Luận văn thạc sĩ evaluating greenhouse gas emission reduction from piggery waste agricultural by products and domestic solid waste treatment at pilot scale in rural area of northern vietnam

Luận văn thạc sĩ phân tích evaluating greenhouse gas emission reduction from piggery waste agricultural by products and, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả

• Tác giả: Pham Viet Bien Cuong
• Người hướng dẫn: ASSOC. Do Quang Trung
• Trường học: Vietnam Japan University
• Chuyên ngành: Environmental Engineering
• Đề tài: Evaluating Greenhouse Gas Emission Reduction From Piggery Waste, Agricultural By Products And Domestic Solid Waste Treatment At Pilot Scale In Rural Area Of Northern Vietnam
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGMENTS
• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ABBREVIATIONS
• INTRODUCTION
• 1. CHƯƠNG 1: LITERATURE REVIEW
• 1.1. Greenhouse gas emission issues
• 1.2. Greenhouse effect and Greenhouse gases
• 1.3. Greenhouse gases emission situation
• 1.4. Greenhouse gases emission data and estimation
• 1.5. The issues in waste management of Vietnam
• 1.5.1. Pig manure, agricultural by product and domestic waste
• 2. CHƯƠNG 2: METHODOLOGY
• 3. CHƯƠNG 3: RESULTS AND DISCUSSIONS

Tóm tắt

I. Tổng quan về giảm phát thải khí nhà kính từ chất thải chăn nuôi

Giảm phát thải khí nhà kính từ chất thải chăn nuôi và rác thải sinh hoạt là một trong những thách thức lớn tại Việt Nam. Với sự gia tăng dân số và nhu cầu thực phẩm, lượng chất thải từ chăn nuôi ngày càng tăng, dẫn đến việc phát thải khí nhà kính như methane (CH4) và nitrous oxide (N2O). Việc quản lý chất thải hiệu quả không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào phát triển bền vững.

1.1. Tình hình phát thải khí nhà kính tại Việt Nam

Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, Việt Nam là một trong những quốc gia có mức phát thải khí nhà kính cao do hoạt động nông nghiệp. Đặc biệt, chất thải từ chăn nuôi đóng góp một phần lớn vào tổng lượng phát thải. Cần có các biện pháp cụ thể để giảm thiểu tình trạng này.

1.2. Tác động của chất thải chăn nuôi đến môi trường

Chất thải chăn nuôi không chỉ gây ô nhiễm không khí mà còn ảnh hưởng đến nguồn nước và đất. Việc xử lý không đúng cách có thể dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh và làm giảm chất lượng môi trường sống.

II. Vấn đề trong quản lý chất thải chăn nuôi và rác thải sinh hoạt

Quản lý chất thải chăn nuôi và rác thải sinh hoạt tại Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn. Hệ thống xử lý chất thải chưa đồng bộ, thiếu công nghệ hiện đại và nhận thức của người dân về bảo vệ môi trường còn hạn chế. Điều này dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng.

2.1. Thách thức trong xử lý chất thải chăn nuôi

Nhiều trang trại chăn nuôi vẫn sử dụng phương pháp xử lý truyền thống, không hiệu quả. Việc thiếu các công nghệ xử lý hiện đại khiến cho lượng khí thải từ chất thải chăn nuôi không được kiểm soát tốt.

2.2. Khó khăn trong quản lý rác thải sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt tại các khu vực nông thôn thường không được thu gom và xử lý đúng cách. Điều này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

III. Phương pháp giảm phát thải khí nhà kính từ chất thải chăn nuôi

Có nhiều phương pháp có thể áp dụng để giảm phát thải khí nhà kính từ chất thải chăn nuôi. Các biện pháp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo.

3.1. Công nghệ biogas trong xử lý chất thải

Công nghệ biogas là một trong những giải pháp hiệu quả để xử lý chất thải chăn nuôi. Bằng cách chuyển đổi chất thải thành khí biogas, có thể giảm thiểu phát thải khí nhà kính và tạo ra nguồn năng lượng sạch.

3.2. Mô hình đồng xử lý chất thải

Mô hình đồng xử lý chất thải từ chăn nuôi và rác thải sinh hoạt đang được áp dụng tại nhiều địa phương. Phương pháp này giúp tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu và giảm thiểu phát thải khí nhà kính.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu tại Việt Nam

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các công nghệ xử lý chất thải hiện đại có thể giảm đáng kể lượng khí nhà kính phát thải từ chăn nuôi. Các mô hình thí điểm đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cải thiện môi trường.

4.1. Kết quả từ các mô hình thí điểm

Các mô hình thí điểm tại các tỉnh miền Bắc Việt Nam cho thấy việc áp dụng công nghệ biogas và đồng xử lý chất thải đã giúp giảm phát thải khí nhà kính lên đến 30%.

