Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá tiềm năng và phương án tận dụng năng lượng tái tạo của chất thải rắn phát sinh trên địa bàn huyện Ý Yên, Nam Định

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là đánh giá được tiềm năng năng lượng và phương án khả thi tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ chất thải rắn phát sinh trên địa bàn huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá tiềm năng và phương án tận dụng năng lượng tái tạo của chất thải rắn phát sinh trên địa bàn huyện Ý Yên, Nam Định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ NỘI ------------------------ TRẦN THỊ LAN PHƢƠNG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ PHƢƠNG ÁN TẬN DỤNG NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO CỦA CHẤT THẢI RẮN PHÁT SINH TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN Ý YÊN, NAM ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ NỘI ------------------------ TRẦN THỊ LAN PHƢƠNG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ PHƢƠNG ÁN TẬN DỤNG NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO CỦA CHẤT THẢI RẮN PHÁT SINH TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN Ý YÊN, NAM ĐỊNH Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Trần Văn Quy Hà Nội – Năm 2013
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã luôn quan tâm và tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời gian học tập và rèn luyện tại trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Văn Quy đã dành sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Để hoàn thành luận văn này, tôi cũng xin chân thành cảm ơn UBND huyện Ý Yên, phòng Tài nguyên và Môi trường, phòng Nông nghiệp, tập thể lãnh đạo và cán bộ UBND các xã, thị trấn trên địa bàn huyện Ý Yên đã tạo điều kiện, giúp đỡ về thời gian cũng như tài liệu, công tác khảo sát thực địa phục vụ cho quá trình nghiên cứu của tôi. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn giúp đỡ, ủng hộ và chia sẻ những khó khăn, thuận lợi cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Tháng 10/2013 HVCH.Trần Thị Lan Phương
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................3 1.1. Tổng quan về chất thải rắn nông thôn ..............................................................3 1.1.1. Nguồn gốc, thành phần chất thải rắn nông thôn .......................................3 1.1.2. Hiện trạng chất thải rắn tại nông thôn Việt Nam ......................................5 1.1.3. Quản lý chất thải rắn nông thôn ................................................................5 1.1.4. Xử lý chất thải rắn nông thôn ....................................................................8 1.2. Tổng quan về các công nghệ biến rác thải thành năng lượng trên thế giới và Việt Nam .................................................................................................................9 1.2.1. Công nghệ thiêu đốt .................................................................................12 1.2.2. Công nghệ nhiệt phân/ khí hóa ................................................................14 1.2.3. Công nghệ sinh hóa .................................................................................18 1.2.4. Công nghệ plasma hóa hơi – nóng chảy (PGM) .....................................20 1.3. Xu hướng phát triển năng lượng từ chất thải rắn ở thế giới và Việt Nam .....22 1.4. Tổng quan khu vực nghiên cứu ......................................................................26 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................31 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................31 2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................31 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu .................................................................31 