Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng mô hình tính toán phát triển thải khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Vân Anh

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN PHÁT THẢI
KHÍ NHÀ KÍNH TỪ MỘT SỐ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Ở VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Vân Anh

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN 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
Tơi xin cam đoan đây là cơng 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 thơng 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 cơ đã ln tận tình, tâm huyết truyền tải cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm

chun mơn bổ ích để tơi có thể tự tin trong q trình cơng tác của mình. Khi nghiên cứu
luận án tiến sĩ các thầy cơ đã ln góp ý chân thành, chia sẻ những kinh nghiệm quý báu và
luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi để tôi hồn thành luận án này.
Tơi 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 Tồn, Bộ Tài ngun và
Mơi trường, người ln lắng nghe, đồng hành, cho tôi những lời khuyên, động viên, nhiệt
tình hỗ trợ và giúp đỡ tơi trong q 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 cơng 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 tơi hồn thành luận án.
Tơi 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 tơi rất nhiều trong
q trình nghiên cứu luận án.
Tơi 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 tơi trong q 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 q trình nghiên cứu và hồn 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 ............................................................................... 16
3. Đối tượng nghiên cứu của luận án ............................................................................. 16
4. Nội dung nghiên cứu của luận án .............................................................................. 17
5. Phạm vi nghiên cứu của luận án ................................................................................ 17
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 .............................................................................. 19
9. Cấu trúc luận án ......................................................................................................... 19
1. TỔNG QUAN ................................................................................................................ 22
1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu và khí nhà kính ...................................................... 22
1.1.1. Lịch sử về hội nghị thế giới khí hậu ................................................................ 22
1.1.2. Khái niệm về biến đổi khí hậu ......................................................................... 24
1.1.3. Hiệu ứng nhà kính............................................................................................ 24
1.1.4. Khí nhà kính và các nguồn phát thải khí nhà kính .......................................... 25
1.1.4.1. Khái niệm về khí nhà kính ....................................................................... 25
1.1.4.2. Các nguồn phát thải khí nhà kính ............................................................. 26
1.1.5. Phát thải khí nhà kính từ nguồn chất thải ........................................................ 29

1.1.6. Phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải.......................................... 31
1.1.7. Các nguồn phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải........................ 34
1.1.7.1. Phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện năng phục vụ hệ thống xử lý...... 35
1.1.7.2. Phát thải khí nhà kính trong q trình xử lý nước thải............................. 35
1.2. Tổng quan về các nghiên cứu tính tốn phát thải khí nhà kính trên thế giới và
Việt Nam ........................................................................................................................ 40
1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới ................................................................................... 40
1.2.1.1. Cách tính tốn phát thải khí nhà kính theo IPCC ..................................... 40
1.2.1.2. Cách tính tốn phát thải khí nhà kính theo Bridle Consulting ................. 48
1.2.1.3. Một số cách tính khác............................................................................... 50
1.2.2. Nghiên cứu trong nước .................................................................................... 53
1.3. Tổng quan về tình hình xử lý nước thải ở Việt Nam .............................................. 56
1.3.1. Tình hình chung về xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam ........................... 56
3


1.3.2. Tình hình chung về xử lý nước thải cơng nghiệp tại Việt Nam ...................... 59
2. NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MƠ HÌNH TÍNH TỐN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ
KÍNH TỪ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI .................................................................. 65
2.1. Cách tiếp cận ........................................................................................................... 65
2.2. Quy trình lấy mẫu Khí nhà kính và phân tích mẫu khí nhà kính ............................ 65
2.2.1. Thiết bị lấy mẫu ............................................................................................... 65
2.2.2. Phương pháp lấy mẫu ...................................................................................... 66
2.2.3. Phân tích mẫu khí nhà kính ............................................................................. 67
2.3. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nghiên cứu tính tốn ............................................. 68
2.4. Phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện sử dụng cho hệ thống xử lý nước thải ...... 69
2.5. Phát thải khí nhà kính từ q trình xử lý của hệ thống nước thải ........................... 70
2.5.1. Thiết lập các tính tốn trong điều kiện hiếu khí (hệ thống A) ......................... 70
2.5.1.1. Sơ đồ công nghệ ....................................................................................... 70
3.5.1.2. Tính tốn lượng phát thải khí nhà kính từ bể xử lý hiếu khí .................... 71

