1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội

272 2 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 272
Dung lượng 6,01 MB

Cấu trúc

  • 1. ĐẶTVẤNĐỀ (16)
  • 2. MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU CỦALUẬN ÁN (17)
  • 3. ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU (18)
  • 5. PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU (18)
  • 6. ÝNGHĨAKHOA HỌCVÀ THỰCTIỄNCỦALUẬNÁN (20)
  • 7. TÍNHMỚICỦALUẬNÁN (21)
  • 8. BỐCỤCCỦALUẬNÁN (22)
    • 1.1. MốitươngquanNước-Nănglượngtronghạtầngkỹ thuậtvàquảnlýchấtthải 8 1.2. Mối quan hệ Nước - Năng lượng trong quản lý chất thải ở một số nước trênthếgiới (23)
      • 1.2.1. Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả và sản xuất ra năng lượng từ xửlýchấtthải (25)
      • 1.2.2. Tiếtkiệmnănglượngtiêuthụ trongcácNMXLNT (27)
      • 1.2.3. Táisửdụngnướctiếtkiệm nănglượng (29)
      • 1.2.4. Sản xuấtnănglượngtáitạo từchấtthảiđôthị (29)
    • 1.3. Tổng quan về khối lượng, thành phần, tính chất và hiện trạng quản lý nướcthải,CTRđôthịởViệtNam (30)
      • 1.3.1. Hiện trạng quản lý nước thải và bùn thải ở một số đô thị lớn của Việt Nam.Khốilượng,thànhphần,tíchchấtcácloạibùnthải (30)
        • 1.3.1.1. HiệntrạngquảnlýNTở mộtsố đôthị lớncủaViệtNam (30)
        • 1.3.1.2. Khối lượng, thành phần, tính chất và hiện trạng quản lý các loại bùn thải18 1.3.2. Hiện trạng và qui hoạch quản lý CTR ở các đô thị lớn tại Việt Nam; khốilượng,thành phần,tính chấtvàhiệntrạngquảnlýCTR hữucơđô thị (33)
        • 1.3.2.1. Hiệntrạngvàqui hoạchquảnlýCTR ởcácđôthịlớn (43)
        • 1.3.2.2. Khối lượng, thành phần, tính chất, và hiện trạng quản lý CTR hữu cơ đôthị 31 1.3.2.3. ĐánhgiáchungvềquảnlýCTR đôthịtạiViệtNam (46)
      • 1.4.1. Nhucầutiêuthụ nănglượngtrongxửlý nước (53)
      • 1.4.2. Nhu cầutiêuthụ nănglượngtrongquản lýCTR (54)
      • 1.4.3. Tiềm năngthuhồinănglượng từcácdòngchấtthảiđôthị (55)
        • 1.4.3.1. Tiềmnăng thu hồi nănglượngtừquảnlýCTRđôthị (55)
        • 1.4.3.2. Xửlý kếthợp cácdòngCTĐTgiàuhữucơđểthuhồinănglượng (57)
    • 2.1. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu tương quan giữa các dòng chất thải đô thịvànănglượng (60)
      • 2.1.1. PhươngphápluậnnghiêncứuphântíchdòngvậtchấtMFA (60)
        • 2.1.1.1. Phântíchdòng vậtchất(MFA) (60)
        • 2.1.1.2. Quytrình thực hiệnMFA (61)
      • 2.1.2. PhântíchdòngvậtchấtvớiphầnmềmSTAN (62)
      • 2.1.3. PhươngphápluậnnghiêncứucânbằngNLtronghệthống QLCT (66)
      • 2.1.4. Phương pháp xác định năng lượng tiêu thụ của các thiết bị trong cơ sở xử lýchấtthải (66)
    • 2.2. CácgiảiphápcôngnghệxửlýCTR,NT vàbùn nhằm thuhồi tàinguyên.52 1. Phânhuỷkỵkhí thuhồinănglượng (67)
      • 2.2.1.1. Nguyênlý chungcủaphânhủykỵ khí (67)
      • 2.2.1.2. Cácyếutốảnhhưởngđếnquátrìnhphânhủykỵkhí (69)
      • 2.2.1.3. Chuyểnhóacơ chấttrongphânhủykỵkhí (71)
      • 2.2.1.4. Khả năng sinh khí của bùn BTH và CTR hữu cơ bằng phương pháp phânhuỷkỵkhí trong điềukiệnlênmennóng (71)
      • 2.2.2. Thu hồibiogastừcácBCL (72)
      • 2.2.3. PhânhuỷkỵkhíCTRhữucơ (73)
      • 2.2.4. Tiềnxử lýnguyênliệunạptrướckhiphânhủykỵkhí (73)
        • 2.2.4.1. Nguyênlý củatiềnxửlýtrướcphânhủykỵkhí (73)
        • 2.2.4.2. Cácphươngpháptiềnxử lý (74)
      • 2.2.5. Đốtbùnthu hồinhiệt (76)
      • 2.2.6. ĐốtCTR (76)
      • 2.2.7. Cácphươngphápkhácđểxử lý chấtthải,thuhồi NL (77)
      • 2.2.8. TổngquanvềcácnghiêncứucóliênquantrênThếgiớivà ởViệtNam (77)
      • 2.3.1. Mụcđíchthínghiệm (82)
      • 2.3.2. LấymẫuphântíchthànhphầnCTR (82)
      • 2.3.3. LấymẫuphântíchthànhphầnbùnBTH (83)
      • 2.3.4. Lấy mẫuphântíchthànhphầnbùncủa NMXLNT (84)
      • 2.3.5. Mô tảthínghiệmxácđịnh tiềmnăngsinhkhímê-tanBMP (85)
        • 2.3.5.1. Giớithiệuvềthínghiệm BMP (85)
        • 2.3.5.2. MôhìnhthínghiệmBMP (86)
        • 2.3.5.3. Bùnmầm (nguồnvisinh vậtkỵ khí) (87)
        • 2.3.5.4. Điềukiệnthínghiệm (89)
      • 2.3.6. Cácphươngphápphântích (90)
      • 2.3.7. Thí nghiệm xác định khả năng sinh khí mê-tan của CTR hữu cơ trong phòngthínghiệm (90)
    • 2.4. NghiêncứumôhìnhQLCTchoquận LongBiên,thànhphốHàNội (92)
      • 2.4.1. Lựachọnđịađiểmnghiêncứu (92)
      • 2.4.2. Cácdữliệuđầuvàođểtínhtoán (93)
    • 3.1. Kếtquảnghiêncứutrongphòngthínghiệm (98)
      • 3.1.1. Phântíchthànhphần,tínhchấtcủaCTRhữucơ,bùnBTH, bùnNMXLNT (98)
        • 3.1.1.1. Kếtquảphântíchthànhphần,tínhchấtCTRhữucơđôthị (98)
        • 3.1.1.2. Kếtquả phântíchbùnBTH (98)
        • 3.1.1.3. KếtquảphântíchbùnNMXLNT (101)
      • 3.1.2. Xác địnhkhảnăngsinhkhímê-tan củaCTRhữucơ trongphòngthínghiệm. .................................................................................................................................873.1. 2.1.ThínghiệmBMP-CTRhữucơ (102)
        • 3.1.2.2. Kếtquảthínghiệmvàthảoluận (103)
    • 3.2. KếtquảnghiêncứumôhìnhQLCTchoquận LongBiên,thànhphốHàNội95 1. Lựachọn các phương án tổ chứcQLCTvà sơđồdây chuyền công nghệ xửlýNT,CTR (110)
      • 3.2.1.1. Phươngán1: QLCTtheomôhìnhtruyềnthống (110)
      • 3.2.1.2. Phươngán2: QLCTtheomôhìnhthuhồinănglượng (112)
      • 3.2.2. Tính toáncôngnghệxửlýchấtthải vànhucầu nănglượngtheo PA1 (116)
        • 3.2.2.1. Tínhtoán côngnghệxửlýNT,bùnvàCTRhữucơ theoPA1 (116)
        • 3.2.2.2. Phântíchdòng vậtchấtvàtínhtoáncânbằngNLchoPA1 (121)
      • 3.2.3. Tính toán công nghệ Trung tâm xử lý chất thải và nhu cầu năng lượng theoPA2 (123)
        • 3.2.3.1. TínhtoáncôngnghệTTXLCT theoPA2 (123)
        • 3.2.3.2. Phântíchdòng vậtchấtvàtínhtoáncânbằngNLtheoPA2 (125)
        • 3.2.3.3. Tínhtoán côngnghệTTXLCTtheoPA2A(tiềnXLnguyênliệu) (130)
      • 3.2.4. Đánh giá mối tương quan giữa dòng vật chất và NL của hệ thống theo cácphươngánXLCT (133)
        • 3.2.4.1. Mứctiêuthụ nănglượngtrênđơnvịchất thải (133)
        • 3.2.4.2. Mức tiêu thụ và tiềm năng thu hồi năng lượng trên đầu người mỗi ngày118 3.2.4.3. Tiềmnăng thuhồinănglượngtrênđầungườimỗi năm (133)
      • 3.2.5. Nhậnxétkếtquảvàthảoluận (138)
    • 3.3. Đềxuấtmôhìnhquảnlývàcôngnghệxửlýchấtthảiđôthịphùhợp,bềnvững1 2 6 1. NhậnxétmôhìnhquảnlýtheoPA1 (141)
      • 3.3.2. Nhậnxétmô hìnhQLCTtheoPA2vàPA2A (141)
      • 3.3.3. Đềxuấtmô hình QLCTtheophươngthứctổnghợpchocácđô thị (144)

Nội dung

ĐẶTVẤNĐỀ

HiệnnayởViệtNam,dotốcđộđôthịhoárấtnhanh,nên đãphátsinhmộtlượngchất thải (CT) lớn, hầu hết được xả ra môi trường mà không có các giải pháp xử lý phùhợp.Lượngnướcthảisinhhoạt(NTSH)từcácđôthịnăm2018ướctínhkhoảng7triệum 3 / ngày[1] Lượng chất thải rắn (CTR) sinh hoạt năm 2018 khoảng 22,5 triệu tấn/nămhay 61.600 tấn/ngày, trong đó CTR sinh hoạt (CTRSH) đô thị khoảng 37.200 tấn/ngày,CTRSH nông thôn khoảng 24.400 tấn/ngày[2].

Khối lượng CTRSH tại các đô thị trêntoànquốctăngtrungbình12%mỗinăm,chiếmkhoảng60-

Cácbiệnphápxửlýchấtthảiđôthị(CTĐT)hiệnvẫncònnhiềubấtcập.Mớichỉcó khoảng13%nướcthải(NT)đôthịđượcxửlýtạicácnhàmáyxửlýnướcthải(NMXLNT) [1].Phầncònlạimớichỉđượcxửlýsơbộquabểtựhoại(BTH),hoặcxảtrựctiếprangoàimôitrườ ng.BùntừBTHkhôngđượchútđịnhkỳ,vàchủyếudocáccôngtytưnhânhútdịchvụchocáchộ gia đình,sauđóxảkhôngcókiểmsoát rangoàimôitrường[3].Hơn71%CTĐTvẫnđượcxửlýbằngbiệnphápchônlấp[2].Cácbãich ônlấp(BCL)luôntrongtìnhtrạngquátải,đòihỏiphảimởrộngtrongkhiquĩđấtdànhchocácBCLrấthạn hẹp.NướcthảivàcácthànhphầncóíchtrongNT,CTRchưađượcquantâmtáichế,thuhồinhưmộtn guồntàinguyên[2].VìvậycầncóhướngtiếpcậnmớitrongviệcquảnlýCTĐT,vớicácmôhìnhtíc hhợpvàgiảiphápcôngnghệphùhợp. Nănglượng tiêu thụtrong cácNMXLNTvàxửlý CTR chiếm mộttỷtrọng lớnvớicácđốitượngtiêuthụnănglượng(NL)trongthànhphố.TrongbốicảnhNLhó athạchtoàncầuđangngàycàngkhủnghoảngthiếu,việctìmkiếmmôhìnhquảnlýchấtthải(QLC

T)tiếtkiệmNL,haythậmchícònchophéptận thuđượcNL,làrấtcần thiết.

