nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại vùng đất ngập nước ven biển phía Nam Việt Nam - Trường hợp cụ thể tại vùng ðNN Cần Giờ, TP.HCM

PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU Phương pháp luận dựa trên cơ sở thực tế của vùng ðNN với những ñặc ñiểm ñặc trưng cần ñược quan tâm trong quá trình nghiên cứu: • Vùng ðNN ven biển Cần Giờ c

MỞ ðẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT

Trong ñiều kiện tự nhiên của vùng ñất ngập nước (ðNN) ven biển với ñặc ñiểm dân cư phân tán, cụm dân cư qui mô nhỏ công tác quản lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) ñã và ñang là vấn

ñề bức xúc cần ñược quan tâm giải quyết

Do vậy ñề tài luận án “Nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại vùng ñất ngập nước ven biển phía Nam Việt Nam (trường hợp cụ thể tại vùng ðNN Cần Giờ,

TP.HCM) cần thiết thực hiện nhằm góp phần giải quyết vấn ñề bức xúc về quản lý và xử lý

CTRSH góp phần cải thiện môi trường và phát triển KT-XH bền vững vùng ðNN ven biển

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

ðề xuất mô hình quản lý và xử lý CTRSH hợp lý, có cơ sở khoa học và thực tế góp phần bảo vệ môi trường, giữ gìn sức khỏe của cộng ñồng dân cư vùng ðNN ven biển Cần Giờ

3 PHẠM VI, ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Phạm vi nghiên cứu: vùng ðNN ven biển Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh

ðối tượng nghiên cứu: Thành phần hữu cơ (TPHC) trong CTRSH tại vùng ðNN ven biển

Cần Giờ Mô hình quản lý và xử lý CTRSH thích hợp với sự phân bố dân cư phân tán, cụm dân

cư qui mô nhỏ

4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU

Phương pháp luận dựa trên cơ sở thực tế của vùng ðNN với những ñặc ñiểm ñặc trưng cần ñược quan tâm trong quá trình nghiên cứu:

• Vùng ðNN ven biển Cần Giờ có mật ñộ dân cư phân tán, cụm dân cư nhỏ, khoảng cách giữa các khu dân cư tập trung khá xa vì vậy việc liên kết giữa các cụm dân cư ñể thu gom CTRSH về một bãi tập trung khó khả thi;

• ðất vùng nghiên cứu thuộc vùng ñất rất yếu (ñất không chân) khó khăn cho xây dựng nền móng công trình ðộ mặn của ñất khá cao ảnh hưởng xấu ñến nền móng công trình xây dựng;

• Là khu vực có hệ sinh thái rừng ngập mặn ñược UNESCO công nhận là khu sinh quyển thế giới;

• Vùng ðNN Cần Giờ là nơi sẽ chịu ảnh hưởng nhiều do biến ñổi khí hậu nên sẽ khó quy hoạch phát triển khu dân cư và khả năng di dân là rất lớn trong tương lai;

• Vùng ðNN Cần Giờ với lượng rác phát sinh của 1 thị trấn và 6 xã mỗi ngày chỉ khoảng 40 tấn/ngày nên việc ñầu tư xây dựng bãi chôn lấp hợp vệ sinh theo TCVN 6696:2009, cũng như việc ñầu tư nhà máy xử lý CTRSH ở ñây là khó phù hợp và ít hiệu quả kinh tế;

• Mặt khác, nếu huyện Cần Giờ sử dụng chung bãi rác tập trung của thành phố thì tốn nhiều chi phí vận chuyển (khoảng 100 km ñối với bãi rác Phước Hiệp) hoặc không an toàn nếu vận chuyển rác bằng ñường thủy (ñến bãi rác ða Phước) do phải ñầu tư cảng trung chuyển

và tàu vận chuyển rác

Trên cơ sở ñiều kiện thực tế như ñã nêu, cần thiết nghiên cứu ñề xuất mô hình xử lý và quản lý CTRSH tại vùng ðNN phù hợp với qui mô nhỏ, hộ gia ñình phân tán, chi phí ñầu tư ban ñầu thấp, ít tốn năng lượng trong quá trình vận hành, phù hợp với ñặc thù ñịa phương

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC, TÍNH MỚI VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

5.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của luận án ñã ñề xuất mô hình quản lý và xử lý CTRSH vùng ðNN ven biển có cơ sở khoa học và thực tiễn thông qua các nghiên cứu thực nghiệm quá trình ủ thiếu khí TPHC và vai trò của trùn quế trong tiêu thụ và phân hủy TPHC

