Định lượng phát thải khí methane tại bãi chôn lấp xuân sơn, thị xã sơn tây, thành phố hà nội

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỊNH LƯỢNG PHÁT THẢI KHÍ METHANE TẠI BÃI CHÔN
LẤP XUÂN SƠN, THỊ XÃ SƠN TÂY, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

KIỀU THANH BÌNH

HÀ NỘI, NĂM 2018


i

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỊNH LƯỢNG PHÁT THẢI KHÍ METHANE TẠI BÃI CHÔN
LẤP XUÂN SƠN, THỊ XÃ SƠN TÂY, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

KIỀU THANH BÌNH

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 8440301
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. THÁI THỊ THANH MINH
2. PGS. TS. LÊ VĂN HƯNG

HÀ NỘI, NĂM 2018


iii

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn 1: TS. Thái Thị Thanh Minh
Cán bộ hướng dẫn 2: PGS. TS. Lê Văn Hưng

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS. TS. Mai Văn Trịnh

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Lê Ngọc Thuấn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày ……. tháng …… năm 2018


iii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng
tôi, được sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Thái Thị Thanh Minh - Bộ môn Biến đổi
khí hậu và phát triển bền vững - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội;
PGS. TS. Lê Văn Hưng - Bộ môn Quản lý tài nguyên thiên nhiên - Trường Đại học
Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
Các số liệu sử dụng phân tích trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công

bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu,
phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của vấn đề
nghiên cứu. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào
khác.

Hà Nội, ngày ….. tháng .… năm 2018
HỌC VIÊN THỰC HIỆN LUẬN VĂN

Kiều Thanh Bình


iii

LỜI CẢM ƠN
Sau khi kết thúc chương trình cao học tại trường Đại Học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội. Tôi đã được giao đề tài và làm luận văn nghiên cứu về “Định lượng
phát thải khí Methane tại bãi chôn lấp Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà
Nội”.
Không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ
dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người. Để luận văn này đạt kết
quả tốt nhất, bản thân tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy, các cô, các
cơ quan, tổ chức, cá nhân. Với lòng biết ơn chân thành cho phép tôi được gửi lời
cảm ơn sâu sắc nhất đến tất cả thầy cô trong khoa Môi Trường, bộ môn Biến đổi khí
hậu và phát triển bền vững, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường, các cá nhân
và cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận
văn này.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới TS. Thái Thị Thanh Minh,
PGS. TS. Lê Văn Hưng là giáo viên hướng dẫn, thầy cô đã dành tất cả tâm huyết,
thời gian quý báu để hướng dẫn, chỉ bảo, dìu dắt giúp đỡ bản thân tôi hoàn thành
Luận văn tốt nghiệp này.

Đồng thời, tôi xin được gửi lời cảm ơn ban lãnh đạo và các đồng nghiệp của
Công ty cổ phần Xây dựng và Môi trường Vinahenco là đơn vị tôi đang công tác
hiện nay, các anh chị thuộc Trung tâm Quan trắc và Phân tích tài nguyên môi
trường Hà Nội, đã tạo điều kiện về mặt thời gian cũng như hỗ trợ quá trình lấy mẫu
trong Luận văn tốt nghiệp này.
Và cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người
đã luôn bên cạnh, động viên, giúp tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành khóa
học này.
Với điều kiện và vốn kiến thức hiểu biết còn rất nhiều hạn chế vì vậy luận văn
này không thể tránh được nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo
của các thầy cô để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn, trau dồi nâng cao kiến
thức của bản thân phục vụ cho quá trình công tác sau này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày …… tháng …….. năm 2018
HỌC VIÊN
Kiều Thanh Bình


33

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... ii
THÔNG

TIN

LUẬN

VĂN

..................................................................................................v DANH MỤC HÌNH VẼ
..................................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG
BIỂU ............................................................................................. viii DANH MỤC CHỮ
VIẾT

TẮT..........................................................................................

ix

MỞ

ĐẦU

..............................................................................................................................1
1.
Tính
cấp
thiết
của
...................................................................................................1

đề

2.
Mục
tiêu
của
...........................................................................................................2

tài

đề

tài

3. Phạm vi nghiên cứu..........................................................................................................2
4.
Nội
dung
nghiên
........................................................................................................2

cứu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................................3
1.1. Phát thải khí Methane
......................................3

-

Nguyên

nhân

gây

hiệu

ứng

nhà

kính

1.1.1.Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về định lượng phát thải khí methane từ
BCL .................................................................................................................................7
1.1.2.
Các
nghiên
cứu
.....................................................................................13
1.2.
Hiện
trạng
thu
gom
...........................................................16

và

xử

ở
lý

Việt
rác

thải

Nam
sinh

hoạt

1.2.1.
Trên
thế
.............................................................................................................16

giới

1.2.2.
Tại
Việt
............................................................................................................20

Nam

1.3. Tổng quan về bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka – Bãi rác Xuân Sơn, thị xã
Sơn Tây, thành phố Hà Nội................................................................................................23