4.2. Tác động đến cộng đồng và môi trường

Việc áp dụng các biện pháp giảm phát thải không chỉ cải thiện chất lượng môi trường mà còn nâng cao nhận thức của cộng đồng về bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và tương lai của giảm phát thải khí nhà kính tại Việt Nam

Giảm phát thải khí nhà kính từ chất thải chăn nuôi và rác thải sinh hoạt là một nhiệm vụ cấp bách tại Việt Nam. Cần có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng, doanh nghiệp và cộng đồng để thực hiện hiệu quả các biện pháp giảm phát thải.

5.1. Định hướng phát triển bền vững

Việt Nam cần xây dựng các chính sách và chương trình hỗ trợ cho việc áp dụng công nghệ xử lý chất thải hiện đại nhằm giảm phát thải khí nhà kính.

5.2. Tương lai của công nghệ xử lý chất thải

Công nghệ xử lý chất thải sẽ tiếp tục phát triển và đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực nông thôn miền Bắc Việt Nam đang đối mặt với sức ép ô nhiễm môi trường nghiêm trọng khi hoạt động nông nghiệp đóng góp hơn 40% tổng lượng phát thải khí nhà kính toàn quốc, trong đó 60% lượng phát thải bắt nguồn từ khí mê-tan ($CH_4$). Hàng năm, khu vực nông thôn phát sinh trên 80 triệu tấn chất thải chăn nuôi rắn và hơn 76 triệu tấn rơm rạ cùng các phụ phẩm nông nghiệp chưa qua xử lý bài bản. Riêng tại khu vực Đồng bằng sông Hồng, chất thải chăn nuôi lợn chiếm tỷ trọng lớn với mật độ thải lên tới 300 tấn/$\text{km}^2$ trên tổng số 800 tấn chất thải động vật/$\text{km}^2$. Việc xả thải tự do và áp dụng các hầm biogas truyền thống quy mô nhỏ thường xuyên rơi vào tình trạng quá tải, hiệu suất chuyển hóa kém và giải phóng lượng lớn khí $CH_4$ trực tiếp vào khí quyển.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá định lượng tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính từ chất thải chăn nuôi lợn kết hợp với phụ phẩm nông nghiệp và rác thải sinh hoạt nông thôn thông qua mô hình đồng phân hủy kỵ khí (co-digestion) quy mô pilot. Nghiên cứu tập trung giải quyết hai bài toán cấp bách: tính toán đường phát thải nền (Baseline Emission) và định lượng hiệu quả giảm phát thải (Emission Reduction) của các can thiệp công nghệ.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại khu vực nông thôn phía Bắc giai đoạn 2018 - 2019, đại diện bởi hai địa bàn đặc thù: xã Lam Điền (huyện Chương Mỹ, Hà Nội) - vùng ven đô chịu áp lực chăn nuôi tập trung cao; và xã Hải Đông (huyện Hải Hậu, Nam Định) - vùng ven biển chịu rủi ro cao từ biến đổi khí hậu. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi xác lập cơ sở khoa học để cắt giảm từ 40% đến gần 70% tổng phát thải khí $CH_4$ ở quy mô cấp xã, đồng thời tối ưu hóa tài nguyên sinh khối hữu cơ tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa Hướng dẫn kiểm kê phát thải khí nhà kính quốc gia của Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC 2006, Tập 4 về Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Sử dụng đất khác - AFOLU; Tập 5 về Chất thải) cùng các công cụ phương pháp luận của Cơ chế Phát triển Sạch (CDM) thuộc Công ước Khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu (UNFCCC), cụ thể là các tiêu chuẩn AMS-III.H và AMS-III.D. Đồng thời, luận văn tích hợp báo cáo kiểm kê phát thải khí nhà kính quốc gia của Nhật Bản nhằm so sánh đối sánh các hệ số phát thải đặc thù quốc gia.

Các khái niệm then chốt được vận hành trong nghiên cứu gồm:

• Phát thải nền (Baseline Emission - BE): Lượng khí nhà kính phát sinh trong điều kiện quản lý chất thải thông thường không có biện pháp thu hồi hay xử lý nâng cao.
• Phát thải dự án (Project Emission - PE) và Lượng giảm phát thải (Emission Reduction - ER): Mức phát thải thực tế khi triển khai giải pháp kỹ thuật mới và phần chênh lệch phát thải ròng triệt tiêu được.
• Đồng phân hủy kỵ khí (Anaerobic Co-digestion): Quá trình phân hủy sinh học đồng thời nhiều cơ chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí nhằm cân bằng tỷ lệ Carbon trên Nitơ (C:N).
• Tiềm năng nóng lên toàn cầu (Global Warming Potential - GWP) và Carbon hữu cơ dễ phân hủy (Degradable Organic Carbon - DOC): Chỉ số chuẩn hóa quy đổi $CH_4$ sang $CO_2$ tương đương ($CO_2\text{tđ}$) với hệ số chuyển đổi bằng 25 theo tiêu chuẩn IPCC.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm bộ dữ liệu thứ cấp từ Ngân hàng Thế giới (World Bank), Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), Báo cáo Hiện trạng Môi trường Quốc gia giai đoạn 2011 - 2015 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, cùng dữ liệu khảo sát thực tế tại nhà máy điện sinh học Kikugawa và Trung tâm Sinh thái Yagi (Nhật Bản).

