3. Nội dung nghiên cứu
1.3.4 Xử lý phân compost
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí (compost) trực tiếp phát thải ra Mê tan và nitơ oxít ở nhiều mức độ khác nhau phụ thuộc vào quá trình kiểm soát, quản lý vận hành thực tế. Hệ thống kín sẽ giảm lượng KNK phát thải ra nhờ vào thiết bị lọc khí (thông thường là lọc sinh học) để xử lý khí phát thải. Các nhà máy Compost thường yêu cầu một lượng không lớn năng lượng đầu vào (phát thải đầu nguồn thấp) để vận hành, do đó lượng khí nhà kính phát thải chủ yếu từ quá trình xử lý và việc sử dụng sản phẩm compost, việc ứng dụng sản phẩm phân compost vào đất có thể đem lại khả năng lưu giữ Cacbon lâu hơn trong đất dưới dạng Cacbon sinh học. Sử dụng quá trình phân hủy sinh học để biến đổi các thành phần hữu cơ trong chất thải rắn thành sản phẩm phân hữu cơ hoặc cặn sinh học phục vụ cho các mục đích nông nghiệp, cải tạo đất. Nó giúp giảm đi một lượng lớn chất thải, giảm diện tích chôn lấp, ngoài ra nó còn mang lại lợi nhuận kinh tế nhất định.
Tuy nhiên, với công nghệ ủ sinh học hiếu khí hệ số phát thải KNK phụ thuộc nhiều vào công nghệ và quy mô xử lý, ví dụ đối với việc ủ rác hữu cơ tại chỗ của các gia đình, lượng phát thải KNK đầu nguồn không có vì ở các gia đình chủ yếu sử dụng hệ thống cấp khí tự nhiên hoặc đảo trộn bằng tay tuy nhiên thì quá trình phân hủy chất hữu cơ lại phát thải ra nhiều khí CH4 vì không được cung cấp đủ Oxy dẫn đến sự phân hủy kỵ khí xảy ra ở trong đống ủ; đối với quy mô công nghiệp, việc xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng hệ thống kín cũng phát thải ít hơn hệ thống hở vì khả năng kiểm soát khí thải và kiểm soát lượng oxy cung cấp cho đống ủ. Bảng 1.4 tổng kết các hệ số phát thải KNK từ quá trình ủ sinh học hiếu khí sử dụng các loại hình công nghệ khác nhau.
Bảng 1.4. Hệ số phát thải KNK của các công nghệ composting
Loại công nghệ Đầu nguồn kgCO2eq /tấn rác ẩm Trực tiếp kgCO2eq/tấn rác ẩm Hệ số chung kgCO2eq/tấn rác ẩm Ủ tại nhà 0 77 – 220 77 – 220 Composting hở 0,2 – 20 3 – 242 3,2 – 262 Composting kín 1 – 60 5 – 81 6 – 141 (Nguồn: [23]) 1.3.5 Xử lý sinh học kỵ khí
Hiện nay, trên thế giới có khoảng hơn 200 công trình xử lý kỵ khí rác hữu cơ với lượng xử lý trung bình từ 2.500 – 100.000 tấn một năm, chủ yếu được đặt tại Đức. Xét về tổng thể, công trình xử lý kỵ khí chất thải rắn hữu cơ bao gồm các công đoạn như: tiền xử lý (ủ khô) bao gồm băm cắt, phối trộn, cấp liệu vào bể ủ; đối với khí gas phát thải bao gồm các công đoạn: thu gom khí gas, xử lý, lưu giữ và sử dụng. Sản phẩm sinh học sau quá trình xử lý kỵ khí bao gồm phân mùn có thể chế biến để ứng dụng cho nông nghiệp hoặc thay thế nhiên liệu trong các lò công nghiệp. Mặt khác nó tạo ra một lượng lớn khí sinh học-khí nhà kính lớn (metan) với hàm lượng phụ thuộc vào quá trình thực tế. Sản phẩm khí sinh học có thể thu hồi để làm nhiên liệu đốt hoặc sản xuất năng lượng. Đối với phát thải khí nhà kính, các hoạt động phát thải bao gồm việc sử dụng năng lượng và nhiên liệu để vận hành hệ thống, khí biogas thoát ra từ bể ủ và khí CO2 từ việc sử dụng khí biogas.
