Luận án Tối ưu hóa hệ thống quản lý chất thải rắn ở Thành phố Huế bằng công cụ đánh giá vòng đời (LCA)

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN NGỌC TUẤN TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN Ở THÀNH PHỐ HUẾ BẰNG CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ VÒNG ĐỜI (LCA) LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HUẾ, NĂM 2023 ii ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN NGỌC TUẤN TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN Ở THÀNH PHỐ HUẾ BẰNG CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ VÒNG ĐỜI (LCA) Ngành: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Mã số: 9 85 01 01 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ VĂN THĂNG HUẾ - NĂM 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được thực hiện tại Khoa Địa lý – Địa chất, Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Lê Văn Thăng. Các kết quả của luận án là trung thực và chưa được bất cứ ai công bố ở bất cứ công trình nào khác. Huế, tháng 5 năm 2023 Tác giả luận án Trần Ngọc Tuấn ii LỜI CÁM ƠN Trước tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo, PGS.TS. Lê Văn Thăng đã luôn dành nhiều tâm sức, trí tuệ để hướng dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án tiến sĩ. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban Chủ nhiệm, thầy cô và cán bộ Khoa Địa lý - Địa chất, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế đã tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành được luận án này. Tác giả cũng xin chân thành cám ơn lãnh đạo, đồng nghiệp Khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế đã luôn động viên, hỗ trợ, góp ý và tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, khích lệ, động viên tác giả và là nguồn động lực to lớn để tác giả hoàn thành luận án này. Huế, tháng 5 năm 2023 Tác giả luận án Trần Ngọc Tuấn iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BCL : Bãi chôn lấp BVMT : Bảo vệ môi trường CTR : Chất thải rắn CTRSH : Chất thải rắn sinh hoạt CTRĐT : Chất thải rắn đô thị CTRNH : Chất thải rắn nguy hại HEPCO : Công ty Cổ phần Môi trường Công trình đô thị Huế IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change - Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu KNK : Khí nhà kính LCA : Life Cycle Assessment - Đánh giá vòng đời LCI : Life Cycle Inventory – Kiểm kê vòng đời LCIA : Life Cycle Impact Assessment - Đánh giá tác động vòng đời QLCTR : Quản lý chất thải rắn QLTHCTR : Quản lý tổng hợp chất thải rắn TN&MT : Tài nguyên và Môi trường UBND : Ủy ban nhân dân US EPA : U.S. Environmental Protection Agency - Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa kỳ iv MỘT SỐ THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN Loại tác động (Impact categories): Loại tác động đại diện cho vấn đề môi trường được quan tâm mà kết quả kiểm kê vòng đời hướng đến, IMPACT 2002+ có 15 loại tác động và mỗi loại tác động có một đơn vị khác nhau, ví dụ như Độc tính gây ung thư (kg C2H3Cl-eq), Bệnh hô hấp do chất vô cơ (kg PM2.5-eq), Hệ số đặc tính (Characterization factor): Hệ số được lấy từ một mô hình đặc tính áp dụng để chuyển đổi một kết quả phân tích kiểm kê vòng đời thành đơn vị chung của chỉ thị loại tác động. Loại điểm giữa (Midpoint categoies): Là sự phân chia loại tác động tại vị trí trung gian giữa kết quả kiểm kê vòng đời và loại thiệt hại, IMPACT 2002+ có 15 giá trị tác động điểm giữa. Loại thiệt hại (Damage categories): Danh sách các thiệt hại và được tính bằng tổng điểm từ các loại điểm giữa, đối với IMPACT 2002+ có 4 loại thiệt hại: Sức khỏe con người (DALY), chất lượng hệ sinh thái (PDF*m2*yr), biến đổi khí hậu (kg CO2-eq) và các tài nguyên(MJ). Chất thải rắn đô thị (được sử dụng trong nghiên cứu này): Là toàn bộ CTR được HEPCO thu gom vận chuyển, xử lý nhưng không bao gồm bùn thải, rác thải xây dựng, CTR y tế, công nghiệp nguy hại. Tối ưu về môi trường: Trong nghiên cứu này tối ưu về môi trường được hiểu là ít gây tác động môi trường nhất, thể hiện qua tổng điểm các loại thiệt hại từ kết quả LCA. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... iii MỤC LỤC ................................................................................................................... v DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. ix MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .......................................................................................... 1 2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................ 2 3. GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 3 4. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN .................................................................. 4 5. LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ ........................................................................................... 