(Luận án tiến sĩ) 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 nộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - VŨ THỊ MINH THANH ĐỀ TÀI: 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 Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 62520320 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Trần Hiếu Nhuệ GS.TS Nguyễn Thị Huệ Hà Nội – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ “Nghiên cứu tương quan dòng vật chất lượng quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho quận nội thành thành phố Hà Nội” cơng trình tơi nghiên cứu thực Các kết quả, số liệu luận án hoàn toàn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Vũ Thị Minh Thanh MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện Việt Nam, tốc độ thị hố nhanh, nên phát sinh lượng chất thải (CT) lớn, hầu hết xả môi trường mà giải pháp xử lý phù hợp Lượng nước thải sinh hoạt (NTSH) từ đô thị năm 2018 ước tính khoảng triệu m3/ngày [1] Lượng chất thải rắn (CTR) sinh hoạt năm 2018 khoảng 22,5 triệu tấn/năm hay 61.600 tấn/ngày, CTR sinh hoạt (CTRSH) thị khoảng 37.200 tấn/ngày, CTRSH nông thôn khoảng 24.400 tấn/ngày [2] Khối lượng CTRSH thị tồn quốc tăng trung bình 12% năm, chiếm khoảng 60 -70% tổng lượng CTR thị; chí số thị, tỷ lệ CTRSH chiếm đến 90% [2] Các biện pháp xử lý chất thải đô thị (CTĐT) nhiều bất cập Mới có khoảng 13% nước thải (NT) thị xử lý nhà máy xử lý nước thải (NMXLNT) [1] Phần lại xử lý sơ qua bể tự hoại (BTH), xả trực tiếp ngồi mơi trường Bùn từ BTH khơng hút định kỳ, chủ yếu công ty tư nhân hút dịch vụ cho hộ gia đình, sau xả khơng có kiểm sốt ngồi mơi trường [3] Hơn 71% CTĐT xử lý biện pháp chôn lấp [2] Các bãi chôn lấp (BCL) tình trạng q tải, địi hỏi phải mở rộng quĩ đất dành cho BCL hạn hẹp Nước thải thành phần có ích NT, CTR chưa quan tâm tái chế, thu hồi nguồn tài ngun [2] Vì cần có hướng tiếp cận việc quản lý CTĐT, với mơ hình tích hợp giải pháp cơng nghệ phù hợp Năng lượng tiêu thụ NMXLNT xử lý CTR chiếm tỷ trọng lớn với đối tượng tiêu thụ lượng (NL) thành phố Trong bối cảnh NL hóa thạch tồn cầu ngày khủng hoảng thiếu, việc tìm kiếm mơ hình quản lý chất thải (QLCT) tiết kiệm NL, hay chí cho phép tận thu NL, cần thiết Mơ hình QLCT theo hướng tận thu tài ngun, sinh NL bắt đầu nghiên cứu, hướng tới ứng dụng Việt Nam Nó phù hợp với “Chiến lược phát triển lượng tái tạo Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050” Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tháng 11/2015 Trên giới, việc áp dụng hướng công nghệ xuất số nước Theo hướng nghiên cứu ứng dụng tận thu NL từ CT, cơng cụ mơ phỏng, tính tốn, đánh giá, cân chất, cân NL,… phát triển Việc áp dụng kết hợp công cụ trên, đặc biệt sử dụng kết hợp phân tích dịng vật chất (material flow analysis – MFA) với toán đánh giá, cân NL (energy balance – EB), xem xét từ góc độ kỹ thuật, có khả áp dụng cho phân tích cân chất - NL quản lý CTĐT Ở Việt Nam, lĩnh vực Kỹ thuật hạ tầng thị mơi trường, đến chưa có mơ hình xem xét đầy đủ mối liên hệ dòng vật chất (nguyên vật liệu) NL QLCT cho thị Đó lý để NCS thực luận án: “Nghiên cứu tương quan dòng vật chất