Quản lý và xử lý chất thải rắn - Chương 8 pptx

Các vấn đề chính liên quan đến việc thiết kế 1 bãi chôn lấp BCL hợp vệ sinh bao gồm : 1 Vấn đề môi trường và các quy định ràng buộc; 2 Các dạng và phương pháp chôn lấp; 3 Vị trí bãi chôn

CHƯƠNG VIII BÃI CHÔN LẤP CHẤT THẢI BÃI CHÔN LẤP CHẤT THẢI HỢP VỆ SINH

Phương pháp thải bỏ CTR một cách an toàn và có tính khả thi cao trong thời gian dài là một yếu tố quan trọng trong chương trình quản lý CTR tổng hợp Chất thải rắn được mang đi thải bỏ là thành phần không thể tái chế được, đó là phần chất thải còn lại sau khi thực hiện quá trình tách ly, phân loại các loại vật liệu có thể tái chế

Việc quy hoạch, thiết kế và vận hành của một bãi chôn lấp CTR hiện đại bao gồm việc áp dụng các nguyên tắc cơ bản về khoa học, kỹ thuật và kinh tế Các vấn đề chính liên quan đến việc thiết kế 1 bãi chôn lấp (BCL) hợp vệ sinh bao gồm :

(1) Vấn đề môi trường và các quy định ràng buộc;

(2) Các dạng và phương pháp chôn lấp;

(3) Vị trí bãi chôn lấp;

(4) Quản lý khí sinh ra trong quá trình chôn lấp;

(5) Kiểm soát nước rò rỉ;

(6) Kiểm soát nước bề mặt và nước mưa;

(7) Các đặc tính về cấu trúc BCL;

(8) Quan trắc chất lượng môi trường;

(9) Phác thảo và thiết kế sơ bộ BCL;

(10) Phát triển kế hoạch vận hành BCL;

(11) Đóng cửa BCL;

(12) Thiết kế chi tiết BCL

8.1 KHÁI NIỆM BCL CHẤT THẢI RẮN

http://www.ebook.edu.vn 2

Bãi chôn lấp CTR (landfills): Là một diện tích hoặc một khu đất được quy

hoạch, được lựa chọn, thiết kế, xây dựng để chôn lấp CTR nhằm giảm tối

đa các tác động tiêu cực của BCL tới môi trường

BCL bao gồm các ô chôn lấp chất thải, vùng đệm và các công trình phụ trợ khác nhau như trạm xử lý nước, khí thải, cung cấp điện, nước và văn phòng điều hành

Ô chôn lấp chất thải (cell): là thể tích CTR được đổ vào BCL trong một

khoảng thời gian, thường là 1 ngày Ô chôn lấp bao gồm CTR và vật liệu che phủ xung quanh nó

Lớp che phủ (daily cover): là lớp vật liệu che phủ trên toàn bộ BCL trong

khi vận hành và khi đóng BCL nhằm ngăn ngừa, giảm thiểu tác động từ ô chôn lấp tới môi trường xung quanh và từ bên ngoài vào ô chôn lấp CTR

Nước rác (leachate): là nước phát sinh trong quá trình phân hủy tự nhiên

CTR có chứa các chất gây ô nhiễm

Khí từ ô chôn lấp CTR (landfill gas): là hỗn hợp khí sinh ra từ ô chôn lấp

chất thải do quá trình tự phân hủy tự nhiên CTR

Lớp lót đáy (landfill liner): là các vật liêu được trải trên toàn diện tích đáy

và thành bao quanh ô chôn lấp chất thải nhằm ngăn ngừa, giảm thiểu sự ngấm, thẩm thấu nước rác vào tầng nước ngầm

Vùng đệm (Surrounding area): là dải đất bao quanh BCL nhằm mục đích

ngăn cách, giảm thiểu tác động xấu của BCL đến môi trường

Hàng rào bảo vệ (fence): là hệ thống tường, rào chắn, vành đai cây xanh

hoặc vật cản có chiều cao nhất định bao quanh BCL nhằm hạn chế tác động từ các hoạt động chôn lấp CTR đến môi trường xung quanh

Quan trắc môi trường (environmental monitoring): là các hoạt động gắn liền

với việc phân tích đo đạc các số liệu về chất lượng không khí, nước Mục đích là theo dõi sự di chuyển của khí và nước trong BCL

