Tài liệu 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

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 Ở VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số : 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Đặng Xuân Hiển HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được tác giả khác công bố. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày ……. tháng …… năm 2019 Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS.TS. Đặng Xuân Hiển Nguyễn Thị Vân Anh 1 LỜI CẢM ƠN Quá trình nghiên cứu sinh là một chặng đường thật dài, khó khăn và vất vả nhưng đã mang đến cho tôi một trải nghiệm nhiều thú vị, nhiều cung bậc cảm xúc. Hành trình học tập này đã tích lũy cho tôi thêm nhiều kiến thức khoa học, nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu và rèn luyện bản thân thêm vững vàng trong cuộc sống. Trước tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Trường đại học Bách khoa Hà Nội, nơi tôi đã trải qua các thời kỳ học tập từ khi là sinh viên đại học, nghiên cứu luận văn thạc sỹ và đến nay là nghiên cứu luận án tiến sĩ. Các thầy cô đã luôn tận tình, tâm huyết truyền tải cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn bổ ích để tôi có thể tự tin trong quá trình công tác của mình. Khi nghiên cứu luận án tiến sĩ các thầy cô đã luôn góp ý chân thành, chia sẻ những kinh nghiệm quý báu và luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin bày tỏ sự cảm động và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Đặng Xuân Hiển, người thầy hướng dẫn khoa học, luôn định hướng, chỉ dẫn và luôn tận tụy hỗ trợ cho tôi trong quá trình nghiên cứu và viết luận án tiến sĩ. Tôi xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến TS.Nguyễn Đức Toàn, Bộ Tài nguyên và Môi trường, người luôn lắng nghe, đồng hành, cho tôi những lời khuyên, động viên, nhiệt tình hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn đến anh Nguyễn Duy Hùng - Vụ khoa học công nghệ Bộ Tài nguyên và Môi trường, anh Phạm Tiến Nhất – Trung tâm Tư vấn và Công nghệ môi trường, Tổng cục Môi trường – Bộ Tài nguyên và Môi trường, chị Đỗ Kim Chi Trung tâm phân tích và chuyển giao công nghệ môi trường - Viện Môi trường nông nghiệp, các em kỹ sư công nghệ thông tin Bùi Việt Thành, Nguyễn Thành Long, những người luôn quan tâm và giúp đỡ để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban quản lý dự án tòa nhà GOLDMARK, Nhà máy giấy Bãi Bằng, Công ty Môi trường Anh Dũng, Công ty Môi trường Minh Thái, Công ty cổ phần kỹ thuật ELCOM, những người bạn, người thân của tôi đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình nghiên cứu luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn đến tình cảm của Ban lãnh đạo, các anh, chị, em đồng nghiệp Trung tâm Tư vấn và Công nghệ môi trường, Tổng cục môi trường, nơi tôi công tác, luôn tạo rất nhiều điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và viết luận án. Và cuối cùng, tôi xin bày tỏ một sự biết ơn đặc biệt, sâu sắc nhất đến bố mẹ tôi, chồng và các con tôi, những người luôn sát cánh bên tôi, đồng hành cùng tôi, luôn dành cho tôi những quan tâm đặc biệt, sự hỗ trợ hết mình cả về vật chất và tinh thần, luôn là nguồn động lực cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Một lần nữa, tôi xin trân trọng cảm ơn tất cả! Hà Nội, ngày ….. tháng ….. năm 2019 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Vân Anh 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. 1 LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... 2 MỤC LỤC ............................................................................................................................ 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... 6 DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................ 11 MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 14 1. Tính cấp thiết của luận án .......................................................................................... 14 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án ............................................................................... 17 3. Đối tượng nghiên cứu của luận án ............................................................................. 17 4. Nội dung nghiên cứu của luận án .............................................................................. 17 5. Phạm vi nghiên cứu của luận án ................................................................................ 18 6. Phương pháp nghiên cứu của luận án ........................................................................ 18 7. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận án ......................................................... 19 8. Những đóng góp mới của luận án .............................................................................. 20 9. Cấu trúc luận án ......................................................................................................... 20 1. TỔNG QUAN................................................................................................................. 23 1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu và khí nhà kính ...................................................... 23 1.1.1. Lịch sử về hội nghị thế giới khí hậu ................................................................ 23 1.1.2. Khái niệm về biến đổi khí hậu ......................................................................... 25 1.1.3. Hiệu ứng nhà kính............................................................................................ 25 1.1.4. Khí nhà kính và các nguồn phát thải khí nhà kính .......................................... 