Nghiên cứu tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn ở huyện chương mỹ, hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------------

HOÀNG THỊ PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG TỪ
CHẤT THẢI RẮN Ở HUYỆN CHƯƠNG MỸ, HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2015



ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------------

HOÀNG THỊ PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG TỪ
CHẤT THẢI RẮN Ở HUYỆN CHƯƠNG MỸ, HÀ NỘI
Chuyên ngành:

Khoa học Môi trường

Mã số:

60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải
Xác nhận học viên đã chỉnh sửa theo góp ý của hội đồng Giáo
viên hướng dẫn

Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ

khoa học

PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải

PGS.TS. Trần Văn Quy

Hà Nội - 2015


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. Nguyễn Mạnh Khải 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 phòng Tài
nguyên và Môi trường, Chi cục Thống kê huyện Chương Mỹ, tập thể cán bộ Công
ty Môi trường đô thị Xuân Mai và cán bộ các xã, thị trấn trên địa bàn huyện
Chương Mỹ 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, 3/2015
HVCH. Hoàng Thị Phượng

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................... i
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv

i


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 3
1.1. Quản lý tổng hợp chất thải rắn ............................................................ 3
1.2. Công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn ................................. 5
1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng EFW trên thế giới ....................... 11
1.4. Tình hình nghiên cứu và sử dụng EFW tại Việt Nam ...................... 16
1.5. Cơ hội và thách thức đối với EFW tại Việt Nam ............................. 20
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........... 24
2.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................... 24
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 26
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................... 30
3.1. Thực trạng phát sinh chất thải rắn tại huyện Chương Mỹ ................ 30
3.2. Hiện trạng quản lý chất thải rắn tại địa bàn huyện Chương Mỹ ....... 43
3.3. Đánh giá tiềm năng năng lượng từ CTR huyện Chương Mỹ ........... 47
3.4. Các phương án sử dụng năng lượng từ chất thải rắn tại huyện

Chương Mỹ ............................................................................................. 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................
68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................
70
PHỤ LỤC 1
PHỤ LỤC 2

ii


iii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các công nghệ biến đổi chất thải rắn thành năng lượng .................... 6
Bảng 1.2. Năng suất ethanol lý thuyết từ một số nguyên liệu ............................ 8
Bảng 1.3. Dự án điện từ bã mía đã nối lưới tại Việt Nam ................................ 18
Bảng 3.1. Biến động dân số và tình hình phát sinh, thu gom CTRSH ............. 30
Bảng 3.2. Thành phần chất thải rắn phát sinh từ hộ gia đình ........................... 32
Bảng 3.3. Thành phần chất thải rắn phát sinh từ chợ ....................................... 34
Bảng 3.4. Thành phần CTRSH tại các cơ quan, trường học ............................ 35
Bảng 3.5. Tổng hợp thành phần CTRSH huyện Chương Mỹ .......................... 36
Bảng 3.6. Thành phần CTRSH huyện Thanh Oai ............................................ 38
Bảng 3.7. Thành phần chất thải rắn công nghiệp huyện Chương Mỹ .............. 39
Bảng 3.8. Tình hình sản xuất lúa, ngô tại huyện Chương Mỹ ......................... 40
Bảng 3.9. Số lượng gia súc, gia cầm qua các năm ........................................... 41
Bảng 3.10.Khối lượng phụ phẩm nông nghiệp từ canh tác lúa, ngô ............... 42
Bảng 3.11. Số lượng phân phát sinh của đàn gia súc, gia cầm ........................ 43
Bảng 3.12. Nhiệt trị của CTRSH và CTRCN tại huyện Chương Mỹ .............. 48

Bảng 3.13. Nhiệt trị của CTR tại một số khu vực ............................................ 49
Bảng 3.14. Tiềm năng sinh khí biogas của CTR nông nghiệp ......................... 51
Bảng 3.15. Tiềm năng sản xuất ethanol ........................................................... 52
Bảng 3.16. Tổng hợp tiềm năng năng lượng từ CTR tại Chương Mỹ ............. 53
Bảng 3.17. Dự báo khối lượng CTRSH đến năm 2020.................................... 54
Bảng 3.18. Dự báo CTRCN huyện Chương Mỹ đến năm 2020 ...................... 54
Bảng 3.19. Dự báo CTRNN trên địa bàn huyện Chương Mỹ .......................... 55
Bảng 3.20. Các số liệu chính của nhà máy đốt rác phát điện ........................... 58
Bảng 3.21. Nguồn doanh thu và chi phí của dự án .......................................... 60
Bảng 3.22. Dòng tài chính của dự án ............................................................... 61

iv


Bảng 3.23. Cho điểm các biện pháp tuyên truyền phân loại CTRSH .............. 67
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống phân cấp quản lý CTR .......................................................
4
Hình 1.2. Hiệu suất phát điện của công nghệ lên men metan ...........................
7
Hình 1.3. Hệ thống đốt rác thu hồi năng lượng ..................................................
9
Hình 1.4. Tình hình sản xuất WTE của các nước châu Âu năm 2012 ............
12
Hình 2.1. Vị trí địa lý huyện Chương Mỹ ........................................................
24
Hình 3.1. Nguồn phát sinh CTRSH trên địa bàn huyện Chương Mỹ ..............
36
Hình 3.2. Sơ đồ lò đốt CTRSH và CTRCN .....................................................
56