Mô hình QLCT theo hướng tận thu tài nguyên, sinh NL đã bắt đầu được nghiêncứu,hướngtớiứngdụngởViệtNam.Nócũngphùhợpvới“Chiếnlượcpháttriểnnănglượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050”được Thủ tướngChínhphủphêduyệttháng11/2015.

Trênthếgiới,việcápdụngcáchướngcôngnghệnàyđãxuấthiệnởmộtsốnước.Theo hướng nghiên cứu ứng dụng tận thu NL từ CT, các công cụ mô phỏng, tính toán,đánhgiá,nhưcânbằng chất,cânbằngNL,… đượcpháttriển.Việcápdụngkếthợpcáccôngcụtrên,đặcbiệtlàsửdụngkếthợpphântíchdòngvậtc hất(materialflowanalysis

– MFA) với bài toán đánh giá, cân bằng NL (energy balance – EB), xem xét từ góc độkỹthuật,sẽcókhảnăngápdụngchophân tíchcânbằngchất-

NLtrongquảnlýCTĐT.ỞViệtNam,tronglĩnhvựcKỹthuậthạtầngđôthịvàmôitrường, đếnnaychưacómộtmô hình nào xem xét được đầy đủ mối liên hệ giữa các dòng vật chất (nguyên vật liệu)vàNLtrong QLCTchocácđôthị.Đólàlý dođểNCSthựchiệnluậnán:

Nghiên cứu mong muốn cung cấp thêm cơ sở khoa học cho các nhà hoạch địnhchínhsáchđểphântích,đánhgiá,đưarađượcphươngántốiưuchocôngtácquyhoạch;cũngnhưcá cthôngtintincậyđểlựachọncôngnghệxửlýchấtthải(XLCT)vàmôhìnhQLCTphùhợp.

Các nguồn thải mà nghiên cứu hướng tới là các dòng CT giàu hữu cơ phát sinhtrong quá trình quản lý NT và CTR đô thị, đó là bùn thải từ NMXLNT, bùn BTH,vàCTRSH Nếu quản lý hợp lý các nguồn thải này thì đây chính là một nguồn tài nguyên,sẽđạtđượcđồngthời2mụcđíchlàvừabảovệmôitrường,vừamanglạilợiíchkinhtế.

MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU CỦALUẬN ÁN

- PhântíchđượcmốiquanhệgiữacácdòngCTvàNLtrongquảnlýCTĐT,thôngqua việc lượng hóa các dòng vật chất: NT, bùn BTH, bùn NMXLNT, CTR đô thị giàuhữu cơ, cũng như xác định nhu cầu tiêu thụ và tiềm năng sinh NL từ xử lý các dòngCTĐTnóitrên;

- Minh hoạ, làm sáng tỏ mối quan hệ nói trên thông qua các tính toán cân bằngvật chất và cân bằng NL cho 1 ví dụ nghiên cứu điển hình, trên cơ sở đó đề xuất đượcmôhìnhquảnlýNT,bùnvàCTRđôthịtheo hướngbềnvững.

ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU

- Đốitượngnghiêncứu:cácdòngCTgiàuhữucơtrongquảnlýCTĐT,baogồmnước thải và bùn phát sinh từ NMXLNT đô thị, bùn BTH, thành phần hữu cơ trongCTRSH đô thị, mối liên hệ tương quan giữa các dòng CT này thông qua các tính toáncânbằngvật chấtvàcânbằngnănglượngđốivớicác quátrìnhxửlýCT.

+ Phạm vi không gian: nghiên cứu trên địa bàn thành phố Hà Nội; nghiên cứuđiểnhìnhlàquậnLongBiên.

(2)-Nghiêncứuvềkhốilượng,thànhphần,tínhchấtcủacácdòngCTĐTgiàuhữucơ,các phươngphápXLCTtheohướngt h u h ồ i t à i n g u y ê n

(3)- Nghiên cứu thực nghiệm xác định thành phần, tính chất của bùn NMXLNT,bùnBTH, CTRSH; khảnăngthuhồiNLtừquátrìnhphânhuỷkỵkhí củaCTRSH. (4)- Thực hiện nghiên cứu điển hình: xây dựng các kịch bản QLCT (NT, bùn củaNMXLNT,bùnBTHvàCTRSHđôthị;tínhtoáncôngnghệđểlượnghóacácdòngvậtchất trên, NL tiêu thụ và NL tiềm năng có thể thu được từ các quá trình XLCT; phântíchdòngvậtchất(MFA)vàcân bằngnănglượng(EB)chotừngkịchbản.

(5)- Đánh giá kết quả, đề xuất phương thức quản lý CTĐT theo hướng thu hồi tàinguyên,hướngtớikinhtếtuầnhoàn.

PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU

Phươngphápkếthừa:thuthập,tổnghợptàiliệu,sốliệu,kếthừacácthànhquảnghiêncứutrướcđâycóli ênquan.

NC thực nghiệm: Phân tích thành phần, tính chất các dòng chất thải Nghiên cứu các công nghệ xử lý bùn NMXLNT, CTR hữu cơ, phân bùn BTH, thu hồi tài nguyên

Nhận xét kết quả; Đề xuất mô hình quản lý tổng hợp chất thải đô thị bền vững

Phân tích Cân bằng vật chất MFA, Cân bằng năng lượng EB theo 2 phương án, nhận xét kết quả

Tính toán công nghệ 2 PA quản lý chất thải của quận Long Biên, TP Hà Nội

Kết quả NC thực nghiệm BMP: xác định khả năng sinh khí CH4 của CTR hữu cơ Kết quả NC thực nghiệm: Phân tích thành phần, tính chất CTR hữu cơ, bùn NMXLNT, phân bùn BTH

Lựa chọn địa điểm nghiên cứu điển hình và các dữ liệu đầu vào

NC xác định khả năng sinh khí CH4 của bùn NMXLNT và phân bùn BTH (tổng quan), của CTR hữu cơ (thí nghiệm BMP)

P pháp luận phân tích dòng vật chất MFA và cân bằng năng lượng EB; các ứng dụng để làm công cụ STAN và SANKEY

Nghiên cứu tổng quan: quản lý chất thải đô thị, mối quan hệ nước và năng lượng; Khả năng thu hồi năng lượng từ bùn của NMXLNTTT, CTR hữu cơ và phân bùn BTH Nghiên cứu tổng quan: Hiện trạng quản lý chất thải ở đô thị các nước và ở Việt Nam; Số lượng, thành phần, tính chất CTR, nước thải, bùn và phân bùn

(2)- Phươngphápkhảosátthựcđịa:khảosátthựcđịatrênđịabànquậnLongBiênvàthànhphốHàNộivềq uảnlýchấtthảirắn, phânbùn,hệthống thoátnước.

(3)- Phương pháp thực nghiệm: lấy mẫu từ thực địa và phân tích trong phòngthí nghiệm để xác định thành phần, tính chất của CTRSH, bùn NMXLNT và bùnBTH theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam; thực nghiệm các thí nghiệmđánhgiátiềmnăngtáitạoNL(khísinhhọc)củaCTtrongphòngthínghiệmtrênmôhìnhph ânhủykỵkhítheomẻ.

(4)- Phương pháp so sánh: căn cứ vào thành phần CT cụ thể, có các biện phápxử lý khác nhau, so sánh các thông số đã được lượng hóa như tiêu thụ NL, NL tiềmnăngsinhra,để chọncôngnghệphùhợp.

+Phântíchđểlựachọncôngnghệxửlýkỵkhí,đạtđượchiệuquảxửlýtốiưuvàthuhồiNL. + Phân tích dòng vật chất MFA để tính toán cân bằng chất, lượng hóa các chất điqua các công đoạn của dây chuyền xử lý NT, xử lý bùn, CTR, dựa trên định luật bảotoànvậtchất[4].

+P h â n t í c h c â n b ằ n g n ă n g l ư ợ n g E B : L i ệ t k ê t h i ế t b ị t i ê u t h ụ đ i ệ n , t í n h t o á n tổng NL điện tiêu thụ để xác định tiêu thụ điện cho từng công đoạn và cho cả hệ thốngXLCT;tính toán tiềm năng sinhNLtừc á c q u á t r ì n h X L C T d ự a t r ê n k ế t q u ả c á c nghiêncứuthựcnghiệmnóitrên.

+ Mô phỏng mô hình cân bằng NL của hệ thống QLCT theo các kịch bản quản lýCTRhữucơ, bùncủaNMXLNTvà bùn BTH,sửdụngcôngcụSANKEY[6].

(7)- Phương pháp chuyên gia: lấy ý kiến của các nhà khoa học, các cán bộ quản lýthôngqua traođổitrựctiếp,seminar/hộithảo.

ÝNGHĨAKHOA HỌCVÀ THỰCTIỄNCỦALUẬNÁN

- Luận án đã đã xem xét đầy đủ mối quan hệ giữa các dòng vật chất và NL tronghệ thống quản lý CTĐT thông qua việc kết hợp phân tích cân bằng chất MFA và cânbằngnănglượngEB.Phươngphápnàychophépđánhgiáhiệuquảcácphươngthứcvàmôhình quảnlýCTĐT cảvềkhíacạnhkỹthuật,môitrường,quảnlý vàkinhtế.

- Cân bằng chất và cân bằng NL của hệ thống được biểu diễn trên cùng một sơ đồlà một cách làm mới, có ý nghĩa khoa học Phương pháp này có thể tiếp tục phát triển,ápdụngcho các bàitoán tương tự khác.

- Luận án đã xác định được một số thông số quan trọng của thành phần, tính chấtcủacácdòngCTgiàuhữucơnhưbùntừNMXLNT,bùnBTH,CTRSHhữucơ,xácđịnhđượctiềmn ăngsinh khímê-tantừ quátrìnhphânhủykỵkhíCTRhữucơđôthị.

- Mô hình quản lý kết hợp các loại CT giàu hữu cơ tại trung tâm xử lý chất thải(TTXLCT) đô thị ở quy mô một quận theo hướng thu hồi NL từ quá trình đồng phânhủy kỵ khí và các quá trình khác liên quan là rất có tiềm năng, mang lại nhiều lợi ích,theo hướng thu hồi tài nguyên Điều này đáp ứng nhu cầu thực tiễn của Việt Nam làchưacóđôthịnàocómộtmôhìnhQLCT(cảCTR,bùnBTH,NTvàbùntừNMXLNT)mộtcáchphù hợp,hiệuquảvàbềnvững.

- Kết quả này có thể dùng để xem xét áp dụng khi xây dựng hay điều chỉnh cácquyhoạchthoátnước vàxử lý NT(XLNT),quyhoạchquảnlýCTRởcácđôthị.