2.5.1.3. Tính tốn lượng phát thải khí nhà kính từ bể phân hủy bùn yếm khí ...... 75
2.5.1.4. Tính tốn lượng phát thải khí nhà kính từ phân hủy BOD5 dịng ra ........ 75
2.5.1.5. Phát thải khí N2O từ hệ thống xử lý ......................................................... 75
2.5.2. Tính tốn trong hệ thống xử lý yếm khí (hệ thống xử lý B)............................ 78
2.5.3. Tính tốn trong hệ thống C (Hệ thống xử lý yếm khí – hiếu khí) ................... 80
2.5.4. Tính tốn lượng phát thải khí nhà kính trong điều kiện không ổn định .......... 82
2.6. Xác định hệ số động học của hệ thống xử lý ......................................................... 82
2.7. Thiết lập hệ số chuyển đổi (Y) ................................................................................ 84
2.7.1. Vi sinh vật và các phương trình hóa học trong q trình xử lý sinh học......... 84
2.7.2. Phương trình hóa học trong xử lý nước thải sinh hoạt .................................... 86
2.7.3. Phương trình hóa học trong xử lý nước thải cơng nghiệp giấy ....................... 91
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................................ 96
3.1. Cấu trúc của mơ hình thiết lập được và sơ đồ khối tính tốn ................................. 96
3.1.1. Cấu trúc của mơ hình thiết lập ......................................................................... 96
3.1.2. Sơ đồ khối tính toán phát thải KNK từ hệ thống xử lý nước thải.................... 96
3.2. Kiểm nghiệm mơ hình thiết lập theo nghiên cứu trước đó ................................... 100
3.3. Kiểm nghiệm mơ hình thiết lập cho hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK ..... 101
3.3.1. Giới thiệu hệ thống GOLDMARK ................................................................ 101
3.3.2. Kiểm nghiệm mơ hình thiết lập cho hệ thống GOLDMARK ....................... 103
3.4. Kiểm nghiệm mơ hình thiết lập với kết quả đo đạc thực địa của hệ thống xử
lý nước thải GOLDMARK .......................................................................................... 111
3.5. Phân tích độ nhạy .................................................................................................. 115
3.6. Phần mềm mơ hình thiết lập được ........................................................................ 115
3.7. Ứng dụng mơ hình thiết lập mơ 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 ........................................................................... 121
4


3.8. Ứng dụng mơ hình thiết lập tính tốn phát thải KNK cho một số hệ thống xử

lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam ............................................................................. 126
3.9. Ứng dụng mô hình thiết lập được tính tốn cho một số hệ thống xử lý nước
thải công nghiệp giấy ................................................................................................... 130
3.9.1. Giới thiệu hệ thống xử lý nước thải cho công ty giấy Bãi Bằng ................... 130
3.9.2. Tính tốn phát thải khí nhà kính hệ thống Giấy Bãi Bằng ............................ 130
3.9.3. Tính phát thải KNK hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy Corelex........... 135
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 139
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .................................. 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 141

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) Mơ hình bùn hoạt tính
BĐKH
: Biến đổi khí hậu
BOD
: (Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxi sinh hóa
BVMT
: Bảo vệ mơi trường
BCLCTR
: Bãi chơn 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
HTXLNT
: Hệ thống xử lý nước 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 cơng nghiệp và sử dụng sản phẩm
KNK
: Khí nhà kính
MB
: (Mechanical – Biological treatment) Xử lý sinh học – cơ khí
NT
: Nước thải

OD
: (Oxidation ditch) Mương oxi hóa
UNEP
: (United Nations Environment Programme)
Chương trình Liên hiệp quốc về mơi 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
XL
: Xử lý
XLNTSH
: Xử lý nước thải sinh hoạt
XLNTCN : Xử lý nước thải công nghiệp
6


Các ký hiệu sử dụng trong mơ hình tính tốn
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 dịng 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 dịng 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
µm
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
- bio
- nbVSS

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
Q 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
Dịng ra
Mảnh vỡ tế bào
Phân hủy
Bùn sinh học

Rị rỉ
Sinh học
Hàm lượng sinh khối khơng phân hủy sinh học

8


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Khả năng gây ấm toàn cầu của khí nhà kính [3] ...................................... 26
Bảng 1.2. Phát thải KNK các năm 1994, 2000, 2010 theo các nguồn [1]................ 28
Bảng 1.3. Phát thải KNK theo loại khí năm 1994, 2000 và 2010 [1] ...................... 28
Bảng 1.4. Tổng khối lượng chất thải rắn đô thị được xử lý tại các bãi chôn lấp [8] 29
Bảng 1.5. Bảng thành phần chất thải trung bình tại Việt Nam [8] ........................... 30
Bảng 1.6. Nước thải của một số ngành công nghiệp quan trọng tại Việt Nam [9] .. 30
Bảng 1.7. Ước tính phát thải KNK năm 2010, năm 2020 và 2030 từ nguồn chất thải
[1].............................................................................................................................. 31
Bảng 1.8. Oxi hóa Amoni thành nitrites bởi vi khuẩn Nitrosomonas [17] .............. 39
Bảng 1.9. Oxihóa nitrite thành nitrate bởi vi khuẩn Nitrobacter [17] ...................... 39
Bảng 1.10. Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam [61]........................... 56
Bảng 1.11. Đặc tính nước thải tại các hệ thống xử lý nước thải tại Việt Nam [61] . 57
Bảng 1.12. Nhu cầu cấp nước và lượng nước thải một số ngành công nghiệp [62] 60
Bảng 1.13. Cơ cấu sở hữu các loại hình doanh nghiệp [63]..................................... 61
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] ........................................................................... 63
Bảng 2.1. Các hệ thống xử lý nước thải nghiên cứu tính tốn ................................ 69
Bảng 2.2. Tỷ lệ phần trăm nguồn tạo điện tại Việt Nam và Hệ số phát thải KNK
theo nguồn điện khác nhau [65,66] .......................................................................... 70
Bảng 2.3. Giá trị đặc trưng hệ số động học trong q trình xử lý hiếu khí .............. 83
Bảng 2.4. Giá trị đặc trưng hệ số động học trong q trình xử lý yếm khí .............. 84
Bảng 2.5. Giá trị đặc trưng hệ số động học trong q trình nitrat ............................ 84