Hình 3.3. Công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi ....................................
63
Hình 3.4. Sơ đồ công nghệ bếp khí hóa ...........................................................
65
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
B/C:
Benefit per cost – Tỷ số lợi ích/chi phí
CTR:
Chất thải rắn
CTRCN:

Chất thải rắn công nghiệp

CTRNN:

Chất thải rắn nông nghiệp

CTRSH:

Chất thải rắn sinh hoạt

DO:

Diesel oil – Dầu Diesel

EFW:

Energy from waste - Năng lượng từ chất thải rắn

FO:

Fuel oil – Dầu nhiên liệu

IRR:

Internal rate of return – suất thu lợi nội tại

v


ISWM:

Integrated Solid Waste Management - Quản lý tổng hợp chất
thải rắn

LFG:

Landfill gas - Khí bãi rác

NPV:

Net present value – Giá trị hiện tại ròng

WTE:

Waste to energy –Chất thải thành năng lượng

vi

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khi bắt đầu lịch sử loài người, con người đã tạo ra chất thải và xử lý chúng
bằng các bãi rác tạm thời và phương pháp đốt thông thường. Số lượng hàng hóa
được sử dụng và rác thải tăng lên rất nhiều sau cuộc cách mạng công nghiệp gần
cuối thế kỷ XVIII do đó yêu cầu về bãi chôn lấp tăng cao. Đặc biệt kể từ giữa thế kỷ
XX lượng rác thải tăng lên nhanh chóng. Đây không chỉ là vấn đề nóng ở Việt Nam
mà còn là vấn nạn của toàn cầu. Điều này buộc các nước trên toàn thế giới phải sử
dụng các công nghệ xử lý rác khác ngoài chôn lấp. Trên thực tế, đây là một nguồn
năng lượng hữu ích, có giá thành rẻ nhưng dễ bị lãng quên.
Năng lượng là một dạng tài nguyên quan trọng, cần thiết trong đời sống con
người và sự phát triển của xã hội. Từ đầu thế kỷ XIX, con người đã khai thác than
để sản xuất năng lượng, tiếp đến là dầu mỏ ở thế kỷ XX. Tuy nhiên trữ lượng các
nguồn năng lượng hóa thạch có hạn, có khả năng cạn kiệt trong tương lai và vấn đề
phát thải khí nhà kính đang trở thành mối lo ngại toàn cầu. Trong khi đó, nhu cầu sử
dụng năng lượng ngày càng tăng do sự tăng trưởng dân số, sự phát triển kinh tếnên
việc tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo và thay thế vô cùng quan trọng.
Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nước phát triển các công nghệ biến rác thải
thành năng lượng. Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay, công nghệ này còn khá mới mẻ,
chủ yếu sử dụng công nghệ sản xuất biogas từ chất thải nông nghiệp, các nguồn chất
thải rắn khác còn chưa được xử lý một cách hợp lý, gây ô nhiễm môi trường.
Chương Mỹ là huyện ngoại thành Hà Nội. Cùng với xu thế phát triển chung
của đất nước và thủ đô, Chương Mỹ có những chuyển biến đáng kể về mặt kinh tế xã hội,bên cạnh đó dân số trên địa bàn ngày càng tăng nên lượng rác thải sinh hoạt
tương đối lớn. Tuy nhiên, hoạt động quản lý rác thải còn nhiều bất cập. Nhiều điểm
thu gom rác thải tập trung chưa được xử lý tốt, các bãi rác quá đầy gây ảnh hưởng
đến môi trường và mỹ quan khu vực. Do đó, cần tìm một giải pháp khác thay thế
cho các biện pháp quản lý chất thải rắn hiện tại. Chính vì vậy, tôi lựa chọn đề tài:

1

“Nghiên cứu tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn ở huyện Chương Mỹ, Hà
Nội” nhằm góp phần cải thiện chất lượng môi trường nói chung và quản lý chất thải
rắn trên địa bàn huyện nói riêng.
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 rắntrên địa bàn huyện Chương Mỹ, TP. Hà Nội.
3. Nội dung nghiên cứu
-

Nguồn gốc, số lượng, thành phần, đặc điểm chất thải rắn;

-

Hiện trạng thu gom và xử lý;

-

Tính toán tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn;

-

Dự báo tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn đến năm 2020;

-

Lựa chọn phương án công nghệ phù hợp với địa phương.

