Tổng quan nghiên cứu

Tại Việt Nam, khối lượng chất thải rắn sinh hoạt đô thị phát sinh ước tính khoảng 35.000 tấn mỗi ngày và duy trì tốc độ gia tăng từ 10% đến 16% mỗi năm. Báo cáo kiểm kê khí nhà kính quốc gia cho thấy lĩnh vực quản lý chất thải đã phát thải 15,352 triệu tấn carbon dioxide tương đương vào năm 2010, trong đó phát thải từ các bãi chôn lấp đóng góp tỷ trọng lớn. Tỉnh Nam Định là địa bàn trọng điểm thuộc vùng đồng bằng sông Hồng với 10 đơn vị hành chính gồm 9 huyện và 1 thành phố, sở hữu bờ biển dài chịu tác động trực tiếp của trung bình 4 đến 6 cơn bão hoặc áp thấp nhiệt đới mỗi năm. Thống kê khí tượng trong giai đoạn 1991 - 2013 cho thấy nhiệt độ trung bình tại địa phương đã tăng 0,7 độ C, trong khi độ ẩm không khí giảm bình quân 0,091% mỗi năm.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là làm sáng tỏ mối quan hệ tương hỗ hai chiều giữa hoạt động xử lý chất thải rắn và biến đổi khí hậu. Một mặt, quá trình phân hủy kỵ khí của chất thải tại các bãi rác lộ thiên giải phóng lượng lớn khí metan gây ấm lên toàn cầu. Mặt khác, các biểu hiện cực đoan của khí hậu như mưa bão dồn dập, nhiệt độ gia tăng và nước biển dâng đe dọa gây ngập lụt khoảng 2 km2 đất, làm xói lở thành bao bãi rác và tràn nước rỉ rác ra môi trường xung quanh.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là lượng hóa lượng phát thải khí nhà kính từ các bãi chôn lấp, đánh giá mức độ rủi ro và tính dễ bị tổn thương của hệ thống xử lý rác thải trên địa bàn tỉnh Nam Định trong giai đoạn 2000 - 2015, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp thích ứng và giảm nhẹ đến năm 2030. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn then chốt, cung cấp căn cứ kỹ thuật để địa phương hiện thực hóa mục tiêu nâng tỷ lệ thu gom rác thải lên trên 95% và xử lý an toàn trên 90% chất thải nguy hại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng ba nền tảng lý thuyết cốt lõi trong khoa học môi trường và quản lý biến đổi khí hậu:

Thứ nhất, Lý thuyết Tháp phân cấp quản lý chất thải (Waste Hierarchy) và Phương pháp Đánh giá vòng đời sản phẩm (Life Cycle Assessment). Lý thuyết này khẳng định lượng phát thải khí nhà kính phát sinh xuyên suốt chu trình từ khai thác tài nguyên, chế biến, vận chuyển, tiêu dùng đến xử lý cuối cùng. Việc áp dụng các giải pháp giảm thiểu, tái chế và ủ sinh học ở tầng trên của tháp có vai trò quyết định giúp cắt giảm phát thải metan so với hình thức chôn lấp truyền thống.

Thứ hai, Khung đánh giá tính dễ bị tổn thương và rủi ro khí hậu theo hướng dẫn của Ban liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) và Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP). Theo mô hình này, tính dễ bị tổn thương của hệ thống xử lý chất thải được xác định là hàm số đồng biến với mức độ hiểm họa, độ phơi bày và nghịch biến với năng lực thích ứng của hạ tầng kỹ thuật.

Các khái niệm chuyên ngành nền tảng được chuẩn hóa gồm: Khí nhà kính tương đương (CO2-eq), trong đó tiềm năng làm nóng lên toàn cầu trong 100 năm của khí metan (CH4) cao gấp 25 lần và oxit nitơ (N2O) cao gấp 298 lần so với CO2; Hàm lượng carbon hữu cơ phân hủy sinh học (DOC); Hệ số hiệu chỉnh metan theo loại bãi chôn lấp (MCF); Nước rỉ rác (leachate) và Bãi chôn lấp hợp vệ sinh.

Phương pháp nghiên cứu

Quy trình nghiên cứu được triển khai chặt chẽ thông qua việc kết hợp dữ liệu sơ cấp và thứ cấp:

Nguồn dữ liệu thứ cấp được kế thừa từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nam Định, Công ty Môi trường đô thị Nam Định, chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn 22 năm (1991 - 2013) và Kịch bản biến đổi khí hậu năm 2012 của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Về phương pháp khảo sát thực địa, tác giả thực hiện hai đợt điều tra thực địa vào tháng 12 năm 2014 và tháng 4 năm 2015. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 20 phiếu điều tra chuyên sâu với tỷ lệ phản hồi hợp lệ đạt 100%. Phương pháp chọn mẫu phi xác suất có chủ đích (purposive sampling) được áp dụng để khảo sát 3 nhóm chủ thể trọng yếu: 5 phiếu dành cho cơ quan quản lý nhà nước cấp sở ngành, 7 phiếu dành cho cán bộ quản lý vận hành bãi chôn lấp và 8 phiếu dành cho cộng đồng dân cư sinh sống lân cận bãi rác.

