1

MỞ ĐẦU

Trước quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá và sự phát triển ngày một cao của nền công

nghiệp trong mỗi quốc gia, cũng như trên phạm vi trên toàn thế giới, nhiều vấn đề môi trường đã nảy

sinh và thực sự trở thành nỗi lo của toàn nhân loại.

Ớ nước ta, quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đang diễn ra với tốc độ cao, bộ mật xã hội đã

có những bước biến đổi tích cực. Bức tranh về cồng nghiệp hoá với các khu công nghiệp tập trung và

hiện đại đang mở ra trước chúng ta, hứa hẹn một sự phát triển đầy triển vọng.

Tuy nhiên, song song với sự phát triển đó, đã làm nảy sinh nhiều vấn đề môi trường. Tại các

thành phố, các khu công nghiệp, chất lượng môi trường hầu như đang có chiéu hướng xấu đi, trở thành

nguy cơ đe doa cuộc sống không chỉ đối với những người lao động trực tiếp với môi trường ô nhiễm,

mà còn đối với cả khu dân cư lân cận. Một trong những vấn để môi trường đang được đề cập đến hiện

nay đối với các nước phát triển trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng là vấn đề chôn lấp chất

thải rắn và ảnh hưởne của nó tới môi trường.

Việt Nam hiện nay có trên 150 bãi chôn lấp chất thải rắn các loại, nhưng trone số đó phần lớn

các bãi chôn lấp là không đủ tiêu chuẩn của bãi chôn lấp hợp vệ sinh, vì vậy mà các bãi chôn lấp này đã

và đang gây ra những ảnh không nhỏ tới môi trường. Bên cạnh những ảnh hưởng do hoạt động chôn

lấp, ảnh hưởng của nước rác thì ảnh hưởng tới môi trường do khí sinh ra từ bãi chôn lấp chất thải rắn

cũng là một vấn để cần được quan tâm và xem xét.

Khf sinh ra từ bãi chôn lấp chất thải rắn hay còn gọi là khí bãi rác (Landfill gas), với thành phần

khí Cacbonic, Metan và một lượng nhỏ các thành phần khí độc hại khác không chỉ gây nguy hiểm do

cháy nổ và Là nguồn gây ô nhiễm môi trường sinh thái. Nhận thức được vấn đề đó, nhiều nước trên thế

giới như Nhật Bản, Mỹ, Canada, Đức ...đã quản lỹ và kiểm soát rất hiệu quả khí bãi rác, không chỉ

2,iảm tối thiểu nhữne, ảnh liưởna, môi trường mà hơn thế nữa họ còn tận dụng làm khí đốt hay sản xuất

điện,..

Ớ Việt Nam, kiểm soát và tận dụng khí bãi rác chưa được nghiên cứu nhiều. Hầu hết các bãi

chôn lấp chất thải rắn trên cả nước chưa có hệ thống kiểm soát khí bãi rác thật triệt để, đã và đang gây

ra những ảnh hưởng tới môi trường sinh thải đặc biệt là khu vực dân cu lân cận.

Xuất phát từ mục tiêu nâng cao chất lượng môi trường sống, đảm bảo vấn đề giảm thiểu ảnh

2

hưởng tới môi trường của chất thải rắn đô thị nóichung và khí bãi rác nói riêng, đồ án:’ THIÊT KẾ HỆ THổNG THU GOM VẢ TẬN

DỤNG KHÍ m RÁC CỦA Ml CHÔN LẤP PHỤC vu 2 TRIỆU DẤỵ ’.Nhằm đưa ragiải pháp thích hợp

trong việc kiểm soát những ảnh hưởng môi trường của bãi chôn lấp chất thải rắn.

Nội dung của đồ án gồm các phấn sau:

Chương I: Tổng quan về phương pháp chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh.

Chương II: Thiết kế tổng thể cho bãi chôn lấp chất thải rắn phục vụ cho 2 triệu dán.

Chương III: Dự tính lượng khí rác sinh ra tại bãi chôn lấp phục vụ 2 triệu dân.

Chương IV: Thiết kế hệ thống thu gom và tận dụng khí bãi chôn lấp phục vụ2

CHƯƠNG ỉ

TỔNG QUAN VỂ PHƯƠNG PHÁP CHÔN LẤP CHẤT THẢI RẮN

HỢP VỆ SINH.

1.1 SỤ RA ĐỒI VÀ VAI TRÒ CỦA PHƯƠNG PHÁP CHÔN LAP CHAT THẢI HỢP VỆ SINH.

Hiện nay trên thế giới có nhiều phương pháp xử lý có hiệu quả. Tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế

- xã hội, trình độ công nghê và điều kiện tự nhiên của mỗi nước mà áp dụng các biện pháp cho thích

hợp. Trong các phương pháp xử lý chất thải thì phương pháp chôn lấp là phổ biến nhất, phù hợp vối cấc

nước nghèo, đất đai rộng, Phương pháp này cổ thể áp dụng với nhiều loại chất thải khác nhau như rác

thải hữu cơ, bùn thải, các chât trơ bị loại ra trong quá trình làm phân compost hay cho sau khi đốt chất

thải.

1.2 TÌNH HÌNH CHÔN LAP CHAT THẢI RẮN Ở CÁC NUỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ

TRONG KHU vực

1.3 Sơ LƯỢC VỀ CHÔN LẤP CHAT THẢI RAN HỢP VỆ SINH

1.3.1 CỐNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RÁC.

1.3.2 CÔNG NGHỆ xử LÝ KHÍ RÁC

3

CHƯƠNG II:THIẾT KẾ TổNG THỂ CHO BÃI CHÔN LAP CHAT THẢI RẮN

PHỤC VỤ CHO 2 TRIỆU DẦN.

