Luận văn Môi trường ĐỘC QUYỀN: Đánh giá tiềm năng thu hồi năng lượng từ các nguồn chất thải công nghiệp và đô thị tại Việt Nam

Dịch vụ thành lập Thay đổi Giấy phép kinh doanh cty Việt Nam cty vốn FDI Tuyển Cộng tác viên (CK 15% gói Dịch vụ) 0899315716 MỤC LỤC MỤC LỤC 3 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 5 1.1 TÍNH CẤP THIẾT, MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 5 1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG VÀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 23 2.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ VÀ KHÍ BÃI RÁC 23 2.2. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN CÔNG NGHIỆP VÀ THU HỒI DẦU NHIÊN LIỆU TỪ NHIỆT PHÂN 41 2.3. TỔNG QUAN VỀ TẢO 73 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 88 3.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH TOÁN DỰ BÁO PHÁT THẢI CH4 TỪ BCL RÁC THEO MÔ HÌNH IPCC 2005 88 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ NHIỆT PHÂN HÓA DẦU CHẤT THẢI 97 3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỚI VI TẢO 103 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 111 4.1. KẾT QUẢ VỀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH IPCC2005 TÍNH TOÁN VÀ DỰ BÁO LƯỢNG KHÍ METHANE 111 4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN HÓA DẦU 156 4.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỚI VI TẢO 168 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 182 5.1. KẾT LUẬN VỀ TÍNH TOÁN DỰ BÁO PHÁT SINH KHÍ METAN TỪ BCL RÁC THẢI ĐÔ THỊ 182 5.2. KẾT LUẬN VỀ NHIỆT PHÂN HÓA DẦU CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP184 5.3. KẾT LUẬN VỀ SỬ DỤNG VI TẢO XỬ LÝ NƯỚC THẢI THU SINH KHỐI CHO SẢN XUẤT DẦU SINH HỌC 184 5.4. KIẾN NGHỊ 185 TÀI LIỆU THAM KHẢO 186 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT, MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Trong mọi hoạt động của con người như thương mại, công nghiệp, y tế, nông nghiệp…chúng ta đều tạo ra rác thải. Số lượng và thành phần của các chất thải rất khác nhau, tùy thuộc vào các hoạt động và sự phát triển của từng quốc gia. Chỉ riêng khu vực đô thị của châu Á, lượng rác thải đô thị phát sinh một ngày vào khoảng 760.000 tấn, tương đương với 2,7 triệu m3ngày. Dự đoán năm 2025, con số này sẽ tăng đến 1,8 triệu tấn chất thải mỗi ngày, hoặc 5.200.000 m3 ngày. Có thể thấy rằng chất thải rắn là một vấn đề càng ngày càng quan trọng ở tất cả các nước, đặc biệt là những quốc gia đang phát triển như ở Việt Nam. Trong những năm gần đây, trong khi những nước phát triển đang tích cực giảm thiểu những tác động xấu từ chất thải rắn đến môi trường như xây dựng những bãi chôn lấp hợp vệ sinh, đốt rác ở nhiệt độ cao, cũng như bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và năng lượng thông qua tái chế, tái sử dụng thì ở Việt Nam lượng rác thải ngày càng gia tăng. Rác thải chủ yếu được đem đi chôn lấp. Hàng ngày một lượng khí thải bãi rác (landfill gas) chủ yếu là metan phát tán ra môi trường gây ô nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính tác động không nhỏ đến biến đổi khí hậu. Một mặt metan là một loại khí cung cấp năng lượng cao. Việc không quản lý tốt nguồn khí tiềm năng này gây lãng phí rất lớn. Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và trên cả nước nói chung đang có xu hướng phát sinh ngày càng tăng các loại chất thải công nghiệp như bao bì, nhựa, cao su...Do khả năng tái chế được, nên các loại chất thải này được thu gom và tái chế, chủ yếu theo các công nghệ đơn giản gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và tạo ra các sản phẩm không an toàn. Các loại chất thải này đều có nhiệt trị cao và đang được các nước tiên tiến chế biến theo các phương pháp khác nhau để thu hồi năng lượng, đem lại hiệu quả cao và thân thiện môi trường. Tại các đô thị và khu vực sản xuất công nghiệp, nước thải được phát sinh hàng ngày với khối lượng rất lớn. Với khả năng tài chính và được quản lý chặt thông qua Luật Môi trường, các đô thị và nhà máy đều đã phải có hệ thống xử lý nước thải. Trong khi đó khu vực nuôi trồng thủy sản đang gần như chưa có hệ thống xử lý nước thải. Lượng nước thải chứa nhiều dưỡng chất, tuy nhiên khi thải ra môi trường gây nên tác động tiêu cực đến hệ sinh thái nước. Ở các nước tiên tiến, vi tảo đang được nghiên cứu sử dụng để tạo sinh khối từ cac nguồn nước giàu dinh dưỡng. Sinh khối vi tảo có nhiều mục đích sử dụng khác nhau như là thức ăn gia súc, thực phẩm chức năng, nhiên liệu sinh học... Với những lý do đó, chúng tôi thực hiện đề tài: ―Đánh giá tiềm năng thu hồi năng lượng từ các nguồn chất thải công nghiệp và đô thị tại Việt Nam‖ Đề tài được thực hiện nhằm các mục tiêu sau: Mục tiêu chính Đánh giá và xác định một số nguồn chất thải (dạng khí, dạng lỏng và dạng rắn) tiềm năng và phương pháp phù hợp để thu hồi năng lượng từ nguồn chất thải từ khu vực công nghiệp và đô thị tại Việt Nam. Mục tiêu cụ thể Đánh giá tiềm năng lượng khí bãi rác sinh ra tại các thành phố, trong đó thành phần khí metan được tính toán và dự báo. Đánh giá khả năng thu hồi năng lượng dưới dạng nhiên liệu từ các chất thải rắn công nghiệp phổ biến như nhựa, cao su. Đánh giá khả năng thu hồi năng lượng thông qua sinh khối vi tảo khi sử dụng cho xử lý nước thải nuôi trồng thủy hải sản. Đề xuất các hướng nghiên cứu cho các dự án nghiên cứu triển khai (RD) tiếp theo về thu hồi năng lượng từ một số nguồn chất thải tiềm năng trong khu vực công nghiệp và đô thị. 1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG VÀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.2.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài Thu hồi năng lượng từ chất thải là một trong những thang bậc quan trọng của biện pháp quản lý tổng hợp chất thải. Hình 1.1: Thang bậc trong quản lý tổng hợp chất thải (Lê Hoàng Việt và cộng sự, 2011) Trên thế giới, thu hồi năng lượng từ chất thải đã được nghiên cứu và áp dụng từ thế kỷ 17, phát triển mạnh mẽ vào những năm đầu thế kỷ 20 cho đến ngày nay (Mahony và cộng sự, 2002). Năm 2006, chỉ tính riêng hệ thống sản xuất biogas sinh điện năng, 22 quốc gia trong Liên minh châu Âu đã sản xuất được 62.000 GWh, trong đó 32.000 GWh từ khí bãi rác và 11.000 GWh từ từ bùn thải. Đã có 17.000 GWh đã được hoán chuyển thành điện năng. Trong các nước thuộc Liên minh châu Âu, CHLB Đức là quốc gia sản xuất biogas nhiều nhất với 22.000 GWh. Tại Hoa Kỳ, năm 2006, lượng biogas sử dụng trên toàn quốc chiếm 6% khí đốt thiên nhiên, tương đương 10 tỷ gallons xăng. Việc thu hồi năng lượng từ quá trình tiêu hủy chất thải không chỉ đơn thuần tạo ra năng lượng mà còn giảm bớt khối lượng chất thải phải chôn lấp đến 90% (Lê Hoàng Việt và cộng sự, 2011). Công nghệ thu hồi và lưu giữ CO2 (Carbon capture and storage) từ khí thải các nhà máy nhiệt điện, nhà máy xi măng giúp giảm thiểu đến 8090% lượng khí CO2 có trong các nguồn khí thải này khi được áp dụng. Nguồn CO2 thu hồi được sử dụng trong nuôi cấy tạo sinh khối tảo (Bio CCS Algal Synthesis) cũng đã được quan tâm nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây, góp