Môn học môi trường - Chương 5: trung chuyển và vận chuyển

khí qua phần bãi chôn đã được lấp đầy. Khí thu được phải được đốt cháy dưới điều kiện khống chế thích hợp nhằm bảo đảm phân hủy hoàn toàn VOCs. Trước khi chôn lấp chất thải, cần phải xây tường đất phía cuối hướng gió của khu vực dự kiến chôn rác. Tường này có tác dụng như tấm chắn gió nhằm hạn chế hiện tượng bay rác do gió và đồng thời là phía có thể ép rác được. Đối với những bãi chôn lấp đào, thành hố đào thường được dùng như mặt nén rác ban đầu. Chôn lấp Chất thải ban đầu được đổ trong các đơn nguyên dọc theo mặt ép rác và dần dần ra phía ngoài và lên phía trên. Lượng rác đổ trong một đơn vị thời gian vận hành, thường là 1 ngày, tạo thành một đơn nguyên. Chất thải từ các xe thu gom và xe vận chuyển được trải đều thành lớp dày từ 18-24 in (45,72 - 60,96 cm) và được nén ép. Chiều cao của một đơn nguyên thường dao động trong khoảng 8-12 ft (2,44 – 3,66 m). Chiều dài của bề mặt làm việc thay đổi tùy theo điều kiện của khu vực bãi chôn lấp và quy mô hoạt động. Bề mặt làm việc là diện tích của bãi chôn lấp mà ở đó chất thải rắn được tháo dỡ, đổ bỏ và nén ép trong một khoảng thời gian nhất định. Chiều rộng của một đơn nguyên thay đổi từ 10 ft đến 30 ft (3 – 9 m) tùy theo thiết kế và sức chứa của bãi chôn lấp. Tất cả những mặt lộ ra ngoài của mỗi đơn nguyên đều được che phủ bằng lớp đất mỏng 6 - 12 in (15,24 - 30,48 cm) hoặc những vật liệu che phủ thích hợp khác vào cuối mỗi ngày vận hành. Sau khi một hoặc nhiều lớp rác đã được lấp đầy, có thể đào hệ thống mương thu hồi khí nằm ngang trên bề mặt, sau đó, đổ sỏi và đặt ống nhựa châm lỗ vào mương. Khí bãi rác thoát ra qua các ống thu khí này. Các lớp cứ nối tiếp nhau cho đến lớp trên cùng. Tùy theo độ sâu của bãi chôn lấp mà có thể đặt thêm ống thu nước rỉ rác ở các lớp nối tiếp nhau này. Lớp che phủ cuối cùng của phần bãi chôn đã lấp đầy hoàn toàn có tác dụng hạn chế nước mưa và nước mặt ngấm vào bãi chôn lấp cũng như tránh xói mòn. Lúc này có thể lắp đặt hệ thống giếng thu khí đứng ở bề mặt bãi chôn lấp. Hệ thống thu khí này nối kết với nhau và khí thu được có thể đốt cháy hoặc dẫn đến trạm thu hồi năng lượng. Những phần khác của bãi chôn lấp lại được xây dựng theo các bước trình bày như trên. Khi chất hữu cơ trong rác phân hủy, phần bãi chôn lấp đã lấp đầy có thể bị sụt lún. Do đó, hoạt động xây dựng bãi chôn lấp phải bao hàm cả lấp lại và sửa chữa những phần bãi chôn lấp bị sụt lún nhằm duy trì độ dốc thích hợp và khả năng thoát nước. Hệ thống kiểm Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 100 soát nước rỉ rác và khí bãi rác cũng phải được mở rộng và duy trì. Sau khi lấp đầy, bề mặt bãi chôn lấp sẽ được sửa chữa và nâng cấp bởi lớp che phủ cuối cùng. Khi đó, bãi chôn lấp thích hợp cho những mục đích sử dụng khác. Quản lý sau khi đóng cửa bãi chôn lấp Công tác giám sát và bảo dưỡng bãi chôn lấp đã đóng cửa hoàn toàn phải được duy trì theo quy định trong một khoảng thời gian nhất định (từ 30 đến 50 năm). Điều quan trọng cần lưu ý là bề mặt bãi chôn lấp phải được duy trì và sửa chữa để tăng khả năng thoát nước, hệ thống kiểm soát nước rỉ rác và khí bãi rác cũng phải được bảo dưỡng, vận hành và hệ thống phát hiện nguồn ô nhiễm phải được giám sát thường xuyên. 8.1.2 Các phản ứng xảy ra trong bãi chôn lấp hợp vệ sinh Chất thải rắn đổ ra bãi chôn lấp hợp vệ sinh sẽ chịu những biến đổi sinh học, hóa học và lý học xảy ra đồng thời và tương tác với nhau. Các phản ứng sinh học Các phản ứng sinh học quan trọng nhất xảy ra trong bãi chôn lấp là các phản ứng biến đổi các chất hữu cơ thành khí bãi rác và các chất lỏng. Quá trình phân hủy sinh học hiếu khí thường xảy ra trong khoảng thời gian ngắn ngay sau khi bắt đầu phân hủy chất thải cho đến khi lượng oxy ban đầu không còn nữa. Trong giai đoạn phân hủy hiếu khí, khí thải sinh ra chủ yếu là CO2. Khi oxy bị tiêu thụ hoàn toàn, quá trình phân hủy trở thành kỵ khí, chất hữu cơ bị chuyển hóa thành CO2, CH4, và một phần nhỏ khí NH3 và H2S. Nhiều phản ứng hóa học khác lại chính là phản ứng trung gian của chuỗi phản ứng sinh học nhưng do vô số các tác động tương hỗ nên khó có thể xác định điều kiện tồn tại trong bãi chôn lấp hoặc từng phần của bãi chôn lấp theo từng giai đoạn khác nhau. Các phản ứng hóa học Các phản ứng hóa học quan trọng xảy ra trong bãi chôn lấp bao gồm sự hòa tan và tạo huyền phù các vật liệu có trong bãi chôn lấp và các sản phẩm chuyển hóa sinh học trong chất lỏng thấm qua chất thải, sự hóa hơi và bốc hơi các hợp chất hóa học và nước tạo thành khí bãi rác, sự hấp thụ các hợp chất hữu cơ bay hơi và các hợp chất nửa bay hơi có trong chất thải, sự halogen hóa và phân hủy các hợp chất hữu cơ, và các phản ứng oxy hóa khử ảnh hưởng đến sự hòa tan kim loại và các muối kim loại. Sự hòa tan các sản phẩm chuyển hóa sinh học và các hợp chất khác, nhất là các hợp chất hữu cơ, vào nước rỉ rác đặc biệt có ý nghĩa quan trọng, vì những thành phần này có thể lan truyền ra ngoài theo nước rỉ rác. Những hợp chất hữu cơ này, sau đó, có thể phát tán vào môi trường không khí qua đất (ở những bãi chôn lấp không có lớp lót đáy) hoặc từ thiết bị xử lý nước rỉ rác không che phủ. Những phản ứng hóa học quan trọng khác phải kể đến là phản ứng giữa các chất hữu cơ với lớp lót bằng đất sét, do có thể làm thay đổi cấu trúc và độ thẩm thấu của các vật liệu lót đáy. Các phản ứng lý học Những biến đổi lý học quan trọng là quá trình khuếch tán khí trong bãi chôn lấp và sự phát tán khí bãi rác ra môi trường xung quanh, sự chuyển động của nước rỉ rác bên trong bãi chôn lấp, lớp đất phía đáy và sự sụt lún do quá trình kết dính và phân hủy chất thải. Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 101 Sự chuyển động và phát tán khí bãi rác có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong quản lý bãi chôn lấp. Khí sinh ra bên trong bãi chôn lấp có thể làm áp suất bên trong bãi tăng lên và gây hiện tượng nứt lớp che phủ. Nước thấm vào bãi qua các khe nứt này thúc đẩy tốc độ sinh khí và làm lớp che phủ bị nứt nhiều hơn. Khí bãi rác thoát ra môi trường có thể mang theo các hợp chất gây bệnh ung thư và bệnh quái thai ở mức vi lượng. Vì khí bãi rác thường có hàm lượng methan cao nên có nguy cơ gây cháy nổ. Bên cạnh đó, nước rỉ rác cũng là một vấn đề đáng quan tâm. Trong quá trình di chuyển xuống phía đáy bãi chôn lấp, nước rỉ rác có thể mang theo các hợp chất và các vật liệu có trong bãi chôn lấp đến những vị trí mới, ở đó chúng có thể phản ứng hoàn toàn hơn. Nước rỉ rác chiếm chỗ các lỗ rỗng trong bãi chôn lấp và gây cản trở đối với quá trình thoát khí bãi rác. 8.1.3 Những vấn đề liên quan đến chôn lấp chất thải rắn Những vấn đề liên quan đến việc chôn lấp chất thải rắn bao gồm: (1) thải không kiểm soát khí bãi rác có thể phát tán vào môi trường xung quanh gây mùi hôi và những nguy cơ nguy hại khác; (2) ảnh hưởng của việc thải không kiểm soát khí bãi rác đến hiệu ứng nhà kính; (3) thải không kiểm soát nước rỉ rác có thể thấm xuống tầng nước ngầm hoặc nước mặt; (4) sự sinh sản những sinh vật gây bệnh do quản lý bãi chôn lấp không hợp lý; (5) tác động đến sức khỏe cộng đồng và môi trường do các khí vi lượng sinh ra từ những chất thải nguy hại thường đổ bỏ tại bãi chôn lấp trước đây. Việc thiết kế và vận hành bãi chôn lấp hiện đại nhằm loại trừ hoặc giảm thiểu các tác động liên quan kể trên. 8.2 PHÂN LOẠI, LOẠI HÌNH BÃI CHÔN LẤP VÀ PHƯƠNG PHÁP CHÔN LẤP Những nội dung chính trình bày trong mục này bao gồm: (1) hệ thống phân loại bãi chôn lấp, (2) các loại bãi chôn lấp hiện có, (3) các phương pháp chôn lấp chất thải. 8.2.1 Phân loại bãi chôn lấp Mặc dù nhiều hệ thống phân loại bãi chôn lấp đã được đưa ra những năm qua, nhưng hệ thống phân loại do bang California đưa ra năm 1984 có lẽ là hệ thống phân loại thích hợp nhất. Theo hệ thống này, có 3 loại bãi chôn lấp sau được sử dụng: Loại Loại chất thải I Chất thải nguy hại II Chất thải theo quy định III Chất thải rắn sinh hoạt (MSW) Chất thải theo quy định (designated wastes) là các chất thải không nguy hại có thể giải phóng những thành phần có nồng độ vượt quá tiêu chuẩn chất lượng nước hoặc là những chất thải đã được DOHS (State Department of Health Service) cho phép. Lưu ý rằng hệ thống phân loại này chú trọng đến bảo vệ nguồn nước mặt và nước ngầm hơn là vấn đề phát tán khí bãi rác và chất lượng môi trường không khí. 8.2.2 Các loại bãi chôn lấp Các loại bãi chôn lấp chính có thể phân loại như sau: (1) bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt hỗn hợp, (2) bãi chôn lấp chất thải rắn đã nghiền và (3) bãi chôn lấp riêng biệt giành cho các chất thải đặc biệt hoặc chất thải theo quy định. Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 102 Bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt hỗn hợp Hầu hết các bãi chôn lấp ở Mỹ được thiết kế để chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt. Một lượng nhất định các chất thải rắn công nghiệp không nguy hại và bùn từ trạm xử lý nước thải được phép đổ ở nhiều bãi chôn lấp thuộc nhóm III. Ở nhiều bang khác, bùn từ trạm xử lý nước thải chỉ được phép đổ ra bãi chôn lấp nếu đã tách nước để đạt nồng độ chất rắn từ 51% trở lên. Ví dụ ở California, bùn đổ ở bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt phải đạt tỷ lệ khối lượng chất thải rắn : bùn là 5 : 1. Trong hầu hết các trường hợp, đất được dùng làm vật liệu che phủ trung gian và phe phủ cuối cùng. Tuy nhiên, có những nơi như Florida và New Jersey, đất dùng làm vật liệu che phủ hàng ngày và che phủ cuối cùng rất hạn chế, những loại vật liệu khác như phân compost từ rác vườn và rác sinh hoạt, thảm cũ, bùn cống rãnh và xà bần,.. được dùng thay thế. Để tăng thêm sức chứa của bãi chôn lấp, những bãi chôn lấp đã đóng cửa ở một số nơi đang được tái sử dụng bằng cách đào phần chất thải đã phân hủy để thu hồi kim loại và sử dụng phần còn lại làm vật liệu che phủ hàng ngày cho chất thải mới. Trong một số trường hợp, chất thải đã phân hủy được đào lên, dự trữ và lắp đặt lớp lót đáy trước khi sử dụng lại bãi chôn lấp. Bãi chôn lấp chất thải đã nghiền Một phương pháp khác đang được thử nghiệm ở nhiều tiểu bang của Mỹ là nghiền nhỏ rác trước khi đổ ra bãi chôn lấp. Chất thải đã nghiền có thể tăng khối lượng riêng lên 35% so với chất thải chưa nghiền và không cần che phủ hàng ngày. Các vấn đề về mùi, ruồi nhặng, chuột bọ và gió thổi bay rác không còn quan trọng nữa vì rác đã nghiền có thể nén tốt hơn và có bề mặt đồng nhất hơn, lượng đất che phủ giảm và một số loại vật liệu che phủ khác có thể khống chế được nước ngấm vào bãi chôn lấp trong quá trình vận hành. Những điểm bất lợi chính của phương pháp này là cần có thiết bị nén rác và cũng cần phần bãi chôn thông thường để chôn lấp chất thải không nén được. Phương pháp này có thể áp dụng được ở những nơi có chi phí chôn lấp cao, vật liệu che phủ không sẵn có và lượng mưa thấp hoặc tập trung theo mùa. Rác đã nghiền cũng có thể sản xuất phân compost dùng làm lớp che phủ trung gian. Bãi chôn những thành phần chất thải riêng biệt Bãi chôn lấp những thành phần chất thải riêng biệt gọi là monofill (bãi chôn lấp đơn). Tro, amiăng và những chất thải tương tự, thường định nghĩa là chất thải theo quy định (designated wastes), được chôn ở những bãi chôn lấp riêng để tách biệt chúng với các thành phần khác của chất thải rắn sinh hoạt. Vì tro có chứa một phần nhỏ chất hữu cơ không cháy, nên mùi sinh ra do quá trình khử sulfate trở thành vấn đề cần quan tâm đối với các bãi chôn tro. Để khắc phục mùi từ các bãi chôn tro này cần lắp đặt hệ thống thu hồi khí. Các loại bãi chôn lấp khác Bên cạnh những bãi chôn lấp cổ điển đã mô tả, một số phương pháp chôn lấp đặc biệt đã được thiết kế tùy theo mục đích quản lý bãi chôn lấp như (1) bãi chôn lấp được thiết kế Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 103 nhằm tăng tốc độ sinh khí, (2) bãi chôn lấp vận hành như những đơn vị xử lý chất thải rắn hợp nhất. Bãi chôn lấp được thiết kế để tăng tốc độ sinh khí. Nếu lượng khí bãi rác sinh ra và thu hồi từ quá trình phân hủy kỵ khí chất thải rắn được khống chế đạt cực đại, khi đó cần thiết kế bãi chôn lấp đặc biệt. Chẳng hạn, tận dụng độ sâu, chất thải rắn đổ ở từng đơn nguyên riêng biệt không cần lớp che phủ trung gian và nước rỉ rác được tuần hoàn trở lại để tăng hiệu quả quá trình phân hủy sinh học. Điểm bất lợi của loại bãi chôn lấp này là lượng nước rỉ rác dư phải được xử lý. Bãi chôn lấp đóng vai trò như những đơn vị xử lý chất thải rắn hợp