Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ "Tối ưu hóa hệ thống quản lý chất thải rắn ở thành phố Huế bằng công cụ đánh giá vòng đời (LCA)" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Trần Ngọc Tuấn, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Văn Thăng, chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường (mã số: 9850101) tại Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế (năm 2023).
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Chất thải rắn (CTR) phát sinh từ các hoạt động kinh tế - xã hội đang gia tăng nhanh chóng, tạo ra áp lực lớn đối với môi trường. Tại Việt Nam, khối lượng CTR năm 2019 tăng 146% so với năm 2010. Cơ cấu xử lý CTR trên phạm vi cả nước chủ yếu dựa vào ba phương pháp: chôn lấp (chiếm 71% tổng khối lượng), ủ phân hữu cơ (16%) và đốt (13%). Tại thành phố Huế, khối lượng phát sinh đạt gần 300 tấn CTR mỗi ngày, với phương thức xử lý chính là chôn lấp kết hợp ủ phân hữu cơ.
Theo Quy hoạch quản lý CTR tỉnh Thừa Thiên Huế đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, CTR của thành phố Huế được định hướng xử lý tại nhà máy đốt rác phát điện. Tuy nhiên, trước nghiên cứu này, địa phương chưa có công trình nào đánh giá và so sánh định lượng tác động môi trường của các phương pháp xử lý nêu trên. Công cụ Đánh giá Vòng đời (Life Cycle Assessment - LCA) đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới nhưng còn hạn chế tại Việt Nam do thiếu hụt dữ liệu và khung lý thuyết đồng bộ. Việc thực hiện luận án nhằm lấp đầy khoảng trống dữ liệu kiểm kê và hỗ trợ ra quyết định lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn tối ưu về mặt môi trường cho thành phố Huế.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu: Xác định kịch bản quản lý chất thải rắn (QLCTR) tối ưu về mặt môi trường cho thành phố Huế trên cơ sở phương pháp tiếp cận LCA.
- Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu đặc điểm thành phần và tính chất của CTR phát sinh tại thành phố Huế.
- Nghiên cứu phương thức quản lý, phương pháp vận hành hệ thống QLCTR ở thành phố Huế.
- Xây dựng các kịch bản QLCTR khác nhau áp dụng cho thành phố Huế dựa trên các dữ liệu khảo sát và các xu hướng phát triển của phương pháp xử lý CTR.
- Áp dụng công cụ LCA vào các kịch bản đã được xây dựng, từ đó phân tích, so sánh, lựa chọn kịch bản tối ưu, thân thiện với môi trường nhất để đề xuất áp dụng cho hoạt động QLCTR ở thành phố Huế.
Luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: Các kịch bản QLCTR ở thành phố Huế được xây dựng dựa trên cơ sở khoa học, chiến lược QLCTR quốc gia, cơ sở thực tiễn của địa phương và xu hướng phát triển công nghệ xử lý CTR.
- Luận điểm 2: LCA là phương pháp toàn diện và khoa học để hỗ trợ ra quyết định thông qua việc phân tích tác động đến môi trường của các kịch bản QLCTR; áp dụng LCA hỗ trợ việc lựa chọn kịch bản tối ưu về mặt môi trường cho hoạt động QLCTR của thành phố Huế.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống QLCTR thành phố Huế và phương pháp đánh giá tác động vòng đời.
- Phạm vi không gian: 27 phường thuộc thành phố Huế trước thời điểm mở rộng địa giới hành chính (01/7/2021) theo Nghị quyết số 1264/NQ-UBTVQH14 ngày 27/4/2021 của Ủy ban Thường vụ Quốc hội.
- Phạm vi thời gian: Giai đoạn 2017–2021. Trong đó, dữ liệu khảo sát thành phần CTR sinh hoạt (CTRSH) hộ gia đình và CTR đô thị (CTRĐT) thực hiện giai đoạn 2017–2018; cơ sở dữ liệu Ecoinvent được thu thập năm 2020.
- Giới hạn nội dung và ranh giới hệ thống:
- Tập trung vào CTRSH hộ gia đình và CTRĐT thông thường do Công ty Cổ phần Môi trường và Công trình Đô thị Huế (HEPCO) thu gom, vận chuyển; ranh giới tính toán từ hoạt động thu gom thứ cấp đến điểm xử lý cuối cùng.
- Không bao gồm rác thải xây dựng, CTR công nghiệp, bùn từ hệ thống thoát nước đô thị, bùn từ hệ thống xử lý nước thải, bùn bể tự hoại và chất thải nguy hại.
- Giới hạn tác động môi trường chỉ tính đến giai đoạn vận hành của các cơ sở xử lý, không tính giai đoạn xây dựng công trình.
- Đánh giá tối ưu hóa hệ thống chỉ xem xét khía cạnh tác động môi trường của hoạt động QLCTR.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu trước đây
Luận án tổng hợp các công trình nghiên cứu lý luận và thực nghiệm trong và ngoài nước liên quan đến QLCTR và công cụ LCA:
-
Khái niệm và nguyên lý Quản lý tổng hợp CTR (ISWM):
- Tchobanoglous và cộng sự (1993) xác định QLCTR là kiểm soát các khâu phát sinh, thu gom, lưu trữ, trung chuyển/vận chuyển, xử lý và loại bỏ CTR; đồng thời đề xuất khung QLTHCTR dựa trên 6 yếu tố chức năng (khối lượng phát sinh, phân loại - thu gom thủ công, thu gom, phân loại, vận chuyển - trung chuyển, thải bỏ cuối cùng) và cấu trúc hệ thống (chính sách, luật pháp, hành chính, giáo dục, kinh tế).
