nghiên cứu khả năng chuyển hóa chất thải sinh hoạt thành khí sinh học

Khái niệm chất thải sinh hoạt gia đình Chất thải sinh hoạt gia đình household waste được hiểu là các chất thải phát sinh từ hoạt động sinh hoạt của gia đình bao gồm chất thải trong si

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học vừa qua

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo hướng dẫn chính PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải - Phó chủ nhiệm Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên là người đã trực tiếp tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo Cục Thẩm định và Đánh giá tác động môi trường, Tổng cục Môi trường đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành tốt việc học

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Tôi xin trân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Học viên

Đỗ Mai Phương

MỤC LỤC

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan chung về chất thải sinh hoạt và xử lý chất thải sinh hoạt 3

1.1.1.Khái niệm chất thải sinh hoạt gia đình 3

1.1.2 Đặc điểm nguồn gốc và thành phần của chất thải sinh hoạt 3

1.1.3 Yêu cầu về quản lý chất thải sinh hoạt ở Việt Nam 5

1.1.4 Xử lý và tái sử dụng chất thải rắn ở các nước trên Thế giới 7

1.1.5 Xử lý và tái sử dụng chất thải rắn ở Việt Nam 11

1.2 Công nghệ khí sinh học 14

1.2.1 Thành phần khí sinh học và phụ phẩm khí sinh học 14

1.2.2 Bản chất của quá trình phân huỷ kỵ khí sinh mêtan 16

1.2.3.Hiện trạng phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam 22

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Đối tượng nghiên cứu: 29

2.2 Nội dung nghiên cứu: 29

2.3 Phương pháp nghiên cứu: 29

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, kế thừa các nghiên cứu đã có 29

2.3.2 Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa 29

2.3.3 Phương pháp thu thập số liệu hoạt động của công nhân thu gom và khối lượng rác thu gom 29

2.3.4 Phương pháp phỏng vấn trực tiếp 30

2.3.5 Phương pháp xác định thành phần chất thải rắn tại hiện trường 31

2.3.6 Nghiên cứu khả năng hình thành khí sinh học từ chất thải sinh hoạt 31

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Hiện trạng chất thải rắn sinh hoạt đô thị tại Việt Nam 33

3.1.1 Tình hình phát sinh CTR sinh hoạt đô thị 33

3.1.2 Công tác phân loại, thu gom và vận chuyển 34

3.2 Hiện trạng chất thải rắn sinh hoạt tại Hà Nội 38

3.2.1 Các nguồn phát sinh CTRSH tại Hà Nội 39

3.2.2 Thành Phần CTRSH tại Hà Nội 40

3.2.3 Khối lượng CTR 41

3.3 Kết quả thực nghiệm xây dựng mô hình thu hồi khí sinh học từ chất thải sinh hoạt hộ gia đình 48

3.3.1 Thành phần chất thải hộ gia đình 48

3.3.2 Một số tính chất của chất thải hộ gia đình 49

3.3.3 Diễn biến biogas thu được sau thời gian ủ 51

3.3.4 Diễn biến biogas thu được tại thí nghiệm có bổ sung chất thải 53

3.4 Đề xuất phương án thu hồi khí sinh học từ quá trình xử lý chất thải sinh hoạt hộ gia đình tại khu vực nội thành Hà Nội 55

3.4.1 Cơ sở đề xuất 55

3.4.2 Đề xuất và lựa chọn phương án 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT

BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Điều kiện tối ưu cho quá trình tạo khí sinh học 18

Bảng 1.2 Thời gian lưu đối với phân động vật 20

Bảng 1.3 Tỷ lệ C/N của các nguyên loại nguyên liệu 20

Bảng 1.4 Hàm lượng chất khô của các loại nguyên liệu (%) 21

Bảng 3.1 Ước tính lượng CTR đô thị phát sinh đến năm 2025 33

Bảng 3.2 Chất thải rắn sinh hoạt từ các nguồn khác nhau tại phường Phan Chu Trinh 39

Bảng 3.3 Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tiếp nhận tại đầu vào tại các bãi chôn lấp chất thải rắn của thành phố Hà Nội 40

Bảng 3.4 Thống kê về khối lượng phát sinh và tỷ lệ thu gom rác thải trên địa bàn các huyện 43

Bảng 3.5 Thống kê các điểm tồn đọng trên địa bàn các huyện 45

Bảng 3.6 Các thông số đầu vào cho quá trình ủ 49

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Nguồn gốc hình thành chất thải rắn sinh hoạt 4 Hình 1.2 Chiến lược quản lý chất thải rắn 6 Hình 1.3 Quá trình phân hủy kỵ khí tạo ra khí sinh học 17 Hình 2.1 Sơ đồ hình thí nghiệm nghiên cứu khả năng hình thành khí sinh học từ chất thải sinh hoạt 32 Hình 3.1 Các công nghệ hiện đang được sử dụng để xử lý, tiêu hủy CTRSH đô thị

ở Việt Nam 38 Hình 3.2 Thành phần chất thải từ hộ gia đình sau khi được tách loại tạp chất sử dụng trong hệ biogas 48 Hình 3.3 Diễn biến lượng khí sinh học phát sinh theo thời gian của mẫu chất thải rắn có bổ sung chế phẩm (BCCP) và không bố sung chế phẩm (BKCP) 52 Hình 3.4 Tổng lượng khí sinh học phát sinh theo thời gian của mẫu chất thải rắn có

bổ sung chế phẩm (BCCP) và không bố sung chế phẩm (BKCP) 52 Hình 3.5 Diễn biến lượng khí sinh học phát sinh theo thời gian của mẫu chất thải rắn có bổ sung vật liệu hàng ngày không tuần hoàn bùn (KTHADD) và có tuần hoàn bùn (BTHADD) 54 Hình 3.6 Tổng lượng khí sinh học phát sinh theo thời gian của mẫu mẫu chất thải rắn có bổ sung vật liệu hàng ngày không tuần hoàn bùn (KTHADD) và có tuần hoàn bùn (BTHADD) 55 Hình 3.7 Sơ đồ phương án thu hồi khí sinh học từ CTR sinh hoạt hộ gia đình 58

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh chóng, trở thành nhân tố tích cực đối với phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Bên cạnh vấn đề về lợi ích kinh tế - xã hội đã kéo theo sức ép về nhiều mặt, dẫn đến sự suy giảm chất lượng môi trường và phát triển không bền vững Chính do tốc độ phát triển quá nhanh, thiếu bền vững dẫn đến lượng chất thải phát sinh ngày càng lớn

Việt Nam là một trong những quốc gia có mật độ dân số cao nhất trên thế giới với số dân đứng thứ 3 ở Đông Nam Á, thứ 14 trên thế giới Thu nhập bình quân đầu người của khu vực đô thị cao hơn 2 lần so với khu vực nông thôn Theo đánh giá, tính bình quân đầu người, dân số đô thị sử dụng tài nguyên thiên nhiên gấp 2-3 lần so với người dân sống ở nông thôn; chất thải do người dân đô thị thải ra cũng cao gấp 2-3 lần so với người dân nông thôn

Theo số liệu thống kê, tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt tại Việt Nam ước tính khoảng 12,8 triệu tấn/năm, trong đó khu vực đô thị là 6,9 triệu tấn/năm (chiếm 54%) lượng chất thải rắn còn lại tập trung tại các huyện lỵ, thị xã thị trấn Dự báo tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt đô thị đến năm 2020 sẽ là khoảng 22 triệu tấn/năm [18]

