Đánh giá hiện trạng công tác thu gom rác thải sinh hoạt và tiềm năng thu hồi năng lượng từ bãi chôn lấp rác (nghiên cứu trên địa bàn quận đống đa, hà nội

Do đó, cần có các đánh giá công tác thu gom rác thải sinh hoạt hiện tại và tính toán phát thải khí CH4 từ chôn lấp rác thải sinh hoạt bằng mô hình phát thải từ các công trình đã được côn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Phạm Quỳnh Thêu

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC THU GOM

RÁC THẢI SINH HOẠT VÀ TIỀM NĂNG THU HỒI

NĂNG LƯỢNG TỪ BÃI CHÔN LẤP RÁC (NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN ĐỐNG ĐA, HÀ NỘI)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Phạm Quỳnh Thêu

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC THU GOM

RÁC THẢI SINH HOẠT VÀ TIỀM NĂNG THU HỒI

NĂNG LƯỢNG TỪ BÃI CHÔN LẤP RÁC (NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN ĐỐNG ĐA, HÀ NỘI)

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

T.S Nguyễn Thị Thế Nguyên PGS.TS Đỗ Quang Huy

Hà Nội – Năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Thị Thế Nguyên, giảng viên khoa Kỹ thuật biển, trường Đại học Thủy Lợi và PGS.TS Đỗ Quang Huy, giảng viên khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập, nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện luận văn này và chia sẻ cho em nhiều kinh nghiệm, những lời khuyên bổ ích để em có thể hoàn thành tốt luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị Hà Nội (đặc biệt Chi nhánh Đống Đa) đã cung cấp cho em những tài liệu, số liệu thực tế về công tác quản lý, thu gom rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa và tạo điều kiện cho em đi điều tra thực tế về công tác thu gom rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa tại các hộ gia đình thuận lợi trong quá trình nghiên cứu đề tài

Em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng tới các thầy cô giáo và cán bộ khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã giảng dạy, truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu trong suốt 2 năm học Qua đó, em đã đạt được nhiều tiến

bộ về kiến thức cũng như những kỹ năng bổ ích cần thiết khác

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, cơ quan nơi công tác, người thân, bạn bè đã luôn ở bên em, ủng hộ, động viên, giúp đỡ và luôn là chỗ dựa vững chắc cho em trong suốt thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày tháng năm 2019

Học viên

Phạm Quỳnh Thêu

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Công tác thu gom và quản lý rác thải sinh hoạt thành phố Hà Nội 3

1.2 Các nghiên cứu về công nghệ xử lý rác phát điện 14

1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng khí bãi rác để phát điện 24

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.1.1 Rác thải sinh hoạt tại quận Đống Đa 33

2.1.2 Khí Metan (CH4) phát sinh từ bãi chôn lấp rác sinh hoạt 33

2.2 Phương pháp nghiên cứu 33

2.2.1 Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế 33

2.2.2 Phương pháp thu thập, tổng hợp số liệu, thống kê 34

2.2.3 Phương pháp ước tính phát sinh, thu hồi khí thải CH4 và tiềm năng phát điện 35 2.2.4 Phương pháp đánh giá và dự báo 39

2.2.5 Phương pháp so sánh 39

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Nguồn phát sinh, thành phần và khối lượng rác thải sinh hoạt tại quận Đống Đa 40

3.2 Hiện trạng công tác thu gom, vận chuyển và xử lý rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa 44

3.3 Tính toán lượng khí CH 4 thoát ra từ chôn lấp rác thải sinh hoạt của quận Đống Đa 53

3.4 Tiềm năng thu hồi khí CH 4 từ chôn lấp rác thải sinh hoạt của quận Đống Đa tại bãi rác Nam Sơn và tiềm năng tạo ra điện từ nguồn rác thải này 60

3.5 Đề xuất giải pháp thu gom, quản lý rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận

Đống Đa và công nghệ thu gom khí CH 4 từ chôn lấp rác để tạo ra điện 68

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 80

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Nguồn phát sinh và thành phần rác thải sinh hoạt 4

Bảng 1.2 Thành phần của rác thải sinh hoạt ở Hà Nội 6

Bảng 1.3 Các cơ sở xử lý rác thải sinh hoạt chính đang hoạt động trên địa bàn thành phố Hà Nội [5] 10

Bảng 1.4 Đánh giá ưu nhược điểm của các công nghệ xử lý rác phát điện 20

Bảng 1.5 Tiêu chí đánh giá công nghệ điện rác trong quản lý chất thải rắn [8] 22

Bảng 1.6 Một số dự án thu khí bãi rác phát điện điển hình tại châu Á Thái Bình Dương 27

Bảng 1.7 Dự án thu hồi khí bãi rác phát điện đã được đăng ký [5] 28

Bảng 1.8 Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt 29

Bảng 2.1 Giá trị MCF theo kiểu bãi chôn lấp rác (IPCC, 2006) 37

Bảng 3.1 Tỷ lệ thành phần rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa 41

Bảng 3.2 Khối lượng rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa phát sinh giai đoạn năm 2013 – 2018 43

Bảng 3.3 Bảng khối lượng rác hữu cơ phân loại tại nguồn giai đoạn 2013-2018 44

Bảng 3.4 Phân bố các tổ thu gom và số lượng công nhân duy trì vệ sinh trên địa bàn quận Đống Đa 46

Bảng 3.5 Khối lượng rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa vận chuyển đi chôn lấp giai đoạn năm 2013 – 2018 55

Bảng 3.6 Tóm tắt kết quả xác định và tính toán các thông số đầu vào để tính phát thải khí CH4 theo mô hình LandGEM 3.02 55

Bảng 3.7 Thông số đầu vào để tính phát thải khí CH4 theo mô hình LandGEM 3.02 57

Bảng 3.8 Kết quả tính toán lượng khí CH4 thoát ra từ chôn lấp rác thải sinh hoạt của quận Đống Đa thu gom giai đoạn 2013 – 2018 59

Bảng 3.9 Kết quả tính toán lượng thu hồi khí CH4 từ chôn lấp rác thải sinh hoạt của quận Đống Đa thu gom giai đoạn 2013 – 2018 60Bảng 3.10 Tiềm năng lượng điện tạo ra từ chôn lấp rác thải sinh hoạt quận Đống

Đa 63Bảng 3.11 Tính toán ước lượng điện năng tiêu thụ một ngày của khu liên hợp chôn lấp rác 65Bảng 3.12 So sánh số liệu tính toán ước tính với các dự án thu khí bãi rác phát điện thực tế 67

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sự hình thành rác thải sinh hoạt 4

Hình 1.2 Sơ đồ quản lý rác thải sinh hoạt nội thành Hà Nội 8

Hình 1.3 Sự hình thành khí bãi rác theo thời gian [20] 12

Hình 1.4 Sơ đồ dây chuyển công nghệ thu hồi khí bãi rác phát điện [9] 15

Hình 1.5 Thu hồi, xử lý khí LFG và thu hồi năng lượng [20] 16

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ đốt rác phát điện 16

Hình 1.7 Quy trình cơ bản một mô hình đốt rác phát điện [25] 17

Hình 1.8 Quy trình công nghệ khí hóa plasma rác thải tạo ra điện 18

Hình 1.9 Cấu tạo ngọn đuốc plasma 18

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ phương pháp cơ sinh học phát điện [9] 19

Hình 1.11 Vị trí của tất cả các dự án năng lượng khí LFG hiện đang hoạt động tại Hoa Kỳ [26] 25

Hình 1.12 Công nghệ thu khí phát điện bãi chôn lấp rác Đông Thạnh 28

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí mặt bằng quận Đống Đa và bố trí các tổ thu gom rác theo từng địa bàn 34