- Chiến lược quốc gia về quản lý tổng hợp CTR đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2050 định hướng quản lý toàn bộ vòng đời chất thải từ phát sinh đến xử lý cuối cùng.
-
Phân loại công cụ đánh giá trong QLCTR:
- Alkhuzai (2014) hệ thống hóa các nhóm công cụ quản lý và nhóm công cụ đánh giá tác động hỗ trợ ra quyết định.
- Allesch và Brunner (2014) thống kê các hướng áp dụng LCA trong QLCTR trên thế giới: 32% nghiên cứu trên tổng thể hệ thống QLCTR, 24% về phương pháp xử lý, 22% so sánh giữa các phương pháp xử lý, 11% đối với tái chế, 9% đánh giá tác động môi trường của thu gom và 3% thuộc các khía cạnh khác.
-
Các nghiên cứu LCA thực nghiệm trên thế giới:
- Ozeler và cộng sự (2006): Đánh giá tác động vòng đời của QLCTR đô thị tại Ankara (Thổ Nhĩ Kỳ).
- Banar và cộng sự (2009): Nghiên cứu lựa chọn hệ thống QLCTR cho thành phố Eskisehir (Thổ Nhĩ Kỳ).
- Abduli và cộng sự (2011): So sánh 2 kịch bản QLCTR tại thành phố Tehran (Iran).
- Alkhuzai (2014): Áp dụng LCA để phát triển hệ thống QLCTR cho thành phố Makkah (Ả Rập Xê Út).
-
Các nghiên cứu LCA và đặc trưng CTR tại Việt Nam và thành phố Huế:
- Nghiên cứu "Đánh giá tác động của các phương pháp xử lý rác thải đô thị vùng đồng bằng Sông Cửu Long – Việt Nam".
- Nghiên cứu "Ứng dụng đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) để nâng cao hiệu quả quản lý chất thải rắn ở Hà Nội".
- Nghiên cứu "Sử dụng đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) cho đánh giá tác động môi trường của hệ thống sản xuất biogas tập trung từ CTR đô thị trong các tòa nhà".
- Trang và cộng sự (2012): Khảo sát nguồn phát sinh CTR tại Huế (hộ gia đình chiếm 44,1%; hộ kinh doanh 25,7%; nhà hàng 21,5%; trường học 3,8%; khách sạn 3,2%; bệnh viện 1,2%; văn phòng 0,5%).
- Các nghiên cứu về phát sinh, đặc điểm CTR ở Bắc miền Trung và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phát thải thương mại/văn phòng tại Huế.
Khoảng trống luận án giải quyết
Phần lớn các nghiên cứu LCA trong QLCTR được thực hiện sau năm 2008 tại các nước phát triển. Tại các nước đang phát triển và Việt Nam, việc áp dụng còn hạn chế do thiếu dữ liệu kiểm kê thực tế. Đối với thành phố Huế, các công trình trước đây chỉ dừng lại ở khảo sát nguồn phát sinh và thành phần lý hóa đơn lẻ. Luận án là công trình đầu tiên tại Huế thiết lập bộ dữ liệu kiểm kê vòng đời (LCI) hoàn chỉnh từ khâu thu gom thứ cấp đến các công nghệ xử lý (chôn lấp Thủy Phương, ủ phân Thủy Phương, đốt rác phát điện Phú Sơn), từ đó mô hình hóa so sánh định lượng tác động môi trường của 5 kịch bản quản lý bằng phương pháp IMPACT 2002+.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khái niệm
- Định nghĩa CTR: Sử dụng định nghĩa theo Nghị định số 08/2022/NĐ-CP của Chính phủ quy định chi tiết một số điều của Luật Bảo vệ Môi trường, phân định CTR thông thường và CTR sinh hoạt.
- Khung lý thuyết LCA: Thực hiện theo phương pháp tiếp cận hệ thống gồm 4 giai đoạn chuẩn hóa: (1) Xác định mục tiêu và phạm vi; (2) Phân tích kiểm kê vòng đời (LCI); (3) Đánh giá tác động vòng đời (LCIA); (4) Giải thích vòng đời.
- Phương pháp đánh giá tác động (LCIA): Sử dụng phương pháp IMPACT 2002+ (Jolliet và cộng sự, 2003). Phương pháp này tính toán 15 loại tác động điểm giữa (midpoints) và quy đổi, đặc trưng hóa thành 4 nhóm tác động thiệt hại điểm cuối (damage categories/endpoints): Sức khỏe con người, Chất lượng hệ sinh thái, Biến đổi khí hậu và Tài nguyên. Khi tính tổng điểm môi trường, trọng số của 4 nhóm thiệt hại được thiết lập mặc định bằng nhau (hệ số bằng 1).
Phương pháp nghiên cứu định lượng và công cụ
- Đơn vị chức năng (Functional Unit): 1 tấn CTR qua hệ thống QLCTR của thành phố Huế.
- Phần mềm và Cơ sở dữ liệu: Phần mềm OpenLCA kết hợp cơ sở dữ liệu Ecoinvent phiên bản 3 (mô hình hậu quả - consequential model).