Lượng chất thải sinh hoạt đang có xu hướng phát sinh ngày càng tăng nhanh nhưng việc quản lý và xử lý rác thải sinh hoạt chưa hợp lý Việc xử lý rác thải sinh hoạt chủ yếu là việc chôn lấp nhưng có những bãi chôn lấp lại chưa hợp vệ sinh, chỉ là những nơi đổ rác không được chèn lót kỹ, không được che đậy, do vậy đang tạo

ra sự ô nhiễm nặng nề tới môi trường đất, nước, không khí… ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng Bên cạnh đó, do ý thức của người dân, việc tự ý đổ bừa rác thải sinh hoạt xuống những sông, hồ, ao, khu đất trống vẫn thường xuyên diễn

ra tại nhiều nơi làm ô nhiễm môi trường nước và không khí

Thành phần trong chất thải sinh hoạt gồm: Rác hữu cơ (41,98%); Giấy (5,27%); Nhựa, cao su (7,19%); Len, vải (1,75%); Thủy tinh (1,42%); Đá, đất sét,

33,67% Qua đó thấy chất thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ chiếm tới 41,98%,

có thể tận dụng để tạo ra nguồn năng lượng sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày giúp giảm ô nhiễm môi trường và thay thế một phần cho nhiên liệu hóa thạch [19]

Từ thực trạng trên, trong khuôn khổ luận văn tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng chuyển hóa chất thải sinh hoạt thành khí sinh học” với mục tiêu góp

phần đánh giá khả năng sinh biogas trong việc tận dụng chất thải từ hộ gia đình, chủ yếu tập trung đối với chất thải rắn sinh hoạt Nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Tổng hợp các nghiên cứu khoa học có liên quan;

- Tiến hành khảo sát thực địa để thu thập số liệu;

- Xây dựng mô hình thu hồi khí mê tan từ chất thải sinh hoạt hộ gia đình;

- Đánh giá lượng khí thu hồi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về chất thải sinh hoạt và xử lý chất thải sinh hoạt

1.1.1 Khái niệm chất thải sinh hoạt gia đình

Chất thải sinh hoạt gia đình (household waste) được hiểu là các chất thải phát sinh từ hoạt động sinh hoạt của gia đình bao gồm chất thải trong sinh hoạt, thải ra từ quá trình chế biến thức ăn, chất thải từ các đồ dùng sinh hoạt và vật dụng trong gia đình Chất thải này có thể bao gồm các loại như như chai lọ, lon, quần áo loại bỏ, đồ dùng loại bỏ, bao bì thực phẩm, thức ăn thừa, báo, các tạp chí, và đồ trang trí có nguồn gốc từ nhà hoặc căn hộ tư nhân Nó cũng có thể chứa chất thải nguy hại hộ gia đình Chất thải sinh hoạt gia đình còn được gọi là chất thải sinh hoạt hoặc chất thải khu dân cư Như vậy hàm ý của chất thải sinh hoạt gia đình (household waste) được ám chỉ chủ yếu là các loại chất thải tồn tại ở dạng rắn từ các hộ gia đình [18]

Rác thải sinh hoạt nói chung hay chất thải sinh hoạt là những chất thải bị loại

ra trong quá trình sống, sinh hoạt, hoạt động sản xuất của con người và động vật, nguồn tạo thành chủ yếu từ các khu dân cư, các cơ quan, trường học, các trung tâm dịch vụ, thương mại Rác thải sinh hoạt có thành phần bao gồm: kim loại, sành sứ, thủy tinh, gạch ngói vỡ, đất, đá, cao su, thực phẩm dư thừa, gỗ, vải, giấy, rơm, rạ, xác động vật, vỏ rau củ quả… Sự khác biệt giữa chất thải sinh hoạt gia đình và chất thải sinh hoạt nói chung là quy mô của nguồn phát sinh ra loại chất thải này [13]

Có rất nhiều các khái niệm về chất thải sinh hoạt nhưng có thể khái quát rằng, chất thải sinh hoạt là các vật chất phục vụ sinh hoạt của con người, bị loại bỏ

ra trong quá trình sử dụng, sinh hoạt, hoạt động sống của con người, chúng không còn được sử dụng và bị loại bỏ lại môi trường sống

1.1.2 Đặc điểm nguồn gốc và thành phần của chất thải sinh hoạt

1.1.2.1 Nguồn gốc chất thải sinh hoạt

Chất thải rắn nói chung (rác thải) phát sinh từ các nguồn chủ yếu: các hộ gia đình (nhà ở riêng biệt, khu tập thể, chung cư ); các trung tâm thương mại (chợ, văn

phòng, khách sạn, trạm xăng dầu, gara ); cơ quan (trường học, bệnh viện, các cơ quan hành chính ), các công trường xây dựng, dịch vụ công cộng (rửa đường, tu sửa cảnh quan, công viên, bãi biển ) như được mô tả ở sơ đồ 1

Hình 1.1 Nguồn gốc hình thành chất thải rắn sinh hoạt

Nguồn: [11,13]

Nguồn phát sinh chất thải rắn, thông thường, liên quan đến sử dụng đất và đặc điểm của từng khu vực Thực tế có nhiều cách phân loại nguồn phát sinh chất thải rắn, tuy nhiên có thể thấy cách chia phổ biến đối với nguồn phát sinh chất thải rắn thành các loại: (1) từ khu dân cư, (2) từ các khu thương mại, (3) từ các công sở, trường học, (4) từ các hoạt động xây dựng và phá hủy công trình, (5) từ các hoạt động dịch vụ, (6) từ khu dịch vụ khám chữa bệnh, (7) từ hoạt động công nghiệp, và (8) từ các hoạt động nông nghiệp

1.1.2.2 Thành phần rác thải sinh hoạt

Khác với rác thải, phế thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt là một tập hợp không đồng nhất Tính không đồng nhất biểu hiện ngay ở sự không kiểm soát được các nguyên liệu ban đầu dùng cho thương mại và sinh hoạt Sự không đồng nhất này tạo nên một số đặc tính rất khác biệt trong các thành phần của rác thải sinh hoạt

Thành phần chất thải sinh hoạt có thể bao gồm [3,4,11]:

- Các chất dễ phân hủy sinh học: Thực phẩm thừa, cuộng, lá rau, lá cây, xác động vật chết, vỏ hoa quả…;

- Các chất khó bị phân hủy sinh học: Gỗ, cành cây, cao su, túi nylon;

- Các chất hoàn toàn không bị phân hủy sinh học: Kim loại, thủy tinh, mảnh sành, gạch, ngói, vôi, vữa khô, đá, sỏi, cát, vỏ ốc hến…;

Thành phần hóa học: Trong các chất hữu cơ của rác thải sinh hoạt, thành phần hóa học của chúng chủ yếu là nguyên tử H, O, N, S và tro

1.1.3 Yêu cầu về quản lý chất thải sinh hoạt ở Việt Nam

Quản lý chất thải rắn là vấn đề then chốt của việc đảm bảo môi trường sống của con người cũng như đưa tới những giá trị lợi ích thu hồi Việc lập kế hoạch tổng thể quản lý chất thải rắn thích hợp là yêu cầu cần thiết để có thể xử lý kịp thời và có hiệu quả vấn đề này Vì vậy, tất cả các địa phương trong cả nước đều phải có hành động của mình và phải hoạch định thực hiện chính sách về quản lý chất thải rắn [11,18,19] Chính sách này gồm 3 nội dung chủ yếu:

- Giảm thiểu các chất thải rắn trong sản xuất, sinh hoạt;

- Thu hồi tái chế, tái sử dụng chất thải rắn;

- Xử lý các chất thải rắn

Đồng thời, xây dựng chiến lược quản lý chất thải rắn Đó là Reduce (giảm thiểu; Reuse (dùng lại); Recycle (tái chế) Validate (xử lý nâng cao giá trị của chất thải) và Eliminate (xử lý thải bỏ) là biện pháp xử lý cuối cùng như hình 1.2

Hình 1.2 Chiến lược quản lý chất thải rắn

Việc quản lý tài nguyên chất thải rắn nói chung, về cơ bản phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phải thu gom và vận chuyển hết chất thải Đây là yêu cầu đầu tiên, cơ bản của việc xử lý chất thải nhưng còn đang gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải có nhiều

cố gắng khắc phục;

- CTR còn được phân loại tại nguồn phát sinh;

