intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Nghiên cứu phát triển mô hình phần mềm tính toán phát thải khí CH4 từ bãi chôn lấp dựa trên nền tảng WebGIS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST
Báo xấu
14
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu phát triển mô hình phần mềm tính toán phát thải khí CH4 từ bãi chôn lấp dựa trên nền tảng WebGIS đánh giá được khoảng thời gian phát sinh khí CH4 cực đại trong giai đoạn 2019-2030 nhằm tăng cường kiểm soát và giảm thiểu phát thải tại lần lượt từng BCL được đánh giá.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu phát triển mô hình phần mềm tính toán phát thải khí CH4 từ bãi chôn lấp dựa trên nền tảng WebGIS

  1. KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ V Doi: 10.15625/vap.2022.0197 NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH/PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PHÁT THẢI KHÍ CH4 TỪ BÃI CHÔN LẤP DỰA TRÊN NỀN TẢNG WebGIS Bùi Tá Long 1,2*, Nguyễn Hoàng Phong1,2, Nguyễn Châu Mỹ Duyên1,2 0F 1 Phòng thí nghiệm Mô hình hóa Môi trường, Khoa Môi trường và Tài Nguyên, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, 268, Lý Thường Kiệt, Quận 10, TP. HCM 2 Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh, Linh Trung, Thủ Đức, TP. HCM TÓM TẮT Việt Nam đang hướng đến mục tiêu kiểm soát, cắt giảm 8 % khí nhà kính (KNK) đến năm 2030, một trong số đó là từ hoạt động của hơn 660 bãi chôn lấp (BCL) trên cả nước. Nghiên cứu này đã tập trung phát triển một nền tảng dựa trên cách tiếp cận mô hình hóa và công nghệ WebGIS có tên là EnLandFill để ước tính tải lượng phát thải KNK (tập trung vào CH4) từ các BCL được lựa chọn điển hình tại Thành phố Hồ Chí Minh (TP. HCM) (BCL Phước Hiệp), Đồng Nai (BCL Bàu Cạn) và Bình Dương (BCL Nam Bình Dương). Kết quả nghiên cứu đã cho thấy tổng phát thải CH4 từ 03 BCL ước tính khoảng 159 nghìn tấn (xấp xỉ 168 triệu m3) và có xu hướng giảm dần trong giai đoạn 2019-2030. Hơn nữa, nền tảng EnLandFill không chỉ đơn thuần là một phần mềm tính toán, mà đã được phát triển như là một công cụ hỗ trợ ra quyết định nhằm tăng cường quản lý kiểm soát phát thải CH4 phát sinh từ các BCL đơn lẻ theo quy mô cấp vùng hường đến các đối tượng là cơ quan quản lý với sự kết hợp chặt chẽ giữa thông tin - cơ sở dữ liệu và mô hình toán phù hợp với điều kiện riêng của Việt Nam. Từ khóa: Bãi chôn lấp, EnLandFill, khí CH4, mô hình lan truyền, tải lượng phát thải. 1. MỞ ĐẦU Quản lý chất thải rắn (CTR) được xem là tập hợp các quá trình vận hành phức tạp, đa ngành và có các tham số phi tuyến tính bởi sự liên kết đa quy trình có liên quan với nhau, sự biến động của các yếu tố nhân khẩu học và kinh tế - xã hội gây ảnh hưởng đến một hệ thống tổng thể cũng như kiểm soát quá trình ra quyết định [1]. Khi xem xét một cách toàn diện, các mô hình toán đã được phát triển hầu như chỉ tập trung vào từng khía cạnh cụ thể liên quan đến những yếu tố chức năng rời rạc, chủ yếu là khía cạnh công nghệ và môi trường [2]. Hơn nữa, còn là sự khó khăn từ vấn đề định lượng phát thải khí CH4 từ BCL là một trong những nhiệm vụ đầy thách thức do sự biến động của thông lượng phát thải theo không gian, thời gian và sự giới hạn về mặt kỹ thuật [3]. Đây chính là lý do vì sao Chính phủ, Chính quyền các địa phương và các nhà lập pháp đã rất khó khăn trong việc tìm ra giải pháp áp dụng các chiến lược phù hợp để quản lý CTR, như hoạt động phân loại chất thải tại nguồn, thực hiện các sáng kiến nền kinh tế không chất thải, cung cấp dịch vụ tái chế, thiết kế công nghệ biến chất thải thành năng lượng, sản xuất phân compost hay thậm chí là quy hoạch vận hành các BCL [4]. * Tác giả liên hệ, địa chỉ email: longbt62@hcmut.edu.vn 436
