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

BỘ GIÁODỤC VÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌC VÀCÔNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆ VŨTHỊMINHTHANH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA DỊNG VẬT CHẤTVÀNĂNGLƯỢNGTRONGQUẢN LÝCHẤTTHẢIĐƠTHỊ,ÁPDỤNG CHOMỘTQUẬN NỘI THÀNHCỦATHÀNHPHỐHÀNỘI LUẬNÁN TIẾN SỸKỸTHUẬT HÀNỘI-2021 VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌCV BỘ GIÁODỤC VÀĐÀOTẠO ÀCÔNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆ VŨTHỊMINHTHANH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA DỊNG VẬT CHẤTVÀNĂNGLƯỢNGTRONGQUẢN LÝCHẤTTHẢIĐÔTHỊ,ÁPDỤNG CHOMỘTQUẬN NỘI THÀNHCỦATHÀNHPHỐHÀNỘI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trườngMãsố:62520320 LUẬNÁN TIẾN SỸKỸTHUẬT NGƯỜI HƯỚNGDẪNKHOAHỌC: GS.TS.Trần HiếuNhuệ GS.TS.NguyễnThịHuệ HàNội –2021 LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ “Nghiên cứu tương quan dòng vật chấtvà lượng quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho quận nội thành củathành phố Hà Nội” cơng trình tơi nghiên cứu thực Các kết quả, số liệucủaluậnánhồntồntrungthựcvàchưatừngđượccơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhnàokhác Tácgiả VũThịMinhThanh LỜICẢMƠN LờiđầutiêntơixinchânthànhcảmơnBanlãnhđạo,cácthầycơgiáovàbộphậnQuảnlýđàotạoc ủaViệnCơngnghệMơitrường,Họcviện Khoahọc vàCơngnghệđãgiúpđỡtơitrongsuốtqtrìnhtơi họctậpvànghiêncứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Hiếu Nhuệ GS.TS.Nguyễn Thị Huệ tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuậnlợinhấttrongthờigiantơithựchiệnvàhồnthànhluậnán TơixingửilờicảmơnsâusắctớiViệnKhoahọcvàKỹthuậtMơitrường(IESE),TrườngĐạihọcXây dựngđãtạomọiđiềukiệnthuậnlợiđểtôitriểnkhaicácnghiêncứu thực nghiệm, tham gia dự án hợp tác quốc tế với Viện Công nghệ nước Liên bangThụy Sỹ (EAWAG), Cục Kinh tế Liên Bang Thụy Sỹ (SECO) tài trợ Xin trân trọngcảmơnGiáosưHidenariYasui,TrườngĐạihọcKitakyushu,NhậtBản,GiáosưMartinWagner, Trường Đại học Kỹ thuật tổng hợp Darmstadt, CHLB Đức giúp đỡ, hướngdẫn,cũngnhư độngviêntơitrong qtrìnhthựchiệnnghiêncứu Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô, nhà khoa học, chuyên giađã dành nhiều thời gian trao đổi, đóng góp ý kiến quý báu cho luận án qtrìnhthựchiện Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu đồng nghiệp Trường Đạihọc Xây dựng, nơi công tác, hỗ trợ, động viên tạo điều