Nghiên cứu ứng dụng than cacbon hóa làm giá thể sinh học trong mô hình Bio-toilet nhằm cải thiện môi trường nước ở Việt Nam

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





HOÀNG LƢƠNG







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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC














Hà Nội - 2012

2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





HOÀNG LƢƠNG

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



Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 608502



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC





NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRỊNH VĂN TUYÊN

Hà Nội - 2012

3
MỤC LỤC


Tr.
MỞ ĐẦU
1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
3
1.1. Tổng quan về công nghệ Bio-toilet khô
3
1.1.1. Nguyên lý hoạt động của Bio-toilet khô
3
1.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của Bio-toilet
4
1.1.3. Những ứng dụng của Bio-toilet trên thế giới
4
1.1.4. Những nghiên cứu và ứng dụng của Bio-toilet ở Việt Nam
8
1.2. Tổng quan về vật liệu đệm sử dụng trong mô hình Bio-toilet
10
1.2.1. Phương pháp chế tạo, đặc điểm và nguồn nguyên liệu than tre cacbon hóa
13
1.2.2. Đặc điểm than tre cacbon hóa
15
1.2.3. Tiềm năng nguyên liệu tre ở Việt Nam
15

1.2.4. Phân tích lựa chọn giá thể sinh học cho công nghệ Bio-toilet khô
17
1.3. Tổng quan các chủng vi sinh phân hủy chất thải hữu cơ
18
1.3.1. Cơ chế phân giải chất hữu cơ trong tự nhiên bằng vi sinh vật
18
1.3.2. Các nhóm vi sinh vật phân giải hữu cơ trong tự nhiên
18
1.3.3. Cơ chế phân giải hợp chất cacbon trong tự nhiên bằng vi sinh vật
20
1.3.4. Chế phẩm vi sinh sử dụng trong xử lý hầm cầu và nước thải ở Việt Nam
23
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
24
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
24
2.1.1. Phân
24
2.1.2. Nước tiểu
24
2.1.3. Giá thể sinh học – than cacbon hóa tre
24
2.1.4. Chế phẩm vi sinh BIOMIX1
25
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu
25
2.3. Mô hình thực nghiệm
28
2.3.1. Cách thức vận hành mô hình thực nghiệm
29

2.3.2. Danh mục các dụng cụ thiết bị dùng để tiến hành thực nghiệm
29
2.3.3. Danh mục các hóa chất dùng để tiến hành thực nghiệm
30
2.3.4. Phương pháp tiến hành thực nghiệm Bio-toilet theo mẻ
30

4
2.3.5. Phương pháp tiến hành thực nghiệm Bio-toilet liên tục
32
2.3.6. Quy hoạch thực nghiệm
33
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
35
3.1. Kết quả về tính toán, thiết kế mô hình thí nghiệm
35
3.2. Kết quả thực nghiệm Bio-toilet theo mẻ
37
3.2.1. Xác định pH tối ưu
37
3.2.2. Xác định độ ẩm tối ưu
41
3.2.3. Xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu
44
3.3. Kết quả thực nghiệm Bio-toilet khô liên tục
51
3.4. Kết quả thực nghiệm đo khí ở nhà vệ sinh sinh thái (Bio-toilet)
58
3.5. Cách thức vận hành Bio-toilet khô
60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
61
TÀI LIỆU THAM KHẢO
62
PHỤ LỤC
64


5
DANH MỤC BẢNG

TÊN BẢNG
Tr.
Bảng 1.1. Tính chất vật lý của đá, xỉ làm giá thể sinh học
11
Bảng 1.2. Tính chất vật lý của chất dẻo, gỗ đỏ làm giá thể sinh học
12
Bảng 2.1. Thành phần hoá học trong nƣớc tiểu
24
Bảng 2.2. Bảng công thức phối trộn xác định tối ƣu
30
Bảng 2.3. Bảng công thức phối trộn xác định độ ẩm tối ƣu
31
Bảng 2.4. Bảng công thức phối trộn xác định tỉ lệ phối trộn tối ƣu
32
Bảng 2.5. Bảng công thức phối trộn trong mô hình Bio-toilet liên tục
33
Bảng 3.1. Vi sinh vật hiếu khí tổng số của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau
38
Bảng 3.2. Vi sinh vật kỵ khí tổng số của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau……

39
Bảng 3.3. Vi sinh vật phân giải xenluloza của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau
40
Bảng 3.4. Vi sinh vật hiếu khí tổng số của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau……
41
Bảng 3.5. Vi sinh vật kỵ khí tổng số của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau………
42
Bảng 3.6. Vi sinh vật phân giải xenluloza của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau
43
Bảng 3.7. Vi sinh vật hiếu khí tổng số của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau…….
45
Bảng 3.8. Vi sinh vật kỵ khí tổng số của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau
46
Bảng 3.9. Vi sinh vật phân giải Xenluloza của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau
47
Bảng 3.10. Tổng coliform của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau………………
48
Bảng 3.11. Chỉ số Fecal Coliform của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau…………
49
Bảng 3.12. Chỉ số Salmonella của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau……………
50
Bảng 3.13. Vi sinh vật hiếu khí tổng số của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau…
52
Bảng 3.14. Vi sinh vật kỵ khí của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau……………
53
Bảng 3.15. Vi sinh vật phân giải xenluloza của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau
54
Bảng 3.16. Tổng Coliform của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau………………
55
Bảng 3.17. Chỉ số Fecal Coliform của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau…………