nhất. Theo phương pháp này, các thành phần hữu cơ được tách riêng và đổ vào bãi chôn lấp riêng để có thể tăng tốc độ phân hủy sinh học bằng cách tăng độ ẩm của rác sử dụng nước rỉ rác tuần hoàn, bổ sung bùn từ trạm xử lý nước thải hoặc phân động vật. Rác đã bị phân hủy dùng làm vật liệu che phủ cho những khu vực chôn lấp mới và đơn nguyên này lại được dùng cho loạt rác mới. 8.2.3 Các phương pháp chôn lấp Những phương pháp chính dùng để chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt bao gồm (1) đổ vào hố đào/mương (excavated cells/trench), (2) đổ vào khu đất bằng (area) và (3) đổ vào khu vực có địa hình dạng hẽm núi (canyon). Phương pháp hố đào/mương Phương pháp đào hố/mương chôn lấp chất thải rắn là phương pháp lý tưởng cho những khu vực có độ sâu thích hợp, vật liệu che phủ sẵn có và mực nước không gần bề mặt. Chất thải rắn được đổ vào các hố hoặc mương đã đào đất. Đất đào được dùng làm vật liệu che phủ hàng ngày hoặc che phủ cuối cùng. Các hố đào hay các mương này được lót lớp màng địa chất tổng hợp (geomembrane), lớp đất sét có độ thẩm thấu thấp hoặc kết hợp cả hai loại này để hạn chế sự lan truyền của cả khí bãi rác và nước rỉ rác. Hố chôn lấp thường có dạng hình vuông với kích thước mỗi cạnh có thể lên đến 1000 ft (305 m) và độ dốc mặt bên dao động trong khoảng 1,5 : 1 đến 2 : 1. Mương có chiều dài thay đổi từ 200 ft đến 1000 ft (61 m – 305 m), sâu 3 -10 ft (0,9 – 3,0 m), và chiều rộng từ 15 - 50 ft (4,6 - 15,2 m). Ở nhiều tiểu bang, bãi chôn lấp được phép xây dựng dưới mực nước ngầm nếu cấu trúc bãi chôn đảm bảo ngăn nước ngầm thấm từ bên ngoài vào cũng như nước rỉ rác và khí thải phát tán ra môi trường xung quanh. Bãi chôn dạng này thường được tháo nước, đào và lót đáy theo quy định. Các thiết bị tháo nước phải hoạt động liên tục cho đến khi đổ rác vào bãi chôn để tránh hiện tượng tạo áp suất nâng có thể làm lớp lót đáy bị nhấc lên và rách. Phương pháp chôn lấp trên khu đất bằng phẳng Phương pháp này được sử dụng khi địa hình không cho phép đào hố hoặc mương. Khu vực bãi chôn được lót đáy và lắp đặt hệ thống thu nước rỉ rác. Vật liệu che phủ phải được chở đến bằng xe tải hoặc xe xúc đất từ những khu vực lân cận. Như đã trình bày trên, ở những khu vực không có sẵn vật liệu che phủ, phân compost làm từ rác vườn và rác sinh hoạt được dùng thay thế và cũng có thể dùng các loại vật liệu che phủ tạm thời di động Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 104 được như đất và màng địa chất. Đất và màng địa chất phủ trên bề mặt đơn nguyên đã đổ rác có thể tháo ra khi cần đổ lớp tiếp theo. Phương pháp đổ rác vào bãi chôn dạng hẻm núi/lồi lõm Hẻm núi, hố, nơi khai thác mỏ,.. có thể dùng làm bãi chôn lấp. Phương pháp chôn lấp trong trường hợp này phụ thuộc vào hình dạng khu vực, tính chất vật liệu che phủ, điều kiện địa chất và thủy văn của khu vực, thiết bị kiểm soát nước rỉ rác, khí bãi rác và đường vào khu vực bãi chôn lấp. Thoát nước bề mặt là một trong những yếu tố quan trọng của bãi chôn lấp loại này. Phương pháp chôn lấp nhiều lớp trong trường hợp này tương tự như bãi chôn dạng bằng phẳng. Nếu đáy tương đối bằng phẳng, có thể áp dụng phương pháp đào hố/mương như trình bày ở phần trên. Chìa khóa thành công của phương pháp này là vật liệu che phủ thích hợp sẵn có cho từng lớp riêng biệt sau khi lấp đầy cũng như cho toàn bộ bãi chôn lấp khi đã đạt độ cao thiết kế. Vật liệu che phủ lấy từ vách hoặc đáy núi trước khi đặt lớp lót đáy. Đối với hố chôn và khu vực mỏ khai thác nếu không đủ vật liệu che phủ trung gian có thể chở từ nơi khác đến hoặc dùng phân compost làm từ rác vườn và rác sinh hoạt để che phủ. 8.3 KIỂM SOÁT NƯỚC RỈ RÁC TỪ BÃI CHÔN LẤP Nước rỉ rác thấm qua địa tầng phía dưới, nhiều thành phần hóa học và sinh học có trong nước rỉ rác sẽ được tách loại nhờ các quá trình lọc và hấp phụ của các vật liệu tạo thành địa tầng này. Hiệu quả của các quá trình này phụ thuộc vào đặc tính của đất, đặc biệt là hàm lượng sét. Do có khả năng thấm nước rỉ rác vào tầng nước ngầm nên trong thực tế, cần phải loại loại trừ hoặc ngăn chặn quá trình này. Các lớp lót đáy hiện nay thường được sử dụng để hạn chế hoặc ngăn không cho nước rỉ rác và khí bãi chôn lấp phát tán khỏi bãi chôn lấp. Vào năm 1992, việc sử dụng đất sét làm vật liệu lót đáy bãi chôn lấp được xem là phương pháp thích hợp nhất để hạn chế hoặc ngăn chặn nước rỉ rác thấm qua đáy bãi chôn lấp (Bảng 8.1). Đất sét thích hợp để hấp thụ và giữ các thành phần hóa học có trong nước rỉ rác và có khả năng hạn chế sự chuyển động của nước rỉ rác. Tuy nhiên, việc sử dụng kết hợp lớp màng địa chất tổng hợp và đất sét thông dụng hơn, đặc biệt do khả năng ngăn cản sự chuyển động của cả nước rỉ rác và khí bãi chôn lấp của màng địa chất. Đặc tính, ưu điểm và nhược điểm của các lớp lót dùng màng địa chất (các lóp lót màng linh động, flexible membrane liners, FMLs) sử dụng trong bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt được trình bày tóm tắt trong Bảng 8.2. Đặc điểm của lớp lót màng địa được trình bày trong Bảng 8.3. Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 105 Bảng 8.1 Các chất sử dụng trong bãi chôn lấp để khống chế sự chuyển động của khí và nước rỉ rác Chaát phaân caùch Ghi chú Phân loại Loại đặc trưng Đất nén Phải chứa một phần sét hoặc bùn mịn. Đất sét nén Bentonite, illite, cao lanh Thường sử dụng làm lớp phân cách cho bãi chôn lấp, bề dày lớp phân cách sử dụng dao động từ 6 đến 48 in (15,24 – 123 cm), lóp này phải liên tục và không được phép khô hoặc nứt nẻ. Hóa chất vô cơ Na2CO3, Si, hoặc pyrophosphate Sử dụng tùy tính chất từng khu vực. Hóa chất tổng hợp Polymer, mủ cao su Dựa trên thực nghiệm Lớp lót bằng màng tổng hợp Polyvinyl clorua, cao su butyl, hypalon, polyethylene, lớp lót gia cố nylon. Thường được sử dụng để khống chế nước rỉ rác và khí bãi chôn lấp. Nhựa đường Nhựa đường cải tiến, cao su kết hợp với nhựa đường, nhựa đường có phủ vải polyethylene, bêtông nhựa đường Lớp lót phải đủ dày để có thể duy trì tính liên tục trong những điều kiện sụt lún khác nhau. Chất khác Bêtông phun, ximăng đất, ximăng đất dẻo Ít được dùng để khống chế sự chuyển động của nước rỉ rác và khí bãi chôn lấp vì dễ nứt do co lại sau khi xây dựng Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993. Bảng 