  2. Nghiên cứu phát triển mô hình/ phần mềm tính toán phát thải khí ch4 từ bãi chôn lấp dựa trên… Sự phát triển công tác quản lý môi trường được hưởng lợi từ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, phần mềm và truyền thông [5]. Những công nghệ mang tính cách mạng này làm cho việc quản lý phát thải KNK từ BCL đô thị ngày càng trở nên thông minh hơn. Các nhà quản lý đô thị có thể kiểm soát các quy trình như thu thập dữ liệu, đồng hóa dữ liệu, tính toán theo các mô hình, phát hành thông tin và phân tích dữ liệu thông qua các ứng dụng Web [5]. Kinh nghiệm từ kết quả nghiên cứu thực tế đã chứng minh rằng các ứng dụng Web trên máy chủ người dùng tương tác và phản hồi nhanh hơn [6]. Bên cạnh đó, một số nhà lập trình mô hình toán học cũng đã nhận ra những lợi thế tiềm năng của việc sử dụng Web làm nền tảng cho các phép mô phỏng số [7]. Nhìn chung, các ứng dụng dựa trên Web đã trở thành một xu hướng phát triển ứng dụng và sự phát triển của các ứng dụng cung cấp hỗ trợ quyết định cho việc quản lý phát thải KNK [5]. Hơn nữa, các ứng dụng dựa trên Web có lợi thế hơn trong quản lý môi trường đô thị so với các ứng dụng phát triển trên máy tính độc lập [8]. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại ở Việt Nam vẫn chưa có bất cứ một công cụ hỗ trợ ra quyết định nào để đáp ứng yêu cầu của các nhà quản lý với khả năng có thể tích hợp nhiều loại dữ liệu để quản lý hoạt động một BCL, kiểm soát vấn đề phát thải CH4 và xây dựng các chính sách cải thiện hiệu quả vận hành mang tính liên vùng, mặc dù tính cấp thiết là vô cùng đáng kể. Do đó, sự cấp thiết của nghiên cứu này đã đề xuất và triển khai một khuôn khổ nền tảng theo cách tiếp cận mô hình hóa để giải quyết các vấn đề về mặt quản lý CTR, đặc biệt với khả năng xác định được các tham số tối ưu đối chiếu với các tham số mặc định trong việc xác định lượng CH4 phát sinh từ hoạt động chôn lấp chất thải và đánh giá được sự phân bố theo thời gian. Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển và đề xuất một mô hình/phần mềm phù hợp với điều kiện riêng tại Việt Nam ở dạng WebGIS, có tên gọi chung là “EnLandFill - Environmental information-model integrated system for pollutants emission and dispersion estimation from LandFill” nhằm tăng cường quản lý kiểm soát phát thải CH4 phát sinh từ các BCL, trọng tâm là TP. HCM, Đồng Nai và Bình Dương, những đầu tàu kinh tế thuộc vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam (KTTĐPN); cụ thể là các BCL Phước Hiệp, Bàu Cạn và Nam Bình Dương đã được lựa chọn làm đặc trưng điển hình cho khu vực nghiên cứu. Nền tảng EnLandFill đã liên kết được những thông tin, cơ sở dữ liệu về thông số kỹ thuật, hiện trạng vận hành của các BCL với dự báo diễn biến quá trình khí CH4 phát sinh; xác định được bộ thông số (L0 và k) tối ưu riêng cho từng khu vực nghiên cứu so sánh với các thông số mặc định và dự báo được tải lượng phát thải khí CH4 cho giai đoạn 2019-2030 theo quy hoạch quản lý, xử lý CTR; và cho phép tạo ra các kịch bản quản lý CTR khác nhau trong tương lai theo từng mục tiêu giảm thiểu đóng góp phát thải CH4, sự quyết định lựa chọn kịch bản vận hành tối ưu là cơ sở phục vụ cho điều chỉnh và lựa chọn phương án quy hoạch của Chính quyền địa phương. Từ đó, có thể đánh giá được khoảng thời gian phát sinh khí CH4 cực đại trong giai đoạn 2019-2030 nhằm tăng cường kiểm soát và giảm thiểu phát thải tại lần lượt từng BCL được đánh giá. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng Vùng KTTĐPN là một trong những khu vực có khối lượng CTR sinh hoạt đô thị phát sinh lớn nhất cả nước, trong đó phát sinh chủ yếu từ các tỉnh Đông Nam Bộ có khối lượng lên đến 8.981,35 tấn/ngày và tập trung tại các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương và TP. HCM [9]. Tại TP. HCM, Phước Hiệp là một số những BCL có diện tích lớn nhất với khoảng 70,6 ha [10] thuộc Khu liên hợp xử lý Tây Bắc, huyện Củ Chi có diện tích quy hoạch lên đến 660 ha [11]. BCL Nam Bình Dương thuộc phân nhóm xử lý CTR sinh hoạt của Khu liên hợp xử lý CTR Nam Bình Dương; đây là khu xử lý 437
