Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 19
Thành phần hữu cơ dễ phân hủy sinh học chiếm tỷ lệ lớn nhất (52 – 72%) trong thành phần CTR sinh hoạt của Việt Nam với độ ẩm rất cao (70 – 85%), cùng với nhiệt độ cao của nước nhiệt đới là ngun nhân chính gây nên mùi hơi thối, phát sinh nước rỉ rác làm ô nhiễm môi trường (đất, nước mặt, nước ngầm) trên diện rộng từ quá trình thu gom vận chuyển và xử lý CTR sinh hoạt, đặc biệt là tại các bãi chôn lấp do CTR sinh hoạt bị phân hủy trong điều kiện kỵ khí và dưới tác dụng của vi sinh vật. Ngoài ra thành phần hữu cơ dễ phân hủy sinh học là môi trường thuận lợi cho sự phát triển và lan truyền các loại côn trùng và động vật gây bệnh (ruồi, muỗi, bọ chét, chuột, gián…), gây ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng. [2]
1.2.1.2. Hiện trạng rác thải hữu cơ tại TP Đà Nẵng
Riêng tại thành phố Đà Nẵng hiện nay, rác thải chưa được phân loại tại nguồn. Theo thống kê của Phịng Tài ngun – Mơi trường Đà Nẵng năm 2019 khối lượng chất thải sinh hoạt của toàn thành phố khoảng 1.100 tấn/ngày, trong đó rác hữu cơ chiếm khoảng 60% tương đương mỗi tháng phát thải khoảng 19.800 tấn chất thải rắn hữu cơ. Toàn bộ lượng rác được thu gom từ khắp thành phố và chôn lấp tại bãi rác. Công nghệ chôn lấp hiện nay đã lạc hậu và có nhiều hạn chế, tiêu tốn nhiều diện tích đất, không khai thác, tận dụng được nguồn tài nguyên từ rác thải, tốn kinh phí cho việc xử lý nước rỉ rác và có thể phát sinh ơ nhiễm mơi trường nếu vận hành khơng đúng quy trình bãi chơn lấp.
Vì vậy, nếu tồn bộ khối lượng chất thải hữu cơ được đưa vào chế biến compost có thể thu được lượng sản phẩm compost có giá trị kinh tế.
1.2.2. Các phương pháp xử lý rác thải hữu cơ và công nghệ ủ hiện nay
1.2.2.1. Các phương pháp xử lý rác hữu cơ phổ biến hiện nay
Hiện nay có nhiều phương pháp để xử lý rác hữu cơ như: - Chôn lấp hợp vệ sinh.
- Đốt.
- Ủ chất thải. a) Chôn lấp hợp vệ sinh
Phương pháp chôn lấp rác cùng vào những hố đào có tính tốn về dung lượng, có gia cố cẩn thận để kiểm sốt khí thải và kiểm sốt lượng nước rị rỉ. Dựa trên nền tảng là tạo mơi trường yếm khí để VSV tham gia phân hủy các thành phần hữu cơ có trong rác. Sản phẩm của quá trình hoạt động của VSV là các axit hữu cơ, các chất mùn, các chất khí CO2, NH3, CH4, H2S,… và cả sinh khối VSV. Về nguyên tắc, các chất dễ phân giải sẽ được VSV phân giải trước, các chất khó phân giải sẽ lần lượt được phân giải từ từ cho đến khi mức độ phân giải thấp nhất và khối rác chôn lấp đạt được mức độ ổn định. [6]
Bãi chôn lấp hợp vệ sinh được thiết kế đảm bảo u cầu vệ sinh mơi trường, có hệ thống thu gom khí thải, nước rỉ rác để xử lý và bổ sung chất khử mùi, có thể thu hồi khí biogas và sử dụng để phát điện. [2]
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Tồn 20
(Nguồn: www.attvn.vn)
Hình 1.20. Bãi chơn lấp hợp vệ sinh tại Khu liên hợp xử lý chất thải rắn Bàu Cạn – Long Thành, tỉnh Đồng
Nai.
Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam chỉ có khoảng 20% bãi chơn lấp hợp vệ sinh, cịn lại là các bãi chơn lấp khơng hơp vệ sinh hoặc các bãi tập kết chất thải cấp xã. Bãi chơn lấp hở có nhiều nhược điểm như: khơng thu gom, xử lý khí thải và nước thải và nước rỉ rác, chiếm diện tích lớn, thời gian phân hủy kéo dài, gây ô nhiễm môi trường khơng khí, nước và đất khu vực xung quanh do phát tán các khí thải, mùi, nước rỉ rác,… [2]
Sự phân hủy kỵ khí của chất thải trong các bãi chôn lấp tạo ra metan, một loại khí nhà kính mạnh gấp 21 lần so với khí carbon dioxide. Đốt chất thải tại bãi chơn lấp thải cũng tạo ra khí carbon dioxide là một phụ phẩm và gây ơ nhiễm khơng khí đáng kể và ảnh hưởng đến sức khỏe từ ơ nhiễm khơng khí. Ngồi ra, khơng thể tránh khỏi phát thải khí bãi rác từ các hoạt động tại bãi rác. Ngay sau khi chất thải được chơn lấp, q trình phân hủy kỵ khí bắt đầu và sẽ dẫn đến phát thải khí metan qua chất thải ở phía trên hoặc qua các con đường khác. [7]
Các bãi chôn lấp tại các thành phố lớn (Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng) hiện đang q tải, gây ơ nhiễm môi trường và thường gặp phải sự phản đổi của người dân. Phần lớn các bãi chôn lấp tiếp nhận CTR sinh hoạt chưa được phân loại tại nguồn, có thành phần hữu cơ cao nên tính ổn định thấp, chiếm dụng diện tích đất lớn, gây ô nhiễm mơi trường do mùi hơi, khí thải, nước rỉ rác, nhiều trường hợp gây ra sự cố phải xử lý phức tạp và tốn kém. [2]
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 21
(Nguồn: Báo Người Lao động) (Nguồn: truyenhinhnews.vn/)
Hình 1.21. Bãi rác Khánh Sơn (Đà Nẵng). Hình 1.22. Bãi rác Thủy Phương (Thừa Thiên Huế).
b) Đốt
Đốt là q trình oxy hóa CTR bằng oxy khơng khí dưới tác dụng của nhiệt và q trình oxy hóa hóa học. Bằng cách đốt chất thải, ta có thể giảm thể tích của CTR đến 80 – 90%. Nhiệt độ buồng đốt phải cao hơn 8000C. [9]
CTR sinh hoạt thường chứa lượng lớn chất thải hữu cơ có độ ẩm cao và nhiệt trị thấp, vì thế hiện nay chỉ có các lị đốt CTR sinh hoạt công suất nhỏ.
Khảo sát của Cục Quản lý chất thải và cải thiện môi trường (Tổng cục Môi trường) mới đây cũng cho thấy, nhiều lò đốt chưa bảo đảm mơi trường. Ví dụ như khơng có hệ thống xử lý khí thải, nhiệt độ đốt thấp do khơng sử dụng nhiên liệu, thậm chí một số lị chỉ đốt một cấp. Thậm chí, có một thực tế là một số lị vẫn có kết quả quan trắc là đạt nhưng nhiều lị đốt khơng có cửa lấy mẫu hoặc điểm lấy mẫu khơng phù hợp để thao tác. [11]
(Nguồn: http://baochinhphu.vn/)
Hình 1.23. Lị đốt chất thải rắn thô sơ. c) Ủ chất thải
Theo Haug (1980) ủ chất thải là quá trình phân giải sinh học các chất hữu cơ dẫn tới sự ổn định khối ủ trong tồn trữ và sử dụng như một dạng phân hữu cơ. [6]
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 22
- Ủ hiếu khí: Là q trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ VSV khi có mặt của oxy. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân giải hiếu khí này là CO2, NH3, nước, nhiệt, các chất hữu cơ đã ổn định và sinh khối VSV. [6]
- Lên men kỵ khí: Là q trình biến đổi sinh học dưới tác dụng của vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí, áp dụng đối với CTR có hàm lượng rắn từ 4 – 8% (bao gồm: CTR của con người, động vật, các sản phẩm thừa từ nông nghiệp và chất hữu cơ trong thành phần CTR đơ thị). Q trình phân hủy lên men kỵ khí được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Sản phẩm cuối cùng là khí metan, khí CO2, một vài khí khác và chất mùn ổn định dùng làm phân bón. [9]
Ưu điểm của phương pháp ủ chất thải: [6]
- Làm ổn định chất thải: Nếu chất thải hữu cơ chưa qua quá trình phân giải rất dễ bị phân hủy trong môi trường tự nhiên, hồn tồn khơng kiểm sốt được. Do đó mơi trường tự nhiên rất dễ bị ơ nhiễm bởi chất thải. Khi chất thải đã được ủ, nhờ hoạt động sống của VSV, các chất thải sẽ được chuyển hóa sang trạng thái ổn định, do đó khi chuyển chất thải đã ổn định vào đất sẽ không xảy ra hiện tượng ô nhiễm.