kiện cho tơi suốtqtrìnhthựchiệnluậnán Cuốicùng,tơixintrân trọngcảmơnsựgiúpđỡ,độngviên,chiasẻcủagiađình,giúptơicóhậuphươngvữngchắc,tạođiềuk iệnthuậnlợi,độngviêntinhthần,giúptơihồnthànhcơngtrìnhnghiêncứunày Tácgiảluậnán VũThịMinhThanh MỤCLỤC MỞĐẦU 1 ĐẶTVẤNĐỀ MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU CỦALUẬN ÁN ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU ÝNGHĨAKHOA HỌCVÀ THỰCTIỄNCỦALUẬNÁN TÍNHMỚICỦALUẬNÁN BỐCỤCCỦALUẬNÁN .7 TỔ NG QUANNGHIÊNCỨUVỀMỐITƯƠNGQUANGIỮACÁC DỊNG CHẤT THẢI ĐƠ THỊ VÀ NĂNG LƯỢNG THEO HƯỚNG QUẢNLÝBỀNVỮNGNƯỚCTHẢI,CHẤTTHẢIRẮN 1.1 MốitươngquanNước-Nănglượngtronghạtầngkỹ thuậtvàquảnlýchấtthải 1.2 Mối quan hệ Nước - Năng lượng quản lý chất thải số nước trênthếgiới 10 1.2.1 Các giải pháp sử dụng lượng hiệu sản xuất lượng từ xửlýchấtthải 10 1.2.2 Tiếtkiệmnănglượngtiêuthụ trongcácNMXLNT 12 1.2.3 Táisửdụngnướctiếtkiệm nănglượng 14 1.2.4 Sản xuấtnănglượngtáitạo từchấtthảiđôthị 14 1.3 Tổng quan khối lượng, thành phần, tính chất trạng quản lý nướcthải,CTRđôthịởViệtNam 15 1.3.1 Hiện trạng quản lý nước thải bùn thải số đô thị lớn Việt Nam.Khốilượng,thànhphần,tíchchấtcácloạibùnthải 15 1.3.1.1 HiệntrạngquảnlýNTở mộtsố đôthị lớncủaViệtNam 15 1.3.1.2 Khối lượng, thành phần, tính chất trạng quản lý loại bùn thải18 1.3.2 Hiện trạng qui hoạch quản lý CTR đô thị lớn Việt Nam; khốilượng,thành phần,tính chấtvàhiệntrạngquảnlýCTR hữucơđơ thị 28 1.3.2.1 Hiệntrạngvàqui hoạchquảnlýCTR ởcácđôthịlớn 28 1.3.2.2 Khối lượng, thành phần, tính chất, trạng quản lý CTR hữu đôthị 31 1.3.2.3 ĐánhgiáchungvềquảnlýCTR đôthịtạiViệtNam .33 1.4 Nhucầunănglượngvàtiềm năngthuhồinănglượngtừxửlýnước,bùnvà chấtthảirắn .38 1.4.1 Nhucầutiêuthụ nănglượngtrongxửlý nước 38 1.4.2 Nhu cầutiêuthụ nănglượngtrongquản lýCTR 39 1.4.3 Tiềm năngthuhồinănglượng từcácdịngchấtthảiđơthị 40 1.4.3.1 Tiềmnăng thu hồi nănglượngtừquảnlýCTRđôthị 40 1.4.3.2 Xửlý kếthợp cácdòngCTĐTgiàuhữucơđểthuhồinănglượng 42 C Ơ SỞ KHOAHỌC,PHƯƠNGPHÁP LUẬNVỀ .45 2.1 Cơ sở khoa học nghiên cứu tương quan dịng chất thải thịvànănglượng .45 2.1.1 PhươngphápluậnnghiêncứuphântíchdịngvậtchấtMFA .45 2.1.1.1 Phântíchdịng vậtchất(MFA) 45 2.1.1.2 Quytrình thực hiệnMFA .46 2.1.2 PhântíchdịngvậtchấtvớiphầnmềmSTAN 47 2.1.3 PhươngphápluậnnghiêncứucânbằngNLtronghệthống QLCT 51 2.1.4 Phương pháp xác định lượng tiêu thụ thiết bị sở xử lýchấtthải .51 2.2 CácgiảiphápcơngnghệxửlýCTR,NT vàbùn nhằm