  3. Bùi Tá Long, Nguyễn Hoàng Phong, Nguyễn Châu Mỹ Duyên duy nhất tại tỉnh Bình Dương thực hiện tiếp nhận, xử lý đồng thời CTR sinh hoạt, chất thải công nghiệp, chất thải nguy hại và chất thải y tế. Khu xử lý chất thải Bàu Cạn tại xã Bàu Cạn, huyện Long Thành là một trong 09 khu xử lý CTR chính trên địa bàn tỉnh Đồng Nai với diện tích quy hoạch tới 91 ha cho 11 hạng mục công trình [12], trong đó BCL Bàu Cạn là một công trình xử lý CTR sinh hoạt chủ yếu hiện nay. Đây là 03 BCL điển hình được lựa chọn để đánh giá lượng phát thải CH4 ở giai đoạn 2019-2030 trong nghiên cứu. Hình 1. Khu vực nghiên cứu tại 3 BCL: Phước Hiệp, Bàu Cạn và Nam Bình Dương 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp xác định giá trị tiềm năng phát sinh khí CH4 (L0) Giá trị tiềm năng phát sinh khí CH4 (L0) hay tải lượng khí CH4 tối đa được phát sinh từ CTR được chôn lấp với giả thiết quá trình phân hủy xảy ra hoàn toàn được xác định theo công thức (1). Giá trị L0 phụ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ tại BCL. Hàm lượng cellulose trong CTR càng cao thì L0 có giá trị càng cao. Ngoài việc phụ thuộc vào bản chất CTR, giá trị L0 còn phù thuộc vào điều kiện BCL, điều kiện khí hậu của khu vực và công tác vận hành các BCL nói chung. Trong EnLandFill, giá trị L0 được xác định theo lý thuyết của mô hình phân hủy bậc 1 (FOD) của IPCC, 2006 [13–14] như sau: 438
  4. Nghiên cứu phát triển mô hình/ phần mềm tính toán phát thải khí ch4 từ bãi chôn lấp dựa trên…  n  DOC = ∑ DOCi ⋅ Wi  1  DDOCm = WT ⋅ DOC ⋅ DOC f ⋅ MCF (1)  16  L0 = DDOCm ⋅ ⋅ F  12 trong đó: DOCi: giá trị carbon cố định của từng thành phần CTR hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học (%); Wi: tỷ lệ khối lượng của thành phần i trong CTR chôn lấp (%); WT: khối lượng CTR được đưa đến BCL của năm T (tấn/năm), giá trị WT chọn WT = 1 nhằm xác định giá trị DDOCm của 1 tấn CTR đưa vào BCL; DOCf: giá trị DOC có thể tự phân hủy (giá trị khuyến nghị theo IPCC là 0,5); MCF: hệ số hiệu chỉnh khí CH4; DOC: phần carbon hữu cơ dễ phân hủy trong CTR chôn lấp; (16/12): tỷ lệ trọng lượng phân tử CH4/C; F: tỷ lệ khí CH4 trong tổng khí BCL (giá trị khuyến nghị theo IPCC là 0,5); DDOCm: khối lượng các chất hữu cơ bị phân hủy được chôn lấp trong năm T (tấn/năm). 2.2.2. Phương pháp xác định tải lượng phát thải khí CH4 phát sinh Phần mềm EnLandFill đã dùng các phương trình tốc độ phân hủy bậc nhất (theo cơ sở lý thuyết của mô hình LandGEM [15]) để ước tính lượng khí CH4 (QCH4) hàng năm theo thời gian của BCL theo công thức (2) bên dưới như sau: n 1  M  − kt QCH 4 = (1 − E ) × (1 − OX ) × ∑ ∑ kL0  i e ij × DCH 4 (2) Yeari i =1 j = 0.1  10  trong đó: i: tuổi thọ của CTR được chôn lấp (năm); n: tuổi thọ của BCL (được tính từ năm đầu tiên có sự phát thải cho đến khi hết khí thải phát sinh); j: tuổi của CTR được chôn lấp (0,1 năm); Mi: khối lượng CTR năm thứ i (tấn); tij: tuổi của CTR phần thứ j trong năm thứ i của khối lượng chất thải Mi (năm số thập phân); L0: tiềm năng phát sinh khí CH4 tối ưu (m3/tấn); k: hằng số tốc độ phát sinh khí CH4 tối ưu (năm-1); OX: hệ số oxy hóa lớp phủ bề mặt (%); E: hệ số hiệu quả thu hồi khí phát sinh (%); DCH 4 : giá trị trọng lượng riêng của khí CH4 (tấn/m3); F: tỷ lệ phần trăm khí CH4 trong tổng các khí BCL phát sinh (%). 2.2.3. Phương pháp mô phỏng phân tán CH4 từ BCL Mô hình phân tán trong EnLandFill là các mô hình toán có xem xét đến yếu tố địa hình và nhận thấy rằng luồng khí là sự kết hợp của hai trường hợp cùng xảy ra đồng thời, gồm một luồng ngang và một luồng theo địa hình [10]. Do đó, nồng độ tổng hợp tại một vị trí tiếp nhận là sự tổng hợp nồng độ từ các trạng thái trên. Công thức (3) là dạng công thức tổng quát xác định nồng độ chất ô nhiễm áp dụng trong điều kiện ổn định hoặc không ổn định. CT {x r , y r , z r } = f .CC,S {x r , y r , z r } + (1 − f ).CC,S {x r , y r , z p } (3) trong đó: CT{xr, yr, zr}: tổng nồng độ; CC,S{xr, yr, zr}: nồng độ đóng góp từ luồng khí theo phương ngang (các chỉ số C và S tương ứng với các trường hợp ổn định và không ổn định); CC,S{xr, yr, zp}: nồng độ đóng góp từ địa hình; f: hàm số trọng số; {xr, yr, zr}: biểu diễn tọa độ của điểm tiếp nhận (với zr được xác định theo cao trình của điểm nguồn phát thải); (zp = zr – zt): chiều cao của điểm tiếp nhận so với địa hình; zt: chiều cao địa hình tại điểm tiếp nhận [10]. 2.2.4. Đánh giá khả năng mô phỏng lan truyền CH4 Chỉ số NASH được áp dụng để đánh giá mức độ tương thích giữa kết quả tính toán mô phỏng 439
