Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Từ năm 2005, Quận 7 (Thành phố Hồ Chí Minh) được định hướng quy hoạch thành khu dân cư thương mại với hàng loạt dự án hạ tầng và đô thị phát triển nhanh như Cầu Phú Mỹ và Khu đô thị Nam Sài Gòn. Tốc độ đô thị hóa nhanh chóng cùng sự gia tăng mức sống, tiêu dùng của người dân đã dẫn đến khối lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) tăng liên tục, tạo áp lực lớn lên hệ thống thu gom, vận chuyển và xử lý của địa phương. Mặc dù đã có sự đầu tư về trang thiết bị và nhân lực, công tác quản lý chất thải rắn trên địa bàn vẫn bộc lộ nhiều hạn chế, chưa đáp ứng kịp nhu cầu thực tế và tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm đất, nước, không khí.

Đề tài "Nghiên cứu hiện trạng và đề xuất các giải pháp quản lý chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn quận 7" do sinh viên Nguyễn Thị Kim Trâm thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Vũ Hải Yến tại Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP.HCM (giao nhiệm vụ ngày 19/4/2010, hoàn thành ngày 12/7/2010) nhằm giải quyết các yêu cầu quản lý môi trường cấp bách này.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Nghiên cứu hiện trạng quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại Quận 7.
  2. Đánh giá tác động môi trường do chất thải rắn sinh hoạt phát sinh từ quá trình sinh hoạt của nhân dân tại Quận 7.
  3. Xây dựng các giải pháp quản lý chất thải rắn sinh hoạt nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường và tăng cường tiết kiệm nguyên liệu thông qua việc phân loại và tái chế.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Tìm hiểu tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội Quận 7.
  2. Đánh giá hiện trạng quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại Quận 7.
  3. Dự báo khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh đến năm 2030.
  4. Đề xuất phương án phân loại chất thải rắn tại nguồn.
  5. Đề xuất các phương án thu gom, vận chuyển, trung chuyển, xử lý, chôn lấp hợp vệ sinh.
  6. Tính toán thiết kế kỹ thuật cho hệ thống thu gom, trung chuyển, vận chuyển.
  7. Đề xuất các biện pháp tái chế, xử lý và chôn lấp hợp vệ sinh.
  8. Hoàn thiện báo cáo đồ án tốt nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Chất thải rắn phát sinh từ sinh hoạt của các hộ gia đình.
  • Phạm vi không gian: Địa bàn 10 phường thuộc Quận 7, bao gồm: Tân Quy, Tân Phong, Tân Hưng, Tân Kiểng, Tân Phú, Tân Thuận Tây, Tân Thuận Đông, Bình Thuận, Phú Mỹ và Phú Thuận.
  • Phạm vi thời gian: Thu thập số liệu và thực hiện đồ án từ ngày 19/04/2010 đến ngày 12/07/2010; mốc dự báo quy hoạch đến năm 2030.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu áp dụng các lý thuyết chuyên ngành về quản lý chất thải rắn đô thị (Integrated Solid Waste Management) dựa trên các tài liệu kỹ thuật của George Tchobanoglous và cộng sự (1993, McGraw-Hill), sổ tay Handbook of Solid Waste Management (1994), và các giáo trình quản lý chất thải rắn của GS.TS. Trần Hiếu Nhuệ (2001), PGS.TS. Lê Văn Nãi (1999), TS. Trần Thị Mỹ Diệu (2008).

Các công thức và mô hình tính toán chính gồm:

  • Xác định độ ẩm theo phương pháp trọng lượng ướt: $$M = \left(\frac{w - d}{w}\right) \times 100$$ (Trong đó: $M$ là độ ẩm (%), $w$ là khối lượng mẫu ướt ban đầu (kg hoặc g), $d$ là khối lượng mẫu sau khi sấy khô ở 105°C).
  • Đánh giá khả năng phân hủy sinh học (Biodegradable Fraction - BF) theo hàm lượng lignin: $$BF = 0{,}83 - 0{,}028 \cdot LC$$ (Trong đó: $BF$ là tỷ lệ phân hủy sinh học biểu diễn qua hàm lượng chất rắn bay hơi $VS$; $LC$ là hàm lượng lignin trong $VS$ tính theo % khối lượng khô).
  • Công thức Dulong tính nhiệt trị của rác thải: $$Btu = 145C + 610\left(H_2 - \frac{O_2}{8}\right) + 40S$$
  • Phương trình chuyển hóa hóa học và nhiệt phân cellulose: $$3(C_6H_{10}O_5) \rightarrow 8H_2O + C_6H_8O + 2CO + 2CO_2 + CH_4 + H_2 + 7C$$
  • Dự báo dân số và khối lượng rác: Sử dụng phương pháp toán học bình phương cực tiểu và tích phân hai vế theo cận tương đương.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Thu thập số liệu thống kê dân số, điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội, báo cáo quản lý CTR từ UBND Quận 7, Phòng Tài nguyên và Môi trường Quận 7, Công ty Dịch vụ Công ích Quận 7 và Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM.
  • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Thống kê, phân loại các dòng chất thải, thành phần lý tính, hóa tính, sinh học của chất thải rắn đô thị.
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Tính toán kích thước thùng chứa, số lượng công nhân, số lượng phương tiện xe ép rác $14\text{ m}^3$, định vị trạm trung chuyển, điểm hẹn thu gom và thiết kế dây chuyền công nghệ nhà máy làm phân compost, tái chế phế liệu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh tốc độ phát triển đô thị hóa tại Quận 7 tăng cao từ sau năm 2005. Tác giả xác định rõ các mục tiêu, 8 nhiệm vụ nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu là CTRSH hộ gia đình trên 10 phường trực thuộc, phương pháp luận dựa trên quản lý và công nghệ xử lý chất thải rắn, cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn làm cơ sở quy hoạch quản lý rác thải đến năm 2030.

Chương 2: Các khái niệm về chất thải rắn và tác động môi trường của chất thải rắn

Chương 2 tổng hợp hệ thống lý luận chuyên sâu về chất thải rắn:

  • Định nghĩa và phân loại: Phân định CTR theo công nghệ xử lý (chất cháy được, không cháy được, chất hỗn hợp), theo vị trí hình thành, bản chất nguồn tạo thành (sinh hoạt, công nghiệp, xây dựng, nông nghiệp) và mức độ nguy hại (chất thải y tế, chất thải công nghiệp nguy hại).
  • Đặc trưng phát sinh: Dẫn chứng định mức phát sinh theo Dự án Môi trường Việt Nam - Canada và các nước trong khu vực:
Nguồn phát sinh / Khu vực Tốc độ phát sinh (kg/người/ngày)
Rác thải khu dân cư Việt Nam 0,60
Rác thải thương mại Việt Nam 0,20
Rác thải quét đường Việt Nam 0,20
Rác thải công sở Việt Nam 0,20
Mức trung bình tại Singapore 0,87
Mức trung bình tại Hồng Kông 0,85
Mức trung bình tại TP.HCM & Việt Nam 0,60
Mức trung bình tại Karachi (Pakistan) 0,50
  • Tính chất lý - hóa - sinh của chất thải rắn:
    • Thành phần vật lý: Chất thải thực phẩm (chiếm 6–25%, trung bình 15%), Giấy (25–45%, trung bình 40%), Bìa cứng (3–15%, trung bình 4%), Rác làm vườn (0–20%, trung bình 12%), Thủy tinh (4–16%, trung bình 8%), Kim loại (can hộp 6%, thép 2%).
    • Khối lượng riêng: Rác thực phẩm ($490\text{ lb/yd}^3$), rác làm vườn ($170\text{ lb/yd}^3$), giấy ($150\text{ lb/yd}^3$), thủy tinh ($330\text{ lb/yd}^3$), tro xỉ ($810–1255\text{ lb/yd}^3$). Khối lượng riêng CTRSH dao động từ $120–590\text{ kg/m}^3$ và đạt $830\text{ kg/m}^3$ khi bị ép trong xe chuyên dùng.
    • Độ ẩm: Rác thực phẩm có độ ẩm cao nhất ($50–80%$, trung bình $70%$), rác sân vườn ($30–80%$, trung bình $60%$), gỗ và rác sinh hoạt chung ($20%$), trong khi kim loại, plastic, thủy tinh chỉ chiếm $2%$.
    • Thành phần nguyên tố hóa học: Phân tích tỷ lệ C, H, O, N, S của các hợp phần hữu cơ cháy được (ví dụ: rác thực phẩm chứa $48{,}0%\text{ C}$, $6{,}4%\text{ H}$, $37{,}6%\text{ O}$, $2{,}6%\text{ N}$, $0{,}4%\text{ S}$; cao su chứa $78{,}0%\text{ C}$, $10{,}0%\text{ H}$).
  • Tác động môi trường: Nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cao ($\text{COD}\ge 3.000\text{ mg/l}$, $\text{BOD}_5\ge 2.000\text{ mg/l}$, $\text{TOC}\ge 1.000\text{ mg/l}$, $\text{N-NH}_3$ từ $10–800\text{ mg/l}$). Khí bãi rác chứa $45–60%\text{ CH}_4$, $40–60%\text{ CO}_2$, $2–5%\text{ N}_2$, $0{,}1–1%\text{ H}_2\text{S}$, mercaptan và các hợp chất hữu cơ bay hơi.
  • Kinh nghiệm quốc tế và hiện trạng TP.HCM: Đánh giá mô hình thu gom và quản lý tại Nuremberg (Đức), Madrid (Tây Ban Nha) và cơ cấu tổ chức quản lý chất thải rắn tại TP.HCM.

