Bãi chôn lấp là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm về bãi chôn lấp

Bãi chôn lấp là khu vực được quy hoạch để chôn lấp chất thải rắn sau khi đã thu gom, vận chuyển từ các nguồn phát sinh như hộ gia đình, nhà máy, bệnh viện, khu công nghiệp. Đây là một trong những phương pháp xử lý chất thải lâu đời và vẫn đang được sử dụng phổ biến do chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp so với các công nghệ hiện đại khác.

Mục tiêu chính của bãi chôn lấp là cô lập chất thải ra khỏi môi trường sống của con người, ngăn chặn sự phát tán các chất gây ô nhiễm vào đất, nước và không khí. Tuy nhiên, hiệu quả của việc này phụ thuộc lớn vào thiết kế kỹ thuật và công tác quản lý vận hành bãi rác.

Theo EPA (Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ), một bãi chôn lấp hiện đại cần đáp ứng các tiêu chuẩn về bảo vệ môi trường, bao gồm hệ thống chống thấm, thu gom khí và xử lý nước rỉ rác. Điều này giúp hạn chế những ảnh hưởng tiêu cực lên hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.

Phân loại bãi chôn lấp

Việc phân loại bãi chôn lấp dựa trên mức độ kiểm soát môi trường, công nghệ áp dụng và tính chất chất thải. Có ba nhóm chính:

• Bãi chôn lấp vệ sinh (Sanitary Landfill): là loại hình hiện đại nhất, có hệ thống lớp lót đáy chống thấm, thu gom và xử lý nước rỉ rác, thu hồi khí methane để giảm phát thải nhà kính.
• Bãi chôn lấp kiểm soát (Controlled Landfill): có một số biện pháp kỹ thuật hạn chế nhưng không đầy đủ như bãi vệ sinh, thường thiếu lớp phủ định kỳ hoặc hệ thống thu gom khí.
• Bãi chôn lấp hở (Open Dump): không có biện pháp bảo vệ môi trường, chất thải được đổ trực tiếp ra đất, thường gặp ở các quốc gia có hạ tầng yếu hoặc thiếu ngân sách xử lý rác.

Mỗi loại hình mang theo mức độ rủi ro môi trường khác nhau. Bãi chôn lấp hở dễ phát tán mầm bệnh, gây mùi và ô nhiễm nguồn nước ngầm. Trong khi đó, bãi vệ sinh nếu được thiết kế và vận hành đúng chuẩn có thể giảm đáng kể những tác động tiêu cực.

Bảng so sánh dưới đây thể hiện các tiêu chí kỹ thuật cơ bản giữa ba loại bãi chôn lấp:

Tiêu chí	Vệ sinh	Kiểm soát	Hở
Chống thấm đáy	Có (lớp lót HDPE hoặc đất sét)	Thường có hoặc không	Không có
Thu gom nước rỉ rác	Có hệ thống hoàn chỉnh	Một phần hoặc không	Không có
Thu khí methane	Có (để đốt hoặc phát điện)	Không có hoặc thủ công	Không có
Rủi ro môi trường	Thấp	Trung bình	Cao

Cấu trúc kỹ thuật của bãi chôn lấp

Một bãi chôn lấp vệ sinh được xây dựng theo các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt, gồm nhiều lớp nhằm bảo vệ môi trường và tối ưu hóa quá trình phân hủy rác. Cấu trúc này giúp kiểm soát tốt chất lỏng rò rỉ, khí phát sinh và tránh ô nhiễm đất hoặc nước ngầm.

Các thành phần chính trong cấu trúc bãi chôn lấp hiện đại bao gồm:

• Lớp lót đáy: thường làm từ vật liệu không thấm như đất sét nén hoặc màng nhựa tổng hợp (HDPE), ngăn nước rỉ rác thấm vào lòng đất.
• Hệ thống thu gom nước rỉ rác: đặt ngay trên lớp lót đáy, gồm các ống thu gom, bể chứa và trạm xử lý.
• Hệ thống thu gom khí: các ống thẳng đứng cắm sâu trong rác để thu khí methane và CO₂ sinh ra trong quá trình phân hủy.
• Lớp phủ tạm thời và cuối cùng: phủ đất hoặc vật liệu tổng hợp sau mỗi đợt chôn để hạn chế mùi, ruồi nhặng và nước mưa thấm vào.