- Phải đảm bảo việc thu gom, xử lý có hiệu quả theo nguồn kinh phí nhỏ nhất, nhưng lại thu được kết quả cao nhất Bảo đảm sức khỏe cho đội ngũ cán bộ, những người lao động trực tiếp tham gia vào quá trình thu gom, vận chuyển, xử lý và tái chế chất thải;

- Đưa các công nghệ và kỹ thuật, các trang thiết bị xử lý chất thải tiên tiến của các nước vào sử dụng ở trong nước; đào tạo đội ngũ cán bộ quản lý và lao động

có đầy đủ kiến thức, kinh nghiệm và lòng yêu nghề, có trách nhiệm với vấn đề quản

lý chất thải và bảo vệ môi trường;

- Phù hợp với cơ chế quản lý chung của Nhà nước theo hướng mở cửa; đa dạng hóa, xã hội hóa công tác quản lý chất thải theo tinh thần Chỉ thị số 23/2005/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 21/6/2005 về “Đẩy mạnh công tác quản lý chất thải rắn tại các đô thị và khu công nghiệp”

1.1.4 Xử lý và tái sử dụng chất thải rắn ở các nước trên Thế giới

Xuất phát từ vấn đề bảo vệ môi trường, quản lý và xử lý phế thải đang được

cả thế giới quan tâm Xu hướng chung là áp dụng các công nghệ giảm thiểu chất thải, tạo ra ít nhất các chất gây ô nhiễm, sử dụng ít năng lượng và nguyên liệu Các công nghệ tái chế phế thải ngoài mục đích tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm giá thành sản phẩm còn có ý nghĩa bảo vệ môi trường, tăng cường phát triển bền vững Bởi lẽ mọi hoạt động của con người không thể không tạo ra chất thải, vì vậy xử lý chúng như thế nào để đảm bảo vệ sinh môi trường và chi phí xử lý thấp nhất được đặt ra như một vấn đề sống còn của nhân loại

Để xử lý phế thải, tùy thuộc vào tính chất của chúng có thể áp dụng một trong ba phương pháp sau [8,11,19]:

- Chế biến chất thải làm phân bón;

- Ủ rác để thu hồi khí sinh học

* Khái quát về phương pháp thiêu đốt

Xử lý CTR bằng phương pháp thiêu đốt (còn gọi là phương pháp nhiệt) là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại CTR nhất định không được

xử lý bằng các biện pháp khác Trong điều kiện oxy hóa nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy trong không khí, trong đó có CTR độc hại được chuyển hóa thành khí, nhiệt, chất lỏng, tro và các chất thải rắn không cháy khác Các chất khí được làm sạch hoặc không được làm sạch thoát ra ngoài không khí Chất thải rắn không cháy và phần tro sau khi đốt được đem đi chôn lấp

Khi xử lý bằng phương pháp thiêu đốt sẽ sinh khí độc và dễ sinh dioxin nếu giải quyết xử lý rác không tốt Phần xử lý khói bụi là phần đắt nhất trong công nghệ đốt rác, kinh nghiệm cho thấy giá thiết bị xử lý khói bụi chiếm tới 40% - 60% giá thành lò đốt

Năng lượng phát sinh có thể tận dụng cho lò hơi, hệ thống lò sưởi hoặc cung cấp nhiệt cho công nghiệp năng lượng (phát điện) Mỗi lò đốt phải được trang bị một hệ thống xử lý khí thải rất tốn kém, nhằm khống chế ô nhiễm không khí do quá trình đốt gây ra

Xử lý rác bằng phương pháp đốt có ý nghĩa quan trọng, làm giảm thể tích tới mức nhỏ nhất cho khâu xử lý cuối cùng (chôn lấp) nếu xử lý công nghệ tiên tiến còn có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi trường Đây là phương pháp xử lý rác tốn kém nhất, so với phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh thì chi phí để đốt 1 tấn rác cao hơn khoảng từ 10 đến 15 lần; so với phương pháp chế biến phân compost cao hơn khoảng 8 - 10 lần [19]

Một trong những thách thức hiện nay đối với xử lý rác thải tại Việt Nam là thiếu chỗ chôn lấp Đến đầu năm 2012, Hà Nội sẽ không còn chỗ đổ rác Mỗi ngày Hà Nội có 5.000 tấn chất thải rắn sinh hoạt và khối lượng rác tăng trung bình

15%/năm ở thành phố này Ở thành phố Hồ Chí Minh, mỗi ngày cũng phát sinh 7.000 tấn rác và tiêu tốn 235 tỷ đồng để xử lý rác mỗi năm Phần lớn rác thải được chôn lấp với công nghệ xử lý thô sơ nên phải đối mặt với vấn đề xử lý nước rỉ rác Tuy có nhiều nhược điểm song chôn lấp vẫn được lựa chọn bởi giá thành thấp Nhưng với tốc độ phát sinh rác như hiện nay, tìm kiếm chỗ chôn lấp quả thật là một thách thức Trong khi quỹ đất tính trên đầu người của Việt Nam rất thấp (chỉ hơn Singapore, Hong Kong), rác thải ngày càng nhiều thì lâu dài chúng ta cần đầu

Theo Nguyễn Trung Việt, Trưởng Phòng Quản lý chất thải rắn, Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh cho biết, rất khó đánh giá chính xác khối lượng và thành phần chất thải công nghiệp, chất thải nguy hại bởi rất thiếu số liệu Phải biết chính xác thành phần, khối lượng rác mới tính toán được hiệu quả của việc đốt rác Hơn nữa, rác ở nước ta được “tận thu” khá kỹ lượng qua hệ thống buôn bán đồng nát Các loại rác phát sinh nhiều nhiệt lượng phần lớn đã được thu gom

* Khái quát về bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh:

Bãi chôn lấp CTR hợp vệ sinh là bãi dùng để chôn lấp an toàn, tin cậy và lâu dài các loại CTR không thể tái chế, thu hồi, các phần còn lại dư thừa sau tái chế CTR và tro lò đốt; với các lớp chống thấm kỹ thuật ở thành và đáy bãi; hệ thống thu gom và xử lý nước rác; khí rác; lớp đất phủ trung gian và phủ bề mặt; các kỹ thuật đầm nén… [11,18,19]

Bãi chôn lấp CTR thường được thiết kế và vận hành trong thời gian ít nhất là

5 năm, thường từ 20 - 30 năm; đối với các đô thị lớn (đô thị loại 1 và đô thị loại đặc biệt) là 50 năm [2]

Bãi chôn lấp CTR bao gồm một hay nhiều ô rác, mỗi ô rác được thiết kế sao cho có thể tiếp nhận để chôn lấp CTR trong thời gian từ 1 đến 3 năm, mỗi ô chôn lấp cần được thiết kế đặc biệt, có hệ thống chống thấm kỹ thuật ở thành và đáy bãi,

hệ thống thu gom nước rác và khí rác, kỹ thuật chôn lấp và đầm nén… Trong bãi chôn lấp có thể thiết kế riêng 1 hoặc 2 ô để chôn lấp chất thải nguy hại: Ô chôn lấp CTR nguy hại công nghiệp và ô chôn lấp CTR y tế [2,11,13]

Quy hoạch, thiết kế, xây dựng và vận hành bãi chôn lấp CTR hợp vệ sinh phải tuân thủ theo các nguyên tắc nghiêm ngặt, áp dụng các kiến thức khoa học kỹ thuật, công nghệ, kinh tế - xã hội

Các yếu tố cần xem xét khi quy hoạch, thiết kế và vận hành bãi chôn lấp CTR là: (1) Xác định vị trí và quy hoạch bãi chôn lấp CTR; (2) Quản lý và vận hành bãi chôn lấp; (3) Quá trình chuyển hóa trong bãi chôn lấp; (4) Quản lý khí rác; (5) Quản lý nước rác; (6) Giám sát và quan trắc môi trường khu vực bãi chôn lấp và khu vực lân cận; (7) Đóng cửa bãi chôn lấp [18]

* Khái quát phương pháp xử lý sinh học chất thải rắn, công nghệ sản xuất phân Compost:

Quá trình phân hủy vật chất hữu cơ thường diễn ra trong điều kiện hiếu khí - aerobic (có oxy), kỵ khí hay yếm khí - anaerobic (không có oxy) như quá trình phân hủy bùn cặn trong bể phốt và thiếu oxy (anôxic) dưới sự tham gia của vi sinh vật, đồng thời trong thực tế cũng có các loại vi khuẩn hiếu khí (cần ôxy), kỵ khí (sống không cần có oxy) và anôxic (thiếu oxy) hay còn gọi là vi khuẩn tùy tiện Đối với CTR hữu cơ, ủ sinh học trong điều kiện hiếu khí để sản xuất phân compost được xem là hiệu quả nhất [12,14,17]

Các phương pháp ủ sinh học: Ủ sinh học (compost) có thể được coi là quá trình ổn định sinh hóa các chất hữu cơ để tạo thành các chất mùn, với quy trình sản

xuất, thao tác và kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng oxy, tỷ lệ C/N, độ pH, mức độ xáo trộn, thành phần và kích thước vật liệu nhằm tạo

ra môi trường tối ưu đối với quá trình

* Khái quát phương pháp ủ chất thải rắn để thu hồi khí sinh học:

Khí sinh học (KSH) là hỗn hợp khí được sinh ra từ sự phân hủy những chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí, trong đó thành phần chủ yếu là khí mêtan (CH4)

Dùng công nghệ vi sinh để phân hủy rác, thu khí mêtan làm khí đốt chạy máy phát điện, hoặc sử dụng vào mục đích năng lượng khác [9,11,14]

1.1.5 Xử lý và tái sử dụng chất thải rắn ở Việt Nam

1.1.5.1 Hiện trạng chất thải rắn ở Việt Nam

Trong những năm qua lượng chất thải rắn (CTR) ở nước ta tăng nhanh, tuy nhiên công tác quản lý và xử lý chưa theo kịp Nhiều khu xử lý, bãi chôn lấp CTR lại trở thành những điểm gây ô nhiễm nghiêm trọng, khiến người dân bức xúc Nhiều nhà máy, khu xử lý CTR khi đi vào hoạt động luôn gặp sự cố, “đầu ra” (lượng chất thải phải chôn lấp, nước thải, khí thải) không đảm bảo

Theo Báo cáo Hiện trạng môi trường Việt Nam 2010 [3]: từ 2003 - 2008 bình quân CTR tăng 150 - 200%; Tổng lượng CTR phát sinh ở đô thị (2008) khoảng 35.100 tấn/ngày, ở nông thôn 24.900 tấn/ngày, trong đó CTR công nghiệp khoảng 13.100 tấn/ngày; CTR y tế 490 tấn/ngày

Hiện nay, CTR sinh hoạt đô thị chủ yếu được “xử lý” bằng chôn lấp Hiện cả nước có 98 bãi chôn lấp nhưng chỉ có 16 bãi chôn lấp hợp vệ sinh Theo Quyết định 64/2003/QĐ-TTg, cả nước có 52 bãi rác gây ô nhiễm nghiêm trọng và giao cho bộ Xây dựng chủ trì xử lý trong giai đoạn 2003 - 2012, tuy nhiên đến 2011 chỉ mới 20

cơ sở được chứng nhận hoàn thành khắc phụ ô nhiễm Gần đây C49 phát hiện nhiều bãi chôn lấp CTR thông thường còn chôn cả CTR nguy hại [3]

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng này nhưng chủ yếu là do ý thức của người dân và công nghệ tái chế chất thải của nước ta còn chưa cao, các khâu trong chu trình tái chế chưa đồng bộ và chưa tạo ra các sản phẩm, mặt hàng có giá trị tốt

Trong khi đó nhiều địa phương lựa chọn con đường đi đầu tư công nghệ xử

lý CTR từ A đến Z, CTR không cần phân loại Nhiều tỉnh, thành phố áp dụng công nghệ trong nước (Chủ yếu công nghệ Seraphin, An sinh - ASC) như Nhà máy rác Thủy Phương - Thừa Thiên Huế, Đông Vinh - Thành phố Vinh, Sơn Tây - Hà Nội, Rạch Giá - Kiên Giang, Thanh Hóa - Long An, Củ Chi - Thành phố Hồ Chí Minh,… Một số địa phương khác áp dụng công nghệ ngoại nhập: Nhà máy Phước Hiệp - Thành phố Hồ Chí Minh, Tràng Cát - Hải Phòng, Thanh Liêm - Hà Nam, Hà Tĩnh, Trảng Dài - Đồng Nai…[3]

Nhìn chung, công nghệ này xử lý được rác chưa qua phân loại, tái chế tạo nguyên liệu hoặc sản phẩm có ích, có hệ thống xử lý nước thải, giám sát môi trường… một số nhà máy xử lý CTR đạt hiệu quả cao Đặc biệt, công nghệ Seraphin và An Sinh ASC đã được Chính phủ khuyến khích các địa phương ưu tiên

áp dụng Tuy nhiên, khối lượng rác phải chôn lấp của nhiều nhà máy vẫn chiếm trên 50%, nước rỉ rác và mùi hôi chưa được quan tâm xử lý đúng mức, sản phẩm tái chế như phân compost, gạch, bê tông… chất lượng chưa cao, cạnh tranh kém [3]

1.1.5.2 Công nghệ tái chế/ thu hồi tài nguyên từ quá trình xử lý

Các công nghệ xử lý, tái chế CTR đô thị đang áp dụng ở Việt Nam là: (1) Công nghệ Seraphin; (2) Công nghệ An Sinh - ASC và (3) Công nghệ MBT - CD.08 - Công nghệ xử lý rác thải thành nhiên liệu [8]

a Công nghệ Seraphin

Công nghệ Seraphin tái chế chất thải bằng thiết bị cơ khí và áp lực cho 3 dòng sản phẩm:

- Chất thải rắn đô thị loại hữu cơ có khả năng phân hủy cao chế biến thành phân compost;

- Phế thải nhựa dẻo, phế thải trơ thành nguyên liệu hạt nhựa SERAPHIN

để sản xuất một số sản phẩm hữu dụng như tấm cốppha, ống thoát nước, xô chậu đựng vữa và vật liệu xây dựng, bát đựng mủ cao su;

- Gạch, đá, đất cát, sành sứ, tạp chất bẩn khác được đóng rắn áp lực cao tạo thành gạch block, dải phân cách giao thông

Công nghệ này đang được triển khai, áp dụng tại nhà máy Xuân Sơn - Sơn Tây và một số nhà máy khác

b Công nghệ An Sinh – ASC

Công nghệ An Sinh - ASC xử lý rác thải đô thị cho 2 dòng sản phẩm [48]:

- Chất thải đô thị có thành phần hữu cơ để sản xuất phân compost;

- Nguyên liệu hỗn hợp nhựa dẻo để sản xuất các loại ống thoát nước, tấm sàn, vách ngăn…

Theo công nghệ này lượng CTR còn lại không thể tái chế, thu hồi phải chôn lấp chỉ chiếm khoảng 10 %

Công nghệ này hiện đang triển khai áp dụng tại nhà máy xử lý rác Thủy Phương, tỉnh Thừa Thiên Huế

c Công nghệ MBT - CD.08 - Xử lý rác thải thành nhiên liệu

Công nghệ này do Công ty TNHH Thủy Lực và Máy ứng dụng nghiên cứu, chế tạo Đây là công nghệ xử lý CTR sinh hoạt, hạn chế chôn lấp đối với loại CTR chưa qua phân loại tại nguồn [49]

* Đặc điểm công nghệ

Công nghệ này có tính linh hoạt cao, tạo ra nhiều lựa chọn sản phẩm tái chế

từ các nguyên liệu trong rác thải Có thể dùng sản xuất phân compost, sản xuất

nhiên liệu tái tạo từ các chất thải hữu cơ và nhiên liệu công nghiệp từ các chất thải hỗn hợp, nhiều thành phần khác…

- Chất cháy được tái chế thành viên nhiên liệu (Bao gồm tất cả các vật chất cháy được không còn xà bần)