44

1.3.1.
Vị
trí
khu

xử
lý
..................................................................................23

rác

1.3.2.
Bãi
chôn
lấp
bán
.......................................................24

hiếu

khí

1.3.3. Chôn lấp rác
.....................................27

nghệ

Fukuoka

theo

công

Fukuoka
-

Bãi

Xuân
rác

Nhật
Xuân

Sơn
Bản
Sơn

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............30


55

2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ..................................................................................30
2.2. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................30
2.2.1. Phương pháp điều tra, thu thập và tổng hợp tài liệu thứ cấp ...................................30
2.2.2. Phương pháp khảo sát, lấy mẫu và phân tích mẫu ...................................................30
2.3.3. Phương pháp tính toán theo mô hình .......................................................................41
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...........................................46
3.1. Điều tra khảo sát hoạt động chung của bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ...............46
3.1.1. Cấu tạo ô chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ................................................................46
3.1.2. Quy trình chôn lấp đang được áp dụng tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ......47
3.1.3. Thành phần và độ ẩm của rác thải sinh hoạt chôn lấp .............................................49
3.1.4. Khối lượng chất thải rắn được chôn lấp tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka
- Xuân Sơn .........................................................................................................................52

3.2. Phát thải khí methane từ quá trình chôn lấp tại bãi chôn lấp bán hiếu khí
Fukuoka ..................................................................................................................................
3.2.1. Xác định các thông số đầu vào cho mô hình............................................................54
3.2.2. Ước tính tải lượng phát thải khí Methane (CH4) tại bãi chôn lấp bán hiếu khí
Fukuoka từ năm 2015- 2017 ..............................................................................................58
3.2.3. Dự tính tải lượng phát thải khí methane tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka
đến năm 2020 .....................................................................................................................60
3.2.3.1. Dự báo khối lượng chất thải rắn phát sinh ............................................................61
3.2.3.2. Dự tính tải lượng khí methane phát thải đến năm 2020 ........................................62
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................64
4.1. Kết luận .......................................................................................................................64
4.2. Kiến nghị .....................................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................67
PHỤ LỤC ...............................................................................Error! Bookmark not defined.


66

THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ và tên học viên :

Kiều Thanh Bình.

Lớp

CH2AMT.

:

Cán bộ hướng dẫn :

TS. Thái Thị Thanh Minh; PGS. TS. Lê Văn Hưng.

Tên đề tài
:
Định lượng phát thải khí Methane tại bãi chôn lấp Xuân
Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội.
Tóm tắt

:

Trên cơ sở điều tra khảo sát, phân loại thành phần chất

thải rắn sinh hoạt, đo đạc thực địa nồng độ khí methane (CH4) tại bãi chôn lấp bán
hiếu khí Fukuoka – Xuân Sơn và sử dụng mô hình IPCC (2006) để tính toán tải
lượng phát thải khí methane. Luận văn đã xác định được thành phần rác thải sinh
hoạt, tính toán được tải lượng phát thải khí methane, dự báo được tải lượng khí
methane trong tương lai theo hai kịch bản khác nhau. Ngoài ra, luận văn còn là cơ
sở dữ liệu chính xác và cụ thể để tính toán cân bằng cacbon phục vụ cho việc xây
dựng báo cáo phân tích phát thải KNK.
Từ khóa
sinh hoạt.

:

Phát thải khí methane, mô hình IPCC (2006), rác thải

Summary
:

Basing on the survey, classification of solid waste, field
measurements of methane (CH4) concentration at Fukuoka Central Gas Sales
Facility - Xuan Son and using the IPCC model (2006) to Calculating the methane
discharge load, the essay identifies the composition of domestic waste, calculates
the methane discharge load, forecasts the future methane discharge load in two
scenarios. In addition, the dissertation is an accurate and specific database for
calculating carbon balance for the development of the GHG emission analysis
report.
Key words
waste.

:

Emissions of methane, IPCC (2006) model, domestic


77

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Bãi chôn lấp rác lộ thiên và hồ chứa nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn................5
Hình 1.2. Vị trí bãi chôn lấp Xuân Sơn..............................................................................24
Hình 1.3. Vị trí bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka ...........................................................25
Hình 1.4. Hệ thống thu nước rỉ rác dưới đáy ô chôn lấp...................................................26
Hình 1.5. Hệ thống đường ống kiểu xương cá ...................................................................26
Hình 2.1. Phương pháp đánh đống chất thải theo hình nón ...............................................33
Hình 2.2. Quy trình thực hiện lấy mẫu theo phương pháp ¼ ............................................34
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình tạo mẫu phân tích chất thải rắn ................................................35
Hình 2.4. Vị trí lấy mẫu rác tại phường Ngô Quyền – thị xã Sơn Tây ..............................36
Hình 2.5. Vị trí lấy mẫu rác tại thị trấn Liên Quan – huyện Thạch Thất ...........................36
Hình 2.6. Vị trí lấy mẫu rác tại thị trấn Tây Đằng – huyện Ba Vì .....................................36

