2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.3. Phương pháp ước tính phát sinh, thu hồi khí thải CH4 và tiềm năng phát điện
điện
Quy trình thực hiện ước tính phát sinh, thu hồi khí thải CH4 và tiềm năng phát điện theo thứ tự như sau:
Phương pháp ước tính phát sinh khí thải CH4
Khí thải CH4 từ chôn lấp rác được ước tính theo mơ hình LandGEM (Landfill Gas Emissions Model) của Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA). Phiên bản mở rộng hiện nay là mơ hình LandGEM 3.02, mơ hình sử dụng phương trình tỷ lệ phân rã theo thứ tự đầu tiên để tính tốn tạo ra các ước tính phát sinh khí CH4 và GHG hàng năm trong một khoảng thời gian cụ thể. LandGEM là mơ hình LFG được sử dụng rộng rãi nhất tại Hoa Kỳ và các nước phát triển khác và là tiêu chuẩn ngành cho các ứng dụng quy định và không quy định.
Ước tính phát sinh khí thải CH4
Ước tính thu hồi khí thải CH4
Ước tính tiềm năng phát sinh điện từ khí
thải chơn lấp Khối lượng và thành phần rác thải sinh hoạt
Mơ hình LandGEM 3.02 [11]:
Trong đó:
QCH4 = Tốc độ dịng khí mêtan ước tính (tính bằng mét khối m3/năm) i = Thời gian tăng 1 năm
n = (Năm tính toán) - (Năm đầu tiên chấp nhận chất thải) j = Thời gian tăng 0,1 năm.
k = Hằng số tốc độ phát sinh khí CH4 (năm-1) Lo = Khả năng phát sinh khí CH4 (m3/tấn)
Mi = Khối lượng chất thải rắn được xử lý trong năm thứ i (tấn)
Tij = tuổi của phần thứ j của khối lượng chất thải Mi được chấp nhận trong năm thứ i (năm thập phân).
Các thơng số trong mơ hình LandGEM 3.02 cần được xác định:
- Hằng số tốc độ phát sinh khí CH4 (k, năm -1): được xác định dựa trên lượng mưa theo phương trình sau [24]:
k = 3,2 x 10–5(x) + 0,01
Trong đó: x = Lượng mưa trung bình hàng năm.
- Khả năng phát sinh khí CH4 (L0, m3/tấn MSW) [18]: Lo = Lo’ / ρCH4
- Khả năng phát sinh khí CH4 (L0’, tấnCH4/ tấnMSW) [18]: Lo’ = F x DOC x DOCf x MCF x 16/12
Trong đó:
Lo: Khả năng phát sinh khí CH4 (tính theo đơn vị m3/ tấnMSW) Lo’: Khả năng phát sinh khí CH4 (tính theo đơn vị tấnCH4/ tấnMSW)
(1)
(2)
(4) (3)
ρCH4 : Mật độ khí CH4 từ khí bãi rác (tấn CH4/m3CH4) (UNFCC khảo sát quan trắc tại Bãi rác Nam Sơn chọn 0,7168x10-3 tấn/m3) [16]
F: Phần thể tích khí mê tan trong khí bãi rác (chọn mặc định 0,5) DOC: Các bon hữu cơ dễ phân hủy ( tấnC/ tấnMSW)
DOCf: Phần DOC phân hủy kỵ khí trong bãi chơn lấp rác (IPCC, 2006 mặc định = 0,50)
MCF: Hệ số hiệu chỉnh CH4 được xác định theo bảng sau:
Bảng 2.1. Giá trị MCF theo kiểu bãi chôn lấp rác (IPCC, 2006)
Kiểu bãi chôn lấp Hệ số hiệu chỉnh CH4 (MCF)
Có quản lý * 1
Không quản lý – sâu (>=5m rác) 0,8
Không quản lý – nông (< 5m rác) 0,6
Bãi chôn lấp rác thải không thể phân loại vào các nhóm trên
0,4
Ghi chú: (*): Được quản lý phải có vị trí kiểm sốt chất thải (tức là chất thải được chuyển đến các khu vực cụ thể, mức độ kiểm soát rác và mức độ kiểm soát cháy) và sẽ bao gồm một số nội dung sau: vật liệu che phủ, nén cơ học hoặc san lấp chất thải.