- Phương pháp khảo sát thực địa và lấy mẫu:
- Lấy mẫu CTRSH hộ gia đình: Tiến hành lấy mẫu tại 162 hộ gia đình trong 7 ngày liên tục (tháng 3/2017) để xác định khối lượng phát thải riêng và thành phần vật lý.
- Lấy mẫu CTR đô thị (CTRĐT): Thu mẫu từ 7 tuyến xe thu gom rác của HEPCO (tháng 3/2018) để phân tích thành phần 21 hợp phần rác thải.
- Nguồn dữ liệu thứ cấp: Thu thập số liệu kinh tế - xã hội, báo cáo khối lượng CTR thu gom của HEPCO, định mức tiêu thụ năng lượng (điện, dầu diesel), vật liệu, hóa chất tại bãi chôn lấp Thủy Phương, nhà máy sản xuất phân hữu cơ Thủy Phương và dữ liệu kỹ thuật của dự án nhà máy đốt rác phát điện Phú Sơn.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về CTR, thành phần CTR, quản lý tổng hợp CTR theo mô hình 6 yếu tố chức năng của Tchobanoglous và cộng sự (1993), cùng thứ bậc ưu tiên trong quản lý chất thải. Tác giả tổng thuật hệ thống chính sách, pháp luật về QLCTR của Việt Nam qua các thời kỳ và điểm lại kinh nghiệm quản lý CTR tại Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Mỹ.
Nội dung chương trình bày chi tiết nguyên lý công cụ LCA, cấu trúc 4 bước của tiêu chuẩn LCA, các ưu điểm (phân tích toàn diện, hỗ trợ ra quyết định) và nhược điểm (phức tạp, đòi hỏi dữ liệu lớn, chỉ xét khía cạnh môi trường). Chương 1 cũng phân loại các xu hướng nghiên cứu LCA trong QLCTR trên thế giới theo Allesch và Brunner (2014) và tổng hợp các công trình điển hình tại Thổ Nhĩ Kỳ, Iran, Ả Rập Xê Út, Hà Nội, Đồng bằng sông Cửu Long và Thừa Thiên Huế.
Chương 2. Đối tượng, quy trình và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 xác định đối tượng nghiên cứu là hệ thống QLCTR thành phố Huế và phương pháp LCA. Tác giả mô tả chi tiết quy trình lấy mẫu CTRSH tại 162 hộ gia đình (thời gian 7 ngày) và CTRĐT từ 7 tuyến xe thu gom rác.
Chương này thiết lập ranh giới hệ thống đánh giá vòng đời từ thu gom thứ cấp, vận chuyển đến xử lý cuối cùng với đơn vị chức năng là 1 tấn CTR. Quy trình tính toán kiểm kê (LCI) và đánh giá tác động vòng đời (LCIA) được tích hợp trong phần mềm OpenLCA sử dụng cơ sở dữ liệu Ecoinvent phiên bản 3 và phương pháp IMPACT 2002+ với 15 loại điểm giữa và 4 loại thiệt hại.
Thu gom thứ cấp -> Vận chuyển -> Xử lý (Chôn lấp / Ủ phân hữu cơ / Đốt phát điện / Tái chế)
Chương 3. Đánh giá thực trạng quản lý chất thải rắn ở thành phố Huế
Chương 3 trình bày điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của thành phố Huế: tọa độ địa lý 107°31’45’’–107°38’ Đ và 16°30’45’’–16°24’ B; nhiệt độ trung bình năm 24–25°C; lượng mưa trung bình năm khoảng 2.500 mm (mùa mưa từ tháng IX đến tháng II năm sau). Lũ lụt làm khối lượng CTR tăng từ 1,5 đến 2 lần, cá biệt đợt lũ năm 1999 và 2007 tăng gấp 3 lần. Tốc độ tăng trưởng kinh tế trung bình đạt 13,5%.
Về công tác quản lý, tỷ lệ thu gom CTR tại Huế đạt 98%, tần suất thu gom từ 1–3 ngày/lần. Hệ thống xử lý phụ thuộc chính vào bãi chôn lấp Thủy Phương. Kết quả khảo sát thực nghiệm về thành phần CTR được thể hiện qua các bảng số liệu chi tiết:
| STT |
Thành phần CTR đô thị Huế (Khảo sát tháng 3/2018) |
Tỷ lệ trung bình (%) |
Độ lệch chuẩn (%) |
| 1 |
Thực phẩm thừa |
50,8 |
8,3 |
| 2 |
Giấy in, vở học sinh |
0,3 |
0,3 |
| 3 |
Giấy carton |
2,8 |
0,5 |
| 4 |
Giấy khác |
1,8 |
1,4 |
| 5 |
Nhựa |
3,0 |
0,9 |
| 6 |
Nylon |
14,4 |
4,0 |
| 7 |
Dệt may |
5,0 |
1,7 |
| 8 |
Cao su |
0,2 |
0,2 |
| 9 |
Da |
0,3 |
0,3 |
| 10 |
Rác vườn |
9,5 |
4,7 |
| 11 |
Gỗ |
0,4 |
0,4 |
| 12 |
Thủy tinh |
3,1 |
3,4 |
| 13 |
Nhôm |
0,1 |
0,1 |
| 14 |
Sắt |
0,2 |
0,1 |
| 15 |
Đồng |
0,0 |
0,0 |
| 16 |
Inox |
0,0 |
0,0 |
| 17 |
Nguy hại |
0,7 |
1,2 |
| 18 |
Sành sứ, đất cát |
2,0 |
3,9 |
| 19 |
Xốp các loại |
0,8 |
0,5 |
| 20 |
Bỉm các loại |
2,0 |
2,1 |
| 21 |
Hỗn tạp |
2,9 |
1,9 |
Tổng nhóm rác hữu cơ chiếm 60,3% (thực phẩm và rác vườn), nhóm nhựa và nylon chiếm 17,4%.
