VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
3.1.1. Lượng nước rỉ rác phát sinh theo thời gia n– phương pháp cân bằng nước
Để xác định lượng nước rỉ rác phát sinh theo thời gian, việc tính tốn dựa trên lượng nước “vào” và “ra” ơ chơn lấp rác. Cĩ nhiều cách tính tốn dự báo lượng nước rỉ rác, thường dựa trên phương pháp cân bằng nước, phương pháp cơ bản nhất trong tính tốn dự báo lượng nước rỉ rác phát sinh theo thời gian.
Hình 3.1. Sơ đồ tổng quát về cân bằng nước trong ơ chơn lấp Cơng thức tổng quát về cân bằng nước như sau [40]:
L=I+GI-∆S= P–ET–RO+GI-∆S (3-1)
Trong đĩ
L: Lượng nước tích tụ dưới đáy ơ chơn lấp, mm P: Nước mưa rơi vào khu vực ơ chơn lấp, mm ET: Thốt hơi nước, mm
RO: Nước chảy tràn, mm
GI: Nước dưới đất thấm vào, mm
∆S: Sự thay đổi lượng nước trong ơ chơn lấp, mm
Phương pháp cân bằng nước (WBM) chính là sự xâm nhập của nước qua lớp che phủ ơ chơn lấp, đi qua ơ chơn lấp (cĩ độ sâu nhất định) và bị ảnh hưởng bởi sự bốc hơi, phần cịn lại coi như được tạo ra từ ơ chơn lấp gọi là nước rỉ rác. Điều này là hợp lệ sau khi chất thải rắn đạt đến bão hịa nước hoặc khả năng hấp thụ giữ nước. Để đạt đến giai đoạn này cĩ thể mất vài năm tùy thuộc vào kích thước ơ chơn lấp, vận hành thực tế và điều kiện thời tiết. Hình 3.1 mơ tả khái niệm tổng quát của các biến được sử dụng trong WBM. Mặc dù phương pháp này về mặt lý thuyết chính xác và đơn giản, nhưng cĩ một sự khơng chắc chắn khi kết hợp với các biến để dự báo. Các biến này là hoặc ngẫu nhiên mang tính tự nhiên (biến thời tiết như lượng
80
mưa, giĩ, nhiệt độ) hoặc phụ thuộc vào các thơng số khĩ xác định độ chính xác (chẳng hạn như hệ số chảy tràn và mức độ đầm nén chất thải hoặc độ ẩm).
Các thành phần tạo nên sự cân bằng nước cho một đơn nguyên thể tích rác bao gồm: nước thâm nhập vào BCL từ phía trên, độ ẩm của chất thải rắn, độ ẩm của đất phủ, nước tiêu thụ cho các phản ứng tạo khí BCL. Lượng nước rỉ rác cần phải thu gom cĩ thể tính được nhờ vào bài tốn cân bằng nước trong BCL. Các thành phần trong phương trình cân bằng nước bao gồm :
- Nước đi vào từ phía trên : chủ yếu là nước mưa thấm xuyên qua lớp vật liệu bao phủ. Một điểm quan trọng nhất khi tiến hành thiết lập bài tốn cân bằng nước là phải xác định được lượng nước mưa thấm xuyên qua lớp vật liệu che phủ sau cùng.
- Độ ẩm của chất thải : gồm độ ẩm của bản thân CTR và độ ẩm hấp thụ từ khí quyển hay nước mưa khi chứa trong các ơ chơn lấp. Vào mùa khơ, độ ẩm cĩ thể bị mất đi tùy thuộc vào điều kiện chơn lấp. Độ ẩm trong CTR đơ thị và thương mại khoảng 20%. Tuy nhiên vì độ ẩm của CTR phụ thuộc vào thời tiết nên cần thiết phải kiểm tra độ ẩm theo thời tiết.
- Độ ẩm trong đất phủ bề mặt: phụ thuộc vào loại đất phủ bề mặt: phụ thuộc vào loại đất phủ và mùa trong năm. Độ ẩm lớn nhất của đất bao phủ gọi là độ giữ nước là lượng chất lỏng giữ lại trong các lỗ rỗng của đất dưới tác dụng của trọng lực. Đất sét cĩ độ giữ nước từ 6 -12% và đất mùn sét là 23-31%.
