D. Nội dung nghiên cứu
E. Phương pháp nghiên cứu
2.1.4 Tính chất của CTR
2.1.4.1 Tính chất vật lý
Tính chất lý học : Những tính chất vật lý quan trọng của CTR bao gồm : Khối lượng riêng , độ ẩm , kích thước hạt , cấp phối hạt , khả năng giữ ẩm tại thực địa (hiện trường) và độ xốp của rác nén trong thành phần CTR .
Khối luộng riêng : Khối lượng riêng của CTR được định nghĩa là trọng lượng của một đơn vị chất tính trên đơn vị thể tích (kg/m3) . Bởi vì CTR có thể ở các trạng thái như : xốp , chứa trong các thùng chưa container , không nén , nén ,… nên khi báo cáo giá trị khối lượng riêng phải chú thích trạng thái của các mẫu rác
một cách rõ ràng . Dữ liệu khới lượng riêng rất cần thiết được sử dụng để ước lượng tổng khối lượng và thể tích cần được quản lý .
Khối lượng riêng thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố như : vị trí địa lý , mùa tgrong năm , thời gian lưu giữ chất thải . Do đó cần phải thận trọng khi chọn giá trị thiết kế . Khối lượng riêng của một chất thải đô thị biến đổi từ 180 – 400 kg/m3 , điển hình khoảng 300 kg/m3 .
Tỷ trọng :Tỷ trọng của rác được xác định bằng phương pháp cân trọng lượng và có đơn vị là kg/m3
. Đối với rác thải sinh hoạt tỷ trong thay đổi từ 120 – 590 kg/m3 . Đối với xe vận chuyển rác có thiết bị ép rác , tỷ trọng rác có thể lên đến 830 kg/m3 .
Độ ẩm : Độ ẩm CTR là tỷ số giữa lượng nước có trong một lượng chất thải và khối lượng chất thải đó . Ví dụ : độ ẩm của rác thải y tế là 37 – 42% .
Độ ẩm của CTR được biểu diễn bằng 2 phương pháp : Phương pháp khối lượng ướt và phương pháp khối lượng khô .
Phương pháp khối lượng ướt độ ẩm trong một mẫu được thể hiện như là phần trăm khối lượng ướt của vật liệu .
Phương pháp khối lượng khô độ ẩm trong một mẫu được thể hiện như là phần trăm khối lượng khô vật liệu .
Phương pháp khối lượng ướt được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực quản lý CTR bởi vì phương pháp có thể lấy mẩu trực tiếp ngoài thực địa . Độ ẩm theo phương pháp khối lượng ướt được tính như sau :
M = (w - d) / w x 100
Trong đó : M là độ ẩm , %
W là khối lượng mẫu lúc lấy tại hiện trường , kg (g) D là khối lượng mẫu lấy sau khi sấy khô ở 1050C , kg (g)
Bảng 4 : Trọng lƣợng riêng , độ ẩm của CTRSH STT Thành phần Trọng lƣợng riêng Độ ẩm % khối lƣợng 1b/yd3 Khoảng giá trị Giá trị trung bình Khoảng giá trị Giá trị trung bình 1 Thực phẩm 220 – 810 490 50 – 80 70 2 Giấy 70 – 220 150 04 – 10 6 3 Carton 70 – 135 85 04 – 08 5 4 plastic 70 – 220 110 01 – 04 2 5 Vải 70 – 170 110 06 – 15 10 6 Cao su 170 – 340 220 01 – 04 2 7 Da 170 – 440 270 08 – 12 10 8 Rác làm vườn 100 – 380 170 30 – 80 60 9 Gỗ 220 – 540 400 15 – 40 20 10 Thủy tinh 270 – 810 150 01 – 04 2 11 Can thiếc (đồ hộp) 85 – 270 150 02 – 04 3 12 Nhôm 110 – 405 270 02 – 04 2 13 Kim loại khác - - - 3 14 Bụi , tro , gạch - - - 8 Chú thích : 1b/yd3 x 0.5933 = kg/m3
(Nguồn : Giáo trình quản lý CTR – ĐHDL Văn Lang)
Kích thước về cấp phối hạt : kích thước về cấp phối hạt của vật liệu thành phần trong CTR đóng vai trò rất quan trọng trong việc tính toán và thiết kế các phương tiện cơ khí như thu hồi vật liệu , đặc biệt là sử dụng các sàn lọc phân loại bằng máy hoặc phân chia bằng phương pháp từ tính .
Độ thấm (tính thấm) của chất thải đã được nén . Tính dẫn nước của chất thải đã được nén là một tính chất vật lý quan trọng , nó sẽ chi phối và điều khiển sự đi
chuyển của các chất lỏng (nước rò rỉ , nước ngầm , nước thấm ) và các khí bên trong các bãi rác .