Chương 3: Điều kiện tự nhiên – kinh tế – xã hội của Quận 7

Chương này phân tích vị trí địa lý, điều kiện địa hình sông nước, mạng lưới giao thông đường bộ - đường thủy, tình hình phát triển kinh tế thương mại dịch vụ và đặc điểm phân bố dân cư, giáo dục, văn hóa của 10 phường thuộc Quận 7. Đây là các dữ liệu nền phục vụ việc phân chia tuyến thu gom và tính toán tải lượng rác phát sinh.

Chương 4: Hiện trạng quản lý chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn Quận 7

Khảo sát và đánh giá toàn diện hệ thống quản lý rác thải thực tế:

  • Cơ cấu tổ chức: Gồm hai lực lượng chính là hệ thống công lập (Công ty Dịch vụ Công ích Quận 7) và hệ thống dân lập (lực lượng rác dân lập thu gom rác từ các hộ gia đình trong hẻm sâu).
  • Công tác thu phí: Cả hai lực lượng đều áp dụng đơn giá thu phí rác sinh hoạt theo Quyết định số 88/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân TP.HCM.
  • Phương tiện và mạng lưới hạ tầng: Đánh giá hiện trạng phương tiện thu gom thủ công (xe ba gác, thùng rác đẩy tay) và xe chuyên dùng; rà soát danh sách, vị trí các điểm hẹn tập kết rác trên địa bàn các phường; chỉ ra các tồn tại về tình trạng ô nhiễm mùi, rò rỉ nước rác tại các điểm hẹn do thời gian thu gom và lộ trình vận chuyển chưa tối ưu.

Chương 5: Dự báo dân số và lượng rác phát sinh đến năm 2030

  • Dự báo quy mô dân số: Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu và phương pháp giải tích phân theo chuỗi số liệu thống kê dân số các năm trước đó để thiết lập phương trình tăng trưởng dân số Quận 7 qua từng giai đoạn đến năm 2030.
  • Dự báo khối lượng CTRSH: Dựa trên tốc độ gia tăng dân số, tốc độ đô thị hóa và định mức phát thải bình quân đầu người, tác giả tính toán tổng khối lượng và thể tích CTRSH phát sinh từ các hộ gia đình thuộc 10 phường từ năm 2010 đến năm 2030, phục vụ việc định cỡ các công trình hạ tầng kỹ thuật.

Chương 6: Thiết kế hệ thống thu gom chất thải rắn sinh hoạt tại nguồn

Tác giả tính toán và đề xuất giải pháp kỹ thuật chi tiết cho khâu thu gom, trung chuyển:

  • Thiết bị lưu chứa tại hộ gia đình: Xác định dung tích và số lượng thùng rác tiêu chuẩn trang bị cho các hộ dân để thực hiện phân loại tại nguồn.
  • Hình thức và tuyến thu gom: Thiết kế hai mô hình thu gom phù hợp với mạng lưới đường giao thông (mô hình thu gom hai bên đường cho đường nhỏ và thu gom một bên đường cho các trục đường lớn).
  • Hệ thống trung chuyển và vận chuyển: Xác định tọa độ, số lượng các điểm hẹn tiếp nhận rác; tính toán thiết kế trạm trung chuyển khép kín; tính toán số lượng công nhân và số lượng xe ép rác chuyên dùng dung tích $14\text{ m}^3$ cần đầu tư theo từng giai đoạn (tuổi thọ sử dụng xe tính toán là 10 năm) dựa trên bảng báo giá kỹ thuật của Công ty SAMCO.