1.3.6 Xử lý nhiệt
Đốt rác là phương pháp xử lý được áp dụng cho nhiều loại rác nhất đặc biệt các thành phần có nhiệt trị cao và rác thải nguy hại. Đây là một giai đoạn oxy hóa nhiệt độ cao với sự có mặt của oxi trong không khí, trong đó có rác độc hại được chuyển hóa thành khí và các chất thải rắn không cháy. Chất khí được làm sạch hoặc không được làm sạch thoát ra ngoài không khí. Chất thải rắn được chôn lấp. Xử lý bằng phương pháp nhiệt có ý nghĩa rất quan trọng, làm giảm tới mức nhỏ nhất chất thải cho khâu xử lý cuối cùng, nếu sử dụng công nghệ tiên tiến còn có ý nghĩa bảo
vệ môi trường. Tuy nhiên đây là biện pháp xử lý rác tốn kém về chi phí đầu tư và vận hành công nghệ, so với chôn lấp hợp vệ sinh thì chi phí để đốt 1 tấn rác cao hơn khoảng 10 lần. Mặt khác, nếu công nghệ đốt rác không đảm bảo, sẽ phát sinh nhiều chất thải độc hại khác nhau như: CO, CO2 và nguy hiểm hơn là sinh ra dioxin. Nguồn phát sinh khí nhà kính từ các công trình đốt rác được tổng hợp ở Bảng 1.5
Bảng 1.5. Tổng hợp các nguồn phát thải KNK (gián tiếp, trực tiếp) từ quá trình đốt chất thải
Đầu nguồn (phát thải gián tiếp)
Trực tiếp (quá trình vận hành)
Cuối nguồn (phát thải gián tiếp) CO2, CH4, và N2O từ:
sản xuất nhiên liệu được sử dụng trong nhà máy, nhiệt và tiêu thụ điện, cơ sở hạ tầng, xây dựng hệ thống xử lý khí thải…
CO2 và CO2 sinh học từ quá trình đốt rác, khí CH4, CO, N2O và NMVOC
Sản xuất năng lượng từ đốt rác để thay thế năng lượng từ hóa thạch: cắt giảm CO2.
Thu hồi kim loại từ sản phẩm cháy (khói, tro): cắt giảm KNK từ quá trình khai thác và sản xuất nguyên liệu. Sản xuất vật liệu từ tro xỉ lò đốt: cắt giảm KNK từ quá trình sản xuất.
(Nguồn: [29])
Hiện nay tại các nước phát triển, người ta nghiên cứu những công nghệ mới để xử lý nhiệt như khí hóa, nhiệt phân để giảm thiểu khí nhà kính. Tuy nhiên, đây chỉ là những công nghệ chưa thể áp dụng cho quy mô lớn. Theo kết quả nghiên cứu, nguồn phát thải khí nhà kính từ các lò đốt ước tính đóng góp khoảng 40 triệu tấn CO2eq theo ước tính đến năm 2009 [18]. Trực tiếp phát thải từ lò đốt chủ yếu CO2 hóa thạch và cacbon hữu cơ bay hơi. Lượng hóa thạch và Các bon hữu cơ trong các đầu vào của chất thải sẽ khác nhau đáng kể giữa các quốc gia, khu vực. Thông thường chỉ có CO2 được tính như là khí nhà kính phát thải từ thiêu đốt, do đó, nó chịu tác động nồng độ oxy trong lò đốt và hàm lượng Cacbon trong chất thải đem đốt. Khoảng 130 triệu tấn chất thải đang được đốt ở khắp 35 nước [18]. Một số
nước như Nhật Bản, Đan Mạch, và Luxembourg xử lý 50% chất thải thông qua đốt. Pháp, Thụy Điển, Hà Lan và Thụy Sĩ cũng có tỷ lệ cao đốt rác cao do có diện tích đất dành cho chôn lấp rác bị hạn chế.
