Nghiên cứu tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn ở huyện Chương Mỹ, Hà Nội

Nghiên cứu tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn ở huyện Chương Mỹ, Hà Nội, mang lại giải pháp bền vững cho môi trường và phát triển kinh tế.

• Tác giả: Hoàng Thị Phượng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Mạnh Khải
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Tiềm Năng Năng Lượng Từ Chất Thải Rắn Ở Huyện Chương Mỹ, Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• LỜI MỞ ĐẦU
• 0.1. Quản lý tổng hợp chất thải rắn
• 0.2. Công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn
• 0.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng EFW trên thế giới
• 0.4. Tình hình nghiên cứu và sử dụng EFW tại Việt Nam
• 0.5. Cơ hội và thách thức đối với EFW tại Việt Nam
• 0.6. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 0.6.1. Đối tượng nghiên cứu
• 0.6.2. Phương pháp nghiên cứu
• 0.7. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 0.7.1. Thực trạng phát sinh chất thải rắn tại huyện Chương Mỹ
• 0.7.2. Hiện trạng quản lý chất thải rắn tại địa bàn huyện Chương Mỹ
• 0.7.3. Đánh giá tiềm năng năng lượng từ CTR huyện Chương Mỹ
• 0.7.4. Các phương án sử dụng năng lượng từ chất thải rắn tại huyện Chương Mỹ
• 1. CHƯƠNG 1: Quản lý tổng hợp chất thải rắn
• 1.1. Mức độ ưu tiên giảm dần
• 1.2. Công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn (EFW – energy from waste)
• 1.2.1. Công nghệ biến đổi chất thải rắn thành năng lượng
• 1.2.2. Công nghệ sinh hóa
• 1.2.2.1. Công nghệ phân hủy kỵ khí
• 1.2.3. Khí bãi rác (LFG – Landfill gas)
• 1.2.4. Công nghệ lên men sinh ethanol
• 1.2.5. Công nghệ nhiệt hóa
• 1.2.5.1. Công nghệ đốt
• 1.2.5.2. Nhiệt phân
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1
• PHỤ LỤC 2

Tóm tắt

I. Tổng quan về tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn tại Chương Mỹ

Chương Mỹ, một huyện ngoại thành của Hà Nội, đang đối mặt với thách thức lớn về quản lý chất thải rắn. Với sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế, lượng chất thải rắn phát sinh ngày càng lớn. Tuy nhiên, đây cũng là cơ hội để khai thác tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn. Nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng chuyển đổi chất thải thành năng lượng, góp phần vào việc phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.

1.1. Tình hình phát sinh chất thải rắn tại Chương Mỹ

Chất thải rắn tại Chương Mỹ chủ yếu đến từ sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp. Theo thống kê, lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) tăng nhanh, gây áp lực lên hệ thống quản lý. Việc phân tích thành phần chất thải giúp xác định tiềm năng năng lượng có thể thu hồi từ chúng.

1.2. Các công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn

Có nhiều công nghệ biến đổi chất thải rắn thành năng lượng như đốt, khí hóa, và phân hủy kỵ khí. Mỗi công nghệ có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại chất thải. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất thu hồi năng lượng.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý chất thải rắn tại Chương Mỹ

Quản lý chất thải rắn tại Chương Mỹ hiện đang gặp nhiều khó khăn. Hệ thống thu gom chưa đồng bộ, nhiều điểm thu gom không được xử lý đúng cách. Điều này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn làm lãng phí nguồn năng lượng tiềm năng từ chất thải. Cần có các giải pháp hiệu quả để cải thiện tình hình này.

2.1. Thực trạng quản lý chất thải rắn

Hiện tại, việc quản lý chất thải rắn tại Chương Mỹ còn nhiều bất cập. Các bãi rác quá tải, không được xử lý đúng cách, dẫn đến ô nhiễm môi trường. Cần có sự đầu tư và cải cách trong quản lý chất thải để đảm bảo hiệu quả.

2.2. Tác động môi trường từ chất thải rắn

Chất thải rắn không được xử lý đúng cách có thể gây ra ô nhiễm không khí, nước và đất. Điều này ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và chất lượng cuộc sống. Cần có các biện pháp giảm thiểu tác động này thông qua việc thu hồi năng lượng từ chất thải.

III. Phương pháp nghiên cứu tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp phân tích định lượng và định tính để đánh giá tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn. Các mẫu chất thải được thu thập và phân tích thành phần, từ đó tính toán khả năng thu hồi năng lượng. Phương pháp này giúp xác định các giải pháp khả thi cho việc sử dụng năng lượng từ chất thải.