Hình 2.7. Bộ dụng cụ máy đo nhanh đơn, đa chỉ tiêu khí..................................................37
Hình 2.8. Vị trí cổng thu khí vào và thoát khí ra trên máy đo nhanh ................................39
Hình 2.9. Nút điều hướng và màn hình hiện thị chỉ tiêu cần đo nhanh .............................40
Hình 2.10. Kết quả sau khi thiết lập các thông số trên máy đo .........................................40
Hình 2.11. Lấy mẫu khí tại vị trí ống thoát khí số 7 và số 3 bãi chôn lấp Fukuoka ..........41
Hình 3.1. Vị trí 11 ống thoát khí tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka...........................46
Hình 3.2. Quy trình vận chuyển và tiếp nhận rác tại bãi chôn lấp bán hiếu khí
Fukuoka ..................................................................................................................................
Hình 3.3. Lấy mẫu rác tại vị trí số 2 phường Ngô Quyền – thị xã Sơn Tây ......................51
Hình 3.4. Lấy mẫu rác tại vị trí số 3 thị trấn Liên Quan - huyện Thạch Thất ...................51
Hình 3.5. Tổng lượng rác thải sinh hoạt xử lý tại BCL bán hiếu khí Fukuoka từ
2015-2017 .............................................................................................................................
Hình 3.6. Diễn biến khối lượng rác thải sinh hoạt của huyện Thạch Thất, huyện Ba
Vì và thị xã Sơn Tây từ năm 2015 – 2017 .........................................................................53


88

Hình 3.7. Tải lượng khí methane từ năm 2015 - 2017 .......................................................59
Hình 3.8. Tổng khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh và được thu gom xử lý đến
năm 2020 ............................................................................................................................61
Hình 3.9. Biểu đồ so sánh mức độ phát thải khí methane giữa hai kịch bản .....................63


viii
9

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. So sánh tổng phát thải khí nhà kính các năm 1994, 2000 và 2010 .....................4
Bảng 1.2. Tỷ lệ thành phần các khí chủ yếu sinh ra từ BCL ..............................................5

Bảng 1.3. Bảng so sánh các thông số đầu vào của mô hình USEPA (2005) và IPCC
(2006) ...............................................................................................................................12
Bảng 1.4. Phân loại chất thải sinh hoạt ở một số khu vực, thành phố lớn của Việt
Nam ...................................................................................................................................
Bảng 1.5. Đánh giá hiện trạng của một số BCL điển hình ở Việt Nam ............................22
Bảng 2.1. Thời gian và điều kiện thời tiết các đợt lấy mẫu rác của đề tài ........................32
Bảng 2.2. Các thông số và giới hạn đo của máy đo nhanh đơn, đa chỉ tiêu khí Gas
Data GFM400 Series .........................................................................................................37
Bảng 2.3. Vị trí tọa độ các điểm lấy mẫu khí ....................................................................38
Bảng 3.1. Thành phần rác thải sinh hoạt tại đầu vào của bãi chôn lấp bán hiếu khí
Fukuoka - Xuân Sơn ........................................................................................................50
Bảng 3.2. Độ ẩm rác thải sinh hoạt tại đầu vào của bãi chôn lấp bán hiếu khí
Fukuoka - Xuân Sơn ........................................................................................................51
Bảng 3.3. Giá trị thông số tính toán phần Cacbon có thể phân hủy ..................................55
Bảng 3.4. Kết quả quan trắc khí Methane (CH4) trong bãi chôn lấp bán hiếu khí
Fukuoka – Xuân Sơn .........................................................................................................56
Bảng 3.5. Hệ số tương quan hiệu chỉnh methane (CH4) MCF của từng loại bãi chôn
lấp rác thải sinh hoạt ........................................................................................................58
Bảng 3.6. Giá trị của hệ số tốc độ phân hủy (k) ................................................................58


viii
10

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BCL

:

Bãi chôn lấp

CTR

:

Chất thải rắn

CH4

:

Methane

CO2

:

Cacbonic

NH3

:

Ammonia

H2 S

:

Hydrogen sulfide

KNK

:

Khí nhà kính

BĐKH

:

Biến đổi khí hậu

HVS

:

Hợp vệ sinh

CTRSH

:

Chất thải rắn sinh hoạt

Tp HCM

:

Thành phố Hồ Chí Minh

CTRĐT

:

Chất thải rắn đô thị

CDM

:

Cơ chế phát triển sạch


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bảo vệ môi trường là một trong những vấn đề mang tính chất toàn cầu,
không chỉ ở riêng Việt Nam mà các nước trên thế giới. Trong những năm gần đây, ở
nước ta, tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh, mạnh mẽ, nhiều đô thị được nâng cấp và
mở mới, cùng với tốc độ gia tăng dân số không ngừng, làm gia tăng khối lượng chất
thải rắn đô thị, suy giảm chất lượng môi trường sống.
Chất thải rắn đô thị có thành phần chính là chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH),
thường chiếm khoảng 60-70% tổng lượng chất thải rắn phát sinh. Hiện nay, tổng
lượng rác thải rắn đô thị trên toàn quốc được ước tính 21.500 tấn/ngày, khu vực
nông thôn 30.000 tấn/ngày và theo dự báo khối lượng này tăng gấp 2-3 lần so với
hiện nay [11]. Tỷ lệ tăng cao tập trung tại các đô thị lớn phát triển mạnh cả quy mô
dân số và công nghiệp như Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội.

