Nghiên Cứu Chuyển Hóa Chất Thải Sinh Hoạt Thành Khí Sinh Học

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan chung về chất thải sinh hoạt và xử lý chất thải sinh hoạt

1.2. Khái niệm chất thải sinh hoạt gia đình

1.3. Đặc điểm nguồn gốc và thành phần của chất thải sinh hoạt

1.4. Yêu cầu về quản lý chất thải sinh hoạt ở Việt Nam

1.5. Xử lý và tái sử dụng chất thải rắn ở các nước trên Thế giới

1.6. Công nghệ khí sinh học

1.7. Thành phần khí sinh học và phụ phẩm khí sinh học

1.8. Bản chất của quá trình phân huỷ kỵ khí sinh metan

1.9. Hiện trạng phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam

2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

2.2. Nội dung nghiên cứu

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.4. Phương pháp thu thập tài liệu, kế thừa các nghiên cứu đã có

2.5. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa

2.6. Phương pháp thu thập số liệu hoạt động của công nhân thu gom và khối lượng rác thu gom

2.7. Phương pháp phỏng vấn trực tiếp

2.8. Phương pháp xác định thành phần chất thải rắn tại hiện trường

2.9. Nghiên cứu khả năng hình thành khí sinh học từ chất thải sinh hoạt

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hiện trạng chất thải rắn sinh hoạt đô thị tại Việt Nam

3.2. Tình hình phát sinh CTR sinh hoạt đô thị

3.3. Công tác phân loại, thu gom và vận chuyển

3.4. Hiện trạng chất thải rắn sinh hoạt tại Hà Nội

3.5. Các nguồn phát sinh CTRSH tại Hà Nội

3.6. Thành phần CTRSH tại Hà Nội

3.7. Khối lượng CTR

3.8. Kết quả thực nghiệm xây dựng mô hình thu hồi khí sinh học từ chất thải sinh hoạt hộ gia đình

3.9. Thành phần chất thải hộ gia đình

3.10. Một số tính chất của chất thải hộ gia đình

3.11. Diễn biến biogas thu được sau thời gian ủ

3.12. Diễn biến biogas thu được tại thí nghiệm có bổ sung chất thải

3.13. Đề xuất phương án thu hồi khí sinh học từ quá trình xử lý chất thải sinh hoạt hộ gia đình tại khu vực nội thành Hà Nội

3.14. Đề xuất và lựa chọn phương án

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Chuyển Hóa Chất Thải Sinh Hoạt Thành Biogas

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng, lượng chất thải sinh hoạt tăng cao đặt ra thách thức lớn về quản lý và xử lý. Việt Nam là một trong những quốc gia có mật độ dân số cao, dẫn đến lượng chất thải phát sinh ngày càng lớn. Theo thống kê, tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt ước tính khoảng 12,8 triệu tấn/năm, trong đó khu vực đô thị chiếm 54%. Việc xử lý chủ yếu bằng chôn lấp gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, chất thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ (41,98%) có thể chuyển hóa thành năng lượng, giảm ô nhiễm và thay thế nhiên liệu hóa thạch. Nghiên cứu này tập trung đánh giá khả năng sinh biogas từ chất thải hộ gia đình, góp phần giải quyết vấn đề xử lý chất thải và tạo ra nguồn năng lượng tái tạo.

1.1. Khái Niệm và Đặc Điểm của Chất Thải Sinh Hoạt Gia Đình

Chất thải sinh hoạt gia đình bao gồm các chất thải phát sinh từ hoạt động sinh hoạt của gia đình, như thức ăn thừa, đồ dùng bỏ đi, bao bì thực phẩm. Nó có thể chứa chất thải nguy hại. Khái niệm này chủ yếu ám chỉ các loại chất thải tồn tại ở dạng rắn từ các hộ gia đình. Rác thải sinh hoạt nói chung là những chất thải bị loại ra trong quá trình sống, sinh hoạt, hoạt động sản xuất của con người và động vật, nguồn tạo thành chủ yếu từ các khu dân cư, các cơ quan, trường học, các trung tâm dịch vụ, thương mại. Sự khác biệt giữa chất thải sinh hoạt gia đình và chất thải sinh hoạt nói chung là quy mô của nguồn phát sinh ra loại chất thải này.