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng để khảo sát hai mô hình đại diện tại miền Bắc Việt Nam: trang trại của ông Tới tại xã Lam Điền (quy mô 1.200 con lợn thịt, hầm biogas thể tích $900\text{ m}^3$, túi chứa khí HDPE $600\text{ m}^3$) và trang trại của ông Mạnh tại xã Hải Đông (quy mô 300 - 500 con lợn thịt, tích hợp hệ thống ủ phân và bộ gia nhiệt kiểm soát nhiệt độ). Tại phòng thí nghiệm, mô hình đồng phân hủy kỵ khí quy mô pilot thể tích $1\text{ m}^3$, thời gian lưu cơ chất (HRT) 25 ngày được thử nghiệm với 3 nghiệm thức: TN1 (100% phân lợn), TN2 (phân lợn phối trộn 10% phụ phẩm hoặc rác sinh hoạt) và TN3 (phân lợn phối trộn 15% phụ phẩm hoặc rác sinh hoạt). Phụ phẩm rơm rạ và rau củ thải được tiền xử lý cơ học qua 3 bước thu gom, cắt nhỏ và nghiền đạt kích thước 1 - 3 mm.

Phương pháp phân tích dựa trên đo đạc thực nghiệm các chỉ tiêu COD, TS, VS, C:N và tính toán kiểm kê phát thải theo phương pháp Bậc 1 (Tier 1) của IPCC kết hợp thuật toán tính dòng thải UNFCCC. Lý do lựa chọn phương pháp này là đảm bảo tính khả thi trong bối cảnh dữ liệu chuỗi thời gian tại nông thôn Việt Nam còn hạn chế, đồng thời vẫn phản ánh chính xác tác động của các biến số kỹ thuật như lưu lượng nước xả và tỷ lệ phối trộn sinh khối. Quá trình lấy mẫu và phân tích số liệu thực nghiệm được triển khai liên tục trong giai đoạn từ năm 2018 đến 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Phát thải nền từ chất thải chăn nuôi và phụ phẩm nông thôn ở mức rất cao: Theo tính toán theo phương pháp UNFCCC, phát thải nền tại trang trại xã Lam Điền đạt tới 5.578,4 tấn $CO_2\text{tđ}$/năm và tại xã Hải Đông đạt 4.225,2 tấn $CO_2\text{tđ}$/năm. Ở quy mô toàn xã, lượng phát sinh từ phụ phẩm nông nghiệp và rác thải sinh hoạt bổ sung thêm từ 60,5 đến 63,6 tấn $CO_2\text{tđ}$/năm vào đường phát thải nền.
• Công nghệ đồng phân hủy vượt trội hơn hẳn hầm biogas truyền thống: Hầm biogas truyền thống chỉ đạt hiệu quả giảm phát thải trung bình từ 35% đến 37%. Trong khi đó, mô hình đồng phân hủy kỵ khí phối trộn phụ phẩm nông nghiệp hoặc rác thải sinh hoạt ở tỷ lệ 15% (nghiệm thức TN3) giúp gia tăng hiệu suất phân hủy COD, tăng thể tích sinh khí $CH_4$ và nâng cao tiềm năng giảm phát thải lên 50% đến 60%.
• Tiêu thụ nước rửa chuồng quá mức gây suy giảm hiệu quả xử lý: Khảo sát thực tế chỉ ra lượng nước rửa chuồng tại trang trại Lam Điền lên tới 42 - 44 lít/con/ngày (tổng 46 - 50 $\text{m}^3$/ngày), cao hơn đáng kể so với mức khuyến nghị phổ biến 10 - 40 lít/con/ngày. Việc giảm 15% đến 20% lượng nước xịt rửa giúp hạn chế pha loãng cơ chất và nâng cao hiệu suất xử lý kỵ khí.
• Tiềm năng giảm phát thải tổng hợp cấp xã lên tới 70%: Khi tích hợp đồng bộ bốn giải pháp gồm: áp dụng đồng phân hủy kỵ khí, giảm tiêu thụ nước vệ sinh chuồng trại, xử lý tinh chế khí sinh học (loại bỏ $H_2S$ bằng than hoạt tính/mùn sắt và tách $CO_2$ bằng dung dịch NaOH) và tận dụng khí đốt triệt để, mức giảm phát thải $CH_4$ tại xã Lam Điền đạt tới 70% và xã Hải Đông đạt 50,3%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi giúp mô hình đồng phân hủy đạt hiệu suất cao là việc giải quyết thành công sự mất cân bằng dinh dưỡng của phân lợn tươi. Phân lợn đơn lẻ có hàm lượng đạm cao dẫn đến tỷ số C:N thấp (khoảng 21,7 ở mẫu đối chứng TN1), dễ gây tích tụ amoniac ức chế vi khuẩn sinh mê-tan. Việc bổ sung 10 - 15% sinh khối giàu lignocellulose từ phụ phẩm rơm rạ hoặc rác thải hữu cơ đã đưa tỷ số C:N về khoảng tối ưu, thúc đẩy hoạt tính sinh học của quần thể vi sinh vật kỵ khí.

