- Việc ước tính lượng metan tạo thành từ bãi chôn lấp trở nên rất quan trọng đối với các nhà khoa học, nhà quản lý và những người vận hành bãi chôn lấp.
- Mô hình ước tính khí thải BCL được phát triển từ nhũng năm 1970, cùng với sự phát triển của phương pháp chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh (sanitary landfilling). Mô tả định tính quá trình hình thành LFG được phát triển bởi Farquhar và Rover vào năm 1973. Cùng trong khoảng thời gian đó, một số mô hình mô tả định lượng sự phát sinh khí từ BCL được phát triển ở Los Angeles, Mỹ (Augestein (1997).
- Ramesh Gregory Vogt và Donald Augestein (1997) trong báo cáo “Comparision of models for predicting landfill methane recovery” đã tông hợp các nghiên cứu về mô hình phát thải khí từ BCL và phân loại thành các dạng như sau (Augestein (1997):
3.1.566. V Mô hình bậc 0 (zero model):
3.1.567. W.L0
3.1.568. G = ——-iL- 3.1.569. ƠI —t2) 3.1.570. Trong đó:
3.1.571. • G: lượng mean tạo ra, m3/nãm
• w: lượng chất thải rắn chôn lấp, tấn
• tf thời gian bắt đầu
• Í2: thời gian kết thúc quá trình hình thành khí
3.1.572. J Mô hình bậc 1 đơn giản được phát triển bởi EPA 3.1.573. G = W.L0.k.e~kơ'^
3.1.574. Trong đó:
• G: lượng mean tạo ra, m3/năm
• W: lượng chất thải rắn chôn lấp, tấn
• Lo: Hiệu suất tạo metan, m3/tấn
• t: thời điểm tính toán
• tj: thời gian bắt đầu
• k: hệ số tốc độ phản ứng bậc 1
3.1.575. J Mô hình bậc 1 cải tiến
3.1.576. Do Van Zanten và Scheepers mô tả vào năm 1995 dựa trên giả thuyết rằng tốc độ tạo thành khí metan ban đầu rất thấp, sau đó tăng dần lên và đạt đỉnh trước khi bị suy giảm.
3.1.577. Trong đó:
• G: lượng mean tạo ra, m3/năm
• W: lượng chất thải rắn chôn lấp, tấn
• Lo: Hiệu suất tạo metan, m3/tấn
• t: thời gian sau khi CTR được chôn lấp, năm
Với
: 4
Với
: 4
• tp thời gian bắt đầu
• k: hệ số tốc độ phân hủy theo phản ứng bậc 1
• S: hệ số tốc độ pha tăng trưởng
3.1.578. z Mô hình đa pha bậc 1:
3.1.579. G = W.L0ÌF(rì.(k(rye-l^‘-‘^) + 3.1.580. Trong đó:
• G: lượng mean tạo ra, m3/năm
• W: lượng chất thải rắn chôn lấp, tấn
• Lo: Hiệu suất tạo metan, m3/tấn
• t: thời gian sau khi CTR được chôn lấp, năm
• tị.- thời gian bắt đầu
• k(r) : hệ số tốc độ phân hủy theo phản ứng bậc 1 đối với chất thải dễ bị phân hủy sinh học
• k(S) : hệ số tốc độ phân hủy theo phản ứng bậc 1 đổi với chat thải khó bị phân hủy sinh học
• F(r): tỷ lệ chất thải dễ phân hủy sinh học
• F(S): tỷ lệ chất thải khó bị phân húy sinh học
- Theo Bestamin Ozkaza và cộng sự (2006), khí metan phát thải từ bãi chôn lấp là một sản phẩm của quá trình phân hủy các thành phần hữu cơ trong chất thải rắn được chôn lấp ở điều kiện hiếu khí và kị khí. Sự phân hủy hiếu khí xảy ra trong khoảng thời gian ngắn khi CTR được chôn lấp, giai đoạn này tạo ra chủ yếu là co2. Hàm lượng oxy trong BCL giảm rất nhanh, quá trình phân hủy trong BCL diễn ra chủ yếu ở điều kiện kị khí, tạo ra hỗn hợp khí có thành phần khoảng 55% CH4 và 45% co2, và lượng vết các khí khác. Quá trình này diễn ra qua nhiều phản ứng phân hủy rất phức tạp nhờ hoạt động của các vi sinh vật kị khí. Đầu tiên, các chất hữu cơ phức tạp trong BCL được thủy phân thành những dạng đơn giản hơn, sau đó được lên men để tạo các axit dễ bay hơi bởi các vi khuẩn sinh axit (acidogen). Axit hữu cơ dễ bay hơi có cấu trúc không lớn hơn 2 nguyên tử cacbon sau đó được chuyển hóa thành acetat và H2 bởi các vi khuẩn sinh acetate (acetogen). Cuối cùng, aceate và H2 được chuyển hóa thành CH4 nhờ vi khuẩn sinh metan (methanogen) (B. Ozkaza, 2006).
