d. Các quá trình sinh học khác
15.13.5. Thu gom, cải thiện chất lượng và sử dụng khí bãi chôn lấp:
15.13.5.1. Thu gom
Nếu một số bãi chôn lấp xây dựng mới với dự kiến thu hồi mêtan, chắc chắn những thiết kế thu hồi khí phải hiện diện trong thiết kế bãi chôn lấp. Một số chi tiết thiết kế hệ thống thu hồi khí có thể có sẵn trong thiết kế bãi chôn lấp hiện đại cho dù có hay không dự định thu hồi khí. Để thu hồi mêtan bãi chôn lấp phải thực sự được hàn kín và cô lập với môi trường đất và nước. Những bước liên quan đến việc tạo ra các mối hàn kín đó đã được mô tả ở phần trước. Những bãi chôn lấp cũ và những BCL hiện hành nên được hàn kín đến mức độ nào còn khả thi về kinh tế và thực tiễn
Việc thu hồi khí là thiết kế bãi chôn lấp sao cho khí di chuyển bên trong có thể được kiểm soát và thu gom. Khí được thu gom hoặc có thể được sử dụng trực tiếp như là nhiên liệu có giá trị nhiệt lượng thấp, hoặc có thể được xử lý (tinh lọc) để tạo thành nhiên liệu có giá trị nhiệt lượng cao. Việc thu gom khí có thể được thực hiện bằng cách thiết kế kết hợp những giếng thu khí được đặt ở những khoảng cách đã được tính toán và những vùng có tính thấm cao cho phép khí di chuyển vào các điểm thu gom. Điều này được làm bằng cách lắp đặt những ống thoát khí (được đục lỗ) bên trong BCL và bên ngoài vỏ bọc của ống thu khí được bọc sõi, hoặc ssử dụng nhựng mương thu khí đổ đầy sõi. Khí được dẫn thoát ra khỏi bãi chôn lấp bằng hệ thống ống dẫn hoặc đầu thu để vận chuyển khí, và những quạt gió (bơm tạo lực hút chân không) để hút khí từ bãi chôn lấp lên đầu thu. Một sơ đồ giếng thu hồi khí được biểu diễn trên Hình15- 21 [13- 15].
Hệ thống thu gom khí được bảo đảm làm đúng chức năng nhờ việc sử dụng quạt gió. Quạt gió phải được vận hành sao cho một phần chân không được tạo ra ở
những đầu thu và trong hệ thống thu gom, và khí sẽ được hút ra khỏi bãi chôn lấp. Mặc dù một số khí sẽ di chuyển một cách tự nhiên (không cần quạt hút) vào giếng thu khí nhờ áp suất bên trong bãi chôn lấp tương đối cao, nhưng tốc độ di chuyển của chúng quá thấp, không đảm bảo thực hiện chức năng thu gom đúng mức. Quạt gió vừa làm gia tăng lưu lượng khí được hút ra khỏi bãi chôn lấp vừa mở rộng diện tích phục vụ hiệu quả của các giếng thu khí trong bãi chôn lấp. Những quạt gió có thể được điều chỉnh để: (1) hoặc là hút khí từ bãi chôn lấp và thải bỏ chúng vào áp suất khí quyển để phân tán hoặc đốt cháy hoặc thiêu hủy; hoặc là (2) nén khí đến áp suất cao hơn để phân phối hoặc xử lý thêm nữa.
Nếu bãi chôn lấp luôn được vận hành tốt trong suốt thời gian hoạt động, khí có thể được thu hồi từ bãi chôn lấp mặc dù ban đầu nó không được thiết kế cho mục đích thu hồi khí, bằng cách khoan một số lỗ trong bãi chôn lấp ở những điểm thu khí đã được chọn. Lỗ khoan thu khí nên có đường kính 0,66m – 1m, chiều sâu của chúng nên chiếm từ 50% - 90% chiều sâu bãi chôn lấp. Các lỗ khoan phải được xây dựng và lắp đặt giống như những giếng thu khí trong những bãi chôn lấp được thiết kế để thu hồi khí. Những giếng thu này được mô tả ở những đoạn văn phía trước.
Hình 15-18: Hình vẽ mô tả giếng thu khí
Những giếng thu khí là những giếng bọc sỏi được trang bị có vỏ bọc kéo dài xuống tận đáy bãi chôn lấp. Những vỏ bọc được đục lỗ ở phần tiếp xúc trực tiếp với rác, những vỏ bọc phải được nối lồng vào nhau giữa những đoạn ống sao cho những mối nối vẫn giữ nguyên được cho dù BCL có tính chất sụt lún không đồng đều và đáng kể.