Khi so sánh với các nghiên cứu và mô hình tại Nhật Bản, nhà máy điện sinh học Kikugawa xử lý chất thải hữu cơ và phụ phẩm nông nghiệp đạt hiệu suất đốt cháy khí $CH_4$ lên tới 95%, chuyển hóa phần lớn lượng mê-tan có hại thành $CO_2$, qua đó triệt tiêu 5,26 nghìn tấn $CO_2\text{tđ}$/năm và đưa hệ số phát thải xuống chỉ còn 4,2 gam $CH_4$/kg nguyên liệu. Tại Nhật Bản, hệ thống phân tách triệt để pha lỏng (nước tiểu) và pha rắn (phân) trước khi xử lý giúp phát thải từ hệ thống sinh học chỉ chiếm chưa đầy 10% lượng phát thải nền.

Về mặt trình bày dữ liệu, các phát hiện của nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua:

• Bảng đối chiếu đa biến so sánh phát thải nền và hiệu quả giảm phát thải giữa 3 phương pháp luận (IPCC, UNFCCC và Nhật Bản) tại từng quy mô trang trại và cấp xã.
• Biểu đồ cột chồng (Stacked Bar Chart) thể hiện tỷ trọng đóng góp của từng can thiệp kỹ thuật (công nghệ biogas, đồng phân hủy, tiết kiệm nước và tận dụng khí) trong tổng mức cắt giảm 70% phát thải khí nhà kính toàn xã.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai và nhân rộng mô hình đồng phân hủy kỵ khí quy mô trang trại và liên hộ: Thiết kế và lắp đặt hệ thống hầm ủ phối trộn phân lợn với 10 - 15% phụ phẩm cây trồng hoặc rác hữu cơ đã qua nghiền nhỏ (1 - 3 mm), hướng tới mục tiêu giảm 50 - 60% lượng phát thải $CH_4$ phát sinh từ chăn nuôi. Lộ trình thực hiện trong giai đoạn 2020 - 2024, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh Đồng bằng sông Hồng chủ trì.
2. Chuẩn hóa quy trình vệ sinh chuồng trại tiết kiệm nước: Ban hành hướng dẫn kỹ thuật thu gom phân khô trước khi xịt rửa và áp dụng vòi rửa áp lực cao, đặt chỉ tiêu cắt giảm lượng nước tiêu thụ xuống dưới 25 - 30 lít/con/ngày (giảm 30 - 40% lượng nước thải vào hầm ủ). Lộ trình hoàn thành trong vòng 12 đến 18 tháng, giao cho các Trạm Khuyến nông địa phương tập huấn trực tiếp cho các chủ trang trại.
3. Ứng dụng hệ thống lọc và tinh chế khí sinh học chi phí thấp: Chế tạo và chuyển giao các module lọc nối tiếp gồm cột hấp thụ $CO_2$ bằng dung dịch kiềm NaOH và cột khử $H_2S$ bằng than hoạt tính kết hợp mùn sắt phoi tiện, nhằm loại bỏ trên 90% tạp chất ăn mòn, nâng hiệu suất sử dụng khí $CH_4$ cho đun nấu và cấp nhiệt lên trên 85%. Lộ trình triển khai từ năm 2021 đến 2025, do các viện nghiên cứu, trường đại học chuyển giao công nghệ cho hợp tác xã nông nghiệp.
4. Xây dựng cơ chế tài chính và kiểm kê khí nhà kính nông thôn theo chuẩn quốc tế: Tích hợp phương pháp tính toán kiểm kê của IPCC và UNFCCC vào chương trình quản lý môi trường cấp huyện, xây dựng hồ sơ tín chỉ carbon cho các dự án đồng phân hủy kỵ khí tập trung để tiếp cận nguồn vốn tài chính khí hậu. Lộ trình thực hiện giai đoạn 2022 - 2026, do Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp với chính quyền địa phương và các tổ chức phát triển quốc tế thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường, Biến đổi Khí hậu: Khai thác phương pháp luận đối sánh giữa các khung kiểm kê IPCC, UNFCCC và bộ hệ số phát thải của Nhật Bản, đồng thời sử dụng các thông số thực nghiệm về tỷ lệ phối trộn C:N và động học phân hủy kỵ khí cho các đề tài nghiên cứu chuyên sâu.
• Cán bộ quản lý tại Chi cục Bảo vệ Môi trường, Sở Nông nghiệp & PTNT, Phòng TN&MT cấp huyện: Ứng dụng mô hình tính toán phát thải nền và tiềm năng giảm phát thải để xây dựng quy hoạch chăn nuôi, kế hoạch hành động giảm nhẹ biến đổi khí hậu cấp địa phương và báo cáo kiểm kê KNK ngành nông nghiệp.
• Chủ trang trại chăn nuôi lợn quy mô từ 300 đến 1.500 con và các hợp tác xã nông nghiệp: Tham khảo quy trình tiền xử lý sinh khối, cách thức vận hành mô hình đồng phân hủy phối trộn rơm rạ/rau củ thải và kỹ thuật lọc khí $H_2S$ để bảo vệ thiết bị đun nấu gia đình, giảm chi phí năng lượng.
• Chuyên gia tư vấn môi trường, các tổ chức phi chính phủ (NGOs) và đơn vị phát triển dự án tín chỉ carbon: Sử dụng tài liệu làm cơ sở kỹ thuật để xây dựng báo cáo khả thi (Feasibility Study) và văn kiện dự án giảm phát thải KNK theo tiêu chuẩn CDM, VCS hoặc Gold Standard trong lĩnh vực xử lý chất thải nông thôn.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình đồng phân hủy kỵ khí (co-digestion) đem lại ưu thế vượt trội nào so với hầm biogas truyền thống?

