Cuối năm
Khí tạo thành (m3/tấn)
Phần phân hủy nhanh Phần phân hủy chậm Tổng cộng
1 0,0454 0,000474 0,0459 2 0,0795 0,001422 0,08092 3 0,0568 0,00237 0,05915 4 0,0341 0,003318 0,03739 5 0,0114 0,004266 0,01562 6 0,004503 0,0045 7 0,004029 0,00403 8 0,003555 0,00356 9 0,003081 0,00308 10 0,002607 0,00261 Lớp 5 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 4 Lớp 3 Lớp 3 Lớp 2 Lớp 1 Lớp 2 Lớp 1 Lớp 4 Lớp 3 Lớp 3 Lớp 2 Lớp 2 Lớp 2 Lớp 1 Lớp 1 Lớp 1 Lớp 1 Lớp rác nén Lớp vật liệu phủ
11 0,002133 0,00213 12 0,001659 0,00166 13 0,001185 0,00119 14 0,000711 0,00071 15 0,000237 0,00024 Tổng 0,2271 0,0356 0,26267
Để đơn giản các tính tốn ta sẽ xác định lượng nước rị rỉ sinh ra trên một đơn vị diện tích bề mặt 1 m2 của một lớp CTR của ơ chơn lấp, sau đĩ chuyển kết quả tính tốn cho tổng lượng chất thải trong cả lơ.
- Độ ẩm ban đầu của chất thải = 40% khối lượng [7].
1. Các thành phần trong cân bằng nước của 1 lớp CTR của ơ số 1 vào cuối năm 1
- Khối lượng vật liệu che phủ Mphủ
• Xác định khối lượng đất phủ đối với 1m2 bề mặt một lớp (Mphủ)
Đất được sử dụng ở đây là đất sét pha cĩ khối lượng riêngρ = 2,6 (tấn/m3) [7], lớp phủ trung gian dày 0,2m và lớp phủ trên cùng dày 1m.
Khối lượng đất phủ đối với 1m2 bề mặt các lớp rác.
Mphủ1 = h1 ×ρ×F(với lớp vật liệu phủ trung gian)
Mphủ2 = h2 ×ρ×F(với lớp vật liệu phủ trên cùng)
Trong đĩ:
h1: Chiều cao của lớp phủ trung gian, (m). h2: Chiều cao của lớp phủ trên cùng, (m).
ρ: Khối lượng riêng của đất phủ, (tấn/m3). F: Đơn vị diện tích bề mặt, (m2).
Mphủ1 = 0,2 x 2,6 x 1 = 0,52 ( tấn/ m3). Mphủ2 = 1 x 2,6 x 1 = 2,6 ( tấn/ m3).
Vậy: Mphủ = 520 (kg/m3)
- Khối lượng CTR tính trên 1 m2
Mctr = 3m * 1 m2 * 850 kg/m3= 2550 (kg) - Khối lượng ẩm trong CTR:
MẨm = 2550 × 0,4 = 1020 (kg). - Khối lượng CTR khơ
Mkhơ = 2550 – 1020 = 1530 (kg).
- Lượng nước mưa thấm vào lớp chất thải rắn đang vận hành Mmưa
Trong giai đoạn hoạt động: lượng nước mưa ngấm vào một đơn vị diện tích bề
mặt (F) được xác định theo cơng thức:
Mnước mưa= (P – ET).F. /1000 (tấn /tháng) Trong đĩ:
P : Lượng mưa trung bình hàng tháng, mm
ET : Lượng nước bay hơi trung bình hàng tháng, mm F : diện tích bề mặt (m2)
n
ρ : khối lượng riêng của nước ở 270C, ρn = 0,997 (tấn/m3).
Ta cĩ thể biểu diễn lượng nước mưa xâm nhập vào bãi rác trong thời gian vận hành theo bảng sau:
Bảng 3.13: Lượng nước mưa ngấm vào 1m2 bề mặt ơ chơn lấp trong giai đoạn hoạt động.