4 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..................................... 4 7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN ................................................................................ 5 Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................... 6 1.1. KHÁI QUÁT VỀ CHẤT THẢI RẮN ................................................................. 6 1.1.1. Khái niệm chất thải rắn ................................................................................. 6 1.1.2. Thành phần của chất thải rắn ........................................................................ 8 1.2. THỰC TIỄN QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ..................................................................................................................... 11 1.2.1. Khái niệm về quản lý chất thải rắn ............................................................. 11 1.2.2. Thực tiễn quản lý chất thải rắn trên thế giới ............................................... 12 1.2.3. Quản lý chất thải rắn ở Việt Nam ............................................................... 19 1.2.4. Quản lý tổng hợp chất thải rắn .................................................................... 24 1.3. PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN ............................................. 28 1.3.1. Giới thiệu một số phương pháp .................................................................. 28 1.3.2. Tổng quan về đánh giá vòng đời ................................................................ 30 1.4. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG LCA VÀO QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN ................................................................................................................ 34 1.4.1. Quá trình phát triển và áp dụng LCA vào quản lý chất thải rắn ................. 34 1.4.2. Các hướng nghiên cứu áp dụng LCA trong quản lý chất thải rắn .............. 36 vi 1.4.3. Một số công trình nghiên cứu áp dụng LCA vào quản lý chất thải rắn trên thế giới và ở Việt Nam .............................................................................................. 37 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, QUY TRÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................................................... 49 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................... 49 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 49 2.2.1. Thu thập dữ liệu thứ cấp ............................................................................. 49 2.2.2. Phương pháp khảo sát thực địa ................................................................... 50 2.2.3. Phương pháp đánh giá vòng đời ................................................................. 54 2.3. QUY TRÌNH THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU ..................................................... 59 2.4. PHẦN MỀM SỬ DỤNG VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ............................................... 63 2.4.1. Phần mềm OpenLCA .................................................................................. 63 2.4.2. Cơ sở dữ liệu Ecoinvent.............................................................................. 67 Chương 3. THỰC TRẠNG QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN Ở THÀNH PHỐ HUẾ ................................................................................................................................... 69 3.1. KHÁI QUÁT VỀ THÀNH PHỐ HUẾ .............................................................. 69 3.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................................. 69 3.1.2. Điều kiện tự nhiên ....................................................................................... 70 3.1.3. Đặc điểm kinh tế xã hội của thành phố Huế ............................................... 71 3.1.4. Ảnh hưởng điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội đến phát sinh chất thải rắn ở thành phố Huế ........................................................................................................... 72 3.2. QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN Ở THÀNH PHỐ HUẾ ..................................... 74 3.2.1. Hoạt động thu gom, vận chuyển chất thải rắn ở thành phố Huế ................ 74 3.2.2. Hệ thống văn bản pháp luật quản lý chất thải rắn thành phố Huế .............. 77 3.3. ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI RẮN THÀNH PHỐ HUẾ .................................................................................................................. 80 3.3.1. Đặc điểm chất thải rắn đô thị thành phố Huế ............................................. 80 3.3.2. Đặc điểm chất thải rắn sinh hoạt hộ gia đình thành phố Huế ..................... 