Luận văn thạc sĩ về đánh giá phát thải khí metan từ bãi chôn lấp Phước Hiệp, Củ Chi

Luận văn thạc sĩ phân tích tải lượng phát thải khí metan từ bãi chôn lấp Phước Hiệp, Củ Chi, góp phần quản lý tài nguyên và môi trường.

• Tác giả: Huỳnh Xuân Anh
• Người hướng dẫn: Thầy Bùi Tá Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
• Đề tài: Đánh giá phát thải khí metan từ bãi chôn lấp Phước Hiệp, Củ Chi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• Nội dung nghiên cứu
• Ý nghĩa của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU LIÊN HỢP XỬ LÝ CHẤT THẢI TÂY BẮC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
• 1.1. Tổng quan Khu liên hợp Xử lý chất thải Tây Bắc Thành Phố Hồ Chí Minh
• 1.1.1. Điều kiện tự nhiên của Khu liên hợp Tây Bắc
• 1.1.2. Đặc điểm các bãi chôn lấp Phước Hiệp
• 1.1.3. Tình hình tiếp nhận và xử lý chất thải tại Khu liên hợp Tây Bắc
• 1.2. Tổng quan các nghiên cứu liên quan
• 1.2.1. Các nghiên cứu trong nước có liên quan
• 1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước có liên quan
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mô hình tính toán tiềm năng phát sinh khí CH4 (IPCC 2006)
• 2.1.1. Giá trị carbon hữu cơ dễ phân hủy trong CTR chôn lấp (DOC)
• 2.1.2. Khối lượng các chất hữu cơ bị phân hủy có trong CTR (DDOCm)
• 2.1.3. Giá trị tiềm năng phát sinh khí CH4 (L0)
• 2.2. Mô hình ước tính tải lượng phát thải khí BCL (LandGEM)
• 2.2.1. Giới thiệu mô hình LandGEM
• 2.2.2. Xác định tải lượng khí CH4 phát thải từ BCL (QCH4)
• 2.2.3. Các giá trị mặc định của mô hình LandGEM
• 2.2.4. Thiết lập các thông số đầu vào cần thiết cho mô hình LandGEM
• 2.2.5. Quy trình tính toán tải lượng khí CH4 phát thải từ BCL
• 2.3. Mô hình Khí tượng
• 2.4. Mô hình lan truyền chất
• 2.5. Nội dung khảo sát thu thập thông tin
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả xây dựng bộ CSDL quản lý thông tin cho BCL
• 3.1.1. Cấu trúc khung của bộ CSDL xây dựng
• 3.1.2. Khối thông tin đối tượng cần quản lý
• 3.1.3. Khối ngân hàng dữ liệu về các quy định pháp luật và chiến lược quản lý chất thải
• 3.1.4. Khối thông tin về chương trình quan trắc môi trường thực hiện
• 3.1.5. Khối thông tin những hướng dẫn kỹ thuật về chất thải
• 3.1.6. Khối thông tin và dữ liệu tra cứu khác liên quan
• 3.2. Kết quả tính toán tải lượng khí CH4 phát thải từ các BCL Phước Hiệp
• 3.2.1. Kết quả tính toán giá trị DOC
• 3.2.2. Kết quả tính toán giá trị DDOCm và giá trị tiềm năng phát sinh khí CH4 (L0)
• 3.2.3. Kết quả tính toán tải lượng khí CH4 phát thải từ các BCL Phước Hiệp theo mô hình LandGEM
• 3.3. Kết quả mô phỏng lan truyền khí CH4 từ các BCL Phước Hiệp
• 3.3.1. Kết quả dữ liệu địa hình và lưới phủ cho các BCL Phước Hiệp
• 3.3.2. Kết quả dữ liệu các thông số khí tượng lớp biên áp dụng
• 3.3.3. Xây dựng kịch bản tính toán mô phỏng lan truyền khí CH4
• 3.3.4. Kết quả mô phỏng lan truyền khí CH4 từ các BCL Phước Hiệp
• 3.3.5. Đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan về bãi chôn lấp Phước Hiệp Củ Chi

Bãi chôn lấp Phước Hiệp nằm trong Khu liên hợp xử lý chất thải rắn Tây Bắc, Thành phố Hồ Chí Minh. Đây là một trong những phương pháp chính để xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) tại khu vực này. Theo báo cáo, bãi chôn lấp này được chia thành bốn khu vực chính: Bãi số 1, Bãi số 1A, Bãi số 2 và Bãi số 3. Mỗi khu vực có đặc điểm riêng về khối lượng và loại hình chất thải tiếp nhận. Việc phát thải khí metan (CH4) từ bãi chôn lấp này là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh và sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình phân hủy chất thải tại các bãi chôn lấp này tạo ra một lượng lớn khí thải gây ô nhiễm, trong đó khí metan chiếm tỷ lệ đáng kể. Theo một nghiên cứu gần đây, phát thải khí CH4 từ bãi chôn lấp Phước Hiệp ước tính đạt 481,88 tấn/năm tại Bãi số 1, cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp quản lý chất thải hiệu quả hơn.

