Công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ. GS.TS.Nguyễn Thị Kim Thái

Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 MỤC LỤC I Công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu 1.1/ Cơ chế trình xử lý sinh học chất thải rắn hữu 1.2/ Quá trình xử lý sinh học điều kiện hiếu khí 1.3/ Q trình xử lý sinh học điều kiện kỵ khí 1.4/ So sánh q trình hiếu khí kỵ khí xử lý chất thải rắn hữu II 14 Đánh giá công nghệ xử lý chất thải rắn hữu phương pháp ủ sinh học giới Việt Nam 2.1/ Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu giới 2.2/ Các công nghệ ủ sinh học áp dụng nhà máy xử lý chất thải rắn hữu Việt Nam 2.3/ Đánh giá công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu áp dụng 26 28 34 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 LỜI MỞ ĐẦU Dự án “Hướng đến thành phố kiểu mẫu quản lý rác thải khu vực ven biển phía bắc Việt Nam” – “Vịnh Xanh” (GreenBays) nằm Chương Trình Tái Chế Rác Thải Đơ Thị (MWRP) tài trợ Cơ Quan Phát Triển Quốc Tế Hoa Kỳ (USAID) thơng qua Tập Đồn Sáng Tạo Phát Triển (DIG) Dự án thực Trung tâm Hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) đối tác Mục tiêu dự án giảm nhiễm rác nhựa, đặc biệt rác xốp biển hỗ trợ thực hành giảm rác thải khu vực dự án Nhận thấy rác hữu khơng phân loại xử lý, nguyên nhân dẫn đến nguy tải bãi chôn lấp trọng lượng chiếm đến 50% tổng trọng lượng loại rác thải sinh hoạt, gây khó khăn cho trình phân loại rác làm giảm nỗ lực biến rác thải thành tài nguyên, đồng thời ảnh hưởng nghiêm trọng đến công suất lị đốt rác độ ẩm cao Trong khn khổ dự án Vịnh Xanh, GreenHub làm việc với chuyên gia thuộc trường Đại học Xây dựng đối tác để nghiên cứu trình sinh học để xử lý chất thải rắn Công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt áp dụng Việt Nam đa dạng chủ yếu chôn lấp, thiêu đốt, chế biến phân vi sinh Phương pháp thiêu đốt giúp giảm nhanh thể tích khối lượng rác cần xử lý thời gian ngắn (80-90%), yêu cầu diện tích đất thấp, chi phí đầu tư xử lý cao Trong đó, chơn lấp nhiều thị lớn áp dụng công nghệ vận hành đơn giản, chi phí đầu tư mức trung bình chi phí vận hành thấp, dễ dàng gia tăng cơng suất tiềm ẩn khả gây ô nhiễm không khí, nhiễm nguồn nước khu vực bãi chơn lấp Do ứng dụng q trình sinh học để xử lý chất thải rắn mở hướng công nghệ nhiều tiềm theo định hướng tái sử dụng chất thải Trong 20 năm qua, sản xuất phân hữu công nghệ xử lý chất thải phổ biến Việt Nam Mục đích việc sản xuất phân hữu thu hồi thành phần hữu chiếm tỉ lệ lớn rác thải rắn sinh hoạt biến thành phân bón hữu dùng nơng nghiệp cải thiện cấu trúc đất Tuy nhiên, phần lớn sở phân hữu dựa việc sản xuất phân từ rác hỗn hợp, dẫn đến sản phẩm phân hữu chất lượng, với hàm lượng tạp chất cao thủy tinh vụn, nhựa chất gây ô nhiễm khác, khiến cho việc tìm kiếm thị trường tiêu thụ ổn định cho phân hữu trở nên khó khăn Hiện có nỗ lực sản xuất sản phẩm phân hữu chất lượng cao dựa chất thải phân loại nguồn từ chợ nguồn phát thải đơn lẻ khác Chất thải sinh hoạt hữu từ hộ gia đình sử dụng để sản xuất phân hữu tương lai việc phân loại nguồn áp dụng, để đạt điều thách thức lớn Báo cáo thực nhằm cung cấp kiến thức trình xử lý sinh học chất thải rắn hữu cơ, so sánh đánh giá ưu nhược điểm phương pháp Ngoài ra, báo cáo đưa đánh giá thực trạng, tồn hội công nghệ ủ sinh học để xử lý chất thải rắn Từ giúp cho quan quản lý, sở xử lý chất thải rắn có lựa chọn phương thức xử lý phù hợp với điều kiện thực tế địa phương Nhóm tác giả: GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái (Đại học Xây dựng) Th.S Trần Hoài Lê (Đại học Xây dựng) Th.S Trần Thị Hoa (GreenHub) Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 I CÔNG NGHỆ Ủ SINH HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ 1.1/ CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ • Trong chất thải rắn sinh hoạt, thành phần hữu chiếm tỷ trọng lớn, nên việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học coi phù hợp Phương pháp sinh học thực theo phương thức sau: • Ủ sinh học, chuyển hoá chất Rác thải trước đưa vào xử lý có thành phần phức tạp, chứa nhiều hợp