- NMXLNT quận Long Biên hiện vẫn chưa được xây dựng, quy hoạch quản lýCTRcủaquậntrongquyhoạchquảnlýCTRcủathànhphốcònchưađượcthựcthi,kếtquả luận án có thể được xem xét như một đề xuất có cơ sở khoa học, giúp cho các cơquanchứcnăngvàcácnhàđầutư lựachọncôngnghệXLCTphùhợp.

- CáccôngcụSTANvàSANKEYmôphỏngcácdòngvậtchất,NL,giúpchocácnhà lãnh đạo có cái nhìn trực quan, dễ phát hiện ra vấn đề, giúp cho quá trình đưa raquyếtđịnhđúngđắn,phùhợp.

TÍNHMỚICỦALUẬNÁN

(1)-LuậnánđãđềxuấtđượcmôhìnhquảnlýtổnghợpCTĐTthuhồitàinguyên,hướng tới hiện thực hoá nền kinh tế tuần hoàn Thông qua việc kết hợp tính toán cânbằngchấtvàcânbằngNL,sửdụngcôngcụMFAvàEBđểlượnghoácácdòngvậtchất tại TTXLCT tổng hợp (bùn của NMXLNT, bùn BTH, CTRSH đô thị), nghiên cứu đãchỉrarằnghướngxửlýphânhủykỵkhí kếthợpđểsinhNLvàthuhồitàinguyêntừcácdòngCTgiàuhữucơlàrấtkhảthi.

(2)- Luận án đã cụ thể hóa được mối tương quan giữa dòng vật chất và NL trongQLCTĐT, tính toán cụ thể được nhu cầu NL và tiềm năng thu hồi NL (điện và nhiệt)cho XLNT, bùn, phân bùn, CTR hữu cơ cho 1 khu vực đô thị Với điều kiện quận LongBiên,thànhphốHàNộinăm2030,NLcầnđểxửlýNTlà0,61kWh/m 3 ,đểxửlýCTRSHhữu cơ kết hợp với bùn BTH, chế biến phân compost cần 35,83kWh/tấn Xử lý kết hợpCTĐTbằngphânhủysinhhọckỵkhíkhôngnhữngđápứngđược100%nhucầuNLcủaTTXLCT, mà còn sản xuất được NL tổng cộng vượt 222,66% nhu cầu, có thể cung cấpra ngoài 78.865,75 kWh/ngày điện dư và 197.689,24 kWh/ngày nhiệt dư Tiền xử lýnguyên liệu nạp trước phân hủy kỵ khí bằng nhiệt thủy phân, sản xuất được NL tổngcộngtới265,16%nhucầucủaTTXLCT.

(3)-Lầnđầutiên,nghiêncứuđãxácđịnhđượctiềmnăngthuhồiNL từNLtiềmẩn(hóanăng)trongcácdòngCTĐTtrongđiềukiệncủaViệtNam.Khôngkểnhiệtnăngvàth ấtthoát,NLđiệncóthểthuhồitừquátrìnhXLNTlà13,75kWh/người/năm;từ xửlýbùnBTHlà1,33kWh/người/năm;từxửlýCTRSHhữucơlà144,93kWh/người/năm.

BỐCỤCCỦALUẬNÁN

MốitươngquanNước-Nănglượngtronghạtầngkỹ thuậtvàquảnlýchấtthải 8 1.2 Mối quan hệ Nước - Năng lượng trong quản lý chất thải ở một số nước trênthếgiới

Mặt trời là nguồn gốc của mọi NL trên trái đất, còn nước là nền tảng của sự sốngtrên hành tinh Bức xạ mặt trời cung cấp NL cho vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên,giúpchomộtlượngnướcbiểnkhổnglồbịbốchơi,khửmặn,vậnchuyểndướidạngmâyrồiquay trởvềtráiđấtdướidạngmưa.Phầnlớncáchoạtđộngcủaconngườiđềucóliênquan đến vòng tuần hoàn tự nhiên của nước Mức nhu cầu cơ bản về tiêu thụ NL trungbình là 3000 W/người (toàn cầu) Tại các nước phát triển, nhu cầu này lên đến 6000W/người Khoảng 1000 W/người/ngày được tiêu thụ trong giao thông vận tải.

Khoảng200W/ngườidùngđểsảnxuấtlươngthực.Cầntừ10đến50W/ngườichocấpnướcsinhhoạt.N LcầnchoNMXLNTbậc3(cóxửlýsinhhọcloạibỏchấtdinhdưỡng)khoảng0đến20W/người [7] (Hình1.1)

Hình1.1.Cácnhucầu tiêuthụnănglượngcơ bảncủamỗi người[ 7 ]

Cơ thể con người cần cung cấp tối thiểu 2 lít nước/ngày để sống, tương đươngvớigần1𝑚 3 nước/năm.Mỗingườisửdụngkhoảng30đến100𝑚 3 nước/nămchovệsinhvàv ậnchuyển CT;n goà i raởcácn ư ớ c phátt ri ển cònphảitốnítn h ấ t mộtvàitrăm

𝑚 3 nước/nămchocôngnghiệplàmmát.Việcsảnxuấtthựcphẩmcungcấpchomộthộ giađìnhtiêuthụ1000đến2500𝑚 3 nước/năm[8].NTSHvàcôngnghiệp cóthểđượctáisửdụngtuynhiênnướccungcấpchonôngnghiệphầunhưmấtđido sự bayhơi. Các dây chuyền công nghệ để chuyển hoá NL đều cần tới nước, và khi sử dụngnướccũngcầntớiNL.Mộtcáchtrựctiếpvàgiántiếp,nướclàyếutốthiếtyếutrongquátrình chuyển đổi NL Nước được sử dụng để chuyển đổi NL nước, NL sóng hoặc thuỷtriều thành điện năng Quá trình khai thác và chiết tách các nhiên liệu hoá thạch cũngcầnsửdụngmộtlượngnướclớndướidạnghơiđểchuyểnđộngcáctua-binvànướclàmmát để phân tán nhiệt Ngoài ra, nước cũng được sử dụng để trồng trọt các loại cây sảnxuấtbiogasvà NLsinhhọc.

NLđượcsửdụngtrongchutrìnhtuầnhoànnướccũngrấtđadạng:từkhaithác,xửlý, dự trữ, phân phối nước cấp, đến thu gom, XLNT và bùn cặn đều cần có NL Do vậytái sử dụng nước cũng có thể góp phần tiết kiệm cả nguồn nước và NL Mặt khác, nướcvà NT hay bùn cặn, CTR cũng chứa NL dưới các dạng khác nhau và có thể sử dụng đểsinh ra điện năng và nhiệt năng Giải quyết nhu cầu nước và dinh dưỡng, kéo theo nhucầu NL cần thiết, để đảm bảo phát triển và bảo vệ môi trường là những thách thức rấtlớn Đặc biệt xét trong bối cảnh hiện nay về tăng trưởng dân số, nhu cầu điều kiện sốngngày càng cao, nguồn tài nguyên và đa dạng sinh học ngày càng suy kiệt, và tác độngcủa biến đổi khí hậu Với thực trạng hiện nay khi nguồn nước ngày càng khan hiếm vàchi phí NL ngày càng tăng thì việc xem xét, đánh giá lại các mô hình quản lý NL vànước một cách tổng thể, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu từ quy hoạch ở cấp vĩ mô đếncácbiện pháp cụthểởcấpđộ thiếtbị, côngtrình là rấtcầnthiết.

Theoquanđiểmpháttriểnbềnvữngvàtiếtkiệmtàinguyên,gầnđâyngườitađưavàokháiniệm“ chutrìnhcủanước”(waterfootprint),liênquanđếntổnglượngnướcsửdụngtheotoànbộvòngđờic ủasảnphẩm.NướclàthànhphầnđặcbiệtquantrọngtrongsảnxuấtđiệnvàcácnguồnNLtáitạokhácnh ưđịanhiệt,bơmnhiệt,nhiênliệusinhhọc,vv… Khi NL tái tạo ngày càng phát triển, nhu cầu tiêu thụ nước cao của ngành này trởthànhmộttháchthứclớn.

Dòng chảy của năng lượng

Nước và năng lượng sử dụng trong hộ gia đình Dòng chảy của nước

Năng lượng sử dụng trong xử lý nước/ nước thải

Năng lượng để cung cấp nước

Nước dùng cho khai thác nhiên liệu Nước làm mát trong nhà máy điện

Năng lượng sử dụng để bơm nước

M iối quan hệ gi aữa nướcc và năng lượngng

Nước thải được thu gom và chảy trong hệ thống cống thường có nhiệt độ cao hơnnhiệt độ môi trường NL thu được từ sự chênh lệch nhiệt độ này cũng là một nguồn NLđáng kể, do lượng NT phát sinh từ thành phố rất lớn và chảy liên tục Một số nước pháttriểnđãthuđược NLnày.

1.2.1 Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả và sản xuất ra năng lượng từ xửlýchấtthải

Trongbốicảnhnhiên liệuhóathạch ngàycàngcạnkiệt, bêncạnhviệcphát triển các giải pháp sử dụng NL tiết kiệm, hiệu quả thì các nguồn NL mới đang được ráo riếttìm kiếm Dòng NT chứa đựng trong mình một lượng NL tiềm ẩn dưới dạng động năng(NLdòngchảy),nhiệt năng(khinhiệtđộNTcaohơnnhiệtđộmôitrườngxungquanh),hóa năng (các chất hữu cơ có trong NT), thế năng (khi có chênh lệch địa hình) Với tảilượng CT phát sinh tính theo COD trong NTSH ở Đức là 42kg/người/năm, NL ẩn chứatrong NT được tính là 146kWh/người/năm, có tới 68kWh/người/ năm có thể nằm trongbùn được đưa tới bể phân hủy sinh học kỵ khí, từ đây có thể sản xuất được lượng điện12kWh/người/năm[10] Trong lĩnh vực sản xuất và cung cấp nước, thu gom và xử lýNT, CTR, có thể kể ra các hướng giải pháp tiết kiệm NL và sản xuất

- Tiết kiệm nước và tái sử dụng NT; giảm thiểu, tái chế, tái sử dụng CTR và bùnthải;thuhồicácchấtcóíchtừCTlàmnguyênvậtliệuđểgiảmtiêuthụNLvàtàinguyêntrongsảnxuất nguyênvậtliệu.

- Phân hủy sinh học kỵ khí và thu hồi khí sinh học để phát điện, nhiệt, hoặc sảnxuấtranhiênliệuhy-drogen,sản xuấtaxitlac-tic,e-ta-nol.

- Khí hóa (sản xuất khí dễ cháy, hy-dro, nhiên liệu tổng hợp).- Phân hủy nhiệtpolymer-(sảnxuất dầuthôtổng hợp,cóthểđược tiếptụctinhchế).

- Khíhóaplasma(sảnxuấtkhítổnghợpgồmhy-drovàcac-bonmonoxit–syngas).

