Nghiên cứu ứng dụng mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải ở việt nam tt

Nắm bắt được tình hình đó luận án “Nghiên cứu ứng dụng mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải ở Việt Nam” sẽ tập trung nghiên cứu thiết lập mô hình t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Vân Anh

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ MỘT SỐ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đặng Xuân Hiển

Phản biện 1: PGS.TS Trịnh Văn Tuyên

Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Quang Trung

Phản biện 3: GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi…… giờ, ngày … tháng … năm …

Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện:

1 Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội

2 Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Các hiện tượng như lũ lụt, hạn hán cháy rừng, băng đá ở Bắc cực đang dần dần tan chảy, nhiều trận bão khốc liệt, nhiều cơn sóng thần, nhiều đợt nóng gay gắt, nhiều rừng cây bị tàn phá nhanh chóng, sa mạc ngày càng lan rộng, nhiều sinh vật đang bị diệt chủng không ngừng xảy ra trong những năm gần đây Đó là những ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tác động mạnh mẽ đến môi trường trái đất và đời sống của con người

Nguyên nhân chính làm biến đổi khí hậu trái đất đó là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính (KNK), trong đó, các hoạt động sinh sống và sản xuất của con người là nguồn phát thải chính Các loại KNK chủ yếu phát sinh trong khối chất thải gồm: Khí Carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O) Hiện nay, tại Việt Nam, tỷ lệ đóng góp phát thải khí nhà kính từ lĩnh vực chất thải chưa nhiều, các con số thống kê phát thải khí nhà kính từ chất thải còn thiếu nhiều, đặc biệt là từ hệ thống xử lý nước thải vẫn còn đang bỏ ngỏ trong tổng kiểm kê quốc gia về phát thải KNK Việc đo đạc trực tiếp phát thải KNK từ hệ thống xử lý nước thải là khó khăn và tốn kém nên có một mô hình tính toán phát thải khí nhà kính sẽ giúp giảm thiểu chi phí đo đạc, chi phí nhân công, nhanh chóng có được bộ số liệu dự báo về lượng phát thải KNK là rất cần thiết Trên thế giới phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải ngày càng được quan tâm nhiều hơn, đồng hành cùng sự cần thiết phải xử lý nước thải dòng ra đạt tiêu chuẩn cho phép Nắm bắt được tình hình đó luận

án “Nghiên cứu ứng dụng mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải ở Việt Nam” sẽ tập trung nghiên cứu thiết lập mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử

lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp sản xuất giấy ở Việt Nam và ứng dụng mô hình thiết lập tính toán cho một số hệ thống xử lý nước thải ở Việt Nam

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

- Thiết lập mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải (nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy) ở Việt Nam;

- Tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải (nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy) ở Việt Nam; đề xuất một số hệ số phát thải khí nhà kính của hệ thống xử lý nước thải

2

sinh hoạt và hệ thống xử lý nước thải giấy ở Việt Nam

3 Đối tượng nghiên cứu của luận án

Một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và hệ thống xử lý nước thải công nghiệp giấy ở Việt Nam như: Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tòa nhà GOLDMARK, Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Yên Sở, Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Trúc Bạch, Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Kim Liên, Hệ thống xử lý nước thải giấy Bãi Bằng,

Hệ thống xử lý nước thải giấy Corelex

4 Nội dung nghiên cứu của luận án

+ Nghiên cứu tổng quan: về biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính, phát thải khí nhà kính từ nguồn nước thải và chất thải; về tình hình nước thải và chất thải tại Việt Nam; về tính toán phát thải khí nhà kính

và mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải

và chất thải trên giới và Việt Nam;

+ Nghiên cứu thiết lập mô hình toán tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy; xây dựng code số (phần mềm) với giao diện thuận tiện và dễ sử dụng; Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thu được với các nghiên cứu trước đó và kiểm nghiệm mô hình qua các số liệu đo đạc thực nghiệm + Ứng dụng mô hình tính toán phát thải khí nhà kính cho một số

hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy (Nhà máy

xử lý nước thải Yên Sở, Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên, Nhà máy

xử lý nước thải Trúc Bạch, Nhà máy xử lý nước thải giấy Bãi Bằng, Nhà máy xử lý nước thải giấy Corelex);