Hình 3.1 Biểu đồ diễn biến phát sinh khối lượng trung bình rác thải sinh hoạt hàng ngày trên địa bàn quận Đống Đa giai đoạn 2013 – 2018 43

Hình 3.2 Sơ đồ thùng thu rác được đặt trên địa bàn Quận Đống Đa 48

Hình 3.3 Diễn biến khả năng sinh khí CH4 từ 01 tấn rác thải sinh hoạt quận Đống Đa từ chôn lấp trong 50 năm 58

Hình 3.4 Diễn biến tốc độ dòng khí CH4 phát sinh theo mô hình LandGEM 3.02 từ chôn lấp rác thải sinh hoạt quận Đống Đa thu gom giai đoạn 2013-2018 59

Hình 3.5 Diễn biến tốc độ dòng khí CH4 phát sinh và thu hồi theo mô hình LandGEM 3.02 từ chôn lấp rác thải sinh hoạt quận Đống Đa thu gom giai đoạn

2013-2018 61

Hình 3.6 Biểu diễn sự thay đổi tính toán hàng năm trong sản xuất điện 64

Hình 3.7 Công nghệ thu gom khí nhà kính phát điện 69

Hình 3.8 Kế hoạch đặt giếng khai thác khí từ bãi chôn lấp 70

Hình 3.9 Cấu trúc giếng khoan thẳng đứng và rãnh nằm ngang 70

Hình 3.10 Hệ thống xử lý Siloxan 73

Hình 3.11 Họng đốt trong thiết kệ hệ thống thu gom khí thải bãi rác phát điện 74

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CDM Cơ chế phát triển sạch (Clean Development Mechanism)

(Intergovernmental Panel on Climate Change)

LFG Khí bãi chôn lấp rác (Landfill gas)

Outreach Program)

MSW Chất thải rắn đô thị (Municipal solid waste)

RDF Nhiên liệu từ rác (Refuse – derived fuel)

SRF Nhiên liệu rắn thu hồi (Soild recoverd fuel)

(United Nations Framework Convention on Climate Change)

VOC Hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile organic compound)

MỞ ĐẦU

Qúa trình đô thị hóa ở Việt Nam đang diễn ra mạnh mẽ, rất nhiều đô thị được chuyển từ đô thị loại thấp lên đô thị loại cao và đồng thời nhiều đô thị mới được hình thành Thập kỷ 90 có 500 đô thị, đến tháng 12 năm 2016 số lượng đô thị lên đến 795 [2] Việc đô thị hóa nhanh chóng dẫn tới không gian đô thị và dân số tại các

đô thị tăng nhanh, đặc biệt là 2 thành phố lớn Hà Nội và Hồ Chí Minh

Sự phát triển của đô thị có mối quan hệ qua lại tương ứng với trình độ phát triển kinh tế - xã hội Tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh chóng, trở thành nhân tố tích cực đối với phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích về kinh tế - xã hội, đô thị hóa nhanh đã tạo ra sức ép về nhiều mặt, dẫn đến suy giảm chất lượng môi trường và phát triển không bền vững Các hoạt động sản xuất, sinh hoạt tăng lên đồng thời lượng chất thải phát sinh cũng tăng theo Lượng chất thải rắn phát sinh tại các đô thị ngày càng nhiều với thành phần phức tạp, trong đó, lượng rác thải sinh hoạt phát sinh chiếm tỷ lệ cao nhất Rác thải sinh hoạt phát sinh

ở các đô thị chiếm đến 50% tổng lượng rác thải sinh hoạt của cả nước mỗi năm và đang có xu thế phát sinh ngày càng tăng, trung bình mỗi năm tăng khoảng 10% [2] Việc phân loại rác thải sinh hoạt tại nguồn chưa đồng bộ cho các công đoạn thu gom và xử lý Công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt phổ biến là chôn lấp, ủ phân hữu

cơ và đốt Tỷ lệ rác thải sinh hoạt được chôn lấp trực tiếp khoảng 34%, giảm thiểu

và tái chế tại các cơ sở xử lý khoảng 42% và lượng còn lại là bãi thải của quá trình

xử lý được chôn lấp chiếm khoảng 24% [2]

Quận Đống Đa là một quận nội thành của thủ đô Hà Nội Cùng với xu hướng phát triển chung của Hà Nội, Đống Đa có những chuyển biến tích cực về mặt kinh

tế - xã hội, bên cạnh đó là sự gia tăng về dân số, nhu cầu tiêu thụ tài nguyên dẫn đến lượng rác thải sinh hoạt phát sinh tương đối lớn Công tác thu gom, vận chuyển và

xử lý rác thải sinh hoạt của Quận giao cho Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị

Hà Nội thực hiện Trong những năm gần đây hình thức thu gom vận chuyển đã và đang được cải tiến để phù hợp với Quận Rác thải sinh hoạt sau khi thu gom được

vận chuyển đến bãi rác Nam Sơn để xử lý, công nghệ xử lý chủ yếu là chôn lấp Với thành phần hữu cơ cao chiếm 54-77%, quá trình phân hủy yếm khí diễn ra khi chôn lấp rác tạo ra một lượng lớn khí metan (CH4) – một loại khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính Do đó, cần có các đánh giá công tác thu gom rác thải sinh hoạt hiện tại và tính toán phát thải khí CH4 từ chôn lấp rác thải sinh hoạt bằng mô hình phát thải từ các công trình đã được công bố giúp cho những người làm công tác quản lý rác thải sinh hoạt có cái nhìn tổng quan về tiềm năng thu hồi khí CH4 từ chôn lấp và nguồn năng lượng phát sinh từ rác thải sinh hoạt Chính vì vậy, tôi lựa chọn đề tài

nghiên cứu “Đánh giá hiện trạng công tác thu gom rác thải sinh hoạt và tiềm

năng thu hồi năng lượng từ bãi chôn lấp rác (nghiên cứu trên địa bàn quận Đống Đa, Hà Nội)”

Mục tiêu của đề tài:

Đánh giá được công tác thu gom rác thải sinh hoạt trên địa bàn Đống Đa giai đoạn 2013 -2018 và tính toán tiềm năng thu hồi khí CH4 phát sinh từ việc chôn lấp rác thải sinh hoạt thu gom ở quận Đống Đa

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Đánh giá nguồn phát sinh, thành phần, đặc điểm rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa

- Đánh giá hiện trạng công tác thu gom, vận chuyển rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa giai đoạn 2013-2018

- Ước tính lượng khí CH4 thoát ra từ việc chôn lấp rác thải sinh hoạt ở quận Đống Đa theo lý thuyết giai đoạn 2013 – 2018

- Đánh giá tiềm năng thu hồi khí CH4 dựa trên kết quả tính toán lý thuyết và

số liệu thực tế tại các nhà máy thu hồi khí CH4 để phát điện Từ đó đánh giá tiềm năng phát điện từ rác thải sinh hoạt

- Đề xuất các giải pháp thu gom, quản lý rác thải sinh hoạt trên địa bàn quận Đống Đa

- Đề xuất công nghệ thu hồi khí CH4 để tạo ra điện từ bãi chôn lấp rác

Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Công tác thu gom và quản lý rác thải sinh hoạt thành phố Hà Nội

Hệ thống quản lý rác thải sinh hoạt bao gồm hoạt động thu gom, vận chuyển, thu hồi, tiêu hủy chất thải rắn và các hoạt động giám sát các hoạt động trên cũng như công tác bảo vệ, ngăn ngừa ô nhiễm sau xử lý