2.1 LỰA CHỌN ĐỊA DIEM XÂY DỤNG BÃI CHÔN LẤP.

2.2.1 ĐIỂU KIỆN TựNHIÊN .

Điều kiện tự nhiên như địa hình, địa chất, điều kiện khí tượng, thuỷ văn có ảnh hưống rất lớn

đến việc phân huỷ rác, đến việc hình thành và phát tán nước rác, khí rác ra môi trường xung quanh.

Dưới đây là giả thiết về điểu kiện tự nhiên của khu vực xây dựng bãi chôn lấp rác.

1. Địa hình địa mạo

Khu vực xây dựng khu xử lý chất thải nằm trong khu vực có lớp đá nền chắc, đồng nhất, không

có lớp đá vôi cũng như các vết nút kiên tao.

2. Khí hậu.2.2.2 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI.

2.2TÍNH TOÁN LƯỢNG RÁC THẢI VÀ QUY MÔ BÃI CHÔN LAP RÁC

2.2.1 KHỐI LƯỢNG RÁC THẢIKhối lượng rác thải được tính trên các thông số:

Quy mô dàn số.Tiêu chuẩn rác thải.Tỷ lệ thu gom.

Quy mỏ dán số.Giả thiết năm 2003. dàn số nội thi của 1 đô thi là 2 triêu người, tỷ tãng dân số tự nhiên 2%. Để

tính toán lượng rác thải, ta giả thiết dàn số từ nay đến năm 2013. mỗi năm tăng 5% (bao gồm cả tỷ lệ tăng tự nhiên và tỷ lệ tãng cơ học).Tiêu chuẩn thải rác.

Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. tiêu chuẩn thải rác của khu đô thị lớn là 0.8-1.2 ke/người. Để tính toán lượns; rác thải, ta lấy tiêu chuẩn thải rác là o.ổkg/người.ngày.Tỷ lệ thu gom rác.

Giả thiết hiện tại rác thải hàng ngày của thành phố có tỷ lệ thu gom và tiêu chuẩn thải rác như sau:BẢNG 2.1: TIỂU CHUAN THẢI RÁC VÀ TỶ LỆ THU GOM TRONG CÁC GIAI ĐOAN.

4

Giai đoan 2003 2004-2008 2008-2013 2013-2023

Tiêu chuẩn rác thải (kg/người.ngày)

0.6 0.6 0.6 0.7

Tỷ lệ thu gom rác 80% 85% 85% 90%

Tính lượng rác thải giai đoạn 1 từ 2003-2008.Lượng rác thải phát sinh là:

GrácSH=N(l+q)xgTrong đó:N - Số dân (người).GrácSH— lượn rác phát sinh hàng ngày.Tỷ lệ tăng dân số( tỷ lệ tăng tự nhiên + tỷ lệ tăng cơ học).g - Tỉêu chuẩn rác thải hàng ngày (kg/người.ngày).Với năm đầu tiên tính toán lượna; rác thì q= 0. ta có số dân là N=2 triệu người. g=0.ó

kg/ngườỉ.ngày.Thay số vào ta có:G,ácSH =2.000.000x( 1 +0)x0.6=l .200.000kg/ngày= 1.200tấn/ngàyLượng rác phát sinh trong 1 năm là:1.200tấn/ngày X 365ngày=438.000 tấn/năm.Lượng rác đem xử lý tại bãi chôn lấp troníĩ ! năm là:^rícSHCL —^ 'lai'SH ^ p

P- Ty lẹ thu gom rác. năm 2003 lấy p=80%Thay số ta có: GlácSHCL =438,000 X 80%=350.400 tấn/nãm.Với cấc năm 2004- 2008 tính toán tương tự như năm 2003. nhưng với tỷ lệ tăng dân số mỗi

năm 5% và tỷ lệ thu gom rác P-85%.Tính toán giaĩ đoạn 2 từ 2009-2013.

Giai đoạn này ta cũng tính với dân số tăng 5% mỗi năm và tiêu chuẩn thải rác là g=0,6 kg/người,ngày. nhưng tý lệ thu gom rác tăng lên thành 90%. Tính toán vói giai đựan 3 từ năm 2014-2023.

Lượng rác thải trong năm 2014 được tính với tỷ lệ thu gom là 95% và lượng rác thải trung bình của người dân là 0.7kg/người.ngày. Dân số trong năm này tăng 5% mỗi năm so với năm 2013.BẢNG 2.2: LƯỢNG RÁC THẢI PHÁT SINH VÀ ĐEM CHÔN LAPTRONG CÁC GIAĨ ĐOẠN.

Năm Dân số (ngàn.gười)

Tiêu chuẩn thải rác(kg/người.ngày)

Tổng lượng rác phát sinh (tấn)

Tỷ lệ thugom(%)

Lượn 2 rác đưa đến bãi chôn lấp (tấn)

Giai đoan I 1.989.701

5

2003-2004 2.000 0,6 438.000 0,80 350.4002004-2005 2.038 0,6 468.638 0,85 398.3422005-2006 2.077 0,6 477.606 0,85 405.9652006-2007 2.116 0,6 486.574 0,85 413.5882007-2008 2.156 0,6 495.772 0,85 421.406Giai đoan II 2.230.560Từ năm 2009-20132009 2,196 0,6 505.200 0,85 429.4202010 2.239 0,6 514.858 0,85 437.6292011 2.282 0,6 524.745 0,85 446.0342012 2.325 0,6 534.634 0,85 454.4392013 2.369 0,6 544.752 0,85 463.038Giai đoan in 6.353.689Từ năm 2013-20232014 2.414 0,7 647.616 0,9 5828542015 2,460 0,7 659.957 0,9 5939612016 2.507 0,7 672.565 0,9 6053092017 2,555 0,7 685.443 0,9 6168982018 2.604 0,7 698.588 0,9 6287292019 2.653 0,7 711.734 0,9 6405602020 2.703 0,7 725.147 0,9 6526322021 2.754 0,7 738.829 0,9 6649462022 2.806 0,7 752.780 0,9 6775022023 2,859 0,7 766.998 0,9 690298

2.2.2 QUY MÔ BAI CHÔN LAPGiai đoạn I: Lượng rác thải đem đi chôn lấp là 1.989.701 tấn. Thể tích rác đem chôn lấp trong giai đoạn I là:

^rác ^rác SI|I IJ Pric )

Trong đó : Prác-Tỷ trọng rác (lấy bằng 0,42 tấn/m3) vrác= 1.989.701 /0,42=4.737.383 m3.

