Cuối năm Tốc độ sinh khí (m3/kg.năm) Thể tích khí (m3/kg)
1 2 3 4 5 0 Tổng 14
− Tốc độ phát sinh khí cực đại:
m3/kg.năm
Bảng 3.4. Tốc độ phát sinh khí trong 15 năm đối với chất hữu cơ phân hủy chậm
Cuối năm Tỷ lệ khí sinh ra (m3/kg.năm) Tổng thể tích khí (m3/kg)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12
13
14
15
Tổng 16
9. Lượng khí sinh ra mỗi năm
a. Lượng khí sinh ra từ chất hữu cơ phân hủy nhanh và phân hủy chậm cho 1 đơn
vị khối lượng chất thải rắn trong bãi chôn lấp
− Khối lượng chất thải hữu cơ phân hủy sinh học nhanh trong 1kg chất thải rắn từ bãi chôn lấp: 0,448 x 0,75 = 0,336 kg /kg chất thải rắn
− Khối lượng chất thải hữu cơ phân hủy sinh học chậm trong 1 kg chất thải rắn từ bãi chôn lấp: 0,073 x 0,5 = 0,0365 kg/kg chất thải rắn
− Tổng thể tích khí sinh ra do thành phần hữu cơ phân hủy sinh học nhanh có trong 1 kg chất thải rắn từ bãi chôn lấp: 0,336 x 14 = 4,7 (m3/kg chất thải rắn)
− Tổng thể tích khí sinh ra do thành phần hữu cơ phân hủy sinh học chậm có trong 1 kg chất thải rắn từ bãi chôn lấp: 0,0365 x 16 = 0,584 (m3/kg chất thải rắn)
b. Tốc độ phát sinh khí và lượng khí phát sinh mỗi năm do sự phân hủy 1 kg chất
thải rắn từ bãi chôn lấp
− Tốc độ phát sinh khí vào năm thứ nhất do thành phần hữu cơ phân hủy sinh học nhanh có trong 1 kg chất thải rắn từ bãi chôn lấp: 0,336 x 5,6 = 1,882 (m3/kg chất thải rắn/năm)
− Tổng lượng khí sinh ra vào năm thứ nhất do thành phần hữu cơ phân hủy sinh học nhanh có trong 1 kg chất thải rắn từ bãi chôn lấp: 0,336 x 2,8 = 0,941 (m3/kg chất thải rắn)
− Tốc độ phát sinh khí vào năm thứ nhất do thành phần hữu cơ phân hủy sinh học chậm có trong 1 kg chất thải rắn từ bãi chôn lấp: 0,0365 x 0,427 = 0,0116 (m3/kg chất thải rắn/ năm)
− Tổng lượng khí sinh ra vào năm thứ nhất do thành phần hữu cơ dễ phân hủy sinh học có trong 1 kg chất thải rắn từ bãi chôn lấp: 0,0365 x 0,213 = 0,008 (m3/kg chất thải rắn)
Tương tự tính cho những năm còn lại (Bảng 3.5)
Bảng 3.5. Lượng khí phát sinh tại bãi chôn lấp qua các năm
Cuối
năm Lượng khí phát sinh tại bãi chôn lấp trong thời gian hoạt động 25 năm vận hành
Tốc độ phát sinh khí (m3/kg.năm) Lượng khí (m3/kg) Tích lũy (m3) Năm 1 (ô 1)