Tháng Lượng mưa trung bình (mm)
Lượng nước bay hơi (mm)
Lượng nước xâm nhập (tấn/tháng) 1 82 32,8 0,049 2 15 6 0,009 3 6 2,4 0,004 4 53 26,5 0,026 5 165 82,5 0,082 6 192 115,2 0,077 7 72 43,2 0,029 8 180 108 0,072 9 279 148,5 0,13 10 706 282,4 0,422 11 576 230,4 0,345 12 212 84,8 0,127 Tổng cả năm 2538 1162,7 1,371
(Nguồn: Cơng ty mơi trường đơ thị Quảng Nam)
Trong giai đoạn đĩng cửa bãi rác: lượng nước mưa xâm nhập vào một đơn
vị diện tích bề mặt được xác định theo cơng thức :
Mnước mưa = (P – R – ET ).F. /1000 (tấn /tháng) Trong đĩ:
R : Lượng nước thốt trên bề mặt, mm.
R = P, ở đây là hệ số dịng chảy phụ thuộc vào lớp phủ, = 40 – 60%, chọn = 40% [7].
Bảng 3.14: Lượng mưa, lượng nước bốc hơi và khả năng ngấm nước qua lớp đất
phủ.
Tháng Lượng mưa trung bình (mm)
Lượng nước bay hơi (mm) Lượng nước thốt bề mặt (mm) Khả năng xâm nhập (mm) 1 86 32,8 34,4 18,8 2 45 6 18 21 3 10 2,4 4 3,6 4 59 26,5 23,6 8,9 5 180 82,5 72 25,5 6 198 115,2 79,2 3,6 7 89 43,2 35,6 10,2 8 250 108 100 42 9 376 148,5 150,4 77,1 10 790 282,4 316 191,6 11 676 230,4 270,4 175,2 12 430 84,8 172 173,2 Tổng 3189 1162,7 1275,6 750,7
(Nguồn: Cơng ty mơi trường đơ thị Quảng Nam)
Vậy lượng nước mưa ngấm vào khi ơ chơn lấp đã cĩ lớp phủ trên cùng là: 0,757m/m2 bề mặt.
Mỗi ơ chơn lấp được thực hiện trong 1 năm nên lượng nước mưa ngấm vào 1 m2
ơ chơn lấp:
Mn,mưa = hmưa x Smưa = 0,757 x 1 = 0,757 (m3/năm), [7] Khối lượng nước ngấm vào.
Mn.mưa = Mn,mưa ×ρ = 0,757 x 0,997 = 0,750 (tấn/năm). [7] - Tổng khối lượng của rác trên 1 m2 vào năm 1:
M = Mcp + Mctr + Mmưa = 520 + 2550 + 1371 = 4441 (kg).
2. Tính tốn cân bằng nước đối với 1 lớp CTR ơ 1 vào cuối năm 1
Trong năm đầu tiên chơn lấp, lượng nước tiêu hao cho việc hình thành khí gas và lượng nước bay hơi theo sự phát sinh khí là M nước tiêu hao = 0 và M nước bay hơi = 0.
- Xác định thể tích khí và khối lượng khí sinh ra từ 1 lớp trong năm 1 Vkhí(1) = 2550 * 0 = 0 (m3)
Mkhí(1) = Vkhí(1)* (khối lượng riêng của hỗn hợp khí) • Xác định khối lượng riêng của hỗn hợp khí bãi chơn lấp
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí được xác định theo cơng thức sau:
∑
= i i
hh v ρ
Trong đĩ:
vi : Nồng độ của cấu tử i theo thể tích trong hỗn hợp khí.
i
ρ : Khối lượng của cấu tử i (kg/m3).
Do hỗn hợp khí rác chứa chủ yếu các khí CO2 và CH4, nên chúng ta cĩ thể coi khí rác chứa 2 khí này và thành phần tỷ lệ thể tích là 60% CH4, 40% CO2. Cơng thức trên trở thành. 2 2 1 1ρ ρ ρhh =v +v [9] Trong đĩ: v1, v2: Nồng độ của CH4, CO2. 2 1,ρ
ρ : Khối lượng riêng của CH4, CO2.