lượng quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho quận nội thành thành phố Hà Nội” Nghiên cứu mong muốn cung cấp thêm sở khoa học cho nhà hoạch định sách để phân tích, đánh giá, đưa phương án tối ưu cho công tác quy hoạch; thông tin tin cậy để lựa chọn công nghệ xử lý chất thải (XLCT) mơ hình QLCT phù hợp Các nguồn thải mà nghiên cứu hướng tới dòng CT giàu hữu phát sinh trình quản lý NT CTR thị, bùn thải từ NMXLNT, bùn BTH, CTRSH Nếu quản lý hợp lý nguồn thải nguồn tài ngun, đạt đồng thời mục đích vừa bảo vệ mơi trường, vừa mang lại lợi ích kinh tế MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN - Phân tích mối quan hệ dịng CT NL quản lý CTĐT, thông qua việc lượng hóa dịng vật chất: NT, bùn BTH, bùn NMXLNT, CTR đô thị giàu hữu cơ, xác định nhu cầu tiêu thụ tiềm sinh NL từ xử lý dịng CTĐT nói trên; - Minh hoạ, làm sáng tỏ mối quan hệ nói thơng qua tính tốn cân vật chất cân NL cho ví dụ nghiên cứu điển hình, sở đề xuất mơ hình quản lý NT, bùn CTR đô thị theo hướng bền vững 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: dòng CT giàu hữu quản lý CTĐT, bao gồm nước thải bùn phát sinh từ NMXLNT đô thị, bùn BTH, thành phần hữu CTRSH đô thị, mối liên hệ tương quan dịng CT thơng qua tính tốn cân vật chất cân lượng trình xử lý CT - Phạm vi nghiên cứu: + Phạm vi không gian: nghiên cứu địa bàn thành phố Hà Nội; nghiên cứu điển hình quận Long Biên + Phạm vi thời gian: từ thời điểm đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2040 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU (1)- Nghiên cứu tổng quan mối quan hệ dòng CT NL hệ thống quản lý CTĐT giới Việt Nam (2)- Nghiên cứu khối lượng, thành phần, tính chất dịng CTĐT giàu hữu cơ, phương pháp XLCT theo hướng thu hồi tài nguyên (3)- Nghiên cứu thực nghiệm xác định thành phần, tính chất bùn NMXLNT, bùn BTH, CTRSH; khả thu hồi NL từ trình phân huỷ kỵ khí CTRSH (4)- Thực nghiên cứu điển hình: xây dựng kịch QLCT (NT, bùn NMXLNT, bùn BTH CTRSH thị; tính tốn cơng nghệ để lượng hóa dịng vật chất trên, NL tiêu thụ NL tiềm thu từ q trình XLCT; phân tích dịng vật chất (MFA) cân lượng (EB) cho kịch (5)- Đánh giá kết quả, đề xuất phương thức quản lý CTĐT theo hướng thu hồi tài nguyên, hướng tới kinh tế tuần hoàn Sơ đồ logic cấu trúc Luận án trình bày sơ đồ trang PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (1)- Phương pháp kế thừa: thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu, kế thừa thành nghiên cứu trước có liên quan (2)- Phương pháp khảo sát thực địa: khảo sát thực địa địa bàn quận Long Biên thành phố Hà Nội quản lý chất thải rắn, phân bùn, hệ thống thoát nước Phần mở đầu Chương Nghiên cứu tổng quan: Hiện trạng quản lý chất thải đô thị nước Việt Nam; Số lượng, thành phần, tính chất CTR, nước thải, bùn phân bùn Nghiên cứu tổng quan: quản lý chất thải đô thị, mối quan hệ nước lượng; Khả thu hồi lượng từ bùn NMXLNTTT, CTR hữu phân bùn BTH Chương Nghiên cứu công nghệ xử lý bùn NMXLNT, CTR hữu cơ, phân bùn BTH, thu hồi tài nguyên P pháp luận phân tích dịng vật chất MFA cân lượng EB; ứng dụng để làm công cụ STAN SANKEY NC thực nghiệm: Phân tích thành