56
Bảng 3.18. Chỉ tiêu Salmonella của hỗn hợp tại các thời điểm khác nhau……………
57
Bảng 3.19. Kết quả đo H
2
S và NH
3
sau 1 tuần sử dụng……………………………….
59
Bảng 3.20. Kết quả đo H
2
S và NH
3
sau 1 tháng sử dụng……………………………
59


6
DANH MỤC HÌNH
TÊN HÌNH
Tr.
Hình 1.1. Sơ đồ Bio-toilet
3
Hình 1.2. Bio – toilet khô tại công viên quốc gia Phần Lan
5
Hình 1.3. Bio-toilet ở các nƣớc Đông Á
6
Hình 1.4. Bio-toilet ở Namibia (Châu Phi)
6
Hình 1.5. Bio-toilet khô trong công viên Tokyo

7
Hình 1.6. Hố xí 2 ngăn
8
Hình 1.7. Hình ảnh đá dăm, đá cuội, xỉ lò
11
Hình 1.8. Giá thể sinh học bằng PVC
12
Hình 1.9. Vật liệu đệm từ đầu mẫu gỗ sau khi đƣợc cacbon hoá
13
Hình 1.10. Vật liệu đệm từ tre sau khi đƣợc cacbon hoá
13
Hình 1.11. Tre cắt khúc trƣớc khi cacbon hóa
14
Hình 1.12. Biểu đồ nhiệt độ của quá trình cacbon hóa
15
Hình 2.1. Hình ảnh SEM của than cacbon hóa ở nhiệt
25
Hình 2.2. Sơ đồ mô hình thực nghiệm Bio-toilet
29
Hình 3.1. Mô hình thực nghiệm Bio-toilet
35
Hình 3.2. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật hiếu khí tổng số
38
Hình 3.3. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật kỵ khí tổng số
39
Hình 3.4. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật phân giải xenluloza
40
Hình 3.5. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật hiếu khí tổng số
42
Hình 3.6. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật kỵ khí tổng số

43
Hình 3.7. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật phân giải xenluloza
44
Hình 3.8. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật hiếu khí tổng số
45
Hình 3.9. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật kỵ khí tổng số
46
Hình 3.10. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật phân hủy xenluloza
47
Hình 3.11. Sự biến đổi của chỉ số Total Coliform
48
Hình 3.12. Sự biến đổi của chỉ số Fecal Coliform
49
Hình 3.13. Sự biến đổi của chỉ số Salmonella
50
Hình 3.14. Khuẩn lạc của vi khuẩn Salmonella trên môi trƣờng XLT4
51
Hình 3.15. Lƣợng vi sinh vật khiếu khí tổng số (độ pha loãng 10
-4
)
52
Hình 3.16. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật hiếu khí tổng số
53

7
Hình 3.17. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật kỵ khí tổng số
54
Hình 3.18. Sự biến đổi số lƣợng vi sinh vật phân giải Xenlulloza
55
Hình 3.19. Sự biến đổi của chỉ số Total Coliform

56
Hình 3.20. Sự biến đổi của chỉ số Fecal Coliform
57
Hình 3.21. Sự biến đổi của chỉ số Salmonella
58
Hình 3.22. Nhà vệ sinh sinh thái
58




8
TỪ VIẾT TẮT
COD: Carbon oxygent demand
BOD: Biological oxygent demand
TOC: total organic carbon
PVC: polyvinyl
PP: polypropylen
SW: Solid waste
SEM: Scanning electron micrograph
CFU: Colony firming unit
T
o
: Nhiệt độ
VSV: vi sinh vật


9
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 CO
2
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

10
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 CO
2
( 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.




11
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. 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 CO
2
( 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.
1.1.1 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 1.1. 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 - 45
o

C, 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 CO
2
. Nhiệt lƣợng và vi sinh ƣa
nhiệt sẽ ức chế và tiêu diệt các loại khuẩn có hại Ecoli, Coliform trong chất thải.

12
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.
1.1.2. 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.
1.1.3. 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 CO
2
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

13
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].

Hình 1.2. 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

14
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.

Hình 1.3. Bio-toilet ở các nước Đông Á
Năm 2005, Pakistan xảy ra một trận động đất lớn. Nhà cửa của ngƣời dân đổ
sập, họ phải đi sơ tán, sống tụ tập trong những chiếc lều tạm bợ và phải đối mặt với
nạn đói, thiếu nƣớc uống, sinh hoạt và dịch bệnh. Vệ sinh cũng trở thành một vấn
đề bức xúc và là nguồn bệnh lớn. UNICEF đã tài trợ xây dựng các toilet khô tại
vùng sơ tán và giải quyết phần nào vấn đề an toàn vệ sinh cho ngƣời dân Pakistan.

Hình 1.4. Bio-toilet ở Namibia (Châu Phi)

15
Ngoài ra, tại các nƣớc nhƣ Ấn Độ, Bangladesh, Mexico toilet khô cũng
đƣợc dùng phổ biến tại vùng nông thôn. Đặc biệt, tại Mông Cổ cũng xây dựng thử
nghiệm toilet khô tại khu chung cƣ cao tầng. Chất thải sau khi phân huỷ sinh học
đƣợc thu gom và đƣa về nhà máy sản xuất phân bón.
Tuy nhiên, toilet khô không chỉ đƣợc 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.