Đóng BCL (landfill closure): là việc ngừng hoàn toàn hoạt động chôn lấp

CTR tại BCL

Thời gian hoạt động của BCL: là toàn bộ thời gian từ khi bắt đầu chôn lấp

CTR đến khi đóng BCL

Hệ thống thu gom khí thải: là hệ thống các công trình, thiết bị thu gom khí

thải sinh ra từ BCL nhằm ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm không khí và nguy cơ gây cháy, nổ

Hệ thống thu gom nước rác: là hệ thống các công trình bao gồm tầng thu

gom, đường ống dẫn, mương dẫn để thu gom nước rác về hố tập trung hoặc tới trạm xử lý

Hệ thống thoát nước mặt và nước mưa: là hệ thống thu gom nước mặt và

nước mưa dẫn về nơi quy định nhằm ngăn ngừa nước mặt từ bên ngoài xâm nhập vào các ô chôn lấp

1 Theo cấu trúc

- Bãi hở

- Chôn dưới biển

- BCL hợp vệ sinh

• Bãi hở (open dumps)

Đây là phương pháp cổ điển, đã được loài người áp dụng từ rất lâu đời Ngay cả trong thời kỳ Hy Lạp và La Mã cổ địa cách đây khoảng 500 năm trước thiên chúa giáo, con người đã biết đổ rác bên ngoài tường các thành lũy- lâu đài ở dưới hướng gió Cho đến nay, phương pháp này vẫn còn áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới

Phương pháp này có nhiều nhược điểm như:

9 Tạo cảnh quan xấu, gây cảm giác khó chịu khi con người thấy hay bắt gặp chúng;

9 Khi đổ thành đống, rác thải sẽ là môi trường thuận lợi cho các động vật gặm nhấm, các loài côn trùng, vector gây bệnh sinh sôi, nẩy nở gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người;

9 Các bãi rác hở lâu ngày bị phân hủy sẽ rỉ nước và tạo nên vùng lầy lội, ẩm ướt và từ đó hình thành những dòng nước rò rỉ chảy thấm vào các tầng đất bên dưới gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, hoặc tạo thành dòng chảy tràn gây ô nhiễm nguồn nước mặt;

http://www.ebook.edu.vn 4

9 Bãi rác hở sẽ gây ô nhiễm không khí do quá trình phân hủy rác tạo thành các khí có mùi hôi thối; mặt khác ở các bãi rác hở còn có hiện tượng "cháy mgầm" hay có thể cháy thành ngọn lửa, và tất cả các quá trình trên sẽ dẫn đến vấn đề ô nhiễm không khí

Có thể nói đây là phương pháp xử lý rẻ tiền nhất, chỉ tốn chi phí cho công việc thu gom và vận chuyển rác từ nơi phát sinh đến bãi rác Tuy nhiên phương pháp này lại đòi hỏi một diện tích bãi rác lớn Do vậy ở các thành phố dân cư và quỹ đất đai khan hiếm thì phương pháp này trở nên đắt tiền cùng với nhiều nhược điểm như đã nêu trên

• Chôn dưới biển (submarine disposal)

Theo nhiều nhà nghiên cứu cho rằng việc chôn rác dưới biển cũng có

nhiều điều lợi Ví dụ ở thành phố New York, trước đây chất thải rắn được chở đến bến cảng bằng những đoàn xe lửa riêng, sau đó chúng được các xà lan chở đem chôn dưới biển ở độ sâu tối thiểu 100 feets, nhằm tránh tình tạng lưới cá bị vướng mắc Ngoài ra ở San Francisco, New York và một số thành phố ven biển khác của Hoa Kỳ, người ta còn xây dựng

những bãi rác ngầm nhân tạo (artifical reefs) trên cơ sở sử dụng các khối gạch, bê tông phá vỡ từ các building, hoặc thâm chí các ô tô thải bỏ Điều này vừa giải quyết được vấn đề chất thải, đồng thời tạo nên nơi trú ẩn cho các loài sinh vật biển,…

• BCL hợp vệ sinh (Sanitary landfill)

Phương pháp được nhiều đô thị trên thế giới áp dụng cho quá trình xử lý rác thải Ví dụ ở Hoa Kỳ có trên 80% lượng rác thải đô thị được xử lý bằng phươnng pháp này; hoặc ở các nước Anh, Nhật Bản,… người ta cũng xây dựng các bãi chôn rác vệ sinh

