Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Bối cảnh thực tiễn

Trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa, công tác bảo vệ môi trường tại Việt Nam đối mặt với nhiều sức ép lớn từ tốc độ đô thị hóa và gia tăng dân số. Theo các định hướng trong Chiến lược phát triển kinh tế - xã hội giai đoạn 2001 – 2010 (thông qua tại Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX của Đảng), Nghị quyết số 41-NQ/TW của Bộ Chính trị (Khóa VIII) và Chỉ thị số 36-CT/TW, nhiệm vụ bảo vệ môi trường được xác định là điều kiện tiên quyết cho sự phát triển bền vững.

Thực tế công tác quản lý chất thải rắn (CTR) tại các đô thị theo đánh giá tại Chỉ thị số 23/2005/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ vẫn còn nhiều tồn tại: tỷ lệ thu gom CTR chỉ đạt khoảng 70% và tập trung chủ yếu ở nội thị; các dây chuyền nhập khẩu từ nước ngoài có vốn đầu tư và giá thành thiết bị rất cao nhưng chỉ xử lý được rác hữu cơ, tỷ lệ chôn lấp còn lại vẫn chiếm từ 70% đến 80%.

Tại tỉnh Ninh Thuận, trước năm 2002, xử lý rác thải chủ yếu thực hiện bằng phương pháp chôn lấp thô sơ, gây tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và tạo gánh nặng lớn cho ngân sách địa phương. Sự ra đời của Nhà máy xử lý rác chế biến phân bón hữu cơ vi sinh thuộc Công ty TNHH XD – TM & SX Nam Thành Ninh Thuận đã giải quyết căn bản bài toán chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn và cung cấp phân bón phục vụ nông nghiệp.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

  1. Nghiên cứu tổng quan quy trình công nghệ xử lý chất thải rắn đô thị và sản xuất phân hữu cơ sinh học tại Công ty TNHH XD – TM & SX Nam Thành Ninh Thuận.
  2. Khảo sát, phân tích hệ thống dây chuyền máy móc, trang thiết bị tại các phân xưởng sản xuất.
  3. Đánh giá các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình ủ sinh học (Compost) và chất lượng sản phẩm phân bón.
  4. Nhận diện các nguồn phát sinh ô nhiễm (khí thải, nước thải, mùi, chất thải trơ) trong quá trình vận hành nhà máy và đánh giá các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường đang được áp dụng.
  5. Phân tích mô hình tổ chức, hiệu quả kinh tế và khả năng nhân rộng công nghệ xử lý CTR tại các địa phương khác.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ, dây chuyền thiết bị sản xuất phân hữu cơ vi sinh và các sản phẩm tái chế từ rác thải sinh hoạt của Công ty TNHH XD – TM & SX Nam Thành Ninh Thuận.
  • Phạm vi không gian: Nhà máy xử lý rác tại Thôn Kiền Kiền, xã Lợi Hải, huyện Thuận Bắc, tỉnh Ninh Thuận; địa bàn thu gom rác tại thành phố Phan Rang – Tháp Chàm và các khu vực lân cận.
  • Phạm vi dữ liệu: Các số liệu vận hành kỹ thuật, khối lượng nguyên liệu đầu vào, thành phần rác thải và các chỉ số môi trường ghi nhận đến tháng 5 năm 2011.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ sở pháp lý

