TS. Nghiêm Vân Khanh

Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

TÓM TẮT

Việt Nam là một trong số nhiều nước đang phát triển có hệ thống quản lý chất thải rắn chưa bảo đảm phân loại tại nguồn, công nghệ xử lý chất thải rắn còn đơn giản, chủ yếu là sử dụng các bãi chôn lấp, là nguồn phát thải ra khí nhà kính chủ yếu (UNEP, 2010). Việc đánh giá và tính toán  khả năng phát thải khí nhà kính theo các công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt là một trong những mục tiêu khoa học quan trọng để hướng đến tương lai xanh cho các đô thị của Việt Nam. Bài báo là nghiên cứu bước đầu về đánh giá và tính toán khả năng phát thải/cắt giảm khí nhà kính từ các công trình xử lý chất thải rắn tại thành phố Huế, một đô thị lớn, cấp vùng tỉnh, trung tâm của miền Trung. Kết quả nghiên cứu không chỉ là cơ sở dữ liệu cho các báo cáo phát thải khí nhà kính mà còn là cơ sở hướng tới sự nghiên cứu xây dựng chương trình, kế hoạch giảm phát thải khí nhà kính từ các hoạt động quản lý chất thải rắn rộng khắp tại các đô thị khác trong cả nước.

Từ khóa: Khí nhà kính, biến đổi khí hậu, hệ số phát thải

ABSTRACT

The system of solid waste management in Viet Nam does not ensure sorting at source, solid waste treatment technologies are simple, mainly used in landfills. It is a source of greenhouse gas emissions mainly (UNEP, 2010). The assessment and calculation ability of greenhouse gas emissions according to the domestic solid waste treatment technologies is one of the important scientific objectives to the future of green urbans in Vietnam. The article is the initial research on assessment and calculation of capabilities emissions / cuts  greenhouse gas from the solid waste treatment facilities in Hue city, the provincial cities in Central. Research results are not only a database for reporting greenhouse gas emissions, but also the base of research towards to build the program and plans to reduce greenhouse gas emissions from waste management operations in urban centers across the country.

Keywords: Greenhouse Gas, Climate Change, Emission Coefficient

I. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TẠI THÀNH PHỐ HUẾ

Năm 2013, tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTR) phát sinh tại Huế và các vùng phụ cận (TP Huế mở rộng) được công ty công trình đô thị Huế thu gom, vận chuyển, xử lý là 269 tấn/ngày. Trong đó, tại trung tâm Huế là 209 tấn/ngày (tỷ lệ thu gom 95% tổng lượng CTR phát sinh); lượng CTR thu gom trên địa bàn huyện Phú Lộc (15 tấn/ngày) được xử lý tại bãi Lộc Thủy; 254 tấn còn lại được đưa về khu xử lý CTR Thủy Phương (Nhà máy xử lý rác Tâm Sinh Nghĩa xử lý bình quân: 190 tấn/ngày; 64 tấn/ngày còn lại được đưa ra bãi chôn lấp Thủy Phương 2).

Đặc điểm, thành phần, tính chất CTR ở thành phố (TP) Huế được trình bày trong bảng 1.

Bảng 1: Thành phần chất thải rắn ở thành phố Huế [1]

Thành phần	%	Khối lượng	Thành phần	%	Khối lượng
Giấy các loại	7.37	19.83	Hỗn tạp	0.40	1.08
Nhựa và nilon	14.40	38.74	Nguy hại	0.08	0.22
Kim loại	0.32	0.86	Tổng	100	269.0
Thực phẩm thừa	60.10	161.67	Tính chất vật lý của chất thải rắn
Rác vườn	7.89	21.22	Đại lượng	Giá trị	Thứ nguyên
Cao su, đồ da	0.93	2.50	Nhiệt trị ẩm	6,437	kJ/kg
Vải	6.56	17.65	Nhiệt trị khô	21,106	kJ/kg
Gỗ	0.08	0.22	Độ ẩm	69,5	%
Thủy tinh	1.07	2.88	Khối lượng riêng	263	kg/m3
Sành sứ	0.80	2.15

II. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TẠI THÀNH PHỐ HUẾ

2.1. Phân tích dòng chất thải sinh hoạt tại thành phố Huế

     Từ các dữ liệu và tính toán, xây dựng sơ đồ phân tích dòng CTR sinh hoạt năm 2013 của TP. Huế được thể hiện trên hình 1.