Khối lượng riêng của khí được tính theo cơng thức.
o P T P M × × × × = 4 . 22 273 ρ [9] Trong đĩ:
M: Khối lượng mol của cấu tử khí (kg/kmol). T: Nhiệt độ của khí rác (500C), (0K).
P, Po: Áp suất của khí ở điều kiện làm việc và điều kiện tiêu chuẩn. Đối với khí CH4: 1 323 4 , 22 1 273 16 4 × × × × = CH ρ = 0,604 (kg/m3)
Đối với khí CO2:
1 323 4 , 22 1 273 44 2 × × × × = CO ρ = 1,660 (kg/m3).
Vậy khối lượng riêng của hỗn hợp khí. =
hh
ρ 0,604 x 0,6 + 1,660 x 0,4 = 1,026 (kg/m3) - Khối lượng khí sinh ra của 1 lớp CTR trong năm 1
Mkhí(1) = 0 *1,026 = 0 (kg)
- Khối lượng nước tiêu hao cho q trình hình thành khí BCL
• Xác định lượng nước tiêu hao cho việc hình thành khí gas
Lượng nước tiêu hao cho các phản ứng phân hủy chất hữu cơ trong rác thải cĩ thể tính theo lượng nước tiêu hao cho các phản ứng phân hủy yếm khí các chất hữu cơ PHN và PHC
- Lượng nước tiêu hao cho các phản ứng phân hủy các chất hữu cơ PHN.
C25H40O16N + 7,75H2O 13,125 CH4 + 11,875CO2 + NH3 610 139,5
1 kg Mn.PHN
Lượng nước tiêu hao cho phản ứng phân hủy 1 kg rác thải PHN. Mn.PHN = 610 5 , 139 = 0,2287 (kgH2O/kgPHN).
Lượng khí gas tạo thành từ 1kg rác thải PHN là: 0,914 (m3/ kg PHNkhơ). Lượng nước tiêu hao cho việc hình thành 1m3 khí gas là:
Mn.PHN = 00,,2287914 = 0,2502 (kg H2O/m3).
- Lượng nước tiêu hao cho phản ứng phân hủy chất hữu cơ PHC.
Từ phương trình phản ứng
C13H19O5N + 8,375H2O 7,25CH4 + 5,75CO2 + NH3 269 150,75
1 kg Mn.PHC
Lượng nước tiêu hao cho phản ứng phân hủy 1kg rác khơ PHC là: Mn.PHC = 269 75 , 150 = 0,56 (kgH2O/kgPHC).
Lượng khí gas tạo thành từ 1 kg rác khơ PHC là: 1,0774 (m3/ kg PHNkhơ). Lượng nước tiêu hao cho việc tạo thành 1m3 khí gas từ 1kg rác khơ PHC là:
Mn.PHC = 0774 , 1 56 , 0 = 0,519 (kg H2O/m3). Vậy, tổng lượng nước tiêu hao cho việc hình thành 1m3 khí là:
∑Mn,th = 0,2502 + 0,519 = 0,7692 (kg H2O/m3) - Khối lượng nước tiêu hao cho quá trình hình thành khí BCL
Mth(1) = 0 * 0,7692 = 0 (kg) • Xác định lượng hơi nước cĩ trong khí bãi rác
Do khí bãi rác là khí bão hịa hơi nước, cho nên lượng nước cĩ trong khí bãi rác chính là lượng hơi nước bão hịa khơng khí.
Theo cơng thức:
PV = R*n*T Trong đĩ:
P: Áp suất hơi nước ở nhiệt độ 500C, p = 0,122 [9]. V: Thể tích khí, (m3).