1.2. Nguồn Gốc và Thành Phần của Chất Thải Sinh Hoạt

Chất thải rắn phát sinh từ các hộ gia đình, trung tâm thương mại, cơ quan, công trường xây dựng, dịch vụ công cộng. Thành phần bao gồm các chất dễ phân hủy sinh học (thực phẩm thừa, lá cây), chất khó phân hủy (gỗ, cao su, túi nylon), và chất không phân hủy (kim loại, thủy tinh). Thành phần hóa học chủ yếu là H, O, N, S và tro. Nguồn phát sinh chất thải rắn liên quan đến sử dụng đất và đặc điểm của từng khu vực. Có nhiều cách phân loại nguồn phát sinh chất thải rắn, tuy nhiên có thể thấy cách chia phổ biến đối với nguồn phát sinh chất thải rắn thành các loại: (1) từ khu dân cư, (2) từ các khu thương mại, (3) từ các công sở, trường học, (4) từ các hoạt động xây dựng và phá hủy công trình, (5) từ các hoạt động dịch vụ, (6) từ khu dịch vụ khám chữa bệnh, (7) từ hoạt động công nghiệp, và (8) từ các hoạt động nông nghiệp.

II. Thách Thức Trong Xử Lý Chất Thải Sinh Hoạt và Tiềm Năng Biogas

Việc quản lý chất thải rắn là vấn đề then chốt để đảm bảo môi trường sống và thu hồi lợi ích. Cần lập kế hoạch tổng thể quản lý chất thải rắn để xử lý kịp thời và hiệu quả. Chính sách quản lý gồm giảm thiểu, thu hồi tái chế, và xử lý chất thải. Đồng thời, xây dựng chiến lược quản lý chất thải rắn. Các địa phương cần có hành động và hoạch định chính sách về quản lý chất thải rắn. Việc quản lý tài nguyên chất thải rắn phải đảm bảo thu gom hết chất thải, phân loại tại nguồn, xử lý hiệu quả với chi phí thấp nhất, bảo đảm sức khỏe người lao động, và áp dụng công nghệ tiên tiến.

2.1. Yêu Cầu Quản Lý Chất Thải Sinh Hoạt ở Việt Nam

Việc quản lý tài nguyên chất thải rắn nói chung, về cơ bản phải đảm bảo các yêu cầu sau: Phải thu gom và vận chuyển hết chất thải. Đây là yêu cầu đầu tiên, cơ bản của việc xử lý chất thải nhưng còn đang gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải có nhiều cố gắng khắc phục; CTR còn được phân loại tại nguồn phát sinh; Phải đảm bảo việc thu gom, xử lý có hiệu quả theo nguồn kinh phí nhỏ nhất, nhưng lại thu được kết quả cao nhất. Bảo đảm sức khỏe cho đội ngũ cán bộ, những người lao động trực tiếp tham gia vào quá trình thu gom, vận chuyển, xử lý và tái chế chất thải; Đưa các công nghệ và kỹ thuật, các trang thiết bị xử lý chất thải tiên tiến của các nước vào sử dụng ở trong nước; đào tạo đội ngũ cán bộ quản lý và lao động có đầy đủ kiến thức, kinh nghiệm và lòng yêu nghề, có trách nhiệm với vấn đề quản lý chất thải và bảo vệ môi trường; Phù hợp với cơ chế quản lý chung của Nhà nước theo hướng mở cửa; đa dạng hóa, xã hội hóa công tác quản lý chất thải theo tinh thần Chỉ thị số 23/2005/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 21/6/2005 về “Đẩy mạnh công tác quản lý chất thải rắn tại các đô thị và khu công nghiệp”.