  5. Bùi Tá Long, Nguyễn Hoàng Phong, Nguyễn Châu Mỹ Duyên CH4 từ phần mềm EnLandFill và kết quả thực đo từ chương trình quan trắc chất lượng không khí xung quanh tại các BCL, được xác định theo công thức (4) bên dưới như sau: n ∑ (C − CObs ) 2 sim NASH = 1 − n i =1 (4) ∑ (C − CObsTB ) 2 Obs i =1 trong đó: Csim: nồng độ chất được tính toán từ phần mềm EnLandFill (mg/m3 hoặc µg/m3); CObs: nồng độ chất đạt được từ hoạt động quan trắc (mg/m3 hoặc µg/m3); CObsTB: nồng độ chất CH4 thực đo trung bình (mg/m3 hoặc µg/m3). Hình 2 bên dưới thể hiện sơ đồ quy trình vận hành các bước tính toán trong phần mềm EnLandFill. Hình 2. Sơ đồ quy trình vận hành các bước tính toán trong phần mềm EnLandFill 2.3. Nguồn dữ liệu cho mô phỏng 2.3.1. Khối lượng CTR xử lý Từ năm 2003, BCL Phước Hiệp (ô số 1) đã tiếp nhận 819.727 tấn và từ năm 2003-2006 đã xử lý được 3.500.000 tấn CTR [16]. Giai đoạn 2007-2013, BCL Phước Hiệp đã tiếp tục chôn lấp thêm 5.393.000 tấn CTR tại các ô số 1A, số 2 và đến năm 2015 tổng khối lượng CTR được xử lý tại các ô chôn lấp đã lên đến 6.987.670 tấn [16]. Đối với BCL Nam Bình Dương đã xử lý 2.131.343 tấn CTR từ 2004 đến 2017; trong đó khối lượng tiếp nhận của năm 2012 đạt cực đại, ở mức 287.016 tấn, trung bình 23.921,7 tấn/tháng và thấp nhất vào năm 2005 với tổng khối lượng 37.662,1 tấn, trung bình 3.138,5 tấn/tháng [17]. Từ năm 2013-2017, khoảng 55% tổng lượng CTR tiếp nhận được xử lý làm phân compost nên khối lượng CTR chôn lấp đã giảm so với trước năm 2012 [17]; và từ tháng 9/2017 đến nay, CTR được xử lý tại Khu số 2 của BCL Nam Bình Dương với tổng khối lượng tiếp nhận thêm khoảng 733.190 tấn [17]. Đối với BCL Bàu Cạn, trong năm 2015 đã chôn lấp khoảng 68.825 tấn CTR [12] thu gom từ huyện Nhơn Trạch và huyện Long Thành. Từ 2016-2019, khối lượng CTR tiếp nhận hàng năm tăng dần từ 5,54-19,7% so với năm 2015 và BCL luôn trong tình trạng xử lý vượt quá công suất [12]. Hiện tại, tổng khối lượng CTR tại 2 ô chôn lấp ở BCL Bàu Cạn đã lên đến 379.173 tấn [12]. 440
  6. Nghiên cứu phát triển mô hình/ phần mềm tính toán phát thải khí ch4 từ bãi chôn lấp dựa trên… 2.3.2. Thành phần và tính chất của CTR xử lý Tiềm năng phát sinh khí CH4 hay L0 (m3/tấn) là một thông số hiệu chỉnh trong mô hình EnLandFill, chủ yếu phụ thuộc vào bản chất của CTR xử lý trong BCL và phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng chất hữu cơ có trong BCL [13]. Do đó, thành phần và tính chất của CTR tại các BCL tính toán Phước Hiệp, Nam Bình Dương, và Bàu Cạn cũng là yếu tố đầu vào quan trọng (Bảng 1). Bảng 1. Thành phần và tính chất CTR của các BCL Phước Hiệp, Nam Bình Dương và Bàu Cạn Thành phần BCL Phước Hiệpa BCL Nam Bình Dươngb BCL Bàu Cạnc Tỉ lệ khối lượng, Wi % Tỉ lệ khối lượng, Wi % Tỉ lệ khối lượng, Wi % Khoảng Trung bình Khoảng Trung bình Khoảng Trung bình Giấy, bìa carton 4,1-5,5 4,8 2,0-7,0 4,10 2,5-4,8 3,65 Vải vụn, sợi dệt 0,2-1,8 1,0 2,0-9,0 5,60 0,9-1,8 1,35 Thực phẩm thừa 83,0-87,0 85,0 10,0-18,0 12,90 83,1-88,9 86,00 Vỏ sò - - - - 1,1-1,2 1,15 Gỗ, tre, rơm rạ 0,5-1,7 1,1 4,0-11,0 8,00 1,5-2,2 1,85 Chất thải sân vườn - - 2,0-7,0 4,50 - - Bông, băng, tã giấy 0,9-1,1 1,0 - - 0,5-0,9 0,70 Cao su và da 0,1-0,42 0,26 0,4-0,8 0,60 0,1-0,3 0,20 Nhựa 2,2-3,1 2,65 - - 0,05-0,15 0,10 Túi nylon - - - - 1,4-2,2 1,80 Kính, gốm sứ 0,5-0,8 0,65 - - 0,3-0,5 0,40 Kim loại, vỏ lon 0,1-0,2 0,15 - - 0,05-0,15 0,10 Mút, xốp - - - - 0,2-0,3 0,25 Thành phần khác, trơ 1,3-6,2 3,75 62,0-69,0* 64,20 1,1-3,8 2,45 Ghi chú: (*) Chất thải vô cơ; a: [11], [16]; b: [17]; c: [12]; dấu -: Không có số liệu 2.3.3. Hằng số tốc độ phát sinh khí CH4 (k) Cùng với L0, hằng số tốc độ sinh khí CH4 (k) là một trong 02 thông số chính khi tính tải lượng khí CH4 phát sinh trong mô hình EnLandFill [10]. Trong phần mềm EnLandFill, giá trị k được thiết lập ở mô-đun “Input Parameters” trong khối mô hình “Landfill gas emissions”. Hằng số k là giá trị phân hủy sinh học chu kỳ bán rã (năm-1) thông thường có giá trị từ 1-50 năm-1 và thường cao hơn trong điều kiện khí hậu lạnh và khô phản ánh tỉ lệ khí CH4 sinh ra cho khối lượng CTR trong BCL [15]. 