VII. í nghĩa khoa học và thực tiễn của luận ỏn
3.1.2. Xõy dựng phương phỏp mụ hỡnh húa tớnh toỏn nước rỉ rỏc
Lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh là yếu tố quan trọng khi đỏnh giỏ ụ nhiễm phỏt sinh từ bói chụn lấp chất thải rắn. Trong rất nhiều trường hợp, cỏc biện phỏp định lượng nước rỉ rỏc chỉ tớnh đến một nguồn đú là lượng mưa rơi vào ụ chụn lấp, chớnh vỡ vậy sẽ trở thành thiếu
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 6 18 30 42 54 66 78 90 102 114 126 138 150 162 174 186 198 210 222 234 246 258 L ư ợn g n ư ớ c rỉ r ỏc , m 3 Thời gian, thỏng
sút nghiờm trọng khi tớnh toỏn ảnh hưởng đến lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh, nguồn ụ nhiễm chớnh từ bói chụn lấp chất thải rắn.
Tại Việt Nam chất thải rắn được chụn lấp tại bói chụn lấp chất thải rắn cú độ ẩm tương đối cao, đõy là một yếu tố quan trọng đúng gúp hỡnh thành nước rỉ rỏc trong ụ chụn lấp chất thải rắn. Luận ỏn thực hiện nghiờn cứu xõy dựng mụ hỡnh húa xỏc định lượng nước rỉ rỏc dựa trờn cỏc yếu tố liờn quan tới ụ chụn lấp bao gồm: lượng mưa xõm nhập vào cỏc lớp chất thải được chụn lấp; lượng nước hỡnh thành từ việc phõn hủy chất thải rắn chụn lấp và phương thức vận hành chụn lấp chất thải. Cỏc yếu tố này phụ thuộc vào đặc điểm khớ hậu khu vực nghiờn cứu, tớnh chất của chất thải được chụn lấp, cỏc cụng tỏc thực hiện khi chụn lấp chất thải rắn như: hiệu suất thiết bị đầm nộn, phun tưới tuần hoàn nước rỉ rỏc, phun tưới dung dịch hạn chế ụ nhiễm mụi trường khi vận hành chụn lấp, hệ số thấm của vật liệu phủ hàng ngày và lớp che phủ cuối cựng....Sơ đồ mụ hỡnh tớnh toỏn lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh thể hiện trờn hỡnh 3.3
Hỡnh 3.3. Sơ đồ mụ tả dũng nước trong ụ chụn lấp Trong đú
P: Lượng mưa S: Thay đổi lượng nước bờn trong ụ chụn lấp
Ic: Lượng mưa xõm nhập với cỏc lớp phủ khỏc nhau
EM: nước bổ sung (kỹ thuật vận hành) ETR: Khả năng bốc hơi tiềm năng LLC: Nước rỉ rỏc
ET: Bốc hơi thực
* Nước bốc hơi
Thụng thường lượng nước cú sẵn trong đất bị thoỏt vào khớ quyển từ một khu vực cụ thể phụ thuộc vào loại đất và thảm thực vật. Nước bốc hơi liờn hệ mật thiết với cỏc yếu tố khớ hậu cú ảnh hưởng đến hàm lượng ẩm trong đất, chủ yếu là lượng mưa, nhiệt độ và độ ẩm khụng khớ. Sự thoỏt hơi nước xảy ra là kết quả của sự bay hơi từ đất và thoỏt hơi nước qua lớp phủ thực vật. Trong hai phương thức phần lớn độ ẩm của đất bị mất là do thoỏt hơi nước.
Cỏc tổn thất lượng nước do bốc hơi trờn bói chụn lấp cú cơ chế cú thể khỏc với cơ chế diễn ra trờn đồng cỏ hoặc cỏnh đồng nụng nghiệp. Nhiệt độ biến đổi trong quỏ trỡnh phõn hủy cú ảnh hưởng đến việc bay hơi ẩm [34]. Sự bốc hơi tiềm năng cú thể cao hơn bởi sự sinh nhiệt từ bờn trong ụ chụn lấp đến bề mặt. Nhưng sự bốc hơi thực tế cú thể thấp hơn nếu khụng cú hoặc chỉ cú lớp đất mỏng che phủ và cựng với đú là chất thải cú độ ẩm thấp được chụn lấp bờn dưới.