  • Cơ sở pháp lý: Luật Bảo vệ môi trường; Nghị quyết số 41-NQ/TW của Bộ Chính trị; Chỉ thị số 36-CT/TW; Chỉ thị số 23/2005/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ; Quyết định số 121/QĐ/UB-2002 ngày 10/12/2002 của UBND tỉnh Ninh Thuận về việc phê duyệt phương án thu gom và vận chuyển rác thải; Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh số 4302000032 do Sở Kế hoạch và Đầu tư tỉnh Ninh Thuận cấp ngày 18/09/2002.
  • Lý thuyết quá trình Compost: Quá trình phân hủy sinh học hiếu khí kết hợp yếm khí (theo phương pháp Bangalore) nhằm ổn định chất hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ cao (thermophilic, 55 – 60°C). Quá trình này giúp tiêu diệt mầm bệnh, chuyển hóa các chất dinh dưỡng N, P, K từ dạng hữu cơ phức tạp sang dạng vô cơ dễ hấp thụ cho cây trồng ($NO_3^-$, $PO_4^{3-}$), đồng thời hỗ trợ làm khô bùn thải và tăng khả năng kháng bệnh của đất trồng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập và kế thừa dữ liệu: Tập hợp số liệu thứ cấp từ tài liệu chuyên ngành, báo cáo kỹ thuật nội bộ của nhà máy về thành phần rác thải đô thị Ninh Thuận, lưu lượng rác tiếp nhận, định mức tiêu hao chế phẩm vi sinh, và số liệu quan trắc môi trường định kỳ.
  • Phương pháp khảo sát, mô tả quy trình công nghệ: Ghi nhận thực tế chuỗi vận hành từ nhà tiếp nhận rác, các khâu phân loại cơ học/thủ công, hệ thống hầm ủ, bãi ủ chín đến dây chuyền tinh chế, phối trộn và đóng gói thành phẩm.
  • Phương pháp phân tích, đánh giá kỹ thuật và kinh tế: Phân tích các thông số nhiệt độ, độ ẩm, pH, tỷ lệ C/N, đánh giá công suất thiết bị từng phân xưởng và tính toán sơ bộ cơ cấu vốn đầu tư.

Thiết kế và triển khai quy trình kỹ thuật

Hệ thống sản xuất của nhà máy được thiết kế khép kín theo nguyên tắc phân loại rác thải thành 4 nhóm: thành phần hữu cơ làm phân bón, thành phần tái sinh (nilon, nhựa), thành phần tái sử dụng (kim loại, thủy tinh), và thành phần trơ mang đi chôn lấp hợp vệ sinh.

Rác thải sinh hoạt (100 - 150 tấn/ngày)
[Phân xưởng 1: Phân loại sơ bộ & Cơ học]
                                         [Hầm ủ rác] (25 - 39 ngày, 55 - 60°C)
                                         [Bãi ủ chín] (10 - 20 ngày, luống cao 2m)
[Phân xưởng 4: Tinh chế mùn hữu cơ]

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung về Công ty TNHH XD – TM & SX Nam Thành Ninh Thuận

  • Lịch sử và tư cách pháp nhân: Công ty khởi công xây dựng nhà máy ngày 02/04/2002 trên khuôn viên 50 ha tại xã Lợi Hải, huyện Thuận Bắc, tỉnh Ninh Thuận; chính thức hoạt động theo Giấy phép ĐKKD số 4302000032 ngày 18/09/2002 với vốn điều lệ ban đầu 8 tỷ đồng. Tổng mức đầu tư xây dựng và lắp đặt công nghệ đạt 24.195.000.000 VNĐ.
  • Cơ cấu tổ chức và nhân sự: Tổng số lao động là 300 người, bao gồm 55 cán bộ quản lý (1 Giám đốc, 1 Phó Giám đốc, 2 Trợ lý, 4 nhân viên Phòng Tổ chức - Hành chính, 6 nhân viên Kế toán, 5 cán bộ Kỹ thuật, 4 cán bộ Kế hoạch, 8 nhân viên Kinh doanh, 10 nhân viên Đội VSMT, 3 nhân viên Quản lý xe máy, 2 thợ Cơ khí, 8 nhân viên Bảo vệ - Kiểm tra, 2 Cán bộ quản lý phân xưởng) và 238 công nhân sản xuất trực tiếp.
  • Năng lực vận hành và sản phẩm: Tiếp nhận và xử lý bình quân 100 – 150 tấn rác/ngày; sản xuất 60 tấn phân bón hữu cơ vi sinh nhãn hiệu "ĐỊA CẦU XANH"/ngày; sản xuất 1,5 tấn/ngày phôi nhựa, hạt nhựa và bao bì. Mục tiêu dài hạn nâng công suất phân bón lên 12.000 tấn/năm.
  • Hệ thống chất lượng và thị trường: Sản phẩm đạt tiêu chuẩn cơ sở TC01: 2003/NT, áp dụng hệ thống quản lý chất lượng ISO 9001 - 2000; thị trường tiêu thụ hướng tới vùng Duyên hải Miền Trung, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và các nông trường cao su, cà phê tại Lào, Campuchia.