II. Đánh giá phát thải khí metan từ bãi chôn lấp

Nghiên cứu đã sử dụng mô hình LandGEM để tính toán tải lượng phát thải khí metan từ các bãi chôn lấp. Kết quả cho thấy rằng tổng lượng khí CH4 phát thải từ bãi chôn lấp Phước Hiệp trong năm 2019 là rất đáng kể. Việc phân tích cho thấy rằng các yếu tố như khối lượng chất thải, loại chất thải và điều kiện môi trường có ảnh hưởng lớn đến lượng khí phát thải. Đặc biệt, việc phân hủy chất thải hữu cơ trong bãi chôn lấp tạo ra khí metan chiếm từ 45 đến 60% tổng lượng khí phát sinh. Nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng nếu các biện pháp thu hồi khí metan và đốt khí này được thực hiện, sẽ góp phần giảm phát thải khí nhà kính, từ đó bảo vệ môi trường và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.

III. Ứng dụng của mô hình LandGEM trong nghiên cứu

Mô hình LandGEM được áp dụng để ước tính tải lượng phát thải từ các bãi chôn lấp, cho phép các nhà quản lý môi trường có cái nhìn tổng quát về tình hình phát thải khí nhà kính tại khu vực. Mô hình này không chỉ giúp tính toán lượng khí CH4 phát thải mà còn hỗ trợ trong việc xây dựng các kịch bản mô phỏng sự lan truyền của khí ô nhiễm trong không khí. Kết quả mô phỏng cho thấy sự phân bố nồng độ khí CH4 tại các thời điểm khác nhau trong ngày, cho phép đánh giá sự ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và môi trường. Việc sử dụng mô hình này là cần thiết để đưa ra các biện pháp quản lý chất thải hiệu quả, từ đó giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

IV. Khuyến nghị và giải pháp

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số khuyến nghị được đưa ra nhằm giảm thiểu phát thải khí metan từ bãi chôn lấp Phước Hiệp. Đầu tiên, cần thiết lập hệ thống thu hồi khí metan và đốt khí này để giảm thiểu lượng khí phát thải ra môi trường. Thứ hai, cần tăng cường công tác quản lý chất thải bằng cách áp dụng các công nghệ xử lý hiện đại và cải tiến quy trình phân loại chất thải tại nguồn. Cuối cùng, việc nâng cao nhận thức cộng đồng về tác động của chất thải và khí thải đến môi trường cũng là một yếu tố quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế lớn nhất cả nước với dân số vượt hơn 8,45 triệu người, kéo theo khối lượng chất thải rắn đô thị phát sinh lên đến khoảng 7.000 tấn/ngày. Trong đó, chất thải rắn sinh hoạt chiếm từ 6.000 đến 6.500 tấn/ngày và duy trì tốc độ gia tăng đều đặn từ 7% đến 8%/năm. Hoạt động chôn lấp hợp vệ sinh tại các khu liên hợp tập trung đang là giải pháp xử lý chủ đạo, chiếm hơn 72% tổng lượng rác tiếp nhận của thành phố. Tuy nhiên, quá trình phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ tại các bãi chôn lấp sinh ra lượng lớn khí nhà kính, đặc biệt là khí metan (CH4) – hợp chất chiếm khoảng 45% đến 60% tổng lượng khí bãi rác và có tiềm năng gây nóng lên toàn cầu cao gấp 25 lần so với CO2 trong khung thời gian 100 năm. Trên quy mô toàn cầu, phát thải metan từ các bãi chôn lấp đóng góp khoảng 18% tổng lượng CH4 do con người tạo ra.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là sự thiếu hụt các công cụ định lượng chính xác tải lượng phát thải theo chuỗi thời gian dài và việc kiểm soát phạm vi lan truyền chất ô nhiễm trong không khí xung quanh khu vực dân cư. Nghiên cứu này tập trung vào 4 bãi chôn lấp Phước Hiệp (gồm Bãi số 1, Bãi số 1A, Bãi số 2 và Bãi số 3) với tổng diện tích 70,6 ha thuộc Khu liên hợp xử lý chất thải Tây Bắc, huyện Củ Chi, nơi đã tiếp nhận hơn 16,5 triệu tấn rác từ năm 2004 đến năm 2019. Mục tiêu trọng tâm của luận văn là thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu tích hợp, tính toán chính xác tải lượng phát thải khí CH4 trong giai đoạn 10 năm (2010 – 2019) bằng mô hình phân hủy bậc 1 kết hợp LandGEM 3.02, đồng thời mô phỏng động thái lan truyền ô nhiễm bằng phần mềm EnLandFill 2019 theo các kịch bản khí tượng thực tế.

Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh và Ban Quản lý các Khu liên hợp xử lý chất thải thành phố trong việc kiểm soát ô nhiễm, cảnh báo sự cố môi trường và hỗ trợ chiến lược thu hồi năng lượng sinh học nhằm giảm thiểu khoảng 0,25 tấn CO2 tương đương trên mỗi tấn rác xử lý.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng kết hợp giữa lý thuyết động học phân hủy sinh học chất thải rắn và lý thuyết lan truyền chất ô nhiễm trong lớp biên khí quyển:

1. Lý thuyết phân hủy kỵ khí bậc 1 (First Order Decay - FOD): Mô hình hóa quá trình vi sinh vật phân giải các hợp chất carbon hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt của bãi chôn lấp. Tốc độ sinh khí tỷ lệ thuận với khối lượng carbon hữu cơ còn lại theo thời gian.
2. Lý thuyết khuếch tán khói Gauss mở rộng cho địa hình phức tạp: Được ứng dụng trong mô hình AERMOD và phần mềm EnLandFill 2019 để tính toán nồng độ chất ô nhiễm tại điểm tiếp nhận dựa trên sự kết hợp có trọng số giữa luồng khí trực tiếp theo phương ngang và luồng khí tương tác với địa hình bề mặt.