3.1. Phân tích thành phần chất thải rắn

Việc phân tích thành phần chất thải rắn giúp xác định tỷ lệ các loại chất hữu cơ, vô cơ và khả năng phân hủy sinh học. Điều này là cơ sở để tính toán tiềm năng năng lượng có thể thu hồi từ chất thải.

3.2. Tính toán tiềm năng năng lượng từ chất thải

Dựa trên thành phần chất thải, các chỉ số nhiệt trị được tính toán để xác định khả năng sản xuất năng lượng. Các phương pháp như đốt, khí hóa và phân hủy kỵ khí sẽ được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất thu hồi năng lượng.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu tại Chương Mỹ

Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn tại Chương Mỹ là rất lớn. Việc áp dụng các công nghệ thu hồi năng lượng có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm và tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Các mô hình ứng dụng thực tiễn đã được đề xuất để triển khai tại địa phương.

4.1. Các mô hình thu hồi năng lượng từ chất thải

Nghiên cứu đã đề xuất một số mô hình thu hồi năng lượng từ chất thải rắn, bao gồm mô hình đốt và khí hóa. Các mô hình này không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn tạo ra nguồn năng lượng sạch cho cộng đồng.

4.2. Kết quả thực nghiệm và đánh giá hiệu quả

Các thử nghiệm thực tế cho thấy hiệu suất thu hồi năng lượng từ chất thải rắn đạt được kết quả khả quan. Việc áp dụng công nghệ thu hồi năng lượng đã giúp giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng môi trường tại Chương Mỹ.

V. Kết luận và triển vọng tương lai cho năng lượng từ chất thải rắn

Nghiên cứu tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn tại Chương Mỹ đã chỉ ra rằng đây là một giải pháp khả thi cho vấn đề quản lý chất thải. Việc phát triển công nghệ thu hồi năng lượng không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Tương lai của năng lượng từ chất thải rắn tại Chương Mỹ hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho cộng đồng.

5.1. Tầm quan trọng của năng lượng tái tạo từ chất thải

Năng lượng tái tạo từ chất thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững. Đây là một nguồn năng lượng sạch, có thể thay thế cho các nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt.

5.2. Định hướng phát triển năng lượng từ chất thải rắn

Cần có các chính sách hỗ trợ và đầu tư vào công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn. Việc nâng cao nhận thức cộng đồng về tầm quan trọng của việc quản lý chất thải cũng là một yếu tố quan trọng để phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự gia tăng dân số nhanh chóng cùng tốc độ đô thị hóa mạnh mẽ đang tạo ra sức ép nặng nề lên hệ thống quản lý môi trường tại thành phố Hà Nội. Huyện Chương Mỹ có diện tích tự nhiên 232,94 km2 với dân số năm 2013 đạt 311,4 nghìn người, chia thành 32 đơn vị hành chính gồm 30 xã và 2 thị trấn. Mỗi ngày, địa bàn huyện phát sinh khoảng 130 tấn chất thải rắn sinh hoạt, tương đương hệ số phát thải bình quân 0,417 kg/người/ngày, ghi nhận mức tăng 18,78% so với giai đoạn năm 2010. Phương thức xử lý chủ yếu tại địa phương thời điểm nghiên cứu vẫn là chôn lấp tại các bãi rác tạm lộ thiên gây quá tải, bốc mùi hôi thối và phát sinh nước rỉ rác đe dọa nguồn nước mặt sông Bùi, sông Đáy.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do chất thải rắn chưa được xử lý triệt để, đồng thời khai thác giá trị tái tạo từ nguồn rác thải vốn đang bị lãng phí. Mục tiêu cụ thể của luận văn tập trung vào việc xác định nguồn gốc, khối lượng, thành phần lý hóa của chất thải rắn sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp; đánh giá định lượng tiềm năng thu hồi năng lượng nhiệt, điện, khí sinh học; dự báo khối lượng phát thải đến năm 2020; và đề xuất phương án công nghệ biến rác thải thành năng lượng phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội địa phương.

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn sâu sắc khi cung cấp luận cứ khoa học để triển khai Chiến lược Bảo vệ môi trường Quốc gia và hiện thực hóa các cơ chế khuyến khích phát triển điện rác theo Quyết định số 31/2014/QĐ-TTg và Quyết định số 1208/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ. Luận văn mở ra hướng tiếp cận kinh tế tuần hoàn, giúp giảm tải 80% đến 90% thể tích rác chôn lấp và bổ sung nguồn năng lượng sạch tại chỗ cho lưới điện quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết Quản lý tổng hợp chất thải rắn và mô hình Tháp phân cấp quản lý chất thải. Mô hình phân cấp xác định mức độ ưu tiên giảm dần: Phòng ngừa phát sinh, Tái sử dụng, Tái chế, Tiêu hủy thu hồi năng lượng và cuối cùng là Thải bỏ an toàn. Khung lý thuyết này khẳng định rác thải là một nguồn tài nguyên thứ cấp có giá trị thương mại nếu được chuyển hóa đúng quy trình kỹ thuật.