+ Xác định được một số yếu tố ảnh hưởng khả năng phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải; xác định một số hệ số phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy tại Việt Nam

5 Phạm vi nghiên cứu của luận án

Phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải: luận án chỉ tập trung vào một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt (đây là loại hình phổ biến nhất và có lưu lượng thải lớn nhất ở Việt Nam) và hệ thống xử lý nước thải công nghiệp giấy (đây là loại hình có tỷ lệ thải nước/tấn sản phẩm lớn nhất trong các loại nước thải công nghiệp) Nguồn phát thải KNK từ hệ thống xử lý nước thải gồm nguồn phát thải gián tiếp và nguồn phát thải trực tiếp Trong nguồn phát thải gián tiếp, luận án chỉ tính đến phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện để

sử dụng trong quá trình xử lý Trong nguồn phát thải trực tiếp, luận án

chỉ tính đến phát thải khí nhà kính từ bể xử lý hiếu khí, bể xử lý yếm khí và bể phân hủy bùn yếm khí Độ lớn của phát thải khí nhà kính của

hệ thống xử lý được tính tổng phát thải KNK từ mỗi nguồn trên

6 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng

Phương pháp thu thập thông tin dữ liệu; Phương pháp hồi cứu; Phương pháp mô hình hóa; Phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường; Phương pháp thực nghiệm lấy mẫu khí nhà kính; Phương pháp phân tích công cụ; Phương pháp thống kê

7 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận án

- Tại Việt Nam, luận án nghiên cứu thiết lập một mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải là bước đi mới

và mang tính thực tiễn cao;

- Luận án đã đóng góp một phần giải pháp trong vấn đề còn đang bỏ ngỏ trong kiểm kê khí nhà kính tại Việt Nam; Các nhà kiểm kê khí nhà kính tại Việt Nam có thể sử dụng mô hình, thường xuyên cập nhật lượng phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải, từ đó đưa

ra các giải pháp giảm thiểu, xây dựng kế hoạch giảm nhằm giảm nhẹ biến đối khí hậu, hướng tới một nền kinh tế các bon thấp, phục vụ phát triển bền vững;

- Luận án có thể làm tài liệu tham khảo trong các trường đại học,

mở ra hướng tiếp cận mới về tính toán phát thải khí nhà kính

8 Những đóng góp mới của luận án

- Lần đầu tiên đã thiết lập được mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải dựa trên phương trình động học Monod cải tiến (phương trình Herbert), phương trình cân bằng khối lượng cơ chất và phương trình cân bằng sinh khối, cân bằng hóa học xảy ra trong các công trình xử lý nước thải để tính toán lượng phát thải khí nhà kính từ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy ở Việt Nam;

- Luận án đã xác định được một số hệ số phát thải khí nhà kính từ

hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và hệ thống xử lý nước thải sản xuất giấy ở Việt Nam;

- Đã thử nghiệm mô hình thiết lập được để tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt từ khu nhà ở GOLDMARK và cho kết quả khá khả quan Việc ứng dụng mô hình cho phép giảm chi phí lấy mẫu, đo đạc, phân tích và đạt được kết quả nhanh chóng trong quá trình kiểm kê khí nhà kính từ các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải giấy ở Việt Nam;

4

- Mô hình số thiết lập được cho phép nhanh chóng tính toán lượng (tiềm năng) phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy ở Việt Nam

9 Cấu trúc của luận án

- Phần mở đầu: trình bày về tính cấp thiết của luận án nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và tính mới của luận án

- Chương 1: trình bày tổng quan về biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính, phát thải khí nhà kính từ nguồn nước thải; tổng quan về các nghiên cứu tính toán phát thải khí nhà kính và mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải trên giới và Việt Nam; tổng quan về tình hình nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy tại Việt Nam

- Chương 2: trình bày về đối tượng nghiên cứu của luận án là một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy tại Việt Nam; phương pháp lấy mẫu phân tích các khí nhà kính (CO2, CH4 và N2O); quá trình thiết lập mô hình toán tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy; xây dựng code số (phần mềm) với giao diện thuận tiện và

dễ sử dụng

- Chương 3: trình bày về các kết quả và thảo luận của luận án gồm phần hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình; ứng dụng mô hình thiết lập tính toán phát thải khí nhà kính cho một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy tại Việt Nam (Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt GOLDMARK, Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Yên