Hình 1.5. Bio-toilet khô trong công viên Tokyo
Những toilet khô trên đƣợc xây dựng với lƣu lƣợt ngƣời sử dụng không quá
lớn. Còn đối với những nơi mà có lƣu lƣợng ngƣời sử dụng lớn nhƣ Vƣờn Bách
Thú Nhật Bản, các nhà khoa học Nhật Bản đã nghiên cứu mô hình Bio-toilet khô
nâng cao hiệu quả xử lý của vi sinh. Đó là, bổ sung lớp vật liệu đệm vào bể chứa
chất thải sinh học. Lớp vật liệu đệm có diện tích bề mặt lớn làm tăng bề mặt tiếp
xúc của vi sinh với chất thải và làm tăng hiệu quả xử lý. Tuổi thọ của lớp vật liệu
đệm này từ 2 đến 3 năm. Công nghệ này cũng đã đƣợc công ty đƣờng sắt Hokkaido
lần đầu tiên thử nghiệm trên tàu "Ryhyo Norokko" chạy suốt mùa đông từ ga
Abashiri và ga Shiretoko, miền bắc Nhật Bản từ 31/1/2009 đến 8/3/2009. Hiện tại,
công ty đƣờng sắt Hokkaido có kế hoạch để tổng hợp các dữ liệu liên quan đến hệ
thống Bio-toilet khô và sẽ xác nhận sự hữu ích của nó trƣớc khi cân nhắc để đƣa
vào ứng dụng rộng rãi.

16
Theo các nghiên cứu của các nhà khoa học thế giới, trong quá trình vận hành
Bio-toilet khô, các loại vi khuẩn đƣờng ruột nhƣ Ecoli và Salmonella luôn có mặt
trong bể chứa chất thải vì phân và nƣớc tiểu đƣợc ngƣời sử dụng bổ sung liên tục.
Tuy nhiên, để tăng cƣờng khả năng phân huỷ sinh học của vi sinh vật, các
nhà khoa học có thể bổ sung vào bể chứa chất thải chế phẩm vì sinh hoặt cấy trực
tiếp lên bề mặt than cacbon các chủng vi sinh vật có lợi cho việc phân huỷ chất thải
sinh học.
Các vi sinh vật này ngoài phân huỷ chất thải sinh học còn ức chế và tiêu diệt
các loại vi sinh vật gây bệnh thông qua quá trình phân huỷ sinh học. Các chủng vi
sinh vật sử dụng để bổ sung vào Bio-toilet khô có thể dùng các chủng vi sinh vật có
lợi trong quá trình ủ phân compost [7].
1.1.4. Những nghiên cứu và ứng dụng của Bio-toilet ở Việt Nam
Ở Việt Nam hiện nay, nhiều vùng vẫn còn sử dụng những hố tiêu không đảm

bảo vệ sinh do khó khăn về kinh phí, thiếu nguồn nƣớc. 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 huỷ, các vi khuẩn hiếu khí gây bệnh, vius, 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 thấp, do chi phí xây dựng thấp, đơn giản. Tuy nhiên, loại
hố tiêu này vẫn gây mùi hôi thối, ruồi nhặng rất phổ biến.
Kể cả ở những thành phố lớn nhƣ Hà Nội, đa số nhà vệ sinh công cộng tại
các điểm du lịch đang xuống cấp, gây mất vệ sinh, mất thẩm mỹ. Khảo sát tại nhiều
nhà vệ sinh khu vực hồ Tây, đƣờng Láng, Giảng Võ, Phùng Hƣng, Tây Sơn tất cả
đều chung tình trạng là bẩn, mùi nồng nặc, không có nƣớc để xả và rửa tay. Vì vậy,
áp dụng công nghệ Bio-toilet tại Việt Nam sẽ giải quyết đƣợc những vấn đề khó
khăn trên, đảm bảo vệ sinh, mỹ quan đô thị.
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 chất
hữu cơ thành hơi nƣớc và CO
2
( 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.

17
Công nghệ Bio-toilet với ƣu thế hoàn toàn không mùi, không dùng nƣớc,
không dùng hoá chất và thân thiện môi trƣờng sẽ là giải pháp cho những nhà vệ
sinh trong những khu phố cổ, hệ thống đƣờng sắt và những khu vệ sinh công cộng
tại những điểm du lịch của Việt Nam.
Viện Công nghệ môi trƣờng - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đang
tiến hành nghiên cứu xây dựng mô hình nhà vệ sinh công cộng sử dụng công nghệ
Bio-toilet khô dùng than cacbon hoá là quá trình loại bỏ nƣớc và các chất hữu cơ dễ
bay hơi có trong nguyên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon. Đây là quá trình đốt