26 1.1.4.1. Khái niệm về khí nhà kính ....................................................................... 26 1.1.4.2. Các nguồn phát thải khí nhà kính ............................................................. 27 1.1.5. Phát thải khí nhà kính từ nguồn chất thải ........................................................ 30 1.1.6. Phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải .......................................... 33 1.1.7. Các nguồn phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải ........................ 35 1.1.7.1. Phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện năng phục vụ hệ thống xử lý...... 36 1.1.7.2. Phát thải khí nhà kính trong quá trình xử lý nước thải ............................. 36 1.2. Tổng quan về các nghiên cứu tính toán phát thải khí nhà kính trên thế giới và Việt Nam ........................................................................................................................ 41 1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới ................................................................................... 41 1.2.1.1. Cách tính toán phát thải khí nhà kính theo IPCC ..................................... 41 1.2.1.2. Cách tính toán phát thải khí nhà kính theo Bridle Consulting ................. 49 1.2.1.3. Một số cách tính khác ............................................................................... 51 1.2.2. Nghiên cứu trong nước .................................................................................... 54 1.3. Tổng quan về tình hình xử lý nước thải ở Việt Nam .............................................. 57 1.3.1. Tình hình chung về xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam ........................... 57 3 1.3.2. Tình hình chung về xử lý nước thải công nghiệp tại Việt Nam ...................... 60 2. NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI .................................................................. 66 2.1. Cách tiếp cận ........................................................................................................... 66 2.2. Quy trình lấy mẫu Khí nhà kính và phân tích mẫu khí nhà kính ............................ 66 2.2.1. Thiết bị lấy mẫu ............................................................................................... 66 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu ...................................................................................... 67 2.2.3. Phân tích mẫu khí nhà kính ............................................................................. 71 2.3. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nghiên cứu tính toán ............................................. 72 2.4. Phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện sử dụng cho hệ thống xử lý nước thải ...... 74 2.5. Phát thải khí nhà kính từ quá trình xử lý của hệ thống nước thải ........................... 74 2.5.1. Thiết lập các tính toán trong điều kiện hiếu khí (hệ thống A) ......................... 74 2.5.1.1. Sơ đồ công nghệ ....................................................................................... 74 3.5.1.2. Tính toán lượng phát thải khí nhà kính từ bể xử lý hiếu khí .................... 75 2.5.1.3. Tính toán lượng phát thải khí nhà kính từ bể phân hủy bùn yếm khí ...... 79 2.5.1.4. Tính toán lượng phát thải khí nhà kính từ phân hủy BOD5 dòng ra ........ 79 2.5.1.5. Phát thải khí N2O từ hệ thống xử lý ......................................................... 79 2.5.2. Tính toán trong hệ thống xử lý yếm khí (hệ thống xử lý B) ............................ 82 2.5.3. Tính toán trong hệ thống C (Hệ thống xử lý yếm khí – hiếu khí) ................... 84 2.5.4. Tính toán lượng phát thải khí nhà kính trong điều kiện không ổn định .......... 86 2.6. Xác định hệ số động học của hệ thống xử lý ......................................................... 86 2.7. Thiết lập hệ số chuyển đổi (Y) ................................................................................ 88 2.7.1. Vi sinh vật và các phương trình hóa học trong quá trình xử lý sinh học ......... 88 2.7.2. Phương trình hóa học trong xử lý nước thải sinh hoạt .................................... 90 2.7.3. Phương trình hóa học trong xử lý nước thải công nghiệp giấy ....................... 95 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................................... 100 3.1. Cấu trúc của mô hình thiết lập được và sơ đồ khối tính toán ............................... 100 3.1.1. Cấu trúc của mô hình thiết lập ....................................................................... 100 3.1.2. Sơ đồ khối tính toán phát thải KNK từ hệ thống xử lý nước thải .................. 100 3.2. Kiểm nghiệm mô hình thiết lập theo nghiên cứu trước đó ................................... 104 3.3. Kiểm nghiệm mô hình thiết lập cho hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK ..... 105 3.3.1. Giới thiệu hệ thống GOLDMARK ................................................................ 105 3.3.2. Kiểm nghiệm mô hình thiết lập cho hệ thống GOLDMARK ....................... 107 3.4. Kiểm nghiệm mô hình thiết lập với kết quả đo đạc thực địa của hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK .......................................................................................... 115 3.5. Phân tích độ nhạy .................................................................................................. 119 3.6. Phần mềm mô hình thiết lập được ........................................................................ 