Chương 1 TONG QUAN 1. Tổng quan về chat thải rắn va khí nhà kính 1. Khái niệm và thành phần chất thải rắn sinh hoạt * Chất thải rắn (CTR): là chất thải ở thể rắn, được thải ra từ quá trình sản xuất, kinh đoanh, dich vu, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác. Chat thải rắn bao gồm chất thải rắn thông thường và chất thải rắn nguy hại.
CTR phát thải trong sinh hoạt cá nhân, hộ gia đình, nơi công cộng được gọi chung là chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH). * Thành phần CTRSH Thành phần của CTRSH dùng để mô tả tính chất và nguồn gốc các yếu tố riêng biệt cấu thành nên dòng chất thải, thông thường được tính bằng phần trăm theo khối lượng. Thành phan chất CTRSH gồm 2 nhóm lớn sau (Nguyễn Văn Phước, 2012; Trần Thị Mỹ Diệu, 2010): + Chất hữu cơ + Chat vô cơ Bảng 1. Thành phần CTR sinh hoạt STT Thành phần I.
Chất hữu cơ 1 Thực phẩm thừa 6 Caosu 5 Giấy 7 Da 3 Giấy carton 8 Rac vườn 4 Nhua 9 Gỗ 5 Vải vụn II. Chất vô cơ 1 Thuy Tinh 4 Kim loại khác 2 Can thiếc 5 Bui, Tro 3 Nhôm Nguồn: Intergrated solid waste management McGRAW-HILL 1993 Để phục vụ cho việc tính toán phát thải khí nhà kính từ CTR sinh hoạt được thuận lợi, Uỷ ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change) đề nghị phân chia CTR sinh hoạtthành 11 thành phần chính sau (Change, 2006): —Food waste: Rác thực phẩm — Garden (yard) and park waste: Rác vườn —Paper and cardboard: Giấy va thùng carton —Wood: Gỗ — Textiles: Vải —Nappies (disposable diapers): Ta giấy — Rubber and leather: Cao su và da —Plastics: Nhựa — Metal: Kim loại — gGass (and pottery and china): Thủy tinh —Oher (e., ash, dirt, dust, soil, electronic waste): Khác Thông tin về thành phần CTRSH đóng vai trò quan trọng trong việc hoạch định các hệ thống, chương trình và kế hoạch quản lý CTRSH; lựa chọn công nghệ xử lý CTRSH. Tổng quan về các công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt Mục đích của xử lý CTRSH là làm giảm hoặc loại bỏ các thành phần không mong muốn trong chất thải và tận dụng tối đa vật liệu và năng lượng sẵn có trong chat thải. Các phương pháp có thé áp dung dé xử lý CTRSH bao gồm: - Phương pháp cơ học như phân loại, nén, ép, nghiền, cắt, bam.
- Phương pháp sinh học (chế biến phân compost, sản xuất biogas) - Phương pháp hóa học như đốt a. Phân loại chất thải rắn Phân loại CTRSH cần thiết dé thu hồi các vật liệu có giá trị tái chế (thu hồi tài nguyên) và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình chuyên hóa hoặc thu hồi năng lượng sinh hoc. Quá trình phân loại CTRSH có thể thực hiện tại những khâu khác nhau trong hệ thông quản lý CTRSH sinh hoạtnhư: - Ngay tại nguồn phát sinh (hộ gia đình, khu thương mại, khu công cộng.); - Tại trạm trung chuyền; - Tai trạm xử lý hay trạm phân loại tập trung. Các thành phần có thể phân loại từ CTRSH bao gồm giấy, carton, túi nilon, nhựa, gỗ.
kim loại, vỏ lon đồ hộp, thủy tinh,. Các thành phan nay có thé tách loại bằng phương pháp thủ công hay cơ giới. Công nghệ kị khí Phân hủy kị khí là quá trình phân hủy chất hữu cơ trong môi trường không có oxy ở điều kiện mesophilic (30-40°C) hoặc thermophilic (50-65°C). Sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí là khí sinh học, có thê sử dụng như một nguồn năng lượng và bùn đã được ổn định, có thé sử dụng như nguồn bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng.
