Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý sinh học có kiểm soát mùi và nước rỉ rác để xử lý chất thải rắn sinh hoạt phù hợp với điều kiện Việt Nam
Chất thải rắn sinh hoạt và vấn đề xử lý an toàn và bền vững chất thải rắn sinh hoạt bảo vệ môi trường luôn là vấn đề thời sự ở tất cả các quốc gia trên thế giới, ngay ở thời điểm hiện tại và trong tương lai, tương ứng với áp lực tốc độ tăng của dân số thế giới được dự báo đạt ngưỡng 8 tỉ người vào năm 2023. Tùy thuộc năng lực công nghệ, tiềm lực tài chính, đạo đức môi trường xã hội... mà việc lựa chọn áp dụng triển khai công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt có sự khác nhau rất lớn giữa các quốc gia hay giữa các vùng lãnh thổ; Trong đó, các giải pháp xử lý được áp dụng trong thực tế bao gồm: phân loại xử lý tái chế, ủ sinh học hiếu khí chất thải hữu cơ thu phân bón, ủ sinh học kỵ khí thu khí sinh học làm nhiên liệu, đốt tiêu hủy có/hoặc không thu hồi nhiệt, khí hóa thu nhiên liệu, chôn lấp hợp vệ sinh, chôn lấp giản đơn và ở các nước nghèo vẫn còn có nơi đổ chất đống để phân hủy tự nhiên, hay thậm chí không được thu gom...
Có thể nói, ở Việt Nam hiện nay, hầu hết các giải pháp công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt khác nhau nêu trên đều đang được triển khai trong thực tiễn; Trong đó, chiếm tỉ lệ áp đảo là chôn lấp, rồi tiếp theo mới đến đốt tiêu hủy và ủ sinh học hiếu khí thu mùn rác làm phân bón hữu cơ. Tuy nhiên, do nhiều lý do khác nhau, tất cả các giải pháp công nghệ nêu trên đều bộc lộ những hạn chế về kỹ thuật và công nghệ đủ lớn, mà trong đó nổi cộm và gây bức xúc xã hội nhiều nhất là đều chưa kiểm soát được triệt để vấn đề ô nhiễm nước rỉ rác, phát thải ô nhiễm mùi khí rác xú uế; Mất vệ sinh và tiềm ẩn nguy cơ phát tán dịch bệnh vào cộng đồng; Công nghệ lạc hậu; Năng lực giám sát chất lượng công nghệ thấp và không ổn định; Thiếu hụt quỹ đất do tỉ lệ chôn lấp lớn; Lãng phí chưa tận thu hay khai thác được tài nguyên tái chế từ rác thải sinh hoạt... Tổng hợp thực trạng hoạt động và chất lượng xử lý chất thải rắn sinh hoạt hiện nay, báo cáo tổng hợp của đoàn chuyên gia liên bộ của Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Xây dựng và Bộ Tài nguyên và Môi trường trình Thủ tướng Chính phủ tháng 11/2014 đã khẳng định: “Hầu hết các công nghệ nhập ngoại không phù hợp với thực tế Việt Nam.... Đối với các công nghệ nghiên cứu trong nước nghiên cứu phát triển, kể cả công nghệ đã được Bộ xây dựng công nhận phù hợp, vẫn đang còn nhiều bất cập, chưa đủ điều kiện nhân rộng trong phạm vi cả nước...”.
Với tốc độ phát thải gia tăng 10-16%/năm, nên khối lượng phát thải chất thải rắn sinh hoạt ở nước ta đến năm 2025 được dự báo sẽ vượt ngưỡng 63 triệu tấn/năm. Thách thức về giảm phát thải khí nhà kính; Cùng với yêu cầu nâng cấp phát triển các 4 giải pháp công nghệ mới đủ năng lực, hiệu quả, thân thiện, bền vững với môi trường và theo hướng kết hợp xử lý có khai thác tài nguyên ô nhiễm... đã trở thành yêu cầu cấp bách về nghiên cứu phát triển công nghệ cũng như nâng cấp năng lực xử lý chất thải sinh hoạt ở nước ta.
Xuất phát từ thực tiễn trên, GS-TS. Nguyễn Văn Cách cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý sinh học có kiểm soát mùi và nước rỉ rác để xử lý chất thải rắn sinh hoạt phù hợp với điều kiện Việt Nam” với mục tiêu: Xây dựng được quy trình ứng dụng công nghệ xử lý sinh học có kiểm soát mùi và nước rỉ rác để xử lý chất thải rắn sinh hoạt phù hợp với điều kiện Việt Nam; Có mô hình kiểm định chất lượng công nghệ nêu trên ngoài hiện trường.