Thể tích rác sau khi đầm nén với hệ số k=0.75:=> VrỂcnén= vrácx k= 4.737.383 X 0,75 =3.553.038 m3 Diện tích

bãi chôn lấp:=> s, = VrácnẾn/ h

Chọn chiều sâu chôn rác là h=18m thì diện tích bãi chôn lấp là:=> s, =3,353,038/21=263.188 nr ’

Giai đoạn II: Lượng rác thải đem đi chôn lấp là 2.230.560 tấn.Thể tích rác đem chôn lấp trong giai đoạn I là:

=> Vrác=2.230.560/0,42=5.310.857 m3 Thể tích rác sau khi đầm nén với hệ số k =0,75:

6

=> vrác -5.3l0.857x 0,75 =3.983.143 m3 Diện tích bãi chôn lấp là:

=> S2=3,983,143/21 =221.286 m2 Giai đoạn III: Lượng rác thải đem đi chôn lấp là 6.353.689 tấn.

Thể tích rác đem chôn lấp trong giai đoạn I là:=> vrđc=6.353 689/0,42=15.127.831 m3 Thể tích rác sau khi

đầm nén với hệ số k =0,75:

=> vrác =15.127.831 X 0,75 =11.345.873 m3 Diện tích bãi chôn lấp là:

=> s3 = 11.345.873/21=630.326 m2 Vậy diện tích cần thiết để chôn rác là:s = S, + SỊj + S3 =263.188 + 221.286 + 630.326 = 1.114.800 m2= 112 ha Diện tích khu bãi phải

lớn hơn diện tích cần chôn lấp rác do đó cần bô trí đất cho khu phụ như văn phòng quản lý, đường vận chuyển khu xử lý nước rác, khu xử lý khí bãi rác,...Ta chọn diện tích khu quản lỵ này chiếm 20% tổng diện tích khu bãi. Có nghĩa là diện tích khu quản lý chiếm 20%, còn diện tích khu chôn lấp rác chiếm 80%’Bộ khoa học công nghệ môi trường-1998- Hội thảo tư vấn về lựa chọn địa điểm, thiết kế quản lý bãi chôn lấp’.

Diện tích khu quản lý bãi là:Squàn lý =20x112/80 =28 ha Vậy tổng diện tích bãi chôn lấp là:Sbsí=STáC + squản lý= 112 + 28 = 140 ha

2.3 THIẾT KẾ TỔNG THE BÃI CHÔN LAP

Mặt bằng tổng thể của bãi chôn lấp trong giai đoạn I và II gồm các mục như sau.

2.3.1 BỐ TRÍ MẶT BẰNG CÁC Ô CHÔN LAP VÀ VẬN HÀNH CÁC Ồ CHÔN LẤP.

Với diện tích cần để đào hố chôn rác là 112 ha, toàn bộ bãi chôn lấp được chia làm 20 ô chôn

rác, diện tích của mỗi ô chôn rác là 56.000m2, Giả thiết mỗi ô chôn cách nhau 1 năm.

Ô chôn lâp:

- Diện tích: 56.000 m2 (rộng trung bình 200m, dài 280m).

- Độ sâu chôn lấp trung bình: 18m (Độ cao đáy bãi +5)

- Thời gian vận hành 5 năm.

Rác được chia thành 6 lớp, mỗi lớp dày 3m, khoảng 10 tháng đổ đây 1

lớp.

Tại vị trí chọn làm bãi chôn lấp có nhiều đổi núi cao, mực nước ngầm thấp nên tôi chọn phương

pháp nửa chìm nửa nổi, với độ sâu bãi khoảng lóm, đô cao vận hành trên mặt đất khoảng 2m.

Phương pháp vận hành cho bãi chôn lấp rác thải: Dự tính rác thải trong ngày được tập kết vào bãi chôn

lấp rác từ đầu bãì đến cuối bãi theo kiểu lấn dần. Sau đó xe ủi san và đầm nén thành từng lớp (mỗi lớp

7

có chiều cao đầm nén không quá 60cm ) cho đến khi đạt độ dày 3m. Việc thực hiện đầm nén được thực

hiện bởi máy đầm chân cừu và xe ủi bánh xích. Cứ sau mỗi ỉớp, rác được phủ 1 lớp đất sét pha dày

30cm. Sau mỗi ngày chôn lấp cũng phải phủ 1 lớp đất dày tương tự lên rác và được đầm nén. Trong quá

trình chôn lấp, rác thường xuyên đươc phun thuốc diệt côn trùng và dùng chế phẩm EM.

Sau khi rác được đổ đày đến độ cao mong muốn, trên bề mặt của lớp rác được phủ 1 lớp đất sét chống

thấm dày 30cm, trên cùng phủ 1 lớp đất dày 50cm để trồng cây xanh trên bãi

Sau một thời gian sau khi đã hoàn thổ, có thể san ủi bãi rác và làm sân vui chơi giải trí nhu: sân gon, công viên.,.

2.3.2 ĐÊ BAO, ĐỘ Dốc CÁC Ô CHÔN LAP, MÁI Dốc TALUY ĐÀO CÁC Ô CHÔN

LẤP.