Các khái niệm then chốt trong nghiên cứu bao gồm:

• Hàm lượng carbon hữu cơ dễ phân hủy (DOC): Phần trăm khối lượng carbon hữu cơ có khả năng chuyển hóa thành khí sinh học trong từng thành phần rác thải.
• Khối lượng carbon hữu cơ phân hủy khả dụng (DDOCm): Khối lượng carbon thực tế bị phân hủy trong năm tính toán sau khi hiệu chỉnh bởi hệ số quản lý bãi chôn lấp (MCF).
• Tiềm năng phát sinh khí metan (L0): Thể tích khí CH4 tối đa có thể sinh ra từ một đơn vị khối lượng rác thải (m3/tấn).
• Hằng số tốc độ sinh khí (k): Đại lượng đặc trưng cho tốc độ phân hủy chất thải theo năm (năm^-1), phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ bãi chôn lấp.
• Lớp biên khí quyển (PBL): Tầng đối lưu chịu ảnh hưởng trực tiếp của bề mặt trái đất, quyết định độ xáo trộn và chiều cao hòa trộn của dòng khí ô nhiễm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập toàn diện từ nhật ký vận hành bãi chôn lấp Phước Hiệp giai đoạn 2004 – 2019 với tổng khối lượng rác tiếp nhận lũy kế hơn 16,5 triệu tấn. Cỡ mẫu phân tích thành phần rác được tổng hợp từ chuỗi dữ liệu thực nghiệm liên tục, ghi nhận tỷ lệ thành phần thực phẩm chiếm ưu thế tuyệt đối từ 83,0% đến 86,8%, độ ẩm trung bình dao động từ 52,5% đến 53,7%, và hàm lượng chất rắn bay hơi (VS) đạt 81,7% đến 82,4%.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên kỹ thuật lấy mẫu phân tầng ngẫu nhiên tại các vị trí đổ rác và trạm trung chuyển theo hướng dẫn kỹ thuật quan trắc môi trường bãi chôn lấp. Phương pháp phân tích được tích hợp qua 3 giai đoạn:

• Giai đoạn 1 - Xác định L0 theo IPCC 2006: Lựa chọn phương pháp phân hủy bậc 1 của IPCC 2006 để tính toán giá trị DOC và DDOCm riêng biệt cho đặc tính rác thải nhiệt đới giàu hữu cơ tại Việt Nam, thay vì áp dụng giá trị mặc định của các quốc gia ôn đới. Hệ số hiệu chỉnh MCF được xác định ở mức 0,6 phù hợp với bãi chôn lấp sâu không kiểm soát hoàn toàn khí.
• Giai đoạn 2 - Mô hình hóa tải lượng bằng LandGEM v3.02: Sử dụng mô hình chuẩn của Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) với dữ liệu đầu vào là công suất tiếp nhận hàng năm của từng ô chôn lấp (Bãi 1, 1A, 2 và 3), hằng số k lựa chọn 0,05 năm^-1 và giá trị L0 đã hiệu chỉnh để tính toán tải lượng CH4 phát sinh từ năm 2010 đến 2019.
• Giai đoạn 3 - Mô phỏng lan truyền khí bằng EnLandFill 2019 kết hợp mô hình khí tượng WRF: Dữ liệu địa hình số hóa cùng các thông số khí tượng lớp biên (hoa gió, nhiệt độ, độ ẩm, độ ổn định khí quyển) vào các thời điểm 8 giờ, 9 giờ, 10 giờ và 11 giờ ngày 06/05/2019 được đưa vào mô hình để tính toán nồng độ CH4 lan truyền trong không khí. Hiệu quả mô hình được kiểm định qua chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe (NASH) và độ lệch phần trăm (PBIAS).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã mang lại các kết quả định lượng chuẩn xác về tải lượng phát thải và đặc trưng phân tán khí CH4 tại bãi chôn lấp Phước Hiệp:

1. Đặc tính rác thải có tiềm năng sinh khí metan rất cao: Thành phần rác thải hữu cơ thực phẩm tại Phước Hiệp chiếm tỷ trọng áp đảo từ 83,0% đến 86,8%, dẫn đến hàm lượng carbon hữu cơ dễ phân hủy (DOC) tính toán đạt mức cao. Đây là yếu tố quyết định khiến lượng khí metan phát sinh đạt đỉnh rất nhanh sau khi chôn lấp.
2. Tổng tải lượng khí CH4 phát thải năm 2019 đạt 13.781,20 tấn/năm: Tải lượng phát thải phân bổ có sự chênh lệch lớn giữa các bãi chôn lấp tùy thuộc vào thời gian đóng bãi và tổng lượng rác chôn lấp:
   • Bãi số 1 (ngưng hoạt động năm 2006, tích lũy 3,1 triệu tấn rác): Phát thải 481,88 tấn CH4/năm, chiếm 3,50% tổng tải lượng.
   • Bãi số 1A (ngưng tiếp nhận rác, diện tích 9,36 ha): Phát thải 299,42 tấn CH4/năm, chiếm 2,17%.
   • Bãi số 2 (ngưng hoạt động, diện tích 19,45 ha, chiều cao trên 25,5m): Phát thải lớn nhất với 7.183,70 tấn CH4/năm, chiếm 52,13% tổng tải lượng.
   • Bãi số 3 (ngưng tiếp nhận rác sinh hoạt từ năm 2015, diện tích 21,59 ha): Phát thải 5.816,20 tấn CH4/năm, chiếm 42,20% tổng lượng phát sinh.
3. Quy luật phát tán phụ thuộc chặt chẽ vào bức xạ mặt trời và vận tốc gió: Mô phỏng qua 4 kịch bản thời gian ngày 06/05/2019 cho thấy lúc 8 giờ sáng, khi lớp biên khí quyển còn thấp và vận tốc gió trung bình khoảng 2,73 m/s theo hướng Đông Nam, nồng độ CH4 tích tụ cục bộ tại bề mặt bãi rác đạt giá trị cao nhất. Từ 9 giờ đến 11 giờ trưa, khi bức xạ nhiệt tăng làm tầng đối lưu hòa trộn nâng cao, nồng độ đỉnh giảm dần nhưng vệt ô nhiễm lan rộng về phía Tây Bắc và vùng giáp ranh tỉnh Long An.
4. Mức độ tương thích của mô hình mô phỏng đạt độ tin cậy tốt: So sánh giữa số liệu nồng độ CH4 quan trắc thực tế tại 4 bãi chôn lấp giai đoạn 2017 – 2019 với kết quả mô phỏng từ EnLandFill 2019 cho thấy các chỉ số thống kê NASH và PBIAS đều nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn đánh giá mô hình môi trường quốc tế.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội về phát thải tại Bãi số 2 (7.183,70 tấn/năm) và Bãi số 3 (5.816,20 tấn/năm) – chiếm tới 94,33% tổng phát thải của toàn khu Phước Hiệp – phản ánh chính xác quy luật phân hủy kỵ khí. Hai bãi chôn lấp này có khối lượng rác tiếp nhận khổng lồ trong giai đoạn gần nhất và chiều sâu chôn lấp lớn (từ 15m đến 30m), tạo môi trường kỵ khí tối ưu thúc đẩy vi khuẩn methanogen hoạt động mạnh. Ngược lại, Bãi 1 và Bãi 1A đã đóng cửa hơn 13 năm, lượng chất hữu cơ dễ phân hủy đã cạn kiệt, khiến phát thải giảm hơn 93% so với giai đoạn đỉnh điểm.

Khi so sánh với các nghiên cứu trong nước, lượng phát thải tại Bãi Phước Hiệp tương đương với bãi chôn lấp Đa Phước và cao hơn đáng kể so với bãi chôn lấp Khánh Sơn - Đà Nẵng (khoảng 6.356,1 tấn CH4/năm) hay khu vực Thủ Dầu Một - Bình Dương (17.384 tấn/năm cho toàn địa bàn). So với các bãi chôn lấp tại Bắc Mỹ hoặc Nam Âu với tỷ lệ rác hữu cơ chỉ khoảng 30% đến 45%, bãi rác tại Việt Nam có tốc độ sinh khí nhanh hơn gấp 1,5 đến 2 lần trong những năm đầu nhưng chu kỳ suy giảm phát thải cũng diễn ra dốc hơn.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua hai dạng biểu đồ chính:

• Biểu đồ thanh xếp chồng (Stacked Bar Chart) thể hiện diễn biến tải lượng phát thải CH4 hàng năm từ 2010 đến 2019 phân tách theo 4 bãi chôn lấp.
• Bản đồ bình độ đẳng nồng độ ô nhiễm (GIS Isoconcentration Map) tích hợp lớp phủ lưới mô phỏng EnLandFill 2019, biểu diễn bán kính cách ly an toàn và vùng ảnh hưởng mùi hôi lúc 8 giờ và 11 giờ sáng.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả định lượng phát thải và mô phỏng phân tán khí ô nhiễm, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý trọng tâm:

1. Thu hồi và nâng cấp hệ thống giếng thu khí metan phát điện:

   • Hành động: Tiến hành cải tạo và bảo dưỡng định kỳ hệ thống 36 giếng thu khí đứng đường kính D200 tại Bãi số 2 và Bãi số 3, lắp đặt trạm hút chân không cưỡng bức và động cơ đốt trong phát điện từ khí sinh học.
   • Chỉ số mục tiêu: Nâng cao hiệu suất thu gom khí bãi rác từ mức rò rỉ tự nhiên hiện tại lên tối thiểu 65% đến 75%, giúp giảm phát thải tương đương 150.000 tấn CO2 quy đổi/năm.
   • Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2021 – 2023.
   • Chủ thể thực hiện: Công ty TNHH Một thành viên Môi trường Đô thị Thành phố Hồ Chí Minh chủ trì, phối hợp với các doanh nghiệp năng lượng tái tạo.