Bãi rác vệ sinh được định nghĩa là một khu đất được sử dụng để thiết kế phương pháp đổ bỏ rác thải sao cho mức độ gây độc hại đến môi trường là nhỏ nhất Tại đây rác được đổ bỏ bằng cách trải rộng trên mặt đất, sau đó được nén và bao phủ một lớp đất dày 1,5cm (hay vật liệu bao phủ) ở cuối mỗi ngày

Khi bãi rác vệ sinh đã sử dụng hết công suất thiết kế của nó, một lớp đất (hay vật liệu bao phủ) sau cùng dày khoảng 60cm được phủ lên trên Bãi rác hở như đã phân biệt với bãi rác vệ sinh vẫn được sử dụng ở nhiều nơi, nhưng tương lai nó không còn thích hợp nữa bởi vì các điều kiện vệ sinh môi trường và mỹ quan của bãi rác hở rất kém

Bãi rác vệ sinh có những ưu điểm sau:

9 Ơû những nơi có đất trống, bãi rác vệ sinh thường là phương pháp kinh tế nhất cho việc đổ bỏ chất thải rắn

9 Đầu tư ban đầu và chi phí hoạt động của bãi rác vệ sinh thấp so với các phương pháp khác (đốt, làm ủ phân)

9 Do bị nén chặt và phủ đất lên trên nên các côn trùng, chuột bọ, ruồi muỗi khó có thể sinh sôi nẩy nở

9 Các hiện tượng cháy ngầm hay cháy bùng khó có thể xảy ra, ngoài ra giảm thiểu được các mùi hôi thối gây ô nhiễm không khí

9 Góp phần làm giảm nạn ô nhiễm nước ngầm và nước mặt

9 Các bãi rác vệ sinh khi bị chôn lấp đầy, chúng ta có thể xây dựng chúng thành các công viên, các sân chơi, sân vận động, công viên giáo dục, sân golf, hay các công trình phục vụ nghỉ ngơi giải trí

(recreational facilities) Ví dụ ở Hoa Kỳ có các sân vận động Denver, Colorado, Mout Transhmore có nguồn gốc là các bãi chôn lấp

Tuy nhiên việc hình thành các bãi chôn rác vệ sinh cũng có một số nhược điểm:

9 Các bãi rác vệ sinh đòi hỏi diện tích đất đai lớn, một thành phố đông dân có số lượng rác thải càng nhiều thì diện tích bãi thải càng lớn Người ta ước tính một thành phố có quy mô 10.000 dân thì trong một năm thải ra một lượng rác có thể lấp đầy diện tích 1 hecta với chiều sâu 3m

9 Các lớp đất phủ ở các bãi rác vệ sinh thường hay bị gió thổi mòn và phát tán đi xa

9 Các bãi rác vệ sinh thường tạo ra các khí CH4 hoặc khí H2S độc hại có khả năng gây cháy nổ hay gây cháy nổ hay gây ngạt Tuy nhiên khí CH4 có thể được thu hồi để làm khí đốt

Nếu không xây dựng và quản lý tốt có thể gây ra ô nhhiễm nước ngầm và ô

nhiễm không khí

2 Theo chức năng

BCL chất thải có thể phân ra các loại sau:

- BCL CTR độc hại (hazardous waste landfill)

http://www.ebook.edu.vn 8

Bảng 8.1: Phân loại bãi rác vệ sinh

LOẠI BÃI RÁC VỆ SINH LOẠI CHẤT THẢI

Bảng 8.2: Thành phần phân hủy sinh học nhanh và chậm trong CTR đô thị

Thành phần hữu

Bảng 8.3: Thành phần hữu cơ phân hủy sinh học trong CTR đô thị

Thành phần hữu

Thành phần phân hủy sinh học = 0,83 - 0,028 x LC

LC: nồng độ Lignin theo VS

3 Phân loại theo địa hình

Các phương pháp chủ yếu vận hành BCL bao gồm:

• Phương pháp đào rãnh

• Phương pháp diệc tích

• Phương pháp lõm núi

http://www.ebook.edu.vn 10

Phương pháp đào rãnh (Excavated Cell/Trench Method)

