B GIAO DC VA DAO TO TRNG DI HC XA

Bằng cách kế thừa các kết quả từ nghiên cứu trên thế giới, từ đó nêu được: + Tổng quan về nhà tiêu sinh thái, các lợi ích mang lại và những hạn chế của nhà tiêu sinh thái; + Phân loại cấ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2016 – 2017

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG MÔ HÌNH NHÀ TIÊU SINH THÁI CÔNG NGHỆ NHẬT BẢN

Mã số đề tài:

Sinh viên thực hiện, mã số sinh viên, lớp:

Vũ Nhân Hòa – 102458 – 58MNE Phan Quang Dũng – 12058 – 58MNE

Vũ Thị Hiền – 199258 – 58MNE Đặng Duy Khánh – 103858 – 58MNE

Giáo viên hưỡng dẫn: Th.S Đỗ Hồng Anh

Hà Nội, 2016

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU 7

1 Đặt vấn đề 7

2 Mục đích nghiên cứu 8

3 Mục tiêu nghiên cứu 8

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

5 Phương pháp nghiên cứu 8

6 Cơ sở khoa học và thực tiễn 8

7 Kết quả đạt được 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ NHÀ TIÊU SINH THÁI 9

1.1 KHÁI NIỆM 9

1.1.1 Khái niệm 9

1.1.2 Nguyên lý chức năng 9

1.2 PHÂN LOẠI 14

1.2.1 Nhà tiêu ủ phân 1 ngăn 14

1.2.2 Nhà tiêu ủ phân nhiều ngăn 17

1.2.3 Nhà tiêu sử dụng thiết bị cơ học 19

1.2.4 Nhà tiêu sử dụng năng lượng mặt trời 22

1.3 TÍNH HÌNH QUẢN LÝ CHẤT THẢI NHÀ TIÊU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 23 1.3.1 Trên thế giới 23

1.3.2 Ở Việt Nam 23

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY CHẤT THẢI NHÀ TIÊU 25

2.1 THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CHẤT THẢI NHÀ TIÊU 25

2.2 CƠ CHẾ PHÂN HỦY CHẤT THẢI NHÀ TIÊU 27

2.2.1 Quá trình phân hủy hiếu khí 27

2.2.2 Quá trình phân hủy kị khí 28

2.2.3 Quá trình phân hủy chất thải lựa chọn cho mô hình thí nghiệm 28

CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CỦA NHÀ TIÊU SINH THÁI CÔNG NGHỆ NHẬT BẢN 29

3.1 CƠ SỞ THIẾT KẾ KỸ THUẬT 29

3.2 MÔ HÌNH NHÀ TIÊU SINH THÁI CÔNG NGHỆ NHẬT BẢN 29

3.2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc vận hành 29

3.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.3.1 Đánh giá mức độ tiện nghi của thiết bị 32

3.3.2 Đánh giá hiệu quả xử lý mầm bệnh 34

3.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

PHỤ LỤC 40

Bản phiếu khảo sát đánh giá mức độ tiện nghi nhà tiêu 40

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng I.1 Đề xuất thay thế cho việc xử lí sơ cấp phân khô trước khi sử dụng ở quy mô

hộ gia đình (WHO, 2006) 13Bảng II.1 Thành phần phân và nước thải người 25

DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Hình I.1 Mặt cắt nhà vệ sinh ủ phân một ngăn với hệ thống thông gió (Leonie Crennan,

2013) 11

Hình I.2 Nhà tiêu chìm có ống thông hơi 15

Hình I.3 Nhà tiêu ủ phân 2 ngăn kiểu Việt Nam 17

Hình I.4 Cấu tạo nhà tiêu Biolet 19

Hình I.5 Cấu tạo nhà vệ sinh sử dụng máy khuấy dọc 19

Hình I.6 Nhà vệ sinh Mặt trời, 1998 23

Hình II.1 Vi khuẩn Ecoli 26

Hình II.2 Vi khuẩn Salmonella 26

Hình III.1 Mô hình nhà tiêu sinh thái công nghệ Nhật Bản 30

Hình III.2 Đồ thị sự thay đổi TS-VS theo thời gian tại A 34

Hình III.3 Đồ thị sự thay đổi TS-VS theo thời gian tại B 34

Hình III.4 Đồ thị sự thay đổi TS-VS theo thời gian tại C 34

Hình III.5 Đồ thị tổng lượng Nitơ trong mẫu phân tích theo các vị trí 35

Hình III.6 Đồ thị sự thay đổi hàm lượng Ecoli tại vị trí A 36

Hình III.7 Đồ thị sự thay đổi hàm lượng Ecoli tại vị trí B 36

Hình III.8 Đồ thị sự thay đổi hàm lượng Ecoli tại vị trí C 36

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Đã từ lâu, phân hay chất thải của con người và động vật được thu gom và sử dụng như một loại phân bón cho mục đích trồng trọt nông nghiệp Với giá trị dinh dưỡng và ích lợi cho đất cũng như cây trồng, không thể phủ nhận chất thải của người và động vật

có tầm quan trọng trong lĩnh vực nông nghiệp tại các vùng nông thôn Việt Nam Tuy nhiên, chất thải từ người và gia súc khi thải ra tự nhiên, không được xử lý sẽ đi qua các đường dẫn từ nguồn nước, đất, côn trùng và chính tay chân người sẽ xâm nhập vào thực phẩm mang theo mầm bệnh trở lại cho chính con người