3.1.581. Phương trình tổng quát quá trình phân hủy cellulose:
3.1.582. Vi sinh vật
3.1.583. (CóHioOs)], + n H2O I III ■ I 3n CH4 +
3n CO3
- Năm 2006, Heijo Scharff, Joeri Jacobs đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Applying guidance for metan emission estimation for landfills"'. Tác giả đã thực hiện việc so sánh hiệu quả tính toán của 6 mô hình: TNO, Afvalzorg, LandGEM, GasSim, EPER của Pháp và EPER của Đức. Sau đó được đoi chiếu với các giá trị đo được thực tế phát thải tại bãi chôn lấp. Kết quả nghiên cứu là một cơ sở để người dùng cân nhắc đến độ chính xác của kết quả và áp dụng phù hợp với điều kiện của từng bãi chôn lấp.
Trong đó đối với mô hình LandGEM, tác giả nhấn mạnh có thế sử dụng cho các bãi chôn lấp không được phân loại và rác hữu cơ chỉ chiếm một phần trong các chất thải được chôn lấp. Độ chính xác trong ước tính phát thải bằng mô hình LandGEM khá cao so với các loại mô hình khác (H. Scharff, 2006).
- Nghiên cứu “Estimation of Metan Generation Rate and Potential Metan Generation Capacity at Cheongju Megalo Landfill Site Based on LandGEM Model” được thực hiện vào năm 2008 sử dụng mô hình LandGEM để dự báo lượng khí Metan phát sinh từ bãi chôn lap Cheongju Megalo theo thời gian. Tác giả đấ sử dụng hằng số tốc độ sinh khí Metan (k) và khả năng sinh khí Metan (Lo) cho số liệu đầu vào chạy mô hình lần lượt là 0.04 và 100 m3/tấn. số liệu này được lựa chọn dựa trên đặc điểm vùng ôn đới và khô cằn tại bãi rác Cheongju Megalo. Sau khi chạy mô hình kết quả này được so sánh với số liệu khảo sát thực tế tại bão rác và cho kết quả sai khác khá cao.
Nguyên nhân được tác giả nhận định là do đất tại khu vực bãi chôn lấp này không được nén chặt trong quá trình chôn lấp hằng ngày và do rác thực phẩm bị cấm chôn lấp trực tiếp tại bãi chôn lấp Cheongju Megalo từ năm 2005 (S. Hong, 2008). Do đó việc sử dụng các hệ số được gợi ý của mô hình không cho kết quả đúng với thực tế.
Bài báo nhấn mạnh sự cần thiết phải hiệu chỉnh số liệu đầu vào phù hợp với điều kiện địa phương.
- Vào năm 2010, đề tài “Estimation of greenhouse gas emissions from landfills:
application to the akrotiri landfill site (Chania, Greece)” đã được thực hiện bởi tác giả E. Chalvatzaki và M. Lazaridis. Trong nghiên cứu này, mô hình LandGEM đã được lựa chọn cho việc xác định mức phát thải khí tại phần lớn các bãi rác tại Chania, Hy Lạp. Tỷ lệ sản xuất khí sinh học tối đa của mô hình LandGEM đã được tính toán là 1,64 X 103 tấn/năm vào năm 2008 cho giai đoạn A của bãi rác, trong khi đối với các
Với
: 4
Với
: 4
giai đoạn B tỷ lệ sản xuất khí sinh học tói đa là 2.70 X 103 tấn/năm vào năm 2014 (E.
Chalvatzaki, 2010).
- Những nghiên cứu xác định hệ số phát thải khí metan từ các BCL CTR ở khu vực nhiệt đới và các quốc gia lân cận như Thái Lan, Myama cũng đã được thực hiện trong thời gian gần đây. K. Wangyao và cộng sự đã xác định được hằng số tốc độ phân hủy k = 0,33 từ kết quả đo đạc kill thải từ 4 BCL CTR ở Thái Lan (S. L. Machado, 2009; K.
Wangyao, 2010; M. F. M. Abushammala, 2013).
- Mô hình LandGEM được sử dụng trong nghiên cứu của Amin Kalantarifard và Go Su Yang nhằm đánh giá tải lượng kill metan ở Malaysia với các giá trị mặc định của mô hình. Kết quả cho thấy năm 2012 tải lượng CH4 đạt cực đại với 4,7.103 tấn/năm, sau đó giảm nhanh chóng nhất là từ sau năm 2032. Các tác giả cũng khẳng định tải lượng khí nhà kính phát thải ở BCL là đủ lớn để áp dụng các giải pháp thu hồi (A.