Xác ñịnh ñược các thông số thực nghiệm cần thiết cũng như các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình phân hủy TPHC làm cơ sở ñể triển khai vào thực tế cũng như làm căn cứ ñề xuất mô hình quản

lý và xử lý thích hợp tại vùng ñặc thù ðNN ven biển

5.2 Những ñóng góp khoa học mới của luận án

5.2.1 Về mặt lý thuyết

- Kết quả nghiên cứu của ñề tài ñóng góp về mặt lý thuyết liên quan ñến quá trình phân hủy sinh học hiếu khí CTRHC với cấp khí tự nhiên có kiểm soát (kiểm soát ñược) Xác ñịnh vận tốc thoát khí trong mô hình ủ: q = 0.115h0.245 H0.251 ∆H0.464 phụ thuộc vào các yếu tố: chiều cao chân ñỡ (h) của mô hình ủ, chiều cao ống thông hơi (H) và chiều cao khối ủ với hệ số tương quan R2 = 0,939;

- ðề xuất ñược mô hình quản lý và xử lý CTRSH qui mô hộ gia ñình phân tán, qui mô cụm dân cư và khu dân cư tập trung thích hợp với ñiều kiện của vùng ðNN ven biển Cần Giờ

5.2.2 Về mặt thực nghiệm

- Xác ñịnh ñược các thông số thực nghiệm cũng như các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình phân hủy TPHC với cấp khí tự nhiên có kiểm soát: Chiều cao chân ñỡ của mô hình ủ: 10 cm, chiều cao ống thoát hơi: 50 cm (có thể ñiều chỉnh) Thời gian ủ tối ưu là 35 ngày, nhiệt ñộ 58 – 62oC, ñộ ẩm 58 – 64%, ñiều kiện cấp khí tự nhiên với hệ số cấp khí dao ñộng trong khoảng 11,47 m3/m3.h ñến 26,53 m3/m3.h;

- Xác ñịnh có cơ sở khoa học về vai trò của trùn quế trong tiêu thụ và phân hủy các TPHC thông qua kết quả của nghiên cưu thực nghiệm: Trùn quế có khả năng tiêu thụ phân hủy phần lớn các thành phần hữu cơ trong CTRSH , ñến 47- 60% trọng lược cơ thể của chúng , pH thích hợp 6,5 – 8,0, ñộ ẩm = 70 - 80 %, nhiệt ñộ = 25- 30 0C;

- Trên cơ sở số liệu thực nghiệm xây dựng ñược công nghệ ủ thiếu khí TPHC qui mô nhỏ (Q =

6 – 8 m3/ngày) bằng cấp khí tự nhiên kiểm soát ñược và xử lý TPHC qui mô hộ gia ñình với

sự tham gia của trùn quế

5.3 Ý nghĩa kinh tế - xã hội

• Kết quả nghiên cứu của luận án ñáp ứng nhu cầu bức xúc trong thực tế về quản lý và xử lý CTR vùng ðNN ven biển mà lâu nay ít ñược quan tâm giải quyết;

• Giải quyết ñược lượng CTRSH phát sinh tại những vùng dân cư phân tán, cụm dân cư qui

mô nhỏ mà trước ñây chưa có giải pháp thu gom hoặc xử lý;

• Mô hình xử lý TPHC ñề xuất ñơn giản, khả thi, không tốn năng lượng, dễ vận hành thích hợp trong ñiều kiện thực tế ðNN;

• Sản phẩm thu ñược sau quá trình phân hủy sinh học ñược sử dụng làm phân bón cho cây trồng, cải tạo ñất trồng trọt, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững vùng ðNN ven biển

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN

1.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ VÙNG ðNN VEN BIỂN

Các vùng ðNN ven biển Việt Nam phân bố chủ yếu ở châu thổ sông Cửu long, sông Hồng và

đNN khác nhau: vùng ựất thấp ngập nước ven biển và vùng đNN triều với RNM ựược

UNESCO công nhận là khu dự trữ sinh quyển của thế giới

1.2 TỔNG QUAN VỀ VÙNG đNN VEN BIỂN CẦN GIỜ

1.2.1 Tổng quan về các kiểu đNN ven biển Cần Giờ

đNN Cần Giờ nằm trong vùng đNN ven biển khu vực cửa sông hệ thống sông đồng Nai Ờ

Vịnh Gành Rái Ờ đồng Tranh

Các kiểu đNN ven vịnh Gành Rái Ờ đồng Tranh ựược tóm lược gồm các kiểu loại: Rừng ngập mặn, bãi sình lầy, ựầm nước lợ, bãi cát, bãi bùn triều, vùng cửa sông, ựồng cỏ chịu mặn, ựầm

nuôi thủy sản tự nhiên, sông rạch ao hồ, ruộng muối,Ầ

1.2.2 điều kiện tự nhiên

a Vị trắ ựịa lý

Cần Giờ là một huyện ngoại thành của thành phố Hồ Chắ Minh (TPHCM) có ựặc ựiểm tự nhiên riêng biệt so với các quận huyện khác Trung tâm hành chánh huyện cách trung tâm thành phố khoảng 50 km (theo ựường chim bay), nằm về phắa đông Nam Thành phố, chiều dài từ Bắc

xuống Nam là 35km, từ đông sang Tây là 30km

b đặc ựiểm khắ hậu

Chế ựộ nắng tại Cần Giờ có sự phân mùa rõ rệt Trong mùa khô trung bình có khoảng 238 giờ nắng, mùa mưa trung bình dưới 230 giờ nắng Tuy nhiên tắnh trung bình cả năm thì số giờ nắng chiếm 50 Ờ 70% thời gian trong ngày