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa ................................................32 2.2.3.Phương pháp kế thừa ................................................................................32 2.2.4. Phương pháp dự báo ...............................................................................32 2.2.5. Phương pháp so sánh và tổng hợp ..........................................................33 2.2.6. Phương pháp lấy mẫu ..............................................................................33 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..............................34 3.1. Hiện trạng các loại chất thải rắn trên địa bàn huyện Ý Yên...........................34 3.1.1. Nguồn gốc phát sinh ................................................................................34 3.1.2. Phân loại chất thải rắn phát sinh trên địa bàn huyện Ý Yên ...................34
3.1.3. Thành phần và số lượng chất thải rắn phát sinh trên địa bàn ................35 3.1.4. Hiện trạng thu gom và xử lý chất thải rắn trên địa bàn huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định ...........................................................................................................48 3.2. Đánh giá tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn phát sinh trên địa bàn .........54 3.2.1.Nhiệt trị của một số chất thải rắn sinh khối trên địa bàn huyện ..............54 3.2.2. Tính toán tiềm năng năng lượng chất thải rắn công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp ........................................................................................................55 3.2.3. Tính toán tiềm năng năng lượng chất thải rắn nông nghiệp ...................55 3.2.4. Dự báo tiềm năng lượng từ chất thải rắn trên địa bàn huyện Ý Yên đến năm 2020............................................................................................................57 3.3. Đánh giá lựa chọn phương án công nghệ có thể áp dụng tại địa phương .........58 3.3.1. Hầm ủ biogas ...........................................................................................58 3.3.2. Phương pháp bếp hóa khí khi sử dụng nguồn nhiên liệu sinh khối rơm, rạ, trấu, mùn cưa ...............................................................................................66 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .........................................................................71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73 PHỤ LỤC .................................................................................................................77
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tình hình phát sinh chất thải rắn ...................................................................5 Bảng 2. Tỷ lệ sản xuất điện năng của thế giới năm 2010 .........................................10 Bảng 3. Tình hình xử lý chất thải sinh hoạt ở một số nước trê thế giới....................22 Bảng 4. Phân loại chất thải rắn phát sinh trên địa bàn huyện Ý Yên........................34 Bảng 5. Lượng phát sinh rác thải của các nhóm dân cư trên địa bàn .......................35 Bảng 6. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại huyện Ý Yên (đơn vị: %) ...............37 Bảng 7. Tổng thành phần chất thải rắn sinh hoạt phát sinh (tấn/ngày) .....................38 Bảng 8. Diện tích, sản lượng lúa tại huyện Ý Yên từ năm 2007 – 2012 ..................40 Bảng 9. Tỷ lệ các phụ phẩm so với chính phẩm từ canh tác lúa ...............................41 Bảng 10. Khối lượng phụ phẩm sinh khối từ cây lúa ...............................................41 Bảng 11. Diện tích, sản lượng lạc tại huyện Ý Yên từ năm 2007 – 2012 ................42 Bảng 12. Tỷ lệ các phụ phẩm so với chính phẩm từ canh tác lạc .............................42 Bảng 13. Khối lượng phụ phẩm sinh khối từ cây lạc................................................42 Bảng 14. Diện tích, sản lượng ngô tại huyện Ý Yên từ năm 2007 – 2012 ...............43 Bảng 15. Tỷ lệ các phụ phẩm so với chính phẩm từ canh tác ngô............................44 Bảng 16. Khối lượng phụ phẩm sinh khối từ cây ngô ..............................................44 Bảng 17. Số lượng đàn gia súc, gia cầm trên địa bàn huyện từ ................................44 Bảng 18. Số lượng phân phát sinh của đàn gia súc, gia cầm ....................................45 Bảng 19. Thành phần, khối lượng chất thải rắn nông nghiệp trên địa bàn huyện ....46 Bảng 20. Thành phần chất thải công nghiệp phát sinh trên địa bàn .........................48 Bảng 21. Kết quả phân tích nhiệt trị của CTR công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp 54 Bảng 22. Kết quả phân tích nhiệt trị chất thải rắn nông nghiệp................................54 Bảng 23. Tổng nhiệt trị khi đốt chất thải rắn công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp ...55 Bảng 24. Tiềm năng năng lượng từ các phụ phẩm sinh khối từ canh tác lúa, ngô, lạc trên địa bàn huyện Ý Yên..........................................................................................55 Bảng 25. Sản lượng khí sinh học từ đàn gia súc, gia cầm trên địa bàn ....................56 Bảng 26. Dự báo khối lượng lượng chất thải và tiềm năng năng lượng khi đốt chất thải trên địa bàn huyện Ý Yên...................................................................................57
DANH MỤC HÌNH Hình 1. Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn nông nghiệp .............................................3 Hình 2. Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn làng nghề .................................................4 Hình 3. Chu trình quản lý chất thải .............................................................................6 Hình 4. Mô hình VAC điển hình ở nông thôn Việt Nam ............................................7 Hình 5. Hệ thống thiêu đốt chất thải rắn thu hồi năng lượng....................................14 Hình 6. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm pilot...................................................15 Hình 7. Quy trình xử lý chất thải hữu cơ bằng phương pháp hầm ủ biogas ............20 Hình 8. Sơ đồ hệ thống công nghệ plasma PGM ......................................................21 Hình 9. Phân chia khu vực phát sinh chất thải rắn trên địa bàn huyện Ý Yên .........34 Hình 10. Phụ phẩm cây lúa sau thu hoạch ...............................................................40 Hình 11. Các phụ phẩm cây lạc sau thu hoạch ........................................................41 Hình 12. Các phụ phẩm cây ngô sau thu hoạch .......................................................42 Hình 13. Sơ đồ thu gom rác thải tại huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định ..........................49 Hình 14. Sơ đồ mô phỏng hầm ủ biogas tại địa phương ..........................................59 Hình 15. Sơ đồ công nghệ hầm ủ biogas cải tiến .....................................................60 Hình 16. Sơ đồ nguyên lý hoạt động hầm ủ biogas cải tiến ....................................62 Hình 17. Sơ đồ công nghệ bếp hóa khí rơm, rạ ........................................................67
