Lượng khí m3/kg Tốc độ phát sinh kg/m3/năm Lượng khí m3/kg Tốc độ phát sinh kg/m3/năm Lượng khí m3/kg 1 0,200 0,100 0,001 0,001 0,201 0,101 2 0,150 0,175 0,003 0,002 0,153 0,177 3 0,100 0,125 0,004 0,003 0,104 0,128 4 0,050 0,088 0,005 0,005 0,055 0,092 5 0,000 0,025 0,006 0,006 0,006 0,031 6 0,006 0,006 0,006 0,006 7 0,005 0,006 0,005 0,006 8 0,005 0,005 0,005 0,005 9 0,004 0,004 0,004 0,004 10 0,003 0,004 0,003 0,004 11 0,003 0,003 0,003 0,003 12 0,002 0,002 0,002 0,002 13 0,001 0,002 0,001 0,002 14 0,001 0,001 0,001 0,001 15 0,000 0,000 0,000 0,001 Tổng 0,513 0,049 0,561
Bảng 6.25 – Tổng lượng khí sinh ra từ quá trình phân hủy rác của bãi chôn lấp
Cuối năm
Lượng khí thải phát sinh ra trong từng năm từ BCL (m3/năm) Tổng lượng
khí phát sinh (m3) Tổng lượng tích lũy (m3) 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2015 6563681,6 6.563.681,6 6.563.681,6 2016 11541901,4 7203602,4 18.745.503,8 25.309.185,4 2017 8364453,1 12667169,7 7896928,9 28.928.551,7 54.237.737,1 2018 5187004,8 9179938,7 13886349,1 8647780,9 36.901.073,5 91.138.810,6 2019 2009556,6 5692707,7 10063481,9 15206684,3 9460581,3 42.433.011,9 133.571.822,5 2020 397996,6 2205476,7 6240614,8 11020333,1 16635952,7 10237700,4 46.738.074,3 180.309.896,8 2021 358849,4 436799,0 2417747,6 6833981,9 12056128,5 18002477,2 10857081,4 50.963.065,0 231.272.961,8 2022 518031,7 393835,1 478839,6 2647630,7 7476304,3 13046453,2 19091627,2 11513934,8 55.166.656,7 286.439.618,5 2023 274030,4 343710,7 431740,6 524368,4 2896480,2 8090429,3 13835763,7 20246670,6 12210527,8 58.853.721,8 345.293.340,3 2024 234883,2 300746,8 376791,8 472791,2 573653,5 3134405,3 8579900,3 14672827,4 21471594,1 12949264,8 62.766.858,6 408.060.198,9 2025 189211,5 257783,0 329692,9 412617,8 517228,6 620775,1 3324036,8 9098984,2 15560533,5 22770625,7 13732695,2 66.814.184,2 474.874.383,1 2026 150064,3 2076585 282593,9 361040,6 451399,5 559715,2 658332,0 3525141,1 9649472,8 16501945,8 24148248,4 14563523,4 71.059.135,4 545.933.518,5 2027 104392,6 164694,7 227645,1 309463,3 394974,6 488478,7 593578,0 698161,1 3738412,1 10233265,9 17500313,4 25609217,6 15444616,5 75.507.213,5 545.933.518,5 2028 65245,3 114570,2 180546,1 249289,9 338549,6 427418,9 518031,7 629489,5 740399,8 3964586,0 10852378,4 18559082,5 27158575,2 16379015,8 80.177.179,0 626.110.697,4 2029 32622,7 71606,4 125597,3 197712,7 272720,5 366359,1 453277,8 549372,6 667573,6 785194,0 4204443,5 11508947,4 19681906,9 28801668,9 17369946,3 85.088.949,5 711.199.647,0 2030 35803,2 78498,3 137539,3 216295,6 295122,6 388523,8 480701,1 582609,7 707961,8 832698,2 4458812,3 12205238,7 20872662,2 30544170,0 71.836.636,7 783.036.283,7 2031 39249,1 85962,0 150466,5 234062,7 312977,5 412029,5 509783,5 617857,6 750793,5 883076,5 4728570,5 12943655,6 22135458,4 43.803.942,8 826.840.226,5 2032 42981,0 94041,6 162826,2 248223,5 331912,6 436957,3 540625,4 655237,9 796216,5 936502,6 5014649,0 13726746,8 22.986.920,4 849.827.146,9 