Nguyên liệu Năng suất chuyển đổi ethanol nồng độ 99,5% (lít/tấn nguyên liệu khô)
Thân ngô 427,1
Rơm rạ 415,4
Phế thải bông 214,7
Phế thải lâm nghiệp 308,1
Bã mía 421,5
Giấy loại 439,2
Nguyên liệu sẽ được tiền xử lý bằng cách thái nhỏ hay nghiền thành bột rồi khử bằng NaOH ở nhiệt độ 45oC trong 24 giờ, tiếp theo rửa trong nước ấm để loại lignin. Sau đó, thực hiện quá trình đường phân nhờ enzym cellulaza ở điều kiện pH từ 3 - 5 và nhiệt độ 34 - 35oC để chuyển hóa cellulose thành đường glucose. Đường tạo ra được lên men trong điều kiện yếm khí để chuyển hóa thành ethanol.
Dung dịch ethanol được tạo ra còn chứa nhiều nước nên cần thực hiện chưng cất để tăng độ tinh khiết. Ethanol được tạo ra là ethanol sinh học, có thể được sử dụng pha chế và thay thế xăng trong giao thông. Tỉ lệ pha chế ethanol trong xăng có thể dao động từ 5% đến 85% theo thể tích, tương ứng với các loại xăng E5 – E85. Tỉ lệ ethanol càng cao thì khả năng bay hơi càng lớn. Tại Việt Nam mới chỉ chính thức bán đại trà xăng E5 RON 92 trên thị trường từ cuối tháng 12 năm 2017, dần thay thế xăng khoáng RON 92.
2.1.3.2. Công nghệ nhiệt hóa
Chuyển đổi nhiệt hóa đặc trưng bởi nhiệt độ và thích hợp cho các vật liệu có độ ẩm thấp.
a. Công nghệ đốt
Quá trình đốt có thu hồi năng lượng là quá trình oxy hóa khử chất thải rắn bằng oxy ở nhiệt độ cao (trên 800oC). Oxy cung cấp cần đủ hoặc dư để quá trình cháy diễn ra hoàn toàn. Đây là phương pháp phổ biến để sinh nhiệt, điện hay đồng phát nhiệt điện. Trong hệ thống lò đốt, chất thải rắn được đốt để tạo nhiệt, nhiệt tạo ra được sử dụng để sưởi ấm, sử dụng cho các quá trình tiêu thụ nhiệt như lò nung, luyện kim hoặc tạo hơi nước dùng quay turbin máy phát điện [20]. Các loại rác thải công nghiệp, chất thải y tế, một số loại chất thải nguy hại là những chất thải rắn bắt buộc phải xử lý bằng phương pháp đốt.
Với công nghệ này ở nhiệt độ 800oC, có thể giảm thể tích chất thải rắn đến 80 - 90%. Carbon, Hidro là những thành phần cháy chính tạo nên nhiệt trị của chất thải. Lưu huỳnh S cũng là thành phần cháy nhưng tỏa nhiệt ít. Quá trình đốt thường tạo ra khí Carbonic CO2, hơi nước, tro và các sản phẩm không cháy. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các khí SO2, NOx, NH3 , Dioxin… tùy theo thành phần của chất thải. Do đó cần lắp đặt hệ thống kiểm soát khí thải nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, để giảm thành phần không cháy sau khi đốt và không tạo ra dioxin thì chất thải rắn cần được đốt ở nhiệt độ trên 1.100oC bằng cách trộn nhiên liệu bổ sung, mồi đốt và tăng cường xáo trộn để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa chất thải rắn và không khí. Các thành phần rắn sau cháy chủ yếu dưới dạng xỉ, tro bay có thể được sử dụng để san lấp trong xây dựng.
Khi sử dụng công nghệ đốt cần quan tâm đến nhiệt trị và độ ẩm của chất thải rắn. Thông thường, chất thải rắn có nhiệt trị thấp hơn 556 kcal/kg thì không có khả năng đốt. Để tăng hiệu quả của quá trình đốt có thể sấy, phơi khô, nén ép chất thải rắn để giảm độ ẩm, làm tăng hiệu quả cháy. Nhiệt sinh ra trong qúa trình đốt có thể được tận dụng để sấy rác đầu vào hoặc sản xuất điện.
