GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC bách khoa hà nội - - Luận văn thạc sĩ khoa học Khảo sát, đánh giá trạng bÃi chôn lấp yếm khí chất thải rắn Tân Cương - Thái Nguyên; đề xuất & thiết kế ô chôn lấp bán hiếu khí để cải thiện hiệu chôn lấp chất thải rắn Ngành: Kỹ thuật môi trường Mà số: 60-85-06 Họ tên: Hoàng Lê Phương Người hướng dẫn khoa học: TS Tưởng Thị Hội Hà Nội, 2006 Mục lục Mở đầu Chương I Tổng quan quản lý chôn lấp chất thải rắn I.1 Khái niệm chất thải rắn nguồn gốc phát sinh I.1.1 Kh¸i niƯm chất thải rắn I.1.2 Nguån gèc ph¸t sinh I.2 Tác động chất thải rắn đến môi trường I.3 Qu¶n lý xử lý chất thải rắn I.3.1 Thu gom vận chuyển chất thải rắn I.3.2 Thu håi t¸i chÕ chÊt thải rắn I.3.3 Xử lý chất thải rắn I.4 Chôn lấp chất thải rắn 12 I.4.1 C¸c loại bÃi chôn lấp 13 I.4.2 Xư lý níc rác khí bÃi rác 16 Chương II Khảo sát đánh giá trạng bÃi chôn lấp chất thải rắn Tân Cương Thái Nguyên 24 II.1 Hiện trạng quản lý chất thải rắn thành phố Thái Nguyên 24 II.1.1 Các quan chình tham gia vào trình quản lý chất thải rắn thành phố Thái Nguyên 24 II.1.2 Nguån vµ khối lượng chất thải rắn phát sinh 25 II.1.3 HiƯn tr¹ng thu gom vËn chuyển chất thải rắn 26 II.1.4 Hiện trạng xử lý chất thải rắn 29 II.2 Đặc điểm môi trường, địa hình bÃi chôn lấp chất thải rắn Tân Cương Thái Nguyên 29 II.3 Hiện trạngkhu xử lý chất thải rắn Tân Cương -Thái Nguyên 32 II.3.1 Hiện trạng hoạt ®éng 32 II.3.2 Hiện trạng môi trường không khí 36 II.3.3 HiÖn trạng môi trường nước 50 Chương III Đề xuất biện pháp chôn lấp nhằm giảm thiểu tác động có hại 82 III.1 Đặc điểm phương pháp chô lấp bán hiếu khí 82 III.1.1 Đặc điểm hình thành khÝ r¸c 82 III.1.2 Đặc điểm nước rác 83 III.1.3 Đặc điểm cÊu tróc 84 III.2 Tính toán thiết kế ô chôn lÊp sè theo kiĨu b¸n hiÕu khÝ 85 III.2.1 TÝnh to¸n hƯ thèng thu gom khÝ gas 85 III.2.2 Tính toán hệ thống thu nước mưa quanh b·i r¸c 87 III.2.3 HƯ thèng chống thấm đáy thành bÃi, lớp phủ 90 III.2.4 HƯ thèng thu gom níc r¸c 94 III.3 Tính toán kinh tế xấy dựng ô chôn lÊp sè theo kiĨu b¸n hiÕu khÝ 111 Kết luận kiến nghị 113 Tµi liƯu tham kh¶o 115 Phô lôc 117 Danh mơc h×nh vÏ Ký hiƯu Néi dung H×nh 1.1 H×nh 1.2 H×nh 1.3 H×nh 1.4 H×nh 1.5 H×nh 1.6 H×nh 1.7 H×nh 1.8 H×nh 1.9 H×nh 1.10 H×nh 1.11 H×nh 2.1 H×nh 2.2 H×nh 2.3 H×nh 2.4 H×nh 2.5 H×nh 2.6 H×nh 2.7 H×nh 2.8 H×nh 2.9 H×nh 2.10 H×nh 2.11 H×nh 3.1 H×nh 3.2 H×nh 3.3 H×nh 3.4 Hình 3.5 Dòng nguyên liệu phát sinh chất thải rắn Tác động chất thải rắn tới môi trường người Những hợp phần chức hệ thống quản lý chất thải rắn Cấu tạo ô chôn lấp 12 Cấu tạo lớp lót đáy ô chôn lấp 13 Cấu trúc loại bÃi chôn lấp 15 Cấu tạo ống thu khí theo kiểu bị động 17 Sơ đồ hệ thống thu