| STT |
Thành phần CTRSH hộ gia đình Huế (Khảo sát tháng 3/2017) |
Tỷ lệ trung bình (%) |
Độ lệch chuẩn (%) |
| 1 |
Thực phẩm thừa |
59,6 |
19,1 |
| 2 |
Giấy A4, vở học sinh |
0,8 |
1,3 |
| 3 |
Giấy carton |
1,4 |
2,1 |
| 4 |
Giấy khác |
3,9 |
4,2 |
| 5 |
Nhựa |
3,0 |
3,2 |
| 6 |
Nylon |
12,0 |
10,1 |
| 7 |
Vải vụn (dệt may) |
1,3 |
3,3 |
| 8 |
Cao su |
0,1 |
0,4 |
| 9 |
Da |
0,1 |
0,8 |
| 10 |
Rác vườn |
7,1 |
10,1 |
| 11 |
Gỗ |
0,3 |
1,5 |
| 12 |
Thủy tinh |
0,9 |
2,5 |
| 13 |
Nhôm |
1,0 |
2,3 |
| 14 |
Sắt |
0,5 |
1,1 |
| 15 |
Đồng |
0,0 |
0,1 |
| 16 |
Inox |
0,0 |
0,1 |
| 17 |
Nguy hại |
0,2 |
0,7 |
| 18 |
Sành sứ, đất cát |
1,4 |
6,3 |
| 19 |
Xốp các loại |
0,4 |
0,9 |
| 20 |
Bỉm trẻ em |
3,9 |
9,3 |
| 21 |
Hỗn tạp |
1,8 |
3,7 |
Hệ số phát sinh CTRSH hộ gia đình đạt 274 ± 175 g/người/ngày (tương đương 1.181 g/hộ/ngày). Tổng khối lượng CTRSH hộ gia đình phát sinh tại thành phố Huế là 96,3 tấn/ngày, trong đó khối lượng có khả năng tái chế là 22,8 tấn/ngày. Tỷ lệ chất hữu cơ tổng cộng trong CTRSH hộ gia đình là 66,7%.
Chương 4. Đánh giá vòng đời các kịch bản quản lý CTR ở thành phố Huế
Chương 4 thiết lập 5 kịch bản QLCTR dựa trên định hướng phát triển công nghệ và quy hoạch địa phương:
- Kịch bản 1 (S1): Chôn lấp hợp vệ sinh 100% CTR tại Bãi chôn lấp rác Thủy Phương (cự ly vận chuyển 39,7 km).
- Kịch bản 2 (S2): Chôn lấp hợp vệ sinh kết hợp sản xuất phân hữu cơ (công suất nhà máy 200 tấn/ngày) và thu hồi vật liệu tái chế tại Thủy Phương (cự ly vận chuyển 39,7 km).
- Kịch bản 3 (S3): 100% CTR được xử lý bằng công nghệ đốt rác phát điện tại Khu xử lý CTR Phú Sơn, thị xã Hương Thủy, cách Huế 25 km về phía Nam (cự ly vận chuyển 61,7 km, tăng thêm 14 km so với Thủy Phương).
- Kịch bản 4 (S4): 50% CTR xử lý bằng đốt phát điện và 50% chôn lấp trực tiếp cùng tro xỉ sau đốt tại bãi chôn lấp Phú Sơn (cự ly vận chuyển 61,7 km).
- Kịch bản 5 (S5): Thu hồi tái chế thông qua phân loại tại nguồn tại hộ gia đình kết hợp chôn lấp phần còn lại (cự ly vận chuyển chôn lấp 61,7 km, vận chuyển tái chế 39,7 km).