2.2. Kinh Nghiệm Xử Lý Chất Thải và Tái Sử Dụng trên Thế Giới

Xuất phát từ vấn đề bảo vệ môi trường, quản lý và xử lý phế thải đang được cả thế giới quan tâm. Xu hướng chung là áp dụng các công nghệ giảm thiểu chất thải, tạo ra ít nhất các chất gây ô nhiễm, sử dụng ít năng lượng và nguyên liệu. Các công nghệ tái chế phế thải ngoài mục đích tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm giá thành sản phẩm còn có ý nghĩa bảo vệ môi trường, tăng cường phát triển bền vững. Bởi lẽ mọi hoạt động của con người không thể không tạo ra chất thải, vì vậy xử lý chúng như thế nào để đảm bảo vệ sinh môi trường và chi phí xử lý thấp nhất được đặt ra như một vấn đề sống còn của nhân loại. Để xử lý phế thải, tùy thuộc vào tính chất của chúng có thể áp dụng một trong ba phương pháp sau: - Phương pháp xử lý vật lý; - Phương pháp xử lý hóa học; - Phương pháp xử lý sinh học.

III. Công Nghệ Biogas Giải Pháp Chuyển Hóa Chất Thải Hiệu Quả

Các nước trên thế giới thường áp dụng đồng thời nhiều phương pháp xử lý và tái sử dụng chất thải. Các công nghệ thường được sử dụng bao gồm thiêu đốt, chôn lấp hợp vệ sinh, chế biến phân bón, và ủ rác để thu hồi khí sinh học. Công nghệ biogas là một giải pháp tiềm năng, tận dụng quá trình phân hủy kỵ khí để tạo ra methane và CO2, có thể sử dụng làm nhiên liệu. Quá trình này giúp giảm thể tích chất thải, giảm phát thải khí nhà kính, và tạo ra phân bón hữu cơ.

3.1. Tổng Quan về Phương Pháp Thiêu Đốt Chất Thải Rắn

Xử lý CTR bằng phương pháp thiêu đốt (còn gọi là phương pháp nhiệt) là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại CTR nhất định không được xử lý bằng các biện pháp khác. Trong điều kiện oxy hóa nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy trong không khí, trong đó có CTR độc hại được chuyển hóa thành khí, nhiệt, chất lỏng, tro và các chất thải rắn không cháy khác. Các chất khí được làm sạch hoặc không được làm sạch thoát ra ngoài không khí. Chất thải rắn không cháy và phần tro sau khi đốt được đem đi chôn lấp. Khi xử lý bằng phương pháp thiêu đốt sẽ sinh khí độc và dễ sinh dioxin nếu giải quyết xử lý rác không tốt. Phần xử lý khói bụi là phần đắt nhất trong công nghệ đốt rác, kinh nghiệm cho thấy giá thiết bị xử lý khói bụi chiếm tới 40% - 60% giá thành lò đốt. Năng lượng phát sinh có thể tận dụng cho lò hơi, hệ thống lò sưởi hoặc cung cấp nhiệt cho công nghiệp năng lượng (phát điện). Mỗi lò đốt phải được trang bị một hệ thống xử lý khí thải rất tốn kém, nhằm khống chế ô nhiễm không khí do quá trình đốt gây ra.

3.2. Bãi Chôn Lấp Chất Thải Rắn Hợp Vệ Sinh Giải Pháp Cuối Cùng

Bãi chôn lấp CTR hợp vệ sinh là bãi dùng để chôn lấp an toàn, tin cậy và lâu dài các loại CTR không thể tái chế, thu hồi, các phần còn lại dư thừa sau tái chế CTR và tro lò đốt; với các lớp chống thấm kỹ thuật ở thành và đáy bãi; hệ thống thu gom và xử lý nước rác; khí rác; lớp đất phủ trung gian và phủ bề mặt; các kỹ thuật đầm nén… Bãi chôn lấp CTR thường được thiết kế và vận hành trong thời gian ít nhất là 5 năm, thường từ 20 - 30 năm; đối với các đô thị lớn (đô thị loại 1 và đô thị loại đặc biệt) là 50 năm. Bãi chôn lấp CTR bao gồm một hay nhiều ô rác, mỗi ô rác được thiết kế sao cho có thể tiếp nhận để chôn lấp CTR trong thời gian từ 1 đến 3 năm, mỗi ô chôn lấp cần được thiết kế đặc biệt, có hệ thống chống thấm kỹ thuật ở thành và đáy bãi, hệ thống thu gom nước rác và khí rác, kỹ thuật chôn lấp và đầm nén… Trong bãi chôn lấp có thể thiết kế riêng 1 hoặc 2 ô để chôn lấp chất thải nguy hại: Ô chôn lấp CTR nguy hại công nghiệp và ô chôn lấp CTR y tế.