Các hợp phần chức năng của hệ thống quản lý rác thải sinh hoạt bao gồm: Nguồn phát sinh chất thải; Thu gom, phân loại và lưu giữ tại nguồn; Thu gom; Trung chuyển và vận chuyển; Tách xử lý và tái chế; tiêu hủy

a) Nguồn phát sinh

Rác thải sinh hoạt phát sinh từ hoạt động hàng ngày của con người Phát sinh

ở mọi nơi mọi lúc trong phạm vi con người hoạt động, từ các hộ gia đình, khu dân

cư, khu thương mại, dịch vụ công cộng, cơ quan công sở,…

Nguồn phát sinh rác thải sinh hoạt

Thu gom sơ cấp: phân loại và xử lý tại nguồn

Thu gom thứ cấp

Vận chuyển

Hình 1.1 Sự hình thành rác thải sinh hoạt

Ghi chú:

: Nguyên vật liệu, sản phẩm và các thành phần thu hồi, tái sử dụng : Rác thải sinh hoạt

Các nguồn chủ yếu phát sinh rác thải sinh hoạt bao gồm từ:

- Các khu dân cư;

- Các khu thương mại;

- Các cơ quan, trường học;

- Các công trình dịch vụ công cộng;

- Các khu công nghiệp

Trong đó, rác thải sinh hoạt phát sinh từ các khu dân cư chiếm tỷ lệ cao nhất

Bảng 1.1 Nguồn phát sinh và thành phần rác thải sinh hoạt

cư, nhà trọ

Thực phẩm dư thừa, bao bì hàng hóa, giấy, carton, nhựa, vải quần áo, đồ điện tử, vật dụng hư hỏng (đồ gia dụng, tủ….), cao su, rác vườn, gỗ và các chất thải nguy hại (pin, ắc-quy, bóng đèn, bao bì chứa hóa chất độc hại, dầu thải, bình xịt côn trùng,…),…

Rác thải sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt

Thực phẩm dư thừa, bao bì hàng hóa, giấy, carton, nhựa, vải, thủy tinh, kim loại, đồ điện

tử, vật dụng hư hỏng (đồ gia dụng, tủ….), cao su và các chất thải nguy hại (pin, ac-quy, bóng đèn, bao bì chứa hóa chất độc hại, dầu thải, bình xịt côn trùng,…),…

Thực phẩm dư thừa, bao bì hàng hóa, giấy, carton, nhựa, vải, thủy tinh, kim loại, đồ điện

tử, vật dụng hư hỏng (đồ gia dụng, tủ….), cao su, rác vườn, gỗ và các chất thải nguy hại (pin, ac-quy, bóng đèn, bao bì chứa hóa chất độc hại, dầu thải, bình xịt côn trùng,…),…

vệ sinh đường phố, công viên, vườn hoa, bùn, cống rãnh

Rác, cành cây cắt tỉa, lá cây, xác động vật, xe máy hỏng, rác thải chung tại các khu vui chơi giải trí, bùn cống rãnh

5 Khu công

nghiệp

Văn phòng, Phòng ăn và nhà ở của cán

bộ nhân viên khu công nghiệp

Thực phẩm dư thừa, giấy, carton, nhựa, vật dụng hư hỏng và các chất thải nguy hại (pin, ac-quy, bóng đèn, bao bì chứa hóa chất độc hại, dầu thải, bình xịt côn trùng,…),…

b) Thành phần rác thải sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt bao gồm hai loại: Rác thải sinh hoạt thông thường và rác thải sinh hoạt nguy hại

 Rác thải sinh hoạt thông thường

Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường, rác thải sinh hoạt phát sinh

ở các đô thị chiếm hơn 50% tổng lượng rác thải sinh hoạt của cả nước mỗi năm

Đến năm 2015, tổng khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh tại các đô thị khoảng 38.000 tấn/ngày Riêng tại Hà Nội, khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh là 6.420tấn/ngày [2] Theo tính toán mức gia tăng của giai đoạn từ năm 2010 – 2014 lượng rác thải sinh hoạt đạt trung bình 12% mỗi năm và về xu hướng, mức độ phát sinh rác thải sinh hoạt tiếp tục tăng trong thời gian tới [1]

Rác thải sinh hoạt thông thường khu vực đô thị có tỷ lệ hữu cơ cao vào khoảng 54-77%, chất thải có thể tái chế (nhựa và kim loại) chiếm khoảng 8-18% [2] Về cơ bản, thành phần rác thải sinh hoạt bao gồm chất vô cơ (các loại phế thải thủy tinh, sành sứ, kim loại, giấy, cao su, nhựa, túi nilon, vải, đồ điện tử hỏng,…), chất hữu cơ (cây cỏ loại bỏ, lá rụng, quả hư hỏng, đồ ăn thừa, xác động vật, chất thải động vật,…)

và các thành phần khác Thành phần rác thải sinh hoạt rất phức tạp và luôn biến đổi theo thời gian và không gian, phụ thuộc vào tập quán sinh hoạt, mức sống của nhân dân, nhịp độ phát triển kinh tế và trình độ văn minh của từng khu vực

Rác thải sinh hoạt khu vực nông thôn có tỷ lệ khá cao chất hữu cơ, chủ yếu

từ thực phẩm thải, chất thải làm vườn và phần lớn đều là chất thải hữu cơ dễ phân hủy Về cơ bản, lượng rác thải sinh hoạt ở nông thôn phụ thuộc vào mật độ dân cư

và nhu cầu tiêu dùng của người dân Nhìn chung, khu vực đồng bằng có lượng phát sinh rác thải sinh hoạt cao hơn khu vực miền núi, dân cư khu vực có mức tiêu dùng cao thì lượng rác thải sinh hoạt cũng cao

Bảng 1.2 Thành phần của rác thải sinh hoạt ở Hà Nội

Tỷ lệ (%)

2.3 Da, cao su, gỗ 1,3 3 Các hạt <10mm 32

Nguồn: Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia – chuyên đề môi trường đô thị năm 2016

 Rác thải sinh hoạt nguy hại

Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường, tỷ lệ chất thải nguy hại (CTNH) bị thải lẫn vào rác thải sinh hoạt mang đến bãi chôn lấp là 0,02 – 0,82% [2] CTNH trong sinh hoạt thường là pin, ắc quy, đèn tuýp, nhiệt kế thủy ngân vỡ, bao bì chất tẩy rửa, vỏ hộp sơn, vỏ hộp thuốc nhuộm tóc, lọ sơn móng tay, vỏ bao bì thuốc BVTV, bình xịt côn trùng, mực in thải bỏ,…

c) Phân loại, thu gom và vận chuyển rác thải sinh hoạt

 Khu vực nội thành

Hoạt động phân loại rác tại nguồn chưa được áp dụng rộng rãi, chỉ mới được thực hiện thí điểm trên quy mô nhỏ ở một số quận nội thành của thành phố Hà Nội nên chưa tận dụng được hết lượng rác có khả năng tái chế, tái sử dụng Hoạt động thu gom, vận chuyển rác thải sinh hoạt tại các đô thị được cung cấp chủ yếu bởi các công ty dịch vụ: Công ty môi trường đô thị và một phần do các doanh nghiệp tư nhân thực hiện, trong đó tỷ lệ khoảng 20% do các công ty tư nhân, hợp tác xã, tổ vệ sinh môi trường thực hiện [2] Hoạt động thu gom rác thải sinh hoạt đang được cải thiện rõ rệt, tỷ lệ thu gom, vận chuyển rác thải sinh hoạt tăng dần Tỷ lệ thu gom đạt 98% ở 11 quận nội thành (quận Hà Đông đạt 96% và thị xã Sơn Tây đạt 94%) (năm 2016) [2], đảm bảo thu gom phần lớn rác thải sinh hoạt phát sinh trong khu vực nội thành Phương tiện và công nghệ thu gom cũng được chính quyền thành phố quan tâm đầu tư, mua mới

Hệ thống thu gom tại khu vực nội thành Hà Nội đang trong quá trình thay đổi

từ xe đẩy sang thu gom bằng xe thùng Xe đẩy rác là hệ thống dịch vụ thu gom tại chỗ, công nhân đẩy xe đến khu dân cư và gõ kẻng thu rác Hệ thống thùng chứa rác với nhiều kích thước được đặt ở khu dân cư để đựng rác