Theo nghiên cứu của Cục quản lý môi trường y tế về vệ sinh nông thôn tại Việt Nam năm 2016, thực trạng vệ sinh nông thôn hiện nay đang gặp những vấn đề:

- Tỷ lệ hộ gia đình nông thôn chưa có nhà tiêu là 10%;

- Tỷ lệ nhà tiêu hợp vệ sinh hộ gia đình là 65%;

- Tỷ lệ nhà tiêu hợp vệ sinh không đồng đều giữa các vùng sinh thái, vẫn có tình trạng đi tiêu bừa bãi và cầu tiêu ao cá;

- 20 triệu người nông thôn chưa tiếp cận với nhà tiêu hợp vệ sinh;

- 6 triệu người phóng uế bừa bãi mỗi năm

Và hậu quả dẫn đến là mỗi năm có 1 triệu trường hợp mắc tiêu chảy, 1,5 triệu trẻ

em thấp còi có liên quan đến vệ sinh kém, các vùng thiếu điều kiện vệ sinh, trẻ em thấp hơn 3,7cm và giảm 5-11 điểm IQ Tất cả gây thiệt hại kinh tế do vệ sinh kém tại nước

ta hằng năm là 780 triệu tương đương 9,26 USD/người và bằng 1,3%GDP cả nước

Bên cạnh đó, việc nâng cấp điều kiện vệ sinh hiện nay còn gặp rất nhiều những rào cản và thách thức Chưa có sự quan tâm vào cuộc của chính quyền địa phương về

vệ sinh Chưa có quy định, chế tài đủ mạnh để có thể chấm dứt phóng uế bừa bãi, xóa

bỏ cầu tiêu ao cá, xây dựng sử dụng nhà tiêu hợp vệ sinh Nhận thức của người dân về nhà tiêu hợp vệ sinh là chưa cao hay sự tham gia của các doanh nghiệp tư nhân còn yếu dẫn đến thị trường vệ sinh chưa được phát triển

Từ thực tế và những thách thức trên đối với việc nâng cấp và cải thiện nhà tiêu hợp vệ sinh cũng như việc tận dụng chất thải con người vào mục đích nông nghiệp, nhóm nghiên cứu đã đưa ra và thực hiện nghiên cứu đánh giá hiệu quả sử dụng mô hình nhà tiêu sinh thái công nghệ Nhật Bản

2 Mục đích nghiên cứu

Đánh giá hiệu quả sử dụng và khả năng xử lý mầm bệnh của nhà tiêu sinh thái công nghệ Nhật Bản

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Lắp đặt, theo dõi và sử dụng mô hình nhà tiêu sinh thái công nghệ Nhật Bản trong điều kiện phòng thí nghiệm;

- Lấy và phân tích mẫu phân ủ qua từng giai đoạn thời gian để đánh giá hiệu quả

xử lý mầm bệnh;

- Đề xuất phương án cải thiện

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nhà tiêu sinh thái không sử dụng nước;

- Nhà tiêu sinh thái công nghệ Nhật Bản;

- Nghiên cứu cụ thể đã được thực hiện tại trường Đại học Xây dựng

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết Bằng cách kế thừa các kết quả từ nghiên cứu trên thế giới, từ đó nêu được:

+ Tổng quan về nhà tiêu sinh thái, các lợi ích mang lại và những hạn chế của nhà tiêu sinh thái;

+ Phân loại cấu tạo, cách thức sử dụng, điều kiện áp dụng của các loại nhà tiêu sinh thái

- Thực nghiệm: dựng mô hình nhà tiêu sinh thái theo công nghệ Nhật Bản để theo dõi và đánh giá hiệu quả sử dụng

6 Cơ sở khoa học và thực tiễn

- Cơ sở khoa học: dựa trên các kết quả nghiên cứu đã công bố trên thế giới về nhà tiêu sinh thái từ thiết kế, cấu tạo cho đến các phương pháp tính toán;

- Cơ sở thực tiễn: dựa trên mô hình nghiên cứu thực nghiệm nhà tiêu sinh thái công nghệ Nhật Bản tại phòng thí nghiệm, trường Đại học Xây dựng

7 Kết quả đạt được

- Nghiên cứu tổng quan về nhà tiêu sinh thái;

- Xác định hiệu quả sử dụng mô hình nhà tiêu sinh thái;

- Xác định hiệu quả xử lý mầm bệnh qua quá trình ủ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ NHÀ TIÊU SINH THÁI

1.1.1 Khái niệm

Nhà tiêu sinh thái là nhà tiêu không dùng nước để dội sau mỗi lần đi tiêu Phân được lưu giữ và xử lý trong điều kiện ủ khô, đảm bảo cô lập được phân người, ngăn không cho phân chưa được xử lý tiếp xúc với động vật côn trùng Có khả năng tiêu diệt được các mầm bệnh trong phân, không gây mùi khó chịu và làm ô nhiễm môi trường xung quanh [1]

