Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại khu vực nông thôn thuộc lưu vực sông Nhuệ - Đáy đang đối mặt với nhiều sức ép lớn khi tỷ lệ thu gom bình quân chỉ đạt từ 60% đến 75%. Trong đó, có tới 73% đến 81% lượng rác thu gom vẫn xử lý bằng phương pháp chôn lấp giản đơn hoặc đổ lộ thiên không hợp vệ sinh, gây nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng đối với nguồn nước mặt và nước ngầm. Địa bàn xã Hồi Ninh, huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình là khu vực thuần nông nằm ở vùng hạ lưu sông Đáy với quy mô 14 xóm, 1.443 hộ gia đình và 6.443 nhân khẩu. Tập quán xả rác tự do xuống lòng sông Hồi Thuần và các trục kênh mương nội đồng từng làm gia tăng tải lượng ô nhiễm cục bộ, đe dọa trực tiếp đến đời sống dân sinh.

Đề tài được triển khai trong giai đoạn từ năm 2014 đến năm 2016 nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh và xây dựng mô hình điểm về quản lý, xử lý chất thải rắn sinh hoạt công suất thiết kế 3,5 tấn/ngày áp dụng cho cụm dân cư nông thôn. Nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi kết hợp đồng bộ hai giải pháp công nghệ: ủ phân vi sinh hiếu khí và thiêu đốt an toàn không sử dụng nhiên liệu phụ trợ. Kết quả nghiên cứu chứng minh mô hình giúp thu hồi tỷ lệ mùn hữu cơ đạt xấp xỉ 11% so với tổng lượng rác đưa vào xử lý, đồng thời giảm hơn 85% thể tích chất thải cần chôn lấp, tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc cho việc nhân rộng trên toàn huyện Kim Sơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết chuyển hóa sinh học hiếu khí đối với các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong chất thải rắn. Quá trình này dựa trên hoạt động phân giải của các quần thể vi sinh vật qua hai dải nhiệt độ tối ưu: dải trung nhiệt Mesophilic từ 30°C đến 35°C và dải nhiệt cao Thermophilic từ 50°C đến 55°C. Trong điều kiện độ ẩm duy trì từ 50% đến 60%, phản ứng lên men tự sinh nhiệt có thể đạt từ 60°C đến 70°C sau 6 đến 7 ngày, giúp tiêu diệt hoàn toàn các loại vi khuẩn gây bệnh và hạt cỏ dại.

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng lý thuyết nhiệt động lực học trong quá trình oxy hóa nhiệt độ cao ở hệ thống lò đốt hai cấp. Buồng sơ cấp duy trì ở mức nhiệt 800°C để khí hóa rác thải, khói bốc lên tiếp tục được dẫn qua buồng thứ cấp ở nhiệt độ trên 1.000°C nhằm bẻ gãy triệt để các cấu trúc vòng thơm độc hại. Các khái niệm trọng tâm bao gồm: chất thải rắn sinh hoạt nông thôn, hệ số phát thải bình quân đầu người với định mức 0,3 đến 0,4 kg/người/ngày tại Đồng bằng sông Hồng, công nghệ ủ compost và kiểm soát phát thải khí theo tiêu chuẩn môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thực địa được tiến hành trên cỡ mẫu gồm 28 hộ gia đình đại diện cho toàn bộ 14 xóm tại xã Hồi Ninh, với định mức chọn mẫu 02 hộ trên mỗi xóm. Nhóm tác giả áp dụng phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên kết hợp phân loại cơ học và cân đo trực tiếp khối lượng rác thải liên tục trong 07 ngày. Phương pháp này được lựa chọn vì tính chính xác cao, phản ánh đúng đặc tính phát sinh thực tế và thói quen sinh hoạt của người dân địa phương.

Nguồn dữ liệu thứ cấp được thu thập từ báo cáo môi trường của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Ninh Bình và Ủy ban nhân dân huyện Kim Sơn giai đoạn 2013 - 2015. Phương pháp khảo nghiệm sử dụng chế phẩm vi sinh P.MET và phụ gia P2 để ủ sinh học, kết hợp vận hành hệ thống lò đốt rác không dùng nhiên liệu liên tục trong timeline nghiên cứu từ năm 2014 đến 2016. Mẫu mùn hữu cơ được kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 7185:2002, tro xỉ kiểm tra theo QCVN 07:2009/BTNMT và khí thải ống khói được phân tích nghiêm ngặt theo quy chuẩn QCVN 61-MT:2016/BTNMT.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trung bình tại xã Hồi Ninh đạt khoảng 0,35 đến 0,40 kg/người/ngày. Với tổng số 6.443 người, lượng rác phát sinh toàn xã đạt khoảng 2,3 đến 2,5 tấn/ngày và dự báo chạm ngưỡng 3,5 tấn/ngày vào giai đoạn 2025 - 2030 khi tính thêm nguồn thải từ chợ thương mại và cơ quan công sở.