Chương 2: Tổng quan về dây chuyền sản xuất và quá trình Compost

  • Nguyên lý chuyển hóa: Quá trình Compost sử dụng vi sinh vật phân giải chất hữu cơ ở nhiệt độ cao nhằm khử trùng mầm bệnh và chuyển hóa dưỡng chất khó tiêu thành dạng $NO_3^-$ và $PO_4^{3-}$ cung cấp cho cây trồng.
  • Đặc trưng nguyên liệu đầu vào: Rác thải sinh hoạt thành phố Phan Rang – Tháp Chàm có tỷ lệ chất hữu cơ cao (65 – 95%), các thành phần khác gồm: giấy (0,5%), cao su mềm (0 – 1,5%), cao su cứng (0 – 0,06%), kim loại màu (0 – 0,4%), xà bần và tro (0 – 6,1%).
  • Định mức chế phẩm sinh học sử dụng:
Loại nguyên liệu / Chế phẩm Chủng loại men vi sinh Định mức sử dụng
Rác thải sinh hoạt đầu vào Chưa phân loại 100 – 150 tấn/ngày
Men khử mùi tại tiếp nhận NTC khử mùi đặc hiệu 90 – 120 lít/ngày (hoặc ~214 lít/tấn rác)
Men phân giải hữu cơ NTC Protect 180 – 240 lít/ngày
Men chế biến phân bón NTC KB Điều chỉnh theo lô sản xuất
  • Bố trí mặt bằng kỹ thuật: Quy hoạch gồm Nhà tiếp nhận, Khu phân loại sơ bộ (công suất tuyển chọn 40 tấn/giờ), Hệ thống hầm ủ (kích thước mỗi hầm: rộng 4m x dài 96m x cao 2m), 3 bãi ủ chín (2 bãi đất, 1 bãi xi măng), Khu tinh chế mùn (công suất 15 tấn/giờ), Khu hoàn thiện đóng gói và Phòng thí nghiệm kiểm chuẩn.

Chương 3: Quy trình công nghệ sản xuất phân hữu cơ sinh học

Chương này mô tả chi tiết hoạt động của Đội vệ sinh môi trường và 5 phân xưởng sản xuất:

  • Đội vệ sinh môi trường: Trực tiếp thu gom và vận chuyển rác thải sinh hoạt đô thị về nhà máy.
  • Phân xưởng 1 (Tiếp nhận và Phân loại sơ bộ): Công suất đạt 170 – 210 $m^3$/ca 7 giờ. Rác được dỡ tại sàn, phun vi sinh khử mùi trước 9h hoặc sau 16h (tránh bức xạ mặt trời làm suy giảm hoạt tính VSV), xé bao thủ công, đưa qua sàng lồng, máy đập xé nilon, hệ thống tách từ thu hồi sắt, tách gió thu gom nilon, sàng rung tách cát sỏi. Hợp phần hữu cơ đạt độ sạch 85 – 90% được đưa qua máy băm và chuyển tới hầm ủ.
  • Phân xưởng 2 (Tái chế nhựa): Tiếp nhận nilon và chai nhựa từ Phân xưởng 1, tiến hành phân loại polyme (PP, PE), đưa qua máy giũ, máy băm, máy rửa ly tâm làm sạch, sau đó qua máy ó và máy tạo hạt để tạo hạt nhựa tái sinh và phôi nhựa.
  • Phân xưởng 3 (Sản xuất bao bì): Sử dụng hạt nhựa từ Phân xưởng 2, vận hành máy kéo chỉ, máy dệt, máy tráng màng, máy cắt và máy in để chế tạo vỏ bao 25kg và 50kg phục vụ đóng gói phân bón.
  • Phân xưởng 4 (Sàng tuyển mùn hữu cơ): Mùn hoai mục từ bãi ủ chín (độ phân hủy > 75%) được đưa vào máy đập nghiền, sàng lồng, băng tải từ tính và sàng rung phân cấp hạt. Hạt mùn tinh kích thước $\le 1,5$ cm được chuyển sang Phân xưởng 5; hạt $> 1,5$ cm được đưa quay lại hầm ủ.
  • Phân xưởng 5 (Phối trộn, tạo hạt và đóng gói): Mùn tinh sau kiểm tra KCS được cân định lượng, phối trộn phụ gia NPK, vi lượng và phun bổ sung vi sinh vật cố định đạm, vi sinh kháng bệnh. Hỗn hợp được vê viên, sấy khô, làm nguội, sàng phân loại hạt đồng đều và đóng bao tự động.
  • Các thông số kỹ thuật kiểm soát quá trình Compost:
    • Nhiệt độ: Duy trì trong ngưỡng 55 – 60°C trong tối thiểu 3 ngày để diệt khuẩn gây bệnh.
    • Độ ẩm: Khống chế ở mức tối ưu; kiểm soát bằng giải pháp hồi lưu mùn khô hoặc cấp nước bổ sung.
    • pH: Duy trì trong khoảng 6,5 – 8,0.
    • Kích thước hạt ủ: Tối ưu từ 3 – 50 mm.
    • Tỷ lệ C/N: Giá trị tối ưu ban đầu khoảng 25/1. Nếu C/N cao (20 – 50), thời gian chuyển hóa cần 14 ngày; nếu C/N = 78, thời gian kéo dài đến 21 ngày.
    • Thời gian ủ: Thời gian tại hầm ủ kín kéo dài 25 – 39 ngày (trung bình 30 ngày); thời gian ủ chín tại luống (kích thước luống: cao 2m x rộng 4m x dài 70 – 80m) kéo dài 10 – 20 ngày.

Chương 4: Các vấn đề gây ô nhiễm môi trường tại nhà máy

  • Môi trường không khí và mùi hôi: Phát sinh chủ yếu tại nhà tiếp nhận rác và xưởng tái chế nhựa. Khí thải chứa các hợp chất $CH_4, CO_2, SO_2, H_2S, NH_3$. Nồng độ đo đạc thực tế: Bụi khói đạt 0 – 0,1 $mg/m^3$; $CO_2$ đạt 15 – 20 $mg/m^3$; $NH_3$ đạt khoảng 0,1 $mg/m^3$; $SO_2$ và $NO_2$ ở mức không đáng kể.
  • Môi trường nước: Tổng lượng nước thải phát sinh từ 15 – 20 $m^3$/ngày, bao gồm:
    • Nước rỉ rác tại nhà tiếp nhận: 2 – 3 $m^3$/ngày.
    • Nước rửa nilon và nguyên liệu tái chế: 10 – 12 $m^3$/ngày.
    • Nước sinh hoạt và làm mát máy móc: 3 – 5 $m^3$/ngày.
    • Nước mưa chảy tràn: Phát sinh không đáng kể do đặc thù khí hậu Ninh Thuận khô hạn.
  • Chất thải rắn trơ: Xà bần, đất đá, mảnh sành sứ và các thành phần không có khả năng phân hủy sinh học hoặc tái chế.