Phương pháp đào rãnh để chôn rác là phương pháp thích hợp nhất sử dụng cho những đất đai bằng phẳng hay nghiêng đều, nơi có mực nước thấp và đặc biệt là những nơi mà chiều sâu lớp đất đào tại bãi đổ đủ để bao phủ lớp rác nén

Trong phương pháp này, đầu tiên phải đào rãnh, lắp đặt hệ thống lớp lót, hệ thống thu nước rò rỉ và hệ thống thoát khí Rãnh đào có chiều dài từ 30,5 - 122 m Sau đó chất thải rắn được đổ vào rãnh đào với chiều dày từ 0,45 - 0,60 m Xe ủi sẽ trải đều rác trên bề mặt rãnh đào và rác được bằng xe lu hay xe đầm chân cừu Đất đào được dự trữ để làm lớp bao phủ bề mặt mỗi ngày Ở cuối mổi ngày hoạt động, phủ lên trên rác đã nén một lớp đất (vật liệu bao phủ) dày từ 0,15 - 0,3 m để tránh phát sinh và lan truyền mùi hôi, tránh ruồi muỗi sinh sống, tránh nước mưa ngấm vào rác phát sinh nước rò rỉ, tránh rác bay,…

Hoạt động cứ tiếp tục diễn đến khi đạt chiều cao thiết kế lấp đầy mỗi ngày Chiều dài sử dụng mỗi ngày phụ thuộc vào chiều cao lấp đầy và khối lượng rác Chiều dài cũng phải đủ để tránh gây sự chậm trể cho các

xe thu gom rác chờ đợi đổ rác Chiều rộng của rãnh ít nhất cũng bằng 2 lần chiều rộng của thiết bị nén ép để các lốp xe hay đế xe nén tất cả các vật liệu trên diện tích làm việc Đất bao phủ mỗi ngày được lấy bằng cách đào các rãnh kế bên hay tiếp tục đào rãnh đang được lấp đầy

Phương pháp diện tích (Area Method)

Trong phương pháp diện tích, đầu tiên phải xây dựng một con đê đất (để đỡ chất thải khi nó được đổ và trải thành lớp mỏng), lắp đặt hệ thống lớp lót, hệ thống thu nước rò rỉ và hệ thống thoát khí cho khu vực đổ rác Chất thải rắn được đổ trên mặt đất, sau đó sử dụng xe ủi trải rác ra thành những dãy dài và hẹp, mỗi lớp có chiều sâu thay đổi từ 0,4 - 0,75 m Mỗi lớp được nén bằng xe lu hay đầm chân cừu, sau khi lớp dưới được nén xong thì tiếp tục đổ, trải đều và nén thêm một lớp mới ở trên Hoạt động cứ tiếp diễn như thế trong suốt thời gian làm việc của ngày, đến khi chiều dày của chất thải đạt đến độ cao từ 1,8 -3 m Ở cuối mỗi ngày hoạt động, một lớp đất (vật liệu bao phủ) dày từ 0,15 - 0,3 m được phủ lên trên rác đã nén

Chiều rộng của diện tích đổ rác thường từ 2,5 - 6,0 m Chiều dài của diện tích đổ rác thay đổi phụ thuộc vào khối lượng rác, điều kiện bãi đổ và trang thiết bị Khi một tầng rác chôn, nén và phủ đất được hoàn thành thì tầng kế tiếp được đặt lên trên tầng bên dưới cho tới khi đạt đến độ cao thiết kế Đất bao phủ mỗi ngày có thể lấy tại bãi đổ hay lấy từ nơi khác

Phương pháp lõm núi (Cayon/Depression Method)

Các hẽm núi, khe núi, hố đào có thể được sử dụng làm bãi chôn rác Kỹ thuật đổ và nén chất thải trong các khe núi, mõm núi, mỏ đá phụ thuộc vào địa hình, địa chất và thủy văn của bãi đổ, đặc điểm của vật liệu bao phủ Hệ thống thoát nước bề mặt là một yếu tố quan trọng trong phương pháp lõm núi Trong phương pháp này ở mỗi tầng phải chôn lấp đoạn đầu và cuối trước để tránh việc ứ động nước trong khu vực chôn lấp Bãi chôn lấp ở hẻm núi bằng phẳng trước khi vận hành nên đào rãnh giống như phương pháp đào rãnh để thu được đất đào phủ