BẢNG :ĐỘ DỐC CÁC Ố CHÔN LAP,MÁI Dốc TALUY ĐÀO CÁC Ô

CHÔN LẤP.

Ô chốn lấp

Độ dốc dọc ô 1-3%

Độ dốc ngang ô 5-8%

Mái taluy đào m =1:0,75

8

Ngăn cách các ô là đê bao. Đê được đắp cao 10m, mặt đê rộng 1.5m, độ dốc mái đê m=l:1.5

2.3 .3 HỆ THỐNG GIAO THÔNG

Để đảm việc vận chuyển chất thải vào khu vực chôn lấp trong mọi thời tiết, ta xây dựng

đường từ ngoài vào dài với mặt đường nhựa 3,5m , nền đường rộng 6,5m.

Đường trong khu xử lý gồm 2 đoạn:

- Đoan vào khu xử lý nước thải dài với mặt đường nhựa rộng 3,5m và nền đường rộng

6,5m.

- Đoạn vào các ô chôn lấp2.3.4 KHU ĐIỀU HÀNH SẢN SUAT.

Khu điều hành sản xuất được bố trí ờ đầu bãi chôn lấp gồm các công trình:

- Nhà làm việc và nhà nghỉ của các cán bộ

- Gara ôtố và cầu rửa xe

- Các nhà thường trực và trạm cân

2.3.5 HỆ THỐNG CHốNG THAM, THU GOM VÀ XỬLÝ NƯỚC RÁC Để hạn chế sự gây ô

nhiễm của nước rác tới nước ngầm, nước mặt khu

vực bãi chôn rác, toàn bộ bãi chôn lấp rác được chống thấm thành và đáy bãi đồng thời dưới đáy bãi

có hệ thống thu gom nước rác. Nước rác thu gom được dẫn về khu xử lý, Tại đây nước rác được xử

lý đạt tiêu chuẩn loại B rồi thải ra sông hay ra suối.2.3.6 HỆ THỐNG THU GOM NƯỚC MƯA

Toàn bộ nước mưa xung quanh bãi chôn lấp được thu dẫn vào hệ thống rãnh rồi đổ ra sông

hoặc suối.

Trong thời gian xây dựng bãi, nước mưa trong bãi được dãn qua đê bằng ống bêtông cốt

thép và đổ ra ngoài.2.3.7 HỆ THÔNG THU GOM KHÍ RÁC

9

Để hạn chế cho việc gây ô nhiêm môi trường và gây cháy nổ ở bãi rác, toàn bộ bãi có bố trí hệ

thống giếng thu khí gas và khí gas được tập chung lại để chuyển thành điện năng hoặc năng lượng phục

vụ cho con người2.3.8 HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

- Cấp nước sinh hoạt dùng giếng khoan để bơm

- Cấp nước phun cho rác và rửa xe dùng nước ở hổ sinh học của khu xử ]ý nước rác2.3.9 HỆ THỐNG ĐIỆN CAP CHO TOÀN KHU.

Xây dựng trạm biến áp để cấp điện cho các nhu cầu:

- Để chiếu sáng dọc đường vào khu chôn lấp chất thải dài?

- Chiếu sáng cho nhà điểu hành sản xuất,

- Cấp điện động lực cho khu xử lý nước rác2.3.10HỆ THỐNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG Ở BÃI RÁC

Bất kỳ một bãi chôn lấp nào dù nhỏ hay lớn đều cần phải có quan trắc môi trường để kiểm soát

được những biến đổi về môi trường tại khu vực.

Quan trắc mòi trường tại bãi rác gồm môi trường nước, không khí, đất, sức khoẻ con người.

MÔT TRƯỜNG NƯỚC Nước mặt

- Điểm quan trắc: tiến hành quan trác tại 4 điểm đó là điểm đầu vào của khu vực xử ]ý nước rác,

điểm thượng lưu suối (hoặc sông), điểm hạ lưu suối (hoặc sông).

- Các yếu tố quan trắc : Lưu lượng và thành phần hoá học

Thành phần hoá học của mẫu nước mặt và nước thải so với điều kiện tiêu chuẩn môi trường nươc

Việt Nam.

Các chỉ tiêu cần quan trắc của mẫu nước mặt: Nhiệt độ, độ PH, tổng chất rắn lơ long, DO.

BOD5 ,COD, NH4+, NO,', NO-,', tổng phenol, CN~, dầu mỡ, chất tảy rửa, tổng Fe, As, Cd, P(t.

Hg,Cr+e, Cr+3,Mn, Zn, Sn, tổng Coliform, Fecal coliform,

-Tần suất quan trắc:

+ Lưu lượng: 2 tháng/lần

+Thành phần hoá học: 3 tháng/lấn (riêng các chí tiêu kim loại nặng 1 năm/lần) i- Nước ngầm

- Điểm quan trắc: Tiến hành quan trắc tại 2 điểm đó là tại điểm cấp nước giếng sinh hoạt cho khu

xử lý rác thải và điểm tại phía cuối bãi rác

10

- Các yếu tố quan trắc: Thành phần hoá học

Thành phần hoá học của mẫu nước ngầm được so với tiêu chuẩn môi trường Viêt Nam.

Các chí tiêu cần quan trắc của mẫu nước ngầm: Nhiệt độ, độ pH, tổng chất rắn lơ long, màu, NH4+,

N03, tổng Fe, As, Cd, Pd, Hg,Cr+6, Cr+3,Mn, Zn, Sn, tổng Coliform, Fecal coliform.

- Tần suất quan trắc: 3 tháng/lần (riêng các chỉ tiêu kim loại nặng quan trắc ! năm/ lẩn).