chất độc hại Thành phần rác thải bao gồm hợp chất hữu C, N, S, H (các hợp chất cần xử lý thu hồi làm phân bón) chất khơng xử lý thải hữu thành phân vi sinh Mê tan hoá bể thu hồi khí sinh học Nguồn phát sinh Phân loại Lên men hiếu khí sản xuất phân bón vi sinh (Composting) Lên men kỵ khí sản sinh khí biogas phân bón Tiêu huỷ Hình Sơ đồ xử lý chất thải rắn hữu phương pháp sinh học Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 phương pháp ủ sinh học như: nilông, giấy, kim loại, chất trơ, v.v… Quá trình sinh học xử lý chất thải rắn hữu sau: + Với phương pháp ủ yếm khí (phương pháp ủ tự nhiên) (C, H, N, S) + Điều kiện: độ ẩm, nhiệt độ, độ xốp = CH4 + H2S + CO2 + Với phương pháp ủ kỵ khí (phương pháp ủ nhân tạo) (C, H, N, S) + Điều kiện: độ ẩm, nhiệt độ, độ xốp, khơng có O2 = CH4 + H2S + CO2 + chất mùn (khống vơ cơ) + Với phương pháp ủ hiếu khí (trong điều kiện nhân tạo) (C, H, N, S) + O2 + VSV = CO2 + H2S + to + chất mùn (khống vơ cơ) Trong đống ủ, hợp chất hữu phân huỷ diễn theo giai đoạn khác Các hợp chất Nitơ, Cacbon, phân huỷ thành CO2, NH4, axit hữu nitơ phân tử Q trình biểu diễn sau: + Đối với hợp chất Nitơ: Protein → Peptides → Aminoaxit → Các hợp chất amon → Các vi khuẩn Nitơ phân tử + Đối với hợp chất Cacbon: Hydratcacbon đường phân axit hữu CO2 vi khuẩn Quá trình phân giải hợp chất Nitơ cacbon có tham gia vi khuẩn như: Bac mycoidos; Bac Mesetericus; E Coli,… loại xạ khuẩn nấm mốc Sau hợp chất hữu phân giải, chất trung gian tiếp tục vi sinh vật tiêu thụ chuyển hoá thành CO2, NO3 Sự ổn định chất thải hồn thiện thơng qua phản ứng trao đổi chất vi sinh vật hình thành trình Song song với q trình chuyển hố chất hữu cơ, đống ủ xảy trình khoáng hoá (Sắt, canxi, photpho…) cuối tạo mùn 1.2/ CƠNG NGHỆ Ủ HIẾU KHÍ 1.2.1/ Cơ chế q trình Q trình ủ hiếu khí chất thải rắn hữu q trình chuyển hóa sinh học ổn định chất hữu điều kiện có oxy với tham gia Vi sinh vật (VSV) hiếu khí Sản phẩm q trình khí CO2, nước, nhiệt, chất mùn ổn định, khơng mang mầm bệnh Trong trình phân hủy, hợp chất hữu phức tạp phân hủy thành chất đơn giản Các hợp chất nitơ cacbon phân hủy thành CO¬2, NH4, axit hữu nitơ phân tử Cơ chế trình chuyển hóa Các cơng nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 sinh học hiếu khí diễn sau: Đối với hợp chất Nitơ: Protein → Peptides → Aminoaxit → Các hợp chất amon → Các vi khuẩn → Nitơ phân tử Đối với hợp chất Carbon: Hydratcarbon → phân tử đường → axit hữu → CO2 vi khuẩn Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn q trình ủ hiếu khí phức tạp, thực enzym vi sinh vật có khối ủ Phản ứng sinh hóa xảy cơng nghệ ủ hiếu khí đặc trưng phương trình: COHNS + O2 + VSV hiếu khí → CO2 + NH3 + sản phẩm khác + lượng 1.2.2/ Các yếu tố ảnh hưởng 1) Kích thước thành phần vật liệu ủ Kích thước vật liệu ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy trình phân hủy hiếu khí VSV xảy bền mặt vật liệu hữu Vì việc giảm kích thước vật liệu ủ làm tăng bề mặt tiếp xúc, tăng hoạt động vi khuẩn làm tăng nhanh tốc độ phân hủy Tuy nhiên kích thước vật liệu nhỏ chặt làm hạn chế lưu thơng khí đống ủ giảm mức độ hoạt động VSV Kích thước tối ưu cho trình chất hữu 3-5cm Sự cân chất dinh dưỡng với tỷ lệ khác đưa đến sản phẩm khác Có nhiều thơng số dinh dưỡng ảnh hưởng đến q trình ủ hiếu khí, tỷ lệ C/N thông số quan trọng nhất, ảnh hưởng lớn đến tốc độ trình phân hủy • Nếu tỷ lệ C/N lớn hạn chế phát triển VSV thiếu N, làm chậm q trình ủ dó VSV phải thực nhiều q trình oxy hóa đạt đến giá trị C/N tối ưu Do thời gian cần thiết cho trình làm phân thường kéo dài sản phẩm thu chứa mùn • Ngược lại, tỷ lệ C/N thấp, nitơ bị trình bay NH3, điều kiện nhiệt độ cao, độ thơng khí lớn • Tỷ lệ C/N tối ưu xác định qua hàm lượng C/N cần thiết để tăng sinh khối VSV Về mặt lý thuyết, tỷ lệ C/N tối ưu 25/1-35/1, nhiên với vật liệu khác tỷ lệ C/N tối ưu khác vật liệu khó phân hủy rơm, gỗ, giấy, tỷ lệ C/N 35/1-40/1, với chất thải dễ phân hủy bùn cặn, thức ăn thừa,… tỷ lệ tối ưu 20/1 Trong thực tế, rác đô thị Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Việt Nam chứa nhiều hợp chất ligno-xenluloza khó