Lượng chất CTRSH phát sinh ngày càng nhiều, đa dạng phong phú về thành
phần song các cơ quan quản lý, các cấp chính quyền vẫn chưa có giải pháp nào để
quản lý và xử lý cho phù hợp ngoại trừ việc thu gom vận chuyển đến bãi chôn lấp
bằng phương pháp chôn lấp như hiện nay. Điều đó đã tạo ra các bãi chôn lấp rác
thải khổng lồ, thiếu sự kiểm soát, không hợp vệ sinh và gây ô nhiễm môi trường,
trong khi quỹ đất sử dụng cho việc chôn lấp ngày càng hạn hẹp, không ít các bãi
chôn lấp lâm vào tình trạng quá tải. Để giải quyết những tồn tại trên, dự án xử lý rác
thải theo công nghệ chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka - Nhật Bản tại bãi chôn lấp
Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội được xây dựng. Đây là công nghệ lần
đầu tiên được áp dụng thí điểm tại bãi chôn lấp Xuân Sơn, để làm cơ sở so sánh với
phương pháp chôn lấp đang được thực hiện tại bãi chôn lấp Xuân Sơn riêng và các
bãi chôn lấp tại Việt Nam nói chung.
Với thành phần rác thải sinh hoạt chủ yếu là thành phần hữu cơ khi được xử
lý bằng phương pháp pháp chôn lấp sẽ phát thải một lượng lớn khí methane (CH 4),
một trong những nhà kính gây nên sự ấm lên toàn cầu. Vì vậy, việc tính toán tải
lượng khí methane đối với công nghệ chôn lấp bán hiếu khí đang được áp dụng tại
bãi chôn lấp Xuân Sơn là thực sự cần thiết, qua đó có thể đánh giá được phần nào
về công nghệ chôn lấp này. Hơn nữa, đây là loại khí có giá trị kinh tế cao và thực sự
cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Khi kỷ nguyên sử dụng năng lượng tái tạo, tái chế


và giảm nhẹ phát thải khí nhà kính để hạn chế nhiệt độ toàn cầu thấp hơn đáng kể so
với ngưỡng 20C, hướng tới ngưỡng 1,50C.
Trước những thực tế đó, chúng tôi lựa chọn đề tài luận văn là:“Định lượng
phát thải khí Methane tại bãi chôn lấp Xuân Sơn, Thị xã Sơn Tây, Thành phố Hà
Nội”.
2. Mục tiêu của đề tài
Xác định được nguồn thải, thành phần và độ ẩm rác thải tại bãi chôn lấp bán
hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội.
Xác định tải lượng khí methane tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân

Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội, giai đoạn 2015- 2017 và dự tính đến năm
2020.
3. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu tại bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn (ô số 03)
thuộc xã Xuân Sơn, Sơn Tây, Hà Nội và một số địa điểm tập kết rác thải sinh hoạt
trên địa bàn huyện Thạch Thất, huyện Ba Vì, thị xã Sơn Tây từ tháng 05 năm 2017
đến tháng 05 năm 2018.
4. Nội dung nghiên cứu
Điều tra, thu thập số liệu vi khí hậu (nhiệt độ, lượng mưa, ..v..v...), dân số, tỷ
lệ phát sinh rác thải, tỷ lệ thu gom, tỷ lệ chôn lấp, ..v…v… trên địa bàn nghiên cứu.
Phân loại thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại điểm thu gom tập kết rác lớn
của huyện Thạch Thất, huyện Ba Vì và thị xã Sơn Tây vận chuyển xử lý tại bãi
chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn.
Tiến hành đo đạc thực địa nồng độ khí methane (CH4) tại bãi chôn lấp bán
hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn nằm trong khu xử lý rác thải Xuân Sơn, thị xã Sơn
Tây, thành phố Hà Nội bằng máy đo nhanh, làm dữ liệu đầu vào cho mô hình tính
toán.
Tính toán tải lượng khí methane bằng mô hình IPCC (2006) tại bãi chôn lấp
bán hiếu khí Fukuoka- Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội giai đoạn
2015-2017. Từ đó dự tính được tải lượng khí methane đến năm 2020.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Phát thải khí Methane - Nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính
Theo báo cáo đánh giá của Nhóm công tác I thuộc Ủy ban Liên chính phủ về
biến đổi khí hậu (IPCC) đưa ra đầu năm 2013, biến đổi khí hậu (BĐKH) là một
trong những thách thức lớn nhất của nhân loại. Những ảnh hưởng của BĐKH đến
con người và các thay đổi của hệ thống khí hậu cũng đã được ghi nhận từ những
năm 1950. Nguyên nhân chính của biến đổi khí hậu là do phát thải khí nhà kính
(KNK), trong đó các hoạt động sinh sống và sản xuất của con người là nguồn phát