Thứ hai, thành phần hữu cơ dễ phân hủy chiếm tỷ trọng áp đảo từ 58% đến 65% trong tổng lượng rác, thành phần có thể đốt cháy như túi nilon, nhựa mỏng, vải vụn chiếm từ 18% đến 25%, các loại vật liệu tái chế như kim loại và thủy tinh chiếm từ 3% đến 5%, còn lại là đất cát và rác vô cơ trơ.

Thứ ba, mô hình ủ sinh học bằng chế phẩm P.MET tại xóm 10 đạt hiệu suất thu hồi mùn hữu cơ xấp xỉ 11% so với khối lượng rác đưa vào trạm. Sản phẩm mùn có hàm lượng dinh dưỡng cao, không còn mùi hôi và đạt đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật về phân hữu cơ vi sinh theo TCVN 7185:2002.

Thứ tư, hệ thống lò đốt rác an toàn công suất 300 kg/ngày đêm vận hành hiệu quả ở dải nhiệt buồng thứ cấp vượt 1.000°C. Kết quả phân tích khí thải cho thấy nồng độ bụi tổng, khí CO, SO2, NOx và tổng hàm lượng Dioxin/Furan đều thấp hơn đáng kể so với ngưỡng giới hạn quy định tại QCVN 61-MT:2016/BTNMT.

Thảo luận kết quả

Tỷ lệ hữu cơ vượt 58% xuất phát từ cơ cấu kinh tế thuần nông với 95% lực lượng lao động hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp và chăn nuôi. Việc áp dụng mô hình xử lý phân tán 3,5 tấn/ngày giải quyết triệt để nhược điểm của các bãi rác lộ thiên truyền thống vốn chiếm tới 96% ở một số vùng nông thôn. Toàn bộ chuỗi dữ liệu thực nghiệm có thể được trực quan hóa qua biểu đồ tròn thể hiện cơ cấu thành phần vật chất rác thải đầu vào, biểu đồ đường ghi nhận động thái tăng nhiệt độ đống ủ từ 45°C lên 70°C trong vòng 7 ngày đầu, cùng bảng đối chiếu nồng độ phát thải ống khói đạt chuẩn QCVN 61-MT:2016/BTNMT. Mô hình tích hợp này giúp thu hẹp 85% diện tích bãi chôn lấp cần thiết, mang lại hiệu quả vượt trội so với các công nghệ đốt đơn thuần đòi hỏi chi phí đầu tư lớn.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, Ủy ban nhân dân huyện Kim Sơn và Phòng Tài nguyên và Môi trường cần phê duyệt quy hoạch mạng lưới các khu xử lý rác thải bán tập trung công suất từ 3,5 đến 5,0 tấn/ngày cho các cụm liên xã, hướng tới mục tiêu nâng tỷ lệ thu gom và xử lý rác hợp vệ sinh trên toàn huyện đạt trên 90% trước năm 2025.

Thứ hai, Ủy ban nhân dân xã Hồi Ninh phối hợp với Hội Phụ nữ và Đoàn Thanh niên triển khai chiến dịch phân loại rác tại nguồn ở 100% các hộ gia đình, áp dụng thùng chứa riêng biệt cho rác hữu cơ và rác vô cơ, nhằm giảm ít nhất 60% khối lượng rác cần vận chuyển đến khu xử lý tập trung trong giai đoạn 2024 - 2026.

Thứ ba, Hợp tác xã dịch vụ môi trường địa phương cần tiếp nhận và vận hành hệ thống lò đốt rác đạt chuẩn QCVN 61-MT:2016/BTNMT với công suất 300 kg/ngày đêm để thiêu đốt toàn bộ phần rác trơ không thể tái chế, kiểm soát định kỳ chất lượng tro xỉ theo QCVN 07:2009/BTNMT trong vòng 12 tháng tới.

Thứ tư, Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn huyện Kim Sơn cần xây dựng cơ chế hỗ trợ tiêu thụ sản phẩm mùn hữu cơ vi sinh thu hồi từ mô hình với tỷ lệ 11%, cung cấp phân bón phục vụ cho 352,96 ha diện tích canh tác lúa và hoa màu tại địa phương, hoàn thiện chính sách trợ giá trong vòng 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, cán bộ quản lý môi trường tại các Sở, Phòng Tài nguyên và Môi trường và Ủy ban nhân dân cấp xã có thể tham khảo quy trình quy hoạch trạm xử lý rác công suất 3,5 tấn/ngày để áp dụng cho các khu dân cư nông thôn nhằm hoàn thành tiêu chí số 17 về môi trường trong xây dựng Nông thôn mới.

