iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1.Phát sinh chất thải rắn sinh hoạt và các vấn đề môi trường 3 1.1.1. Phát sinh chất thải rắn sinh hoạt 3 1.1.2. Thành phần hữu cơ của RTSH 6 1.1.3. Ảnh hưởng môi trường của RTSH 9 1.2.Tổng quan về công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt trên thế giới và Việt Nam……. 10 1.2.1. Trên thế giới 10 1.2.2. Ở Việt Nam 15 1.3.Phương pháp MFA và ứng dụng trong kiểm soát, giảm thiểu chất thải…… 17 1.3.1. Lịch sử của phương pháp MFA 17 1.3.2. Một số ứng dụng của MFA 18 1.3.2.1. Lĩnh vực kỹ thuật và quản lý môi trường 18 1.3.2.2. Lĩnh vực sinh thái công nghiệp (industrial ecology) 19 1.3.2.3. Quản lý tài nguyên 20 1.3.2.4. Quản lý chất thải 20 1.4.Sự cần thiết phải thu hồi khí nhà kính (CH 4 , CO 2 ) từ rác thải sinh hoạt hữu cơ 21 1.4.1. Tác động của khí nhà kính (CH 4 ,CO 2 ) 21 1.4.2. Tiềm năng mêtan sinh hóa của chất thải hữu cơ 23 1.4.3. Quá trình hình thành khí ở các bãi chôn lấp chất thải 23 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1. Đối tượng nghiên cứu 26 2.2. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu 26 2.2.1. Vị trí địa lý 26 2.2.2. Địa hình, địa mạo 27 iv 2.2.3. Khí hậu, thuỷ văn 28 2.2.4. Điều kiện kinh tế 29 2.3. Phương pháp nghiên cứu 30 2.3.1. Phương pháp tổng quan tài liệu 30 2.3.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa 31 2.3.3. Phương pháp xác định khối lượng và thành phần rác thải 31 2.3.4. Phương pháp phân tích dòng vật chất MFA 32 2.3.5. Phân tích đánh giá, xử lý tổng hợp số liệu 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 35 3.1. Đánh giá tình hình phát sinh và thu gom, xử lý RTSH tại huyện Quế Võ……… 35 3.1.1. Nguồn gốc rác thải sinh hoạt tại huyện Quế Võ 35 3.1.2. Lượng RTSH được thu gom tại huyện Quế Võ 36 3.1.3. Thành phần RTSH tại huyện Quế Võ 37 3.1.4. Hiện trạng thu gom, vận chuyển và phân loại, xử lý rác thải sinh hoạt tại huyện Quế Võ 37 3.1.5. Hiện trạng xử lý rác thải sinh hoạt tại huyện Quế Võ 39 3.2. Kết quả phân tích khả năng thu hồi khí metan, cacbon dioxit theo cách tiếp cận phân tích dòng vật chất 41 3.3. Đề xuất công nghệ phù hợp để xử lý rác thải sinh hoạt và thu hồi khí nhà kính (CH 4 , CO 2 ) cho địa bàn nghiên cứu 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 55 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Lượng CTR sinh hoạt phát sinh tại các đô thị Việt Nam năm 2007 4 Bảng 2: Chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt bình quân đầu người của một số đô thị ở Việt Nam năm 2009 4 Bảng 3: Thành phần rác thải sinh hoạt ở một số tỉnh và thành phố 6 Bảng 4: Thành phần CTRSH tại đầu vào bãi chôn lấp của một số địa phương 7 Bảng 5: Thành phần RTSH ở một số nước trên thế giới năm 2004 8 Bảng 6: Thành phần RTSH của các nhóm nước 8 Bảng 7: Thành phần nguyên tố của rác thải sinh hoạt 9 Bảng 8: Tỷ lệ RTSH được xử lý bằng các phương pháp khác nhau ở một số nước 14 Bảng 9: Một số chỉ tiêu phát triển kinh tế của huyện Quế Võ 30 Bảng 10: Hệ số thoát nước bề mặt 34 Bảng 11: Nguồn phát sinh và khối lượng RTSH trên địa bàn huyện Quế Võ năm 2014 36 Bảng 12: Lượng RTSH được thu gom của huyện Quế Võ 36 Bảng 13: Thành phần của RTSH tại huyện Quế Võ 37 Bảng 14: Tỷ lệ phần trăm thể tích của các khí sinh ra trong một ô chôn lấp rác vệ sinh sau khi hoàn chỉnh 55 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1: Mức phát sinh rác thải sinh hoạt của một số thành phố