2. Gia cố tầng phủ đỉnh bán thấm sinh học để oxy hóa metan:

   • Hành động: Thi công lớp phủ đỉnh kỹ thuật dày từ 0,6m đến 1,0m gồm đất mùn hữu cơ và thảm thực vật bản địa trên toàn bộ 70,6 ha của 4 bãi chôn lấp nhằm kích thích vi khuẩn oxy hóa metan (methanotrophic bacteria) chuyển hóa CH4 rò rỉ thành CO2 trước khi thoát ra khí quyển.
   • Chỉ số mục tiêu: Cắt giảm 20% đến 30% lượng metan phát tán bề mặt không qua giếng thu.
   • Thời gian thực hiện: Hoàn thành trong 18 tháng kể từ khi phê duyệt dự án đóng bãi hoàn toàn.
   • Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý các Khu liên hợp xử lý chất thải thành phố giám sát thi công.

3. Vận hành hệ thống cơ sở dữ liệu và phần mềm EnLandFill cảnh báo sớm:

   • Hành động: Ứng dụng phần mềm EnLandFill 2019 kết nối dữ liệu trạm quan trắc khí tượng và chất lượng không khí tự động xung quanh hàng rào bãi chôn lấp để mô phỏng dự báo ô nhiễm trước 24 giờ.
   • Chỉ số mục tiêu: Đảm bảo 100% các kịch bản thời tiết bất lợi được cảnh báo kịp thời đến khu dân cư xã Phước Hiệp và Thái Mỹ, kiểm soát nồng độ CH4 tại ranh giới bãi rác dưới ngưỡng 500 ppm.
   • Thời gian thực hiện: Thiết lập định kỳ hàng quý từ năm 2021 đến 2025.
   • Chủ thể thực hiện: Chi cục Bảo vệ Môi trường và Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh.

4. Đẩy nhanh chuyển đổi công nghệ sang đốt rác phát điện (Waste-to-Energy):

   • Hành động: Thực hiện chuyển giao công nghệ xử lý từ chôn lấp truyền thống sang công nghệ đốt phát điện hiện đại tại 2 khu đất quy hoạch 7 ha trong Khu liên hợp Tây Bắc với tổng công suất xử lý 2.000 tấn/ngày.
   • Chỉ số mục tiêu: Giảm tỷ lệ chất thải chôn lấp trực tiếp của toàn thành phố từ 72% xuống dưới 20% vào năm 2025.
   • Thời gian thực hiện: Lộ trình đấu thầu và xây dựng từ năm 2021 đến năm 2025.
   • Chủ thể thực hiện: Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh chỉ đạo các sở ban ngành liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh, Chi cục Bảo vệ Môi trường, và Ban Quản lý các Khu liên hợp xử lý chất thải thành phố có thể trực tiếp ứng dụng bộ cơ sở dữ liệu và quy trình mô phỏng EnLandFill 2019 để kiểm kê khí nhà kính, xây dựng kế hoạch hành động giảm nhẹ phát thải theo cam kết biến đổi khí hậu đô thị.
2. Doanh nghiệp vận hành bãi chôn lấp và xử lý chất thải: Các đơn vị như Công ty Môi trường Đô thị Thành phố, Công ty Vietstar, Công ty Tâm Sinh Nghĩa có thể khai thác các thông số L0, k và mô hình lan truyền để tối ưu hóa thiết kế mạng lưới giếng thu hồi khí sinh học, phòng ngừa rủi ro cháy nổ và kiểm soát mùi hôi khu vực ranh giới.
3. Nhà khoa học, giảng viên và học viên chuyên ngành môi trường: Giảng viên và học viên cao học thuộc các ngành Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Biến đổi Khí hậu có thể sử dụng luận văn như tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp kết hợp mô hình phân hủy sinh học IPCC, LandGEM và mô hình khí quyển WRF-AERMOD.
4. Các tổ chức tư vấn môi trường và phát triển dự án tín chỉ carbon: Các chuyên gia tư vấn đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và phát triển dự án Cơ chế phát triển sạch (CDM) hoặc thị trường carbon có thể sử dụng phương pháp tính toán của luận văn để xác định đường cơ sở phát thải cho các dự án thu hồi khí bãi rác tại các tỉnh thành phía Nam.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần kết hợp cả mô hình IPCC 2006 và mô hình LandGEM khi tính toán phát thải?

Mô hình LandGEM của US EPA sử dụng các tham số mặc định được thiết lập cho đặc thù rác thải ôn đới tại Mỹ. Việc sử dụng phương pháp phân hủy bậc 1 của IPCC 2006 cho phép hiệu chỉnh chính xác giá trị tiềm năng sinh khí L0 dựa trên thành phần rác thải thực tế của Việt Nam với hơn 83% chất hữu cơ thực phẩm, giúp kết quả đầu ra của LandGEM có độ chính xác cao hơn.

Bãi chôn lấp nào phát thải khí CH4 lớn nhất tại Khu liên hợp Phước Hiệp năm 2019?

Bãi số 2 là nguồn phát thải lớn nhất với 7.183,70 tấn CH4/năm, chiếm 52,13% tổng phát thải của toàn khu, tiếp theo là Bãi số 3 với 5.816,20 tấn CH4/năm (42,20%). Nguyên nhân do hai bãi này có khối lượng rác chôn lấp lớn và thời gian ngưng tiếp nhận rác gần nhất nên hàm lượng hữu cơ đang trong giai đoạn phân hủy kỵ khí mạnh.

Thành phần rác thải tại Thành phố Hồ Chí Minh ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ sinh khí metan?