Hầm biogas truyền thống chỉ nạp phân lợn thường bị mất cân bằng dinh dưỡng do thừa nitơ, dẫn đến tích lũy amoniac ức chế quá trình sinh khí và chỉ giảm được 35% đến 37% phát thải. Khi phối trộn thêm 10 - 15% phụ phẩm nông nghiệp hoặc rác hữu cơ, tỷ số C:N được cân bằng tối ưu, kích thích vi sinh vật kỵ khí hoạt động mạnh mẽ, nâng hiệu suất giảm phát thải lên 50% đến 60%.

Lượng nước rửa chuồng dư thừa ảnh hưởng cụ thể như thế nào đến quá trình xử lý chất thải?

Tại các trang trại khảo sát, lượng nước rửa lên tới 42 - 44 lít/con/ngày làm loãng nồng độ chất hữu cơ trong nước thải đầu vào, rút ngắn thời gian lưu thực tế trong hầm ủ và gây quá tải thủy lực. Việc kiểm soát giảm 15% đến 20% lượng nước tiêu thụ giúp tăng nồng độ chất khô hữu cơ, ổn định hệ vi sinh và đóng góp giảm thêm 4% đến 10% tổng phát thải KNK.

Điểm khác biệt cốt lõi giữa phương pháp kiểm kê phát thải của IPCC và UNFCCC trong luận văn là gì?

Phương pháp IPCC (Tier 1) sử dụng hệ số phát thải mặc định đơn giản hóa dựa trên quy mô đàn và nhiệt độ môi trường, trong khi phương pháp UNFCCC (AMS-III.H) tính toán chi tiết cả lượng phát thải nền, phát thải phát sinh từ quá trình phân hủy kỵ khí lẫn lượng phát thải thứ cấp từ dòng nước thải sau xử lý xả ra nguồn tiếp nhận, dẫn đến giá trị tính toán theo UNFCCC thường cao và toàn diện hơn.

Hệ thống tinh chế khí sinh học trong nghiên cứu được cấu tạo ra sao để ngăn ngừa ăn mòn thiết bị?

Khí sinh học thô được dẫn qua hệ thống lọc nối tiếp gồm hai cột chứa dung dịch NaOH để hấp thụ và lưu trữ $CO_2$, tiếp nối bởi một cột chứa than hoạt tính kết hợp phoi sắt để khử triệt để khí $H_2S$. Giải pháp này giúp loại bỏ nguy cơ ăn mòn axít trên bếp đun kim loại, kéo dài tuổi thọ thiết bị vượt mốc 2 - 4 năm so với khi dùng khí thô chưa xử lý.

Nghiên cứu rút ra bài học kinh nghiệm gì từ các mô hình quản lý chất thải tại Nhật Bản?