Sở, Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Kim Liên, Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Trúc Bạch, Hệ thống xử lý nước thải giấy Bãi Bằng, Hệ thống xử lý nước thải giấy Corelex); Xác định được một số yếu tố ảnh hưởng khả năng phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải; xác định một số hệ số phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy tại Việt Nam

Cuối cùng là phần kết luận, danh mục các công trình công bố của luận án và tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về biến đổi khí hậu và khí nhà kính

1.1.1 Lịch sử về hội nghị thế giới khí hậu

1.1.2 Khái niệm về biến đổi khí hậu

1.1.3 Hiệu ứng nhà kính

1.1.4 Khí nhà kính và các nguồn phát thải khí nhà kính 1.1.5 Phát thải khí nhà kính từ nguồn chất thải

1.1.6 Phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải 1.1.7 Các nguồn phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải

1.2 Tổng quan về các nghiên cứu tính toán phát thải khí nhà kính trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới

1.2.1.1 Cách tính toán phát thải khí nhà kính theo IPCC

Thực hiện kiểm kê quốc gia khí nhà kính, Phương pháp IPCC này được sử dụng cho tất cả các quốc gia trên thế giới, từ các nước phát triển, các nước đang phát triển đến các nước chưa phát triển; áp dụng cho tất cả các đối tượng từ những đối tượng có dữ liệu thu thập đầy đủ, đến những đối tượng thiếu hay ít dữ liệu và với mỗi đối tượng khác nhau sẽ cấp tính toán tương ứng Phương pháp IPCC có đối tượng áp dụng quá rộng, phạm vi quá lớn, dẫn đến sai số cũng khá nhiều, các hệ

số mặc định có thể phù hợp với quốc gia này nhưng với quốc gia khác chưa chắc đã phù hợp Tại Việt Nam, việc thu thập các dữ liệu hoạt động vẫn còn gặp nhiều khó khăn, việc kết hợp cung cấp thông tin giữa các Bộ, ban ngành còn chưa được chặt chẽ, các dữ liệu còn thiếu nhiều, chưa đồng bộ, các hệ số mặc định còn chưa phù hợp với thực tế của Việt Nam, nên kết quả kiểm kê có độ chắc chắn vẫn còn chưa cao Các thông số xác định phát thải KNK từ nước thải sinh hoạt theo IPCC như dân số, khả năng phát thải BOD/người, và các hệ số mặc định Các hệ số được lựa chọn phụ thuộc vào tỷ lệ dân số là thành thị hay nông thôn, thu nhập cao hay thu nhập thấp và phụ thuộc và từng phương pháp xử lý nước thải Các thông số xác định phát thải KNK từ nước thải công nghiệp theo IPCC như tổng sản phẩm của từng loại công nghiệp, khả năng phát thải COD/m3 nước thải, và các hệ số mặc định Các hệ số được lựa chọn theo vào từng loại hình công nghiệp Mỗi quốc gia sẽ có các hệ số mặc định cụ thể Đối với Việt Nam, chưa

có hệ số cụ thể riêng cho quốc gia nên khi tính toán sẽ sử dụng các nước có tính chất tương tự Mỗi thông số lựa chọn đều gặp những rủi ro khả năng sai số cao Do đó, sử dụng phương pháp này để tính phát thải KNK cho từng hệ thống xử lý cụ thể sai số còn nhiều

Năm 2009, Marlies J Kampschreur, Hardy Temmink, Robbert Kleerebezem, Mike S.M Jetten, Mark C.M van Loosdrecht đã nghiên cứu đến sự phát thải khí N2O trong hệ thống xử lý nước thải Nghiên cứu đã dựa trên các phép đo ở quy mô phòng thí nghiệm và hiện trường [50]

Năm 2011, Semi Rana Das, đã nghiên cứu tính toán phát thải khí nhà kính từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tại Winsor Nghiên cứu

đã tính phát thải khí nhà kính gián tiếp (gồm phát thải từ sử dụng điện năng và nhiên liệu dung cho vận hành nhà máy) và phát thải khí nhà kính trực tiếp (phát thải từ bản thân quá trình xử lý) Nghiên cứu đã sử

dụng các phương trình cân bằng khối lượng, hệ số động học và tỷ lượng trong quá trình xử lý để tính toán các phát thải [13]