Kalantarifard, 2012).
3.1.584.thuộc đại học RMIT, Australia vào năm 2013 đã có bài báo cáo “Air Emissions from Non-Hazardous Waste Landfill — a Tác giả Nichola Porter và cộng sự của mình 3.1.585. literature review". Báo cáo này đã xem xét mức độ ảnli hưởng của các khí thải bãi chôn lấp đến sức khỏe của người dân tại Lynbrook, Đông Nam Melbourne, Victoria. Các tác giả tiến hành đo nồng độ khí thải và thực hiện các nghiên cứu dịch tễ học trên người dân sống gần các bãi chôn lấp. Sau đó các kết quả đo đạc được đem so sánh với các ngưỡng mùi và mức độ độc tính của từng chất. Nghiên cứu này cho ta thấy sự ảnh hưởng của các khí thải bãi chôn lấp đến sức khỏe của người dân trong khu vực lân cận bãi chôn lấp chất thải rắn (N.
Porter, 2013).
- Tác giả Faisal Zia Siddiqui và cộng sự đã công bố nghiên cứu “Review of past research and proposed action plan for landfill gas-to-energy applications in India". Bài báo này đánh giá các hoạt động xử lý chất thải rắn đô thị và khí thải từ các bãi rác chôn lấp ở Án Độ trong giai đoạn từ 1994 đen 2011. Các xu hướng trên toàn thể giới đã cho thấy tính khả thi của dự án thu hồi khí thải bãi chôn lấp để sản xuất năng lượng. Tuy nhiên, việc thực hiện các dự án này liên quan đển một số thách thức về mặt công nghệ, phát triển một khung tiêu chuẩn hóa và các khuyến khích tài chính. Do đó tác giả đã nhắm vào việc nghiên cứu mô hình thu hồi khí thải bãi chôn lấp ở cấp khu vực và dựa vào kết quả đó, nghiên cứu thí điểm ở các khu vực tiềm năng tại Ấn Độ để có thể tiến hành sản xuất năng lượng từ khí thải của các bãi chôn lấp. Theo tác giả, việc sử dụng các mô hình ước tính tải lượng LFG là quan trọng nhằm đánh giá tiềm năng thu hồi làm cơ sở cho các dự án năng lượng từ CTR đưọ'c phát triển (F. z. Siddiqui, 2013).
- Nghiên cứu của Nickolas J. Themelis, Charles Mussche vào năm 2013 đã so sánh hiện trạng quản lý CTR ở Hoa Kỳ, Nhật Bản và Trung Quốc vì mỗi quốc gia này đều đã có những chính sách về tái tạo năng lượng từ chất thải rất khác nhau. Bên cạnh đó những lợi ích và chi phí của các giải pháp tái tạo năng lượng cũng được xem xét. Các tác giả khẳng định chi phí đầu tư thay đổi tùy thuộc vào khu vực vì nó bị chi phối bởi nhiều yéu to như công nghệ xử lý, nguồn và lượng CTR đầu vào, nhận công ... (Nickolas J.
Themelis, 2013).
3.1.586. Tóm lại:
- Các cách tiếp cận chính khỉ xây dựng mô hình toán về tốc độ hỉnh thành khỉ:
3.1.587. + Tốc độ khí tạo thành được đưa ra như một hàm kinh nghiêm hay là một sự kêt hợp của các phương trình đơn giản của các thông sổ động học.
3.1.588. + Tốc độ khí tạo thành được xác định theo các hàm toán học phức tạp thê hiện các đặc trưng về động học của mỗi quá trình lý - hóa xuất hiện trong suốt quá trình phân hủy sinh học.
3.1.589. + Mô hĩnh toán thể hiện lượng khỉ tạo thành dưới dạng sổ học.
- Các mô hình ước tính khí thải từ BCL có thế là mô hình phản ứng bậc 0, bậc 1 hay bậc 2, mô hình toán hay mô hình sổ. Mô hình phân hủy bậc 1 được sử dụng rộng rãi trên thê giới, cho kết quả ước tính khá chính xác, nhưng mô hình số cỏ thể đưa ra kết quả đúng hơn.
- Nhiêu quôc gia trên thế giới đã áp dụng các biện pháp kỹ thuật và chính sách hô trợ để phát triển các dự án năng lượng từ CTR. Nhiều dự án cho kết quả khả thì, tuy vẫn còn một sổ thách thức nhưng vẫn không ngừng nổ lực để hưởng đến mục tiêu thu hồi năng lượng từ nguồn tài nguyên này và đảm bảo BCL CTR hoạt động tốt, giải quyết được vẩn đề quản lý, xử lý CTR mà không phát sinh thêm các tác nhân ô nhiễm thứ cấp.