phần, tính chất dịng chất thải NC xác định khả sinh khí CH4 bùn NMXLNT phân bùn BTH (tổng quan), CTR hữu (thí nghiệm BMP) Lựa chọn địa điểm nghiên cứu điển hình liệu đầu vào Chương Kết NC thực nghiệm BMP: xác định khả sinh khí CH4 CTR hữu Kết NC thực nghiệm: Phân tích thành phần, tính chất CTR hữu cơ, bùn NMXLNT, phân bùn BTH Phân tích Cân vật chất MFA, Cân lượng EB theo phương án, nhận xét kết Tính tốn cơng nghệ PA quản lý chất thải quận Long Biên, TP Hà Nội Nhận xét kết quả; Đề xuất mơ hình quản lý tổng hợp chất thải đô thị bền vững Kết luận – Kiến nghị Sơ đồ logic cấu trúc Luận án (3)- Phương pháp thực nghiệm: lấy mẫu từ thực địa phân tích phịng thí nghiệm để xác định thành phần, tính chất CTRSH, bùn NMXLNT bùn BTH theo tiêu chuẩn hành Việt Nam; thực nghiệm thí nghiệm đánh giá tiềm tái tạo NL (khí sinh học) CT phịng thí nghiệm mơ hình phân hủy kỵ khí theo mẻ (4)- Phương pháp so sánh: vào thành phần CT cụ thể, có biện pháp xử lý khác nhau, so sánh thông số lượng hóa tiêu thụ NL, NL tiềm sinh ra, để chọn công nghệ phù hợp (5)- Phương pháp phân tích: + Phân tích khả thu hồi NL dòng CT xử lý riêng lẻ kết hợp + Phân tích để lựa chọn cơng nghệ xử lý kỵ khí, đạt hiệu xử lý tối ưu thu hồi NL + Phân tích dịng vật chất MFA để tính tốn cân chất, lượng hóa chất qua cơng đoạn dây chuyền xử lý NT, xử lý bùn, CTR, dựa định luật bảo toàn vật chất [4] + Phân tích cân lượng EB: Liệt kê thiết bị tiêu thụ điện, tính tốn tổng NL điện tiêu thụ để xác định tiêu thụ điện cho công đoạn cho hệ thống XLCT; tính tốn tiềm sinh NL từ trình XLCT dựa kết nghiên cứu thực nghiệm nói (6)- Phương pháp mơ phỏng: + Mơ dịng vật chất lượng hóa, sử dụng phần mềm STAN (subSTance flow ANalysis) [5] + Mơ mơ hình cân NL hệ thống QLCT theo kịch quản lý CTR hữu cơ, bùn NMXLNT bùn BTH, sử dụng công cụ SANKEY [6] (7)- Phương pháp chuyên gia: lấy ý kiến nhà khoa học, cán quản lý thông qua trao đổi trực tiếp, seminar/hội thảo Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN Ý nghĩa khoa học - Luận án đã xem xét đầy đủ mối quan hệ dòng vật chất NL hệ thống quản lý CTĐT thơng qua việc kết hợp phân tích cân chất MFA cân lượng EB Phương pháp cho phép đánh giá hiệu phương thức mơ hình quản lý CTĐT khía cạnh kỹ thuật, môi trường, quản lý kinh tế - Cân chất cân NL hệ thống biểu diễn sơ đồ cách làm mới, có ý nghĩa khoa học Phương pháp tiếp tục phát triển, áp dụng cho toán tương tự khác - Luận án xác định số thông số quan trọng thành phần, tính chất dịng CT giàu hữu bùn từ NMXLNT, bùn BTH, CTRSH hữu cơ, xác định tiềm sinh khí mê-tan từ q trình phân hủy kỵ khí CTR hữu đô thị - Luận án xác định mức tiêu hao tiềm thu NL từ đơn vị CT, khả thu hồi NL tính đầu người, làm sở cho nghiên cứu khác Ý nghĩa thực tiễn luận án - Mơ hình quản lý kết hợp loại CT giàu hữu trung tâm xử lý chất thải (TTXLCT) đô thị quy mô quận theo hướng thu hồi NL từ trình đồng phân hủy kỵ khí q trình khác liên quan có tiềm năng, mang lại nhiều lợi ích, theo hướng thu hồi tài nguyên Điều đáp ứng nhu cầu thực tiễn Việt Nam chưa có thị có mơ hình QLCT (cả CTR, bùn BTH, NT bùn từ NMXLNT) cách phù hợp, hiệu bền vững - Kết dùng