Chế ựộ mưa giữa mùa khô và mùa mưa tương phản rõ rệt, 90% lượng mưa tập trung vào mùa

mưa

c địa hình

địa hình huyện Cần Giờ bị phân cắt mạnh bởi mạng lưới sông rạch chằng chịt (mật ựộ dòng chảy 7.0 ựến 11km/km2), cao ựộ dao ựộng trong khỏang từ 0.0m ựến 2.5m Nhìn chung ựịa hình tương ựối thấp và bằng phẳng, có dạng lòng chảo, trũng thấp ở phần trung tâm (bao gồm một phần của các xã Tam Thôn Hiệp, An Thới đông, Lý Nhơn, Long Hòa, Thạnh An)

d Chế ựộ thủy văn: Diện tắch sông rạch của Cần Giờ 22.667 ha chiếm 21,27% diện tắch toàn

huyện Vùng ngập mặn ven biển này có chế ựộ bán nhật triều, có hai lần nước lớn và hai lần

nước ròng trong ngày

1.2.3 đặc ựiểm kinh tế - xã hội

Cơ cấu phát triển kinh tế Ờ xã hội chủ yếu của Huyện trong tương lai: Cảng biển Ờ công nghiệp dịch vụ cảng và ựánh bắt chế biến thủy hải sản, bảo vệ khu rừng thiên nhiên (33.000 ha) và nông lâm nghiệp Ờ du lịch sinh thái

a Dân số: Dân số toàn huyện ựến tháng 12/2009 là 70.315 người, trong ựó: Bình Khánh, An

Thới đông, Cần Thạnh (vùng huyện lỵ) và Long Hòa là những xã ựông dân và có mật ựộ dân số cao

b đường bộ: Tuyến ựường bộ huyết mạch nối Cần Giờ với trung tâm thành phố là tuyến

ựường Rừng Sác từ phà Bình Khánh ựến trung tâm hành chắnh của huyện dài 36,5 km Có 4 ựường nhánh và ựường nội bộ chắnh nối trục chắnh ựến trung tâm các xã và cụm dân cư

1.2.4 Ảnh hưởng ựặc trưng của vùng đNN ven biển Cần giờ ựến công tác quản lý

CTRSH

Những ựặc ựiểm ựặc trưng có ảnh hưởng lớn ựến công tác quản lý và xử lý CTRSH:

Ớ Với sự phân bố dân cư phân tán, giữa các ấp, xã cách xa nhau gây khó khăn thu gom và vận chuyển CTRSH về bãi xử lý chung;

• Kênh rạch chằng chịt của vùng ðNN ven biển Cần Giờ cũng gây không ít trở ngại trong công tác quản lý CTRSH mà thực tế lâu nay gặp nhiều khó khăn, bất cập;

• ðường giao thông hẹp, không thuận lợi và rất khó khăn trong thu gom, vận chuyển CTRSH

1.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ CTRSH, CÁC NGHIÊN CỨU TRONG

VÀ NGOÀI NƯỚC CÓ LIÊN QUAN

1.3.1 Sơ lược về hệ thống quản lý CTRSH

Một cách tổng quát hệ thống quản lý CTRSH bao gồm 6 công ñoạn cơ bản: nguồn phát sinh; quản lý CTRSH từ nguồn; thu gom; trung chuyển và vận chuyển; thu hồi, tái chế, xử lý; Bãi chôn lấp

1.3.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý CTRSH

Phương pháp phổ biến nhất hiện nay là: tái sử dụng các vật liệu thải bỏ, chế biến chất thải thành phân compost và những vật liệu tái sinh khác (nhựa tái sinh, giấy tái sinh, kim loại tái sinh,…), ñốt chất thải và chôn lấp rác thô ở các bãi chôn lấp hợp vệ sinh

Mỗi phương pháp xử lý ñều có những ưu, nhược ñiểm riêng của nó:

1.3.2.1 Phương pháp ñốt

Xử lý CTRSH bằng phương pháp ñốt là một trong những phương pháp ñược quan tâm áp dụng

ở nhiều nước trên thế giới ñặc biệt các nước tiên tiến: Nhật Bản, sau ñó Mỹ, Anh, Pháp, ðức tùy thuộc vào ñiều kiện về mặt bằng, tiêu chuẩn môi trường qui ñịnh, khả năng tài chính, trình

ñộ nghiệp vụ quản lý vận hành

1.3.2.2 Phương pháp chôn lấp

Phương pháp chôn lấp CTR là phương pháp ñược áp dụng lâu ñời nhất, rộng rãi và phổ biến ở nhiều nước trên thế giới (Mỹ, Anh, Canada) cũng như ở Việt Nam bởi chi phí ñầu tư thấp (so với các phương pháp khác), và khía cạnh môi trường có thể chấp nhận ñược