8.2 Hướng dẫn các thiết bị, phương tiện khống chế nước rỉ rác Loại Chú thích Các lớp lót bằng màng linh động (FMLs) Các lớp lót phải được thiết kế và xây dựng để có thể chứa các chất lỏng, bao gồm cả chất thải và nước rỉ rác. Đối với các khu vực quản lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH), không nhất thiết phải dùng lớp lót tổng hợp. Tuy nhiên, trong trường hợp phải sử dụng lớp lót tổng hợp thì lớp này phải có độ dày tối thiểu là 40 mils. Các lớp lót này phải che phủ toàn bộ các vật liệu địa chất tự nhiên khác có khả năng tiếp xúc với chất thải hoặc nước rỉ rác trong khu vực quản lý chất thải. Phủ kín đáy bãi chôn lấp Hiện tại, không có những quy định cụ thể đối với việc phủ kín đáy các khu vực quản lý CTRSH. Công tác thiết kế, thi công, và lắp đặt các lớp lót đáy sẽ được các cơ quan có thẩm quyền ở địa phương phê duyệt. Các lớp lót bằng đất nhân tạo Các lớp lót bằn đất sét rất thích hợp đối với bãi chôn lấp CTRSH. Nếu điều kiện thực tế yêu cầu, các lớp đất sét sử dụng trong các khu vực quản lý CTRSH phải có độ dày tối thiểu là 1 ft và phải được lắp đặt trong điều kiện nén ít nhất là 90%. Lớp đất sét phải có độ thẩm thấu cực đại 1x10-6 cm/s. Lớp đất sét sử dụng phải che phủ toàn bộ các vật liệu địa chất tự nhiên có khả năng tiếp xúc với chất thải và nước ro rỉ ở khu vực quản lý chất thải. Các lớp ngăn cách phía dưới Lớp phân cách được sử dụng cùng với các vật liệu địa chất tự nhiên để bảo đảm mức độ thẩm thấu phù hợp. Các lớp phân cách cần thiết ở những khu vực có khả năng di chuyển chất lỏng về một bên, cả chất thải và nước rỉ rác và độ thẩm thấu của các vật liệu địa chất tự nhiên được dùng để ngăn chất thải thay cho lớp lót. Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 106 Bảng 8.2 Hướng dẫn các thiết bị/phương tiện khống chế nước rỉ rác (tt) Loại Chú thích Các lớp phân cách phải dày ít nhất 2 ft đối với đất sét hoặc 40 mils đối với vật liệu tổng hợp. Những cấu trúc này đòi hỏi tối thiểu 5 mm vật liệu địa chất tự nhiên phải thỏa mãn độ thẩm thấu từ 1 x 10-6 đến 10 x 10-7 cm/s. Nếu sử dụng vách ngăn, việc đào đắp các khu vực quản lý chất thải cũng phải thỏa mãn độ thẩm thấu của các vật liệu địa chất tự nhiên không lớn hơn 1 x 10-6 cm/s. Các lớp phân cách cần thiết đối với hệ thống thu gom chất lỏng. Các hệ thống này phải được thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo dưỡng để tránh sự hình thành áp lực nước bên trên. Hệ thống thu gom phải được kiểm soát thường xuyên và lượng chất lỏng tích tụ phải được xả bỏ. Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993. Bảng 8.3 Các phương pháp phân tích tính chất của lớp lót màng địa chất tổng hợp và các giá trị đặc trưng cho tính chất của chúng Thí nghiệm phân tích Phương pháp phân tích Giá trị đặc trưng Nhóm đặc trưng cho cường độ ASTM D638, type IV; dumbbell 2 in/min Tính căng - Sức căng at yields 2400 lb/in2 - Sức căng at break 4000 lb/in2 - Độ giãn dài at yield 15% - Độ giãn dài at break 700% Độ bền - Độ bền cắt ASTM D1004 die C 45 lb - Puncture resistance FTMS 101B, method 2031 230 lb - Tính giòn ở nhiệt độ thấp ASTM D746, procedure B -940F Tính bền - Phần trăm ASTM D1603 2% - Độ phân tán bột đen ASTM D3015 A-1 - Tính bền nhiệt ASTM D573, D1349 Thay đổi không đáng kể sau 1 tháng ở 1100C Tính bền hóa học - Bền đối với hỗn hợp hóa chất thải bỏ EPA methods 9090 Tính bền biến đổi 10% trong 120 ngày Bền đối với các tác nhân hóa tinh khiết ASTM D543 Tính bền biến đổi 10% trong 7 ngày Đồ bền ứng suất cắt - Độ bền ứng suất cắt trong môi trường ASTM D1693, condition C 1500 h Source: Tchobanoglous và cộng sự, 1993. Hệ thống lớp lót đáy đối với CTRSH. Mục đích thiết kế lớp lót đáy bãi chôn lấp là nhằm giảm thiểu sự thấm nước rỉ rác vào lớp đất phía dưới bãi chôn lấp và nhờ đó loại trừ khả năng nhiễm bẩn nước ngầm. Có nhiều phương án thiết kết lớp lót đáy đã được đề xuất nhằm giàm thiểu sự di chuyển nước rỉ rác vào lớp đất phía dưới bãi chôn lấp. Mỗi Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 107 lớp vật liệu khác nhau có chức năng khác nhau. Ví dụ, lớp sét và lớp màng địa chất có tác dụng như lớp phân cách sự di chuyển của nước rỉ rác và khí bãi chôn lấp. Lớp cát hoặc sỏi là lớp thu và thoát nước rỉ rác sinh ra từ bãi chôn lấp. Lớp vải địa chất được sử dụng để giảm thiểu sự xáo trộn giữa lớp đất với lớp cát hoặc sỏi. Lớp đất cuối cùng được dùng để bảo vệ lớp thoát nước và lớp phân cách. Hệ thống ống thu nước rỉ rác được đặt trong lớp thu nước rỉ rác. Thiết kế lớp lót đáy kết hợp sử dụng lớp màng địa chất và lớp đất sét sẽ bảo vệ tốt hơn và hiệu quả hơn là sử dụng mỗi lớp này riêng rẻ. Lưới nhựa gợn sóng thiết kế đặc biệt (geonet) và vải địa chất được đặt bên trên lớp màng địa chất, hai lớp này lần lượt nằm bên trên lớp đất sét nén. Lớp đất bảo vệ nằm trên lớp vải địa chất. Lớp geonet và vải địa chất cùng có tác dụng là lớp thoát nước để chuyển nước rỉ rác đến hệ thống thu nước rỉ rác. Độ thẩm thấu của hệ thống lớp lót tạo thành lớp thoát nước và lớp lọc tương đương với độ thẩm thấu qua cát thô. Do tính dễ bị tắc nghẽn của vải lọc địa chất, nhiều nhà thiết kế thích sử dụng lớp cát hoặc lớp sỏi làm lớp thoát nước. Đối với hệ thống, hai lớp lót kết hợp, thường được xem là lớp lót thứ nhất và lớp lót thứ hai, được sử dụng. Lớp lót thứ nhất được dùng để thu gom nước rỉ rác, trái lại lớp lót thứ hai có tác dụng như hệ thống phát hiện sự rò rỉ và hỗ trợ cho lớp lót thứ nhất. Hệ thống lớp lót cải tiến thay thế lớp cát thoát nước bằng hệ thống geonet thoát nước. Lớp đất sét địa chất tổng hợp (GCL) được chế tạo từ bentonite chất lượng cao (từ Wyong) và vật liệu kết dính. Sét bentonite là khoáng chất montmorillonite natri cần thiết có khả năng hấp thụ gấp 10 khối lượng của nó trong nước. Khi hấp thụ nước, đất sét trở thành dạng vữa và ngăn cản sự di chuyển của nước và tốc độ thẩm thấu rất thấp, khoảng 10-10 cm/s. Các tấm GCLs lớn (từ 12 đến 14 x 100 ft) được đặt ghép mí khi xây dựng hệ thống lớp lót đáy. Ở một số BCL, điện cực phát hiện rò rỉ thường được đặt giữa hai lớp này. Hệ thống lớp lót đáy đối với các bãi chôn lấp đơn/bãi chôn lấp đặc biệt. Hệ thống lớp lót đáy của các bãi chôn lấp đơn thường gồm có hai lớp màng địa chất, mỗi