Năm 2 Năm 3 Năm 4 Năm 5 Từ năm thứ 6 đến năm thứ 10 Tổng 1 1,897 1,897 0,949 0,949 2 1,442 1,897 3,340 2,618 3,567 3 0,988 1,442 1,897 4,327 3,833 7,400 4 0,532 0,988 1,442 1,897 4,860 4,593 11,994 5 0,078 0,532 0,988 1,442 1,897 4,938 4,899 16,892 6 0,07 0,078 0,532 0,988 1,442 5,008 4,973 21,865 7 0,062 0,07 0,078 0,532 0,988 5,070 5,039 26,904 8 0,055 0,062 0,07 0,078 0,532 5,124 5,097 32,001 9 0,047 0,055 0,062 0,07 0,078 5,171 5,148 37,149 10 0,039 0,047 0,055 0,062 0,07 5,210 5,191 42,339 11 0,031 0,039 0,047 0,055 0,062 3,344 4,277 46,616 12 0,023 0,031 0,039 0,047 0,055 1,925 2,635 49,251 13 0,016 0,023 0,031 0,039 0,047 0,953 1,439 50,690 14 0,008 0,016 0,023 0,031 0,039 0,428 0,691 51,380 15 0 0,008 0,016 0,023 0,031 0,350 0,389 51,770 16 0 0,008 0,016 0,023 0,280 0,315 52,085 17 0 0,008 0,016 0,218 0,249 52,334 18 0 0,008 0,163 0,191 52,525 19 0 0,117 0,140 52,665 20 0,078 0,097 52,762 21 0,047 0,062 52,825 22 0,023 0,035 52,860 23 0,008 0,016 52,875 24 0,000 0,004 52,879
Ta thấy lượng khí sinh ra ở năm thứ 10 là nhiều nhất:
II. HỆ THỐNG THU GOM VÀ THỔI KHÍ BÃI CHÔN LẤP
Do bãi chôn lấp có lượng chất thải tiếp nhận là 36500 tấn/năm < 50000 tấn/năm ta có thể cho phát tán khí tại chỗ song phải bảo đảm chất lượng không khí xung quanh theo tiêu chuẩn TCVN 5938:1995 (TCXD 261:2001). Tuy nhiên ta có thể thu gom khí rác để làm nhiên liệu cung cấp điện cho các công trình trong bãi chôn lấp.
Quản lý khí gas được xem là cần thiết trong thiết kế bãi chôn lấp rác hữu cơ. Khí CH4 là khí không màu, không mùi, bật lửa hơn khí gas, nó có thể sẵn sàng tập trung đến mức độ cháy nổ khi đóng cửa bãi chôn lấp. Nó có thể tập trung trong khoảng 5 – 15% thể tích không khí, bằng áp suất khí quyển và nhiệt độ thông thường. Nhiều trường hợp khí gas bãi chôn lấp gây nổ. Những ảnh hưởng môi trường ý nghĩa của khí gas phát tán là mối hiểm họa cho thực vật trên bãi chôn lấp và vùng đất kế bên. Khí gas bãi chôn lấp phát sinh và phát tán có ảnh hưởng cây trồng trên nhiều phương diện, bao gồm:
– Rút hết nguồn ô xy của rễ cây
– Nhiệt độ của đất cao
– Ảnh hưởng độc của khí CH4 lên chức năng sinh lý cây trồng.
Mùi là mối hiểm họa môi trường liên quan đến khí gas phát sinh. Mặc dù, CH4 và CO2, thành phần chính khí gas không màu không mùi, các thành phần khác của khí gas, bao gồm H2S, mecaptan, khí gas hữu cơ sản sinh từ quá trình phân hủy, tạo khí gas có mùi.
1. Kiểm soát hệ thống khí gas
Quản lý khí gas hiệu quả tốt nhất ngay từ đầu khi thiết kế bãi chôn lấp, có thể làm giảm bớt những thiệt hại về môi trường. Phương pháp quản lý khí gas có thể bao gồm:
– Tuyển chọn vị trí đặt ống thu gom khí gas
– Hút chân không hoặc phát tán khí gas từ bên trong bãi chôn lấp. Giếng thu và phát tán khí gas từ khi chu vi bên ngoài bãi chôn lấp.
