Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu diễn biến ngày càng phức tạp, việc kiểm soát và định lượng phát thải khí nhà kính trở thành yêu cầu cấp thiết đối với các vùng kinh tế trọng điểm. Tỉnh Bình Dương là một trong những địa phương có tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh nhất cả nước với mức tăng trưởng GRDP bình quân đạt 9,35%/năm trong giai đoạn 2016 - 2020. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp cùng quy mô dân số đạt khoảng 2,589 triệu người vào năm 2020 đã gia tăng áp lực to lớn lên hệ thống hạ tầng quản lý chất thải rắn và nước thải. Hoạt động xử lý chất thải hiện là một trong những nguồn phát sinh khí nhà kính đáng kể, chiếm khoảng 13% tổng lượng phát thải toàn tỉnh vào năm 2018 (tương đương khoảng 2,2 triệu tấn CO2 tương đương).

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xác định khối lượng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực xử lý chất thải rắn và nước thải tại Bình Dương cho giai đoạn 2018 - 2019, từ đó thiết lập bức tranh tổng thể làm cơ sở khoa học để đề xuất các giải pháp giảm thiểu mang tính khả thi cao. Phạm vi nghiên cứu tập trung đánh giá lượng phát thải Scope 3 từ hoạt động xử lý chất thải rắn (chôn lấp, ủ sinh học làm phân compost, thiêu đốt) và xử lý nước thải (nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp tập trung). Kết quả tính toán cho thấy tổng phát thải khí nhà kính của lĩnh vực xử lý chất thải tỉnh Bình Dương đạt 1.861,8 nghìn tấn CO2 tương đương năm 2018 và tăng lên 2.022,21 nghìn tấn CO2 tương đương năm 2019. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, cung cấp luận cứ vững chắc giúp các nhà quản lý xây dựng kế hoạch ứng phó biến đổi khí hậu, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững và tiếp cận các cơ chế tín chỉ carbon quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết biến đổi khí hậu và hướng dẫn kiểm kê khí nhà kính quốc gia của Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC). Cơ chế hiệu ứng nhà kính được giải thích bởi khả năng hấp thụ và tái phát xạ bức xạ sóng dài từ bề mặt Trái Đất của các loại khí nhà kính chính, bao gồm Carbon dioxide (CO2), Methane (CH4) và Nitrous oxide (N2O). Để quy đổi các tác động về cùng một thước đo tiêu chuẩn, nghiên cứu áp dụng chỉ số Tiềm năng làm nóng toàn cầu (Global Warming Potential - GWP), trong đó hệ số GWP trong khung thời gian 100 năm của CH4 là 21 (hoặc 28 theo cập nhật mới) và N2O là 310 (hoặc 265) lần so với CO2.

Khung kiểm kê phát thải áp dụng lý thuyết phân hủy sinh hóa vật chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí. Quá trình phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ tại các bãi chôn lấp và hệ thống xử lý nước thải tạo ra lượng lớn khí CH4, trong khi các phản ứng nitrat hóa và khử nitrat trong xử lý nước thải làm phát sinh N2O. Các khái niệm then chốt được tích hợp trong mô hình đánh giá gồm: Nhu cầu oxy hóa học (COD), Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), Hệ số hiệu chỉnh khí methane (Methane Correction Factor - MCF) và Nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải (Refuse-Derived Fuel - RDF). Toàn bộ phương pháp luận được chuẩn hóa theo Hướng dẫn thực hành tốt của IPCC năm 2006 đối với lĩnh vực chất thải.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được thu thập toàn diện từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Dương, Cục Thống kê, Trung tâm Quan trắc - Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trường, cùng báo cáo vận hành của các khu công nghiệp, cụm công nghiệp và Khu liên hợp xử lý chất thải Nam Bình Dương giai đoạn 2016 - 2020.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, đề tài thực hiện phương pháp chọn mẫu điển hình kết hợp kiểm kê tổng thể: khảo sát 100% các nhà máy xử lý nước thải đô thị tập trung đang hoạt động tại 4 đô thị trọng điểm (Thủ Dầu Một, Thuận An, Dĩ An, Tân Uyên) với tổng công suất thiết kế giai đoạn I đạt gần 69.500 m3/ngày đêm, toàn bộ các trạm xử lý nước thải tập trung tại 29 khu công nghiệp đã đi vào hoạt động, cùng toàn bộ khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trên 2.000 tấn/ngày được đưa về khu liên hợp xử lý tập trung của tỉnh.