- Chất vô cơ được tái chế thành gạch xỉ (bao gồm tất cả các vật chất không cháy được không còn thủy tinh sành sứ hay đất cát)

- Tách loại tự động tới 98 % nylon ra khỏi rác hỗn hợp (bán tái chế nhựa)

- Tách loại tự động 100% kim loại ra khỏi rác hỗn hợp (bán tái chế kim loại)

- Một số lượng rất ít rác độc hại như pin cũng được tách từ tự động, đóng rắn thành khối cùng với kim loại sẽ được tiêu hủy trong lò nấu thép

- Sử dụng rất ít công nhân tiếp xúc trực tiếp với rác trong dây chuyền: 4 - 6 người/dây chuyền phân loại

- Xử lý và tái chế triệt để 100% rác đầu vào, không chôn lấp

- Nước rác được thu vào bể xử lý và được dùng để hồi ẩm cho tháp xử lý sinh học nên không có nước rỉ rác

- Khí thải được hút thu tự động trên toàn dây chuyền xử lý, được xử lý hóa học - Không phát tán ra ngoài

- Một số lượng nhỏ lốp cao su, giày da được nghiền nhỏ và tái chế thành các tấm cao su trải sàn công nghiệp (hoặc đốt tận dụng nhiệt sấy khô viên nhiên liệu)

Tất cả các vật chất có trong rác thải được xử lý và tái chế 100% thành các sản phẩm hữu ích (không còn % nào phải chôn lấp) Các sản phẩm rác từ công

nghệ MBT - CD.08 có thị trường rộng Đây là nguồn thu đáng kể để tái sản xuất

cho nhà máy xử lý rác

1.2 Công nghệ khí sinh học

1.2.1 Thành phần khí sinh học và phụ phẩm khí sinh học

* Khí sinh học:

Khí sinh học (KSH) là khí được sinh ra từ quá trình phân hủy các chất thải động vật và thực vật trong môi trường không có oxy (phân hủy kỵ khí) Trong tự nhiên, KSH sinh ra ở đầm lầy, dưới đáy ao, hồ, ruộng ngập nước sâu hoặc trong bộ máy tiêu hóa của động vật KSH là một hỗn hợp khí, trong đó thành phần chủ yếu là mêtan (CH4) và cacbonic (CO2) [50]

Thành phần của KSH phụ thuộc vào loại nguyên liệu tham gia vào quá trình phân giải và các điều kiện trong quá trình đó như nhiệt độ, pH, hàm lượng nước…Thông thường, thành phần của KSH gồm 50 - 70 % metan (CH4), 30 - 45% khí cacbonic (CO2) và một lượng nhỏ các khí khác như hydro (H2), hydro sulfua (H2S), oxit cacbon (CO) và nitơ (N2) [14,15,17,40]

* Phụ phẩm khí sinh học:

Phụ phẩm KSH là sản phẩm ở dạng lỏng và rắn của quá trình phân giải cơ chất, gồm 3 phần: nước xả, bã cặn và váng:

- Nước xả: là chất lỏng xả ra khỏi bể phân giải;

- Bã cặn: là chất đặc lắng đọng ở dưới đáy bể phân giải;

- Váng: là chất đặc nổi lên bề mặt dịch phân giải trong bể

Thành phần hóa học và dinh dưỡng của phụ phẩm KSH gồm: 93% nước, 7% chất khô (trong đó có 4,5% là hợp chất hữu cơ và 2,5% là các chất vô cơ) Thành phần chính của phụ phẩm KSH bao gồm:

- Những chất hữu cơ ở thể rắn (chất mùn);

- Chất dinh dưỡng dễ hòa tan (có đặc tính làm phân bón và có tác dụng cải tạo đất);

- Các nguyên tố vi lượng (Cu, Zn, Fe, Mn…);

- Những tế bào mới hình thành trong quá trình phân giải

Hàm lượng đạm dễ tiêu trong bã cặn chiếm khoảng 60% N tổng số Các nghiên cứu của Viện Chăn nuôi quốc gia cũng cho biết hàm lượng các kim loại nặng trong nước xả đều thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn Việt Nam dành cho nước sinh hoạt

1.2.2 Bản chất của quá trình phân huỷ kỵ khí sinh mêtan

Các chất thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí (không có oxi) Quá trình này được phân chia thành 3 giai đoạn chính [14,15,17,36]:

a Giai đoạn thủy phân

Ở giai đoạn đầu một nhóm vi khuẩn biến đổi các chất hữu cơ phức tạp, không tan trong nước như xenlulozo, licnin… thành các chất hữu cơ đơn giản và tan được như glucozo Giai đoạn này được gọi là thủy phân và các vi khuẩn tham gia được gọi là vi khuẩn thủy phân

Các nhóm vi sinh vật đầu tiên tham gia vào quá trình thủy phân carbon hydrat, lipid và protein để tạo ra các thành phần đơn giản hơn là đường, axit béo và các axit amin

b Giai đoạn sinh axit

Các chất đơn giản được sinh ra ở giai đoạn đầu bị phân giải thành các axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như axit axetic, axit propionic, axit butyric… các aldehyt, rượu và một số loại khí như N2, H2, CO2, NH3… Giai đoạn này được gọi là giai đoạn sinh axit và các vi khuẩn tham gia được gọi là vi khuẩn sinh axit để tạo ra axit carbonic, rượu, H2, CO2, NH3 Tiếp đến là quá trình sinh axeton để tạo ra axit axetic, H2, CO2

Các vi khuẩn thủy phân và sinh axit là kỵ khí không bắt buộc Chúng phát triển tương đối nhanh Các phản ứng thủy phân và sinh axit xảy ra một cách nhanh chóng và đồng bộ trong cùng một pha là pha axit (gồm 2 giai đoạn: thủy phân và sinh axit) Ở giai đoạn này do sinh nhiều axit nên pH của môi trường giảm mạnh

c Giai đoạn sinh mêtan

Đây là giai đoạn các axit hữu cơ và các hợp chất đơn giản là sản phẩm của giai đoạn 2 được biến thành khí CH4, H2S, H2, CO2… Giai đoạn này được gọi là giai đoạn sinh mêtan, xảy ra do tác động của các vi khuẩn gọi là vi khuẩn sinh mêtan gồm 2 nhóm: nhóm ưa ấm với nhiệt độ thích hợp nhất là 37 - 41oC và nhóm

ưu nhiệt với nhiệt độ thích hợp nhất là 50 - 52oC Khi lên men chúng có thể nâng nhiệt độ cơ chất lên đến 70oC

Sự phân chia các giai đoạn như trên chỉ mang tính quy ước, trong vận hành thực tế của các hệ thống KSH toàn bộ các quá trình hóa học của cả 3 giai đoạn hoạt động cùng một lúc và đồng bộ với nhau: sản phẩm sinh ra ở giai đoạn 1 sẽ được các

vi khuẩn sử dụng hết ngay ở giai đoạn 2, tiếp theo toàn bộ sản phẩm sinh ra ở giai đoạn 2 sẽ được vi khuẩn sinh mêtan của giai đoạn 3 sử dụng để tạo thành hỗn hợp KSH Cứ như vậy các phản ứng sản xuất KSH hoạt động liên tục và đồng bộ như một dây chuyền sản xuất Sau khi đạt trạng thái cân bằng thì pH của môi trường đạt trung tính (pH = 7) Nếu vì một lý do nào đó mà một mắt xích trong chuỗi dây chuyền bị trục trặc sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản lượng KSH được sinh ra Chẳng hạn ở giai đoạn 2 khi axit sinh ra quá nhiều mà vi khuẩn sinh mêtan không kịp tiêu thụ hết thì pH giảm nhanh, môi trường axit làm kìm hãm mạnh, thậm chí có thể tiêu diệt cả các vi khuẩn trung tính làm giảm khả năng sinh mêtan