Hệ thống kiểm soát khí gas ngoài bãi chôn lấp không được yêu cầu khi bãi chôn lấp có lớp chống thấm. Độ sâu của hệ thống khoảng hơn 25% từ đỉnh rác tới mực nước ngầm hoặc tới màng chống thấm. Hố khoan để kiểm soát chất lượng nước, và hiệu quả màng chống thấm, cao khoảng 9 – 12m. Tuy nhiên, nó được đặt ở vị trí đặc biệt.
Màng chống thấm là màng nhân tạo, đất sét, bê tông hoặc nhựa đường. Hàng rào bao quanh đất tự nhiên như là đất sét có thể đáp ứng hiệu quả cao của màng thu khí, giữ cho đất ở trong trạng thái bãi hòa. Khi khô, đất sét không còn là màng chống thấm hiệu quả, khí nó liên tục cung cấp vào khoảng trống làm khí gas phát tán. Để mà chống lại hiện tượng khô, thêm vào lớp đất phủ được đặt lên màng đất sét để cung cấp đầy đủ độ ẩm cho đất sét. Màng để kiểm soát lưu lượng khí gas tốt nhất trong thời gian vận hành bãi chôn lấp. Đáy và lớp chống thấm được yêu cầubởi Minimum Functional Standards sẽ giới hạn lớp phủ bề mặt và hệ thống thu khí gas một bên. Bãi chôn lấp sử dụng vùng đất khô cằn, không yêu cầu lớp chống thấm phải kiểm tra khả năng phát tán khí CH4.
Hình 3.5. Hệ thống kiểm soát khí gas
Chu vi hệ thống thoát khí bao gồm rãnh sỏi, gạch vụn chất thành đống có lỗ thoát khí, sỏi lấp đầy giếng thu khí hoặc kết hợp nhiều thứ khác. Sự phát tán ra
ngoài không khí có thể hoàn thành không chỉ bằng hệ thống bị động hay chủ động mà còn phụ thuộc vào điều kiện vị trí.
2. Phân tích, lựa chọn phương án thu khí
Khí bãi rác là khí có nồng độ độc hại cũng như lưu lượng lớn, vì vậy cần có phương án thu khí nhằm giảm thiểu được mức ô nhiễm cũng như hạn chế được mức độ nguy hiểm gây cháy nổ của khí metan trên bãi rác.
– Phương án thu khí bị động
Hệ thống bị động phụ thuộc vào khả năng thấm qua được vật chất (như là cát hoặc sỏi), đường dẫn dòng khí gas.
Là phương án dựa trên sự chênh lệch áp suất. Hệ thống này được thiết lập khi khí ở bãi chôn lấp sinh ra thấp và khả năng phát tán của khí không cao. Bãi chôn lấp tiếp nhận ít hơn 50.000 tấn/năm có thể phát tán khí rác tại chỗ song phải đảm bảo chất lượng không khí xung quanh theo tiêu chuẩn TCVN 5938:1995. Giếng thu khí sâu hơn 0,6m so với cột nước hoặc lớp rác thải. Có màng chống thấm trước khi lắp đất lại.
– Phương án thu khí chủ động
Hệ thống chủ động liên kết chặt chẽ ống khoan lỗ theo chiều đứng sỏi lắp đầy những hố khoan giống như những hệ thống thu hồi khí gas, hoặc ống theo phương ngang đục lỗ trong hố khoan đầy sỏi. Phương pháp lắp theo phương đứng được thực hiện thông dụng hơn vì dễ lắp đặt ống thu gom theo từng giai đoạn chôn lấp. Giếng khoan hoặc hố khoan kết nối đầu ống để hút bằng quạt gió, do tạo được chân không.
