II. Xác định lượng khí hình thành trong bãi chôn lấp
2. Xác định lượng khí hình thành từ phân hủy nhanh(PHN) và phân hủy chậm (PHC)
2.1 Phân hủy nhanh:
Phương trình phân hủy tạo khí:
CaHbOcNd + (4a-b-2c+3d)/4 H2O→(4a+b-2c-3d)/8 CH4 + + (4a-b+2c+3d)/8 CO2 + dNH3
Vậy ta có phương trình phân hủy tạo khí của chất phân hủy nhanh:
C40H65O27N + 11H2O 21 CH4 + 19CO2 + NH3 991 198 336 836 17 1 (kg) X(kg ) Y(kg) Z(kg) X = 1 x 336/ 991 = 0,34 (kg) Y = 1 x 836/ 991 = 0,84 (kg) Z = 1x 17/991 = 0,017 (kg)
- Khối lượng riêng của CH4 là 0,7167 kg/m3
Suy ra thể tích khí CH4 sinh ra khi chôn lấp 1 kg CTR phân hủy nhanh là: V1 = mCH4 / p = 0,34 / 0,7167 = 0,47 (m3)
- Khối lượng riêng của CO2 là 1,9768 kg/m3
Thể tích khí CO2 sinh ra khi chôn lấp 1 kg CTR phân hủy nhanh là: V2 = mCO2 / p = 0,84 / 1,9768 = 0,43 (m3)
- Thể tích khí sinh ra khi phân hủy 1 tấn chất thải rắn PHN theo trạng thái khô là: VPHN khô= ( V1 + V2 )1000 = ( 0,47 + 0,43 ) x1000 = 900 (m3/tấn)
- Thể tích khí sinh ra khi phân hủy 1 tấn chất thải rắn PHN là:
Xác định sự biến thiên khí theo thời gian
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, độ ẩm cao, mưa nhiều, độ ẩm rác thải cao (30-60%) do vậy tốc độ phân hủy của CTR sau khi chôn lấp khá nhanh. Giả thiết phần hữu cơ sinh học nhanh phân hủy trong 5 năm, phần hữu cơ sinh học chậm phân hủy trong 20 năm.
Sử dụng mô hình tam giác đối với phân hủy nhanh trong 5 năm ta có:
Áp dụng công thức: ∑t.g phân hủy . Tốc độ sinh khí max Tổng lượng khí sinh ra = 2
2 . Tổng lượng khí sinh ra Tốc độ sinh khí max = Tổng t.g phân hủy
Tốc độ phát sinh khí cực đại ( cuối năm 1)
h = 2 . 1093,47/ 5 = 437,39 ( m3/tấn/năm) h 3/4h 2/4h 1/4h 0 1 2 3 4 5
Thời gian (năm)
( m 3 /năm ) T ốc độ ph át si nh khí
Tổng lượng khí sinh ra trong năm thứ 1 : x1 = ½ . h = ½ . 437,39 = 218,69 (m3/tấn) Tốc độ phát sinh khí cuối năm thứ 2 :
h1 =¾ . h = ¾ . 437,39 =328,04 (m3/tấn/năm) Tổng lượng khí sinh ra trong năm thứ 2 là:
x2 = ½ . (h + h1) = ½ . (437,39 + 328,04) = 382,71 (m3/tấn) Tốc độ phát sinh khí cuối năm thứ 3 là:
h2 = ½ . h = ½ . 437,39 = 218,69 (m3/tấn/năm) Tổng lượng khí sinh ra trong năm thứ 3 là:
x3 = ½ . (h1 + h2) = ½ . (328,04 +218,69 ) = 273,37 (m3/tấn) Tốc độ phát sinh khí cuối năm thứ 4 là:
h3 = ¼ . h = ¼ . 437,39 = 109,35 (m3/tấn/năm) Tổng lượng khí sinh ra trong năm thứ 4 là:
x4 = ½ . (h2 + h3) = ½ . (218,69 + 109,35) = 164,02 (m3/tấn)_ Tốc độ phát sinh khí cuối năm thứ 5 là :
h4 = 0.0 (m3/tấn/năm)
Tổng lượng khí sinh ra trong năm thứ 5:
x5 = ½ . (h3+ h4) = ½ . (109,35 + 0 ) = 54,67 (m3/tấn)
Bảng 23. Tốc độ phát sinh khí và tổng lượng khí sinh ra của 1 tấn chất thải rắn phân hủy nhanh trong từng năm:
Bảng 23: Tốc độ phát sinh khí và tổng lượng khí sinh ra của 1 tấn chất PHN
Cuối năm
Tốc độ phát sinh khí
(m3/tấn/năm) Tổng lượng khí sinh ra (m3/tấn)
2 3/4h 328,04 x2 = ½ . (h + h1) 382,71
3 1/2h 218,69 x3 = ½ . (h1 + h2) 273,37
4 1/4h 109,35 x4 = ½ . (h2 + h3) 164,02
5 0 0 x5 = ½ . ( h3 + h4) 54,67
TỔNG 1093,47 1093,47
Trong chất hữu cơ phân hủy sinh học nhanh chỉ có 75% là có khả năng phân hủy sinh học (vì có những chất hữu cơ chứa trong túi nhựa hoặc quá khô nên không phân hủy sinh học).
Tổng khối lượng CTR PHN chôn lấp tạo thành khí:
MPHN sinh khí = 75% x Mtb PHN =75% x 880475,70 = 660356,78 (tấn) Khối lượng CTR PHN trung bình tính cho 1 năm:
mPHN TB = MPHN sinh khí / N = 660356,78 / 18 = 36686,49 (tấn)
Tốc độ phát sinh khí vào năm thứ 1 do thành phần hữu cơ phân hủy sinh học nhanh: H1= mPHN x h1 = 36686,49 x 437,39= 16046229,38 (m3/tấn.năm)
Tổng lượng khí sinh ra vào năm thứ 1 do thành phần hữu cơ phân hủy sinh học nhanh: X1= mPHN . x1 = 36686,49 x 218,69= 8023114,69 (m3/tấn)
Tương tự tính cho các năm còn lại:
Bảng 24: Tốc độ phát sinh khí và tổng lượng khí sinh ra của 880475,70 tấn chất PHN
Cuối năm KL rác trung bình cho 1 năm Tốc độ phát sinh khí (m3/tấn.năm) Tổng lượng khí sinh ra ( m3/tấn) 1 36686,49 16046229,38 8023114,69 2 36686,49 12034672,04 14040450,71
3 36686,49 8023114,69 10028893,36 4 36686,49 4011557,35 6017336,02 5 36686,49 0 2005778,67 TỔNG 40115573,45 2.2 Phân hủy chậm: C50H100O29N + 45/4 H2O 239/8 CH4 + 161/8CO2 + NH3 1130 478 885,5 17 1 kg a b c a = 478/1130 = 0,42 (kg) b = 885,5/1130= 0,78 (kg)
Thể tích khí CH4 sinh ra khi chôn lấp 1 kg CTR phân hủy chậm là: V2 = 0,42/0,7167 = 0,59 (m3)
Thể tích khí CO2 sinh ra khi chôn lấp 1 kg CTR phân hủy chậm là: V2’ = 0,78 /1,9768 = 0,39 (m3).