GiảiphápthuhồinhiệtnăngcủaNTchỉápdụngđượcởnhữngnơicónhiệtđộmôitrườ ng bênngoài thấp hơn đángkể so vớinhiệt độNTvàcòngặp nhiều ràocảnvề kỹ thuật, suất đầu tư và yêu cầu phải cải tạo mạng lưới thoát nước Hiện nay mới đangtrong giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm ở một số nước như Nhật, Đức Giải pháp tậndụngđộngnăngcủadòngnướcđểchạytuốcbinphátđiệnthườngđượcápdụng,lắpđặttuốc bin ở đường ống áp lực dẫn NT vào NMXLNT hay đường ống bơm NT sau xử lý,lượng điện sinh ra tùy thuộc vào NL dòng chảy và thường không lớn Sản xuất NL táitạo như điện mặt trời, điện gió hiện đang được áp dụng ngày càng phổ biến, cho phépđápứngmộtphầnnhucầuvềđiệncủacơsởXLCT,nhưngcũngđòihỏiđầutưtốnkémvà chỉ ở địa điểm thích hợp Công nghệ pin nhiên liệu vi sinh còn đang được tiếp tụcnghiêncứu,pháttriểnđểcóthểđưaraứngdụng.Trongcácgiảiphápkểtrên,hướngtiếtkiệmNLtiêut hụtrongquảnlýnước,NT,CTR,vàsảnxuấtNLtáichếtừCT(bùn,CTRhữucơ)đangđượcquantâmn hiềuvàngàycàngphổbiếntrênthếgiới.

40%chiphívậnhànhvớicácNMXLNTlớn[ 1 2 ] Khoảng50%tổngNLcủaNMXLNTlàdùngch oquá trình hiếu khí[13] [10], đối tượng tiêu thụ NL nhiều nhất Trước đây, khi thiết kếcácNMXLNT,thườngchỉquantâmđếnchấtlượngnướcđầuravàbỏquamứcNLtiêuthụ[12] [14][15][16].Gầnđây,vấnđềgiảmmứctiêuhaoNLtrongvậnhành,đặcbiệtlà việc thu hồi NL từ các quá trình xử lý nước và bùn thải, cho việc sử dụng các mụcđíchkhácnhautrongnhàmáyđượcđềcậptới.XuhướngthiếtkếvàvậnhànhNMXLNTlà cải thiện hiệu suất sử dụng NL và giảm thiểu chi phí xử lý[17] Thời gian khấu haotrungbìnhcủamộtNMXLNTthườnglà50năm(cóthểlâuhơn),trongkhixửlýlàmộtquá trình diễn ra hàng ngày Bất kì một hình thức giảm tiêu thụ NL hoặc tái sử dụng cóthểchohiệuquảđángkểtrongsuốtquátrìnhvậnhànhcủaNMXLNT.

Mức NL tiêu thụ phụ thuộc vào công suất và dây chuyền công nghệ xử lý. Tínhđến tháng 10 năm 2014, tại Mỹ có khoảng 14.780 NMXLNT đô thị với tổng công suấtlên tới 122.425.825 m 3 /ngày [18] Nhu cầu điện năng để xử lý lượng NT trên chiếm từ3- 4% nhu cầu điện năng của quốc gia, tương đương với 30,2 tỉ kWh/năm, tạo khoảng21triệutấnkhínhàkính-GHG[19]

30% chi phí vận hành và bảo dưỡng trong NMXLNT Điều tra 554 NMXLNT tại Mỹcho thấy việc lắp đặt hệ thống nhiệt - điện kết hợp (CHP) cho những nhà máy có côngsuất khoảng 18.500 m 3 /ngày, áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí để xử lý bùn cho kếtquảcaovềthuhồiNL[21].

Nghiên cứu của Tập đoàn Poyry với trên 52 NMXLNT khác nhau ở Đức, Pháp,Brazil, Columbia, Tunisia và Trung Quốc, công suất từ 1.500 - 45.000 m 3 /ngày chothấy có thể tiết kiệm được trung bình 42%N L t i ê u t h ụ t ạ i c á c n h à m á y n à y [ 2 2 ] Nghiên cứu của Cornel cũng chỉ ra tiềm năng tiết kiệm NL khoảng 20–50% trong cácNMXLNThiệnhữuởchâuÂu[8].Trênthựctế,nhiềuNMXLNTởchâuÂuđangđượccảitạo theohướnggiảmNLtiêuthụ.

- Lựa chọn công nghệ phù hợp để tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng, quản lý vàvận hành, giảm giá thành xử lý Ví dụ như: triệt để tận dụng các quá trình XLNT trongđiều kiện tự nhiên hay áp dụng các công nghệ XLNT chi phí thấp (bãi lọc trồng cây, hồsinh học, lọc sinh học nhỏ giọt); ổn định bùn bằng phương pháp phân hủy kỵ khí thaychoổnđịnhhiếukhí;tiềnxửlýkỵkhíNTđểgiảmtảitrọnghữucơtrướckhixửlýhiếukhí để giảm NL tiêu thụ cho sục khí; tiền xử lý bùn trước bể kỵ khí bằng enzyme, nhiệtphân; vv… Giải pháp xử lý kỵ khí bùn cho phép thu hồi khí biogas và thu hồi NL bằngCHP,trongđóbiogasdùngđểphátđiện,đểđảotrộnbểphảnứng,nhiệtnăngđượcdùngđể ổn nhiệt bể mê-tan, gia nhiệt cho bùn thô, sấy bùn đã phân hủy, cho phép tiết kiệmđượctới40- 80%nhucầuNLcủaNMXLNT.

- Đảmbảoduytrìchếđộvậnhànhổnđịnh,giảm thiểunguycơphảixửlý,khắcphụcsự cố.

- Đốivớicùngmộtbểxửlýhiếukhí,giảiphápcấpkhídạngbọtmịncóthểtiếtkiệmtới50%ch iphíđiệnchosụckhí,hay10-20%tổnglượngđiệntiêuthụcủaNMXLNT.

- Sửdụngbơmkhídâng(airlift)đểtuầnhoànbùnhoạttínhvềbểaerotenthaycho bơmbùnthôngthườngcóthểtiếtkiệmtới25%NLđiệndùngchoviệcnày,đồng thờitiếtkiệmchi phíđầutư,bảodưỡnghệthốngbơm.

- Ápdụng tựđộnghoáđolường,điềukhiển cácthiếtbịvàcôngtrình XLNT.

Tùy theo nhu cầu về số lượng và chất lượng nước sử dụng, ta có thể thay thếnguồn nước ngọt (nước mặt, nước ngầm) bằng nguồn nước tái tạo (NT sau xử lý, nướcmưa) Nó giúp giảm 30-50% nhu cầu nước cấp cho sinh hoạt[8], và tiết kiệm NL chocấpthoátnước.

CáccôngnghệxửlýNTbậccaovà/hoặcxửlýđểtáisửdụngnướctiêuthụnhiềuNL Tuy nhiên, so với phương án khử mặn nước biển hoặc vận chuyển nước đường dàithìtáisửdụngnướctiêuthụNLthấphơnkhoảng5,5lần[ 2 3 ] Cácnhàmáyquymôlớnápdụngkỹth uậttiêntiếnđểkhửmuốinướcbiểntiêutốn2,5-2,8kWh/m 3 Nếuápdụngphương pháp sinh học kỵ khí để xử lý

NT và bùn cặn chỉ tốn 0,35 kWh/m 3 , còn tạo rađiệnnăngtừ biogasđápứngnhucầuNL chonhàmáy[ 2 4 ]

Xuthếmớiápdụngcáckỹthuậtthugomvàsửdụngnướcmưatrongcáctòanhàcũng ngày càng phổ biến Nhu cầu NL trong thu gom và cấp nước mưa tốn khoảng 0,3-1,2 kWh/m 3 [25] Giải pháp tiết kiệm NL như triệt để tận dụng thế năng của nước mưa,bốtríbểtrêncao, cầnkhuyếnkhích.

Tổng quan về khối lượng, thành phần, tính chất và hiện trạng quản lý nướcthải,CTRđôthịởViệtNam

1.3.1 HiệntrạngquảnlýnướcthảivàbùnthảiởmộtsốđôthịlớncủaViệtNam.Khố ilượng,thànhphần,tíchchấtcácloạibùnthải

1.3.1.1 Hiệntrạng quảnlý NTởmộtsốđôthịlớncủa ViệtNam. a) TạiHàNội:

Hà Nội là trung tâm hành chính của cả nước, gồm 12 quận, 17 huyện, 1 thị xã;diện tích chiếm hơn 3.344,6 km 2 ;dân số hơn 8,05 triệu người; mật độ dân số các quậnnộithànhlà9.343người/km 2 ;tỷlệdânsốđôthịtăngtừ36,8%năm1999lên41%năm2019(the osốliệuTổng điều tradânsố năm2019).

Hệ thống cấp nước có công suất khai thác khoảng 1.492.200𝑚 3 /ngày, trong đólượng nước cấp cho khu vực đô thị là 909.600 m 3 /ngày Dự kiến đến năm 2050, lượngnướccấpsẽ tănggấphơn2,3lần,lêntới3,4triệum 3 /ngày[ 3 0 ]

Hệthốngthoátnước(HTTN)đangsửdụngởcáckhuđôthịcũlàhệthốngchungđãbịxuốngcấp nghiêmtrọng.Nhiềutuyếncốngcóđộdốckémhoặckhôngđủtiếtdiệnthoát nước nên bùn thải lắng nhiều, gây úng ngập cục bộ và cản trở việc thu gom vàtiêuthoátnướcđôthị[31].

Tổng lượng NTSH khu vực nội đô khoảng 700.000𝑚 3 /ngày, trong đó NTSHkhoảng 400.000𝑚 3 /ngày; NT từ dịch vụ, công nghiệp khoảng 263.000𝑚 3 /ngày. CôngsuấtcácNMXLNTKimLiên,TrúcBạch,BảyMẫu,HồTâymớiđạtkhoảng34.3 00

7.000m3/ngày),riêng NMXLNT Yên Sở công suất 200.000𝑚3/ngày, công suất thựctếđạtkhoảng60%[ 3 1 ] LượngNTSHđượcthugom,xửlýcònthấpsovớitổnglượngNTph átsinh;LưulượngNTcôngnghiệpchiếmtừ33,3÷37,8%tổnglượngNTcủaHàNội NT từ 99.782 cơ sở công nghiệp phát sinh năm 2015 trên địa bàn là 75.000m 3 /ngày[32].Đến tháng 5/2018, Hà Nội có 9/18 KCN

(50%), 21/43 CCN (48,8%) đang hoạtđộngcóNMXLNTđãvậnhànhvớitổngcôngsuấtthiếtkếđạtkhoảng40.000𝑚 3 / ngày.Côngsuấtxử lýthựctếtrungbình chỉkhoảng65%[31].

Tập trung tất cả các bệnh viện tuyến trung ương, và các bệnh viện tuyến thànhphố, nên lượng NT y tế ở Hà Nội phát sinh rất cao khoảng 7.343m 3 /ngày.đêm[33][34].Ngoài ra còn khoảng 156.000m 3 /ngày.đêm NT làng nghề mà hầu hết được xảtrực tiếp ra ao, hồ, kênh mương ngay trong khu vực với lượngđược xử lý không đángkể(xử lýđược13.800m 3 /ngày.đêmchiếmkhoảng8,8%)[31].