Chương 5: Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và chương trình giám sát

  • Giảm thiểu mùi hôi và khí thải: Phun chế phẩm sinh học NTC khử mùi tại nhà tiếp nhận (định mức ~214 lít/tấn rác), kiểm soát quá trình cấp khí tránh yếm khí sinh mùi $H_2S$, duy trì độ ẩm đống ủ dưới 70%.
  • Xử lý nước thải: Tách riêng dòng nước rỉ rác đậm đặc và nước rửa nguyên liệu để đưa vào hệ thống xử lý nước thải sản xuất và sinh hoạt.
  • Xử lý CTR trơ và tận thu: Thu hồi tối đa sắt, kim loại, chai lọ thủy tinh để bán phế liệu; chuyển toàn bộ nilon sang xưởng tái chế nhựa; chôn lấp hợp vệ sinh đối với xà bần, tro xỉ.
  • An toàn lao động: Trang bị bảo hộ lao động cho công nhân xưởng 1 và 2; thực hiện nối đất hệ thống điện, che chắn cơ khí và cấp chứng chỉ vận hành thiết bị an toàn.

Chương 6: Đánh giá hiệu quả kinh tế và khai toán công trình

  • Tổng mức đầu tư ban đầu của dự án đạt 24,195 tỷ VNĐ.
  • Nguồn thu của nhà máy được xác định từ: phí dịch vụ thu gom và xử lý rác do ngân sách địa phương chi trả; nguồn thu từ tiêu thụ phân bón hữu cơ vi sinh "ĐỊA CẦU XANH", hạt nhựa tái sinh PP/PE, phôi nhựa và bao bì thành phẩm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Vận hành ổn định dây chuyền tiếp nhận và xử lý 100 – 150 tấn rác thải sinh hoạt/ngày cho thành phố Phan Rang – Tháp Chàm.
  2. Sản xuất bình quân 60 tấn phân bón hữu cơ sinh học/ngày, đạt tiêu chuẩn chất lượng hàng hóa TC01: 2003/NT và tiêu chuẩn quản lý ISO 9001 - 2000.
  3. Tận thu phế liệu nhựa để sản xuất 1,5 tấn hạt nhựa, phôi nhựa và bao bì/ngày, giảm tỷ lệ rác thải phải chôn lấp xuống mức tối thiểu.
  4. Kiểm soát các chỉ tiêu phát thải khí ($CO_2 \le 20\ mg/m^3$, $NH_3 \le 0,1\ mg/m^3$, bụi $\le 0,1\ mg/m^3$) và xử lý toàn bộ 15 – 20 $m^3$/ngày nước thải phát sinh.

Đóng góp thực tiễn của mô hình

  • Giải quyết bài toán ô nhiễm môi trường do chôn lấp rác thô sơ tại tỉnh Ninh Thuận, tiết kiệm nguồn ngân sách hàng năm cho công tác quản lý rác thải công ích.
  • Tạo việc làm trực tiếp cho 300 lao động tại địa phương (trong đó có 238 công nhân sản xuất trực tiếp).
  • Cung cấp nguồn phân bón hữu cơ vi sinh chất lượng cao giúp cải tạo đất bạc màu, giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học trong canh tác cây công nghiệp (cao su, cà phê, cây ăn trái).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Thành phần rác thải sinh hoạt đầu vào chưa được phân loại tại nguồn, làm tăng khối lượng công việc phân loại thủ công tại Phân xưởng 1 và tăng chi phí bóc tách tạp chất; công suất thiết bị hiện tại ở quy mô vừa phải, chưa đáp ứng hết nhu cầu phân bón ngày càng tăng của thị trường.
  • Hướng mở rộng: Tiếp tục cải tiến tự động hóa dây chuyền phân loại; mở rộng công suất sản xuất phân bón lên mức 12.000 tấn/năm; hoàn thiện công nghệ để chuyển giao mô hình cho các tỉnh thành lân cận trong cả nước.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo kỹ thuật cho:

  • Sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường, Công nghệ Sinh học và Nông hóa - Thổ nhưỡng khi nghiên cứu về công nghệ Compost và quản lý chất thải rắn đô thị.
  • Các kỹ sư công nghệ môi trường tìm kiếm sơ đồ bố trí phân xưởng, thông số tính toán hầm ủ, định mức sử dụng men vi sinh NTC và giải pháp xử lý dòng thải phát sinh trong nhà máy rác.
  • Các đơn vị quy hoạch, quản lý đô thị tham khảo mô hình xã hội hóa công tác xử lý rác thải kết hợp sản xuất kinh doanh hạt nhựa và phân bón hữu cơ.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn nguyên liệu đầu vào và công suất tiếp nhận của nhà máy Nam Thành Ninh Thuận là bao nhiêu?