16/12: Hệ số cân bằng CH4/C
- Các bon hữu cơ dễ phân hủy (DOC, tấnC/tấnMSW) [18]:
DOC = (0,4 x A) + (0,17 x B) + (0,15 x C) + (0,3 x D)
A: % thành phần chất thải rắn (MSW) là giấy và dệt may.
B: % thành phần chất thải rắn (MSW) là chất thải vườn, chất thải công viên C: % thành phần chất thải rắn (MSW) là chất thải thực phẩm
D: % thành phần chất thải rắn (MSW) là gỗ và rơm.
Phương pháp ước tính thu hồi khí thải CH4
Hiệu suất thu hồi là thước đo khả năng của một hệ thống thu gom khí để thu giữ khí thải CH4 được tạo ra tại bãi chơn lấp. Ước tính phát sinh khí thải CH4 do mơ hình tính tốn được nhân với hiệu suất thu hồi để ước lượng thể tích CH4 có thể được thu hồi để sử dụng trong dự án năng lượng tạo ra điện.
QTHCH4 = QCH4 x HTT Trong đó:
QTHCH4: Tốc độ dịng khí mêtan ước tính thu hồi (m3/năm) QCH4: Tốc độ dịng khí mêtan ước tính (m3/năm)
HTT: Hiệu suất thu hồi khí.
Hiệu suất thu hồi khí được tính tốn thực nghiệm tại các bãi chôn lấp thông thường tại Hoa Kỳ khoảng 50-95%, trung bình hiệu suất thu hồi là 75% là phổ biến nhất, dựa trên tỷ lệ chiết khí đo được chia cho tốc độ phát thải khí mơ hình. EPA của Hoa Kỳ áp dụng tỷ lệ thu hồi khí mặc định là 75% [21].
Phương pháp ước tính tiềm năng phát sinh điện từ khí thải chơn lấp
Trên cơ sở tính tốn, ước tính thu hồi lượng khí CH4 từ bãi chôn lấp qua hệ thống thu gom khí bãi rác. Tính tốn ước tính tiềm năng điện tạo ra theo cơng thức [19]:
Pel = QCH4 x β x η
Trong đó:
Pel : Năng lượng điện (kW)
QCH4 = Khối lượng khí CH4 ước tính (m3/h)
β: Gía trị nhiệt thấp của CH4 (LHV) (β =9,7kWh/m3) η: Hiệu suất phát điện.
Hiệu suất phát điện phụ thuộc vào động cơ đốt khí bãi rác để phát điện. Hầu hết các cơ sở sử dụng khí bãi rác phát điện đang hoạt động trên thế giới sử dụng các
(6)
các thiết bị như động cơ đốt trong, tua bin khí hoặc microturbine. Tùy vào công nghệ, động cơ đốt trong khác nhau mà hiệu suất phát điện cao hơn. Lựa chọn động cơ đốt trong để tính tốn. Theo Ivalo Ganev và cộng sự đã nghiên cứu và điều tra cụ thể, hiệu suất phát điện của động cơ đốt trong dao động là 30-42%, lựa chọn hiệu suất phát điện là 35% [19].
2.2.4. Phương pháp đánh giá và dự báo
Trên cơ sở thực hiện phương pháp điều tra, khảo sát thực tế và phương pháp thu thập, tổng hợp số liệu tiến hành đánh giá:
- Nguồn phát sinh, thành phần, khối lượng, công tác thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa.
- Dự báo những ảnh hưởng tích cực cũng như tiêu cực từ hoạt động phát sinh rác thải sinh hoạt của người dân, khả năng thu hồi năng lượng từ bãi chôn lấp rác.