KHÔNG KHÍ, ĐẤT VÀ sức KHOẺ CON NGƯỜI ị- Không khí

- Điểm quan trắc: Tiến hành quan trắc tại 4 điểm đó là tại trạm xử lý nước rác, điểm tại khu nhà

điều hành sản xuất, điểm tại phía cuối bãi rác và điểm tại giữa bãi rác.

- Các yếu tố quan trắc: Thành phần khí phát tán, nhiệt độ, tiếng ổn.

Các chỉ tiêu mẫu khí được so với tiêu chuẩn Việt Nam.

- Các chỉ tiêu cần quan trắc của mẫu khí: Nhiệt độ, NH3 , NOx ,CO, C02, CH4, S02, các cấu tử

vết.

- Tần suất quan trắc: 3 tháng/lần.

4- Độ sụt lún của đất

Quan trắc kiểm tra độ sụt lún của lớp phủ và thảm thực vật, tần suất quan trắc 2 lần/năm. ị- Sức

khoẻ con người

Cán bộ cồng nhân viên làm việc tại bãi rác cần dược kiểm tra sức khoẻ định kì 6 tháng.

CHƯƠNG III: DỰTÍNH LƯỢNG KHÍ RÁC SINH RA TẠI BÃI CHÔN LẤP PHỤC VỤ 2 TRIỆU

DÂN.

3.1 Cơ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SựHÌNH THÀNH KHÍ RÁC.

Khi chôn lấp rác xảy ra cùng lúc và kết hợp lẫn lộn giữa các phản ứng Phản ứng phân huỷ chất hữa

cơ bằng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí tạo C02, sau đó là quá trình yếm khí lạo ra CH4, C02, H20,

NHj.v.v.

Các biến đổi vật lý như sự khuyếch tán khí bãi rác thải vào không khí và vào nước rác và nước rác lại

di chuyển vào nước ngầm, nước mận, đất.v.v.

11

Các phản ứng hoá học không kiểm soát được như phản ứng hoà tan, hoá hơi, bốc hơi, hấp thụ, phân

huỷ, ôxi hoá khứ.v.v.

Dưới đây là cơ sở lý thuyết của sự hình thành khí bãi rác, thành phần của khí bãi rác và sự di chuyển

của chúng vào môi trường xung quanh.

3.1.1 CÁC GIAI ĐOẠN XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ RÁC THẢI.

Khí bãi rác là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữa cơ có trong bãi chôn lấp. Nhìn chung

sự hình thành khí bãi rác được xảy ra theo 5 giai đoạn.

Giai đoạn I:

Sự phân huỷ hiếu khí các hợp chất hữa cơ nhờ các vi sinh vật trong đất, trong nước rác. Phản ứng

xảy ra như sau:

Vi sinh

Chất hữu + 02 Dinh —>■ Chất hữu C02 + H-,0 + NH3 + Q

Cơ Dưỡne Vật Cơ mới Sinh Khối

Giai đoạn II:

Lượng ôxi bắt đầu cạn kiệt, xảy ra các bước ban đầu của quá trình yếm khí đó là thuỷ phân axit hoá.

Các gốc NO3, S042 bị khử thành N2, s , pH của nước rác thải giảm là do hình thành các axít hữa cơ và

sựj có mặt của co, trong bãi.

Giai đoạn III:

Giai đoạn này diễn ra quá trình axít hoá các sản phẩm thuỷ phân các chất hữa cơ lượng tử lớn (như

lipit, protêin.v.v.) tạo thành các axít hữa cơ như: axít axêtic, axít fulvic, các axít hữa cơ phức tạp khác

và một lượng nhỏ H2, khí CO, được tạo ra chủ yếu ở giai đoạn này. Tác nhân của giai đoạn này là vi

khuẩn kỵ khí, pH của nước giảm xuống còn dưới 5 sẽ làm tăng độ hoà tan của kim loại nặng trong bãi

rác. BOD5, COD, độ dẫn điện của nước rác cũng tăng.

Giai đoạn IV:

Giai đoạn này xảy ra quá trình biến đổi các sán phẩm của giai đoạn axít hoá thành CH 4 và co, dưới

tác nhân chủ yếu của vi khuẩn mêtan hoá, pH của nước rác giảm xuống dẫn tới giá trị 6,8 đến 8 và độ

12

hoà tan các kim loại nặng cũng giảm giá trị BOD%, COD. độ dẫn điện của nước rác cũng giảm.

Giai đoạn V:

Giai đoạn phân huỷ các hợp chất hữa cơ đẫ xong và trong bãi chỉ còn các chất hữa cơ khó phân huỷ

sinh học. Giai đoạn này có thể kéo dài từ 5 đến 50 năm.

3.1.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HUỞNG ĐẾN LƯỢNG VÀ THÀNH PHAN KHÍ

RÁC.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân huỷ của bãi rác thải là: Nhiệt độ, độ ẩm của rác thải, độ pH, các

vi sinh vật...1, Ảnh hưởng của nhiệt độ.

Các quá trình sinh học và hoá học là các quá trình phu thuộc vào nhiệt độ. Các vi sinh vật khác

nhau sẽ có phạm vi nhiệt độ tôi ưu khác nhau.

Người ta chia các vi khuẩn theo nhiệt độ tối ưu thành:

Vi khuẩn ưa lạnh (psychrophil): T° < 20°c Vi khuẩn ưa ấm (mesọphil): T°=20-

40“C Vi khuẩn ưa nóng (thermophil): T°>40°c Vi khuẩn methan hầu hết là mesophil, tuy nhiên cũng có

vài chủng vi khuẩn methan là thermophil. Vi khuẩn methan rất nhay cảm với sự dao động của nhiệt độ,

chỉ cần dao động 2°c là có thể dẫn tới sự tổn thất hoạt lực (R.Braun-Springer Verlag, Wien, New

York, 1982: Biogas - Methangarung organischer Abfallstoffe).