khí theo kiểu chủ động 17 Sơ đồ hệ thống sử dụng khí bÃi rác để phát điện 18 Hệ thống thu khí bÃi rác để phát điện bÃi rác Vancouver Mỹ 19 Hệ thống thu gom nước rác 20 Toàn cảnh ô chôn lấp số 30 Cấu tạo địa tầng bÃi chôn lấp chất thải rắn Tân Cương-Thái Nguyên 30 Cấu tạo mương thu gom nước rác 33 Mặt bÃi chôn lấp chất thải rắn Tân Cương-Thái Nguyên 35 Hệ thống mương thu nước mưa quanh ô số 33 Vận hành ô chôn lấp số 36 Các giai đoạn hình thành khí bÃi rác 38 Đồ thị biểu diễn tốc độ tạo khí ô chôn lÊp 40 Tèc ®é sinh khÝ theo thêi gian ®èi với thành phần rác phân huỷ nhanh 44 Tốc độ sinh khí theo thời gian thành phần rác phân huỷ chậm 46 Sơ đồ cân nước b·i ch«n lÊp 52 CÊu tróc « ch«n lÊp m khí bán hiếu khí 84 Cấu tạo giếng thu khí gas 86 Mặt cắt mương thu nước mưa ô số 89 Cấu tạo lớp chông thấm đáy bÃi thành bÃi 90 Đồ thị biểu diễn tốc độ sinh khí theo thời gian thành phần rác phân huỷ nhanh 97 Đồ thị biểu diễn tốc độ sinh khí theo thời gian thành phần rác ph©n hủ chËm 98 KÕt cÊu èng thu gom níc rác 100 Cấu tạo mương thu nước rác 109 Mặt hệ thống thu nước rác ô chôn lấp số 110 H×nh 3.6 H×nh 3.7 H×nh 3.8 H×nh 3.9 Trang Danh mục đồ thị Ký hiệu Nội dung Đồ thị 1.1 Đồ thị 1.2 Đồ thị 1.3 Xu hướng gia tăng chất thải rắn sinh hoạt số nơi giới Tỉ lệ tái chế sản phẩm bao bì nước châu Âu Tỉ lệ áp dụng phương pháp xử lý rác thải đô thị tịa số quốc gia giới 10 Tốc độ phát sinh chất thải rắn thành phố Thái Nguyên từ năm 2000-2004 26 Thành phần chất thải rắn sinh hoạt thành phố Thái Nguyên 26 Tổng lượng khí phát sinh ô chôn lấp 47 Sự tạo thành khí CO khí CH ô chôn lấp bán hiếu khí ô chôn lấp yếm khí 83 Sự thay đổi thành phần BOD nước rác loại ô chôn lấp 84 Đồ thị 2.1 Đồ thị 2.2 Đồ thị 2.3 §å thÞ 3.1 §å thÞ 3.2 Trang R R R R Danh mơc b¶ng biĨu Ký hiƯu Néi dung Trang Bảng 1.1 Bảng 1.2 Lượng chất thải phát sinh Việt Nam năm 2003 Lượng chất thải rắn sinh hoạt đô thị miền bắc từ năm 2000-2004 B¶ng 2.1 B¶ng 2.2 B¶ng 2.3 B¶ng 2.4 B¶ng 2.5 B¶ng 2.6 B¶ng 2.7 B¶ng 2.8 B¶ng 2.9 B¶ng 2.10 Bảng 2.11 Bảng 2.12 Bảng 2.13 Thành phần loại khí bÃi rác Đặc tính rác hữu thành phố Thái Nguyên Thành phần hoá học rác thải đô thị Khối lượng thành phần rác thải Thành phần nước rác Lượng nước mưa, nước bay nước ngấm qua bÃi rác Lượng nước xâm nhập vào bÃi rác thời gian đóng cửa bÃi rác Lượng nước rác sinh ô chôn lấp Chất lượng nước qua giai đoạn xử lý Chất lượng nứơc mặt khu vực xung quanh bÃi rác Đá Mài tháng 1/2006 Chất lượng nứơc mặt khu vực xung quanh bÃi rác Đá Mài tháng 7/2006 Chất lượng nứơc ngầm xung quanh bÃi rác Đá Mài tháng 7/2006 Chất lượng nứơc ngầm xung quanh bÃi rác Đá Mài tháng 1/2006 37 41 41 42 51 57 59 70 75 76 77 79 79 B¶ng 3.1 B¶ng 