CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.2 Phƣơng pháp phân tích dịng chảy vật chất (MFA)
1.2.1 Lịch sử phát triển
Phân tích dịng chảy vật chất (MFA) là đánh giá có tính hệ thống về vịng tuần hoàn các chất và nguyên liệu của các vật liệu trong hệ thống ở không gian và thời gian xác định. MFA là sự kết nối giữa các nguồn phát thải, các quá trình, các điểm trung gian và cuối cùng của vật chất. Vì nó dựa trên định luận bảo tồn vật chất, nên kết quả của MFA có thể đƣợc kiểm sốt bởi cân bằng vật chất đơn giản, dựa trên các yếu tố đầu vào và kết quả của một q trình. Đó là đặc trƣng riêng biệt của MFA làm cho phƣơng pháp hấp dẫn nhƣ một công cụ hỗ trợ quyết định trong quản lý nguồn gốc, quản lý chất thải và quản lý môi trƣờng [23].
MFA bắt đầu đƣợc nghiên cứu từ những năm 1990 bởi các nhà khoa học của Áo (Steurer, 1992) và Nhật (Cơ quan môi trƣờng Nhật Bản, 1992). Kể từ đó đến nay, MFA là một lĩnh vực đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm và thực hiện nhiều nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực của đời sống. [16]
1.2.2 Các ứng dụng của mơ hình MFA trong mơi trường
Ngày nay, MFA đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, MFA đƣợc sử dụng nhƣ một công cụ đánh giá chất lƣợng sản phẩm, đánh giá nguồn phát thải của các q trình sản xuất cơng nghiệp, đánh giá chi phí quản lý sản xuất hay vịng tuần hồn của các sản phẩm công nghiệp. Đặc biệt nhiều nhà khoa học đã sử dụng MFA để ứng dụng lĩnh vực môi trƣờng. Hasan Belevi [13] đã ứng dụng MFA để xây dựng kế hoạch quản lý nƣớc thải và chất thải rắn tại thành phố Kumasi, Ghana. Ở đây tác giả đã ra rằng nguồn thải chính của Nitơ, phopho là trong nguồn thải từ các hộ gia đình mà khơng phải các nguồn thải nhƣ: nƣớc thải khu vực đô thị, khu vực ven đô, trong ngành công nghiệp, trong xử bùn thải và quản lý chất thải rắn. Từ đó, ngƣời ta đã đƣa ra các biện pháp quản lý nƣớc thải và chất thải rắn sinh hoạt phát sinh từ các hộ gia đình nhằm giảm 30% lƣợng phát thải.
Montangero và cộng sự [22] đã mô tả việc áp dụng phƣơng pháp MFA để ƣớc tính sơ bộ nguồn nitơ tại Việt Trì, Hà Nội, Việt Nam. Phƣơng pháp đang tiếp tục phân tích và mơ tả tác động của các biện pháp đã đƣợc lựa chọn để cải thiện vệ sinh môi trƣờng trong quá trình phát hiện nguồn nitơ ở Việt Trì, cách ứng dụng MFA với chi phí phải chăng cho các nhà quy hoạch vệ sinh môi trƣờng tại các nƣớc đang phát triển, nơi các phƣơng tiện cho thu thập dữ liệu là hạn chế. Nghiên cứu trƣờng hợp thực tế đƣợc tiến hành ở Việt Trì-Việt Nam cho phép dự toán sơ bộ nguồn nitơ từ phân và việc áp dụng phƣơng phân tích này giúp quản lý chất thải rắn hữu cơ cũng nhƣ cung cấp thực phẩm ở Việt Trì. Dự tốn sơ bộ nguồn nitơ trong hệ thống đƣợc thể hiện trong hình 1.2.
Kết quả cho thấy, 60% nitơ chuyển đến các hộ gia đình dƣới dạng thực phẩm và cuối cùng đƣợc thải ra dƣới dạng phân vào nƣớc bề mặt, ao cá hoặc vào đất, dẫn đến ô nhiễm nguồn nƣớc. Các luồng định lƣợng tiếp tục có xu hƣớng chỉ ra rằng
việc quản lý chất thải đô thị hiện nay và việc sản xuất lƣơng thực gây ra sự suy giảm nitơ trong đất nông nghiệp. Tuy nhiên, trong một số luồng, các nguồn nitơ từ cây trồng và phân bón nói riêng nên đƣợc đánh giá chính xác hơn để xác định nhu cầu nitơ trong nơng nghiệp.