120 3.7. Ứng dụng mô hình thiết lập mô phỏng ảnh hưởng của một số yếu tố như nhiệt độ, nồng độ cơ chất và tuổi bùn đến khả năng phát thải khí nhà kính của hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK ........................................................................... 126 4 3.8. Ứng dụng mô hình thiết lập tính toán phát thải KNK cho một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam ............................................................................. 131 3.9. Ứng dụng mô hình thiết lập được tính toán cho một số hệ thống xử lý nước thải công nghiệp giấy ................................................................................................... 135 3.9.1. Giới thiệu hệ thống xử lý nước thải cho công ty giấy Bãi Bằng ................... 135 3.9.2. Tính toán phát thải khí nhà kính hệ thống Giấy Bãi Bằng ............................ 135 3.9.3. Tính phát thải KNK hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy Corelex ........... 140 KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 143 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .................................. 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 145 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AFOLU : (Agriculture, Forestry, and Other Land Use) Nông nghiệp, Lâm nghiệp và sử dụng đất khác ASM : (Activated Sludge Modle) Mô hình bùn hoạt tính BĐKH : Biến đổi khí hậu BOD : (Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxi sinh hóa BVMT : Bảo vệ môi trường BCLCTR : Bãi chôn lấp chất thải rắn CDM : (Clean Development Mechanism) Cơ chế phát triển sạch COD : (Chemical oxygen demand) Nhu cầu oxi hóa học COP : (Conference of the Parties) Hội nghị giữa các bên ICSU : (International Council for Science) Hội đồng Quốc tế các Liên hiệp Khoa học EU : (European Union) Liên minh châu Âu GWP : (Global warming potential) Khả năng gây ấm toàn cầu HSPT : Hệ số phát thải LULUCF : (Land use, land-use change and forestry) Sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp IPCC : (Intergovernmental Panel on Climate Change) Ủy ban liên hợp quốc về biến đổi khí hậu IPPU : (Industrial Processes and Product Use) Quá trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm KNK : Khí nhà kính MB : (Mechanical – Biological treatment) Xử lý sinh học – cơ khí OD : (Oxidation ditch) Mương oxi hóa UNEP : (United Nations Environment Programme) Chương trình Liên hiệp quốc về môi trường UNFCCC : (United Nations Framework Convention on Climate Change) Công ước Khung của Liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu WCD : (World Commission on Dams) Ủy ban Thế giới về Đập WOM : (World Meteorological Organization) Tổ chức Khí tượng Thế giới 6 Các ký hiệu sử dụng trong mô hình tính toán MCO2, điện Lượng KNK tạo ra do sử dụng điện của nhà máy QE Công suất tiêu thụ điện năng PFi Tỷ lệ phần trăm nguồn nhiên liệu tạo điện EFi Hệ số phát thải KNK theo nguồn phát điện BODkhu,bl Lượng BOD bị khử trong bể xử lý sơ cấp SSkhu,bl Lượng SS bị khử trong bể xử lý sơ cấp Prbl,BOD Phần trăm khử BOD5 trong bể xử lý sơ cấp Prbl,SS Phần trăm khử SS trong bể xử lý sơ cấp SSo,v Nồng độ chất rắn lơ lửng dòng vào hệ thống ban đầu SSv Nồng độ chất rắn lơ lửng vào bể xử lý sinh học SSr Nồng độ chất rắn lơ lửng dòng ra So,v Nồng độ cơ chất dòng vào hệ thống ban đầu Sv Nồng độ cơ chất vào bể xử lý sinh học S Nồng độ cơ chất trong bể xử lý sinh học TNv Nồng độ nito dòng vào hệ thống xử lý TNr Nồng độ nito dòng ra hệ thống xử lý V Thể tích bể hiếu khí Qo,v Lưu lượng dòng vào hệ thống xử lý Qv Lưu lượng nước thải dòng vào bể xử lý sinh học Qr Lưu lượng nước thải dòng ra Qbl Lưu lượng xả bùn ở bể xử lý sơ cấp Qx Lưu lượng xả bùn ở bể lắng thứ cấp QT Lưu lượng bùn sinh học tuần hoàn Xv Nồng độ sinh khối dòng vào bể xử lý sinh học X Nồng độ sinh khối dị dưỡng trong bể xử lý sinh học Xnb Nồng độ chất rắn không phân hủy sinh học Xnit Nồng độ sinh khối nitrat hóa Xr Nồng độ sinh khối dòng ra XT Nồng độ bùn tuần hoàn rx Tốc độ tăng trưởng thực sinh khối trong bể sinh học rs Tốc độ sử dụng cơ chất trong bể xử lý sinh học Y Hệ số năng suất sử dụng cơ chất cực đại K Tốc độ sử dụng chất nền riêng cực đại Tốc độ tăng trưởng riêng cực đại m kd Hệ số phân hủy nội bào KS Hằng số bán bão hòa đối với cơ chất kgCO2-td/ng kWh/ng % kgCO2-td/kWh g/ng g/ng % % mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l m3 m3/ng m3/ng m3/ng m3/ng m3/ng m3/ng mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l g/m3ngày g/m3ngày mg/mg mg/mg.ng mg/mg.ng l/s g/m3; mg/l 7 KN SRT HRT fd PX MCO2 Tiền tố: - an -tđ - qtxl - htxlnt - htxlyk - bexl - bexlyk - bephanhuy - dongra - manhvotebao - phanhuy - bunsinhhoc - rori Hằng số bán bão hòa đối với NH4-N tuổi bùn Thời gian lưu thủy lực phần sinh khối thu được từ mảnh vụn tế bào Lượng bùn tạo ra trong bể xử lý sinh học Khối lượng khí CO2 g/m3; mg/l ngày giờ g/ng; kg/ng kg/ng Yếm khí Tương đương Quá trình xử lý Hệ thống xử lý nước thải Hệ thống xử lý yếm khí Bể xử lý Bể xử lý yếm khí Bể phân hủy Dòng ra Mảnh vỡ tế bào Phân hủy Bùn sinh học Rò rỉ 8 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Khả năng gây ấm toàn cầu của khí nhà kính [3] ........................................... 27 Bảng 1.2. Phát thải KNK các năm 1994, 2000, 2010 theo các nguồn [1]..................... 30 Bảng 1.3. Phát thải KNK theo loại khí năm 1994, 2000 và 2010 [1] ........................... 30 Bảng 1.4. Tổng khối lượng chất thải rắn đô thị được xử lý tại các bãi chôn lấp [8]..... 31 Bảng 1.5. Bảng thành phần chất thải trung bình tại Việt Nam [8] ................................ 