* Nước hỡnh thành từ nước mưa
Nước mưa là yếu tố lớn nhất ảnh hưởng tới sự hỡnh thành nước rỉ rỏc. Thành phần và lượng nước rỉ rỏc đều liờn quan đến nước mưa. Chớnh vỡ vậy trong tớnh toỏn lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh cần quan tõm tới sự tỏc động của lớp che phủ ụ chụn lấp chất thải rắn bao gồm: che phủ hàng ngày (DC), che phủ trung gian (IC) che phủ cuối cựng chưa trồng cõy (UFC); che phủ cuối cựng cú trồng cõy (PFC). Sự xõm nhập qua lớp che phủ cú sự biến động theo thời gian [42]. Giả thiết ụ chụn lấp hoạt động trong thời gian từ 3-5 năm, trong 2 năm đầu tiờn sau khi chụn lấp, tỷ lệ thiết lập lớp che phủ hàng ngày giảm từ 100% xuống 0%, ngược lại với lớp phủ trung gian tăng từ 0 đến 100%, từ sau 3 năm trở đi tỉ lệ lớp trung gian lại giảm từ 100% đến 0%, trong khi lớp che phủ khụng trồng cõy tăng từ 0 – 100%, sau khoảng 10 năm, thỡ lớp che phủ trồng cõy được thiết lập hoàn toàn [115]. Độ bền của màng HDPE suy giảm theo thời gian, sự suy giảm chất lượng của màng HDPE sẽ tỏc động đến quỏ trỡnh xõm nhập vào ụ chụn lấp. Vỡ vậy khi đúng bói với lớp che phủ hoàn chỉnh cú trồng cõy (PFC) sẽ được chia thành 2 giai đoạn: khi màng HDPE cũn nguyờn vẹn và giai đoạn HDPE bị hư hỏng. Tuổi thọ của màng HDPE khoảng 40 năm [90]. Mụ phỏng tỡnh huống xấu nhất cú thể diễn ra khi màng HDPE bị suy giảm chất lượng là sau 40 năm kể từ khi bắt đầu chụn lấp.
Bảng 3.3. Mối quan hệ của lớp che phủ ụ chụn lấp và xõm nhập nước mưa TT Kiểu che phủ Cấu trỳc/ vật liệu Độ dốc Tỡnh trạng Thời gian thiết lập Tỉ lệ xõm nhập [96]* 1 Che phủ hàng ngày Đất hoặc vật liệu thay thế (10- 20cm) 0% Đất trống Giảm từ 100% xuống 0%. (2 năm đầu tiờn)
49,6 % 2 Che phủ trung gian Đất cú thành phần sột >30% (10-15% tổng thể tớch CTR và đất phủ) 0% Đất trống Tăng từ 0 đến 100%. Giảm từ 100% xuống 30%. (từ năm thứ 3) 14,6% 3 Che phủ cuối cựng chưa trồng cõy - HDPE - Đất cú thành phần sột >30% - Phủ đệm cú thành phần chủ yếu là cỏt dày 50-60cm - Đất trồng cõy dày khoảng 20- 30cm 3-5% Đất trống Tăng từ 0 – 100% (từ năm 3 đến năm thứ 10) 3,1% 4 Che phủ cuối cựng cú trồng cõy Trồng cỏ và cõy xanh 3-5% Che phủ cỏ và cõy xanh Hoàn thiện 3% 5 Che phủ cuối cựng cú trồng cõy với HDPE bị suy thoỏi
Cỏ và cõy xanh 3-5% Che phủ cỏ và cõy xanh
40 năm sau khi bắt đầu chụn lấp
40,7%
Hỡnh 3.5. Kết cấu lớp che phủ cuối cựng
Lượng nước mưa xõm nhập vào ụ chụn lấp xỏc định theo cụng thức [115]
𝐼 = 𝑃 ∗ 𝑆 ∗ 𝑖 ∗ 𝑡
𝛽 ∗ 𝐻
(3-3) Trong đú: c loại che phủ bói chụn lấp;
P: lượng mưa, (mm) S: diện tớch chụn lấp
ic: tỷ lệ lượng mưa xõm nhập vào ụ chụn lấp tương ứng với lớp che phủ, %; tc: khoảng thời gian lớp che phủ hoạt động, năm;
: khối lượng riờng rỏc chụn lấp, tấn/m3; H: chiều cao rỏc chụn lấp, m.