Trong nhà vệ sinh sinh thái, phân và nước tiểu được tách riêng ra khỏi môi trường nước Các dưỡng chất và chất hữu cơ được thu hồi nhờ việc ủ, và giúp cho nước thải gia đình xử lý dễ dàng hơn Ta có thể coi nhà vệ sinh sinh thái là một bước tiền xử lý trong

hệ thống xử lý chất thải Nó giữ lại những hợp chất gây hại cho môi trường

Quá trình ủ bao gồm sự phân hủy các chất hữu cơ dưới ảnh hưởng của vi sinh vật hiếu khí ưa nhiệt Dưới điều kiện làm việc tối ưu, vi sinh vật có thể tạo ra môi trường đến 50 độ C nhờ đó mà có thể tiêu diệt các mầm bệnh nhanh chóng Nhưng để tạo ra môi trường tối ưu là không đơn giản, ở trong các bể chứa ủ thông thường không dễ để quá trình đạt được 40 độ C

Các mầm bệnh sẽ mất dần trong quá trình ủ nhưng khó có thể đảm bảo chúng bị tiêu diệt hoàn toàn Để có thể tiêu diệt hoàn toàn các mầm bệnh yêu cầu quá trình ủ diễn

ra trong một thời gian dài hoặc sử dụng các phương pháp ủ thứ cấp

Nhà vệ sinh sinh thái cần có sư quan tâm của người sử dụng để có thể được vận hành một cách chính xác Phần lớn các loại hình đều dễ sử dụng và bảo dưỡng, nên nhà

vệ sinh sinh thái có thể dễ dàng ứng dụng trong phần lớn điều kiện, từ xây dựng thủ công hay sử dụng công nghệ hiện đại [2]

1.1.2 Nguyên lý chức năng

a Quá trình ủ phân sinh học

Một hệ thống nhà vệ sinh ủ (hoặc nhà vệ sinh sinh thái) tiếp nhận và xử lý phân

và giấy vệ sinh trong một ngăn chứa được thiết kế đặc biệt Một số nhà vệ sinh ủ kết hợp xử lí phân và nước tiểu trong cùng một ngăn, một số nhà vệ sinh khác lại được thiết

kế đặc biệt để tách riêng phân và nước tiểu Chất thải hộ gia đình có thể phân hủy, bao

gồm cả chất thải thực phẩm hữu cơ, cũng có thể được bổ sung vào ngăn chứa Các chất thải hữu cơ sau đó sẽ bị phân hủy sinh học trong quá trình ủ cùng với phân

Trong quá trình ủ phân, các chất hữu cơ sinh học phân hủy bởi vi khuẩn hiếu khí

ưa nhiệt, nấm và xạ khuẩn Trong điều kiện tối ưu, nhiệt độ trong đống ủ tăng lên giữa 50-70 °C do các hoạt động sinh học của vi khuẩn, làm giảm mầm bệnh một cách nhanh chóng và đáng kể Điều kiện tối ưu cho ủ ưa nhiệt ban đầu là:

- Sục khí tốt - cung cấp đủ oxy

- Hàm lượng nước 45-65%

- Tỷ lệ C/N là 30-40/1

Lưu ý: Những điều kiện tối ưu được này hiếm khi đạt được trong nhà vệ sinh ủ phân

Phân người và chất thải thực phẩm hữu cơ không cung cấp những điều kiện tối

ưu cho quá trình ủ phân do chứa nhiều nước và hàm lượng nitơ là quá cao Vì lí do đó, các loại vật liệu rời, xốp được thêm vào để làm giảm hàm lượng nước, cải thiện thông khí và làm tăng hàm lượng carbon của vật liệu

Các nhà vệ sinh bao gồm hai thành phần cơ bản: một nơi để ngồi hoặc ngồi xổm

và thiết bị thu gom hoặc ủ Ngoài ra, hệ thống thông gió cho phép thông khí ngăn ủ và làm giảm mùi hôi Việc đổi ngăn chứa phân phụ thuộc vào thể tích các ngăn, tần số đi

vệ sinh và điều kiện ủ.Trong quá trình phân hủy, thể tích và khối lượng vật liệu giảm đáng kể thông qua quá trình bốc hơi, phân hủy và khoáng hóa (giảm đến 90% khối lượng ban đầu của các chất thải hữu cơ) cho phép việc lưu trữ vật liệu liên tục trong ngăn chứa Các sản phẩm cuối cùng là CO2, nhiệt, nước và phân bón

Do thể tích và khối lượng vật liệu giảm qua quá trình ủ, khối lượng các muối và các chất dinh dưỡng khác (và kim loại nặng) tăng trong phân compost Tuy nhiên không phải tất cả các chất dinh dưỡng trong phân là cây có thể hấp thụ được trong lần đầu bón phân Phân hữu cơ không nên được coi là một loại phân bón, nó chỉ mang thuộc tính của phân và là thành phần quan trọng điều chỉnh dinh dưỡng của đất Thêm vào đó, phân