R: Hằng số khí lý tưởng, R = 0,082 (atm/Kmol.0K). T: Nhiệt độ của khí, (0K); t = 500C. n: Số mol nước. n = 0,0082,122×3231 × = RT PV = 0,0046 (kmol). [9] - Khối lượng nước bị cuốn theo 1m3 khí là:
Mn,khí = 0,0046 x 18 = 0,0828 (kg/m3). - Khối lượng nước bay hơi theo khí
Mbh(1) = 0 * 0,0828 = 0 (kg)
- Khối lượng nước cĩ trong CTR của 1 lớp trong năm 1 Mn,rác 1(1) = Mnước mưa + Mẩm – Mth – Mbh
= 1371 + 1020 – 0 – 0 = 2391 (kg) - Khối lượng CTR khơ cịn lại trong 1 lớp vào cuối năm 1
KL CTR khơ cịn lại = KL CTR khơ ban đầu – (KL khí BCL – KL nước tiêu thụ trong q trình hình thành khí BCL) = 1530 – (0 – 0) = 1530( kg)
- Khối lượng trung bình của chất thải chứa trong 1 lớp CTR
MTB = (0,5( MKHƠ + MN) + MCP) = (0,5( 2391+1530) + 520) = 2480,5 (kg)
- Khả năng giữ nước của 1 lớp vào cuối năm 1 FC 1(1) = 0,6 – 0,55 (100002480+2480,5 ,5 ) = 0,4907
- Lượng nước cĩ thể giữ được trong 1 lớp CTR vào cuối năm 1: Mn,giữ 1(1) = 0,4907*1530= 750,7518 (kg)
- Lượng nước rị rỉ được tạo thành:
Nước rị rỉ tạo thành = nước trong CTR – khả năng giữ nước trong CTR Nước rị rỉ tạo thành = 2391 –750,7518 = 1640,2482(kg)
- Lượng nước cịn lại trong CTR của 1 lớp vào cuối năm 1 = Lượng nước cĩ thể giữ đưọc trong 1 lớp vào cuối năm 1 = 750,7518 (kg).
- Khối lượng tổng cộng của 1 lớp vào cuối năm 1
MTỔNG1 = Khối lượng khơ + lượng nước cịn lại + lớp che phủ = 1530 + 750,7518 + 520 = 2800,7518(kg)
3. Tính cân bằng nước rác cho 1 lớp ơ 1 và 1 lớp ơ 2 vào cuối năm 2 và tính lượng nước phát sinh ra từ 1 lớp ơ 1 cuối năm 2 . Ở đây các phép tính tốn cho 1 lớp ơ 2 ở năm thứ 2 cũng giống như cách tính tốn của 1 lớp ơ 1 ở năm 1:
- Thể tích và khối lượng khí sinh ra từ 1 lớp ơ 1 cuối năm 2 Vkhí 1(2) = 0,0459 * 2550 = 117,045 (m3)
Mkhí1(2) = 117,045 * 1,026 = 120,0882 (kg)
- Lượng nước tiêu hao cho hình thành khí BCL của 1 lớp vào năm 2 Mth 1(2) = 117,045 * 0,7692 = 90,03(kg)
- Lượng nước bay hơi theo khí từ CTR của 1 lớp trong năm 2 Mbh 1(2) = 117,045* 0,0828= 9,69133(kg)
- Tính khối lượng nước trong CTR của 1 lớp vào cuối năm 2 Mn,rác 1(2) = Mn,p.sinh 2(1) + Mcịn lại 1(1) – Mth (2) – Mbh (2)
= 1640,2428+ 750,7518 – 90,03 – 9,69133 = 2291,2777(kg) - Khối lượng CTR khơ cịn lại trong 1 lớp vào cuối năm 2
Mkhơ 1(2) = Mkhơ 1(1) – [(Mkhí 1(2) - Mth 1(2)]
= 1530 – [120,0882 - 90,03] = 1499,9428(kg) - Khối lượng trung bình của chất thải trong 1 lớp vào cuối năm 2
MTB(2)= MTỔNG1+ (0,5*(Mkhơ + Mn) + Mcp) = 2800,75+ (0,5*( 2291,2777+1499,9428) + 520)
= 5216,3621(kg)
- Khả năng giữ nước của 1 lớp vào cuối năm 2 FC 1(2) = 0,6 – 0,55 ( 3621 . 5216 10000 3621 , 5216 + ) = 0,4115.