- Nước tiêu thụ cho các phản ứng tạo khí bãi chơn lấp : Trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong chất thải rắn sinh hoạt hình thành khí bãi chơn lấp cần tiêu thụ một lượng nước. Lượng nước này cĩ thể được tính tốn theo phương trình phân huỷ [101]:
CaHbOcNd +
- Nước thốt ra do quá trình bay hơi: các khí hình thành trong BCL thường ở dạng khí bão hịa. Lượng nước bay hơi thốt ra khỏi BCL cĩ thể tính được từ lượng khí bão hịa
hơi nước.
Pv.V = nRT (3-2)
Trong đĩ : PV : áp suất hơi bão hịa của hơi nước ở nhiệt độ T ,kg/m2 V: thể tích, m3
N: số mol khí
R : hằng số khí = 8,31x10-3 kJ/(mol.0K) T: nhiệt độ ,0 K
a. Thơng số tính tốn
Tổng diện tích chơn lấp tại BCL Kiêu Kỵ là 2,71ha = 27100 m2, cĩ chiều sâu phần chìm là 4,85m, phần nổi là 10 m.
Diện tích chơn lấp chia làm 5 ơ. Việc tính tốn nước rỉ rác sẽ thực hiện với ơ chơn lấp 9AB cĩ diện tích 10.084m2
Thời gian hoạt động của BCL = 365 ngày/năm.
Lượng phế thải cần chơn: Rác sinh hoạt năm 2000 là 146 tấn/ngđ; Tỷ trọng rác chơn là 580kg/m3
Độ ẩm của rác 52,2%
Lớp rác sau đầm nén dày 0,85m chưa kể lớp vật liệu phủ. Cĩ 10 lớp rác được chơn lấp trong ơ tính tốn
Bảng 3.1. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại huyện Gia Lâm
Thành phần Tính chất % Khối
lượng (tấn) Chất hữu cơ Phân hủy sinh học 68 106,76
nhanh
Giấy vụn, bìa Phân hủy sinh học 2,4 3,76
các tơng nhanh
Nhựa Phân hủy sinh học 8,35 13,11 chậm
Da, cao su Phân hủy sinh học 2,6 4,08 chậm
Vải Phân hủy sinh học 4,75 7,45
chậm Gạch vỡ, đá KXĐ 4,8 7,53 Vỏ sị, vỏ tơm KXĐ 0,5 0,785 cua, xương Kim loại KXĐ 0,3 0,47 Thủy tinh, gốm. KXĐ 0,8 1,25 sứ Các loại khác KXĐ 7,6 11,93 Tổng 100 157
Nguồn: Báo cáo đánh giá tác động mơi trường và báo cáo nghiên cứu khả thi [2,3] JICA (2011) Báo cáo nghiên cứu quản lý chất thải rắn Việt Nam [11]
b. Xác định cơng thức phân tử của chất thải rắn Cơng thức chất thải rắn hữu cơ dễ phân hủy
82
- Tính tốn được khối lượng của từng nguyên tố trong chất thải hữu cơ dựa vào số liệu cho trong bảng 3.1
M nguyên tố = (% nguyên tố /100) x khối lượng (tấn/ngđ) C = 51; H = 6,83; O = 40,14; N = 2,8; S = 0,43
C = 1,63; H = 0,22; O = 1,66; N = 0,01; S = 0,0075
- Tính được số mol của từng nguyên tố (mol x106) C = 4,38; H = 6,98; O = 2,61; N = 0,20; S =
0,0136 - Cơng thức phân tử bỏ qua S Cơng thức chất hữu cơ phân hủy nhanh C22H35O13N
Cơng thức chất hữu cơ phân hủy chậm C46H70O16N
Phần chi tiết tính tốn theo phương pháp cân bằng nước xem trong phụ lục 1. Kết quả tính tốn thể hiện ở bảng 3.2 và đồ thị hình 3.2.