Nhật Bản áp dụng triệt để quy trình tách pha phân rắn và nước tiểu ngay từ nguồn, đồng thời đầu tư các nhà máy điện sinh học tập trung như Kikugawa với hiệu suất chuyển hóa 95% $CH_4$ thành năng lượng điện (2.500 kWh/ngày) và nhiệt. Mô hình này cho thấy việc thu gom tập trung, kiểm soát chặt chẽ quy trình công nghệ và tận dụng năng lượng triệt để là chìa khóa để giảm phát thải KNK bền vững.

Kết luận

• Đã xác định rõ bức tranh phát thải KNK nông thôn: Quản lý phân lợn và phụ phẩm nông nghiệp thiếu kiểm soát là nguồn phát sinh khí $CH_4$ trọng yếu tại Đồng bằng sông Hồng với phát thải nền lên tới hàng nghìn tấn $CO_2\text{tđ}$ mỗi năm cho mỗi xã.
• Khẳng định hiệu quả công nghệ đồng phân hủy: Phối trộn 10 - 15% phụ phẩm thực vật vào phân lợn giúp cân bằng tỷ số C:N, tăng cường phân hủy COD và nâng hiệu suất giảm phát thải lên 50 - 60%, vượt trội hơn mức 35 - 37% của biogas truyền thống.
• Xác lập gói giải pháp kỹ thuật tích hợp: Kết hợp đồng phân hủy với quy trình rửa chuồng tiết kiệm nước và hệ thống lọc khí $H_2S$/$CO_2$ tạo ra tiềm năng cắt giảm tới 70% tổng phát thải khí nhà kính ở quy mô cấp xã.
• Đóng góp phương pháp luận chuẩn hóa: Xây dựng khung tham chiếu đối sánh hoàn chỉnh giữa hướng dẫn IPCC 2006, tiêu chuẩn CDM của UNFCCC và kinh nghiệm thực tế từ các nhà máy điện sinh học của Nhật Bản.
• Cung cấp giải pháp ứng dụng chi phí thấp: Mô hình kỹ thuật tận dụng nguồn sinh khối sẵn có tại địa phương, dễ vận hành, mang lại lợi ích kép về bảo vệ môi trường nông thôn và cung cấp năng lượng sạch tái tạo.

Về kế hoạch phát triển tiếp theo, giai đoạn 2020 - 2023 cần ưu tiên mở rộng thử nghiệm pilot quy mô liên hộ tại các vùng chăn nuôi trọng điểm phía Bắc, tiến tới giai đoạn 2024 - 2030 tích hợp mô hình vào chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó biến đổi khí hậu và cơ chế thương mại hóa tín chỉ carbon.

Quý độc giả, các nhà nghiên cứu và nhà quản lý quan tâm hãy truy cập, tải toàn văn luận văn thạc sĩ để khai thác chi tiết hệ thống công thức tính toán, số liệu kiểm kê thực nghiệm và bản vẽ thiết kế mô hình pilot phục vụ cho công tác học thuật cũng như ứng dụng thực tiễn!

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI VIETNAM JAPAN UNIVERSITY PHAM VIET BIEN CUONG EVALUATING GREENHOUSE GAS EMISSION REDUCTION FROM PIGGERY WASTE, AGRICULTURAL BY PRODUCTS AND DOMESTIC SOLID WASTE TREATMENT AT PILOT SCALE IN RURAL AREA OF NORTHERN VIETNAM MAJOR: ENVIRONMENTAL ENGINEERING (PILOT) SUPERVISORS: ASSOC. DO QUANG TRUNG PROF. MASAKI TAKAOKA Ha Noi, 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ACKNOWLEDGMENTS In order to implement this thesis, I have received a plenty of supports from everybody. First of all, I would like to convey my gratefulness to my teachers at Japan as well as Vietnam.

Thank you so much, Professor Masaki TAKAOKA who is so dedicated and enthusiastic, is my supervisor. He has helped me to orient my master thesis detail and found more new points. I would especially like to thank Assoc. Do Quang TRUNG as well as team members in his project spending on more one year with me.

My thanks and appreciation also to managers of Kikugawa biogas power plant; Kikugawa research center and Yagi biology center where I came and conducted data.TOI who is owner of piggery farm in Lam Dien commune and Mr. MANH in Hai Dong commune also. I have not been forgetting supports from Mrs. MISHINA in whole my internship in Japan.

Takashi SUZUE was head of VJU’s internship delegation at SHIMADZU corporation. Professor Seiji HASHIMOTO; Keisuke SATO and other teacher at Ritsumeikan University held several informative field tours in Japan for conducting data. Once again, I want to thank appreciate to JICA (Japan International Cooperation Agency) for specially supporting VJU's student and me in these two years. Sincerely! PHAM VIET BIEN CUONG MEE Master’s student Vietnam Japan University i LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TABLE OF CONTENTS ACKNOWLEDGMENTS.

i TABLE OF CONTENTS .ii LIST OF FIGURES. iv LIST OF TABLES. v LIST OF ABBREVIATIONS. 1 CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW .1 Greenhouse gas emission issues.1 Greenhouse effect and Greenhouse gases .2 Greenhouse gases emission situation .3 Greenhouse gases emission data and estimation .2 The issues in waste management of Vietnam .1 Pig manure, agricultural by product and domestic waste .1 Concept of estimating emission reduction .2 Approaches of estimating GHGs emission .3 CH4 emission in solid waste management .4 Calculation GHGs emission in livestock management .2 Project activities in emission reduction .3 Emission reduction applies in case of Vietnam .5 Co-digestion pilot model in rural area of northern Vietnam.