để xem xét áp dụng xây dựng hay điều chỉnh quy hoạch thoát nước xử lý NT (XLNT), quy hoạch quản lý CTR đô thị - NMXLNT quận Long Biên chưa xây dựng, quy hoạch quản lý CTR quận quy hoạch quản lý CTR thành phố chưa thực thi, kết luận án xem xét đề xuất có sở khoa học, giúp cho quan chức nhà đầu tư lựa chọn công nghệ XLCT phù hợp - Các công cụ STAN SANKEY mơ dịng vật chất, NL, giúp cho nhà lãnh đạo có nhìn trực quan, dễ phát vấn đề, giúp cho trình đưa định đắn, phù hợp TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN (1)- Luận án đề xuất mơ hình quản lý tổng hợp CTĐT thu hồi tài nguyên, hướng tới thực hoá kinh tế tuần hồn Thơng qua việc kết hợp tính tốn cân chất cân NL, sử dụng công cụ MFA EB để lượng hố dịng vật chất TTXLCT tổng hợp (bùn NMXLNT, bùn BTH, CTRSH đô thị), nghiên cứu hướng xử lý phân hủy kỵ khí kết hợp để sinh NL thu hồi tài nguyên từ dòng CT giàu hữu khả thi (2)- Luận án cụ thể hóa mối tương quan dịng vật chất NL QLCTĐT, tính tốn cụ thể nhu cầu NL tiềm thu hồi NL (điện nhiệt) cho XLNT, bùn, phân bùn, CTR hữu cho khu vực đô thị Với điều kiện quận Long Biên, thành phố Hà Nội năm 2030, NL cần để xử lý NT 0,61kWh/m3 , để xử lý CTRSH hữu kết hợp với bùn BTH, chế biến phân compost cần 35,83kWh/tấn Xử lý kết hợp CTĐT phân hủy sinh học kỵ khí khơng đáp ứng 100% nhu cầu NL TTXLCT, mà sản xuất NL tổng cộng vượt 222,66% nhu cầu, cung cấp ngồi 78.865,75 kWh/ngày điện dư 197.689,24 kWh/ngày nhiệt dư Tiền xử lý nguyên liệu nạp trước phân hủy kỵ khí nhiệt thủy phân, sản xuất NL tổng cộng tới 265,16% nhu cầu TTXLCT (3)- Lần đầu tiên, nghiên cứu xác định tiềm thu hồi NL từ NL tiềm ẩn (hóa năng) dịng CTĐT điều kiện Việt Nam Khơng kể nhiệt thất thốt, NL điện thu hồi từ q trình XLNT 13,75 kWh/người/năm; từ xử lý bùn BTH 1,33 kWh/người/năm; từ xử lý CTRSH hữu 144,93 kWh/người/năm BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Mở đầu Chương 1: Tổng quan nghiên cứu mối tương quan dịng chất thải thị lượng theo hướng quản lý bền vững nước thải, chất thải rắn Chương 2: Cơ sở khoa học, phương pháp luận xử lý nước thải, chất thải rắn đô thị tiềm thu hồi lượng Chương 3: Kết nghiên cứu Kết luận kiến nghị Danh mục cơng trình tác giả Tài liệu tham khảo Phụ lục TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC DỊNG CHẤT THẢI ĐƠ THỊ VÀ NĂNG LƯỢNG THEO HƯỚNG QUẢN LÝ BỀN VỮNG NƯỚC THẢI, CHẤT THẢI RẮN 1.1 Mối tương quan Nước - Năng lượng hạ tầng kỹ thuật quản lý chất thải Mặt trời nguồn gốc NL trái đất, nước tảng sống hành tinh Bức xạ mặt trời cung cấp NL cho vịng tuần hồn nước tự nhiên, giúp cho lượng nước biển khổng lồ bị bốc hơi, khử mặn, vận chuyển dạng mây quay trở trái đất dạng mưa Phần lớn hoạt động người có liên quan đến vịng tuần hồn tự nhiên nước Mức nhu cầu tiêu thụ NL trung bình 3000 W/người (tồn cầu) Tại nước phát triển, nhu cầu lên đến 6000 W/người Khoảng 1000 W/người/ngày tiêu thụ giao thông vận tải Khoảng 200 W/người dùng để sản xuất lương thực Cần từ 10 đến 50 W/người cho cấp nước sinh hoạt NL cần cho NMXLNT bậc (có xử lý sinh học loại bỏ chất dinh dưỡng) khoảng đến 20 W/người [7] (Hình 1.1) Hình 1.1 Các nhu cầu tiêu thụ lượng người [7] Cơ thể người cần cung cấp tối thiểu lít nước/ngày để sống, tương đương với gần 1𝑚3 nước/năm Mỗi người sử dụng khoảng 30 đến 100 𝑚3 nước/năm cho vệ sinh vận chuyển CT; nước phát triển cịn phải tốn vài trăm 𝑚3 nước/năm cho công nghiệp làm mát Việc sản xuất thực phẩm cung cấp cho hộ 242 Tiêu chuẩn thải nước sinh hoạt TB 160.00 L/người/ ngày Lưu lượng nước thải sinh hoạt 58.40 m3/người/ năm 10 11 12 13 14 15 Tiêu chuẩn thải nước công cộng, dịch vụ Lưu lượng nước thải công cộng, dịch vụ Dân số tương đương NT công cộng, dịch vụ Nồng độ chất bẩn NT đô thị, TS Lượng TS thải đầu người Lượng TS thải đầu người Lượng TS thải p.e từ NT CC, DV Lượng TS thải p.e từ NT CC, DV Lượng chất thải rắn phát sinh Lượng chất thải rắn phát sinh Tỷ lệ CTR hữu Độ ẩm CTR 70.90 L/ngày 25.88 m3/người/ năm 0.44 p.e 180.00 28.80 10.51 12.76 4.66 1.3 474.5 58.75 60 mg/L Tổng lưu lượng NT phát sinh 121.287 m3/ngày Đã cộng vào TCTN sinh hoạt tính cơng suất NM XLNT Giả thiết nồng độ chất bẩn tương đương NTSH 80% TN chung, 20% TN riêng g/người/ ngày kg/người/ năm g/người/ ngày kg/người/ năm kg/người/ ngày Đã kể đến lượng CTR từ công cộng, dịch vụ (20%) tỷ lệ giảm thiểu CTR nguồn (20%) kg/người/ năm % % 16 Lượng CTR hữu 0.76 kg/người/ ngày 17 Lượng CTR hữu 278.77 kg/người/ năm 18 Lượng CTR tái chế 0.16 kg/người/ ngày 19 Lượng CTR vô đốt, chôn lấp 0.37 kg/người/ ngày 20 Lượng TS CTR 305.50 g/người/ Tổng lượng CTR hữu 327.54 t/ngày Tổng lượng CTR tái chế 69.69 t/ngày Tổng lượng CTR đốt, chôn lấp 160.28 t/ngày Tổng lượng TS 243 21 hữu Lượng TS CTR hữu 111.51 ngày kg/người/ năm 22 Lượng TS CTR 520.00 g/người/ ngày 23 Lượng TS CTR 189.80 kg/người/ năm 24 Lượng TS CTR tái chế 65.00 g/người/ ngày 25 Lượng TS CTR tái chế 23.73 kg/người/ năm 26 Lượng TS CTR vô 149.49 g/người/ ngày 54.57 kg/người/ năm 83.87 m3/ngày 2.46 t/ngày 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 Lượng TS CTR vô Lượng phân bùn BTH thu gom ngày Lượng TS phân bùn BTH phát sinh ngày Lượng TS phân bùn BTH Lượng TS phân bùn BTH Thể tích phân bùn BTH hút ngày Lượng nước theo bùn, bay hơi, … Điện cần cho Trung tâm xử lý chất thải Điện cho xử lý chất thải tính theo p.e Nhiệt cần cho Trung tâm xử lý chất thải Nhiệt cho xử lý chất thải tính theo p.e Điện sinh từ TT XLCT 5.74 2.09 0.20 0.18 105,873.57 0.25 82,863.39 0.19 205,976.36 131.02t/ngày Giả thiết có giá trị độ ẩm CTR hữu Giả thiết có giá trị độ ẩm CTR hữu Giả thiết có giá trị độ ẩm CTR hữu g/người/ ngày kg/người/ năm L/người/ ngày L/người/ ngày kWh/ngày kWh/người/ ngày kWh/ngày kWh/người/ ngày kWh/ngày Không kể nước chiết tuần hoàn lại hệ thống 244 39 40 41 42 43 44 Điện sinh từ TT XLCT theo p.e Điện sinh từ TT XLCT theo p.e Điện dư Nhiệt sinh từ hệ CHP, TT XLCT Năng lượng viên đốt Tổng nhiệt sinh từ TT XLCT theo p.e 0.48 175.31 0.23 kWh/người/ ngày kWh/người/ năm kWh/người/ ngày 200,409.43 kWh/ngày 94,074.28 kWh/ngày 0.47 45 Nhiệt dư 0.27 46 Năng lượng viên đốt 0.22 kWh/người/ ngày kWh/người/ ngày kWh/người/ ngày 245 Tiềm thu hồi lượng từ CTR, tính đầu người, Phương án 2a Thông số Giá trị TS CTR 189.80 VS CTR hữu 100.36 Lượng CH4 thu sau phân