Bảng 3.2. Tính tốn nước rỉ rác phát sinh theo thời gian Lnrr Lnrr cả ơ Tháng Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp4 Lớp5 Lớp 6 Lớp 7 Lớp 8 Lớp 9 Lớp 10 1m2 (m3) 6 403.1847 403.1847 4066 12 522.0142 403.1847 925.1989 9330 18 512.0734 522.0142 403.1847 1437.272 14493 24 485.4438 512.0734 522.0142 403.1847 1922.716 19389 30 448.3391 485.4438 512.0734 522.0142 403.1847 2371.055 23910 36 405.758 448.3391 485.4438 512.0734 522.0142 403.1847 2776.813 28001 42 374.43 405.758 448.3391 485.4438 512.0734 522.0142 403.1847 3151.243 31777 48 351.1806 374.43 405.758 448.3391 485.4438 512.0734 522.0142 403.1847 3502.424 35318 54 333.8413 351.1806 374.43 405.758 448.3391 485.4438 512.0734 522.0142 403.1847 3836.265 38685 60 320.8409 333.8413 351.1806 374.43 405.758 448.3391 485.4438 512.0734 522.0142 403.1847 4157.106 41920 66 311.0459 320.8409 333.8413 351.1806 374.43 405.758 448.3391 485.4438 512.0734 522.0142 4064.967 40991 72 303.6988 311.0459 320.8409 333.8413 351.1806 374.43 405.758 448.3391 485.4438 512.0734 3846.652 38790 78 297.7722 303.6988 311.0459 320.8409 333.8413 351.1806 374.43 405.758 448.3391 485.4438 3632.35 36629 84 293.008 297.7722 303.6988 311.0459 320.8409 333.8413 351.1806 374.43 405.758 448.3391 3439.915 34688 90 288.843 293.008 297.7722 303.6988 311.0459 320.8409 333.8413 351.1806 374.43 405.758 3280.419 33080 96 285.1988 288.843 293.008 297.7722 303.6988 311.0459 320.8409 333.8413 351.1806 374.43 3159.859 31864 102 282.0087 285.1988 288.843 293.008 297.7722 303.6988 311.0459 320.8409 333.8413 351.1806 3067.438 30932 108 279.2164 282.0087 285.1988 288.843 293.008 297.7722 303.6988 311.0459 320.8409 333.8413 2995.474 30206 114 276.7736 279.2164 282.0087 285.1988 288.843 293.008 297.7722 303.6988 311.0459 320.8409 2938.406 29631 120 274.6395 276.7736 279.2164 282.0087 285.1988 288.843 293.008 297.7722 303.6988 311.0459 2892.205 29165 126 272.7795 274.6395 276.7736 279.2164 282.0087 285.1988 288.843 293.008 297.7722 303.6988 2853.939 28779 132 271.1639 272.7795 274.6395 276.7736 279.2164 282.0087 285.1988 288.843 293.008 297.7722 2821.404 28451 138 269.7679 271.1639 272.7795 274.6395 276.7736 279.2164 282.0087 285.1988 288.843 293.008 2793.399 28169 144 268.5704 269.7679 271.1639 272.7795 274.6395 276.7736 279.2164 282.0087 285.1988 288.843 2768.962 27922 150 267.5537 268.5704 269.7679 271.1639 272.7795 274.6395 276.7736 279.2164 282.0087 285.1988 2747.672 27708 156 266.7029 267.5537 268.5704 269.7679 271.1639 272.7795 274.6395 276.7736 279.2164 282.0087 2729.177 27521 162 265.9391 266.7029 267.5537 268.5704 269.7679 271.1639 272.7795 274.6395 276.7736 279.2164 2713.107 27359
84 Lnrr Lnrr cả ơ Tháng Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp4 Lớp5 Lớp 6 Lớp 7 Lớp 8 Lớp 9 Lớp 10 1m2 (m3) 168 265.2568 265.9391 266.7029 267.5537 268.5704 269.7679 271.1639 272.7795 274.6395 276.7736 2699.147 27218 174 264.6512 265.2568 265.9391 266.7029 267.5537 268.5704 269.7679 271.1639 272.7795 274.6395 2687.025 27096 180 264.1184 264.6512 265.2568 265.9391 266.7029 267.5537 268.5704 269.7679 271.1639 272.7795 2676.504 26990 186 264.1184 264.6512 265.2568 265.9391 266.7029 267.5537 268.5704 269.7679 271.1639 2403.724 24239 192 264.1184 264.6512 265.2568 265.9391 266.7029 267.5537 268.5704 269.7679 2132.56 21505 198 264.1184 264.6512 265.2568 265.9391 266.7029 267.5537 268.5704 1862.793 18784 204 264.1184 264.6512 265.2568 265.9391 266.7029 267.5537 1594.222 16076 210 264.1184 264.6512 265.2568 265.9391 266.7029 1326.668 13378 216 264.1184 264.6512 265.2568 265.9391 1059.965 10689 222 264.1184 264.6512 265.2568 794.0264 8007 228 264.1184 264.6512 528.7696 5332 234 264.1184 264.1184 2663 240 263.7158 263.7158 2659 246 263.4782 263.4782 2657 252 263.2208 263.2208 2654 Tổng 988721