4 Theo loại rác tiếp nhận

• BCL CTR khô

• BCL CTR ướt

• BCL CTR hỗn hợp

a Bãi chôn lấp khô: là bãi chôn lấp các chất thải thông thường (rác sinh

hoạt, rác đường phố và rác công nghiệp)

b Bãi chôn lấp ướt: là bãi chôn lấp dùng để chôn lấp chất thải dưới dạng

bùn nhão

c Bãi chôn lấp hỗn hợp: là nơi dùng để chôn lấp chất thải thông thường

và cả bùn nhão Đối với các ô dành để chôn lấp ướt và hỗn hợp bắt buộc phải tăng khả năng hấp thụ nước rác của hệ thống thu nước rác, không để cho rác thấm đến nước ngầm

5 Theo kết cấu

• BCL nổi

• BCL chìm

http://www.ebook.edu.vn 12

• BCL kết hợp

• BCL ở khe núi

a Bãi chôn lấp nổi: là bãi chôn lấp xây nổi trên mặt đất ở những nơi có

địa hình bằng phẳng, hoặc không dốc lắm (vùng đồi gò) Chất thải được chất thành đống cao đến 15m Trong trường hợp này xung quanh bãi phải có các đê và đê phải không thấm để ngăn chặn quan hệ nước rác với nước mặt xung quanh

b Bãi chôn lấp chìm: là loại bãi chìm dưới mặt đất hoặc tận dụng các hồ

tự nhiên, moong khai thác cũ, hào, mương, rãnh

Hình 8.2: Bãi chôn lấp chìm

c Bãi chôn lấp kết hợp: là loại bãi xây dựng nửa chìm, nửa nổi Chất

thải không chỉ được chôn lấp đầy hố mà sau đó tiếp tục được chất đống lên trên

Các ngăn chôn chất thải rắn

Rãnh thoát nước mưa, nước mặt

Lớp bao phủ trên cùng

Mặt đất

Lớp bao phủ trên cùng (dốc)

Rãnh thoát nước

Các ngăn chôn chất thải rắn

Mặt đất

Các ngăn chôn chất thải rắn

Mặt đất

Rãnh thoát nước Lớp bao phủ trên cùng (dốc)

Hình 8.1: Bãi chônlấp

Hình 8.3: Bãi chôn lấp kết hợp chìm nổi

d Bãi chôn lấp ở khe núi: là loại bãi được hình thành bằng cách tận

dụng khe núi ở các vùng núi, đồi cao

Hình 8.4: Bãi chôn lấp ở khe núi

6 Theo qui mô: BCL chất thải rắn được phân ra loại nhỏ, vừa, lớn và

Diện tích bãi (ha)

Đỉnh bãi

chôn lấp

Mặt đất ban đầu

http://www.ebook.edu.vn 14

8.3 LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG BCL CTR

Nguyên tắc chung

Khi lựa chọn địa điểm xây dựng BCL, cần phải căn cứ vào quy hạch tổng thể của từng vùng, tỉnh hoặc thành phố và phải đảm bảo sự phát triển bền vững và phải xem xét toàn diện các yếu tố sau:

1 Các yếu tố tự nhiên (môi trường tự nhiên)

− Địa hình

− Khí hậu

− Thủy văn

− Địa chất thủy văn

− Địa chất công trình

− Yếu tố tài nguyên, khoáng sản

− Cảnh quan sinh thái

2 Các yếu tố kinh tế – xã hội

− Sự phân bố dân cư của khu vực

− Hiện trạng kinh tế và khả năng tăng trưởng kinh tế

− Hệ thống quản lý hành chính

− Di tích lịch sử

− An ninh và quốc phòng

3 Các yếu tố về cơ sở hạ tầng

− Giao thông và các dịch vụ khác

− Hiện trạng sử dụng đất

− Phân bố các cơ sở sản xuất công nghiệp, khai khoáng hiện tại và tương lai

− Hệ thống cấp thoát nước và mạng lưới điện

4 Khoảng cách thích hợp khi lựa chọn bãi chôn lấp

Khi lựa chọn vị trí BCL cần phải xác định rõ:

− Khoảng cách từ BCL đến các đô thị

− Khoảng cách từ BCL đến các cụm dân cư

− Khoảng cách từ BCL đến các sân bay

− Khoảng cách từ BCL đến các cônng trình văn hoá, khu du lịch

− Khoảng cách từ BCL đến các công trình khai thác nước ngầm

− Khoảng cách từ rìa BCL đến đường giao thông chính

Ví dụ: BCL – Tân Thành – Thủ Thừa Long An

Khu công nghiệp Tân Thành có tổng diện tích 1760 ha, địa hình bằng phẳng, độ cao trung bình là 0,75m, có hệ thống kênh mương thuận lợi cho hệ thống thoát nước mặt Khí hậu mang tính đặc trưng của vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với hai mùa rõ rệt là mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10 –11 và mùa khô bắt đầu từ tháng 11 - 12 đến tháng 4 năm sau Nhiệt độ trung bình trong nhiều năm biến động trong khoảng 27,8 – 25,90C Độ ẩm không khí trung bình năm tại các trạm quan trắc ở Long An từ 80,5 - 89,4% Lượng bốc hơi phân bố theo mùa khá rõ rệt (mùa khô và mùa mưa) và ít biến động theo không gian, trung bình chiếm từ 65–70% lượng mưa hằng năm Lượng bốc hơi trong mùa khô khá lớn

Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11, với lượng mưa trung bình đạt từ 1.350 – 1.880mm, chiếm 90- 95% tổng lượng mưa cả năm

Từ mặt cắt địa chất , địa tầng trong khu vực này được xếp vào hai cấu tạo bồi tích trẻ và bồi tích cổ Những cấu tạo này được mô tả như sau :

Cấu tạo Bề dày

http://www.ebook.edu.vn 16

Bồi tích

cổ

> 18.0 Sét pha Bụi phần trên (CL)

Sét pha bụi phần giữa có hiện tượng

bị Laterit hóa Cát pha bụi phần dưới (SM)

Pleistocen

e

Tầng nước ngầm khoan khai thác là từ 210-234m

Trong khu vực dự án hiện chưa có điện, người dân sống chủ yếu dựa vào nguồn điện phát từ bình acquy Khu vực dự án còn khá hoang vu và không có nhà kiên cố, chủ yếu chỉ có nhà tạm hoặc nhà cấp 4 do các hộ dân tự cất để tiện việc canh tác nông nghiệp Theo dự kiến quy hoạch vùng kinh tế trọng điểm phía Nam đến năm 2010, mức đô thị hoá của vùng sẽ là 38 – 45%

Căn cứ vào những điều kiện phân tích trên tại khu vực, Tân Thành - Thủ Thừa - Long An được chọn làm địa điểm xây dựng BCL CTR Mô hình BCL được chọn là BCL kết hợp chìm nổi: là loại bãi xây dựng nửa chìm nửa nổi, chất thải không chỉ được chôn lấp đầy hố mà sau đó tiếp tục được chất đống lên trên

8.4 CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY CHẤT THẢI RẮN

1 Các phản ứng xảy ra trong BCL

Để lập kế hoạch và thiết kế bãi rác một cách hiệu quả, người thiết kế phải biết và hiểu rõ những gì xảy ra trong bãi rác khi hoạt động chôn lấp được thực hiện Chất thải rắn đổ ở bãi rác vệ sinh chịu đồng thời cùng một lúc những biến đổi sinh học, lý học, hoá học bao gồm:

• Phân rã sinh học của chất hữu cơ có thể phân hủy hoặc hiếu khí hoặc

kỵ khí sản sinh ra khí và lỏng

• Sự oxy hoá hoá học các vật liệu

• Sự thoát khí từ bãi rác và sự khuyếch tán ngang của khí xuyên qua bãi rác

• Sự di chuyển của chất lỏng gây ra bởi sự khác nhau về cột áp

• Sự hoà tan, sự rò rỉ các chất hữu cơ và vô cơ vào nước, nước rò rỉ di chuyển xuyên qua bãi rác

• Sự di chuyển của chất hoà tan bởi gradient nồng độ và hiện tượng

BÀI TẬP

Cho một loại CTR đô thị có thành phần như sau:

http://www.ebook.edu.vn 18

1 Kết quả tính công thức phân tử

a Đối với phần phân hủy nhanh C68,5 H110,5 O50,1 N ( C68 H110 O50 N )

b Đối với phần phân hủy chậm C19,5 H29 O9,2 N ( C20 H29 O9 N )