trên thế giới 3 Hình 2: Thành phần khí biogas (% thể tích) 23 Hình 3: Sơ đồ lên men metan bởi các vi sinh vật 25 Hình 4: Địa bàn huyện Quế Võ trong tỉnh Bắc Ninh 27 Hình 5: Sơ đồ cân bằng C trong bãi chôn lấp rác 33 Hình 6: Hạ tầng bãi chôn lấp rác hợp vệ sinh tại xã Phù Lãng huyện Quế Võ 41 Hình 7: Cân bằng cacbon cho bãi chôn lấp rác Phù Lãng, Quế Võ, Bắc Ninh. 43 Hình 8: Sơ đồ mặt cắt bãi chôn lấp có thu hồi khí gas 45 Hình 9: Sơ đồ hệ thống thu khí metan từ khí bãi rác để chạy máy phát điện 45 Hình 10: Sơ đồ công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải sinh hoạt hữu cơ 46 Hình 11: Cân bằng cacbon của quá trình ủ sinh học xử lý rác thải sinh hoạt 47 Hình 12: Sơ đồ công nghệ ủ kị khí theo phuơng pháp ướt đa giai đoạn kết hợp phát điện 48 Hình 13: Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính từ các kịch bản xử lý 49 Hình 14: Hiệu suất phát điện của công nghệ lên men mêtan 55 Hình 15: Sơ đồ thu khí gas để phát điện từ bãi chôn lấp 56 Hình 16: Rác thải hữu cơ phát sinh tại các chợ 56 Hình 17: Các túi rác của các hộ gia đình sau khi cân được để lại địa điểm thu gom 57 Hình 18: Đường làng, ngõ xóm tại huyện Quế Võ trở nên thông thoáng từ khi tiến hành thu gom rác bằng xe đẩy tay 57 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CTR: Chất thải rắn CTRSH: Chất thải rắn sinh hoạt GDP: Tổng sản phẩm nội địa MFA: Phân tích dòng vật chất OECD: Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế TP. HCM: Thành phố Hồ Chí Minh TTCN: Tiểu thủ công nghiệp UBND: Ủy ban nhân dân VSMT: Vệ sinh môi trường XDCB: Xây dựng cơ bản 1 MỞ ĐẦU Nền kinh tế Việt Nam đang có những bước chuyển mình mạnh mẽ. Cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước bộ mặt xã hội đã có nhiều chuyển biến tích cực. Mức sống của người dân càng cao thì nhu cầu tiêu dùng các sản phẩm xã hội càng lớn, điều này đồng nghĩa với việc gia tăng lượng rác thải sinh hoạt. Việc quản lý và xử lý rác thải sinh hoạt đã và đang gây ra nhiều áp lực và được xã hội quan tâm. Bên cạnh đó, nhận thức của xã hội ngày một được cải thiện về các vấn đề môi trường. Xã hội đã quan tâm nhiều hơn đến việc phát triển bền vững chứ không chỉ là phát triển kinh tế. Phát triển bền vững có thể hiểu là cải thiện chất lượng cuộc sống cho tất cả mọi người bây giờ và trong tương lai mà không làm suy giảm hay cạn kiệt nguồn tài nguyên của trái đất. Một trong những thách thức lớn nhất đối với việc thực hiện thành công việc phát triển bền vững là thay đổi xu hướng không bền vững hiện nay trong tiêu thụ tài nguyên và sản xuất chất thải. Những năm gần đây, rác thải được coi là một nguồn tài nguyên có giá trị và đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Việc tái chế, tận thu nguồn tài nguyên này đang ngày càng được xã hội quan tâm. Trên thế giới cũng đã có rất nhiều nghiên cứu về việc tận dụng rác thải hữu cơ trong thu hồi năng lượng, đặc biệt là công nghệ lên men kị khí mêtan, và đã được áp dụng thành công ở một số thành phố như: Singapore, Toronto và Newmarket của Canada, và một số thành phố khác của Đức, Bỉ… Điển hình là công nghệ lên men mêtan kết hợp phát điện đã được áp dụng thành công ở Canada [6]. Ở Việt Nam, công nghệ biogas cũng đã được nghiên cứu nhiều, nhưng áp dụng chủ yếu cho chất thải chăn nuôi, trang trại của các hộ gia đình. Hiện tại ở nước ta, các dự án thu hồi khí bãi rác và phát điện có thể xem như các công trình nghiên cứu chính về