Hình 1. Sơ đồ phân tích, kiểm kê dòng CTR tại TP. Huế năm 2013

2.2. Tính toán phát thải khí nhà Kính từ hệ thống xử lý chất thải rắn của thành phố Huế theo Ủy ban liên Chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC, 2006)

2.2.1. Phương pháp tính toán

a. Phát thải KNK từ các BCL

– Lượng khí metan phát thải từ các BCL được tính như sau:

Trong đó:

: lượng khí CH_4­ phát thải từ BCL ở năm T, (nghìn tấn)

R_T : lượng khí CH₄ được thu hồi ở năm T, (nghìn tấn)

OX_T : hệ số oxy hóa của năm T, (%)

CH_{4-sinh ra,i,T} : là lượng CH₄ sinh ra do các loại rác i được sinh ra.

CH_{4-sinh ra,i,T}  = DDOC_m-ph,T­ × F ×16/12 (nghìn tấn) (2)

DDOC_m : khối lượng cacbon hữu cơ có dễ phân hủy được chôn lấp với tỷ lệ với khối lượng rác được chôn lấp G và được tính:

DDOC_m = G × DOC × DOC_f ×MCF (3)

DDOC_m-ph,T : khối lượng cacbon hữu cơ dễ phân hủy bị phân hủy được tính đến cuối năm T được tính:

DDOC_m-ph,T = DDOC_ma,T-1 × (1 – e^-k) (4)

DDOC_ma,T : là khối lượng cacbon dễ phân hủy tích lũy vào BCL vào cuối năm T được tính:

DDOC_ma,T = DDOC_ma,T-1 × e^-k (5)

F : tỷ lệ thể tích khí CH₄ trong hỗn hợp khí bãi rác.

G : khối lượng rác thải đem đi chôn lấp, (nghìn tấn).

16/12 : tỷ lệ khối lượng phân tử CH₄/C;

DOC: Phần Cacbon hữu cơ có thể phân hủy trong CTR được tính từ thành phần CTR và hệ số DOC mặc định của từng nhóm thành phần.

DOC=0,15.A+0,4.B+0,43.C+0,24.D (6)

A, B, C, D tương ứng là thành phần chất hữu cơ, giấy, gỗ, vải vụ  trong CTR, %;

DOC_f là phần DOC có thể phân hủy kị khí trong BCL, chọn DOC_f=0,5;

MCF: Hệ số hiệu chỉnh cho CH₄, MCF = 1 khi BCL có quản lý; MCF = 0,8 khi BCL không quản lý, chiều sâu rác  >= 5m; MCF = 0,4 khi BCL không quản lý, chiều sâu rác  < 5m; MCF= 0,6 với các BCL khác các nhóm trên.

      Dựa vào điều kiện thực tế của BCL CTR ở TP Huế như chiều cao BCL>5m, không có hệ thống van thu hồi khí rác… nên giá trị MCF chọn bằng 0,6.

      Hệ số phát thải CH₄ của mỗi loại rác chôn lấp được tính bằng tổng lượng khí CH₄ phát thải chia cho khối lượng loại rác được chôn lấp.

      Hệ số phát thải KNK từ các BCL của Huế được tính bằng tổng lượng KNK phát thải từ hoạt động chôn lấp chia cho tổng lượng rác được chôn lấp.

