Mô hình xử lý chất thải rắn sinh hoạt cho các đô thị lớn theo hướng phát triển bền vững ppt

Mô hình xử lý chất thải rắn sinh hoạt cho các đô thị lớn theo hướng phát triển bền vững Trên cơ sở nghiên cứu phân tích các công nghệ xử lý chất thải rắn đô thị (CTRĐT) khác nhau, đề tài đã chọn công nghệ phân hủy kỵ khỉ thu mêtan phát điện theo tiêu chỉ sử dụng triệt để giá trị của rác; giảm thiểu phát thải khí nhà kính, hiệu quả kinh tế cao. Kết quả tính toán theo công nghệ này cho thay, với lượng chất thải rắn (CTR) phát sinh ở các đô thị lớn ở nước ta khoảng 21.500 tấn/ngày như hiện nay, trong đó phần hữu cơ chỉếm 70 - 85% sẽ giảm thiểu được 5.430.470 tCO 2eq/năm, góp phần giảm thiêu BĐKH và lượng điện thu được khoảng 4.816 MWh/ngày, sẽ hạn chế việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, tính theo than đá là 2.000 tấn/ngày. Bên cạnh đỏ, việc thực hiện dự án Cơ chế phát triển sạch (CDM) từ phương pháp này sẽ tăng tính khả thi về mặt tài chính với chỉ số IRR > 12%. Ngoài ra, giải pháp này còn cho phép tiết kiệm được diện tích khoảng 540 m 2 /ngày (20 ha /năm) để chôn lấp rác. 1. GIỚI THIỆU Theo thống kê tại Việt Nam, tổng lượng CTRĐT mỗi năm là 12,8 triệu tấn [2]. Tiến trình đô thị hóa diễn ra với tốc độ rất cao, khiến cho các đô thị lớn tại Việt Nam phải đối mặt với những khó khăn trong xử lý CTR, hiện nay lên đến 21.500 tấn/ngày. Để giải quyết vấn đề này, thời gian gần đây, việc thu gom, vận chuyển và xử lý CTRĐT đã được xã hội hóa, điển hình là nhiều doanh nghiệp tư nhân tham gia đầu tư xử lý CTR với các công nghệ khác nhau như tái chế chất thải, chế biến rác thành phân vi sinh, thành nhiên liệu, đốt phát điện, thu khí gas trong các bãi chôn lấp rác để phát điện. Hiện đã có nhiều nghiên cứu nhằm giảm phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực CTRĐT, ví dụ theo nghiên cứu của khoa Kỳ thuật môi trường, Đại học Kasetsart, Thái Lan [8] về đánh giá tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính (GHGs) của quy trình xử lý rác thải đô thị, ở Thái Lan có khoảng 330 bãi chôn lấp hở và 95 bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Hiện tại, lượng giảm phát thải khí mêtan được tính toán 115,4 Gg/năm và sẽ không ngừng tăng lên đến 118,5 Gg/năm nếu các bãi chôn lấp hở không còn tồn tại, được nâng cấp lên thành bãi chôn lấp an toàn và tăng lên 193,5 Gg/năm nếu thực hiện đầy đủ các biện pháp quản lý và xử lý rác thải. Điều này đã chứng tỏ được tiềm năng CDM trong quản lý và xử lý rác thải đô thị. Năm 2009, Omid Tayyeba ở SWECO tính toán tiềm năng CDM trên các kịch bản công nghệ khác nhau trong xử lý CTR với lượng chất thải rắn tiếp nhận 47.000 tấn/năm. Kết quả tiềm năng giảm phát thải nhà kính trong vòng 14 năm cho thấy, công nghệ lên men mêtan cho phép giảm tCO2eq gấp 1,6 lần so với ủ phân compost và gấp 1,5 lần so với bãi chôn lấp đốt có thu khí phát điện. Đặc biệt là nghiên cứu "Đánh giá các phương pháp xử lý thay thế giảm phát thải khí thải nhà kính từ quá trình quản lý CTRĐT cho trường hợp TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam" của tác giả Nguyễn Phúc Thanh và Yasuhiro Matsui. Kết quả cho thấy lượng giảm phát thải khí CH4 sẽ lên đến 21,062 tấn/năm (442,312 tấn CO2eq/năm) vào năm 2025 nếu thực hiện đầy đủ các biện pháp đề xuất như nâng cao hiệu quả thu gom, công suất xử lý