31 Bảng 1.6. Nước thải của một số ngành công nghiệp quan trọng tại Việt Nam [9] ....... 31 Bảng 1.7. Ước tính phát thải KNK các năm 2010, năm 2020 và 2030 từ nguồn chất thải [1]............................................................................................................................ 32 Bảng 1.8. Oxi hóa Amoni thành nitrites bởi vi khuẩn Nitrosomonas [13 17] .............. 40 Bảng 1.9. Oxihóa nitrite thành nitrate bởi vi khuẩn Nitrobacter [13 17] ...................... 40 Bảng 1.10. Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam [61]................................ 57 Bảng 1.11. Đặc tính nước thải tại các hệ thống xử lý nước thải tại Việt Nam [61] ...... 58 Bảng 1.12. Nhu cầu cấp nước và lượng nước thải một số ngành công nghiệp [62] ..... 61 Bảng 1.13. Cơ cấu sở hữu các loại hình doanh nghiệp [63].......................................... 62 Bảng 1.14. Thành phần nước thải của một số nhà máy sản xuất giấy và bột giấy với nguyên liệu là gỗ và giấy thải [63] ................................................................................ 64 Bảng 2.1. Các hệ thống xử lý nước thải nghiên cứu tính toán ..................................... 73 Bảng 2.2. Tỷ lệ phần trăm nguồn tạo điện tại Việt Nam và Hệ số phát thải KNK theo nguồn điện khác nhau [64,65] ............................................................................... 74 Bảng 2.3. Giá trị đặc trưng hệ số động học trong quá trình xử lý hiếu khí ................... 87 Bảng 2.4. Giá trị đặc trưng hệ số động học trong quá trình xử lý yếm khí ................... 88 Bảng 2.5. Giá trị đặc trưng hệ số động học trong quá trình nitrat ................................. 88 Bảng 2.6. Các phương trình hóa học xảy ra trong quá trình xử lý sinh học ................. 89 Bảng 2.7. Các loại vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải...................................... 90 Bảng 2.8. Hệ số chuyển đổi Y đối với nước thải sinh hoạt ........................................... 94 Bảng 2.9. Hệ số chuyển đổi Y đối với nước thải công nghiệp giấy .............................. 99 Bảng 3.1. Cấu trúc chung của mô hình thiết lập ......................................................... 100 Bảng 3.2. Thông số vận hành hệ thống WINDSOR [10] ............................................ 104 Bảng 3.3. Hệ số phát thải KNK từ sử dụng điện năng của hệ thống WINDSOR [10] 104 Bảng 3.4. Hệ số động học của hệ thống WINDSOR [10] ........................................... 104 Bảng 3.5. Kết quả kiểm nghiệm mô hình với hệ thống WINSOR .............................. 104 Bảng 3.6. Công suất tiêu thụ điện năng hệ thống GOLDMARK ................................ 107 Bảng 3.7. Hệ số phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện năng .................................... 107 Bảng 3.8. Kết qủa tính toán phát thải KNK từ quá trình sản xuất điện năng của hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK........................................................................... 108 Bảng 3.9. Thông số chất lượng nước thải đầu vào và thông số công nghệ của hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK........................................................................... 108 Bảng 3.10. Số liệu đo đạc từ hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK ....................... 108 9 Bảng 3.11. Bảng hệ số động học hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK................. 109 Bảng 3.12. Bảng hệ số chuyển đổi Y phát thải khí nhà kính của hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK ....................................................................................................... 111 Bảng 3.13. Kết quả tính toán của hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK bằng mô hình thiết lập ................................................................................................................ 112 Bảng 3.14. Kết quả phân tích khí CO2, tại bể hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải Goldmark ..................................................................................................................... 115 Bảng 3.15. Kết quả phân tích khí CH4, tại bể phân hủy bùn của hệ thống xử lý nước thải Goldmark .............................................................................................................. 117 Bảng 3.16. Kết quả phân tích khí N2O, tại bể hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải Goldmark ..................................................................................................................... 118 Bảng 3.17. Khoảng giá trị của các thông số động học hiếu khí (ở 20oC)[21]............. 119 Bảng 3.18. Kết quả phân tích độ nhạy......................................................................... 120 Bảng 3.19. Hệ số động học theo nhiệt độ .................................................................... 127 Bảng 3.20. Thông số chung của một số hệ thống xử lý sinh hoạt ............................... 131 Bảng 3.21. Thông số vận hành của một số hệ thống xử lý sinh hoạt .......................... 132 Bảng 3.22. Công suất tiêu thụ điện năng hệ thống Giấy Bãi Bằng ............................. 135 Bảng 3.23. Phát thải KNK từ quá trình sản xuất điện năng của HT Giấy Bãi Bằng .. 136 Bảng 3.24. Thông số vận hành của hệ thống Giấy Bãi Bằng ...................................... 136 Bảng 3.25. Bảng hệ số động học hệ thống Giấy Bãi Bằng ......................................... 136 Bảng 3.26. Kết quả chạy hiệu chỉnh mô hình ............................................................. 