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Quản lý tổng hợp chất thải rắn
Quản lý tổng hợp chất thải rắn (intergrated solid waste management – ISWM)
là một phần của phát triển bền vững. Cách tiếp cận này đang được nhiều nước trên
thế giới áp dụng. Tại Việt Nam, quản lý tổng hợp CTR theo hướng bền vững là một
trong 7 chương trình ưu tiên cao nhất được xác định trong “Chiến lược Bảo vệ môi
trường Quốc gia 2001 -2010 và định hướng đến năm 2020”. Đây là một cách tiếp
cận xem xét nhiều khía cạnh từ hoạch định chính sách, xây dựng thể chế, giáo dục,
áp dụng các biện pháp kinh tế đến thiết kế công nghệ với sự tham gia của các bên
liên quan để quản lý CTR một cách hệ thống [15].
Các bên liên quan bao gồm cơ quan nhà nước, các tổ chức cộng đồng, tổ chức
phi chính phủ, doanh nghiệp, cộng đồng địa phương... Kết hợp các bên liên quan là
phối hợp, hợp tác cùng xây dựng chiến lược, thực hiện, cung cấp các dịch vụ quản
lý chất thải. Chương trình ISWM được thực hiện liên tục, thống nhất và thông suốt
giữa các bên liên quan. Trong đó, các cơ quan quản lý có trách nhiệm xây dựng
chiến lược, kế hoạch, phân công, phân cấp hành động dựa trên các điều kiện về thể
chế, kinh tế - xã hội, kỹ thuật và điều kiện tự nhiên của khu vực. Còn các chủ thể
phát thải cần phải đóng góp ý kiến và tham gia vào chương trình ISWM. Đánh giá
hiệu quả của chương trình được tiến hành trong suốt quá trình thực hiện, từ đó xem
xét, điều chỉnh linh hoạt kế hoạch đảm bảo phát triển kế hoạch và thực hiện mục
tiêu của kế hoạch.
Bởi vì chất thải rắn phát sinh từ các nguồn đa dạng và không có phương pháp
quản lý CTR riêng lẻ nào có thể phù hợp để quản lý tất cả các dòng thải trong mọi
trường hợp. Vì vậy, ngoài việc phối hợp giữa các bên liên quan, còn cần một hệ
thống phân cấp quản lý chất thải với mục tiêu là giảm thiểu đáng kể lượng chất thải
rắn, sử dụng triệt để các loại chất thải như một nguồn tài nguyên giá trị thông qua
phòng ngừa, tái sử dụng, tái chế và tận thu các loại năng lượng từ CTR trước khi
thải bỏ chúng ra ngoài môi trường [27].
3

Mức độ ưu tiên giảm dần

Phòng ngừa
Tái sử dụng
Tái chế
Tiêu hủy,
thu hồi năng lượng
Thải bỏ
Hình 1.1.Hình 1.1 . HHệ ệth thốống phân cng phân cấ ấp qup
quảản lý chn lý CTR ất th[30ải ]
Theo mức độ ưu tiên, phòng ngừa hay giảm thiểu chất thải là giải pháp được
ưu tiên cao nhất, là chiến lược đầu tiên nhằm hạn chế tối đa sự phát sinh chất thải.
Phòng ngừa chất thải bao gồm tăng hiệu suất sử dụng nguyên liệu, sử dụng các quy
trình sản xuất tiêu tốn ít nguyên liệu, sản xuất các sản phẩm ít phát thải, sử dụng các
sản phẩm bền hơn, có khả năng tái sử dụng, tái chế cao hơn. Ngăn ngừa CTR có thể
thực hiện ở nhiều quy mô khác nhau, từ hộ gia đình đến các khu công nghiệp, khu
thương mại. Với quy mô công nghiệp, việc áp dụng chương trình sản xuất sạch hơn
không chỉ giúp giảm thải tại nguồn mà còn hiệu quả về mặt kinh tế do giảm chi phí
sử dụng nguyên nhiên liệu, giảm chi phí xử lý chất thải. Tại các hộ gia đình, giảm
phát thải được thực hiện thông qua lựa chọn hàng hóa, thay đổi thói quen tiêu dùng,
hướng tới các sản phẩm thân thiện với môi trường.
Sau phòng ngừa CTR là tái sử dụng và tái chế CTR. Biện pháp này nhằm tận
dụng các tính năng hữu dụng của chất thải. Tái sử dụng là dùng lại sản phẩm hay
nguyên liệu mà không có sự thay đổi đáng kể. Các loại CTR có khả năng tái sử
dụng như quần áo cũ, đồ gia dụng cũ… Chúng được làm sạch hoặc sửa chữa trước
khi được sử dụng lại. Tái chế là biến chất thải thành một chất mới hay sản phẩm

4

mới. Các thành phần tái sinh, tái chế trong CTR như giấy, thủy tinh, nhựa, lon
nhôm, sắt và thép, cao su… Tái chế rác thải giúp tạo nguồn nguyên vật liệu giá rẻ,
giải quyết vấn đề khan hiếm nguyên liệu, do đó giúp hạ giá thành sản phẩm. Tái chế
bao gồm cả sản xuất phân compost, là quá trình biến đổi sinh học chất thải dinh
dưỡng thành phân hữu cơ dùng cho sản xuất nông nghiệp. Hiện nay, nhiều nước
trên thế giới đang khuyến khích mối liên kết của các doanh nghiệp trong tái chế và
tái sử dụng chất thải, tức là, chất thải của ngành nghề sản xuất này là đầu vào,
nguyên liệu cho ngành sản xuất khác. Tại Việt Nam, hoạt động tái sử dụng, tái chế
được thực hiện chủ yếu qua những người thu gom phế liệu. Hoạt động này giúp
giảm 20-25% lượng CTR cho các bãi rác, giảm bớt chi phí cho công tác thu gom
chất thải, tạo việc làm, thu nhập cho nhiều người. Tuy nhiên, hoạt động tái chế
thường được diễn ra tại các làng nghề với công nghệ, phương tiện cũ và lạc hậu dẫn
đến tình trạng ô nhiễm môi trường ở một số nơi như làng nghề sản xuất giấy Dương
Ô (Bắc Ninh), làng nghề tái chế nhựa Minh Khai (Hưng Yên), làng nghề tái chế
nhôm Bình Yên (Nam Định)
Cấp ưu tiên tiếp theo là tiêu hủy có thu hồi năng lượng. Thu hồi năng lượng từ
CTR bao gồm các quá trình, biện pháp nhằm chuyển đổi các vật liệu thải không thể
tái sử dụng, tái chế thành nhiệt, điện hoặc nhiên liệu. Các biện pháp thu hồi năng
lượng bao gồm đốt, khí hóa, nhiệt phân, hay thu khí bãi rác.
Đối với những CTR không thể tái sử dụng, tái chế và biến đổi thành năng
lượng thì biện pháp ở mức ưu tiên cuối cùng là thải bỏ.
Hình 1.1 chỉ ra rằng, thu hồi năng lượng có mức độ ưu tiên thấp hơn tái sử
dụng và tái chế nhưng không phải CTR nào cũng có thể tái sử dụng và tái chế nên
thu hồi năng lượng vẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý CTR một
cách hiệu quả.
1.2. Công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn (EFW – energy from waste)
Công nghệ biến chất thải rắn thành năng lượng biến đổi chất thải rắn thành
năng lượng dưới các hình thức khác nhau như nhiệt, điện, nhiên liệu khí hoặc lỏng.