Hình 1.3 Quá trình phân hủy kỵ khí tạo ra khí sinh học

Axít cácbon và

rượu

Hyđrô điôxít cácbon NH3

Hyđrô axít axêtic điôxít cácbon

Mêtan điôxít cácbon

Thủy phân Sinh axít Sinh axêtôn Sinh

mêtan

Quá trình sản sinh ra KSH chịu ảnh hưởng của các yếu tố chủ yếu sau đây: nhiệt độ, pH, thời gian lưu, loại nguyên liệu, tỷ lệ carbon và nitơ (C/N), hàm lượng chất khô, các độc tố, khuấy đảo

Các giá trị tối ưu đối với quá trình sản sinh KSH thể hiện qua bảng sau:

Bảng 1.1 Điều kiện tối ưu cho quá trình tạo khí sinh học

15oC thì thiết bị không còn hiệu quả kinh tế nữa

Quá trình sinh mêtan rất nhạy cảm với sự biến đổi nhiệt độ Sự tăng giảm nhiệt độ vượt quá giới hạn 1oC/giờ sẽ làm giảm tốc độ sinh khí rõ rệt

Đối với các thiết bị xây ngầm dưới đất, sự thay đổi nhiệt độ giữa ngày và đêm không ảnh hưởng lớn vì nhiệt độ của dịch phân giải biến đổi theo nhiệt độ của

đất Ở độ sâu từ 1m trở xuống thực tế nhiệt độ của đất thay đổi không đáng kể Do vậy xây thiết bị KSH ngầm dưới đất giữ nhiệt độ ổn định tốt hơn

* pH:

Quá trình phân giải kỵ khí có thể xảy ra trong giới hạn pH từ 6,2 - 8,5 Vượt

ra ngoài giới hạn này, quá trình phân giải kỵ khí sẽ ngừng lại Giá trị tối ưu của pH là 6,8 - 7,5

* Thời gian lưu:

Thời gian lưu là thời gian nguyên liệu được lưu giữ trong thiết bị Trong thời gian này nguyên liệu phân giải và KSH sinh ra có thể thu được

Đối với thiết bị nạp thường xuyên hàng ngày, thời gian lưu được tính theo công thức sau:

T = Vd/L Trong đó: T là thời gian lưu

Vd là thể tích phân giải

L là lượng nạp hàng ngày Với các thiết bị KSH thông thường không được cung cấp nhiệt để giữ nhiệt độ ổn định ở giá trị tối ưu, muốn nguyên liệu phân giải hoàn toàn phải tới hàng trăm ngày Do vậy thiết bị phải có thể tích chứa nguyên liệu rất lớn Tuy nhiên tốc độ sinh khí chỉ cao ở giai đoạn đầu, càng về sau càng giảm dần Do vậy người ta chọn thời gian lưu tương ứng với giai đoạn tốc độ sinh khí cao để giảm thể tích bể phân giải và đạt hiệu quả kinh tế cao

Như trên đã thấy, tốc độ sinh khí phụ thuộc nhiệt độ Nhiệt độ càng cao thì tốc độ sinh khí càng lớn Vì vậy người ta chọn thời gian lưu theo nhiệt độ của địa phương về mùa đông để đảm bảo trong điều kiện ít thuận lợi nhất thiết bị vẫn hoạt động hiệu quả Ở Việt Nam, ta chọn thời gian lưu ít nhất phải bằng giá trị trong bảng sau :

Bảng 1.2 Thời gian lưu đối với phân động vật Vùng Nhiệt độ trung bình về mùa đông ( o C) Thời gian lưu (ngày)

ra chậm, thậm chí ngừng trệ

Bảng 1.3 Tỷ lệ C/N của các nguyên loại nguyên liệu

Nguồn: [33, 40]

Chất thải động vật có tỷ lệ C/N thích hợp Nguyên liệu thực vật có tỷ lệ C/N cao, nguyên liệu càng già thì tỷ lệ này càng cao Do đó nên dùng thực vật phối hợp với chất thải động vật

* Hàm lượng chất khô:

Hàm lượng KSH thu được từ các loại nguyên liệu khác nhau phụ thuộc vào hàm lượng chất khô của chúng Hàm lượng chất khô thường được biểu thị bằng % của tổng khối lượng nguyên liệu Bảng sau đây biểu thị hàm lượng chất khô của các loại nguyên liệu:

Bảng 1.4 Hàm lượng chất khô của các loại nguyên liệu (%)

Nguồn: [33, 40]

Trong các thiết bị KSH hoạt động theo kiểu nạp liên tục hàng ngày, quá trình phân hủy sinh metan xảy ra thuận lợi nhất khi môi trường có hàm lượng chất khô tối ưu vào khoảng 5 - 10%

Bảng trên cho thấy nguyên liệu ban đầu có hàm lượng chất khô cao hơn giá trị tối ưu nên khi nạp vào thiết bị KSH cần phải pha thêm nước Tùy theo hàm lượng chất khô của nguyên liệu, tỷ lệ nước pha loãng thích hợp đối với chất thải động vật là 1 - 2 lít/kg, đối với phân nguyên là 3 - 4 lít/kg

* Khuấy đảo:

Khuấy đảo dịch phân giải làm cho nguyên liệu mới nạp tiếp xúc được với vi khuẩn khiến các phản ứng xảy ra mạnh hơn Khuấy đảo cũng có tác dụng hạn chế hình thành váng Vì vậy khuấy đảo có tác dụng làm tăng năng suất sinh khí Khuấy đảo mỗi ngày vài lần, mỗi lần khoảng 10 - 15 phút

* Các độc tố:

Các chất kháng sinh, chất sát trùng vệ sinh chuồng trại, thuốc trừ sâu, nước xà phòng… có thể ức chế hoạt động của vi khuẩn, ảnh hưởng xấu đến quá trình sinh mêtan

1.2.3 Hiện trạng phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam

1.2.3.1 Quá trình phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam [7]

Ở Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành chăn nuôi nói riêng và ngành kinh tế nói chung, công nghệ KSH đã phát triển để đáp ứng nhu cầu về môi trường và năng lượng KSH được bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1960

Năm 1964, hầm ủ KSH đầu tiên của Việt Nam được xây dựng tại Bắc Thái Một số hầm ủ khác cũng được tiếp tục xây dựng sau đó nhưng chỉ vận hành được một thời gian phải ngừng hoạt động vì một số vấn đề công nghệ và kinh nghiệm quản lý

Ở miền Nam Việt Nam, năm 1960 Nha Khảo cứu và Nông lâm súc của chính quyền Sài Gòn có thí nghiệm biện pháp sản xuất khí mêtan từ phân động vật, nhưng

do việc nhập khẩu ồ ạt các loại khí đốt như Butan, Propan và phân hóa học nên việc nghiên cứu đã không tiếp tục được thực hiện

Mặc dù bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng từ những năm 1960 ở cả 2 miền (Bắc, Nam) nhưng KSH vẫn chưa được phát triển Sau khi đất nước thống nhất năm

1975, do nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội trong thời kỳ khủng hoảng năng lượng quốc tế, KSH lại được chú ý dưới góc độ năng lượng

Năm 1976, Viện Năng lượng khởi động dự án “Nghiên cứu sản xuất KSH” tập trung vào thiết kế, phát triển và thử nghiệm các hầm ủ KSH Thiết bị sản xuất KSH được lựa chọn để thử nghiệm ban đầu thuộc loại nắp nổi bằng tôn, bể phân hủy xây bằng gạch và cổ bể có gioăng nước để giữ kín khí được tích trong nắp chứa khí Tuy nhiên, những công trình này đã phải bỏ dở vì những lý do kỹ thuật và quản lý

Tới cuối năm 1979, công trình KSH ở nông trường Sao Đỏ (Mộc Châu, Sơn La) có thể tích phân hủy là 27m3 đã hoàn thành và hoạt động tốt Kết quả này là nguồn cổ vũ khích lệ lớn đối với cán bộ nghiên cứu, những nhà quản lý và người dân, đặt cơ sở cho việc triển khai tiếp tục công nghệ KSH sau này

