Đánh giá tiềm năng năng lượng tái tạo từ chất thải rắn sinh hoạt huyện kim bảng, hà nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nghiêm Trọng Nam ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO TỪ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT HUYỆN KIM BẢNG TỈNH HÀ NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nam, 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nghiêm Trọng Nam ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO TỪ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT HUYỆN KIM BẢNG TỈNH HÀ NAM Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thị Thế Nguyên Hà Nam, 2016 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội quan tâm tận tình truyền đạt kiến thức quý báu cho thời gian học tập rèn luyện trƣờng Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Thế Nguyên, trƣờng Đại học Thủy lợi dành hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình cho trình thực luận văn Để hoàn thành luận văn này, xin chân thành cảm ơn TS Hoàng Văn Thắng, Trung tâm Nghiên cứu Tài nguyên Môi trƣờng, ĐHQGHN, chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp Khoa học Công nghệ phù hợp nhằm kiểm soát giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng phục vụ xây dựng nông thôn vùng Đồng Sông Hồng”; xin cảm ơn Phòng Tài nguyên Môi trƣờng, Chi cục Thống kê, Phòng tài chính-Kế hoạch, Phòng Nội Vụ, phòng Y tế, công ty Cổ phần Môi trƣờng Ba An cán xã, thị trấn địa bàn huyện Kim Bảng tạo điều kiện, giúp đỡ thời gian nhƣ tài liệu, công tác khảo sát thực địa phục vụ cho trình nghiên cứu Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè giúp đỡ, ủng hộ chia sẻ khó khăn, thuận lợi suốt trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, 12/2016 HVCH Nghiêm Trọng Nam MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Mục tiêu đề tài Nội dung nghiên cứu CHUƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lƣợng tái tạo 1.1.1 Khái niệm lƣợng tái tạo 1.1.2 Nghiên cứu khai thác nguồn lƣợng tái tạo giới 1.1.3 Nghiên cứu khai thác lƣợng tái tạo Việt Nam 1.2 Giới thiệu chung chất thải rắn sinh hoạt 12 1.2.1 Khái niệm chất thải rắn (CTR) sinh hoạt 12 1.2.2 Tác động CTR sinh hoạt đến môi trƣờng sức khỏe cộng đồng 12 1.3 Các công nghệ thu hồi lƣợng từ chất thải rắn 15 1.3.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng công nghệ thu hồi lƣợng từ chất thải rắn nƣớc giới 17 1.3.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng công nghệ thu hồi lƣợng từ chất thải rắn Việt Nam 21 1.4 Giới thiệu sách phát triển lƣợng tái tạo Việt Nam 24 CHƢƠNG - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Phạm vi đối tƣợng nghiên cứu 29 2.1.1 Phạm vi nghiên cứu 29 2.1.2 Đối tƣợng nghiên cứu 33 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu 33 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập, tổng hợp tài liệu 34 2.2.2 Phƣơng pháp điều tra, khảo sát thực tế 34 2.4.3 Phƣơng pháp đếm tải 35 2.2.4 Phƣơng pháp xác định thành phần CTRSH 35 2.2.5 Phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng CTRSH 36 2.2.6 Phƣơng pháp xác định tiềm nhiệt trị CTRSH 36 2.2.7 Phƣơng pháp phân tích xử lý số liệu 37 2.2.8 Phƣơng pháp dự báo 37 CHƢƠNG - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Kết đánh giá thực trạng công tác quản lý CTRSH huyện Kim Bảng 38 3.1.1 Quá trình hình thành, phát triển dịch vụ thu gom, xử lý rác thải 38 3.1.2 Bộ máy quản lý 41 3.1.3 Các văn pháp luật liên quan đến quản lý, thu gom xử lý CTRSH 45 3.2 Khối lƣợng phát sinh phân loại thành phần CTRSH huyện Kim Bảng 46 3.2.1 Nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt 47 3.2.2 Khối lƣợng CTR sinh hoạt địa bàn huyện Kim Bảng 