Nước thảicủa hầuhếthộgiađình,cơquan,cơ sởdịchvụ của thành phốđượcxửlýsơbộquaBTHtrướckhixảvàohệthốngcốngthoátnướcđôthị.Mộtphầnlớnđượcx ảtrựctiếpracáckênhmương,hồvà4consôngthoátnướcchínhởnộithànhlàsôngKimNgưu,sôngS ét,sôngTôLịchvàsôngLừ.Mộtsố khuvựcđãcóhệthốngthugomNT,đưavềcácNMXLNTtậptrung[31]:

Công ty TNHHNN MTV Thoát nước Hà Nội quản lý, vận hành và bảo dưỡngHTTN;gầnđây,mộtsốNMXLNT(YênSở,BắcThăngLong,HồTây,BảyMẫu)đượcgiaoch oCôngtyPhúĐiền. Đồ án quy hoạch thoát nước thành phố Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn đến2050 chia khu vực trung tâm thành phố thành 29 lưu vực với 31 NMXLNT; đô thịQuốc Oai và 5 đô thị vệ tinh bao gồm Sơn Tây, Hòa Lạc, Xuân Mai, Phú Xuyên vàSóc Sơnđượcchiathành 10 lưu vực với 10 NMXLNT.V ớ i c ô n g n g h ệ á p d ụ n g cho các NMXLNT phải là công nghệ hiện đại phù hợp, tiết kiệm diện tích. Sau năm2030, sẽ xây dựng bổ sung công nghệ sinh học bậc caonhằmtănghiệu quả xử lývàthânthiệnvớimôitrường[35]. b) TạithànhphốHồChíMinh

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá, giáo dục hàngđầu cả nước với 19 quận, 5 huyện, tổng diện tích là 2.095 km 2 ; dân số hơn 8,99 triệungườivàtăngtừ200.000-400.000người/năm,gâysứcéplớnlênmôitrườngcũngnhưhạtầng đôthị(theosốliệuTổngđiều tradânsốnăm2019).

NTSH của khu vực nội đô phát sinh 1.750.000𝑚 3 /ngày đêm[36] Các kênhmương nội thành bị ô nhiễm khá phổ biến và nhiều sông hồ trở thành nơi chứa

NT nhưkênh Tân Hoá – Lò Gốm, Ba Bò, Tham Lương Tổng lượng NTSH được xử lý khoảng13% [37] Thành phố có công nghiệp mạnh phát triển nên lượng NT công nghiệp phátsinh lớn 193.760m 3 /ngày[37] Tính đến nay, Tp Hồ Chí Minh có 21 KCN, khu CNCvà CCN phát sinh lượng NT 49.370m 3 /ngày đã được thu gom về NMXLNT tập trung.Với2 8 1 7 c ơ s ở s ả n x u ấ t c ô n g n g h i ệ p n ằ m n g o à i K C N -

144.390m 3 /ngày,hiện đãthu gomđược138.321m 3 /ngàyđạt tỷlệ 95,7%[38].

Là nơi tập trung các bệnh viện lớn nhất khu vực phía Nam, nên lượng NT y tếphátsinhtoànthànhphốkhoảng17.750m 3 /ngày Với100% bệnhviện,phòngkhámđakhoa có hệ thống XLNT Tuy nhiên, theo thống kê các bệnh viện chiếm tỷ lệ khá lớntrongcác cơsở gâyônhiễmmôitrườngnghiêmtrọng[1].

Tại Tp.Hồ Chí Minh, hiện có 3 NMXLNT tập trung đang hoạt động, đó là: BìnhHưng, công suất xử lý 141.000m 3 /ngày; Bình Hưng Hoà, công suất xử lý 30.000m 3 /ngày; NMXLNT Tham Luông – Bến cát, công suất 125.000 m 3 /ngày, nhưng chưacó NT thu gom về, mới vận hành với công suất khoảng 10.000 m 3 /ngày Ngoài ra, tạicác khu đô thị mới, các tòa nhà văn phòng, dịch vụ, có hàng trăm hệ thống XLNT phântáncho chủđầutưxâydựngvàquảnlývậnhành [39].

1.3.1.2 Khốilượng,thànhphần,tínhchấtvàhiện trạngquảnlý cácloạibùnthải a) Bùncủa NMXLNT

Bùn thải sinh ra từ mạng lưới thoát nước:có hàm lượng chất hữu cơ tương đốilớn (chiếm tỉ lệ 40 - 53%),đ ộ ẩ m d a o đ ộ n g t ừ 8 0 - 9 2 % , t h à n h p h ầ n v ô c ơ k h á c a o đ ặ c biệt vào mùa khô[40] Thành phần các chất độc hại từ nhiều nguồn khác nhau, các vi sinhvật gây bệnh là nguyên nhân làm hạn chế khả năng sử dụng loại bùn cặn này làm phânbónchonôngnghiệp.GiảiphápxửlýduynhấthiệnnayđốivớiloạibùnthảitừMLTNlàvậnchuyểnr achônởcácbãichônlấp.

Bùn BTH:có thành phần khá phức tạp, nhiều chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, hàmlượng cặn cao, chứa nhiều mầm bệnh Loại bùn này cần được thu gom và xử lý triệt để,bằng các công nghệ thích hợp để vừa tận dụng được các chất có ích, vừa tránh làm ônhiễmmôitrường,lâylanbệnhtật.

Bùn từ các NMXLNT:có thành phần chứa nhiều chất hữu cơ và các nguyên tốdinh dưỡng như N, P, K, S, Fe, , có thể dùng làm phân bón rất tốt Tuy nhiên các chấthữucơdễbịphânhủytrongmôitrường,gâyhôithối.Bùncặncònchứanhiềuvikhuẩngâybệnh vàđộẩmlớnnênviệcsửdụngbùncặntươilàmphânbónkhôngcólợivàkhóvậnchuyểndobùnlẫnnh iềunước.

Theo Izrail S Turovskiy và P K Mathai (2006), nguồn gốc phát sinh các loạibùnthảitừ cácNMXLNTđượcthểhiệntrênHình1.4.

Bùn sơ cấp:Sinh ra từ bể lắng sơ cấp với hàm lượng cặn tổng số dao động từ 2 -

7% Lượng chất khô chiếm khoảng 50% hàm lượng cặn tổng số Bùn này có khả năngtáchnướcnhanhnhưnglạibịphânhủynhanhvàgâymùi.

Bùn thứ cấp(hay bùn sinh học) là sản phẩm từ các quá trình xử lý sinh học, khóbị tách nước hơn bùn sơ cấp do sự có mặt của các bông bùn nhẹ hình thành trong quátrìnhkếtbôngkeotụsinhhọc.

Bùn hóa học:Do việc sử dụng các hóa chất để kết tủa và loại bỏ các chất khó xửlýđồngthờilàmtănghiệusuấtloạibỏcặnlơlửngnêntrongthànhphầnbùnthảisẽchứamộtlượnglớnc áchóachất.

-Lượng bùn sinhra phụ thuộc vào dòng NT đầu vào và loại công trình xử lýđượctrìnhbàyởbảng1.1.

Trongcôngnghệbùnhoạttính,khoảng30-50%các chấthữucơcótrongNTsẽđượcchuyểnsangdạng bùn,tươngđươngvới 0,3-0,5kgbùnsinhra/ 1kgCODxửlý.Tại một số nước châu Âu, lượng bùn thải (tính theo chất khô) phát sinh từ quá trình xửlýsơcấpvàthứcấpkhoảng90g/ngày/người.ỞAnh,mỗinămcókhoảng30triệutấnb ùnthải,tươngđươngvới1,2triệutấnbùnkhôsinhra.Chiphícholoạibỏvàxửlýbùnmỗinămkhoảng2 50triệubảngAnh, ứngvới5bảngAnh/người[ 4 2 ]

-Các thành phần chính của bùn:có chứa rất nhiều các hợp chất hóa học, quyếtđịnhđếnviệclựachọncácgiảiphápxửlý.Thànhphầncủabùncặnđượctrìnhbàytrongbảng1.2v àPhụlục1.Hiệuquảcủacácquátrìnhđốthoặcxửlýbùnbằngphươngphápnhiệtphụthuộcchủyếuvà onhiệttrịcủabùn.

-Tính chất đặc trưng của bùn:Bùn thải chứa từ 95 – 99 % nước (95 - 96% vớibùn sơ cấp; 98 - 99% với bùn thứ cấp Các chất hữu cơ (qua thông số TVS, TC, TOC).Phầnhữucơdễphânhủysinhhọcchiếmtừ30-

Tính chất của bùn thải phụ thuộc vào tính chất của NT đầu vào, công nghệ xử lý nướcvà bùn thải , tính chất của bùn ở các công đoạn xử lý khác nhau cũng khác nhau (xembảng1.2vàPhụlục1).

Thànhphần Đơnvị Khôngcó tiềnxử lý Bùnhoạttính

-Hiệntrạngquản lýbùntừ cácNMXLNT đôthịlớnở ViệtNam

Phụlục2trìnhbàykếtquảphântíchthànhphần,tínhchấtcủabùnhỗnhợptạibểchứa và sau nén của NMXLNT Trúc Bạch, Bắc Thăng Long - Vân Trì[44].Kết quảphântíchchothấythànhphầnhữucơphânhủyđượcbằngphươngphápsinhhọctươngđối cao

Cơ sở khoa học trong nghiên cứu tương quan giữa các dòng chất thải đô thịvànănglượng

Phân tích các quá trình chuyển hóa vật chất, lượng hóa các dòng vật chất của mộthệ thống QLCT trên một phạm vi không gian, phân tích cân bằng NL, đánh giá lợi íchkinh tế của phương thức QLCT, … là các công việc thường gặp trong quy hoạch, phântích,đánh giá,lựachọnmôhìnhQLCT phùhợp.

Trongcáccôngcụphântích,môphỏngquátrìnhtraođổichất,côngcụphântíchdòng vật chất (MFA) được coi là một công cụ hữu hiệu, có tiềm năng áp dụng trongQLCT Công cụ này nhằm mục đích lượng hóa được các dòng vật chất, hiện nay đượcnhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới áp dụng MFA được chứng minh là một công cụđáng tin cậy, thích hợp cho việc phát hiện sớm các vấn đề về môi trường để có các biệnpháp giải quyết thích ứng[80] Nó là một công cụ có thể áp dụng rộng rãi trong nhiềulĩnhvựcnhưQLCT,NT,dinhdưỡngnôngnghiệp,chấtlượngnước,bảotồnvàphụchồitàinguyê n[81].

Phương pháp phân tích dòng vật chất MFA cho phép mô tả các dòng vật chất trongmột hệ thống, ở các phạm vi khác nhau, ví dụ như trong một vùng MFA cho phép thểhiệnđượcmốitươngquanliênngànhgiữacácquátrìnhbiếnđổivậtchất,chophéppháthiệnvấnđềs ớm(khixemxétcáckịchbản)vàcóthểdùngđểdựbáo,đánhgiáđượccácbiện pháp, phương thức tiếp cận mới. Các nghiên cứu và ứng dụng MFA trong lĩnh vựcmôitrườngđượcthựchiệnbởiWernickvàAusubel,WRI[82].

Trong lĩnh vực kỹ thuật môi trường, quản lý môi trường, MFA giúp tối ưu hoáquản lý tài nguyên, nó được áp dụng để đánh giá tác động của những thay đổi trong môhìnhtiêuthụ,sinhraCTRvàNTtrongsảnxuất;cũngnhưviệcCTvàNTđượctáisử dụng, giúp giảm tiêu thụ tài nguyên và ô nhiễm môi trường Nó cung cấp thông tin hữuíchgiúpcácnhàquyhoạchraquyếtđịnhtốiưuhóaviệcquảnlýtàinguyênvàkiểmsoátônhiễmmôit rường.