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NLTT Năng lượng tái tạo TĐN Thủy điện nhỏ NLMT Năng lượng mặt trời NL Năng lượng NLSK Năng lượng sinh khối SK Sinh khối KSH Khí sinh học CTR Chất thải rắn CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong suốt tiến trình lịch sử nhân loại, sự tăng dân số và phát triển khoa học công nghệ đòi hỏi sự gia tăng không ngừng về nhu cầu sử dụng năng lượng. Trong nhiều thế kỷ, con người thu được năng lượng cần thiết từ sức lao động thủ công, từ lửa và từ sức kéo động vật. Sau đó sức gió được khai thác các cối xay gió, quạt gió, và dòng chảy của nước được sử dụng làm quay các cối xay nước. Ngày nay năng lượng cần thiết đối với mọi hoạt động của con người và có phần phức tạp hơn. Dầu hỏa và khí tự nhiên cung cấp khoảng 2/3 lượng năng lượng được sử dụng trên toàn thế giới; một lượng lớn năng lượng cũng được khai thác từ than đá, dòng nước chảy, các khoáng chất phóng xạ và từ năng lượng mặt trời. Nhu cầu lớn về năng lượng trong thế giới hiện đại đang làm cạn kiệt các nguồn năng lượng đã được biết đến trên Trái Đất. Chính vì thế, việc nghiên cứu, sản xuất và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) và bảo vệ môi trường là những vấn đề đã và đang được các nước trên thế giới và Việt Nam quan tâm. Việc nghiên cứu và đưa ra phương án hợp lý để tận dụng các nguồn nhiên liệu tái tạo, tận thu năng lượng từ rác thải, chất thải nông nghiệp vừa giải quyết vấn đề môi trường đang bức xúc vừa có năng lượng để phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của con người. Ý Yên là một huyện nằm phía Tây Nam tỉnh Nam Định, tiếp giáp với tỉnh Ninh Bình và tỉnh Hà Nam, có tuyến quốc lộ 10, quốc lộ 38B và đường sắt Bắc- Nam đi qua và tuyến đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình đi qua các xã phía Tây của huyện, thuận lợi cho việc phát triển kinh tế và đô thị hóa mạnh. Hàng ngày lượng rác thải phát sinh trên địa bàn huyện là tương đối lớn. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có một nghiên cứu nào đánh giá một cách cụ thể về số lượng, thành phần, đặc biệt là tiềm năng năng lượng từ nguồn rác này để có phương án đầu tư và sử dụng một cách hợp lý, hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Xuất phát từ lý do trên, tác giả lựa chọn đề tài: “Đánh giá tiềm năng và phương án tận dụng năng lượng tái tạo của chất thải rắn phát sinh trên địa bàn 1
huyện Ý Yên, Nam Định”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá được tiềm năng năng lượng và phương án khả thi tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ chất thải rắn phát sinh trên địa bàn huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định. 3. Nội dung nghiên cứu - Nguồn gốc, số lượng, thành phần, đặc điểm từng loại chất thải rắn; - Hiện trạng thu gom và xử lý; - Đánh giá tiềm năng năng lượng từ các loại chất thải rắn thuộc đối tượng nghiên cứu trên địa bàn; - Tính toán tiềm năng năng lượng từ rác thải; - Dự báo tiềm năng năng lượng từ rác thải đến năm 2020; - Lựa chọn phương án công nghệ có thể áp dụng được tại địa phương. 2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về chất thải rắn nông thôn Trong mô hình canh tác kiểu truyền thống cộng với điều kiện kinh tế trước kia của nông thôn Việt Nam thì lượng rác thải sinh ra là rất nhỏ và hầu như được tận dụng hoàn toàn. Tuy nhiên, trong một vài năm trở lại đây, khi điều kiện kinh tế phát triển, lượng rác thải nông thôn tăng mạnh, cùng với đó là sự xuất hiện của túi ni lông, là chất không phân hủy hay tái chế được, khiến tình hình rác thải ở nông thôn trở thành vấn đề nghiêm trọng. Bên cạnh đó là sự gia tăng mạnh mẽ về dân số, tạo thêm một áp lực lớn cho vấn đề rác thải nông thôn. 1.1.1. Nguồn gốc, thành phần chất thải rắn nông thôn a. Chất thải rắn nông nghiệp Chất thải rắn nông nghiệp phát sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như: trồng trọt, thu hoạch, bảo quản và sơ chế nông sản, các chất thải ra từ chăn nuôi, giết mổ động vật, chế biến sữa... Nguồn gốc phát sinh CTR nông nghiệp được đưa ra trên Hình 1. Trồng trọt (thực vật Bảo vệ thực vật, động vật chết, lá cành, cỏ…) (chai lọ đựng thuốc BVTV, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn CHẤT trùng) Thu hoạch nông sản THẢI (rơm, rạ, trấu, cám, lõi RẮN ngô, thân ngô…) Quá trình bón phân, kích NÔNG thích tăng trưởng (bao bì NGHIỆP đựng phân bón, phân đạm) Chăn nuôi (phân gia súc, gia cầm, động vật chết…) Thú y (chai lọ đựng thuốc thú Chế biến sữa, giết mổ y, dụng cụ tiêm, mổ) động vật Hình 1. Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn nông nghiệp 4 b. Chất thải rắn làng nghề Làng nghề là một đặc thù của nông thôn Việt Nam trong quá trình phát triển 3