Khung công nghệ biến chất thải thành năng lượng bao gồm hai nhóm chính:

• Công nghệ chuyển hóa nhiệt hóa: Điển hình là công nghệ đốt trực tiếp ở nhiệt độ trên 800 độ C đến 1.100 độ C giúp giảm 80% đến 90% thể tích chất thải và thu hồi nhiệt phát điện; công nghệ nhiệt phân trong điều kiện yếm khí ở 450 độ C đến 750 độ C tạo dầu nhiên liệu có nhiệt trị khoảng 20.934 kJ/kg; công nghệ khí hóa ở nhiệt độ 700 độ C đến 1.600 độ C sản xuất khí tổng hợp sạch giàu CO và H2; công nghệ hồ quang plasma ở nhiệt độ trên 2.000 độ C giúp triệt tiêu hoàn toàn khí độc sinh ra.
• Công nghệ chuyển hóa sinh hóa: Điển hình là quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ tạo khí metan với hàm lượng CH4 đạt 55% đến 65%, nhiệt trị 4.300 kcal/m3; công nghệ lên men đường phân từ sinh khối giàu cellulose như rơm rạ, thân ngô sản xuất cồn sinh học ethanol với hiệu suất chuyển đổi đạt 415 đến 427 lít/tấn nguyên liệu khô.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được kết hợp chặt chẽ giữa thu thập số liệu thứ cấp từ Niên giám thống kê, báo cáo của Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Chương Mỹ và dữ liệu sơ cấp thu thập trực tiếp ngoài thực địa.

Phương pháp lấy mẫu hiện trường tuân thủ nghiêm ngặt kỹ thuật lấy mẫu tiêu chuẩn: thu gom 100 kg rác thải từ các xe gom, tiến hành rải đều, phối trộn và áp dụng phương pháp chia tư nhiều lần để chọn mẫu đại diện đồng nhất trước khi phân tích thành phần cơ học.

Điều tra xã hội học được thực hiện với cỡ mẫu n = 120 hộ gia đình tại 4 xã, thị trấn đại diện của huyện Chương Mỹ. Phương pháp chọn mẫu phân tầng kết hợp ngẫu nhiên: phân chia 2 nhóm khu vực gồm đô thị (thị trấn Chúc Sơn, thị trấn Xuân Mai) và nông thôn (chọn ngẫu nhiên 2 xã trong số 30 xã); tại mỗi đơn vị khảo sát 30 hộ theo 4 nhóm sinh kế chính (công chức, kinh doanh buôn bán, tiểu thủ công nghiệp và nông nghiệp). Để tăng độ tin cậy, tác giả chọn nhóm đối chứng n = 120 hộ tại 4 phường thuộc quận Hoàn Kiếm, kết hợp phỏng vấn sâu cán bộ quản lý môi trường đô thị.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Epidata 3.1 và SPSS 20 để kiểm soát sai số nhập liệu và phân tích thống kê định lượng chuẩn xác. Dự báo lượng chất thải rắn sinh hoạt dựa trên mô hình dân số Euler; dự báo chất thải công nghiệp và nông nghiệp dựa trên hàm tốc độ tăng trưởng kinh tế ngành. Đánh giá tính khả thi tài chính của dự án bằng chỉ số giá trị hiện tại ròng NPV, giúp phản ánh đầy đủ giá trị thời gian của dòng tiền đầu tư trong suốt vòng đời dự án.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu thực nghiệm mang lại 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trên địa bàn huyện đạt khoảng 130 tấn/ngày đêm. Nguồn phát sinh lớn nhất là từ các hộ gia đình với 92 tấn/ngày, chiếm tỷ lệ 70,77%; tiếp theo là từ hệ thống 27 chợ và 2 siêu thị với 22 đến 25 tấn/ngày, chiếm 18,46%; khu vực công sở, trường học phát sinh 7,50%; đường phố công cộng chiếm 1,50% và các khu vực đặc thù khác chiếm 1,77%.

Thứ hai, thành phần chất thải rắn sinh hoạt có tỷ lệ hữu cơ phân hủy sinh học rất cao, chiếm tới 48,59% tổng khối lượng ướt (trong đó thực phẩm thừa chiếm 32,71% tương đương 42,52 tấn/ngày; rác thải vườn và lá cây chiếm 15,88% tương đương 20,64 tấn/ngày). Thành phần có khả năng tái chế chiếm 35,81% (kim loại chiếm 11,65%, giấy bìa carton chiếm 9,60%, bao bì nilon chiếm 5,53%, nhựa chiếm 4,37%, gỗ chiếm 5,90%, vải vụn chiếm 2,93%). Chất thải nguy hại như pin, ắc quy chiếm tỷ lệ thấp 1,17% và các tạp chất trơ vô cơ chiếm 15,60%.