84 Chương 4. ĐÁNH GIÁ VÒNG ĐỜI CÁC KỊCH BẢN QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN Ở THÀNH PHỐ HUẾ ................................................................................... 91 4.1. CƠ SỞ XÂY DỰNG KỊCH BẢN QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN Ở THÀNH PHỐ HUẾ .................................................................................................................. 91 4.1.1. Định hướng quản lý chất thải rắn của quốc gia và tỉnh Thừa Thiên Huế ... 91 4.1.2. Cơ sở thực tiễn quản lý chất thải rắn thành phố Huế và Việt Nam ............ 92 vii 4.1.3. Xu hướng phát triển của công nghệ xử lý chất thải rắn .............................. 94 4.1.4. Các hợp phần của hệ thống quản lý chất thải rắn ....................................... 96 4.2. CÁC KỊCH BẢN QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN Ở THÀNH PHỐ HUẾ ....... 98 4.2.1. Kịch bản 1 (S1) – Chôn lấp hợp vệ sinh ..................................................... 98 4.2.2. Kịch bản 2 (S2) - Chôn lấp hợp vệ sinh kết hợp sản xuất phân hữu cơ và thu hồi vật liệu tái chế ..................................................................................................... 99 4.2.3. Kịch bản 3 (S3) - 100% chất thải rắn được xử lý bằng đốt phát điện ...... 100 4.2.4. Kịch bản 4 (S4) - 50% chất thải rắn được xử lý bằng đốt phát điện, 50% chôn lấp ................................................................................................................... 101 4.2.5. Kịch bản 5 (S5) – Thu hồi tái chế thông qua phân loại tại nguồn kết hợp chôn lấp ................................................................................................................... 101 4.3. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA CÁC KỊCH BẢN ............... 102 4.3.1. Quy trình tính toán và mô hình dữ liệu sử dụng ....................................... 102 4.3.2. Kiểm kê vòng đời các kịch bản ................................................................ 104 4.3.3. So sánh tác động môi trường của các kịch bản ......................................... 116 4.3.4. Kết quả đánh giá vòng đời của các kịch bản ............................................ 127 4.3.5. Phân tích độ nhạy ...................................................................................... 132 4.3.6. Nhu cầu sử dụng đất chôn lấp cho các kịch bản ....................................... 135 4.3.7. Khuyến nghị kịch bản và giải pháp nâng cao quản lý chất thải rắn cho thành phố Huế ................................................................................................................... 137 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 140 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 140 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 142 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................... 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 144 PHỤ LỤC .............................................................................................................. PL-1 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các nguồn phát sinh CTR ........................................................................... 7 Bảng 1.2. Thành phần đặc trưng của CTRSH hộ gia đình .......................................... 8 Bảng 1.3. Thành phần chất thải rắn ở Việt Nam theo Báo cáo Hiện trạng môi trường Quốc gia 2011 ............................................................................................................. 9 Bảng 1.4. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt theo Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2019 .................................................................................................... 10 Bảng 1.5. Thành phần của CTR phân chia theo ASTM D 5231-92 ......................... 10 Bảng 2.1. Phân bố số hộ lấy mẫu CTRSH ở các phường khảo sát ........................... 50 Bảng 2.2. Các nhóm thiệt hại và nhóm tác động điểm giữa theo phương pháp IMPACT 2002+ ........................................................................................................ 57 Bảng 3.1. Đặc trưng thành phần CTR đô thị Huế ..................................................... 81 Bảng 3.2. Đặc trưng thành phần CTRSH hộ gia đình thành phố Huế ...................... 85 Bảng 4.1. Kiểm kê dữ liệu kịch bản S1................................................................... 106 Bảng 4.2. Kiểm kê dữ liệu kịch bản S2................................................................... 108 Bảng 4.3. Khối lượng cắt giảm từ phân loại tái chế và sản xuất phân hữu cơ ........ 110 Bảng 4.4. Kiểm kê dữ liệu kịch bản S3................................................................... 112 Bảng 4.5. Kiểm kê dữ liệu đầu vào kịch bản S4 ..................................................... 