2.3.4. Số liệu quan trắc chất lượng không khí xung quanh BCL Thông tin, dữ liệu về vị trí quan trắc cũng như kết quả diến biến chất lượng không khí xung quanh là nhóm dữ liệu quan trọng được thiết lập tại môđun “Environmental monitoring” trong EnLandFill phục vụ cho kiểm định kết quả mô hình. Trong đó, số liệu của khu vực BCL Phước Hiệp trong nghiên cứu này được sử dụng từ nghiên cứu của [10]. Số liệu cho các BCL Nam Bình Dương và Bàu Cạn được thu thập trong báo cáo Chương trình quan trắc môi trường định kỳ và Báo cáo Quản lý chất thải từ Sở Tài Nguyên và Môi trường tỉnh Bình Dương và tỉnh Đồng Nai. 2.3.5. Dữ liệu về khí tượng Dữ liệu thông số khí tượng lớp biên đã được hiệu chỉnh, kiểm định xuất ra từ mô hình WRF (Weather Research & Forecasting) cho các thời điểm tính toán ngày 06/5/2019, 07/3/2019, 20/5/2019 của kịch bản mô phỏng hiện trạng lần lượt cho các bãi chôn lấp Phước Hiệp, Nam Bình 441
  7. Bùi Tá Long, Nguyễn Hoàng Phong, Nguyễn Châu Mỹ Duyên Dương và Bàu Cạn. Số liệu về các thông số khí tượng lớp biên trên cũng được giả định để xây dựng các kịch bản mô phỏng phân tán CH4 cho năm 2030 trong mô hình. Kết quả số liệu khí tượng dạng tệp Excel là thông số đầu vào trực tiếp trong mô hình phân tán của phần mềm EnLandFill. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Giá trị L0 và hệ số k tối ưu cho mô phỏng Thành phần chất thải hữu cơ được chôn lấp tại BCL Nam Bình Dương là tương đối thấp chỉ khoảng 31,0-38,0 %, thành phần thực phẩm thừa cũng chỉ chiếm 12,9 % trong khi đó thành phần chất trơ, vô cơ chiếm tỉ lệ trung bình lên tới 64,2 %. Kết quả từ EnLandFill đã xác định được giá trị L0 của BCL Nam Bình Dương là 47,39 m3/tấn với các giá trị DDOCm là 0,043 tấn/năm và tỉ lệ F là 57 %. Đối với BCL Bàu Cạn, kết quả thông số L0 ước tính được là 137,59 m3/tấn, tương ứng với các DDOCm là 0,124 tấn/năm và tỉ lệ F là 53 %. Riêng đối với BCL Phước Hiệp giá trị L0 tối ưu đã được chọn áp dụng từ nghiên cứu của [10]. Từ nghiên cứu của [18] xác định được khoảng giá trị k ban đầu đối với BCL Nam Bình Dương là 0,34 ≤ k ≤ 0,51. Tương tự như đối với BCL Nam Bình Dương xác định được khoảng giá trị k cho BCL Bàu Cạn là 0,0726 ≤ k ≤ 0,51. Có thể nhận thấy rằng các khoảng giá trị k xác định ban đầu là tương đối phù hợp với lý thuyết mô hình IPCC FOD 2006 của [13] với các BCL có tốc độ phân hủy nhanh với thành phần hữu cơ là chủ yếu và thuộc khu vực nhiệt đới (nhiệt độ trung bình > 20 oC) và có lượng mưa trung bình nhiều năm trên 1.000 mm như Việt Nam thì 0,17 ≤ k ≤ 0,70. Kết quả tính toán mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm từ nguồn dữ liệu tải lượng phát thải tính toán được trong EnLandFill cho các kịch bản hiện trạng: 07/3/2019 đối với BCL Nam Bình Dương và 20/5/2019 đối với BCL Bàu Cạn xuất ra tại các vị trí quan trắc trên cơ sở tính toán chỉ số Nash và đánh giá Nash-index ≥ 0,70 sẽ quyết định được giá trị k tối ưu cho BCL tính toán [10]. Từ việc sử dụng các phép lặp chạy mô phỏng kịch bản trong mô hình EnLandFill xác định được giá trị k tối ưu đối với các BCL Nam Bình Dương và Bàu Cạn lần lượt là 0,398 năm-1 và 0,347 năm-1. Riêng đối với BCL Phước Hiệp giá trị k tối ưu bằng 0,4 năm-1 tiếp tục được áp dụng từ nghiên cứu [10]. 3.2. Đánh giá tải lượng khí CH4 phát sinh Bảng 2. Tải lượng phát thải CH4 hàng năm của các BCL ở giai đoạn 2019-2030 Năm Tải lượng phát thải khí CH4, (Tấn/năm) BCL Phước Hiệp BCL Nam Bình Dương BCL Bàu Cạn 2019 29.417,707 7.364,403 5.307,252 2020 19.719,278 7.244,909 6.007,142 2021 13.218,228 6.184,358 6.244,805 2022 8.860,443 4.145,499 4.713,700 2023 5.939,333 2.778,811 3.631,507 2024 3.981,254 1.862,693 2.866,607 2025 2.668,714 1.248,600 2.326,793 2026 1.788,893 836,962 1.944,429 2027 1.199,131 561,032 1.494,268 2028 803,801 376,071 1.176,092 2029 538,804 252,088 951,532 2030 361,171 168,980 792,84 442