Thứ ba, khối lượng chất thải rắn công nghiệp phát sinh từ 356 doanh nghiệp và 10 khu, cụm công nghiệp đạt 22,48 tấn/ngày (hệ số 0,31 kg/lao động/ngày). Trong đó, chất hữu cơ dễ phân hủy từ bếp ăn và chế biến chiếm 33,28% (7,48 tấn/ngày), phế liệu có thể tái chế chiếm 22,64%, vải vụn từ ngành may mặc chiếm 11,47%, phế liệu mây tre gỗ từ 34 làng nghề truyền thống chiếm 11,30% và tro xỉ chiếm 9,06%.

Thứ tư, tiềm năng sinh khối nông nghiệp vô cùng to lớn với 319,35 tấn rơm rạ/ngày (tương đương 110.451,8 tấn/năm), 63,87 tấn trấu/ngày và 59,11 tấn phụ phẩm thân lõi ngô/ngày. Cùng với đó, ngành chăn nuôi với hơn 117.000 con lợn, 16.760 con trâu bò và hơn 2,3 triệu con gia cầm thải ra hàng trăm tấn phân mỗi ngày, tạo nguồn nguyên liệu dồi dào cho sản xuất khí sinh học.

Thảo luận kết quả

Khi so sánh cơ cấu thành phần rác thải của huyện Chương Mỹ với quận Hoàn Kiếm và huyện Thanh Oai, xuất hiện những nét tương phản rõ rệt. Tỷ lệ rác sân vườn tại nông thôn Chương Mỹ chiếm tới 21,65%, cao hơn gấp 3 lần so với quận Hoàn Kiếm (6,85%), trong khi Hoàn Kiếm có tỷ lệ thực phẩm thừa vượt trội (36,44%) do lối sống đô thị tiêu dùng cao. So với huyện Thanh Oai (tỷ lệ chất hữu cơ chỉ 17,95%, thành phần trơ không cháy lên tới 31,06%), rác thải Chương Mỹ có tỷ lệ hữu cơ cao hơn gấp 2,7 lần (48,59%) và thành phần không cháy chỉ ở mức 23,08%.

Toàn bộ dữ liệu thành phần cơ học và nguồn phát thải có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ cơ cấu hình tròn và biểu đồ cột phân nhóm so sánh đa chiều. Ma trận dữ liệu nhiệt trị cho thấy rác thải Chương Mỹ đạt ngưỡng nhiệt trị thích hợp cho quá trình nhiệt hóa thu hồi năng lượng sau khi sấy tách ẩm sơ bộ.

Ý nghĩa học thuật và thực tiễn của phát hiện này chỉ ra rằng: việc áp dụng đơn lẻ mô hình chôn lấp là hoàn toàn sai lầm. Tỷ lệ hữu cơ và sinh khối lớn mở ra cơ hội tối ưu hóa mô hình kết hợp: sản xuất khí sinh học và phân compost từ chất thải chăn nuôi, sản xuất viên nén sinh khối RDF từ phụ phẩm rơm rạ, ngô và xây dựng lò đốt rác phát điện thu hồi năng lượng cho dòng thải công nghiệp và sinh hoạt khó phân hủy.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tận dụng triệt để tiềm năng năng lượng và nâng cao hiệu quả quản lý môi trường, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

1. Xây dựng nhà máy đốt rác phát điện tập trung: Đầu tư lắp đặt tổ hợp lò đốt tầng sôi hoặc lò ghi hiện đại với công suất xử lý 100 đến 150 tấn rác/ngày đêm, đặt mục tiêu thu hồi nhiệt phát điện công suất khoảng 1,5 đến 2 MW hòa lưới điện khu vực, giảm 85% thể tích rác chôn lấp; lộ trình chuẩn bị đầu tư và vận hành thương mại trong giai đoạn từ năm 2016 đến trước năm 2020 do Ủy ban nhân dân huyện Chương Mỹ phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Hà Nội và các nhà đầu tư tư nhân thực hiện.

