Tài liệu định lượng phát thải khí methane tại bãi chôn lấp xuân sơn, thị xã sơn tây, thành phố hà nội

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỊNH LƯỢNG PHÁT THẢI KHÍ METHANE TẠI BÃI CHÔN LẤP XUÂN SƠN, THỊ XÃ SƠN TÂY, THÀNH PHỐ HÀ NỘI CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG KIỀU THANH BÌNH HÀ NỘI, NĂM 2018 i BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỊNH LƯỢNG PHÁT THẢI KHÍ METHANE TẠI BÃI CHÔN LẤP XUÂN SƠN, THỊ XÃ SƠN TÂY, THÀNH PHỐ HÀ NỘI KIỀU THANH BÌNH CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. THÁI THỊ THANH MINH 2. PGS. TS. LÊ VĂN HƯNG HÀ NỘI, NĂM 2018 ii CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn 1: TS. Thái Thị Thanh Minh Cán bộ hướng dẫn 2: PGS. TS. Lê Văn Hưng Cán bộ chấm phản biện 1: PGS. TS. Mai Văn Trịnh Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Lê Ngọc Thuấn Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày ……. tháng …… năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi, được sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Thái Thị Thanh Minh - Bộ môn Biến đổi khí hậu và phát triển bền vững - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội; PGS. TS. Lê Văn Hưng - Bộ môn Quản lý tài nguyên thiên nhiên - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của vấn đề nghiên cứu. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Hà Nội, ngày ….. tháng .… năm 2018 HỌC VIÊN THỰC HIỆN LUẬN VĂN Kiều Thanh Bình ii LỜI CẢM ƠN Sau khi kết thúc chương trình cao học tại trường Đại Học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Tôi đã được giao đề tài và làm luận văn nghiên cứu về “Định lượng phát thải khí Methane tại bãi chôn lấp Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội”. Không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người. Để luận văn này đạt kết quả tốt nhất, bản thân tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy, các cô, các cơ quan, tổ chức, cá nhân. Với lòng biết ơn chân thành cho phép tôi được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến tất cả thầy cô trong khoa Môi Trường, bộ môn Biến đổi khí hậu và phát triển bền vững, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường, các cá nhân và cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới TS. Thái Thị Thanh Minh, PGS. TS. Lê Văn Hưng là giáo viên hướng dẫn, thầy cô đã dành tất cả tâm huyết, thời gian quý báu để hướng dẫn, chỉ bảo, dìu dắt giúp đỡ bản thân tôi hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này. Đồng thời, tôi xin được gửi lời cảm ơn ban lãnh đạo và các đồng nghiệp của Công ty cổ phần Xây dựng và Môi trường Vinahenco là đơn vị tôi đang công tác hiện nay, các anh chị thuộc Trung tâm Quan trắc và Phân tích tài nguyên môi trường Hà Nội, đã tạo điều kiện về mặt thời gian cũng như hỗ trợ quá trình lấy mẫu trong Luận văn tốt nghiệp này. Và cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên cạnh, động viên, giúp tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành khóa học này. Với điều kiện và vốn kiến thức hiểu biết còn rất nhiều hạn chế vì vậy luận văn này không thể tránh được nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn, trau dồi nâng cao kiến thức của bản thân phục vụ cho quá trình công tác sau này. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày …… tháng …….. năm 2018 HỌC VIÊN Kiều Thanh Bình iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... ii THÔNG TIN LUẬN VĂN ..................................................................................................v DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................................... ix MỞ ĐẦU ..............................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ...........................................................................................................2 3. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................................2 4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................3 1.1. Phát thải khí Methane - Nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính ......................................3 1.1.1.Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về định lượng phát thải khí methane từ BCL .................................................................................................................................7 1.1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam .....................................................................................13 1.2. Hiện trạng thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt ...........................................................16 1.2.1. Trên thế giới .............................................................................................................16 1.2.2. Tại Việt Nam ............................................................................................................20 1.3. Tổng quan về bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka – Bãi rác Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội. ...............................................................................................23 1.3.1. Vị trí khu xử lý rác Xuân Sơn ..................................................................................23 1.3.2. Bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka - Nhật Bản .......................................................24 1.3.3. Chôn lấp rác theo công nghệ Fukuoka - Bãi rác Xuân Sơn .....................................27 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............30 iv 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ..................................................................................30 2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................30 2.2.1. Phương pháp điều tra, thu thập và tổng hợp tài liệu thứ cấp ...................................30 2.2.2. Phương pháp khảo sát, lấy mẫu và phân tích mẫu ...................................................30 2.3.3. Phương pháp tính toán theo mô hình .......................................................................41 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...........................................46 3.1. Điều tra khảo sát hoạt động chung của bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ...............46 3.1.1. Cấu tạo ô chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ................................................................46 3.1.2. Quy trình chôn lấp đang được áp dụng tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ......47 3.1.3. Thành phần và độ ẩm của rác thải sinh hoạt chôn lấp .............................................49 3.1.4. Khối lượng chất thải rắn được chôn lấp tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka - Xuân Sơn .........................................................................................................................52 3.2. Phát thải khí methane từ quá trình chôn lấp tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka .................................................................................................................................. 3.2.1. Xác định các thông số đầu vào cho mô hình............................................................54 3.2.2. Ước tính tải lượng phát thải khí Methane (CH4) tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka từ năm 2015- 2017 ..............................................................................................58 3.2.3. Dự tính tải lượng phát thải khí methane tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka đến năm 2020 .....................................................................................................................60 3.2.3.1. Dự báo khối lượng chất thải rắn phát sinh ............................................................61 3.2.3.2. Dự tính tải lượng khí methane phát thải đến năm 2020 ........................................62 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................64 4.1. Kết luận .......................................................................................................................64 4.2. Kiến nghị .....................................................