113 Bảng 4.6. Kiểm kê kịch bản S5 dữ liệu đầu vào kịch bản S5 ................................. 115 Bảng 4.7. Kết quả loại điểm giữa của các kịch bản ................................................ 117 Bảng 4.8. Kết quả tính toán theo loại tác động các kịch bản .................................. 118 Bảng 4.9. Kết quả điểm LCA của các kịch bản quản lý chất thải rắn ở thành phố Huế ................................................................................................................................. 127 Bảng 4.10. Diện tích BCL yêu cầu cho các kịch bản.............................................. 136 ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Quản lý chất thải rắn ở Hoa Kỳ ................................................................ 18 Hình 1.2. Phân công, phân cấp quản lý nhà nước về CTR ở tỉnh Thừa Thiên Huế . 23 Hình 1.3. Sơ đồ thu gom chất thải rắn ở các đô thị ................................................... 24 Hình 1.4. Các thành phần của hệ thống quản lý tổng hợp chất thải rắn. .................. 25 Hình 1.5. Mô hình thứ bậc ưu tiên trong quản lý tổng hợp CTR .............................. 27 Hình 1.6. Các giai đoạn của LCA ............................................................................. 30 Hình 1.7. Vòng đời chất thải và ranh giới hệ thống của CTR .................................. 35 Hình 2.1. Sơ đồ vị các phường lấy mẫu .................................................................... 51 Hình 2.2. Quy trình lấy mẫu chất thải rắn ................................................................. 53 Hình 2.3. Ranh giới hệ thống nghiên cứu ................................................................. 55 Hình 2.4. Sơ đồ tổng thể IMPACT 2002+ ................................................................ 57 Hình 2.5. Quy trình nghiên cứu của đề tài ................................................................ 61 Hình 2.6. Sơ đồ quy trình tính toán kết quả đánh giá vòng đời CTR ....................... 62 Hình 2.7. Giao diện của phần mềm OpenLCA ......................................................... 65 Hình 2.8. Nguồn cơ sở dữ liệu sử dụng trong LCA .................................................. 65 Hình 2.9. Nhập dữ liệu vào kịch bản ........................................................................ 66 Hình 2.10. Lựa chọn phương pháp LCIA ................................................................. 66 Hình 2.11. Kết quả tính toán LCA của một kịch bản quản lý CTR ở thành phố Huế ................................................................................................................................... 67 Hình 2.12. Kết quả LCA được xuất file định dạng excel ......................................... 67 Hình 3.1. Sơ đồ hành chính thành phố Huế .............................................................. 69 Hình 3.2. Lượng mưa và nhiệt độ trung bình năm ở thành phố Huế ........................ 70 Hình 3.3. Sơ đồ thu gom và chuyển chất thải rắn ở thành phố Huế. ........................ 75 x Hình 3.4. Lộ trình 7 tuyến thu gom CTR ở thành phố Huế ...................................... 81 Hình 3.5. Tỷ lệ thành phần CTR thành phố Huế ...................................................... 83 Hình 3.6. Tỷ lệ phần trăm chất thải hữu cơ dễ phân hủy sinh học các thành phố Châu Á ................................................................................................................................ 84 Hình 3.7. Tỷ lệ các nhóm trong thành phần CTRSH hộ gia đình ở thành phố Huế . 86 Hình 3.8. Tỷ lệ % của các nhóm chất thải có thể tái chế trong CTRSH hộ gia đình 88 Hình 3.9. Sự thay đổi hệ số phát sinh chất thải rắn hộ gia đình qua các ngày khảo sát ................................................................................................................................... 89 Hình 4.1. Sơ đồ tổng quát thu gom, vận chuyển và xử lý CTR ở thành phố Huế .... 92 Hình 4.2. Tỷ lệ áp dụng phương pháp xử lý CTR ở 28 quốc gia châu Âu năm 2014 ................................................................................................................................... 95 Hình 4.3. Tỷ lệ áp dụng phương pháp xử lỷ CTR ở các nước trên thế giới ............. 96 Hình 4.4. Kịch bản S1 – Chôn lấp hợp vệ sinh ......................................................... 98 Hình 4.5. Kịch bản S2 – Sản xuất phân hữu cơ kết hợp chôn lấp hợp vệ sinh ....... 100 Hình 4.6. Kịch bản S3 – Xử lý CTR theo công nghệ đốt rác phát điện .................. 101 Hình 4.7. Kịch bản S4 – Xử lý CTR theo công nghệ đốt rác phát điện kết hợp chôn lấp ............................................................................................................................ 101 Hình 4.8. Kịch bản S5 – Thu hồi tái chế thông qua phân loại tại nguồn kết hợp chôn lấp ...................................................