2. Triển khai chương trình khí sinh học quy mô trang trại tập trung: Lắp đặt các hầm biogas phủ bạt HDPE hoặc composite dung tích từ 100 m3 đến 500 m3 tại 270 trang trại gà và các trang trại lợn quy mô lớn, hướng tới mục tiêu xử lý trên 90% chất thải chăn nuôi, cung cấp khí đốt thay thế 60% nhiên liệu hóa thạch dân sinh và chạy máy phát điện nhỏ; giao Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chủ trì phối hợp với các Hợp tác xã chăn nuôi hoàn thành trong giai đoạn 2016 - 2018.

3. Sản xuất viên nén nhiên liệu RDF và khí hóa phụ phẩm nông nghiệp: Tận thu 319,35 tấn rơm rạ và phụ phẩm ngô phát sinh mỗi ngày bằng máy cuộn rơm và công nghệ ép viên sinh khối RDF, cung cấp chất đốt nhiệt trị cao cho các lò hơi công nghiệp tại khu công nghiệp Phú Nghĩa; giao Trung tâm Khuyến nông và các doanh nghiệp chế biến nông lâm sản thực hiện từ năm 2017.

4. Thiết lập quy chế phân loại rác thải tại nguồn bắt buộc: Ban hành quy định phân chia rác thành 3 dòng (rác hữu cơ, rác tái chế, rác trơ còn lại), phấn đấu đạt tỷ lệ phân loại trên 80% tại các hộ gia đình và 100% tại hệ thống 27 chợ truyền thống trước năm 2020; giao Ủy ban nhân dân các xã, thị trấn và các tổ tự quản môi trường địa phương trực tiếp giám sát, thực thi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và hệ thống dữ liệu 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 và nhà hoạch định chính sách: Lãnh đạo Ủy ban nhân dân huyện Chương Mỹ, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Công Thương thành phố Hà Nội sử dụng số liệu điều tra 130 tấn rác/ngày và phương pháp dự báo dân số Euler làm căn cứ khoa học để lập Quy hoạch quản lý chất thải rắn và Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo địa phương.

2. Doanh nghiệp đầu tư năng lượng và môi trường: Các công ty công nghệ môi trường, chủ đầu tư dự án điện sinh khối tham khảo các thông số kỹ thuật về nhiệt trị, công nghệ lò đốt, phân tích dòng tiền và chỉ số tài chính NPV để xây dựng báo cáo nghiên cứu khả thi dự án nhà máy đốt rác phát điện.

3. Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học: Các viện nghiên cứu, trường đại học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Năng lượng sử dụng tài liệu này làm nguồn tham khảo chuyên sâu về phương pháp luận lấy mẫu chia tư, thiết kế bảng hỏi phân tầng n = 120 hộ và kỹ thuật tính toán tiềm năng chuyển hóa sinh khối.

4. Hợp tác xã nông nghiệp và doanh nghiệp sản xuất địa phương: 356 doanh nghiệp trong các khu cụm công nghiệp và 34 làng nghề truyền thống ứng dụng mô hình tận dụng phụ phẩm mây tre gỗ, chất thải chăn nuôi thành khí biogas và viên đốt sinh học để cắt giảm chi phí nhiên liệu vận hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh bình quân tại huyện Chương Mỹ là bao nhiêu? Theo kết quả điều tra thực nghiệm, lượng rác thải sinh hoạt phát sinh trung bình toàn huyện là 130 tấn/ngày đêm, tương đương hệ số 0,417 kg/người/ngày. Trong đó, lượng rác từ hộ gia đình chiếm tỷ trọng lớn nhất với 70,77% (92 tấn/ngày), tập trung nhiều vào các dịp lễ tết và cuối tuần.

2. Vì sao công nghệ biến chất thải thành năng lượng ưu việt hơn phương pháp chôn lấp truyền thống? Công nghệ biến rác thành năng lượng giúp giảm từ 80% đến 90% thể tích chất thải cần xử lý, triệt tiêu nguy cơ rò rỉ nước rỉ rác gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đồng thời, giải pháp này tận thu năng lượng sạch dưới dạng điện và nhiệt, đóng góp tích cực vào mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính.

3. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại huyện Chương Mỹ có đặc điểm gì nổi bật? Chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học chiếm tỷ lệ vượt trội lên đến 48,59% (thực phẩm thừa 32,71% và rác thải vườn 15,88%). Thành phần có thể tái chế như kim loại, giấy bìa, nhựa chiếm 35,81%, tạo điều kiện rất thuận lợi để triển khai đồng thời công nghệ ủ kỵ khí sinh biogas và tái chế nguyên liệu.

4. Tiềm năng năng lượng sinh khối từ nông nghiệp tại huyện Chương Mỹ lớn ra sao? Mỗi ngày huyện phát sinh trung bình 319,35 tấn rơm rạ, 63,87 tấn trấu và 59,11 tấn phụ phẩm ngô từ 24 nghìn ha gieo trồng. Cùng với đàn vật nuôi hơn 117.000 con lợn và 2,3 triệu con gia cầm, đây là nguồn sinh khối khổng lồ phục vụ sản xuất khí sinh học và nhiên liệu viên nén sinh khối RDF.