- Lượng nước cĩ thể giữ lại trong CTR của 1 lớp vào cuối năm 2
Mn,giữ 1(2) = FC1(2) * Mkhơ 1(2) = 0,4115* 1499,9428= 617,1560 (kg) - Xác định lượng nước phát sinh ra từ 1 lớp vào cuối năm 2
Mn,p.sinh 1(2) = Mn,rác 1(2) – Mn,giữ 1(2) =2291,2777 - 617,1560 = 1674,1216(kg)
- Lượng nước cịn lại trong 1 lớp vào cuối năm 2 Mn,cịn lại 1(2) = 617,1560 (kg)
- Tổng khối lượng của 1 lớp vào cuối năm 2
MTỔNG2 = Mkhơ 1(2) + Mn,cịn lại 1(2)+ MVLP =1499,9428 +617,1560 + 520 (kg) = 2637,09(kg)
Thực hiện các phép tính tương tự đối với 1 lớp ơ 1 trong năm 3, năm 4 và năm 5 ta cĩ bảng kết quả tính tốn được thể hiện ở phụ lục 9.
III.3.3.2. Tính nước rác phát sinh từ năm 6 trở đi
Sau khi đĩng lơ chơn lấp, với lượng nước mưa cĩ khả năng xâm nhập vào BCL được tính tốn ở phần trước là 750 (kg/năm).
Tính tốn đối với năm 6 được trình bày dưới đây là phép tính tương tự cho các năm sau đĩ
1. Lượng nước rác phát sinh ra từ 1 lớp ơ 5 vào năm thứ 6
Lúc này lớp rác ơ 5 đã phân hủy được 1 năm
- Thể tích và khối lượng khí sinh ra từ 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6 Vkhí 5(6) = 2550*0,0459 = 117,045 (m3)
Mkhí 5(6) = 117,045 * 1026 = 120,0882 (kg)
- Lượng nước tiêu hao cho hình thành khí BCL của 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6 Mth 5(6) = 117,045 * 0,7692 = 90,03(kg)
- Lượng nước bay hơi theo khí từ CTR của 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6 Mbh 5(6) = 117,045* 0,0828 = 9,69133(kg)
- Tính khối lượng nước trong CTR của 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6
Mn,rác 5(6) = 750 + 750,7518 - 90,03 - 9,69133 = 1401,03(kg) - Khối lượng CTR khơ cịn lại trong 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6
Mkhơ 5(6) = Mkhơ 5(1) – [(Mkhí 5(6) - Mth 5(6)]
= 1530 – [120,0882 - 90,03] = 1499,9428(kg) - Khối lượng trung bình của chất thải trong 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6
MTB(6)= 0,5*(Mkhơ + Mn) + Mcp) = 0,5*( 1499,9428 + 1401,03) + 2600) (đĩng bãi nên Mphủ = 2600).
= 4050,4862 (kg)
- Khả năng giữ nước của 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6 FC 5(6) = 0,6 – 0,55 ( 4862 . 4050 10000 4862 . 4050 + ) = 0,4414.
- Lượng nước cĩ thể giữ lại trong CTR của 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6
Mn,giữ 5(6) = FC5(6) * Mkhơ 5(6) = 0,4414* 1499,9428 = 662,1431(kg) - Xác định lượng nước phát sinh ra từ 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6
Mn,p.sinh 5(6) = Mn,rác 5(6)–Mn,giữ 5(6) = 1401,0295 - 662,1431=738,886(kg) - Lượng nước cịn lại trong 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6
Mn,cịn lại 5(6) = 662,1431 (tấn )
- Tổng khối lượng của 1 lớp ơ 5 vào cuối năm 6
= 4762,0859(kg)
2. Lượng nước rác phát sinh ra từ 1 lớp ơ 4 vào năm thứ 6
Lúc này lớp rác ơ 4 đã phân hủy được 2 năm
- Thể tích và khối lượng khí sinh ra từ 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6 Vkhí 4(6) = 2550*0,08092 = 206,346 (m3)
Mkhí 4(6) = 206,346 * 1026 = 211,7109 (kg)
- Lượng nước tiêu hao cho hình thành khí BCL của 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6 Mth 4(6) = 206,346 * 0,7692 = 158,7213(kg)
