Tổng quan nghiên cứu

Tại Việt Nam, quá trình đô thị hóa nhanh chóng cùng với sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế đã làm tăng đáng kể lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH). Theo ước tính, tổng lượng chất thải phát sinh năm 2015 đạt trên 27 triệu tấn và dự báo sẽ tăng lên khoảng 54 triệu tấn vào năm 2030 với tốc độ tăng trưởng 8.4%/năm ở khu vực đô thị. Việc xử lý CTRSH chủ yếu dựa vào phương pháp chôn lấp, chiếm khoảng 60-70% tổng lượng thu gom, tuy nhiên chỉ có khoảng 30% bãi chôn lấp được đánh giá là hợp vệ sinh.

Khối lượng thể tích rác (KLTTR) là một thông số địa kỹ thuật quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế kết cấu, tính toán tải trọng và chi phí xây dựng các công trình xử lý chất thải như bãi chôn lấp. Giá trị KLTTR thay đổi theo thành phần chất thải, thời gian chôn lấp, điều kiện vận hành và vị trí lấy mẫu, dao động trong khoảng từ 5.65 kN/m³ đến hơn 20 kN/m³ theo các nghiên cứu quốc tế. Tại Việt Nam, giá trị KLTTR được quy định trong khoảng 5.0 kN/m³ nhưng có sự khác biệt lớn so với số liệu khảo sát thực tế, dẫn đến sai lệch trong thiết kế và quản lý bãi chôn lấp.

Nghiên cứu này tập trung phân tích, đánh giá thực nghiệm KLTTR của CTRSH tại các bãi chôn lấp ở bốn tỉnh phía Nam Việt Nam gồm Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Vĩnh Long và An Giang. Mục tiêu chính là xác định giá trị KLTTR thực tế thông qua các phương pháp thí nghiệm và tính toán dựa trên số liệu vận hành, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý và thiết kế phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng đất và đảm bảo an toàn môi trường. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa công suất bãi chôn lấp, giảm thiểu tranh chấp trong quản lý và nâng cao chất lượng công tác xử lý chất thải tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình địa kỹ thuật liên quan đến đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt, bao gồm:

  • Lý thuyết về khối lượng thể tích rác (Unit Weight of Municipal Solid Waste): Khối lượng thể tích rác thay đổi theo thành phần, độ phân hủy, độ nén chặt và thời gian lưu chứa. Theo Dimitrios Zekkos và cộng sự, KLTTR có thể được mô hình hóa theo chiều sâu chôn lấp với công thức thực nghiệm liên quan đến các hệ số đặc trưng của từng bãi chôn lấp.
  • Mô hình phân hủy sinh học và cơ học của CTRSH: Quá trình phân hủy hữu cơ tạo ra khí sinh học và nước rỉ rác, ảnh hưởng đến cấu trúc và trọng lượng rác. Sự nén chặt do tải trọng lớp rác phía trên và quá trình đầm nén làm giảm độ rỗng, tăng KLTTR theo thời gian.
  • Khái niệm về thiết kế và ổn định công trình bãi chôn lấp: KLTTR là tham số quan trọng trong tính toán tải trọng, độ ổn định mái dốc, độ lún nền và thiết kế lớp chống thấm HDPE, GCL nhằm đảm bảo an toàn công trình và môi trường.

Các khái niệm chính bao gồm: KLTTR, phân hủy rác, tải trọng công trình, độ lún nền, và ổn định mái dốc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp hai phương pháp chính:

  1. Phương pháp thí nghiệm lấy mẫu thực nghiệm xác định KLTTR:

    • Lấy mẫu trực tiếp tại các bãi chôn lấp ở Đồng Nai, Vĩnh Long, An Giang và TP. Hồ Chí Minh.
    • Áp dụng bốn phương pháp lấy mẫu phù hợp với điều kiện thực tế: đóng ống lấy mẫu trực tiếp, đào hố lấy mẫu, sử dụng xe thùng chứa để cân đo, và ép mẫu trong ống piston với áp lực 4 kN/m².
    • Cỡ mẫu đa dạng, lấy mẫu theo chiều sâu để đánh giá biến đổi KLTTR theo vị trí và thời gian chôn lấp.

  2. Phương pháp tính toán dựa trên hồ sơ thiết kế và số liệu vận hành:

    • Thu thập dữ liệu tổng khối lượng rác tiếp nhận, lượng đất phủ, lượng mưa, lượng nước rỉ rác và lượng khí sinh học phát sinh.
    • Tính toán thể tích bãi chôn lấp dựa trên khảo sát địa hình và số liệu lún nền.
    • Xác định KLTTR trung bình của bãi chôn lấp bằng công thức:
      $$\gamma_r = \frac{M}{V}$$
      trong đó $M$ là tổng khối lượng rác hiệu chỉnh, $V$ là thể tích bãi chôn lấp.
    • Đối chiếu kết quả tính toán với số liệu quan trắc áp lực và lún nền để kiểm chứng độ chính xác.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2016 đến 2023, tập trung khảo sát và lấy mẫu tại các bãi chôn lấp tiêu biểu ở khu vực phía Nam Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giá trị KLTTR tại các bãi chôn lấp phía Nam Việt Nam dao động rộng:

    • Bãi rác Đồng Mu Rùa (Đồng Nai): 9.5 kN/m³.
    • Bãi chôn lấp BCL01 (Bàu Cạn, Đồng Nai): 12.65 kN/m³.
    • Bãi chôn lấp Hvs1 (Bàu Cạn, Đồng Nai): từ 6.88 kN/m³.
    • Bãi chôn lấp Hòa Phú (Vĩnh Long): khoảng 5.65 kN/m³.
    • Các bãi rác tại An Giang dao động từ 6.6 đến 7.9 kN/m³.

    So với các nghiên cứu quốc tế, giá trị này nằm trong khoảng 3.0 đến 17.0 kN/m³, phù hợp với xu hướng tăng KLTTR theo thời gian và chiều sâu chôn lấp.

  2. KLTTR tăng theo chiều sâu và thời gian chôn lấp:

    • Dữ liệu lấy mẫu theo chiều sâu cho thấy KLTTR tăng dần từ bề mặt xuống sâu trong bãi chôn lấp, do sự nén chặt và phân hủy rác.
    • Biểu đồ KLTTR theo năm tuổi rác tại các bãi chôn lấp cho thấy giá trị tăng từ khoảng 5.65 kN/m³ đến trên 12 kN/m³ sau nhiều năm lưu chứa.

  3. Phương pháp tính toán dựa trên hồ sơ thiết kế và số liệu vận hành cho kết quả KLTTR trung bình khoảng 11.48 kN/m³ tại BCL1A (Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh):

    • Kết quả tính toán áp lực đáy bãi chôn lấp và độ lún nền tương thích với số liệu quan trắc thực tế, sai số khoảng 10-12%.
    • Việc tính toán này giúp nâng công suất tiếp nhận bãi chôn lấp BCL02 từ 3 triệu tấn lên 4.5 triệu tấn.

  4. Ảnh hưởng của KLTTR đến thiết kế và quản lý bãi chôn lấp:

    • Sai số trong xác định KLTTR có thể dẫn đến thiết kế không chính xác, gây nguy cơ mất ổn định mái dốc, lún sụt nền và hư hỏng lớp chống thấm.
    • Ví dụ tại BCL03 (Củ Chi), việc điều chỉnh KLTTR từ 0 lên 1.9 tấn/m³ giúp đảm bảo hệ số ổn định công trình đạt yêu cầu.
    • Tại bãi chôn lấp Tân Châu, thay đổi KLTTR ảnh hưởng đến vị trí cung trượt và phạm vi gia cố công trình.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính biến đổi lớn của KLTTR phụ thuộc vào thành phần rác, điều kiện vận hành và thời gian lưu chứa. Việc lấy mẫu đa dạng và áp dụng nhiều phương pháp giúp phản ánh chính xác hơn đặc tính địa kỹ thuật của CTRSH tại Việt Nam. So sánh với các công bố quốc tế, giá trị KLTTR thu được phù hợp và có thể áp dụng trong thiết kế, quản lý bãi chôn lấp.

Việc áp dụng công thức thực nghiệm của Dimitrios Zekkos cho thấy sai số trong phạm vi chấp nhận được, tuy nhiên cần xác định hệ số đặc trưng riêng cho từng bãi chôn lấp do sự khác biệt về điều kiện địa lý và vận hành. Kết quả cũng chỉ ra rằng việc sử dụng giá trị KLTTR không phù hợp có thể gây ra các vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng, ảnh hưởng đến an toàn công trình và môi trường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi KLTTR theo chiều sâu và theo năm tuổi rác, bảng so sánh kết quả thí nghiệm với công thức thực nghiệm, cũng như bảng đối chiếu áp lực đáy và độ lún nền giữa tính toán và quan trắc thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng bộ tiêu chuẩn xác định KLTTR riêng cho từng vùng miền và từng loại bãi chôn lấp:

    • Áp dụng phương pháp lấy mẫu đa dạng, phù hợp với điều kiện thực tế.
    • Thời gian thực hiện: 1-2 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các viện nghiên cứu địa kỹ thuật.

  2. Áp dụng giá trị KLTTR thực nghiệm vào thiết kế và quản lý bãi chôn lấp:

    • Cập nhật các thông số thiết kế dựa trên dữ liệu thực tế để đảm bảo an toàn kết cấu và môi trường.
    • Thời gian: áp dụng ngay trong các dự án thiết kế mới và nâng cấp bãi chôn lấp hiện hữu.
    • Chủ thể: Các đơn vị tư vấn thiết kế, chủ đầu tư.