3.2 Bảng 3.3 Nồng độ số chất ô nhiễm xung quanh bÃi rác 94 Khối lượng thành phần rác thải 94 Tổng kinh phí đầu tư cho xây dựng ô chôn lấp số theo phương pháp bán hiếu khí 111 Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường Mở đầu Phương pháp xử lý chất thải nước ta chủ yếu chôn lấp, song bÃi chôn lấp hầu hết bÃi rác hở tự nhiên, khảo sát, thiết kế Các bÃi rác kiểu đà gây ô nhiễm môi trường nước không khí xung quanh làm ảnh hưởng đến sức khoẻ người dân vùng Hiện số nơi đà đầu tư xây dựng bÃi chôn lấp hợp vệ sinh, loại bÃi chôn lấp đà giảm thiểu tác động có hại tới môi trường, nhiên nhiều bất cập khâu thiết kế vận hành, khâu xử lý nước rác gặp nhiều khó khăn BÃi chôn lấp chất thải rắn Tân Cương - Thái Nguyên bÃi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh Hiện có ô chôn lấp số hoạt động 4,5 năm nhiên đà có nhiều bất cập khâu thiết kế khâu xử lý nước rác Trong tương lai ô lại vào hoạt động khâu thiết kế khâu xử lý nước rác không cải tạo nâng cấp bÃi chôn lấp chất thải rắn Tân Cương - Thái Nguyên gây ô nhiễm môi trường xung quanh nghiêm trọng Để cải thiện tình trạng cần phải xác định tác động đến môi trường bÃi chôn lấp từ đưa giải pháp khắc phục Xuất phát từ mục đích luận văn sâu nghiên cứu đánh giá tình trạng ô nhiễm bÃi chôn lấp chất thải rắn Tân Cương - Thái Nguyên gây đề xuất biện pháp chôn lấp bán hiếu khí nhằm giảm thiểu tác động có hại Nội dung luận văn gồm chương, phần cuối kết luận kiến nghị: Chương I: Tổng quan quản lý chôn lấp chất thải rắn Chương II: Khảo sát đánh giá trạng bÃi chôn lấp chất thải rắn T ân Cương - Thái Nguyên Chương III: Đề xuất biện pháp chôn lấp nhằm làm giảm thiểu tác động có hại Kết luận kiến nghị Đây đề tài mang tính thực tiễn, kết đề tài giúp cho nhà quản lý nắm vấn đề sâu có định phù hợp để cải tạo bÃi rác cũ thiết kế bÃi rác theo phương pháp bán hiếu khí nhằm giảm thiểu tác động tới môi trường sức khoẻ cộng đồng khu vực xung quanh bÃi rác gây Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường Chương I tổng quan quản lý chôn lấp chất thải rắn I.1 Khái niệm chất thải rắn nguồn phát sinh I.1.1 Khái niệm chất thải rắn Theo quan niệm mới: Chất thải rắn đô thị (gọi chung rác thải đô thị) định nghĩa: vật chất mà người tạo ban đầu vứt bỏ khu vực đô thị mà không đòi hỏi bồi thường cho vứt bỏ Thêm vào chất thải coi chất thải rắn đô thị chúng xà hội nhìn nhận thứ mà thành phố phải có trách nhiệm thu gom tiêu huỷ [2] I.1.2 Nguồn gốc phát sinh Chất thải rắn phát sinh tất công đoạn trình sản xuất tiêu dùng sản phẩm nguyên liệu thô Hình 1.1 : Dòng nguyên liệu phát sinh chất thải rắn [20] Sự phát sinh chất thải rắn ngày gia tăng gắn liền với gia tăng dân số, mức tăng