Bảng 2.6. Các phương trình hóa học xảy ra trong quá trình xử lý sinh học ............ 85
Bảng 2.7. Các loại vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải................................. 86
Bảng 2.8. Hệ số chuyển đổi Y đối với nước thải sinh hoạt ...................................... 90
Bảng 2.9. Hệ số chuyển đổi Y đối với nước thải công nghiệp giấy ......................... 95
Bảng 3.1. Cấu trúc chung của mơ hình thiết lập ...................................................... 96
Bảng 3.2. Thơng số vận hành hệ thống WINDSOR [13] ....................................... 100
Bảng 3.3. Hệ số phát thải KNK từ sử dụng điện năng của hệ thống WINDSOR [13]
................................................................................................................................ 100
Bảng 3.4. Hệ số động học của hệ thống WINDSOR [13] ...................................... 100
Bảng 3.5. Kết quả kiểm nghiệm mơ hình với hệ thống WINSOR ......................... 100
Bảng 3.6. Công suất tiêu thụ điện năng hệ thống GOLDMARK........................... 103
Bảng 3.7. Hệ số phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện năng ............................... 103
Bảng 3.8. Kết qủa tính tốn phát thải KNK từ quá trình sản xuất điện năng của hệ
thống xử lý nước thải GOLDMARK...................................................................... 104
Bảng 3.9. Thông số chất lượng nước thải đầu vào và thông số công nghệ của hệ
thống xử lý nước thải GOLDMARK...................................................................... 104
9


Bảng 3.10. Số liệu đo đạc từ hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK .................. 104
Bảng 3.11. Bảng hệ số động học hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK............ 105
Bảng 3.12. Bảng hệ số chuyển đổi Y phát thải khí nhà kính của hệ thống xử lý nước
thải GOLDMARK .................................................................................................. 107
Bảng 3.13. Kết quả tính tốn của hệ thống xử lý nước thải GOLDMARK bằng mơ
hình thiết lập ........................................................................................................... 107
Bảng 3.14. Kết quả phân tích khí CO2, tại bể hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải
Goldmark ................................................................................................................ 111
Bảng 3.15. Kết quả phân tích khí CH4, tại bể phân hủy bùn của hệ thống xử lý nước
thải Goldmark ......................................................................................................... 112
Bảng 3.16. Kết quả phân tích khí N2O, tại bể hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải

Goldmark ................................................................................................................ 113
Bảng 3.17. Khoảng giá trị của các thông số động học hiếu khí (ở 20oC)[21]........ 115
Bảng 3.18. Kết quả phân tích độ nhạy.................................................................... 115
Bảng 3.19. Hệ số động học theo nhiệt độ ............................................................... 122
Bảng 3.20. Thông số chung của một số hệ thống xử lý sinh hoạt .......................... 126
Bảng 3.21. Thông số vận hành của một số hệ thống xử lý sinh hoạt ..................... 127
Bảng 3.22. Công suất tiêu thụ điện năng hệ thống Giấy Bãi Bằng ........................ 130
Bảng 3.23. Phát thải KNK từ quá trình sản xuất điện năng của HT Giấy Bãi Bằng
................................................................................................................................ 131
Bảng 3.24. Thông số vận hành của hệ thống Giấy Bãi Bằng ................................. 131
Bảng 3.25. Bảng hệ số động học hệ thống Giấy Bãi Bằng .................................... 131
Bảng 3.26. Kết quả chạy hiệu chỉnh mơ hình ........................................................ 131
Bảng 3.27. Bảng hệ số chuyển đổi Y hệ thống Giấy Bãi Bằng.............................. 133
Bảng 3.28. Kết quả tính tốn đối với hệ thống Giấy Bãi Bằng theo mơ hình ........ 133
Bảng 3.29. Thông số chung của hệ thống xử lý ..................................................... 135
Bảng 3.30. Thông số vận hành của hệ thống xử lý ................................................ 135

10


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 0.1. Sơ đồ nghiên cứu của luận án ................................................................... 21
Hình 1.1. Sơ đồ nguồn phát thải khí nhà kính [3] .................................................... 26
Hình 1.2. Lượng chất thải y tế độc hại được đốt hàng năm ..................................... 31
Hình 1.3. Sơ đồ biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt/cơng nghiệp [3]..................... 33
Hình 1.4. Khí nhà kính phát sinh từ q trình yếm khí [30] .................................... 36
Hình 1.5. Quá trình khử BOD trong xử lý nước thải sinh học hiếu khí [34] ........... 37
Hình 1.6. Phát thải N2O trong hệ thống xử lý nước thải [36] .................................. 38
Hình 1.7. Chu trình chuyển hóa Nito sinh học [37] ................................................. 38
Hình 1.8. Con đường khử nitơ và các enzym liên quan [42] ................................... 39