Quản trị và xử lý chất thải rắn sinh hoạt hiện đang là vấn đề mang tính thời sự và thách thức công nghệ ở nước ta hiện nay. Theo thống kê, lượng chất thải rắn phát sinh ở nước ta hiện nay đã rất lớn (khoảng 32 triệu tấn/năm - 2018) và được dự báo ngày càng tăng thêm (đến 2030 đạt khoảng 54 triệu tấn). Hiện phần lớn khối lượng chất thải rắn sinh hoạt ở các thành phố và các đô thị lớn đã và đang được thu gom, vận chuyển tập kết về các bãi xử lý tập trung; Rồi tùy điều kiện thực tế của từng địa phương sẽ được xử lý tiếp bằng các giải pháp tách thu hồi một phần vật liệu dễ tái chế (túi nilon, vật liệu kim loại...); còn lại phần lớn được xử lý chôn lấp hợp vệ sinh (hay chỉ là chôn lấp giản đơn); một phần được ủ sinh học hiếu khí để làm phân bón; một phần đốt tiêu hủy và một lượng nhỏ (chủ yếu là để xử lý chất thải y tế) được đốt tiêu hủy an toàn. Việc lựa chọn áp dụng các giải pháp công nghệ xử lý nêu trên khác nhau nhiều giữa các cơ sở xử lý chất thải sinh hoạt tập trung, để xử lý chất thải sinh hoạt cho các khu đô thị vừa và lớn; Còn lại phần lớn chất thải sinh hoạt vùng nông thôn mới chỉ được thu gom tập trung và chôn lấp giản đơn; một số ít địa phương được xử lý đốt tiêu hủy trong các lò đốt quy mô nhỏ chưa có giải pháp kiểm soát đủ hiệu quả chất lượng đốt tiêu hủy rác, từ chương trình “Xây dựng nông thôn mới”.
Theo đặc trưng kinh tế từng địa phương, thói quen sinh hoạt (và xả thải) cung với mức sống và nhận thức xã hội… mà chất thải rắn sinh hoạt ở nước ta có sự biến động khác nhau về khối lượng xả thải theo đầu người và về thành phần vật chất trong rác thải. Dữ liệu khảo sát mẫu chất thải rắn sinh hoạt trong địa bàn tỉnh Phú Thọ (9/2017) được chỉ ra trong bảng 1 đã cho thấy rác thải chứa rất nhiều loại khác nhau, thường là: Túi nilông (gồm túi nilon đựng theo quy định/hộ và các túi khác được người dân chứa các loại chất thải, bỏ chung vào túi chứa CTR thực phẩm); vỏ hộp sữa; Các loại nhựa (rổ, rá, chậu, ca, can, ly nhựa bị vỡ); Tro, sành sứ; Các thành phẩn còn lại không thể bán phế liệu, nhưng có thể đốt cháy như tã em bé, băng vệ sinh, vải, cao su, chén dĩa dùng một lần, vỏ hộp sữa chua,...); sau đó là chất thải không thể tái chế nhưng có khả năng cháy (10,1-15,0%); và đặc biệt chiếm tỷ lệ lớn nhất là thức ăn thừa và chất thải từ chế biến thức ăn, gọi chung là CTRTP (chiếm 80,1-90,0%).
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
1. Đã phân lập được 62 chủng vi khuẩn và 28 chủng xạ khuẩn có hoạt tính phân giải cơ chất hữu cơ có trong rác thải và 20 chủng vi khuẩn có năng lực chuyển hóa lưu huỳnh; Đồng thời đã tuyển chọn và nghiên cứu xác định được đặc tính trao đổi chất và khảo sát động học sinh trưởng của nhiều chủng vi sinh vật này.
2. Đã nghiên cứu xác định được điều kiện lên men nuôi thu sinh khối và điều kiện xử lý dịch lên men thu chế phẩm vi sinh vật dạng bột quy mô nhỏ từ các chủng vi sinh vật, bao gồm: Bacillus subtilis V40, Bacillus subtilis BLV3, Streptomyces hygroscopicus HD53, Paracoccus sp. HL19, Bacillus velezensis V2, Bacillus velegensis V18, Ochrobactrum oryzae TD19, Lactobacillus brevis Lac.3 và Ensifer adhaerens TT4
3. Đã nghiên cứu xác định được điều kiện lên men nuôi thu sinh khối vi sinh vật quy PILOT 10 lít/mẻ và 30 lít/mẻ từ các chủng vi sinh vật, gồm: Bacillus subtilis V40, Ochrobactrum oryzae TD19, Bacillus subtilis NT1 và Paracoccus sp. HL19; Đồng thời đã nghiên cứu xác định được điều kiện lên men nuôi thu sinh khối chủng vi khuẩn Bacillus subtilis V40 trên quy mô thiết bị lên men 350l với môi trường NB 180l: ở nhiệt độ lên men 35oC, pH 7 tốc độ khuấy 150v/phút; sục khí duy trì nồng độ oxy bổ sung 20%, tỉ lệ giống cấp 5%; với thời gian lên men thu sinh khối chủng B. subtilis V40 sau 28 giờ lên men.