Trong quá trình xây dựng những giếng thu khí, xung quanh ống thu gom khí được bọc sõi dần dần. Lớp sõi bọc (hoặc vật liệu thay thế dạng hạt thô) đóng vai trò là lớp thu gom khí có tính thấm cao, mà nhờ có nó, khí được thu gom vào ống thu gom để chuẩn bị được thu hồi. Trên đỉnh lớp sỏi được phủ chặt kín bởi lớp đất đầm chặt để ngăn cản sự xâm nhập của không khí từ bên ngoìa vào giếng. Khí bên ngoài xâm nhập vào giếng thu khí (hay vào một phần nào đó của bãi chôn lấp) sẽ làm loãng khí được thu gom và do đó làm giảm giá trị nhiệt lượng, và làm cho quá trình tinh lọc khí trở nên phức tạp. Trong trường hợp khí được thu gom bị làm loãng, N2 sẽ là thành phần khí có nồng độ gia tăng và chất lượng của khí sẽ bị hạ thấp vì lẽ đó. Thứ hai, và cũng có thể nghiêm trọng hơn, vấn đề sẽ xảy ra khi có sự hiện diện của oxy trong không khí xâm nhập vào. Oxy sẽ gây ức chế hoạt động của vi sinh vật hình thành mêtan. Quan trọng hơn, nồng độ oxy có thể gia tăng đến tỷ lệ với nồng độ mêtan có khả năng gây nổ.
Bố trí các giếng thu khí được sắp xếp theo khả năng thu khí của mỗi giếng thu khí, cũng như là theo đặc trưng của lớp đất che phủ và hướng di chuyển dự kiến của khí trong bãi chôn lấp. Diện tích phục vụ của mỗi giếng thu khí (nghĩa là phần diện tích chôn lấp bị ảnh hưởng bởi giếng thu khí) phụ thuộc vào tốc độ hút khí. Ví dụ: trong bãi chôn lấp california có độ sâu 12m với một giếng thu khí sâu 6m và khí được hút ở tốc độ 2,83m3/phút sẽ tạo ra 1 áp suất âm trong phạm vi từ -5,1cm nước trong giếng đến thấp hơn -0,8cm tại điểm có khoảng cách 30,5m tính từ giếng. Tăng tốc độ hút khí lên 8, 5m3/phút sẽ tạo ra áp suất âm từ -17,8cm đến -2,54cm [19]
Để tránh những vấn đề liên quan đến sự tích luỹ khí trong bãi chôn lấp. Một số khu dân cư dựa vào những điều kiện địa phương để điều chỉnh thiết kế giếng thu khí phù hợp. Trong ví dụ được biểu diễn trong hình 15-22, bộ phận thoát khí được thiết kế bởi một khuôn gỗ, một mắt lưới và đá được nén chặt.
Hình 15-19: Gas removal unit made withlocally available materials
Họng đốt khí được lắp đặt bằng cách bịt kín miệng của bộ phận thu gom và đưa 1 ống kim loại có đường kính 50mm vào trong đá. 1 lon kim loại 3-4 lit (thường là lon đựng thức ăn hoặc là 1 bộ lọc dầu đã sử dụng) đựơc hàn chặt vào đỉnh ống nhô ra ở bãi chôn lấp, lon có thể được đục thủng ở xung quanh lon, như biểu diễn ở hình 15-23.
Hình 15-20: Low-cost gas burner
Bán kính ảnh hưởng của giếng đứng thu khí:
Bán kính ảnh hưởng của giếng đứng thu khí cơ bản là phần không gian ảnh hưởng tính theo mọi hướng từ giếng. Vì lý do này, yêu cầu thiết kế giếng là tránh trường hợp hệ thống hút khí quá mức, điều này sẽ khiến không khí từ đất xung quanh xâm nhập vào rác. Để thu khí đều khắp bãi chôn lấp, các giếng thu hồi khí được bố trí để các bán kính ảnh hưởng chồng lên nhaụ Bán kính ảnh hưởng của giếng thu khí thường được tính toán bằng thí nghiệm hút khí trong một trường trong những bãi rác cũ không có hệ thống thu hồi khí.