lớp đều có một lớp thoát nước và hệ thống thu nước rỉ rác. Hệ thống phát hiện nước rỉ rác được bố trí giữa lớp lót thứ nhất và lớp lót thứ hai cũng như bên dưới lớp lót thấp hơn. Trong nhiều trường hợp, lớp đất sét dày 3 đến 5 ft được đặt bên dưới hai lớp màng địa chất để bảo vệ thêm. Xây dựng lớp lót bằng đất sét. Trong tất cả các dạng thiết kế, xây dựng lớp lót bằng đất sét, vấn đề quan trọng nhất cần lưu ý khi sử dụng đất sét là khuynh hướng hình thành các vét nứt khi bị khô. Đất sét không được phép sử dụng. Để bảo đảm lớp đất sét có tác dụng theo thiết kế, lớp đất sét phải có độ dày 4-6 in (10,16-15,24 cm) được nén thích hợp giữa các lớp kế tiếp. Bố trí các lớp đất sét mỏng cũng có khả năng tránh được nứt do sự sắp xếp thứ tự đất cục nếu như chỉ sử dụng một loại sét. Một vấn đề khác cần quan tâm khi sử dụng nhiều loại sét khác nhau là sự nứt nẻ do tính trương nở của các loại sét khác nhau sẽ khác nhau. Do đó, để khắc phục điều này, chỉ sử dụng một loại sét khi xây dựng lớp lót. Hệ thống thu nước rỉ rác Thiết kế hệ thống thu nước rỉ rác bao gồm (1) lựa chọn loại hệ thống lót đáy, (2) xây dựng kế hoạch san ủi, đào đắp bao gồm bố trí hệ thống mương thu gom và thoát nước rỉ rác và hệ thống đường ống tháo nước rỉ rác, và (3) bố trí mặt bằng và thiết kế các thiết bị, phương tiện xử lý, thu gom và chứa nước rỉ rác. Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 108 Lựa chọn hệ thống lót đáy. Việc lựa chọn hệ thống lót đáy sẽ phụ thuộc vào hiện trạng địa chất của địa phương và yêu cầu về môi trường khu vực bãi chôn lấp. Ví dụ, ở những khu vực không có nước ngầm, chỉ cần sử dụng một lớp đất sét nén. Ở những khu vực cần phải khống chế sự di chuyển của nước rỉ rác và khí bãi chôn lấp, cần có lớp lót kết hợp bởi lớp sét và lớp màng địa chất cùng với lớp thoát nước và lớp đất bảo vệ. Quản lý nước rỉ rác Quản lý hợp lý nước rỉ rác sinh ra từ BCL là cơ sở để loại trừ nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Nhiều phương án được áp dụng để quản lý nước rỉ rác thu gom được từ BCL bao gồm (1) tuần hoàn nước rỉ rác, (2) bay hơi nước rỉ rác, (3) xử lý nước rỉ rác và (4) thải vào hệ thống thu gom nước thải đô thị. Tuần hoàn nước rỉ rác. Một trong những phương án xử lý hiệu quả nước rỉ rác là thu gom và tuần hoàn trở lại BCL. Trong giai đoạn đầu mới vận hành BCL, nước rỉ rác sẽ chứa một lượng đáng kể TDS, BOD5, COD, dinh dưỡng và kim loại nặng. Khi nước rỉ rác được tuần hoàn, các thành phần này bị giảm dần do quá trình phân hủy sinh học cũng như các phản ứng hóa học và lý học khác xảy ra trong BCL. Những acid hữu cơ đơn giản có trong nước rỉ rác sẽ bị chuyển hóa thành CH4 và CO2. Do pH tăng lên khi hình thành CH4, nên kim loại sẽ bị kết tủa và được giữ lại trong BCL. Thêm vào đó, việc tuần hoàn nước rỉ rác giúp thu hồi khí BCL chứa CH4. Tốc độ sinh khí đặc biệt lớn hơn trong các hệ thống có tuần hoàn nước rỉ rác. Để tránh hiện tượng phát tán khí BCL không kiểm soát được khi nước rỉ rác được tuần hoàn để xử lý, BCL phải được trang bị hệ thống thu hồi khí. Tuy nhiên, cuối cùng vẫn phải thu gom, xử lý và thải bỏ phần nước rỉ rác còn lại. Ở những BCL lớn cần bố trí khu vực lưu trữ nước rỉ rác. Bay hơi nước rỉ rác. Một trong những hệ thống quản lý nước rỉ rác đơn giản nhất là sử dụng hệ thống hồ bay hơi nước rỉ rác. Phần nước rỉ rác không bay hơi được phun lên những phần BCL đã hoàn tất. Ở những khu vực có lượng mưa lớn, bể chứa nước rỉ rác có lót đáy được che phủ bằng màng địa chất trong mùa mưa để loại trừ phần nước mưa rơi vào bể. Phần nước rỉ rác tích lũy trong mùa mưa sẽ được để bay hơi vào các tháng mùa khô bằng cách tháo lớp che phủ và phun lên bề mặt BCL đang vận hành hoặc đã đóng cửa. Khí có mùi sinh ra tích tụ bên dưới lớp che phủ được cho thoát qua lớp đất hoặc phân compost. Lớp đất thường có độ sâu từ 2 to 3 ft và tải trọng hữu cơ vào khoảng 0,1 đến 0,25 lb/ft3 thể tích đất. Trong mùa hè, khi các bể chứa không bị che phủ, cần phải thổi khí để giảm mùi hôi. Nếu bể chứa nhỏ, có thể che phủ quanh năm. Một phương án khác xử lý nước rỉ rác (bằng phương pháp sinh học) là lưu trữ nước rỉ rác sinh ra trong mùa đông và phun phần nước đã xử lý lên khu đất trống gần đấy vào mùa hè. Nếu có sẵn đất, phần nước đã xử lý có thể phun liên tục vào khu đất trống này cả trong mùa mưa. Khí saïch Ñaát hoaëc compost Soûi Doøng phaân phoái khí Khí coù muøi 3 – 10 ft Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 109 Hình 8.2 Lọc khí có mùi qua đất hoặc phân compost. Xử lý nước rỉ rác. Khi không sử dụng phương án tuần hoàn và làm bay hơi nước rỉ rác, cần phải tiến hành xử lý sơ bộ hoặc xử lý hoàn toàn trước khi thải bỏ. Do đặc tính nước rỉ rác thu gom được rất khác nhau nên có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng để xử lý nước rỉ rác. 8.4 KIỂM SOÁT KHÍ BÃI CHÔN LẤP Bãi chôn lấp chất thải rắn có thể được coi là một thiết bị phản ứng sinh hóa, với chất thải rắn và nước là nguyên liệu chính đưa vào bãi chôn lấp và khí bãi chôn lấp, nước rỉ rác là sản phẩm chính tạo ra. Chất thải rắn chôn lấp gồm một phần chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và các chất vô cơ khác. Hệ thống kiểm soát khí bãi chôn lấp được sử dụng để tránh việc vận chuyển không mong muốn của khí bãi chôn lấp vào không khí hoặc vào các lớp đất đá. Khí bãi chôn lấp có thể sử dụng để sản xuất năng lượng hoặc được đốt dưới điều kiện kiểm soát để tránh thải các thành phần độc hại vào không khí. 8.4.1 Quá trình hình thành khí bãi chôn lấp Quá trình hình thành các khí chủ yếu Quá trình hình thành các khí chủ yếu từ bãi chôn lấp xảy ra qua 5 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Giai đoạn thích nghi; - Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển hóa; - Giai đoạn 3: Giai đoạn acid hóa; - Giai đoạn 4: Giai đoạn lên men methane; - Giai đoạn 5: Giai đoạn phân hủy hoàn toàn (maturation). Giai đoạn 1. Trong giai đoạn này, quá trình phân hủy sinh học xảy ra trong điều kiện hiếu khí vì một phần không khí bị giữ lại trong bãi chôn lấp. Nguồn vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí có từ lớp đất phủ hàng ngày hoặc lớp đất phủ cuối cùng khi đóng cửa bãi chôn lấp. Bên cạnh đó, bùn từ trạm xử lý nước thải được đổ bỏ tại bãi chôn lấp và nước rỉ rác tuần hoàn lại bãi chôn lấp cũng là những nguồn cung cấp vi sinh vật cần thiết để phân hủy rác thải. Giai đoạn 2. Trong giai đoạn 2, hàm lượng oxy trong bãi chôn lấp giảm dần và điều kiện kỵ khí bắt đầu hình thành. Khi môi trường trong bãi chôn lấp trở nên kỵ khí hoàn toàn, nitrate và sulfate, các chất đóng vai trò là chất nhận điện tử trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, thường bị khử thành khí N2 và H2S. Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 110 2CH3CHOHCOOH + SO42-  2CH3COOH + S2- + H2O + CO2 Lactate Sulfate Acetate Sulfide 4H2 + SO42-  S2- + 4H2O S2- + 2H+  H2S Sự gia tăng mức độ kỵ khí trong môi trường bãi chôn lấp có thể kiểm soát được bằng cách đo điện thế oxy hóa khử của chất thải. Quá trình khử nitrate và sulfate xảy ra ở điện thế oxy hóa khử trong khảng từ –50 đến –100 mV. Khí CH4 được tạo thành khi điện thế oxy hóa khử dao động trong khoảng từ –150 đến –300 mV. Khi điện thế oxy hóa khử tiếp tục giảm, thành phần tập hợp vi sinh vật chuyển hóa các chất hữu cơ có trong rác thành CH4 và CO2 bắt đầu quá trình 3 giai đoạn nhằm chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành các acid hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác như trình bày trong giai đoạn 3. Ở giai đoạn 2, pH của nước rỉ rác bắt đầu giảm do sự có mặt của các acid hữu cơ và ảnh hưởng của khí CO2 sinh ra trong bãi chôn lấp. Giai đoạn 3. Trong giai đoạn này, tốc độ tạo thành các acid hữu cơ tăng nhanh. Bước thứ nhất của quá trình 3 giai đoạn là thủy phân các hợp chất cao phân tử (như lipids, polysaccharides, protein, nucleic acids,) thành các hợp chất thích hợp cho vi sinh vật. Bước thứ hai là quá trình chuyển hóa sinh học các hợp chất sinh ra từ giai đoạn 1 thành các hợp chất trung gian có phân tử lượng thấp hơn mà đặc trưng là acetic acid, một phần nhỏ acid fulvic và một số acid hữu cơ khác. CO2 là khí chủ yếu sinh ra trong giai đoạn 3. Một phần nhỏ khí H2 cũng được hình thành trong giai đoạn này. Giai đoạn 4. Trong giai đoạn methane hóa, các acid hữu cơ đã hình thành được chuyển hóa thành CH4 và CO2. Giai đoạn 5. Giai đoạn này xảy ra sau khi các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học sẵn có đã được chuyển hóa hoàn toàn thành CH4 và CO2 ở giai đoạn 4. Khi lượng ẩm tiếp tục thấm vào phần chất thải mới thêm vào, quá trình chuyển hóa lại tiếp tục xảy ra. Tốc độ sinh khí sẽ giảm đáng kể ở giai đoạn 5 vì hầu hết các chất dinh dưỡng sẵn có đã bị rửa trôi theo nước rỉ rác trong các giai đoạn trước đó và các chất còn lại hầu hết là những chất có khả năng phân hủy chậm. Khí chủ yếu sinh ra ở giai đoạn 5 là khí CH4 và CO2. Các giai đoạn này xảy ra theo những khoảng thời gian khác nhau tùy thuộc vào sự phân bố thành phần chất hữu cơ trong bãi chôn lấp, vào lượng chất dinh dưỡng, độ ẩm của rác thải, độ ẩm của khu vực chôn lấp và mức độ ép rác. Nếu không đủ ẩm, tốc độ sinh khí bãi chôn lấp sẽ giảm. Sự gia tăng mật độ chôn lấp rác sẽ làm giảm khả năng thấm ướt chất thải trong bãi chôn lấp và dẫn đến giảm tốc độ chuyển hóa sinh học và sinh khí. Quá trình hình thành các chất khí vi lượng Các chất khí vi lượng có trong thành phần khí bãi chôn lấp được hình thành từ 2 nguồn cơ bản: (1) từ bản thân rác thải và (2) từ các phản ứng sinh học hoặc các phản ứng khác xảy ra trong bãi chôn lấp. Một cách tổng quát, phản ứng hóa học đối với quá trình phân hủy kỵ khí chất thải rắn có thể biểu diễn như sau: Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 111 Chất hữu cơ + H2O Chất hữu cơ đã + CH4 + CO2 + Các khí khác (Rác) bị phân hủy sinh học Lưu ý rằng phản ứng đòi hỏi sự có mặt của nước. Nhiều bãi chôn lấp thiếu ẩm được tìm thấy trong điều kiện “khô héo” với những tờ giấy báo vẫn còn đọc được. Do đó, mặc dù tổng lượng khí được tạo thành từ chất thải rắn có thể xác định theo phương trình cân bằng tỷ lượng, nhưng điều kiện thủy văn của địa phương có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ và khoảng thời gian để quá trình hình thành khí xảy ra. Thể tích khí sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí có thể ước tính theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, nếu các thành phần hữu cơ riêng biệt tìm thấp trong chất thải rắn sinh hoạt (loại trừ plastic) được biểu diễn bằng công thức tổng quát dạng CaHbOcNd, khi đó tổng thể tích khí có thể được ước tính theo phương trình sau, giả sử rằng quá trình chuyển hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học thành CO2 và CH4. CaHbOcNd + H2O  CH4 + CO2 + dNH3 Thông thường, chất hữu cơ có trong rác thải được phân làm hai loại: (1) các chất có khả năng phân hủy nhanh (3 tháng đến 5 năm) và (2) chất hữu cơ có khả năng phân hủy chậm ( 50 năm). Tỷ lệ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học tùy thuộc rất nhiều vào hàm lượng lignin của chất thải. Khả năng phân hủy sinh học của các chất hữu cơ khác nhau, trên cơ sở hàm lượng lignin, được trình bày trong Bảng 8.4. Dưới những điều kiện thông thường, tốc độ phân hủy được xác định trên cơ sở tốc độ sinh đạt cực đại trong vòng hai năm đầu, sau đó giảm dần và kéo dài trong vòng 25 năm hoặc hơn nữa. Bảng 8.4 Thành phần chất hữu cơ trong rác có khả năng phân hủy sinh học nhanh và chậm Thành phần chất hữu cơ Khả năng phân hủy sinh học Nhanh Chậm Rác thực phẩm Giấy báo Giấy loại Carton Plastic Vải Cao su Da Rác vườn Gỗ Các chất hữu cơ khác / / / / Không phân / hủy sinh học / / / / / Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993. vi sinh vật 4 (4a - b- 2c - 3d) 8 (4a + b - 2c - 3d) 8 (4a – b + 2c +3d) Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 112 Bảng 8.5 Khả năng phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong rác sinh hoạt Thành phần chất hữu cơ Hàm lượng lignin (% VS) Phần % có khả năng phân hủy sinh học (%VS) Rác thực phẩm 0,4 0,82 Giấy báo 21,9 0,22 Giấy loại 0,4 0,82 Carton (Bìa) 12,9 0,47 Rác vườn 4,1 0,72 Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993. VS: chất rắn bay hơi Phần có khả năng phân hủy sinh học = 0.83 - 0.028 LC LC là hàm lượng lignin 8.4.2 Quá trình di chuyển của khí bãi chôn lấp Mặc dù, hầu hết khí methane thoát vào không khí, cả khí methane và khí CO2 đều tồn tại ở nồng độ lên đến 40% ở khoảng cách 400 ft (khoảng 