Hiện có 17 công ty tham gia thu gom và vận chuyển CTR của khu vực nội thành Trong đó, Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị Hà Nội – URENCO chịu trách nhiệm thu gom phần lớn CTR của khu vực nội thành Hà Nội

Hình 1.2 Sơ đồ quản lý rác thải sinh hoạt nội thành Hà Nội

Vận chuyển rác thải sinh hoạt: Xe tải chuyên dụng có hệ thống cẩu móc xe thu gom đẩy tay đang được sử dụng để chuyển rác thải sinh hoạt từ các điểm thu gom đến vị trí xử lý Tại Hà Nội hiện nay đang thí điểm 1 số có điểm trung chuyển rác, sau khi thu gom rác, được đưa đến trạm trung chuyển và được đưa thẳng lên bãi rác Nam Sơn, cách Hà Nội 50 km về phía Bắc, khu xử lý chất thải tập trung phía Nam

Hà Nội và nhà máy đốt rác nội thành Hà Nội (cách nguồn rác 10 km)

Năng lực trang thiết bị thu gom, vận chuyển còn thiếu và yếu dẫn đến nhiều hệ quả bất lợi Việc chuyển đổi hệ thống thu gom rác sang hệ thống mới gặp nhiều khó khăn, như xe tải không thể tiếp cận được để thu gom cho đường và ngõ nhỏ Ngoài

ra, tại một số điểm thực hiện phân loại CTR tại nguồn nhưng khi thu gom, vận chuyển lại đổ chung, làm giảm hiệu quả của việc phân loại

Hiện tại, rác thải sinh hoạt nguy hại vẫn chưa được thu gom và xử lý riêng mà

bị lẫn với rác thải sinh hoạt để đưa đến bãi chôn lấp Việc chôn lấp và xử lý chung

sẽ gây ra nhiều tác hại cho những người tiếp xúc với rác, ảnh hưởng đến quá trình phân hủy rác và hòa tan các chất nguy hại vào nước rỉ rác ảnh hưởng đến hệ thống

xử lý nước thải đặc trưng

Xe vận chuyển chuyên dùng

Rác thải sinh hoạt

Xe đẩy tay Đổ không đúng chỗ Thùng Phân loại qua

người buôn bán phế liệu Điểm cẩu

Khu xử lý chất thải Nam Sơn, Cầu Diễn

Chế biến phân

compost tại Cầu Diễn

Chôn lấp tại Nam Sơn

Tái chế khác Người nhặt rác

 Khu vực ngoại thành

Khu vực ngoại thành Hà Nội chủ yếu bao gồm địa bàn tỉnh Hà Tây cũ có lượng rác phát sinh không cao so với khu vực nội thành, tuy nhiên tỷ lệ thu gom CTR khu vực này thấp, đang gây ra vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến chất lượng đời sống và sức khỏe người dân Tỷ lệ thu gom CTR sinh hoạt ở khu vực ngoại thành lại tương đối thấp, đạt khoảng 60% [2]

Lượng rác thải sinh hoạt không được thu gom chủ yếu là do người dân xả thải ra kênh rạch, ao hồ hoặc tiêu hủy tại chỗ Hệ thống thu gom rác thải ở khu vực ngoại thành vẫn còn hạn chế về số lượng trang thiết bị cũng như đội ngũ công nhân Bên cạnh đó, ở khu vực này rác thải sinh hoạt phát sinh rải rác, không tập trung gây khó khăn cho việc thu gom

Lượng rác thải nông thôn còn tồn đọng khá nhiều Hầu hết lượng rác tồn đọng tập trung chủ yếu tại các ao, hồ, kênh, mương, khu vực xa dân cư, các điểm đổ rác tự phát không thuận tiện cho việc vận chuyển rác đi xử lý, hoặc lưu giữ lại tại các điểm tập kết/ bãi trung chuyển Nhiều xã thuộc các huyện ngoại thành còn tận dụng các ao, hồ và các vùng trũng để đổ rác thải, hình thành hố chôn lấp tự phát, không đảm bảo quy trình kỹ thuật, mất vệ sinh môi trường, gây mùi hôi và dẫn tới các nguy cơ ô nhiễm nguồn nước của khu vực

d) Xử lý rác thải sinh hoạt

 Khu vực nội thành

Rác sinh hoạt trong nội thành đang được thu gom vận chuyển về Khu liên hiệp xử lý rác thải (LHXLRT) Nam Sơn, huyện Sóc Sơn ở phía Bắc thành phố Hà Nội Dự án đầu tư xây dựng Khu LHXLRT Nam Sơn nằm trên diện tích của 3 xã Nam Sơn, Bắc Sơn và Hồng Kỳ của huyện Sóc Sơn, thành phố Hà Nội được hoàn thành từ năm 1999 và được đưa vào hoạt động từ đó đến nay Bãi rác Nam Sơn được xây dựng với nhiệm vụ chính là tiếp nhận, xử lý chất thải rắn sinh hoạt của thành phố Hà Nội và của một số huyện của các tỉnh lân cận xung quanh thành phố

Hà Nội, vận chuyển về bãi và xử lý nước rỉ rác theo đúng quy trình công nghệ đảm bảo vệ sinh môi trường Hiện nay, tổng diện tích của bãi rác lên tới 85 ha, công suất

xử lý 4200 tấn rác/ngày đêm, hoạt động 24/24h Với quy mô như trên, có thể phân loại bãi rác Nam Sơn thuộc loại bãi rác rất lớn Bãi rác Nam Sơn có tất cả 10 ô chôn lấp, các ô chôn lấp được thiết kế xây dựng và vận hành theo đúng quy trình chôn lấp chất thải hợp vệ sinh Các ô chôn lấp rác có cao độ mặt đê bao cao độ +15,0m, cao

độ đáy bãi trung bình từ cao độ +4,0m đến cao độ +6,0m Đáy bãi được thiết kế phẳng có độ dốc ≥1%, để đảm bảo ngăn nước rác không thẩm xuống các lớp đất phía dưới, xâm nhập vào nguồn nước ngầm thì đáy ô chôn lấp được lót vải chống thấm HDPE: d=1,5mm Tại đây 100% rác thải sinh hoạt được chôn lấp hợp vệ sinh [7] Hiện tại, các công trình bảo vệ môi trường tại bãi rác là hệ thống thu gom nước mưa, rỉ rác và hệ thống xử lý nước rỉ rác, ngoài ra được giám sát chặt chẽ môi trường bằng việc lắp hệ thống quan trắc tự động và bán tự động theo dõi định kỳ Tuy nhiên, khu xử lý CTR này hiện đang quá tải do phải gánh thêm khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh khi mở rộng thành phố Do vậy trong tương lai, vấn đề thu gom xử lý rác thải sẽ trở nên rất khó khăn và phức tạp

Các công nghệ xử lý CTR sinh hoạt đang được áp dụng: Chôn lấp, ủ phân hữu cơ và đốt Tỷ lệ rác thải sinh hoạt được chôn lấp trực tiếp hợp vệ sinh khoảng 73-81%, tỷ lệ rác thải sinh hoạt được giảm thiểu hoặc tái chế tại các cơ sở xử lý đạt khoảng 12-20%; làm phân compost <7% và lượng rác thải sinh hoạt còn lại là bã thải của quá trình xử lý đốt được chôn lấp [5]

Bảng 1.3 Các cơ sở xử lý rác thải sinh hoạt chính đang hoạt động trên địa bàn

thành phố Hà Nội [5]