Hình 1.9. Quá trình khử nitrat và các enzim liên quan [43] ..................................... 40
Hình 1.10. Quá trình sinh ra N2O [44] ..................................................................... 40
Hình 1.11. Sơ đồ cây quyết định phương pháp tính phát thải khí CH4 từ HTXLNT
SH [3] ....................................................................................................................... 43
Hình 1.12. Sơ đồ cây quyết định phương pháp tính phát thải khí CH4 từ HTXLNT
CN [3 ] ...................................................................................................................... 45
Hình 1.13. Sơ đồ tổng quan phát thải khí nhà kính theo mơ hình Bridle [47] ......... 49
Hình 1.14. Hiện trạng cơng tác quản lý nước thải đơ thị Việt Nam [61] ................. 56
Hình 2.1. Cấu tạo thiết bị chamber sử dụng trong hoạt động lấy mẫu khí nhà kính 66
Hình 2.2. Hình ảnh thiết bị chamber sử dụng trong lấy mẫu khí nhà kính dưới nước
.................................................................................................................................. 66
Hình 2.3. Một số hình ảnh lấy mẫu .......................................................................... 66
Hình 2.5. Một số hình ảnh phân tích mẫu ................................................................ 67
Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nghiên cứu thiết lập mơ hình ................. 69
Hình 2.7. Sơ đồ biểu diễn cân bằng vật chất trong hệ thống xử lý - Hệ thống A .... 71
Hình 2.8. Các cơng thức tính tốn phát thải KNK hệ thống hiếu khí ...................... 77
Hình 2.9. Sơ đồ biểu diễn cân bằng vật chất trong hệ thống xử lý - Hệ thống B .... 78
Hình 2.10. Các cơng thức tính tốn phát thải KNK hệ thống yếm khí .................... 79
Hình 2.11. Sơ đồ biểu diễn cân bằng vật chất trong hệ thống xử lý - Hệ thống C .. 80
Hình 2.12. Các cơng thức tính tốn phát thải KNK hệ thống lý yếm khí – hiếu khí 81
Hình 3.1. Sơ đồ tính toán phát thải KNK từ hệ thống xử lý nước thải .................... 97
Hình 3.2. Sơ đồ tính tốn phát thải KNK từ sử dụng điện năng của HTXLNT ....... 97
Hình 3.3. Sơ đồ tính tốn cơng suất sử dụng điện năng của HTXLNT ................... 98
Hình 3.4. Sơ đồ tính tốn phát thải KNK từ quá trình xử lý của HTXLNT ............ 98
Hình 3.5. Sơ đồ tính tốn theo con đường 1............................................................. 99
Hình 3.6. Sơ đồ tính tốn theo con đường 2............................................................. 99
Hình 3.7. Biểu đồ kiểm nghiệm mơ hình ............................................................... 101
Hình 3.8. Sơ đồ cơng nghệ HTXL nước thải sinh hoạt tòa nhà GOLDMARK CITY
................................................................................................................................ 102
11

Hình 3.9. Một số hình ảnh HTXL nước thải sinh hoạt tịa nhà GOLDMARK CITY
................................................................................................................................ 102
Hình 3.10. Biểu đồ xác định thơng số Ks, k ........................................................... 105
Hình 3.11. Biểu đồ xác định thơng số Y, kd ........................................................... 105
Hình 3.12. Biểu đồ BOD5 dịng ra tính tốn và thực nghiệm ................................. 105
Hình 3.13. Biểu đồ diễn biến nồng độ sinh khối X và BOD5 dòng ra theo thời gian
của HTXLT GOLDMARK .................................................................................... 106
Hình 3.14. Biểu đồ khả năng phát thải KNK trên tồn hệ thống xử lý nước thải
GOLDMARK. ........................................................................................................ 108
Hình 3.15. Biểu đồ diễn biến tỷ lệ phần % phát thải KNK của HTXLT
GOLDMARK trong quá trình xử lý. .................................................................... 109
Hình 3.16. Biểu đồ biểu diễn khả năng phát thải KNK từ hệ thống XLNT
GOLDMARK trong quá trình xử lý. ...................................................................... 110
Hình 3.17. Biểu đồ phát thải khí CO2, CH4, N2O từ hệ thống XLNT GOLDMARK
................................................................................................................................ 110
Hình 3.18. Biểu đồ phát thải khí CO2 từ bể xử lý hiếu khí ở hệ thống XLNT
GOLDMARK ......................................................................................................... 112
Hình 3.19. Biểu đồ phát thải khí CH4 từ bể phân hủy bùn yếm khí ở hệ thống XLNT
GOLDMARK ......................................................................................................... 113
Hình 3.20. Biểu đồ phát thải khí N2O từ bể xử lý hiếu khí ở hệ thống XLNT
GOLDMARK ......................................................................................................... 114
Hình 3.21. Biểu đồ biến thiên hệ số động học theo nhiệt độ.................................. 123
Hình 3.22. Biểu đồ biến thiên nồng độ cơ chất dòng ra theo nhiệt độ ................... 123
Hình 3.23. Biểu đồ biến thiên nồng độ sinh khối theo nhiệt độ ............................. 123
Hình 3.24. Biểu đồ phát thải KNK tại các bể theo nhiệt độ ................................... 124
Hình 3.25. Biểu đồ phát thải tổng KNK theo nhiệt độ trong trường hợp thu hồi và
phóng khơng khí CH4 ............................................................................................ 124
Hình 3.26. Biểu đồ biến thiên khí nhà kính tại các bể theo nồng độ cơ chất dịng vào

