79 (6/2022) 11 STT Hợp phần chất thải Chất thải từ sân vườn, gỗ Mô tả Cành cây, cây, cỏ vật liệu thực vật khác, sản phẩm từ gỗ Tất loại thực phẩm thải, trừ xương Vải sợi, cao su, da Đá, cát, bụi, sành sứ, vôi vữa trát tường Chất thải thực phẩm Các chất hữu khác/ cháy Các loại khác khơng cháy 2.3 Thí nghiệm nén ép rác Để vận chuyển lượng rác đốt từ bãi rác Trung Sơn đến sở đốt, rác cần phải nén ép để giảm thể tích, từ tăng cơng suất vận chuyển xe Mặt khác, muốn tăng hiệu xử lý rác phương pháp đốt cần giảm độ ẩm rác Do vậy, mục đích việc thực thí nghiệm nén ép xác định mức độ nén ép rác lực ép tối ưu thiết bị nén ép, từ xác định khối lượng thể tích rác thải bãi rác để lên phương án vận chuyển di rời, tính tốn phương án bổ sung chất bốc đốt rác Thí nghiệm nén ép thực với khn ép kích thước 30x30x30 cm (Hình 2) máy thí nghiệm kéo – nén (Hình 3) với lực ép 10; 15; 25 35 T/m2 (tương đương với áp lực nén lên mẫu rác 0,9; 1,35; 2,25 3,15 tấn) Mức độ nén ép rác thải dựa vào cơng thức: (1) Trong đó: T mức độ nén ép (%); : Thể tích ban đầu mẫu rác thải (m3); : Thể tích mẫu rác thải lực ép tối ưu (m ) Hình Mẫu khn ép rác 12 Hình Nửa khn ép rác máy thí nghiệm kéo - nén 2.4 Xác định tỷ trọng rác Tỷ trọng rác xác định theo phương pháp khối lượng – thể tích (ATSM E1109-19) Tỷ trọng chất thải rắn xác định cho mẫu rác trước sau nén ép làm sở cho công tác vận chuyển, di dời bãi chôn lấp 2.5 Xác định độ ẩm rác Độ ẩm chất thải rắn xác định theo phương pháp sấy khô rác 105oC đến khối lượng không đổi (tiêu chuẩn ATSM D3173) Độ ẩm rác xác định cho mẫu rác trước sau nén ép Độ ẩm rác sử dụng để tính tốn nhiệt trị rác 2.6 Xác định nhiệt trị rác thải Tiềm nhiệt trị cao (HHV) rác xác định theo phương pháp xác định suất tỏa KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 79 (6/2022) nhiệt tồn phần tổng lượng tro vật liệu thải (TCVN 9463:2012 - ASTM D 5468 - 02) Tiềm nhiệt trị thấp chất thải (LHV) tính tốn dựa theo phương trình sau (Oak Ridge National Laboratory, 2012): LHV = HHV (1 - W) – 2,443W (2) Trong đó: LHV HHV tiềm nhiệt trị thấp cao chất thải (MJ/kg), W độ ẩm (%) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần rác thải bãi rác Nam Sơn Kết phân tích thành phần rác điểm lấy mẫu (sau lấy trung bình tầng rác) trình bày Hình - Nhìn chung thành phần chủ yếu bãi rác chất thải từ sân vườn, gỗ (chiếm từ 25,28 đến 47,48%, trung bình 31,88%) Thành phần nhựa dao động từ 7,42 đến 31,19%, trung bình 20,86% So với thành phần chất thải rắn sinh hoạt số địa phương Việt Nam Hà Nội (3%), Hải Dương (8,43%), Hải Phòng (12,2%) (Bộ TNMT, 2019), tỉ lệ thành phần nhựa bãi rác Trung Sơn cao, đặc biệt tầng đáy Điều lý giải bãi rác Trung Sơn chủ yếu rác cũ, lượng rác thải không nhiều nên thành phần khó phân hủy nhựa chiếm tỷ lệ lớn Mặt khác, mẫu rác thí nghiệm sàng để loại bỏ bớt thành phần đất, mùn Tỉ lệ chất thải từ thực phẩm nhỏ (0,02%) Điều hồn tồn phù hợp với tính chất bãi rác cũ với thời gian hoạt động 25 năm Một điểm đáng ý thành phần rác không cháy sau sàng phân loại cao (27,21%), bãi rác chứa phế thải xây dựng ẩm ướt nên rác sàng có bám nhiều bùn đất Mặt khác phương pháp sàng phân loại nghiên cứu sàng thủ công lấy mẫu, chưa