Nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phƣơng pháp sinh học kỳ khí ở chế độ lên men nóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

LUẬN ÁN NGHIÊN CỨU SINH

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ
HOẠI VÀ RÁC HỮU CƠ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC KỲ KHÍ
Ở CHẾ ĐỘ LÊN MEN NÓNG

NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG
MÃ SỐ: 62.52.03.20

NĂM 2015


2

M U
1. T VN
Hng ngy, lng cht thi phỏt sinh ti cỏc ụ th rt ln. Ti khu vc ụ
th, hu ht cỏc gia ỡnh s dng b t hoi x lý nc thi ca h gia ỡnh trc
khi vo h thng thoỏt nc chung ca thnh ph. Lng bựn c hỳt t b t
hoi phỏt sinh hng nm ti cỏc h gia ỡnh rt ln, ti thnh ph H Ni c tớnh
khong 517 m3/ngy [2] . Mt phn lng bựn b t hoi c cụng ty Urenco thu
gom v x lý kt hp vi rỏc hu c x lý phõn vi sinh, phn cũn li c cỏc
cụng ty t nhõn thu gom, vn chuyn.
Bờn cnh ú, cht thi rn sinh hot phỏt sinh ti cỏc ụ th hng ngy rt
ln. Tng lng cht thi rn sinh hot cỏc ụ th phỏt sinh trờn ton quc tng
trung bỡnh 10-16% mi nm, trong ú t l rỏc hu c chim > 51% trong rỏc thi
sinh hot [24] . Bin phỏp x lý rỏc hu c hin nay ch yu l chụn lp, gõy ụ
nhim mụi trng v quỏ ti bói chụn lp.

Theo chin lc quc gia về quản lý tổng hợp chất thải rắn đến năm 2025,
tầm nhìn đến năm 2050 do Th tng Chính phủ ban hành ngày 17 tháng 12 năm
2009 s phỏt trin chng trỡnh thỳc đẩy phân loại chất thải rắn tại nguồn nhằm mục
đích tách riêng rác vô cơ và hữu cơ, tái chế, tái sử dụng chất thải để giảm thiểu diện
tích bãi chôn lấp. Theo mục tiêu cụ thể của Chin lc quốc gia đến năm 2015: 85%
tng lng chất thải rắn sinh hoạt đụ thị phát sinh c thu gom, 60% lng chất
thải c tái chế, tái sử dụng, thu hồi nng lng hoặc sản xuất phân hữu cơ; 30%
bùn bể phốt của các đô thị từ loại II trở lên và 10% của các đô thị còn lại c thu
gom và xử lý đảm bảo mụi trng; 50% rác c phân loại tại nguồn. Các giải pháp
c a ra để thực hiện Chin lc quốc gia bao gồm: phòng ngừa và giảm thiểu
phát sinh chất thải rắn; thúc đẩy phân loại chất thải rắn tại nguồn trong đó phát triển
cơ sở hạ tầng, thu gom và xử lý riêng đối với từng loại chất thải rắn sau khi đã phân
loại; tăng c-ờng tái sử dụng, tái chế chất thải rắn; xử lý chất thải rắn.
Ti nhiu nc trờn th gii, cụng ngh x lý k khớ cỏc cht thi giu hu
c ch nhit khỏc nhau: lờn men m hoc lờn men núng ó c ỏp dng quy


3

mô lớn, quy mô công nghiệp để giảm thiểu lượng chất thải đưa đến bãi chôn lấp,
giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, đồng thời tạo ra sản phẩm biogas phục vụ
cho sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng. Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy xử lý
kỵ khí chất thải ở chế độ lên men nóng cho ưu điểm hơn chế độ lên men ấm về
lượng khí metan sinh ra cao hơn, thời gian phân hủy ngắn hơn và bùn sau xử lý
được tiêu diệt hoàn toàn mầm bệnh, có thể được sử dụng làm phân bón cho cây
trồng. Giải pháp xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí ở chế độ lên men
nóng đối với các loại chất thải có nhiều tiềm năng, vì vậy có thể áp dụng trong điều
kiện Việt Nam.
Đề tài luận án: “Nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác
hữu cơ bằng phƣơng pháp sinh học kỳ khí ở chế độ lên men nóng” là rất cần

thiết, để đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường, phù hợp với định hướng chiến lược
phát triển trong tương lai về việc lựa chọn giải pháp công nghệ xử lý cho các đô thị
lớn tại Việt Nam, hướng tới phát triển bền vững.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
Nghiên cứu tính khả thi và hiệu quả về mặt kỹ thuật của công nghệ phân hủy
sinh học kỵ khí lên men nóng để xử lý hỗn hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ (chất
thải thực phẩm) trong điều kiện Việt Nam.
Nghiên cứu đánh giá được một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sinh học kỵ
khí ở chế độ lên men nóng tới hiệu quả sinh metan: tỷ lệ bùn bể tự hoại: chất thải
thực phẩm, tải lượng hữu cơ của chất thải.
Xác định thông số động học đặc trưng của quá trình xử lý kỵ khí hai loại chất
thải nói trên ở chế độ lên men nóng.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu: tại các thành phố lớn, lấy Hà Nội làm ví dụ nghiên cứu.