  3. Tăng cường công tác quan trắc, giám sát áp lực, độ lún và thành phần rác tại các bãi chôn lấp:

    • Thiết lập hệ thống quan trắc liên tục để điều chỉnh thiết kế và vận hành kịp thời.
    • Thời gian: triển khai trong vòng 1 năm, duy trì liên tục.
    • Chủ thể: Ban quản lý bãi chôn lấp, cơ quan quản lý môi trường.

  4. Phát triển các giải pháp tái sử dụng và cải tạo bãi chôn lấp cũ dựa trên đặc tính KLTTR:

    • Tận dụng quỹ đất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
    • Thời gian: nghiên cứu và triển khai trong 3-5 năm.
    • Chủ thể: Chính quyền địa phương, các tổ chức môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường và chính sách:

    • Hiểu rõ đặc tính kỹ thuật của CTRSH để xây dựng chính sách quản lý, cấp phép bãi chôn lấp phù hợp.
    • Use case: Xây dựng quy chuẩn kỹ thuật và quy hoạch xử lý chất thải.

  2. Các kỹ sư thiết kế công trình xử lý chất thải:

    • Áp dụng dữ liệu KLTTR thực tế để thiết kế bãi chôn lấp an toàn, hiệu quả.
    • Use case: Tính toán tải trọng, ổn định mái dốc, thiết kế lớp chống thấm.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành kỹ thuật địa chất, môi trường:

    • Nghiên cứu sâu về đặc tính cơ lý của CTRSH và phương pháp xác định KLTTR.
    • Use case: Phát triển mô hình địa kỹ thuật, nghiên cứu cải tiến công nghệ xử lý rác.

  4. Các đơn vị vận hành và quản lý bãi chôn lấp:

    • Nắm bắt đặc tính rác để vận hành, giám sát và bảo trì bãi chôn lấp hiệu quả.
    • Use case: Điều chỉnh quy trình vận hành, giám sát an toàn công trình.

Câu hỏi thường gặp

  1. KLTTR là gì và tại sao nó quan trọng trong quản lý chất thải?
    KLTTR là khối lượng thể tích của chất thải rắn sinh hoạt, thể hiện trọng lượng trên một đơn vị thể tích. Nó quan trọng vì ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế kết cấu bãi chôn lấp, tính toán tải trọng và chi phí xây dựng, đồng thời giúp quản lý hiệu quả công suất bãi chôn lấp.

  2. Phương pháp nào được sử dụng để xác định KLTTR trong nghiên cứu này?
    Nghiên cứu sử dụng bốn phương pháp lấy mẫu thực nghiệm gồm lấy mẫu ống trực tiếp, đào hố lấy mẫu, cân đo rác bằng xe thùng và ép mẫu trong ống piston với áp lực chuẩn. Ngoài ra, còn tính toán dựa trên hồ sơ thiết kế và số liệu vận hành thực tế.

  3. Giá trị KLTTR thay đổi như thế nào theo thời gian và chiều sâu chôn lấp?
    KLTTR tăng theo chiều sâu và thời gian chôn lấp do sự nén chặt và phân hủy rác. Ví dụ, KLTTR có thể tăng từ khoảng 5.65 kN/m³ ở lớp rác mới lên đến trên 12 kN/m³ ở các lớp rác sâu và lâu năm.

  4. Ảnh hưởng của sai số trong xác định KLTTR đến thiết kế bãi chôn lấp là gì?
    Sai số trong KLTTR có thể dẫn đến thiết kế không chính xác, gây nguy cơ mất ổn định mái dốc, lún sụt nền và hư hỏng lớp chống thấm, ảnh hưởng đến an toàn công trình và môi trường.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý chất thải?
    Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm để xây dựng tiêu chuẩn KLTTR phù hợp, hỗ trợ thiết kế và vận hành bãi chôn lấp, đồng thời giúp các cơ quan quản lý đưa ra chính sách và quy định hiệu quả hơn.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định được giá trị KLTTR của CTRSH tại các bãi chôn lấp phía Nam Việt Nam dao động từ 5.65 đến 12.65 kN/m³, phù hợp với các công bố quốc tế.
  • KLTTR tăng theo chiều sâu và thời gian chôn lấp do quá trình nén chặt và phân hủy rác.
  • Phương pháp tính toán dựa trên hồ sơ thiết kế và số liệu vận hành cho kết quả KLTTR trung bình chính xác, hỗ trợ nâng công suất bãi chôn lấp.
  • Sai số trong xác định KLTTR ảnh hưởng lớn đến thiết kế và an toàn công trình xử lý chất thải.
  • Đề xuất xây dựng tiêu chuẩn KLTTR riêng, tăng cường quan trắc và áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế, quản lý bãi chôn lấp.

Next steps: Triển khai xây dựng tiêu chuẩn KLTTR, áp dụng trong thiết kế và quản lý bãi chôn lấp, đồng thời mở rộng nghiên cứu tại các vùng miền khác.

Các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu cần phối hợp để cập nhật và áp dụng dữ liệu KLTTR thực tế nhằm nâng cao hiệu quả xử lý chất thải và bảo vệ môi trường bền vững.