kinh tế xã hội. Tại các làng nghề, nhiều sản phẩm phi nông nghiệp đã được sản xuất và chế biến thành thương phẩm trao đổi hàng hóa, góp phần tận dụng lao động dư thừa và tăng thu nhập. Theo thống kê của Hiệp hội làng nghề Việt Nam, đến năm 2011, nước ta có khoảng 2.790 làng nghề phân bố trên các vùng nông thôn, mỗi năm phát thải một lượng lớn chất thải công nghiệp không nguy hại 37. CTR làng nghề gồm nhiều chủng loại khác nhau, phụ thuộc vào nhiều nguồn phát sinh, ngày càng gia tăng về số lượng, đa dạng và phức tạp về thành phần như phế liệu từ chế biến lương thực, thực phẩm (nước thải, bã ngô, đậu, sắn), túi ni lông, chai lọ thủy tinh, nhựa, bao bì đựng nguyên vật liệu, cao su, gốm sứ, gỗ, kim loại. Nguồn gốc phát sinh CTR làng nghề được thể hiện trên Hình 2. Nhóm các làng nghề Làng nghề đồ gỗ mỹ chế biến nông sản nghệ (gỗ vụn, mùn cưa, thực phẩm (xơ sợi sắn, vỏ chai lọ đựng dung tinh bột, vỏ củ) môi) Làng nghề dệt nhuộm CHẤT (vải vụn, hộp đựng hóa Nhóm các làng nghề THẢI chất nhuộm) tái chế giấy (bao bì, nilon,nhãn mác) RẮN LÀNG Làng nghề tái chế nhựa phế liệu (nhựa tạp, xỉ NGHỀ than) Làng nghề sản xuất cơ khí và tái chế kim loại Các làng nghề khác (chế (kim loại tạp, nhựa, biến lông gà lông vịt, làm tro xỉ kim loại, xỉ vàng mã, vật liệu xây than) dựng…) Hình 2. Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn làng nghề 4 c. Chất thải rắn sinh hoạt ở nông thôn Gồm nhiều loại rác và được phân chia làm hai loại chính là: Thành phần hữu cơ chủ yếu là thực phẩm thừa, giấy, nhựa, vải, cao su, da, gỗ... Thành phần vô cơ: thủy tinh, nhôm, sắt, bụi… 4
Lượng rác thải hữu cơ này nguồn gốc chủ yếu từ thức ăn thừa, được tận dụng làm thức ăn cho gia súc. Một lượng CTR khác là phân người và gia súc được tận dụng làm phân bón ruộng. Các phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, được dùng làm đun nấu và thức ăn gia súc. 1.1.2. Hiện trạng chất thải rắn tại nông thôn Việt Nam Mỗi năm khu vực nông thôn thải ra khoảng 6,35 triệu tấn rác sinh hoạt (2010), tương đương trung bình mỗi người tạo ra 0,3 kg/người/ngày và có xu hướng tăng đều theo từng năm 37. Trên thực tế, rác thải hiện nay đang là vấn đề bức xúc, nhiều gia đình đã phản ánh không biết đổ rác ở đâu, nên buộc phải vứt rác trên đường, xuống ao, hồ, sông ngòi, mương máng. Lượng rác thải này tập trung nhiều gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, ách tắc dòng chảy, ảnh hưởng đến đời sống, sinh hoạt hàng ngày của người dân. Số liệu về tình hình phát sinh CTR được thể hiện trong Bảng 1. Bảng 1. Tình hình phát sinh chất thải rắn Các loại chất thải rắn Toàn quốc Đô thị Nông thôn Tổng lượng phát sinh chất thải sinh hoạt 12.800.000 6.400.000 6.400.000 (tấn/năm) Chất thải nguy hại từ công nghiệp 128.400 125.000 2.400 (tấn/năm) Chất thải không nguy hại từ công nghiệp 2.510.000 1.740.000 770.000 (tấn/năm) Chất thải Y tế lây nhiễm (tấn/năm) 21.000 - - Tỷ lệ thu gom trung bình (%) - 71 20 Tỷ lệ phát sinh chất thải đô thị trung bình - 0,8 0,3 theo đầu người (kg/người/ngày) (Nguồn: Viện Quy hoạch đô thị - Nông thôn, Bộ Xây dựng, năm 2010) 1.1.3. Quản lý chất thải rắn nông thôn Việc đưa ra những biện pháp quản lý thích hợp đối với CTR nông nghiệp không chỉ mang lại ý nghĩa to lớn về mặt môi trường mà còn tận dụng được giá trị vật chất và năng lượng một cách hiệu quả. 5