2033 47020,8 101766,4 172677,2 263241,1 351993,3 463393,2 573333,2 694879,8 844387,6 993161,0 5318035,2 9.823.888,9 859.651.035,8 2034 50883,2 107923,3 183124,2 279167,1 373288,9 491428,5 608019,9 736920,1 895473,0 1053247,2 4.779.475,4 864.430.511,2 2035 53961,6 114452,6 194203,2 296056,7 395872,9 521159,9 644805,1 781503,7 949649,2 3.951.665,0 868.382.176,2 2036 57226,3 121377,0 205952,5 313968,2 419823,2 552690,1 683815,8 828784,7 3.183.637,8 871.565.814,0 2037 60688,5 128720,3 218412,6 332963,3 445222,5 586127,8 725186,6 2.497.321,7 874.063.135,7 2038 64360,2 136507,9 231626,6 353107,5 472158,5 621588,5 1.879.349,3 875.942.485,0 2039 68254,0 144766,6 245640,0 374470,5 500724,1 68.254,0 876.010.739,0 2040 72383,3 153525,0 260501,2 397126,0 883.535,6 876.894.274,5 2041 76762,5 162813,3 276261,6 515.837,4 877.410.111,9 2042 81406,6 172663,5 254.070,121 877.664.182,0 2043 86331,7 86.331,741 877.750.513,8 2044 0 877.750.513,8
Như vậy , Thông qua tính toán ta thấy rằng lượng khí phát sinh qua các năm từ bãi chôn lấp chất thải rắn là lớn . Do đó nên có biện pháp thu hồi và sử dụng loại khí này để tránh không gây thất thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường.
6.5.3.3 Hệ thống thu gom khí bãi rác
Theo TCXDVN 261:2001 (mục 5.2.1.4, trang 12) quy định về thiết kế hệ thống thu gom khí rác như sau:
Ống thu gom khí rác 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 BCL và phần nhô cao trên mặt BCL phải sử dụng ống thép tráng kẽm hoặc vật liệu có sức bề mặt cơ học cao.
Độ cao cuối cùng của ống thu gom khí rác phải lớn hơn bề mặt lớp phủ trên cùng tối thiểu 2m.
Hình 6.7. Sơ đồ bố trí hệ thống ống thu gom khí rác
- Đối với bãi chôn lấp tại xã Đông Nam – huyện Đông Sơn thuộc quy mô bãi là loại vừa nên ta sẽ thu khí gas bằng các giếng khoan thẳng đứng được phân bố đều nhau trên toàn bộ diện tích bãi chứa chất thải.
+ Vị trí các giếng khoan nên đặt ở đỉnh các ụ chất thải (dưới lớp phủ rác) 1 m – 1,5 m. + Khoảng cách các giếng gas được thiết kế cách nhau khoảng 50 – 70m (theo tiêu chuẩn TCXDVN 261:2001) chọn là 60 m. Các giếng gas ở cùng một hố chôn lấp rác được nối vào ống gas chính, ống gas chính này sẽ dẫn gas đến hệ thống xử lý. Xung quanh lỗ khoan thu hồi khí gas phải được nén kỹ bằng sét dẻo và ximăng, bố trí giếng theo hình tam giác đều.
Sau khi thu gom, khí gas phải được xử lý, có thể thiêu đốt trực tiếp nhưng sẽ không hiệu quả kinh tế. Khí gas nên sử dụng phục vụ các mục đích khác nhau như dân sinh, đốt, sấy các nguyên liệu, các công đoạn sản xuất các ngành kinh tế khác, lượng khí sinh ra tương đối lớn thì có thể đầu tư công nghệ sản xuất điện bằng nhiệt sinh ra khi đốt khí gas.
- Giới hạn bán kính của giếng thu hồi khí gas được xác định theo công thức: X = 2R × cos30º
Ở đây ta chọn khoảng cách giữa các giếng thu khí gas là X = 60 m (theo tiêu chuẩn TCXDVN 261:2001).
- Bán kính thu hồi khí của một giếng thu sẽ là: R = X/(2 × cos30º) = 34,64 (m) Chọn bán kính thu hồi là 34 m.
