Công nghệ điện từ chất thải rắn là gì? Xu hướng và ứng dụng của nó

Theo dõi MTĐT trên

Công nghệ điện từ chất thải rắn là gì?

Công nghệ điện từ chất thải rắn (“Waste to Energy” hay “Energy from Waste”) được hiểu đơn giản là một hệ thống xử lý chất thải rắn bằng phương pháp nhiệt, trong đó nhiệt sinh ra từ quá trình xử lý này được thu hồi và tận dụng để sản xuất năng lượng (thường là điện năng). Phương pháp nhiệt đơn giản nhất là đốt trực tiếp chất thải trong lò đốt với điều kiện cháy tối ưu (lượng không khí, nhiệt độ, đảo trộn chất thải trong quá trình đốt, kiểm soát phát sinh chất ô nhiễm, ...). Hình dưới đây minh họa tổng quan về hệ thống đốt chất thải phát điện.

Chất thải rắn (CTR) sinh hoạt được thu gom và lưu chứa ở nhà máy trước khi nạp vào lò đốt mà không cần phân loại hay tiền xử lý. CTR được nạp vào lò liên lục 24/24 đảm bảo tải trọng thiết kế của lò, CTR được đốt cháy trong điều kiện tối ưu đảm bảo đốt cháy hoàn toàn các thành phần có thể cháy cũng như các khí sinh ra trong quá trình đốt. Sau quá trình đốt có 3 sản phẩm được tạo ra là: khói thải, năng lượng nhiệt, và thành phần không cháy được (tro). Khói thải được kiểm soát hoàn toàn và xử lý đạt tiêu chuẩn phát thải của từng địa phương trước khi thải ra môi trường.

Năng lượng nhiệt phát sinh trong quá trình đốt chất thải được thu hồi bởi hệ thống lò hơi bên trong lò đốt, lò hơi sẽ biến nhiệt thành hơi nước có nhiệt độ cao và áp suất cao và cuối cùng chuyển hóa thành điện năng bằng thiết bị phát điện dạng tuabin hơn nước. Tro sau quá trình đốt được thu gom và ổn định trước khi thải bỏ vào bãi chôn lấp, ngoài ra thành phần tro này cũng có thể tái chế thu hồi kim loại, sản xuất vật liệu xây dựng, ...

Bằng cách áp dụng công nghệ này, thể tích của chất thải giảm đáng kể (khoảng 90%) so với thể tích ban đầu. Quá trình xử lý khép kín nên có thể ngăn ngừa mùi hôi, nước rỉ, và các tác động khác. Hơn thế nữa, quá trình xử lý còn sản xuất nguồn năng lượng điện cho các hoạt động của nhà máy cũng như kết nối và bán vào lưới điện.

Xu hướng lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn ở Việt Nam

Theo Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2016 - Chuyên đề “Môi trường đô thị” được công bố và tháng 7 năm 1017, lượng CTR sinh hoạt phát sinh ở khu vực đô thị khoảng 38.000 tấn/ngày với mức gia tăng trung bình 12% mỗi năm. Tỷ lệ thu gom và xử lý CTR sinh hoạt trung bình đạt khoảng 85% vào năm 2014 và tăng lên 85,3% trong năm 2015.

Công nghệ xử lý CTR sinh hoạt phổ biến là chôn lấp, chế biến phân hữu cơ và đốt. Tại khu vực đô thị, tỷ lệ CTR sinh hoạt được chôn lấp trực tiếp khoảng 34%, tỷ lệ CTR sinh hoạt được xử lý tại các cơ sở xử lý trung gian hoặc tái chế đạt khoảng 42% và lượng CTR còn lại là bã thải của quá trình xử lý trung gian hoặc tái chế được chôn lấp chiếm khoảng 24%.

Cơ sở xử lý trung gian bao gồm công nghệ đốt, công nghệ chế biến phân hữu cơ (compost), và các công nghệ tái chế khác.