136 Bảng 3.27. Bảng hệ số chuyển đổi Y hệ thống Giấy Bãi Bằng................................... 138 Bảng 3.28. Kết quả tính toán đối với hệ thống Giấy Bãi Bằng theo mô hình ............. 138 Bảng 3.29. Thông số chung của hệ thống xử lý .......................................................... 140 Bảng 3.30. Thông số vận hành của hệ thống xử lý ..................................................... 141 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 0.1. Sơ đồ nghiên cứu của luận án ........................................................................ 22 Hình 1.1. Sơ đồ nguồn phát thải khí nhà kính [3] ......................................................... 28 Hình 1.2. Lượng chất thải y tế độc hại được đốt hàng năm .......................................... 32 Hình 1.3. Sơ đồ biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt/công nghiệp [3].......................... 34 Hình 1.4. Khí nhà kính phát sinh từ quá trình yếm khí [23] ......................................... 37 Hình 1.5. Quá trình khử BOD trong xử lý nước thải sinh học hiếu khí [26] ................ 38 Hình 1.6. Phát thải N2O trong hệ thống xử lý nước thải [28] ....................................... 39 Hình 1.7. Chu trình chuyển hóa Nito sinh học [29] ...................................................... 39 Hình 1.8. Con đường khử nitơ và các enzym liên quan [32] ........................................ 40 Hình 1.9. Quá trình khử nitrat và các enzim liên quan [33] .......................................... 41 Hình 1.10. Quá trình tạo N2O [34] ................................................................................ 41 Hình 1.11. Sơ đồ cây quyết định phương pháp tính phát thải khí CH4 từ HTXLNT sinh hoạt [3] ................................................................................................................... 44 Hình 1.12. Sơ đồ cây quyết định phương pháp tính phát thải khí CH4 từ HTXLNT công nghiệp [3 ] ............................................................................................................. 46 Hình 1.13. Sơ đồ tổng quan phát thải khí nhà kính theo mô hình Bridle [37] .............. 50 Hình 1.14. Hiện trạng công tác quản lý nước thải đô thị Việt Nam [44] ...................... 57 Hình 2.1. Cấu tạo thiết bị chamber sử dụng trong hoạt động lấy mẫu khí nhà kính ..... 67 Hình 2.2. Hình ảnh thiết bị chamber sử dụng trong lấy mẫu khí nhà kính dưới nước .. 67 Hình 2.3. Một số hình ảnh lấy mẫu ............................................................................... 68 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí dụng cụ thiết bị lấy mẫu ............................................................ 70 Hình 2.5. Một số hình ảnh phân tích mẫu ..................................................................... 71 Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nghiên cứu tính toán ................................... 73 Hình 2.7. Sơ đồ biểu diễn cân bằng vật chất trong hệ thống xử lý - Hệ thống A ......... 75 Hình 2.8. Các công thức tính toán phát thải KNK hệ thống hiếu khí ........................... 81 Hình 2.9. Sơ đồ biểu diễn cân bằng vật chất trong hệ thống xử lý - Hệ thống B ......... 82 Hình 2.10. Các công thức tính toán phát thải KNK hệ thống yếm khí ......................... 83 Hình 2.11. Sơ đồ biểu diễn cân bằng vật chất trong hệ thống xử lý - Hệ thống B ....... 84 Hình 2.12. Các công thức tính toán phát thải KNK hệ thống lý yếm khí – hiếu khí .... 85 Hình 3.1. Sơ đồ tính toán phát thải KNK từ hệ thống xử lý nước thải ....................... 101 Hình 3.2. Sơ đồ tính toán phát thải KNK từ sử dụng điện năng của HTXLNT .......... 101 Hình 3.3. Sơ đồ tính toán công suất sử dụng điện năng của HTXLNT ...................... 102 Hình 3.4. Sơ đồ tính toán phát thải KNK từ quá trình xử lý của HTXLNT ............... 102 Hình 3.5. Sơ đồ tính toán theo con đường 1 ................................................................ 103 Hình 3.6. Sơ đồ tính toán theo con đường 2 ................................................................ 103 Hình 3.7. Biểu đồ kiểm nghiệm mô hình .................................................................... 105 Hình 3.8. Sơ đồ công nghệ HTXL nước thải sinh hoạt tòa nhà GOLDMARK CITY 105 Hình 3.9. Một số hình ảnh HTXL nước thải sinh hoạt tòa nhà GOLDMARK CITY 106 11 Hình 3.10. Biểu đồ xác định thông số Ks, k ................................................................ 109 Hình 3.11. Biểu đồ xác định thông số Y, kd ................................................................ 109 Hình 3.12. Biểu đồ BOD5 dòng ra tính toán và thực nghiệm ...................................... 110 Hình 3.13. Biểu đồ diễn biến nồng độ sinh khối X và BOD5 dòng ra theo thời gian của HTXLT GOLDMARK ......................................................................................... 111 Hình 3.14. Biểu đồ khả năng phát thải KNK trên toàn hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK. Hình a: Trương hợp phóng không khí CH4 (TH1); Hình b: Trường hợp thu hồi và đốt khí CH4 (TH2) ............................................................................... 113 Hình 3.15. Biểu đồ diễn biến tỷ lệ phần % phát thải KNK của HTXLT GOLDMARK trong quá trình xử lý. Hình a: Trường hợp phóng không khí CH4 (TH1); Hình b: Trường hợp thu hồi và đốt khí CH4 (TH2) ........................................ 114 Hình 3.16. Biểu đồ biểu diễn khả năng phát thải KNK từ hệ thống XLNT GOLDMARK trong quá trình xử lý. Hình a: Trường hợp phóng không khí CH4 (TH1); Hình b: Trường hợp thu hồi và đốt khí CH4 (TH2) ........................................ 