thải chính. KNK được định nghĩa là những thành phần của khí quyển, được tạo ra
do tự nhiên và các hoạt động của con người. Chúng có khả năng hấp thụ các bước
sóng dài được phản xạ tự bề mặt Trái đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt
trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho Trái đất, gây nên hiệu ứng nhà kính. Tiếp tục phát
thải KNK sẽ làm nặng nề thêm những thay đổi của khí hậu toàn cầu cũng như
những ảnh hưởng tiêu cực của nó lên môi trường tự nhiên và con người.
Căn cứ theo nguồn gốc phát sinh, mức độ phát thải tuyện đối và xu hướng
phát thải cũng như mức độ ảnh hưởng đến tổng tiềm năng phát thải KNK của các
quốc gia, các nguồn phát thải được chia thành 4 nhóm chính:
Năng lượng: là một trong những nguồn phát thải KNK lớn nhất hiện nay.
Lĩnh vực này thường đóng góp trên 90% lượng CO2 và 75% lượng KNK khác phát
thải ở các nước đang phát triển. 95% các khí phát thải từ ngành năng lượng CO2,
còn lại là CH4 với mức tương đương. Phát thải trong lĩnh vực năng lượng được chia
thành 3 nhóm: Phát thải do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (trong các ngành công
nghiệp năng lượng, hoạt động giao thông vận tải...); Phát thải tức thời (tức là lượng
khí, hơi thải ra từ các thiết bị nén do rò rỉ, không ming muốn hoặc không thường
xuyên từ quá trình khai thác, chế biến, vận chuyển nhiên liệu...) và hoạt động thu
hổi lưu trữ các bon. Trong đó, phát thải từ đốt nhiên liệu hóa thạch đóng góp đến
70% tổng lượng phát thải, tiêu biểu là từ các nhà máy điện và nhà máy lọc dầu.
Quy trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm (IPPU): Phát thải từ lĩnh vực
IPPU phát sinh trong các quy trình xử lý công nghiệp; việc sử dụng KNK trong các
sản phẩm và sử dụng các bon trong các nhiên liệu hóa thạch không nhằm mục đích
sản xuất năng lượng. Trong đó, nguồn phát thải chính là các quy trình công nghiệp


xử lý nguyên liệu về mặt hóa học, vật lý. Trong suốt các quy trình này nhiều loại
KNK được tạo ra bao gồm: CO2, CH4, N2O. Lĩnh vực IPPU đóng góp khoảng 7%
lượng khí thải tạo ra từ các nước phụ lục I (UNFCCC, 2008) và xấp xỉ 6% ở các
nước không thuộc phụ lục I (UNFCCC, 2005).
Bảng 1.1. So sánh tổng phát thải khí nhà kính các năm 1994, 2000 và 2010

(Đơn vị: triệu tấn CO2 tương đương) [4].
Năm

1994

2000

2010

Năng lượng

25,6

52,8

141,1

Công nghiệp

3,8

10

21,2

Nông nghiệp

52,4

65,1

88,3

Chất thải

2,6

7,9

15,4

Lĩnh vực

Nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất (AFOLU): Các nguồn chủ yếu
gây phát thải bao gồm phát thải CH4 và N2O từ chăn nuôi, trồn lúa nước, đất canh
tác nông nghiệp, hoạt động đốt trong sản xuất nông nghiệp; Phát thải/ hấp thụ CO2
trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất. Nói chung, lĩnh vực
AFOLU đóng góp khoảng 30% lượng phát thải KNK toàn cầu.
Chất thải: Các loại KNK có thể phát sinh trong lĩnh vực chất thải bao gồm:
CO2, CH4 và N2O. Các nguồn phát sinh KNK chính trong lĩnh vực chất thải là từ
hoạt động chôn lấp chất thải. Bãi chôn lấp chất thải là một trong những tác nhân gây
ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng. Khí bãi chôn lấp chứa thành phần
chính là methane và các chất hữu cơ bay hơi khác. Các chất khí ô nhiễm từ trong
bãi chôn lấp có thể khuếch tán vào môi trường không khí một cách dễ dàng.
Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong bãi chôn lấp (BCL) đã tạo
thành một lượng lớn khí sinh vật như carbonic (CO2), methane (CH4), ammonia
(NH3), hydrogen sulfide (H2S), chất hữu cơ bay hơi,... Tỷ lệ thuận với tỷ lệ gia tăng
dân số là lượng rác thải phát sinh ngày càng lớn. Tại Việt Nam, những năm gần đây,
mỗi năm có khoảng trên 20 triệu tấn chất thải được thải ra từ các nguồn khác nhau,
trong đó trên 80% là từ các khu đô thi, còn lại là chất thải công nghiệp. Với lượng

rác thải ngày một tăng sẽ sản sinh ra một lượng khí vi sinh vật nếu không được thu
gom để xử lý và tái sử dụng năng lượng, các loại khí trên sẽ gây ô nhiễm nặng nề
đến môi trường không khí, đặc biệt là khí CO2 và CH4 gây ảnh hưởng đến khí hậu
thông qua “Hiệu ứng nhà kính”.

Hình 1.1. Bãi chôn lấp rác lộ thiên và hồ chứa nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn
Bảng 1.2. Tỷ lệ thành phần các khí chủ yếu sinh ra từ BCL
Thành phần

% (Thể tích khô)

CH4

45 – 60

CO2

40 - 60

N2

2-5

O2

0,1 – 1,0

Mercaptans, hợp chất chứa lưu huỳnh,...