ủ compost cải thiện khả năng giữ nước của đất, đặc biệt quan trọng đối với khu vực dễ

bị hạn hán

b Chất độn

Chất thải từ người và thực phẩm thừa không cung cấp điều kiện tối ưu để

ủ Thông thường hàm lượng nước và nitơ quá cao, đặc biệt là khi nước tiểu không được

tách ra và được pha trộn với các vật liệu khác trong ngăn ủ Phụ gia hay "chất độn", chẳng hạn như gỗ vụn, vỏ khoai tây chiên, mùn cưa, tro và mẩu giấy, được khuyến khích

để hấp thụ độ ẩm Bằng cách thêm chất độn giàu carbon, sự thông khí của đống ủ được cải thiện và nhu cầu carbon được cân bằng Chất độn cũng che phủ phân tươi và làm giảm nguy cơ lây lan dịch bệnh do ruồi và côn trùng khác Nếu không thêm chất độn, các chất hữu cơ trong hầm có thể bị ép lại và hình thành các lớp không thấm nước, ẩm ướt và điều kiện yếm khí

Một số loại chất độn có thể tác động tích cực về mùi (như tannin trong vỏ khoai tây chiên) do chúng liên kết các chất gây mùi hôi lại với nhau Nhiều trong số các sinh vật vi mô và vĩ mô liên quan đến việc phân hủy sinh học không thể tồn tại trong môi trường axit Vôi và tảo là phụ gia cần thiết để nâng cao độ pH có nếu pH < 6,5 Chất độn phải được bổ sung thường xuyên cho tất cả nhà vệ sinh ủ, cách tốt nhất là cho một lượng nhỏ sau mỗi lần sử dụng hoặc ít nhất một lần một ngày, tùy thuộc vào tần suất sử dụng, để che phủ đống phân và ngăn chặn mùi hôi

c Thông gió

Ngăn ủ thường được thông hơi để cải thiện bổ sung không khí và bay hơi nước

dư thừa trong đống phân ủ Bộ phận thông gió cũng góp phần kiểm soát mùi hôi thông qua chênh lệch áp suất âm, lý tưởng nhất là lắp quạt điện có bộ điều khiển tốc độ trong ngăn chứa Quạt điện giúp cân bằng tiện nghi cho người sử dụng (nếu lưu lượng không

Hình I.1 Mặt cắt nhà vệ sinh ủ phân một ngăn với hệ thống thông gió (Leonie Crennan, 2013)

khí quá mạnh) và kiểm soát mùi (nếu luồng không khí quá thấp), đảm bảo đống ủ luôn trong trạng thái mát và khô Thay vì lắp quạt điện, quạt gió điều khiển, đường ống cách nhiệt và các bề mặt hấp thụ năng lượng mặt trời có thể cải thiện các hệ thống thông gió, tuy nhiên khó kiểm soát hơn

Nếu ruồi là một vấn đề, lưới chắn phải được lắp đặt trên đỉnh đường ống thông gió và các chức năng của hệ thống thông gió phải được kiểm soát Ruồi bị thu hút bởi điều kiện ủ kỵ khí

Cần lắp ống thông gió ở dưới cùng của hầm ủ kết hợp với ống thông gió thẳng đứng để đảm bảo cung cấp đủ oxy trong mọi vị trí trong đống ủ [3]

d Vệ sinh (loại bỏ mầm bệnh)

Đống ủ compost là vô hại nếu ủ trong điều kiện nhiệt độ 55 °C trong ít nhất hai tuần hoặc ở 60 °C trong một tuần Tuy nhiên Tổ chức Y tế Thế giới khuyến cáo thời gian ủ ở 55 °C - 60 °C trong vòng một tháng và 2-4 tháng sau đó để đảm bảo triệt tiêu mầm bệnh

Quá trình thực tế của "ủ" trong quy mô lớn như tại các nhà máy xử lý chất thải sinh học, thường dùng để chỉ một quá trình tối ưu hóa bao gồm một nguồn cung cấp tối

ưu oxy và nước, điều chỉnh tỉ lệ C/N tối ưu bằng cách thêm các chất hữu cơ khác nhau, mức độ vệ sinh của vật liệu được kiểm soát tối ưu, kiểm soát nhiệt độ, luân chuyển thường xuyên của các nguyên liệu hữu cơ,… đến khi hoàn thành quá trình ủ

Tuy nhiên do việc đảm bảo điều kiện ủ tối ưu trong ngăn chứa rất phức tạp, nhiệt

độ không đạt được ở hầu hết các nhà vệ sinh ủ phân Do đó, mầm bệnh có thể giảm đáng

kể, nhưng không đảm bảo tiêu diệt hoàn toàn mầm bệnh Điều này có thể được khắc phục bằng cách ủ thứ cấp với chất thải rắn hữu cơ bên ngoài của ngăn chứa phân, các đống phân ủ đã được chuyển định kỳ (1 - 2 lần trong một năm ở vùng khí hậu phía Bắc) Các phương pháp xử lí khác gồm lưu trữ lâu dài, giá trị pH cao, tiếp xúc với tia cực tím và các hiệu ứng độc hại của việc chuyển hóa