trưởng kinh tế, mức thu nhập đời sống người dân, trình công nghiệp hoá, đô thị hoá Người ta dự đoán gia tăng chất thải rắn sinh hoạt số nước sau: Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường Đồ thị 1.1 Xu hướng gia tăng chất thải rắn sinh hoạt số nơi giới [24] Qua đồ thị ta thấy lượng chất thải rắn ngày gia tăng Đặc biệt nước phát triển lượng chất thải rắn lớn nước Bắc Mỹ, Tây Âu, nước phát triển lượng chất thải rắn Tỉ lệ phát sinh chất thải rắn phụ thuộc chủ yếu vào thói quen sinh hoạt, mức sống thu nhập người dân, trình đô thị hoá, công nghiệp hoá nơi nước phát triển, người dân có thu nhập cao tỉ lệ chất thải rắn phát sinh lớn nước Tây Âu, Hoa Kỳ, nước có công nghiệp phát triển nước phát triển tỉ lệ chất thải rắn phát sinh thấp nhiều so với nước phát triển VÝ dơ nh ë Mü tØ lƯ ph¸t sinh cã thể lên đến 2,5kg/người/ngày cao gấp 6,25 lần so với vùng Tây Nam châu (0,4kg/người/ngày) Việt Nam hàng năm lượng chất thải rắn phát sinh khoảng 15 triệu năm, chất thải sinh hoạt từ hộ gia đình, nhà hàng, khu chợ kinh doanh chiếm 80% tổng lượng chất thải phát sinh nước Lượng lại phát sinh từ sở công nghiệp, y tế Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường Bảng 1.1 Lượng chất thải phát sinh Việt Nam năm 2003 [14] Các loại chất thải rắn Toàn quốc Tổng lượng phát sinh chất thải sinh hoạt 12.800.000 Đô thị Nông thôn 6.400.000 6.400.000 (tấn/năm) Chất thải nguy hại từ công nghiệp 128.400 125.000 2.400 (tấn/năm) Chất thải không nguy hại từ công nghiệp 2.510.000 1.740.000 770.000 (tấn/năm) Chất thải y tế lây nhiễm (tấn/năm) 21.000 - - Tỷ lệ thu gom trung b×nh (%) - 71 20 Tû lƯ phát sinh chất thải đô thị trung bình - 0,8 0,3 theo đầu người (kg/người/ngày) Nguồn: Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam 2004 - chất thải rắn Nhìn chung chất thải đô thị chia thành loại: chất thải sinh hoạt, chất thải bệnh viện, chất thải xây dựng, chất thải công nghiệp chất thải nông nghiệp Phần trăm loại chất thải phụ thuộc vào khu vực đặc điểm kinh tế nơi + Chất thải sinh hoạt: Là chất thải liên quan đến hoạt động sinh hoạt người, nguồn tạo thành chủ yếu từ khu dân cư, quan, trường học, trung tâm dịch vụ thương mại Các thành phố nguồn phát sinh chất thải sinh hoạt Việt Nam Các khu đô thị dân số chiếm 24% dân số nước lại phát sinh triệu chất thải năm chất thải rắn sinh hoạt chiếm 60 ữ 70%, số đô thị 90% chất thải rắn sinh hoạt Theo số liệu thống kê đến năm 2004 lượng chất thải rắn sinh hoạt bình quân 0,9 ữ 1,2 kg/người/ngày thành phố lớn, 0,5 ữ 0,65kg/người/ngày đô thị nhỏ Theo kết nghiên cứu xây dựng năm 2005 cho thấy tổng lượng chất thải sinh hoạt phát sinh từ đô thị có xu hướng tăng trung bình từ 10 ữ 