NH3

0 – 1,0
0,1 – 1,0

H2

0 – 0,2

CO

0 – 0,2

Các khí khác

0,01 – 0,6


Tính chất

Giá trị

Nhiệt độ (0F)

100 – 120

Tỷ trọng

1,02 – 1,06
Nguồn: [Tchobanoglous và cộng sự, 1993]

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo ra khí trong BCL được diễn ra theo 5
giai đoạn và nguồn vi khuẩn chính cung cấp cho các hoạt động sinh học này là vi
khuẩn trong đất sử dụng để làm lớp phủ hàng ngày và lớp phủ cuối cùng cho BCL
rác thải. Quá trình hình thành khí methane trong bãi chôn lấp được diễn ra theo 5
giai đoạn:
Giai đoạn 1 (Giai đoạn điều chỉnh): Đây là giai đoạn khởi đầu, trong giai
đoạn này chất thải rắn sẽ trải qua quá trình phân hủy hiếu khí do các vi sinh vật hiếu
khí sử dụng lượng oxy trong các ống thoát khí để phân hủy các chất hữu cơ có thể
phân hủy sinh học, giai đoạn này có thể kéo dài nhiều ngày hoặc nhiều tháng tùy
thuộc vào lượng oxy còn tồn tại trong bãi chôn lấp. Sự phân hủy này được mô tả
bằng phương trình phàn ứng sau:
Chất hữu cơ phân hủy sinh học + O2

CO2 + H2O + Sinh khối + Nhiệt

+ NH3 + CTR đã phân hủy một phần.
Giai đoạn 2 (Giai đoạn chuyển tiếp): Đây là giai đoạn vi khuẩn chuyển đổi
các hợp chất tạo thành bởi vi khuẩn hiếu khí vào acetic, lactic, axit formic và cồn
(methanol và ethanol). Khi đó trong các phản ứng sinh hóa NO3; SO4- sẽ là những
chất nhận điện từ và chúng bị khử thành N2 và H2S. Việc khử NO3; SO4- diễn ra ở
hiệu điện thế oxy hóa khử từ -50mV đến -100mV và các khí methane sinh ra các
phản ứng oxy hóa khử xảy ra ở hiệu điện thế từ -150mV đến -350mV. Thời gian
chôn lấp của bãi càng lâu thì thế điện động giữa các pha càng tăng. Các vi sinh vật
chính là yếu tố làm cho các chất thải sinh hoạt chuyển hóa thành CH4 và CO2.
Giai đoạn 3 (Giai đoạn axit hóa): Trong giai đoạn này các vi khuẩn bắt đầu
hoạt đông mạnh, làm tăng nhanh các acid hữu cơ đồng thời làm giảm các khí hydro
sinh ra. Bước đầu tiên của quá trình này là các chất hữu cơ cao phân tử (lipid, các
polymer hữu cơ, protein) được thủy phân nhờ các men trung gian (enzymemediated) trở thành các hợp chất hữu cơ có mạch ngắn hơn thích hợp hơn cho các

vi sinh vật. Bước thứ 2 của quá trình này là quá trình acid hóa các hợp chất hữu cơ
được sinh ra đầu tiên thành các hợp chất trung gian có phân tử lượng thấp hơn.
Trong đó phần lớn là acid acetic, một phần nhỏ acid fulvic và các acid hữu cơ phức
tạp hơn. Các khí được hình thành trong giai đoạn này chủ yếu là khí CO2 và một
lượng nhỏ khí H2.
Giai đoạn 4 (Giai đoạn lên men CH4): Trong giai đoạn này có 2 nhóm các vi
sinh vật chuyển hóa các acid acetic (CH3COOH) và các khí hydro (H2) thành các
khí CH4 và CO2.
Giai đoạn 5 (Giai đoạn phân hủy hoàn toàn): Giai đoạn này diễn ra khi các
chất hữu cơ đã chuyển hóa hoàn toàn thành CH4 và CO2, tốc độ khí bãi rác giảm
đáng kể vì lượng dưỡng chất đã theo nước rỉ rác đi ra khỏi chất thải rắn và các chất
nền còn lại thường là những chất không phân hủy sinh học.
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về định lượng phát thải khí methane
từ BCL
Theo nghiên cứu của khoa kỹ thuật môi trường, Đại học Kasetsart, Thái Lan
[22] về đánh giá tiềm năng giảm phát thải KNK của quy trình xử lý rác thải đô thị, ở
Thái Lan có khoảng 330 bãi chôn lấp hở và 95 bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Hiện tại,
lượng giảm phát thải khí methane được tính toán 115.400 tấn/năm và sẽ không
ngừng tăng lên đến 118.500 tấn/năm nếu các bãi chôn lấp hở không còn tồn tại,
được nâng cấp lên thành bãi chôn lấp an toàn và tăng lên 193.500 tấn/năm nếu thực
hiện đầy đủ các biện pháp quản lý và xử lý rác thải.
Trong một nghiên cứu khác của Omid Tayyeba (2009) [32] cũng đã có
nghiên cứu tính toán tiềm năng CDM trên các kịch bản công nghệ khác nhau trong
xử lý chất thải rắn (CTR) ở SWECO với lượng chất thải rắn tiếp nhận 47.000
tấn/năm. Kết quả tiềm năng giảm phát thải KNK trong vòng 14 năm cho thấy, công
nghệ lên men methane cho phép giảm CO2 eq/năm gấp 1,6 lần so với ủ phân
compost và gấp 1,5 lần so với bãi chôn lấp đốt có thu khí phát điện.
C. Bo-Feng (2014) [20] đã đưa ra cơ sở dữ liệu nguồn điểm gồm có 2.107
BCL ở các thành phố và thị trấn của Trung Quốc dựa vào các yếu tố như số liệu đầu

vào và các nguồn điểm, mô hình TIER của IPCC. Kết quả thu được từ nghiên cứu
cho thấy, phần lớn các khu xử lý phát thải methane thấp hơn 700 tấn, chỉ có 279