Các biện pháp vệ sinh đối với việc xử lý phân compost phải được áp dụng bởi tất

cả những người tiếp xúc với nó Phân ủ mà không được tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc chưa hợp vệ sinh chỉ nên bón cho cây cảnh, bụi cây và cây ăn quả, không nên bón cho cây lương thực như lá rau và cây củ, các loại cây này tiềm ẩn các nguy cơ gây bệnh nhiễm trùng

Hệ thống thu gom nước tiểu trong ngăn chứa phân sinh ra một khối lượng lớn nước rò rỉ Nước thải này phải được xử lý cẩn thận để tránh sự lây lan của mầm bệnh Việc xử lý nước thải và xử lý nước rỉ rác dư thừa đã được xem xét trong giai đoạn lập kế hoạch xây dựng nhà vệ sinh ủ phân

Bảng I.1 Đề xuất thay thế cho việc xử lí sơ cấp phân khô trước khi sử dụng ở quy mô

hộ gia đình (WHO, 2006)

Tiêu chuẩn lưu trữ (chỉ xử lí)

ở môi trường nhiệt độ xung

quanh 2- 20 °C

1.5 – 2 năm Loại bỏ mầm bệnh, giảm đáng

kể lượng virus, động vật nguyên sinh và ký sinh trùng, một vài loại trứng có thể tồn tại trong đất Lưu trữ và xử lí kiềm pH > 9 trong > 6

tháng

Nhiệt độ < 35 °C, độ ẩm > 25 ° hoặc pH thấp sẽ kéo dài thời gian loại bỏ tuyệt đối mầm bệnh

e Hàm lượng nước tối ưu

Các vi sinh vật hoạt động trong đống ủ cần một nguồn cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng, mà chỉ có thể hấp thụ được bằng cách pha loãng với nước, do đó cần đủ nước và đồng thời các vi sinh vật cũng cần phải có đủ oxy để tồn tại Để cân bằng các nhu cầu của các vi sinh vật, hàm lượng nước tối đa của vật liệu ủ được giới hạn Hàm lượng nước tối đa phụ thuộc vào loại chất độn được sử dụng

Các chất hữu cơ có khả năng hấp thụ tốt (như vỏ cây, giấy) cũng như có tính ổn định cao và kích thước lỗ rỗng lớn (như trấu) có thể dùng cho đống phân có hàm lượng nước lớn, hơn là sử dụng các chất hữu cơ mà không đủ khả năng hấp thụ cũng như tính

ổn định Hàm lượng nước tối ưu cho quá trình ủ phân hữu cơ là trong phạm vi 45-65%, tùy thuộc vào loại chất độn Nếu hàm lượng nước nhỏ hơn 25%, các hoạt động của vi sinh vật giảm đáng kể và dừng lại hoàn toàn khi xuống dưới 10% Vì vậy, việc điều chỉnh hàm lượng nước tối ưu là rất quan trọng đối với một quy trình ủ phân

Như đã mô tả ở trên, nguyên liệu khô với khả năng hấp thụ tốt có thể được thêm vào đống ủ nếu hàm lượng nước là quá cao Nếu lượng nước quá thấp sẽ cần bổ sung, lượng nước bổ sung chỉ được xác định thông qua việc đo hàm lượng nước trong đống ủ

Bên cạnh cách xác định chính xác bằng kỹ thuật có nhiều cách dễ dàng để ước tính sơ bộ, lượng nước: cho lá, "ép" thử nghiệm là một cách dễ dàng để đo độ ẩm: khi chạm vào phân cảm thấy ẩm ướt, và chỉ một hai giọt nước bị chảy ra khi ép chặt trong

tay Thực tế, việc điều chỉnh lượng nước trong ngăn ủ là rất khó khăn, do đó cần phải

có kinh nghiệm để vận hành tốt quá trình ủ phân

f Quản lí và tái sử dụng nước thải

Nhà vệ sinh ủ phân được thiết kế với một rãnh thoát nước, một cái rây-khay hoặc với một độ dốc nhất định để đảm bảo rằng nước rò rỉ có thể được thoát, lưu trữ và di chuyển đến nơi lưu trữ và xử lí tiếp theo Có thể tránh được điều kiện yếm khí trong đống

ủ bằng các lắp đặt

Một số nhà vệ sinh ủ được thiết kế cho nước rỉ rác bay hơi bằng nhiệt điện hoặc năng lượng mặt trời, tuy nhiên, thiết kế này đòi hỏi phải có nguồn năng lượng và đồng thời làm mất đi các chất dinh dưỡng

Nước thải phải được xử lý cẩn thận vì nó có chứa mầm bệnh Việc xử lý và quản

lý phải được xem xét kỹ lưỡng trong giai đoạn quy hoạch Nước rò rỉ có thể được pha loãng với nước và tưới cho các loại cây phi thực phẩm như một loại phân bón lỏng đậm đặc