Các phương pháp phân tích chuyên sâu được lựa chọn bao gồm:

  1. Mô hình LandGEM phiên bản 3.02 do Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ (US EPA) ban hành: Mô hình được lựa chọn nhờ tính chuẩn hóa quốc tế cao, áp dụng phương trình phân hủy bậc một để tính toán lượng phát thải khí CH4 và CO2 từ bãi chôn lấp Làng Man (thành phố Nam Định) dựa trên các thông số DOC và MCF phù hợp với khí hậu nhiệt đới ẩm.

  2. Phương pháp dự báo lượng chất thải phát sinh dựa trên tăng trưởng GDP với hệ số co giãn kinh nghiệm A từ 0,5 đến 0,6: Việc sử dụng phương pháp này có độ tin cậy vượt trội so với phương pháp tính theo dân số thuần túy, bởi nó phản ánh sát thực tế biến động kinh tế và tốc độ đô thị hóa nhanh tại Nam Định giai đoạn 2011 - 2030 với tốc độ tăng trưởng GDP bình quân từ 12,7% đến 13,5% mỗi năm.

  3. Ma trận đánh giá rủi ro và tổn thương 5 bậc theo hướng dẫn của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường: Giúp định lượng hóa mức độ ảnh hưởng của các biến cố thời tiết đến từng loại công trình xử lý chất thải rắn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã làm rõ ba phát hiện định lượng quan trọng về hiện trạng và xu hướng tương tác giữa chất thải rắn và biến đổi khí hậu tại địa phương:

Thứ nhất, khối lượng chất thải rắn sinh hoạt đô thị phát sinh tại Nam Định dao động từ 0,8 đến 1,2 kg/người/ngày, tỷ lệ thu gom toàn tỉnh đạt khoảng 70% đến 80%, trong đó khoảng 64% lượng rác thu gom được đem đi chôn lấp. Thành phần rác thải sinh hoạt chứa tỷ lệ chất hữu cơ chiếm ưu thế tuyệt đối là 53%, cùng với độ ẩm cao lên đến 70%, tạo điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy kỵ khí phát sinh khí nhà kính.

Thứ hai, lượng phát thải khí nhà kính từ các bãi chôn lấp trên địa bàn tỉnh liên tục gia tăng. Trong tổng số 15,352 triệu tấn CO2-eq phát thải từ lĩnh vực chất thải tại Việt Nam năm 2010, phát thải CH4 từ các bãi rác đóng góp 5,005 triệu tấn CO2-eq, chiếm tỷ trọng 32,6%. Kết quả tính toán mô hình LandGEM cho bãi rác Làng Man (Lộc Hòa) và hệ thống bãi rác toàn tỉnh chỉ ra rằng lượng phát thải metan tăng tỷ lệ thuận với khối lượng rác chôn lấp hàng năm, tương ứng với đà tăng trưởng kinh tế địa phương đạt 13%/năm giai đoạn 2011 - 2015.

Thứ ba, biến đổi khí hậu gây tác động tiêu cực rõ rệt đến hạ tầng xử lý rác. Theo kịch bản phát thải trung bình B2, nhiệt độ trung bình năm tại Nam Định dự báo tăng 2,4 độ C vào năm 2100, làm gia tăng tốc độ lên men và khuếch tán mùi hôi. Lượng mưa năm tăng từ 7% đến 8%, trong đó lượng mưa mùa hè chiếm gần 80% tổng lượng mưa cả năm. Kết hợp với kịch bản nước biển dâng từ 12 cm đến 74 cm làm ngập gần 2 km2 diện tích đất, 3 huyện ven biển gồm Giao Thủy, Hải Hậu và Nghĩa Hưng được xác định là khu vực có mức độ rủi ro và tính dễ bị tổn thương cao nhất do nguy cơ sạt lở đê bao bãi rác và ô nhiễm nước rỉ rác.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản dẫn đến lượng phát thải metan cao và tính dễ bị tổn thương lớn xuất phát từ việc phần lớn các bãi rác tại Nam Định hiện nay là bãi chôn lấp hở hoặc bán hợp vệ sinh, chưa có hệ thống thu gom và xử lý khí sinh học theo tiêu chuẩn môi trường. Về mặt địa hình, cao độ đáy bãi rác tại nhiều vùng đồng bằng trũng chỉ đạt từ -3 mét đến 2 mét so với mực nước biển, khiến các ô chôn lấp dễ dàng bị ngập úng khi xuất hiện bão lũ dồn dập.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tại Nam Định có tính tương đồng cao với nghiên cứu tại thành phố Dhaka (Bangladesh), nơi rác thải sinh hoạt chứa 60% chất hữu cơ và bãi rác lộ thiên là nguồn phát thải metan khổng lồ. Kết quả nghiên cứu cũng củng cố báo cáo của Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ về việc áp dụng phương pháp vòng đời sản phẩm để giám sát phát thải khí nhà kính trong quản lý chất thải rắn.