thu hồi năng lượng từ rác thải sinh hoạt hữu cơ. Vì vậy cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa trong việc đánh giá và đề xuất các công nghệ cho xử lý rác thải hữu cơ và thu hồi năng lượng để áp dụng cho điều kiện cụ thể của nước ta. 2 Bên cạnh đó, vấn đề gia tăng khí nhà kính đang là mối lo ngại của toàn thế giới. Việc gia tăng khí nhà kính dẫn đến sự nóng lên toàn cầu và làm biến đổi khí hậu, đã và đang gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Chúng ta cũng đã biết khí CH 4 , CO 2 là những khí nhà kính chủ yếu và cũng là thành phần chính của khí biogas sinh ra từ sự phân hủy rác thải sinh hoạt hữu cơ. Xuất phát từ lý do trên, tác giả lựa chọn đề tài: “Đánh giá khả năng thu hồi khí nhà kính (CH 4, CO 2 ) từ rác thải sinh hoạt hữu cơ theo cách tiếp cận phân tích dòng vật chất (MFA)” nhằm đề xuất một số giải pháp xử lý rác thải sinh hoạt và thu hồi năng lượng cũng như giảm thiểu khí thải nhà kính trong giai đoạn hiện nay. Với mục tiêu nhằm: Áp dụng cách tiếp cận phân tích dòng vật chất trong đánh giá khả năng thu hồi năng lượng từ rác thải sinh hoạt hữu cơ. Góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng cường hiệu quả kinh tế. Nội dung nghiên cứu: Tổng quan về rác thải sinh hoạt hữu cơ và các giải pháp quản lý, xử lý. Điều tra đánh giá hiện trạng phát thải rác hữu cơ tại huyện Quế Võ và đánh giá tiềm năng thu hồi metan theo phương pháp phân tích dòng. Đề xuất công nghệ cho việc xử lý rác thải sinh hoạt và thu hồi khí nhà kính CH 4 , CO 2 phù hợp địa bàn nghiên cứu. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Phát sinh chất thải rắn sinh hoạt và các vấn đề môi trường 1.1.1. Phát sinh chất thải rắn sinh hoạt Chất thải là vật chất ở thể rắn, lỏng, khí được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác Rác thải sinh hoạt (RTSH) hay chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) là những chất thải rắn có liên quan đến các hoạt động của con người, nguồn tạo thành chủ yếu từ các khu dân cư, các cơ quan, trường học, các trung tâm dịch vụ và thương mại… RTSH có thành phần bao gồm kim loại, sành sứ, thủy tinh, gạch ngói vỡ, đất đá, cao su, chất dẻo, thực phầm dư thừa hoặc quá hạn sử dụng, xương động vật, tre, gỗ, lông gà vịt, vải, giấy, rơm rạ, xác động vật, vỏ rau quả…  Tình hình phát sinh chất thải rắn sinh hoạt trên thế giới: Tỷ lệ chất thải sinh hoạt trong dòng chất thải rắn đô thị rất khác nhau giữa các nước. Theo ước tính, tỷ lệ này chiếm tới 60-70% ở Trung Quốc; chiếm 78% ở Hồng Kông; 48% ở Philippin và 37% ở Nhật Bản [20]. Mức phát sinh rác thải theo đầu người ở một thành phố của một số nước như sau: 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Mức phát sinh RTSH (kg/người/ngày) Hình 1: Mức phát sinh rác thải sinh hoạt của một số thành phố trên thế giới [20] 4  Tình hình phát sinh chất thải rắn sinh hoạt tại các đô thị ở Việt Nam: Tổng lượng CTR sinh hoạt ở các đô thị phát sinh trên toàn quốc tăng trung bình 10 ÷ 16 % mỗi năm. Tại hầu hết các đô thị, khối lượng CTR sinh hoạt chiếm khoảng 60 - 70% tổng lượng CTR đô thị (một số đô thị tỷ lệ này lên đến 90%). Chỉ số phát sinh CTR đô thị bình quân đầu người tăng theo mức sống. Năm 2007, chỉ số CTR sinh hoạt phát sinh bình quân đầu người tính trung bình cho các đô thị trên phạm vi toàn quốc vào khoảng 0,75 kg/người/ngày [2]. Bảng 1: Lượng CTR sinh hoạt phát sinh tại các đô thị Việt Nam năm 2007 Loại đô thị