26 CHAPTER 3: RESULTS AND DISCUSSIONS .1 GHGs emission from livestock management of Vietnam.2 GHGs emission reduction from livestock management of Japan .3 Estimation GHGs emission reduction from manure management at pilots in Vietnam. 34 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Estimation of Baseline emission .3 Estimation of emission reduction. 44 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LIST OF FIGURES Figure 1.2: Global anthropogenic GHG emissions.3: Greenhouse gas emissions by sectors.4: Agricultural emission total and manure management of the world.5: A forecasting global GHGs to 2030.6: Agricultural emissions by sector.7: Share of sectors in manure management.8: Approaches way in estimating GHGs emission.9: GHGs emission sources in AFOLU sector.10: Volume of manure in livestock of Vietnam 2010-2014.11: Animal waste discharged by economic region of Vietnam 2014.12: The contribution of domestic waste in Vietnam' rural (2007).13: Waste treatment in ASEAN.14: Dehydrate system of livestock treatment in visited center in Japan.1: Concept of Baseline emission.2: Project activities for GHGs emission reduction.3: The steps of raw material pre-treatment for co-digestion system.1: Contribution of total agricultural emission in total GHG emission of Vietnam.2: Contribution of GHG emission of agriculture in Vietnam.3: Agricultural emission total between Vietnam and Japan.4: Estimating evolutions of Methane (CH4) emission and swine population of Ha Noi from 1995 to 2017.5: Emission from traditional biogas of Mr.Toi's farm and Mr.6: Emission reduction potential commune scale. 39 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LIST OF TABLES Table 1.1: Main sources of GHG emission.3: Solid waste in livestock of Vietnam.4: GHG emission in livestock by economic region sectors, .5: Summary of studies regard to co-digestion.1: DOC and DOCf of typical solid waste.2: Steps of estimating CH4 emission.3: Japanese estimation methodology in agricultural sector.4: Steps of CH4 estimation in biological treatment.5: Co-digestion system mode.1: The results are calculated and analyzed from Kikugawa biogas power plant survey.2: Initial estimation the livestock excretion and CH4 emission.3: Calculation CH4 emission following IPCC volume 5 for biological solid waste treatment.4: Estimation of Lam Dien and Hai Dong emission reduction.5: Emission of agricultural by-product and domestic waste.7: Emission reduction potential.

38 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LIST OF ABBREVIATIONS GHGs Greenhouse Gases MONRE Vietnam Ministry of Natural Resources and Environment IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate AFOLU Agriculture, Forestry and Other Land Use DOC Degradable organic carbon BE Baseline emission ER Emission Reduction OM Organic Matter CO2eq Carbon dioxide equivalent Kt Kilo tone COD Chemical Oxygen Demand TS Total Solid DS Dissolve Solid SS Suspended Solid Gg Giga-gram Temp. Temperature vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] INTRODUCTION According to Vietnam national environmental report (2014), rural environment has been degrading faster than forecasted. Especially as northern rural area of Vietnam, water, solid and air pollution are big issues. Moreover, GHGs emission was mentioned in another national report of MONRE about environment of Vietnam phase 2011-2015.

Agricultural activities will be affected serious [1] [2]. The fact that emission from agriculture contributes greater than 40% in total emission of Vietnam and 60% of it comes from agricultural methane emissions activities. Controlling methane (CH4) emission from manure management is necessary but it does not really take care properly. Biogas technique which is one traditional treatment, is very popular in Vietnam and simplify to operate for farmers.

However, it seems overload to treat a large of waste as well as operates in substrate shortage status; we need to spend more area expending biogas tank capacity. After harvesting, farmer disposes of a lot of agricultural residues; almost them decay into the environment, a small part is used for other purposes (animal feed, composting,. In order to solute two these issues, co-digestion pilot model gained many positive performances due to mixing both agricultural by product and swine manure. In Japan, there are many factories applied co-digestion in treatment manure with food waste, agricultural residues.; if possible, anaerobic co-digestion could solve waste from livestock and agricultural production in Vietnam.