Lượng nước rỉ rác phát sinh trong ơ chơn lấp theo thời gian Lượ ng nướ c rỉ rác, m3 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 6 18 30 42 54 66 78 90 102 114 126 138 150 162 174 186 198 210 222 234 246 258 Thời gian, tháng
Hình 3.2. Sự biến thiên của nước rỉ rác ơ 9AB theo thời gian
Nhận xét: Kết quả tính tốn theo phương pháp cân bằng nước cho thấy nước rỉ rác sinh ra từ ơ chơn lấp thay đổi theo thời gian. Trong suốt quá trình vận hành lượng nước rỉ rác hình thành do nước mưa và nước cĩ sẵn trong chất thải rắn sinh hoạt trừ đi lượng nước cần thiết cho quá trình phân hủy. Nếu coi lượng mưa khơng biến đổi theo năm, lượng nước rỉ rác sinh ra sẽ đạt cực đại ở cuối năm vận hành khi đã chơn lấp hết lượng rác cần thiết nhưng chưa phủ lớp che phủ cuối cùng. Ơ chơn lấp trong bãi chơn lấp Kiêu Kỵ trong thực hiện tính tốn cĩ thời gian vận hành 5 năm. Rác chơn lấp trong 5 năm khoảng 270.000 tấn (150 tấn/ngày). Trong 5 năm đầu tiên lượng nước rỉ rác sinh ra đạt cực đại ở cuối năm thứ 5 với
ơ chơn lấp này nước rỉ rác đạt 41910m3 ở cuối năm thứ 5, trước khi đĩng ơ chơn lấp, sau đĩ giảm dần theo thời gian. Ơ chơn lấp đã đĩng từ năm 2004, theo kết quả tính tốn lượng
nước rỉ rác vẫn phát sinh đến hiện tại là 2654 m3 (năm thứ 21 kể từ khi bắt đầu chơn lấp năm 1999). Tổng lượng nước rỉ rác tính tốn theo phương pháp cân bằng nước là 988.721m3
3.1.2. Xây dựng phương pháp mơ hình hĩa tính tốn nước rỉ rác
Lượng nước rỉ rác phát sinh là yếu tố quan trọng khi đánh giá ơ nhiễm phát sinh từ bãi chơn lấp chất thải rắn. Trong rất nhiều trường hợp, các biện pháp định lượng nước rỉ rác chỉ tính đến một nguồn đĩ là lượng mưa rơi vào ơ chơn lấp, chính vì vậy sẽ trở thành thiếu
sĩt nghiêm trọng khi tính tốn ảnh hưởng đến lượng nước rỉ rác phát sinh, nguồn ơ nhiễm chính từ bãi chơn lấp chất thải rắn.
Tại Việt Nam chất thải rắn được chơn lấp tại bãi chơn lấp chất thải rắn cĩ độ ẩm tương đối cao, đây là một yếu tố quan trọng đĩng gĩp hình thành nước rỉ rác trong ơ chơn lấp chất thải rắn. Luận án thực hiện nghiên cứu xây dựng mơ hình hĩa xác định lượng nước rỉ rác dựa trên các yếu tố liên quan tới ơ chơn lấp bao gồm: lượng mưa xâm nhập vào các lớp chất thải được chơn lấp; lượng nước hình thành từ việc phân hủy chất thải rắn chơn lấp và phương thức vận hành chơn lấp chất thải. Các yếu tố này phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu khu vực nghiên cứu, tính chất của chất thải được chơn lấp, các cơng tác thực hiện khi chơn lấp chất thải rắn như: hiệu suất thiết bị đầm nén, phun tưới tuần hồn nước rỉ rác, phun tưới dung dịch hạn chế ơ nhiễm mơi trường khi vận hành chơn lấp, hệ số thấm của vật liệu phủ hàng ngày và lớp che phủ cuối cùng....Sơ đồ mơ hình tính tốn lượng nước rỉ rác phát sinh thể hiện trên hình 3.3
Hình 3.3. Sơ đồ mơ tả dịng nước trong ơ chơn lấp Trong đĩ
P: Lượng mưa S: Thay đổi lượng nước bên trong ơ chơn
lấp Ic: Lượng mưa xâm nhập với
các lớp phủ khác nhau
ETR: Khả năng bốc hơi tiềm năng
ET: Bốc hơi thực
EM: nước bổ sung (kỹ thuật vận hành)
LLC: Nước rỉ rác
* Nước bốc hơi
Thơng thường lượng nước cĩ sẵn trong đất bị thốt vào khí quyển từ một khu vực cụ thể phụ thuộc vào loại đất và thảm thực vật. Nước bốc hơi liên hệ mật thiết với các yếu tố khí hậu cĩ ảnh hưởng đến hàm lượng ẩm trong đất, chủ yếu là lượng mưa, nhiệt độ và độ ẩm khơng khí. Sự thốt hơi nước xảy ra là kết quả của sự bay hơi từ đất và thốt hơi nước qua lớp phủ thực vật. Trong hai phương thức phần lớn độ ẩm của đất bị mất là do thốt hơi nước.