1.4. Các công nghệ xử lý CTRSH
1.4.1. Các công nghệ xử lý CTRSH trên thế giới
Hiện nay trên Thế Giới đang áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để xử lý chất thải rắn sinh hoạt phát sinh. Các phương pháp chủ yếu vẫn là chôn lấp hợp vệ sinh, chôn lấp hợp vệ sinh có thu hồi khí, ủ sinh học và đốt bằng lò chuyên dụng. Ở các nước phát triển được áp dụng nhiều công nghệ xử lý hiện đại nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trường đặc biệt là giảm phát thải khí nhà kính như đốt thu hồi năng lượng hay ủ sinh học, tái chế.
Bảng 1.6 Tình hình áp dụng các công nghệ xử lý CTR tại các nƣớc trên Thế giới
Stt Tên quốc gia
Tỷ lệ áp dụng các công nghệ (%) Chôn lấp HVS Ủ sinh học, tái chế Đốt Khác 1 Nhật Bản 18 44 38 – 2 Đan Mạch 21 70 9 – 3 Thụy Điển 1 47 52 – 4 Pháp 32 18 50 – 5 Singapore – – 100 – 6 Thái Lan 84 14 2 – 7 Hàn Quốc 70 30 – – (Nguồn: [1])
Thụy Điển là đất nước đi đầu trong lĩnh vực áp dụng công nghệ tiên tiến trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt. Lượng CTTRSH trung bình tại đây là 1,3 kg/người/ngày. Lượng rác thải cần phải chôn lấp ở Thuỵ Điển chỉ chiếm khoảng 1%. Còn lại, 47% được tái chế và 52% được đốt để sản xuất nhiệt và điện. Hiện nay, 50% lượng điện năng tiêu thụ của Thuỵ Điển đến từ năng lượng tái tạo, họ
thiết lập mạng lưới đốt rác để thu lại nguồn điện, hoà vào mạng điện Quốc gia. Tuy nhiên lượng rác trong nước vẫn không đủ, Thuỵ Điển còn phải nhập khẩu rác từ các nước khác. Trong năm 2015, họ đã nhập khẩu 1,5 triệu tấn rác, và dự đoán năm 2020 họ sẽ nhập khẩu 2,3 triệu tấn rác. Tại Mỹ năm 2016 tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt của các thành phố lên tới 250 triệu tấn. Tính bình quân mỗi người dân Mỹ thải ra 2 kg rác/ngày. Lượng CTRSH được sử dụng để đốt phát điện chiếm 12,8%, ủ phân compost 8,9%, tái chế 25,8%, còn lại 52,5% được chôn lấp hợp vệ sinh.
Lượng chất thải rắn phát sinh hiện nay tại các nước khác nhau cũng khác nhau. Ở các nước có thu nhập thấp, lượng chất thải rắn phát sinh trung bình từ 0,6 – 0,7 (kg/người/ngày). Còn ở các nước có thu nhập trung bình lượng chất thải rắn phát sinh khoảng từ 0,7 – 1,3 (kg/người/ngày), các nước có thu nhập cao thì lượng phát sinh càng cao. Ví dụ cụ thể trong bảng 1.7
Bảng 1.7: Lƣợng phát sinh CTR đô thị ở một số quốc gia
Tên nước Dân số đô thị hiện nay (% tổng số)
Lượng phát sinh CTR đô thị hiện nay
(kg/người/ngày) Nước thu nhập thấp 15,92 0,60
Nepal 13,70 0,70
Bangladesh 18,30 0,69
Ấn Độ 26,80 0,66
Nước thu nhập trung bình 40,80 0,99
Indonesia 35,40 0,96
Philippines 54,00 0,72
Thái Lan 20,00 1,30
Malaysia 53,70 1,1
Nước có thu nhập cao 86,3 1,59
Hàn Quốc 81,30 1,79
Singapore 100 1,30
Nhật Bản 77,6 1,67
1.4.2. Xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại Việt Nam
CTRSH phát sinh tại đô thị lớn của Việt Nam chưa được quản lý theo nguyên tắc giảm thiểu tại nguồn. Phần lớn lượng CTRSH được xử lý bằng phương pháp chôn lấp. Hình 1.1 cho thấy mô hình quản lý CTRSH.