5


Điện có thể được sản xuất và nối vào lưới điện địa phương hay của quốc gia. Nhiệt
có thể được sử dụng cho các mục đích sưởi ấm hoặc các quá trình nhiệt động lực
học khác. Một số loại nhiên liệu sinh học có thể được chiết xuất từ các thành phần
hữu cơ trong chất thải.
Bảng 1.1. Các công nghệ biến đổi chất thải rắn thành năng lượng[20][28]
Công nghệ
tổng quát
Chất
rắn

thải Công nghệ nhiệt
hóa

Công nghệ sinh
hóa

Công nghệ riêng

Sản phẩm chính

Đốt

Nhiệt

Khí hóa

Khí tổng hợp

Nhiệt phân

Dầu, than và khí tổng hợp

Plasma

Khí tổng hợp

Phân hủy kỵ khí

Khí metan

Lên men

Ethanol

Phương pháp cơ
sinh học

Khí biogas và viên
sinh khối

1.2.1. Công nghệ sinh hóa
Công nghệ sinh hóa phù hợp với chất thải chứa các vật chất hữu cơ có khả
năng phân hủy sinh học chiếm tỷ lệ phần trăm cao.
1.2.1.1. Công nghệ phân hủy kỵ khí
Phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất thải hữu cơ trong điều
kiện không có oxy.

Quá trình phân hủy diễn ra qua ba giai đoạn:

- Giai đoạn phân hủy: giai đoạn này diễn ra sự phân hủy các chất hữu cơ
phức tạp như protein, axit amin, lipid thành các chất hữu cơ đơn giản như
axit béo, glyxerin dưới tác dụng của vi khuẩn closdium bipiclobacterium,
bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus.

6


- Giai đoạn axit: nhờ vào vi khuẩn tổng hợp axetat để biến đổi các
hydrocacbon thành axit có phân tử lượng thấp.

- Giai đoạn tạo khí metan: khí metan được tạo ra nhờ quá trình phân hủy các
axit.
Thành phần khí tạo ra phụ thuộc vào thành phần của chất phân hủy, kỹ thuật
áp dụng, nhiệt độ và thời gian ủ. Thông thường, sản phẩm của quá trình bao gồm
CH4 (55 - 65%), CO2( 35 - 45%) và các khí khác H 2, N2, H2S… Nhiệt trị của sản
phẩm khí 4.500 – 6.300 kcal/m3, trong đó methane có nhiệt trị cao nhất 9000
kcal/m3. Thể tích của CTR sau khi phân hủy có thể giảm từ 20-60% tùy thuộc vào
thành phần hữu cơ trong chất thải[19].
Công nghệ lên men metan cho phép giảm lượng CO 2 tương đương gấp 1,6 lần
so với ủ phân compost[9]. Khí có thể chuyển hóa trực tiếp thành điện năng thông
qua các pin nhiên liệu. Tuy nhiên, quá trình này yêu cầu độ tinh khiết của khí cao,
giá thành đắt.
100m3 khí/tấn rác
60%CH4- 560kWh

56kWh tổn thất

336kWh nhiệt/tấn rác

234 kWh xử
lý chất thải

224 kWh điện/tấn

93 kWh nhi ệt cho nhà
máy

165
kWh/tấnrác

Hình 1.2. Hiệu suất phát điện của công nghệ lên men metan [9]
Khí bãi rác (LFG – Landfill gas) là một hỗn hợp phức tạp của các loại khí khác
nhau, được tạo ra bởi tác động của các vi sinh vật trong một bãi rác. Về bản chất,
khí bãi rác là khí sinh học. Thành phần khí bãi rác điển hình là CH 4 (khoảng 50 -

7


60%), CO2 (khoảng 40 -50%), các khí khác ( <1%). Khí metan thu hồi từ bãi chôn
lấp có thể được sử dụng để đốt tạo hơi nước làm chạy tuabin phát điện. Tại Mỹ, với
mỗi 1 triệu tấn rác thải đô thị có thể tạo ra khoảng 12.233 m 3 LFG, đủ để cung cấp
khoảng 0,78 MW điện hoặc 227.892 MJ nhiệt [33].
Khí metan được thu bằng các ống dẫn dưới lòng đất hoặc các giếng trong khu
rác thải. Thu hồi khí metan từ bãi rác vừa tạo nguồn năng lượng vừa giảm nguy cơ
cháy nổ từ các bãi chôn lấp chất thải. Để kiểm soát bãi chôn lấp cần các phương tiện
gồm lớp lót đáy, hệ thống thu gom và thoát nước rò rỉ, hệ thống thu gom và thoát
khí bãi rác, các lớp che phủ.