hủy kỵ khí Năng lượng thu Điện thu Thất thoát nhiệt Hiệu suất phân hủy VS Tỷ lệ VS/TS CTR hữu TS lại bùn sau phân hủy Năng lượng bùn sau phân hủy Năng lượng bùn sau phân hủy Năng lượng tiềm ẩn CTR 43.09 430.86 159.42 271.44 90 90 29.02 435.24 120.90 551.76 Đơn vị kg/người/ năm kg/người/ năm Nm3/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm % % kg/người/ năm MJ/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm Ghi 90%; 58.75% 0.3903 x 1.1 Nm3 CH4/kg VS 36000 kJ/m3 CH4; 3600 kJ/kWh Hiệu suất 37% 15 MJ/kg TS 3600 kJ/kWh 246 Tiềm thu hồi lượng từ phân bùn BTH, tính đầu người, Phương án 2a Thông số Giá trị TS phân bùn BTH 2.09 VS phân bùn BTH 1.49 Lượng CH4 thu sau phân hủy kỵ khí 0.40 Năng lượng thu 3.96 Điện thu Thất thoát nhiệt Hiệu suất phân hủy VS Tỷ lệ VS/TS phân bùn TS lại bùn sau phân hủy Năng lượng bùn sau phân hủy Năng lượng bùn sau phân hủy Năng lượng tiềm ẩn phân bùn 1.47 2.50 90 71 0.76 11.34 3.15 7.37 Đơn vị kg/người/ năm kg/người/ năm Nm3/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm % % kg/người/ năm MJ/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm Ghi 71% 0.2423 x 1.1 Nm3 CH4/kg VS nạp 36000 kJ/m3 CH4; 3600 kJ/kWh Hiệu suất 37% 15 MJ/kg TS 3600 kJ/kWh 247 Tiềm thu hồi lượng từ nước thải, tính đầu người, Phương án 2a Thông số TS nước thải đô thị VS nước thải đô thị Lượng CH4 thu sau phân hủy kỵ khí Năng lượng tiềm ẩn CH4 Điện thu Thất thoát nhiệt Hiệu suất phân hủy VS Tỷ lệ VS/TS nước thải thị TS cịn lại bùn sau phân hủy Năng lượng bùn sau phân hủy Năng lượng bùn sau phân hủy Năng lượng CH4 bùn sau phân hủy TS nước thải đầu Năng lượng tiềm ẩn nước thải XL Năng lượng tiềm ẩn nước thải đầu vào Năng lượng tiềm ẩn nước thải đầu Giá trị 15.17 13.80 Đơn vị kg/người/ năm Ghi kg/người/ năm Sheet tính MSW+FS+SS PA2a 0.2693 x 1.1 Nm3 CH4/kg VS nạp 36000 kJ/m3 CH4; 3600 kJ/kWh 25.75 90 Nm3/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm % 90.94 % 4.09 40.87 15.12 2.75 48.62 13.51 54.37 1.69 54.37 59.79 5.41 kg/người/ năm MJ/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm kg/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm kWh/người/ năm Hiệu suất 37% (Chất tro + VS chưa phân hủy) 3600 kJ/kWh 20 mg/L Nằm VS bùn 248 PHỤ LỤC 15 TÍNH TỐN LƯỢNG KHÍ NHÀ KÍNH PHÁT THẢI THEO PHƯƠNG ÁN QUẢN LÝ CHẤT THẢI - Phương pháp tính: tính theo cơng cụ hướng dẫn kiểm kê phát thải khí nhà kính (KNK) Ủy ban quốc tế biến đổi khí hậu (IPCC), phiên 2006, có cập nhật năm 2019 - Các giả thiết: + Lựa chọn loại khí nhà kính (KNK): Theo Hướng dẫn IPCC 2006, loại KNK xét đến chủ yếu CH4 N2O sinh từ trình xử lý sinh học hiếu khí (ủ compost) PA1 xử lý kỵ khí PA2 Trong báo cáo không xét đến lượng KNK CO2 có nguồn gốc từ q trình phân hủy sinh học, xử lý bùn, rác Lượng CO2 phát thải tính phần kiểm kê KNK liên quan đến hoạt động Nông nghiệp, Rừng Sử dụng đất AFOLU, lưu giữ đất thực vật (theo IPCC, 2006) + Khí CO2 phát thải xét đến từ trình phát thải CO2 từ hoạt động đốt nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch để phát điện, dùng cho trình xử lý chất thải Khí phát thải CO2 xét đến đốt khí sinh học nhờ thu hồi