Để minh họa trực quan các luận điểm khoa học, dữ liệu nghiên cứu có thể được thể hiện thông qua hai công cụ trực quan:

  1. Biểu đồ đường kết hợp cột: Thể hiện mối tương quan giữa tốc độ tăng trưởng GDP (13%/năm) và khối lượng phát thải khí CH4 cùng CO2 tích lũy theo mô hình LandGEM giai đoạn 2011 - 2025.

  2. Bản đồ phân vùng nguy cơ ngập lụt không gian (GIS): Thể hiện vị trí phân bố của các bãi chôn lấp chất thải nằm trong phạm vi ngập úng tương ứng với kịch bản nước biển dâng tại các huyện ven biển Giao Thủy, Nghĩa Hưng và Hải Hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính và nâng cao năng lực chống chịu của hệ thống xử lý rác thải trước biến đổi khí hậu, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất:

Thứ nhất, lắp đặt hệ thống thu hồi và đốt tiêu hủy khí sinh học (LFG) tại các bãi chôn lấp tập trung quy mô lớn như bãi rác Làng Man (thành phố Nam Định). Mục tiêu hành động là thu gom và chuyển hóa từ 40% đến 50% lượng khí metan phát sinh thành năng lượng nhiệt hoặc điện năng trong giai đoạn 2021 - 2025. Chủ thể thực hiện là Công ty Môi trường đô thị Nam Định dưới sự giám sát kỹ thuật của Sở Tài nguyên và Môi trường.

Thứ hai, nâng cấp công trình bờ bao và hệ thống thoát nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp thuộc 3 huyện ven biển Giao Thủy, Hải Hậu và Nghĩa Hưng. Cần nâng cao trình đỉnh đê bao bãi rác cao hơn mức nước ngập lịch sử tối thiểu 0,5 mét, xây dựng các trạm xử lý nước rỉ rác khép kín công suất từ 50 đến 100 m3/ngày đêm nhằm ngăn chặn nguy cơ vỡ bờ bao trong mùa mưa bão giai đoạn 2020 - 2025. Chủ thể chủ trì là Sở Xây dựng và Ủy ban nhân dân các huyện ven biển.

Thứ ba, đẩy mạnh phân loại rác thải tại nguồn và áp dụng công nghệ ủ sinh học sản xuất phân vi sinh compost. Hướng tới mục tiêu cắt giảm ít nhất 30% khối lượng rác hữu cơ phải chôn lấp trực tiếp vào năm 2025, đóng góp vào mục tiêu đạt tỷ lệ thu gom rác trên 95% vào năm 2020 - 2030. Chủ thể thực hiện là Ủy ban nhân dân các xã, phường và các tổ chức cộng đồng dân cư địa phương.

Thứ tư, hoàn thiện khung chính sách và tích hợp đánh giá rủi ro khí hậu vào Quy hoạch quản lý chất thải rắn tỉnh Nam Định tầm nhìn đến năm 2030. Xây dựng cơ chế ưu đãi tài chính nhằm thu hút đầu tư vào các dự án theo Cơ chế Phát triển Sạch (CDM) và Giải pháp hỗ trợ chống biến đổi khí hậu (NAMA). Chủ thể chịu trách nhiệm là Sở Tài nguyên và Môi trường tham mưu cho Ủy ban nhân dân tỉnh ban hành trong giai đoạn 2021 - 2023.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho bốn nhóm đối tượng chính:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và đô thị (Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Xây dựng, Ủy ban nhân dân tỉnh Nam Định): Khai thác hệ thống số liệu kịch bản khí hậu và phát thải để hoàn thiện quy hoạch hạ tầng xử lý rác thải, lồng ghép tiêu chí thích ứng biến đổi khí hậu vào quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội địa phương giai đoạn 2021 - 2030.

  2. Doanh nghiệp và đơn vị vận hành dịch vụ môi trường (Công ty Môi trường đô thị Nam Định, các ban quản lý bãi rác): Sử dụng hướng dẫn kỹ thuật để tối ưu hóa quy trình chôn lấp, lắp đặt hệ thống quan trắc khí bãi rác và xây dựng phương án ứng phó sự cố ngập lụt nước rỉ rác trong mùa mưa bão.

