Kỹ thuật xử lý chất thải rắn, trần thanh thư

5/8/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Môi trường Môn học: Kỹ thuật xử lý chất thải rắn Biên soạn: Trần Thanh Thư Nội dung mơn học • Chủ đề 1: Giới thiệu chất thải rắn • Chủ đề 2: Hệ thống thu gom chất thải rắn thị • Chủ đề 3: Hệ thống trung chuyển vận chuyển CTR thị • Chủ đề 4: Các phương pháp xử lý chất thải rắn thị nguy hại • Chủ đề 5: Tái chế chất thải rắn • Chủ đề 6: Cơng nghệ sản xuất phân hữu từ CTR sinh hoạt • Chủ đề 7: Xử lý chất thải rắn phương pháp nhiệt • Chủ đề 8: Bãi chơn lấp chất thải hợp vệ sinh 5/8/2016 Chủ đề 1: Giới thiệu chất thải rắn 5/8/2016 1.1 Định nghĩa Chất thải rắn (CTR): tất chất thải dạng rắn, phát sinh hoạt động người sinh vật, thải bỏ chúng khơng cịn hữu ích hay người không muốn sử dụng CTR đô thị - Municipal solid waste: CTR từ hoạt động dân cư, khu thương mại, du lịch văn phòng 5/8/2016 1.2 Lịch sử phát triển quản lý CTR Giai đoạn tiền sử Lượng dân cư Diện tích đất đai rộng lớn khả đồng hố CTR tốt, khơng gây tổn hại đến mơi trường Giai đoạn người sống tập trung Dân cư sinh sống đơng đúc Tập trung nhóm, lạc, cụm… CTR bị thải bỏ bừa bãi khắp nơi, thành phần phức tạp Giai đoạn khoa học kỹ thuật & công nghệ phát triển Nhiều ngành công nghiệp, sản xuất nhiều loại sản phẩm CTR sinh đa dạng, khả phân hủy tồn lâu thiên nhiên 1.2 Lịch sử phát triển quản lý CTR Do khơng có kế hoạch quản lý CTR gây nhiều ô nhiễm môi trường sống người 5/8/2016 1.2 Lịch sử phát triển quản lý CTR Các phương pháp phổ biến sử dụng để xử lý CTR từ đầu kỷ 20:  Thải bỏ khu đất trống  Thải bỏ vào môi trường nước  Chôn lấp  Giảm thiểu đốt 1.3 Nguồn gốc phát sinh CTR 10 5/8/2016 1.3 Nguồn gốc phát sinh CTR Loại CTR Thành phần chất thải Nguồn gốc phát sinh Rác sinh hoạt - Vật dụng bỏ Dễ cháy: Hộ gia đình, quan, trường học, bệnh viện, khu cơng cộng, nhà hàng, chợ, khách sạn, Khó cháy: Tro Rác đường phố Chất thải công nghiệp Chất thải xây dựng Rất đa dạng, tùy ngành nghề sản xuất: Đường phố, vỉa hè, ngõ hẻm, bãi đất trống Các nhà máy, xí nghiệp, khu cơng nghiệp Các cơng trình xây dựng Chất thải nông nghiệp Vùng nông thôn, khu sản xuất nông nghiệp 11 1.4 Thành phần CTR - Thành phần CTR mô tả phần riêng biệt mà từ tạo nên dịng chất thải - Sự liên hệ thành phần thường biểu thị phần trăm khối lượng - Thành phần CTR có vai trị quan trọng việc lựa chọn: - Thiết bị xử lý - Quá trình xử lý - Hoạch định chương trình hệ thống quản lý 12 5/8/2016 1.4 Thành phần CTR STT THÀNH PHẦN % KHỐI LƯỢNG Chất hữu Thực phẩm thừa 9.0 Giấy 34.0 Giấy Cacton 6.0 Nhựa 7.0 Vải vụn 2.0 Cao su 0.5 Da 0.5 Rác vườn 18.5 Gỗ 2.0 Bảng 1.1: Thành phần CTR sinh hoạt Mỹ Chất vô cư Thủy tinh 8.0 Can thiếc 6.0 Nhôm 0.5 Kim loại khác 3.0 Bụi, tro 3.0 Nguồn: Intergrated solid waste management McGRAW-HILL 13 1993 1.4 Thành phần CTR Stt Thành phần Thực phẩm Khối lượng (%) 65 – 95 Giấy 0.05 – 25 Carton Vải 0.00 – 0.01 0.00 – 5.00 Túi nylon 1.50 – 17.0 10 11 12 13 14 15 16 Nhựa cứng Da Gỗ Cao su mềm Cao su cứng Lon đồ hộp Kim loại màu Sắt Thủy tinh Sành sứ Xà bần, tro 0.00 – 0.01 0.00 – 0.05 0.00 – 3.50 0.00 – 1.50 0.00 – 0.01 0.00 – 0.06 0.00 – 0.03 0.00 – 0.01 0.00 – 1.30 0.00 – 1.40 0.00 – 6.10 Bảng 1.2: Thành phần CTR sinh hoạt Tp.Hồ Chí Minh Nguồn: 14 CENTEMA, 1997 5/8/2016 1.4 Thành phần CTR Thành phần Chất hữu Thực phẩm Giấy Carton Plastic Vải Cao su Da Rác làm vườn 10 Gỗ Chất vô 11 Thủy tinh 12 Can thiếc (đồ hộp) 13 Nhôm 14 Kim loại khác 15 Bụi, tro, gạch Các quốc gia Các quốc gia thu nhập thu nhập thấp trung bình Các quốc gia thu nhập cao 40-85 20-65 6-30 1-10 8-30 20-45 1-5 1-5 1-5 2-6 2-10 1-4 1-5 1-10 1-10 1-10 4-12 - - 2-8 1-5 1-40 1-5 1-30 0-1 1-4 0-10 5-15 2-8 2-6 0-2 0-2 10-20 1-4 Bảng 1.3: Thành phần CTR sinh hoạt quốc gia có mức thu nhập khác (khơng tính phần vật liệu thu hồi) (1990) 15 Máy nghiền rác thực phẩm 16 5/8/2016 1.4 Thành phần CTR - Thành phần CTR phụ thuộc vào:  Mức sống dân cư  Trình độ sản xuất  Tài nguyên  Mùa vụ năm - Thành phần riêng biệt CTR thay đổi theo:  Vị trí địa lý, thời gian  Mùa năm  Điều kiện kinh tế 17 Phương pháp xác định thành phần rác thải đô thị trường Kỹ thuật “một phần tư” (quarter technique) 18 5/8/2016 1.5 Khối lượng CTR Tầm quan trọng việc xác định khối lượng CTR: - Hoạch định đánh giá kết chương trình thu hồi, tái chế, tuần hồn vật liệu - Thiết kế phương tiện, thiết bị vận chuyển xử lý CTR VD: - Việc thiết kế xe chuyên dùng để thu gom CTR phân loại nguồn - Kích thước phương tiện phụ thuộc vào khối lượng chất thải thu gom - Kích thước bãi rác phụ thuộc vào lượng CTR lại phải đổ bỏ sau tái sinh 19 1.5 Khối lượng CTR Các đơn vị thường sử dụng để biểu diễn khối lượng CTR: • Khu vực dân cư thương mại: kg/(người.ngày) • Khu vực công nghiệp: kg/tấn sản phẩm; kg/ca sản xuất • Khu vực nông nghiệp: kg/tấn sản phẩm thô 20 10 5/8/2016 8.3 Các yếu tố quan trọng thiết kế BCL c Địa chất cơng trình thủy văn - BCL nên đặt nơi tương đối cao, tránh lũ lụt - Nên chọn nơi có hàm lượng đất sét cao lớp đất