Thiết kế hệ thống thu khí trong bãi chôn lấp không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn có thể khai thác nguồn năng lượng từ khí methane. Tùy theo quy mô và công suất, khí này có thể được đốt để sinh nhiệt hoặc chuyển hóa thành điện năng.

Quá trình phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp

Sau khi chôn lấp, chất thải rắn trải qua một chuỗi quá trình phân hủy sinh học, chủ yếu là trong điều kiện yếm khí. Giai đoạn đầu là phân hủy hiếu khí (khi còn oxy), sau đó nhanh chóng chuyển sang giai đoạn yếm khí, tạo thành khí bãi rác (landfill gas) và nước rỉ rác.

Khí sinh ra trong quá trình này gồm chủ yếu là methane (CH₄) và carbon dioxide (CO₂), với tỉ lệ có thể đạt tới 50:50. Phản ứng sinh methane tiêu biểu được biểu diễn bằng phương trình sau:

$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CH}_4 + \text{CO}_2 + \text{năng lượng}$

Tốc độ và hiệu quả phân hủy phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

• Loại chất thải (hữu cơ dễ phân hủy hay nhựa, kim loại...)
• Độ ẩm và nhiệt độ bên trong bãi chôn
• Độ nén và độ thoáng khí của khối rác
• Vi sinh vật và điều kiện pH

Thông thường, chất thải mất từ 5 đến 50 năm để phân hủy hoàn toàn trong điều kiện bãi chôn lấp thông thường. Một số vật liệu như túi nhựa, pin hoặc linh kiện điện tử có thể tồn tại hàng thế kỷ nếu không có biện pháp xử lý trước.

Tác động môi trường của bãi chôn lấp

Mặc dù là phương pháp phổ biến để xử lý chất thải, bãi chôn lấp tiềm ẩn nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng nếu không được quản lý đúng cách. Các vấn đề chính bao gồm ô nhiễm nguồn nước, không khí và đất, cùng với phát sinh khí nhà kính.

Nước rỉ rác (leachate) là một trong những mối nguy lớn nhất. Đây là chất lỏng hình thành khi nước mưa hoặc độ ẩm trong rác thấm qua khối chất thải, hòa tan các chất ô nhiễm như kim loại nặng, hợp chất hữu cơ, vi khuẩn và mầm bệnh. Nếu lớp lót đáy không đảm bảo, nước rỉ rác có thể thẩm thấu vào tầng chứa nước ngầm, gây ô nhiễm lâu dài.

Ngoài ra, khí phát sinh từ bãi chôn lấp chủ yếu là methane (CH₄) – một khí nhà kính có tiềm năng gây nóng lên toàn cầu cao gấp 28-36 lần so với CO₂ trong khoảng thời gian 100 năm, theo IPCC AR6, Chương 5. Nếu không được thu gom, khí này có thể tích tụ và gây cháy nổ hoặc phát tán ra khí quyển.

• Ô nhiễm không khí (mùi, khí nhà kính)
• Ô nhiễm đất và nước ngầm do rò rỉ nước rỉ rác
• Tăng nguy cơ cháy nổ do tích tụ methane
• Thu hút động vật gặm nhấm, ruồi muỗi, làm lây lan bệnh tật

Quản lý và giám sát bãi chôn lấp

Để giảm thiểu rủi ro, việc giám sát và quản lý bãi chôn lấp cần thực hiện nghiêm ngặt từ khâu thiết kế, vận hành cho đến giai đoạn đóng bãi. Các yêu cầu kỹ thuật được quy định bởi các cơ quan môi trường như EPA (Mỹ) hoặc European Environment Agency (EU).

Các hoạt động quản lý chính bao gồm:

1. Theo dõi định kỳ nước rỉ rác và khí phát sinh bằng các trạm giám sát tự động.
2. Phủ lớp đất hoặc vật liệu phủ định kỳ để hạn chế bay mùi, nước mưa xâm nhập và sinh vật gây hại.
3. Lắp đặt hệ thống ống thu hồi methane và chuyển hóa thành điện năng hoặc nhiệt.
4. Quản lý hồ sơ chất thải đưa vào chôn lấp (khối lượng, loại rác, nguồn gốc).