thuhồi tàingun.52 2.2.1 Phânhuỷkỵkhí thuhồinănglượng 52 2.2.1.1 Nguyênlý chungcủaphânhủykỵ khí 52 2.2.1.2 Cácyếutốảnhhưởngđếnqtrìnhphânhủykỵkhí .54 2.2.1.3 Chuyểnhóacơ chấttrongphânhủykỵkhí 56 2.2.1.4 Khả sinh khí bùn BTH CTR hữu phương pháp phânhuỷkỵkhí điềukiệnlênmennóng 56 2.2.2 Thu hồibiogastừcácBCL .57 2.2.3 PhânhuỷkỵkhíCTRhữucơ 58 2.2.4 Tiềnxử lýnguyênliệunạptrướckhiphânhủykỵkhí 58 2.2.4.1 Nguyênlý củatiềnxửlýtrướcphânhủykỵkhí 58 2.2.4.2 Cácphươngpháptiềnxử lý .59 2.2.5 Đốtbùnthu hồinhiệt .61 2.2.6 ĐốtCTR 61 2.2.7 Cácphươngphápkhácđểxử lý chấtthải,thuhồi NL 62 2.2.8 TổngquanvềcácnghiêncứucóliênquantrênThếgiớivà ởViệtNam 62 2.3 Nghiên cứu thực nghiệm xác định khả phân hủy kỵ khí chất thải khuvựcnghiên cứu 67 2.3.1 Mụcđíchthínghiệm .67 2.3.2 LấymẫuphântíchthànhphầnCTR: 67 2.3.3 LấymẫuphântíchthànhphầnbùnBTH 68 2.3.4 Lấy mẫuphântíchthànhphầnbùncủa NMXLNT 69 2.3.5 Mơ tảthínghiệmxácđịnh tiềmnăngsinhkhímê-tanBMP 70 2.3.5.1 Giớithiệuvềthínghiệm BMP 70 2.3.5.2 MơhìnhthínghiệmBMP 71 2.3.5.3 Bùnmầm (nguồnvisinh vậtkỵ khí) 72 2.3.5.4 Điềukiệnthínghiệm .74 2.3.6 Cácphươngphápphântích 75 2.3.7 Thí nghiệm xác định khả sinh khí mê-tan CTR hữu phịngthínghiệm 75 2.4 NghiêncứumơhìnhQLCTchoquận LongBiên,thànhphốHàNội 77 2.4.1 Lựachọnđịađiểmnghiêncứu 77 2.4.2 Cácdữliệuđầuvàođểtínhtốn .78 KẾ T QUẢNGHIÊNCỨUVÀTHẢO LUẬN 83 3.1 Kếtquảnghiêncứutrongphịngthínghiệm 83 3.1.1 Phântíchthànhphần,tínhchấtcủaCTRhữucơ,bùnBTH, bùnNMXLNT .83 3.1.1.1 Kếtquảphântíchthànhphần,tínhchấtCTRhữucơđơthị .83 3.1.1.2 Kếtquả phântíchbùnBTH 83 3.1.1.3 KếtquảphântíchbùnNMXLNT 86 3.1.2 Xác địnhkhảnăngsinhkhímê-tan củaCTRhữucơ trongphịngthínghiệm .873.1 2.1.ThínghiệmBMP-CTRhữucơ 87 3.1.2.2.Kếtquảthínghiệmvàthảoluận 88 3.2 KếtquảnghiêncứumơhìnhQLCTchoquận LongBiên,thànhphốHàNội95 3.2.1 Lựachọn phương án tổ chứcQLCTvà sơđồdây chuyền công nghệ xửlýNT,CTR 95 3.2.1.1 Phươngán1: QLCTtheomơhìnhtruyềnthống 95 3.2.1.2 Phươngán2: QLCTtheomơhìnhthuhồinănglượng 97 3.2.2 Tính tốncơngnghệxửlýchấtthải vànhucầu nănglượngtheo PA1 .101 3.2.2.1 Tínhtốn cơngnghệxửlýNT,bùnvàCTRhữucơ theoPA1 101 3.2.2.2 Phântíchdịng vậtchấtvàtínhtốncânbằngNLchoPA1 106 3.2.3 Tính tốn cơng nghệ Trung tâm xử lý chất thải nhu cầu lượng theoPA2 .108 3.2.3.1 TínhtốncơngnghệTTXLCT theoPA2 108 3.2.3.2 Phântíchdịng vậtchấtvàtínhtốncânbằngNLtheoPA2 110 3.2.3.3 Tínhtốn cơngnghệTTXLCTtheoPA2A(tiềnXLngunliệu) 115 3.2.4 