Hình 1.1. Mô hình quản lý CTRSH tại Việt Nam
Tính đến năm 2014 đã có 26 cơ sở xử lý CTR tập trung được đầu tư xây dựng theo hoạch xử lý CTR của các địa phương. Trong số 26 cơ sở xử lý CTR có 03 cơ sở xử lý sử dụng công nghệ đốt, 11 cơ sở xử lý sử dụng công nghệ sản xuất phân hữu cơ, 11 cơ sở xử lý sử dụng công nghệ sản xuất phân hữu cơ kết hợp với đốt, 01 cơ sở xử lý sử dụng công nghệ sản xuất viên nhiên liệu. Tuy nhiên, hiệu quả hoạt
Nguồn phát sinh và thành phần CTR
Phân loại sơ bộ, lưu trữ chất thải rắn tại nguồn
Thu gom chất thải rắn
Vận chuyển Phân loại, tái chế
Ủ phân Compost
Đốt Chôn lấp Không được thu gom
động của 26 cơ sở chưa được đánh giá một cách đầy đủ, toàn diện; chưa lựa chọn được mô hình xử lý CTR hoàn thiện đạt được cả các tiêu chí về kỹ thuật, kinh tế, xã hội và môi trường. Có khoảng 458 BCL CTR có quy mô trên 1ha, ngoài ra còn có các BCL quy mô nhỏ ở các xã chưa được thống kê đầy đủ. Trong số 458 BCL có 121 BCL hợp vệ sinh và 337 BCL không hợp vệ sinh. Các BCL không hợp vệ sinh phần lớn là bãi rác tạm, lộ thiên, không có hệ thống thu gom, xử lý nước rỉ rác, đang là nguồn gây ô nhiễm môi trường [15].
Một số cơ sở xử lý bằng hình thức chôn lấp hợp vệ sinh hiện đang hoạt động như: khu liên hợp xử lý CTR Đa Phước thuộc Công ty TNHH xử lý CTR Việt Nam; khu liên hợp xử lý CTR Tây Bắc Củ Chi thuộc Công ty TNHH MTV môi trường đô thị TP. Hồ Chí Minh; khu xử lý chất thải Nam Sơn thuộc Công ty TNHH MTV môi trường đô thị Hà Nội, khu xử lý chất thải Xuân Sơn – Thị xã Sơn Tây … Bên cạnh đó, chưa có cơ sở xử lý CTR bằng hình thức chôn lấp nào tận thu được nguồn năng lượng từ khí thải thu hồi từ BCL chất thải, gây lãng phí nguồn tài nguyên.
Hiện nay, các cơ sở xử lý CTRSH thành phân hữu cơ sử dụng công nghệ ủ hiếu khí, một số cơ sở xử lý đang hoạt động: nhà máy xử lý CTRSH Nam Bình Dương; nhà máy xử lý và chế biến chất thải Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh; nhà máy xử lý rác Tràng Cát thuộc Công ty TNHH MTV môi trường đô thị Hải Phòng;…Hệ thống thiết bị trong dây chuyền công nghệ của các cơ sở xử lý được thiết kế chế tạo trong nước hoặc cải tiến từ công nghệ nước ngoài. Một số địa phương sử dụng nguồn vốn ODA để nhập khẩu từ nước ngoài các công nghệ xử lý CTRSH thành phân hữu cơ nhưng công nghệ xử lý chưa đạt được hiệu quả như mong muốn: dây chuyền xử lý CTRSH chưa phù hợp với điều kiện Việt Nam, tỉ lệ CTR được đem chôn lấp hoặc đốt sau xử lý rất lớn từ 35-80%, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao,…Ngoài ra, sản phẩm phân hữu cơ sản xuất ra hiện nay khó tiêu thụ, chỉ phù hợp với một số loại cây công nghiệp.