Chương 7: Trạm xử lý, tái chế tập trung

Thiết kế các hạng mục công trình kỹ thuật trong khu xử lý - tái chế tập trung:

  • Hạng mục phụ trợ: Trạm cân điện tử, nhà bảo vệ, trạm rửa xe ép sau khi xả rác, sân bãi và kho chứa.
  • Dây chuyền sàng phân loại và tái chế:
    • Thiết kế sơ đồ công nghệ tái chế giấy phế liệu.
    • Dây chuyền tạo hạt nhựa tái chế từ nhựa cứng.
    • Dây chuyền sản xuất bao nilon (tái sử dụng cung cấp cho nhà máy làm phân compost).
    • Dây chuyền làm sạch và tái chế thủy tinh vỡ.
  • Nhà máy sản xuất phân hữu cơ (Compost):
    • Giai đoạn 1: Chuẩn bị và tiền xử lý nguyên liệu hữu cơ (loại tạp chất, nghiền nhỏ, điều chỉnh độ ẩm và tỷ lệ C/N).
    • Giai đoạn 2: Quá trình lên men hiếu khí, so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa 2 phương án ủ luống và lựa chọn máy đảo trộn luống chuyên dụng model SPM 5300.
    • Giai đoạn 3: Ủ chín và ổn định mùn hữu cơ.
    • Giai đoạn 4: Tinh chế, sàng lọc kích thước hạt và đóng bao thành phẩm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Tổng hợp toàn diện bộ thông số lý - hóa - sinh của chất thải rắn sinh hoạt (tỷ lệ thành phần rác thực phẩm chiếm trung bình 15%, giấy 40%, độ ẩm rác thực phẩm đạt 70%, nhiệt trị và công thức biến đổi chất hữu cơ).
  • Hoàn thiện mô hình toán dự báo tốc độ gia tăng dân số và tải lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh của 10 phường thuộc Quận 7 từ năm 2010 đến năm 2030 bằng phương pháp bình phương cực tiểu.
  • Xác định được phương án đầu tư phương tiện vận chuyển, tính toán cụ thể số lượng xe ép rác dung tích $14\text{ m}^3$ theo từng chu kỳ 10 năm và nhu cầu công nhân vận hành tương ứng với thể tích rác qua từng năm.
  • Hoàn thành bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ cho các trạm tái chế chất thải rắn (giấy, nhựa cứng, túi nilon, thủy tinh) và dây chuyền nhà máy ủ phân compost sử dụng thiết bị đảo trộn SPM 5300.

Giải pháp và kiến nghị

  • Tổ chức mạng lưới thu gom: Phân định rõ trách nhiệm giữa Công ty Dịch vụ Công ích Quận 7 và lực lượng rác dân lập; sắp xếp lại vị trí các điểm hẹn thu gom nhằm giảm thiểu phát tán mùi hôi và nước rỉ rác; chuẩn hóa phương tiện thu gom đạt chuẩn vệ sinh đô thị.
  • Tài chính và cơ chế: Duy trì và cải tiến phương thức thu phí rác sinh hoạt theo Quyết định 88/QĐ-UBND nhằm đảm bảo nguồn kinh phí vận hành hệ thống.
  • Phân loại và tái chế tại nguồn: Đưa hệ thống thùng rác chuyên dụng vào từng hộ gia đình để tách riêng rác hữu cơ phục vụ sản xuất phân compost và các thành phần vô cơ có thể tái chế (nhựa, giấy, thủy tinh, kim loại).