1.2.1.2. Công nghệ lên men sinh ethanol
Công nghệ lên men để tạo ethanol từ CTR thường được áp dụng với CTR nông
nghiệp (rơm rạ, lõi ngô, trấu…) và chất thải ngành chế biến lâm sản (gỗ thừa, mùn
cưa…) là những vật liệu chứa nhiều cellulose.
Bảng 1.2. Năng suất ethanol lý thuyết từ một số nguyên liệu[30]
Nguyên liệu
Năng suất chuyển đổi ethanol nồng độ 99,5%
(lít/tấn nguyên liệu khô)
Thân ngô

427,14

Rơm rạ

415,42

Phế thải bông

214,70

Phế thải lâm nghiệp

308,07

Bã mía

421,47

Giấy loại

439,24

Nguyên liệu sẽ được tiền xử lý bằng cách thái nhỏ hay nghiền thành bột rồi
khử bằng NaOH ở nhiệt độ 45oC trong 24 giờ, tiếp theo rửa trong nước ấm để loại
lignin. Sau đó, thực hiện quá trình đường phân nhờ enzym cellulaza ở điều kiện pH
từ 3-5 và nhiệt độ 34-35oC để chuyển hóa celluloze thành đường glucose. Đường tạo
ra được lên men trong điều kiện yếm khí để chuyển hóa thành ethanol. Ethanol được

8


tạo ra còn chứa nhiều nước nên cần thực hiện chưng cất để tạo ethanol tinh khiết
hơn.
Ethanol tạo ra là ethanol sinh học, được sử dụng thay thế xăng trong giao
thông.

1.2.2. Công nghệ nhiệt hóa
Chuyển đổi nhiệt hóa đặc trưng bởi nhiệt độ và thích hợp cho các vật liệu có
độ ẩm thấp.
1.2.2.1. Công nghệ đốt
Quá trình đốt có thu hồi năng lượng là quá trình oxy hóa khử CTR bằng oxy ở
nhiệt độ cao (trên 800oC). Oxy cung cấp cần đủ hoặc dư để quá trình cháy diễn ra
hoàn toàn. Đây là phương pháp phổ biến để sinh nhiệt, điện hay đồng phát nhiệt
điện. Trong hệ thống lò đốt, CTR được đốt để tạo nhiệt, nhiệt tạo ra được sử dụng
để sưởi ấm, sử dụng cho các quá trình tiêu thụ nhiệt như lò nung, luyện kim hoặc
tạo hơi nước dùng quay turbin máy phát điện [20].
Với công nghệ này ở nhiệt độ 800oC, có thể giảm thể tích CTR 80 - 90%. C, H
là những thành phần cháy chính tạo nên nhiệt trị của chất thải. S cũng là thành phần
cháy nhưng tỏa nhiệt ít.Quá trình đốt thường tạo ra khí CO2, hơi nước, tro và các sản
phẩm không cháy. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các khí SO 2, NOx, NH3…tùy theo

thành phần của chất thải. Do đó cần lắp đặt hệ thống kiểm soát khí thải nhằm tránh
gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, để giảm thành phần không cháy sau khi đốt và
không tạo ra dioxin thì CTR cần được đốt ở nhiệt độ trên 1.100 oC bằng cách trộn
nhiên liệu bổ sung và tăng cường xáo trộn để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa CTR và
không khí. Các thành phần rắn sau cháy chủ yếu dưới dạng xỉ, tro bay có thể được
sử dụng để san lấp trong xây dựng.

9


Hình 1.3. Hệ thống đốt rác thu hồi năng lượng[8]
Khi sử dụng công nghệ đốt cần quan tâm đến nhiệt trị và độ ẩm của CTR.
Thông thường, CTR có nhiệt trị thấp hơn 556 kcal/kg thì không có khả năng đốt. Để
tăng hiệu quả của quá trình đốt có thể phơi khô, nén ép CTR để giảm độ ẩm, làm
tăng hiệu quả cháy.
1.2.2.2. Nhiệt phân
Nhiệt phân là quá trình biến đổi CTR ở nhiệt độ từ 450 – 750 oC trong điều
kiện không có oxy hoặc trong chân không [22]. Phản ứng quan trọng nhất trong quá
trình nhiệt phân là phản ứng bẻ gẫy mạch liên kết C-C để tạo ra các sản phẩm đơn
giản hơn. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân là dầu nhiệt phân (axit acetic,
axeton,metanol), than và khí tổng hợp (H2, CH4, CO và các khí khác). Dầu nhiệt
phân có dạng lỏng, nhiệt trị khoảng 20.934 kJ/kg và được sử dụng để tổng hợp
thành nhiên liệu đốt. Khí tổng hợp có nhiệt trị thấp từ 10-20 MJ/m 3. Quá trình nhiệt
phân là quá trình thu nhiệt. Với công nghệ này, nhiệt trị của CTR không phải là yếu
tố quan trọng mà nhiệt hóa học có vai trò quan trọng hơn.