Tỷ lệ pha loãng nước rỉ rác với nước được khuyến cáo phụ thuộc vào từng loại cây và nhu cầu nitơ Nếu nước thải trực tiếp vào đất thì không cần pha loãn Nếu nước thải được tưới trực tiếp lên cây thì cần phải pha loãng với tỷ lệ pha loãng thường được

sử dụng là 3 nước: 1 nước rỉ rác, tuy nhiên tỉ lệ 10:1 là an toàn hơn [2]

Dựa vào cấu tạo, nhà tiêu sinh thái được chia làm 4 loại:

1.2.1 Nhà tiêu ủ phân 1 ngăn

a Cấu tạo

Cấu tạo nhà tiêu ủ phân loại 1 ngăn, chìm và có ống thông hơi bao gồm:

- Hố chứa phân: Là hố đào sâu, hình tròn hoặc hình chữ nhật

- Nắp hố chứa phân (tấm sàn nhà tiêu): được làm bằng các vật liệu sẵn có tại địa phương như tre, gỗ hoặc có thể đúc sẵn bằng bê tông cốt thép, trên đó có một lỗ tiêu và rãnh thu nước tiểu

- Ống thống hơi: là bộ phận quan trọng của nhà tiêu, có tác dụng làm giảm mùi hôi bên trong nhà tiêu, góp phần làm thoát nhanh hơi nước trong hố chứa phân và khống chế ruồi nhặng

- Phần nhà tiêu bao che phía trên: có thể được làm bằng các vật liệu sẵn có tại địa phương như tranh tre, nứa, lá (lá dừa, lá dứa…)

vệ sinh Dung tích thùng chứa càng lớn thì thời gian ủ phân cho phép càng lâu và cũng như tạo điều kiện tốt hơn cho các phản ứng hiếu khí Đa phần sàn của thùng loại này có

độ dốc lớn để nước thải trong phân (hoặc nước tiểu nếu không được tách từ trước) chảy xuống khoang chứa chất lỏng được tách riêng Dưới độ ẩm thích hợp, qua thời gian, quá trình phân hủy sinh học tự nhiên diễn ra biến đổi chất thải con người thành một lượng nhỏ chất giống đất ổn định [3]

Thời gian ủ yêu cầu của phân ít nhất là 2 năm (khoảng 40 l trên người mỗi năm)

lớp vật liệu này được bao phủ bởi một lớp chất phụ gia cacbon, ví dụ như mùn cưa, dằm

gỗ, mẩu rơm, lá khô hoặc vỏ trấu được đặt sẵn và làm ẩm

Quá trình phân hủy sinh học chỉ được đảm bảo khi các vật liệu hữu cơ được trộn đều liên tục bằng đinh ba hoặc các loại thanh dài Trong điều kiện thích hợp, giun đất hoặc các sinh vật sống trong đất khác có thể tự trộn lẫn các loại vật liệu này Khi thùng chứa đã đầy, phần phân compost ở dưới đáy thùng phải được lấy ra thường xuyên, ít nhất mỗi năm một lần để đảm bảo không gian cho việc phân hủy diễn ra liên tục Với kiểu nhà tiêu này thì công việc dọn dẹp và làm vệ sinh định kỳ ít thường xuyên hơn so với loại nhà tiêu nhiều ngăn Tuy nhiên, lượng lớn phân compost được tích trữ sẽ gây ra đầm chặt, không thoáng khí Chính vì thế, việc bảo dưỡng, tăng cường khả năng thông thoáng cho khí lưu thông là rất quan trọng., đảm bảo cho cả hệ thống nhà tiêu khô một ngăn vận hành trơn tru, ổn định

d Phạm vi ứng dụng

Nhà tiêu khô một ngăn là một trong các mô hình phổ biến và lâu đời nhất trên thế giới Điển hình như ở các nước công nghiệp phát triển, hệ thống này được lắp đặt tại những nơi mà không có kết nối với hệ thống thoát nước trung tâm, chẳng hạn như trong các túp lều trên vùng núi, khu bảo tồn thiên nhiên hoặc khu định cư xa Nhà tiêu khô một ngăn cũng được lắp đặt ở nhiều khu dân cư sinh thái xung quanh các đô thị Những

mô hình tương tự như mô hình nhà tiêu Arborloo, Clivus Multrum, rất phổ biến ở các nước đang phát triển với khí hậu nhiệt đới, đặc biệt là ở vùng nông thôn châu Phi Tại hầu hết các địa phương này, mô hình tách nước tiểu riêng biệt với phân được khuyên dùng để giảm thiểu lượng nước thải rỉ ra và phòng ngừa các điều kiện yếm khí trong vật liệu do hàm lượng nước cao gây ra

e Vệ sinh

Với loại hệ thống nhà tiêu một ngăn này, phân ủ đã được làm sạch phải trộn lẫn với phân tươi do con người thải ra, và do đó một lần nữa lại bị ô nhiễm bởi các tác nhân gây bệnh Chính vì vây, việc thiết kế một hệ thống chuyên dụng, có vai trò giống như một bức tường ngăn giữa thùng phân ủ và phân mới là rất quan trọng để giảm thiểu nguy

cơ đó Trong trường hợp điều kiện phân vùng này không được đảm bảo, hệ thống nhà tiêu hai hoặc nhiều ngăn hơn cần được tính đến để xem xét và lắp đặt thay thế

f Chi phí lắp đặt và sử dụng

Giá thành của một hệ thống nhà tiêu khô một ngăn được chế tạo và lắp đặt tại Đức vào khoảng 2000€ với quy mô hộ gia đình và 8000€ với quy mô công cộng