Khả năng tích ẩm của CTR : khả năng giữ nước tại hiện trường của CTR là toàn bộ lượng nước mà nó có thể giữ lại trong mẩu chất thải dưới tác dụng kéo xuống của trọng lực . Khả năng giữ được nước của CTR là một tiêu chuẩn quan trọng trong tính toán xác định lượng nước rò rỉ từ bãi rác . Nước đi vào mẫu CTR vượt quá khả năng giữ nước sẽ thoát ra tạo thành nước rò rỉ . Khả năng giữ nước tại hiện trường thay đổi phụ thuộc vào áp lực nén và trạng thái phân hủy của chất thải . Khả năng giữ nước 30 phần trăm theo thể tích tương với 30 inches . Khả năng giữ nước của hỗn hợp CTR (không nén) từ các khu dân cư và thương mại thường dao động khoảng 50% - 60%.
2.1.4.2 Tính chất hóa học
Tính chất hóa học : Các thông tin về thành phần hóa học của các vật chất cấu tạo nên CTR đóng vai trò rất quan trọng trong việc đánh giá các phương pháp , lựa chọn phương pháp xử lý và tái sinh chất thải . Ví dụ như khả năng đốt cháy vật liệu rác tùy thuộc vào thành phần hóa học của CTR . Nếu CTR được sử dụng làm nhiên liệu cho quá trình đốt thì 5 tiêu chí phân tích hóa học quan trọng nhất là :
Phân tích gần đúng – sơ bộ Điểm nóng chảy của tro
Phân tích cuối cùng (các nguyên tố chính) Hàm lượng năng lượng của CTR
Phân tích sơ bộ
Phân tích sơ bộ đối với các thành phần có thể cháy được trong CTR đô thị bao gồm các thí nghiệm sau :
Độ ẩm (lượng nước mất đi sau khi sấy ở 1050
C trong 1 giờ)
Chất dễ cháy bay hơi (khối lượng mất đi thêm vào khi đem mẫu CTR đã sấy ở 1050C trong 1 giờ đốt cháy ở nhiệt độ 9500C trong lò nung kín)
Carbon cố định (phần nhiên liệu còn lại dễ cháy sau khi loại bỏ các chất bay hơi)
Tro (khối lượng còn lại sau khi đốt cháy ở lò hở) Điểm nóng chảy của tro
Điểm nóng chảy của tro được định nghĩa là nhiệt độ đốt cháy chất thải để tro sẽ hình thành một khối rắn (gọi là clinker) do sự nấu chảy và kết tụ . Nhiệt độ nóng chảy để hình thành clinker từ CTR trong khoảng 20000F – 220000F (11000C – 120000C)
Phân tích cuối cùng các thành phần tạo ra CTR .
Phân tích cuối cùng chất thải chủ yếu xác định phần trăm (%) của các nguyên tố C ,H , O , N , S và tro . Trong suốt quá trình đốt CTR sẽ phát sinh các hợp chất Clor hóa nên phân tích cuối cùng thường bao gồm phân tích xác định các halogen . Kết quả phân tích cuối cùng được sử dụng để mô tả các thành phần hóa học của chất hữu cơ trong CTR . Kết quả phân tích còn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tỷ số C/N của chất thải có thích hợp cho quá trình chuyển hóa sinh học hay không . Các số liệu phân tích cuối cùng của các thành phần CTRSH trong bảng sau :
Bảng 5 : Thành phần các nguyên tố trong CTR đô thị
STT Thành phần Phần trăm trọng lƣợng khô (%)
Carbon Hydro Oxy Nitơ Sulph
ur
Tro
1. Thực phẩm
Chất thải thực phẩm 48.0 6.4 37.6 2.6 0.4 5.0 Trái cây thải bỏ 48.5 6.2 39.5 1.4 0.2 4.2 Thịt thải bỏ 59.2 9.4 24.7 1.2 0.2 4.9
2. Giấy 43.5 6.0 44.0 0.3 0.2 6.0
Carton 44.0 5.9 44.6 0.3 0.2 5.0
Tạp chí 32.9 5.0 38.6 0.1 0.1 23.3
Giấy tập 43.4 5.8 44.3 0.3 0.2 6.0 3. Plastic 60.0 7.2 28.8 - - 10.0 Polyetylen 85.2 14.2 - < 0.1 < 0.1 0.4 Polystyren 87.1 8.4 4.0 0.2 - 0.3 Polyetan 63.3 6.3 17.6 6.0 < 0.1 4.3 Polyvinylchloride 45.2 5.6 1.6 0.1 0.1 2.0 4. Vải 55.0 6.6 31.2 4.6 0.15 2.5 5. Cao su 78.0 10.0 - 2.0 - 10.0 6. Da 60.0 8.0 11.6 10.0 0.4 10.0 7. Rác làm vƣờn 47.8 6.0 38.0 3.4 0.3 4.5 8. Gỗ Gỗ hỗn hợp 49.5 6.0 42.7 0.2 0.1 1.5 Gỗ vụn , cứng 48.1 6.8 45.5 0.1 < 0.1 0.4
9. Thủy tinh và khoáng
sản 0.5 0.1 0.4 < 0.1 - 98.9 10. Kim loại hỗn hợp 4.5 0.6 4.3 < 0.1 - 90.5 11. Bụi , tro … 23.6 3.0 2.0 0.5 0.2 68.0 12. Các thành phần khác Rác văn phòng 24.3 3.0 4.0 0.5 0.2 68.0 Dầu , sơn 66.9 9.6 5.2 2.0 - 68.0 Dầu sử dụng 44.7 6.2 38.4 0.7 < 0.1 9.9
(Nguồn : Giáo trình quản lý CTR – ĐHDL Văn Lang)
Hàm lƣợng năng lƣợng của các thành phần CTR :
Hàm lượng năng lượng của các thành phần hữu cơ trong CTRĐT có thể được xác định theo một trong các cách sau :
Sử dụng nồi hay lò chung cất quy mô lớn (full scale) như calorimeta . Sử dụng bình đo nhiệt trị trong phòng thí nghiệm .