120 m) từ mép của bãi chôn lấp không có lớp lót đáy. Đối với những bãi chôn lấp không có hệ thống thu khí, khoảng cách này thay đổi tùy theo đặc tính của vật liệu che phủ và cấu trúc đất của khu vực xung quanh. Nếu không được thông thoáng một cách hợp lý, khí methane có thể tích tụ bên dưới các tòa nhà hoặc những khoảng không khác ở gần đó. Trái lại, khí CO2 có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của không khí 1,5 lần và của khí methane 2,8 lần, do đó, khí CO2 có khuynh hướng chuyển động về phía đáy của bãi chôn lấp. Đó là nguyên nhân khiến cho nồng độ khí CO2 ở những phần thấp hơn của bãi chôn lấp ngày càng gia tăng theo thời gian. Khí chuyển động từ dưới lên Khí CH4 và CO2 có thể thoát qua lớp che phủ đi vào không khí do quá trình đối lưu và khuếch tán. Giả thiết rằng đất khô, lượng khí bay hơi qua một đơn vị diện tích bề mặt bãi rác trong một đơn vị thời gian (Flux) được xác định như sau: D4/3 (CAtm - Cafill) NA = - ------------------------ L Trong đó: NA = flux của A, g/cm2.s (lb. mol/ft2.ngày) Catm = nồng độ của A ở bề mặt của lớp phủ bãi rác, g/cm3 (lb.mol/ft3) Cafill = nồng độ của A ở đáy của lớp phủ bãi rác, g/cm3 (lb.mol/ft3) L = bề dày của lớp phủ, cm (ft) Các giá trị đặc trưng đối với hệ số khuếch tán khí methane và khí CO2 lần lượt là DCH4 = 0,20 cm2/s (=18,6 ft2/ngày) và DCO2 = 0,13 cm2/s (12,1 ft2/ngày). Khí chuyển động từ trên xuống Khí CO2, do khối lượng riêng lớn, nên có thể tích lũy ở đáy bãi chôn lấp. Nếu lớp lót đáy bãi chôn lấp là lớp đất, khí CO2 có thể khuếch tán qua lớp này và tiếp tục chuyển động Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 113 xuống phía dưới cho đến khi tiếp xúc với mạch nước ngầm. Khí CO2 dễ dàng hòa tan và phản ứng với nước tạo thành acid carbonic. CO2 + H2O  H2CO3 Phản ứng này là nguyên nhân làm giảm pH và có thể làm gia tăng độ cứng và hàm lượng khoáng chất trong nước ngầm. Ở một nồng độ khí CO2 xác định, phản ứng sẽ tiếp tục cho đến khi đạt trạng thái cân bằng như sau: H2O + CO2 CaCO3 + H2CO3 Ca2+ + 2 HCO3- Chuyển động của các chất khí vi lượng Đối với các chất khí vi lượng, lượng khí bay hơi qua một đơn vị diện tích bề mặt bãi rác trong một đơn vị thời gian (Flux) được xác định như sau: D4/3 (Ciatm - CisWi) Ni = - -------------------------- L Trong đó: Ni = Flux của i, g/cm2.s D = Hệ số khuếch tán, cm2/s  = Độ xốp của đất khô, cm3/cm3 (ft3/ft3) Ciatm = Nồng độ của I ở bề mặt lớp che phủ, g/cm2 Cis = Nồng độ hơi bão hòa của chất I, g/cm2 CisWi = Nồng độ của chất I ở đáy lớp che phủ, g/cm2 L = Bề dày lớp che phủ, cm (ft) Một cách đơn giản có thể tính: D4/3 CisWi Ni = ------------------ L 8.4.3 Thành phần và tính chất khí bãi chôn lấp Khí bãi chôn lấp được tạo thành từ những thành phần khí hiện diện với lượng lớn (các khí chủ yếu) và những thành phần khí chiếm lượng rất nhỏ (khí vi lượng). Các khí chủ yếu được hình thành trong quá trình phân hủy phần chất hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt. Một số khí vi lượng, mặc dù tồn tại với lượng nhỏ có thể mang tính độc và nguy cơ tác hại đến sức khỏe cộng đồng cao. Thành Phần Các Khí Chủ Yếu Thành phần các khí chủ yếu sinh ra từ bãi chôn lấp bao gồm NH3, CO2, CO, H2, H2S, CH4, N2 và O2. Tỷ lệ thành phần các khí này được trình bày trong Bảng 3.3. Khí methane và khí CO2 là các khí chính sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong rác. Nếu khí methane tồn tại trong không khí ở nồng độ từ Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 114 5-15% sẽ phát nổ. Do hàm lượng oxy tồn tại bên trong bãi chôn lấp ít nên khi nồng độ khí methane đạt đến ngưỡng tới hạn vẫn có ít khả năng gây nổ bãi chôn lấp. Tuy nhiên, nếu các khí trong bãi chôn lấp thoát ra bên ngoài và tiếp xúc với không khí, có khả năng hình thành hỗn hợp khí methane ở giới hạn gây nổ. Các khí này cũng tồn tại trong nước rỉ rác với nồng độ tùy thuộc vào nồng độ của chúng trong pha khí khi tiếp xúc với nước rỉ rác. Bảng 8.6 Tỷ lệ thành phần các khí chủ yếu sinh ra từ bãi chôn lấp Thành phần % (thể tích khô) CH4 45 - 60 CO2 40 - 60 N2 2 – 5 O2 0,1 – 1,0 Mercaptans, hợp chất chứa lưu huỳnh, 0 – 1,0 NH3 0,1 – 1,0 H2 0 – 0,2 CO 0 – 0,2 Các khí khác 0,01 – 0,6 Tính chất Giá trị Nhiệt độ (0F) 100 - 120 Tỷ trọng 1,02 – 1,06 Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự , 1993. Thành phần khí vi lượng Một số chất khí vi lượng, mặc dù tồn tại với khối lượng nhỏ nhưng có tính độc và nguy cơ gây hại đến sức khỏe của cộng đồng dân cư rất cao. Các nghiên cứu ở Mỹ và Anh cho thấy tổng cộng 116 hợp chất hữu cơ có thể tìm thấy trong khí bãi chôn lấp như acetone, benzene, chlorobenzene, chloroform, vinyl chloride, Nhiều chất hữu cơ có thể được phân loại như các hợp chất hữu cơ bay hơi. Sự có mặt của các chất khí này trong nước rỉ rác từ bãi chôn lấp phụ thuộc vào nồng độ của chúng trong khí bãi chôn lấp khi tiếp xúc nước rỉ rác. Cần lưu ý là sự xuất hiện nồng độ đáng kể của các chất hữu cơ bay hơi trong khí bãi chôn lấp thường đi cùng với các bãi chôn lấp cũ đã tiếp nhận các loại chất thải công nghiệp và thương mại có chứa các chất hữu cơ bay hơi. Trong các bãi chôn lấp mới hơn, trong đó các chất thải nguy hại bị cấm đổ, nồng độ các chất hữu cơ bay hơi trong khí bãi chôn lấp cực kỳ thấp. Số liệu thống kê nồng độ các khí vi lượng có trong các mẫu khí lấy từ 66 bãi chôn lấp ở California được trình bày trong Bảng 8.7. Đây là thành phần các chất khí vi lượng có trong khí thải từ hầu hết các bãi chôn lấp. Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 115 Bảng 8.7 Nồng độ của các chất khí vi lượng trong các mẫu khí lấy từ 66 bãi chôn lấp ở California STT Khí vi lượng Nồng độ (ppbV *) Trung Bình Cực đại 01 Acetone 6.838 240.000 02 Benzene 2.057 39.000 03 Chlorobenzene 82 1.640 04 Chloroform 245 12.000 05 1,1-Dichloromethane 2.801 36.000 06 Dichloromethane 25.694 620.000 07 1,1-Dichloroethene 130 4.000 08 Diethylene Chloride 2.835 20.000 09 Trans 1, 2- Dichloroethane 36 850 10 2, 3-Dichloropropane 0 0 11 1,2-Dichloropropane 0 0 12 Ethylene bromide 0 0 13 Ethylene dichloride 59 2.100 14 Ethylene oxide 0 0 15 Ethylene benzene 7.334 87.500 16 Methyl ethyl ketone 3.092 130.000 17 1,1,2-Trichloroethane 0 0 18 1,1,1-Trchloroethane 615 14.500 19 Trichloroethylene 2.079 32.000 20 Toluene 34.907 280.000 21 1,1,2,2-Tetrachloroethylent 246 16.000 22 Tetrachloroethane 5.244 180.000 23 Vinyl Chloride 3.508 32.000 24 Styrenes 1.517 87.000 25 Vivyl acetate 5.663 240.000 26 Xylenes 2.651 38.000 * ppbV = phần tỷ theo thể tích Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993. 