It could help C:N ratio suitably for anaerobic digestion process and reduction somewhat GHGs emission. Estimating GHGs emission in manure management is based on guidelines, tools of IPCC, UNFCC and refers Japanese method while global and national emission are analyzed from many famous organizations (World Bank, FAO, OECD). Research purpose In this thesis, I want to apply several simple approaches in estimating GHGs emissions in case Vietnam and evaluating the efficiency of emission reduction activities. On the other hand, it could find out a GHGs emission trend of the world as vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] well as Vietnam by exploiting inventories data of the international organizations (FAO, OECD, World Bank).

Research object In this thesis, methane (CH4) emission was focused mainly on researching in agricultural emission (manure management) and solid waste management (agricultural by-product and domestic waste). Co-digestion model is applied for reducing emission in pilot scale. Research scope Two places were chosen are rural area of northern of Vietnam with special outstanding characteristics:  Experimental model 1: at Hai Dong commune, Nam Dinh province. It is coastal area where has been impacted ocean level rise of climate change.

 Experimental model 2: at Lam Dien commune, Ha Noi’s countryside. It has a supply function for cities (e. Ha Noi city). Due to near the developing cities strongly, the environment in here was affected seriously.

In addition, the fast growth of piggery farms is not planned. All of researches and results in my thesis is performed by 03 chapter below: “Chapter I: Literature review”: Introduce general information about GHGs emission and several problems of Vietnam’s rural in waste management. “Chapter II: Methodology”: Making co-digestion pilots and method of estimating emission will be shown in this chapter. “Chapter III: Results and discussions”: Summarize and analyze the results of this research regarding CH4 emission estimation and the effective co-digestion model in emission reduction.

viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CONTENTS CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW 1.1 Greenhouse gas emission issues 1.1 Greenhouse effect and Greenhouse gases Greenhouse gases (GHGs) are gaseous component of the atmosphere. However, clouds and they absorb and emit radiation at specific wavelengths within the spectrum of thermal infrared radiation emitted by the Earth’s surface. This property causes the greenhouse effect. Methane (CH4), carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O), zone (O3) and water vapor (H2O) are the main GHGs in the Earth’s atmosphere (Tab.

According to Montreal Protocol, the chlorine and bromine containing substances and the halocarbons are included. Besides CH4, N2O and CO2, sulphur hexafluoride (SF6), hydrofluorocarbons (HFCs) and perfluorocarbons (PFCs) are dealt with in the Kyoto Protocol [3].1: Main sources of GHG emission [4]. CH4 emission N2O emission CO2 emission Methane (CH4) emission is from Nitrous oxide (N2O) is Carbon dioxide (CO2) is the transport of coal, natural gas, emitted from industrial emitted to atmosphere via and oil and produce activities. and agricultural activities, burning such as fossil fuels Decomposition of organic wastes even comes a part of (e.

oil, coal and natural in municipal solid waste (MSW), combustion of fossil fuels gas), wood, solid waste or in agriculture, landfills also or solid waste. made from chemical generate it. Estimating methane reactions. Carbon dioxide emissions from livestock relate to could get rid of the animal species, feeding, atmosphere by plants or performance and gross energy.

participate in carbon cycle. The calculations are based on conversion factors for each field. Greenhouse effect is known as phenomenon in which GHGs absorb thermal infrared radiation and then emitted again to the Earth’s surface as well as the atmosphere. Because of emission all sides, GHGs create a trap heat at surface- troposphere layer.

This phenomenon is the greenhouse effect (Fig. The fact that 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] in the troposphere, thermal infrared radiation relate directly to temperature of the atmosphere depending on the altitude where it is emitted. Normally, the temperature in the troposphere decreases with height. However, due to increase concentration of GHGs leading to heat kept in layers near the surface of the Earth [3].

Environmental impact of Greenhouse effect is one of issues discussed in many workshop and conferences. There are several core impacts which could be mentioned. Firstly, it is very important is global warming. Because it will affect to a large area and specially, it leads to temperature increase.

Therefore, this issue will be global issue and become the reason of climate change. The sea level rise would be the second effect and finally, impact on human life (e. agricultural impact; economic impact, eco-system, hydrological cycle…) [4]. In fact that Vietnam is one of the countries is vulnerable by climate change.

According to a research about Global Climate Risk Index (CRI), Vietnam was at No.05th (in 2016) and No.06th (in 2017) in ranking countries which were effected by climate change (Annex A. So that in near future many coastal areas of Vietnam will be stayed under the sea level. The Red river delta and the Mekong river delta are typical areas for adapting to climate change in Vietnam [5]. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Greenhouse gases emission situation The annual reports of IPCC is very important, several reports from them are “synthesis reports” (AR1-1990, AR2-1995, AR3-2001, AR4-2007, AR5-2014) and it will be expected new “synthesis report” AR6 in 2022.2 was taken from “Synthesis report 2007: climate change”, it was shown that GHGs emission increased more than 70% in 34 years [3].

Total emission in 2004 is 49 Gt CO2eq/year (Fig.