lượng từ chất thải (xem IPCC 2006, Bảng CO2 emission - Energy); + Quá trình thu gom, vận chuyển bùn, rác CTR tái chế không xét đến, coi phương án có giá trị gần nhau; + Xử lý bùn, rác xử lý nước thải phát thải lượng khí thải hợp chất hữu dễ bay (VOCs), oxit nitơ (NOx), cácbon monoxide (CO), amoniac (NH3) NH3, NOx gây phát thải N2O gián tiếp NOx tạo chủ yếu hoạt động đốt chất thải, NH3 tạo chủ yếu hoat động ủ phân compost Giá trị phát thải N2O gián tiếp không đáng kể nên bỏ qua 249 1) Tính lượng khí nhà kính phát thải từ trình xử lý, phân hủy chất thải Bảng PL 15.1 Dữ liệu đầu vào để tính tốn Loại chất thải CTR hữu Phân bùn BTH Bùn NM XLNT TT Giá trị Đơn vị 327.54 t/ngày 49.24 t/ngày 714.83 t/ngày Ghi Bảng PL 15.2 Ước tính lượng khí nhà kính CH4 phát thải PA Lượng chất thải xử lý năm Hoạt động Loại chất thải t/năm A Ủ compost Nhà máy XLNT Hệ số phát thải * (g CH4/ kg chất thải xử lý) B Tổng lượng khí methane sinh năm Lượng khí methan e thu hồi hay đốt bỏ Tổng lượng khí methane phát thải năm (kg CH4/năm) (kg CH4/ năm) (kg CH4/ năm) C C= A x B D E E = (C - D) CTR hữu 119,552.1 478,208.40 478,208.4 Phân bùn BTH 17,972.60 71,890.40 71,890.4 E = C * (1OX) (a) 1,043,651 1,593,750 Bùn NM XLNT 260,912.9 1,043,651.8 Tổng * Hệ số phát thải CH4 lấy theo Bảng 4.1, Chương 4, tập 5, Tài liệu hướng dẫn kiểm kê khí nhà kính IPCC, phiên 2006, cập nhật 2019; + (a) Công thức 3.1 (Chương 3, Tập 5, Hướng dẫn IPCC Kiểm kê khí nhà kính 2006); + OX = 0: Bảng 3.2 (Chương 3, Tập 5, IPCC 2006) 250 Bảng PL 15.3 Ước tính lượng khí nhà kính N2O phát thải PA Q trình Ủ compost Tổng: Loại chất thải CTR hữu Phân bùn BTH Lượng chất thải xử lý năm Hệ số phát thải* phương pháp phân hủy sinh học (g N2O/kg chất t/năm thải xử lý) A B 119,552.10 17,972.60 0.24 0.24 Tổng lượng khí N2O phát thải năm (kg N2O/năm) C C= A x B 28,692.50 4,313.42 33,005.93 Ghi chú: * Hệ số phát thải N2O lấy theo Bảng 4.1, Chương 4, tập 5, Tài liệu hướng dẫn kiểm kê khí nhà kính IPCC, phiên 2006, cập nhật 2019 251 Bảng PL 15.4 Ước tính lượng khí nhà kính CH4 phát thải PA Loại chất thải Quá trình Lượng chất thải xử lý năm Hệ số phát thải* phương pháp phân hủy sinh học Tổng lượng khí methane phát thải năm t/năm (g CH4/kg chất thải xử lý) (kg CH4/năm) A B C C= A x B Phân hủy kỵ khí TT XLCT* CTR hữu 119,552.10 0.8 95,641.68 Phân bùn BTH 17,972.60 0.8 14,378.08 Bùn NM XLNT 260,912.95 0.8 208,730.36 Tổng: 318,750.12 Ghi chú: * Phân hủy kỵ khí bao gồm công đoạn vận chuyển, nén, nạp phân hủy kỵ khí nguyên liệu nạp ** Hệ số phát thải CH4 lấy theo Bảng 4.1, Chương 4, tập 5, Tài liệu hướng dẫn kiểm kê khí nhà kính IPCC, phiên 2006, cập nhật 2019 252 Bảng PL 15.5 Ước tính lượng khí nhà kính phát thải phương án Giá trị Phương án Phương án Giảm Giảm Phát thải CH4, kg/năm 1,593,750.60 318,750.12 1,275,000.48 80% Phát thải N2O, kg/năm 33,005.93 - 33,005.93 100% Hình PL 15.1 Lượng khí nhà kính phát thải phương án (t KNK/năm) 253 Bảng PL 15.6 Ước tính lượng khí nhà kính phát thải phương án, quy đổi GWP Phương án Khí nhà kính PA1 CH4 N2O Lượng khí phát thải năm (t khí/ năm) 1,593.75 33.01 CH4 N20 318.75 - Tổng PA1 PA2 Tổng