Do khó khăn trong việc trang bị một lò chưng cất quy mô lớn , nên hầu hết các số liệu về hàm lượng năng lượng của các thành phần hữu cơ của CTR đều dựa trên kết quả thí nghiệm sử dụng bình đo nhiệt trị trong phòng thí nghiệm . Các số liệu về hàm lượng năng lượng và phần trơ còn lại thành phần CTRSH được cho trong bảng sau :
Bảng 6 : Trị số hàm lƣợng năng lƣợng và phần trơ còn lại sau khi đốt của các thành phần CTRSH
STT Thành phần Phần trơ còn lại % Hàm lƣợng năng lƣợng
Btu/lb Khoảng giá trị Giá trị trung bình
Khoảng giá trị Giá trị trung bình 1 Thực phẩm 02 – 08 5 1500 – 3000 2000 2 Giấy 04 – 08 6 5000 – 8000 7200 3 Carton 03 – 06 5 6000 – 7500 7000 4 Plastic 06 – 20 10 12000 - 16000 14000 5 Vải 02 – 04 2.5 6500 – 8000 7500 6 Cao su 08 – 20 10 9000 – 12000 10000 7 Da 08 – 20 10 6500 – 8500 7500 8 Rác làm vườn 02 – 06 4.5 1000 – 8000 2800 9 Gỗ 0.6 – 02 1.5 7500 – 8500 8000 10 Thủy tinh 96 – 99+ 98 50 – 100 60 11 Can thiếc 96 – 99+ 98 100 – 150 300 12 Nhôm 90 – 99 96 - - 13 Kim loại khác 94 – 99 98 100 – 150 300 14 Bụi , tro , gạch 60 – 80 70 1000 – 5000 3000 Chú thích : Btu/lb *2.326 = KJ/kg
Chuyển hóa hóa học :
Đốt : Đốt là phẩn ứng hóa học giữa oxi với các thành phần hữu cơ trong chất thải , sinh ra các hợp chất thải bị oxy hóa cùng với sự phát sáng và tỏa nhiệt . Chất hữu cơ + không khí (dư) -> CO2 + NO2 + không khí (dư) + NH3 + SO2 + NOx + tro + nhiệt
Lượng không khí cấp dư nhằm bảo đảm quá trình đốt xảy ra hoàn toàn . Sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt cháy CTRĐT bao gồm khí nóng chứa CO2 , H2O , không khí dư và không cháy còn lại . Trong thực tế ngoài những thành phần này còn có 1 khối lượng nhỏ các khí NH3 , SO2 , NOx và các khí vi lượng tùy thuộc vào bản chất của chất thải .
Nhiệt phân : Hầu hết các chất hữu cơ đều không bền với quá trình đun nóng . Chúng có thể bị phân hủy qua các phản ứng bởi nhiệt độ và ngưng tụ trong điều kiện không có oxi tạo thành những thành phần dạng rắn , lỏng và khí .
Khí hóa : Quá trình bao gồm quá trình đốt cháy một phần nhiên liệu C để thu nguyên liệu cháy và khí CO , H2 và một số nguyên tố hidrocarbon trong đó có CH4.
2.1.4.3 Tính chất sinh học
Tính chất sinh học : Ngoại trừ nhựa , cao su và da , các thành phần hữu cơ của hầu hết CTRĐT có thể được phân loại về các phương diện như sau :
Các phần tử có thể hòa tan trong nước như đường , tinh bột , amino acid và nhiều acid hữu cơ .