Chu trình quản lý CTR được thể hiện trên Hình 3. Phân loại chất thải tại nguồn Thu gom Vận chuyển Xử lý Chôn lấp Tái chế Hình 3. Chu trình quản lý chất thải 4 Quản lý CTR nông nghiệp cần căn cứ vào nguồn phát sinh, căn cứ vào tính chất nguy hại của chất thải, căn cứ vào mục đích sử dụng lại và các biện pháp xử lý chúng. Việc thu gom CTR nông nghiệp chia làm 2 nguồn chính: CTR hữu cơ và CTR vô cơ. Cần phân loại chất thải ngay tại nguồn phát sinh và căn cứ vào mục đích sử dụng để có những biện pháp thu gom thích hợp.  Thành phần chất thải có nhiệt trị cao như rơm, rạ, trấu…sử dụng cho mục đích đun nấu hoặc làm nhiên liệu cho phát điện.  Thành phần chất thải có hàm lượng dinh dưỡng cao, chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học tạo sản phẩm khí biogas và phân bón hữu cơ. Việc thu gom, phân loại, vận chuyển cần tránh rơi vãi, không lấn chiếm hành lang an toàn giao thông ( không phơi rơm, rạ trên lòng đường…) và chú ý không để tạo ra các ổ dịch bệnh phát sinh và nơi cư trú của các sinh vật có hại. Sau khi phân loại, CTR nông nghiệp được đưa tái chế, tái sử dụng, xử lý. Quản lý CTR theo phương thức 3R (Reduce- Reuse-Recycle: Giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế), bắt đầu từ phân loại rác tại nguồn với mục tiêu tối thiểu hóa 6
lượng chất thải, từ đó:  Bảo vệ môi trường, ngăn ngừa suy thoái, giảm thiểu các thiệt hại đến môi trường.  Tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên nhờ tái chế và tái sử dụng.  Tiết kiệm chi phí thu gom và xử lý rác thải.  Giảm quỹ đất giành cho việc chôn lấp rác, giảm sức ép lên các bãi chôn lấp rác đang bị quá tải. Tại các hộ gia đình ở nông thôn Việt Nam, từ lâu áp dụng mô hình VAC ( vườn – ao – chuồng). Đây là mô hình khá đơn giản, lại có hiệu quả giảm thiểu vì chất thải được tận dung tối đa theo một chu trình vòng khép kín. Hình 4. Mô hình VAC điển hình ở nông thôn Việt Nam Việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp phục vụ mục đích sinh hoạt và sản xuất cũng khá đa dạng:  Dùng rơm rạ để làm giá thể nuôi nấm rơm, làm vật liệu độn chuồng.  Thu hồi trực tiếp nhiệt năng nhờ quá trình đốt cháy các thành phần chất thải 7
hoặc thu hồi gián tiếp thông qua quá trình tạo khí mêtan. 1.1.4. Xử lý chất thải rắn nông thôn Hiện nay, các loại CTR phát sinh tại nông thôn đang được xử lý cơ bản theo 3 nhóm phương pháp: xử lý bằng phương pháp sinh học, xử lý bằng phương pháp đốt, xử lý bằng phương pháp chôn lấp. Phương pháp sinh học: Quá trình ủ sinh học tạo phân compost là phương pháp truyền thống, được áp dụng phổ biến và có hiệu quả ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam. Nguyên liệu được sử dụng là các phụ phẩm trong quá trình trồng trọt và sau thu hoạch, phân chuồng trong chăn nuôi,…chứa các thành phần hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học tốt. Việc xử lý chất thải nông nghiệp được thực hiện bởi quá trình ủ sinh học thu hồi khí biogas. Đây là phương pháp đem lại hiệu quả cao và cải thiện đáng kể môi trường nông thôn: phân người tạo ra khí đốt cho gia đình, nguồn phân hữu cơ an toàn bón ruộng, nước thải túi ủ biogas dùng để nuôi tảo, thực vật phù du khác và làm thức ăn giàu dinh dưỡng khác cho cá. Phương pháp đốt: Trước đây việc đốt không thu hồi nhiệt lượng khá phổ biến, đặc biệt là ở Nam Bộ. Hiện tượng đốt chất thải nông nghiệp ngay trên đồng ruộng hiện nay đã lan ra cả những vùng thuộc đồng bằng sông Hồng, gây lãng phí, và ô nhiễm môi trường. Đốt thu hồi nhiệt lượng ở quy mô nhỏ, các chất thải dễ cháy được sử dụng thay thế củi để đun nấu phục vụ sinh hoạt trong gia đình. Tuy nhiên hiệu suất sử dụng năng lượng không cao vì các loại bếp đun còn thủ công, tổn thất nhiệt lớn, bên cạnh đó còn gây ô nhiễm cục bộ trong không gian bếp đun chật hẹp. Do vậy, đốt thu hồi nhiệt ở quy mô công nghiệp có hiệu quả cao hơn, năng lượng nhiệt trong quá trình đốt có thể sử dụng cho các lò hơi, lò sưởi, các thiết bị sấy và sản xuất điện. Phương pháp chôn lấp: Thường được sử dụng đối với chất thải sinh hoạt, cần phải có biện pháp kĩ thuật đảm bảo về vấn đề nước rác và khí bãi rác. Ngoài ra để giảm thể tích bãi chôn lấp, tăng khả năng thu hồi rác, vấn đề cần quan tâm là phân loại tốt rác thải tại nguồn. 8