Khi nhiệt độ cao, trong bãi chủ yếu tổn tại cấc vi khuẩn thermophil. Một số chủng vi khuẩn

methan thermophil tồn tại với số lượng ít hơn. do đó chúng quyết định giai đoạn hình thành khí, lượng

khí sinh sẽ giảm.

Cũng như vậy khi nhiệt độ quá thấp, các vi khuẩn psychrophii phát triển. Vi khuẩn methan

không phát triển được ở nhiệt độ này, do vậy lượng khí methan cũng giảm.2. Ảnh hưởng của độ ẩm rác thải.

Vi khuẩn methan phát triển trong môi trường yếm khí nghiêm ngặt và trong môi trường có dộ

ẩm cao. Theo một vài điều tra đã chỉ rằng, lượng khí methan sản sinh lớn nhất khí độ ẩm của chất thải

rắn vào khoảng 60-80%. 0 độ ẩm này, các vi khuẩn sẽ được phân tán và di chuyển dễ dàng trong khối

chất thải, chúng sính sản các bào tử. Tuy nhiên ờ độ ẩm cao, các chất hữu cơ cùng các bào tử sẽ theo

13

nước rác ra ngoài làm giảm thể tích sinh khí CH4.

Khi nghiên cứu thời gian lưu của nước trong bãi chôn lấp chất thải tại phòng thí nghiệm,

Munasingel ( Canada-1996) đã thấy rằng khi giảm thời gian lưu của nước trong khối chất thải rắn sẽ

làm tăng thành phần khí CH4 và giảm thành khí C02 trong khí tạo thành [Các tạp chí — khoa học -

công nghệ

- môi trơờng]. Như vậy thời gian lưu của nước có ảnh hưởng tới hoạt động của vi khuẩn tạo khí

Methan. Thời gian lưu đó có thể thay đổi khi lượng nước mưa thấm vào, nhưng trên thực tế các bãi

chôn lấp hợp vệ sinh luôn được cấu tạo lớp bề mặt chống thấm và thoát nước mưa. nên thực tế nhiều

nước trên thế giới đã vận hành bãi chôn lấp bằng biện pháp tưới nước rác tuần hoàn trở lại bãi chôn lấp

và kiểm soát độ ẩm của bãi chôn lấp luôn dạt 60-80%.

Việc tuần hoàn nước rác cũng có những thuận lợi cho quá trình phân huỷ tạo khí. Các giai đoan

phân huỷ sinh học diên ra đổng thời, quá trình tạo axít làm giảm pH, Như vậy kiểm soát nước rác tuần

hoàn sẽ giữ cho độ pH trong bãi chôn lấp được ổn định tạo kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ chất

thải rắn.

3. Ánh hưởng của pH.

pH có ảnh hưởng tới các sản phẩm trao đổi chất của vi khuẩn, vì hoạt lực của enzym phụ thuộc

mạnh vào giá trị pH. Các vi sinh vật khác nhau sẽ có pH tối ưu khác nhau.

+ Vi khuẩn ax it hoá tồn tại ở khoảng pH=2-7, nhưng hoạt lực của chúng sẽ giảm khi pH nhỏ

hơn 4,5 [.Braun-Springer Verlag, Wien, New York. 1982: Biogas - Methangarung

organischer Abfallstoffe], pH tối ưu khoảng 5-7. Vì sự phân huỷ yếm khí do nhiều loại vi khuẩn

tham gia nên không thể yêu cầu giá trị pH tối ưu chung cho cả quá trình.

+ Các vi khuẩn methan có pH tối ưu trong khoảng 6,8 -7,4[R.Braun- Springer Yerlag,

Wien, New York, 1982: Biogas — Methangarung organischer Abfallstoffe]. Tuy nhiên

người ta đã chỉ ra ràng các vi khuẩn methan có thể sống được 2 tháng ở pH=5, nhưng pH < 6,6 thì các

vi khuẩn inethan mất hoạt tính rõ ràng.

Nếu pH ở ngoài giá trị 6,5-8 thì tốc độ phat triển cũng như tốc độ phân

huỷ cơ chất và thành phần của các sản phẩm trung gian sẽ bi thay đổi

[R.Braun-Springer Verlag, Wien, New York,1982: Biogas - Methangarung organischer

14

Abfallstoffe] và do đó có thể dẫn đến sự kìm hãm quá trình phân huỷ yếm khí.4. Ánh hưởng của các chủng vi sinh vật trong bãi chồn lấp.

Trong bãi chôn lấp tổn tại một lượng lớn các chủng loai vĩ sinh vật,

chúng có sẵn trong chất thải, trong lóp đất phủ và trong không khí di chuyển vào, Cấc chủng loại vi sinh

vật này rất đa dạng và là nhân tố quan trọng trong việc phân huỷ chất thải rắn, Trong đó phải kể tới vi

khuẩn Methan, là nhân tô quan trọng trong giai đoạn hình thành khí bãi rác.

Vi khuẩn methan có nhiều loại khác nhau: dạng que dài (methanobacterium),que ngắn

(Methanobrevibacter), dạng cầu (Methanococcus), dạng sợi (Methanospirillum) và dạng bát cầu

(Methanosarcina).

Vi khuẩn Methan là loại vi khuẩn yếm khí nghiêm ngặt, chúng rất nhạy cảm với sự có mặt của

02, với những thay đổi nhỏ của môi trườmg. Nhiệt độ tối ưu đối với vi khuẩn methan là 35-38°C,

pH=6,8-7,4. Tuỳ thuộc vào loại vi khuẩn và điều kiện môi trường mà tốc độ sinh trưởng từ 40 giờ

đến 30 ngày,

5. Ánh hưởng của các chất kìm hãm.