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................67 PHỤ LỤC ............................................................................... Error! Bookmark not defined. v THÔNG TIN LUẬN VĂN Họ và tên học viên : Kiều Thanh Bình. Lớp CH2AMT. : Cán bộ hướng dẫn : TS. Thái Thị Thanh Minh; PGS. TS. Lê Văn Hưng. Tên đề tài Định lượng phát thải khí Methane tại bãi chôn lấp Xuân : Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội. Tóm tắt : Trên cơ sở điều tra khảo sát, phân loại thành phần chất thải rắn sinh hoạt, đo đạc thực địa nồng độ khí methane (CH4) tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka – Xuân Sơn và sử dụng mô hình IPCC (2006) để tính toán tải lượng phát thải khí methane. Luận văn đã xác định được thành phần rác thải sinh hoạt, tính toán được tải lượng phát thải khí methane, dự báo được tải lượng khí methane trong tương lai theo hai kịch bản khác nhau. Ngoài ra, luận văn còn là cơ sở dữ liệu chính xác và cụ thể để tính toán cân bằng cacbon phục vụ cho việc xây dựng báo cáo phân tích phát thải KNK. Từ khóa sinh hoạt. : Phát thải khí methane, mô hình IPCC (2006), rác thải Summary : Basing on the survey, classification of solid waste, field measurements of methane (CH4) concentration at Fukuoka Central Gas Sales Facility - Xuan Son and using the IPCC model (2006) to Calculating the methane discharge load, the essay identifies the composition of domestic waste, calculates the methane discharge load, forecasts the future methane discharge load in two scenarios. In addition, the dissertation is an accurate and specific database for calculating carbon balance for the development of the GHG emission analysis report. Key words waste. : Emissions of methane, IPCC (2006) model, domestic vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Bãi chôn lấp rác lộ thiên và hồ chứa nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn ................5 Hình 1.2. Vị trí bãi chôn lấp Xuân Sơn ..............................................................................24 Hình 1.3. Vị trí bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ...........................................................25 Hình 1.4. Hệ thống thu nước rỉ rác dưới đáy ô chôn lấp...................................................26 Hình 1.5. Hệ thống đường ống kiểu xương cá ...................................................................26 Hình 2.1. Phương pháp đánh đống chất thải theo hình nón ...............................................33 Hình 2.2. Quy trình thực hiện lấy mẫu theo phương pháp ¼ ............................................34 Hình 2.3. Sơ đồ quy trình tạo mẫu phân tích chất thải rắn ................................................35 Hình 2.4. Vị trí lấy mẫu rác tại phường Ngô Quyền – thị xã Sơn Tây ..............................36 Hình 2.5. Vị trí lấy mẫu rác tại thị trấn Liên Quan – huyện Thạch Thất ...........................36 Hình 2.6. Vị trí lấy mẫu rác tại thị trấn Tây Đằng – huyện Ba Vì .....................................36 Hình 2.7. Bộ dụng cụ máy đo nhanh đơn, đa chỉ tiêu khí ..................................................37 Hình 2.8. Vị trí cổng thu khí vào và thoát khí ra trên máy đo nhanh ................................39 Hình 2.9. Nút điều hướng và màn hình hiện thị chỉ tiêu cần đo nhanh .............................40 Hình 2.10. Kết quả sau khi thiết lập các thông số trên máy đo .........................................40 Hình 2.11. Lấy