Hống thu khí = 2 + hô + hphủ trên cùng = 2 + 15 + 1,20 = 18,2 (m)
- Lượng rác chứa trong phạm vi thu hồi của giếng là:
V’rác = π × R2 × hrác = 3,14 × 342 × 14 = 50.817,76 (m3)
- Khối lượng rác trong phạm vi thu hồi của giếng là:
M’rác=V’rác × tỷ trọng rác = 50.817,76 × 0,8 = 40.654,208 (tấn)
- Lượng khí gas cần thu là:
Q = v×M’rác (m3/s)
Với v: lượng khí rác phát sinh trên 1 tấn rác trong thời gian 1 giây (m3/tấn.s) v = 3600 24 365 15 K 1000 × × × × = 3600 24 365 15 1,0325 1000 × × × × = 2,183×10-6(m3/tấn.s) Trong đó:
K: lượng khí rác phát sinh trên 1 kg rác ở điều kiện nhiệt độ trung bình năm của thành phố Thanh Hóa, K = 1,0325 (m3/kg).
1000: đổi 1 tấn = 1000 kg
15: thời gian tính theo phương pháp đồ thị tam giác là 15 năm 365: số ngày trong năm
24: số giờ trong ngày 3600: số giây của 1 giờ Thay các giá trị vào ta tính được:
Do lượng khí phát sinh trong BCL là tương đối nhỏ (2,18.10-6 m3/tấn.s) và khu vực BCL khá xa khu dân cư nên lượng khí phát sinh này sẽ được phát tán ra môi trường. Chọn tốc độ khí gas đi trong ống là v’ = 4 m/s.
- Tiết diện cần thiết của ống thu hồi khí là:
S = Q/v’ = 0,089/4 = 0,022 (m2) Mà: S = πd2/4
Thay giá trị vào ta tính được đường kính cần thiết của ống thu khí là:
⇒ d2 = 4S/π = (4 × 0,022)/3,14 = 0,028 (m) ⇒ d = π S × 4 = 14 , 3 022 , 0 4× = 0,167 (m) = 167 (mm) (đạt tiêu chuẩn so với quy định trong TCXD 261 : 2001, dmin = 150 (mm) Chọn ống thu khí dùng cho BCL CTR sinh hoạt của thành phố Thanh Hóa là ống thép mạ kẽm có đường kính d = 200 mm. (do trên thị trường không có ống thép có đường kính nằm trong khoảng 152,4 ÷ 190 mm).
Xác định số lỗ cần khoan trong: Skhí = 2 × п × r × h
r: bán kính ống thu khí (r = d/2 = 200/2 = 100 mm = 0,1 m).
h: chiều cao ống thu khí (chỉ tính chiều cao phần ống nằm trong vùng chôn rác, h = 15 m)
Thay số vào ta có:
Sống khí = 2 × 3,14 × 0,1 × 15 = 9,42 (m
2
) Tỷ lệ lỗ rỗng chiếm 15% diện tích bề mặt ống. Vậy ta có:
Slỗ =(15 × Sống khí )/ 100 = (15 × 9,42)/100 = 1,413 (m
2
) Số lỗ cần khoan của mỗi ống:
n = Slỗ /(п×d 2 lỗ /4) (lỗ) dlỗ: đường kính lỗ khoan (chọn dlỗ = 15 mm = 0,015 (m) Thay số vào ta có:
n = 7.983 (lỗ) Mật độ lỗ khoan trên 1m ống thu gom khí rác:
n1 = n/h= 7983/15 = 532,2 (lỗ). Lấy tròn 533 lỗ. Chia thành 8 hàng đều nhau (dọc theo chiều dài ống). Số lỗ khoan trong 1 hàng (tính trên 1 m ống) Số lỗ = 533/8 = 66,6 làm tròn 67 lỗ.
Khoảng cách giữa các lỗ = 1/67 = 0,015(m) = 1,5 (cm)
6.5.3.5. Ước tính tiềm năng sinh ra điện từ khí bãi chôn lấp chất thải sinh hoạt Đông Nam - Đông Sơn - Thanh Hóa
a. Tiềm năng phát điện từ khí bãi rác
Ở các nước phát triển việc tận dụng khí gas của bãi chôn lấp để chạy máy phát điện đã được thực hiện rất phổ biến. Thực tế ở 2 bang New York và New Jersey (Mỹ), điện được sản xuất từ khí mêtan trong bãi chôn lấp chất thải rắn nhiều hơn điện từ năng lượng mặt trời[18]. Ở Đức, bãi chôn lấp chất thải tại TP.Magdeburg, khoảng 700 KW được dùng cho phụ tải lân cận (công viên, khu xe trượt dốc) còn lại được hòa mạng điện thông qua công ty điện lực.