vững - Không nằm khu vực có tài ngun khống sản - Cách xa khu vực có trữ nước ngầm lớn 8.3 Các yếu tố quan trọng thiết kế BCL d Các vấn đề kinh tế-xã hội e Các vấn đề môi trường liên quan: - Quá trình phân hủy CTR tạo nước rị rỉ khí - Nơi sinh sơi loại côn trùng, ruồi nhặng 207 5/8/2016 8.4 Các trình phân hủy CTR BCL CTR BCL chịu đồng thời lúc biến đổi sinh học, hóa học lý học Sinh học: - Liên quan đến phân hủy hiếu khí kỵ khí tạo sản phẩm khí gas lỏng Hóa học: - Sự oxy hóa hóa học vật liệu - Sự hồ tan, rị rỉ chất hữu vơ vào nước, nước rị rỉ di chuyển xuyên qua BCL Lý học: - Nén ép: đầm nén, trọng lượng lớp đất che phủ - Phân rã: nước xâm nhập hòa tan chất 208 5/8/2016 8.5 Cấu trúc BCL Cấu tạo BCL hồn chỉnh bao gồm: - Lớp lót đáy - Lớp phủ trung gian - Hệ thống thu gom nước rác - Ơ chơn lấp - Hệ thống thu gom khí - Lớp phủ bên - Các rảnh thu gom nước mưa 209 5/8/2016 Cấu tạo lớp lót đáy Rác Lớp đất bảo vệ dày 60cm Lớp sỏi thoát nước rò rỉ dày 30cm Lớp màng địa chất 1.5mm Lớp vải địa kỹ thuật Lớp đất sét nén dày 60cm Sơ đồ cấu tạo lớp lót đáy BCL 210 5/8/2016 Cấu tạo lớp lót đáy Mục đích lớp lót đáy: tránh nguồn nước rò rỉ xâm nhập vào MT đất nước ngầm -> lớp lót đảm bảo cách ly nước rỉ rác không thấm qua Các yêu cầu cần thiết: - Lớp vải kỹ thuật nhằm ngăn không cho cát sỏi nhỏ rơi vào ống thu gom -> tắc nghẽn hệ thống thu gom nước rỉ rác - Lớp sỏi cát nhằm lọc nước rỉ - Màng địa chất nhằm ngăn chặn nước thấm qua - Lớp sét tạo độ an toàn cho hệ thống thu gom (có độ nghiêng từ 1-2% để tập trung nước) 211 5/8/2016 Hệ thống thu gom nước rỉ rác Nước rỉ rác bao gồm: lượng nước sẵn có ban đầu rác thải, nước từ phản ứng hóa sinh xảy BCL, nước mưa thấm vào,… -> cần có hệ thống thu gom nước rác đặt phía hệ thống lớp lót đáy Các yêu cầu thiết kế: - Hệ thống đủ lớn để thu gom hết lượng nước phát sinh - Việc lắp đặt đảm bảo thu gom đọng lại, độ dốc tối thiểu 1% - Ống thu gom nhẵn, đường kính 15-20cm 212 5/8/2016 Hệ thống thu gom khí Rác thải BCL xảy hàng loạt phản ứng hóa sinh, làm phát sinh khí: CO2, CH4, NOx, SOx,… Do q trình phân hủy yếm khí diễn lấu, lượng khí CH4 sinh lớn -> cần có hệ thống thu hồi để tận dụng nguồn lượng Nếu chơn lấp kín tạo áp suất lớn -> gây hại đến BCL Nguồn: www.cleanair.com 213 5/8/2016 Hình 9.10: Sơ đồ cấu tạo giếng thu khí gas đứng Cấu tạo chơn lấp 214 5/8/2016 Hình 9.6: Cấu tạo ô chôn lấp Ống thu khí Lớp phủ bề mặt ` Lớp đất trồng cỏ Lớp cát thoát nước Lớp vải địa chất Lớp chống thấm HDPE 1mm Lớp đất (0,6m) Lớp