................................................................................................................................ 125
Hình 3.27. Biểu đồ biến thiên tổng phát thải khí nhà kính trên tồn hệ thống xử lý
theo nồng độ cơ chất dịng vào ............................................................................... 125
Hình 3.28. Biểu đồ biến thiên nồng độ cơ chất dòng ra theo tuổi bùn ................... 125
Hình 3.29. Biểu đồ biến thiên nồng độ cơ chất dịng ra theo tuổi bùn .................. 125
Hình 3.30. Biểu đồ biến thiên khí nhà kính tại các bể theo tuổi bùn ..................... 126
Hình 3.31. Biểu đồ biến thiên nồng độ cơ chất dòng ra theo tuổi bùn .................. 126
Hình 3.32. Biểu đồ phát thải KNK của HTXL nước thải sinh hoạt ....................... 127
Hình 3.33. Biểu đồ đóng góp các nguồn phát thải KNK khác nhau đến tổng phát
thải KNK của HTXLNT sinh hoạt ......................................................................... 128
Hình 3.34. Biểu đồ phát thải từng loại KNK từ các HTXL nước thải sinh hoạt.... 129
Hình 3.35. Biểu đồ phát thải KNK một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt ..... 129
12


Hình 3.36. Biểu đồ diễn biến nồng độ sinh khối X và BOD5 dòng ra theo thời gian
của HTXLT Giấy Bãi Bằng .................................................................................... 132
Hình 3.37. Biểu đồ phát thải KNK từ hệ thống Giấy Bãi Bằng ............................. 134
Hình 3.38. Biểu đồ đóng góp nguồn phát thải KNK trong q trình xử lý của hệ
thống Giấy Bãi Bằng .............................................................................................. 135
Hình 3.39. Biểu đồ phát thải KNK từ HTXLNT Giấy Corelex ............................. 136
Hình 3.40. Biểu đồ đóng góp của các nguồn phát thải KNK từ HTXLNT Giấy
Corelex.................................................................................................................... 136
Hình 3.41. Biểu đồ phát thải từng loại khí của một số HTXLNT cơng nghiệp giấy
................................................................................................................................ 137
Hình 3.42. Biểu đồ phát thải KNK của một số hệ thống xử lý nước thải công
nghiệp giấy ............................................................................................................. 137

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 khơng 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 khơng thể dự đốn.
Ngun 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; Q trình cơng 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 CO2tđ, 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 cơng

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) [2].
Bãi chôn lấp chất thải sinh ra lượng đáng kể khí CH4. Ngồi khí CH4 ra, bãi
chơn lấp chất thải cũng sinh ra khí CO2, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi khơng 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 mơi trường. Biện
pháp thu hồi khí tại các bãi chơn 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. Làm phân compost là q 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 oxi hóa 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. Q trình làm phân compost cũng có thể sinh ra khí
N2O. Lượng phát thải N2O khoảng 0,5% đến 5% so với hàm lượng nitơ 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 khơng có oxi bằng cách duy trì nhiệt độ, độ ẩm và pH gần tới
giá trị tối ưu của nó. CH4 được tạo thành 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 chơn lấp [3].
Lị đốt rác và đốt bãi rác hở là nguồn phát thải khí nhà kính. Các khí liên quan
được tính tốn 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
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 ngun liệu; chơn 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, rị rỉ khí sinh học, q
trình đơng keo tụ hóa học, đốt khí sinh học trong nồi hơi thu hồi.
Việc cắt giảm phát thải khí nhà kính có vai trị quan trọng trong cơng 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. Thơng qua kiểm kê khí nhà kính có thể cập nhật
15


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 cơng 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 Thơng 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 hồn 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 cơng tác kiểm sốt 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 cịn 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 mơ hình tính tốn phát thải khí nhà kính sẽ
giúp giảm thiểu chi phí đo đạc, chi phí nhân cơng, 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 mơ hình tính tốn phát thải khí nhà
kính từ một số hệ thống xử lý nước thải ở Việt Nam” sẽ tập trung nghiên cứu thiết
lập mơ hình tính tốn 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 mơ hình thiết
lập tính tốn cho một số hệ thống xử lý nước thải ở Việt Nam.