* Nước trong ụ chụn lấp
Nước rỉ rỏc trong ụ chụn lấp được tạo ra liờn quan đến cỏc yếu tố sau: - Do trọng lực
- Do đầm nộn
- Do quỏ trỡnh phõn hủy
Lượng nước phỏt sinh trong ụ chụn lấp phụ thuộc vào độ ẩm của rỏc được chụn lấp. Nếu độ ẩm của rỏc thấp hơn độ ẩm của đất khu vực chụn lấp thỡ lượng nước rỉ rỏc sinh ra trong ụ chụn lấp chỉ phụ thuộc vào đầm nộn và phõn hủy. Ngược lại nếu độ ẩm ban đầu của rỏc cao hơn độ ẩm bói chụn lấp thỡ lượng nước rỉ rỏc tạo thành liờn quan tới khả năng giữ nước, quỏ trỡnh đầm nộn và phõn hủy của rỏc chụn lấp.
Lượng nước tạo thành khi thực hiện chụn lấp
S = WGC + WD (3-4)
Rỏc được chụn lấp cú thể ở 2 trường hợp:
- Rỏc cú độ ẩm thấp hơn mụi trường bói chụn lấp. Lượng ẩm trong rỏc và khả năng giữ nước thể hiện trờn hỡnh 3.6
- Rỏc cú độ ẩm cao hơn mụi trường bói chụn lấp. Lượng ẩm trong rỏc sẽ “thoỏt” ra ngoài theo trọng lực.
* Nước do đầm nộn và trọng lực
Sau khi đầm nộn bằng thiết bị chuyờn dụng, rỏc sẽ bị nộn lại, phần nước trong rỏc “rỉ” ra nhờ ỏp lực của thiết bị đầm nộn.
Nước tạo ra do đầm nộn hoặc trọng lực và thường diễn ra vào tuần đầu hoặc thỏng đầu khi rỏc được chụn lấp được tớnh toỏn như sau [115]:
𝑊 = 𝐿 − ∗ 1000 (3-5)
LDM: Trọng lượng khụ của rỏc MC: Lượng ẩm của rỏc khụ CC: Lượng ẩm đầm nộn
Nguồn: Yang, N.và cộng sự [115]
Hỡnh 3.6. Sự biến đổi của lượng nước trong rỏc khi chụn lấp * Nước từ quỏ trỡnh phõn hủy
Nước cũn lại do phản ứng phõn hủy và lượng nước bay hơi do hỡnh thành khớ bói chụn lấp [115]
LDM: Trọng lượng khụ ban đầu của rỏc CC: Lượng ẩm đầm nộn
LDA: Trọng lượng khụ của rỏc phõn hủy theo thời gian CD: Lượng ẩm phõn hủy
Trong đú
𝐿 = ∑ 𝐿 (1 − ) (3-7)
Trong lượng khụ của rỏc phõn hủy theo thời gian liờn quan đến sự phõn hủy của cỏc thành phần trong chất thải. Thụng thường chất thải sẽ được chia thành 3 nhúm bao gồm: phõn hủy nhanh (chất thải thực phẩm), phõn hủy chậm (giấy, gỗ và chất thải dệt may) và khú phõn hủy (nhựa, kim loại, tro xỉ và thủy tinh). LDMi là trọng khụ ban đầu của phần chất thải i trong 1 tấn chất thải. DMi khả năng phõn hủy sinh học của rỏc.
* Nước rỉ rỏc tuần hoàn và dung dịch bổ sung trong giai đoạn vận hành
Tựy thuộc vào kỹ thuật vận hành chụn lấp, tuần hoàn nước rỉ rỏc và sử dụng chế phẩm sinh học trong quy trỡnh xử lý ụ nhiễm mụi trường, xử lý chất thải rắn, khử mựi hụi là 1 cỏch làm đem lại hiệu quả cao và bền vững. Lượng nước rỉ rỏc được tuần hoàn cũng như dung dịch phun tưới được tớnh toỏn theo tiờu chuẩn kỹ thuật vận hành chụn lấp chất thải rắn.