IV. Nghiên Cứu Thực Nghiệm Thu Hồi Khí Sinh Học Từ Chất Thải

Nghiên cứu này tiến hành khảo sát thực địa, xây dựng mô hình thu hồi khí methane từ chất thải sinh hoạt hộ gia đình, và đánh giá lượng khí thu hồi. Kết quả cho thấy khả năng sinh biogas từ chất thải hữu cơ là khả thi, mở ra tiềm năng ứng dụng công nghệ biogas trong xử lý chất thải tại các khu dân cư. Việc bổ sung chế phẩm và tuần hoàn bùn có thể tăng hiệu quả sinh biogas.

4.1. Hiện Trạng Chất Thải Rắn Sinh Hoạt Đô Thị tại Việt Nam

Tình hình phát sinh CTR sinh hoạt đô thị. Công tác phân loại, thu gom và vận chuyển. Hiện trạng chất thải rắn sinh hoạt tại Hà Nội. Các nguồn phát sinh CTRSH tại Hà Nội. Thành Phần CTRSH tại Hà Nội. Khối lượng CTR.

4.2. Kết Quả Thực Nghiệm Xây Dựng Mô Hình Thu Hồi Khí Sinh Học

Thành phần chất thải hộ gia đình. Một số tính chất của chất thải hộ gia đình. Diễn biến biogas thu được sau thời gian ủ. Diễn biến biogas thu được tại thí nghiệm có bổ sung chất thải. Đề xuất phương án thu hồi khí sinh học từ quá trình xử lý chất thải sinh hoạt hộ gia đình tại khu vực nội thành Hà Nội. Đề xuất và lựa chọn phương án.

V. Đề Xuất Phương Án Thu Hồi Khí Sinh Học Từ CTR Sinh Hoạt

Dựa trên kết quả nghiên cứu, đề xuất phương án thu hồi khí sinh học từ CTR sinh hoạt hộ gia đình tại khu vực nội thành Hà Nội. Phương án này bao gồm phân loại chất thải tại nguồn, xây dựng hệ thống biogas quy mô nhỏ tại các khu dân cư, và sử dụng biogas cho các mục đích sinh hoạt như nấu ăn, sưởi ấm. Đồng thời, cần có chính sách hỗ trợ và khuyến khích người dân tham gia vào quá trình xử lý chất thải và sản xuất biogas.

5.1. Sơ Đồ Phương Án Thu Hồi Khí Sinh Học Từ CTR Sinh Hoạt Hộ Gia Đình

Sơ đồ phương án thu hồi khí sinh học từ CTR sinh hoạt hộ gia đình. Đề xuất và lựa chọn phương án.

VI. Kết Luận và Kiến Nghị Về Chuyển Hóa Chất Thải Thành Biogas

Nghiên cứu đã đánh giá khả năng chuyển hóa chất thải sinh hoạt thành khí sinh học, góp phần giải quyết vấn đề xử lý chất thải và tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Cần có thêm nghiên cứu về quy trình ủ yếm khí, vi sinh vật phân hủy, và hiệu quả kinh tế biogas. Đồng thời, cần xây dựng chính sách hỗ trợ và khuyến khích ứng dụng công nghệ biogas trong xử lý chất thải và sản xuất năng lượng.

6.1. Kết Luận Về Nghiên Cứu Chuyển Hóa Chất Thải Sinh Hoạt

Nghiên cứu đã đánh giá khả năng chuyển hóa chất thải sinh hoạt thành khí sinh học, góp phần giải quyết vấn đề xử lý chất thải và tạo ra nguồn năng lượng tái tạo.

6.2. Kiến Nghị Để Phát Triển Công Nghệ Biogas Bền Vững

Cần có thêm nghiên cứu về quy trình ủ yếm khí, vi sinh vật phân hủy, và hiệu quả kinh tế biogas. Đồng thời, cần xây dựng chính sách hỗ trợ và khuyến khích ứng dụng công nghệ biogas trong xử lý chất thải và sản xuất năng lượng.

Nghiên Cứu Khả Năng Chuyển Hóa Chất Thải Sinh Hoạt Thành Khí Sinh Học