Phát thải KNK từ các công trình ủ sinh học

      Ủ sinh học là quá trình phân hủy hiếu khí phần lớn trọng lượng DOC trong CTR thành CO₂. Tuy nhiên, khí CH₄ hình thành một phần do quá trình phân hủy kị khí diễn ra trong đống ủ khi không được cấp đủ oxy. Lượng CH₄ phát thải ra môi trường do quá trình này chiếm xấp xỉ 1 đến vài % của lượng cacbon trong chất thải. Quá trình này cũng sinh ra lượng khí N₂O, chiếm từ 0.5-5% lượng nitơ trong CTR [2].

• Khí CH₄ phát sinh trong quá trình ủ sinh học được xác định theo công thức:

Trong đó:

 : tổng lượng CH₄ phát sinh trong năm tính toán, nghìn tấn;

: tổng khối lượng rác hữu cơ đem ủ sinh học trong năm tính toán, nghìn tấn;

 : hệ số phát thải khí CH₄, gCH₄/kg rác hữu cơ ẩm;

• Khí N₂O phát sinh trong quá trình ủ sinh học được xác định theo công thức:

(nghìn tấn)(8)

Trong đó:

 : tổng lượng N₂O phát sinh trong năm tính toán, nghìn tấn.

: tổng khối lượng rác hữu cơ đem ủ sinh học trong năm tính toán, nghìn tấn;

EF_N2O: hệ số phát thải khí N₂O, gN₂O/kg rác hữu cơ ẩm.

Theo IPCC 2006 đối với CH₄, hệ số = 4g/kg rác hữu cơ ẩm, đối với N₂O, EF_N2O = 0.3 g/kg rác hữu cơ ẩm.

1. Phát thải KNK từ các công trình lò đốt

Các hệ số phát thải đối với công nghệ lò đốt theo mô-đun là 237kg/nghìn tấn rác hữu cơ ẩm đối với CH₄, và N₂O là  221kg/nghìn tấn rác hữu cơ ẩm. [2]

• Khí CH₄ phát sinh trong quá trình đốt được xác định theo công thức:

 (nghìn tấn) (9)

Trong đó:

 : tổng lượng CH₄ phát sinh trong năm tính toán, nghìn tấn;

: tổng khối lượng rác đem đốt trong năm tính toán, nghìn tấn;

 : hệ số phát thải khí CH₄,  = 237 kgCH₄/nghìn tấn rác;

• Khí N₂O phát sinh trong quá trình đốt được xác định theo công thức:

(nghìn tấn) (10)

Trong đó:

 : tổng lượng N₂O phát sinh trong năm tính toán, nghìn tấn.

: tổng khối lượng rác đem đốt trong năm tính toán, nghìn tấn;

EF_N2O: hệ số phát thải khí N₂O, EF_N2O = 221 kgN₂O/nghìn tấn rác

2.2.2. Kết quả tính toán phát thải hiện trạng

1. Phát thải KNK từ các BCL

Tổng lượng KNK phát thải từ các BCL của TP Huế là 1746,6 tấn CH₄ tương đương với 125755,2 tấn CO_2-tđ. Rác hữu cơ là nguồn phát thải CH₄ chủ yếu với 1206,82 tấn, chiếm hơn 69% tổng lượng CH₄ phát thải ra môi trường. Trong khi đó, giấy là nguồn phát thải lớn thứ 2 nhưng cũng chỉ thải ra khoảng 348,84 tấn CH₄ chiếm gần 20%. Rác thải loại gỗ phát thải 4,707 tấn CH₄ chiếm 0,27%, vải là 186,3 tấn CH₄ chiếm 10,73%_.

1. Phát thải KNK từ các công trình xử lý ủ sinh học

Kết quả tính toán lượng KNK phát thải từ quá trình ủ sinh học hiếu khí được thể hiện trên bảng 2.