Tuy TCVN qui định về qui mô thì không cần sử dụng hệ thống thu gom khí, nhưng đứng trên quan điểm môi trường các khí sinh ra trong bãi rác là những khí gây ra hiệu ứng nhà kính mãnh liệt nhất, hơn nữa nếu không quản lý tốt việc thoát khí thụ động sẽ gây cháy, nỗ tại bãi rác. Do vậy, nên cần thu gom khí về một nơi. Tại đây, ta tiến hành đốt khí gas, có thể sử dụng phương án chạy máy phát điện hoặc sản xuất khí gas chất lượng cao. Nhưng phương án sản xuất khí gas đầu tư khá cao, nên chọn phương án đốt chạy máy phát điện, lượng khí trong những năm
đầu thấp không đủ để chạy máy phát điện, lượng khí gas tạo ra không nhiều nên đốt bỏ là phù hợp với điều kiện khu vực.
3. Tính toán hệ thống thu khí
Ô chôn lấp thuộc loại quy mô vừa, sản lượng khí gas không nhiều, nên việc thu gom khí gas được thiết kế theo kiểu bị động: Giếng thu gom khí gas là giếng đứng, đường kính giếng D = 600 mm, giếng được khoan sau khi rác được đổ tới cao trình mong muốn. Ta dùng ống thép D = 600 mm làm khuôn, đổ sỏi 2x4 xuống lấp đầy giếng, sau đó rút ống thép lên. Ống nhựa dùng để thu khí gas là ống HDPE đục lỗ sole đường kính từ 15 đến 20mm, đường kính ống thường được chọn trong khoảng 100 – 150 mm. Một phần ba đến một phần hai bên dưới ống thu khí được đục lỗ và đặt trong CTR. Chiều dài còn lại của ống thu khí không được đục lỗ và đặt trong đất hay CTR. Khoảng cách các giếng được đặt dựa vào bán kính thu hồi khí. Không giống như giếng nước, bán kính thu hồi của các giếng đứng có dạng hình cầu. Vì lí do này, các giếng đứng cần đặt cẩn thận để tránh sự chồng lên nhau của bán kính thu hồi khí trong hệ thống. Tỉ lệ thu hồi khí quá dư có thể làm cho không khí xâm nhập vào CTR từ lớp đất bên cạnh. Hệ thống thu gom khí được bố trí thành mạng tam giác đều, khoảng cách giữa các ống thu hồi khí theo TCXDVN 261 : 2005 là 50 – 70 m
Hìn h 3.6. Sơ đồ bố trí hệ thống thu gom khí rác
− Bán kính thu hồi khí (khoảng cách đặt các giếng thu khí) được tính theo công thức sau:
R = (m)
Trong đó:
+ R: Bán kính thu hồi khí ga (m)
+ Q: Sản lượng khí (m3/h),
+ D: Trọng lượng của rác thải (tấn/m3)
+ h: Chiều sâu bãi chôn lấp (m), h = 15 m
+ q: Tốc độ tạo khí (m3/tấn.h), q = 5,9.10-2 m3/tấn.h
− Trọng lượng của rác thải: D = (tấn/m3)
Trong đó:
+ ρ: Tỷ trọng rác. Lấy bằng 0,52 tấn/m3
+ k : hệ số đầm nén. Lấy k = 0,65
R =
Chọn khoảng cách đặt các giếng thu là 36 m, số giếng thu khí trong ô là 5. Ta đặt giếng thu khí cũng như ống thu khí cách đáy 0,8m; chiều cao của ống thu khí cách lớp phủ trên cùng là 1,5m.
Đối với các ống thu khí ta có thể bố trí các lỗ ở 4 mặt đối diện nhau, đường kính mỗi lỗ là 15mm và cứ 10 cm ta khoan 4 lỗ so le nhau, do đó số lỗ cần khoan trong 1 ống thu khí là:
N =1570x4/10 = 628 (lỗ)
Khi tiếp tục đổ rác mới ta nối các ống thu khí với nhau. Đổ sỏi có đường kính 2 – 4 mm xuống lấp đầy giếng bao quanh các ống thu khí, sau đó rút ống thu khí
lên. Việc này làm chống tắc các ống thu khí, đảm bảo độ rỗng để thu khí được tối đa lượng khí tạo thành.
