MỞ ĐẦU Công nghệ Bio-toilet khô đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu từ rất lâu trên thế giới. Công nghệ này đƣợc phát triển và ứng dụng rộng rãi nhƣ một phần của mục tiêu phát triển bền vững quốc gia và thế giới vì tiết kiệm đƣợc tài nguyên nƣớc, một nguồn tài nguyên quý giá ngày càng khan hiếm. Có nhiều tổng kết chỉ ra rằng, 21% lƣợng nƣớc sinh học của con ngƣời dùng vào việc xả toilet và nƣớc thải này có thể gây ô nhiễm nguồn nƣớc mặt [11]. Vì vậy mà công nghệ Bio-toilet khô là sự lựa chọn thích hợp để thay thế công nghệ toilet xả nƣớc hiện nay.
Các ƣu điểm của công nghệ Bio-toilet khô là: - Tiết kiệm nguồn nƣớc - Xây dựng đơn giải và vận hành dễ dàng nên rất thích hợp với những vùng xa xôi, biệt lập và xa nguồn nƣớc. - Không cần những đƣờng ống nƣớc phức tạp - Không gây ô nhiễm nguồn nƣớc, đặc biệt với những nơi không có bể phốt do có thể thu gom chất thải dễ dàng. Công nghệ Bio-toilet khô là công nghệ sinh học sinh thải, các vi sinh vật sẽ phân huỷ chất thải sinh học thành khí CO2 và hơi nƣớc. Do đó các chất dinh dƣỡng sẽ quay trở lại vòng tuần hoàn vật chất mà không gây ô nhiễm môi trƣờng.
[10] Toilet khô không chỉ dùng phổ biến ở các nƣớc đang phát triển, thiếu nƣớc sinh hoạt mà cũng đƣợc dùng ở các nƣớc phát triển tại những nơi xa nguồn nƣớc nhƣ tại các trang trại, công viên quốc gia hay các khu du lịch rộng lớn. Tại Phần Lan, chính phủ khuyến khích các chủ trang trại rộng lớn ở vùng nông thôn xây toilet khô. Hay tại công viên quốc gia của Phần Lan nơi khách du lịch thƣờng đến trƣợt tuyết, công viên quốc gia Cairngorms của Scotland ngƣời ta cũng xây toilet khô cho khách du lịch.[10,6] Tại Việt Nam, năm 1961, các vùng nông thôn, từ nhà tiêu cầu, hôi thối, ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, môi trƣờng đất, ruồi nhặng đã đƣợc thay bằng nhà tiêu hai ngăn, một ngăn ủ, một ngăn sử dụng. Dạng hố tiêu này, phân đƣợc phân hủy, các vi khuẩn hiếu khí gây bệnh, virus, trứng giun, sán bị tiêu diệt và phân có thể tái sử dụng làm nguồn phân bón.
Hố tiêu hai ngăn phù hợp cho nhiều hộ dân thu nhập TIEU LUAN MOI download 9: skknchat@gmail.com thấp, do chi phí xây dựng thấp, đơn giản. Tuy nhiên, dạng nhà vệ sinh 2 ngăn này có đƣợc cải thiện, song mùi hôi thối, ruồi nhặng vẫn còn rất phố biến. Hiện nay, trong nƣớc cũng đã có một vài nghiên cứu và ứng dụng Bio-toilet khô, song sử dụng hỗn hợp phụ gia mùn sinh học làm môi trƣờng xử lý chất thải. Dƣới những điều kiện thích hợp đƣợc chủ động tạo ra, vi sinh vật sẽ phân huỷ các chất hữu cơ thành hơi nƣớc và CO2 ( thoát ra bên ngoài ống hơi).
Công nghệ này không sử dụng nƣớc, chất thải đƣợc phân huỷ thành những chất không mùi, vô hại. Chính vì vậy, tôi xin chọn đề tại " Nghiên cứu ứng dụng than cacbon hoá làm giá thể sinh học trong mô hình Bio-toilet nhằm cải thiện môi trƣờng nƣớc ở Việt Nam" Với nội dung chính của đề tài: Nội dung 1: Tổng quan những nghiên cứu về công nghệ Bio-toilet khô trong nƣớc và trên thế giới. - Tổng quan công nghệ Bio-toilet khô và ứng dụng của nó - Tổng quan về các vật liệu đệm sinh học, các giá thể sinh học đặc biệt là than cacbon hoá và phân tích lựa chọn giá thể sinh học cho mô hình Bio-toilet khô Nội dung 2: Nghiên cứu, chế tạo, thực nghiệm công nghệ Bio-toilet khô quy mô phòng thí nghiệm - Nghiên cứu xác định độ pH, độ ẩm phù hợp của than tre cacbon hoá và chế phẩm vi sinh. - Thiết kế và chế tạo mô hình thí nghiệm.