TrongMFA,mỗiquátrìnhđềucómộttiếntrình(flow)xuấtphátvàmộttiếntrìnhđến đích Kết quả là mỗi tiến trình được nối với các tiến trình khác bởi các quá trình(process) Một quá trình nào đó đi từ tiến trình

A đến tiến trình B, được gọi là “đầu ra”(output) của tiến trình A và là “đầu vào” (input) của tiến trình B Một quá trình nhậpđượchiểulàquátrìnhđivàohệthốngvàquátrìnhxuấtralàquátrìnhrakhỏihệthống.

Hình 2.1.Chia nhỏ một “hộp đen” bằng cách tách một quá trình đơn thành một vài quátrìnhconcungcấpthôngtinbổsungvàoquátrìnhchính[81]

[80], Baccini và Bader (1996) và Brunner và Rechberger (2004)

Nhìnchung,cácquátrìnhcóthểđượcchianhỏthànhnhữngquátrìnhnhỏ,quátrì nhnhỏhơnvàngượclại,bấtkểbaonhiêucácquátrìnhnhỏcóthểđượckếthợplại thànhmộtquátrình(hình2.1).

Mục tiêu chính của MFA là phát triển các mô hình đơn giản và đáng tin cậy đểphác hoạ thực tế Theo như định luật bảo toàn khối lượng, khối lượng của các chất đivào quá trình bằng khối lượng các chất đi ra quá trình cộng phần được lưu trữ thêm vàohoặcmấtđicủavậtchấttrongquátrình.Nếudòngvàovàdòngrakhôngbằngnhau,mộthoặcnhiềudò ngvậtchấthoặclàthiếuhoặclà đượcxácđịnh sai.

2.1.2 Phântích dòng vậtchấtvớiphầnmềm STAN a) GiớithiệuvềSTAN

Phần mềm STAN (subSTance flow ANalysis) là phần mềm miễn phí do nhómchuyên gia của Viện nghiên cứu chất lượng, tài nguyên nước và QLCT, trường Đại họcKỹ thuật Vienna phối hợp với công ty phần mềm INKA phát triển, nhằm giải quyết cácvấnđềbấtcậptrongquátrìnhsử dụngMFA[5]. b) Giaodiệnbênngoài

Cửa sổ giao diện bên ngoài: cho phép đặt câu lệnh quan trọng nhất ở thanh côngcụ bên phía tay trái để vẽ hình, thiết lập và tính toán MFA (hình 2.2) như: quá trình(process),cáctiếntrình(flows),đườngbiêncủahệthống(systemboudary)vàphầnchữ(text) Mỗi quá trình cũng như tiến trình của mô hình có thể thay đổi thuộc tính(properties)haydữliệutạiphầnthuộctínhnằmphíatayphảicủamànhìnhtuỳtheonộidung MFA. Cửa sổ Model Explorer, mô hình MFA được mô tả từng quá trình và cáctiến trình theo dạng hình cây nằm ở phía tay trái của màn hình Cửa sổ Trace Output sẽthểhiệncáclờinhắnvàtiếntrìnhtínhtoáncũngnhưcáclỗisaitrongquátrìnhtínhtoán(nếucó)nằm ở phíadướicủamànhình. c) Môhìnhhóahệthống

Hệ thống được thiết kế từ các phần như quá trình, tiến trình, đường biên của hệthốngvàchữ; sauđóhệthốngđượcmôphỏngdướidạngsơđồ(Hình2.3).

Nếu quá trình có tổn thất hay hệ thống nhỏ bên trong thì sẽ đánh dấu thêm vào ô“stock” hay “sub-system” ở cửa sổ thuộc tính Các tiến trình liên quan một quá trìnhđược thể hiện bằng các mũi tên dọc theo chu vi của hình chữ nhật thể hiện quá trình đó.Kết nối giữa hai quá trình là các tiến trình, còn tiến trình nhập (import flows) và tiếntrình xuất (export flows) được sử dụng để kết nối các hoạt động với các quá trình khácbên ngoài đường biên của hệ thống Phần chữ và các biến số của hệ thống có thể đượcchỉnhsửariênglẻ,sauđó,phầnmềmsẽtựcậpnhậtvàohệthống.SơđồcủaMFAsẽ đượctựđộnghệthốnghóacáctiếntrìnhbằngcáchđánhsốsaukhithiếtkếtrênSTAN(thểhiệnởH ình2.4).

Các dữ liệu như: khối lượng tiến trình (mass flows), lưu trữ (stocks), nồng độ(concentrations) và hệ số luân chuyển (transfer coefficients) sẽ được nhập bằng tay vớiđơnvịvàsaisốcủadữliệuchocáclớpdữliệukhácnhau(1xhànghóa,nxvậtchấtvà1xNL)vàkh oảngthờigianvớicácđơnvịđượcmặcđịnhsẵn.Khimôhìnhxuấtrahìnhvẽ, đơn vị của các biến số sẽ được tự động qui đổi theo đơn vị của khối lượng tiến trìnhvàlưutrữ(Hình2.5).Saisốcủadữliệuđượctínhtoántheocôngthứcgiátrịtrungbình(meanvalue )vàsaisốtiêuchuẩn(standarddeviation).

Phầnmềmcũngđưarabảngtổngkếtcácsốliệuđầuvào,dễdàngkiểmsoáthoặc nhậpvàohayxuấtra từchươngtrìnhMicrosoftExcel. e) Tínhtoán

Côngthứctínhtoáncânbằng: Σđầ𝑢 ầ𝑢đầ𝑢 𝑣à𝑜=Σđầ𝑢 ầ𝑢đầ𝑢 𝑟𝑎+ 𝑡ℎ𝑎𝑦 ổ𝑖đầ𝑢 𝑡ổ𝑛 𝑡ℎấ𝑡 Côngthứctínhtoándựatrênhệsố luânchuyển: đầ𝑢ầ𝑢𝑟𝑎 𝑥 =ℎệ𝑠ố𝑙𝑢â𝑛𝑐ℎ𝑢𝑦ể𝑛 đầ𝑢 ế𝑛 đầ𝑢 ầ𝑢 𝑟𝑎𝑥 + Σđầ𝑢 ầ𝑢đầ𝑢 𝑣à𝑜 Côngthứctínhtoántổnthất:

𝑡ổ𝑛𝑡ℎấ𝑡 𝑔𝑖𝑎𝑖 𝑜ạ𝑛 đầ𝑢 𝑖+1 =𝑡ổ𝑛𝑡ℎấ𝑡 𝑔𝑖𝑎𝑖 𝑜ạ𝑛 đầ𝑢 +𝑡ℎ𝑎𝑦 ổ𝑖đầ𝑢 𝑡ổ𝑛𝑡ℎấ𝑡 𝑔𝑖𝑎𝑖 𝑜ạ𝑛 đầ𝑢 𝑖 Côngthứctínhtoándựatrênnồngđộvậtchất:

𝑘ℎố𝑖𝑙ượ𝑛𝑔 𝑣ậ𝑡𝑐ℎấ𝑡 =𝑘ℎố𝑖𝑙ượ𝑛𝑔 ℎà𝑛𝑔ℎó𝑎 +𝑛ồ𝑛𝑔 ộđầ𝑢 𝑣ậ𝑡𝑐ℎấ𝑡 Những dữ liệu cần thiết sẽ được sử dụng tính toán và những dữ liệu không sửdụng trong tính toán sẽ được tự động sử dụng để kiểm chứng các dữ liệu chưa biết. Tấtcả các dữ liệu hiện có trong các lớp và chu kỳ sẽ được sử dụng một cách đồng thời. Dođó,cáclỗisẽđược tự độngpháthiệnthôngqua cácphép kiểmtraxácsuất. f) Hiểnthịkếtquảtính toán

Hình2.6.BảnghiểnthịkếtquảtínhtoáncủaMFA. hình vẽ khác nhau Do đó, chiều dày của mũi tên thể hiện khối lượng của các tiến trình(hình2.6).Sơđồcóthểxuấtracácđịnhdạng khácnhaunhư:bmp,emf,exif,gif,icon,jpeg,pmg,tiff,wmf.

TínhtoáncânbằngNL(EB)thườngđượcsửdụngchocácquátrìnhsảnxuất,đểlượnghóacá cdòng NLvào–ra,cungcấpthôngtinvềhiệuquảsửdụng

NL trong hoạt động sản xuất của một chu trình sản xuất công nghiệp Nguyên lý cơ bảncủabài toáncân bằng là:

NLđầuvào=NLra +NLtíchlũy Các công cụ này thường được áp dụng để tính toán cân bằng NL trong quy mômột nhà máy hay một công đoạn sản xuất Có thể áp dụng công cụ cân bằng NL để tínhtoánchomộtTTXLCT,thuhồitàinguyên.Ởquymôđôthị,việcứngdụngcôngcụnàybị hạn chế, do thiếu các dữ liệu cần thiết và thiếu sự liên hệ tương quan về không gian,thờigian.

2.1.4 Phương pháp xác định năng lượng tiêu thụ của các thiết bị trong cơ sở xử lýchấtthải ĐểxácđịnhNLtiêuthụchocácquátrìnhxửlý,tùytheo nguồnthôngtin cóthểthu thập được, đặc điểm của các quá trình và của cả hệ thống xử lý, có thể có các phươngphápxácđịnhcôngsuấttiêu thụđiệnnăng,nhiệtnăngnhưsau:

(a) Khảosátthựctế,thuthậpdữliệuvậnhànhcủahệthống/ quátrình,kểcảlưulượngNT,côngsuấtthiết bịhoạtđộng,sốgiờhoạtđộng,chỉsốcôngtơđiện, (b) Thamkhảo tàiliệu vàlấymứctiêuthụNLcủacácquátrình/thiết bị tươngtự.

(c) Xác định công suất tiêu thụ điện, số giờ hoạt động của thiết bị căn cứ theo cáctính toán công nghệ Tổng mức tiêu thụ điện của hệ thống bằng tiêu thụ điện của từngquá trình/thiết bị trong hệ thống, tính cho một đơn vị thời gian (ngày, tháng, năm, ).Trongtínhtoáncầnphảitínhđếncảhiệusuấtcủa độngcơ,thiếtbị.

Phươngpháp(b)cósaisốlớn,vìmỗiquátrìnhcôngnghệvàmỗihệthốngcóđặcthù riêng, nên khoảng dao động giá trị tính toán được sẽ rất lớn, khó sử dụng trong cácnghiêncứusosánh,đánhgiágiữacácphươngáncôngnghệ.

Phương pháp (c) được áp dụng cho nghiên cứu này Kết quả tính toán được đốichiếu,kiểmchứngvớicácsốliệuxác định được bằngphươngpháp(b).

CácgiảiphápcôngnghệxửlýCTR,NT vàbùn nhằm thuhồi tàinguyên.52 1 Phânhuỷkỵkhí thuhồinănglượng

Phânhủykỵkhílàmộttrongnhữngcôngnghệlâuđờinhấtđểxửlýổnđịnhchấtrắn và chất rắn sinh học, trong đó diễn ra sự phân hủy hầu hết là các chất hữu cơ trongmôitrườngkhôngcóôxi.Phânhủykỵ khíchủyếudovikhuẩnđảmnhiệm.

Phương pháp này cho phép thu hồi NL (khí sinh học) và tái sử dụng các chất rắnsinh học sau phân hủy Do đó nó được áp dụng nhiều nơi trên thế giới, kể cả Việt Nam.Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứukhông chỉ phân huỷ kỵ khí đơn lẻ CTRhữucơhaybùncặnmàhọđãxử lýkếthợp bùnvàCTRhữucơ.