4. Hệ thống thổi khí
Đối với bãi chôn lấp lai hợp, pha đầu tiên trong quá trình là quá trình hiếu khí, tức phải bơm không khí vào bãi chôn lấp để quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn. Do đó cần phải có hệ thống thổi khí vào. Để tiết kiệm chi phí, ta sử dụng hệ thống thu khí cũng đồng thời là hệ thống thổi khí. Việc vận hành thổi khí hay thu khí phụ thuộc vào bãi chôn lấp đang thuộc vào pha nào. Ta thổi khí cho đến khi bãi chôn lấp bắt đầu vào pha acid.
III. HỆ THỐNG THU GOM VÀ TUẦN HOÀN NƯỚC RỈ RÁC
1. Nước rỉ rác
Nước rỉ rác (còn gọi là nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ô chôn lấp, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất ở dưới chôn lấp.
Sự có mặt của nước trong bãi chôn lấp rác có cả mặt tích cực lẫn mặt tiêu cực cho hoạt động của bãi rác. Nước rất cần cho một số quá trình hóa học lẫn sinh học xảy ra trong bãi chôn lấp để phân hủy rác. Mặt khác, nước có thể tạo ra xói mòn trên tầng đất nén và những vấn đề lắng đọng trong dòng nước mặt chảy qua. Nước rác có thể chảy vào các tầng nước ngầm và các dòng nước sạch và từ đó gây ô nhiễm đến nguồn nước uống. Vì vậy, vấn đề cần quan tâm khi thiết kế, xây dựng cho hoạt động của một bãi chôn lấp là kiểm soát nước rác.
Quá trình hình thành nước rác: Nước rác được hình thành khi nước thấm vào ô chôn lấp. Nước có thể thấm vào rác theo một số các sau đây:
− Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp;
− Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác;
− Nước có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác;
− Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống ô chôn rác;
− Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ô rác đóng lại;
− Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ô rác đóng lại;
− Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp rác sau khi ô rác đầy (ô rác được đóng lại).
− Nước sẵn có trong rác thải là nhỏ nhất. Nước từ những khu vực khác chảy qua bãi chôn lấp cần phải thu gom bằng hệ thống thoát nước. Nước từ những khu vực khác chảy qua bãi chôn lấp cần phải thu gom bằng hệ thống thoát nước. Hệ thống thoát nước không chỉ bảo vệ những khu vực chôn lấp rác khỏi bị xói mòn trong thời gian hoạt động mà còn tiêu thoát lượng nước thừa ngấm vào ô rác. Có thể hạn chế được lượng nước mưa ngấm vào ô rác bằng cách trồng lại thảm thực vật sau khi bãi đã đóng. Thành phần của nước rác: Việc tổng hợp và đặc trưng hóa thành phần nước rác là rất khó khăn vì một loạt các điều kiện tác động lên sự hình thành của nước rác. Thời gian chôn lấp, khí hậu, mùa, độ ẩm của bãi rác, mức độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm và loại rác chôn lấp, tất cả đều tác động lên thành phần của nước rác. Độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần của nước rác.
Thành phần của nước rác thay đổi theo các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học. Sau giai đoạn háo khí ngắn (một vài tuần), tiếp đến là hai giai đoạn phân hủy: giai đoạn phân hủy yếm khí tùy tiện tạo ra axit và giai đoạn phân hủy yếm khí tuyệt đối tạo ra khí metan.
Trong giai đoạn tạo axit các hợp chất đơn giản được hình thành như axit béo, amino axit và carboxilic axit. Giai đoạn axit có thể kéo dài vài năm sau khi chôn lấp, phụ thuộc vào bản chất không đồng nhất của rác. Đặc trưng của nước rác trong giai đoạn này:
− Nồng độ cao các axit béo dễ bay hơi;