Nếu công nghệ đốt được tuân thủ chặt chẽ từ khâu phân loại rác đến khâu tăng nhiệt độ lên trên 1.000 oC, kèm theo khâu xử lý khí thải, hạ nhiệt độ ở giai đoạn 400-
600 oC và sử dụng tháp chứa các chất hấp phụ (như than hoạt tính) mới có thể giảm đáng kể nguy cơ tạo thành dioxin, ngăn chặn nhiều chất độc hại khác phát tán ra môi trường [25]. Nhưng điều này rất khó khả thi với tình hình Việt Nam nên các dạng công nghệ này vẫn đang được nghiên cứu, chưa được áp dụng rộng rãi.
Hình 2.3. Hệ thống đốt rác thu hồi năng lượng [9]
b. Nhiệt phân
Nhiệt phân là quá trình biến đổi chất thải rắn ở nhiệt độ từ 450 – 750oC trong điều kiện không có oxy hoặc trong chân không [22]. Phản ứng quan trọng nhất trong quá trình nhiệt phân là phản ứng bẻ gãy mạch liên kết C - C để tạo ra các sản phẩm đơn giản hơn. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân là dầu nhiệt phân (axit acetic, axeton,metanol), than và khí tổng hợp (H2, CH4, CO và các khí khác). Dầu nhiệt phân có dạng lỏng, nhiệt trị khoảng 20.934 kJ/kg và được sử dụng để tổng hợp thành nhiên liệu đốt. Khí tổng hợp có nhiệt trị thấp từ 10 - 20 MJ/m3. Quá trình nhiệt phân là quá trình thu nhiệt. Với công nghệ này, nhiệt trị của chất thải rắn không phải là yếu tố quan trọng mà nhiệt hóa học có vai trò quan trọng hơn.
c. Khí hóa
Khí hóa là quá trình oxy hóa một phần ở nhiệt độ trong khoảng 700 - 1.600oC để sản xuất khí tổng hợp, chủ yếu là CO, CH4 và H2 [23]. Chất oxy hóa có thể là
không khí, oxy hoặc hơi nước. Hơi nước được thêm vào lò phản ứng để tăng lượng khí CO và H2 được tạo ra. Giá trị nhiệt của khí tổng hợp khoảng 4 - 10MJ/m3.
Các phản ứng xảy ra trong quá trình khí hóa là: C + O2 → CO2 + Q
C + H2O → CO + H2 – Q CO + H2O → CO2 + H2 +Q C + CO2 → 2CO
C + 2H2 → CH4 +Q
Khí tổng hợp có thể sử dụng trong động cơ đốt trong, sản xuất methanol, hydro, hoặc chuyển đổi thông qua quy trình Fischer-Tropsch thành nhiên liệu lỏng.
Quá trình khí hóa loại bỏ được các yếu tố ăn mòn như clorua và kali trong tro, nên tạo ra khí nhiên liệu sạch.
2.1.3.3. Phương pháp cơ sinh học
Phương pháp cơ sinh học là quá trình xử lý chất thải rắn bao gồm cơ học kết hợp sinh học. Với phương pháp này, chất thải rắn sẽ được tiền xử lý cơ học bao gồm các quá trình phân loại theo tính chất, khối lượng và kích cỡ và có thể nghiền, băm nhỏ theo yêu cầu xử lý. Sau đó phần hữu cơ sẽ được xử lý yếm khí, phần nhiều năng lượng được sấy khô, nén, ép tạo ra các viên, bánh nhiên liệu. Viên nhiên liệu giúp giảm thể tích xuống 5-8 lần, có hiệu suất nhiệt cao hơn so với nguyên liệu dạng thô nên có thể được lưu trữ và vận chuyển, sử dụng một cách dễ dàng. Có thể tạo được các sản phẩm có hình dáng, kích thước, khối lượng phù hợp với yêu cầu sử dụng và nhiều loại thiết bị khác nhau.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp
Thu thập các tài liệu sẵn có và đáng tin cậy về các vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu nhằm bổ sung những nội dung không được tiến hành điều tra, bao gồm:
- Thu thập, tổng hợp tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, môi trường của địa phương thông qua các báo cáo tổng kết, quy hoạch phát triển kinh tế, Niên
giám thống kê tỉnh Hà Nam, Báo cáo hiện trạng môi trường chuyên đề hàng năm của tỉnh Hà Nam.