phân hủy thành phần nitơ rác lại dễ sử dụng Do tỷ lệ C/N thực tế thường cao 30/1 Để giảm thời gian phân hủy cách bổ sung nguồn nitơ hay nguyên liệu hữu khác bùn hoạt tính hay nguyên liệu chứa nhiều nitơ 2) Độ xốp nguyên liệu ủ Độ xốp yếu tố quan trọng trình sản xuất phân hữu Độ xốp ảnh hưởng trực tiếp đến trình cung cấp oxy cần thiết cho trao đổi chất, hô hấp VSV hiếu khí oxy hóa phần tử hữu diện vật liệu ủ Độ xốp thấp hạn chế vận chuyển oxy, hạn chế giải phóng nhiệt, làm tăng nhiệt độ khối ủ Độ xốp cao dẫn đến nhiệt độ khối ủ thấp, không tiêu diệt hết mầm bệnh Độ xốp điều chỉnh cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỷ lệ thích hợp Thơng thường, độ xốp để q trình sản xuất phân diễn 3560%, tối ưu 32-36% 3) Nhiệt độ thời gian ủ Nhiệt khối ủ sản phẩm phụ phân hủy hợp chất hữu VSV, phụ thuộc vào kích thước đống ủ, độ ẩm, khơng khí tỷ lệ C/N, mức độ đảo trộn nhiệt độ môi trường xung quanh Nhiệt độ hệ thống ủ không hồn tồn đồng suốt q trình ủ, phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo VSV thiết kế hệ thống, thay đổi theo thời gian ủ Giai đoạn đầu trình ủ, kéo dài 1-3 ngày, tương đương với thời gian thu gom, vận chuyển vật liệu cho trình ủ, nhiệt độ giai đoạn mức ấm Bắt đầu thực trình ủ, hợp chất hữu bị phân hủy nhờ VSV, q trình giải phóng lượng làm nhiệt độ đống ủ tăng lên đến 45-500C, VSV ưa ấm dần bị thay VSV ưa nóng, giai đoạn kéo dài khoảng 1-4 ngày Bắt đầu từ ngày 5-10 trình ủ, nhiệt độ tăng cao hoạt động VSV phân hủy hydrocarbon phức tạp cenlulose, hemicenlulose Đây giai đoạn quan trọng để loại bỏ VSV gây bệnh chất thải Nhiệt độ cực đại khoảng thời gian đạt nhiệt độ cực đại phụ thuộc vào độ thống khí, hình dạng đống ủ độ ẩm, Sau thời gian này, nhiệt độ đống ủ giảm dần xuống nhiệt độ xung quanh, trình phân hủy diễn chậm cần đủ độ ẩm oxy để trì hoạt động VSV đống ủ Như vậy, nhiệt độ tối ưu cho Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 trình ủ 40-550C Nếu nhiệt độ đống ủ không đảm bảo loại vi khuẩn ưa ẩm, ưa nóng không xuất không tiêu diệt VSV gây bệnh, ảnh hưởng đến chất lượng phân ủ Còn nhiệt cao dẫn đến cạn kiệt nước đống ủ, làm cho vi khuẩn bậc chết, giảm hiệu trình ủ Thời gian ủ cần phù hợp với nhiệt độ đống ủ Nếu thời gian ủ ngắn trình chưa phân hủy xong, chất lượng phân ủ không đạt yêu cầu Nhưng thời gian ủ dài yêu cầu diện tích bể ủ lớn, khơng đảm bảo hiệu mặt kinh tế 4) pH pH thông số quan trọng ảnh hưởng đến trình ủ hiếu khí pH ảnh hưởng đến việc hấp thụ chất dinh dưỡng, hoạt động VSV việc hòa tan kim loại nặng Vi khuẩn thường phát triển tốt pH = 6,5-8 nấm pH = 5-8,5 Trong đống ủ, pH thay đổi theo thời gian ủ Giai đoạn đầu pH thường khoảng 6,0 sau giảm xuống 4,5-5 axit hữu sinh vài ngày, tăng 7,5-8,5 nhiệt độ tăng Cuối thời gian ủ, pH giảm mức trung tính 5,5-6,5 5) Độ ẩm Độ ẩm yếu tố cần thiết cho hoạt động VSV trình chế biến phân hữu nước cần thiết cho trình hòa tan chất dinh dưỡng vào nguyên sinh chất tế bào Các VSV đóng vai trị định q trình phân hủy CTR thường tập trung lớp nước mỏng bề mặt CTR Nếu độ ẩm nhỏ (65%) lưu thơng khí đống ủ khó khăn, oxy khơng cung cấp đầy đủ cho VSV, trình phân hủy chậm lại chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí, gây mùi hơi, thất chất dinh dưỡng lan truyền VSV gây bệnh Độ ẩm tối ưu cho trình ủ 50-60% Với rác thải thị có độ ẩm tương đối nằm khoảng 40-60% thích hợp cho trình ủ compost Tuy nhiên độ ẩm tối ưu thay đổi tùy thuộc chất chất hữu đống ủ, để đạt hiệu suất cao cần khống chế độ ẩm mức 40-60% suốt q trình ủ 6) Sự phân phối oxy Oxy đóng vai trò quan trọng trao đổi chất oxy hóa chất hữu có mặt vật liệu ủ Khi VSV oxy hóa car- Các cơng nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 bon tạo lượng, oxy sử dụng sinh CO2 Khi thiếu oxy trình xảy điều kiện yếm khí, tạo mùi sinh khí H¬2S Nếu cung cấp đủ oxy, VSV phân hủy nhanh chóng hợp chất hữu cơ, làm giảm độ ẩm cao ban đầu rác, có tác dụng tản nhiệt đống ủ VSV hiếu khí sống nồng độ oxy 5%, nồng độ oxy 10% tối ưu cho trình ủ hiếu khí Khơng khí cấp cho khối vật liệu ủ nhiều cách đảo trộn, sử dụng ống thơng khí, đổ chất thải từ tầng