cháy không hoàn nguyên liệu. Các chất hữu cơ đƣợc phân huỷ dƣới tác dụng của
nhiệt [7]. Viện Công nghệ môi trƣờng đã tiến hành cacbon hoá tre ở nhiệt độ 650 -
800
o
C trong thời gian 30 phút đạt hiệu suất thu hồi khoảng 25 - 35%. Ngoài ra, hàm
lƣợng TOC ( total Organic Cacbon, tổng cacbon hữu cơ) của than tre rất cao
(khoảng 80 - 90% khối lƣợng). Diện tích bề mặt của than tre >300 m
2
/g, kích thƣớc
mao quản khoảng 10 - 20 μm rất thích hợp cho vi sinh vật sinh trƣởng và phát triển.
Tại Việt Nam, ngoài vấn đề công nghệ cần nghiên cứu cho phù hợp với điều
kiện sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật, các nhà khoa học cũng cần chú ý đến
vấn đề thiết kế nhà vệ sinh công cộng cho phù hợp với vóc dáng, thói quen sinh
hoạt và cơ sở vật chất, hạ tầng kỹ thuật. Ngƣời dân Việt Nam sinh hoạt theo tục lệ,
thói quen nhiều hơn là theo nguyên tắc, trong khi đó việc sử dụng Bio-toilet khô đòi
hỏi phải tuân thủ những quy định nghiêm ngặt nhƣ không vứt túi nilon, bao bì và
những chất không có nguồn gốc hữu cơ, không dội nƣớc vào bể chứa chất thải Do
đó, việc thiết kế Bio-toilet khô cho phù hợp với thói quen của ngƣời Việt Nam là rất
quan trọng. Vấn đề quản lý, vận hành và bảo dƣỡng tại Việt Nam sẽ càng khó khăn
hơn khi ngƣời sử dụng không hợp tác với cơ quan quản lý. Ngoài ra, việc vận hành
Bio-toilet khô không thể thiếu đƣợc máy khuấy đảo để tăng cƣờng sự hoạt động của
vi sinh vật, tuy nhiên nguồn điện không ổn định ở Việt Nam cũng là một khó khăn
cần khắc phục khi thiết kế, xây dựng.
1.2. Tổng quan về vật liệu đệm sử dụng trong mô hình Bio-toilet
Hiện nay, giá thể sinh học rất đa dạng, phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá
ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn
lƣợn,…

18
Trƣớc đây, giá thể sinh học thƣờng có nguồn gốc tự nhiên. Sau này, khi trình

độ khoa học kỹ thuật phát triển giá thể sinh học đƣợc sản xuất bằng chất dẻo, plastic
có độ bền và diện tích bề mặt lớn.
Các loại đá đƣợc chọn là giá thể sinh học thƣờng là đá cục có kích thƣớc
trung bình 60 - 100mm. Nếu kích thƣớc hạt vật liệu nhỏ sẽ làm giảm độ hở giữa các
cục vật liệu gây tắc nghẽn cục bộ, nếu kích thƣớc quá lớn thì diện tích tiếp xúc bị
giảm nhiều dẫn đến giảm hiệu suất xử lý.
Bảng 1.1. Tính chất vật lý của đá, xỉ làm giá thể sinh học
Vật liệu
Kích thƣớc
(mm)
Tỷ trọng,
kg/m
3

Diện tích bề
mặt, m
2
/m
3

Độ rỗng,
%
Đá cuội
- Nhỏ
- Lớn

25,4 - 63.5
102 – 127

1249 - 1442

800 - 994

56 - 69
39 - 164

40 - 50
50 - 60
Xỉ lò cao
- Nhỏ
- Lớn

50 - 76
76 – 127

881 - 1201
800 - 994

56 - 69
45 - 60

40 - 50
50 - 60


Hình 1.6. Hình ảnh đá dăm, đá cuội, xỉ lò
Các thanh gỗ, đặc biệt là gỗ đỏ ở Mỹ và các tấm chất dẻo (plastic) lƣợn sóng
hoặc gấp nếp đƣợc xếp thành những khối bó chặt đƣợc gọi là modun vật liệu. Các
modun này đƣợc xếp trên giá đỡ, khối lƣợng của vật liệu giảm đi nhiều.
Những thập niên gần đây, do kỹ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC
(polyvinyl clorit), PP (polypropylen) đƣợc làm thành tấm lƣợn sóng, gấp nếp, dạng

cầu khe hở, dạng vành hoa (plasdek), dạng vách ngăn v.v… có đặc điểm là rất nhẹ.
Phần lớn các vật liệu lọc có trên thị trƣờng đáp ứng đƣợc các yêu cầu sau:
- Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 - 220 m2/m3.
- Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng (thƣờng cao hơn 99%).
- Có độ bền cơ học đủ lớn. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học ngậm
nƣớc nặng tới 300 - 350 kg/m3. Để tính toán, giá đỡ thƣờng lấy giá trị an
toàn là 500 kg/m3.
- Ổn định hóa học.