Phương pháp phân tích dựa trên phương trình phát thải chuẩn của IPCC: Phát thải = Dữ liệu hoạt động (AD) × Hệ số phát thải (EF). Do Bình Dương và Việt Nam chưa xây dựng hệ số phát thải đặc thù quốc gia cho ngành chất thải, phương pháp Bậc 1 (Tier 1) với hệ số mặc định của IPCC (2006) đã được lựa chọn. Đối với bãi chôn lấp chất thải rắn, mô hình LandGEM (Landfill Gas Emissions Model) do Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) phát triển được áp dụng để mô phỏng động học quá trình phân hủy bậc một và dự báo sản lượng khí CH4 phát sinh theo chuỗi thời gian từ năm 2015 đến năm 2025. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là đảm bảo tính chuẩn hóa quốc tế, độ tin cậy cao, phù hợp với đặc điểm dữ liệu thứ cấp sẵn có tại địa phương.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả kiểm kê và mô hình hóa đã chỉ ra các phát hiện cốt lõi về hiện trạng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực xử lý chất thải tại tỉnh Bình Dương:

  • Tổng lượng phát thải gia tăng nhanh chóng: Tổng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực xử lý chất thải của tỉnh năm 2018 đạt 1.861,8 nghìn tấn CO2 tương đương và tăng 8,62% lên mức 2.022,21 nghìn tấn CO2 tương đương vào năm 2019. Lượng phát thải tập trung chủ yếu ở hai loại khí có tiềm năng gây nóng lên toàn cầu cao là CH4 và N2O.
  • Phương pháp nhiệt phân và thiêu đốt chiếm tỷ trọng cao nhất: Hoạt động xử lý chất thải rắn bằng phương pháp lò đốt và đốt lộ thiên đóng góp tỷ trọng phát thải lớn nhất, chiếm 58,1% tổng phát thải ngành chất thải năm 2018 và chiếm 54,3% năm 2019. Lượng khí thải phát sinh từ quá trình đốt rác vượt trội hơn hẳn so với các phương pháp xử lý sinh học (ủ compost) và chôn lấp hợp vệ sinh.
  • Áp lực phát thải lớn từ nước thải sinh hoạt đô thị: Lưu lượng nước thải sinh hoạt phát sinh trên địa bàn tỉnh năm 2020 ước tính đạt 226.608 m3/ngày đêm, trong đó khu vực đô thị chiếm 192.186 m3/ngày đêm (tương đương 84,8%). Tỷ lệ nước thải sinh hoạt đô thị được thu gom và xử lý tập trung tại 4 nhà máy chính (Thủ Dầu Một, Thuận An, Dĩ An, Tân Uyên) mới đạt khoảng 43% lưu lượng phát sinh tại 4 đô thị này, tương đương khoảng 31% tổng lượng nước thải sinh hoạt toàn tỉnh.
  • Tiềm năng phát sinh khí bãi rác liên tục mở rộng: Dự báo từ mô hình LandGEM cho thấy lượng khí CH4 sinh ra tại Bãi chôn lấp Nam Bình Dương tiếp tục gia tăng trong giai đoạn 2015 - 2025 do khối lượng tiếp nhận rác tăng bình quân trên 8%/năm, đòi hỏi phải có hệ thống thu gom và thu hồi năng lượng đồng bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực chất thải tại Bình Dương xuất phát từ tốc độ đô thị hóa và di cư cơ học cao. Dân số toàn tỉnh tăng bình quân 5%/năm, dẫn tới mật độ dân số tại thành phố Dĩ An lên tới xấp xỉ 6.700 người/km2 và thành phố Thủ Dầu Một đạt khoảng 2.700 người/km2. Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh vượt 2.000 tấn/ngày đêm nhưng công nghệ xử lý vẫn phụ thuộc nhiều vào việc thiêu đốt quy mô lớn và chôn lấp. Bên cạnh đó, tỷ lệ đấu nối xả thải của các hộ gia đình vào mạng lưới thu gom nước thải đô thị mới đạt khoảng 21%, khiến một phần lớn nước thải tự phân hủy kỵ khí trong các bể tự hoại và hệ thống thoát nước hở, làm phát tán lượng lớn CH4 trực tiếp ra môi trường.

So với cơ cấu phát thải toàn quốc theo báo cáo BUR2 năm 2017 (lĩnh vực chất thải chỉ chiếm 6,69% tổng phát thải quốc gia), tỷ trọng ngành chất thải trong cơ cấu phát thải của Bình Dương chiếm tới 13% vào năm 2018. Điều này phản ánh đặc thù của một trung tâm công nghiệp quy mô lớn với mật độ tập trung chất thải cao hơn nhiều so với mức trung bình của cả nước.