Nhà máy tiếp nhận rác thải sinh hoạt chưa qua phân loại tại nguồn thu gom từ thành phố Phan Rang – Tháp Chàm và khu vực lân cận, khối lượng trung bình từ 100 đến 150 tấn/ngày. Hàm lượng chất hữu cơ trong rác thải chiếm từ 65% đến 95%.

2. Quá trình ủ phân hữu cơ tại nhà máy được tiến hành qua các giai đoạn nào và mất bao lâu?

Quá trình ủ gồm 2 giai đoạn chính theo phương pháp Bangalore:

  • Giai đoạn ủ trong hầm kín (kích thước 4m x 96m x 2m): kéo dài từ 25 đến 39 ngày (trung bình 30 ngày), kiểm soát nhiệt độ từ 55 – 60°C.
  • Giai đoạn ủ chín ngoài bãi (luống cao 2m x rộng 4m x dài 70 – 80m): kéo dài từ 10 đến 20 ngày cho đến khi chất hữu cơ hoai mục đạt độ phân hủy trên 75%.

3. Tại sao chế phẩm vi sinh khử mùi NTC tại nhà tiếp nhận lại được phun trước 9 giờ sáng hoặc sau 16 giờ chiều?

Nhà máy áp dụng khung giờ phun vi sinh trước 9h hoặc sau 16h nhằm tránh bức xạ nhiệt và ánh nắng mặt trời trực tiếp gay gắt, điều kiện có thể làm chết hoặc suy giảm nghiêm trọng hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật khử mùi và phân giải.

4. Bên cạnh phân bón hữu cơ vi sinh, nhà máy còn chế biến những sản phẩm nào từ rác thải?

Từ các loại nilon và đồ nhựa thu hồi sau khâu phân loại, Phân xưởng 2 và Phân xưởng 3 của nhà máy sản xuất trung bình 1,5 tấn/ngày các sản phẩm gồm: hạt nhựa tái sinh PP/PE, phôi nhựa cung cấp cho các cơ sở làm ống nước, cùng các loại bao bì dệt kích cỡ 25kg và 50kg dùng đóng gói phân bón.

5. Tổng lượng nước thải phát sinh tại nhà máy mỗi ngày là bao nhiêu và bắt nguồn từ đâu?

Tổng lượng nước thải phát sinh dao động từ 15 đến 20 $m^3$/ngày, gồm: nước rỉ rác tại sàn tiếp nhận (2 – 3 $m^3$/ngày), nước rửa nguyên liệu nilon (10 – 12 $m^3$/ngày), cùng nước làm mát máy và sinh hoạt của công nhân (3 – 5 $m^3$/ngày).

Kết luận

Khóa luận đã hệ thống hóa chi tiết toàn bộ dây chuyền công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt làm phân hữu cơ vi sinh tại Công ty TNHH XD – TM & SX Nam Thành Ninh Thuận. Đồ án làm rõ các thông số kỹ thuật cốt lõi trong quá trình chuyển hóa sinh học hiếu khí kết hợp yếm khí, định mức sử dụng chế phẩm vi sinh NTC và phương thức tận thu phế liệu nhựa để sản xuất bao bì khép kín. Đây là nghiên cứu thực tế có giá trị học thuật và ứng dụng cao trong lĩnh vực kỹ thuật môi trường và công nghệ xử lý chất thải rắn tại Việt Nam.