cũng như hạn chế phát thải khí mêtan bằng nhiều phương pháp xử lý rác (chôn lấp hợp vệ sinh, đốt, compost, kỵ khí). Xét riêng ở lĩnh vực xử lý chất thải, tính đến tháng 3/2011, thế giới có 521 dự án đăng ký thành công với Ban điều hành Dự án Cơ chế phát triển sạch (EB). Trong đó, các dự án về bãi chôn lấp là 142 dự án, với 132 dự án quy mô lớn và 10 dự án quy mô nhỏ. Trong đó, ở nước ta đã có 3 dự án trong lĩnh vực CTR được EB chấp nhận là dự án CDM: Tái chế năng lượng tại bãi chôn lấp Đông Thạnh, TP. Hồ Chí Minh; Tái chế năng lượng tại bãi chôn lấp Phước Hiệp 1 TP. Hồ Chí Minh; Thu hồi và sử dụng khí thải từ các bãi rác Nam Sơn, Tây Mỗ, Hà Nội. Một thực tế mà các thành phố lớn ở Việt Nam đang phải đối mặt là lượng CTRĐT phát sinh hàng ngày quá lớn. Nhiều nhà đầu tư đã lập các dự án xây dựng nhà máy xử lý rác với các công nghệ khác nhau. Nhưng đa phần, các dự án đó đã không được triển khai hoặc triển khai không hiệu quả, cho nên đến nay phần lớn rác của nước ta vẫn tiếp tục được xử lý bằng một công nghệ duy nhất đó là chôn lấp. Mặt khác, cũng cần hiểu rác là nguồn tài nguyên (thứ cấp) với các thành phần, tính chất đặc thù và có một giá trị nhất định. Do đó, rác phải được xem xét, sử dụng một cách hợp lý như các tài nguyên khác. Trong phạm vi bài báo này, nhóm tác giả sẽ ứng mục tiêu phát triển bền vừng theo các tiêu chí như Sử dụng triệt để giá trị của rác; Giảm thiểu phát thải khí nhà kính, góp phần kiềm hãm biến đổi khí hậu; Đạt hiệu quả kinh tế cao, đem lại lợi nhuận cho các nhà đầu tư để thu hút họ, mạnh dạn tham gia xử lý rác tạo môi trường cảnh quan xanh - sạch. 2. KỊCH BAN NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 2.1.Thành phần CTRĐT Trước hết, các công nghệ xử lý phải phù hợp với đối tượng xử lý. CTRĐT ở nước ta có thành phần đa tái chế trực tiếp khá thấp, trong khi đó hàm lượng hữu cơ lên đến hơn 75% và độ ẩm rất cao, nhất là vào mùa mưa, đây là thành phần có khả năng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Thành phần CTRĐT điển hình được trình bày trong Bảng 1. Kịch bản nghiên cứu Tiềm năng thực hiện CDM sẽ được tính cho các công nghệ xử lý rác khác nhau, với công suât lớn phù hợp với thực tế của các đô thị lớn, các kịch bản trình bày trong Bảng 2. Phương pháp tính toán Lượng giảm phát thải khí nhà kính của phương pháp chôn lấp được tính theo phiên bản li của phương pháp ACM0001 [16] Lượng giảm phát thải của các phương pháp thay thế được tính theo phiên bản 12 của phương phápAC00025 [17] Trong trường hợp đường cơ sở điện năng sản xuất được nối vào lưới điện, hệ số phát thải sẽ được tính theo phương pháp AMS.ID [18]. 2.4. Đường biên của các dự án khác nhau Phương pháp chôn lấp thu khí phát điện Phương pháp ủ phân compost Phương pháp đốt phát điện Phương pháp ủ kỵ khí thu khí phát điện 3. HIỆU QUẢ GIẢM PHÁT THẢI CỦA CÁC KỊCH BẢN Theo kết quả tính toán với lượng CTRĐT 1.000 tấn/ngàv, chôn lấp trong vòng 15 năm nếu không có sự can thiệp nào thì lượng phát thải khoảng 3.112.960 tCO2eq. Nếu áp dụng biện pháp xử lý là chôn lấp thu khí phát điện hiệu quả thu khí thải khoảng 50 - 60%, còn lại vẫn rò ri ra bên ngoài nên lượng giảm phát thải của phương pháp này không cao. Bên cạnh đó, 5% lượng điện sản xuất được dùng cho các hoạt động của dự án. Do trong vòng 15 năm lượng điện phát lên lưới trung bình 