114 Hình 3.17. Biểu đồ phát thải khí CO2, CH4, N2O từ hệ thống XLNT GOLDMARK. 115 Hình 3.18. Biểu đồ phát thải khí CO2 từ bể xử lý hiếu khí ở hệ thống XLNT GOLDMARK .............................................................................................................. 116 Hình 3.19. Biểu đồ phát thải khí CH4 từ bể phân hủy bùn yếm khí ở hệ thống XLNT GOLDMARK .............................................................................................................. 118 Hình 3.20. Biểu đồ phát thải khí N2O từ bể xử lý hiếu khí ở hệ thống XLNT GOLDMARK .............................................................................................................. 119 Hình 3.21. Biểu đồ biến thiên hệ số động học theo nhiệt độ....................................... 128 Hình 3.22. Biểu đồ biến thiên nồng độ cơ chất dòng ra theo nhiệt độ ........................ 128 Hình 3.23. Biểu đồ biến thiên nồng độ sinh khối theo nhiệt độ .................................. 128 Hình 3.24. Biểu đồ phát thải KNK tại các bể theo nhiệt độ ........................................ 129 Hình 3.25. Biểu đồ phát thải tổng KNK theo nhiệt độ trong trường hợp thu hồi và phóng không khí CH4 ................................................................................................. 129 Hình 3.26. Biểu đồ biến thiên khí nhà kính tại các bể theo nồng độ cơ chất dòng vào130 Hình 3.27. Biểu đồ biến thiên tổng phát thải khí nhà kính trên toàn hệ thống xử lý theo nồng độ cơ chất dòng vào .................................................................................... 130 Hình 3.28. Biểu đồ biến thiên nồng độ cơ chất dòng ra theo tuổi bùn ........................ 130 Hình 3.29. Biểu đồ biến thiên nồng độ cơ chất dòng ra theo tuổi bùn ....................... 130 Hình 3.30. Biểu đồ biến thiên khí nhà kính tại các bể theo tuổi bùn .......................... 131 Hình 3.31. Biểu đồ biến thiên nồng độ cơ chất dòng ra theo tuổi bùn ....................... 131 Hình 3.32. Biểu đồ phát thải KNK của HTXL nước thải sinh hoạt ............................ 132 Hình 3.33. Biểu đồ đóng góp các nguồn phát thải KNK khác nhau đến tổng phát thải KNK của HTXLNT sinh hoạt .............................................................................. 133 Hình 3.34. Biểu đồ phát thải từng loại KNK từ các HTXL nước thải sinh hoạt......... 134 Hình 3.35. Biểu đồ phát thải KNK một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt .......... 134 Hình 3.36. Biểu đồ diễn biến nồng độ sinh khối X và BOD5 dòng ra theo thời gian của HTXLT Giấy Bãi Bằng ......................................................................................... 137 12 Hình 3.37. Biểu đồ phát thải KNK từ hệ thống Giấy Bãi Bằng .................................. 139 Hình 3.38. Biểu đồ đóng góp nguồn phát thải KNK trong quá trình xử lý của hệ thống Giấy Bãi Bằng ................................................................................................... 140 Hình 3.39. Biểu đồ phát thải KNK từ HTXLNT Giấy Corelex .................................. 141 Hình 3.40. Biểu đồ đóng góp của các nguồn phát thải KNK từ HTXLNT Giấy Corelex......................................................................................................................... 141 Hình 3.41. Biểu đồ phát thải từng loại khí của một số HTXLNT công nghiệp giấy .. 142 Hình 3.42. Biểu đồ phát thải KNK của một số hệ thống xử lý nước thải công nghiệp giấy .................................................................................................................. 142 13 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Nền kinh tế phát triển gây ô nhiễm môi trường, làm kiệt quệ nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên, khí hậu trở nên khắc nghiệt, thời tiết thay đổi bất thường, trái đất dần bị nóng lên, hệ sinh thái dần bị tàn hoại. 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. Việt Nam được đánh giá là quốc gia thứ 5 trên thế giới chịu tác động xấu nặng nề nhất do biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng mang lại. Liên Hợp Quốc cảnh báo, nếu mực nước biển tăng thêm 1m thì Việt Nam sẽ đối mặt với mức thiệt hại lên tới 17 tỉ USD/năm; 1/5 dân số mất nhà cửa; 12,3% diện tích đất trồng trọt biến mất; 40.000km2 diện tích đồng bằng, 17km2 bờ biển ở khu vực các tỉnh lưu vực sông Mêkông sẽ chịu tác động của lũ ở mức độ không thể dự đoán. 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. Theo Ủy ban liên Chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) các nguồn phát thải khí nhà kính gồm 4 nguồn chính: Năng lượng; Quá trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm (IPPU); Nông nghiệp, Lâm nghiệp và sử dụng đất khác (AFOLU); và Chất thải. Theo thông báo quốc gia lần thứ hai của Việt Nam cho Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC) vào năm 2010, tổng lượng khí nhà kính phát thải năm 2000 là 150,9 triệu tấn CO 2tđ, trong đó phát thải KNK từ nguồn nông nghiệp là 65,1 triệu tấn CO2tđ (chiếm 43% tổng lượng phát thải KNK), từ nguồn năng lượng là 52,8 triệu tấn CO2tđ (chiếm 34% tổng lượng phát thải KNK), từ nguồn sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp (LULUCF) là 15,1 triệu tấn CO2tđ (chiếm 10% tổng lượng phát thải KNK), từ nguồn các quá trình công nghiệp là 10,0 triệu tấn CO2tđ (chiếm 6,6% tổng lượng phát thải KNK) và từ nguồn chất thải là 7,9 triệu tấn CO2tđ (chiếm 5,2% tổng lượng phát thải KNK). Trong nguồn chất thải, phát thải KNK từ xử lý nước thải chiếm 30%, từ xử lý chất thải rắn chiếm 70%. Dự tính