19
Tuổi thọ trung bình của vật liệu chất dẻo vào khoảng chục năm. Việc thay
thế chúng do nhiều nguyên nhân: do quá bẩn, bị vỡ, giá đỡ bị hỏng,…
Vật liệu là chất dẻo khác nhau về hình dạng đƣợc xác định bằng tỉ số giữa
diện tích bề mặt/thể tích, trọng lƣợng/thể tích; tính xốp của vật liệu, bản chất của vật
liệu.
Bảng 1.2. Tính chất vật lý của chất dẻo, gỗ đỏ làm giá thể sinh học
Vật liệu
Kích thƣớc
(mm)
Tỷ trọng,
kg/m
3

Diện tích bề
mặt, m
2
/m
3

Độ rỗng

(%)
Chất dẻo (tấm):
- Thông
thƣờng
- Bề mặt riêng
cao

610 x 610 x
1220
610 x 610 x
1220

32 - 96
32 - 96

79 - 98
98 - 197

94 - 97
94 - 97
Gỗ đỏ
1220 x 1220 x
508
144 - 176
39 - 49
70 - 80
Quả cầu chất dẻo
25.4 - 90
48 - 96
125 - 279

90 - 95







Hình 1.7. Giá thể sinh học bằng PVC
Năm 2008 - 2009, Viện Công nghệ môi trƣờng nghiên cứu đề tài “Nghiên
cứu công nghệ cacbon hóa các chất hữu cơ cháy đƣợc trong rác thải đô thị của
thành phố Hà Nội làm nhiên liệu sử dụng trong công nghiệp và xử lý ô nhiễm môi
trƣờng”. Kết quả của đề tài là đã nghiên cứu thành công công nghệ cacbon hóa chất

20
hữu cơ cháy đƣợc, cụ thể là tre tạo thành than cacbon hóa có tính ứng dụng nhƣ giá
thể sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Than cacbon hóa từ tre có hàng loạt
tính chất phù hợp cho mô hình bio-toilet nhƣ diện tích bề mặt lớn, kích thƣớc mao
quản phù hợp, ngoài ra còn là nguồn cacbon hữu cơ cho vi sinh vật phát triển.

Nguyên liệu gỗ Sản phẩm cacbon hoá
Hình 1.8. Vật liệu đệm từ đầu mẫu gỗ sau khi được cacbon hoá

Nguyên liệu tre Sản phẩm cacbon hoá
Hình 1.9. Vật liệu đệm từ tre sau khi được cacbon hoá
Vật liệu đệm đƣợc sử dụng với mục đích chính để tăng hiệu quả xử lý của vi
sinh vật vì bề mặt vật liệu đệm đƣợc sử dụng là than cacbon hoá [11]. Tuy nhiên,
ngoài than cacbon, cũng có nhiều loại vật liệu đệm thay thế với giá thành rẻ, dễ
kiếm những diện tích bề mặt không lớn bằng than và thành phần không dễ phân huỷ
nhƣ than. Vật liệu đƣợc nghiên cứu sử dụng nhiều nhất là mùn cƣa, các đầu mẩu gỗ

thừa. Ngoài ra, lõi ngô, thân cây đậu nành cũng có thể dùng là một loại vật liệu đệm
[7].
1.2.1. Phương pháp chế tạo, đặc điểm và nguồn nguyên liệu than tre cacbon hóa
Nhiệt phân một số nhiên liệu trong tự nhiên để tạo thành những sản phẩm,
nhiên liệu có giá trị cao hơn đã đƣợc thế giới nghiên cứu và sử dụng trong phạm vi
sản xuất công nghiệp từ rất lâu, ví dụ: luyện coke trong công nghiệp sản xuất gang
thép, chế biến các sản phẩm dầu mỏ từ dầu thô,… Nhiệt phân với các mục đích thu
hồi sản phẩm khác nhau thì có quy trình công nghệ cụ thể rất khác nhau.

21
Các công nghệ tiên tiến xử lý chất thải bằng nhiệt nhƣ nhiệt phân và khí hoá,
cho phép thu hồi nguồn năng lƣợng (nhƣ nhiệt năng, điện năng hoặc nhiên liệu).
Biện pháp này cũng loại bỏ các chất thải đô thị có khó phân huỷ sinh học khỏi bãi
chôn lấp, đây là một yếu tố quan trọng của chính sách quản lý chất thải.
Nhiệt phân và khí hoá không phải là những công nghệ mới, trƣớc đây, chúng
đƣợc dùng để sản xuất than củi và than cốc từ gỗ và than đá. Tuy nhiên, gần đây
phƣơng pháp này đƣợc sử dụng để xử lý chất thải rắn (SW). Một số nhà máy lớn ở
châu Âu và Nhật Bản hiện nay đang sử dụng phƣơng pháp này.
Công nghệ cacbon hoá nhiệt độ thấp là một trong những công nghệ của
phƣơng pháp nhiệt phân.
Cacbon hoá là quá trình loại bỏ nƣớc và các chất hữu cơ dễ bay hơi có trong
nguyên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon. Đây là quá trình đốt cháy không hoàn
toàn nguyên liệu. Các chất hữu cơ đƣợc phân hủy dƣới tác dụng của nhiệt.
Quá trình đốt xảy ra trong môi trƣờng thiếu oxy và đốt không trực tiếp thông
qua một buồng gia nhiệt. Điều đáng chú ý là công nghệ nhiệt phân thiếu oxy cho rác
thải ở nhiệt độ thấp sẽ giúp tránh đƣợc nguy cơ phản ứng sinh ra các chất độc hại
nhƣ dioxin, furan từ các vật liệu có nguồn gốc nhân thơm, chứa các chất clo hữu cơ.
Tre thải đƣợc cắt khúc dài từ 50-70 mm, sau đó đƣợc cacbon hóa trong thiết
bị VIR Series do Venture Visors Pro Co., Ltd, Nhật Bản chế tạo. Nhiệt độ cacbon
hóa dao động trong khoảng 600-700

o
C. Thời gian thiết bị hoạt động dành cho việc
cacbon hóa một mẻ than khoảng 8 giờ, không kể thời gian tự làm nguội đến nhiệt
độ an toàn 50
o
C tùy thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng, trung bình khoảng 12 giờ. Khí
thải của quá trình đƣợc xử lý nhiệt đến mức an toàn trƣớc khi ra môi trƣờng.