- Ức chế hoặc tiêu diệt mầm bệnh: Chất thải hữu cơ thường được xem như một môi trường tự nhiên rất tốt cho những mầm bệnh (VSV gây bệnh, giun, sán, các loài ký sinh trùng khác). Khi chất thải được đưa vào ủ, các loài VSV và các sinh vật gây bệnh khác sẽ bị tiêu diệt bởi nhiệt được tạo ra do quá trình phân hủy chất thải hữu cơ. Các VSV gây bệnh thường có nhệt độ phát triển trong khoảng 30 – 400C. Khi khối ủ qua thời gian 3 – 4 ngày, nhiệt độ đã có thể tăng đến 50 – 600C. Ở nhiệt độ này, phần lớn các sinh vật gây bệnh trong chất thải sẽ bị tiêu diệt. Số còn lại sẽ bị tiêu diệt dần do nhiệt độ cao kéo dài trong nhiều ngày.
- Làm tăng chất lượng dinh dưỡng cho cây trồng: Chất dinh dưỡng đa lượng N, P, K ở trong chất thải hữu cơ thường tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ, cây trồng khơng có khả năng sử dụng để sinh trường và phát triển, chúng chỉ có thể sử dụng các chất dinh dưỡng ở dạng muối vơ cơ hịa tan. Chất thải hữu cơ sau ủ sẽ bị phân giải, giải phóng N, P, K và được các lồi VSV khác chuyển hóa sang dạng các chất vơ cơ hịa tan, khi đó thực vật có khả năng sử dụng để tiến hành các q trình đồng hóa. Khi sử dụng phân hữu cơ, khả năng phát triển của cây trồng không bằng khi sử dụng phân vô cơ, nhưng tác động của các loại phân ủ thường kéo dài trong nhiều năm, tạo nên nông nghiệp hữu cơ bền vững.
- Làm giảm độ ẩm cho khối ủ: Các chất thải như phân gia súc, gia cầm, cặn bùn, phân hầm cầu thường chứa 80 – 95% là nước, các chất thải chứa nhiều nước sẽ làm tăng chi phí vận chuyển, thu gom và rất dễ phân hủy sinh học, tạo nên mùi rất khó chịu. Khi các chất thải này qua quá trình ủ, nước sẽ được tách ra khỏi chất rắn nhờ nhiệt độ của khối ủ, như quá tình “sấy” tự nhiên, hiệu quả và tiết kiệm.
- Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại VSV đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh trên cây trồng. Đối với các loại phân hóa học khác cây trồng chỉ hấp thụ được một phần chất dinh dưỡng nhưng đối với phân hữu cơ cây trồng có khả năng hấp thụ hầu hết các chất dinh dưỡng, đồng thời cây trồng phát triển tốt và có khả năng kháng bệnh cao. [9]
Trong ít nhất 20 năm qua, sản xuất phân hữu cơ compost là công nghệ xử lý phổ biến ở Việt Nam. Mục đích chính của việc sản xuất phân hữu cơ đã và vẫn là thu hồi
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 23
thành phần hữu cơ chiếm tỉ lệ lớn trong rác thải rắn sinh hoạt và biến nó thành phân hữu cơ có thể dùng làm phân bón trong nơng nghiệp làm phân bón và cải thiện cấu trúc đất. Tuy nhiên, các cơ sở phân hữu cơ thế hệ đầu hoạt động trong vòng 20 năm qua dựa trên việc sản xuất phân từ rác hỗn hợp, dẫn đến sản phẩm phân hữu cơ kém chất lượng, với hàm lượng tạp chất cao như thủy tinh vụn, nhựa và các chất gây ô nhiễm khác, khiến cho việc tìm kiếm thị trường tiêu thụ ổn định cho phân hữu cơ trở nên khó khăn. Nhiều nông dân không muốn mua hoặc thậm chí khơng muốn nhận phân hữu cơ miễn phí, do họ sợ làm ơ nhiễm cánh đồng của họ. [7]
(Nguồn: [7])
Hình 1.24. Phân hữu cơ chất lượng thấp làm từ rác hỗn hợp.
1.2.2.2. Các công nghệ ủ rác hữu cơ phổ biến hiện nay.
Hiện nay trên Thế giới có 5 cơng nghệ ủ composting chính, bao gồm [16]: - Windrow Composting.