Để phục vụ công tác quản lý trực quan, các dữ liệu phát sinh có thể được biểu diễn hiệu quả thông qua biểu đồ tròn (Pie chart) minh họa cơ cấu phát thải giữa các phân ngành (đốt rác, chôn lấp, nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp) qua từng năm; kết hợp với biểu đồ cột chồng (Stacked bar chart) mô tả xu hướng biến thiên phát thải CH4 và N2O giai đoạn 2015 - 2025. Kết quả này nhấn mạnh rằng nếu không chuyển đổi mô hình công nghệ từ xử lý thụ động sang thu hồi tài nguyên và năng lượng, Bình Dương sẽ đối mặt với chi phí giảm phát thải rất lớn trong tương lai.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát và kéo giảm phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực xử lý chất thải, nghiên cứu đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ kết hợp giữa công nghệ và chính sách:

  • Thu hồi và tận dụng triệt để khí sinh học (Biogas) để phát điện: Nâng cấp hệ thống thu gom khí bãi rác tại Khu liên hợp xử lý chất thải Nam Bình Dương và các trạm xử lý nước thải công nghiệp kỵ khí tập trung; đặt mục tiêu thu gom và chuyển hóa năng lượng đạt hiệu suất thu hồi tối thiểu 60% lượng khí CH4 phát sinh trong giai đoạn 2023 - 2027.
  • Tái chế bùn thải công nghiệp và chất thải hữu cơ thành sản phẩm giá trị gia tăng: Ứng dụng quy trình công nghệ ủ compost hiếu khí có kiểm soát đối với bùn thải sinh học không nguy hại và rác hữu cơ; tận dụng bùn thải sau xử lý phối trộn làm nguyên liệu sản xuất gạch Block không nung và gạch nung theo định mức kỹ thuật chuẩn hóa, hướng tới mục tiêu tái chế ít nhất 30% lượng bùn thải công nghiệp phát sinh hàng năm từ năm 2024.
  • Chuyển đổi công nghệ đốt rác thu hồi năng lượng (Waste-to-Energy): Thay thế dần các lò đốt thông thường bằng hệ thống lò đốt tầng sôi có thu hồi nhiệt phát điện công suất lớn, đồng thời nghiêm cấm và giám sát chặt chẽ hoạt động đốt rác lộ thiên tại các khu vực ven đô nhằm chấm dứt hoàn toàn phát thải đốt lộ thiên trước năm 2025.
  • Mở rộng hạ tầng thu gom và nâng cao tỷ lệ đấu nối nước thải đô thị: Đẩy mạnh đầu tư công kết hợp đối tác công tư (PPP) mở rộng mạng lưới đường ống thu gom nước thải sinh hoạt, nâng tỷ lệ hộ gia đình đấu nối từ 21% hiện nay lên trên 70% vào năm 2030 tại các đô thị loại I và loại II; đảm bảo các nhà máy xử lý nước thải tập trung vận hành đạt 100% công suất thiết kế.
  • Chủ thể thực hiện và cơ chế chính sách: Ủy ban Nhân dân tỉnh Bình Dương chủ trì chỉ đạo; Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng Ban Quản lý các Khu công nghiệp xây dựng khung hướng dẫn kiểm kê khí nhà kính định kỳ cấp cơ sở; ban hành cơ chế ưu đãi tài chính xanh và hỗ trợ doanh nghiệp tham gia cơ chế phát triển sạch (CDM) hoặc thị trường giao dịch hạn ngạch phát thải carbon theo Điều 6 Thỏa thuận Paris.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tài liệu học thuật và thực tiễn giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường, và UBND các huyện, thị xã, thành phố thuộc tỉnh Bình Dương có thể sử dụng số liệu kiểm kê và dự báo của luận văn làm căn cứ lập Kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu cấp tỉnh giai đoạn 2021 - 2030.
  • Ban quản lý khu công nghiệp và doanh nghiệp xử lý chất thải: Đơn vị vận hành các khu liên hợp xử lý chất thải và trạm xử lý nước thải tập trung có thể tham khảo quy trình kỹ thuật tái sử dụng bùn thải, định mức phối trộn gạch không nung và giải pháp thu hồi biogas để tối ưu hóa chi phí vận hành.
  • Chuyên gia tư vấn môi trường và nhà phát triển dự án Carbon: Các tổ chức tư vấn giảm phát thải có thể ứng dụng phương pháp luận kết hợp hệ số phát thải của nghiên cứu để xây dựng hồ sơ tín chỉ carbon theo cơ chế CDM hoặc các tiêu chuẩn tự nguyện quốc tế.
  • Giảng viên, nghiên cứu viên và học viên sau đại học: Sinh viên và học viên chuyên ngành Quản lý Tài nguyên, Kỹ thuật Môi trường và Biến đổi khí hậu có thể khai thác tài liệu này như một nghiên cứu điển hình (case study) chuẩn mực về ứng dụng phương pháp IPCC và mô hình LandGEM trong định lượng phát thải đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lại áp dụng phương pháp kiểm kê IPCC Tier 1 thay vì Tier 2 hay Tier 3? Phương pháp Tier 1 sử dụng các hệ số phát thải mặc định do IPCC ban hành toàn cầu, rất phù hợp với bối cảnh Việt Nam nói chung và tỉnh Bình Dương nói riêng khi chưa có hệ số phát thải đặc thù quốc gia được đo đạc thực nghiệm. Việc áp dụng Tier 1 đảm bảo tính khả thi, độ tin cậy và khả năng so sánh quốc tế của số liệu.

2. Nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất trong lĩnh vực chất thải tại Bình Dương là gì? Hoạt động xử lý chất thải rắn bằng phương pháp thiêu đốt và đốt lộ thiên là nguồn phát thải lớn nhất, chiếm 58,1% năm 2018 và 54,3% năm 2019 trong tổng lượng phát thải ngành chất thải của tỉnh. Nguyên nhân do khối lượng rác đưa vào lò đốt lớn và quá trình đốt giải phóng trực tiếp CO2, N2O và CH4.

3. Mô hình LandGEM đóng vai trò gì trong đề tài này? Mô hình LandGEM của US EPA được sử dụng để ước tính tốc độ phân hủy chất hữu cơ bậc một và dự báo sản lượng khí CH4 phát sinh từ Bãi chôn lấp Nam Bình Dương từ năm 2015 đến 2025. Mô hình giúp các nhà quản lý nắm bắt thời điểm đạt đỉnh phát thải để thiết kế hệ thống thu hồi khí phù hợp.

4. Giải pháp tái chế bùn thải thành vật liệu xây dựng mang lại lợi ích gì? Việc phối trộn bùn thải công nghiệp không nguy hại sau xử lý để sản xuất gạch Block hoặc gạch nung giúp giảm nhu cầu chôn lấp, hạn chế phát sinh khí nhà kính từ quá trình tự phân hủy, đồng thời tiết kiệm tài nguyên đất sét và tạo ra sản phẩm vật liệu xây dựng có giá trị kinh tế.

5. Cần ưu tiên hành động nào để giảm nhanh phát thải từ nước thải sinh hoạt? Ưu tiên hàng đầu là đầu tư mở rộng mạng lưới thu gom cấp 2 và cấp 3 để nâng tỷ lệ đấu nối hộ dân từ mức 21% hiện nay lên trên 70% vào năm 2030, giúp dẫn nước thải về các nhà máy xử lý tập trung công nghệ hiếu khí thay vì để phân hủy kỵ khí phân tán trong các hầm tự hoại đô thị.

Kết luận

  • Luận văn đã định lượng chính xác phát thải khí nhà kính lĩnh vực chất thải tại Bình Dương đạt 1.861,8 nghìn tấn CO2 tương đương năm 2018 và 2.022,21 nghìn tấn CO2 tương đương năm 2019.
  • Xác định hoạt động thiêu đốt chất thải rắn và nước thải sinh hoạt đô thị là hai nguồn phát sinh khí nhà kính trọng điểm cần ưu tiên can thiệp công nghệ.
  • Thiết lập thành công mô hình dự báo phát thải khí bãi chôn lấp bằng công cụ LandGEM làm cơ sở định hướng tận thu năng lượng sinh học.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp toàn diện bao gồm thu hồi biogas, tái chế bùn thải làm vật liệu xây dựng, và nâng tỷ lệ thu gom nước thải đô thị lên trên 70% vào năm 2030.
  • Cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý tài nguyên và chiến lược tăng trưởng xanh của địa phương.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2023 đến 2025, tỉnh cần nhanh chóng triển khai các dự án thí điểm thu hồi năng lượng từ bãi chôn lấp và mở rộng mạng lưới đấu nối nước thải. Các cơ quan quản lý, tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp hãy chủ động kết nối, chuyển giao và ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý môi trường.