Diện tích,

ha

Hiện trạng

1 Khu liên hiệp xử lý CTR Nam Sơn Sóc Sơn 83,5

Tiếp nhận gần 3000 tấn/ngày

2 Bãi chôn lấp CTR Kiêu Kỵ Gia Lâm 10 Tiếp nhận: 100 tấn/ngày

3 Bãi chôn lấp Xuân Sơn TX.Sơn

Tây 5,12 Tiếp nhận: 100 tấn/ngày

4 Nhà máy chế biến phế thải

Công suất 120 tấn/ngày Hiệu quả xử lý < 50%

STT Tên đơn vị Địa điểm

Diện tích,

ha

Hiện trạng

5 Nhà máy đốt – Cty Envic Sơn Tây

Rác thải sinh hoạt Xuân Sơn – Tiếp nhận 300 tấn/ngày

Các công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt đang áp dụng trên địa bàn Hà Nội (kể

cả các công nghệ nước ngoài) ngày càng đa dạng nhưng hiệu quả thực tế chưa được tổng kết, đánh giá một cách đầy đủ Các công nghệ nước ngoài khi sử dụng tại Việt Nam gặp một số khó khăn do rác thải sinh hoạt phần lớn chưa được phân loại tại nguồn, độ ẩm cao, điều kiện thời tiết nhiệt đới, lượng rác thải sinh hoạt tiếp nhận thấp hơn công suất thiết kế hoặc không ổn định, đầu tư khá cao dẫn đến chi phí xử

lý cao… Kết quả là hiệu quả xử lý rác thải sinh hoạt chưa cao, công tác phân loại phức tạp, máy móc thiết bị mau bị hư hỏng, ăn mòn…

Hiện nay phương pháp chôn lấp rác vẫn là phương pháp phổ biến và đơn giản nhất cho rác thải sinh hoạt tại Hà Nội Về thực chất, chôn lấp là phương pháp lưu giữ chất thải trong một hố và có phủ đất lên trên

Khí bãi rác (LFG) phát thải từ bãi chôn lấp của quá trình phân hủy các thành phần hữu cơ trong rác Thành phần chủ yếu của khí bãi rác là khí CH4 và CO2 sinh

ra do quá trình phân hủy các chất hữu cơ Một phần rất nhỏ các thành phần khí khác cũng có mặt trong LFG bao gồm H2S, hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC) hay một số khí khác gây nên mùi hôi, ô nhiễm môi trường không khí và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng, một số hợp chất VOC cũng đóng góp vào sự ấm lên của khí quyển như chlorofluorocarbon (CFCs) Thành phần của LFG trong giai đoạn đầu là chủ yếu là CO2 và một số khí khác Sự có mặt của khí CO2 ở trong bãi chôn lấp tạo điều kiện cho vi sinh vật kị khí phát triển và từ đó bắt đầu giai đoạn hình thành khí CH4 Một phần nhỏ C hữu cơ trong rác bị mất đi do quá trình hòa tan vào nước rác [22]

Khi rác thải sinh hoạt được chuyển vào bãi chôn lấp, sẽ trải qua giai đoạn đầu phân hủy hiếu khí (có oxy) khi đó chưa có khí CH4 được tạo ra Sau đó, thông

thường trong vòng chưa đầy 1 năm, điều kiện yếm khí được thiết lập và vi khuẩn metan hình thành bắt đầu phân hủy rác thải và tạo ra khí CH4 [21]

Hình 1.3 Sự hình thành khí bãi rác theo thời gian [21]

Vi khuẩn phân hủy chất thải chôn lấp thành 4 giai đoạn, thay đổi thành phần khí với từng giai đoạn và chất thải trong bãi rác có thể trải qua nhiều giai đoạn phân hủy cùng một lúc Thời gian của từng giai đoạn trong quá trình sinh khí thay đổi tùy thuộc vào tỷ lệ thành phần các chất hữu cơ, thành phần chất dinh dưỡng và độ ẩm,

độ nén ban đầu của rác trong bãi chôn lấp rác

Giai đoạn I (Giai đoạn điều chỉnh ban đầu): Vi khuẩn hiếu khí tiêu thụ oxy

trong quá trình phá vỡ chuỗi phân tử dài của các carbohydrate, protein và chất béo phức tạp bao gồm chất thải hữu cơ Sản phẩm phụ của quá trình phân hủy là khí

CO2 và H2 Giai đoạn I tiếp tục cho đến khi oxy có sẵn bị cạn kiệt Giai đoạn này có thể kéo dài một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân hủy

Giai đoạn II (Giai đoạn axit hóa): Sử dụng quá trình kỵ khí – vi khuẩn

chuyển đổi các hợp chất được tạo ra bởi vi khuẩn hiếu khí thành axit axetic, lactic, formic và rượu như metanol, etanol Khi các axit kết hợp với độ ẩm có trong bãi rác

và nitơ được tiêu thụ, khí CO2 và H2 được tạo ra

Giai đoạn III (Giai đoạn metan hóa): Vi khuẩn kỵ khí metan sẽ tiêu thụ các

axit hữu cơ được tạo thành trong giai đoạn II Quá trình này khiến bãi chôn lấp trở thành một môi trường trung lập hơn trong đó khí CH4 được hình thành bằng cách tiêu thụ CO2 và axetat

Giai đoạn IV (Giai đoạn ổn định): Thành phần và tỷ lệ tạo thành của LFG

vẫn tương đối ổn định, LFG thường chứa khoảng 50 – 55% CH4 theo thể tích, CO2chứa khoảng 45 – 50% thể tích và khoảng 2-5% các loại khí khác (H2S,…) LFG được sản sinh ra với tốc ổn định trong giai đoạn IV, thường khoảng 20 năm

Dưới điều kiện bình thường, tốc độ phân hủy của chất thải rắn trong bãi rác vệ sinh đạt đến giá trị cực đại trong 2 năm đầu tiên, sau đó giảm dần và có thể kéo dài trong khoảng thời gian 25 năm hoặc hơn thế nữa Tốc độ phân hủy của rác thải rắn trong bãi rác vệ sinh thường được biểu diễn bằng sản lượng khí sinh ra trong một khoảng thời gian Sự biến thiên sản lượng khí do quá trình phân hủy kỵ khí của các chất hữu cơ phân hủy sinh học nhanh (3 tháng đến 5 năm) và các chất hữu cơ phân hủy sinh học chậm (5 đến 50 năm) Tốc độ phân hủy hàng năm của các chất hữu cơ phân hủy nhanh và chậm được biểu diện bằng mô hình sản lượng khí hình tam giác, trong đó giá trị sản lượng khí cực đại sẽ đạt được sau 1 năm chất hữu cơ phân hủy nhanh và sau 5 năm cho chất hữu cơ phân hủy chậm [8]

Nói chung, khối lượng và tính chất của chất thải hữu cơ được chôn lấp ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng và khối lượng LFG phát thải, các yếu tố môi trường khác đóng góp một phần vào sự ảnh hưởng tới quá trình phát sinh khí bãi rác Đối với bãi chôn lấp hợp vệ sinh hay có kiểm soát, quá trình vận hành bãi đảm bảo kỹ thuật và lớp phủ tạm hàng ngày phủ kín đã tạo môi trường yếm khí thuận lợi cho vi khuẩn hoạt động Cùng với các điều kiện tự nhiên khác như độ ẩm, nhiệt độ, nguồn thức ăn, làm tăng sản lượng khí từ bãi chôn lấp phát thải ra ngoài Quá trình phân hủy chậm của cacbon trong bãi chôn lấp phát thải ra nhiều khí bãi rác qua quá trình phản ứng sinh hóa và hoá học lâu dài trong lòng bãi chôn lấp, các khí bãi rác vẫn tiếp tục phát sinh nhiều năm sau khi ô chôn lấp đã đóng cửa

Với lượng khí từ bãi rác phát sinh lớn, dẫn đến các nguy cơ tiềm ẩn từ bãi chôn lấp rác:

- Phát thải khí nhà kính làm biến đổi khí hậu toàn cầu

- Khí thải bãi rác có khả năng dễ cháy nổ

- Khí thải bãi rác chứa các thành phần độc hại, gây hại cho sức khỏe những người dân sống xung quanh khu vực và gây ô nhiễm môi trường

ở nông thôn và các thị trấn được hình thành nhưng phổ biến là 2 loại: Hợp tác xã Cổ phần dịch vụ vệ sinh môi trường và tổ dịch vụ vệ sinh môi trường

1.2 Các nghiên cứu về công nghệ xử lý rác phát điện

Theo xu hướng toàn cầu, lượng rác thải sinh hoạt ngày càng tăng lên do tốc

độ đô thị hóa, nhu cầu sinh hoạt của con người ngày càng được nâng cao dẫn đến gia tăng áp lực về quản lý thu gom, vận chuyển xử lý rác hợp vệ sinh, an toàn cho sức khỏe con người đồng thời bảo vệ môi trường; Tiêu thụ năng lượng thế giới đang tăng lên; nguồn nguyên liệu hóa thạch – năng lượng truyền thống có hạn đòi hỏi cần tìm ra các nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường để thay thế Trước tình thế vấn nạn về xu hướng chung toàn cầu như vậy, đã yêu cầu con người cần phải tìm ra nguồn nguyên liệu đầu vào mới cho con người, cũng như giải quyết vấn nạn rác thải đầu ra của con người

Hiện nay, công nghệ xử lý rác phát điện đang là một giải pháp mang tính giá trị khoa học và kinh tế cao đối với con người được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng đặc biệt là các nước phát triển và cạn kiệt tài nguyên Các công nghệ hiện nay

đang được sử dụng: Chôn lấp, thu khí bãi rác phát điện; Đốt rác phát điện; Khí hóa;

Xử lý theo phương pháp cơ học Mỗi công nghệ có những đặc tính ưu điểm và nhược điểm riêng đối với từng thành phần chất lượng rác thải, quy mô và diện tích đầu tư

1.2.1 Phương pháp chôn lấp thu khí bãi rác phát điện

Đã có nhiều công trình nghiên cứu công nghệ thu hồi khí bãi rác phát điện

Hình 1.4 Sơ đồ dây chuyển công nghệ thu hồi khí bãi rác phát điện [9]

Chất thải rắn được phân loại, một phần được tái chế sử dụng, phần còn lại được chuyển đến bãi rác để chôn lấp Tại bãi chôn lấp được thiết kế theo mô hình bãi chôn lấp hợp vệ sinh và có hệ thống thu khí (giếng khoan thẳng đứng, rãnh thu khí nằm ngang, ống thu khí) Khí sau khi được thu qua hệ thống thu khí được cho qua hệ thống xử lý khí (bộ phận thu khí ngưng tụ, máy thổi/nén, lọc, sấy khí) Sau

Chất thải rắn

Phân loại Tái chế

Bãi chôn lấp

Hệ thống thu khí bãi chôn lấp

đó khí được đốt và sản xuất bán điện Ngoài ra, còn một họng đốt để đốt cháy khí thừa và để sử dụng trong thời gian thiết bị ngừng hoạt động

Hình 1.5 Thu hồi, xử lý khí LFG và thu hồi năng lượng [21]

1.2.2 Phương pháp đốt rác phát điện

Đốt rác là một dạng công nghệ được áp dụng khá phổ biến tại các nước phát triển, đốt rác phát điện đã đem lại những hiệu quả nhất định trong việc xử lý rác thải sinh hoạt cũng như rác thải công nghiệp, giảm ô nhiễm môi trường và có khả năng

xử lý lượng rác lớn một cách triệt để Vì vậy, công nghệ đốt rác là một lựa chọn tốt cho các nước có nguồn đất đai và năng lượng hạn hẹp

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ đốt rác phát điện

Chất thải rắn

Phân loại Tái chế

Hình 1.7 Quy trình cơ bản một mô hình đốt rác phát điện [26]

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 [9]

1.2.3 Phương pháp khí hóa plasma phát điện [6]

Công nghệ plasma – khí hóa rác thải là thực hiện một quá trình sử dụng điện

để tạo ra cung hồ quang ở nhiệt độ cực cao nhằm biến các loại chất thải thành khí tổng hợp, hơi nước và chất xỉ Chất thải được đưa vào buồng phản ứng trục đứng, sau đó ngọn lửa plasma phun vào chất thải Bên trong lò phản ứng là “ống đuốc plasma” gồm một ống tròn có chứa khí trơ và các điện cực Khi bật công tác, dòng điện chạy qua ống, nung nóng các khí trơ đến nhiệt độ rất cao Nhiệt độ rất cao này làm ion hóa các nguyên tử, tạo ra plasma Nhiệt độ plasma rất cao, từ 5000OC –

90000C có thể nung chảy chất vô cơ của rác thải ở đáy lò phản ứng Dòng điện cung cấp liên tục sẽ duy trì đuốc plasma này đủ lâu để phân hủy rác thành các thành phần khác

Đốt hỗn hợp khí tổng hợp sinh ra trong quá trình khí hóa rác thải sẽ tạo ra điện Dòng khí này được dẫn ra khỏi lò phản ứng và trở thành nguyên liệu trong các công đoạn tạo thành năng lượng Qúa trình khí hóa rác thải cũng tạo ra xỉ từ chất thải vô cơ có trong rác thải Xỉ này có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng hay các

loại sản phẩm gốm sứ,… Ngoài ra, các phụ phẩm khác của khí hóa rác thải như lưu huỳnh, kim loại, axit, cũng có thể thu lại và tái chế đem bán

Hình 1.8 Quy trình công nghệ khí hóa plasma rác thải tạo ra điện

Hình 1.9 Cấu tạo ngọn đuốc plasma

Công nghệ khí hóa rác thải plasma có khả năng xử lý tất cả các loại chất thải, bao gồm: chất thải y tế, chất thải công nghiệp, lốp xe, các mảnh vụn xây dựng, rác sinh hoạt, chất thải nguy hại,… Khí hóa plasma có hiệu suất cao gấp 7 lần so với công nghệ khí hóa thông thường và cũng tạo ra nhiều năng lượng hơn

1.2.4 Phương pháp cơ sinh học thu khí phát điện

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ phương pháp cơ sinh học phát điện [9]

Nước tách

Nước tuần hoàn

Phương pháp cơ sinh học phát điện xảy ra các quá trình: Tiền xử lý cơ học (kiểm tra, phân loại, nghiền, băm,…); Xử lý sinh học (Xử lý yếm khí phần hữu cơ,

ủ chín); Hậu xử lý cơ học (Tách chất trơ, kim loại,…)

Phương pháp cơ sinh học 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 [9]

1.2.5 Đánh giá ưu nhược điểm của các công nghệ xử lý rác phát điện

Mỗi công nghệ có nhưng ưu nhược điểm riêng, tùy thuộc vào quy mô, tính chất thành phần chất thải, kinh tế, quỹ đất để lựa chọn công nghệ phù hợp

Bảng 1.4 Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của các công nghệ xử lý rác phát điện

- Bù đắp việc sử dụng tài nguyên không tái tạo

- Giúp cải thiện chất lượng không khí cục bộ: Do giảm được nồng độ các chất ô nhiễm khác trong bãi rác

do quá trình xử lý khí và đốt rác;