Rác thải sinh hoạt tại thành phố có tỷ lệ thực phẩm rất cao từ 83,0% đến 86,8%, độ ẩm lớn từ 52,5% đến 53,7% và chất rắn bay hơi chiếm trên 81%. Đặc tính này cung cấp nguồn cơ chất dồi dào cho vi sinh vật kỵ khí, làm tăng hệ số tốc độ phân hủy k lên mức 0,05 năm^-1 và đẩy nhanh quá trình giải phóng metan trong 3 đến 5 năm đầu sau chôn lấp.

Phần mềm EnLandFill 2019 có vai trò gì trong đánh giá ô nhiễm môi trường không khí?

Phần mềm EnLandFill 2019 tích hợp dữ liệu phát thải từ LandGEM với dữ liệu địa hình số và mô hình khí tượng lớp biên WRF. Công cụ này cho phép tính toán và mô phỏng trường nồng độ CH4 lan truyền theo không gian và thời gian thực tế, hỗ trợ dự báo chính xác các vùng bị ảnh hưởng bởi khí độc và mùi hôi quanh bãi chôn lấp.

Việc thu hồi khí metan tại các bãi chôn lấp mang lại lợi ích gì về môi trường và kinh tế?

Thu hồi khí metan giúp giảm phát thải khí nhà kính tương đương 0,25 tấn CO2 trên mỗi tấn rác, đồng thời triệt tiêu nguy cơ cháy nổ và mùi hôi phát tán sang khu dân cư lân cận. Khí thu hồi có thể đốt phát điện hoặc làm nhiên liệu công nghiệp, tạo nguồn thu kinh tế từ việc bán điện và thương mại hóa tín chỉ carbon.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công bộ cơ sở dữ liệu quản lý thông tin toàn diện và ứng dụng hiệu quả chuỗi mô hình tích hợp IPCC 2006, LandGEM v3.02, WRF và EnLandFill 2019 để đánh giá phát thải khí metan tại bãi chôn lấp Phước Hiệp, Củ Chi.
• Nghiên cứu xác định chính xác tổng tải lượng phát thải khí CH4 năm 2019 của 4 bãi chôn lấp Phước Hiệp đạt 13.781,20 tấn/năm, trong đó Bãi số 2 và Bãi số 3 chiếm tỷ trọng áp đảo lên tới 94,33%.
• Mô hình hóa thành công diễn biến lan truyền nồng độ CH4 trong không khí tại các mốc 8 giờ, 9 giờ, 10 giờ và 11 giờ ngày 06/05/2019, chứng minh sự chi phối của bức xạ mặt trời, độ cao lớp biên và trường gió Đông Nam đối với sự phân tán chất ô nhiễm.
• Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật khả thi, tập trung vào nâng cấp mạng lưới 36 giếng thu khí phát điện, tăng cường lớp phủ sinh học và chuyển dịch sang công nghệ đốt phát điện 2.000 tấn/ngày.
• Định hướng nghiên cứu tiếp theo cần mở rộng tích hợp hệ thống cảm biến IoT quan trắc liên tục và chuẩn hóa công cụ EnLandFill phục vụ kiểm kê khí nhà kính cho toàn bộ các bãi chôn lấp tại vùng kinh tế trọng điểm phía Nam giai đoạn 2021 – 2030.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU LIÊN HỢP XỬ LÝ CHẤT THẢI TÂY BẮC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 1.1 Tổng quan Khu liên hợp Xử lý chất thải Tây Bắc Thành Phố Hồ Chí Minh 1.1 Điều kiện tự nhiên của Khu liên hợp Tây Bắc 1.1 Vị trí địa lý Khu liên hợp xử lý chất thải Tây Bắc Tp. HCM (hay còn gọi là Khu liên hợp Tây Bắc hay Khu Phước Hiệp) thuộc hai xã Phước Hiệp và Thái Mỹ, huyện Củ Chi, Tp. Khu liên hợp Tây Bắc có tổng diện tích 687 ha (bao gồm cả phần dải cây xanh cách ly); cách trung tâm Thành phố khoảng 37 km và giáp với tỉnh Long An. Vị trí Khu liên hợp xử lý chất thải Tây Bắc Tp.

Sơ đồ phân bố hạ tầng trong Khu liên hợp Tây Bắc Tp. HCM [13] 8 Trong Khu liên hợp Tây Bắc hiện có 4 BCL bao gồm: BCL số 1, BCL số 1A, BCL số 2 và BCL số 3 (Hình 1.3) và hiện tại các tuyến đường giao thông tại Khu liên hợp Tây Bắc đã cơ bản hoàn thiện các trục đường chính, chủ yếu phục vụ các loại xe chuyên chở rác đi ra/vào Khu liên hợp. Bản đồ vị trí địa lý của các BCL Phước Hiệp (Phạm vi nghiên cứu) Tuy nhiên, hiện nay Khu liên hợp Tây Bắc Tp. HCM vẫn chưa thực sự hoạt động hết quy mô và công suất đã được quy hoạch.

Trong Khu liên hợp chủ yếu có các hạng mục công trình đang hiện hữu như sau: 9 Bảng 1. Một số đặc điểm của các hạng mục công trình trong Khu liên hợp Tây Bắc Tp. HCM [13] TT Hạng mục công trình Diện tích (ha) Đặc điểm hiện trạng 1 BCL hợp vệ sinh 1.1 BCL số 1 20,20 Ngưng tiếp nhận CTR 1.2 BCL số 1A 9,36 Ngưng tiếp nhận CTR 1.3 BCL số 2 19,45 Ngưng tiếp nhận CTR Ngưng tiếp nhận CTR từ 03/2015. Đây là BCL dự phòng, tiếp nhận 1.4 BCL số 3 21,59 CTR sau phân loại làm Compost và tro từ Công ty Vietstar và Tâm Sinh Nghĩa.