Côngnghệlênmenkỵkhíhiệnnayđượctiếnhànhtheohaimôhìnhhệxửlýđơnvà hệ xử lý đôi, được vận hành ở điều kiện lên men ấm (mesophilic, 30-37 o C) và lênmennóng(thermophilic,50-55 o C)haykếthợp.

Bể chứa bùn trung gian Cấp nhiệt

Hệlênmenkỵkhíđơngồmcómộtbểphảnứngđượclắpđặtthiếtbịkhuấy,thiếtbịgianhiệt,cửa nạpliệu,xảbùn,xảnướcvàbộphậnthukhí(Hình2.8a).Quátrìnhphânhủy bùn và lắng cùng đồng thời xảy ra trong bể phản ứng, do vậy trong bể bùn đượcphânchiathànhcáctầngkhácnhau,từđáylêngồmcólớpbùnđãbịphânhủy,bùnđangđượcphânh ủytíchcực,nướcchắt,lớpvángvàkhí.

Hệ lên men kỵ khí đôi gồm hai bể phản ứng nối với nhau, trong đó bể thứ nhấtđược gia nhiệt và khuấy liên tục nhằm ổn định bùn còn bể thứ hai dành cho quá trìnhtiếptụclênmen,lắngvàxảbùnsaukhixửlý(Hình2.9).

Hiệusuấtsinhmê-tan(tínhtheođơnvịCOD)củahaihệxửlýtươngđươngnhau,hệ xử lý đôi cho phép vận hành với chế độ nạp liệu cao hơn và thời gian lưu bùn ngắnhơnsovớihệxửlýđơn,đồngthờicótínhổnđịnhcaonhờhaiquátrìnhsinhaxitvàsinhmê-tan được cách ly và giảm ảnh hưởng của các yếu tố độc hại như NH3, H2S, VFA tớinhómvisinhvậtsinhmê-tan.

Trong quá trình lên men, có hai loại phản ứng hóa học và sinh hóa xảy ra, đượcgọi là phản ứng tạo axit và phản ứng tạo mê-tan Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờvi khuẩn kỵ khí chủ yếu diễn ra qua các giai đoạn sau: thuỷ phân, axit hoá, acetat hoá,mê-tanhoá [83].

Tronggiaiđoạnthứnhất,mộtnhómcácvikhuẩnkỵkhítùytiệnvàkỵkhíbắt buộc chuyển hóa (qua thủy phân và lên men) các hợp chất cac-bon hữu cơ thành cácphân tử hữu cơ đơn giản, chủ yếu là các axít hữu cơ có phân tử lượng nhỏ Ở giai đoạntiếp theo, các axít hữu cơ và H 2 được chuyển thành mê-tan và CO2 Quá trình chuyểnhóanàydomộtnhómvisinhvật đặcbiệtcótêngọilàmethanogensđảmnhiệm.

Hình2.10 thểhiện sơđồquátrình phânhuỷchấthữucơtrongđiều kiệnkỵkhí.

- ĐộpH:rấtquantrọng,ảnhhưởngđếnhiệusuấtvàđiềukiệnlàmviệcổnđịnhcủaquátrình.Điề u kiện tốiưuchobể biogaslàpH=7,0–7,2,quátrìnhsẽbịdừngkhi

Hình2.10.Quátrìnhphânhủychấthữucơtrongđiềukiệnkỵkhí[ 8 3 ] pHởmứcgần6,0.Cácvikhuẩnsinhaxit tạo axithữucơlàmgiảm pHtronghệxửlý.

-Nhiệtđộ:ảnhhưởngtớicáchoạtđộngchuyểnhóacủacácvikhuẩnvàtỉlệchuyểnhóakhígasvàkhản ănglắngcủachấtrắnsinhhọc Nhiệtđộcònlàyếutốquantrọngđểxácđịnh mức độ phân hủy, đặc biệt là tỉ lệ thủy phân và tạo khí mê-tan[84] Đa số các hệthống phân hủy kỵ khí được thiết kế để hoạt động trong điều kiện lên men ấm T = 30-

Do có tốc độ sinh trưởng chậm, methanogens rất nhạy cảm với những thay đổi nhỏ vềnhiệt độ trong môi trường.Xử lý kỵ khí ở quá trình lên men nóng với nhiệt độ cao 50-55 o C, thì quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra mạnh hơn, tốc độ sinh khí biogas caohơn[ 8 5 ] [86] vàloạibỏđượcvisinhvậtgâybệnh,

- Thànhphầnhóahọccủanguyênliệunạp ĐặcđiểmCT:thànhphần,tỉlệC/Nvàkíchthướclàyếutốquantrọngquyếtđịnhsự thành công của quá trình xử lý kỵ khí Nguồn nguyên liệu thải cần được cân bằng vềdinhdưỡng(cac-bon,ni-tơ,phốt- pho,lưuhuỳnh )đểhệxử lýđạthiệusuấtcao.

Methanogens có thể tạo khí mê-tan từ các hợp chất hữu cơ như carbohydrate,protein, lipid cũng như một số hợp chất thơm phức hợp Tuy nhiên một số chất như ligninhayn-paraffinthườngkhóbịphânhủytrongđiềukiệnkỵkhí.

= 70÷200/1[87].Để duy trì tỉ lệ C/N trong bể phản ứng, nếu chỉ có một nguyên liệunạpkhôngđápứngđượcđiềukiệnnày,ngườitathườngnghĩtớigiảiphápxửlýkếthợpcácloạiCT giàucacbon(tỉlệC/Ncao)vớichấthữucơgiàu nitơ(tỉlệC/Nthấp)[88]

Lượng phốt-pho do vi sinh vật tiêu thụ trong hệ xử lý kỵ khí được xác định vàokhoảng1/5đến1/7nhucầuvềni-tơ.Phầnlớnvisinhvậtđềucókhảnăngsửdụngphốt- phovôcơ,hấpthụvàocáctếbàođangsinhtrưởngnhờenzymephosphatase.

Kích thước của thành phần nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong xử lý kỵkhí,đặcbiệttronggiaiđoạnthủyphânvìkíchthướccàngnhỏsẽcungcấpdiệntíchcànglớnchoquátr ìnhbẻgẫyenzymes [89] [90].

Thời gian lưu thuỷ lực được định nghĩa là thời gian trung bình CT tồn tại trongbể phản ứng Đối với bể xử lý kỵ khí được khuấy trộn đều, thời gian lưu thuỷ lực chínhlà thời gian lưu bùn Thời gian lưu thuỷ lực phụ thuộc vào đặc điểm của nguồn thải vàđiềukiệnmôitrường, cầnđượckéodàithích hợp,thườngkhoảng10÷60ngày[ 9 1 ]

Tải lượng hữu cơ là lượng CT đưa vào bể phản ứng Nếu tải lượng hữu cơ tăngcao,quátrìnhthuỷphânvàaxithoádiễnramạnhtrongkhivikhuẩnmê-tansinhrachậm hơn, sẽ không tiêu thụ hết lượng axit béo, pH của hệ sẽ giảm, ảnh hưởng đến khả năngsinhmê-tanvàhệcóthểbịngừng.

Trongcáchệxửlýkỵkhí,70÷90%cácchấthữucơcóthểđượcchuyểnthànhkhísinh học, khoảng 5÷15% chuyển thành sinh khối tạo bùn thải từ hệ thống xử lý [92].Phầnvậtchấtkhôngphânhủyđượcchiếm10÷30%.Ưuđiểmnổitrộicủacôngnghệxửlýkỵkhí sovới xử lýhiếukhílàviệctạokhísinhhọcvà tạoítsinhkhối.

NhómnghiêncứucủaTrườngĐạihọcXâydựngđãthựchiệncácthínghiệmxácđịnhkhảnăng sinhkhícủabùnBTHvàCTRhữucơbằngphươngphápphânhủykỵkhítrong điều kiện lên men nóng [93] [94] [95]. Bùn BTH có giá trị COD cao (dao động12.600-79.500mg/l),tỉlệVS/TS63%- 82%;CTthựcphẩmcóCODdaođộng118.450-

241.000 mg/l, tỉ lệ VS/TS dao động 79%-95% Tỉ lệ COD/N của bùn BTH dao động 9-18/1, CT thực phẩm có tỉ lệ COD/N cao hơn, từ 85-179/1 Do vậy, xử lý kết hợp hainguồn này có thể tạo môi trường thuận lợi cho quá trình xử lý kỵ khí ở chế độ lên mennóng.

Tỉ lệ hỗn hợp bùn BTH/ CT thực phẩm tối ưu đối với thành phố Hà Nội là 9:1theo thể tích, (tương ứng tỉ lệ 1:1 theo COD) Ở tỉ lệ này hiệu suất sinh khí mê-tan caonhất,đạt80%,cholượngkhímê-tandaođộng264-278 NmlCH 4 /gCOD.

CTthựcphẩmvàbùnBTHđảmbảoquátrìnhsinhkhíbiogasdiễnraổnđịnh,chohiệusuấtxửlýtheoC ODcaohơnnhiềusovớichỉ xử lý riêng bùn BTH Chế độ lên men nóng cho lượng khí mê-tan sinh ra cao hơn0,57%- 11%,hiệusuấtxửlýtheoCODcaohơn3%-14%,rútngắnthờigianphânhủyxuống16% - 19%sovớichế độlênmenấm.

Bùn sau xử lý kỵ khí kết hợp bùn BTH và CT thực phẩm ở chế độ lên men nóngantoànvềmặtvisinh,tiêudiệthoàntoànmầmbệnh,cóthểsửdụnglàmphânbón,chấtcảitạo đất cho cây trồng.

QuátrìnhphânhuỷcáchợpchấthữucơtrongđiềukiệnkỵkhíởcácBCLsaukhichôn lấp một thời gian sẽ sinh ra biogas giàu mê-tan Khí biogas này được thu lại lànguồnnhiệtnănghoặcđiệnnăngđángkể.

Ban đầu khi CT còn mới, quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn ra do có không khítrongcácchỗtrốngcủaCT.Kếtthúcquátrìnhnàysẽđếnquátrìnhphânhủykỵkhí,giaiđoạn này sẽ thu được khí biogas Vì vậy, khí biogas sẽ thu được đáng kể sau khi BCLđóngđượcvàinăm.Nhưvậy,cácBCLhợpvệsinhcầnđượctrangbịhệthốnggiếngthukhí,hệthốn gbơmvàxử lýnước rácsinhratrongquátrìnhphânhủy.

NghiêncứumôhìnhQLCTchoquận LongBiên,thànhphốHàNội

2.4.1 Lựachọnđịađiểmnghiêncứu Đểtiếnhànhnghiêncứuđiểnhình,nghiêncứusinhđãlựachọnmộtđịabàncụthể,theocácti êuchísau:

- Địabàncócơsởdữliệutươngđốiđầyđủcảvềđiềukiệntựnhiên,kinhtế-xãhội, quyhoạchsửdụngđấtvàpháttriểnkhônggian,vànhấtlàcơsởdữliệuvềhạtầngkỹthuậttương đốiđầyđủ,cóthểkế thừa.