lưu chứa cao xuống thấp, thổi khí cưỡng 1.3/ CƠNG NGHỆ Ủ KỴ KHÍ 1.3.1/ Cơ chế q trình Phân hủy kỵ khí q trình phân hủy chất hữu mơi trường khơng có oxy điều kiện nhiệt độ từ 30-650C Sản phẩm q trình phân hủy kỵ khí khí CH4, CO2, NH3, lượng nhỏ loại khí khác, axit hữu sinh khối vi sinh vật Các vi sinh vật yếm khí xạ khuẩn (AcActrriomycetes, nấm men, vi khuẩn (Bacteria), nấm mốc (Mucor) penicilium Quá trình chuyển hóa chất hữu chất thải rắn sinh hoạt điều kiện kỵ khí xảy theo ba bước: 1) Giai đoạn thủy phân chất: thành phần hữu rác thải bị phân hủy tác động men hydrolaza vi sinh vật tiết để hình thành hợp chất đơn giản (đường đơn, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin,…) vi sinh vật tham gia vào giai đoạn Clostridium thermocellum 2) Giai đoạn hình thành axit hữu cơ: tác dụng enzym vi sinh vật, chất hữu dễ tan chuyển thành axit hữu (axit axetic, axit propionic, axit butyric,…), rượu etylic, rượu metylic, CO2, H2 Các vi sinh vật có mặt giai đoạn Bacteroides, Suminicola, Clostridium, Bifido bacterium 3) Giai đoạn hình thành methan: chuyển hóa hợp chất trung gian thành sản phẩm cuối đơn giản hơn, chủ yếu khí metan CH4 CO2 Một cách tổng quát, trình chuyển hóa kỵ khí chất thải rắn hữu mơ tả phương trình sau: CaHbOcNdSe + (4a-b-2c+3d2e) H2O → 1/8 (4a+b-2c-3d-2e) CH4 + 1/8 (4a-b+2c+3d-2e) CO2 + dNH3 + eH2S Ba giai đoạn trình phân hủy kỵ khí trình bày Bảng Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng 1) Nhiệt độ Q trình chuyển hóa sinh học kỵ khí xảy khoảng Tên giai đoạn Các chất ban đầu Giai đoạn nhiệt độ khác nhau: lên men lạnh (dưới 250oC), lên men ấm (25-450oC), lên men nóng (45700oC) Q trình chuyển hóa Giai đoạn Giai đoạn Thuỷ phân Axit hóa Acetate hóa Metan hóa Đường phức tạp, protein, chất béo Đường đơn giản Amino axit, axit hữu Axetat VK axit hóa VK axetat hóa VK metan hóa Vi sinh vật Sản phẩm Đường đơn giản Amino axit, axit hữu Axetat Khí sinh CO2 CO2, H2 CO2, CH4, H2 CO2, CH4 Bảng Các giai đoạn q trình phân hủy kỵ khí chế độ lên men ấm có hiệu phân hủy tốt hơn, thời gian phân hủy nhanh, hiệu suất sinh khí cao đồng thời phân tách lỏng rắn tốt Mặc dù chế độ nhiệt lên men nóng q trình xảy hiệu đa số trình chuyển hóa kỵ khí thực điều kiện lên men ấm 10 Do điều kiện lên men nóng địi hỏi việc vận hành phức tạp, cần cung cấp thêm lượng, đồng thời trình dễ bị ức chế amoniac Bên cạnh vi sinh vật metan hóa điều kiện nhạy cảm với thay đổi nhỏ nhiệt độ môi trường, thời gian lâu để thích nghi với điều kiện nhiệt Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 II ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Công nghệ ủ sinh học chất thải rắn hữu công nghệ xử lý truyền thống, áp dụng phổ biến nhiều quốc gia có Việt Nam Phương pháp áp dụng có hiệu hình thức tái chế hữu hiệu chất thải hữu có tiềm để sản xuất loại sản phẩm làm màu mỡ đất, vừa giải toán ô nhiễm vừa có khả làm tăng tỷ lệ tận thu loại chất thải tái chế Do đó, phương thức góp phần quản lý hiệu chất thải rắn sinh hoạt 2.1/ CÁC CÔNG NGHỆ Ủ SINH HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ TRÊN THẾ GIỚI 1) Thái Lan Một công nghệ phổ biến để xử lý chất thải rắn hữu thành phố Bangkok thành phố khác công nghệ ủ sinh học “DANO system” Rác thải hữu đưa đến phễu tiếp nhận theo băng chuyền đến tang quay phân loại, để loại bỏ thành 26 phần tạp chất tách kim loại băng từ Sau đó, thành phần hữu ủ đưa đến khu “ổn định sinh họcDANO Bio-Stabilizer” Quá trình xử lý thùng thường kéo dài từ 2,5-5 ngày Ưu điểm: Hiệu xử lý thành phần hữu cao Các thành phần bay khí thải thu hồi thu hồi xử lý triệt để, tránh phát tán gây ô nhiễm môi trường Nhược điểm: Địi hỏi nhân lực có trình độ cao vận hành quản lý Bảo dưỡng hệ thống thường xuyên, chi phí đầu tư vận hành cao 2) Trung Quốc Một công nghệ phổ biến nhà máy xử lý rác thải số thành phố Bắc Kinh, Nam Ninh, Thượng Hải,… áp dụng phương pháp xử lý rác thải thiết bị kín Rác tiếp nhận đưa vào thiết bị ủ kín (phần lớn hầm ủ) sau 10-12 ngày Hàm lượng H2S, CH4, CO2,… giảm, đưa ngồi ủ chín Sau tiến hành phân loại, chế Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 biến