Các tổn thất lượng nước do bốc hơi trên bãi chơn lấp cĩ cơ chế cĩ thể khác với cơ chế diễn ra trên đồng cỏ hoặc cánh đồng nơng nghiệp. Nhiệt độ biến đổi trong quá trình phân hủy cĩ ảnh hưởng đến việc bay hơi ẩm [34]. Sự bốc hơi tiềm năng cĩ thể cao hơn bởi sự sinh nhiệt từ bên trong ơ chơn lấp đến bề mặt. Nhưng sự bốc hơi thực tế cĩ thể thấp hơn nếu khơng cĩ hoặc chỉ cĩ lớp đất mỏng che phủ và cùng với đĩ là chất thải cĩ độ ẩm thấp được chơn lấp bên dưới.
* Nước hình thành từ nước mưa
Nước mưa là yếu tố lớn nhất ảnh hưởng tới sự hình thành nước rỉ rác. Thành phần và lượng nước rỉ rác đều liên quan đến nước mưa. Chính vì vậy trong tính tốn lượng nước rỉ rác phát sinh cần quan tâm tới sự tác động của lớp che phủ ơ chơn lấp chất thải rắn bao gồm: che phủ hàng ngày (DC), che phủ trung gian (IC) che phủ cuối cùng chưa trồng cây (UFC); che phủ cuối cùng cĩ trồng cây (PFC). Sự xâm nhập qua lớp che phủ cĩ sự biến động theo thời gian [42]. Giả thiết ơ chơn lấp hoạt động trong thời gian từ 3-5 năm, trong 2 năm đầu tiên sau khi chơn 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 khơng trồng cây tăng từ 0 – 100%, sau khoảng 10 năm, thì lớp che phủ trồng cây được thiết lập hồn tồn [115]. Độ bền của màng HDPE suy giảm theo thời gian, sự suy giảm chất lượng của màng HDPE sẽ tác động đến quá trình xâm nhập vào ơ chơn lấp. Vì vậy khi đĩng bãi với lớp che phủ hồn chỉnh cĩ trồng cây (PFC) sẽ được chia thành 2 giai đoạn: khi màng HDPE cịn nguyên vẹn và giai đoạn HDPE bị hư hỏng. Tuổi thọ của màng HDPE khoảng 40 năm [90]. Mơ phỏng tình huống xấu nhất cĩ thể diễn ra khi màng HDPE bị suy giảm chất lượng là sau 40 năm kể từ khi bắt đầu chơn lấp.
Bảng 3.3. Mối quan hệ của lớp che phủ ơ chơn lấp và xâm nhập nước mưa
TT Kiểu che Cấu trúc/ vật Độ Tình Thời gian Tỉ lệ xâm phủ liệu dốc trạng thiết lập nhập [96]* 1 Che phủ Đất hoặc vật liệu 0% Đất Giảm từ 100% 49,6 %
hàng thay thế (10- trống xuống 0%. (2
ngày 20cm) năm đầu tiên)
2 Che phủ Đất cĩ thành 0% Đất Tăng từ 0 đến 14,6%
trung gian phần sét >30% trống 100%. Giảm từ
(10-15% tổng 100% xuống
thể tích CTR và 30%. (từ năm
đất phủ) thứ 3)
3 Che phủ - HDPE 3-5% Đất Tăng từ 0 – 3,1% cuối cùng - Đất cĩ thành trống 100% (từ năm chưa phần sét >30% 3 đến năm thứ trồng cây - Phủ đệm cĩ 10) thành phần chủ yếu là cát dày 50-60cm - Đất trồng cây dày khoảng 20- 30cm
4 Che phủ Trồng cỏ và cây 3-5% Che Hồn thiện 3%