10


1.2.2.3. Khí hóa

Khí hóa là quá trình oxy hóa một phần ở nhiệt độ trong khoảng 700-1.600 oC
để sản xuất khí tổng hợp, chủ yếu là CO, CH 4 và H2 [25]. Chất oxy hóa có thể là
không khí, oxy hoặc hơi nước. Hơi nước được thêm vào lò phản ứng để tăng lượng
khí CO và H2 được tạo ra. Giá trị nhiệt của khí tổng hợp khoảng 4-10MJ/m 3.
Các phản ứng xảy ra trong quá trình khí hóa là:
C + O2 → CO2 + Q
C + H2O → CO + H2 – Q
CO + H2O → CO2 + H2 +Q
C + CO2 → 2CO
C + 2H2 → CH4 +Q
Khí tổng hợp có thể sử dụng trong động cơ đốt trong, sản xuất methanol,
hydro, hoặc chuyển đổi thông qua quy trình Fischer-Tropsch thành nhiên liệu lỏng.
Quá trình khí hóa loại bỏ được các yếu tố ăn mòn như clorua và kali trong tro,
nên tạo ra khí nhiên liệu sạch.

1.2.3. Phương pháp cơ sinh học (MBT – mechanical-biological treatment)
Phương pháp cơ sinh học là quá trình xử lý CTR bao gồm cơ học kết hợp sinh
học. Với phương pháp này, CTR sẽ được tiền xử lý cơ học bao gồm các quá trình
phân loại theo tính chất, khối lượng và kích cỡ và có thể nghiền, băm nhỏ theo yêu
cầu xử lý. Sau đó phần hữu cơ sẽ được xử lý yếm khí, phần nhiều năng lượng được
sấy khô, nén, ép tạo ra các viên, bánh nhiên liệu. Viên nhiên liệu giúp giảm thể tích
xuống 5-8 lần, có hiệu suất nhiệt cao hơn so với nguyên liệu dạng thô nên có thể
được lưu trữ và vận chuyển, sử dụng một cách dễ dàng. Có thể tạo được các sản
phẩm có hình dáng, kích thước, khối lượng phù hợp với yêu cầu sử dụng và nhiều
loại thiết bị khác nhau.
1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng từ chất thải rắn trên thế giới
Trên thế giới, các công nghệ tái tạo năng lượng từ CTR đã được nhiều nước
nghiên cứu và đưa vào sản xuất trên quy mô thương mại. Tại nhiều nước trên thế

11

giới như Đan Mạch, Thụy Điển, Nhật Bản…CTR không còn là vấn nạn môi trường
mà được xem là nguồn tài nguyên.
Trên toàn thế giới có 2.200 nhà máy thu hồi năng lượng từ CTR bằng phương
pháp nhiệt với khả năng xử lý 225 triệu tấn CTR mỗi năm và chủ yếu để xử lý CTR
đô thị [26]. Hitachi Zosen (Nhật Bản) là một trong những công ty đi đầu trong công
nghệ nhiệt biến CTR thành năng lượng. Công ty này đã và đang xây dựng và cung
cấp công nghệ cho 458 nhà máy trên toàn thế giới, trong đó có 197 nhà máy ở châu
Âu, 23 nhà máy ở Bắc Mỹ, 235 nhà máy ở châu Á, 3 nhà máy ở châu Úc.
Công nghệ đốt chất thải thành năng lượng đang được nhiều nước trên thế giới
đánh giá cao và đưa vào sử dụng, đặc biệt tại những nước có quỹ đất và nguồn tài
nguyên năng lượng hạn chế như các nước Tây Âu và Nhật Bản .Mặc dù khủng
hoảng kinh tế trong những năm gần đây, thị trường biến năng lượng thành chất thải
vẫn tăng đáng kể. Từ năm 2008 đến 2012, tăng trung bình hàng năm là 5%.

Hình 1.4. Tình hình sản xuất WTE của các nước châu Âu năm 2012 [31]

12


Một xu hướng khác cũng được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng là tạo
ethanol, diesel từ chất thải lò mổ, chất thải nông nghiệp. Tại hội nghị quốc tế diễn ra
tại Montreal Canada năm 2010, các nhà khoa học đã kêu gọi phát triển các nguồn
nhiên liệu sinh học từ rác thải thay vì sử dụng ngũ cốc nhằm đảm bảo an ninh năng
lượng, lương thực và giảm các phế liệu chưa tái chế. Công nghệ sản xuất nhiên liệu
sinh học từ CTR nông nghiệp, CTR sinh hoạt thuộc thế hệ thứ hai đã được nhiều
nước ủng hộ. Năm 2008, các nhà khoa học Đài Loan đã thành công trong phòng thí
nghiệm biến ethanol từ rơm rạ, cứ mỗi 10kg rơm sẽ sản xuất được 2 lít alcohol
99,5%. Thế giới cũng đang phát triển nghiên cứu và xây dựng các nhà máy để sản