20T000 MW/năm nên đường cơ sở phát thải BEy = 3.266.867 tC02eq, lượng phát thải ước tính khoảng PEy =184.688 tCO2eq bao gồm phát thải từ việc thải bỏ chất thải mà không can thiệp xử lý BECH4SWDSy và phát thải từ các nhiên liệu hóa thạch để tạo ra lượng điện bằng với lượng điện từ dự án này, nên lượng giảm phát thải của dự án là 3.082.178 tC02e9. Kết quả tính toán trên cho thấy, đối với 1 tấn CTRĐT trong trường hợp áp dụng phương pháp này lượng điện đấu nối lên lưới khoảng 0,054 MW/tấn, lượng phát thải khoảng 0,034 tC02eq/tấn và lượng giảm phát thải 0,563 tC02eq/tấn. Phương pháp ủ phân compost không tạo ra điện phát lên lưới nên đường cơ sở phát thải BEy chính là đường cơ sở của CTR BECH4 SWDS y = 3.1127960 tC02eq, phát thải khí do các hoạt động dự án trong vòng 15 năm công suất 1.000 tấn/ngày khoảng 358.340 tCO2eq, lượng phát thải này do quá trình phân hủy hữu cơ trong các hầm ủ hiếu khí thấp hơn nhiều so với phát thải đường cở sở nên hoạt động của dự án cũng góp phần giảm thiểu khí nhà kính tương đương 2.754.620 tC02eq. Phương pháp giúp giảm phát thải khí nhà kính 0,503 tC02eq/tấn nhưng vẫn thấp hơn phương pháp chôn lấp thu khí phát điện. Phương pháp đốt phát điện tuy tạo được điện phát lên lưới khoảng 0,2 MW/tấn nhưng việc tiêu thụ năng lượng hóa thạch của hoạt động dự án này quá cao, 74 tấn dầu DO/tấn CTR nên lượng phát thải khí nhà kính của dự án này rất lớn khoảng 779.653 tC02eq dẫn đến lượng giảm phát thải 2.865.477 tC02eq thấp hơn so với phương pháp chôn lấp thu khí phát điện. Riêng đối với phương pháp ủ ky khí thu hồi khí phát điện, cứ 1 tấn chất thải hữu cơ tạo ra được 224 KW điện trong đó khoảng 59KW sử dụng cho các hoạt động của nhà máy nên tổng lượng điện đấu nối lên lưới trong vòng 15 năm là 60.225 MW/năm thấp hơn so với phương pháp đốt nhưng phương pháp này không tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, lượng điện tạo ra từ dự án tận dụng cho các hoạt động của nhà máy. Vì vậy, lượng giảm phát thải của dự án là 3.786.786 tC02eq cao hơn hẳn so với các phương pháp khác. Hệ số phát thải của các phương pháp khác nhau được trình bày trong (Bảng 3) Kết quả cho thấy, nếu áp dụng phương pháp ủ kỵ khí thu khí phát điện thì lượng phát thải của dự án chỉ còn 0,034 tC02e/tấn, lượng giảm phát thải sẽ là khoảng 0,692 tC02eq/tấn, gấp 1,323 lần so với công nghệ đốt thu hồi nhiệt phát điện; 1,229 lần so với bãi chôn lấp có thu khí phát điện và 1,376 lần so với ủ phân compost. Như vậy, hiệu quả giảm phát thải của phương pháp ủ kỵ khí thu khí phát điện là cao nhất và thấp nhất là ủ phân compost. 4. HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC KỊCH BẢN Hiện tại, các bãi chôn lấp chiếm rất nhiều quỹ đất ví dụ như khu xử lỵ CTR Đa Phước công suất 3.000 tấn/ngày, diện tích khoảng 128 ha với vòng đời dự án là 50 năm [7] hay Bãi chôn lấp Phước Hiệp Ì với tổng lượng CTR tiếp nhạn 1.904.894 tấn CTRĐT vơi dận tích 19 ha, bên cạnh đó việc đầu tư để thực hiện dự án thu khí phát điện dự án Bãi chôn lấp Phước Hiệp chi phí khoảng 1 triệu USD [13]. Các dự án xử lý chất thải bằng phương pháp ủ phân compost đã được phổ biến ở nước ta với trung bình vốn đầu tư tính toán được khoảng 2,5 - 3 triệu USD cho 100 tấn/ngày với sản lượng phân compost khoảng 20% lượng chất thải đầu vào [7]. Trường hợp của dự án kỵ khí ở Thành phố