47 3.2.3 Thành phần % chất thải rắn sinh hoạt huyện Kim Bảng 53 3.3 Tính toán tiềm năng lƣợng từ CTR địa bàn huyện Kim Bảng 56 3.3.1 Tính toán tiềm nhiệt lƣợng CTRSH sinh hoạt 56 3.3.2 Dự báo khối lƣợng CTRSH phát sinh tiềm năng lƣợng từ CTRSH huyện Kim Bảng 59 3.4 Phƣơng án sử dụng lƣợng từ CTRSH huyện Kim Bảng 64 3.4.1 Đề xuất công nghệ đốt rác thải sinh hoạt thu hồi điện 64 3.4.2 Ƣớc tính hiệu tài thu hồi điện thừ CTRSH 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tiềm lƣợng gió số vùng lãnh thổ Việt Nam Bảng 1.2 Các công nghệ xử lý chất thải 16 Bảng 1.3 Một số nhà máy xử lý rác khí hóa plasma giới 19 Bảng 1.4 Kết kiểm nghiệm chất thải sau xử lý khí hóa rác thải plasma nhà máy Mihama - Mikata (Nhật Bản) 20 Bảng 3.1 Phân vùng bốc xúc, vận chuyển xử lý rác thải 40 Bảng 3.2 Kết thực nghiệm xác định khối lƣợng CTRSH trung bình khu vực có mức sống cao năm 2016 48 Bảng 3.3 Kết thực nghiệm xác định khối lƣợng CTRSH trung bình khu vực có mức sống trung bình năm 2016 49 Bảng 3.4 Kết thực nghiệm xác định khối lƣợng CTRSH trung bình khu vực có mức sống thấp năm 2016 49 Bảng 3.5 Kết tính toán xác định khối lƣợng CTRSH phát sinh địa bàn huyện Kim Bảng năm 2016 50 Bảng 3.6 Lƣợng CTRSH phát sinh đô thị Việt Nam đầu năm 2007 52 Bảng 3.7 Kết xác định thành phần % khối lƣợng CTRSH nhóm 53 Bảng 3.8 Kết xác định thành phần % khối lƣợng CTRSH nhóm 54 Bảng 3.9 Kết xác định thành phần % khối lƣợng CTRSH nhóm 54 Bảng 3.10 Tổng hợp kết xác định thành phần thành phần CTRSH huyện Kim Bảng 55 Bảng 3.11 Kết tính toán khối lƣợng CTRSH cháy sinh luợng huyện Kim Bảng 57 Bảng 3.12 Thành phần CTRSH huyện Thanh Oai 57 Bảng 3.13 Kết tính toán nhiệt lƣợng CTRSH huyện Kim Bảng 58 Bảng 3.14 Kết tính toán dự báo dân số lƣợng CTRSH phát sinh địa bàn huyện Kim Bảng đến năm 2025 60 Bảng 3.15 Kết tính toán tiềm năng lƣợng từ CTRSH huyện Kim Bảng đến năm 2025 61 Bảng 3.16: Đơn giá, định mức bốc xúc, vận chuyển, xử lý rác thải sinh hoạt huyện Kim Bảng 2015 63 Bảng 3.17 Các số liệu nhà máy điện từ chất thải rắn 66 Bảng 3.18 Kết tính toán doanh thu qua năm dự án 67 Bảng 3.19 Kết tính toán dòng tài dự án 67 DANH MỤC HÌ NH Hình Ảnh hƣởng CTRSH đến môi trƣờng sức khoẻ ngƣời 15 Hình 2.1 Bản đồ vị trí huyện Kim Bảng tỉnh Hà Nam 29 Hình 2.2 Cơ cấu kinh tế huyện Kim Bảng giai đoạn 2011 - 2014 32 Hình 3.1 Mô hình thu gom, xử lý rác thải sinh hoạt huyện Kim Bảng 41 Hình 3.2 Mô hình quản lý dịch vụ thu gom, xử lý rác thải sinh hoạt huyện 42 Hình 3.3 Nguồn phát sinh CRTSH 47 Hình 3.4 Tỷ lệ % khối lƣợng CTRSH nhóm xã theo mức sống 51 Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ tổng quát lò đốt chất thải kết hợp thu hồi lƣợng 65 DANH MỤC TƢ̀ VIẾT TẮT CTR: Chất thải rắn CTRSH: Chất thải rắn sinh hoạt EFW: Energy from waste - Năng lƣợng từ chất thải rắn KSH: Khí sinh học NL: Năng lƣợng NNTT: Năng lƣợng tái tạo NNMT: Năng lƣợng mặt trời TĐ: Thủy điện TĐN: Thủy điện nhỏ UBND: Ủy ban nhân dân WTE: Waste to energy – Chất thải thành lƣợng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Năng lƣợng yếu tố vô quan trọng cho phát triển quốc gia Xã hội phát triển nhu cầu sử dụng lƣợng ngày cao Nhƣng nguồn lƣợng hóa thạch truyền thống cạn kiệt dần tỷ lệ thuận với tốc độ phát triển kinh tế giới Bởi vậy, xung đột, chiến tranh cục khu vực, điểm nóng giới năm gần đây, có nguyên nhân từ vấn đề tranh chấp tìm kiếm lƣợng Rác thải sinh hoạt chất thải bỏ hàng ngày từ hoạt động sống ngƣời Rác thải sinh hoạt tồn khắp nơi, gia đình, công sở, từ thành thị đến nông thôn, từ đồng đến miền núi Số lƣợng mật độ rác sinh hoạt (trên đầu ngƣời diện tích) thể xu hƣớng tăng mạnh mẽ với tốc độ phát triển xã hội Ở nƣớc phát triển, mức tăng cao