  8. Nghiên cứu phát triển mô hình/ phần mềm tính toán phát thải khí ch4 từ bãi chôn lấp dựa trên… Hình 3. Tổng phát thải CH4 tại 3 BCL: Phước Hiệp, Bàu Cạn và Nam Bình Dương (2019-2030) Bảng 2 và Hình 3 đã trình bày kết quả ước tính tải lượng phát thải CH4 từ các BCL Phước Hiệp, Nam Bình Dương và Bàu Cạn trong giai đoạn 2019-2030. Có thể thấy rằng từ 2025-2030 tổng tải lượng khí CH4 phát sinh từ 03 cụm BCL Phước Hiệp, Nam Bình Dương và Bàu Cạn đại diện cho vùng KTTĐPN là 158.977,773 tấn và giảm dần từ năm 2019 đến năm 2030. Tải lượng phát thải cực đại trong giai đoạn là vào năm 2019 với 42.089,362 tấn và trong 04 năm đầu tiên từ 2019-2022 tổng lượng phát thải khí CH4 chiếm tới 75 % tổng tải lượng phát thải khí CH4 của cả giai đoạn, đây là khoảng thời gian thích hợp và tối ưu cho công tác thu hồi khí CH4 tại tạo năng lượng cũng như đóng góp vào mục tiêu giảm thiểu phát thải khí nhà kính cho vùng KTTĐPN. Từ năm 2019-2025, phát thải toàn vùng đóng góp chủ yếu từ BCL Phước Hiệp, chiếm trên 50 % và trong thời gian từ 2025-2030, phát thải của BCL Bàu Cạn đóng góp là chủ yếu. 3.3. Đánh giá sự lan truyền khí CH4 từ các BCL Hình 4. Kết quả mô phỏng lan truyền CH4 từ BCL Phước Hiệp và Bàu Cạn năm 2025 Kết quả mô phỏng lan truyền CH4 đối với các BCL Phước Hiệp, Nam Bình Dương và Bàu Cạn theo kịch bản phát thải năm 2025 với giả định các thông số điều kiện khí tượng lớp biên tương ứng như trường hợp hiện trạng năm 2019 được thể hiện trong các Hình 4 và Hình 5. Kết quả mô 443
  9. Bùi Tá Long, Nguyễn Hoàng Phong, Nguyễn Châu Mỹ Duyên phỏng lan truyền CH4 theo kịch bản phát thải năm 2025 cho thấy trường hợp BCL Phước Hiệp nồng độ CH4 dao động từ 0,0-103,897 mg/m3; trong khi đó nồng độ CH4 đạt khoảng 0,0-4,282 mg/m3 với trường hợp phát thải của BCL Nam Bình Dương và mức dao động này đối với BCL Bàu Cạn là từ 0,0-11,101 mg/m3. Mặt khác, từ kết quả có thể thấy mức nồng độ cực đại và phạm vi ảnh hưởng trực tiếp giảm đáng kể so với năm 2019 và 2025, cụ thể với trường hợp BCL Phước Hiệp nồng độ CH4 dao động từ 0,0-14,053 mg/m3 với nồng độ cực đại đã giảm khoảng 7,39 lần so với kịch bản năm 2025; trong khi đó nồng độ CH4 đạt khoảng 0,0-0,579 mg/m3 với trường hợp phát thải của BCL Nam Bình Dương và mức dao động này đối với BCL Bàu Cạn là từ 0,0-3,775 mg/m3. Tương tự như đối với BCL Phước Hiệp nồng độ cực đại tại 02 BCL còn lại cũng đã giảm mạnh so với kịch bản năm 2025 lần lượt là 7,40 và 2,94 lần. Hình 5. Kết quả mô phỏng lan truyền CH4 từ BCL Nam Bình Dương năm 2025 444
  10. Nghiên cứu phát triển mô hình/ phần mềm tính toán phát thải khí ch4 từ bãi chôn lấp dựa trên… 3.4. Thảo luận Từ kết quả tính lan truyền có thể thấy rằng theo thời gian từ 2019-2030 nồng độ chất ô nhiễm và phạm vi lan truyền chất ô nhiễm đã thu hẹp đáng kể. Mức độ tin cậy của kết quả tính lan truyền CH4 từ EnLandFill được đánh giá thông qua sự tương quan với số liệu quan trắc ngày 06/5/2019, 07/3/2019 và 20/5/2019 lần lượt cho 03 BCL Phước Hiệp, Nam Bình Dương và Bàu Cạn. Kết quả tính toán kiểm định thông qua chỉ số NASH cho kết quả lần lượt là 0,73; 0,71 và 0,70. Như vậy, có thể thấy rằng kết quả từ mô hình vẫn có sai số nhưng ở mức chấp nhận được (NASH > 0,50). Sai số từ kết quả mô hình có thể được lý giải bởi việc mô hình tính toán chưa lưu ý nồng độ nền và nồng độ từ các nguồn phát sinh khí khác trong khu vực nghiên cứu như hoạt động vận chuyển rác thải đến khu xử lý, hoạt động tập kết chất thải tạm, hoạt động từ các khu vực ủ compost,... Đây cũng được xem là những hạn chế của phần mềm EnLandFill hiện tại; do đó, mở rộng cho hướng nghiên cứu tiếp theo