16% năm Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường Bảng 1.2 Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt đô thị miền Bắc từ năm 2000ữ2004 [14] Năm Hà nội Hải phòng Nam Định Thái Nguyên Lào Cai PS TG PS TG PS TG PS TG PS TG 2000 1478 1075 667 504 165 110 106 55 76 46 2001 1656 1250 732 556 170 112 112 59 80 48 2002 1800 1440 785 572 177 124 116 64 84 54 2003 2154 1640 810 585 155 124 120 69 88 58 2004 2540 2080 920 690 160 127 132 76 88 58 Trung b×nh 1926 1497 783 581 165 119 117 65 83 53 Tû lÖ TG (%) 80 70 70 60 60 Qua bảng cho thấy lượng chất thải rắn phát sinh hàng năm đô thị lớn Hà Nội tăng nhanh số đô thị nhỏ Thái Nguyên, Nam Định Lào Cai tăng không nhiều tốc độ đô thị hoá chậm Thành phần chất thải rắn sinh hoạt gồm: kim loại, sành sứ, thuỷ tinh, gạch ngói vỡ, đất đá, cao su, chất dẻo, thực phẩm dư thừa hạn sử dụng, xương động vật, tre, gỗ, lông gà lông vịt, vải, giấy, rơm rạ, xác động vật, vỏ rau v.v Tỉ lệ thành phần không ổn định phụ thuộc vào vị trí địa lý, mức sống người dân, nguồn lượng thời tiết Nhìn chung nước thu nhập thấp thành phần chất hữu chiếm khoảng 40 ữ 65% tổng lượng chất thải + Chất thải công nghiệp: Là chất thải phát sinh từ hoạt động sản xt c«ng nghiƯp, tiĨu thđ c«ng nghiƯp tËp trung chđ yếu vùng kinh tế trọng điểm, khu công nghiệp tập trung đô thị phát triển Số lượng thành phần chất thải rắn công nghiệp phụ thuộc vào quy mô, ngành nghề tính chất sản xuất nhà máy xí nghiệp thành phố Cho đến chất thải rắn công nghiệp đô thị nước ta chưa thu gom xử lý riêng, chưa tiến hành kiểm kê đăng ký chất thải công nghiệp nguy hại cha cã sè liƯu thĨ vỊ khèi lỵng 106 Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường Thay số vào ta có: Re h = 0,307 P tl , không khí hoàn toàn vào ô chôn lấp qua hệ thống R R R R thu gom nước rác đảm bảo 40% lượng rác (lượng rác có khả phân huỷ sinh häc) ph©n hủ hiÕu khÝ VËy hƯ thèng èng thu gom nước rác ta đà chọn hoàn toàn cho không khí vào đối lưu tự nhiên Tính độ dốc hệ thống thu nước rác Để đảm bảo cho việc cung cấp khí, nước rác sau hình thành phải đưa khái « ch«n lÊp qua hƯ thèng èng thu gom nước rác Lượng mưa trung bình tháng mùa mưa: q = 150,25l/s.ha, Hệ số dòng chảy: = 0,7 (30% lượng nước mưa giữ lại rác) DiƯn tÝch « ch«n lÊp F = 1,26ha ⇒ lu lỵng níc ma Q = qxFxϕ = 150,25x1,26x0,7=132,5l/s = 0,1325m /s P èng cã ®êng kÝnh D = 650mm, nước rác chảy với độ dày 15% Lưu lượng chảy qua ống thu gom tính theo công thức: Q = vxω Víi v = Cx rtl xi (*) Trong đó: C: Hệ số sedi xác định theo công thức C = ω: TiÕt diƯn ít cđa èng(m ) P P v: Tốc độ dòng chảy (m/s) r tl : B¸n kÝnh thủ lùc (m) R R χ: Chu vi ít cđa èng n: HƯ sè nh¸m (víi èng nhùa n = 0,013) 