• Ủ kỵ khí: có ưu ñiểm là sinh ra khí sinh học có nhiệt trị cao, sản sinh năng lượng ñiện ñáng

kể Nhược ñiểm lớn nhất của quá trình ủ kỵ khí CTRHC là chi phí ñầu tư lớn, trang thiết bị ñắt tiền, vận hành phức tạp, thời gian phân hủy lâu Qui trình ủ kỵ khí chỉ áp dụng cho qui

mô lớn (>150 tấn/ngày)

• Ủ hiếu khí: với sản phẩm phân hủy là phân compost (phân hữu cơ) có thể làm phân bón cho các loại cây trồng, cải tạo và làm màu mỡ ñất Phương pháp ủ hiếu khí có chi phí xử lý thấp hơn với qui mô nhỏ so với phương pháp ủ kỵ khí và phương pháp ñốt Nhược ñiểm của phương pháp ủ hiếu khí là nhiều công ñoạn phức tạp do ñó chi phí cao, tốn kém nhiều năng lượng khi vận hành, thiết bị nhanh hư hỏng,…

• Ủ thiếu khí: thực chất của quá trình ủ thiếu khí là quá trình ủ hiếu khí nhưng ít oxy (thiếu khí) Việc cung cấp oxy theo con ñường làm thoáng tự nhiên Ưu ñiểm chính là ñầu tư thấp không tốn kém năng lượng, quản ly vận hành không phức tạp, thích hợp với qui mô nhỏ trong ñiều kiện ðNN

1.2.3.4 Phương pháp tái chế CTRSH

Tái chế CTRSH có thể tái chế ñược: giấy, nhựa, thủy tinh, kim loại,… với những công nghệ tái

1.2.3.5 Sản xuất khắ sinh học

Khắ sinh học thực chất là sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học kỵ khắ Thành phần chủ yếu của khắ sinh học là CH4: 55 Ờ 65% và CO2: 35 Ờ 45% Có thể thu hồi năng lượng từ khắ sinh học

1.2.3.6 Quá trình nhiệt phân

Là phương pháp xử lý CTR hoàn toàn không có oxy

1.2.3.7 Khắ hóa CTR

Là quá trình ựốt hợp phần CTR với lượng oxy ắt hơn lượng Ầ ựể tạo thành các khắ cháy ựược như: CO, H2, hydrocarbon no, chủ yếu là metan

1.3.3 Tổng quan về các nghiên cứu quản lý và xử lý CTRSH

1.3.3.1 Một số công trình áp dụng ngoài nước

Tại Bangladesh, ở qui mô hộ gia ựình triển khai bằng thùng ủ dã chiến với vật liệu dễ kiếm và

rẻ tiền (thùng phuy, ống cống,Ầ) CTRSH ựược phân loại tại hộ gia ựình ựể chọn lựa CTRHC (thức ăn dư, thực phẩm, rau cải,Ầ) Ở qui mô cụm dân cư triển khai phổ biến nhất là ủ ựống hiếu khắ có ựảo trộn và không ựảo trộn (ựược làm thoáng bằng cách ựục lỗ xung quanh bể ủ)

Tại Mỹ, Một trong các nghiên cứu về quá trình phân hủy CTRHC với sự tham gia của một loại

trùn ựược triển khai tại một số nhà hàng ở Bang Portland Ờ Mỹ CTRHC chủ yếu là các loại rau, cải bắp, trái cây, thực phẩm dư thừa Phân thu ựược có màu nâu, không mùi và ựược sử dụng bón cây

Tại Trung Quốc: qui mô khu dân cư sử dụng thiết bị ủ kắn (phần lớn là hầm ủ) có bổ sung

VSV và thổi khắ Thời gian ủ 10-12 ngày sau ựó ủ chắn 15-20 ngày, sau ựó sàng lọc lấy thành phần hữu cơ, pha trộn bổ sung N,P,K

1.3.3.2 Trong nước

a Công nghệ CDW - Công ty ựầu tư và phát triển Tâm Sinh Nghĩa công nghệ CDW bao gổm:

thu gom, tập kết rác theo dòng rác thải vận chuyển về trạm CDW, phân loại chi tiết tận thu chất thải có thể tái chế và tái sử dụng

b Mô hình sản xuất phân compost Ờ công nghệ FBT-7/14

Mô hình chế biến compost bằng công nghệ ủ kỵ khắ Ờ hiếu khắ cưỡng bức (FBT-7/14), quy mô trung bình: 8 tấn/ngày; độ ẩm trung bình: 70-75oC; Nhiệt ựộ duy trì: 55-65oC Có 2 quy trình công nghệ ựã ựược trình diễn bao gồm: 1 Công nghệ ủ kỵ khắ Ờ hiếu khắ cưỡng bức Ộ7 ngàyỢ

và 2 Công nghệ ủ kỵ khắ Ờ hiếu khắ cưỡng bức Ộ14 ngàyỢ

c Nhà máy Lai Vung Ờ đồng Tháp: Quy trình công nghệ hiếu khắ trong bể chứa, Q = 5