mẫu khí tại vị trí ống thoát khí số 7 và số 3 bãi chôn lấp Fukuoka ..........41 Hình 3.1. Vị trí 11 ống thoát khí tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ...........................46 Hình 3.2. Quy trình vận chuyển và tiếp nhận rác tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka .................................................................................................................................. Hình 3.3. Lấy mẫu rác tại vị trí số 2 phường Ngô Quyền – thị xã Sơn Tây ......................51 Hình 3.4. Lấy mẫu rác tại vị trí số 3 thị trấn Liên Quan - huyện Thạch Thất ...................51 Hình 3.5. Tổng lượng rác thải sinh hoạt xử lý tại BCL bán hiếu khí Fukuoka từ 2015-2017 ............................................................................................................................. Hình 3.6. Diễn biến khối lượng rác thải sinh hoạt của huyện Thạch Thất, huyện Ba Vì và thị xã Sơn Tây từ năm 2015 – 2017 .........................................................................53 vii Hình 3.7. Tải lượng khí methane từ năm 2015 - 2017 .......................................................59 Hình 3.8. Tổng khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh và được thu gom xử lý đến năm 2020 ............................................................................................................................61 Hình 3.9. Biểu đồ so sánh mức độ phát thải khí methane giữa hai kịch bản .....................63 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. So sánh tổng phát thải khí nhà kính các năm 1994, 2000 và 2010 .....................4 Bảng 1.2. Tỷ lệ thành phần các khí chủ yếu sinh ra từ BCL ..............................................5 Bảng 1.3. Bảng so sánh các thông số đầu vào của mô hình USEPA (2005) và IPCC (2006) ...............................................................................................................................12 Bảng 1.4. Phân loại chất thải sinh hoạt ở một số khu vực, thành phố lớn của Việt Nam ................................................................................................................................... Bảng 1.5. Đánh giá hiện trạng của một số BCL điển hình ở Việt Nam ............................22 Bảng 2.1. Thời gian và điều kiện thời tiết các đợt lấy mẫu rác của đề tài ........................32 Bảng 2.2. Các thông số và giới hạn đo của máy đo nhanh đơn, đa chỉ tiêu khí Gas Data GFM400 Series .........................................................................................................37 Bảng 2.3. Vị trí tọa độ các điểm lấy mẫu khí ....................................................................38 Bảng 3.1. Thành phần rác thải sinh hoạt tại đầu vào của bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka - Xuân Sơn ........................................................................................................50 Bảng 3.2. Độ ẩm rác thải sinh hoạt tại đầu vào của bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka - Xuân Sơn ........................................................................................................51 Bảng 3.3. Giá trị thông số tính toán phần Cacbon có thể phân hủy ..................................55 Bảng 3.4. Kết quả quan trắc khí Methane (CH4) trong bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka – Xuân Sơn .........................................................................................................56 Bảng 3.5. Hệ số tương quan hiệu chỉnh methane (CH4) MCF của từng loại bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt ........................................................................................................58 Bảng 3.6. Giá trị của hệ số tốc độ phân hủy (k) ................................................................58 ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BCL : Bãi chôn lấp CTR : Chất thải rắn CH4 : Methane CO2 : Cacbonic NH3 : Ammonia H2S : Hydrogen sulfide KNK : Khí nhà kính BĐKH : Biến đổi khí hậu HVS : Hợp vệ sinh CTRSH : Chất thải rắn sinh hoạt Tp HCM : Thành phố Hồ Chí Minh CTRĐT : Chất thải rắn đô thị CDM : Cơ chế phát triển sạch 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bảo vệ môi trường là một trong những vấn đề mang tính chất toàn cầu, không chỉ ở riêng Việt Nam mà các nước trên thế giới. Trong những năm gần đây, ở nước ta, tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh, mạnh mẽ, nhiều đô thị được nâng cấp và mở mới, cùng với tốc độ gia tăng dân số không ngừng, làm gia tăng khối lượng chất thải rắn đô thị, suy giảm chất lượng môi trường sống. Chất thải rắn đô thị có thành phần chính là chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH), thường chiếm khoảng 60-70% tổng lượng chất thải rắn phát sinh. Hiện nay, tổng lượng rác thải rắn đô thị trên toàn quốc được ước tính 21.500 tấn/ngày, khu vực nông thôn 30.000 tấn/ngày và theo dự báo khối lượng này tăng gấp 2-3 lần so với hiện nay [11]. Tỷ lệ tăng cao tập trung tại các đô thị lớn phát triển mạnh cả quy mô dân số và công nghiệp như Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội. Lượng chất CTRSH phát sinh ngày càng nhiều, đa dạng phong phú về thành phần song các cơ quan quản lý, các cấp chính quyền vẫn chưa có giải pháp nào để quản lý và xử lý cho phù hợp ngoại trừ việc thu gom vận chuyển đến bãi chôn lấp bằng phương pháp chôn lấp như hiện nay. Điều đó đã tạo ra các bãi chôn lấp rác thải khổng lồ, thiếu sự kiểm soát, không hợp vệ sinh và gây ô nhiễm môi trường, trong khi quỹ đất sử dụng cho việc chôn lấp ngày càng hạn hẹp, không ít các bãi chôn lấp lâm vào tình trạng quá tải. Để giải quyết những tồn tại trên, dự án xử lý rác thải theo công nghệ chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka - Nhật Bản tại bãi chôn lấp Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội được xây dựng. Đây là công nghệ lần đầu tiên được áp dụng thí điểm tại bãi chôn lấp Xuân Sơn, để làm cơ sở so sánh với phương pháp chôn lấp đang được thực hiện tại bãi chôn lấp Xuân Sơn riêng và các bãi chôn lấp tại Việt Nam nói chung. Với thành phần rác thải sinh hoạt chủ yếu là thành phần hữu cơ khi được xử lý bằng phương pháp pháp chôn lấp sẽ phát thải một lượng lớn khí methane (CH 4), một trong những nhà kính gây nên sự ấm lên toàn cầu. Vì vậy, việc tính toán tải lượng khí methane đối với công nghệ chôn lấp bán hiếu khí đang được áp dụng tại bãi chôn lấp Xuân Sơn là thực sự cần thiết, qua đó có thể đánh giá được phần nào về công nghệ chôn lấp này. Hơn nữa, đây là loại khí có giá trị kinh tế cao và thực sự cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Khi kỷ nguyên sử dụng năng lượng tái tạo, tái chế 2 và giảm nhẹ phát thải khí nhà kính để hạn chế nhiệt độ toàn cầu thấp hơn đáng kể so với ngưỡng 20C, hướng tới ngưỡng 1,50C. Trước những thực tế đó, chúng tôi lựa chọn đề tài luận văn là:“Định lượng phát thải khí Methane tại bãi chôn lấp Xuân Sơn, Thị xã Sơn Tây, Thành phố Hà Nội”. 2. Mục tiêu của đề tài Xác định được nguồn thải, thành phần và độ ẩm rác thải tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội. Xác định tải lượng khí methane tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội, giai đoạn 2015- 2017 và dự tính đến năm 2020. 3. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn (ô số 03) thuộc xã Xuân Sơn, Sơn Tây, Hà Nội và một số địa điểm tập kết rác thải sinh hoạt trên địa bàn huyện Thạch Thất, huyện Ba Vì, thị xã Sơn Tây từ tháng 05 năm 2017 đến tháng 05 năm 2018. 