trong tương lai sẽ tiếp tục dựa trên các chuỗi số liệu quan trắc để tiếp tục kiểm định cho các kết quả mô phỏng có xét đến yếu tố nồng độ nền trong tính toán cũng như đóng góp ô nhiễm từ các khu vực khác đến một cách toàn diện. 4. KẾT LUẬN Việc tính toán phát thải CH4 từ BCL không những cần đảm bảo độ chính xác mà cần được chia sẻ cho nhiều đối tượng ra quyết định cũng như tham gia vào quá trình tính toán. Trong nghiên cứu này, công nghệ WebGIS được sử dụng khi xây dựng phần mềm hướng tới đa đối tượng người dùng khác nhau. Giao diện phần mềm đảm bảo rằng ứng dụng có thể được truy cập từ trình duyệt mà không cần cài đặt bất kỳ phần mềm bổ sung nào. Toàn bộ số liệu nhập vào trên thực tế là để chia sẻ cho nhiều nhóm đối tượng. Thay vì sử dụng các sản phẩm trên máy tính để bàn với nhiều thông số kỹ thuật gây khó khăn cho đối tượng không phải chuyên gia, phần mềm EnLandFill với công nghệ trực tuyến đã đưa ra các giao diện Web chuẩn và trực quan hóa chi tiết các kết quả hiển thị. EnLandFill cho phép người ra quyết định: (i) Truy xuất và định dạng dữ liệu báo cáo phát thải thông qua 06 dạng báo cáo với mức độ chi tiết khác nhau; (ii) Chạy mô hình bài toán thuận tính phát thải, chạy bài toán ngược tính công suất nguồn thải phân bố theo không gian toàn BCL; (iii) Phổ biến kết quả tính toán cho nhiều nhóm đối tượng khác nhau; (iv) Xuất ra bản đồ phát thải cho các đối tượng ra quyết định. Phần mềm EnLandFill cũng cho phép tính toán mức độ, phạm vi ảnh hưởng từ các BCL, giúp các nhà quản lý đưa ra được phạm vi an toàn cho các khu vực xung quanh. Kết quả tính toán định lượng cho 03 BCL hỗ trợ xác định phạm vi, mức độ ảnh hưởng sự phân tán CH4 cho thấy tại BCL Phước Hiệp nồng độ CH4 dao động từ 0,0-14,053 mg/m3; trong khi đó của BCL Nam Bình Dương và Bàu Cạn lần lượt là 0,0-0,579 mg/m3 và 0,0-3,775 mg/m3 ở năm 2030. Lời cảm ơn Nhóm tác giả xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới Phòng thí nghiệm Mô hình hóa Môi trường thuộc Khoa Môi trường và Tài nguyên; Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống (DCSELab), Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. A. Maalouf and M. El-fadel, (2020). Science of the Total Environment A novel software for optimizing emissions and carbon credit from solid waste and wastewater management, Science of the Total Environment, ISSN: 0048-9697, 714, 136736, doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.136736. 445
  11. Bùi Tá Long, Nguyễn Hoàng Phong, Nguyễn Châu Mỹ Duyên 2. H. W. Gottinger, (1986). A computational model for solid waste management with applications, Applied Mathematical Modelling, ISSN: 0307-904X, 10, 330-338, doi: 10.1016/0307- 904X(86)90092-2. 3. J. Mønster, P. Kjeldsen, and C. Scheutz, (2019). Methodologies for measuring fugitive methane emissions from landfills – A review, Waste Management, ISSN: 0956-053X, 87, 835-859, doi: 10.1016/j.wasman.2018.12.047. 4. N. Zarrinpoor and M. S. Pishvaee, (2021). Designing a municipal solid waste management system under disruptions using an enhanced L-shaped method, Journal of Cleaner Production, ISSN: 0959-6526, 299, 126672, doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126672. 5. F. Collins, D. Orpen, E. McNamara, C. Fay, and D. Diamond (2013). Web-Based Monitoring of Gas Emissions from Landfill Sites using Autonomous Sensing Platforms, 124. 6. C. E. Brendel, R. L. Dymond, and M. F. Aguilar, (2019). An interactive web app for retrieval, visualization, and analysis of hydrologic and meteorological time series data, Environmental Modelling & Software, ISSN: 1364-8152, 117, 14-28, doi: 10.1016/j.envsoft.2019.03.003. 7. J. Byrne, C. Heavey, and P. J. Byrne, (2010). A review of Web-based simulation and supporting tools, Simulation Modelling Practice and Theory, ISSN: 1569-190X, 18(3), 253-276, doi: 10.1016/j.simpat.2009.09.013. 