Dữ liệu kiểm kê vòng đời (LCI) cho 1 tấn CTR
Dữ liệu kiểm kê vật chất, năng lượng, hóa chất cho các kịch bản được tổng hợp từ khảo sát và tính toán:
| Hạng mục kiểm kê |
Đơn vị |
S1 |
S2 (Chôn lấp + Ủ phân) |
S3 (Đốt phát điện) |
S4 (50% Đốt + 50% Chôn lấp) |
S5 (Phân loại + Chôn lấp) |
| Thành phần CTR xử lý |
|
|
|
|
|
|
| - Rác hữu cơ |
kg |
600 |
280,2 (chôn lấp) |
600 |
300 (đốt) + 300 (chôn) |
603 |
| - Giấy |
kg |
49 |
22,9 |
49 |
24,5 (đốt) + 24,5 (chôn) |
34 (+15 tái chế) |
| - Nhựa hỗn hợp / Nhựa |
kg |
182 |
114,1 |
182 |
91 (đốt) + 91 (chôn) |
144 (+37 tái chế) |
| - Dệt may / Vải |
kg |
50 |
50,0 |
50 |
25 (đốt) + 25 (chôn) |
50 |
| - Cao su |
kg |
- |
- |
2 |
1 (đốt) |
- |
| - Gỗ |
kg |
4 |
4,0 |
- |
2 (chôn) |
4 |
| - Kim loại (Nhôm, Sắt) |
kg |
3 (1 Al, 2 Fe) |
1,9 (0,6 Al, 1,3 Fe) |
- |
1,5 (0,5 Al, 1 Fe chôn) |
1 Fe (+2 Al, 1 Fe tái chế) |
| - Thủy tinh thu hồi |
kg |
- |
- |
- |
- |
2 (tái chế) |
| - Tro xỉ sau đốt |
kg |
- |
- |
- |
115 (chôn lấp) |
- |
| - Thành phần còn lại |
kg |
112 |
112,0 |
117 |
58,5 (đốt) + 56 (chôn) |
108 |
| Cắt giảm từ tái chế & ủ phân (S2) |
|
|
|
|
|
|
| - Phân hữu cơ sản xuất |
kg |
- |
131,4 |
- |
- |
- |
| - N, P, K cắt giảm |
kg |
- |
1,1 (N); 0,3 (P); 1,3 (K) |
- |
- |
- |
| - Kim loại, nhựa cắt giảm |
kg |
- |
0,4 (Al); 0,7 (Fe); 68 (Nhựa) |
- |
- |
- |
| Nhiên liệu & Năng lượng |
|
|
|
|
|
|
| - Dầu diesel |
L hoặc kg |
0,8 L |
0,4 L (chôn) + 0,6 L (ủ) |
0,076 kg |
0,038 kg (đốt) + 0,5 L (chôn) |
0,8 L |
| - Điện năng tiêu thụ |
kWh |
4,4 |
2,6 (chôn) + 21,1 (ủ) |
83 |
42 (đốt) + 2,7 (chôn) |
4,4 |
| - Điện sản sinh |
kWh |
- |
- |
435 |
218 |
- |
| - Điện bán lưới |
kWh |
- |
- |
352 |
176 |
- |
| Vật liệu & Hóa chất |
|
|
|
|
|
|
| - Nước cấp / Nước |
L hoặc m³ |
35,9 L |
21 L (chôn) + 31 L (ủ) |
2,8 m³ |
1,4 m³ (đốt) + 17,9 L (chôn) |
35,9 L |
| - PAC |
kg |
0,03 |
0,015 |
0,005 |
0,0025 (đốt) + 0,01 (chôn) |
0,03 |
| - Vôi bột (Lime) / Canxi oxit |
kg |
12,6 |
0,25 |
6 (CaO) |
3 CaO (đốt) + 6,3 vôi (chôn) |
12,6 |
| - Ca(OH)₂ (Calci hydroxide) |
kg |
6,6 |
0,13 |
9 |
4,5 (đốt) + 3,3 (chôn) |
6,6 |
| - Than hoạt tính |
kg |
- |
- |
0,3 |
0,15 |
- |
| - Amoniac |
kg |
- |
- |
1,4 |
0,7 |
- |
| - Dung dịch kiềm |
kg |
- |
- |
0,225 |
0,1125 |
- |
| - Polymer foaming |
kg |
1,5 |
0,03 |
- |
0,7 (chôn) |
1,5 |
| - NaHSO₃, NaOCl, Na₂CO₃ |
kg |
- |
- |
0,0015; 0,00009; 0,1 |
0,00075; 0,000045; 0,05 |
- |
| Cự ly vận chuyển |
km |
39,7 |
39,7 |
61,7 |
61,7 |
61,7 (rác) / 39,7 (tái chế) |
Kết quả phân tích tác động điểm giữa (Midpoints) theo IMPACT 2002+
Tính toán cho 15 loại tác động điểm giữa trên 1 tấn CTR:
| STT |
Loại tác động điểm giữa |
Đơn vị |
S1 |
S2 |
S3 |
S4 |
S5 |
| 1 |
Độc tính gây ung thư |
kg C₂H₃Cl-eq |
2,57 |
1,22 |
0,35 |
1,46 |
3,70 |
| 2 |
Độc tính không gây ung thư |
kg C₂H₃Cl-eq |
12,6 |
22,3 |
4,17 |
8,36 |
22,8 |
| 3 |
Bệnh hô hấp do chất vô cơ |
kg PM2.5-eq |
7,45×10⁻² |
-7,69×10⁻² |
-1,39 |
-0,66 |
-8,24×10⁻² |
| 4 |
Suy giảm tầng ozone |
kg CFC-11-eq |
6,17×10⁻⁶ |
4,50×10⁻⁶ |
9,13×10⁻⁶ |
7,65×10⁻⁶ |
5,47×10⁻⁶ |
| 5 |
Bức xạ ion hóa |
Bq C-14-eq |
2,59×10² |
-7,08×10² |
-4,48×10³ |
-2,11×10³ |
-2,87×10² |
| 6 |