Thông thường, giếng thu khí được lắp đặt cùng với một máy thăm dò khí đặt cách giếng 1 khoảng không đổị Vì giếng thu khí bị động chỉ tạo đường dẫn có độ thấm cao hơn để dẫn dắt khí đi theo hướng mong muốn nên độ chân không trong bãi rác cũng được tính toán để vận hành giếng.
Vì thể tích khí thay đổi và giảm dần theo thời gian, các giếng thu hồi khí được thiết kế đồng nhất như nhau và bán kính ảnh hưởng của giếng được điều chỉnh bằng valve chân không trên miệng giếng.
Bán kính ảnh hưởng của giếng phụ thuộc vào chiều sâu chôn lấp và cấu tạo của lớp phủ. Có thể tính toán bán kính ảnh hưởng của giếng theo công thức sau:
r = x /(2cos 30o) Trong đó:
x – khoảng cách giữa 2 giếng thu khí
Tài liệu tham khảo: George Tchobanoglous et al. (1993). Integrated Solid
Wastes Management.
15.13.5.2.Nâng cấp chất lượng và sử dụng khí BCL:
Trừ khi khí đơn giản được sử dụng cho sưởi ấm và nấu nướng, còn lại nó nên được nâng cấp chất lượng trước khi đưa vào sử dụng. Nâng cấp chất lượng khí BCL là cần thiết nếu khí được dùng như là nhiên liệu cho động cơ đốt trong, hoặc dự định đưa nó vào trong đường ống dẫn hiện hành (nghĩa là đường ống dẫn khí thiên nhiên cung cấp cho tiêu dùng).
Chất lượng và thành phần của khí trong bãi chôn lấp không thể so sánh với khí tự nhiên. Hơn nữa, thành phần cấu tạo và những đặc điểm khác của nó dễ thay đổi hơn. Sự dễ thay đổi đó thể hiện ở nhiệt lượng, độ ẩm và nồng độ oxy trong bãi chôn lấp có thể thay đổi đến 50% giữa ngày này với ngày khác và và giữa mùa này với mùa khác. Nhiệt lượng của khí của bãi chôn lấp dao động từ 7500-22000 KJ/m3, trong khi nhiệt lượng thấp nhất của khí tự nhiên khoảng chừng 37300 KJ/m3 Độ ẩm của khí BCL có thể thấp bằng 5% và có thể cao đến mức bão hoà. Sự có mặt của oxy thay đổi từ nồng độ dạng vết đến mức có khả năng gây nổ. Tuy nhiên, rất hiếm khi xảy ra vấn đề nồng độ ôxy đạt đến ngưỡng gây nổ. Cuối cùng, thường thường hàm lượng khí CO2 và N2 khá lớn trong bãi chôn lấp làm cho nhiệt lượng của khí BCL thấp hơn và do đó ảnh hưởng đến chất lượng của khí
Lợi ích của khí trong bãi chôn lấp có thể tăng lên đáng kể khi chất lượng khí được cải thiện. Khí sau khi được tinh lọc có thể được dùng để sản xuất điện sử dụng tại chổ hoặc đưa vào đường ống dẫn khí chung hiện hành. Có những phương pháp và quy trình có thể được dùng để loại bỏ nước (sự khử nước), CO2, N2 ra khỏi khí trong bãi chôn lấp và bằng cách đó, sẽ gia tăng đáng kể nhiệt lượng của nó.
Đối với vấn đề sản xuất điện sử dụng tại chổ, khí có thể được sử dụng cho động cơ đốt trong hoặc để chạy tuabin khí. Trước khi đốt, mức độ cần tinh lọc khí thô được quyết định bởi những yêu cầu kỹ thuật được đặt ra bởi nhà sản xuất động cơ hoặc tuabin. Hơn nữa khí phải được phân phối đến thiết bị đốt cháy với tốc độ di chuyển và áp lực thích hợp.
Sưởi ấm và nấu nướng trong gia đình chỉ đòi hỏi không có H2S. H2S có thể được loại bỏ bằng cách đưa khí đi qua tháp lọc rửa khí theo phương pháp khô với lớp vật liệu lọc là hỗn hợp sắt II oxit và những vỏ bào gỗ (gọi là “xốp bằng sắt”). Khả năng loại bỏ H2S của lớp vật liệu đệm này vào khoảng 105 Kg S/m3 hỗn hợp. Hỗn hợp có thể được tái sinh bằng cách đưa ra tiếp xúc với không khí. Làm như vậy sẽ biến đổi sắt sunfua được tạo thành trong quá trình hoạt động của tháp rửa khí khô thành sắt oxit và nguyên tố lưu huỳnh.