vào năm 2020, tổng phát thải KNK là 300,4 triệu tấn CO2 tđ và vào năm 2030 là 515,8 triệu tấn CO2 tđ [1]. Phát thải KNK từ nguồn chất thải gồm: Bãi chôn lấp chất thải, Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp sinh học, Lò đốt chất thải và đốt bãi rác hở, Xử lý và xả nước thải. Các loại KNK chủ yếu phát sinh trong nguồn chất thải gồm: Khí Carbon 14 dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O). Thông thường, khí CH4 phát thải từ các bãi chôn lấp chất thải rắn chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng lượng KNK của nguồn này. Khí CH4 trong xử lý nước thải cũng đóng một vai trò tương đối quan trọng. Bên cạnh đó, xử lý chất thải rắn và nước thải cũng đồng thời tạo ra các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không methane (NMVOCs), NOx, CO và NH3. NOx chủ yếu sinh ra khi đốt chất thải, còn khí NH3 sinh ra trong quá trình làm phân compost. NOx và NH3 có thể gián tiếp tạo ra khí N2O. Tuy nhiên, lượng khí N2O này chiếm một tỷ lệ nhỏ, không đáng kể [2]. Bãi chôn lấp chất thải tạo ra lượng đáng kể khí CH4. Ngoài khí CH4 ra, bãi chôn lấp chất thải cũng tạo ra khí CO2, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không methane (NMVOCs) cũng như một lượng nhỏ khí N2O, nitrogen oxides (NOx) và carbon monoxide (CO). Trong quản lý chất thải rắn, đã có nhiều biện pháp nhằm giảm thiểu lượng chất thải rắn đem chôn lấp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Biện pháp thu hồi khí tại các bãi chôn lấp cũng được sử dụng khá phổ biến nhằm giảm thiểu sự phát thải khí CH4 [3]. Làm phân compost và phân hủy yếm khí chất thải hữu cơ thường phổ biến ở các nước đã và đang phát triển. Những ưu điểm của phương pháp này là làm giảm thể tích chất thải, ổn định chất thải, tiêu hủy mầm bệnh trong chất thải, tạo ra khí biogas cho sử dụng năng lượng. Tùy theo chất lượng, sản phẩm cuối cùng của xử lý sinh học chất rắn có thể làm phân bón cải tạo đất, hoặc được đem đi chôn lấp tại các bãi chôn lấp chất thải. Làm phân compost là quá trình hiếu khí và một lượng lớn hợp chất hữu cơ trong chất thải được chuyến hóa thành khí CO2. Khí CH4 được tạo thành ở vùng yếm khí, nhưng nó bị oxihoa ở mức độ lớn trong vùng hiếu khí. Lượng khí CH4 thải vào khí quyển khoảng 1% đến vài phần trăm hàm lượng carbon ban đầu trong chất thải. Quá trình làm phân compost cũng có thể tạo ra N 2O. Lượng phát thải N2O khoảng 0,5% đến 5% so với hàm lượng nito ban đầu trong chất thải [3]. Phân hủy yếm khí chất thải hữu cơ thúc đẩy sự phân hủy tự nhiên hợp chất hữu cơ không có oxi bằng cách duy trì nhiệt độ, độ ẩm và pH gần tới giá trị tối ưu của nó. CH4 được tạo ra có thể được sử dụng để tạo nhiệt hoặc điện năng. Phát thải N2O từ quá trình này được giả thiết là không đáng kể, tuy nhiên, dữ liệu về phát thải này rất là ít [3]. Xử lý sinh học – cơ khí (MB) chất thải đang là phương pháp phổ biến ở châu âu. Phân tách chất thải bằng cơ khí sau đó chuyển hóa sinh học, làm hiệu quả xử lý tăng lên, hiệu quả thu hồi khí CH4 tăng, giảm thể tích bãi chôn lấp [3]. Lò đốt rác và đốt bãi rác hở là nguồn phát thải khí nhà kính. Các khí liên quan được tính toán là các khí Carbon dioxide (CO2), methane (CH4) và nitrous oxide (N2O). Thông thường, phát thải CO2 từ lò đốt rác nhiều hơn đáng kể so với khí CH4 15 và N2O [3]. Hệ thống xử lý nước thải cũng là nguồn phát thải khí nhà kính gồm phát thải gián tiếp và trực tiếp. Nguồn phát thải KNK gián tiếp như sản xuất điện để sử dụng trong quá trình xử lý; sản xuất và vận chuyển nhiên và nguyên liệu; chôn lấp bùn hoạt tính được tạo ra trong quá trình xử lý. Nguồn phát thải KNK trực tiếp như từ bể xử lý hiếu khí, bể xử lý yếm khí, bể phân hủy yếm khí, rò rỉ khí sinh học, quá trình đông keo tụ hóa học, đốt khí sinh học trong nồi hơi thu hồi. Việc cắt giảm phát thải khí nhà kính có vai trò quan trọng trong công tác ứng phó với Biến đổi khí hậu. Việt Nam, với tư cách là một quốc gia đang phát triển, thực hiện một số nghĩa vụ chung như thực hiện xây dựng các Thông báo quốc gia tới UNFCCC định kỳ, kiểm kê khí nhà kính; xây dựng và đánh giá phương án giảm nhẹ KNK, thích ứng với BĐKH. Thông qua kiểm kê khí nhà kính có thể cập nhật thường xuyên lượng khí nhà kính sản sinh từ các nguồn phát thải từ đó đưa ra các phương pháp giảm thiểu phát thải khí nhà kính gây BĐKH. Qua đó cũng có thể tính trước ngưỡng phát thải khí nhà kính để chủ động nhập những công nghệ sản xuất thích hợp, vừa bảo đảm tăng trưởng kinh tế vừa kiểm soát hiệu quả lượng khí thải nhà kính. Trong nỗ lực nhằm hướng tới xây dựng một nền kinh tế “cacbon thấp”, Việt Nam đã có xây dựng Thông báo quốc gia đầu tiên của Việt Nam vào tháng 12 năm 2003, Thông báo quốc gia lần thứ hai vào năm 2010. Các kiểm kê KNK được biên soạn theo phương pháp (IPCC, 1996, 2000, 2006). Tuy nhiên, những báo cáo kiểm kê khí nhà kính đó vẫn chưa đủ chi tiết và hoàn chỉnh vì một số những rào cản như việc thiếu một hệ thống thể chế hoàn chỉnh, nguồn lực kỹ thuật, kiến thức về các nhân tố phát thải phù hợp cũng như năng lực trong công tác kiểm soát chất lượng của dữ liệu. Hiện nay, Việt Nam đang xây dựng thông báo quốc gia lần thứ ba cho UNFCCC. 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 việc 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 đề tài 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. 