Vấn nạn chất thải rắn

Và theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011 – 2015, các công nghệ xử lý CTR đô thị phổ biến là: Công nghệ chôn lấp (bao gồm chôn lấp tự nhiên, chôn lấp hợp vệ sinh, chôn lấp hợp vệ sinh kết hợp thu hồi khí bãi chôn lấp và phát điện); Công nghệ chế biến phân hữu cơ; Công nghệ chế biến khí Biogas; Công nghệ đốt: bao gồm có và không có thu hồi năng lượng nhiệt phát điện; Công nghệ tái chế các thành phần có ích trong CTR; Các công nghệ khác: như công nghệAn Sinh ASC, công nghệ Seraphin.

Báo cáo cũng khuyến cáo việc lựa chọn công nghệ xử lý CTR phải căn cứ theo tính chất và thành phần của chất thải và các điều kiện cụ thể của từng địa phương. Khuyến khích lựa chọn công nghệ đồng bộ, tiên tiến cho hoạt động tái chế, tái sử dụng chất thải để tạo ra nguyên liệu và năng lượng. Khuyến khích áp dụng công nghệ tiên tiến để xử lý triệt để chất thải, giảm thiểu khối lượng CTR phải chôn lấp, tiết kiệm quỹ đất sử dụng chôn lấp và bảo đảm vệ sinh môi trường.

Mỗi công nghệ xử lý CTR lại có những ưu, nhược điểm khác nhau. Công nghệ chôn lấp ngoài ưu điểm là có chi phí đầu tư và vận hành thấp thì khuyết điểm là yêu cầu diện  tích đất lớn nhất, thời gian xử lý lâu nhất, tiềm tàng nhiều tác động môi trường nhất, khó kiểm soát nhất.

Công nghệ xử lý sinh học (chế biến phân hữu cơ, lên men mê-tan) yều cầu CTR phải được phân loại trước khi nạp vào hệ thống xử lý.

Công nghệ lên men mê-tan và công nghệ đốt thu hồi nhiệt phát điện có vẻ là thỏa mản các tiêu chí về xử lý triệt để chất thải, giảm thiểu khối lượng CTR phải chôn lấp, diện tích đất, tác động môi trường và kiểm soát ô nhiễm;ngoại trừ chi phí đầu tư và vận hành khá cao và công nghệ lên men mê-tan yều cầu CTR phải được phân loại trước khi nạp vào hệ thống xử ý.

Công nghệ đốt truyền thống (lạc hậu) là các công nghệ lò đốt công suất nhỏ sử dụng phổ biến hiện nay ở các địa phương, công nghệ đốt này tuy thỏa mản các tiêu chí về xử lý giảm thiểu khối lượng CTR phải chôn lấp, diện tích đất, chi phí đầu tư và vận hành; nhưng các tác động môi trường không khí, tiềm ẩn phát sinh Dioxin, và kiểm soát ô nhiễm là các khuyết điểm đáng lưu ý khi lựa chọn công nghệ này. 

Bảng so sánh các công nghệ xử lý CTR hiện tại được xem xét lựa chọn ở Việt Nam.

Gần đây các tỉnh và thành phố lớn trong cả nước khi soạn thảo các quy hoạch chiến lược xử lý CTR cũng như kêu gọi đầu tư các dự án xử lý CTR đều nhắm đến các tiêu chí kỹ thuật chính sau: diện tích đất nhỏ nhất (diện tích đất xây dựng nhà máy), giảm thiểu khối lượng CTR phải chôn lấp, công nghệ tiên tiến, tiết kiệm nhiên liệu / tài nguyên (điện, nước, hóa chất, ...), tăng cường tái chế CTR và tiết kiệm các tài nguyên (vật liệu có thể tái chế, thu hồi nhiệt/năng lượng tái tạo, ...), công nghệ đốt chất thải phát điện tiên tiến hiệu quả (xử lý triệt để chất thải, giảm thể tích, phát điện hiệu suất cao, vận hành hiệu quả ổn định lâu dài), và thời gian khởi công và thời hạn hoành thành công trình.