T/ngày

d Nhà máy xử lý CTR Bà Rịa Ờ Vũng Tàu: Qui mô 100 Ờ 120 T/ngày, áp dụng công nghệ ủ

hiếu khắ trong hầm ủ và ủ chắn 20 ngày, có hệ thống cấp khắ nhân tạo

e Nhà máy xử lý CTR đông Vinh Ờ Nghệ An: Qui mô 100 Ờ 120 T/ngày, áp dụng công nghệ ủ hiếu khắ trang thiết bị VC-Seraphin;

f Nhà máy rác Thủy Phương (Huế) áp dụng Công nghệ An Sinh Ờ ASC: Qui mô 150

T/ngày công nghệ ủ hiếu khắ trong hầm chứa bê tông, công nghệ nội hóa 100%, cơ khắ hóa cao Tuy nhiên tiêu tốn nhiều năng lượng cho cấp khắ và phân loại bằng máy;

g Nhà máy Xử lý Rác Nam định: Qui mô 250 tấn/ngày, áp dụng Công nghệ ủ hiếu khắ trong

bể chứa (vessel);

h Nhà máy Vũ Nhật Hồng (đồng Nai): Công nghệ khép kắn của đan Mạch, qui mô 350

T/ngày, công nghệ ủ hiếu khắ trong thiết bị ổn ựịnh sinh hóa Rác ựược phân loại trước khi

ựưa vào thiết bị ủ chuyên dụng Mùi hôi phát sinh từ lượng lớn nước rỉ rác tồn trữ trong bãi rác

Một số ựề tài NCKH có liên quan:

- Chương trình của ESCAP ( 1997 Ờ 1999) về Nghiên cứu quản lý môi trường vùng ựất ven biển, tập trung vào sinh thái rừng ngập mặn;

- Nghiên cứu của World Bank, năm 1994 Ộ Vietnam Environment Programme and Policy Priorities for socialist economy in transitionỢ ( Vol.1 No 13200-VN);

- Nghiên cứu xây dựng chiến lược quản lý và bảo vệ đNN 1996 Ờ 2020 của Trung tâm Nghiên Cứu Tài Nguyên và Môi trường-đHQG Hà Nội;

- PGS.TS Nguyễn Văn phước và cộng sự thuộc Khoa Môi Trường, Trường đại Học Bách Khoa TP.HCM ựã thực hiện ựề tài nghiên cứu quản lý rác sinh hoạt cho khu vực nông thôn (tại thị trấn huyện Vĩnh Thuận, tỉnh Kiên Giang), ựề xuất một mô hình hợp lý và khả thi cho việc xử lý rác ở khu vực nông thôn vùng ựồng bằng Sông Cửu Long;

- Năm 2005, PGS.TS Nguyễn Văn Phước và cộng sự thực hiện ựề tài nghiên cứu trình diễn

mô hình sản xuất phân rác cho các ựô thị khu vực nông thôn, trường hợp cụ thể thị trấn Lai Vung, tỉnh đồng Tháp;

- Năm 2007, GS-TS Trần Kim Quy, Trung tâm Nghiên cứu hóa sinh ứng dụng TPHCM và cộng sự ựã nghiên cứu thành công quy trình xử lý rác sinh hoạt và chất thải của công nghiệp chế biến thực phẩm ựể sản xuất ra phân hữu cơ có chất lượng cao (compost)

1.4 HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO DIỄN BIẾN CTRSH TẠI VÙNG đNN VEN BIỂN CẦN GIỜ

1.4.1 Hiện trạng về khối lượng và thành phần chất thải rắn sinh hoạt

a Khối lượng CTRSH

Ước tắnh lượng rác thải trung bình mỗi ngày mỗi người thải ra khoảng 0,5 kg rác Khối lượng rác thải năm 2009 tại các xã, thị trấn tổng cộng khoảng 38,74 tấn/ngày, trong ựó: Cần Thạnh (8,3 T/ngày), Long Hòa (9,55 T/ngày), Thạnh An (1,93 T/ngày), Bình Khánh (8,10 T/ngày), An Thới đông (3,60 T/ngày), Tam Thôn Hiệp (3,06 T/ngày) và Lý Nhơn (4,20 T/ngày)

Nguồn: Công ty dịch vụ công ắch huyện Cần Giờ, 2007

1.4.2 Dự báo diễn biến CTRSH ựến năm 2020

Tại Cần Giờ ước tắnh hiện nay có khoảng 73.000 dân với hơn 15.151 hộ dân, gần 11 chợ, 12 nhà hàng khách sạn, gần 34 trường học, 662 ựơn vị kinh doanh thương mại dịch vụ, 76 ựơn vị hành chánh, Ầ Hệ số phát thải CTRSH bình quân ựầu người trên ựịa bàn huyện Cần Giờ hiện nay là 0,5 kg/người/ngày

Bảng 1.13 Dự báo lượng CTRSH tại Cần Giờ từ năm 2009 ñến năm 2020

Năm Dân số (người) Hệ số phát thải CTRSH

(kg/người/ngày)