phần giảm thiểu khí thải gây hiệu ứng nhà kính, tạo các nguồn nhiên liệu sinh học thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Những nghiên cứu này đã và đang triển khai thành công ở quy mô lớn tại nhiều quốc gia Israel, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Đức, Canada, Úc, Trung Quốc (Hidenori, 2004). Hình 1.2: Các công nghệ phân tách và thu hồi CO2 từ khí thải (Rao và Rubin, 2002) Tại Việt Nam, vấn đề nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống thu hồi năng lượng còn khá mới mẻ. Các hệ thống thu hồi năng lượng được áp dụng ở Việt Nam là chủ yếu thu hồi khí từ rác thải và thu hồi nhiệt từ các lò đốt. Hệ thống thu hồi khí từ bãi rác ở Khu chon lấp rác thải Gò Cát – Tp.Hồ Chí Minh là một trong những hệ thống áp dụng thành công nhất của hệ thống thu hồi năng lượng ở Việt Nam. Lượng khí thu hồi cung cấp cho ba tổ máy phát điện với công suất 2.430 kWh, mỗi năm thu được gần 21.287 kW, doanh thu 13 tỷ đồng mỗi năm. Một hệ thống thu hồi năng lượng khác đang được nghiên cứu triển khai tại Việt Nam là hệ thống xử lý chất thải công nghiệp phát điện tại Khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội, dựa trên kỹ thuật đốt chất thải tiên tiến có thu hồi năng lượng để sản xuất điện năng với sự hỗ trợ kỹ thuật từ Nhật Bản. Căn cứ vào thành phần rác thải ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long trong bảng 1 cho thấy hàm lượng chất hữu cơ trong rác đô thị rất cao, trung bình từ 5787%. Đây chính là thành phần thiết yếu và thích hợp cho việc thu hồi năng lượng bằng công nghệ biogas. Bảng 1.1: Thành phần chất thải rắn đô thị tại một số địa phương ở Đồng bằng Sông Cửu Long (INVENT, 2009) Ghi chú: NA – không có số liệu Các nghiên cứu thu hồi CO2 từ khí thải ứng dụng trong nuôi cấy sinh khối tảo tại Việt Nam chỉ mới bước đầu được nghiên cứu. Công trình nghiên cứu công nghệ thu hồi CO2 từ khí đốt than tổ ong bằng phương pháp tách khử các khí độc song hành dùng vật liệu nano oxit kim loại để sản xuất sinh khối tảo Spirulina platensis ở quy mô phòng thí nghiệm của Đặng Đình Kim và cộng sự (2013) là một trong số ít các nghiên cứu ứng dụng của công nghệ này tại Việt Nam. Hình 1.3: Sơ đồ hệ modul xử lý khí thải thu hồi CO2 từ khí đốt than tổ ong của Đặng Đình Kim và cộng sự (2013) Tiêu chí đánh giá thu hồi năng lượng từ chất thải Hiệu quả và giải pháp của quá trình thu hồi năng lượng từ chất thải công nghiệp và đô thị được đánh giá và đề xuất thông qua các tiêu chí lượng chất thải; thành phần và đặc tính của chất thải; nhiệt giá trị và các yếu tố của nguồn chất thải ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, tích lũy sinh khối, tạo sản phẩm của vi sinh vật trong các quá trình có sự tham gia của vi sinh vật. Tiêu chí đánh giá hiệu suất thu hồi năng lượng có thể được mô tả khái quát trong bảng 1.2. Bảng 1.2: Tiêu chí đánh giá khả năng thu hồi năng lượng từ chất thải đô thị và công nghiệp (Pires và cộng sự 2012; Sumida và cộng sự, 2011; Zaher và cộng sự, 2007) Phương pháp thu hồi năng lượng Nguyên tắc cơ bản của phương pháp sử dụng Tiêu chí đánh giá Tiêu chí giới hạn Chuyển đổi hóa sinh (phân hủy kị khí) Phân hủy chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật trong điều kiện kị khí) Độ ẩm chất thải Tỉ lệ chất hữu cơ Tỉ lệ CN pH chất thải Nhiệt độ >50% >40% 2030 68 3037oC Chuyển đổi nhiệt hóa học (Thiêu đốt, nhiệt phân và khí hóa) Phân hủy chất thải do tác động của nhiệt độ cao Độ ẩm Chất hữu cơ dễ bay hơitổng chất hữu cơ Carbon cố định Tổng chất trơ Nhiệt trị 40%