1 xrtl (**) n P 109 Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường i: Độ dốc thuỷ lực Tiết diƯn ít cđa èng ω = 0,15.3,14.0,65 /4 = 0,049m P P P P ⇒ vËn tèc trung bình dòng chảy ống v = Q/ = 0,1325/0,049 = 2,7m/s Nước rác chảy với độ dày 15% ⇒ r tl = 0,15x0,65 = 0,0975m R R Thay số vào công thức (**) ta có : C = 52,14 Thay giá trị C, v, r tl vào công thức (*) ta có: 2,7 = 52,14 ì 0,0975.i R R i = 0,03 ống nhánh có đường kính D = 300mm, nước rác chảy với độ dày 50% Tương tự ta tính tiết diện ít cđa èng ω = 0,5.3,14.0,3 /4 = 0,035m P P P P vận tốc dòng chảy èng v = Q/ω = 0,1325/0,035 = 3,79m/s Víi r tl = 0,5x0,3= 0,15m R R Thay vào công thøc (**) ta cã : C = 56,04 Thay c¸c giá trị C, v, r tl vào công thức (*) ta cã: 3,79 = 56,04 x 0,15 xi R R ⇒ i = 0,03 VËy hƯ thèng thu gom níc rác gồm ống đường kính D = 650mm, chiều dài L = 156m, đánh dốc với độ dốc i = 3% Các ống phụ đường kính D = 300mm, tổng chiều dài L = 220m, đánh dốc với độ dốc i = 3% Các ống đặt mương đáy rộng 1m, ống có lớp cát đệm, ống rải lớp sỏi Mương chống thấm màng địa chất lớp đất sét dày 0,3m Hình 3.8 Cấu tạo mương thu nước rác Tính kiểm tra sù tho¸t níc cđa hƯ thèng thu níc r¸c: 110 Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường Tính với trận mưa có cường độ lớn thời gian khoảng 10 phút lượng nước mưa q = 434,4l/s.ha Vậy lượng nước mưa vào ống thu nước rác 10 phút (kể lượng nước mưa ô số chảy qua): Q = 434,4x10x60x(1,26+1,75)x0,7 = 549168,48l = 549,168m P P Theo tính toán ống có độ dốc 3%, giả thiết lúc nước mưa ống với ®é dµy 50% ⇒ TiÕt diƯn ít cđa èng ω = 0,166m P P B¸n kÝnh thủ lùc r tl = 0,325m R R Thay vào công thức (**) C = 63,76 Thay số vào công thức (*) vËn tèc níc ®i èng v = 5,14m/s ⇒ lưu lượng nước mưa ống Q = 5,14x0,166 = 0,8533m /s P thời gian để thoát hÕt lỵng níc ma t = P 549,168 = 11 0,8533x60 Nh vËy víi trËn ma lín nhÊt khoảng 10 phút thời gian để thoát hết lượng nước đường ống 11 phút Vậy hệ thống thoát nước mưa tương đối tốt Hình 3.9 Mặt hệ thống thu nước rác ô chôn lấp số 111 Luận văn tốt nghiệp cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường III.3 Tính toán kinh tế xây dựng ô chôn lấp số theo kiểu bán hiếu khí Bảng 3.3 Tổng hợp kinh phí đầu tư cho xây dựng ô chôn lấp số theo phương pháp bán hiếu khí TT Tên công việc Đ.vị Khối lượng Đơn giá (đ) Tổng tiền (đ) Đào đất làm bÃi chứa, máy đào 0,8m ôtô tÊn, P P m3 65.000 20.000 1.300.000.000 m3 5.670 48.000 272.160.000 m3 2.835 200.000 5.670.000 M2 27.720 35.000 970.200.000 Bao 9.500 4.000 38.000.000 m3 24.000 8.000 192.000.000 m 42 420.000 17.640.000 m 362 65.000 23.530.000 m 48 80.000 38.400.000 m 156 500.000 78.000.000 m 225 30.000 6.750.000 P cù ly