Giảm mùi hôi thối

- Giảm khả năng cháy nổ từ bãi chôn lấp rác

- Tạo nguồn doanh thu cho bãi rác

từ việc phát điện và giảm chi phí vận hành bãi chôn lấp rác

- Thích hợp xử lý rác thải sinh hoạt có nguồn hữu cơ cao

- Thích hợp cho những vùng có diện tích đất rộng và chi phí đầu tư

và vận hành thấp

- Phát ra nguồn điện liên tục

- Chiếm diện tích xử lý rác lớn

- Phụ thuộc cao vào thành phần, độ ẩm rác về hiệu quả thu hồi năng lượng điện

- Hàm lượng nước cao trong khí

- Dễ tắc ống nằm ngang

do nước

- Thiết bị thu khí dễ ăn mòn

- Thời gian xử lý rác lâu

2 Đốt rác - Có thể xử lý khối lượng lớn rác - Chỉ kinh tế đối với

- Sử dụng năng lượng hợp lý

- Tạo ra năng lượng điện

lượng rác thải lớn

- Chi phí xây dựng và bảo trì cao

- Tồn dư độc hại (tro bay, cạn túi lọc)

- Có thể hình thành các hợp chất độc hại trong khí thải

- Đòi hỏi cán bộ vận hành có tay nghề cao

- Sử dụng thêm nhiên liệu hóa thạch trong quá trình đốt

3 Khí hóa

plasma

- Lượng khí thải nhỏ hơn – ít phải làm sạch khói thải hơi (so với phương pháp đốt)

- Không cần khu vực chứa lớn

- Có thể sử dụng rác thải rắn đô thị hỗn hợp

- Không cần lò hơi

- Chi phí đầu tư rất cao

- Chi phí bảo trì cao

- Tiêu thụ nhiều năng lượng nội bộ

- Đòi hỏi cán bộ vận hành phải có trình độ

- Khoảng thời gian chết diễn ra thường xuyên

- Hầu hết các hệ thống đòi hỏi chi phí thu gom rác cao

- Cho phép sử dụng phụ phẩm bằng nhiều cách: Đốt, khí hóa, lò xi măng, nhà máy điện tầng sôi

- Chi phí đầu tư rất cao

- Chi phí bảo trì cao

- Tiêu thụ nhiều năng lượng nội bộ

- Đòi hỏi cán bộ vận hành phải có trình độ

Bảng 1.5 Tiêu chí đánh giá công nghệ điện rác trong quản lý chất thải rắn [8]

Áp dụng rộng rãi ở các nước đã phát triển

Áp dụng rộng rãi ở các nước đã phát triển

Áp dụng rộng rãi ở các nước đã phát triển

thải rắn

Chất thải chưa phân loại (không bao gồm chất thải nguy hại và chất thải lây nhiễm)

Chất thải chưa phân loại

Chất thải; RDF hay SRF từ quá trình xử

lý sinh học – cơ học

Chất thải chưa phân loại không bao gồm chất thải nguy hại

thành phố)

Quy mô lớn (quận/huyện, thành phố)

Quy mô lớn (quận/huyện, thành phố)

Quy mô lớn (quận/huyện, thành phố)

dụng

- Tiền xử lý, đồng nhất nguyên liệu đầu vào;

- Kiểm soát tốt quá trình (nước rỉ rác, khí CH4 và các chất ô nhiễm khác)

- Tiền xử lý, đồng nhất nguyên liệu đầu vào;

- Kiểm soát tốt quá trình (hỗn hợp khí)

- Tiền xử lý, đồng nhất nguyên liệu đầu vào;

- Kiểm soát tốt quá trình (hỗn hợp khí)

- Tiền xử lý, đồng nhất nguyên liệu đầu vào;

- Kiểm soát tốt quá trình

STT Tiêu chí Chôn lấp hợp vệ sinh Lò đốt Khí hóa Xử lý sinh học – cơ học

Yêu cầu phải tập huấn

- Yêu cầu kỹ năng

về kỹ thuật Yêu cầu phải tập huấn

- Yêu cầu kỹ năng

về kỹ thuật Yêu cầu phải tập huấn

- Yêu cầu kỹ năng về kỹ thuật

- Yêu cầu phải tập huấn

- Tiêu thụ năng lượng cao do quá trình vận hành

- Ô nhiêm bụi và tiếng ồn

- Mùi và côn trùng

11

vào an ninh

- Phát điện từ nhiệt - Phát điện từ nhiệt

- Năng lượng từ RFD

- Phát điện từ quá trình đốt RFD

Dựa trên 12 tiêu chí đánh giá về 4 công nghệ điện rác trên, cùng với thành phần đặc tính xử lý rác thải sinh hoạt (chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân hủy) cùng với đặc tính về điều kiện kinh tế và sử dụng xử lý rác phổ biến ở Việt Nam nói chung và Hà Nội nói riêng, thì công nghệ chôn lấp rác hợp vệ sinh kết hợp với thu khí bãi rác phát điện là khả thi và ưu tiên nhất

1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng khí bãi rác để phát điện

Việc tạo khí CH4 tại các bãi rác thường được mô hình hóa bằng phương trình động học bậc 1 dựa trên lượng chất thải theo thời gian, thành phần chất thải và các yếu tố khác Trong các mô hình, sản sinh khí CH4 được giả định là giảm tuyến tính theo thời gian, tỷ lệ thuận với sự xuống cấp của chất hữu cơ trong bất kỳ năm nào

và phần còn lại của chất hữu cơ từ những năm trước Chất thải của mỗi năm sau một

xu hướng giảm dần trong sản sinh khí cho đến khi nó bị phân hủy hoàn toàn Do đó, theo các giả định mô hình, sự giảm dần về khí bãi rác sẽ xảy ra sau khi đóng cửa Các mô hình đã được nghiên cứu và sử dụng phổ biến hiện nay: Mô hình Đức EPER, Mô hình TNO, Mô hình Bỉ, Mô hình Scholl Canyon, Mô hình LandGEM,

Mô hình chuyển đổi và môi hình IPCC(2006) Mặc dù các mô hình có cùng thành phần cơ bản, nhưng kết quả đầu ra của chúng có sự khác biệt nhỏ [25]

Trong các nước phát triển, Hoa Kỳ được xem là một trong những quốc gia có chính sách về quản lý rác thải tiên tiến nhất trên thế giới Vào những năm 1970, quốc gia này chưa có chính sách quản lý rác thải nghiêm ngặt, rác thải bị bỏ một

cách bừa bãi và được đốt để giảm về số lượng, hơn nữa các lò đốt chất thải chưa có những biện pháp kiểm soát khí thải và gây nên ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Năm 1980, luật quản lý chất thải Minnesota được ban hành đã tạo nên những thay đổi lớn về hoạt động quản lý rác thải ở Hoa Kỳ Hiện nay, ở Hoa Kỳ đã có nhiều khu vực chôn lấp rác được thiết kế cẩn thận và vệ sinh, những nhà máy xử lý rác thải và phát điện hiện đại Thông qua áp dụng hệ thống thu hồi khí bãi rác tại các bãi chôn lấp (BCL), có thể giảm phát thải một lượng khí CH4 là thành phần khí chiếm một tỷ trọng lớn trong khí bãi rác Những khí thu hồi từ bãi rác này được sử dụng để tạo ra năng lượng Theo ước tính những bãi chôn rác hiện đại tại Hoa Kỳ giúp giảm 44 triệu tấn khí thải tương đương với cacbon do làm giảm nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch cho việc tạo ra điện [10] Trên cơ sở dữ liệu dự án năng lượng LFG tại các bãi chôn lấp của LMOP (Landfill methane outreach program), tiềm năng phát triển dự án cho thấy tháng 6/2017 có 634 dự án năng lượng LFG đang hoạt động tại 48 tiểu bang và 1 lãnh thổ Hoa Kỳ Khoảng ¾ các dự án này dùng để phát điện (thể hiện hình 1.11), trong khi phần còn lại là các dự án sử dụng trực tiếp, nơi LFG được sử dụng cho công suất nhiệt hoặc các dự án LFG nâng cấp, nơi LFG được làm sạch đến mức tương tự như khí tự nhiên [21] Năm 2017, ước tính 634 dự án phát sinh tạo ra khoảng 17 tỷ KWh điện và cung cấp khoảng 96 tỷ feet3 LFG Mỗi triệu tấn chất thải rắn (MSW) trong bãi chôn lấp được ước tính có thể sản xuất khoảng 510m3/giờ LFG Thông qua các công nghệ khác nhau, lượng LFG này có thể tạo ra khoảng 0,78 MW điện [21]