Chỉ số CTRSH bình quân đầu người (kg/người/ngày) Lượng CTRSH phát sinh Tấn/ngày Tấn/năm Đặc biệt 0,96 8.000 2.920.000 Loại 1 0,84 1.885 688.025 Loại 2 0,72 3.433 1.253.045 Loại 3 0,73 3.738 1.364.370 Loại 4 0,64 626 228.490 Nguồn [2] Chỉ số phát sinh CTRSH tính bình quân trên đầu người lớn nhất xảy ra ở các đô thị phát triển du lịch như các thành phố: Hạ Long, Hội An, Đà Lạt, Ninh Bình, Các đô thị có chỉ số phát sinh CTRSH tính bình quân đầu người thấp nhất là thành phố Đồng Hới (Quảng Bình), Thị xã Gia Nghĩa, Thị xã Kon Tum, Thị xã Cao Bằng (Bảng 2). Bảng 2: Chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt bình quân đầu người của một số đô thị ở Việt Nam năm 2009 Cấp đô thị Đô thị CTRSH bình quân đầu người (kg/người. ngày) Cấp đô thị Đô thị CTRSH bình quân đầu người (kg/người. ngày) Đặc biệt Hà Nội 0,9 Loại 3: Thành phố Đồng Hới 0,31 Hồ Chí Minh 0,98 Đông Hà 0,6 Loại 1: Hải Phòng 0,7 Hội An 1,08 Hạ Long 1,38 Bảo Lộc 0,9 5 Thành phố Đà Nẵng 0,83 Kon Tum 0,35 Huế 0,67 Vĩnh Long 0,9 Nha Trang >0,6 Long An 0,7 Đà Lạt 1,06 Bạc Liêu 0,73 Quy Nhơn 0,9 Loại 4: Thị xã Tuần Giáo (Điện Biên) 0,7 Buôn Ma Thuột 0,8 Sông Công (Thái Nguyên) >0,5 Loại 2: Thành phố Thái Nguyên >0,5 Từ Sơn (Bắc Ninh) >0,7 Việt Trì 1,1 Lâm Thao (Phú Thọ) 0,5 Ninh Bình 1,3 Cam Ranh (Khánh Hòa) >0,6 Mỹ Tho 0,72 Gia Nghĩa (Đắk Nông) 0,35 Loại 3: Thành phố Điện Biên Phủ 0,8 Đồng Xoài (Bình Phước) 0,91 Cao Bằng 0,38 Gò Công (Tiền Giang) 0,73 Bắc Ninh >0,7 Ngã Bảy (Hậu Giang) >0,62 Thái Bình >0,6 Loại 5: Thị trấn, Thị tứ Tủa Chùa (Điện Biên) 0,6 Phú Thọ 0,5 Tiền Hải (Thái Bình) >0,6 Nguồn [2]  Tình hình phát sinh chất thải rắn sinh hoạt ở nông thôn ở Việt Nam: Chất thải rắn sinh hoạt nông thôn phát sinh từ các nguồn: các hộ gia đình, chợ, nhà kho, trường học, bệnh viện, cơ quan hành chính Chất thải rắn sinh hoạt khu vực nông thôn có tỷ lệ chất hữu cơ khá cao, chủ yếu là từ thực phẩm thải, chất thải vườn và phần lớn đều là chất hữu cơ dễ phân hủy (tỷ lệ các thành phần dễ phân hủy chiếm tới 65% trong chất thải sinh hoạt gia đình ở nông thôn) [2]. [...]... chất thải nên được thay thế bằng quản lý vật chất và quản lý tài nguyên Họ khẳng định rằng việc kiểm soát các vật liệu chảy qua các nền kinh tế tổng là hiệu quả hơn so với tách quản lý chất thải từ việc quản lý cung cấp sản xuất và tiêu dùng 1.4 Sự cần thiết phải thu hồi khí nhà kính (CH4, CO2) từ rác thải sinh hoạt hữu cơ 1.4.1 Tác động của khí nhà kính (CH4 ,CO2) Khí nhà kính là những khí có khả năng. .. trình phân hủy kị khí (yếm khí) Quá trình phân hủy yếm khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật yếm khí và tùy tiện để phân hủy các hợp chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học sinh khí biogas trong điều kiện không có oxy Thành phần chủ yếu của khí biogas là mêtan (CH4) và cacbonic (CO2) và một số khí khác cụ thể như sau: Hình 2: Thành phần khí biogas (% thể tích) Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất... bụi, tiếng ồn và các khí thải độc hại từ các xe thu gom và vận chuyển rác + Tại các bãi chôn lấp chất thải rắn, vấn đề ảnh hưởng đến môi trường khí là mùi hôi thối của một số khí như: CH4, H2S…và các khí độc hại khác từ các chất thải nguy hại + Việc phân hủy RTSH hữu cơ làm phát sinh các khí nhà kính gây biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu Tại các bãi rác, nếu không áp dụng các kỹ thu t chôn lấp và... tháng, phụ thu c vào tốc độ phân