Như vậy, nước rỉ rỏc được tạo thành là:
LLC = IC + WGC + WD + WEM (3-8) Trong đú
Ic: nước mưa thấm qua lớp phủ bề mặt WGC: nước do trọng lực và đầm nộn
WD: nước từ quỏ trỡnh phõn hủy và hỡnh thành khớ
WEM: nước phun tưới xử lý mụi trường trong giai đoạn vận hành b. Kết quả tớnh toỏn nước rỉ rỏc phỏt sinh theo phương phỏp mụ hỡnh đề xuất
Nước rỉ rỏc tớnh theo phương phỏp mụ hỡnh đề xuất với cỏc thụng số tớnh toỏn đầu vào tương tự phương phỏp cõn bằng nước truyền thống. Sử dụng cỏc cụng thức trỡnh bày ở phần 3.1.1. Thời gian chụn lấp của ụ tớnh toỏn là 21 năm.
Cỏc kết quả cụ thể như sau. - Nước bốc hơi do bức xạ mặt trời
Điều kiện khớ tượng thủy văn và điều kiện tự nhiờn được lấy theo niờn giỏm thống kờ Hà nội 2019 và QCVN 02:2009/BXD về điều kiện tự nhiờn sử dụng trong xõy dựng. Số liệu về lượng mưa trung bỡnh năm là 1612 mm và lượng bốc hơi là 963 mm được sử dụng để tớnh toỏn.
- Nước xõm nhập vào ụ chụn lấp do nước mưa
PI = PID + PII + PICNP + PICP
Trong đú
PID: nước mưa xõm nhập với lớp che phủ hàng ngày PII: nước mưa xõm nhập với lớp trung gian
PICNP: nước mưa xõm nhập với lớp che phủ cuối cựng chưa trồng cõy PICP: nước mưa xõm nhập với lớp che phủ cú trồng cõy
Tớnh đến năm thứ 21, tổng lượng mưa xõm nhập vào ụ chụn lấp cú diện tớch 10084 m2 là PI = 224.471 m3
- Nước trong ụ chụn lấp + Do trọng lực và đầm nộn
Độ ẩm của rỏc nộn phụ thuộc vào tỉ trọng rỏc được đầm nộn với cỏc loại thiết bị cụng tỏc khỏc nhau sẽ cú tỉ trọng khỏc nhau như bảng 3.4. Số liệu này được lấy theo kết quả của cỏc nghiờn cứu về thớ nghiệm lực đầm nộn đối với chất thải rắn [72], [104]
Bảng 3.4. Tỷ trọng rỏc sau khi đầm nộn
Dạng thiết bị Tỷ trọng rỏc sau khi đầm nộn (kg/m3)
Mỏy ủi xớch 520 – 620
Mỏy ủi xỳc bỏnh lốp 500 – 570
Mỏy đầm nộn bỏnh thộp 710 – 950
Tớnh toỏn lượng nước do trọng lực và đầm nộn
LDM: Lượng rỏc khụ chứa trong 1m2 rỏc là 0,73 tấn (xem Phụ lục 1) MC: Lượng ẩm của rỏc 52,2%
CC: Lượng ẩm đầm nộn 38% WGC = 103,66 l/t
Nước rỉ rỏc hỡnh thành gồm lượng nước cũn lại sau đầm nộn trừ lượng nước tiờu hao do hỡnh thành khớ bói chụn lấp và nước cho phản ứng phõn hủy.
LDA: Trọng lượng khụ của rỏc phõn hủy theo thời gian chia thành 3 loại, 5 năm đầu với chất thải rắn hữu cơ dễ phõn hủy, 15 năm với chất thải rắn hữu cơ phõn hủy chậm.
CD: Lượng ẩm phõn hủy
Theo kết quả tớnh toỏn trong phần phụ lục 1
Rỏc phõn hủy nhanh
Lượng nước tiờu hao cho rỏc phõn hủy: 0,22 l/t
Lượng nước tiờu hao để tạo ra khớ từ phõn huỷ 1 tấn rỏc là: 0,023 l/t
Rỏc phõn hủy chậm
Lượng nước tiờu hao cho rỏc phõn hủy: 0,424 l/t
Lượng nước tiờu hao để tạo ra khớ từ phõn huỷ 1 tấn rỏc là: 0,037 l/t
Tỉ lệ cỏc thành phần rỏc phõn hủy sinh học nhanh, phõn hủy chậm, khú phõn hủy tương ứng là 70,4 % ; 15,7%; 14,9%.