Hình 1.10. Tre cắt khúc trước khi cacbon hóa
Sự biến thiên nhiệt độ tại các vùng quan sát trong quá trình cacbon hóa theo
mẻ. Nhiệt độ diễn biến trong buồng cacbon hóa đƣợc ghi lại tự động. Ngoài ra, tình
trạng nhiệt độ của buồng xử lý khí thải và buồng truyền nhiệt cacbon hóa cũng đƣợc

22
theo dõi và ghi chép lại. Hình 1.11 biểu diễn chi tiết giai đoạn quan trọng nhất nhƣ
nâng nhiệt - giữ nhiệt – làm nguội giai đoạn đầu.

Hình 1.11. Biểu đồ nhiệt độ của quá trình cacbon hóa
1.2.2. Đặc điểm than tre cacbon hóa
Việc khảo sát trọng lƣợng vật liệu khác nhau về chất lƣợng và than tƣơng
ứng của từng mẻ cacbon hóa đƣợc tiến hành cho thấy: đối với loại tre càng khô và
già, độ hao hụt về trọng lƣợng của sản phẩm so với nguyên liệu ban đầu ít hơn so
với tre non hoặc tƣơi. Năng suất trung bình mỗi mẻ đạt 6-7 kg than trên tổng 20-30
kg tre tùy theo độ ẩm ban đầu.
Than của các mẻ cacbon hóa từ tre thải có chất lƣợng khác nhau đƣợc lấy
mẫu để phân tích chỉ tiêu Diện tích bề mặt riêng bằng phƣơng pháp hấp phụ trên
Thiết bị Automatic Water Vapor Adsorption Apparatus Belsorp-18. Giá trị của diện
tích dao động trong khoảng 390-405m
2
/g.

Cấu trúc, mật độ lỗ trên than đƣợc phân tích trên thiết bị Scanning Electron
Micrograph (SEM), đại đa số lỗ trên than có kích thƣớc ở cỡ macro D>50nm, thích
hợp cho làm giá thể dính bám của vi sinh vật.
1.2.3. Tiềm năng nguyên liệu tre ở Việt Nam
Để tăng hiệu quả cho quá trình xử lý sinh học, Viện Công nghệ môi trƣờng
bƣớc đầu đã nghiên cứu để ứng dụng sản phẩm của quá trình cacbon hoá tre. Sản
phẩm của quá trình cacbon hoá tre là than tre làm giá thể cho vi sinh vật. Với độ
xốp bề mặt lớn, than tre là ngôi nhà lý tƣởng cho các vi sinh vật.
Nguyên liệu cho phƣơng pháp cacbon hoá ở Việt Nam rất đa dạng: các sản
phẩm là sinh khối nông nghiệp, chất thải nông nghiệp nhƣ lõi ngô, vỏ trấu, vỏ dừa


23
đặc biệt là tre. Việt Nam là nƣớc nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới rất thích hợp cho
sự phát triển của các thực vật thuộc nhóm mây, tre. Đây là nhóm cây trồng ngắn
ngày có thể tạo ra những vùng nguyên liệu tái sinh khổng lồ. Có thể nói mây, tre ở
Việt Nam có trữ lƣợng lớn nhất thế giới. Ở Việt Nam có tới 200 loài tre khác nhau
và hàng chục loại thực vật khác nhau thuộc nhóm song mây.
Về nguyên liệu tự nhiên thì hiện nay nƣớc ta có hơn 1 triệu hecta tre nứa
dƣới các loại rừng khác nhau. Trong đó diện tích có thể khai thác bền vững đƣợc là
354.000 hecta với tổng trữ lƣợng khoảng 4,3 tỷ cây và sản lƣợng có thể khai thác
hàng năm có thể đạt 432 triệu cây. Ngoài ra ở Thanh Hoá và Nghệ An đã thiết lập
đƣợc 80,000 hecta nguyên liệu luồng chuyên canh, phục vụ cho tiêu thụ chế biến ở
địa phƣơng và các tỉnh lân cận. Ngoài ra, vùng nguyên liệu phân bố rải rác trên cả
nƣớc ở Yên Bái, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Thái Nguyên
Bằng nguyên liệu mây tre, ngƣời Việt Nam có thể tạo ra những sản phẩm cần
thiết cho cuộc sống từ vật dụng nhỏ nhất nhƣ chiếc tăm đến cả công trình kiến trúc,
các ngôi nhà cƣ trú. Nếu đƣợc xử lý đúng kỹ thuật, các sản phẩm mây tre đan không
những có giá trị sử dụng thực tế với nét mỹ thuật độc đáo mà còn có độ bền hàng
trăm năm. Tuy nhiên, Khoa học công nghệ liên quan đến trồng, thu hoạch và chế