1.2.2 Nhà tiêu ủ phân nhiều ngăn

a Cấu tạo

Nhà tiêu ủ phân nhiều ngăn có thể gồm hai hoặc nhiều hơn hai ngăn chứa phân với cấu tạo các ngăn chứa tương tự nhau, số lượng ngăn chứa phụ thuộc nhu cầu của người sử dụng Dưới đây là cấu tạo điển hình của một nhà vệ sinh hai ngăn kiểu Việt

Nam, các nhà vệ sinh khác cùng loại có cấu tạo tương tự

Nhà tiêu hai ngăn có tách nước tiểu, thuộc loại hố xí khô, phân hủy chất thải trong điều kiện yếm khí Diện tích thông thường cho một nhà vệ sinh loại này khoảng 1,8 – 2,0 m2, được xây bằng gạch nung thô, xây theo kiểu hộc cao chừng 0,8 m, có vách ngăn thành 2 ngăn chứa liền kề với nhau, mỗi ngăn có dung tích khoảng 0,3 m3 Phía trên nắp đậy bố trí 2 bệ ngồi xổm đối xứng với nhau Phân được xả trực tiếp vào ngăn chứa Lỗ nhận phân được đậy bằng một cái nắp đậy có cán dài Giữa 2 bệ xổm là một rãnh dẫn nước tiểu thoát ra ngoài và thu gom vào chậu hoặc bô sành Ở mỗi ngăn chứa phân có tấm cửa gỗ để đóng mở khi lấy phân Nền có thể xây bằng gạch, bê-tông hoặc đất nện Ngăn chứa được xây cao ít nhất khỏi mặt đất là 10 cm để ngăn nước ngập hoặc nước

mưa tràn vào bên trong

Hình I.3 Nhà tiêu ủ phân 2 ngăn kiểu Việt Nam

Nhà vệ sinh được xây xa nơi chỗ ở hoặc nguồn nước tối thiểu 10 m Che chắn hố

xí bằng các vật liệu xây dựng địa phương như tre, cây, tranh, lá, Trước khi gom chất bài tiết, nền ngăn chứa phân được rải bằng một lớp đất bột, vôi bột hoặc tro cây nhằm thấm nước phân và ngăn việc thấm ướt nước ngập, hạn chế mùi và ruồi nhặng Sau mỗi

lần sử dụng, người ta đổ phủ lên phân bột lớp tro hoặc đất bột

b Cơ chế hoạt động

Nhà tiêu ủ phân loại nhiều ngăn có thể bao gồm hai (hoặc nhiều hơn) những ngăn kín nước, có thể hoán đổi vị trí cho nhau để chứa phân Với kiểu nhà tiêu này, trước tiên một ngăn sẽ được sử dụng đầy rồi mới đưa các ngăn khác vào để dùng Nước tiểu có thể được tách ra từ những thùng chứa này nếu cần thiết Phần lớn các nhà vệ sinh loại này không được dùng để chứa rác thải sinh hoạt hữu cơ do hạn chế về thể tích lưu trữ [3]

i Loại nhiều buồng quay

Nhà tiêu khô loại nhiều ngăn có thể được lắp đặt trên sàn của nhà trụ mà ở trong

đó có sẵn bể chứa kích thước nhỏ hơn có thể quay được Bên trong thùng chứa được chia ra làm bốn buồng nhỏ (hoặc nhiều hơn) Buồng được sử dụng sẽ đặt trực tiếp ở ngay dưới cửa xuống của nhà tiêu cho đến khi một buồng được dùng đầy, thùng sẽ quay

để sử dụng đến buồng tiếp theo Sau khi tất cả các buồng chứa đều được lấp đầy, phân compost trong buồng đầu tiên sẽ được lấy qua cửa ngăn và quá trình sử dụng lặp lại từ đầu

ii Loại có nắp ngồi xổm

Đa phần các loại nhà tiêu hai ngăn đều được thiết kế theo kiểu ngồi xổm với một

bệ ngồi có thể đóng mở được Bệ đặt ngay trên thùng chứa phân và lỗ cho phân có thể xuống được thùng Khi thùng đầu tiên đã đầy, bệ ngồi sẽ được quay 180 độ, đóng kín thùng đầu tiên và mở thùng thứ hai để tiếp tục sử dụng Với những nhà tiêu mà nước tiểu không được tách riêng ra thì nước sẽ được thu vào thùng chứa thông qua lưới lọc ở dưới hoặc nhờ độ dốc ở đáy thùng Nếu nước này không được xử lý để làm phân bón thì cần phải được xả ra sàn bay hơi hoặc qua quá trình xử lý nước thải Các nắp đậy của thùng phải đặt ở nơi có ánh nắng mặt trời để tăng nhiệt, thúc đẩy quá trình bay hơi của nước thải cũng như nhiệt độ cho quá trình ủ phân