thành phân hữu Ưu điểm: Rác ủ sau 10-12 ngày, giảm mùi H2S đưa phân loại, điều giúp giảm tính độc hại cho cơng nhân phân loại Thu hồi nước rác, không gây ảnh hưởng đến tầng nước ngầm Thu hồi sản phẩm tái chế Nhược điểm: Chất lượng phân bón khơng cao Thao tác vận hành phức tạp Diện tích hầm ủ diện tích xây dựng nhà máy lớn rác không phân loại từ đầu Kinh phí đầu tư ban đầu lớn 3) Đức Một công nghệ phổ biến nhà máy xử lý rác thải áp dụng phương pháp xử lý rác thải để thu hồi khí sinh học phân hữu sinh học Rác tiếp nhận tiến hành phân loại Chất thải hữu đưa vào thiết bị ủ kín dạng thùng chịu áp lực thiết bị Việc thu hồi khí thực trình lên men phân giải chất hữu Khí qua lọc sử dụng cho mục đích chạy máy phát điện, làm chất đốt,… Phần bã ủ lại tận dụng làm phân bón Ưu điểm: xử lý triệt để, bảo vệ môi trường Thu hồi sản phẩm khí đốt có giá trị cao, phục vụ ngành công nghiệp khu vực lân cận nhà máy Thu hồi phân bón, có tác dụng cải tạo đất Cung cấp nguyên vật liệu tái chế cho ngành cơng nghiệp Nhược điểm: Địi hỏi kinh phí đầu tư lớn, chi phí vận hành bảo dưỡng cao Sản phẩm khí đốt cần phải phân loại, đảm bảo không lẫn tạp chất độc Pb, As, Cd, Hg,… để đảm bảo cho việc sử dụng làm chất đốt 4) Canada Canada vùng có khí hậu ơn đới nên thường áp dụng phương pháp xử lý rác thải ủ đống tĩnh Quy trình xử lý sau: Rác tiếp nhận phân loại nhằm loại bỏ tạp chất hữu Các chất hữu nghiền, bổ sung vi sinh vật, trộn với bùn đánh luống trời Chất thải lên men từ 8-10 tuần Sau qua sàng phân loại hữu đóng bao sản phẩm Ưu điểm: Thu hồi phân bón, tận dụng nguồn bùn chất thải thành phố Cung cấp nguyên liệu tái chế cho ngành cơng nghiệp Kinh phí đầu tư, trì thấp Nhược điểm: Hiệu phân hủy hữu không cao Không phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam Diện tích đất sử dụng lớn Chất lượng phân bón khơng cao có lẫn thành Các cơng nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu 27 Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 phần kim loại nặng có bùn thải bùn ao 2.2/ CÁC CÔNG NGHỆ Ủ SINH HỌC HIỆN ĐANG ÁP DỤNG TẠI CÁC NHÀ MÁY XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ Ở VIỆT NAM Hiện nay, Việt Nam tiếp cận với nhiều công nghệ xử lý rác thải hữu phương pháp ủ sinh học, bao gồm công nghệ nước thiết kế, lắp đặt công nghệ nước khu vực giới chuyển giao công nghệ Tại nhiều đô thị, nhiều nhà máy xử lý chất thải hữu xây dựng vào hoạt động Một số nhà máy xử lý chất thải hữu điển hình công nghệ ủ sinh học như: Nhà máy xử lý rác Việt Trì (Phú Thọ), Cầu Diễn (Hà Nội), Hóc Mơn (Tp Hồ Chí Minh), Khánh Sơn (Đà Nẵng)… vào hoạt động Các công nghệ xử lý chất thải rắn hữu áp dụng nhà máy có quy mơ lớn Việt Nam chủ yếu nhằm sản xuất phân compost, phần nhỏ thu hồi khí metan Mơ hình ủ phân ống ủ phân lốp xe từ rác hữu khoảng vườn xinh xắn trường Phổ thông Dân tộc nội trú tỉnh Phú Yên 28 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Bảng Thực trạng công nghệ xử lý sinh học CTR đô thị áp dụng số nhà máy sản xuất phân Compost TT Tên nhà máy Công suất (T/ng) Đặc điểm công nghệ Đánh giá công nghệ Giống Khác Ưu điểm Nhược điểm Rác thải: Không phân loại nguồn; Trạng thái khối ủ: tĩnh Phương pháp thơng khí khối ủ: cưỡng Hệ thống ủ sinh học hiếu khí: nửa mở, chia ơ, liên tục Thiết bị chứa: khơng Ủ sinh học: hiếu khí Có phối trộn phân bùn; Loại chế phẩm bổ sung: EM Enchoice Đơn giản, dễ vận hành, tận thu chất dinh dưỡng từ phân bùn Ô nhiễm mùi, tốn lượng vận hành Rác thải: Không phân loại nguồn; Có phối trộn phân bùn; Loại chế NM chế biến rác thải hữu Cầu DiễnHà Nội 140 NM xử lý rác thải Lộc HòaNam Định 250 NM phân hữu 200 Đơn giản, Không phối trộn dễ vận phân bùn; hành Loại chế phẩm bổ sung: EM Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Đơn giản, dễ vận hành, tận thu Ô nhiễm mùi, tốn lượng vận 29 Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 TT Tên nhà máy Công suất (T/ng) Tràng Cát – Hải Phòng NM xử lý rác thải sinh hoạt Việt Trì 75120 NM xử 200 lý rác thải Thủy Phương – Huế NM xử 30 200 Đặc điểm công nghệ Đánh giá công nghệ Giống Khác Ưu điểm Trạng thái khối ủ: bán tĩnh Phương pháp thơng khí khối ủ: cưỡng kết hợp đảo trộn Hệ thống ủ sinh học hiếu khí: nửa mở, chia ô, không liên tục Thiết bị chứa: khơng phẩm bổ sung: EM Ủ sinh học: hiếu khí Đơn giản, Không phối trộn dễ vận phân bùn; hành Loại chế phẩm bổ sung: VTCCL,S,F Nhược điểm chất dinh hành dưỡng từ phân bùn Có phối trộn phân bùn; Loại chế phẩm bổ sung: EM BioMix1 Thiết bị Đơn giản, Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 TT Tên nhà máy Công suất (T/ng) lý rác thải sinh hoạt Sơn Tây NM khí chế tạo KCN Đồng Văn – Hà Nam 2030 NM xử lý rác thải Nam Thành – Ninh Thuận 100 NM xử lý rác thải Củ Chi - 1200 Đặc điểm công nghệ Đánh giá công nghệ Giống Rác thải: Không phân loại nguồn; Trạng thái khối ủ: bán tĩnh Phương pháp thông khí khối ủ: cưỡng kết hợp đảo trộn Hệ thống ủ sinh học hiếu khí: nửa mở, chia ơ, không liên tục Thiết bị chứa: không Ủ sinh học: hiếu khí Loại chế phẩm bổ sung: EM Khác Ưu điểm Nhược điểm Tốn chứa: kiểu dễ mở rộng cơng lượng vận đứng hành suất Diện tích nhà xưởng nhỏ Ít mùi Thiết bị chứa: kiểu quay/ ngang Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu 31 Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 TT Tên nhà máy Công suất (T/ng) Đặc điểm công nghệ Đánh giá công nghệ Giống Khác Ưu điểm Nhược điểm Rác thải: Không phân loại nguồn; Trạng thái khối ủ: động Phương pháp thơng khí khối ủ: đảo trộn cấp khí tự nhiên Không phối trộn phân bùn Ủ sinh học: hiếu khí Thiết bị chứa: khơng Hệ thống ủ sinh học hiếu khí: mở, có mái che, chia luống, liên tục Đơn giản, dễ vận hành; Tiết kiệm lượng cho q trình cấp khí Diện tích luống ủ lớn, mùi, phải có thiết bị đảo trộn chuyên dụng HCM 10 NM xử lý rác thải Hóc Mơn -HCM 240 11 NM xử lý CTR Đông Vinh – Nghệ An 150180 12 Nhà máy xử lý CTR hữu tỉnh Hà Nam 120 32 Hệ thống ủ sinh học hiếu khí: mở, ngồi trời, khơng có mái che, chia luống, liên tục Nước rác chất lượng phân phụ thuộc vào thời tiết Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 TT Tên nhà máy Công suất (T/ng) Đặc điểm công nghệ Đánh giá công nghệ Giống Khác Ưu điểm Nhược điểm Hệ thống ủ sinh học hiếu khí: mở, khơng có mái che Loại chế phẩm bổ sung: EM Chi phí đầu tư ban đầu nhỏ Diện tích luống ủ lớn, mùi, phải có thiết bị đảo trộn chuyên dụng Loại chế phẩm bổ sung: EM 13 Nhà máy phân hữu Long Mỹ Quy Nhơn 250 (thực tế 2480) 14 Trang trại Xuân Thọ Organic – Đà Lạt 10-20 Rác thải: Có phân loại nguồn (chỉ có rác chợ gỗ dăm); Trạng thái khối ủ: động Phương pháp thơng khí khối ủ: đảo trộn cấp khí tự nhiên Khơng phối trộn phân bùn Ủ sinh học: hiếu khí Thiết bị chứa: khơng Hệ thống ủ sinh học hiếu khí: kín, đống ủ có phủ toptex; Loại chế phẩm bổ sung: Nolasub; Ủ trộn với bã cà phê, mùn cưa, bã mía,… Các cơng nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Diện tích đất lớn, bị ảnh hưởng thời tiết, chất lượng phân không cao 33 Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 2.3/ ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG NGHỆ Ủ SINH HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ HIỆN ĐANG ÁP DỤNG 1) Các đánh giá phương diện kỹ thuật – cơng nghệ a Các tồn • Việc phân loại nguồn chưa hợp lý: Khu nạp liệu tuyển lựa hiệu quả, việc nạp rác thô vào tiến hành phương pháp thủ công, lãng phí nhân cơng • Các thiết bị máy móc khó chế tạo nước đặc biệt hệ thống máy nghiền, xích băng tải vịng bi lớn Các hệ thống lại tiếp xúc với rác lên men bị ăn mòn nên tuổi thọ Nếu bị hỏng vài chi tiết phải ngừng hoạt động tồn dây chuyền • Vai trị chủng vi sinh vật thích hợp yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến chế độ hoạt động chúng chưa nghiên cứu để đạt hiệu tối ưu • Các thơng số kỹ thuật chưa kiểm sốt tốt: - Duy trì đủ mức ơxy theo giai đoạn: Việc phân phối ôxy chuẩn không đảm bảo làm cho độ xốp không đủ trộn phối khơng gây rãnh khí hốc vật liệu làm đói ơxy yếm khí, dẫn đến tình trạng tỷ lệ phân huỷ 34 khơng dự báo hiệu thành phẩm - Kiểm soát nhiệt độ: Thực tế nhà máy chưa khống chế nhiệt độ bên đống ủ theo yêu cầu - Tiếp nước thêm – bổ sung độ ẩm: Các mức ẩm tối ưu có ý nghĩa quan trọng để có tỷ lệ phân huỷ tối đa Thực tế cho thấy trình ủ compost