Bảng 2: Lượng KNK phát sinh từ ủ sinh học

	Loại khí thải	Tổng lượng rác đem đi ủ năm 2013	Hệ số phát thải	Lượng khí phát sinh	GWP20 năm
		Nghìn tấn	g/kg	Nghìn tấn	Nghìn tấn CO2-tđ
Hiện trạng phát thải TB	CH4	29.2	4	0.1168	8.41
	N2O	29.2	0.3	0.00876	2.53
	Tổng				10.94
Hiện trạng phát thải thấp	CH4	29.2	0.03	0.000876	0.063
	N2O	29.2	0.06	0.001752	0.506
	Tổng				0.569
Hiện trạng phát thải cao	CH4	29.2	8	0.2336	16.819
	N2O	29.2	0.6	0.01752	5.063
	Tổng				21.882

1. Tổng lượng KNK phát thải

Lượng phát thải khí mê tan từ các hoạt động xử lý CTR lần lượt theo các hệ số phát thải trung bình, thấp và cao là 116,8 tấn; 0,876 tấn; 233,6 tấn.

Lượng KNK của năm tính toán cao hơn do sự đóng góp của khí N₂O từ hoạt động ủ sinh học. Lượng KNK từ các công trình xử lý ủ sinh học hiện trạng lần lượt là 10,94 nghìn tấn CO_2-tđ; 0,57 nghìn tấn CO_2-tđ; 21,88 nghìn tấn CO_2-tđ tính theo các hệ số phát thải trung bình, thấp và cao.

Kết quả tính toán tổng lượng KNK phát thải là 136700 tấn CO_2-tđ, trong đó BCL phát thải 125760 tấn CO_2-tđ và từ ủ sinh học là 10940 tấn CO_2-tđ.

2.3. Tính toán phát thải khí nhà kính của các kịch bản so sánh

Các kịch bản xây dựng được trình bày trong bảng 3.

Bảng 3: Các kịch bản xây dựng để tính toán

Tên kịch bản	Mô tả công nghệ sử dụng
Hiện trạng	Ủ sinh học với công suất 80 tấn/ngày và lượng rác còn lại đem đi chôn lấp.
S1	Ủ sinh học với công suất 80 tấn/ngày, lượng rác còn lại sau khi tách các chất/ hợp chất hữu cơ có nhiệt trị thấp, chất vô cơ không cháy như đá, sỏi, thủy tinh… sẽ đem đốt có kiểm soát nhiệt độ và khí thải. Lượng CTR còn lại sau quá trình đốt (tro, xỉ than…) và phần chất/ hợp chất hữu cơ nhiệt trị thấp, chất vô cơ không cháy được phân loại ở trên sẽ mang đi chôn lấp. Giả sử rằng không có KNK sinh ra từ lượng rác này.
S2	Đốt CTR có nhiệt trị lớn có khả năng đốt. Lượng rác còn lại không đốt được sẽ được mang đi chôn lấp. Giả sử rằng không có KNK sinh ra từ lượng rác này.

Các thông số phân tích dòng CTR cho các kịch bản S1, S2, S3… cần thiết để sử dụng cho mô hình tính toán phát thải KNK được thể hiện ở bảng 4.

Bảng 4: Thông số dòng CTR của TP Huế và vùng phụ cận theo các kịch bản.

Kịch bản	Ủ sinh học	Chôn lấp	Đốt	Tái chế	Không xử lý
	Tấn/ngày	Tấn/ngày	Tấn/ngày	Tấn/ngày	Tấn/ngày
Hiện trạng	80	165.74	0	32.77	85.356
S1	80	4.328	161.41	32.77	85.356
S2	0	5.98	248.47	32.77	85.356

Kết quả tính toán lượng khí CH₄ và N₂O phát thải từ các kịch bản được thể hiện trên các biểu đồ hình 2 và 3.