4. Nội dung nghiên cứu Điều tra, thu thập số liệu vi khí hậu (nhiệt độ, lượng mưa, ..v..v...), dân số, tỷ lệ phát sinh rác thải, tỷ lệ thu gom, tỷ lệ chôn lấp, ..v…v… trên địa bàn nghiên cứu. Phân loại thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại điểm thu gom tập kết rác lớn của huyện Thạch Thất, huyện Ba Vì và thị xã Sơn Tây vận chuyển xử lý tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn. Tiến hành đo đạc thực địa nồng độ khí methane (CH4) tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn nằm trong khu xử lý rác thải Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội bằng máy đo nhanh, làm dữ liệu đầu vào cho mô hình tính toán. Tính toán tải lượng khí methane bằng mô hình IPCC (2006) tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội giai đoạn 2015-2017. Từ đó dự tính được tải lượng khí methane đến năm 2020. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Phát thải khí Methane - Nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính Theo báo cáo đánh giá của Nhóm công tác I thuộc Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) đưa ra đầu năm 2013, biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất của nhân loại. Những ảnh hưởng của BĐKH đến con người và các thay đổi của hệ thống khí hậu cũng đã được ghi nhận từ những năm 1950. Nguyên nhân chính của biến đổi khí hậu là do phát thải khí nhà kính (KNK), trong đó các hoạt động sinh sống và sản xuất của con người là nguồn phát thải chính. KNK được định nghĩa là những thành phần của khí quyển, được tạo ra do tự nhiên và các hoạt động của con người. Chúng có khả năng hấp thụ các bước sóng dài được phản xạ tự bề mặt Trái đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho Trái đất, gây nên hiệu ứng nhà kính. Tiếp tục phát thải KNK sẽ làm nặng nề thêm những thay đổi của khí hậu toàn cầu cũng như những ảnh hưởng tiêu cực của nó lên môi trường tự nhiên và con người. Căn cứ theo nguồn gốc phát sinh, mức độ phát thải tuyện đối và xu hướng phát thải cũng như mức độ ảnh hưởng đến tổng tiềm năng phát thải KNK của các quốc gia, các nguồn phát thải được chia thành 4 nhóm chính: Năng lượng: là một trong những nguồn phát thải KNK lớn nhất hiện nay. Lĩnh vực này thường đóng góp trên 90% lượng CO2 và 75% lượng KNK khác phát thải ở các nước đang phát triển. 95% các khí phát thải từ ngành năng lượng CO2, còn lại là CH4 với mức tương đương. Phát thải trong lĩnh vực năng lượng được chia thành 3 nhóm: Phát thải do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (trong các ngành công nghiệp năng lượng, hoạt động giao thông vận tải...); Phát thải tức thời (tức là lượng khí, hơi thải ra từ các thiết bị nén do rò rỉ, không ming muốn hoặc không thường xuyên từ quá trình khai thác, chế biến, vận chuyển nhiên liệu...) và hoạt động thu hổi lưu trữ các bon. Trong đó, phát thải từ đốt nhiên liệu hóa thạch đóng góp đến 70% tổng lượng phát thải, tiêu biểu là từ các nhà máy điện và nhà máy lọc dầu. Quy trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm (IPPU): Phát thải từ lĩnh vực IPPU phát sinh trong các quy trình xử lý công nghiệp; việc sử dụng KNK trong các sản phẩm và sử dụng các bon trong các nhiên liệu hóa thạch không nhằm mục đích sản xuất năng lượng. Trong đó, nguồn phát thải chính là các quy trình công nghiệp 4 xử lý nguyên liệu về mặt hóa học, vật lý. Trong suốt các quy trình này nhiều loại KNK được tạo ra bao gồm: CO2, CH4, N2O. Lĩnh vực IPPU đóng góp khoảng 7% lượng khí thải tạo ra từ các nước phụ lục I (UNFCCC, 2008) và xấp xỉ 6% ở các nước không thuộc phụ lục I (UNFCCC, 2005). Bảng 1.1. So sánh tổng phát thải khí nhà kính các năm 1994, 2000 và 2010 (Đơn vị: triệu tấn CO2 tương đương) [4]. Năm 1994 2000 2010 Năng lượng 25,6 52,8 141,1 Công nghiệp 3,8 10 21,2 Nông nghiệp 52,4 65,1 88,3 Chất thải 2,6 7,9 15,4 Lĩnh vực Nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất (AFOLU): Các nguồn chủ yếu gây phát thải bao gồm phát thải CH4 và N2O từ chăn nuôi, trồn lúa nước, đất canh tác nông nghiệp, hoạt động đốt trong sản xuất nông nghiệp; Phát thải/ hấp thụ CO2 trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất. Nói chung, lĩnh vực AFOLU đóng góp khoảng 30% lượng phát thải KNK toàn cầu. Chất thải: Các loại KNK có thể phát sinh trong lĩnh vực chất thải bao gồm: CO2, CH4 và N2O. Các nguồn phát sinh KNK chính trong lĩnh vực chất thải là từ hoạt động chôn lấp chất thải. Bãi chôn lấp chất thải là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng. Khí bãi chôn lấp chứa thành phần chính là methane và các chất hữu cơ bay hơi khác. Các chất khí ô nhiễm từ trong bãi chôn lấp có thể khuếch tán vào môi trường không khí một cách dễ dàng. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong bãi chôn lấp (BCL) đã tạo thành một lượng lớn khí sinh vật như carbonic (CO2), methane (CH4), ammonia (NH3), hydrogen sulfide (H2S), chất hữu cơ bay hơi,... Tỷ lệ thuận với tỷ lệ gia tăng dân số là lượng rác thải phát sinh ngày càng lớn. Tại Việt Nam, những năm gần đây, mỗi năm có khoảng trên 20 triệu tấn chất thải được thải ra từ các nguồn khác nhau, trong đó trên 80% là từ các khu đô thi, còn lại là chất thải công nghiệp. Với lượng 5 rác thải ngày một tăng sẽ sản sinh ra một lượng khí vi sinh vật nếu không được thu gom để xử lý và tái sử dụng năng lượng, các loại khí trên sẽ gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường không khí, đặc biệt là khí CO2 và CH4 gây ảnh hưởng đến khí hậu thông qua “Hiệu ứng nhà kính”. Hình 1.1. Bãi chôn lấp rác lộ thiên và hồ chứa nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn Bảng 1.2. Tỷ lệ thành phần các khí chủ yếu sinh ra từ BCL Thành phần % (Thể tích khô) CH4 45 – 60 CO2 40 - 60 N2 2-5 O2 0,1 – 1,0 Mercaptans, hợp chất chứa lưu huỳnh,... NH3 0 – 1,0 0,1 – 1,0 H2 0 – 0,2 CO 0 – 0,2 Các khí khác 0,01 – 0,6 6 Tính chất Giá trị Nhiệt độ (0F) 100 – 120 Tỷ trọng 1,02 – 1,06 Nguồn: [Tchobanoglous và cộng sự, 1993] Quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo ra khí trong BCL được diễn ra theo 5 giai đoạn và nguồn vi khuẩn chính cung cấp cho các hoạt động sinh học này là vi khuẩn trong đất sử dụng để làm lớp phủ hàng ngày và lớp phủ cuối cùng cho BCL rác thải. Quá trình hình thành khí methane trong bãi chôn lấp được diễn ra theo 5 giai đoạn: Giai đoạn 1 (Giai đoạn điều chỉnh): Đây là giai đoạn khởi đầu, trong giai đoạn này chất thải rắn sẽ trải qua quá trình phân hủy hiếu khí do các vi sinh vật hiếu khí sử dụng lượng oxy trong các ống thoát khí để phân hủy các chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học, giai đoạn này có thể kéo dài nhiều ngày hoặc nhiều tháng tùy thuộc vào lượng oxy còn tồn tại trong bãi chôn lấp. Sự phân hủy này được mô tả bằng phương trình phàn ứng sau: Chất hữu cơ phân hủy sinh học + O2 + NH3 + CTR đã phân hủy một phần. CO2 + H2O + Sinh khối + Nhiệt Giai đoạn 2 (Giai đoạn chuyển tiếp): Đây là giai đoạn vi khuẩn chuyển đổi các hợp chất tạo thành bởi vi khuẩn hiếu khí vào acetic, lactic, axit formic và cồn (methanol và ethanol). Khi đó trong các phản ứng sinh hóa NO3; SO4- sẽ là những chất nhận điện từ và chúng bị khử thành N2 và H2S. Việc khử NO3; SO4- diễn ra ở hiệu điện thế oxy hóa khử từ -50mV đến -100mV và các khí methane sinh ra các phản ứng oxy hóa khử xảy ra ở hiệu điện thế từ -150mV đến -350mV. Thời gian chôn lấp của bãi càng lâu thì thế điện động giữa các pha càng tăng. Các vi sinh vật chính là yếu tố làm cho các chất thải sinh hoạt chuyển hóa thành CH4 và CO2. Giai đoạn 3 (Giai đoạn axit hóa): Trong giai đoạn này các vi khuẩn bắt đầu hoạt đông mạnh, làm tăng nhanh các acid hữu cơ đồng thời làm giảm các khí hydro sinh ra. Bước đầu tiên của quá trình này là các chất hữu cơ cao phân tử (lipid, các polymer hữu cơ, protein) được thủy phân nhờ các men trung gian (enzymemediated) trở thành các hợp chất hữu cơ có mạch ngắn hơn thích hợp hơn cho các 7 vi sinh vật. Bước thứ 2 của quá trình này là quá trình acid hóa các hợp chất hữu cơ được sinh ra đầu tiên thành các hợp chất trung gian có phân tử lượng thấp hơn. Trong đó phần lớn là acid acetic, một phần nhỏ acid fulvic và các acid hữu cơ phức tạp hơn. Các khí được