Năm 2012, Diksha Gupta, Santosh Kumar Singh đã nghiên cứu tính toán phát thải khí nhà kính từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tại Uttar Pradesh, Noida Nghiên cứu tập trung tính toán phát thải khí CH4

và N2O từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt và khí CO2 từ việc tạo điện năng cho nhà máy (cụ thể sử dụng than đá tạo năng lượng điện cho quá trình xử lý) Nghiên cứu đã sử dụng hướng dẫn IPCC 2006 để tính toán và thời gian thu thập các dữ liệu và tính toán trong suốt năm 2011 (từ tháng 1/2011 đến tháng 12/2011) [51]

Năm 2012, O Ashrafi, L Yerushalmi, F Haghighat đã nghiên cứu mô hình toán học về phát thải khí nhà kính từ nhà máy xử lý nước thải ở điều kiện trạng thái ổn định và điều kiện động học Nghiên cứu được thực hiện đối với nước thải công nghiệp giấy, với 03 hệ thống thử nghiệm là hệ xử lý yếm khí, hệ xử lý hiếu khí và hệ sử lý lai ghép (kết hợp xử lý yếm khí sau đó là hiếu khí) Phát thải khí nhà kính được tính toán bằng các mô hình tĩnh và mô hình động học [32]

Năm 2013, Y.G Rena, J.H Wangb, H.F Lic, J Zhanga, P.Y Qia and Z Hua đã nghiên cứu phát thải khí N2O và khí CH4 từ các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt khác nhau tại miền Bắc Trung Quốc Nghiên cứu thực hiện các phép đo liên tục khí N2O và khí CH4 trong suốt 3 tháng từ tháng 3/2011- tháng 6/2011 Nghiên cứu này đã thiết lập

cơ sở dữ liệu về phát thải N2O và CH4 từ các nhà máy xử lý khác nhau bằng việc sử dụng quá trình bùn hoạt tính khác nhau thông qua mẫu trực tiếp và thí nghiệm phòng thí nghiệm và đã xác định các hệ số chính ảnh hưởng phát thải CH4 và N2O từ quá trình bùn hoạt tính [52] Năm 2014, Jin Chang, Daeseung Kyung and Woojin Lee đã nghiên cứu thiết lập mô hình tính toán phát thải KNK gián tiếp và trực tiếp từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, sử dụng công nghệ sinh học hỗn hợp gồm yếm khí, thiếu khí và hiếu khí, nghiên cứu có tính đến thu hồi và tái sử dụng khí sinh học [54]

Trên thế giới, bên cạnh việc xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn cho phép với chi phí thấp, đã có nhiều nghiên cứu chú trọng đến việc phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải dựa trên các mô hình toán Tiếp cận được xu thế của thế giới, đề tài luận án đã tập trung thiết lập một mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy dựa trên cân bằng khối lượng cơ chất, cân bằng khối lượng sinh khối, các cân bằng hóa

8

học xảy ra trong hệ thống xử lý, thiết lập các hệ số năng suất tạo KNK (Y) và xác định hệ số động học của hệ thống xử lý

1.2.2 Nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, các nghiên cứu tính toán phát thải khí nhà kính phần lớn tập trung vào các lĩnh vực năng lượng, nông nghiệp, việc tính toán phát thải khí nhà kính từ chất thải là không nhiều, nếu có thì đa số tập trung các nghiên cứu và phát thải khí nhà kính từ các bãi chôn lấp

Có thể nói, đây là lần đầu tiên luận án đã nghiên cứu thiết lập một mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải tại Việt Nam Đây là một bước đi mới và mang tính thực tiễn cao tại Việt Nam