Hình 1.11 Vị trí của tất cả các dự án năng lượng khí LFG hiện đang hoạt động tại

Hoa Kỳ [27]

Dự án thu hồi khí bãi rác phát điện mang lại các lợi ích kinh tế cho người quản lý vận hành bãi rác Dự án phát điện và kết hợp điện - nhiệt tại bãi rác Blackburn nước Catawba, phía nam Carolina, tạo ra doanh thu 7,1 triệu đô cho quận trong suốt thời gian vận hành dự án, điện rác cung cấp cho người mua với nguồn năng lượng tái tạo được và giảm phát thải khí nhà kính hàng năm, tương đương với lượng khí CO2 giảm 342.000 thùng dầu tiêu thụ cho việc phát điện truyền thống [21]

Thompson và Tanapat (2005) lập mô hình Scholl Canyon cho các phương án quản lý chất thải để giảm khí nhà kính (GHG) tại bãi rác Brady Road ở Winnipeg, Canada Bãi rác Brady Road ở Winnipeg có tiềm năng rất lớn trong giảm GHG thông qua các phương án như thu hồi khí metan, ủ phân và đồng thời quá trình này còn giúp tạo năng lượng tái tạo để thay thế năng lượng hóa thạch gây ô nhiễm Hơn thế nữa, việc thu hồi khí bãi rác còn mang lại những lợi ích kép khác như ngăn mùi hôi và ô nhiễm không khí tại địa phương, ngăn chặn cháy nổ, hỏa hoạn, giảm sương

mù và bảo vệ thực vật Mô hình Scholl Canyon được sử dụng để tính toán lượng GHG phát thải và tiềm năng thu hồi khí metan cho các phương án quản lý khác nhau Từ kết quả đo lường của mô hình, mỗi tấn rác thải có thể tạo ra một lượng khí metan là 111± 2,65 m3 Kết quả cho thấy tiềm năng của việc giảm thiểu GHG là rất lớn, lượng phát thải CO2tđ là 167.489 tấn mỗi năm cho 50 năm tới trong trường hợp không có phương án quản lý rác thải Thu hồi khí metan từ các bãi rác được đánh giá là một trong những phương pháp hiệu quả nhất về mặt chi phí trong việc giảm GHG vì sẽ giúp được tiết kiệm năng lượng và bán được chứng chỉ giảm phát thải

Dự án bãi chôn lấp rác Kamphaeng Saen East & West LFGE của Thái Lan, nằm cách Bangkok khoảng 80km, bãi rác phục vụ nhu cầu xử lý chất thải khu vực

và thu khí phát điện bắt đầu từ năm 2011 Hai dự án sản xuất điện 8MW mang lại thành công cho dự án và thu hút các nhà đầu tư [24]

Dự án khí bãi rác Getlini của Latvia: Bãi rác phục vụ xử lý rác khu vực dân

cư thành phố Riga và các đô thị xung quanh từ năm 1972 Năm 2001-2002 bãi rác được nâng cấp và cải tạo để thu khí phát điện – bù đắp chi phí điện tại chỗ và giả

lượng khí phát thải nhà kính Sản lượng điện từ khí khai thác bắt đầu từ năm 2002

và tăng gần gấp sáu lần vào năm 2011 [24]

Hiện tại, một số nước phát triển và đang phát triển đã hiểu những lợi ích, tiềm năng và đã xây dựng những chính sách khuyến khích phát triển

Bảng 1.6 Một số dự án thu khí bãi rác phát điện điển hình tại châu Á Thái

Bình Dương

Tên dự án Nước chủ

nhà Phương pháp

Giảm (Kilo tấn CO2/năm)

Thời gian (năm)

Công suất phát điện (Mega oát)

Bãi CL Nanjng

Bãi CL Wuxi

Nguồn: A guide to CDM – UNESCAP/Bionersis, 2007

b) Việt Nam

Hiện tại, Việt Nam có 3 dự án thu hồi và sử dụng khí thải tại bãi Nam Sơn,

Hà Nội là dự án lớn nhất với lượng CO2e giảm hàng năm là 373.696 tấn CO2e Ngoài ra, dự án bãi rác Đông Thạnh và Phước Hiệp – TP Hồ Chí Minh cũng có lượng CO2e giảm hàng năm đạt gần 150.000 tấn CO2e [5]

Bảng 1.7 Dự án thu hồi khí bãi rác phát điện đã được đăng ký [5]

Phương pháp

ACM0001 ver 6 AMS-I.D ver 12

147.618

2 25/11/2009

Thu hồi khí gas bãi rác Phước Hiệp I - TP Hồ Chí Minh

ACM0001 ver 6 AMS-I.D ver 12

132.351

3 16/10/2010

Thu hồi và sử dụng khí thải bãi rác Nam Sơn -

Hà Nội

ACM0001 ver 11 373.696

 Dự án thu hồi khí gas bãi chôn lấp rác Đông Thạnh – TP Hồ Chí Minh [5]

Dự án thu hồi và sử dụng khí thải tại bãi rác Đông Thạnh – TP Hồ Chí Minh

do Công ty TNHH KMDK Việt Nam quản lý là dự án CDM trong lĩnh vực xử lý chất thải đầu tiên tại Việt Nam, được đăng ký với UNFCCC tháng 1 năm 2009 Dự

án sử dụng công nghệ thu hồi khí gas và phát điện Là một bãi chôn lấp đã đóng cửa năm 2002 nên lượng giảm phát thải tính toán vào thời điểm thực hiện dự án dự kiến chỉ đạt mức xấp xỉ 150.000 CERs/năm

Hình 1.12 Công nghệ thu khí phát điện bãi chôn lấp rác Đông Thạnh

Bảng 1.8 Khối lƣợng chất thải rắn sinh hoạt

Năm

Khối lƣợng

chôn lấp (tấn/năm)

Khối lƣợng

Khối lƣợng chôn lấp (tấn/năm)

Khối lƣợng (tấn/ngày)

 Lượng CO2e dự kiến giảm:

 Thu hồi khí gas bãi rác Phước Hiệp I - TP Hồ Chí Minh [5]

Dự án thu hồi và sử dụng khí thải tại bãi rác Phước Hiệp – TP Hồ Chí Minh

là dự án CDM khí bãi chôn lấp chất thải thứ hai do Sở TNMT TP Hồ Chí Minh phối hợp với Công ty TNHH KMDK Việt Nam quản lý, được đăng ký với UNFCCC tháng 11 năm 2009 Dự án sử dụng công nghệ thu hồi khí gas và phát điện tương tự như tại Bãi Đông Thạnh Là một bãi chôn lấp qui mô vừa và đã đóng

năm 2007 nên lượng giảm phát thải tính toán vào thời điểm thực hiện dự án dự kiến chỉ đạt khoảng 132.000 CERs/năm

Sử dụng công nghệ thu hồi và sử dụng khí thải bãi rác Đông Thạnh

Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt:

lấp (tấn/năm)

Khối lƣợng (tấn/ngày)

Lượng CO2e dự kiến giảm:

 Dự án Thu hồi và sử dụng khí thải bãi rác Nam Sơn – Sóc Sơn - Hà Nội [5]

Dự án Thu hồi và sử dụng khí thải bãi rác Nam Sơn – Sóc Sơn - Hà Nội là dự

án CDM do Công ty Cổ phần Tập đoàn T&T - T&T GROUP và Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị Hà Nội – URENCO phối hợp với Tập đoàn Quản lý Bãi