rác thứ n (2m) Lớp rác Lớp phủ trung gian (0,2m) Lớp rác thứ n -1 đất phủ Lớp rác thứ (2m/lớp) Lớp đất bảo vệ (0,3m) Lớp đáy chống thấm            Lớp vải địa chất Lớp sỏi + đường ống (0,2m) Lớp cát (0,2m) Lớp vải địa chất Lớp chống thấm HDPE 1.5mm Lớp sét chống thấm (0,6m) 8.6 Sự hình thành nước rị rỉ khí gas 215 5/8/2016 Khối lượng phân tử KLR khí sinh ĐK chuẩn Loại khí Khơng khí Ammonia Carbon dioxide Carbon monoxide Hydrogen Hydrogen Sunfit Metan Nitrogen Oxygen Công thức NH3 CO2 CO H2 H2S CH4 N2 O2 Khối lượng phân tử 17.03 44.00 28.00 2.016 34.08 16.03 28.02 32.00 Khối lượng riêng (kg/m3) 1.2928 0.7708 1.9768 1.2501 0.0898 1.5392 0.7167 1.2507 1.4289 Nguồn: Intergrated solid waste management McGRAW-HILL 1993 216 5/8/2016 Sự hình thành khí gas BCL Trường hợp chung, q trình chuyển hóa kỵ khí hồn tồn phần hữu có CTRSH mơ tả sau: CaHbOcNd + ¼ (4a - b - 2c + 3d)H2O → 1/8 (4a + b - 2c - 3d) CH4 + 1/8 (4a - b + 2c + 3d) CO2 + dNH3 Sự hình thành khí gas BCL Chất hữu có CTR phân làm hai loại: 1) chất có khả phân hủy sinh học nhanh (3 tháng đến năm); 2) chất hữu có khả phân hủy sinh học chậm (5 đến 50 năm) Tỷ lệ chất hữu có khả phân hủy sinh học tuỳ thuộc nhiều vào hàm lượng lignin chất thải 217 5/8/2016 Thành phần khí sinh BCL suốt 48 tháng đầu sau ô chôn lấp rác hồn chỉnh Khoảng thời gian tính từ chơn lấp hoàn chỉnh (tháng) 0–3 3–6 – 12 12 – 18 18 – 24 24 – 30 30 – 36 36 – 42 42 – 48 Phần trăm trung bình theo thể tích, % N2 5.2 3.8 0.4 1.1 0.4 0.2 1.3 0.9 0.4 CO2 88 76 65 52 53 52 46 50 51 CH4 21 29 40 47 48 51 47 48 Nguồn: Intergrated solid waste management McGRAW-HILL 1993 Những thành phần hữu có khả phân hủy sinh nhanh chậm CTRSH Thành phần Phân hủy sinh học nhanh Thực phẩm thừa x Giấy báo x Giấy văn phòng x Giấy carton x Phân hủy sinh học chậm Vải x Cao su x Da x Rác vườn (lá cây, cỏ) Gỗ x x Nguồn: Intergrated solid waste management McGRAW-HILL 1993 218 5/8/2016 Sự hình thành nước rò rỉ BCL Nước rò rỉ BCL hình thành chủ yếu q trình: • Đầm nén: lượng nước tự chứa CTR tách q trình • Phân hủy sinh học: sản phẩm trình phân hủy sinh học (hiếu khí kị khí) thành phần hữu CTR nước • Nước bên ngồi: nước bên thấm vào BCL  Mực nước ngầm dâng lên vào chơn rác  Nước rỉ vào qua cạnh (vách) ô chôn lấp  Nước từ khu vực khác chảy qua thấm xuống chơn lấp  Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp CTR trước phủ đất trước ô chôn lấp đóng lại  Nước mưa rơi xuống khu vực chơn lấp CTR sau ô chôn lấp đầy (ơ chơn lấp đóng lại) Giá trị, mg/l