- Thực nghiệm trên mô hình thí nghiệm Bio-toilet theo mẻ để tìm ra đƣợc tỷ lệ phối trộn của giá thể, chế phẩm vi sinh và lƣợng chất thải phù hợp nhất cho Bio-toilet khô trong điều kiện khí hậu miền bắc Việt Nam. - Thực nghiệm trên mô hình thí nghiệm Bio-toilet khô liên tục nhằm xác định các thông số công nghệ tối ƣu nhƣ thời gian phân huỷ, tốc độ khuấy, cách thức vận hành. TIEU LUAN MOI download10: skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về công nghệ Bio-toilet khô Bio-toilet khô là một loại toilet tự chứa có sử dụng hỗn hợp phụ gia mùn sinh học làm môi trƣờng xử lý chất thải.
Dƣới những điều kiện thích hợp đƣợc chủ động tạo ra, vi sinh vật sẽ phân huỷ chất thải thành hơi nƣớc và khí CO2 ( thoát ra ngoài theo ống thống hơi). Thời gian phân huỷ từ 3 đến 24 tiếng tuỳ theo việc cài đặt chế độ hoạt động.1 Nguyên lý hoạt động của Bio-toilet Với công nghệ Bio-toilet các vi sinh sẽ phân huỷ các chất thải thành khí CO 2 và hơi nƣớc. Các chất này sẽ quay trở lại vòng tuần hoàn vật chất mà không gây ô nhiễm môi trƣờng. Sử dụng than hoạt tính để khử mùi, đồng thời cấy một số loại vi sinh vật có lợi lên bề mặt hạt than, nhờ chúng phân huỷ các chất thải và ức chế các vi sinh vật có hại (nếu có) Hình 1.
Sơ đồ Bio-toilet Chất thải đƣợc máy trộn đều với hỗn hợp phụ gia trong khoang xử lý nhằm: tăng cƣờng tiếp xúc giữa chất thải với vi sinh vật, cấp thêm oxy cho vi sinh vật, tăng tốc độ bay hơi nƣớc. Khi duy trì nhiệt độ trong khoảng 35 - 45oC, độ ẩm < 65% và một số yếu tố thích hợp khác, vi sinh vật trở nên cực kỳ phát triển và phân huỷ phần lớn chất thải (95%) thành hơi nƣớc và khí CO2. Nhiệt lƣợng và vi sinh ƣa nhiệt sẽ ức chế và tiêu diệt các loại khuẩn có hại Ecoli, Coliform trong chất thải. TIEU LUAN MOI download11: skknchat@gmail.com Khoảng 5% chất thải rắn là những chất chậm phân huỷ sẽ tích tụ dần trong hỗn hợp phụ gia chất thải và đƣợc thay định kỳ.
Các điều kiện cần thiết trong Boi-toilet đƣợc cài đặt vận hành tự động. Ưu điểm và nhược điểm của Bio-toilet Ƣu điểm của công nghệ Bio-toilet khô: - Sử dụng công nghệ Bio-toilet khô giúp tiết nghiệm nguồn nƣớc. - Thiết kế linh hoạt, dễ vận hành, không cần những đƣờng ống nƣớc phức tạp nên dùng đƣợc ở những vùng xa xôi, xa nguồn nƣớc rất phù hợp. - Sử dụng Bio-toilet giúp tránh xả thải, cho phép xử lý hợp vệ sinh, không gây ô nhiễm nguồn nƣớc nên ngăn ngừa đƣợc bệnh tật và giảm các nguy cơ ảnh hƣởng xấu đến sức khoẻ của con ngƣời.
- Chất thải sau khi phân huỷ sinh học đƣợc thu gom và có thể sử dụng để sản xuất phân bón. Phân trộn từ Bio-toilet làm tăng sản lƣợng 10 - 15% so với phân bón hoá học, giúp tăng thu tiền mặt cho hộ nông dân. Nhƣợc điểm của Bio-toilet: Vì sự vận hành của Bio-toilet khô phụ thuộc rất lớn vào khả năng hoạt động của vi sinh do đó các điều kiện nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, pH là những yếu tố quyết định chính khả năng phân huỷ của vi sinh vật. Theo những nghiên cứu đã có, pH trong quá trình phân huỷ sinh học của Bio-toilet khô thƣờng trong khoảng trung tính, rất thích hợp cho vi sinh vật hoạt động [9].