2 Công trình xử lý nước rỉ rác 2.1 Hồ chứa nước rác 5,97 Có tám cụm hồ chứa xử lý Trạm xử lý nước rỉ rác 2.2 0,83 Đang hoạt động Phước Hiệp Trạm xử lý nước rỉ rác 2.3 4,00 Đang hoạt động Quốc Việt 3 Xử lý CTRSH thành phân compost 3.1 Công ty Vietstar 28,00 Đang hoạt động Công ty Cổ phần Đầu tư 3.2 20,00 Đang hoạt động Phát triển Tâm Sinh Nghĩa 1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất và cảnh quan khu vực Khu liên hợp Tây Bắc có địa hình tương đối bằng phẳng, thấp trũng, nhiều phèn; hiện tại là đất nông nghiệp có hệ thực vật hỗn hợp chủ yếu là cỏ cói, bạch đàn và một số loại cây ăn quả. Khu vực có cao độ trung bình là 0,60m; cao nhất là +1,2m và thấp nhất +0,5m. Thủy triều mực nước dao động theo mùa biên độ 0,5m – 1,0 m. Mùa mưa thường cao hơn và gây ngập úng nặng.

Địa hình Khu liên hợp Tây Bắc bị chia 10 cắt bởi các Kênh 15, 16, 17 và 18. Dọc theo các Kênh 15, 16, 17 và 18 có tương đối ít nhà dân (chủ yếu nhà tạm), ít có công trình kiên cố và công trình công cộng. Đất trong khu vực nhiễm phèn nặng nên giá trị khai thác không cao. Đất đai chủ yếu được sử dụng canh tác nông nghiệp và một số cây ngắn ngày như tràm, bạch đàn, cây ăn quả,…phần còn lại hoang hóa không có giá trị canh tác.

Khảo sát địa chất cho thấy trong khu vực có 03 lớp đất chính, nhìn chung toàn vùng là đất yếu có chiều sâu khá dày, thể hiện qua mặt cắt các hố khoan. Mực nước ngầm hiện tại khá cao và gây khó khăn cho xây dựng công trình. Hiện trạng sử dụng đất khu vực lập điều chỉnh quy hoạch hiện nay, đang hoạt động với diện tích khoảng 336 ha/687 ha. Hiện nay Thành phố đang tiến hành bồi thường để trồng cây xanh cách ly nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, ngăn mùi hôi phát tán sang khu dân cư lân cận.3 Đặc điểm khí hậu Khu liên hợp Tây Bắc thuộc khu vực có kiểu khí hậu tương tự như Tp.

HCM, với khí hậu nhiệt đới xích đạo gồm có hai mùa rõ rệt là mùa khô và mùa mưa. Mùa mưa thường xảy ra từ tháng 5 đến tháng 11. Mùa khô kéo dài từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau [14]. Nền nhiệt độ khu vực và độ ẩm không khí bình quân hằng năm khá cao.

Đặc điểm về gió, khu vực có 3 mùa gió chính, bao gồm: gió Đông Nam thường xuất hiện từ tháng 2 đến tháng 5, với vận tốc gió trung bình 2,73 – 3,50 m/s; gió Tây Nam thường xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 10, với vận tốc gió trung bình 2,20 – 3,50 m/s và gió Bắc xuất hiện chủ yếu từ tháng 1, với vận tốc gió trung bình 2,50 m/s [14]. Khu vực rất ít khi chịu ảnh hưởng của bão.2 Đặc điểm các bãi chôn lấp Phước Hiệp Các BCL Phước Hiệp nằm trong Khu liên hợp Tây Bắc Tp. HCM do Chi nhánh xử lý chất thải – Công trường xử lý rác Phước Hiệp thuộc Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị Thành phố quản lý và khai thác vận hành [13]. Đây là các BCL hợp vệ sinh, được chia thành 6 ô chôn lấp chính và thiết kế theo kiểu hỗn hợp chìm – nổi 11 (cao trình đáy từ -4,0 đến -5,0m).

Các ô chôn lấp đều có lớp lót đáy và thành chống thấm, có hệ thống thu gom, xử lý nước rỉ rác và khí, mùi phát sinh. Tổng diện tích các BCL Phước Hiệp là 70,6 ha, trong đó: BCL số 1 có diện tích 20,20 ha; BCL số 1A là 9,36 ha và BCL số 2 có diện tích 19,45 ha với 5 ô chôn lấp và BCL số 3 có diện tích 21,59 ha (Bảng 1. Các BCL Phước Hiệp hiện hiện đã đóng cửa, ngưng tiếp nhận rác từ bên ngoài Khu liên hợp, riêng BCL số 3 còn tiếp nhận chất thải compost từ Công ty Cổ phần Việt Star và Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển Tâm Sinh Nghĩa [13]. Một số đặc điểm của các BCL Phước Hiệp Diện tích chôn Thời gian ngưng Khối lượng chất thải TT BCL Phước Hiệp lấp (ha) hoạt động đã chôn lấp (tấn) 1 BCL số 1 20,20 2006 3.1 Bãi chôn lấp số 1 • BCL Phước Hiệp số 1 có quy mô: 20,20 ha với chiều sâu: 0,0m, chiều cao thiết kế: 15,0m và chiều cao hiện tại (ước tính) khoảng: 11,7m; • Mục đích sử dụng đất: BCL các loại CTRSH; • Tình trạng pháp lý: BCL Phước Hiệp số 1 được thành lập theo Quyết định số 2607/QĐ-UB ngày 20/6/2002 của UBND Tp.