2 Phương trình phản ứng phân hủy ( lên man metan)

11741

11741

1427

1427

bởi vì carbon dioxide sẽ khuyếch tán vào trong tầng đất đá ở bên dưới bãi

rác

Bảng 8.5 Khối lượng phần tỷ và tỷ trọng của các khí trong bãi rác vệ

sinh ở điều kiện chuẩn ( o C, 1

atm):

Tỷ khối Loại khí Công thức Khối lượng

8.5.1 Lý thuyết về sự phát sinh của khí mêtan trong bãi rác vệ sinh:

Hoạt động của các vi sinh vật liên quan đến sự hình thành mêtan trong

bãi rác vệ sinh xảy ra qua 5 giai đoạn Xem hình 11-11

Giai đoạn I: Điều chỉnh ban đầu: giai đoạn này có thể kéo dài từ một vài

ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân hủy Trong giai đoạn

này các thành phần hữu cơ dễ phân hủy chịu sự phân hủy sinh học khi

chúng được đặt vào bãi rác Trong giai đoạn I, sự phân hủy sinh học xảy

ra dưới điều kiện hiếu khí bởi vì một lượng không khí bị giữ lại trong bãi

rác Nguồn vi sinh vật (cả kỵ khí lẫn hiếu khí) chủ yếu chịu trách nhiệm

phân hủy chất thải có trong đất làm vật liệu bao phủ mỗi ngày Bùn xử lý

http://www.ebook.edu.vn 20

nước thải đổ bỏ cùng với rác sinh hoạt, nước rò rỉ tuần hoàn cũng là

nguồn vi sinh vật cho sự phân huỷ này

Giai đoạn III: Lên men acid: Bước đầu tiên trong quá trình 3 bước liên

quan đến sự chuyển hoá do các enzyme trung gian (sự thủy phân) các hợp chất cao phân tử (lipid, polysacchrides, proteins, nucleic acids) thành các hợp chất đơn giản hơn thích hợp cho các vi sinh vật Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất đơn giản này như nguồn năng lượng và carbon cho tế bào của chúng Bước thứ 2 trong quá trình 3 bước là lên men acid Trong bước này xảy ra sự biến đổi các hợp chất hình thành ở bước trên thành các chất trung gian phân tử thấp như acid acetic Khí CO2 là khí chủ yếu hình thành trong giai đoạn III này, một lượng nhỏ H2S cũng được hình thành Vi sinh vật hoạt động trong giai đoạn chủ yếu là tuỳ tiện và yếm khí nghiêm ngặt pH của nước rò rỉ sẽ giảm xuống đến giá trị < 5 do sự có mặt của acid hữu cơ và CO2 trong bãi rác BOD5, COD và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong giai đoạn III do sự hòa tan các acid hữu cơ vào trong nước rò rỉ Do pH của nước rò rỉ thấp nên một số thành phần hữu cơ, chủ yếu là kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn III này Nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng được loại ra bãi rác do bị hòa tan vào nước rò rỉ Nếu không tuần hoàn nước rò rỉ thì các thành phần dinh dưỡng sẽ mất khỏi bãi rác

Giai đoạn IV: Lên men methane: Trong giai đoạn này một nhóm vi sinh

vật thứ 2 sẽ chuyển hóa acid acetic và H2 hình thành từ giai đoạn trước thành CH4 và CO2 Nhóm sinh vật này sẽ chiếm ưu thế, đây là vi sinh vật

kỵ khí nghiêm ngặt được gọi là vi khuẩn methane Trong giai đoạn này, sự hình thành methane và acid diễm ra đồng thời, mặc dù sự hình thành acid giảm đáng kể Do các acid và hydrogen bị chuyển hóa thành CH4 và

CO2 nên pH nước rò rỉ trong bãi rác sẽ tăng lên để đạt giá trị trung hòa từ 6.8 đến 8 Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện nước rò rỉ giảm xuống

Giai đoạn V: Giai đoạn ổn định (maturation phase): Giai đoạn ổn định xảy

ra sau khi các vật liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học được chuyển hoá thành CH4 và CO2 trong giai đoạn IV Tốc độ phát sinh khác sẽ giảm

xuống đáng kể trong giai đoạn V, khí sinh ra chủ yếu là CH4 và CO2

Trong suốt giai đoạn ổn định, nước rò rỉ thường chứa acid humic và acid fulvic rất khó cho quá trình sinh học diễn ra tiếp nữa