16 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Thiết lập mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ 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 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 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: - Tổng quan về biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính, phát thải khí nhà kính từ nguồn nước thải và chất thải; - Tổng quan về tình hình nước thải và chất thải tại Việt Nam; - Tổng quan 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 học tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải: - Nghiên cứu thiết lập mô hình toán học tính toán phát thải khí nhà kính từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy; - Nghiên cứu 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 thiết lập được tính toán phát thải khí nhà kính cho một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy (Hệ thống xử lý nước thải Yên Sở, Hệ thống xử lý nước thải Kim Liên, Hệ thống xử lý nước thải Trúc Bạch, Hệ thống xử lý nước thải giấy Bãi Bằng, Hệ thống xử lý nước thải giấy Corelex); + Xác định một số yếu tố ảnh hưởng khả năng phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải; Xác định được 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. 17 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 của luận án * Cách tiếp cận: Mô hình tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học được thiết lập dựa trên phương trình Herbert (một dạng cải biên của phương trình Monod), cân bằng khối lượng, cân bằng hóa học. Giả thiết đối với nước thải sinh hoạt: công thức kinh nghiệm C10H19NO3 và đối với nước thải công nghiệp giấy: công thức kinh nghiệm C7H12O4N được sử dụng đại diện cho cơ chất và C5H7O2N được sử dụng đại diện cho sinh khối xảy ra trong quá trình xử lý nước thải. Hệ các phương trình thu nhận được giải bằng phương pháp số và được code số bằng ngôn ngữ lập trình Scala, Matlab, cho phép dễ dàng hơn trong việc tính toán và dự báo phát thải khí nhà kính từ các hệ thống xử lý nước thải; * Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: - Phương pháp thu thập thông tin dữ liệu: phân tích, đánh giá các tài liệu, các bài báo khoa học trong nước và quốc tế, hay thông qua trao đổi ý kiến trực tiếp với các chuyên gia nhằm đưa ra bức tranh tổng thể về hiện trạng tính toán phát thải khí nhà kính, các thông tin liên quan đến lĩnh vực mô hình toán học tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải, chất thải trên thế giới và Việt Nam, từ đó xác định hướng nghiên cứu của luận án; - Phương pháp hồi cứu: kế thừa số liệu của một số nghiên cứu trong và ngoài nước; kinh nghiệm tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải, chất thải của các tác giả trên thế giới; - Phương pháp mô hình hóa: nhằm nghiên cứu xây dựng các phương trình toán học trên cơ sở phương trình cân bằng chất, phương trình động học Herbert, sự tăng trưởng của vi sinh vật; cân bằng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý; các phương trình thu nhận được giải bằng phương pháp số và được code số bằng ngôn ngữ lập trình Scala và Matlab; Mô hình số được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm bằng các kỹ 18 thuật phù hợp đảm bảo độ tin cậy, cho phép tính toán phát thải khí nhà kính phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy. - Phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường: nhằm thu thập các số liệu phục vụ cho nghiên cứu và hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình. - Phương pháp thực nghiệm lấy mẫu khí nhà kính: các mẫu khí nhà kính được thu nhận bằng kỹ thuật hộp Chamber QUT của Trường Đại học Công nghệ Queensland (Brisbane Australia) chuyển giao cho Viện Môi trường Nông nghiệp Việt Nam; - Phương pháp phân tích công cụ: các mẫu khí nhà kính (CH4, N2O và CO2) trong luận án được phân tích bằng kỹ thuật phân tích công cụ hiện đại [GC-2014 SHIMADZU (Nhật Bản); CO2 xác định bằng máy dò dẫn nhiệt (TCD) ở nhiệt độ 200oC; CH4 được xác định bằng máy dò ion hóa ngọn lửa (FID) ở nhiệt độ 300oC và N2O được xác định bằng điện tử chụp dò (ECD) ở nhiệt độ 350oC] tại Trung tâm phân tích - Viện Môi trường Nông nghiệp Việt Nam. - Phương pháp thống kê: các số liệu trong luận án được xử lý bằng các kỹ thuật thống kê phù hợp đảm bảo độ tin cậy. 7. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận án - 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 và các quá trình công nghiệp, việc nghiên cứu tính toán phát thải khí nhà kính từ nguồn chất thải có thể nói là rất ít tập trung chủ yếu vào phát thải khí nhà kính từ các bãi chôn lấp. Các con số thống kê và tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý s2.1nước thải tại Việt Nam đang còn là một vấn đề bỏ ngỏ. Do đó, 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, có tính đột phá và mang tính thực tiễn cao; - Với quan điểm trước đây, đối với hệ thống xử lý nước thải chỉ chú trọng chất lượng dòng ra đạt tiêu chuẩn và chi phí xử lý thấp, thì ở đây luận án đã đề cập đến tính toán phát thải khí nhà kính của hệ thống xử lý nước thải. Trong khi, trên thế giới các nghiên cứu về tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải đã và đang ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Tiếp cận xu thế tiên tiến trên thế giới, luận án đã nghiên cứu thiết lập một mô hình toán học dựa trên phương trình Herbert, các phương trình cân bằng khối lượng cơ chất và sinh khối, các cân bằng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý để tính toán lượng phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy tại Việt Nam. Mô hình mang tính toàn diện trên cả hệ thống, bao gồm phát thải KNK từ quá trình sử dụng điện năng và từ quá trình xử lý nước thải của hệ thống; - Luận án đã thiết lập mô hình với giao diện thuận tiện và dễ sử dụng, có tính ứng dụng cao trong các nhà máy xử lý nước thải và trong quá trình thiết kế hệ thống 19