Bệnh hô hấp do chất hữu cơ |
kg C₂H₄-eq |
3,09×10⁻² |
1,17×10⁻² |
-1,78×10⁻² |
6,56×10⁻³ |
2,51×10⁻² |
| 7 |
Độc tính sinh thái thủy sinh |
kg TEG water |
1,42×10⁴ |
1,04×10⁴ |
-6,79×10⁴ |
-2,69×10⁴ |
1,91×10⁴ |
| 8 |
Độc tính sinh thái trên cạn |
kg TEG soil |
3,55×10³ |
2,04×10³ |
-2,72×10⁴ |
-1,18×10⁴ |
5,79×10³ |
| 9 |
Axit hóa & dinh dưỡng trên cạn |
kg SO₂-eq |
1,26 |
3,99 |
-6,89 |
-2,82 |
0,48 |
| 10 |
Axit hóa thủy sinh |
kg SO₂-eq |
0,48 |
0,89 |
-2,69 |
-1,10 |
0,17 |
| 11 |
Phú dưỡng |
kg PO₄ P-lim |
6,44×10⁻² |
1,63×10⁻² |
-0,28 |
-0,11 |
4,58×10⁻² |
| 12 |
Chiếm đất |
m²org.arable |
3,88 |
-4,88 |
-46,8 |
-21,4 |
-5,16 |
| 13 |
Nóng lên toàn cầu |
kg CO₂-eq |
1,61×10² |
44,5 |
29,7 |
95,5 |
1,20×10² |
| 14 |
Khai thác khoáng sản |
MJ surplus |
0,73 |
-0,53 |
-2,85 |
-1,06 |
-0,39 |
| 15 |
Năng lượng không tái tạo |
MJ primary |
6,44×10² |
-6,82×10² |
-6,46×10³ |
-2,91×10³ |
27,9 |
Kết quả đánh giá theo 4 loại thiệt hại (Endpoints)
Đặc trưng hóa các giá trị điểm giữa về 4 nhóm thiệt hại:
| Loại thiệt hại |
Đơn vị |
S1 |
S2 |
S3 |
S4 |
S5 |
| Sức khỏe con người |
DALY |
7,42×10⁻⁵ |
-1,99×10⁻⁵ |
-9,66×10⁻⁴ |
-4,46×10⁻⁴ |
-1,93×10⁻⁵ |
| Chất lượng hệ sinh thái |
PDFm²yr |
7,85 |
0,13 |
-69,8 |
-31,0 |
-2,40 |
| Biến đổi khí hậu |
kg CO₂-eq |
161 |
44,5 |
29,7 |
95,5 |
120 |
| Suy thoái tài nguyên |
MJ |
2,94×10⁴ |
-3,11×10⁴ |
-2,95×10⁵ |
-1,33×10⁵ |
1,27×10³ |
- Sức khỏe con người: Kịch bản S3 có tác động tích cực lớn nhất (-9,66×10⁻⁴ DALY/tấn) do cắt giảm lớn từ việc thay thế nguồn điện lưới, trong khi S1 gây tác hại lớn nhất (7,42×10⁻⁵ DALY/tấn). Tác nhân chi phối lớn nhất là bệnh đường hô hấp do chất vô cơ.
- Chất lượng hệ sinh thái: Thứ tự tác động từ tích cực nhất đến tiêu cực nhất là S3 (-69,8) > S4 (-31,0) > S5 (-2,40) > S2 (0,13) > S1 (7,85) PDFm²yr.
- Biến đổi khí hậu: Phát thải CO₂ tương đương trên 1 tấn CTR theo thứ tự từ tiêu cực nhất đến tích cực nhất là S1 (161) > S5 (120) > S4 (95,5) > S2 (44,5) > S3 (29,7) kg CO₂-eq.
- Tài nguyên: S3 đạt hiệu quả cắt giảm tài nguyên cao nhất (-2,95×10⁵ MJ), trong khi S1 tiêu hao tài nguyên lớn nhất (2,94×10⁴ MJ).
Kết quả chuẩn hóa và tổng điểm LCA
Chuẩn hóa đưa về giá trị điểm môi trường tổng hợp (trọng số bằng 1):
| Loại thiệt hại |
S1 |
S2 |
S3 |
S4 |
S5 |
| Sức khỏe con người |
1,05×10⁻² |
-2,80×10⁻³ |
-0,136 |
-6,28×10⁻² |
-2,71×10⁻³ |
| Chất lượng hệ sinh thái |
5,69×10⁻⁴ |
9,49×10⁻⁶ |
-5,06×10⁻³ |
-2,24×10⁻³ |
-1,74×10⁻⁴ |
| Biến đổi khí hậu |
1,39×10⁻² |
3,84×10⁻³ |
2,26×10⁻³ |
8,24×10⁻³ |
1,03×10⁻² |
| Tài nguyên |
0,19 |
-0,20 |
-1,94 |
-0,87 |
8,37×10⁻³ |
| Tổng điểm LCA |
0,22 |
-0,20 |
-2,08 |
-0,93 |
0,02 |
Xếp hạng mức độ thân thiện với môi trường của các kịch bản: S3 (-2,08) > S4 (-0,93) > S2 (-0,20) > S5 (0,02) > S1 (0,22). Nhóm thiệt hại tài nguyên đóng vai trò chi phối quyết định đến điểm số cuối cùng.
Phân tích độ nhạy và nhu cầu sử dụng đất chôn lấp
- Độ nhạy tỷ lệ tái chế ở kịch bản S2: Khi tỷ lệ tái chế đạt từ 50% trở lên, kịch bản S2 chuyển sang trạng thái tác động môi trường tích cực và cho kết quả tốt hơn kịch bản S5. Biến thiên tỷ lệ tái chế từ 10% đến 90% không làm thay đổi thứ hạng tương đối của S2 so với S1, S3 và S4.