- Thu thập từ các nguồn tài liệu khác có liên quan như sách báo, tạp chí, internet,…
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa
Phương pháp này nhằm kiểm tra lại các thông tin đã thu thập được từ các tài liệu thứ cấp.
- Phỏng vấn người dân về tình hình phát sinh, thu gom, xử lý chất thải rắn và tình hình sử dụng năng lượng tại hộ gia đình.
- Lấy mẫu rác thải để xác định thành phần của chất thải rắn phát sinh. Việc xác định thành phần chất thải rắn được tiến hành bằng cách lấy 10 kg rác từ xe thu gom, rải đều cho bớt nước, trộn đều đống rác và chia thành 4 phần bằng nhau, lấy 2 phần đối diện và tiếp tục tiến hành như vậy để giảm khối lượng rác sau đó tiến hành phân loại.
2.2.3. Phương pháp điều tra xã hội học
Điều tra bằng bảng hỏi:
Nghiên cứu chọn mẫu đại diện gồm 200 hộ gia đình từ 4 xã, thị trấn. Mỗi xã/thị trấn lựa chọn 50 hộ trên địa bàn. Việc lựa chọn điều tra dựa theo mức sống để phân chia thành khu vực đô thị và nông thôn.
Nhóm 1: khu vực đô thị, bao gồm thành phố Phủ Lý và các thị trấn thuộc huyện (thị trấn Quế, thị trấn Ba Sao ở Kim Bảng; thị trấn Bình Mỹ ở Bình Lục; thị trấn Đồng Văn, thị trấn Hòa Mạc ở Duy Tiên; thị trấn Vĩnh Trụ ở Lý Nhân; thị trấn Kiện Khê ở Thanh Liêm).
Nhóm 2: khu vực nông thôn, gồm các xã còn lại.
Trong mỗi nhóm lựa chọn 2 xã/phường/thị trấn ngẫu nhiên để tiến hành phỏng vấn. Cụ thể, nhóm 1 chọn xã Phù Vân (thành phố Phủ Lý) và thị trấn Quế (huyện Kim Bảng); nhóm 2 chọn xã Phú Phúc (huyện Lý Nhân) và xã Thi Sơn (huyện Kim Bảng) để điều tra. Tại mỗi xã/thị trấn, tiến hành phỏng vấn 50 hộ gia đình dựa trên mức sống, nghề nghiệp và thu nhập chính của hộ gia đình theo kết quả điều tra mức sống của các hộ gia đình tại các xã. Việc lựa chọn mẫu đảm bảo trong một xã/thị trấn có đủ
các nhóm nghề nghiệp bao gồm nhóm công chức, viên chức, nhóm kinh doanh, buôn bán, nhóm sản xuất tiểu thủ công, nhóm nông nghiệp.
Bảng hỏi gồm 20 câu, có cấu trúc 2 phần:
+ Phần 1 gồm 14 câu hỏi, thu thập thông tin về rác thải tại hộ gia đình. Mục đích điều tra nhằm xác định thành phần chất thải rắn trong mỗi khu vực đô thị/nông thôn, nhận thức chung của người dân về vấn đề phát sinh, xử lý rác thải và ảnh hưởng của rác thải đến môi trường.
+ Phần 2 gồm 6 câu hỏi, thu thập thông tin về tình hình sử dụng năng lượng tại gia đình, nội dung tập trung vào công nghệ biogas vì đây là phương pháp xử lý phổ biến nhất. Mục đích điều tra nhằm xác định nhu cầu sử dụng năng lượng của người dân.
Việc điều tra bằng bảng hỏi được thực hiện với sự trợ giúp của các đồng nghiệp tại Chi cục Bảo vệ môi trường tỉnh Hà Nam. Mẫu phiếu phỏng vấn hộ gia đình và danh sách 200 người cung cấp thông tin tại phần Phụ lục của luận văn.
2.2.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
Số liệu thu thập được từ bảng hỏi sẽ được nhập liệu bằng phần mềm Epidata 3.1, sau đó tính toán, xử lý số liệu bằng phần mềm SPSS 20. Các tính toán khác trên bảng biểu được tính toán bằng phần mềm Excel 2010.