Ở Việt Nam, biến rác thành điện năng vẫn còn mới mẻ đối với nhiều đô thị. Ví dụ: Ở Tp.Hồ Chí Minh bãi rác Gò Cát bằng công nghệ chôn lấp, ủ kín để thu khí gas chạy máy phát điện, mỗi năm, bãi rác Gò Cát đã sản sinh hơn 21.000 KW điện. Hơn 17 ha từ khi áp dụng công nghệ và vận hành đã sinh ra hàng triệu KW điện hòa vào mạng lưới quốc gia. Rác thải sinh hoạt sẽ không còn là chất bỏ đi, là vấn nạn môi trường mà trở thành tiền, có tiềm năng kinh tế.
c. Lợi ích từ việc tận thu khí sản sinh điện - Hiệu quả môi trường:
Trong bối cảnh kinh tế xã hội phát triển, nhu cầu sử dụng điện năng của con người càng cao, tỷ lệ nhập khẩu điện năng ở nước ta ngày càng tăng thì việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là rất cần thiết. Lợi ích môi trường từ việc sử dụng năng lượng khí sinh học phát điện là rất lớn. Do đó, chúng ta cần có biện pháp khai thác nguồn năng lượng này một cách có hiệu quả, đặc biệt là khí gas được tạo thành từ khí bãi chôn lấp chất thải rắn.
- Khắc phục được tình trạng ô nhiễm mùi hôi, tránh tình trạng khí tích tụ cháy nổ tại bãi rác.
- Tạo thuận lợi cho công tác vận hành bãi rác và thu được nguồn lợi tài chính từ việc bán chứng chỉ giảm phát thải (CERs), góp phần thiết thực trong việc giảm thiểu khí gây hiệu ứng nhà kính, giảm tình trạng nóng lên và biến đổi khí hậu của toàn cầu.
- Thu gom khí bãi rác sản xuất điện cải thiện chất lượng không khí của cộng đồng xung quanh.
- Các doanh ngiệp thực hiện tiết kiệm chi phí cho việc sử dụng khí bãi rác tạo năng lượng như là một thay thế cho nhiên liệu hóa thạch đắt tiền hơn chẳng hạn như khí thiên nhiên, tiết kiệm được hàng triệu USD cho các dự án năng lượng của họ.
- Lợi ích từ việc bán điện cho lưới điện quốc gia.
Tiềm năng sản xuất điện từ khí bãi rác rất lớn. Hiện nay nước ta vẫn đang nhập khẩu điện.
Bảng 6.26 – Sản lượng điện Việt Nam
Bãi chôn lấp Hệ thống thu khí methane Nhà máy sản xuất điện từ methane Lên lưới
Hình 6.8. Sơ đồ quá trình tạo điện từ bãi chôn lấp
Nhà máy sản xuất điện từ methane
(Đơn vị: Triệu KW)
Năm 2005 2006 2007
Tổng sản lượng điện trong nước 52,806 60,419 68,699
Điện nhập khẩu 383 966 2630
Tổng lượng điện 53,189 61,385 71,329
(Nguồn: EVN, 2009)
Do đó, việc sản xuất điện từ khí bãi rác sẽ giúp hạn chế được lượng điện nhập khẩu hàng năm.
- Giảm rủi ro khi xây dựng nhà máy điện hạt nhân:
Hiện nay, do nhu cầu sử dụng điện của con người càng ngày càng tăng nên nhà nước đang có kế hoạch xây dựng nhà máy điện hạt nhân. Việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân mang đến 3 rủi ro chính: ô nhiễm trong quá trình khai thác và xử lý nhiên liệu hạt nhân, rác thải phóng xạ thải ra hàng năm khi vận hành, sự cố khi vận hành lò hạt nhân. Do vậy, việc xây dựng nhà máy điện khí bãi rác giúp giảm rủi ro môi trường khi xây dựng nhà máy hạt nhân.
c. Ước tính điện sinh ra từ khí bãi rác Đông Nam – Đông Sơn – Thanh Hóa
Theo Tiến sĩ Lê Văn Khoa, giám đốc Quỹ tái chế TP.HCM cho biết trung bình 1m3 khí có thể sản xuất ra 1,67 KWh điện. Để tạo ra 1,67kwh điện năng, cần cung cấp cho máy phát điện 1m3 khí [26]. Chọn máy phát điện khí sinh học 15kVA nhập khẩu từ Trung Quốc với số lượng là 2 sẽ đảm bảo cung cấp được nhu cầu điện năng trong 24 giờ liên tục.