- Passively Aerated Windrow. - Forced Aerated Windrow. - Bin Composting.
- In-Vessel Composting. a) Windrow Composting
Windrow Composting là cơng nghệ ủ compost hiếu khí đơn giản, thích hợp để xử lý lượng lớn chất thải hữu cơ và sản xuất phân hữu cơ. Nguyên liệu được chất thành luống kéo dài, kích thước của các đống đảm bảo tạo ra đủ nhiệt, được đảo trộn cơ khí thường xun để thơng gió và thơng khí. [16]
Các luống ủ có chiều cao thay đổi từ 1 – 3,5m. Chiều rộng luống ủ thay đổi từ 1,5 – 6m. Khơng khí (oxy) được cung cấp tới hệ thống bằng các con đường tự nhiên như: khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt,… Các luống thường xuyên được xáo trộn theo định kỳ nhằm trộn đều CTR trong luống phân. Việc xáo trộn được thực hiện bằng xe xúc hoặc xe xáo trộn chuyên dụng. Các thiết bị sử dụng được xác định theo hình dạng thực tế của luống ủ. [9]
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Toàn 24
Cơng nghệ này có ưu điểm kỹ thuật đơn giản, u cầu chi phí đầu tư và bảo trì ban đầu thấp, đảo trộn thường xuyên nên chất lượng phân hữu cơ đồng đều. [16]
Tuy nhiên có nhiều nhược điểm như [9]:
- Cần nhiều nhân cơng để thực hiện q trình ủ và trộn. - Thời gian ủ kéo dài (3 – 6 tháng).
- Do sử dụng thổi khí thụ động nên khó quản lý, kiểm sốt nhiệt độ và mầm bệnh.
- Xáo trộn luống ủ thường gây thất thoát nito và gây mùi. - Quá trình ủ bị phụ thuộc vào thời tiết.
- Diện tích đất cần thiết lớn.
(Nguồn: coursera.org) (Nguồn: Agri Farming)
Hình 1.25. Windrow Composting.
b) Passively Aerated Windrow
Cơng nghệ này bao gồm các ống đục lỗ nằm trong đống chất thải sinh học thúc đẩy luồng khí đối lưu khắp vật liệu. Các đường ống có thể được bố trí khác nhau. Khơng khí đi vào đống ủ sẽ mang oxy cho các vi sinh vật. Nguyên liệu cần phải đảo trộn kỹ trước khi đặt các đường ống vào. Công nghệ này địi hỏi chi phí và đầu tư cao hơn một chút so với Windrow Composting, cần khơng gian rộng nhưng địi hỏi ít lao động. [16]
(Nguồn: coursera.org)
Hình 1.26. Passively Aerated Windrow. c) Forced Aerated Windrow c) Forced Aerated Windrow
Công nghệ này ủ các đống theo luống dài, được lắp đặt thêm máy thổi khí, bơm khơng khí vào trong các đống ủ qua hệ thống phân phối khí hoặc sàn phân phối khí. Thời gian cần thiết cho quá trình ủ khoảng 3 – 5 tuần. [9] [16]
Thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống ủ rác thải sinh hoạt hữu cơ kiểu trống quay, công suất 10 kg/ngày
Sinh viên thực hiện: Trần Trương Hoàng Vy Người hướng dẫn: TS. Phạm Phú Song Tồn 25
- Dễ kiểm sốt khi vận hành hệ thống, đặc biệt là kiểm soát nhiệt độ và nồng độ oxy trong luống ủ.
- Thúc đẩy q trình nhanh phân hủy và khơng cần đảo trộn thủ công. - Giảm mùi hơi và mầm bệnh.
- Vì sử dụng thổi khí cưỡng bức nên luống phân có thể cao và rộng hơn, do đó nhu cầu sử dụng đất thấp hơn, có thể vận hành ngồi trời hoặc có che phủ.
Nhược điểm [9]:
- Hệ thống phân phối khí dễ bị tắt nghẽn, cần phải bảo trì thường xun.
- Chi phí bảo trì hệ thống và chi phí năng lượng cho thổi khí làm tăng tổng chi phí.
(Nguồn: coursera.org)
Hình 1.27. Forced Aerated Windrow.
d) Bin Composting
Ở công nghệ này, chất thải được xếp dọc lên theo chiều dọc của thùng chứa có đục lỗ xung quanh để khơng khí đi vào. Một số thùng có thêm hệ thống khuấy. Chất