BCL với lượng phát thải lớn hơn 1.000 tấn và 10 BCL có lượng khí thải lớn hơn
10.000 tấn.
Một nghiên cứu khác của W. Melissa (2000) [30] đã ước lượng được lượng
khí thải CH4 từ các khu chôn lấp tác thải sinh hoạt ở Panama. W. Melissa đã sử
dụng mô hình IPCC (2006) để tính toán lượng phát thải KNK trong giai đoạn từ
1990 đến 2020. Kết quả tính toán khi sử dụng các số liệu mặc định cho mô hình cho
thấy lượng khí methane đã phát thải là 23.100 tấn/năm (tương ứng với 577.500 tấn
CO2 eq/năm) vào năm 1990; 25.000 tấn/năm (tương ứng với 625.000 tấn CO2
eq/năm) vào năm 1994 và dự báo đến năm 2020 là 37.500 tấn/năm (tương ứng với
937.500 tấn CO2 eq/năm).
Bên cạnh đó, công trình nghiên cứu Debra (2016) [23] về tham số đầu vào
cho mô hình với BCL ướt. Debra đã chỉ ra rằng, kết quả ước tính lượng phát thải
khí methane từ mô hình so với kết quả đo đạc từ thực tế không có sự chênh lệch lớn
tại tất cả các bãi chôn lấp.
Bilgili và cộng sự (2009) [19] nghiên cứu tiềm năng thu hồi khí methane của
CTR trong BCL đã xác định hàm lượng khí sinh học thu hồi đối với trường hợp
không tuần hoàn, tuần hoàn nước rỉ rác và hằng số tốc độ phản ứng tăng 32% đối
với trường hợp có tuần hoàn nước rác.
Heijo Scharff

và cộng sự (2006) [25] cho rằng hầu hết các BCL, khí

methane và CO2 chiếm tỷ lệ 50%, trừ trường hợp chất thải có chứa nhiều chất béo
và protein thì tỷ lệ methane và CO2 lần lượt là 55% và 45%. Tuy nhiên, các bãi rác
thường có chứa một lượng N2 đáng kể, và với O2 từ không khí, methane bị oxi hóa.
Dẫn đến giảm tỷ lệ của methane và gia tăng tỷ lệ CO2, đặc biệt thường xảy ra với

các bãi rác có tuổi. Ngoài ra, nhóm tác giả đề cập đến phương pháp ước lượng phát
thải khí methane từ BCL với 6 mô hình khác nhau bao gồm:
1) First Order Model (TNO) của Oonk và Boom (1995);
Sản phẩm khí thải từ BCL được áp dụng theo công thức:
s
Trong đó:

 t   1.87 AC0 k1  k

1

t

e

- t sản phẩm khí thải từ BCL tại một thời gian nhất định, [m3LFG.y-1];


-  là tỷ lệ phần trăm của khí gas trong BCL;
1
- 1.87 là hằng số bảo toàn [m3LFG. Kg Cdeg
raded ];

- A tổng lượng chất thải tại BCL [Mg];
- C0 là lượng cacbon hữu cơ trong chất thải [kg C. Mg waste-1];
- k1 hằng số suy giảm liên tục 0.094 [y-1];
- t thời gian [y]. Mô hình TNO tính toán khí gas từ BCL dựa vào sự
phân hủy cacbon hữu cơ trong chất thải.
2) Multi-phase Model (Afvalzorg, developed in 1996);
Sản phẩm khí thải từ BCL được áp dụng theo công thức:

3

 t    cAC k k
0,i 1,ie
i1

1,i t

Trong đó:
- t là sản phẩm khí thải từ BCL tại một thời gian nhất định [m3 LGF.y-1];
-  là tỷ lệ phần trăm của khí gas trong BCL;
- i là tốc độ phân hủy của rác thải k1,i [kgi .kg-1waste ]b;
- A là tổng lượng rác thải [Mg];
- C0 là lượng vật chất hữu cơ trong chất thải [kgOM. Mg waste-1];
- k1,i tốc độ suy giảm của chất thải (Hệ số k được chọn dựa vào tốc độ
phân hủy rác như phân hủy nhanh chóng, vừa phải và chậm rãi);
- t là thời gian.
3) LandGEM (USEPA, 2001);
Áp dụng theo công thức:



Q  L0 R. e

 kc

 e

kt



Trong đó:
- Q là lượng khí Mê-tan hình thành trong năm (tấn/năm);
- L0 là tiềm năng hình thành khí Mê-tan (m3/tấn);