Từ năm 1981 đến 1990, công nghệ KSH đã trở thành một trong những lĩnh vực ưu tiên trong chương trình nghiên cứu nhà nước về năng lượng mới Sau này có một số kiểu thiết bị KSH nắp cố định vòm cầu bằng compozit của Trung tâm phát triển nông thôn và thiết bị KSH hình hộp chữ nhật của VACVINA cũng được đưa vào ứng dụng ở một số địa phương Năm 1996, Chương trình quốc gia về nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn phát triển KSH thông qua Trung tâm tư vấn hỗ trợ phát triển nông thôn Tổ chức này phát triển loại thiết bị nắp cố định có vòm cầu làm bằng compozit hoặc xi măng lưới thép đặt trên phần hình trụ xây bằng gạch ở dưới Loại thiết bị này phát triển chủ yếu ở Hà Tây và Nam Định Đến năm 1990, nhiều tỉnh trong toàn quốc đã có những công trình KSH được xây dựng, chủ yếu là

ở các tỉnh phía Nam vì có những điều kiện thuận lợi như nguồn phân từ chăn nuôi, khí hậu… Tính chung trong toàn quốc thời kỳ này có khoảng trên 2000 hầm ủ được xây dựng với thể tích 3 - 10m3

Tại đồng bằng sông Cửu Long, nhóm nghiên cứu chuyển giao kỹ thuật khí đốt sinh học của trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh triển khai chương trình từ năm 1992 và chọn loại túi nylon để phát triển

Từ năm 1993 tới nay, công nghệ KSH phát triển khá mạnh mẽ trong khuôn khổ các Dự án vệ sinh môi trường, nông nghiệp và phát triển nông thôn với nhiều kiểu thiết bị KSH mới Cùng với sự phát triển của ngành chăn nuôi, KSH được phát triển mạnh mẽ hơn và thu hút sự tham gia của nhiều tổ chức thuộc lĩnh vực nông nghiệp Việc ứng dụng KSH được mở rộng nhanh chóng nhờ áp dụng loại túi nylon

rẻ tiền và dễ lắp đặt là một hợp phần của Chương trình giúp đỡ kỹ thuật của Cơ quan Hợp tác phát triển quốc tế Thụy Điển (SIDA) và Tổ chức Nông lương Liên hợp quốc (FAO) Chương trình Mục tiêu quốc gia về cung cấp nước sạch và vệ sinh

môi trường nông thôn cũng ứng dụng KSH để góp phần giải quyết vệ sinh môi trường nông thôn

Năm 2002, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (Bộ NN&PTNN) ban hành bộ Tiêu chuẩn đầu tiên về thiết kế và xây dựng hầm ủ KSH (TCVN 492-499/2002: Thiết bị KSH nhỏ)

Từ năm 2003 đến nay, nhiều dự án KSH trực thuộc Bộ NN&PTNN được triển khai Mở đầu là Dự án “Chương trình KSH cho ngành chăn nuôi” do Chính phủ Hà Lan tài trợ được triển khai từ năm 2003, tới nay đã mở rộng tại 48 tỉnh/thành phố và xây dựng được trên 120.000 công trình KSH kiểu nắp cố định vòm cầu KT1, KT2 Dự án “An toàn thực phẩm và cạnh tranh trong chăn nuôi” với vốn vay của Ngân hàng Thế giới thực hiện trong thời gian từ 2008 - 2013 tại 12 tỉnh/thành phố, dự án này cũng có hợp phần KSH với mục tiêu xây dựng 20.600 công trình Dự án “Nâng cao chất lượng và an toàn cho các sản phẩm nông nghiệp và Phát triển KSH” với vốn vay của Ngân hàng Phát triển châu Á (ADB) được triển khai trong thời gian 6 năm (2009 - 2015) tại 16 tỉnh/thành phố Hợp phần KSH có mục tiêu hỗ trợ xây dựng 40.000 công trình

Ngoài 3 Dự án lớn nêu trên, Chương trình Mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả do Bộ Công thương chủ trì cũng có nội dung hỗ trợ ứng dụng KSH Hội Làm vườn Việt Nam (VACVINA) cũng phổ cập ứng dụng KSH trong việc phát triển mô hình VAC (vườn, ao, chuồng) Sau một thời gian phát triển loại túi, VACVINA đã chuyển sang loại VACVINA cải tiến với bể phân giải dạng hình hộp xây bằng gạch và túi chứa khí bằng chất dẻo

Cho tới nay, KSH đã được ứng dụng tại tất cả 63 tỉnh/thành phố trong cả nước Riêng 3 Dự án của Bộ NN&PTNN đã có 52 tỉnh tham gia Các tỉnh/thành phố khác tuy không tham gia 3 Dự án này nhưng có những dự án riêng của tỉnh hoặc người dân tự xây dựng công trình

Từ những công trình quy mô nhỏ có thể tích vài chục m3 hợp với quy mô chăn nuôi gia đình đã phát triển lên những công trình quy mô vừa và lớn hàng nghìn

m3 phù hợp với quy mô chăn nuôi trang trại Từ lĩnh vực chăn nuôi, KSH đã mở rộng sang lĩnh vực công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm (rượu, bia, tinh bột sắn, chế biến hải sản…) Từ năm 2003 - 2004 một số nghiên cứu định hướng ở quy

mô lớn hơn như các hệ thống xử lý nước thải áp dụng cho các khu chung cư cao tầng đã được xem xét KSH tạo ra từ các hệ thống này sử dụng để cấp nhiệt phục vụ sinh hoạt Các thiết bị cỡ lớn quy mô tập trung 50 - 100m3 cũng đã được triển khai thận trọng ở các mô hình chăn nuôi tập trung tại các tỉnh như Đồng Nai, Bắc Ninh, Thái Bình, Hải Phòng Tuy nhiên, các thiết bị cỡ lớn này còn chưa hoàn thiện về công nghệ và năng suất khí thấp

Theo báo cáo của Trung tâm Khuyến nông 61 tỉnh thành trên toàn quốc đã xây dựng được khoảng 80.000 công trình các loại, trong đó chiếm nhiều nhất là kiểu thiết bị KSH nắp cố định vòm cầu dựa theo thiết kế của Viện Năng lượng (70%), sau đó đến loại thiết bị bằng túi chất dẻo theo mẫu do Hội Làm vườn Việt nam (VACVINA) triển khai ở phía Bắc và Đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh triển khai ở phía Nam

Hiện nay, đội ngũ những người hoạt động về KSH rất đông đảo Bên cạnh các tổ chức Chính phủ như: Viện nghiên cứu, Trường Đại học, các Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Khoa học và Công nghệ, Sở Tài nguyên và Môi trường…, Hội Phụ nữ, Hội Làm vườn, Hội Nông dân… và các công ty, cửa hàng tham gia các hoạt động như triển khai dự án, sản xuất/hoặc cung ứng dịch vụ xây dựng và trang thiết bị Đội ngũ thợ xây và kỹ thuật viên do các dự án đào tạo đã mở rộng tới cấp huyện ở nhiều tỉnh/thành phố trên cả nước

Tuy nhiên, có nhiều rào cản đối với các công nghệ năng lượng tái tạo đang nổi lên trong thời gian gần đây đặc biệt đối với trường hợp ứng dụng năng lượng sinh khối Việc ứng dụng công nghệ này không phụ thuộc vào phương thức sử dụng cũng như loại sinh khối, do vậy, rất khó nói rằng rằng đây là những lĩnh vực cần được ưu tiên để cấp vốn cho nghiên cứu cơ bản hoặc chế tạo Hơn nữa, các thiết bị KSH đã được phát triển trong những năm gần đây do nhiều yếu tố sau: công nghệ

sản xuất KSH đã được cải tiến, các nguồn nguyên liệu dồi dào và có nhu cầu lớn từ ngành chăn nuôi, có nguồn tài trợ và cấp vốn Tuy nhiên, sản xuất nhiệt và điện từ KSH còn gặp những rào cản về mặt công nghệ như các thiết bị sử dụng (bếp, đèn, máy phát điện…), chủ yếu còn chế tạo thủ công hoặc cải tạo từ các thiết bị sử dụng khác nên chất lượng và độ tương thích của thiết bị chưa được tiêu chuẩn hoá