Một số cơ chế hỗ trợ và chính sách ưu đãi quan trọng

Công nghệ Điện từ chất thải đã và đang được kỳ vọng không chỉ bởi các tỉnh và thành phố trong cả nước mà chính phủ cũng đã có những cơ chế hỗ trợ và chính sách ưu đãi nhằm phát triển các dự án phát điện sử dụng chất thải rắn tại Việt Nam. Một số cơ chế hỗ trợ và chính sách ưu đã quan trọng như sau:

Thứ nhất: Gía bán điện. Giá bán điện từ nhà máy sử dụng chất thải rắn gần như là cao nhất hiện nay so với các nguồn điện khác, 2.114 đồng/kWh (tương đương 10,05 UScents/kWh) (theo Quyết định số 31/2014/QĐ-TTg ngày 05 tháng 05 năm 2014).

Thứ hai: Cơ sở hạ tầng (đường xá, điện, cấp thoát nước, truyền thông và năng lượng): Nhà nước hỗ trợ đầu tư xây dựng các công trình kết cấu hạ tầng gắn với kết cấu hạ tầng kỹ thuật chung của khu vực (Điều 39, Nghị định số 19/2015/NĐ-CP).

Thứ ba: Sử dụng đất: Nhà nước hỗ trợ giải phóng mặt bằng và bồi thường (Điều 40, Nghị định số 19/2015/NĐ-CP), Chủ đầu tư dự án được hưởng tiền thuê đất theo quy định của pháp luật về đất đai như đối tượng thuộc "ưu đãi đầu tư đặc biệt" (khoản 1 Điều 40 Nghị định số 19/2015/NĐ-CP).

Thứ tư: Miễn giảm thuế thu nhập doanh nghiệp (CIT): mức thuế suất ưu đãi giảm 50% (tức là 10%, mức thuế suất thông thường là 20%) trong 15 năm đầu tiên vàưu đãi về miễn giảm thuế như sau: 0% trong 4 năm đầu + 50% thuế suất trong 9 năm tiếp theo (Điều 19 & 20, Thông tư 78/2014/TT-BTC).

Thứ năm: Miễn thuế nhập khẩu đối với hàng hoá nhập khẩu để xác lập tài sản cố định của dự án và miễn thuế nhập khẩu theo quy định của pháp luật đối với hàng hóa nhập khẩu làm nguyên liệu, vật liệu, bán thành phẩm không sản xuất được trong nước phục vụ cho mục đích sản xuất của dự án. (Điều 12, Quyết định 31/2014/QĐ-TTg)

Quy trình công nghệ một nhà máy xử lý chất thải phát điện

Quy trình công nghệ một nhà máy xử lý chất thải phát điện được minh họa như hình sau, bao gồm 6 hệ thống.

(1) Hệ thống tiếp nhận và nạp chất thải: Chất thải được nhận vào và lưu giữ trong hố chứa, đồng nhất chất thải bằng cần cẩu, sau đó đưa vào lò đốt. Thông thường hệ thống bao gồm trạm cân, khu tiếp nhận chất thải, hố chứa chất thải, cẩu nạp chất thải và phòng điều khiển.

(2) Hệ thống lò đốt và lò hơi: Chất thải được xử lý bằng cách đốt cháy và nhiệt được thu hồi bởi lò hơi. Hình dáng kiểu lò, nguyên tắc hoạt động, ... khác nhau tùy thuộc vào nhà cung cấp.

(3) Hệ thống xử lý khói thải: Khói thải sau khi đi qua lò hơi sẽ được xử lý để đạt các giới hạn cho phép của quy chuẩn môi trường. Các thiết bị xử lý khói được lựa chọn dựa vào tiêu chuẩn phát thải và nồng độ chất ô nhiễm trong khói thải. Các chất ô nhiễm phát sinh do quá trình đốt chất thải thường là: bụi, HCl, SOx, NOx, dioxin, ...