Thời gian của từng giai đoạn trong quá trình sinh khí thay đổi tuỳ thuộc vào tỷ lệ thành phần của các chất hữu cơ, thành phần chất dinh dưỡng, và độ ẩm của rác, độ nén ban đầu CTR trong BCL chất thải Ví dụ như sự hình thành khí sẽ bị chậm lại nếu độ ẩm trong bãi rác không phù hợp Khi gia tăng khối lượng riêng của các loại vật liệu trong thành phần rác thải sẽ làm giảm khả năng phân bố độ ẩm trong BCL và như vậy sẽ làm giảm khả năng biến đổi sinh học và lượng khí sinh ra Một cách tổng quát phản ứng hóa học quá trình phân hủy yếm khí trong BCL có thể tóm tắt như sau:

CHC + H2O CHC phân hủy sinh học + CH4 + CO2 + khí khác (8-5)

(CTR)

Thể tích khí sinh ra trong quá trình phân hủy yếm khí có thể ước tính

bằng các cách khác nhau Ví dụ, nếu thành phần chất thải rắn hữu cơ tìm thấy trong rác đô thị (ngoại trừ plastic) thì công thức chung cho chất hữu

cơ là CaHbOcNd thì tổng thể tích lượng khí sinh ra có thể tính theo công

thức 8-6, giả sử rằng quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ được biến đổi hoàn toàn thành khí CO2 và CH4

CaHbOcNd + (4a - b - 2c + 3d)/4 H2O → (4a + b - 2c - 3d)/8 CH4 + (4a - b + 2c + 3d)/8 CO2 + dNH3 (8-6)

Vi khuẩn

8.5.2 Sự thay đổi lượng khí theo thời gian

Dưới điều kiện bình thường, tốc độ phân hủy của chất thải rắn trong bãi rác vệ sinh đạt đến giá trị cực đại trong 2 năm đầu tiên, sau đó giảm dần và có thể kéo dài trong khoảng thời gian 25 năm hoặc hơn thế nữa Tốc độ phân hủy của chất thải rắn trong bãi rác vệ sinh thường được biểu diễn bằng sản lượng khí sinh ra trong một khoảng thời gian

Sự biến thiên sản lượng khí do quá trình phân hủy kỵ khí của các chất hữu cơ phân hủy sinh học nhanh (3 tháng đến 5 năm) và các chất hữu cơ phân hủy sinh học chậm (5 đến 50 năm) Tốc độ phân hủy hàng năm của các chất hữu

cơ phân hủy nhanh và chậm được biểu diễn bằng mô hình sản lượng khí hình tam giác, trong đó giá trị sản lượng khí cực đại sẽ đạt được sau 1 năm chất hữu cơ phân hủy nhanh và sau 5 năm cho chất hữu cơ phân hủy chậm Và giả sử rằng sự phát sinh khí xảy ra ở cuối năm thứ nhất tính từ thời điểm bắt đầu

chôn lấp chất thải Tổng lượng khí sinh ra từ lượng chất thải chôn lấp của

năm thứ nhất được tính theo công thức:

V(m3/kg) = 1/2h(m3/kg.năm) x T(năm) (8-7)

http://www.ebook.edu.vn 24

Trong đó:

h: giá trị sản lượng khí cực đại, m3/(kg.năm)

T: thời gian để phân hủy hoàn toàn của phần chất thải rắn hữu cơ, năm Mô hình tam giác ước tính lượng khí sinh ra theo thời gian xem hình 11-

12

Xác định tốc độ sinh khí cực đại

ϖ Đối với rác phân hủy nhanh

Theo phương pháp đồ thị tam giác, lượng khí sẽ sinh ra từ chất hữu cơ phân hủy nhanh trong vòng 5 năm và lượng khí sinh ra cực đại vào cuối năm thứ nhất

Tổng lượng khí sinh ra của rác phân hủy nhanh, m 3 /kg

= 1/2 x Thời gian phân hủy (năm) x Tốc độ sinh khí cực đại

(m3/kg.năm)

Tốc độ sinh khí cực đại của rác phân hủy nhanh

= 2 x Tổng lượng khí sinh ra (m3/kg) /Thời gian phân hủy (năm)

0 1 2 3 4 5

x 3/4x 2/4x 1/4x

Thời gian phân hủy (năm)

Hình 8.5 Đồ thị tam giác biểu diễn tốc độ phát sinh khí từ rác có khả năng phân huỷ nhanh