Các chỉ số thường được theo dõi bao gồm: lưu lượng và nồng độ khí methane (CH₄), nhiệt độ trong khối rác, độ pH và COD/BOD của nước rỉ rác, mực nước ngầm tại vùng lân cận.

Thông số giám sát	Đơn vị	Ngưỡng kiểm soát (theo EPA)
CH4 trong khí bãi rác	% thể tích	< 25%
BOD trong nước rỉ rác	mg/L	< 100
pH nước rỉ rác	–	6.5 – 8.5
COD (hóa chất ôxy hóa)	mg/L	< 500

Công nghệ và cải tiến trong xử lý bãi chôn lấp

Cùng với sự phát triển công nghệ, nhiều cải tiến đang được áp dụng để tối ưu hóa hiệu quả chôn lấp và giảm tác động môi trường. Một số mô hình tiêu biểu gồm:

• Bãi chôn lấp sinh học (Bioreactor Landfill): bơm tuần hoàn nước rỉ rác và không khí để tăng tốc độ phân hủy, thu hồi methane hiệu quả hơn.
• Khai thác bãi chôn lấp (Landfill Mining): đào bới rác cũ để tái chế vật liệu, thu hồi kim loại, làm nhiên liệu hoặc khôi phục đất.
• Thu hồi năng lượng: sử dụng khí methane để sản xuất điện, thay vì đốt bỏ.

Theo ScienceDirect, mô hình bioreactor có thể rút ngắn chu kỳ phân hủy rác từ 30–50 năm xuống còn 5–10 năm, giảm thể tích rác và tăng hiệu quả thu khí.

So sánh với các phương pháp xử lý rác thải khác

Chôn lấp không phải là phương án xử lý duy nhất. Trong thực tế, nó thường được áp dụng như giải pháp cuối cùng sau khi đã phân loại, tái chế hoặc xử lý nhiệt. Việc so sánh giữa các phương pháp dựa trên tiêu chí chi phí, hiệu quả và tác động môi trường:

Phương pháp	Ưu điểm	Nhược điểm
Chôn lấp	Chi phí thấp, dễ triển khai	Ô nhiễm lâu dài, chiếm diện tích
Đốt rác phát điện	Giảm thể tích rác, tạo năng lượng	Chi phí cao, cần kiểm soát khí thải
Tái chế	Giảm lượng rác, tiết kiệm tài nguyên	Phụ thuộc vào phân loại và công nghệ
Ủ sinh học	Sản xuất phân hữu cơ, thân thiện môi trường	Chỉ áp dụng cho rác hữu cơ sạch

Xu hướng giảm phụ thuộc vào bãi chôn lấp

Do áp lực môi trường ngày càng tăng, nhiều quốc gia đang hướng đến mục tiêu giảm tỷ lệ chôn lấp, chuyển sang mô hình kinh tế tuần hoàn và xử lý rác bền vững. Tổ chức UNEP khuyến nghị mô hình Zero Waste như một chiến lược dài hạn.

Liên minh châu Âu (EU) đặt mục tiêu đến năm 2035, tỷ lệ rác thải đô thị được chôn lấp phải dưới 10%, thay vào đó tăng tỷ lệ tái chế lên trên 65%. Một số quốc gia như Thụy Điển đã đạt tỷ lệ tái chế hơn 99%, gần như không còn phụ thuộc vào chôn lấp.

Các giải pháp chính đang được triển khai gồm:

• Áp dụng phân loại rác tại nguồn
• Khuyến khích tái chế và tái sử dụng vật liệu
• Đầu tư vào công nghệ đốt rác phát điện và ủ sinh học
• Áp dụng thuế môi trường đối với rác thải không tái chế

Tài liệu tham khảo

1. United States Environmental Protection Agency (EPA). “Landfills.” https://www.epa.gov/landfills
2. ScienceDirect. “Bioreactor Landfills.” https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/bioreactor-landfills
3. United Nations Environment Programme (UNEP). “Zero Waste and Circular Economy.” https://www.unep.org/zero-waste
4. European Commission. “Waste Framework Directive.” https://environment.ec.europa.eu/topics/waste-and-recycling/waste-framework-directive_en
5. IPCC AR6 Climate Change 2021: The Physical Science Basis – Chapter 5: Global Carbon and Other Biogeochemical Cycles and Feedbacks. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_Chapter05.pdf