dừng lại mức ẩm 40% cơng nhân nhà máy thường phun ẩm cách tuỳ tiện • Các vấn đề lượng chưa quan tâm mức, cụ thể: - Do khơng có phương thức thu hồi lượng từ khí sinh học cơng nghệ nên gây lãng phí nguồn lượng chất dinh dưỡng bị thất thoát bay - Tiêu thụ điện lớn (ví dụ cơng suất tiêu thụ nhà máy Thanh Trì 670KW) từ dẫn đến giá thành sản phẩm cao 2) Các đánh giá phương diện vận hành bảo trì a Các tồn • Cơng tác thu gom, xử lý rác thải hữu từ sinh hoạt nay, địa phương giao cho hai đơn vị khác đảm nhận Do đó, việc phối hợp đơn vị thu gom xử lý Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 rác thải hữu gặp khó khăn thiếu đồng • Hiện phương thức vận hành chưa giới hoá cao Các khâu phân loại chưa khép kín, gây nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân (ví dụ xí nghiệp chế biến phế thải hữu Việt Trì) • Hệ thống thiết bị máy móc chưa tự động hố hồn tồn, thơng số hoạt động hàng ngày phải ghi chép lại tay dựa hệ thống điều khiển thị hình để điều chỉnh vận hành hệ thống ủ (chẳng hạn nhà máy chế biến rác thải hữu Cầu Diễn, Nam Định,…) • Đội ngũ cán kỹ thuật tăng cường đào tạo cịn thiếu trình độ hạn chế, việc vận hành chưa tự động hố hồn tồn nên cơng tác quản lý cịn gặp nhiều khó khăn • Việc kiểm sốt chất dinh dưỡng q trình ủ cịn lỏng lẻo nên gây thất thoát nguyên tố C, N, P, K (ví dụ thành phần nước rỉ rác, bay trình ủ,…) vừa gây ô nhiễm môi trường vừa làm giảm chất lượng phân ủ • Phần lớn thiết bị máy móc chưa bảo dưỡng thay thường xuyên kinh phí dành cho cơng tác bảo trì nhà máy thấp khả Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu 35 Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Các cán công nhân Hợp tác xã Thành Vinh, Hải Phòng thực ủ compost từ rác hữu thay thiết bị, máy móc nhập ngoại nhà máy có cơng nghệ nước ngồi gặp khó khăn giá thành cao b Các hội ứng dụng Hiện nước Thái Lan, Thuỵ Sỹ sử dụng công cụ quản lý mơi trường cơng cụ phân tích dòng luân chuyển vật chất để giúp cho nhà quản lý thực tốt việc vận hành, bảo trì nhà máy xử lý chất thải hữu công nghệ ủ sinh học Vì vậy, thời gian tới Việt Nam hồn tồn có nhiều hội để tiếp cận áp dụng công cụ để việc vận hành nhà máy đạt hiệu tối ưu 3) Các đánh giá phương diện bảo vệ môi trường a Các tồn 36 • Hầu hết nhà máy có dây chuyền cơng nghệ mở, khơng đồng bộ, gây phát thải mùi hôi cho khu vực xung quanh, khí thải (CH4, CO2, ) khơng kiểm sốt xử lý • Nước rỉ rác từ bể ủ không thu gom xử lý vào nguồn nước mặt, nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước cho khu vực xung quanh • Lượng chất trơ ủ sinh học chôn lấp không hợp vệ sinh gây ô nhiễm môi trường đất (ví dụ xí nghiệp chế biến phân hữu Việt Trì) b Các hội ứng dụng • Thực tế cho thấy, so với phương pháp chôn lấp thiêu huỷ, phương pháp khắc phục tình trạng nhiễm mơi trường khơng khí nguồn nước Việc áp dụng công Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 nghệ xử lý chất thải rắn hữu làm phân vi sinh làm giảm đáng kể lượng chất thải đưa đến bãi chơn lấp, khơng làm giảm diện tích đất dành cho bãi chơn lấp mà cịn có tác dụng tận thu nguồn lượng có ích để quay hồi phục vụ cho nơng nghiệp • Việc sử dụng phân hữu compost góp phần giảm thiểu nhiễm mơi trường giảm lượng phân hố học sử dụng để canh tác nông - lâm nghiệp • Trong tương lai, công nghệ xử lý phối trộn chất thải hữu với phân bùn tự hoại góp phần giảm thiểu nhiễm mơi trường nguy bệnh tật, sức khoẻ cộng đồng không xử lý phân bùn cách 4) Các đánh giá phương diện chi phí thu hồi chi phí a Các tồn Hiện nhà máy thị thường hoạt động mang tính chất bảo vệ môi trường nhiều so với việc kinh doanh mang lại lợi nhuận có hiệu kinh tế thấp do: - Đầu tư ban đầu nhà máy lớn (thiết bị công nghệ phải nhập từ nước ngoài) dẫn đến khấu hao lớn thời gian khấu hao dài - Các vấn đề trục trặc mặt kỹ thuật vận hành không tốt dẫn đến chi phí vận hành cao (tốn điện, tốn nước, ) - Khả tiếp thị giá thành bán sản phẩm thường thấp, chí nhiều nhà máy khơng có thị trường tiêu thụ phải đóng cửa b Các hội ứng dụng Về mặt kinh tế, giá thành phân hữu vi sinh rẻ so với phân hóa học, mang lại nhiều lợi ích kinh tế, có