biến mây tre ở nƣớc ta hiện nay cũng chƣa phát triển do đó lợi ích kinh tế thu đƣợc
từ cây tre chủ yếu là từ ngành thủ công mỹ nghệ mây tre đan. Hiện nay, Trung Quốc
là một trong những nƣớc thành công đa dạng hoá các sản phẩm từ tre nứa nhƣ chế
biến than hoạt tính, bia, dƣợc liệu Vì thế mà nhu thập từ 1 hecta tre nứa lên đến
con số ngoạn mục là 15,000 USD Mỹ/năm.
Hiệu quả kinh tế quá hấp dẫn của việc trồng nguyên liệu mây và tre đã rộ lên
phong trào trồng mây rộng khắp trên cả nƣớc. Hiệu quả trồng luồng ở Thanh Hoá
hiện nay là 4 triệu đồng/ hecta /năm cao hơn rất nhiều so với những cây lâm nghiệp
khác nhƣ bạch đàn và keo. Đối với trồng mây nguyên liệu ở Thái Bình và Quảng
Nam, hiệu quả kinh tế đạt từ 16-28 triệu đồng/ha/năm ở quy mô hộ gia đình (hộ ông
Vũ Xuân Đức xã Bình Minh, Kiến Xƣơng, Thái Bình) và 19 triệu đồng/ hecta /năm
với quy mô doanh nghiệp (Công ty CP Song Mây Dũng Tấn - xã Thƣợng Hiền,
Kiến Xƣơng, Thái Bình).
Hiện nay quỹ đất lâm nghiệp trong dân cũng rất lớn. Đến nay đã có khoảng
8,1 triệu ha đất lâm nghiệp đã giao cho tổ chức, hộ gia đình và cá nhân. Trong đó có
3,2 triệu ha đã giao và cấp giấy chứng nhận cho 1,102 triệu hộ gia đình với diện tích
trung bình khoảng 2,87 ha/hộ. Tuy nhiên số liệu gần đây của Bộ chủ quản đã chỉ ra
rằng chỉ có 20-30% diện tích đất lâm nghiệp đã sử dụng đúng mục đích, có nghĩa là
70-80% diện tích còn lại chƣa đƣợc sử dụng hoặc sử dụng sai mục đích. Nhƣ vậy,
phải nói rằng tiềm năng đất lâm nghiệp trong hộ dân rất lớn, nhƣng việc có tập hợp
đƣợc thành vùng rộng lớn để trồng nguyên liệu tre lại là vấn đề khác. Đó là chƣa kể
quỹ đất khổng lồ hiện nay đang nằm trong tay của 355 lâm trƣờng trên toàn quốc,

24
nơi mà khả năng hình thành các vùng nguyên liệu lớn hàng ngàn hecta đang đƣợc
mong đợi.
Hơn nữa, tre sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình cacbon hoá để sản xuất
than tre không nhất thiết phải là tre nguyên cây. Ta có thể tận dụng những đoạn tre,
thanh tre nhỏ là chất thải của các quá trình sản xuất khác nhƣ sản xuất đồ thủ công
mỹ nghệ từ tre. Việt Nam là quốc gia có nghề mây tre đan phát triển và đa dạng bậc

nhất trên thế giới. Nhiều làng nghề mây tre đan có lịch sử tới hàng trăm năm. Cả
nƣớc có 332 làng có nghề làm hàng mây tre đan trong tổng số 1.451 làng nghề
truyền thống. Hơn nữa, trên cả nƣớc không ở đâu có nghề mây tre đan phát triển
mạnh nhƣ Hà Tây. Mƣời tám làng nghề truyền thống mây, tre, giang đan, với nhiều
cái tên quen thuộc nhƣ Phú Vinh, Trƣờng Yên, Ninh Sở, Bình Phú góp phần làm
rạng danh nghề thủ công truyền thống này của Việt Nam. Riêng tại xã Phú Nghĩa,
huyện Chƣơng Mỹ, tỉnh Hà Tây có 31 doanh nghiệp thì 25 doanh nghiệp kinh
doanh mặt hàng mây, tre đan. Còn cả làng mây, tre đan Phú Vinh có trên 600 hộ thì
100% số hộ đều làm nghề này.
Với tiềm năng nguyên liệu dồi dào, giá thành rẻ, vị trí địa lý vùng nguyên
liệu thuận lợi, tre sẽ là nguyên liệu tiềm năng cho quá trình cacbon hoá để ứng dụng
trong công nghệ môi trƣờng.
1.2.4. Phân tích lựa chọn giá thể sinh học cho công nghệ Bio - toilet khô
Ở một số nƣớc, có các ứng dụng Bio - toilet sử dụng mùn cƣa là giá thể sinh
học bởi giá thành rẻ và tính tận dụng rác thải của nó. Tuy nhiên, vì là gỗ chƣa đƣợc
hoạt hóa, diện tích bề mặt thấp nên hiệu suất không cao, số lƣợng dùng lớn kéo theo
thể tích bể phản ứng lớn. Vì vậy, Bio - toilet dùng mùn cƣa chỉ thích hợp với điều
kiện lƣu lƣợng sử dụng thấp, có diện tích mặt bằng nhƣ miền núi, hải đảo, trang trại.
Mặt khác, mùn cƣa chƣa đƣợc hoạt hóa dễ bị phá vỡ cấu trúc làm giảm độ rỗng gây
khó khăn cho quá trình hấp thu oxy, và vì thế sẽ làm giảm khả năng phân hủy sinh
học.
Tại Việt Nam, đặc biệt là ở những địa điểm công cộng, lƣu lƣợng sử dụng
lớn, diện tích mặt bằng thiếu, Bio-toilet dùng mùn cƣa là không hợp lý. Tại đây, đòi
hỏi toilet có hiệu quả xử lý cao, không mùi, diện tích nhỏ.
Giá thể sinh học bằng than cacbon hóa tre là một phƣơng pháp giải quyết
hữu hiệu. Với những đặc điểm của than cacbon hóa nhƣ đã trình bày ở trên, than
làm giá thể vi sinh sẽ giúp tăng số lƣợng vi sinh vật, việc đảo trộn tăng khả năng
tiếp xúc của vi sinh vật với chất thải cộng với kiểm soát độ ẩm tốt sẽ làm tăng đáng
kể hiệu quả xử lý chất thải hữu cơ của Bio toilet. Khi chất thải phân hủy nhanh
thành hơi nƣớc và khí CO