Jiaonan, Trung Quốc vốn đầu tư khoảng 161 triệu CNY (Nhân dân tệ), chi phí vận hành của nhà máy 24 triệu CNY công suất 600 tấn/ngày trong vòng 10 năm. Từ các số liệu tổng hợp, có thể tính được chi phí vận hành trong kịch bản của nghiên cứu khoảng 11,838 USD/tấn. Đối với phương pháp đốt chi phí đầu tư ban đầu lớn với nhà máy công suất 1.500 - 2.000 tấn/ngày, trung bình tổng vốn đầu tư lên đến 200 - 250 USD, tổng mức đầu tư lớn dẫn đến chi phí xử lý cao. Hiện nay, một số nước tiên tiến trên thế giới đã áp dụng công nghệ đốt với đơn giá ở châu Âu từ 21-176 Euro/tấn và ở Mỹ 70 -120 USD/tấn. Từ các số liệu tổng hợp trên, nếu công suất tiếp nhận 1.000 tấn/ngày trong vòng 15 năm trong trường hợp không tham gia dự án CDM, các phương pháp khác nhau sẽ có hiệu quả kinh tế khác nhau. Két quả tính toán trong trường hợp không đăng ký hoạt động dự án theo cơ chế phát triển sạch hầu như các dự án đều có tỷ lệ thu hồi vốn nội bộ (IRR) rất thấp, chỉ từ 0 đến 4,8%. Do đó, không thu hút được các nhà đầu tư. Kịch bản đốt rác phát điện với phí xử lý rác 10 USD/tấn và giá điện đấu nối lên lưới điện 4cent/kWh có chỉ số IRR nhỏ nhất, < "0%", giá trị hiện tại ròng NPV < 0. Phương pháp này không có hiệu quả kinh tế do suất đầu tư cao, đồng thời tốn quá nhiều nhiên liệu để đốt 74kg dầu/tấn rác, dẫn đến chi phí vận hành quá cao đến 90,173 USD/tấn. Kết quả cũng chỉ ra được để IRR có ý nghĩa thì phí xử lý rác là 111,600 USD/tấn hay để IRR đạt 12% thì phí xử lý rác cần 140,520 USD/tấn. Trong khi đó phương pháp chôn lấp phát điện với suất đầu tư 4,648 USD/tấn và chi phí vận hành 6,299 USD/tấn thấp hơn phương pháp đốt, ủ phân compost và kỵ khí phát điện nhưng việc tốn quá nhiều diện tích để chôn lấp (15 - 20 ha cho 1.000 tấn chất thải/ngày trong 15 năm gấp khoảng 20 lần so với các phương pháp khác) và hiệu quả thu khí thấp, khoảng 50 - 60% dẫn đến chỉ số IRR chỉ đạt 0,05% thậm chí thấp hơn phương pháp chôn lấp không thu khí. Đồng thời, để phương pháp này có hiệu quả kinh tế (IRR = 12%) thì phí xử lý rác phải là 16,30USD/tấn. Phương pháp ủ phân compost có vẻ khả quan hơn hai kịch bản chôn lấp phát điện và đốt phát điện. Tuy nhiên, chỉ số IRR của phương pháp này cũng chỉ dừng lại ở 2,64% khi phí xử lý rác 10 USD/tấn và để IRR có ý nghĩa với các nhà đầu tư thì phí xử lý rác cần đến 16,120 USD/tấn. Bên cạnh đó, các nhà đầu tư cần chú ý đến việc các nhà máy ủ phân compost đang rơi vào tình trạng trì trệ tạm dừng hoạt động do chất lượng phân compost không cao, giá bán phân chỉ mức 25- 40USD/tấn. Riêng đối với phương pháp ủ kỵ khí phát điện, ngoài việc tạo ra lượng điện 224 KW/tấn đấu nối vào lưới điện thì còn tạo ra được khoảng 10 % phân compost tốt hơn nhiều so với quá trình ủ phân compost theo công nghệ hiếu khí thông thường, quá trình phân loại trước khi ủ kỵ khí là quá trình phân loại bằng tuyển thủy khí động nên cát, các chất vô cơ chưa được loại ra trước đó sẽ được tách ra khỏi phần hữu cơ đem đi ủ, đồng thời trong quá trình ủ kỵ khí lượng chất thải hữu cơ được chuyển sang dạng lỏng nên các chất độc hại sẽ ở trong nước thải, phần chất rắn còn lại sau khi ủ kỵ khí đem sản xuất phân compost sẽ không lẫn tạp chất vô cơ hay các chất độc hại nhưng IRR vẫn chỉ là 4,29% chưa đạt mức lãi suất vay Quỹ Bảo vệ môi trường Việt Nam. Nhìn chung, các kịch bản đều không hấp dẫn