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Thiết lập mơ hình tính tốn 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 tốn 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
16


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 tốn phát thải khí nhà kính và mơ hình tính tốn phát thải
khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải và chất thải trên giới và Việt Nam;
+ Nghiên cứu thiết lập mơ hình tốn học tính tốn phát thải khí nhà kính từ hệ
thống xử lý nước thải:
- Nghiên cứu thiết lập mơ hình tốn học tính tốn phát thải khí nhà kính từ q
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 mơ hình thu được với các nghiên cứu trước đó
và kiểm nghiệm mơ hình qua các số liệu đo đạc thực nghiệm.
+ Ứng dụng mơ hình thiết lập được tính tốn 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);
+ Khảo sát 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.

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.
17


6. Phương pháp nghiên cứu của luận án
* Cách tiếp cận:
Mơ hình tính tốn 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 tốn 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 thơng 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 tốn phát thải khí
nhà kính, các thơng tin liên quan đến lĩnh vực mơ hình tốn học tính tốn 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 ngồi
nước; kinh nghiệm tính tốn phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải, chất
thải của các tác giả trên thế giới;
- Phương pháp mơ hình hóa: nhằm nghiên cứu xây dựng các phương trình tốn
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; Mơ hình số được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm bằng các kỹ
thuật phù hợp đảm bảo độ tin cậy, cho phép tính tốn 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 mơ 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 Nơng nghiệp
Việt Nam;
- Phương pháp phân tích cơng cụ: các mẫu khí nhà kính (CH4, N2O và CO2)
trong luận án được phân tích bằng kỹ thuật phân tích cơng 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 dị ion hóa ngọn lửa (FID) ở nhiệt độ 300oC
18


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 tốn phát thải khí nhà kính phần lớn tập
trung vào các lĩnh vực năng lượng, nông nghiệp và các quá trình cơng nghiệp, việc
nghiên cứu tính tốn 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 chơn lấp. Các con số thống kê và
tính tốn 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 mơ hình tính
tốn 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 tốn phát thải khí nhà kính của hệ thống xử lý nước thải. Trong khi, trên
thế giới các nghiên cứu về tính tốn 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 tốn 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 q trình xử lý để tính tốn lượng phát thải khí nhà kính
từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải cơng nghiệp giấy tại Việt Nam.
Mơ hình mang tính tồn 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 mơ 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
xử lý nước thải, giúp giảm được chi phí đo đạc và phân tích;
- Luận án đã đóng góp một giải pháp hữu hiệu trong vấn đề cịn đang bỏ ngỏ
trong kiểm kê khí nhà kính tại Việt Nam; Các nhà kiểm kê khí nhà kính tại Việt
Nam có thể sử dụng mơ hình, thường xun cập nhật lượng phát thải khí nhà kính

từ hệ thống xử lý nước thải, từ đó đưa ra các giải pháp giảm thiểu, xây dựng kế
hoạch nhằm giảm nhẹ biến đổi khí hậu, hướng tới một nền kinh tế các bon thấp,
phục vụ phát triển bền vững;
- Luận án có thể làm tài liệu tham khảo trong các trường đại học, viện nghiên
cứu, mở ra hướng tiếp cận mới về tính tốn phát thải khí nhà kính.

8. Những đóng góp mới của luận án
- Lần đầu tiên đã thiết lập được mô hình tính tốn phát thải khí nhà kính từ
hệ thống xử lý nước thải dựa trên phương trình động học Herbert, phương trình cân
bằng khối lượng cơ chất và phương trình cân bằng sinh khối, cân bằng hóa học xảy
ra trong các cơng trình xử lý nước thải (bể phản ứng sinh học yếm khí, bể phản ứng
sinh học hiếu khí, bể phản ứng sinh học kết hợp, bể phân hủy bùn yếm khí, ...) để
tính tốn lượng phát thải khí nhà kính từ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước
thải công nghiệp giấy tại Việt Nam;
19


- Luận án đã xác định được một số hệ số phát thải phục vụ kiểm kê khí nhà
kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và hệ thống xử lý nước thải sản xuất giấy
như:
+ Hệ số phát thải KNK trong nước thải sinh hoạt trường hợp khơng thu hồi khí
CH4 là 2,40 kg CO2tđ/kg BOD5, hệ số phát thải KNK trong trường hợp thu hồi và
đốt khí CH4 là 1,16 kgCO2tđ/kg BOD5;
+ Hệ số phát thải KNK đối với nước thải giấy trong trường hợp không thu hồi
khí CH4 là 3,58 kgCO2tđ/kg BOD5, trong trường hợp thu hồi và đốt khí CH4 thì hệ
số phát thải khí nhà kính là 0,93 kgCO2tđ/kg BOD5;
- Đã thử nghiệm mơ hình thiết lập được để tính tốn phát thải khí nhà kính từ
hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt từ khu nhà ở GOLDMARK City số 136 Hồ Tùng
Mậu – Bắc Từ Liêm – Hà Nội và cho kết quả khá khả quan. Việc ứng dụng mơ hình
cho phép giảm chi phí lấy mẫu, đo đạc, phân tích và đạt được kết quả nhanh chóng

trong q trình kiểm kê khí nhà kính từ các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và
nước thải giấy ở Việt Nam;
- Mơ hình số thiết lập được cho phép nhanh chóng tính tốn lượng (tiềm
năng) phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản
xuất giấy ở Việt Nam.