Tổng lượng nước tiờu hao do phõn hủy và tạo khớ là = 0,704 l/t Lượng ẩm phõn hủy là 11,8%
Khả năng phõn hủy sinh học của chất thải hữu cơ phõn hủy nhanh: 82% [101] WD = 246,12 l/t
- Nước bổ sung dung dịch EM
Lượng dung dịch EM sử dụng cho 1 tấn rỏc là 30 lớt. Một lớt EM thứ cấp (93% nước, 6% rỉ đường, 1% EM sơ cấp) được pha loóng 500 lần để phun vào rỏc. Như vậy 1lớt dung dịch EM cú khoảng 0,99 lớt nước. (Lượng EM được lấy theo Định mức dự toỏn thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải rắn đụ thị - Cụng bố kốm theo Quyết định số: 592/QĐ BXD ngày 30 thỏng 5 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Xõy dựng)
Lượng nước bổ sung đối với thể tớch rỏc ứng với 1m2: 21,13 l/m2
Nước rỉ rỏc tớnh toỏn được tại Kiờu Kỵ tớch lũy đến năm thứ 21 (2020) là LLC = PI + WGC + WD + WEM
LLC = 224.471 +27.988+ 66.420 +213.074= 531.953m3
Tương tự sử dụng phương phỏp này để dự bỏo lượng nước rỉ rỏc năm thứ 40 sau khi đúng cửa. Nước rỉ rỏc sinh ra sau khi cỏc chất hữu cơ dễ phõn hủy đó phõn hủy hoàn toàn, lượng khớ tạo thành đó suy giảm theo thời gian. Theo cỏc nghiờn cứu đó cụng bố về sự suy thoỏi của lớp màng HDPE sau 40 năm sẽ cú nguy cơ bị hư hại, độ bền giảm sỳt. Giả định
sự xõm nhập nước mưa vào ụ chụn lấp qua lớp phủ cú trồng cõy khi lớp màng HDPE suy thoỏi là 40,7% [96]. Lượng nước rỉ rỏc tạo thành sau năm thứ 40 sẽ là 1447 756 m3. c. Đỏnh giỏ phương phỏp dự bỏo nước rỉ rỏc đề xuất
Tớnh toỏn dự bỏo theo phương phỏp mụ hỡnh đề xuất cú những ưu điểm so với phương phỏp cõn bằng nước như sau:
- Tổng lượng nước rỉ rỏc phỏt sinh đến năm 2020 tớnh bằng mụ hỡnh đề xuất là ớt hơn (531.953m3) so với phương phỏp cõn bằng nước (988.721m3).
- Tớnh toỏn được lượng nước rỉ rỏc theo thời gian cú liờn quan tới phương thức che phủ như: loại che phủ; tớnh chất của vật liệu phủ; sự suy thoỏi của vật liệu phủ theo thời gian.
- Chỉ ra yếu tố độ ẩm chất thải được chụn lấp đúng vai trũ quan trọng trong việc tạo thành lượng nước rỉ rỏc trong ụ chụn lấp.
- Tớnh toỏn cụ thể lượng nước rỉ rỏc tạo thành do lực đầm nộn khi sử dụng cỏc thiết bị đầm nộn khỏc nhau.
- Định lượng để chứng minh rừ ràng vai trũ của nước rỉ rỏc phỏt sinh là yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh lan truyền chất ụ nhiễm từ bói chụn lấp theo thời gian sau khi đúng bói chụn lấp.
Sau bói chụn lấp chất thải rắn đó đúng cửa, bói chụn lấp sẽ tiếp tục tạo ra nước rỉ rỏc ụ nhiễm cú thể kộo dài trong 30-50 năm sau đú [83]. Điều này cú thể khẳng định rằng trong bói chụn lấp Kiờu Kỵ cú 5 ụ chụn lấp (01, 02, 8AB, 9AB, 9CD) với tổng khối lượng tiếp nhận đến khi đúng cửa là khoảng 1 triệu tấn, ụ chụn lấp đầu tiờn được vận hành từ năm 1999 và ụ cuối cựng đến thỏng 10/2017, lượng nước rỉ rỏc vẫn sẽ cũn phỏt sinh trong hàng