(Nguyễn Văn Phước, 2012; Trần Thị Mỹ Diệu, 2010) Cũng như các quá trình phân hủy khác, quá trình phân hủy ki khí bi ảnh hưởng bởi các yếu tô như nhiệt độ, độ âm, độ kiềm. Tùy thành phần nguyên liệu đầu vào, mà thành phần khí methane trong hỗn hợp khí sinh học sẽ dao động trong khoảng từ 30 - 75% (Nguyễn Văn Phước, 2012; Trần Thị Mỹ Diệu, 2010). Phần trăm khí methane tạo thành từ quá trình phân hủy kị khí Loại cœ chất %CH¿ % CO¿ %NH3 %HzS Đường 50 50 - - Chat béo 71-75 29 : = Protein 38 —50 38 18 6 Nguồn: Tran Thị Mỹ Diệu, 2010. Giáo trình môn học - Quản ly CTR sinh hoạt, Trường Đại học Văn Lang, Khoa Công nghệ và Quản lý Môi trường.
Công nghệ hiếu khí Xử ly CTR hữu cơ bằng phương pháp sinh học hiểu khí là một trong những ứng dụng của công nghệ sinh học trong tái chế CTRSH. Phương pháp này giúp tái sử dụng CTR hữu cơ làm nguồn nguyên liệu sản xuất chất bé trợ dinh dưỡng cho đất trồng, còn gọi là compost. Quá trình chế biến compost là quá trình phân hủy sinh học và 6n định của chất hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ thermorphilic. Kết qua của quá trình phân hủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ôn định, không mang mầm bệnh và có ích cho cây trồng.
Quá trình chuyên hóa sinh học hiếu khí CTRSH có thé biểu điễn một cách tổng quát theo phương trình sau (Nguyễn Văn Phước, 2012; Trần Thị Mỹ Diệu, 2010): Chất hữu cơ + O2 + Dinh dưỡng + hoạt động của VSV > Tế bào mới + chất hữu cơ khó phân hủy + CO2 + HzO + NH3 + SO¿7 + .+ Nhiệt Tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong quá trình chế biến compost chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tô như nhiệt độ. pH, vi sinh vật, oxy, chất hữu cơ, độ âm, tỷ lệ C/N va cấu trúc chat thải. Công nghệ xử lý nhiệt Dé giảm thé tích CTRSH và thu hồi các sản phẩm có ích, các quá trình xử lý nhiệt có thé sử dụng trong xử lý CTRSH bao gồm (1) đốt (quá trình oxy hóa hóa học), (2) nhiệt phân, và (3) khí hóa. Ở những nơi diện tích đất chôn lấp khan hiếm, phương pháp đốt là một trong những giải pháp hữu hiệu vì ít tốn điện tích và có thể tái sử dụng nhiệt sinh ra cung cấp cho hệ thống lò sưởi, hệ thống nước nóng cũng như dé sản xuất nước cat.
Đốt là phản ứng hóa học giữa oxy và chất hữu cơ có trong CTRSH tạo thành các hợp chất bị oxy hóa cùng với sự phát sáng và tỏa nhiệt. Nếu không khí được cấp dư và đưới điều kiện phản ứng lý tưởng, quá trình đốt chất hữu cơ có trong CTRSH có thé biểu diễn theo phương trình phản ứng sau (Nguyễn Văn Phước, 2012; Trần Thị Mỹ Diệu, 2010): Chất hữu cơ + Không khí (dư) — CO2 + HzO + không khí du + NH3 + SO2 + NO; + Tro + Nhiệt Trái với quá trình đốt (là quá trình tỏa nhiệt), quá trình nhiệt phân là quá trình thu nhiệt. Đặc tính của 3 phần chính tạo thành từ quá trình nhiệt phân CTRSH như sau: (1) dòng khí sinh ra chứa H›, CH¡, CO, CO: và nhiều khí khác tùy thuộc vào bản chất của chất thải đem nhiệt phân, (2) hắc ín hoặc dầu dạng lỏng ở điều kiện nhiệt độ phòng chứa các hóa chất như acetic acid, acetone và methanol và (3) than bao gồm carbon nguyên chất cùng với những chất trơ khác. Quá trình khí hóa bao gồm quá trình đốt cháy một phan nhiên liệu carbon dé tạo thành khí nhiên liệu cháy được giàu CO, Ha và một số hydrocarbon no, chủ yếu là CHa.