Xử lý chất thải rắn nông nghiệp nguy hại: Cần phải có biện pháp quản lý và xử lý phù hợp để không gây ô nhiễm cho môi trường. Hiện nay, người dân chưa ý thức được tính nguy hại của những loại chất này nên chưa có ý thức thu gom để xử lý. Các loại chai lọ, bao bì đựng thuốc trừ sâu vẫn bị thải bừa bãi ra ngoài đồng ruộng sau khi đã qua sử dụng. Để hạn chế tới mức thấp tác hại của chất thải này thì cần phải có biện pháp thu gom triệt để, tránh tiếp xúc trực tiếp với loại chất thải này. Phương pháp phổ biến để xử lý chất thải nguy hại là thiêu đốt trong lò đốt và phương pháp trơ hóa (đổ bê tông khối) rồi đem chôn lấp. Tuy nhiên, các biện pháp xử lý loại chất thải nguy hại này đòi hỏi chi phí cao và quy phạm kĩ thuật nghiêm ngặt. 1.2. Tổng quan về các công nghệ biến rác thải thành năng lƣợng trên thế giới và Việt Nam Mỗi quốc gia tùy vào tiềm năng về nguồn năng lượng tái tạo và trình độ phát triển để lựa chọn phương án nguồn năng lượng tái tạo ưu tiên, với tỷ trọng năng lượng tái tạo trong tổng sản lượng năng lượng quốc gia liên tục gia tăng theo thời gian. Với các quốc gia trình độ phát triển thấp thường lựa chọn các loại nguồn năng lượng có suất đầu tư nhỏ, công nghệ ít phức tạp, giá thành sản xuất ở mức tương đương với giá năng lượng hóa thạch, như: thủy điện nhỏ, sử dụng nhiệt bức xạ mặt trời (đun nước nóng bằng mặt trời, bếp đun và thiết bị sấy bằng ánh sáng mặt trời, v.v.), năng lượng sinh khối, biogaz, dầu thực vật, v.v. Khi trình độ kinh tế kỹ thuật ở mức tương đối cao, các quốc gia lựa chọn các phương án có suất đầu tư cao, trang thiết bị đòi hỏi phải vận hành và bảo dưỡng phức tạp, như: tuabin gió, quang điện, nhiên liệu sinh học (Etanol, Metanol, v.v.), điện địa nhiệt, điện thủy triều, điện sóng biển, v.v. + Năng lượng từ rác: Trong những năm đầu thế kỷ 20, một số thành phố của Mỹ bắt đầu tạo ra điện hoặc hơi nước từ đốt chất thải. Tuy nhiên, châu Âu phát triển công nghệ đốt chất thải thành năng lượng triệt để hơn, một phần bởi vì những quốc gia có ít đất cho các bãi chôn lấp. 9
Trong giai đoạn 2001 - 2007, các dự án Biến CTR thành năng lượng (Waste to Enerergy, WTE) xử lý được khoảng 4.000.000 tấn mỗi năm. Trong năm 2007 có hơn 600 nhà máy ở 35 quốc gia khác nhau. Các thiết bị này xử lý 170 triệu tấn chất thải đô thị. + Sản xuất nhiệt (phần lớn từ biomass) chiếm 9,8% và tiêu thụ nhiên liệu trong giao thông vận tải chiếm 5,8% 32. + Các bãi chôn lấp hiện đại nhất cho phép sản xuất khí biogas thông qua việc lên men chất thải, có thể tái sử dụng dưới dạng điện năng. + Điện từ sinh khối và rác thải Ở Việt Nam, hiện nay tổng công suất lắp đặt của các nhà máy điện sử dụng bã mía đạt 150 MW, có khả năng sản xuất đạt ít nhất là 400 triệu kWh/năm. Ngoài bã mía, từ 2006, Việt Nam đã có nhà máy thu hồi khí bãi rác đầu tiên tại Gò Cát, Thành Phố Hồ Chí Minh (TP HCM) với công suất 2,4 MW, sản lượng trung bình 9 triệu kWh/năm cung cấp điện lên lưới điện TP HCM. + Sử dụng năng lượng sinh khối Củi và các phế thải nông lâm nghiệp: hiện là một nguồn NL khá quan trọng ở VN, ước tính có khoảng 70% người dân nông thôn đang sử dụng các dạng nhiên liệu này để đáp ứng nhu cầu nhiệt cho đun nấu hàng ngày. Ngoài ra chúng cũng được coi là một loại nhiên liệu đang được sử dụng làm chất đốt trong một số ngành sản xuất tiểu thủ công nghiệp địa phương như nung gạch, ngói, sành sứ, chế biến lương thực thực phẩm. Hiện trạng tiêu thụ NLSK cho sản xuất nhiệt được tổng hợp trong Bảng 2. Bảng 2. Tổng hợp tiêu thụ NLSK theo loại SK và sử dụng , (KTOE) 2 Theo loại sinh khối Theo loại sử dụng Tổng Gỗ củi Trấu Rơm Bã mía SK khác Các bếp ( nấu ăn 6942 665 1895 165 890 10557 HGĐ) Nhiệt Các lò nung (VLXD) 663 140 - - 100 903 Các lò đốt (CBNS- TP) 1145 110 - 100 698 2053 10