- Khu vực nghiên cứu tương đối biệt lập, không có hoặc có ít sự giao thoa với các khuvựckhác,vídụnhưđườngốngcấpnước,thugom,vậnchuyểnvàXLNT,

- Tươngtự,khuvựccólượngCTRphát sinhcỡkhoảngvàitrămtấn/ngàytrởlên,đểcóthểápdụngcácgiảiphápcôngnghệxửlý,tái chếphùhợpởquymôcôngnghiệp[ 8 7 ]

Kếtquả,nghiêncứusinhđãchọnđượcđịađiểmnghiêncứuđiểnhìnhlàQuậnLongBiên,thành phốHàNội.QuậnLongBiên đápứngđầyđủcáctiêuchí trênđây.

Long Biên là mộtquậnthuộc nội thành Thành phốHà Nội, nằm dọc phía bờ Bắccủasông Hồng, Đông và Bắc giápSông Đuống; Tây giápSông Hồng, Nam giáphuyệnGiaLâm.QuậnLongBiệnđượcthànhlậptheoNghịđịnhcủaChínhphủsố132/2003/ NĐ-CP ngày 6 tháng 11 năm2003, trên cơ sở tách 10 xã: Thượng Thanh,Giang Biên, Ngọc Thụy, Việt Hưng, Hội Xá, Gia Thụy, Bồ Đề, Long Biên, Thạch Bàn,CựKhốivà3thịtrấn:GiaLâm,ĐứcGiang,SàiĐồngthuộchuyệnGiaLâm.QuậnLongBiêncódiệ ntích6,038.24ha(60,38km²),sốdân287.800người(2016).

NghiêncứuđượctiếnhànhchoquậnLongBiênđếnthờiđiểmnăm2030,vớicácsố liệu đầu vào được lấy dựa vào hiện trạng và quy hoạch phát triển của khu vực.TheoQuyhoạchchitiếtquậnLongBiêntỷlệ1/2000(Phầnquyhoạchsửdụngđấtvàqu y hoạchgiaothông)đãđượcUBNDThànhphốphêduyệttạiQuyếtđịnhsố228/2005/QĐ-

UBngày19/12/2005.Quymôdânsốhiệntrạng,năm2020là342.000người(vùngngoàiđê: 5.300 người, vùng trong đê: 336.700 người) Diện tích khu vực nghiên cứu là:6038,24ha, gồm: Khu vực ngoài đê khoảng

2250,22ha (sông Hồng, sông Đuống và bãisông);vàkhuvựctrongđêkhoảng3788,02ha(đấtpháttriểnđôthị).Khuvựcđượcgiớihạn bởi phía Bắc, Đông Bắc, Tây, Tây Nam là hành lang bảo vệ đê sông Hồng, sôngĐuống.PhíaĐôngNam là huyện GiaLâm.

Nhìn chung trong khu vực quận chưa có HTTN thải riêng mà thoát chung vớiHTTN mưa Khu vực làng xóm NT chủ yếu đổ vào rãnh xây dọc tường để chảy vào ao,hồ mương hiện có Khu vực dân cư đô thị, cơ quan, NT được xử lý qua BTH rồi thoátvàohệthốngcốngchungvớinướcmưa.HTTNchunggồmcácloạicốngxâygạch,cốngcónắpđậyb êtông,cácđườngốngximănggiacố,cácconkênhvàmươnghởđượcxâydựng từ lâu Đường cống thoát nước có mặt cắt nhỏ, mật độ thấp Các khu đô thị mới,có HTTN riêng, phân tách NT và nước mưa, tuy nhiên phần lớn trường hợp sau đó lạinhậpvàocáckênhmươngthoátnướcchính.Hạtầngthoátnướckhôngđồngbộ, quátảinênxảyratìnhtrạngngậpúngởmộtsốnơi.

QuậnLongBiêncó50aohồ,trongđó12hồđượcsửdụngđểphụcvụthoátnước,nhưng việc xả thải tại quận chủ yếu chảy vào các nhánh của sông Cầu Bây Hiện chỉ cómộtNMXLNTchoKCN SàiĐồng đanghoạtđộng.

Hiện có khoảng 33 điểm tập kết thu gom và vận chuyển CTR do Công tyMôitrường đô thị phụ trách Cũng như hầu hết các đô thị hiện nay, quy trình thu gomCTRđều theo mô hình như Hình 2.18 Hầu hết lượng CTR phát sinh tại địa bàn quậnLongBiên được thu gom và đưa về Khu XLCT Nam Sơn Trước đây, một phần CTR đượcđưađếnbãirácKiêuKỵ(5,3ha),tuynhiêngầnđâyBCLnàyđãngừnghoạtđộng.CTRđượcđưa vềBCLNamSơnđổxuốnghố,sauđóxenénsẽtrảiđềuvànénchặtrác;xe

Xe đẩy tay Thùng đựng CTR công cộng

CTR từ cơ quan, công trình công cộng CTR từ đường phố

CTR từ các hộ gia đình

Xe cơ giới chuyên dụng

Bãi chôn lấp CTR đô thị rắc vôi bột trên bề mặt để tẩy trùng; xe bồn phun chế phẩm EM nhằm hạn chế mùi hôi;xephủcánmộtlớpđấtmỏng3-4cmlênbềmặt.

Hình2.18.Sơđồvậnchuyển,thu gomchất thảirắn

Thành phần CTRSH có nguồn gốc hữu cơ ở Long Biên, tương tự như ở khu vựcnộithànhthànhphốHàNộinóichung,là53-61%,độẩm50-70%,tỷtrọngCTRchiếmtừ0,39- 0,5tấn/m 3 Đểthamkhảo,Phụlục4cótrìnhbàykếtquảnghiêncứuthànhphầnCTRSH của khu vực nội thành

Hà Nội của JICA, Nhật Bản thực hiện tại 2 bãi chôn lấpCTRcủaThànhphốđanghoạtđộng.

BTHvàquảnlý phânbùnBTH: ĐốivớiBTHtiếpnhậnnướcđentừcáchộgiađình,hầuhếtđềukhôngđượcquảnlývàvậnhànht heoquyđịnh,chỉkhixảyratắchoặctrànbể,hoặcsửachữa,cảitạomớihút bùn BTH Công ty Môi trường đô thị (URENCO) thu gom bùn BTH từ địa bàn nộithành thành phố Hà Nội (chủ yếu từ các cơ quan nhà nước, các cơ sở dịch vụ), đưa vềNhà máy Cầu Diễn để xử lý với công suất hạn chế

(

Ngày đăng: 21/08/2023, 20:56

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1.5.Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý bùn tại NMXLNT Yên Sở, TP. Hà - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 1.5. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý bùn tại NMXLNT Yên Sở, TP. Hà (Trang 37)
Hình 1.11.Sơ đồ nguyên lý thu hồi NL (điện, nhiệt) bằng hệ thống - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý thu hồi NL (điện, nhiệt) bằng hệ thống (Trang 56)
Hình 2.1.Chia nhỏ một “hộp đen” bằng cách tách một quá trình đơn thành một vài - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 2.1. Chia nhỏ một “hộp đen” bằng cách tách một quá trình đơn thành một vài (Trang 61)
Hình vẽ khác nhau. Do đó, chiều dày của mũi tên thể hiện khối lượng của các tiến trình(hình2.6).Sơđồcóthểxuấtracácđịnhdạng - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình v ẽ khác nhau. Do đó, chiều dày của mũi tên thể hiện khối lượng của các tiến trình(hình2.6).Sơđồcóthểxuấtracácđịnhdạng (Trang 66)
Hình 3.1 và Hình 3.2 cho thấy, trong 7-10 ngày đầu thí nghiệm, các mẫu 1, 2, 3đềucótốcđộphânhủycácchấthữucơnhanhvàgiảmdầntrongcácngàytiếptheo.Sau26ngày,thểtíc hkhíCH 4tích lũytừcácmẫu1,2,3ởserithínghiệmIlàlà441,94NmL,460,65NmLvà549,38NmL,ser iIIlà446,7NmL - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 3.1 và Hình 3.2 cho thấy, trong 7-10 ngày đầu thí nghiệm, các mẫu 1, 2, 3đềucótốcđộphânhủycácchấthữucơnhanhvàgiảmdầntrongcácngàytiếptheo.Sau26ngày,thểtíc hkhíCH 4tích lũytừcácmẫu1,2,3ởserithínghiệmIlàlà441,94NmL,460,65NmLvà549,38NmL,ser iIIlà446,7NmL (Trang 105)
Bảng 3.10.Các thông số nồng độ chất bẩn trong nước thải đầu vào và sau các - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Bảng 3.10. Các thông số nồng độ chất bẩn trong nước thải đầu vào và sau các (Trang 116)
Hình 3.9.Sơ đồ cân bằng chất cho xử lý CTR và bùn BTH ở quận Long Biên theo - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 3.9. Sơ đồ cân bằng chất cho xử lý CTR và bùn BTH ở quận Long Biên theo (Trang 121)
Bảng 3.14.Năng lượng cần cấp cho Nhà máy xử lý CTR, bùn BTH và NMXLNT - - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Bảng 3.14. Năng lượng cần cấp cho Nhà máy xử lý CTR, bùn BTH và NMXLNT - (Trang 121)
Hình 3.10.Phân tích nhu cầu điện năng cho xử lý CTR và bùn BTH ở quận Long - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 3.10. Phân tích nhu cầu điện năng cho xử lý CTR và bùn BTH ở quận Long (Trang 122)
Hình 3.12.Phân tích nhu cầu năng lượng (điện năng) cho XLNT ở quận Long - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 3.12. Phân tích nhu cầu năng lượng (điện năng) cho XLNT ở quận Long (Trang 123)
Hình 3.15.Phân tích nhu cầu năng lượng (điện năng) cho TTXLCT quận Long - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 3.15. Phân tích nhu cầu năng lượng (điện năng) cho TTXLCT quận Long (Trang 128)
Hình   3.16.Phân   tích   cân   bằng   năng   lượng   (điện   năng   và   nhiệt   năng)   cho - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
nh 3.16.Phân tích cân bằng năng lượng (điện năng và nhiệt năng) cho (Trang 129)
Hình 3.19.Cân bằng chất và cân bằng năng lượng TTXLCT quận Long Biên - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
Hình 3.19. Cân bằng chất và cân bằng năng lượng TTXLCT quận Long Biên (Trang 132)
Hình   3.20.Mức   năng   lượng   tiêu   thụ   trên   đầu   người,   tính   theo - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
nh 3.20.Mức năng lượng tiêu thụ trên đầu người, tính theo (Trang 134)
Hình P10-1: Sơ đồ xử lý bùn bằng phân hủy kỵ khí, bùn được gia nhiệt qua hệ - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
nh P10-1: Sơ đồ xử lý bùn bằng phân hủy kỵ khí, bùn được gia nhiệt qua hệ (Trang 196)
Hình P10-2: Sơ đồ xử lý bùn bằng phân hủy kỵ khí, bùn được gia nhiệt qua hệ thốngtraođổinhiệtvàtiềnxửlýtronghệthống THP,lấynhiệt từhệđồngphátCHP - Nghiên cứu tương quan giữa dòng vật chất và năng lượng trong quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho một quận nội thành của thành phố hà nội
nh P10-2: Sơ đồ xử lý bùn bằng phân hủy kỵ khí, bùn được gia nhiệt qua hệ thốngtraođổinhiệtvàtiềnxửlýtronghệthống THP,lấynhiệt từhệđồngphátCHP (Trang 199)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

  • Đang cập nhật ...

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w