2
, mùi sẽ đƣợc triệt tiêu nhanh chóng. Hơn nữa, với đặc
điểm cấu trúc lỗ trên bề mặt, mùi một phần cũng đƣợc xử lý bằng hấp phụ với
những lỗ có kích thƣớc nhỏ.

25
1.3. Tổng quan các chủng vi sinh phân hủy chất thải hữu cơ
Trong quá trình xử lý chất thải hữu cơ, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng và
quyết định nhất trong việc chuyển hoá các hữu cơ nhƣ xenluloza, hemixenluloza,
tinh bột, protein, thành các chất khoáng và mùn. Vì vậy, hiện nay ở nƣớc ta đã và
đang sử dụng rất nhiều loại chế phẩm vi sinh đƣợc sản xuất trong nƣớc cũng nhƣ
nhập ngoại vào quá trình xử lý chất thải, nhằm thúc đẩy nhanh quá trình phân huỷ
chất thải mang lại hiệu quả cao hơn.
1.3.1. Cơ chế phân giải chất hữu cơ trong tự nhiên bằng vi sinh vật
Công nghệ sinh học truyền thống thƣờng sử dụng các chủng vi sinh vật thuần
khiết đã đƣợc chọn lọc và tối ƣu điều kiện lên men để tổng hợp các sản phẩm đặc
hiệu. Môi trƣờng lên men thƣờng giới hạn ở các thành phần đã biết làm nguồn năng
lƣợng và nguồn dinh dƣỡng. Vi sinh vật học là một ngành khoa học chỉ quan tâm
nghiên cứu: sinh trƣởng, phát triển, sinh khối và các sản phẩm liên quan đến điều
kiện nuôi cấy các chủng sản thuần khiết trong môi trƣờng dinh dƣỡng xác định.
Nhƣng công nghệ phân huỷ các chất bằng vi sinh vật dựa trên cơ sở loại bỏ
hỗn hợp nhiều chất có trong chất thải và tái sử dụng chúng. Trong chất thải, nồng
độ của các chất hoà tan thƣờng là thấp, phần lớn hợp chất cao phân tử khó hoà tan
và khó phân huỷ. Do vậy, xử lý môi trƣờng hỗn hợp gồm nhiều chất ô nhiễm bằng
cách sử dụng nhiều chủng vi sinh sẽ tăng cƣờng khả năng phân huỷ các chất, giảm
thời gian cần thiết dẫn đến giảm giá thành sản phẩm.
Việc tìm hiểu tính đa dạng vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ các
chất trong hệ sinh thái đất và nƣớc là cần thiết. Các nguyên lý sinh thái học trong
phân huỷ các chất trong việc xử lý chất thải đã đƣợc các nhà khoa học: Curds và
Hawkes (1975/1983), Mittchell (1972/1978) và Rheinheiner (1985) tìm ra và đề cập

nhiều trong các công trình nghiên cứu của mình.
Vi sinh vật luôn tham gia vào quá trình phân giải các chất. Tuy kích thƣớc
của các vi sinh vật bé nhƣng với số lƣợng lớn có trong đất và nƣớc sẽ đóng vai trò
to lớn trong hệ sinh thái. Ví dụ, chúng tham gia vào quá trình oxy hoá NH
4
+
đến
NO
3
- và NO
2
- đòi hỏi phải có O
2
và tiếp tục khử NO
3
đến N
2
đòi hỏi không có O
2.
1.3.2. Các nhóm vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ trong tự nhiên
+ Các nhóm vi sinh vật phân giải tinh bột
Nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng sinh amilaza nhƣ vi khuẩn, nấm mốc, xạ
khuẩn và nấm men.
Các vi khuẩn gram dƣơng đặc biệt là Bacillus thƣờng tạo ra nhiều (-amilaza
hơn các vi khuẩn gram âm (Forgarty & Kelly, 1990). Ngoài (-amilaza ra, vi khuẩn
còn tạo ra - amilaza (- amilaza trƣớc đây chỉ thấy ở thực vật). Ví dụ ( -amilaza