Đóng góp của đề tài

Đồ án đã cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học về tính chất chất thải rắn và chuỗi giải pháp kỹ thuật - quản lý tích hợp (từ thu gom tại hộ gia đình, vận chuyển bằng xe ép $14\text{ m}^3$, bố trí trạm trung chuyển cho đến các dây chuyền tái chế và sản xuất phân compost), đóng vai trò như một phương án quy hoạch kỹ thuật thực tiễn cho cơ quan quản lý môi trường Quận 7 đến năm 2030.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Phạm vi nghiên cứu của đồ án chỉ tập trung vào chất thải rắn sinh hoạt phát sinh từ các hộ gia đình trên địa bàn 10 phường của Quận 7; chưa đi sâu đánh giá chất thải rắn công nghiệp từ các khu chế xuất, cụm công nghiệp hoặc chất thải xây dựng, chất thải y tế phát sinh trên cùng địa bàn. Các số liệu tính toán chi phí xe chuyên dùng dựa trên định mức báo giá năm 2004 của SAMCO nên cần cập nhật biến động giá thị trường.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu mô hình quản lý tích hợp cho toàn bộ các nguồn thải khác (thương mại, dịch vụ cao tầng, công nghiệp); đánh giá chi tiết tính khả thi tài chính và thị trường tiêu thụ phân compost thành phẩm tại khu vực lân cận TP.HCM.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu chuyên khảo hữu ích cho sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường và Đô thị. Các nội dung có giá trị tham khảo cao gồm:

  • Phương pháp tính toán dự báo dân số và khối lượng rác bằng mô hình toán học giải tích.
  • Quy trình tính toán định mức thiết bị thu gom, vạch tuyến thu gom một bên/hai bên đường và tính toán số lượng xe ép rác $14\text{ m}^3$.
  • Quy trình công nghệ chi tiết và thông số lựa chọn thiết bị (như máy đảo trộn SPM 5300) cho nhà máy xử lý chất thải hữu cơ làm phân compost và các dây chuyền tái chế phế liệu.

Câu hỏi thường gặp

1. Phạm vi không gian nghiên cứu của khóa luận gồm những khu vực nào?
Nghiên cứu được triển khai trên địa bàn toàn bộ 10 phường của Quận 7, TP.HCM bao gồm: Tân Quy, Tân Phong, Tân Hưng, Tân Kiểng, Tân Phú, Tân Thuận Tây, Tân Thuận Đông, Bình Thuận, Phú Mỹ và Phú Thuận.

2. Khóa luận sử dụng phương pháp toán học nào để dự báo dân số và lượng rác Quận 7 đến năm 2030?
Tác giả sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu và lấy tích phân hai vế theo cận tương đương để xây dựng hàm tương quan dự báo tăng trưởng dân số và tính toán tổng thể tích rác phát sinh qua từng năm.

3. Khóa luận lựa chọn loại phương tiện chuyên dụng nào cho công tác vận chuyển rác đường dài?
Khóa luận tính toán và đề xuất sử dụng loại xe ép rác chuyên dùng có dung tích thùng chứa $14\text{ m}^3$ với niên hạn khấu hao sử dụng là 10 năm (sử dụng thông số và báo giá từ Công ty SAMCO).

4. Thiết bị nào được tác giả lựa chọn cho công đoạn đảo trộn trong nhà máy làm phân compost?
Tác giả lựa chọn máy đảo trộn luống ủ phân compost model SPM 5300 sau khi so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án lên men hiếu khí.

5. Hoạt động thu gom rác trên địa bàn Quận 7 được quản lý theo văn bản pháp lý nào về giá dịch vụ?
Công tác thu phí rác của cả lực lượng Công ty Dịch vụ Công ích Quận 7 và lực lượng rác dân lập đều căn cứ theo Quyết định số 88/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Kim Trâm đã giải quyết một cách có hệ thống bài toán quản lý chất thải rắn sinh hoạt tại Quận 7 từ khâu khảo sát hiện trạng, dự báo toán học đến năm 2030 cho đến thiết kế kỹ thuật chi tiết. Bằng việc kết hợp giữa phân loại tại nguồn, chuẩn hóa mạng lưới thu gom bằng xe ép $14\text{ m}^3$ và xây dựng trạm xử lý - tái chế tập trung cùng nhà máy làm phân compost, nghiên cứu đã đưa ra các giải pháp khả thi nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thu hồi tài nguyên. Đây là tài liệu khoa học có giá trị ứng dụng cao cho công tác quản lý và quy hoạch môi trường đô thị tại TP.HCM.