Qua quá trình nghiên cứu tổng quan về các nghiên cứu tính toán phát thải khí nhà kính từ nước thải trên thế giới, nghiên cứu tổng quan

về tình hình xử lý nước thải tại Việt Nam, đề tài luận án tập trung thiết lập mô hình tính toán dựa trên mô hình Herbert (là mô hình monod cải biên, có tính đến hệ số phân rã nội sinh của vi sinh vật kd), cân bằng khối lượng, cân bằng hóa học (với giả thiết đối với nước thải SH: công thức kinh nghiệm C10H19NO3 được sử dụng đại diện cho cơ chất; đối với nước thải CN giấy: công thức kinh nghiệm C7H12O4N được sử dụng đại diện cho cơ chất, chất hữu cơ và C5H7O2N được sử dụng đại diện cho sinh khối xẩy ra trong quá trình xử lý nước thải), mô hình được thiết lập tính toán phát thải KNK trên cả hệ thống xử lý gồm phát thải

từ quá trình sử dụng điện năng và từ quá trình xử lý của hệ thống Tiếp

đó, luận án tập trung thiết lập phần mềm mô hình với giao diện thuận tiện và dễ sử dụng, có tính ứng dụng cao trong các hệ thống xử lý nước thải và trong quá trình thiết kế hệ thống xử lý, giúp giảm được chi phí nhân công, đo đạc và phân tích Mô hình được kiểm nghiệm với nghiên cứu trước đó và kiểm nghiệm qua đo đạc phân tích thực nghiệm để đảm bảo độ chính xác của mô hình

1.3 Tổng quan về tình hình xử lý nước thải ở Việt Nam 1.3.1 Tình hình chung về xử lý nước thải tại Việt Nam

a Về nước thải sinh hoạt: Là loại hình xử lý nước thải phổ biến

tại Việt Nam Tại Việt Nam, nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi

b Về nước thải công nghiệp tại Việt Nam

Nước thải công nghiệp giấy: Là loại hình có tỷ lệ thải nước/tấn

sản phẩm cao trong các loại nước thải công nghiệp

Tại Việt Nam, nước thải có thể chia làm 02 loại hình là nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp nên tác giả lựa chọn thiết lập mô hình cho hai loại nước thải này Nước thải sinh hoạt là loại hình phổ biến và có lưu lượng thải lớn nhất ở Việt Nam Nước thải công nghiệp sản xuất giấy ở Việt Nam có có tỷ lệ thải nước/tấn sản phẩm rất lớn và

có tải lượng ô nhiễm khá cao

Tiểu kết luận tổng quan luận án:

Qua nghiên cứu tổng quan, luận án thiết lập mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp sản xuất giấy ở Việt Nam trên cơ sở lựa chọn mô hình Herbert (một dạng cải biên của mô hình Monod mô tả mối quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng vi sinh vật và nồng độ cơ chất có tính đến sự phân rã nội bào của vi sinh vật) Luận án thiết lập mô hình trên cơ sở phân tích hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp sản xuất giấy tách thành các mô đun chính để mô phỏng: hệ yếm khí,

hệ hiếu khí, hệ hỗn hợp yếm khí và hiếu khí, và các mô đun phụ trợ: quá trình lắng, quá trình phân hủy bùn yếm khí luận án thiết lập các phương trình cân bằng khối lượng cơ chất, cân bằng khối lượng sinh khối, các quá trình cân bằng hóa học trên nền mô hình cấu trúc dòng lý tưởng Xác định các hệ số chuyển đổi Y qua các cân bằng phương trình hóa học xảy ra trong hệ thống xử lý và xác định các hệ độ động học của

hệ thống xử lý nước thải Tiếp đó, luận án thiết lập phần mềm tính toán với giao diện thuận tiện, dễ sử dụng Luận án tiến hành kiểm nghiệm

mô hình thiết lập với kết quả nghiên cứu trước đó, kiểm nghiệm tính toán trên mô hình thiết lập với các thông số của hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK ở Việt Nam để tính toán phát thải khí nhà kính và kiểm nghiệm với kết quả đo đạc thực địa khí nhà kính tại hệ thống xử

lý nước thải GOLDMARK ở Việt Nam Ứng dụng mô hình thiết lập để tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt (hệ thống xử lý nước thải Yên Sở, hệ thống xử lý nước thải Trúc Bạch, hệ thống xử lý nước thải Kim Liên) và một số hệ thống xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy (Hệ thống xử lý nước thải Giấy Bãi Bằng và Giấy Corelex)