nƣớc phát triển Việc đầu tƣ xây dựng sở xử lý rác thải nƣớc phát triển gặp nhiều hạn chế, đặc biệt vốn đầu tƣ công nghệ Rác đƣợc xem phế thải, giá trị, thải môi trƣờng không cần phân loại Ngày nay, ngành công nghiệp đời – công nghiệp tái chế - mà đó, rác trở nên có giá trị cao nhƣ nguồn nguyên liệu Cuộc khủng hoảng lƣợng, suy giảm tài nguyên hóa thạch đẩy mạnh nghiên cứu lƣợng mới, lƣợng tái tạo Nhu cầu cấp thiết giảm phát thải khí nhà kính động lực thúc đẩy phát triển Công nghệ giúp chuyển hóa rác thành lƣợng, đặc biệt điện năng, mang lại tác động kép khó tìm thấy ngành khác: giải vấn đề môi trƣờng rác thải, giảm bãi chôn lấp, giảm phát thải khí mê-tan, giảm ô nhiễm thứ cấp bãi chôn lấp đáp ứng đáng kể nhu cầu lƣợng xanh, nhu cầu với hệ thống nhỏ phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội, địa lý cho doanh nghiệp nhỏ vừa, trang trại hộ gia đình Huyện Kim Bảng cách Hà Nội khoảng 60 Km phía nam theo quốc lộ 1A quốc lộ 21B Đây vùng đất có nhiều tiềm để phát triển loại hình du lịch sinh thái, thám hiểm hang động, lễ hội với tài nguyên du lịch tƣơng đối độc 2022 0,816 126.801 0,426 54 2023 0,816 127.836 0,451 58 2024 0,816 128.879 0,478 62 2025 0,816 129.931 0,507 66 Nhƣ vậy, đến năm 2025 dân số huyện Kim Bảng 129.931 ngƣời, tăng thêm 7,9 % so với dân số năm 2016 Mức dân số tăng, dẫn đến lƣợng CTRSH huyện Kim Bảng phát sinh tăng Đến năm 2025, lƣợng CTRSH phát sinh khoảng 66 tấn/ngày, tăng 83,3 % so với năm 2016 Việc áp dụng công thức tính lƣợng thải tƣơng lai phép tính gần Nhƣng số liệu cho thấy tình hình phát sinh CTRSH huyện Kim Bảng tăng cách nhanh chóng Giả sử đến năm 2025 thành phần CTRSH thay đổi không nhiều tiềm năng lƣợng ngày huyện Kim Bảng qua năm nhƣ sau: Bảng 3.15 Kết tính toán tiềm năng lượng từ CTRSH huyện Kim Bảng đến năm 2025 Khối lƣợng CTR SH phát sinh Nhiệt lƣợng (tấn/ngày) (KJ/Kg) 2017 39 262 x 106 2018 41 275,8 x 106 2019 44 296 x 106 2020 47 316 x 106 2021 50 336,4 x 106 2022 54 363,3 x 106 2023 58 390 x 106 2024 62 417 x 106 2025 66 444 x 106 Năm 61 Từ kết tính toán bảng 3.15 cho thấy, tiềm năng lƣợng sinh đốt cháy lƣợng rác thải sinh hoạt ngày huyện Kim Bảng đến năm 2025 khoảng 444x10 KJ/ngày Nếu tận dụng đƣợc lƣợng chất thải rắn để tạo lƣợng tiềm lƣợng từ CTRSH huyện Kim Bảng tƣơng đối lớn * Ước tính khả cung cấp điện: Nếu áp dụng công nghệ đốt trực tiếp CTRSH thu hồi nhiệt để phát điện hiệu suất chuyển đổi từ nhiệt sang điện đƣợc ƣớc tính nhƣ sau: - Hiệu suất dây truyền đốt: η1 = 0,8 - Hiệu suất lò đốt: η2 = 0,8 - Hiệu suất nồi hơi: η3 = 0,8 - Hiệu suất tuabin: η4 = 0,75 ÷ 0,85 - Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt: η5 = 0,3 - Hiệu suất máy phát điện: η6 = 0,9 ÷ 0,95 => Hiệu suất toàn phần từ đầu dây chuyền đốt CTRSH đến công đoạn cuối đồng phát nhiệt - điện là: η = 0,8 x 0,8 x 0,8 x 0,8 x 0,3 x 0,92 = 0,11 Với hiệu suất chuyển đổi từ nhiệt sang điện rác thải 11%, 1KWh = 3600 KJ ta có lƣợng điện sinh ngày đốt 66 CTRSH khoảng 13.567 KWh/ngày Từ kết phiếu điều tra, ƣớc tính trung bình hộ dân dùng hết 100 KWh điện/tháng; hiệu suất hao phí đƣờng dây truyền tải điện 25% lƣợng điện sinh ngày cung cấp điện cho khoảng gần 1.018 hộ gia đình, tƣơng đƣơng với cung cấp cho 67% hộ dân thị trấn Ba Sao năm 2025 Theo đơn giá, định mức cho công đoạn bốc xúc, vận chuyển, xử lý rác thải sinh hoạt huyện Kim Bảng 2015 kinh phí chi trả cho doanh nghiệp thực 62 dịch vụ môi trƣờng địa bàn huyện Kim Bảng năm 2015 khoảng 722.260 đồng/tấn, đƣợc trình bày cụ thể bảng 3.16 Bảng 3.16: Đơn giá, định mức bốc xúc, vận chuyển, xử lý rác thải sinh hoạt huyện Kim Bảng 2015 STT Công việc Đơn giá (đồng/tấn) Bốc xúc rác thải 267.260 Vận chuyển rác thải - Cự ly