- Độ nhạy tỷ lệ đốt ở kịch bản S4: Khi tỷ lệ đốt đạt trên 20%, S4 bắt đầu có tác động môi trường tích cực; khi tỷ lệ đốt đạt từ 30% trở lên, S4 thân thiện môi trường hơn S2.
- Nhu cầu sử dụng đất chôn lấp: Kịch bản S3 có nhu cầu diện tích bãi chôn lấp thấp nhất, chỉ bằng 9% so với S1. Nhu cầu đất của S2 bằng 52% so với S1; S4 bằng 53% so với S1; trong khi S5 có nhu cầu đất chôn lấp rất cao, bằng 94% so với S1.
Kết quả và những đóng góp mới
Những đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn
- Đóng góp mới về mặt khoa học:
- Lần đầu tiên ứng dụng phương pháp luận và quy trình đánh giá vòng đời (LCA) theo chuẩn quốc tế vào hệ thống QLCTR tại thành phố Huế.
- Thiết lập bộ dữ liệu kiểm kê vòng đời (LCI) chi tiết cho các công nghệ xử lý CTR đô thị tại miền Trung Việt Nam, làm giàu cơ sở dữ liệu tính toán tác động môi trường cho chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường.
- Đóng góp mới về mặt thực tiễn:
- Xác định kịch bản tối ưu về môi trường là kịch bản S3 (100% CTR được xử lý bằng công nghệ đốt rác phát điện tại Phú Sơn) với tổng điểm tác động môi trường thấp nhất (-2,08 điểm) và diện tích đất chôn lấp giảm 91% so với chôn lấp trực tiếp (S1).
- Chứng minh định lượng việc sản xuất phân hữu cơ (kịch bản S2) tiêu hao nhiều điện năng (21,1 kWh/tấn) nên hiệu quả cải thiện môi trường tổng thể không cao bằng đốt phát điện thu hồi năng lượng.
- Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để các nhà quản lý và hoạch định chính sách của tỉnh Thừa Thiên Huế lựa chọn giải pháp công nghệ đáp ứng Chiến lược quốc gia về QLTHCTR (đạt mục tiêu tỷ lệ chôn lấp trực tiếp dưới 30%).
Kiến nghị và giải pháp đề xuất
- Lựa chọn kịch bản: Áp dụng kịch bản S3 (đốt rác phát điện tại nhà máy Phú Sơn) làm phương án quản lý CTR chính cho thành phố Huế.
- Điều chỉnh phân loại tại nguồn: Thay đổi phương thức phân loại CTRSH tại nguồn để phục vụ trực tiếp cho công nghệ đốt phát điện, chuyển thành 4 nhóm:
- Nhóm cháy được.
- Nhóm tái chế, tái sử dụng.
- Nhóm nguy hại.
- Nhóm không cháy.
- Kế hoạch giai đoạn đến năm 2030: Giai đoạn 2014–2020, khối lượng CTR của thành phố tăng trung bình 6,5%/năm. Dự báo đến năm 2030, lượng CTR phát sinh sẽ tiệm cận 600 tấn/ngày (đạt công suất thiết kế tối đa của Nhà máy đốt rác Phú Sơn). Do đó, tác giả kiến nghị trước năm 2030 cần bổ sung thêm phương án ủ phân hữu cơ kết hợp để giảm tải và tối ưu hóa nhu cầu sử dụng đất chôn lấp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án
- Đánh giá tối ưu hóa trong luận án mới chỉ tập trung vào khía cạnh tác động môi trường, chưa tích hợp phân tích chi phí vòng đời kinh tế (LCC) và đánh giá vòng đời xã hội (s-LCA).
- Giới hạn tác động môi trường chỉ tính toán trong giai đoạn vận hành của các công trình xử lý, chưa tính đến tác động môi trường trong giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng.
- Một số dòng kiểm kê nền phải dựa vào cơ sở dữ liệu thứ cấp quốc tế (Ecoinvent 3) do hệ thống dữ liệu kiểm kê chuẩn hóa tại Việt Nam chưa hoàn thiện.
- Giới hạn không gian chỉ nghiên cứu trên 27 phường của thành phố Huế trước thời điểm sáp nhập, mở rộng địa giới hành chính ngày 01/7/2021.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Mở rộng mô hình nghiên cứu kết hợp cả ba khía cạnh Môi trường - Kinh tế - Xã hội trong đánh giá vòng đời để đưa ra các đề xuất toàn diện, phù hợp với năng lực tài chính và điều kiện xã hội của địa phương.
- Cơ quan quản lý nhà nước cần chuẩn hóa hệ thống dữ liệu thứ cấp về định mức tiêu hao năng lượng, vật liệu và phát thải trong QLCTR để nâng cao độ tin cậy cho các nghiên cứu LCA tiếp theo.
- Ứng dụng quy trình LCA của luận án để đánh giá, so sánh lựa chọn công nghệ xử lý CTR cho các đô thị và địa phương khác trên toàn quốc.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho các đối tượng:
- Cơ quan quản lý nhà nước và đơn vị vận hành: Ủy ban nhân dân tỉnh Thừa Thiên Huế, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thừa Thiên Huế, Công ty Cổ phần Môi trường và Công trình Đô thị Huế (HEPCO) có thể sử dụng số liệu kiểm kê và kết quả so sánh kịch bản để xây dựng quy hoạch QLCTR, thiết kế chương trình phân loại rác 4 nhóm và vận hành nhà máy đốt rác phát điện Phú Sơn.