Đồng phát Đồng phát NL - - - 377 - 377 nhiệt điện Tổng 8750 915 1895 642 1688 13890 + Công nghệ khí sinh học Công nghệ KSH tại Việt Nam hiện nay đang được thương mại hoá: đã có nhiều hộ dân tự nhận thấy lợi ích về nhiều mặt, rất thuận tiện nên đã tự đầu tư để xây dựng công trình đồng thời cũng hình thành nên các nhóm thợ tư nhân nhận xây dựng các công trình cho dân. Cũng chính vì nhận thức tự phát nên còn có nhiều vấn đề bất cập trong sự phát triển. Thị trường chưa được quản lý nên mạng lưới phát triển và tổ chức còn chưa hoàn thiện, dịch vụ chưa rộng rãi và tiện lợi. Trở ngại chính trong việc phát triển KSH là thu nhập của người dân nông thôn còn thấp đồng thời vai trò quản lý của Nhà nước còn bị buông lỏng nên đã để xảy ra tình trạng công nghệ được phổ biến khi chưa thật hoàn thiện, gây những lãng phí tiền của và hạn chế thành công khi ứng dụng. Tiêu thụ NLSK ở nước ta khoảng 13,8 triệu TOE trong đó lĩnh vực sử dụng NLSK lớn nhất là hộ gia đình chiếm khoảng 75% của tổng tiêu thụ. Các vùng sử dụng NLSK lớn hiện nay là miền núi và trung du Bắc Bộ, ĐBSH, khu bốn cũ và ĐBSCL. Có khoảng 35% SK từ phụ phẩm phế thải được sử dụng cho mục đích NL, số còn lại chưa được khai thác hoặc là bỏ đi hoặc sử dụng vào các mục đích khác. Các bếp đun SK ở các hộ gia đình nông thôn chủ yếu là bếp kiềng, có từ hàng trăm năm nay, hiệu suất thấp (8 - 15%), đun lãng phí nhiên liệu, ô nhiễm khi đun nên cần thay thế bằng các mẫu bếp có hiệu suất cao, sạch 2. NLSK mới chỉ được thử nghiệm ở quy mô sản xuất nhỏ lẻ. Cần có chiến lược mạnh mẽ và thống nhất trong quy hoạch vùng nhiên liệu, và định hướng sử dụng. Xuất phát từ vấn đề bảo vệ môi trường, quản lý và xử lý phế thải đang được cả thế giới và Việt Nam quan tâm. Xu hướng chung là áp dụng các công nghệ giảm 11
thiểu chất thải, tạo ra ít nhất các chất gây ô nhiễm, sử dụng ít năng lượng và nguyên liệu. Các công nghệ tái chế phế thải ngoài mục đích tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm giá thành sản phẩm còn có ý nghĩa bảo vệ môi trường, tăng cường phát triển bền vững. Bởi lẽ mọi hoạt động của con người không thể không tạo ra chất thải, vì vậy xử lý chúng như thế nào để đảm bảo vệ sinh môi trường và chi phí xử lý thấp nhất được đặt ra như một vấn đề sống còn của nhân loại. Các nước trên Thế giới thường áp dụng đồng thời nhiều phương pháp xử lý và tận thu năng lượng từ rác thải. Dưới đây là một số công nghệ thường được sử dụng: • Công nghệ thiêu đốt. • Công nghệ sinh hóa. • Công nghệ nhiệt phân/khí hóa • Công nghệ plasma PGM 1.2.1. Công nghệ thiêu đốt Công nghệ thiêu đốt là quá trình đốt cháy trực tiếp của chất thải với sự hiện diện của không khí ở nhiệt độ trên 8000C, giải phóng được nhiệt, khí trơ và tro. Sản lượng năng lượng phụ thuộc vào mật độ và thành phần của chất thải, tỷ lệ phần trăm độ ẩm tương đối, ngoài ra còn do tổn thất nhiệt, nhiệt độ đánh lửa, kích thước và hình dạng của rác, thiết kế của các hệ thống đốt (hệ thống cố định/ tầng sôi). Trong thực tế, có khoảng 65 - 80% năng lượng của các chất hữu cơ có thể được phục hồi như năng lượng nhiệt, có thể được sử dụng hay cho ứng dụng trực tiếp, để sản xuất điện năng thông qua các tua bin hơi nước, các máy phát điện (với hiệu suất chuyển đổi khoảng 30%). Nhiệt độ cháy của lò khoảng 7600C ở buồng sơ cấp, khoảng 8700C tại buồng thứ cấp. Nhiệt độ này cần thiết để khử mùi nhưng không đủ để đốt cháy hoặc làm tan chảy thủy tinh. Để tránh những thiếu sót của những lò đốt thông thường, một số lò đốt hiện đại có thể sử dụng nhiệt độ lên đến 16500C bằng cách bổ sung nhiên liệu. Với nhiệt độ này, có thể giảm đến 97% lượng rác thải, kim loại bị chuyển đổi và thủy tinh thành tro. 12