Khối lượng CTRSH (tấn/ngày)

Dự báo diễn biến thành phần CTRSH của huyện Cần Giờ ñến 2020 như sau: năm 2010 có khoảng 70,60% thành phần rác là thực phẩm và 29,40% rác còn lại ðến năm 2015 thành phần này chỉ chiếm 65,46% và 34,54% và ñến 2020 là 60,70% và 39,30% tương ứng

1.5 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ CTRSH

Nhìn chung, thực trạng công tác quản lý CTRSH vùng ðNN ven biển Cần Giờ cũng như ở một

số tỉnh có thể có những ñánh giá tổng quan như sau:

- Công tác quản lý và xử lý CTRSH (thu gom, vận chuyển, xử lý) tại các vùng ðNN ven biển gặp nhiều khó khăn và bất cập do mật ñộ dân cư thấp cụm dân cư nhỏ, ñường giao thông chưa thuận lợi, ;

- Công tác thu gom CTRSH hầu hết chỉ ñược thực hiện ở khu vực thị trấn và một số các cụm/tuyến dân cư ven ñường giao thông;

- Ý thức vệ sinh môi trường của cộng ñồng vùng ðNN còn nhiều hạn chế, thường xả rác bừa bãi xung quanh nhà, gây ô nhiễm môi trường;

- Các bãi chôn lấp thường là chôn lấp tạm gây mất vệ sinh và ô nhiễm;

- Thiếu nhân lực quản lý, thiếu phương tiện, ñịa bàn xa xôi hẻo lánh;

- Chưa phát huy ñược vai trò xã hội hóa quản lý CTRSH tại vùng ðNN ven biển

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC

CÁC THÀNH PHẦN HỮU CƠ TRONG CTRSH 2.1 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC TPHC TRONG CTRSH

2.1.1 Quá trình phân hủy sinh học TPHC trong ñiều kiện kỵ khí

Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ của CTRSH dưới ñiều kiện kỵ khí xảy ra theo 3 giai ñoạn:

− Thủy phân: Các chất hữu cơ phức tạp bị thủy phân thành các chất ñơn giản dưới tác dụng

của các Enzym thủy phân ñược VSV tiết ra;

− Lên men axit (còn gọi là lên men hydro): Giai ñoạn này các chất ñơn giản từ quá trình

thủy phân sẽ ñược phân hủy thành các axit: butyric, axetic, propionic pH ở giai ñoạn này nhỏ hơn 7;

− Lên men mêtan (lên men kiềm): Dưới sự tham gia của VSV mêtan sẽ phân hủy các axit

của giai ñoạn 2 thành khí sinh học gồm chủ yếu là CH4 và CO2 Giai ñoạn này giá trị pH lớn hơn 7

Một cách tổng quát, quá trình chuyển hóa kỵ khí phần chất hữu cơ có trong CTRSH có thể mô

tả bằng phương trình:

CaHbOcNdSe + 1/4(4a – b – 2c + 3d + 2e) H2O → 1/8 (4a + b – 2c – 3d – 2e) CH4 + 1/8 (4a – b

+ 2c + 3d – 2e) CO2 + dNH3 + eH2S

ðể dự đốn tốc độ sinh khí, cĩ thể giả sử rằng chất hữu cơ trong CTR sinh hoạt đơ thị bao gồm nhiều phần Phương trình biểu diễn tốc độ khử cơ chất trong quá trình phân hủy kỵ khí phần chất hữu cơ của CTR sinh hoạt gồm 2 hợp chất được biểu diễn như sau:

dS dt

Trong thực tế, nồng độ chất rắn bay hơi VS = VS1 + VS2 cĩ thể đuợc xác định một cách gián tiếp bằng cách đo lượng khí metan sinh ra ðối với một quá trình phân hủy, tốc độ khử các chất rắn bay hơi cĩ khả năng phân hủy sinh học hầu như bằng tốc độ sinh khí metan vì quá trình tạo thành sinh khối khơng đáng kể:

r → rCH4

2.1.2 Quá trình phân hủy sinh học TPHC trong điều kiện hiếu khí

Chất hữu cơ cĩ trong CTR được biểu diễn dưới dạng CaHbOcNd, sự tạo thành tế bào mới và sulfat khơng đáng kể, thành phần của vật liệu khĩ phân hủy cịn lại được đặc trưng bởi

CwHxOyNz thì lượng oxy cần thiết cho quá trình ổn định hiếu khí các chất hữu cơ cĩ thể được ước tính theo phương trình sau:

2.1.3 Quá trình phân hủy sinh học TPHC trong điều kiện thiếu khí

Quá trình phân hủy thiếu khí về thực chất thuộc quá trình hiếu khí nhưng ít oxy (thiếu oxy) Việc cấp oxy được thực hiện bằng cách tự nhiên khơng cần đến các biện pháp cấp khí cưỡng bức như trong quá trình hiếu khí

ðầu tiên phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ thành Nitrit với sự tham gia của VSV