4. Đã khảo sát đặc tính nguồn thải và giải pháp công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt đang áp dụng tại: Nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt tại Vân Cơ (Việt Trì), Nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt tại Lộc Hòa (Nam Định), Nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt thuộc HTX Thành Công tại (Xuân Sơn (Ba Vì, Hà Nội)...
5. Đã nghiên cứu khảo sát điều kiện công nghệ xử lý ủ sinh học hiếu khí rác thải sinh hoạt, xử lý sinh học nước rỉ rác và hút thu - xử lý sinh học khí thải xú uế từ quá trình xử lý rác thải sinh hoạt quy mô phòng thí nghiệm và quy mô nhỏ.
6. Đã tính toán thiết kế và gia công chế tạo được mô hình khảo nghiệm công nghệ sản phẩm của đề tài, gồm: Mô hình bể ủ sinh học hiếu khí rác thải sinh hoạt quy mô 40 ấn rác tươi/mẻ ủ, có tích hợp đồng thời xử lý sinh học nước rỉ rác và hút thu - xử lý sinh học khí thải; Cùng với modul sấy làm khô và sàng phân loại rác thải ngoài hiện trường sản xuất thực, quy mô 46 tấn rác tươi/mẻ ủ, vận hành ổn định và bộc lộ được đặc tính công nghệ đạt yêu cầu đề ra của đề tài.
7. Đã nghiên cứu phát triển được quy trình công nghệ xử lý sinh học chất thải rắn sinh hoạt có kiểm soát an toàn ô nhiễm mùi và ô nhiễm nước rỉ rác phù hợp với điều kiện Việt Nam cho các trạm xử lý chất thải rắn sinh hoạt tập trung, với năng lực sấy đạt quy mô 100-300 kg/giờ, với đặc tính chính sau:
- Công nghệ xử lý sinh học ôn hòa và đốt tiêu hủy an toàn thân thiện môi trường: Không phát thải nước rỉ rác, không phát thải mùi khí rác xú uế, thân thiện và bền vững với môi trường
- Tiết giảm diện tích đất chiếm dụng cho xây dựng phòng ủ sinh học xử lý rác thải, với “Năng lực ủ rác quy đổi theo diện tích xây dựng” trên mô hình kiểm định đạt 130% so với năng lực ủ theo giải pháp công nghệ ủ hiếu khí hiện hành (Trong thực tiễn, có thể nâng cao chỉ số công nghệ nêu trên gấp nhiều lần, đủ để xác lập lợi thế công nghệ vượt trội của giải pháp kỹ thuật ủ này)
- Xử lý có kết hợp khai thác tài nguyên từ rác thải sinh hoạt: Có sản phẩm tái chế là mùn rác mịn để làm phân bón hữu cơ, góp phần cùng tạo ra tiền đề để phát triển bền vững của nền nông nghiệp hữu cơ.
- Áp dụng với rác thải sinh hoạt chưa được phân loại tại nguồn hiện nay; Đồng thời, hoạt động càng hiệu quả hơn trên rác thải được phân loại tại nguồn trong tương lai
- Từ 100% khối lượng rác tươi, có thể thu được (15-18)% phân bón hữu cơ từ mùn rác; (3-10)% vật liệu tái chế; Phần rác thô trên sàng cho đốt tiêu hủy khoảng 30-33% khối lượng và có độ ẩm ≤45% (Trong giai đoạn phát triển tiếp theo, nếu có điều kiện đầu tư để nghiên cứu phát triển đồng thời cả công đoạn công nghệ đốt thu nhiệt phát điện thì có thể thu hồi thêm khoảng 0,5-1,0 MW/tấn cho phần rác khô đốt tiêu hủy và tổng khối lượng vật liệu trơ phải chôn lấp dưới 20%)
- Giải pháp công nghệ toàn tự chủ bằng nội lực khoa học trong nước “Make in Vietnam”
8. Đã bước đầu đánh giá hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường cho mô hình sản phẩm đề tài; Đồng thời đã xuất xây dựng mô hình công nghệ tổng hợp để xử lý chất thải rắn sinh hoạt có kiểm soát an toàn ô nhiễm mùi và ô nhiễm nước rỉ rác phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19727/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