5. Những rào cản chính khi triển khai các dự án điện rác tại địa phương là gì? Thách thức lớn nhất gồm chi phí đầu tư ban đầu cao, thời gian thu hồi vốn kéo dài, giá bán điện sinh khối trước đây còn thấp và công tác phân loại rác tại nguồn của người dân chưa đồng bộ khiến việc lựa chọn công nghệ xử lý đòi hỏi quy trình tiền xử lý phức tạp.

Kết luận

• Luận văn đã xác định toàn diện hiện trạng phát sinh chất thải rắn tại huyện Chương Mỹ với quy mô 130 tấn rác sinh hoạt/ngày, 22,48 tấn rác công nghiệp/ngày và hơn 440 tấn phụ phẩm nông nghiệp/ngày.
• Khẳng định nguồn tài nguyên chất thải có giá trị kinh tế cao với 48,59% hợp phần hữu cơ sinh hóa và 35,81% vật liệu tái chế, hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật để thu hồi năng lượng nhiệt và điện.
• Đề xuất tổ hợp giải pháp công nghệ đa mục tiêu: xây dựng nhà máy đốt rác phát điện công suất 1,5 đến 2 MW, mở rộng hầm biogas trang trại và chế biến viên nén sinh khối RDF từ phế phẩm mùa vụ.
• Thiết lập lộ trình triển khai cụ thể đến năm 2020, gắn liền trách nhiệm của chính quyền địa phương, doanh nghiệp tư nhân và cộng đồng dân cư trong việc phân loại rác tại nguồn.
• Đóng góp nguồn tư liệu khoa học chuẩn xác, thúc đẩy tiến trình chuyển đổi xanh và phát triển kinh tế tuần hoàn bền vững tại thủ đô Hà Nội. Các đơn vị quản lý và doanh nghiệp cần nhanh chóng phối hợp thực hiện dự án đầu tư để sớm hiện thực hóa tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn trên địa bàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Quản lý tổng hợp chất thải rắn Quản lý tổng hợp chất thải rắn (intergrated solid waste management – ISWM) là một phần của phát triển bền vững. Cách tiếp cận này đang được nhiều nước trên thế giới áp dụng. Tại Việt Nam, quản lý tổng hợp CTR theo hướng bền vững là một trong 7 chương trình ưu tiên cao nhất được xác định trong “Chiến lược Bảo vệ môi trường Quốc gia 2001 -2010 và định hướng đến năm 2020”.

Đây là một cách tiếp cận xem xét nhiều khía cạnh từ hoạch định chính sách, xây dựng thể chế, giáo dục, áp dụng các biện pháp kinh tế đến thiết kế công nghệ với sự tham gia của các bên liên quan để quản lý CTR một cách hệ thống [15]. Các bên liên quan bao gồm cơ quan nhà nước, các tổ chức cộng đồng, tổ chức phi chính phủ, doanh nghiệp, cộng đồng địa phương. Kết hợp các bên liên quan là phối hợp, hợp tác cùng xây dựng chiến lược, thực hiện, cung cấp các dịch vụ quản lý chất thải. Chương trình ISWM được thực hiện liên tục, thống nhất và thông suốt giữa các bên liên quan.

Trong đó, các cơ quan quản lý có trách nhiệm xây dựng chiến lược, kế hoạch, phân công, phân cấp hành động dựa trên các điều kiện về thể chế, kinh tế - xã hội, kỹ thuật và điều kiện tự nhiên của khu vực. Còn các chủ thể phát thải cần phải đóng góp ý kiến và tham gia vào chương trình ISWM. Đánh giá hiệu quả của chương trình được tiến hành trong suốt quá trình thực hiện, từ đó xem xét, điều chỉnh linh hoạt kế hoạch đảm bảo phát triển kế hoạch và thực hiện mục tiêu của kế hoạch. Bởi vì chất thải rắn phát sinh từ các nguồn đa dạng và không có phương pháp quản lý CTR riêng lẻ nào có thể phù hợp để quản lý tất cả các dòng thải trong mọi trường hợp.