Nitrosomonas và sau đĩ phân hủy thành Nitrat với sự tham gia của VSV Nitrobacter:

Nitrosomonas Nitrobacter

Các chất hữu cơ chứa Nitơ → NH4+ → NO2- → NO3

-Tốc độ thốt khí của quá trình thiếu khí tỷ lệ với việc cấp oxy tự nhiên và tốc độ của quá trình phân hủy và trong quá trình phân hủy này cũng sinh các chất khí

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thiếu khí đáng quan tâm nhất là: nhiệt độ, độ ẩm, điều kiện cấp khí tự nhiên, độ giảm thể tích khối ủ,…

2.2 SỰ THAM GIA CỦA VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC TPHC TRONG CTRSH

Trong quá trình ủ sinh học CTRSH xuất hiện các VSV đặc trưng tham gia phân hủy các TPHC trong CTRSH: vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm và các sinh vật khác như: trùn Quế, Ruồi lính đen,

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Quá trình phân hủy sinh học CTRHC chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau: chất dinh dưỡng và chất nền, tỉ lệ C:N, pH, chế ựộ Oxy, vi sinh vật, thành phần hữu cơ, nhiệt ựộ, ựộ ẩm, kắch thước hạt và ựộ rỗng

2.3 CƠ SỞ LỰA CHỌN VÀ NHỮNG đỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

2.3.1 Cơ sở lựa chọn

Từ những phân tắch ựánh giá về ựặc ựiểm ựặc trưng của vùng đNN ven biển và ưu nhược ựiểm của các phương pháp xử lý CTRSH làm cơ sở lựa chọn thắch hợp:

+ Chọn quá trình phân hủy sinh học thiếu khắ với cấp khắ tự nhiên: Về mặt công

nghệ: hiệu quả của quá trình thiếu khắ có thể không cao bằng quá trình hiếu khắ hay quá trình kỵ khắ, tuy nhiên những ưu ựiểm chắnh của quá trình thiếu khắ thỏa mãn ựược các yêu cầu thực tế của vùng đNN ven biển: Vốn ựầu tư thấp, không cần năng lượng, thắch hợp với quy mô nhỏ, quản lý vận hành ựơn giản, có khả năng xã hội hóa cao và mục ựắch cuối cùng là xử lý, tái chế, tái sử dụng tại chỗ ựể giảm thiểu CTRSH còn lại là thấp nhất cho chôn lấp cuối cùng

+ Chọn quá trinh phân hủy TPHC với sự tham gia của trùn quế: Thắch hợp với các hộ

dân phân tán, thiết bị có cấu tạo ựơn giản với những vật liệu dễ tìm, chi phắ thấp; Sản phẩm của quá trình có thể làm phân bón tại chỗ cho cây trồng; Cải thiện ựiều kiện vệ sinh môi trường cộng ựồng sống tại vùng đNN ven biển

2.3.2 Những ựịnh hướng nghiên cứu của luận án

Hướng nghiên cứu của luận án tập trung vào các nội dung sau:

1 Nghiên cứu thực nghiệm quá trình phân hủy sinh học thiếu khắ TPHC trong CTRSH với cấp khắ tự nhiên tại sân mô hình PTN của Viện Môi trường & Tài nguyên (Chương 3 của luận án) và nghiên cứu triển khai thực tế tại vùng đNN Cần Giờ (Chương 4) So sánh kết quả nghiên cứu;

2 Nghiên cứu thực nghiệm về vai trò của trùn Quế trong tiêu thụ và phân hủy TPHC tiến hành tại sân mô hình PTN vủa Viện (trao ựổi ở chương 3) và triển khai thực tế ở các hộ gia ựình tại vùng đNN ven biển Cần Giờ (Chương 4) So sánh kết quả nghiên cứu;

3 Nghiên cứu triển khai quá trình ủ trong ựiều kiện tự nhiên TPHC trong CTRSH tại vùng đNN;

4 Ứng dụng sản phẩm thu ựược (phân Compost) làm phân bón cho cây trồng;

Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY THÀNH PHẦN HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC THIẾU KHÍ VÀ VỚI SỰ

THAM GIA CỦA TRÙN QUẾ 3.1 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY TPHC BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ SINH HỌC THIẾU KHÍ QUI MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM 3.1.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm

Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm:

Ớ đánh giá khả năng và hiệu quả phân hủy CTRHC bằng quá trình ủ sinh học thiếu khắ;

Ớ Xác ựịnh các thông số vận hành mô hình thắch hợp làm cơ sở cho việc ựề xuất các mô hình thắch hợp xử lý CTRHC tại vùng đNN ven biển

Nội dung nghiên cứu thực nghiệm:

Triển khai nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các nội dung sau:

- Nghiên cứu xác ựịnh ựiều kiện cấp khắ tự nhiên tối ưu kiểm soát ựược cho mô hình;

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ựến quá trình phân hủy sinh học thiếu khắ;