2.2.5. Phương pháp dự báo khối lượng chất thải rắn
Dự báo khối lượng chất thải rắn phát sinh trong tương lai là vấn đề quan trọng để xây dựng các kế hoạch đầu tư, quản lý chất thải rắn một cách hiệu quả. Có nhiều phương pháp để dự báo chất thải rắn như dựa vào dân số, dựa vào hệ số phát thải, dựa vào tốc độ tăng trưởng kinh tế, dựa vào đối chứng.
- Dự báo khối lượng chất thải rắn sinh hoạt:
Trong luận văn này sử dụng phương pháp dự báo dựa vào dân số để dự báo khối lượng chất thải rắn sinh hoạt đến năm 2025.
Dân số được dự báo bằng công thức Euler : Ni = Ni-1 + Ni-1*r∆t Trong đó: Ni : Dân số năm cần tính
Ni-1 : Dân số năm trước năm cần tính r : Tốc độ tăng dân số (%) ∆t : Thời gian (năm)
Từ đó, khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh là: M = I * N
Với : M: Khối lượng CTRphát sinh (kg/ngày)
I : Khối lượng CTR bình quân trên người (kg/người/ngày) N: dân số (người)
- Dự báo khối lượng chất thải rắn công nghiệp (CTRCN) và chất thải rắn nông nghiệp (CTRNN) :
Với giả định tốc độ tăng chất thải rắn bằng với tốc độ tăng trưởng của từng lĩnh vực, khối lượng chất thải rắn công nghiệp, chất thải rắn nông nghiệp phát sinh được ước tính theo công thức:
Ni = Ni-1 * (1+r)
Trong đó:
Ni: Khối lượng CTRCN/CTRNN của năm cần tính
Ni-1: Khối lượng CTRCN/CTRNN của năm trước năm cần tính r: Tốc độ tăng trưởng công nghiệp/nông nghiệp
2.2.6. Phương pháp đánh giá hiệu quả tài chính
Có nhiều chỉ số để đánh giá hiệu quả tài chính cho một dự án như giá trị hiện tại thuần (NPV), tỷ suất sinh lợi nội tại (IRR), tỷ số lợi ích/chi phí (B/C)… Trong khuôn khổ luận văn chỉ sử dụng chỉ số NPV.
NPV là hiệu số giữa dòng thu và dòng chi của dự án trong suốt thời kỳ phân tích được quy đổi thành một giá trị tương đương ở thời điểm hiện tại. Đây là chỉ tiêu cơ bản được sử dụng để đánh giá hiệu quả của một dự án đầu tư vì nó thể hiện giá trị tăng thêm mà dự án đem lại cho nhà đầu tư [5].
Công thức: NPV =
n: Thời hạn đầu tư (năm) Bt: Doanh thu dự án tại năm t
Ct: Chi phí dự án tại năm t (bao gồm chi phí đầu tư và chi phí hoạt động r: tỷ suất chiết khấu (%)
NPV được áp dụng cho hầu hết các dự án đầu tư. -Nếu NPV > 0 thì dự án có lời
-Nếu NPV < 0 thì dự án bị lỗ
-Nếu NPV = 0 thì dự án không lời không lỗ, tức là thu hồi chỉ vừa đủ trả lại vốn. NPV chỉ có thể cho biết dự án lời hay lỗ, số tiền lời lỗ nhưng chưa thể khẳng định dự án có khả thi hay không vì tính khả thi của một dự án phụ thuộc vào nhiều yếu tố và nếu NPV không đủ lớn thì cũng chưa xứng đáng để đầu tư.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thực trạng phát sinh chất thải rắn trên địa bàn tỉnh Hà Nam
3.1.1. Thực trạng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt
Trong những năm gần đây, do sự gia tăng dân số, tăng trưởng kinh tế và nhu cầu tiêu dùng gia tăng nên lượng chất thải rắn sinh hoạt tại tỉnh Hà Nam tăng đáng kể. Chất thải rắn đô thị tập trung chủ yếu phát sinh tại thành phố Phủ Lý và 7 thị trấn thuộc các huyện.
Bảng 3.1. Biến động dân số đô thị và nông thôn tỉnh Hà Nam