8. Z. Zeng, X. Yuan, J. Liang, and Y. Li, (2020). Designing and implementing an SWMM-based web service framework to provide decision support for real-time urban stormwater management, Environmental Modelling & Software, ISSN: 1364-8152, 135, 104887, doi: 10.1016/j.envsoft.2020.104887. 9. N. H. Duc (2014). Current status, solid waste management policy in Vietnam and potential for energy recovery from solid waste, Department of Natural Resources and Environment, Ho Chi Minh City. 10. L. T. Bui and P. H. Nguyen, (2020). Integrated model for methane emission and dispersion assessment from land fills : A case study of Ho Chi Minh City , Vietnam, Science of the Total Environment, ISSN: 0048-9697, 738, 139865, doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.139865. 11. HCMDNRE-a (2011). The System of Urban Solid Waste Management in Ho Chi Minh City Current and Future Situation (HCMC), Department of Natural Resources and Environment, Ho Chi Minh City. 12. Dong Nai DNRE (2019). Report of Solid waste management in Dong Nai Province in 2019, Department of Natural Resources and Environment, Dong Nai Province. 13. R. Pipatti et al. (2006), Chapter 3: Solid Waste Disposal, in 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, IPCC, 1-40. 14. R. Pipatti et al. (2006), Chapter 2: Waste generation, composition and management data, in 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, IPCC, 1-23. 15. A. Alexander, C. Burklin, and A. Singleton (2005). Landfill Gas Emissions Model (LandGEM) Version 3.02 User’s Guide, 56. 446
  12. Nghiên cứu phát triển mô hình/ phần mềm tính toán phát thải khí ch4 từ bãi chôn lấp dựa trên… 16. HCMDNRE-b (2018). Explanation of Ho Chi Minh City’s Solid Waste Management Planning Report to 2025, Vision to 2050, Department of Natural Resources and Environment, Ho Chi Minh City. 17. Binh Duong DNRE (2019). Report of Solid waste management in Binh Duong Province in 2019, Department of Natural Resources and Environment, Binh Duong Province. 18. J. K. Park, Y. G. Chong, K. Tameda, and N. H. Lee (2018), Methods for determining the methane generation potential and methane generation rate constant for the FOD model: a review, Waste Management and Research, ISSN: 0734-242X, 36(3), 200-220, doi: 10.1177/0734242X17753532. DEVELOPING A MODEL/SOFTWARE TO ESTIMATE CH4 EMISSION GENERATED FROM LANDFILLS BASED ON WebGIS 1F Long Ta Bui1, 2*, Phong Hoang Nguyen1,2, Duyen My Chau Nguyen1,2 1 Laboratory of Environmental Modeling, Faculty of Environment and Natural Resources, Ho Chi Minh City University of Technology, 268, Ly Thuong Kiet, District 10, Ho Chi Minh City 2 Vietnam National University, Ho Chi Minh,Linh Trung, Thu Duc, Ho Chi Minh City ABSTRACT Vietnam aims to control and mitigate the greenhouse gasses (GHGs) to 8 % by 2030, one of which is from the operation of more than 660 landfills across the country. This study focused on developing a platform based on WebGIS technology and a modeling approach called EnLandFill to estimate GHG emissions (with a focus on CH4 emission) from typically selected landfills in Ho Chi Minh City (HCMC) with Phuoc Hiep landfill, Dong Nai province with Bau Can landfill, and Binh Duong province with Nam Binh Duong landfill. The outcomes reported that the total CH4 emissions from three landfill sites were estimated at roughly 159 thousand tonnes (about 168 million m3) and tended to decline gradually between 2019 and 2030. Furthermore, the EnLandFill platform is not only a calculation software but has been developed as a decision support tool to enhance control management of CH4 emissions arising from individual urban landfills according to the regional scale. At the same time, this platform is aimed at management agencies with a close combination of information - database and mathematical model suitable for specific conditions of Vietnam. Keywords: Landfill site, EnLandFill, CH4 gas, dispersion model, emissions. * Corresponding author, email address: longbt62@hcmut.edu.vn 447
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
4=>1