xuất nhiên liệu từ CTR trên quy mô công nghiệp. Hiện trên thế giới có khoảng 60
doanh nghiệp đang tập trung phát triển các giải pháp biến rác thải và phụ phẩm nông
lâm nghiệp thành nhiên liệu này
Công nghệ nhiệt phân phát triển khá mạnh trên thế giới. Nhiệt phân được đưa
vào ứng dụng đầu thế kỷ 21. Đến năm 2001, có khoảng 100 nhà máy nhiệt phân trên
toàn cầu, giúp xử lý 4.000 tấn chất thải mỗi năm. Các công nghệ nhiệt phân sử dụng
để sản xuất dầu diesel từ vật liệu hữu cơ giàu cacbon như nhựa thải, cao su, rơm
rạ…
Phương pháp khí hóa được phát hiện vào thế ký 19 nhưng việc áp dụng để xử
lý CTR chỉ được thực hiện trong thời gian gần đây. Hiện nay, các nước phát triển
như Tây Ban Nha, Canada, Mỹ, Nhật Bản quan tâm đến xử lý CTR bằng khí hóa
plasma. Đến năm 2012, trên thế giới đã có 445 sáng chế về xử lý rác bằng plasma.
Công nghệ plasma biến đổi CTR ở nhiệt độ cao. Đây là nguồn năng lượng sạch với
môi trường nhờ sử dụng công nghệ không sinh khí thải và khí gây hiệu ứng nhà
kính, không làm ô nhiễm sử dụng dòng điện thông qua các điện cực graphit hoặc
cacbon với hơi nước và oxy hoặc không khí để tạo luồng hồ quang. Luồng hồ quang
này được sử dụng để ion hóa khí và thúc đẩy các chất hữu cơ chuyển đổi thành khí
tổng hợp và các chất thải rắn khác. Nhiệt độ của lò phản ứng là trên 2000 –
13.000oC. Nhiệt độ cao trong lò ngăn chặn sự hình thành các hợp chất độc hại như

13


furan, dioxin, các oxit nitơ…Vật liệu vô cơ chuyển thành xỉ rắn, vật liệu hữu cơ
chuyển thành khí. Công nghệ Plasma còn cho phép xử lý các loại than kém chất
lượng và dầu thải một cách hiệu quả. Sản phẩm sau khi đốt có tính trơ, thỏa mãn
hầu hết các tiêu chuẩn môi trường của thế giới. Lượng khí thải thấp.
Khí sinh học thu được từ quá trình ủ kỵ khí cũng được áp dụng rộng rãi trên
thế giới, vừa để tạo phụ phẩm khí sinh học làm phân bón, vừa tạo năng lượng. Khí
sinh học được sử dụng để sinh nhiệt bằng cách đốt cháy, sản xuất điện bằng các pin

năng lượng hoặc động cơ phát điện, sản xuất nhiệt điện kết hợp, làm nhiên liệu cho
phương tiện giao thông. Hiện nay, các nước trên thế giới tạo ra khoảng 5,1 tỷ tấn
chất thải rắn nông nghiệp mỗi năm, có khả năng cung cấp 75EJ, tương đương với
15% nhu cầu năng lượng trên thế giới. Các nước Đức, Đan Mạch, Thụy Điển, Thụy
Sỹ đã chế tạo ra các phương tiện giao thông chạy bằng khí metan sinh học. Đức
được xem là nước đi đầu trong phát triển các nhà máy điện biogas. Năm 2009, tại
Đức có hơn 4.500 nhà máy điện biogas cấp trên 1.500 MW hòa lưới điện quốc gia,
với quy mô trung bình 300kW/nhà máy.
Nhiều nước trên thế giới như Italia, Anh, Đức Pháp… cũng đặc biệt quan tâm
đến việc biến rác thải khó phân hủy thành dạng viên RDF và sử dụng chúng như
một nguồn thay thế than trong các lò hơi công nghiệp.
Tình hình sử dụng công nghệ EFW của một số nước trên thế giới
Nhật Bản là một trong những nước đi đầu trong công nghệ nhiệt để biến CTR
thành năng lượng. Mỗi năm, Nhật Bản tạo ra khoảng 65 triệu tấn chất thải đô thị
nhưng chỉ chôn lấp khoảng 1,2 triệu tấn, xử lý nhiệt 40 triệu tấn, còn lại là tái chế.
Ngoài công nghệ nhiệt, từ năm 2010, Nhật Bản đã có 3 nhà máy sản xuất xăng sinh
học, các nhà máy này chuyển hóa thân mía và rơm rạ thành ethanol. Sau đó trộn
43% cồn sinh học với 57% khí thiên nhiên để tạo thành Ethyl tert-butyl ether, tiếp
tục trộn với xăng để tạo thành xăng sinh học. Nhật Bản cũng sử dụng rộng rãi các
viên nhiên liệu từ giấy và nhựa thải để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch trong ngành
sản xuất xi măng, giấy, thép, đường…[21].