Thể tích khí sinh ra khi phân hủy 1 tấn CTR khô PHC là:
V khô PHC = (V2 + V2’) x 1000 = (0,59 + 0,39) x 1000 = 980 (m3/tấn) Thể tích khí sinh ra khi phân hủy 1 tấn CTR PHC là:
V =VPHC khô.(mkhô PHN/m ướt PHN ) = 980.( 156631,99/10194,98) = 150556,37 (m3/tấn)
• Chất hữu cơ phân hủy chậm trong 20 năm:
1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 nam m3/nam 2 5h 3 5h 4 5h h 14 15h13 15h 4 5h 11 15h 2 3h 9 15h 8 15h 7 15h 6 15h 1 3h 4 15h 3 15h 2 15h 1 15h 1 5h
Áp dụng công thức: 2. tổng lượng khí sinh ra Tốc độ sinh khí max =
Tổng thời gian phân hủy
Tổng lượng khí sinh ra của rác phân hủy chậm, m3/tấn:
= 1/2× Thời gian phân hủy (năm) × Tốc độ phát sinh khí cực đại (m3/tấn.năm) Tốc độ sinh khí cực đại của rác phân hủy chậm (cuối năm 5)
h’max = h’5 = 2 . 150556,37/ 20 = 15055,64 (m3/tấn.năm) Tốc độ phát sinh khí cuối năm 1 là:
h’1 = h’5/5 = 3011,13 (m3/tấn.năm) Tổng lượng khí sinh ra trong năm thứ 1: x’1 = h’1/2 = 3011,13 / 2 = 1505,56 ( m3/tấn)
Bảng 25: Tốc độ phát sinh và tổng lượng khí sinh ra của 1 tấn chất PHC
Cuối năm h(m3/tấn/năm) x (m3/tấn)
Cuối năm h(m3/tấn/năm) x (m3/tấn)
1 3011,13 1505,56 11 9033,38 9535,24 2 6022,25 4516,69 12 8029,67 8531,53 3 9033,38 7527,82 13 7025,96 7527,82 4 12044,51 10538,95 14 6022,25 6524,11 5 15055,64 13550,07 15 5018,55 5520,40 6 14051,93 14553,78 16 4014,84 4516,69 7 13048,22 13550,07 17 3011,13 3512,98 8 12044,51 12546,36 18 2007,42 2509,27 9 11040,80 11542,66 19 1003,71 1505,56 10 10037,09 10538,95 20 0,00 501,85
Tổng lượng CTR phân hủy sinh học chậm sinh khí là: MPHC sinh khí =MPHC*50% =166826,97*50% = 83413,49 (tấn) Khối lượng chất thải phân hủy chậm trung bình trong một năm: 83413,49 / 18 = 4634,08 (tấn)
Vậy tốc độ phát sinh khí và tổng lượng khí sinh ra trong 4634,08 tấn rác là: Tốc độ phát sinh khí cuối năm thứ 1 :
H1 = 4634,08 *3011,13= 90828,02 (m3/tấn.năm) Tổng lượng khí sinh ra trong năm thứ 1:
X1 =1505,56* 4634,08 = 45413,98 (m3/tấn)
Tương tự tính cho những năm còn lại ta có bảng kết quả sau:
Bảng 26 :Tốc độ phát sinh khí và tổng lượng khí sinh ra của 166826,97 tấn chất PHN
năm TB (m3/tấn/năm) năm (m3/tấn/năm) 1 4634,08 13953813,17 6976906,59 11 41861439,52 44187075,05 2 27907626,35 20930719,76 12 37210168,46 39535803,99 3 41861439,52 34884532,93 13 32558897,40 34884532,93 4 55815252,69 48838346,11 14 27907626,35 30233261,88 5 69769065,87 62792159,28 15 23256355,29 25581990,82 6 65117794,81 67443430,34 16 18605084,23 20930719,76 7 60466523,75 62792159,28 17 13953813,17 16279448,70 8 55815252,69 58140888,22 18 9302542,12 11628177,64 9 51163981,64 53489617,16 19 4651271,06 6976906,59 10 46512710,58 48838346,11 20 0,00 2325635,53 TỔNG 697690658,67
Từ đó ta tính được tốc độ phát sinh khí và tổng lượng khí sinh ra ở BCL qua từng năm như bảng sau:
Bảng 27: Tốc độ phát sinh khí và tổng lượng khí sinh ra trong mỗi năm do quá trình phân hủy CTR Năm Lượng khí do PHN (m3/tấn) Lượng khí do PHC ( m3/tấn) TỔNG (m3/tấn) 1 8023114,69 6976906,59 15000021,28 2 14040450,71 20930719,76 34971170,47 3 10028893,36 34884532,93 44913426,30 4 6017336,02 48838346,11 54855682,12 5 2005778,67 62792159,28 64797937,95 6 67443430,34 67443430,34 7 62792159,28 62792159,28 8 58140888,22 58140888,22
9 53489617,16 53489617,16 10 48838346,11 48838346,11 11 44187075,05 44187075,05 12 39535803,99 39535803,99 13 34884532,93 34884532,93 14 30233261,88 30233261,88 15 25581990,82 25581990,82 16 20930719,76 20930719,76 17 16279448,70 16279448,70 18 11628177,64 11628177,64 19 6976906,59 6976906,59 20 2325635,53 2325635,53
Như vậy thông qua tính toán và đồ thị ta thấy lượng khí phát sinh qua các năm từ bãi chôn lấp chất thải rắn tương đối lớn (nhất là những năm đầu khi vận hành bãi chôn lấp). Do đó bãi chôn lấp rác cần có hệ thống thu hồi khí rác để tránh không gây ô nhiễm môi trường, tận dụng được nguồn nguyên liệu khí tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên cho quốc gia.
Theo điều 5.2.1.4TCXDVN 261/2001 :
Bãi chôn lấp có lượng chất thải tiếp nhận trên 50000 tấn/năm phải thiết kế hệ thống thu gom khí rác. Chính vì vậy bãi chôn lấp rác thị xã An Nhơn cần phải thiêt kế hệ thống thu gom khí rác.
3. Hệ thống thu khí ở bãi chôn lấp
Khí metan ở BCL có thể coi là một nguồn gây nguy hiểm, không an toàn nếu không được phát tán hoặc thu hồi để chuyển thành năng lượng khác, vì nó dễ gây cháy nổ và ngạt thở đối với người hay động vật ở BCL và các khu vực xung quanh. Vì vậy để đảm bảo vệ sinh môi trường và an toàn cho tất cả những người điều hành hoặc làm việc trên BCL, nhất là khu vực phát tán khí gas và những khu vực có thể tích tụ khí gas, … tất cả các ô chôn lấp cần phải có hệ thống thu hồi và xử lý khí gas.
Do BCL thị xã An Nhơn có quy mô vừa nên thiết kế hệ thống thoát khí bị động bằng các giếng thu khí gas thẳng đứng. Đây là một hệ thống dựa trên quá trình tự nhiên để đưa khí vào khí quyển hoặc ngăn cản không cho nó chuyển động vào các khu vực không mong muốn. Hệ thống này được xây dựng bằng tường đất sét không thấm nước dày từ 0,7 – 1m để ngăn chặn khí thấm qua. Tường đất sét được đắp từ đáy khoang chứa kéo dài lên tận lớp đất phủ và luôn được giữ ẩm sao cho nó không bị khô và nứt, tạo các khe thoát khí. Phía trong tường có rãnh đào thoát khí, được phủ đáy bằng một lớp sỏi, đá đường kính 20 – 40 mm. Từ các giếng khoan, khí được dẫn tới rãnh thoát khí để đưa vào không khí hoặc bằng rãnh nhỏ hơn hoặc ống nhựa, ống cao su…
Khoảng cách đặt giếng thu gom khí: Khoảng cách đặt giếng thu hồi khí thông thường từ 50 – 70 m. Ở đây ta chọn khoảng cách đặt các giếng thu hồi khí là 60m/giếng. Tổng số giếng thu khí trong toàn bãi chôn lấp là 14 giếng thu khí, khoảng cách giữa các giếng là 60m.