hình thành trong giai đoạn này chủ yếu là khí CO2 và một lượng nhỏ khí H2. Giai đoạn 4 (Giai đoạn lên men CH4): Trong giai đoạn này có 2 nhóm các vi sinh vật chuyển hóa các acid acetic (CH3COOH) và các khí hydro (H2) thành các khí CH4 và CO2. Giai đoạn 5 (Giai đoạn phân hủy hoàn toàn): Giai đoạn này diễn ra khi các chất hữu cơ đã chuyển hóa hoàn toàn thành CH4 và CO2, tốc độ khí bãi rác giảm đáng kể vì lượng dưỡng chất đã theo nước rỉ rác đi ra khỏi chất thải rắn và các chất nền còn lại thường là những chất không phân hủy sinh học. 1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về định lượng phát thải khí methane từ BCL Theo nghiên cứu của khoa kỹ thuật môi trường, Đại học Kasetsart, Thái Lan [22] về đánh giá tiềm năng giảm phát thải KNK của quy trình xử lý rác thải đô thị, ở Thái Lan có khoảng 330 bãi chôn lấp hở và 95 bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Hiện tại, lượng giảm phát thải khí methane được tính toán 115.400 tấn/năm và sẽ không ngừng tăng lên đến 118.500 tấn/năm nếu các bãi chôn lấp hở không còn tồn tại, được nâng cấp lên thành bãi chôn lấp an toàn và tăng lên 193.500 tấn/năm nếu thực hiện đầy đủ các biện pháp quản lý và xử lý rác thải. Trong một nghiên cứu khác của Omid Tayyeba (2009) [32] cũng đã có nghiên cứu tính toán tiềm năng CDM trên các kịch bản công nghệ khác nhau trong xử lý chất thải rắn (CTR) ở SWECO với lượng chất thải rắn tiếp nhận 47.000 tấn/năm. Kết quả tiềm năng giảm phát thải KNK trong vòng 14 năm cho thấy, công nghệ lên men methane cho phép giảm CO2 eq/năm gấp 1,6 lần so với ủ phân compost và gấp 1,5 lần so với bãi chôn lấp đốt có thu khí phát điện. C. Bo-Feng (2014) [20] đã đưa ra cơ sở dữ liệu nguồn điểm gồm có 2.107 BCL ở các thành phố và thị trấn của Trung Quốc dựa vào các yếu tố như số liệu đầu vào và các nguồn điểm, mô hình TIER của IPCC. Kết quả thu được từ nghiên cứu cho thấy, phần lớn các khu xử lý phát thải methane thấp hơn 700 tấn, chỉ có 279 8 BCL với lượng phát thải lớn hơn 1.000 tấn và 10 BCL có lượng khí thải lớn hơn 10.000 tấn. Một nghiên cứu khác của W. Melissa (2000) [30] đã ước lượng được lượng khí thải CH4 từ các khu chôn lấp tác thải sinh hoạt ở Panama. W. Melissa đã sử dụng mô hình IPCC (2006) để tính toán lượng phát thải KNK trong giai đoạn từ 1990 đến 2020. Kết quả tính toán khi sử dụng các số liệu mặc định cho mô hình cho thấy lượng khí methane đã phát thải là 23.100 tấn/năm (tương ứng với 577.500 tấn CO2 eq/năm) vào năm 1990; 25.000 tấn/năm (tương ứng với 625.000 tấn CO2 eq/năm) vào năm 1994 và dự báo đến năm 2020 là 37.500 tấn/năm (tương ứng với 937.500 tấn CO2 eq/năm). Bên cạnh đó, công trình nghiên cứu Debra (2016) [23] về tham số đầu vào cho mô hình với BCL ướt. Debra đã chỉ ra rằng, kết quả ước tính lượng phát thải khí methane từ mô hình so với kết quả đo đạc từ thực tế không có sự chênh lệch lớn tại tất cả các bãi chôn lấp. Bilgili và cộng sự (2009) [19] nghiên cứu tiềm năng thu hồi khí methane của CTR trong BCL đã xác định hàm lượng khí sinh học thu hồi đối với trường hợp không tuần hoàn, tuần hoàn nước rỉ rác và hằng số tốc độ phản ứng tăng 32% đối với trường hợp có tuần hoàn nước rác. Heijo Scharff và cộng sự (2006) [25] cho rằng hầu hết các BCL, khí methane và CO2 chiếm tỷ lệ 50%, trừ trường hợp chất thải có chứa nhiều chất béo và protein thì tỷ lệ methane và CO2 lần lượt là 55% và 45%. Tuy nhiên, các bãi rác thường có chứa một lượng N2 đáng kể, và với O2 từ không khí, methane bị oxi hóa. Dẫn đến giảm tỷ lệ của methane và gia tăng tỷ lệ CO2, đặc biệt thường xảy ra với các bãi rác có tuổi. Ngoài ra, nhóm tác giả đề cập đến phương pháp ước lượng phát thải khí methane từ BCL với 6 mô hình khác nhau bao gồm: 1) First Order Model (TNO) của Oonk và Boom (1995); Sản phẩm khí thải từ BCL được áp dụng theo công thức: k t s  t   1.87 A C0 k1 e 1 Trong đó: - t sản phẩm khí thải từ BCL tại một thời gian nhất định, [m3LFG.y-1];