14


Tại Thụy Điển, phương pháp tái chế CTR chủ yếu là đốt để sản xuất nhiệt và
điện. Thụy Điển có hơn 30 lò thiêu hủy rác, giúp xử lý 5,5 triệu tấn CTR mỗi năm,
trong đó 20% CTR này là nhập khẩu từ Na Uy, Ý và Anh Quốc. Nhờ xử lý CTR
bằng công nghệ này, 25% hộ gia đình tại Thụy Điển được cung cấp điện từ các nhà
máy đốt rác, tỷ lệ chôn lấp CTR chỉ khoảng 4%. Ngoài ra, hơn 70% bệnh viện tại

Thụy Điển còn sử dụng công nghệ phi lò đốt để xử lý CTR y tế. Các chất thải y tế
được đưa vào xử lý trong lò điện, sau đó được tán nhỏ và ép thành các viên chất rắn
để tiếp tục sản xuất nhiệt điện hoặc sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng.
Thụy Điển cũng quan tâm đầu tư khí sinh học từ chất thải hữu cơ để sản xuất năng
lượng. Từ những năm 1980, một số nhà máy đã bắt đầu sử dụng khí biogas thu được
từ các khu vực xử lý CTR đô thị, nhiều cơ sở sản xuất biogas quy mô nhỏ được xây
dựng để phát điện và nhiệt. Những năm gần đây, Thụy Điển còn sử dụng biogas làm
nhiên liệu cho phương tiện giao thông, năm 2005, Thụy Điển đã đưa vào hoạt động
chiếc tàu hỏa đầu tiên trên thế giới chạy bằng biogas, và đến năm 2012 có khoảng
4.000 phương tiện giao thông công cộng chạy bằng biogas ở Thụy Điển.
Tại Mỹ, nhờ sử dụng công nghệ thu hồi khí từ bãi rác nên trong giai đoạn
1990-2011, lượng khí metan phát thải từ bãi rác giảm 40%. Tính đến tháng 7/2013,
Mỹ có 621 dự án LFG đang hoạt động ở 48 bang, mỗi năm tạo ra khoảng 2,9 triệu
m3 LFG và sản xuất 16 tỷ kWh điện, cung cấp điện năng cho gần 1,2 triệu hộ gia
đình và cung cấp nhiệt cho hơn 700 nghìn gia đình. Tại Mỹ, công nghệ biến CTR
thành năng lượng bằng phương pháp nhiệt đã được quan tâm kể từ những năm 1970
do tác động tiêu cực đến môi trường của các bãi chôn lấp không hợp vệ sinh và
khủng hoảng năng lượng bởi lệnh cấm vận dầu ở Ả Rập. Trước năm 1990, Hoa Kỳ
có 136 nhà máy hoạt động trong lĩnh vực này. Nhưng vì vấn đề kinh tế và thể chế,
hiện có 85 nhà máy năng lượng từ CTR hoạt động ở 22 bang. Những nhà máy này
xử lý được khoảng 30 triệu tấn CTR mỗi năm, chiếm khoảng 7% lượng CTR sau tái
chế tại Mỹ. Năm 2010, 85 nhà máy đã tạo 14,2 triệu MWh điện và 14.840 Mlbs hơi
nước, cung cấp điện cho 1,3 triệu gia đình. Năm 2011, Trung tâm năng lượng sinh

15


học thuộc Bộ Năng lượng Mỹ đã nghiên cứu thành công sản xuất isobutanol trực
tiếp từ rơm rạ, lõi ngô… Isobutanol là ancol bậc cao hơn ethanol, có khả năng thay
thế xăng trong các ô tô thông dụng với hiệu suất tương đương [24].

Trung Quốc là nước dẫn đầu thế giới về sản xuất khí sinh học quy mô nhỏ.
Tính tới cuối năm 2004, Trung Quốc có 15 triệu công trình khí sinh học gia đình,
2.492 công trình ở các trang trại chăn nuôi. Song những năm gần đây, do áp lực lớn
từ tốc độ tăng trưởng kinh tế và dân số, đốt CTR phát điện đang trở thành xu thế
mới tại Trung Quốc. Đến năm 2012, Trung Quốc đã có 142 nhà máy đốt rác thải
sinh hoạt phát điện, có khả năng xử lý 124 nghìn tấn/ngày, tổng công suất lắp đặt là
2.600MW [24].
Tại Đông Nam Á, Thái Lan được coi là quốc gia siêu tận dụng CTR, với 3 nhà
máy EFW sử dụng các công nghệ khác nhau. Thứ nhất là nhà máy biến rác thành
điện tại Phuket bằng lò đốt, có thể xử lý 250 tấn rác thải/ngày. Thứ hai là nhà máy
biến rác thải thành khí sinh học tại Rayong, có khả năng xử lý 60 tấn rác thải/ngày.
Tuy nhiên trên thực tế, nhà máy chỉ xử lý 20 tấn rác thải/ngày do lượng rác đến nhà
máy còn rời rạc. Thứ ba là nhà máy xử lý khí bãi rác thành điện, được thực hiện ở 3
khu Racha Thewa, Kham Phaengsaen và Phanom Sarakham, với lượng rác thải tập
trung mỗi ngày khoảng 9 nghìn tấn CTR từ BangKok [24]. 1.4. Tình hình nghiên
cứu và sử dụng EFW tại Việt Nam
Tại Việt Nam, mặc dù công tác thu gom và xử lý CTR vẫn chưa đáp ứng được
yêu cầu thực tế, song công tác quản lý CTR đang từng bước thay đổi theo hướng
tích cực. Các công nghệ biến đổi CTR thành năng lượng ngày càng được quan tâm.
Các công nghệ đã và đang được triển khai đưa vào sử dụng:

- Đốt CTR phát điện;
- Sản xuất điện từ khí bãi rác;
- Sản xuất điện từ bã mía;
- Sản xuất biogas từ chất thải chăn nuôi;
- Chế biến dầu DO, RO từ nhựa thải và nilon.
16