- Nhà nghiên cứu, giảng viên và nghiên cứu sinh: Cung cấp khung phương pháp luận hoàn chỉnh về việc tích hợp phần mềm OpenLCA, cơ sở dữ liệu Ecoinvent và mô hình IMPACT 2002+ trong việc đánh giá hệ thống quản lý môi trường đô thị tại Việt Nam. Phần dữ liệu thành phần CTR đô thị và CTRSH hộ gia đình (Bảng 3.1 và Bảng 3.2) là nguồn số liệu cơ sở đáng tin cậy phục vụ nghiên cứu so sánh đặc tính chất thải rắn khu vực miền Trung.
Câu hỏi thường gặp
1. Kịch bản quản lý chất thải rắn nào được xác định là tối ưu nhất cho thành phố Huế và tổng điểm số môi trường là bao nhiêu?
Kịch bản 3 (S3 - 100% CTR được thu gom đưa về xử lý bằng công nghệ đốt rác phát điện tại Phú Sơn) là kịch bản tối ưu và thân thiện với môi trường nhất. Tổng điểm đánh giá vòng đời (LCA) của kịch bản S3 đạt -2,08 điểm (giá trị âm thể hiện lợi ích môi trường nhờ cắt giảm phát thải và thu hồi năng lượng điện).
2. Thành phần và hệ số phát thải chất thải rắn sinh hoạt hộ gia đình tại thành phố Huế được xác định như thế nào?
Theo khảo sát tại 162 hộ gia đình trong 7 ngày liên tục (tháng 3/2017), hệ số phát sinh CTRSH trung bình đạt 274 ± 175 g/người/ngày (tương đương 1.181 g/hộ/ngày). Tổng khối lượng phát sinh toàn thành phố là 96,3 tấn/ngày (khối lượng có thể tái chế là 22,8 tấn/ngày). Thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất là thực phẩm thừa (59,6% ± 19,1%), bao bì nylon (12,0% ± 10,1%), rác vườn (7,1% ± 10,1%) và bỉm trẻ em (3,9% ± 9,3%). Tổng lượng rác hữu cơ chiếm 66,7%.
3. Tại sao kịch bản đốt rác phát điện (S3) có cự ly vận chuyển xa hơn nhưng vẫn thân thiện với môi trường hơn kịch bản chôn lấp tại Thủy Phương (S1)?
Mặc dù khoảng cách vận chuyển của kịch bản S3 là 61,7 km (dài hơn so với 39,7 km của kịch bản S1 tại Thủy Phương), kịch bản S3 vẫn vượt trội về môi trường nhờ: (1) Khả năng sản sinh 435 kWh điện/tấn CTR (bán ra lưới 352 kWh điện/tấn), giúp thay thế nguồn điện năng truyền thống và mang lại chỉ số cắt giảm tài nguyên rất lớn (-2,95×10⁵ MJ); (2) Giảm thiểu triệt để thể tích chất thải chôn lấp, làm giảm phát thải khí nhà kính (chỉ phát thải 29,7 kg CO₂-eq/tấn so với 161 kg CO₂-eq/tấn của S1) và giảm diện tích đất chôn lấp tới 91%.
4. Tác giả kiến nghị phân loại chất thải rắn sinh hoạt tại nguồn thành những nhóm nào khi vận hành nhà máy đốt rác phát điện?
Để phù hợp với công nghệ xử lý đốt rác phát điện, tác giả kiến nghị điều chỉnh việc phân loại CTRSH tại nguồn thành 4 nhóm:
- Nhóm cháy được.
- Nhóm tái chế, tái sử dụng.
- Nhóm nguy hại.
- Nhóm không cháy.
5. Kết quả phân tích độ nhạy ở kịch bản S2 và S4 cho thấy điều gì?
- Đối với kịch bản S2 (ủ phân kết hợp chôn lấp): Khi tỷ lệ thu hồi tái chế đạt từ 50% trở lên, điểm tác động môi trường mới chuyển sang giá trị âm (tác động tích cực) và tốt hơn kịch bản S5.
- Đối với kịch bản S4 (đốt kết hợp chôn lấp): Khi tỷ lệ đốt đạt trên 20%, kịch bản bắt đầu có tác động môi trường tích cực; khi tỷ lệ đốt đạt từ 30% trở lên, hiệu quả môi trường của S4 vượt qua kịch bản S2.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Ngọc Tuấn đã ứng dụng công cụ Đánh giá Vòng đời (LCA) với phương pháp IMPACT 2002+ và phần mềm OpenLCA để phân tích, so sánh tác động môi trường của 5 kịch bản quản lý chất thải rắn tại thành phố Huế. Kết quả nghiên cứu khẳng định kịch bản đốt rác phát điện 100% (S3) tại Phú Sơn là giải pháp tối ưu nhất về môi trường với tổng điểm số LCA đạt -2,08 điểm, phát thải khí nhà kính thấp nhất (29,7 kg CO₂-eq/tấn) và tiết kiệm 91% diện tích đất bãi chôn lấp so với kịch bản chôn lấp hợp vệ sinh (S1). Công trình cung cấp hệ thống dữ liệu kiểm kê khoa học, đồng thời kiến nghị giải pháp phân loại rác tại nguồn thành 4 nhóm và lộ trình tích hợp công nghệ ủ phân hữu cơ trước năm 2030 nhằm phục vụ công tác quy hoạch phát triển bền vững của địa phương.