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Cách tiếp cận

10

Thiết lập mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải (nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy) ở Việt Nam Quá trình tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống

xử lý nước thải gồm cả 2 nguồn gián tiếp và nguồn phát thải trực tiếp Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, nguồn phát thải gián tiếp là tính đến phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện để sử dụng trong quá trình

xử lý Nguồn phát thải trực tiếp là phát thải khí nhà kính từ bể xử lý hiếu khí, bể xử lý yếm khí và bể phân hủy bùn yếm khí Độ lớn của phát thải khí nhà kính của hệ thống xử lý được tính tổng phát thải KNK

từ mỗi nguồn trên

2.2 Quy trình lấy mẫu và phân tích mẫu khí nhà kính

2.2.1 Thiết bị lấy mẫu

Thiết bị được sử dụng để lấy mẫu là hộp chamber hình hộp chữ nhật, có nắp đậy bên trên và không có đáy, được làm từ vật liệu tôn, có kích thước: dài x rộng x cao = 40 cm x 40 cm x 40 cm Bên trong hộp chamber có bố trí quạt gió và thanh cắm nhiệt kế Quạt gió (sử dụng điện năng từ ắc quy) có tác dụng đảo đều khí bên trong chamber khi tiến hành lấy mẫu và nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt độ bên trong và bên ngoài chamber Đối với chamber dùng cho lấy mẫu khí từ công trình xử lý nước thải, chân của chamber được gắn thêm phao để có thể nổi trên mặt nước khí tiến hành lấy mẫu

2.2.2 Phương pháp lấy mẫu

Sau khi chamber được đặt vào vị trí lựa chọn để lấy mẫu, kiểm tra kỹ chân đế để tránh bị kênh làm cho không khí lọt vào trước khi đo Dòng khí được lấy bằng các thiết bị lấy mẫu tĩnh, mỗi lần đo không để quá 60 phút Các quạt bên trong buồng thu khí được hoạt động ngay lập tức sau khi đặt buồng thu khí vào chân đế Một bơm tiêm 60 ml với một cây kim được sử dụng để rút các mẫu khí Kim với ống tiêm được đưa vào ống, van kiểm tra đã được mở ra Mở van của dây lấy mẫu khí và tiến hành rút và đẩy xilanh 5 lần, đến lần thứ 6, lấy khoảng 50ml rồi khóa van lại, rút xilanh ra Khí kéo xilanh ra, mẫu khí ngay lập tức được đưa vào trong lọ đựng mẫu Mẫu khí t0, t1 và t2 tương ứng được thu thập tại thời điểm 0 phút, 20 phút, 40 phút Sau mỗi lần lấy mẫu, ghi chép nhiệt độ trong thùng, thời gian lấy mẫu và các yếu tố thời tiết khác vào phiếu theo dõi

2.2.3 Phân tích mẫu khí nhà kính

Mẫu khí sau khi lấy tại công trình xử lý nước thải sẽ được phân tích tại Viện Môi trường nông nghiệp - Bộ Nông nghiệp Các mẫu khí

nhà kính (CH4, N2O và CO2) được phân tích trên thiết bị sắc ký khí (GC-2014) Hệ thống sắc ký khí (GC-2014) được sản xuất bởi Công ty Shimazu, Nhật Bản, được trang bị các đầu dò (detector) dùng cho phân tích khí nhà kính, bao gồm: Đầu dò dẫn nhiệt (TCD); Đầu dò Ion hóa ngọn lửa (FID); Đầu dò cộng kết điện tử Mẫu khí được tiêm vào máy phân tích đi qua các van cố định Kết quả phân tích khí nhà kính tại phòng thí nghiệm là nồng độ ppm

Dữ liệu thô từ phòng thí nghiệm là nồng độ ppm được chuyển thành nồng độ mg/m3 theo công thức sau:

(2.1) CKNK: nồng độ khí nhà kính theo mg/m3

độ khí (mg/m3.giây); VFC: thể tích của chamber (m3)

Acomp: diện tích bề mặt chất lỏng của ngăn bể lấy mẫu (m2) SAFC: diện tích bề mặt lỏng bởi chamber

2.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nghiên cứu tính toán

Nguồn phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải được phân thành 2 nguồn chính: Nguồn phát thải từ sản xuất điện năng phục

vụ hệ thống xử lý và nguồn phát thải từ quá trình xử lý

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nghiên cứu tính toán