Hình 2: Lượng khí CH4 phát thải với từng kịch bản	Hình 3: Lượng khí nhà kính phát thải với từng kịch bản

3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN TẠI TP. HUẾ

3.1. Hiện trạng phát thải khí nhà kính từ các công trình xử lý chất thải rắn TP Huế

Lượng KNK phát thải từ các BCL của TP lên đến 125,755 nghìn tấn CO_{2 –tđ} (1,7466 nghìn tấn CH₄) chiếm 92% tổng lượng KNK phát thải từ hoạt động xử lý CTR. Lượng khí CH₄ phát thải do chôn lấp CTR hữu cơ là 1,21 nghìn tấn, chiếm 69% tổng lượng khí mê tan phát thải từ BCL, các thành phần rác còn lại như giấy, gỗ và vải chiếm lần lượt là 20%, 0,27% và 10,73% tổng lượng khí CH₄ phát thải từ các BCL của TP Huế. Lượng KNK phát thải từ quá trình compost đóng góp một phần rất nhỏ trong tổng lượng KNK phát sinh, chiếm khoảng 8%. Trong nghiên cứu chưa xét đến KNK phát thải do lượng rác không được thu gom, xử lý của TP. Trong thực tế, lượng rác này được người dân xả ra kênh rạch, sông hồ, đốt trong tự nhiên và chôn lấp tại các BCL hở tự hình thành.

3.2. Độ tin cậy của kết quả

Việc sử dụng các hệ số DOC, MCF, DOC_f, K và các hệ số phát thải CH₄ và N₂O do IPCC cung cấp cho khu vực Đông Nam Á không phản ánh hoàn toàn chính xác lượng KNK phát thải. Sự chính xác của lượng khí mê tan phát thải phân bố theo từng năm chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện thực tế. Tuy nhiên, trong nghiên cứu giả định lượng rác xử lý không thay đổi trong một năm và qua các năm.

3.3. So sánh các kịch bản quản lý chất thải rắn

Từ kết quả của nghiên cứu, có thể thấy việc chôn lấp CTR hữu cơ là nguồn phát thải KNK lớn nhất từ hệ thống quản lý CTR. Các kịch bản so sánh S1, S2 thể hiện rõ ý nghĩa của việc lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp và tầm quan trọng của công tác phân loại CTR tại nguồn.

So sánh các kịch bản:

– Lượng khí CH₄ phát thải ở điều kiện kịch bản S1 đã giảm 14,3 lần (1,73 nghìn tấn) so với điều kiện hiện trạng; ở điều kiện kịch bản S2 đã giảm 88,73 lần (1,84  nghìn tấn) so với điều kiện hiện trạng.

– Lượng KNK ở điều kiện kịch bản S1 đã giảm 8,7 lần (120,99 nghìn tấn CO­_2-tđ)  so với điều kiện hiện trạng; ở điều kiện kịch bản S2 đã giảm 18,75 lần (129,41 nghìn tấn CO_2-tđ) so với điều kiện hiện trạng.

4. KẾT LUẬN

            Hoạt động quản lý chất thải hàng năm phát sinh khoảng trên 1,3 tỷ tấn  CO_2-tđ (IPCC, 2007) trên phạm vi toàn cầu. Trong phạm vi khu vực và đô thị, hợp phần chất thải có những cơ hội tự biến mình từ một “nguồn phát thải” trở thành “nguồn cắt giảm” phát thải KNK dựa trên cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý CTR một cách khoa học và bền vững. Sau 20 năm nữa, việc thay đổi phương thức quản lý CTR tại Huế bằng các giải pháp tăng cường tái chế, phân loại CTR tại nguồn, thay đổi công nghệ hướng tới xử lý chất thải triệt để sẽ có khả năng cắt giảm phát thải KNK từ 88,5% đến 94,7% so với tổng lượng phát thải ở thời điểm hiện tại. Kết quả của đề tài là sự đánh giá sơ bộ về độ tin cậy của mô hình tính toán phát thải KNK từ hợp phần chất thải của IPCC và đưa ra những hướng nghiên cứu mới, sâu hơn trong lĩnh vực quản lý CTR và biến đổi khí hậu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Báo cáo của công ty công trình đô thị Huế (HEPCO), tháng 8/2014.
2. IPCC 2006 Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Intergovernmental Panel on Climate Change.