huỷ Trong giai đoạn này các thành phần hữu cơ phân huỷ dưới điều kiện hiếu khí bởi vì một lượng không khí bị giữ lại trong bãi rác trong quá trình chôn lấp Nguồn vi sinh vật chủ yếu thực hiện quá trình phân huỷ chất thải có trong đất làm vật liệu bao phủ mỗi ngày, có trong thành phần hữu cơ của rác ngay từ khi rác được thu gom Giai đoạn II: Giai đoạn phân huỷ kỵ khí Khi... này tùy thu c vào chủ cơ sở sản xuất, kinh doanh nơi phát sinh chất thải Lượng chất thải sinh hoạt được đem đi chôn lấp giảm xuống rõ rệt, hiện nay lượng rác thải đem đi chôn lấp chỉ khoảng 10% Biện pháp chủ yếu là xử lý sinh học và biến chất thải thành năng lượng Tại các nước đang phát triển thì công tác thu gom rác thải còn nhiều vấn đề bất cập Việc bố trí mạng lưới thu gom và vận chuyển rác thải chưa... của quá trình nghiên cứu, nhằm có cơ sở chuyển từ vấn đề nghiên cứu đến các câu hỏi cụ thể Trong luận văn này, phần tổng quan được xem xét trên các vấn đề có liên quan đến nội dung nghiên cứu là khả năng phát thải khí nhà kính CH4, CO2 từ rác thải sinh hoạt hữu cơ bằng phương pháp phân tích dòng vật chất MFA Nhằm trả lời các câu hỏi của bài luận văn như sau: + Sự phát thải và các công nghệ xử lý RTSH... trí của họ Để phân tán rác, quy định mỗi bên phố thu rác trong một ngày riêng, hôm nay thu bên nhà số chẵn, mai thu bên nhà số lẻ; có lúc chỉ thu túi rác màu này hoặc màu kia, có lúc chỉ thu thùng carton hoặc giấy đã cuộn gói lại N hờ có kế hoạch phân định rõ thời gian thu rác và loại rác sẽ thu mà rác không bị tập trung quá nhiều, số lượng rác thu mỗi ngày tương đối ổn định, dễ bố trí xe rác Tại New... phương trình sau: Chất hữu cơ + Vi sinh vật => CH4 + CO2 + N2 + H2 + H2S + sinh khối Chất hữu cơ có nguồn gốc sinh học đều có thể làm nguyên liệu cho quá trình phân hủy sinh học yếm khí 1.4.3 Quá trình hình thành khí ở các bãi chôn lấp chất thải Quá trình hình thành các khí chủ yếu bãi chôn lấp xảy ra qua 5 giai đoạn : Giai đoạn I: Phân huỷ hiếu khí 23 Giai đoạn này có thể kéo dài từ một vài ngày cho... gom và tập kết rác thải cho tới các trang thiết bị thu gom, vận chuyển theo từng loại rác  Nhật Bản - tái chế rác thải Nhật Bản đã thực hiện rất tốt việc phân loại tại nguồn - điều mà các nước phát triển đã làm từ hàng chục năm qua Các hộ gia đình được yêu cầu phân chia rác thành 3 loại: Rác hữu cơ dễ phân hủy, rác không cháy được nhưng có thể tái chế và loại rác khó tái chế Các loại rác này được yêu... đoạn ổn định, nước rò rỉ thường chứa acid humic và acid fulvic rất khó cho quá trình sinh học diễn ra tiếp nữa Hình 3: Sơ đồ lên men metan bởi các vi sinh vật 25 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Rác thải sinh hoạt hữu cơ và khả năng phân hủy rác thải hữu cơ tạo khí CH4, CO2 trong bãi chôn lấp  Khu vực nghiên cứu: huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh . tài: Đánh giá khả năng thu hồi khí nhà kính (CH 4, CO 2 ) từ rác thải sinh hoạt hữu cơ theo cách tiếp cận phân tích dòng vật chất (MFA) nhằm đề xuất một số giải pháp xử lý rác thải sinh hoạt. và thu hồi năng lượng cũng như giảm thiểu khí thải nhà kính trong giai đoạn hiện nay. Với mục tiêu nhằm: Áp dụng cách tiếp cận phân tích dòng vật chất trong đánh giá khả năng thu hồi năng. tra đánh giá hiện trạng phát thải rác hữu cơ tại huyện Quế Võ và đánh giá tiềm năng thu hồi metan theo phương pháp phân tích dòng. Đề xuất công nghệ cho việc xử lý rác thải sinh hoạt và thu hồi