HCM về việc giao đất cho Ban Quản lý dự án cải thiện môi trường Thành phố để đầu tư xây dựng BCL số 1 thuộc Khu liên hợp xử lý chất thải Tây Bắc tại xã Phước Hiệp, huyện Củ Chi, Tp. HCM và Quyết định số 4604/QĐ-UB ngày 06/11/2002 của UBND Tp. HCM về việc giao đất cho Công ty Xử lý Chất thải Thành phố để đầu tư xây dựng BCL số 1 tại xã Phước Hiệp, huyện Củ Chi (điều chỉnh Quyết định số 2607 ngày 20/6/2002 của UBND Tp. HCM); 12 • Đặc điểm hiện trạng: hiện nay BCL số 1 đã đóng cửa, ngưng tiếp nhận CTR.2 Bãi chôn lấp số 1A • BCL Phước Hiệp số 1A có quy mô: 9,36 ha với chiều sâu: 0,0m; chiều cao thiết kế: 16,75m và chiều cao hiện tại (ước tính) khoảng: 14,0m; • Mục đích sử dụng đất: BCL các loại CTRSH; • Tình trạng pháp lý: BCL Phước Hiệp số 1A được thành lập theo Quyết định số 749/QĐ-UBND ngày 24/02/2006 của UBND Tp.

HCM về việc phê duyệt dự án đầu tư xây dựng công trình “Xây dựng BCL số 1A - Khu liên hợp xử lý chất thải Tây Bắc Thành phố” và các văn bản pháp lý liên quan khác; • Đặc điểm hiện trạng: hiện nay BCL số 1A đã đóng cửa, ngưng tiếp nhận CTR.3 Bãi chôn lấp số 2 • BCL Phước Hiệp số 2 có quy mô: 19,45 ha với chiều sâu: 5,0m; chiều cao thiết kế: 25,5m và chiều cao hiện tại nối với BCL số 3 nên không xác định được chính xác chiều cao thực tế của BCL số 2; • Mục đích sử dụng đất: BCL các loại CTRSH; • Tình trạng pháp lý: BCL Phước Hiệp số 2 được thành lập theo Văn bản số 5796/TNMT-CTR ngày 24/7/2007 của Sở Tài nguyên và Môi trường về thuận vị trí xây dựng BCL số 2 – Khu liên hợp xử lý chất thải Tây Bắc Thành phố và các văn bản pháp lý liên quan khác; • Đặc điểm hiện trạng: hiện nay BCL số 2 đã đóng cửa, ngưng tiếp nhận CTR.4 Bãi chôn lấp số 3 • BCL Phước Hiệp số 3 có quy mô: 21,59 ha với chiều sâu: 15m; chiều cao thiết kế: 30m và chiều cao hiện tại nối với BCL số 2 nên không xác định được chính xác chiều cao thực tế của BCL số 3; • Mục đích sử dụng đất: BCL xử lý CTRSH (chôn lấp hợp vệ sinh) và xử lý chất thải nguy hại (chôn lấp an toàn); • Tình trạng pháp lý: BCL Phước Hiệp số 3 được thành lập theo Văn bản số 9222/UBND-ĐTMT ngày 28/12/2007 của UBND Tp. HCM về chấp thuận chủ 13 trương giao Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị làm chủ đầu tư và Văn bản số 8002/TNMT-CTR ngày 26/11/2010 của Sở Tài nguyên và Môi trường về xây dựng BCL số 3 của Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị và Văn bản số 4104/TNMT- CTR ngày 08/7/2011 về việc Chấp thuận triển khai thực hiện dự án Xây dựng BCL an toàn và Dự án nhà máy tái chế, xử lý chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại; • Đặc điểm hiện trạng: hiện nay BCL số 3 đã đóng cửa, ngưng tiếp nhận CTR từ ngày 31/05/2015 theo Thông báo 756/TB-VP ngày 19/8/2014 của UBND Tp. HCM và bố trí làm BCL dự phòng của Thành phố và chỉ tiếp nhận chôn lấp chất thải sau phân loại làm phân compost của Công ty Cổ phần VietStar khoảng 400-600 tấn/ngày tại Thông báo 526/TB-VP ngày 14/7/2015 của UBND Tp.5 Các hệ thống thu gom và xử lý ❖ Hệ thống thu gom và xử lý khí sinh học Hệ thống thu khí bao gồm các ống thu khí đứng ứng được bố trí tại vị trí biên của các đoạn bạn đường công vụ vụ trong BCL. Để đảm bảo việc bố trí kiểm tra hệ thống ống thu khí cũng như quá trình thu khí được diễn ra một cách thuận tiện, khí được thu thông qua các giếng thu đứng đặt xuyên qua các lớp rác.