Bảng 28: Số lượng giếng thu gom khí thiết kế
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Giếng thu khí 1 1 1 1 2 2 2 2 2 14 Ống thu gom khí rác 60m 60m 60m 60m 60m 60m 60m Sơ đồ bố trí hệ thống ống thu khí rác
Giếng thu hồi khí gồm 1 ống thu khí PVC có đường kính 200 mm đặt trong một lỗ khoan có kích thước 460 – 920 mm, xung quanh lỗ khoan phải được nén kỹ bằng sét dẻo và xi măng. Hệ thống ống thu khí được đục lỗ cách đều suốt chiều dài ống với mật độ lỗ rỗng đạt 15 – 20 % diện tích bề mặt ống.
Các ống thu gom khí được lắp đặt trong quá trình vận hành, nối ghép, nâng dần độ cao theo độ cao vận hành bãi. Đoạn ống nối ghép phải được hàn gắn cẩn thận. Phần ống nằm trong lớp đất phủ bề mặt bãi chôn lấp và phần nhô cao trên mặt BCL phải sử dụng ống thép tráng. Độ cao cuối cùng của ống thu gom khí rác phải lớn hơn bề mặt tối thiểu 2m (tính từ lớp phủ trên cùng). Các giếng gas ở cùng một ô chôn lấp sẽ được nối vào ống gas chính và sẽ dẫn gas đến hệ thống xử lý.
Sơ đồ cấu tạo giếng thu khí gas đứng
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 1. Kết luận
Bãi chôn lấp trong quá trình vận hành và đóng cửa phát sinh một lượng khí rất lớn. chủ yếu là: CO2 , CH4 , ….Đó là những khí gây ảnh hưởng đến môi trường: hiệu ứng nhà kinh, biến đổi khí hậu.
Do dân số ngày càng gia tăng, chất lượng cuộc sống của người dân được nâng cao lượng chất thải rắn phát sinh ngày một nhiều. Chính vì vậy việ xây dựng bãi chôn lấp quy mô và hợp vệ sinh là một việc làm thiết thực để đảm bảo cho môi trường phát triển bền vững.
2. Kiến nghị
Bãi chôn lấp phải có hệ thống quan trắc về môi trường ( bao gồm việc quan trắc môi trường không khí, môi trường nước, đất, môi trường sinh thái, môi trường lao động, sức khỏe cộng đồng khu vưc lân cận) và tổ chức theo dõi biến động môi trường trong khu vực bãi chôn lấp.
Có các hệ thống thu gom và xử lý khí phát sinh đảm bảo tiêu chuẩn thiết kế.
Thường xuyên kiểm tra, giám sát để hệ thống vận hành tốt và cho hiệu quả tốt nhất có thể.
Để tăng tuổi thọ của bãi chôn lấp, Ủy ban nhân dân thị xã An Nhơn nên xây dựng các nhà máy xử lý chất thải rắn như nhà máy chế biến phân Compost, nhà máy tái chế chất thải rắn, lò đốt chất thải rắn...
Ủy ban nhân dân huyện cần mở các lớp tập huấn, tuyên truyền về công tác bảo vệ môi trường, các phương thức thu gom và phân loại chất thải rắn tại nguồn, giúp dễ dàng cho việc xử lý chất thải rắn đạt hiệu quả cao.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TT 11: 2001: Hướng dẫn các quy định về bảo vệ môi trường đối với việc lựa chọn địa điểm, xây dựng và vận hành bãi chôn lấp chất thải rắn.
2. TCXDVN 261: 2001: Bãi chôn lấp chất thải rắn – Tiêu chuẩn thiết kế.
3. Trần Hiếu Nhuệ - Quản lý chất thải rắn,2001 - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
4. Bài giảng: “ Thiết kế kiểm soát chất thải rắn” – Bộ môn Kỹ thuật Môi Trường – Đại học Thủy lợi 5. Niên giám thống kê tỉnh Bình Định – 2010