Vì vậy, ngoài việc phối hợp giữa các bên liên quan, còn cần một hệ thống phân cấp quản lý chất thải với mục tiêu là giảm thiểu đáng kể lượng chất thải rắn, sử dụng triệt để các loại chất thải như một nguồn tài nguyên giá trị thông qua phòng ngừa, tái sử dụng, tái chế và tận thu các loại năng lượng từ CTR trước khi thải bỏ chúng ra ngoài môi trường [27]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Mức độ ưu tiên giảm dần Phòng ngừa Tái sử dụng Tái chế Tiêu hủy, thu hồi năng lượng Thải bỏ Hình1.Hệ Hệthống thốngphân phâncấp cấpquản quảnlýlýchất CTR [30] thải Theo mức độ ưu tiên, phòng ngừa hay giảm thiểu chất thải là giải pháp được ưu tiên cao nhất, là chiến lược đầu tiên nhằm hạn chế tối đa sự phát sinh chất thải. Phòng ngừa chất thải bao gồm tăng hiệu suất sử dụng nguyên liệu, sử dụng các quy trình sản xuất tiêu tốn ít nguyên liệu, sản xuất các sản phẩm ít phát thải, sử dụng các sản phẩm bền hơn, có khả năng tái sử dụng, tái chế cao hơn. Ngăn ngừa CTR có thể thực hiện ở nhiều quy mô khác nhau, từ hộ gia đình đến các khu công nghiệp, khu thương mại.

Với quy mô công nghiệp, việc áp dụng chương trình sản xuất sạch hơn không chỉ giúp giảm thải tại nguồn mà còn hiệu quả về mặt kinh tế do giảm chi phí sử dụng nguyên nhiên liệu, giảm chi phí xử lý chất thải. Tại các hộ gia đình, giảm phát thải được thực hiện thông qua lựa chọn hàng hóa, thay đổi thói quen tiêu dùng, hướng tới các sản phẩm thân thiện với môi trường. Sau phòng ngừa CTR là tái sử dụng và tái chế CTR. Biện pháp này nhằm tận dụng các tính năng hữu dụng của chất thải.

Tái sử dụng là dùng lại sản phẩm hay nguyên liệu mà không có sự thay đổi đáng kể. Các loại CTR có khả năng tái sử dụng như quần áo cũ, đồ gia dụng cũ… Chúng được làm sạch hoặc sửa chữa trước khi được sử dụng lại. Tái chế là biến chất thải thành một chất mới hay sản phẩm mới. Các thành phần tái sinh, tái chế trong CTR như giấy, thủy tinh, nhựa, lon nhôm, sắt và thép, cao su… Tái chế rác thải giúp tạo nguồn nguyên vật liệu giá rẻ, 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] giải quyết vấn đề khan hiếm nguyên liệu, do đó giúp hạ giá thành sản phẩm.

Tái chế bao gồm cả sản xuất phân compost, là quá trình biến đổi sinh học chất thải dinh dưỡng thành phân hữu cơ dùng cho sản xuất nông nghiệp. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đang khuyến khích mối liên kết của các doanh nghiệp trong tái chế và tái sử dụng chất thải, tức là, chất thải của ngành nghề sản xuất này là đầu vào, nguyên liệu cho ngành sản xuất khác. Tại Việt Nam, hoạt động tái sử dụng, tái chế được thực hiện chủ yếu qua những người thu gom phế liệu. Hoạt động này giúp giảm 20-25% lượng CTR cho các bãi rác, giảm bớt chi phí cho công tác thu gom chất thải, tạo việc làm, thu nhập cho nhiều người.

Tuy nhiên, hoạt động tái chế thường được diễn ra tại các làng nghề với công nghệ, phương tiện cũ và lạc hậu dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường ở một số nơi như làng nghề sản xuất giấy Dương Ô (Bắc Ninh), làng nghề tái chế nhựa Minh Khai (Hưng Yên), làng nghề tái chế nhôm Bình Yên (Nam Định) Cấp ưu tiên tiếp theo là tiêu hủy có thu hồi năng lượng. Thu hồi năng lượng từ CTR bao gồm các quá trình, biện pháp nhằm chuyển đổi các vật liệu thải không thể tái sử dụng, tái chế thành nhiệt, điện hoặc nhiên liệu. Các biện pháp thu hồi năng lượng bao gồm đốt, khí hóa, nhiệt phân, hay thu khí bãi rác. Đối với những CTR không thể tái sử dụng, tái chế và biến đổi thành năng lượng thì biện pháp ở mức ưu tiên cuối cùng là thải bỏ.1 chỉ ra rằng, thu hồi năng lượng có mức độ ưu tiên thấp hơn tái sử dụng và tái chế nhưng không phải CTR nào cũng có thể tái sử dụng và tái chế nên thu hồi năng lượng vẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý CTR một cách hiệu quả.