  3. Nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Biến đổi khí hậu và Quản lý môi trường: Tiếp cận phương pháp luận mẫu mực về ứng dụng mô hình LandGEM v-3.02 kết hợp ma trận rủi ro khí hậu cấp tỉnh phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu mở rộng.

  4. Các tổ chức phát triển quốc tế và các quỹ tài chính khí hậu (UNDP, UNEP, WB): Sử dụng dữ liệu thực chứng làm cơ sở thẩm định và tài trợ cho các dự án giảm nhẹ phát thải khí nhà kính và nâng cao năng lực thích ứng biến đổi khí hậu dựa vào cộng đồng tại khu vực đồng bằng ven biển.

Câu hỏi thường gặp

Khí nhà kính nào phát sinh nhiều nhất từ các bãi chôn lấp chất thải rắn?

Khí sinh học bãi rác cấu thành từ khoảng 50% đến 60% khí metan (CH4) và 40% đến 50% carbon dioxide (CO2). Trong đó, CH4 là chất gây hiệu ứng nhà kính nguy hại nhất với tiềm năng làm nóng lên toàn cầu trong chu kỳ 100 năm cao gấp 25 lần so với CO2.

Yếu tố biến đổi khí hậu nào đe dọa nghiêm trọng nhất đến bãi rác tại Nam Định?

Lượng mưa lớn chiếm gần 80% tổng lượng mưa cả năm tập trung vào mùa hè kết hợp với nước biển dâng từ 12 cm đến 74 cm là rủi ro lớn nhất. Tình trạng này gây xói lở thành bao bãi rác và làm tràn nước rỉ rác ô nhiễm diện rộng.

Tại sao mô hình LandGEM v-3.02 lại phù hợp để tính toán phát thải khí bãi rác tại Nam Định?

Mô hình LandGEM v-3.02 của Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ được xây dựng dựa trên động học phân hủy bậc một chuẩn quốc tế. Mô hình cho phép ước tính chính xác tải lượng metan từ thành phần carbon hữu cơ phân hủy (DOC) mà không đòi hỏi chi phí đo đạc thực địa quá tốn kém.

Tỷ lệ rác hữu cơ lên tới 53% ảnh hưởng như thế nào đến công tác xử lý rác?

Hàm lượng rác hữu cơ 53% cùng độ ẩm 70% thúc đẩy quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra cực nhanh, sinh ra lượng nước rỉ rác đậm đặc và lượng khí metan lớn hơn nhiều so với các loại rác thải trơ vô cơ.

Địa phương vùng ven biển như Nam Định cần ưu tiên giải pháp kỹ thuật nào trước tiên?

Ưu tiên hàng đầu là tôn cao đê bao bãi chôn lấp vượt đỉnh lũ lịch sử 0,5 mét tại 3 huyện ven biển trọng điểm, kết hợp xây dựng trạm xử lý nước rỉ rác công suất 50 đến 100 m3/ngày đêm để ngăn chặn nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu thông qua 5 đóng góp học thuật và thực tiễn cốt lõi:

• Thiết lập luận cứ khoa học sáng rõ về mối quan hệ tác động tương hỗ hai chiều giữa hoạt động xử lý chất thải rắn và diễn biến biến đổi khí hậu tại vùng đồng bằng ven biển. • Ứng dụng thành công mô hình LandGEM v-3.02 để lượng hóa phát thải khí nhà kính từ các bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt, phục vụ trực tiếp cho công tác kiểm kê khí nhà kính địa phương. • Nhận diện chính xác 3 huyện ven biển gồm Giao Thủy, Hải Hậu và Nghĩa Hưng là các khu vực có mức độ rủi ro và tính dễ bị tổn thương cao nhất trước nguy cơ ngập lụt. • Xây dựng hệ thống giải pháp công nghệ và hạ tầng đồng bộ, trọng tâm là thu hồi khí sinh học metan và gia cố bờ bao công trình xử lý rác. • Đề xuất khung chính sách tích hợp giúp chính quyền địa phương hoàn thiện Quy hoạch quản lý chất thải rắn và Kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu tầm nhìn 2030.

Lộ trình triển khai tiếp theo cần tập trung thí điểm mô hình thu gom khí metan tại bãi rác Làng Man giai đoạn 2021 - 2025, sau đó nhân rộng công nghệ xử lý rác hợp vệ sinh thích ứng biến đổi khí hậu cho 100% các xã trước năm 2030. Các nhà hoạch định chính sách, doanh nghiệp và các tổ chức khoa học cần tăng cường hợp tác chuyển giao công nghệ để hiện thực hóa các giải pháp nghiên cứu, kiến tạo môi trường sống an toàn và phát triển bền vững cho cộng đồng.