Hợp chất Nitơ:

Trong bãi chôn lấp, Nitơ tổn tại chủ yếu dạng hữu cơ như: axit amin, peptit và protein. Các hợp

chất nitơ vô cơ như NH4+,N03' có ở trong nước thải rất ít, Các vi sinh vật yếm khí có thể sử dụng NH4

+

như là nguồn nitơ,

Sự thiếu nitơ sẽ dẫn đến sự phân huỷ nguồn c không hoàn toàn. Còn nếu thừa nitơ thì các vi

khuẩn sẽ biến đổi thành NH4+. Nhưng nồng độ của NH4

+ và NH3 quá cao sẽ dẫn tới kìm hãm quá trình.

Sự có mặt của NO"3 có thể kìm hãm vi khuẩn Methan bởi vì oxy liên kết trong N0‘3 làm hạn

chế môi trường yếm khí nghiêm ngặt của vi khuẩn này.

Phần lớn oxy liên kết sẽ được sử dụng hết bởi vi khuẩn lên men và vi khuẩn axit hoá tuỳ tiện ở

giai đoạn axit hoá. (NO 3 bị khử thành NH4+). Cân bằng giữa NH4+ và NH3 phụ thuộc rất nhiều vào pH

và nhiệt độ:

15

MH4+ <-> NH3 + H+

16

cả NH4+ và NH3 đều có ảnh hưởng xấu tới vi khuẩn. Vi khuẩn axit hoá thì hầu như không bị ảnh

hưởng, nhưng ngược lại vi khuẩn Methan bị hạn chế rất mạnh.

Hựp chất lưu huỳnh:

s là một nguyên tố cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật, nhưng ử nồng độ nó lại có tác

dụng kìm hãm đối với vi sinh vật. Nguồn s có trong chất thải là do việc sử dụng H ,S()4 trong quá trình

sản xuất.

Dưới điều kiện yếm khí S04 2 bị khử thành H?s bởi các vi khuẩn khử sunfat (desulfirikant):

4H2 + S04 2 -> H2S + 2H20 + 20H

H2S là một axit yếu có thể hoà tan trong nước. Ta có cân bằng: H2S^HS +H+

s2' + 2H+

Ớ pH thấp, cân bàng chuyển dịch sang trái, do vậy thành phần H7S tăng. H0S sẽ theo khí rác ra

ngoài, do đó làm giảm chất lượng khí. Mặt khác khỉ đốt sẽ tạo khí SOT gây ô nhiễm không khí.

100 % ỉ

80

%HS" 0

2

0

6

0

. . .

40

2S

5.0 6.0 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 8.0 9.0 Ánh hưởng

của pH tới thành phần H->S và

Quá trình khử sunfat nói chung không gây ảnh hưởng nhiều tới vi

khuẩn lên men nhưng lại ảnh hưởng mạnh đối với vi khuẩn methan. Vi

17

khuẩn khử sunfat cạnh tranh với vi khuẩn Methan trong việc sử dụng H2. Ngoài ra bản thân lượnR

H,s tạo ra cũng gây ảnh hưởng trực tiếp tới vi khuẩn Methan.

3.1.3 Sự CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHÍ BÃI RÁC.

Khí gas có thể chuyển động xuyên qua lớp rác, lớp đất phủ nhờ quá trình khuếch tán. Khi khí rác hình thành, áp suất trong bãi rác lớn hơn áp suất khí quyển nhờ vậy khí rác chuyển động được ra ngoài.

Tốc độ chuyển động của cấc cấu tử trong khí bãi rác được xác định bằng công thức:

Trong đó:a: độ xốp của vật liệu (m3/m3)Ịỳ. yếu tố tính đến độ hấp phụ và chuyển phaCA: nồng độ của cấu tử A (g/nr )vz: tốc độ đối lưu theo phương z (m/s)Dz: hệ số khuếch tán hiệu quả (m2/s)G: các nguồn phát sinh trang phân tố thể tích (kg/rrr.s) Z: phương khảo sát (phương đứng)

k dp /'' dt

Tốc độ khí theo phương z, tuân theo định luật Darcy Trong đó:

k: độ nhớt của hỗn hợp khí p: áp suất (N/m2)Z: độ sâuPhương trình trên có thể giải được bằng máy tính, tuy nhiên giải rất phức tạp và phải biết

điều kiện đầu và biên,Nếu bỏ qua quá trình hấp phụ và các nguồn phát sinh trorỉg phân tố thể

tích,

NA=-D;

Na: lượng cấu tử A chuyển qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (g/m2.s)Dz: hệ số khuếch tấn hữu hiệu (crrr/s)

Vz=-

dz^

õz2i + G

18

Lượng khí bãi rác sinh ra không còn nhiều thì công thức trên thành:

10/V _ Dịagas) /3 2

aTrong đó:

D : hệ số khuếch tán (ctrr/s) agas: độ rỗng của khí

gas (cm3/cm3) a: tổng độ rỗng (cm3/cm3)sự chuyển động của bãi rác diễn ra theo phương; ngang, phương thảng đứng: khí methan

nhẹ hơn không khí chuyển động nên trên, khí CO? nặng hơn sẽ chuyển động xuống dưới.a. chuyển động đi lén của khí bãi rácCả khí CH4 và CO. đều có thể xuyên qua lớp đất phủ để đi vào không khí nhờ quá trình đối lưu và khuếch tán. Phương trình biểu diễn khả năng khuếch tán của chúng như sau:

Trong đó:Na: lượng chất A chuyển động qua một đơn vị bề mặt của lớp phủ (g/cm .s)CAatm: nồng độ cấu tử A ở mặt trên của lớp pbú (g/cm3)CAfm: nồng độ của cấu tử A ở mặt đáy lớp phủ (g/cm3)L: chiều dày lớp phủ (cm)b. chuyển động đi xuống của khí bãi rácKhí COT nặng hơn khổng khí nên thường di chuyển đi xuống đáy bãi rác. Nếu lớp chống thấm là đất thì C()- có thể chuyển động xuống dưới đất và gặp nước để thực hiện phản ứng:

C02 + H20 => H;COPhản ứng này làm cho lượng pH giảm và dẫn đến hoà tan một số chất vào nước ngầm. Ví dụ H2C03 gặp tầng đá ở dưới, nó tham gia phản ứng. CaC03 + H2C03 => Ca2+ + H9C03' và tăng độ cứng của nước,c. chuyên động của các cấu tử vết.