BCL hoạt động năm Thành phần Khoảng Giá trị điển hình BCL hoạt động 10 năm BOD5 2.000 – 3.000 10.000 100 – 200 TOC (total organic carbon) COD 1.550 – 20.000 3.000 – 60.000 6.000 18.000 80 - 160 100 – 500 TSS (total suspended solids) 200 – 2.000 500 100 – 400 N hữu (organic nitrogen) N amoniac (amonia nitrogen) 10 – 800 10 – 800 200 200 80 – 120 20 – 40 NO3- (nitrat ) – 40 25 – 10 Phospho tổng (total phosphorus) – 100 Phospho Ortho - 80 30 20 – 10 4–8 Độ kiềm 1.000 – 10.000 3.000 200 – 1.000 pH Độ cứng 4.5 – 7.5 300 – 10.000 3.500 6,6 – 7.5 200 – 500 Ca 200 – 3.000 1.000 100 – 400 Mg K 50 – 1.500 200 – 1.000 250 300 50 – 200 50 – 400 Na 200 – 2.500 500 100 – 200 ClSO42- 200 – 3.000 50 – 1.000 500 300 100 – 400 20 – 50 Fe tổng 50 – 1.200 60 20 - 200 219 5/8/2016 Dự đốn khối lượng nước rác Phương trình cân nước SSW = WSW + W TS + WCM + WA(R) – WLG – WWV – W E – WB(L) Trong đó: - SSW : lượng nước tích trữ rác BCL (kg/m3) - WSW : độ ẩm ban đầu rác thải (kg/m3) - WTS : độ ẩm ban đầu bùn từ trạm xử lý (kg/m3) - WCM : độ ẩm ban đầu vật liệu phủ (kg/m3) - WA(R) : lượng nước thấm từ phía – nước mưa (kg/m3) - WLG : lượng nước thất qt hình thành khí thải (kg/m3) - WWV : lượng nước thất bay theo khí thải (kg/m3) - WE : lượng nước thất thoát qt hóa bề mặt (kg/m3) - WB(L) : lượng nước từ đáy BCL (kg/m3) 220 5/8/2016 Tính tốn nước rị rỉ Trên sở phương trình cân nước, số liệu lượng mưa, độ ẩm rác trước sau nén, tính sơ lượng nước rị rỉ theo mơ hình di chuyển chiều nước xuyên qua rác nén đất sau C = M(W2 – W1) + P(1 – R) - EA (m3/ngày) = 35%M + (0.85P – E) A Trong đó: M: khối lượng rác sinh hoạt trung bình ngày tấn/ngày (cuối giai đoạn thiết kế) W1:độ ẩm rác sau nén = 25% W2:độ ẩm rác trước nén = 60% P: lượng mưa ngày lớn tháng , m/ngày R: hệ số thoát nước bề mặt, R = 0.15 E: lượng bốc hơi, m/ngày A: diện tích cơng tác ngày lấy cuối giai đoạn thiết kế, m2/ngày 221 ... lai; 25% thải bỏ chất thải rắn, 50% lại hỗn hợp loại chất thải số có 35% dùng để tái chế, phần lại xem CTR đem thải bỏ • Thiết lập sơ đồ cân vật liệu dựa vào kiện • Xác định lượng chất thải phát... tế chất thải? ??, NXB Giáo dục, 2006 21 5/8/2016 1.6 Tính chất chất thải rắn 1.6.1 Tính chất vật lý - Khối lượng riêng - Độ ẩm - Kích thư? ??c hạt - Khả giữ ẩm thực địa - Độ thấm 43 1.6.1 Tính chất. ..5/8/2016 Chủ đề 1: Giới thiệu chất thải rắn 5/8/2016 1.1 Định nghĩa Chất thải rắn (CTR): tất chất thải dạng rắn, phát sinh hoạt động người sinh vật, thải bỏ chúng khơng cịn hữu ích hay