PA2 GWP 20 năm (t CO2td) 114,750.04 9,538.71 124,288.76 22,950.01 22,950.01 GWP 100 năm (t GWP 500 năm (t CO2-td) CO2-td) 39,843.77 9,835.77 49,679.53 7,968.75 7,968.75 12,112.50 5,049.91 17,162.41 2,422.50 2,422.50 Ghi chú: GWP: Chỉ số làm Trái đất nóng lên - Global warming potential Nhận xét: Phương án phát thải lượng KNK thấp nhiều so với phương án 1, thu hồi sử dụng biogas cho CHP, sản xuất lượng sử dụng Trung tâm XLCT 2) Tính lượng khí nhà kính phát thải từ trình sử dụng lượng 254 Bảng PL 15.7 Lượng khí CO2, CH4 N2O phát thải từ q trình đốt nhiên liệu hóa thạch (than đá) nhà máy nhiệt điện, cấp điện cho xử lý chất thải (theo Phương án 1) Tiêu thụ lượng CO2 CO2 Phương án Ủ compost NM XLNT Tổng cộng: Nhu cầu điện CH4 N2O Hệ số phát thải N2O* (kg N2O /TJ) CO2 CH4 CH4 Phát thải Hệ số phát thải * Phát thải (t CO2/năm) (kg CH4/TJ) (t CH4/năm) F G G=C*F/1000 0.03 1.5 I I=C*H/1000 0.04 0.10 1.5 0.15 kWh/ngày TJ/năm A C Hệ số phát thải* (kg CO2/TJ) D 19,974.38 26.25 98,300 E E=C*D/1000 2,580.01 74,387.87 97.75 98,300 9,608.40 12,188.41 N2O Phát thải (t N2O/năm) H 0.12 0.19 Ghi chú: * Hệ số phát thải khí nhà kính, theo Bảng 2.2 (Chương 2, V2) Tài liệu hướng dẫn 2006 IPCC, cập nhật 2019 Bảng PL 15.8 Phát thải CO2, CH4 N2O từ việc sử dụng lượng có nguồn gốc từ khí sinh học CHP (theo Phương án 2) Tiêu thụ lượng điện Phương án Nhu cầu điện CO2 CH4 Hệ số phát thải CO2* Phát thải CO2 MWh/ngày TJ/năm (kg CO2/TJ) (t CO2/năm) A C D E Hệ số phát thải CH4* (kg CH4/TJ) F N2O Phát thải CH4 (t CH4/năm) G Hệ số phát thải N2O* (kg N2O /TJ) H Phát thải N2O (t N2O/năm) I 255 E=C*D/1000 Tại Trung tâm XLCT Ở nơi tiêu thụ (nhờ bán điện vào mạng lưới) Tổng cộng: G=C*F/1000 I=C*H 108.38 142.41 54,600 7,775.66 0.14 0.1 0.01 85.8 112.74 54,600 6,155.67 0.11 0.1 0.01 13,931.33 0.26 0.03 Ghi chú: * Hệ số phát thải khí nhà kính, theo Bảng 2.2 (Chương 2, V2) Tài liệu hướng dẫn 2006 IPCC, cập nhật 2019 256 Bảng PL 15.9 Tổng hợp lượng KNK phát thải từ việc sử dụng lượng điện Phương án CO2 (t/năm) CH4 (t/năm) N2O (t/năm) PA 12,188.41 0.12 0.19 PA 7,775.66 0.14 0.01 Hình PL 15.2 Lượng khí nhà kính phát thải tiêu thụ điện Nhận xét: Phương án tiêu thụ nhiều điện (cho Trung tâm xử lý chất thải) so với phương án (tiêu thụ điện cho compost NM XLNT) Nhưng, phương án phát thải lượng KNK thấp hơn, thu hồi sử dụng biogas cho CHP, sản xuất lượng sử dụng Trung tâm XLCT (biogas có hệ số phát thải KNK thấp so với than đá sử dụng để sản xuất điện)./ ... luận án Tiến sĩ ? ?Nghiên cứu tương quan dòng vật chất lượng quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho quận nội thành thành phố Hà Nội? ?? cơng trình tơi nghiên cứu thực Các kết quả, số liệu luận án hồn... vật liệu) NL QLCT cho thị Đó lý để NCS thực luận án: ? ?Nghiên cứu tương quan dòng vật chất lượng quản lý chất thải đô thị, áp dụng cho quận nội thành thành phố Hà Nội? ?? Nghiên cứu mong muốn cung... VỀ MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC DÒNG CHẤT THẢI ĐÔ THỊ VÀ NĂNG LƯỢNG THEO HƯỚNG QUẢN LÝ BỀN VỮNG NƯỚC THẢI, CHẤT THẢI RẮN 1.1 Mối tương quan Nước - Năng lượng hạ tầng kỹ thuật quản lý chất thải Mặt