- R là lượng chất thải đưa vào ô chôn lấp (tấn/năm);
- k là tốc độ phân hủy chất thải (năm-1);
- t là thời gian từ khi bãi rác hoạt động đến thời điểm hiện tại (năm);
- c là thời gian từ khi bãi rác đóng cửa đến thời điểm hiện tại (năm).
Ưu điểm của mô hình này phát thải khí Mê-tan được tính dựa vào khả năng
phát sinh khí Mê-tan và thể tích lắng đọng (bao gồm cả thải không phân hủy sinh
học).
4) GasSim (Environment Agency UK and Golder Associates) (Gregory et
al., 2003);
Đưa ra hai cách để tính toán phát thải khí Mê-tan từ BCL. Phương pháp thứ
nhất sử dụng hệ phương trình được Scheepers và van Zanten (1994) đề xuất.
Phương pháp thứ hai ước lượng tương tự mô hình LandGEM.
5) EPER Model France (ADEME) (Budka, 2003);
Tương tự mô hình GasSim, mô hình EPER đưa ra hai phương pháp ước
lượng phát thải khí Mê-tan từ BCL.
+ Đối với phương pháp thứ nhất, phát thải khí từ BCL:
A  F * H * CH 4


Trong đó:
- A là tổng lượng thu hồi từ khí gas từ BCL [m3CH4/năm];
- F là tốc độ khai thác tại BCL [m3 LFG/giờ];
- H là giờ hoạt động của máy nén khí [giờ/năm];

- [CH4] là mức độ tập trung khí Mê-tan trong BCL [m3CH4.m-3 LFG].
- Phát thải khí Mê-tan từ BCL:
P

A


Trong đó:
- P là sản phẩm khí Mê-tan [m3CH4 . y-1];


-  là hệ số phục hồi [%];
+ Đối với phương pháp thứ hai được sử dụng tính toán phát thải khí Mê-tan
từ BCL là hệ đa phương trình áp dụng trong mô hình ADEME:
FE
CH

4


  FE 0 * 
  A *i p *i k i * e kit 
x
 1, 2,3


Trong đó:
- FECH4 là sản phẩm CH4 theo năm [m3 CH4. y-1];
- FE0 là tiềm năng phát sinh khí Mê-tan [m3CH4.Mg waste-1];
- pi là tốc độ phân hủy chất thải ki [kgi. kg-1waste];

- ki tỷ lệ suy thoái rác [y-1];
- t tuổi của rác thải [y];
- Ai nhân tố theo tiêu chuẩn [-].
Ngoài ra, tỷ lệ oxy hóa của CH4 khi thoát ra môi trường là 10% và được tính
toán theo công thức:
CH 4 emission  p 1    * 0.9  CH * 0.9
4

FE

6) EPER Model Germany (Umwelt Bundesamt) (Hermann, 2005).
Áp dụng theo công thức:
M e  M * BDC * BDC f * F * D * C

Trong đó:
- Me là lượng phát thải khuếch tán [Mg CH4.y-1];
- M là tổng lượng rác thải hàng năm [Mg waste. y-1];
- BDC tỷ lệ phân hủy cacbon sinh học với hệ số 0,15 [MgC.Mg waste-1];
- BDCf tỷ lệ phân hủy sinh học cacbon chuyển đổi với hệ số 0,5;
- F nhân tố tính toán cacbon chuyển đổi sang CH4 1.33 [Mg CH4 .Mg C1
];
- D là hiệu quả thu gom (thu gom hiệu quả: 0,4; không phục hồi: 0,9;
không hiệu quả: 0,1);


- C là nồng độ khí Mê-tan [%].
Kết quả được thử nghiệm cho BCL Nauerna, Braambergen và
Wieringermeer của Hà Lan, từ năm 1982-2004. Kết quả chỉ ra mô hình thu gom
phát thải khí methane của Mỹ (LandGem) có tính ưu việt hơn cả.
Sandro L Machado và cộng sự (2008) [33] so sánh mô hình tính toán phát

thải định lượng khí methane USEPA (2005, gọi là mô hình LandGEM) và mô hình
IPCC (2006). Mô hình USEPA (2005) cần hai tham số cơ bản, L0 là tiềm năng phát
thải khí methane (m3 CH4/Mg tổng lượng rác thải rắn) và k là hệ số tốc độ phân hủy
của từng loại rác. Trong khi, mô hình IPCC (2006) hệ số DDCO m là lượng các bon
hữu cơ có thể phân hủy được thay thế cho hệ số L0. Bảng so sánh các thông số của
hai mô hình được chỉ ra trong Bảng 1.3.
Bảng 1.3. Bảng so sánh các thông số đầu vào của mô hình USEPA (2005) và
IPCC(2006) [33]
Mô hình USEPA (2005)
Mô hình IPCC (2006)
BF là phần phân hủy sinh học
q là tỷ lệ phát sinh khí methane
BFw là phần phân hủy sinh học của t là tuổi bãi rác
một loại chất thải
BMP là tiềm năng methane hóa VS là chất dễ bay hơi
sinh
C là celluloce
w là hàm lượng nước (mùa khô)
Cm là tiềm năng phát sinh khí ww là hàm lượng nước (mùa mưa)
methane từ rác thải hữu cơ đô thị
FR là thành phần rác thải
x(t) là biến đổi của x theo thời gian t
H là hemicellulose
Q là lượng methane tích lũy
k là tốc độ phân hủy của từng loại Dx là biến đổi hữu hạn của biến x
rác
DOC là các bon hữu cơ phân hủy
L là lignin
DDOCm là lượng các bon hữu cơ có thể phân
LC là lượng lignin

hủy
L0 là tiềm năng phát thải khí
DOCf là hệ số phân hủy các bon hữu cơ
methane
ms, mw và m là khối lượng rác thải
rắn, nước và tổng khối lượng rác