Nhiệt độ và độ ẩm của Bio-toilet khô phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu từng vùng. Trong một số nghiên cứu, vào mùa đông lạnh giá, các nhà khoa học tiến hành gia nhiệt cho bể chứa chất thải [9]. Một trong những nhƣợc điểm lớn của Bio-toilet khô là Bio-toilet khô đòi hỏi phải có cả phân và nƣớc tiểu nếu chỉ có nƣớc tiểu không thì vi sinh vật rất khó hoạt động. Những ứng dụng của Bio-toilet trên thế giới Công nghệ Bio-toilet khô là công nghệ sinh học sinh thái, các vi sinh vật sẽ phân huỷ chất thải sinh học thành khí CO2 và hơi nƣớc.
Do đó các chất dinh dƣỡng sẽ quay trở lại vòng tuần hoàn vật chất mà không gây ô nhiễm môi trƣờng [10]. Thấy đƣợc lợi ích của công nghệ toilet khô, Hiệp hội toàn cầu về toilet khô ở Phần TIEU LUAN MOI download12: skknchat@gmail.com Lan ( The Global Dry Toilet Association of Finland) đã đƣợc thành lập năm 2002 nhằm tăng cƣờng đƣa công nghệ Bio-toilet khô vào ứng dụng triển khai thực tế trên toàn thế giới. Hiệp hội cũng đã xuất bản cuốn sổ tay về công nghệ toilet khô, trong đó có các thông tin về toilet khô, một số kết quả của những nơi ứng dụng công nghệ này cách xây dựng và vận hành một toilet khô. Cuốn sổ tay đƣợc xuất bản là một phần của dự án " Toilet khô - một phần trong quản lý nƣớc và nƣớc thải Châu Âu" ( Dry toilets as of European water and waste water management).
Dự án đƣợc tài trợ bởi quỹ EU Leader Fund và kéo dài từ 1 tháng 1 đến 30 tháng 9 năm 2007 [1]. Bio – toilet khô tại công viên quốc gia Phần Lan Hiệp hội đã thúc đẩy và tiến hành việc xây dựng các toilet ở những vùng hẻo lánh của các nƣớc sạch. Ví dụ nhƣ tại một số thị trấn của Namibia - Châu Phi đã đƣợc tài trợ để xây dựng các nhà vệ sinh ứng dụng công nghệ toilet khô và cho kết quả tốt [10]. Tajikistan là một nƣớc Trung Á, đã ứng dụng thành công công nghệ toilet khô cho vùng nông thôn.
Tại nông thôn của Tajikistan, chỉ gần một nửa dân số đƣợc tiếp cận với nƣớc sạch, còn hầu hết họ sử dụng nguồn nƣớc từ sông, hồ, ao, giếng khoan hay các nguồn nƣớc không an toàn khác. Chỗ đi vệ sinh của họ chỉ là những hố đào, đƣợc che chắn một cách cẩu thả, nguy cơ mất vệ sinh, ảnh hƣởng đến sức khoẻ là rất lớn. Đặc biệt, khoảng 140 trƣờng học đều nguy cơ mất vệ sinh. Do đó, năm 2004, UNICEF đã tài trợ dự án "Hệ thống vệ sinh và giáo dục cộng đồng về vệ TIEU LUAN MOI download13: skknchat@gmail.com sinh thông qua trƣờng học" ( Sanitation and Hygiene Promotion through schools).
Dự án đã xây cho 70 trƣờng học và 500 hộ gia đình nhà vệ sinh kiểu giật nƣớc. Tuy nhiên, vài năm sau khi dự án hoàn thành, các nhà vệ sinh này đều nằm trong tình trạng hỏng hóc và không thể sử dụng đƣợc, một trong những nguyên nhân là thiếu nƣớc. Năm 2008, Bộ Ngoại thƣơng Hà Lan đã tài trợ cho Tajikistan xây thí điểm 43 toilet dạng khô. Đến nay, các toilet này vẫn đƣợc sử dụng và nhân dân trong vùng còn dùng chất thải sau khi phân huỷ sinh học nhƣ một dạng phân bón.
Bio-toilet ở các nước Đông Á Năm 2005, Pakistan xảy ra một trận động đất lớn.