- Lượng nước bay hơi theo khí từ CTR của 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6 Mbh 4(6) = 206,346 * 0,0828 = 17,08544(kg)
- Tính khối lượng nước trong CTR của 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6 Mn,rác 4(6) = Mphát sinh5 (6) + Mcịn lại 4(5) – Mth 4(6) – Mbh 4(6)
= 738,886 + 617,1560 - 158,7213 - 17,08544= 1180,23(kg) - Khối lượng CTR khơ cịn lại trong 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6
Mkhơ4(6) = Mkhơ4(2) – [(Mkhí 4(6) - Mth4(6)]
= 1499,9428 – [211,7109 - 158,7213] = 1446,9532(kg) - Khối lượng trung bình của chất thải trong 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6
MTB(6)= 4762,0859 + 0,5*( 1180,23+1446,9532) + 520 = 6595,6803(kg)
- Khả năng giữ nước của 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6 FC 4(6) = 0,6 – 0,55 () = 0,3814
- Lượng nước cĩ thể giữ lại trong CTR của 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6
Mn,giữ 4(6) = FC4(6) * Mkhơ 4(6) = 0,3814* 1446,9532= 551,8846(kg) - Xác định lượng nước phát sinh ra từ 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6
Mn,p.sinh 4(6) = Mn,rác 4(6)–Mn,giữ 4(6) = 1180,23 - 551,8846= 628,3510 (kg) - Lượng nước cịn lại trong 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6
Mn,cịn lại 4(6) = 551,8846 (tấn )
- Tổng khối lượng của 1 lớp ơ 4 vào cuối năm 6
MTỔNG2 = Mkhơ 4(6) + Mn,cịn lại 4(6)+ MVLP = 1446,9532+551,8846 + 520 (kg) = 2518,8378(kg)
Thực hiện các phép tính tương tự đối với 1 lớp ơ 3, ơ 4 , ơ 5 ta cĩ bảng kết quả tính tốn được thể hiện ở phụ lục 9.
Diện tích trung bình cho 1 ơ chơn lấp: STB ơ chơn lấp =
Giai đoạn Lượng rác trung bình (kg/năm)
Diện tích trung bình của 1 ơ chơn lấp (m2)
GĐ 1 297346512 116606,5
GĐ 2 298203982 116942,7
GĐ 3 444976112 174500,4
GĐ 4 490567524 192379,4
Lượng nước rỉ rác sinh ra trong lơ đầu tiên được tính tốn thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.16: Lượng nước rị rỉ của 1 lơ đầu tiên
Cuối năm
Lượng nước rác ( kg/m2/ năm )
Lượng nước rác của cả lơ (kg/lơ)
Lượng nước rác của cả lơ(m3/ lơ) 01 1640,2482 191263601,7333 190942,8178 02 1674,1216 195213460,3504 194886,0518 03 1594,4951 185928492,8782 185616,6569 04 1532,0466 178646591,8629 178346,969 05 1497,8983 174664678,1190 174371,7336 06 477,1150 55634710,6067 55541,40105 07 229,5685 26769182,1341 26724,28533 08 191,8184 22367278,0471 22329,76404 09 196,1107 22867787,7395 22829,43429 10 214,3106 24990007,8916 24948,09509 11 230,3655 26862115,3950 26817,06273 12 242,1121 28231850,2372 28184,50028 13 249,9564 29146538,1510 29097,65409 14 256,1648 29870480,8708 29820,38263 15 261,6823 30513858,5839 30462,68128 16 267,9573 31245561,1686 31193,15667 17 286,3418 33389312,5987 33333,31263 18 275,4226 32116064,3509 32062,19986 19 278,1438 32433373,1597 32378,97648 20 279,6898 32613644,6801 32558,94565 21 280,2231 32675837,8879 32621,03455 22 280,2231 32675834,9102 32621,03158
Ghi chú : Hệ số chuyển đổi kg sang m3 là 1001,68 kg/m3 ( vì 1gal = 8.34lb) [8]. Biểu đồ thể hiện lượng nước rác sinh ra trong lơ đầu tiên theo từng năm
Hình 3.13: Lượng nước rác sinh ra trong 1 lơ đầu tiên
Tính nước rác tương tự cho các lơ cịn lại ta được kết quả ở phụ lục 10, với kết