8.4.4 Thu và xử lý khí bãi chôn lấp Để xử lý khí bãi chôn lấp có thể áp dụng các biện pháp sau: - Đốt - Thu Hồi – Sản Xuất Điện - Oxy hóa khí methane - Khử mùi Đốt – Sản Xuất Điện Khí sinh ra từ các ô chôn lấp được thu gom qua hệ thống ống thu khí được bố trí dạng thẳng đứng hoặc nằm ngang. Các giếng thu khí được bố trí sao cho có thể thu được khí sinh ra trên toàn bộ diện tích ô chôn lấp. Mỗi giếng thu khí gồm có ống thu khí đặt trong ống lồng, giữa hai ống này là lớp sỏi, làm lớp ngăn cách giữa rác và ống thu khí, nhằm hạn chế sự bít tắt các lỗ thu khí. Chiếu cao ống thu khí đứng sẽ được nối dài dần theo chiều dày lớp rác được chôn lấp. Sau khi phủ đỉnh, toàn bộ khí thu được từ các ống thu khí hoặc sẽ đốt bằng flare hoặc sẽ tái sử dụng để chạy máy phát điện nếu đủ công suất. Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 116 Hình 8.3 Sơ đồ cấu tạo giếng thu khí (pilot scale- BCL Đông Thạnh). Lớp đất phủ bề mặt bãi chôn lấp Lớp bê tông cố định miệng giếng Mặt bích PVC, Ống bơm hút nước rò rỉ Lớp chất thải rắn trong bãi chôn lấp Lớp đá 4 x 6 đệm thân ống giếng Thân giếng thu khí Clappe ống bơm hút nước rò rỉ Thân giếng thu khí Nút bịt đáy ống PVC Lỗ thu khí d = 22 mm Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 117 Hình 8.4 Sơ đồ thiết bị đốt flare. 150 250 70 2300 250 250 150 950 Ống dẫn khí, STK – 34 mm Ống gió, STK – 114 mm Ống CT3 – 170 mm Lưới chắn gió, INOX; a = 0,1mm Gân thép lá CT3; b = 18 mm Cửa gió gia công trên thân oáng Ống điều chỉnh lưu lượng gió Ống hướng dòng hình côn Van chặn, đường dẫn khí từ giếng thu Ống thép đen, 168 mm Ống bơm hút nước rò rỉ, STK 49mm Mặt bích nối với miệng giếng, CT3 – 168 mm 2500 3750 Giáo trình Quản lý chất thải rắn đô thị 118 Oxy hóa khí methane Với một khối lượng khổng lồ của khí nhà kính được tạo ra hàng ngày, oxy hoá sinh học gián tiếp bởi vi khuẩn methanotrophic là một quá trình quan trọng trong việc giảm thiểu dòng methane đối với khí quyển. Trong môi trường bãi chôn lấp khí CH4 được tạo thành khi điện thế oxy hóa khử dao động trong khoảng từ –150 đến –300 mV. Khi điện thế oxy hóa khử tiếp tục giảm, thành phần tập hợp vi sinh vật chuyển hóa các chất hữu cơ có trong rác thành CH4 và CO2 bắt đầu quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành các acid hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác. Một khối lượng rất lớn của CH4 hiện diện trong thành phần của khí bãi chôn lấp với tỉ lệ 55%á thể tích trong lớp đất phủ bề mặt, những khí này sẽ gây ra hiệu ứng nhà kính đặc biệt là CH4 có khả năng gây hiệu ứng nhà kính gấp 30 lần so CO2. Nếu lượng khí thải này không được thu gom và tái sử dụng chúng sẽ góp phần ảnh hưởng đến sự nóng lên của khí hậu toàn cầu. Xấp xỉ một nửa CH4 tạo ra có thể bị oxy hoá bởi tập hợp của vi sinh vật methane hoá. Quá trình oxy hoá sinh học của methane được tìm thấy hầu như rất khó xảy đối với dòng methane phát sinh từ các đầm lầy, trong khi đối nguồn CH4 phát sinh từ bãi chôn lấp được đáng giá giảm từ 10-70%. Tại điều kiện áp suất riêng phần cao, vắng mặt của oxygen, khi đó oxy hoá CH4 không có thể xảy ra. Tốc độ oxy hoá của CH4 phụ thuộc vào độ ẩm của đất điều này đã được chứng minh trong phòng thí nghiệm với sử dụng đất phủ bãi chôn lấp. Trong điều kiện này tốc độ oxy hoá cao hơn dưới điều kiện độ ẩm vừa phải so với những điều kiện ngập nước. Vì thế sự khuếch tán của CH4 và O2 ngang qua nước có thể gây ra giới hạn oxi hoá CH4 trong đất. Quá trình này dẫn đến oxy hoá CH4 và NH4 cũng có thể bị tương tác, khi đó những hợp chất này sẽ cạnh tranh cơ chất đối với những enzym tương ứng của chúng, điều này cũng chỉ ra rằng cả hai quá trình nitrification và denitrification sẽ tăng lên bởi thêm CH4 vào bùn lắng. Cho tới nay những tương tác giữa CH4 và chu trình N trong đất phủ bãi chôn lấp vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Những quan sát tại hiện trường đã chứng minh rằng đất phủ bãi chôn lấp có hàm lượng chất hữu cơ cao có khả năng giảm sự phát tán CH4 vào môi trường. Điều cũng được chứng minh bởi những kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm. Hơn nửa khả năng oxy hoá CH4 trong đất có thể tăng khi thêm chất hữu cơ vào lớp phủ ví dụ như bùn sinh học. Vi khuẩn methanotrophic dường như oxy hoá CH4 có hiệu quả nhất khi chúng ở trong một tập hợp nhiều vi khuần. Trong điều kiện này vi khuẩn methanotrophic có thể chiếm 90% mật độ của vi khuẩn. Trong sự phân lập nhóm vi khuẩn oxy hoá methane từ đất , sự hấp thu và một lượng thừa của methanol, nitrite và hydroxylamin bởi những vi sinh vật trong cùng một tập hợp cộng đồng thì rất quan trọng đối với hoạt tính của vi khuẩn methanotrophic. Xử lý mùi Các phương pháp có thể áp dụng để xử lý mùi từ bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt bao gồm: - Dùng chất khử mùi. Thực tế sử dụng chế phẩm EM để giảm mùi hôi tại các bãi chôn lấp và trạm trung chuyển chất thải rắn sinh hoạt cho thấy giảm đáng kể mùi trong quá trình vận hành bãi chôn lấp. Theo Bình (2003), một công nghệ mới hiện nay đang nghiên cứu áp dụng để khử mùi là sử dụng một số tinh dầu thực vật đặc biệt phun vào không khí tại các khu vực cần xử lý với nồng độ thích hợp. Các hạt tinh dầu này sẽ Chương 8- Bãi chôn lấp hợp vệ sinh 119 tác dụng với các phân tử gây mùi tạo thành các chất mới không có mùi và không độc hại. - Che phủ. Che phủ hàng ngày, che phủ trung gian và che phủ khi đóng bãi là một giải pháp khác có thể hạn chế sự phát tán mùi hôi ra môi trường xung quanh. Vật liệu che phủ hàng ngày có thể là tấm nilon, giấy loại sau khi nghiền nhỏ trộn với nước để tạo thành dạng bột nhão, đất có hàm lượng Ca thấp, - Thu khí. Mùi phát sinh từ bãi chôn lấp thật ra là từ thành phần khí tạo thành do quá trình phân hủy chất hữu cơ có trong rác chôn lấp. Do đó, thu khí để xử lý, hạn chế sự phát tán khí bãi chôn lấp vào môi trường cũng là một trong những giải pháp công nghệ hữu hiệu trong xử lý mùi.