9. Cấu trúc của luận án
- Phần mở đầu: trình bày về tính cấp thiết của luận án nghiên cứu, mục tiêu
nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý
nghĩa khoa học của luận án và tính mới của luận án.
- Chương 1: trình bày tổng quan về biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính, phát
thải khí nhà kính từ nguồn nước thải; tổng quan về các nghiên cứu tính tốn phát
thải khí nhà kính và mơ hình tính tốn phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước
thải trên giới và Việt Nam; tổng quan về tình hình nước thải sinh hoạt và nước thải
cơng nghiệp giấy tại Việt Nam.
- Chương 2: trình bày về đối tượng nghiên cứu của luận án là một số hệ
thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp giấy tại Việt Nam;
phương pháp lấy mẫu phân tích các khí nhà kính (CO2, CH4 và N2O); quá trình thiết
lập mơ hình tốn tính tốn phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải sinh
hoạt và nước thải công nghiệp giấy; xây dựng code số (phần mềm) với giao diện
thuận tiện và dễ sử dụng.
- Chương 3: trình bày về các kết quả và thảo luận của luận án gồm phần hiệu
chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình; ứng dụng mơ hình thiết lập tính tốn phát thải khí
nhà kính cho một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy
tại Việt Nam (Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt GOLDMARK, Hệ thống xử lý
nước thải sinh hoạt Yên Sở, Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Kim Liên, Hệ thống
xử lý nước thải sinh hoạt Trúc Bạch, Hệ thống xử lý nước thải giấy Bãi Bằng, Hệ
thống xử lý nước thải giấy Corelex); Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng khả năng
phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải; xác định một số hệ số phát thải
khí nhà kính từ một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất giấy

tại Việt Nam.
Cuối cùng là phần kết luận, danh mục các cơng trình cơng bố của luận án và
tài liệu tham khảo.
20


Luận án được nghiên cứu theo sơ đồ sau:

Hình 0.1. Sơ đồ nghiên cứu của luận án

21


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu và khí nhà kính
1.1.1. Lịch sử về hội nghị thế giới khí hậu
COP (Conference of parties) là hội nghị giữa các bên. Các bên ở đây là các
quốc gia tham gia Công ước Khung của Liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu
(UNFCCC). Từ năm 1995 đến nay, đại diện các quốc gia này vẫn họp lại mỗi năm,
đến nay là hội nghị lần thứ 24, được gọi tắt là COP24.
Năm 1979, Hội nghị thế giới về khí hậu đầu tiên diễn ra tại Genève (Thụy Sĩ).
Vào năm đó, một Chương trình nghiên cứu khí hậu thế giới đã được khởi động,
dưới trách nhiệm của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO), Chương trình Liên hiệp
quốc về mơi trường (UNEP) và Hội đồng Quốc tế các Liên hiệp Khoa học (ICSU).
Năm 1988, hai cơ quan WMO và UNEP đã thành lập nhóm chun gia liên
chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), với nhiệm vụ là đánh giá theo định kỳ hiện
trạng những kiến thức của nhân loại về biến đổi khí hậu.
Trong bản báo cáo đầu tiên vào năm 1990, nhóm GIEC đã nhìn nhận trách
nhiệm của con người trong việc làm cho bầu khí quyển Trái đất nóng lên và Cơng
ước Khung của Liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC) đã được soạn ra dựa

trên báo cáo này.
Năm 1992, Hội nghị thượng đỉnh Trái đất ở Rio de Janeiro đã có tính chất
quyết định trong các cuộc thương thuyết quốc tế về khí hậu với việc ký kết hiệp
định UNFCCC. Cơng ước này, có hiệu lực kể từ ngày 21/03/1994, đã được 195
quốc gia phê chuẩn cùng với Liên hiệp châu Âu. Mục tiêu của Cơng ước là giữ
lượng khí thải gây hiệu ứng lồng kính ở mức ổn định để khơng làm đảo lộn một
cách nguy hiểm hệ thống khí hậu của Trái đất. Nhưng đến năm 1997, nghị định thư
Kyoto lần đầu tiên mới ấn định cụ thể các chỉ tiêu cho những nước phát triển về
giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Có hiệu lực từ năm 2005, nghị định thư Kyoto
có giá trị cho thời kỳ 2008-2012.
Vào năm 2007, kế hoạch Bali đã đề ra lịch trình thương thuyết nhằm đạt đến
một thỏa thuận tiếp nối nghị định thư Kyoto, mà như đã nói ở trên sẽ hết hạn vào
năm 2012. Thỏa thuận này trên nguyên tắc phải được thông qua trễ nhất là vào
tháng 12/2009.
Năm 2009, Hội nghị COP15 ở Copenhague (Đan Mạch) đã thất bại, không đạt
được thỏa thuận mới nào. Tuy vậy, hội nghị này đã thông qua được mục tiêu chung
là giữ mức tăng nhiệt độ không quá 2°C. Các nước phát triển lúc ấy cũng đã cam
kết từ đây đến năm 2020 sẽ huy động tổng cộng 100 tỷ đôla mỗi năm để giúp các
nước nghèo thích ứng với biến đổi khí hậu. Sau đó, hội nghị Cancun (Mehicơ) năm
2010 đã cụ thể hóa mục tiêu hạn chế mức tăng nhiệt độ ở 2°C với việc thành lập các
định chế như Quỹ xanh về khí hậu.
Chính hội nghị Durban (Nam Phi) năm 2011 đã đề ra mục tiêu là đến năm
22