c Vận hành và bảo dưỡng

Nhà tiêu khô loại nhiều ngăn cần được kiểm tra và theo định kỳ nhiều hơn trong quá trình sử dụng so với loại một ngăn Việc trộn đều vật liệu để thông khí là không cần thiết do thể tích của thùng chứa không quá lớn như loại ngăn đơn Tuy nhiên, do cấu tạo chia làm nhiều ngăn nhỏ nên việc làm sạch và dọn vệ sinh sẽ phức tạp và khó khăn hơn

so với nhà tiêu một ngăn

d Phạm vi ứng dụng

Những hệ thống nhà tiêu nhiều ngăn có kích thước lớn đều được lắp đặt bên ngoài

và ngăn cách với nhà ở Tuy nhiên, những hệ thống nhỏ hơn hoàn toàn có thể được xây tích hợp trong nhà nếu điều kiện thông gió, hút mùi được đảm bảo

e Vệ sinh

Hệ thống nhà tiêu khô nhiều ngăn giúp ngăn ngừa sự ô nhiễm giữa phân compost

đã được ủ với phân tươi nên việc phát tán của mầm bệnh vào môi trường có thể được giảm đáng kể so với hệ thống nhà tiêu đơn ngăn Chính vì vậy, tổ chức Y tế thế giới khuyến cáo dùng loại nhà tiêu này thay vì sử dụng loại một ngăn ở hầu hết các nơi trên thế giới Tuy nhiên, phân sẽ không được ủ hoàn toàn và yêu cầu được xử lý thêm trước khi đảm bảo an toàn vệ sinh trước khi được sử dụng như một loại phân bón trong vườn hoặc trong nông nghiệp

1.2.3 Nhà tiêu sử dụng thiết bị cơ học

a Cấu tạo

Hình I.5 Cấu tạo nhà vệ sinh sử dụng máy khuấy dọc

Hình I.4 Cấu tạo nhà tiêu Biolet

Nhà vệ sinh BioLet là nhà vệ sinh điện tự động khép kín hoàn toàn và dự báo trước mọi di chuyển của người sử dụng Khi ngồi trên bồn cầu thì cửa bẫy mở; đóng nắp bồn cầu kích hoạt thanh thép không gỉ bắt đầu trộn cơ học, phá vỡ giấy và phân phối độ

ẩm vào các đống phân ủ ở ngăn trên Các vật liệu trong ngăn trên rơi xuống ngăn chứa

ở dưới và cuối cùng ngăn chứa được làm trống Phần phân không ủ, phần khô, và phần

đã ủ được lưu giữ riêng biệt

Quạt gió lưu thông không khí ấm ở phần dưới và xung quanh đống phân ủ giúp chất lỏng nhanh bay hơi và phân hủy Một nút bật tắt nổi bổ sung nếu chất lỏng dư thừa Mỗi tuần một lần hoặc khi cần thiết, mùn được thêm vào nhà vệ sinh thông qua chỗ ngồi mở [5]

b Cơ chế hoạt động

Các nhà sản xuất cung cấp các thiết kế hiện đại, được trang bị với các thiết bị cơ khí và máy sưởi điện để tăng tốc độ bốc hơi và phân hủy sinh học Các thiết bị đi kèm này có tác dụng tăng cường khả năng chứa của nhà tiêu hoặc hạn chế tối đa không gian

và giúp đơn giản hóa việc bảo dưỡng sửa chữa

Nguyên lý cơ bản của hầu hết các nhà tiêu loại này là trộn đều phân với mùn cưa hoặc các vật liệu hữu cơ tương đương khác bằng cách cho chuyển động hoặc dùng các bộ khuấy trộn được lắp đặt sẵn trong thùng Việc chuyển động liên tục này giúp tăng cường khả năng lưu thông khí, gia tăng sự tiếp xúc giữa các vi sinh vật và từ đó tăng tốc

độ phân hủy sinh học

Các thiết bị trộn có thể được điều khiển bằng cần gạt cơ khí, gạt bằng cả tay hoặc chân (sau mỗi lần sử dụng nhà tiêu) hoặc điều khiển điện tử như qua nút bấm, tự động hoặc cảm biến Tuy nhiên với loại điều khiển nào đi chăng nữa thì vấn đề thông gió vẫn phải được ưu tiên để ngăn mùi và đảm bảo trao đổi khí được diễn ra

Nhiều hệ thống loại này cũng có thể xử lý được nước tiểu, tuy nhiên yêu cầu lượng lớn các loại vật liệu hấp thụ CO2 và nhiệt lượng cao để xử lý các chất lỏng còn sót lại (không thoát được) Cách dùng nhiệt để làm bay hơi các loại chất lỏng này phù hợp với vùng có nhiệt độ lạnh

Ngăn tách nước tiểu phù hợp đối với các nhà tiêu loại nhỏ, tuy nhiên độ ẩm bên trong của mẫu phân ủ phải được theo dõi liên tục (đối với cả loại có tách và không tách nước) để ngăn ngừa việc tích tụ bùn hoặc nước tiểu trong hệ thống Nhìn chung, loại