Bảng 6.27 – Các thiết bị chính
STT Tên thiết bị số lượng Thông số
1 Máy phát điện khí sinh học 15kVA, 3
pha, nhập khẩu từ trung quốc 2 máy 2 ×15 KVA
3 Máy bơm nước thải 1 cái Q=10m3/h, N=2.2KW
4
Hệ thống đường ống, van khí , van
điều áp, ấp kế chữ U… Đồng bộ
5 Đèn + bấc đèn khí sinh học 60 bộ Vesbo đồng bộ
6 Bếp khí sinh học 1 Đồng bộ
7 Ổn áp lioa khô, NL - 20000W/3,
20KVA 3 pha 1
Khí gas được thu gom bằng hệ thống các giếng thu đứng và dẫn về trạm thu gas, rồi qua công đoạn tách nước. Gas sạch thu được sẽ được dẫn đến máy chiết xuất và máy thổi khí nén trước khi được bơm vào hệ thống động cơ nổ để chạy máy phát điện. Lượng gas tạp hoặc dư sẽ xử lý bằng phương pháp đốt.
Trung bình hàng năm lượng khí bãi rác tạo ra là: 54.602.188,29 m3. Khí thu được có thể sản xuất:
54.602.188,29 × 1,67 = 91.185.654,44 (KWh)
Theo bảng 6.26 năm 2007 lượng điện nhập khẩu của nước ta là 2630 triệu kw. Lượng điện tạo ra từ khí bãi rác là 91,2 triệu kw. Nếu 0.06 USD/kwh có thể tiết kiệm được:
0.06 91,2 106 = 5,472 (triệu USD)
Đây chỉ là kết quả ước tính lợi nhuận thu được từ việc sản xuất điện từ khí bãi rác. Với một số tiền khá lớn, chưa kể các chi phí đầu tư vào nhà máy điện gồm chi phí đầu tư ban đầu, chi phí hoạt động và duy trì nhà máy điện, chi phí mua nguyên vật liệu…Tuy nhiên, với việc nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cộng thêm môi trường ngày càng ô nhiễm nghiêm trọng thì giá bán điện và chứng chỉ giảm thải CERs sẽ tăng nhanh trong tương lai. Việc xây dựng nhà máy điện khí bãi rác là một giải pháp trong tương lai sẽ mang lại lợi nhuận kinh tế cao.
6.5.4. Hệ thống thu gom và dây chuyền công nghệ xử lý nước rỉ rác
6.5.4.1. Sự hình thành nước rỉ rác
Nước rỉ rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua các lớp rác của các ô chôn lấp kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp.
Việc hình thành nước rỉ rác trong bãi chôn lấp chủ yếu do các quá trình sau: - Lượng nước tự do chứa trong CTR được tách ra trong quá trình đầm nén. - Phân hủy sinh học: một trong những sản phẩm của quá trình phân hủy
- Nước bên ngoài: nước bên ngoài thấm vào BCL, bao gồm: + Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác; + Nước có thể rỉ vào từ các cạnh (vách) của ô chtn lấp;
+ Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống ô chôn lấp; + Nước mưa rơi xuống khu vực BCL sau khi các ô chôn lấp đã đầy (ô chôn lấp được đóng lại);
6.5.4.2. Tính chất của nước rỉ rác
Thành phần nước rỉ rác thay đổi theo các giai đoạn khác nhau của quá trình phân huỷ sinh học. Ban đầu là quá trình phân huỷ hiếu khí, xảy ra trong thời gian ngắn, rồi đến quá trình phân huỷ yếm khí.
Trong quá trình phân huỷ hiếu khí, các kim loại nặng vẫn tồn tại ở dạng kết tủa do pH của nước rỉ rác cao, tỷ số BOD/COD cao.
Quá trình phân huỷ yếm khí, xảy ra qua ba giai đoạn:
- Giai đoạn thuỷ phân các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn.
- Giai đoạn lên men chất hữu cơ tạo ra các sản phẩm là axít hữu cơ và các sản phẩm trung gian như rượu, andehyt, CO2, NH3, H2S, H2... lúc này đặc trưng của nước rỉ rác là axit dễ bay hơi với nồng độ lớn, pH nhỏ, tỷ lệ BOD/COD cao, hàm