Nếu thiết bị khí hóa được vận hành ở diều kiện áp suất khí quyền sử dung không khí làm tác nhân oxy hóa, sản phâm cuối của quá trình khí hóa sẽ là (1) khí năng lượng thấp chứa CO2, CO, H2, CHa, và Na, (2) hắc ín chứa C và các chất trơ sẵn có trong nhiên liệu va (3) chat lỏng ngưng tụ được giống như dầu pyrolic. Chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt Bãi chôn lap là phương pháp thải bỏ CTRSH kinh tế nhất và chấp nhận được về mặt môi trường. Ngay cả khi áp dụng các biện pháp giảm lượng chất thải, tái sinh, tái sử dung và cả các kỹ thuật chuyên hóa chat thải, việc thải bỏ phan chất thải còn lại ra bãi chôn lấp vẫn là một khâu quan trọng trong chiến lược quản lý hợp nhất CTRSH (Nguyễn Văn Phước, 2012; Trần Thị Mỹ Diệu, 2010). Các phản ứng sinh học quan trọng nhất xảy ra trong bãi chôn lấp là các phản ứng biến đôi các chất hữu cơ thành khí bãi rác và các chat lỏng.
Khí thai sinh ra chủ yếu là CO, CHy, và một phần nhỏ khí NH3 và HDS. Sự chuyển động va phát tán khí bãi rác có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong quản lý bãi chôn lấp. 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 ham lượng methan cao nên có nguy co gây cháy nô.
Bên cạnh đó, nước rỉ rác cũng là một van dé đáng quan tâm. Trong quá trình đi chuyên xuống phía đáy bãi chôn lắp, nước ri rác có thé mang theo các hợp chat và các vật liệu có trong bãi chôn lấp đến những vị trí mới, ở đó chúng có thé phản ứng hoàn toàn. Nước rỉ rác chiếm chỗ các lỗ rỗng trong bãi chôn lap và gây cản trở đối với quá trình thoát khí bãi rác. Tống quan về khí nhà kính 1.
Khí nhà kính Khí nhà kính là một thuật ngữ được sử dụng dé chỉ các chất gây hiệu ứng nha kính có trong khí quyền. Các chat này gồm chủ yếu là carbon dioxide (CO), methane (CHa), nitrous oxide (N20), và các hợp chat fluorocarbon. Hiéu ung nha kính được định nghĩa là hiệu quả giữ nhiệt ở tang thấp của khí quyền nhờ sự hap thụ và phát xạ trở lại bức xạ sóng dai từ mặt đất bởi mây và các khí như hơi nước, các- bon điôxIt, mtơ 6xit, mêtan và chlorofluorocarbon, làm giảm lượng nhiệt thoát ra không trung từ hệ thống trái đất, giữ nhiệt một cách tự nhiên, duy trì nhiệt độ trái đất cao hơn khoảng 30°C so với khi không có các chất khí đó (IPCC, 2013), thể hiện ở Hình 1. Các khí nhà kính trong bầu khí quyền bao gồm các khí nhà kính tự nhiên va các khí phát thải do các hoạt động của con người.
Có rất nhiều khí chiếm tỷ lệ nhỏ trong khí quyền, nhưng lại có ảnh hưởng lớn đến bức xạ khí quyền, ví dụ như: H20, O3, COa, CFC. Trong số này, có những khí đã sẵn có trong khí quyền, như H20, CO. trong khi một số khác như CFCs (chloroflourocarbon — CFC) là hoàn toàn do con người tạo ra. Tuy các khí nhà kính tự nhiên chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, nhưng có vai trò rất quan trọng đối với sự sông trên trái đất.