loại bỏ hết đất đá mùn thải có rác nên thành phần rác khơng cháy sàng cao Do vậy, khuyến nghị sử dụng loại sàng đĩa triển khai cải tạo di dời bãi rác Trung Sơn thay dùng sàng trống hay sàng rung thơng thường để loại bỏ bớt phần bùn đất bám vào thành phần nhựa, gỗ, giúp nâng cao hiệu trình xử lý phương pháp đốt KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 79 (6/2022) Hình Thành phần rác điểm số Hình Thành phần rác điểm số Hình Thành phần rác điểm số 13 3.2 Mức độ nén ép rác Kết thí nghiệm nén ép với lực ép khác trình bày Bảng Kết thí nghiệm cho thấy, gia tăng lực ép chiều cao lớp rác giảm xuống theo tỉ lệ nghịch Ví dụ mẫu rác số 1A (mẫu rác điểm số 1, tầng mặt), lực ép 10 T/m2 làm cho chiều cao mẫu rác giảm 30,4% ép với lực lớn chiều cao mẫu rác ép giảm thêm không đáng kể Chiều cao mẫu rác lực ép 15 T/m2 (tăng thêm 50% so với lực ép ban đầu) giảm thêm 7,9% Kết nhận thấy mẫu thí nghiệm khác Do vậy, lực ép 10 T/m2 tối ưu cho việc giảm thể tích rác mang đốt tăng công suất vận chuyển xe khu vực lưu giữ rác Với lực ép tối ưu trên, mức độ nén ép 41% (Bảng 2) Hình Thành phần rác điểm số Hình Thành phần trung bình 12 mẫu rác thải Bảng Mức độ giảm chiều cao tương ứng với lực ép từ 10 – 35 T/m2 TT Mẫu rác 10 11 12 1A 1B 1C 2A 2B 2C 3A 3B 3C 4A 4B 4C Chiều Chiều cao sau ép (cm) Độ giảm chiều cao sau ép (%) cao ban 2 2 2 2 đầu (cm) 10 T/m 15 T/m 25 T/m 35 T/m 10 T/m 15 T/m 25 T/m 35 T/m 18,1 12,6 11,6 10,9 10,4 30,4 7,9 6,0 4,6 17,2 12,0 11,5 10,9 10,5 30,2 4,2 5,2 3,7 23,0 10,7 10,0 9,6 9,0 53,5 6,5 4,0 6,3 14,9 10,6 9,9 9,7 9,2 28,9 6,6 2,0 5,2 20,0 11,0 10,2 9,3 9,2 45,0 7,3 8,8 1,1 21,2 10,6 8,8 8,3 8,3 50,0 17,0 5,7 0,0 18,9 12,5 11,9 11,0 10,4 33,9 4,8 7,6 5,5 21,0 13,3 13,1 11,0 11,0 36,7 1,5 16,0 0,0 17,8 9,0 8,2 7,9 7,7 49,4 8,9 3,7 2,5 18,9 10,3 9,8 9,0 8,5 45,5 4,9 8,2 5,6 22,0 12,6 11,2 10,5 10,1 42,7 11,1 6,2 3,8 22,6 12,5 10,8 10,1 9,6 44,7 13,6 6,5 5,0 3.3 Tỷ trọng rác Theo kết thí nghiệm Bảng 3, tỷ trọng 14 rác trước ép dao động khoảng từ 527,8 đến 890,4 kg/m3, giá trị trung bình 690 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 79 (6/2022) kg/m3 So với tỷ trọng rác thải sinh hoạt thành phố Hồ Chí Minh (400 kg/m3 (Loan nnk, 2018)) rác bãi Trung Sơn – Thanh Hóa có giá trị cao bên cạnh rác thải sinh hoạt bãi rác chứa phế thải xây dựng Với lực ép tối ưu 10 T/m2, tỷ trọng rác trung bình trước ép 690 kg/m3 tăng lên 1.290 kg/m3 sau ép (dao động khoảng từ 1.040 đến 1.467 kg/m3) Khối lượng trung bình mẫu rác giảm 20% sau ép Điều có nghĩa lượng nước rỉ rác phát sinh trình ép 20% Đây sở quan trọng cho việc xác định lượng nước rỉ rác phát sinh q trình nén ép, đóng kiện rác thải di chuyển đến địa điểm đốt Bảng Kết thí nghiệm xác định tỷ trọng, độ giảm khối lượng mức độ nén ép mẫu rác với lực ép tối ưu 10 T/m2 Thể tích mẫu ban đầu (m3) Tỷ trọng trước ép (kg/m3) Khối lượng sau ép (kg) % giảm khối lượng Thể tích sau ép (m3) 12,2 0,016 747,9 10 18 0,009 Tỷ trọng rác sau ép (kg/m3) 1.111 1B 12,6 0,015 814,0 10,8 14 0,008 1.350 30 1C 11,7 0,021 565,2 9,4 20 0,007 1.343 53 2A 12 0,013 890,4 10 17 0,009 1.128 29 2B 9,5 0,018 527,8 8,3 13 0,006 1.383 45 2C 12 0,019 628,9 8,5 29 0,006 1.417 