Thứ hai, các nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường có thể khai thác phương pháp khảo sát chọn mẫu 28 hộ trên 14 xóm cùng dữ liệu phân tích thực nghiệm nhiệt độ và khí thải theo QCVN 61-MT:2016/BTNMT làm tài liệu giảng dạy và mở rộng đề tài.

Thứ ba, các Hợp tác xã nông nghiệp và tổ đội vệ sinh môi trường nông thôn có thể trực tiếp ứng dụng quy trình ủ sinh học bằng chế phẩm P.MET để sản xuất mùn hữu cơ vi sinh đạt tỷ lệ thu hồi 11%, giúp tối ưu hóa chi phí vận hành.

Thứ tư, các kỹ sư và doanh nghiệp cơ khí môi trường có thể ứng dụng bản vẽ thiết kế lò đốt rác hai cấp buồng nhiệt trên 1.000°C không dùng phụ phẩm dầu để chế tạo các thiết bị xử lý rác quy mô nhỏ phù hợp với ngân sách địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại xã Hồi Ninh có công suất thiết kế bao nhiêu và áp dụng cho quy mô nào? Mô hình có công suất thiết kế 3,5 tấn/ngày, được tính toán phù hợp cho quy mô dân số từ 6.000 đến 10.000 người tại một xã hoặc cụm liên xã. Tại xã Hồi Ninh với quy mô 1.443 hộ gia đình, hệ thống tiếp nhận và xử lý triệt để toàn bộ lượng rác phát sinh mỗi ngày.

Công nghệ ủ sinh học trong nghiên cứu đạt tỷ lệ thu hồi mùn hữu cơ là bao nhiêu và chất lượng ra sao? Nhờ ứng dụng chế phẩm sinh học P.MET và phụ gia P2, quá trình ủ hiếu khí đạt nhiệt độ từ 60°C đến 70°C giúp tiêu diệt mầm bệnh. Tỷ lệ mùn hữu cơ thu được đạt xấp xỉ 11% so với tổng lượng rác đưa vào xử lý, đạt đầy đủ chỉ tiêu phân vi sinh theo TCVN 7185:2002.

Khí thải từ hệ thống lò đốt rác công suất 300 kg/ngày đêm có gây ô nhiễm môi trường xung quanh không? Hệ thống lò đốt hai cấp vận hành với nhiệt độ buồng thứ cấp duy trì trên 1.000°C, giúp phân hủy triệt để khí độc. Toàn bộ các chỉ tiêu như bụi tổng, CO, SO2 và tổng hàm lượng Dioxin/Furan đều nằm trong giới hạn an toàn tuyệt đối của QCVN 61-MT:2016/BTNMT.

Mô hình công nghệ này có bảo đảm tính khả thi về mặt kinh tế khi vận hành tại nông thôn không? Mô hình có tính khả thi kinh tế rất cao nhờ tận dụng nguồn thu phí vệ sinh từ 1.443 hộ dân và doanh thu bán mùn hữu cơ phục vụ 352,96 ha đất canh tác. Lò đốt rác hoạt động dựa trên cơ chế tự cấp nhiệt, không tiêu tốn nhiên liệu dầu phụ trợ trong quá trình cháy liên tục.

Mô hình xử lý rác tại xã Hồi Ninh có khả năng nhân rộng sang các địa phương khác như thế nào? Mô hình hoàn toàn có thể nhân rộng tại các xã thuộc lưu vực sông Nhuệ - Đáy và nhiều vùng nông thôn trên toàn quốc. Nhờ cấu trúc phân tán linh hoạt, công nghệ này giải quyết triệt để bài toán khó khăn về quỹ đất và giảm thiểu chi phí vận chuyển đường dài cho các địa phương.

Kết luận

  • Đánh giá chính xác thực trạng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt tại xã Hồi Ninh với hệ số phát thải từ 0,35 đến 0,40 kg/người/ngày trên quy mô 6.443 người dân.
  • Xây dựng thành công mô hình tích hợp công nghệ ủ sinh học và thiêu đốt an toàn bán tập trung với công suất thiết kế 3,5 tấn/ngày tại xóm 10.
  • Sản xuất thành công mùn hữu cơ vi sinh đạt tỷ lệ thu hồi 11%, tuân thủ tiêu chuẩn chất lượng TCVN 7185:2002 nhằm phục vụ sản xuất nông nghiệp sạch.
  • Vận hành an toàn lò đốt rác công suất 300 kg/ngày đêm, kiểm soát các chỉ số khí thải và Dioxin/Furan đạt quy chuẩn quốc gia QCVN 61-MT:2016/BTNMT.
  • Cung cấp cơ sở khoa học thực tiễn để hoàn thiện quy hoạch xử lý chất thải rắn cho toàn bộ huyện Kim Sơn trong lộ trình giai đoạn 2024 - 2030. Các cơ quan quản lý và địa phương hãy chủ động liên hệ và áp dụng giải pháp công nghệ này để nâng cao chất lượng môi trường sống nông thôn bền vững!