Công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn (EFW – energy from waste) Công nghệ biến chất thải rắn thành năng lượng biến đổi chất thải rắn thành năng lượng dưới các hình thức khác nhau như nhiệt, điện, nhiên liệu khí hoặc lỏng. Điện có thể được sản xuất và nối vào lưới điện địa phương hay của quốc gia. Nhiệt có thể được sử dụng cho các mục đích sưởi ấm hoặc các quá trình nhiệt động lực học khác. Một số loại nhiên liệu sinh học có thể được chiết xuất từ các thành phần hữu cơ trong chất thải.

5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các công nghệ biến đổi chất thải rắn thành năng lượng[20][28] Công nghệ Công nghệ riêng Sản phẩm chính tổng quát Đốt Nhiệt Công nghệ nhiệt Khí hóa Khí tổng hợp hóa Nhiệt phân Dầu, than và khí tổng hợp Chất thải Plasma Khí tổng hợp rắn Công nghệ sinh Phân hủy kỵ khí Khí metan hóa Lên men Ethanol Phương pháp cơ Khí biogas và sinh học viên sinh khối 1. Công nghệ sinh hóa Công nghệ sinh hóa phù hợp với chất thải chứa các vật chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học chiếm tỷ lệ phần trăm cao. Công nghệ phân hủy kỵ khí Phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất thải hữu cơ trong điều kiện không có oxy.

Quá trình phân hủy diễn ra qua ba giai đoạn: - Giai đoạn phân hủy: giai đoạn này diễn ra sự phân hủy các chất hữu cơ phức tạp như protein, axit amin, lipid thành các chất hữu cơ đơn giản như axit béo, glyxerin dưới tác dụng của vi khuẩn closdium bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus. - Giai đoạn axit: nhờ vào vi khuẩn tổng hợp axetat để biến đổi các hydrocacbon thành axit có phân tử lượng thấp. - Giai đoạn tạo khí metan: khí metan được tạo ra nhờ quá trình phân hủy các axit. Thành phần khí tạo ra phụ thuộc vào thành phần của chất phân hủy, kỹ thuật áp dụng, nhiệt độ và thời gian ủ.

Thông thường, sản phẩm của quá trình bao gồm 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CH4 (55 - 65%), CO2( 35 - 45%) và các khí khác H2, N2, H2S… Nhiệt trị của sản phẩm khí 4.300 kcal/m3, trong đó methane có nhiệt trị cao nhất 9000 kcal/m3. Thể tích của CTR sau khi phân hủy có thể giảm từ 20-60% tùy thuộc vào thành phần hữu cơ trong chất thải[19]. Công nghệ lên men metan cho phép giảm lượng CO2 tương đương gấp 1,6 lần so với ủ phân compost[9]. Khí có thể chuyển hóa trực tiếp thành điện năng thông qua các pin nhiên liệu.

Tuy nhiên, quá trình này yêu cầu độ tinh khiết của khí cao, giá thành đắt. 100m3 khí/tấn rác 60%CH4- 560kWh 56kWh tổn thất 336kWh nhiệt/tấn rác 224 kWh điện/tấn rác 234 kWh xử 93 kWh nhiệt cho nhà 165 lý chất thải máy kWh/tấnrác 59 kWh điện cho nhà để bán Hình 1. Hiệu suất phát điện của công nghệ lên men metan [9] máy Khí bãi rác (LFG – Landfill gas) là một hỗn hợp phức tạp của các loại khí khác nhau, được tạo ra bởi tác động của các vi sinh vật trong một bãi rác. Về bản chất, khí bãi rác là khí sinh học.

Thành phần khí bãi rác điển hình là CH4 (khoảng 50 - 60%), CO2 (khoảng 40 -50%), các khí khác ( <1%). Khí metan thu hồi từ bãi chôn lấp có thể được sử dụng để đốt tạo hơi nước làm chạy tuabin phát điện. Tại Mỹ, với mỗi 1 triệu tấn rác thải đô thị có thể tạo ra khoảng 12.233 m3 LFG, đủ để cung cấp khoảng 0,78 MW điện hoặc 227. Khí metan được thu bằng các ống dẫn dưới lòng đất hoặc các giếng trong khu rác thải.

Thu hồi khí metan từ bãi rác vừa tạo nguồn năng lượng vừa giảm nguy cơ cháy nổ từ các bãi chôn lấp chất thải. Để kiểm soát bãi chôn lấp cần các phương tiện 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] gồm lớp lót đáy, hệ thống thu gom và thoát nước rò rỉ, hệ thống thu gom và thoát khí bãi rác, các lớp che phủ. Công nghệ lên men sinh ethanol Công nghệ lên men để tạo ethanol từ CTR thường được áp dụng với CTR nông nghiệp (rơm rạ, lõi ngô, trấu…) và chất thải ngành chế biến lâm sản (gỗ thừa, mùn cưa…) là những vật liệu chứa nhiều cellulose.