- đánh giá chất lượng sản phẩm thu ựược sau quá trình ủ thiếu khắ

3.1.2 Mô hình và phương pháp nghiên cứu

3.1.2.1 Mô hình nghiên cứu

Mô hình ñược làm bằng mica trắng có dạng hình hộp chữ nhật và ñược giới thiệu ở hình vẽ H.3.1

H.3.1 Mô hình thực nghiệm phân hủy các chất hữu cơ bằng quá trình sinh học thiếu khí

1 Thùng mô hình; 2 Vỉ tre lót ñáy; 3 Khay hứng nước rỉ

rác; 4 Vị trí ño mẫu; 5 Chân ñỡ mô hình có thể thay ñổi ñược chiều cao; 6 Ống thoát hơi có thể thay ñổi ñược

chiều cao; 7 Ống PVC φ 21mm có ñục lỗ

3.1.2.2 Vật liệu thí nghiệm

Lấy từ phần rác thải hữu cơ dễ phân hủy (các loại rau, cỏ, lá cây, vỏ cam, táo, ñu ñủ, bã cà phê,…) ñã ñược phân loại sơ bộ tại bãi rác Long Hòa, huyện Cần Giờ, có tỷ lệ C/N ~ 21,7 phù hợp với quá trình ủ phân hữu cơ

3.1.2.3 Các phương pháp phân tích

Các thông số pH, nhiệt ñộ, ñộ ẩm, CO2, H2S, NH3 theo Standard Methods; vận tốc khí ño bằng máy TESTO 350; CH4 ño bằng ICP

3.1.3 Kết quả và thảo luận

3.1.3.1 ðiều kiện cấp khí tự nhiên

a Thay ñổi chiều cao chân ñỡ mô hình

- Khi thay ñổi chiều cao chân ñỡ, vận tốc khí hầu như không thay ñổi và dao ñộng 0,05 – 0,06 m/s;

- Chiều cao chân ñỡ thích hợp của mô hình ñược chọn là H1 = 10cm

Hình 3-2 Vận tốc trung bình khí thoát ra khi

thay ñổi chiều cao chân ñỡ mô hình

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

Ch i ều c ao ống t hoá t hơi ( c m)

Hình 3-3 Vận tốc trung bình khí thoát ra khi thay ñổi chiều cao ống thoát hơi của mô hình

b Thay ñổi chiều cao của ống thoát hơi

ðể xác ñịnh chiều cao của ống thoát hơi thích hợp tạo ñiều kiện cấp khí tự nhiên cho mô hình ñược thực hiện thông qua việc tạo chênh lệch áp suất bên trong và ngoài mô hình Kết quả thí nghiệm ñược minh họa trên hình 3.3

Nhận xét

Từ những kết quả nghiên cứu ñiều kiện cấp khí tự nhiên tối ưu có kiểm soát cho thấy:

• Khoảng cách thích hợp của chiều cao chân ñỡ mô hình là H1 = 10cm;

• Chiều cao ống thoát hơi tối ưu là H2 = 50cm

Việc cấp khí tự nhiên hoàn toàn có thể kiểm soát ñược bằng cách ñiều chỉnh thích hợp các thông số nêu trên của mô hình tương ứng ðiều này có ý nghĩa quan trọng ñể bảo ñảm ñiều kiện cấp khí tự nhiên tối ưu cho quá trình phân hủy thiếu khí CTRHC

c Mối quan hệ giữa vận tốc khí và các thông số của mô hình

Mối quan hệ giữa vận tốc khí thoát ra khỏi mô hình và các thông số của mô hình có thể ñược xác ñịnh từ hàm ña biến:

q = Ahα Hβ ∆HγHoặc dưới dạng logarit:

lnq = lnA + αlnh + βlnH + γln∆H Trong ñó:

q - Vận tốc khí thoát ra khỏi mô hình

h - Chiều cao chân ñỡ mô hình

H - Chiều cao ống thoát hơi

Sau khi logarite cơ số e (ln) tiến hành xây dựng mô hình thống kê bằng phương pháp tuyến tính

ña biến cho kết quả như sau:

ln(q) = -2,159 + 0,245*ln(h) + 0,251*ln(H) + 0,464*ln(∆H) (3-3) Như vậy:

Hình 3-5 Diễn biến nhiệt ñộ trung bình của

khối ủ theo thời gian

5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

c ðộ sụt giảm thể tích

ðộ sụt giảm thể tích của khối ủ giảm rất nhanh trong thời gian ñầu và giảm chậm kể từ ngày thứ

28 của quá trình ủ

Hình 3-10 Lượng nước rỉ rác phát sinh

trong quá trình vận hành mô hình

f Tính toán hệ số cấp khí

Từ kết quả ño ñạc về vận tốc khí thoát ra ở ñầu ống thoát hơi có thể tính toán hệ số cấp khí cho

mô hình phân hủy CTRSH hữu cơ trong ñiều kiện thiếu khí như sau:

• Hệ số cấp khí:

.h)/m(m3 3

r V

L

=αTrong ñó: L : Lưu lượng cấp khí, m 3

CH

L L

2 3 2