1.3.2. Tỉnh hình nghiên cứu trong nước
- Năm 2014 tác giả Trần Ngọc Tuấn và Thân Thị Ánh Điệp đã thực hiện đề tài “Đảnh giá giảm phát thải khỉ nhà kính của phương pháp ủ so với chôn lap chất thải ran ở thành phố Huế”. Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá được mức độ giảm phát thải khí nhà kính (CO2) của phương pháp ủ so với chôn lấp chất thải rắn ở thành phố Huế.
Phát thải tại bãi chôn lấp Thủy Phương được ước tính bằng mô hình LandGEM của US-EPA. Phát thải từ quá trình ủ ở Nhà máy xử lý rác Thủy Phương được ước tính trực tiếp từ số liệu thu thập và các hệ số phát thải từ các tài liệu đã công bố. Kết quả
Với
: 4
Với
: 4
của đề tài cho biết với kịch bản chôn lấp toàn bộ chất thải rắn, tổng phát thải khí nhà kính trong 4 năm tính được là 171.451 tấn CO2 Mặt khác với kịch bản có Nhà máy xử lý rác Thủy Phương hoạt động như thực tế, tổng phát thải từ Nhà máy và Bãi chôn lấp chỉ là 115.589 tấn CƠ2- Như vậy từ khi đi vào hoạt động, Nhà máy xử lý rác Thủy Phương đã giúp làm giảm đi 55.862 tấn co2 từ xử lý chất thải rắn thu gom ở thành phố Huế (T. N. Tuấn, 2014).
- Tác giả Võ Diệp Ngọc Khôi cũng đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính toán phát thải khí Metan từ bãi chôn lap chất thải rắn Khảnh Sơn Thành pho Đà Nang đến năm 2030” vào năm 2014. Tác giả đã sử dụng mô hình IPCC để ước lượng phát thải khí Metan từ bãi chôn lấp chất thải rắn Khánh Sơn. Từ đó dự báo lưọng chất thải rắn phát sinh tại thành phố Đà Nằng đến năm 2030 và đề xuất biện pháp giảm thiểu sự phát sinh khí Metan trong tương lai. Dựa trên quy mô dân số, dự báo lượng chất thải rắn phát sinh thì lượng khí CH4 phát thải tại bãi chôn lấp Khánh Sơn dự tính theo nghiên cứu là 6.356,1 tấn/năm và dự báo đến năm 2030 có thể lên đến mức khoảng 50.000 tấn/năm (D. V. N. Khôi, 2014).
3.1.590.Nguyễn Võ Châu Ngân cùng cộng sự đã công bố đề tài “Tỉnh toán phát thải Metan từ rác thải sinh hoạt khu vực nội ô Thành phổ cần Thớ”. Nghiên cứu này tập trung vào xác địnhlượng phát thải CH4 từ rác thải sinh hoạt của thành phố cần Thơ. Dựa vào định hướng phát triển của Cùng với những đề tài trên, năm 2014, tác giả
3.1.591. thành phố cần Thơ đến năm 2020, đề tài đã ước tính lượng rác thải sinh hoạt phát sinh. Từ đó tính toán lượng phát thải CH4 dựa vào thành phần hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong rác thải. Lượng khí CH4 phát sinh từ rác thải sinh hoạt trong năm 2020 ở thành phố cần Thơ là 3.170,75 tấn tương ứng với 79.268,68 tấn C02/năm. Lượng phát thải này gia tăng theo tỷ lệ gia tăng dân số và sự gia tăng thu nhập bình quân đầu người của cư dân thành phố (N. V.
c. Ngân, 2014).
3.1.592. - Mô hình IPCC (2006) được áp dụng nhằm ước tính phát thải khí metan từ chất thải rắn sinh hoạt, tại thành phó Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương. Tải lượng khí CH4 đến năm 2020 được thực hiện theo hai kịch bản. Kịch bản 1 dựa trên đồ án Quy hoạch tổng thể Quản lý - Xử lý Chất thải rắn tỉnh Bình Dương đến năm 2030 và kịch bản 2 vẫn giữ nguyên biện pháp quản lý, xử lý chất thải rắn như hiện tại. Ket quả cho thấy lượng khí CH4 phát sinh từ chất thải rắn sinh hoạt tại thành phố Thủ Dầu Một năm 2014 là 17.384 tấn/năm (tương ứng với 434.600 tấn COỉ/năm). Dự báo đến năm 2020, tổng lượng phát thải của khí metan sẽ giảm khoảng 270.048 tấn (tương đương 6.751.200 tấn co2) trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến 2020 (Nguyễn Thị Khánh Tuyền, 2015).