nhiều hội quan tâm sử dụng tương lai 5) Đánh giá phương diện chất lượng sản phẩm thị trường tiêu thụ sản phẩm a Các tồn • Về chất lượng sản phẩm phân vi sinh thu nhà máy hoạt động Việt Nam thường thấp nhiều so với phân hoá học b Các hội ứng dụng • Phân hữu chế biến từ rác đem bón cho trồng thu hiệu tốt do: - Làm cho đất xốp, không chai cứng, rửa trôi đất - Làm cho phát triển mạnh có đề kháng cao sâu bệnh - Tạo chất kháng sinh đất làm tiêu diệt phần vi khuẩn nấm gây bệnh - Tạo hoocmon quan Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu 37 Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 trọng trồng (Hoocmơn kích thích nảy mầm, rễ ) - Giá thành thấp không bị biến động nhiều theo giá lượng phân hóa học - Khơng làm tổn hại đến hoạt động động vật nhỏ sống ruộng như: tôm, cua, cá - Tạo sản phẩm nông nghiệp không chứa chất độc hại (Phân hoá học thường chứa số tạp chất có hại, tích luỹ nhiều gây độc cho người vật nuôi - Được trồng tận dụng gần triệt để (trong trồng hấp thụ 10% - 20% chất dinh dưỡng chứa phân hoá học) Như vậy, phương pháp phù hợp với tính chất rác thải điều kiện kinh tế nước ta Để công nghệ đem lại hiệu nhiều mặt cần có đạo đầu tư Nhà nước, có chương trình tiếp thị, để tương lai không xa khai thác thêm nguồn lượng phục vụ sản xuất, giải ứ đọng rác thải, góp phần làm mơi trường sinh thái 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Công ty An Sinh- ASC (2005), Báo cáo công nghệ xử lý rác thải hữu Công ty Môi trường đô thị Hà Nội (2012), Quy trình cơng nghệ chi tiết công đoạn xử lý rác thải hữu nhà máy phân hữu Cầu Diễn Công ty Môi trường thị Hải Phịng (2010), Báo cáo tổng kết hoạt động Khu liên hợp xử lý chất thải rắn Tràng Cát, thành phố Hải Phòng Liên hiệp khoa học sản xuất cơng nghệ hóa học (2007), Báo cáo khảo sát phân tích chất lượng đánh giá hiệu sử dụng phân hữu sinh học Nghiêm Vân Khanh (2012), Luận án Tiến sỹ Nghiên cứu trình xử lý chất thải rắn hữu cơng nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên điều kiện Việt Nam Nhà máy xử lý rác thải Thủy Phương – Huế (2010), Báo cáo kết hoạt động nhà máy Nguyễn Thị Kim Thái (2004), Báo cáo Đánh giá Tác động Môi trường nhà máy xử lý rác Hòa Lộc, Nam Định Ủy ban nhân dân thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam (2008), Báo cáo Đánh giá Tác động môi trường dự án đầu tư xây dựng cơng trình nhà máy chế biến Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 phân hữu từ rác thải sinh hoạt tỉnh Hà Nam Nguyễn Thị Phương Loan (2017), Tài liệu Hướng dẫn Lựa chọn công nghệ quản lý chất thải rắn bền vững, Nghiên cứu điển hình Tp Hồ Chí Minh 10 Jerry D Murphy and Niamh M Power (2006), A Technical, Economic and Environmental Comparison of Composting and Anaerobic Digestion of Biodegradable Municipal Waste, Wiley 11 Shahid Raza, Jalil Ahmad (2016), Composting process: A review International Journal of Biological Research (2) (2016), 102-104 12 Jay N Meegoda, Brian Li, Kush Patel and Lily B Wang (2018), Review of the Processes, Parameters, and Optimization of Anaerobic Digestion, International Journal of Environmental Research and Public Health 2018, 15, 2224 13 Dinh Pham Van, Takeshi Fujiwara, Bach Leu Tho, Pham Phu Song Toan, Giang Hoang Minh (2020), A review of anaerobic digestion systems for biodegradable waste: Configurations, operating parameters, and current trends, Environ Eng Res 2020; 25(1): 1-17 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu 39 ... xử lý chất thải rắn hữu II 14 Đánh giá công nghệ xử lý chất thải rắn hữu phương pháp ủ sinh học giới Việt Nam 2.1/ Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu giới 2.2/ Các công nghệ ủ sinh. .. nghệ ủ sinh học áp dụng nhà máy xử lý chất thải rắn hữu Việt Nam 2.3/ Đánh giá công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu áp dụng 26 28 34 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu Trung... 2020 MỤC LỤC I Công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu 1.1/ Cơ chế trình xử lý sinh học chất thải rắn hữu 1.2/ Quá trình xử lý sinh học điều kiện hiếu khí 1.3/ Q trình xử lý sinh học điều kiện