2015 tất cả các bên tham gia Công ước LHQ về khí hậu phải thơng qua một thỏa
thuận sẽ được thực hiện kể từ năm 2020.
Để tạm thời thay thế cho nghị định thư Kyoto, hội nghị Doha (Qatar) đã thông
qua cam kết của nhiều nước công nghiệp cho thời kỳ thứ hai thực hiện nghị định
thư này (2013-2020). Hai hội nghị Vacxava (Ba Lan) năm 2013 và Lima (Peru)

năm 2014 đã đạt được những bước cần thiết cho hội nghị COP21 ở Paris.
Năm 2015, Thỏa thuận Paris được thông qua tại Hội nghị lần thứ 21 Công ước
khung của LHQ về biến đổi khí hậu (COP21) diễn ra tại Paris (Pháp), trong đó quy
định một loạt biện pháp về bảo vệ khí hậu nhằm giữ mức tăng nhiệt độ trung bình
tồn cầu trong phạm vi 1,5-2,0 độ C so với mức thời kỳ tiền công nghiệp.
Gần 200 quốc gia đã tham gia Thỏa thuận Paris và Thỏa thuận Paris chính
thức có hiệu lực từ ngày 4/11 sau khi được 100 quốc gia, chiếm tới 68% tổng lượng
khí thải gây hiệu ứng nhà kính trên thế giới, phê chuẩn, trong đó có Mỹ, Trung
Quốc, Ấn Độ, Canada, Brazil và Liên minh châu Âu (EU). Con số này đã vượt mức
quy định là có ít nhất 55 quốc gia phê chuẩn hiệp định này.
COP22 diễn ra tại Bab Ighli, Ma-ra-ket, Ma-rốc từ ngày 07/11 đến ngày 19/11
năm 2016, với sự tham dự của các phái đoàn của gần 200 quốc gia trên thế giới.
Đây là sự kiện vô cùng quan trọng bởi Hội nghị lần này xác định các hành động cụ
thể của các quốc gia tham gia chống lại sự nóng lên của Trái Đất, tìm sự đồng thuận
về cách thức thực hiện Hiệp định Paris với mục tiêu: Biến thỏa thuận lịch sử Paris
thành hành động cụ thể.
COP22 là Hội nghị đầu tiên của các Bên tham gia Công ước kể từ khi Thoả
thuận Paris lịch sử được thông qua tại Hội nghị COP21 năm 2015. Hội nghị COP22
diễn ra tại Bab Ighli, thành phố Ma-ra-két, Ma rốc từ ngày 07 đến rạng sáng ngày
19/11/2016, với sự tham gia của gần 18 nghìn đại biểu của các Bên tham gia Công
ước được coi là Hội nghị Hành động nhằm triển khai thực hiện những nội dung các
Bên đã thống nhất thông qua 01 năm trước tại Paris. Đây là sự kiện vô cùng quan
trọng bởi Hội nghị lần này xác định các hành động cụ thể của các quốc gia tham gia
chống lại sự nóng lên của Trái Đất, tìm sự đồng thuận về cách thức thực hiện Hiệp
định Paris với mục tiêu: Biến thỏa thuận lịch sử Paris thành hành động cụ thể.
Ngoài nội dung liên quan đến triển khai thực hiện Thỏa thuận Paris, Hội nghị
COP22 và Hội nghị lần thứ mười hai các Bên tham gia Nghị định thư Kyoto cũng
đã thảo luận các nội dung liên quan đến Công ước và Nghị định thư Kyoto.
COP 24 được tổ chức tại Katowice, Ba Lan các ngày từ 02 đến ngày 14 tháng
12 năm 2018. Nội dung trọng tâm của Hội nghị COP24 nhằm tiếp tục thảo luận và

dự kiến thơng qua Chương trình Nghị sự thực hiện Thỏa thuận Paris về biến đổi khí
hậu (PAWP) và thúc đẩy hành động ứng phó và hỗ trợ ứng phó biến đổi khí hậu.
Tham dự các Hội nghị lần này, Việt Nam cam kết sẽ tiếp tục cùng các bên
thảo luận những vấn đề liên quan đến triển khai thực hiện Thỏa thuận Pari, Công
ước khung của Liên hợp quốc về BĐKH. Đồng thời, cập nhật thông tin về nỗ lực
của Việt Nam trong việc triển khai thực hiện các cam kết, từ đó tăng cường hợp tác,
đối tác trong ứng phó với BĐKH theo tinh thần của Thỏa thuận Pari.
23