1.2.3.2 Hiện trạng sử dụng khí sinh học ở Việt Nam

KSH từ các hầm khí sẽ thay thế than, phụ phẩm nông nghiệp và củi cho đun nấu ở các hộ gia đình nông thôn Hiện nay, phần lớn các hộ gia đình nông thôn thường sử dụng hỗn hợp các loại nhiên liệu để đáp ứng nhu cầu nhiệt hàng ngày (đun nấu, nấu cám lợn, chế biến thủ công…)

Hiện nay chỉ có 0,3% trong số 17.000 các trang trại lớn đã sử dụng khí sinh học Chiến lược quốc gia của Chính phủ về Cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường đặt mục tiêu là đến năm 2020 sẽ có khoảng 45% trang trại sử dụng hệ thống quản lý chất thải, đặc biệt là bể biogas để xử lý và quản lý chất thải Tương tự như vậy, một lượng lớn rác thải đô thị và rác thải chế biến nông sản, chẳng hạn như đường và sắn, cũng chưa được sử dụng đúng mức và cả hai loại chất thải này đều gây ra ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường và lãng phí tài nguyên Các công

ty cũng đang chịu áp lực mạnh mẽ từ cả phía chính phủ trung ương và địa phương trong việc phải có hệ thống xử lý chất thải thích hợp Do đó, nhu cầu và động lực để

sử dụng và sản xuất biogas ở Việt Nam thực sự lớn [51]

Trong khi nhận thức về sự cần thiết cũng như lợi ích của các hệ thống biogas

đã tăng lên một cách đáng kể, thì cho đến nay rào cản lớn nhất cho việc đầu tư vào

hệ thống biogas vẫn là sự thiếu thốn về mặt tài chính và khả năng thương mại thấp trong tương lai gần Vì vậy, một số cơ chế tài chính đang được chính phủ Việt Nam và các nhà tài trợ chuẩn bị

a Hiện trạng sử dụng biogas

Có hai xu hướng chính sản xuất ứng dụng biogas tại Việt Nam: (i) sử dụng biogas phục vụ đun nấu và phát điện cho chiếu sáng ở quy mô hộ gia đình và (ii) sử

dụng biogas cho phát điện và làm nhiên liệu/sưởi ở một quy mô lớn hơn (quy mô công nghiệp)

Ở quy mô hộ gia đình, hiện nay có khoảng 500.000 hầm phân hủy biogas Tuy nhiên hầu hết các hầm này đều có quy mô nhỏ (dưới 10m3) được xây dựng bởi các hộ gia đình Riêng chương trình Khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam, do chính phủ Hà Lan tài trợ, tính đến năm 2011 đã xây được 15.678 hầm quy

mô nhỏ Mặc dù không có con số chính thức, nhưng người ta ước tính rằng có chưa đến 100 hầm biogas thương mại, với dung tích khoàng 100 - 200m3, trong số đó hầu hết đều được khai thác bởi các trang trại nuôi lợn Hiện nay có khoảng 17.000 trang trại lợn (với hơn 500 con lợn mỗi trang trại), và dưới 0,3% trong số đó có hầm biogas Do việc thi hành luật vệ sinh môi trường nghiêm ngặt hơn, nhiều trang trại trong số này sẽ cần đến các hầm phân hủy biogas tại chỗ trong tương lai

Xét về mặt công nghệ, hầu hết các hầm ủ nhỏ là loại hầm vòm cố định Đối với các hầm ủ trung bình và lớn hơn, phổ biến nhất là các hồ kỵ khí phủ bạt có thể tích nằm trong khoảng 300 - 190.000 m3 Các hồ phủ bạt kỵ khí này thường được sử dụng bởi các trang trại lớn, các nhà máy công nghiệp hoặc các khu chứa rác thải đô thị

Ở quy mô lớn hơn (quy mô công nghiệp), người ta ước tính rằng có hàng chục nhà máy sản xuất biogas trên khắp Việt Nam Mục đích chính của sản xuất biogas là phát điện phục vụ cho tự dùng của nhà máy hoặc để sấy sản phẩm (mục đích sử dụng nhiệt) Cho đến nay, vẫn chưa có nhà máy sản xuất biogas nào được nối lưới vào lưới điện quốc gia [51]

b Nhu cầu tiềm năng cho biogas

Biogas hiện nay được sử dụng chủ yếu cho đun nấu và chiếu sáng ở quy mô hộ gia đình ở các khu vực nông thôn Tiềm năng sử dụng biogas trong tương lại có thể là dùng để phát điện, bã thải sinh học cho các loại phân bón hữu cơ, và nhiên liệu sinh học Trong khi đó, nhu cầu sử dụng biogas cho đun nấu và chiếu sáng sẽ

Ngoài ra biogas còn có tiềm năng sử dụng cho quy mô lớn Các tiềm năng này được nhận dạng như (i) trang trại chăn nuôi, (ii) các nhà máy chế biến nông – thực phẩm, (iii) các công ty xử lý chất thải (xử lý chất thải rắn, và sau đó xử lý nước thải), (iv) các tỉnh thành có ngành nông nghiệp chiếm ưu thế vì nguyên liệu cho sản xuất biogas ở đây rất phong phú

Nhu cầu tiềm năng từ Việt Nam sẽ là một hệ thống biogas tích hợp, bao gồm thu gom rác thải, các thiết bị sản xuất khí, và máy phát điện hoặc thiết bị sản xuất phân bón

Hầu hết các khách hàng tiềm năng sẽ là các trang trại chăn nuôi lớn, các nhà máy chế biến nông sản như sắn và đường, và các công ty quản lý rác thải đô thị vì: (i) áp lực về bảo vệ môi trường đối với các đơn vị này rất cao, (ii) khối lượng chất thải là đáng kể và vì vậy có thể cung cấp đủ cho các hệ thống với quy mô thương mại, và (iii) họ có thể huy động vốn để đầu tư vào các công trình này [51]

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu:

Chất thải sinh hoạt từ các hộ gia đình khu vực nội thành Hà Nội Trong nội dung của luận văn chỉ tập trung việc khảo sát lượng CTRSH phát sinh từ các hộ dân sinh sống trong khu vực phường Phan Chu Trinh, quận Hoàn Kiếm, Hà Nội

2.2 Nội dung nghiên cứu:

- Khảo sát, nghiên cứu thành phần, tính chất của chất thải sinh hoạt hộ gia đình tại khu vực nghiên cứu, lấy mẫu về phòng thí nghiệm phân tích;

- Đánh giá thực trạng công tác quản lý, xử lý chất thải sinh hoạt, thực trạng công nghệ xử lý chất thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, khảo sát thực tế trực tiếp một

số khu chôn lấp, khu xử lý rác thải sinh hoạt của thành phố;

- Nghiên cứu thực nghiệm

2.3 Phương pháp nghiên cứu:

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, kế thừa các nghiên cứu đã có

Tiến hành thu thập các số liệu, dữ liệu, thông tin có sẵn liên quan đến nội dung của đề tài nghiên cứu từ các tạp chí khoa học, sách và trang web tin cậy đã xuất bản Danh mục tài liệu tham khảo được liệt kê ở phần cuối của luận văn

2.3.2 Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa

Khảo sát thực địa là phương pháp quan sát và khảo sát thực tế tại khu vực nghiên cứu thông qua các hình thức như quan sát, điều tra trực tiếp thu thập thông tin… để có cái nhìn khách quan tại khu vực nghiên cứu

Điều tra và khảo sát thực địa về việc xả thải từ các hộ gia đình khu vực nội thành Hà Nội, nghiên cứu về thành phần của chất thải sinh hoạt từ các hộ gia đình của khu vực nghiên cứu, lấy mẫu

2.3.3 Phương pháp thu thập số liệu hoạt động của công nhân thu gom và khối