Đánh giá mối tương quan dòng vật chất NL hệ thống theo cácphươngánXLCT 118 3.2.4.1 Mứctiêuthụ nănglượngtrênđơnvịchất thải 118 3.2.4.2 Mức tiêu thụ tiềm thu hồi lượng đầu người ngày118 3.2.4.3 Tiềmnăng thuhồinănglượngtrênđầungườimỗi năm .120 3.2.5 Nhậnxétkếtquảvàthảoluận 123 3.3 Đềxuấtmơhìnhquảnlývàcơngnghệxửlýchấtthảiđơthịphùhợp,bềnvững1 3.3.1 NhậnxétmơhìnhquảnlýtheoPA1: .126 3.3.2 Nhậnxétmơ hìnhQLCTtheoPA2vàPA2A 126 3.3.3 Đềxuấtmơ hình QLCTtheophươngthứctổnghợpchocácđơ thị 129 KẾTLUẬNVÀ KIẾNNGHỊ 132 Kếtluận 132 Kiếnnghị 133 CÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐ CỦA TÁCGIẢCĨLIÊNQUANĐẾN LUẬNÁN 135 PHỤLỤC 155 Phụlục1:Thànhphầncủabùncặn vàsinh ratrongcácq trìnhXLNTPhụlục2.Thànhphần,tínhchấtbùncặncủacácNMXLNT Phụlục3 Lượngphân bùnBTH Phụlục4 ThànhphầnCTRđưađếncáccơsở xửlýráctạiHàNộiPhụlục5.NănglượngtiêuthụtạiNMXLNT Phụlục6 Cácphương phápphântíchcácmẫu nguyênliệuvàbùnmầmPhụlục7.PhươngpháplấymẫuCTR Phụlục8.Kếtquảphântíchthànhphần,tính chấtbùnthảicủaNMXLNTởHàNội Phụlục9.Kếtquảnghiêncứu thựcnghiệm BMPtrong phịngthí nghiệmvới CTRhữucơnghiền Phụlục10.Tínhtốnnănglượngnhiệt Phụ lục 11 Tính tốn nhà máy xử lý CTR, phân bùn NMXLNT (Phương án 1)Phụlục12.Tính tốntrungtâmxử lý kếthợp chấtthảiđơthị(Phươngán2) Phụlục13.Tínhtốntrungtâmxửlýkếthợpchấtthảiđơthị,cótiềnxửlýbằngnhiệtthuỷphântr ướcphânhuỷkỵkhí(Phươngán2a) Phụlục14.Tínhtốnmứcnănglượngtiêuthụvàtiềmnăngthuhồinănglượngtrênđơnvịchấtthảivàtrê nđầungười Phụlục15.Tínhtốnlượngkhínhà kínhphát thảitheo2phươngán QLCT BẢNGCÁCCHỮVIẾTTẮT VÀKÝHIỆU Chữviết Tiếng Việt tắt TiếngAnh A2 O Kỵkhí-Thiếukhí-Hiếukhí Anaerobic- Anoxic -Oxic AD Phânhủykỵkhí AnerobicDigestion AO Thiếukhí–Hiếukhí Anoxix-Oxic BCL Bãichơnlấp Landfill BMP Tiềmnăngsinhkhímêtan BiochemicalMethane Potential BOD Nhucầxisinhhóa BiochemicalOxygenDemand BTH Bểtựhoại Sepitctank CAS Bùnhoạttínhtruyềnthống ConventionalActivatedSludge CCN Cụmcông nghiệp, Côngnghệcao IndustrialCluster CHP Nhiệt-điện kếthợp Combined HeatandPower CH4 Mê-tan Methane CO2 Cac-bo-nic Carbonic COD Nhucầxihóahọc ChemicalOxygenDemand CT Chấtthải Waste CTĐT Chấtthảiđôthị UrbanWaste CTNH Chấtthảinguyhại HazardousWaste CTR Chấtthảirắn SolidWaste CTRSH Chấtthảirắnsinh hoạt DomesticSolidWaste DCCN Dâychuyền côngnghệ Technologicalline DS Chấtrắnkhô DrySolids đktc Điềukiệntiêuchuẩn StandardConditions EB Cânbằngnănglượng EnergyBalance FS Bùnbểtựhoại FecalSudge