(4) Hệ thống thu hồi nhiệt: Năng lượng nhiệt phát sinh trong quá trình đốt chất thải được thu hồi bởi hệ thống lò hơi, hơi nước có nhiệt độ cao và áp suất cao chuyển hóa thành điện năng bằng thiết bị tuabin hơi nước và máy phát điện;

(5) Hệ thống xử lý tro đáy và tro bay: Tro đáy, tro bay được ổn định trước khi đưa đến bãi chôn lấp;

(6) Hệ thống xử lý nước thải: Nước thải được thu gom và xử lý trước khi tái sử dụng hoặc thải vào nguồn nước.

Những lưu ý khi ứng dụng công nghệ Điện từ chất thải rắn

Hiện tại có rất nhiều công nghệ Điện từ chất thải rắn được giới thiệu và đề xuất đầu tư tại nhiều địa phương trong nước, bao gồm công nghệ trong nước và nước ngoài (như Nhật  Bản, Úc, Trung Quốc, các nước Châu Âu, ...). 

Sau đây là một số lưu ý chính và quan trọng khi áp dụng công nghệ Điện từ chất thải rắn này:

1) Kiểm soát ô nhiễm không khí, mùi hôi

Việc lưu chứa chất thải tại nhà máy sẽ phát sinh mùi hôi, nên cần có những giải pháp ngăn ngừa và hạn chế. Sự kiện phát sinh mùi hôi từ khu xử lý chất thải rắn ở TP. Hồ Chí Minh năm 2016 đã làm xôn xao dư luận và đau đầu các nhà quản lý ở thành phố này.

Công nghệ đốt tuy làm giảm đáng kể thể tích chất thải rắn, nhưng lại phát sinh khói thải có chứa các chất ô nhiễm, đặc biệt là dioxin. Khói thải thì thật sự khó quản lý và kiểm soát so với nước thải hay chất thải rắn. Nếu không có giải pháp kiểm soát và quan trắc hợp lý tin cậy; thì việc xả trộm khói thải chưa xử lý vào môi trường là có thể xảy ra và khó phát hiện. Do đó, hệ thống quan trắc tự động thì thật sự cần thiết và nên áp dụng.

2) Vận hành đơn giản, hiệu quả, ổn định lâu dài

Nên chọn công nghệ có hệ thống vận hành đơn giản, hiệu quả, ổn định lâu dài, vì thành phố sẽ như thế nào nếu khu xử lý chất thải bị tạm ngừng hoạt động. Môi trường làm việc của các thiết bị là rất khắc nghiệt (nhiệt độ cao, áp suất cao, tính ăn mòn, ...) trong thời gian hoạt động liên tục lâu dài,  nên lựa chọn các nhà cung cấp công nghệ có kinh nghiệm và đã được kiểm chứng bằng các công trình cụ thể.

3) Những chia sẻ và cam kết của cơ quan quản lý môi trường và chính quyền địa phương

- Đảm bảo chất lượng và khối lượng CTR trong suốt thời gian vận hành.

- Ngoài các cơ chế hỗ trợ và chính sách ưu đải đã nêu trong mục 2 của bài viết này, cũng cần có cơ chế hỗ trợ tài chính riêng, vì công nghệ này có chi phí đầu tư và vận hành lớn hơn các công nghệ hiện tại đang áp dụng.

- Chia sẻ rủi ro và trách nhiệm với nhà đầu tư.

Tính đến thời điểm hiện tại, mới chỉ có một nhà máy phát Điện từ chất thải rắn được xây dựng và đã đưa vào sử dụng (Nhà máy xử lý chất thải công nghiệp phát điện đầu tiên của Việt Nam tại Khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội) vào tháng 4 năm 2017. Vì chưa có nhiều dự án thành công tham khảo, nên cần lưu ý khi áp dụng công nghệ Điện từ chất thải rắn tại các địa phương.

* T.S Nguyễn Thanh (Đặc phái viên của Tạp chí Môi trường và Đô thị Việt Nam điện tử tại Nhật Bản)