Hình 1.2: Dự tốn dịng chảy Nitơ trong hệ thống "phân loại và quản lý chất thải rắn hữu cơ cũng nhƣ trong sản xuất lƣơng thực tại Việt Trì, Việt Nam" [22]
Tuy nhiên, việc áp dụng phƣơng pháp MFA, một phƣơng pháp đòi hỏi dữ liệu chuyên sâu, khó khăn tại các quốc gia có thu nhập trung bình và thấp do hạn chế về việc tiếp cận với nguồn dữ liệu đáng tin cậy và hạn chế về các phƣơng pháp thu thập dữ liệu. Dựa trên phƣơng pháp MFA, Montangero [22] đã phát triển một cách tiếp cận khác để đánh giá các dòng vật chất mà dữ liệu là hạn chế, và đã áp dụng thành công phƣơng pháp này vào trƣờng hợp của Hà Nội, Việt Nam.
Vệ sinh môi trƣờng bền vững nghĩa là phải giảm lƣợng tiêu thụ nƣớc, năng lƣợng và phân bón cũng nhƣ giảm thiểu ơ nhiễm mơi trƣờng [23]. Tuy nhiên, việc ứng dụng phƣơng pháp đòi hỏi dữ liệu chuyên sâu này ở các nƣớc đang phát triển có thể khó khăn do việc tiếp cận nguồn dữ liệu đáng tin cậy và phƣơng tiện thu thập dữ liệu bị hạn chế. Do đó, sự khơng chắc chắn về dữ liệu cần phải đƣợc tính đến khi mơ hình hóa các luồng vật liệu tại các nƣớc đang phát triển. Khuyến khích khởi đầu bằng cách đánh giá thơng số thơ. Nếu kết quả của mơ hình khơng hợp lý, cần tiến hành phân tích độ nhạy đánh giá lại các thông số chƣa chắc chắn một cách chính
xác hơn. Cách tiếp cận này đã đƣợc minh chứng và mơ tả thơng qua mơ hình dịng chảy phốtpho trên cơ sở của một nghiên cứu quản lý chất dinh dƣỡng trong nƣớc và trong hệ thống nông nghiệp, đô thị và vệ sinh môi trƣờng của Hà Nội, Việt Nam. Cuối cùng, mơ hình đƣợc áp dụng để xác định ảnh hƣởng của việc xả phốt pho vào nƣớc mặt từ các cơng trình vệ sinh.
Trong một nghiên cứu khác về ô nhiễm nƣớc ngầm, sông và hồ, một mơ hình xác suất mơ phỏng tác động của các biện pháp đối với sự suy giảm nƣớc ngầm và phục hồi nguồn dinh dƣỡng đã đƣợc sử dụng để xác định ảnh hƣởng của các thay đổi về chính sách tại Hà Nội. Kết quả thu đƣợc cho thấy rằng sự hài hòa giữa vệ sinh môi trƣờng và hệ thống nông nghiệp với nhau sẽ làm tăng đáng kể sự phục hồi nguồn dinh dƣỡng cho sản xuất lƣơng thực, giảm việc thải chất dinh dƣỡng vào môi trƣờng và hạ thấp chi phí dùng phân bón nhân tạo. Mơ hình này có thể đƣợc áp dụng cho khu vực đô thị của các nƣớc đang phát triển để hỗ trợ việc thiết kế các khái niệm vệ sinh mơi trƣờng [21].
Dựa trên các q trình vật lý và sinh hóa xảy ra trong bể tự hoại, nhà xí tách phân và nƣớc tiểu, Montangero và Belevi [22, 23] đã xây dựng các mơ hình đơn giản để xác định các luồng chất dinh dƣỡng. Nhƣ vậy, sự phân tách nitơ và phốt pho trong các vật liệu đầu ra khác nhau từ các nhà vệ sinh tại chỗ đƣợc xác định. Hơn nữa, sự phân tách chất dinh dƣỡng trong bể tự hoại đã đƣợc ƣớc tính thơng qua các nhận định chun mơn và qua các giá trị mang tính lý thuyết.
Đặc biệt là ở các nƣớc đang phát triển, nơi dữ liệu thƣờng là khan hiếm nhƣng các đánh giá chun mơn lại có sẵn thì việc sử dụng kỹ thuật suy luận mang tính chun mơn một cách chính thức đƣợc chứng minh là có hiệu quả. Ở Việt Nam, chỉ có 5-14% N và 11-27% P đầu vào đƣợc lấy ra từ bể tự hoại cùng với bùn phân. Phần cịn lại nằm trong bể thơng qua dạng chất thải lỏng. Khác với bể tự hoại, ở các nhà xí tách nƣớc tiểu, hầu hết chất dinh dƣỡng nằm cố định hoặc trong nƣớc tiểu tồn trữ hoặc trong phần phân đã tách nƣớc. Vì vậy, việc sử dụng các nhà xí kiểu này là một cách tốt để giảm lƣợng chất dinh dƣỡng thải vào môi trƣờng, giảm tiêu thụ năng lƣợng và các nguồn tài ngun khơng tái tạo cho sản xuất phân bón.