Có thể mô tả sự chuyển động của cấu tử vết theo phương trình sau:

Trong đó:Nịdượng chất A chuyển động qua 1 đơn vị bề mặt lớp phủ (g/cm5)

L

19

Cị atrn: Nồng độ cấu tử i ở bề mặt lớp phủ (g/cm3)

Cị s: Nồng độ cấu tử i bão hoà hơi (g/cm3)

Cị s Wj! Nồng độ cấu tử i ở đáy lớp phủ (g/cm3)

L: Chiều dày lớp phủ (cm)

Có thể đơn giản công thức bằng cách cho Ciatm=0, trên thực tế Ciatm -0, do cấu tử i tại bề

mặt rác bị gió cuốn đi hoặc khuếch tán nhanh chóng:

Công thức thành:

N DaÁ{C. W)I>j -------------ỈL-- -í—

L

3.2 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG KHÍ BÃĨ RÁC.Lượng khí sinh ra phụ thuộc thành phần, đặc tính của rác thải, phụ thuồc vào

điều kiện khí hâu như độ ẩm. nhiêt đồ ...

BẢNG 2: ĐẶC TÍNH cơ BẢN CỦA RÁC THẢI HỮƯ cơ.Thành phần % khối lượng ướt Độ ẩm(%)Thành phần phân huỷ nhanhRác hữu cơ 53 70Giấy vụn 1.5 8Lá cây 1.2 60Tổng cộng 55.7

Thành phần hữu cơ phân huỷ châmVải 0.5 10Lá cây 0.8 60Nilông. đồ nhựa 2.0 2Cao su 1 2Tổng cộng 4.3

BẢNG 3: THÀNH PHAN HOẢ HỌC CỦA RÁC THẢI ĐỎ THỊ Thành phần % khối lượng khô

c H 0 N s TRORác hữu cơ 48.0 6.4 37.6 2.6 0-4 5.0Giấy vụ 43.4 5.8 44.3 0.3 0.2 6.0Lá cây 47.8 6.0 38.0 3.4 0.3 4.5Vải 48.0 6.4 40.0 2.2 0.2 3.2

20

Nilồng. đổ nhưa

60.0 7.2 22.8 10.0

Cao su 69.7 8.7 1,6 20.0

Với giai đoạn ITừ bảng trên và khối lượng rác đem chòn lấp ở bãi trong giai đoạn I là 1.989.701BẢNG 4: KHỐI LƯƠNG CÁC THÀNH PHAN RÁC THẢI

Thànhphần

Khốilượng ướt

Khôiỉượng khô

Khối lượng riêng (tấn)

c H 0 N s Tro

Thành phẩn phân huỷ nhanh

Rác

hữu cơ

1054542 316362.5 151854 20247.2 118952.3 8225.424 1265.45 15818.12

Giấyvụn

29845.52 27457.87 11916.72 1592.557 12163.84 82.37362 54.91575 1647.472

Lá cây 23876.41 9550.565 4565.17 573.0339 3629.215 324.7192 28.65169 429.7754

Tổngcộng

1108263 353370.9 168335.9 22412.79 134745.3 8632.517 1349.017 17895.37

Thành phần phân huỷ chem.

Lá cây 9948.505 3979.402 1902.1542 238.7641 1512,173 135.2997 11.93821 179.0731

Vải 15917.608 14325.847 6876.4067 916.8542 5730.339 315.1686 28.65169 458.4271

Nilõng,đỗnhưa

39794.02 38998.14 23398.884 2807.866 8891.576 3899.814

Caosu

19897.01 19499.07 13590.852 1696.419 311.9851 3899.814

Tốngcộng

85557.14 76802.459 45768,29622 5659.903 16134.09 450.4683 352.575 8437.128

Nguyên tố c H 0 N s

Khối lượng nguyên tử

12,01 1,01 16,00 14,01 32,06

Tổng số moi

21

Phần phân huỷ nhanh

14016.3 22190.9 8421.6 616.2 42.1

Phần phân huỷ chậm

3810.8 5603.9 1008.4 32.2 11

nhanh là C23H36014N

Từ bảng trên ta có công thức hoá học đối với thành phần phân huỷ chậm là CHON

Đôi với thành phần rác phân huỷ sinh học nhanh, lượng khí gas tạo thành từ phản

ứng:

C23H36014N +7.75 H20 =12,125 CH4 +10.875 C02 +NHj 550 139.6

194.6 478.6 17.04

Khối lượng riêng của CH4 là 0.7167kg/m3, của C02 là 1.9768kg/m3 Từ phản ứng trên ta

có:

Đối với thành phần phân huỷ sinh học chậm, lượng khí gas được hình thành theo phản

ứng:

C Ì 18H 174° 3I N + 59.75H2ữ = 72.625CH4 + 45.375C02 + NH3 2103 1077 1166

1997 17,04

Sự biến đổi của khí theo thời gian:

Áp dụng mô hình tam giác, ta xác định được lượng khí sinh ra theo thời gian đối với thành

Tỷ lệ mol của các thành phán (lấy N=l).Thành phần Tỷ lệ moi

Phân huỷ nhanh Phân huỷ chậmc 23 118H 36 1740 14 31N 1 1Từ bảng trên ta có công thức hoá học đối với thành phần phân huỷ

22

phần phân huỷ nhanh và phân huỷ chậm.