các nhà đầu tư dù chúng có lợi về môi trường và xã hội do giá đấu nối điện lên lưới và phí xử lý chất thải thấp. Trong trường hợp đăng ký hoạt động dự án theo CDM các chỉ số kinh tế của các phương pháp xử lý khác nhau được trình bày trong Bảng 5. Việc tham gia dự án CDM giúp tăng hiệu quả kinh tế. Các kịch bản xử lý CTR, theo kết quả tính toán cho thấy, phương pháp đốt phát điện IRR, NPV vẫn còn nhỏ hơn "0%" vì chi đầu tư ban đầu cũng như chi phí vận hành của phương pháp này quá cao so với các phương pháp khác. Phương pháp chôn lấp phát điện và ủ phân compost mặc dù có tính bổ sung so với việc không thực hiện dự án CDM nhưng chỉ số IRR chưa đạt được chỉ số 12%. Phương pháp có chỉ số IRR cao nhất trong các kịch bản là phương pháp ủ kỵ khí thu khí phát điện với IRR = 13,27 %, thời gian thu hồi vốn khoảng 7 năm do đó kịch bản này sẽ thu hút được các nhà đầu tư. 5.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nghiên cứu được thực hiện trên cơ sở phân tích các công nghệ xử lý CTRĐT theo các tiêu chí kinh tế, kỹ thuật, đặc biệt tính toán lượng giảm phát thải nhà kính theo UNFCCC Kết quả cho thấy, nếu áp dụng phương pháp ủ kỵ khí thu khí phát điện thì lượng phát thải của dự án chỉ còn 0,034 tCO2e/tấn, lượng giảm phát thải sẽ là khoảng 0,692 tCO2eq/tấn, gấp 1,323 lần so với công nghệ đốt thu hồi nhiệt phát điện; 1,229 lần so với bãi chôn lấp có thu khí phát và 1,376 lần so với ủ phân compost. Đồng thời, chỉ số IRR của phương pháp ủ kỵ khí thu khí phát điện cao nhất trong các kịch bản, trong hai trường hợp có và không có dự án CDM. Từ đó, đề tài đề nghị áp dụng phương pháp ủ kỵ khí thu khí phát điện để xử lý CTRĐT lớn ở nước ta. Theo phương pháp này, với lượng CTR phát sinh khoảng 21.500 tấn/ngày như hiện nay, trong đó phần hữu cơ chiếm 70 -85% sẽ giảm thiểu phát thải khoảng 5.430.470 tCO2eq/năm và lượng điện thu được khoảng 4.816 MWh/ngày, giúp hạn chế việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, tính theo than đá là 2.000 tấn/ngày và 2.150 tấn/ngày phân hữu cơ chất lượng cao. Phương pháp này có đầy đủ tiềm năng để triển khai dự án CDM, khi đó cho phép tăng tính khả thi về mặt tài chính với chỉ số IRR > 12%. Ngoài ra, giải pháp này còn cho phép tiết kiệm được diện tích đất đến 540 m2/ngày (20 ha /năm) để chôn lấp rác. Trong trường họp không tham gia dự án CDM, đề nghị nhà nước cần có chính sách phù hợp về phí xử lý CTR cũng như giá điện đấu nối nhằm tạo điều kiện thu hút các nhà đầu tư vì phương pháp kỵ khí thu khí phát điện đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững, sử dụng CTRĐT như là nguồn tài nguyên thứ cấp để tạo ra điện năng, hạn chế sử dụng nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính, góp phần giảm thiêu BĐKH trong tương lai. . Mô hình xử lý chất thải rắn sinh hoạt cho các đô thị lớn theo hướng phát triển bền vững Trên cơ sở nghiên cứu phân tích các công nghệ xử lý chất thải rắn đô thị (CTRĐT) khác. CDM trong quản lý và xử lý rác thải đô thị. Năm 2009, Omid Tayyeba ở SWECO tính toán tiềm năng CDM trên các kịch bản công nghệ khác nhau trong xử lý CTR với lượng chất thải rắn tiếp nhận 47.000. phát thải từ việc thải bỏ chất thải mà không can thiệp xử lý BECH4SWDSy và phát thải từ các nhiên liệu hóa thạch để tạo ra lượng điện bằng với lượng điện từ dự án này, nên lượng giảm phát thải