50 3A 14 0,017 835,2 10,5 25 0,008 1.313 33 3B 11,5 0,019 608,5 9,8 15 0,009 1.040 38 3C 11,8 0,016 736,6 8,8 25 0,006 1.467 49 10 4A 11,8 0,017 697,4 9,4 20 0,007 1.343 43 11 4B 12 0,020 606,1 9,4 22 0,007 1.343 43 12 4C 13,3 0,020 653,9 10 25 0,008 1.250 46 1.290 41 TT Mẫu rác Khối lượng trước ép (kg) 1A Trung bình 690 3.4 Độ ẩm rác Kết thí nghiệm xác định độ ẩm rác thải trước sau nén ép thể Hình Nhìn chung độ ẩm rác thấp tầng mặt cao tầng đáy Độ ẩm mẫu rác thải trước nén ép tương đối lớn, đặc biệt điểm số (độ ẩm từ 62 đến 66,2%) Tại điểm lấy mẫu này, từ độ sâu 1,5 m trở xuống ẩm ướt Điểm số chứa nhiều rác cũ, lượng nước rác mùn đất có rác nhiều nên độ ẩm cao Tuy nhiên, điểm số 2, độ ẩm 20 Mức độ nén ép (%) 30 rác lại giảm dần theo chiều sâu Thực tế quan sát điểm số trình lấy mẫu rác cho thấy tầng phía mặt (độ sâu từ – m) chứa nhiều rác tươi điểm lấy mẫu khác Độ ẩm trung bình rác bãi rác Trung Sơn trước nén ép 60% Độ ẩm tương đương với độ ẩm rác thải sinh hoạt nhiều địa phương khác Hà Nam (độ ẩm 58,3% (Nguyên Nam, 2017)), Hà Nội (độ ẩm 62,2% (Nguyen Marteen, 2017)), hay Thành phố Hồ Chí Minh (độ ẩm 55 – 65% (Loan nnk, 2018)) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 79 (6/2022) 15 Hình Độ ẩm mẫu rác độ ẩm trung bình rác thải trước sau nén ép Với độ ẩm cao (60%), việc sàng phân loại rác khó khăn việc xử lý chất thải phương pháp đốt cần phải bổ sung nhiên liệu phụ Tuy nhiên, với lực nén ép tối ưu 10 T/m2, độ ẩm rác thải sau nén ép trung bình 25% Đây độ ẩm phù hợp cho phương pháp xử lý chất thải phương pháp đốt Về mặt lý thuyết, chất thải đốt mà không cần nhiên liệu phụ độ ẩm nhỏ 50%, độ tro nhỏ 60% thành phần cháy lớn 25% (Rand nnk, 1999) 3.5 Nhiệt trị rác Tiềm nhiệt trị cao thấp rác chưa nén ép tương ứng biến thiên khoảng từ 9,1 đến 32,2 MJ/kg từ 2,7 đến 7,6 MJ/kg (Hình 10) Có thể thấy tiềm nhiệt trị cao thấp rác bãi rác Trung Sơn chênh lớn (gấp khoảng 3,5 lần) Nguyên nhân theo công thức (2) trên, rác có độ ẩm cao nhiệt trị thấp thấp Theo kết xác định độ ẩm, rác có độ ẩm cao (với giá trị trung bình trước nén ép lên tới 60%) nên giá trị tiềm nhiệt trị cao thấp rác bãi rác Trung Sơn khác xa điều hợp lý So với tiềm nhiệt trị rác thải Kim Bảng – Hà Nội (nhiệt trị thấp cao dao động khoảng 2,6 – 4,7 MJ/kg 9,6 – 14,9 MJ/kg (Nguyên Nam, 2017)) rác thải trại bãi rác Trung Sơn – Thanh Hóa có giá trị cao rác sàng để loại bỏ bớt thành phần không cháy cát, đá, sỏi, … Hình 10 Tiềm nhiệt trị cao rác thải trước nén ép 16 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 79 (6/2022) ... loại thành phần rác thải nghiên cứu nhằm xác định khối lượng rác cháy được, không cháy Do vậy, mẫu rác thải phân tách thành thành phần bảng xác định khối lượng cho thành phần Bảng Phân loại hợp phần. .. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần rác thải bãi rác Nam Sơn Kết phân tích thành phần rác điểm lấy mẫu (sau lấy trung bình tầng rác) trình bày Hình - Nhìn chung thành phần chủ yếu bãi rác chất... D3173) Độ ẩm rác xác định cho mẫu rác trước sau nén ép Độ ẩm rác sử dụng để tính tốn nhiệt trị rác 2.6 Xác định nhiệt trị rác thải Tiềm nhiệt trị cao (HHV) rác xác định theo phương pháp xác định suất