Bán cellulose : Các sản phẩm ngưng tụ của 2 đường 5 và 6 carbon . Cellulose : sản phẩm ngưng tụ của đường glucose 6 carbon
Dầu , mỡ và sáp : Là những ester của alcohols và acid béo mạnh dài Lignin : Một polymer chứa các vòng thơm với nhóm methoxul (-OCH3) Lignocelluloza : Hợp chất do lignin và celluloza kết hợp với nhau Prorein : Chất tạo thành từ sự kết hợp chuỗi các amino acid
Có lẽ tính chất sinh học quan trọng nhất của các thành phần hữu cơ có trong CTRĐT là hầu hết các thành phần này đều có khả năng chuyển hóa sinh học tạo
thành khí , chất hữu cơ trơ và chất vô cơ . Sự hình thành mùi hôi và phát sinh ruồi cũng liên quan đến tính dễ phân hủy của các vật liệu hữu cơ có trong CTRĐT như rác thực phẩm .
Khả năng phân hủy sinh học của các thành phần hữu cơ có trong CTR : Hàm lượng chất rắn bay hơi (VS) , xác định bằng cách đốt cháy CTR ở 5500
C , thường được sử dụng để đánh giá khả năng phân hủy sinh học của phần hữu cơ trong CTR . Tuy nhiên sử dụng giá trị VS để mô tả khả năng phân hủy sinh học của phần hữu cơ trong CTR thì không đúng vó một vài thành phần hữu cơ rất dễ bay hơi nhưng lại kém khả năng phân hủy sinh học như giấy in . Thay vào đó hàm lượng lignin của CTR có thể sử dụng để ước lượng tỉ lệ phần dễ phân hủy sinh học của CTR và được tính toán bằng công thức sau :
BF = 0.83 – 0.028LC
Trong đó : BF : tỷ lệ phân hủy sinh học biểu diễn trên cơ sở VS 0.83 và 0,028 là hằng số thực nghiệm
LC : hàm lượng lignin của VS biểu diễn bằng % khối lượng khô Các chất thải rắn có hàm lượng lignin cao như giấy in có khả năng phân hủy sinh học kém hơn đáng kể so với chất thải hữu cơ khác trong CTRĐT . Trong thực tế các thành phần hữu cơ trong CTR thường được phân loại theo thành phần phân hủy chậm và pâh hủy nhanh .
Sự hình thành mùi hôi : Mùi hôi có thể phát sinh khi CTR được lưu giữ trong khoảng thời gian dài ở một nơi giữa thu gom , trạm trung chuyển và nơi chôn lấp . Sự phát sinh mùi tại nơi lưu trữ có ý nghĩa rất lớn , khi tại nơi đó có khí hậu nóng ẩm . Nói một cách cơ bản là sự hình thành của mùi hôi là kết quả của quá tronh2 phân hủy yếm khi1voi7 sự phân hủy các thành phần hợp chất hữu cơ tìm thấy trong các đô thị . Ví dụ trong điều kiện yếm khí (khử) , sunphat SO42- có thể phân hủy thành S2- và kết quả là S2- sẽ kết hợp với H2 tạo thành hợp chất có mùi trứng thối là H2S là do kết quả của 2 chưỡi phản ứng hóa học :
2CH3CHOHCOOH + SO42- 2CH3COOH + S2-
+ 2H2O + 2CO2 Lactate Sulfate Acid Acetic Sulfide ion 4H2 + SO42- S2-
S2- + 2H+ H2S
Ion sulfide (S2-) có thể cùng kết hợp với muối kim loại như sắt , tạo thành các sulfide kim loại
S2- + Fe2+ FeS
Nước rác tại bãi rác có màu đen là do kết quả hình thành các muối sulfide trong điều kiện yếm khí . Do đó nếu không có sự hình thành các muối sulfide thì việc hình thành mùi hôi tại bãi chôn lấp là một vấn đề o nhiễm môi trường có tính chất nghiêm trọng .
CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH CH3SH + CH3CH2CH2(NH2)COOH
Methionine Metyl mercaptan Aminobutyric acid CH3SH + H2O CH4OH + H2O
Sự hình thành ruồi nhặng : Trong thời điểm mùa hè hay trong khu vực khí hậu nóng ẩm , sự nhân giống và sinh sản của ruồi là vấn đề quan trọng cầm quan tâm tại nơi lưu trữ CTR . Ruồi có thể phát triển trong thời gian 2 tuần sau khi trứng được sinh ra . Đời sống của ruồi nhặng từ khi trong trứng cho đến khi trưởng thành có thể được mô tả như sau :
Trứng phát triển từ 8 – 12 giờ
Giai đoạn 1của ấu trùng (giòi) 20 giờ Giai đoạn 2 của ấu trùng 24 giờ Gia đoạn 3 của ấu trùng 3 ngày