Một số cơ sở xử lý CTRSH sử dụng công nghệ đốt công suất lớn, hiện đang hoạt động: nhà máy xử lý chất thải Sơn Tây thuộc CTCP dịch vụ môi trường Thăng
Long; xí nghiệp xử lý CTR và sản xuất phân bón tại công ty Phong Phú thuộc Công ty TNHH MTV môi trường đô thị Thái Bình,...
1.5 Các nghiên cứu có liên quan đến phát thải KNK từ xử lý CTRSH 1.5.1 Trên Thế Giới 1.5.1 Trên Thế Giới
Bonger (2003) [17] đưa ra phương pháp mới trong ước lượng khí CH4 từ bãi chôn lấp cho toàn cầu, giai đoạn 1980-1996. Với hai kịch bản phát thải toàn cầu được đưa ra để so sánh với hai kịch bản của IPCC. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng khí CH4 dao động mức 16- 57 Tg/năm kịch bản. Trong đó việc tính toán phát thải khí CH4 từ bãi chôn lấp được sử dụng theo công thức của IPCC (1996) với các hệ số điều chỉnh mê tan (MFC), tỷ lệ cacbon hữu cơ dễ phân hủy (DOC) và phần trăm khí CH4 (F) trong BLC để mặc định.
Laura Capelli và cộng sự (2014) [27] sử dụng mô hình LandGEM của Mỹ để tính toán phát thải CH4. Định lượng phát thải khí CH4 tính toán từ mô hình cho sai số đáng kể, liên quan đến các thông số đầu vào cho mô hình. Đồng thời, hàm lượng CO2 từ BCL luôn cao hơn khí CH4 và có sự lệch pha giữa đỉnh cực đại của hai loại khí này.
Melissa Weitz và cộng sự (2017) [25] nhấn mạnh sự hữu ích của mô hình IPCC (2006) trong tính toán phát thải khí CH4 từ BCL so với các mô hình trước đây. Đặc biệt có thể sử dụng công cụ này dự báo khí thải trong tương lai từ BCL.
Một nghiên cứu khác của W. Melissa (2000) [26] đã ước lượng được lượng khí thải CH4 từ các khu chôn lấp tác thải sinh hoạt ở Panama. W. Melissa đã sử dụng mô hình IPCC (2006) để tính toán lượng phát thải KNK trong giai đoạn từ 1990 đến 2020. Kết quả tính toán khi sử dụng các số liệu mặc định cho mô hình cho thấy lượng khí methane đã phát thải là 23.100 tấn/năm (tương ứng với 577.500 tấn CO2eq/năm) vào năm 1990; 25.000 tấn/năm (tương ứng với 625.000 tấn CO2eq/năm) vào năm 1994 và dự báo đến năm 2020 là 37.500 tấn/năm (tương ứng với 937.500 tấn CO2eq/năm).
1.5.2 Tại Việt Nam
Đề tài nghiên cứu của Nguyễn Phúc Thanh và Yasuhiro Matsui [9], "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" đã đưa ra kết quả cho thấy lượng giảm phát thải khí CH4 sẽ lên đến 21.062 tấn/năm (tương ứng với 526.550 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 methane bằng nhiều phương pháp xử lý rác (chôn lấp hợp vệ sinh, đốt, compost, kỵ khí).
Hoàng Minh Giang, ―Tính toán phát thải khí nhà kính từ các bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt của thành phố Hà Nội‖ [8]. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tính toán bằng phương trình phân rã bậc nhất (FOD). Kết quả nghiên cứu cho thấy