4

Công nghệ xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng phương pháp
sinh học kỵ khí ở chế độ lên men nóng được thực hiện trong phòng thí nghiệm (thí
nghiệm theo mẻ) và ứng dụng thử nghiệm trên mô hình Pilot (thí nghiệm liên tục).
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung chính của luận án
Tổng quan về số lượng, thành phần, tính chất của bùn cặn bể tự hoại, rác
hữu cơ và cơ sở lý thuyết quá trình phân hủy kỵ khí ở chế độ lên men nóng.
Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình trong phòng thí nghiệm: Thí nghiệm

theo mẻ và thí nghiệm liên tục – mô hình pilot. Thí nghiệm theo mẻ nghiên cứu xử
lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm với các tỉ lệ phối trộn Bùn
bể tự hoại: chất thải thực phẩm khác nhau ở các chế độ lên men ấm và lên men
nóng. Thí nghiệm theo mẻ cho phép so sánh giữa 2 chế độ lên men về lượng khí
metan sinh ra, hiệu suất quá trình xử lý theo COD và hiệu suất sinh khí metan.
Đồng thời xác định được tỉ lệ phối trộn tối ưu là cơ sở để thực hiện thí nghiệm liên
tục. Thí nghiệm liên tục trong mô hình Pilot 1000 lít được thực hiện dựa trên tỉ lệ
phối trộn của thí nghiệm theo mẻ, cho phép xác định lượng khí biogas và thành
phần khí biogas, xác định được thông số vận hành tối ưu - tải lượng hữu cơ tối đa
nạp vào hệ và chất lượng hỗn hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm sau xử lý.
Kết quả thực nghiệm của thí nghiệm theo mẻ được sử dụng để nghiên cứu
mô phỏng quá trình phân hủy kỵ khí bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng
bằng phần mềm GPS-X. Kết quả phần mềm GPS-X cho phép xác định được các
thông số đặc trưng hệ số phân hủy nội sinh kd của bùn bể tự hoại và chất thải thực
phẩm bằng phương pháp sinh học kỵ khí ở chế độ lên men nóng. Từ đó giúp cho
việc tính toán, thiết kế được công trình trong nhà máy xử lý chất thải.
Thảo luận, nhận xét kết quả nghiên cứu và kết luận
5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu tổng hợp tài liệu.


5

Thu thập tài liệu liên quan về thành phần, tính chất, các phương pháp xử lý
bùn bể tự hoại, rác hữu cơ…
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình xử lý kỵ khí chất thải trong các chế độ
lên men ấm và lên men nóng.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Khảo sát, lấy mẫu, đo đạc một số thông số ngoài hiện trường, phân tích tính

toán và tổng hợp các số liệu thu được.
Tiến hành thí nghiệm theo mẻ và thí nghiệm liên tục, xử lý kết hợp bùn bể tự
hoại và chất thải thực phẩm.
Thí nghiệm theo mẻ thực hiện trong phòng thí nghiệm với 2 hệ thí nghiệm
(mỗi hệ thí nghiệm gồm 6 bình dung tích 500ml) ở chế độ lên men ấm (35oC) và lên
men nóng (55oC) với các tỉ lệ phối trộn khác nhau giữa bùn bể tự hoại và chất thải
thực phẩm.
Thí nghiệm liên tục ở chế độ lên men nóng (55oC) được thực hiện trong mô
hình Pilot 1000l với tỉ lệ phối trộn tối ưu từ thí nghiệm theo mẻ.
Phương pháp sử dụng mô hình toán học để mô phỏng
Các kết quả thí nghiệm theo mẻ được sử dụng để chạy phần mềm GPS-X mô
phỏng quá trình xử lý kỵ khí kết hợp giữa bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở
chế độ lên men nóng, để xác định thông số động học cơ bản của bùn bể tự hoại và
chất thải thực phẩm.
Phương pháp so sánh, phân tích
So sánh xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở hai chế
độ lên men ấm và lên men nóng. Phân tích, nhận xét kết quả thu được. So sánh với
các nghiên cứu phân hủy kỵ khí sinh metan của các nghiên cứu khác.
Phương pháp thống kê – xác suất
Áp dụng phương pháp thống kê, xác suất để xử lý kết quả thu được.
Phương pháp tổng hợp
Tổng hợp, liên kết các thông tin lại với nhau một cách có hệ thống.
Phương pháp chuyên gia


6

Tham khảo ý kiến, kinh nghiệm của các chuyên gia có chuyên môn sâu về
lĩnh vực liên quan.
6. CƠ SỞ KHOA HỌC, TÍNH MỚI VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

Cơ sở khoa học
Chất thải thực phẩm giàu cacbon có tiềm năng sinh khí metan cao, có thể xử
lý bằng phương pháp sinh học kỵ khí để tận thu năng lượng và phân bón. Để xử lý
rác hữu cơ bằng phương pháp kỵ khí, cần kiểm soát tốt quá trình bằng cách điều
chỉnh tải lượng nguyên liệu nạp phù hợp, tiền xử lý,...
Bùn bể tự hoại giàu Cacbon nhưng đồng thời có hàm lượng Nitơ rất cao, nếu
xử lý riêng biệt bùn bể tự hoại bằng phương pháp sinh học kỳ khí khó đạt hiệu suất
cao.
Chất thải thực phẩm và bùn bể tự hoại đều là các dòng chất thải giàu hữu cơ,
có tiềm năng sinh khí biogas để thu hồi năng lượng lớn. Chất thải thực phẩm giàu
nguồn C, trong khi bùn bể tự hoại lại giàu nguyên tố dinh dưỡng N. Việc kết hợp
hai nguồn thải này để xử lý bằng phương pháp lên men kỵ khí là hợp lý để tối ưu
hóa việc cân bằng các nguyên tố trong quá trình xử lý và thu hồi khí biogas. Việc bổ
sung chất thải thực phẩm vào bùn bể tự hoại với tỷ lệ thích hợp cho phép tăng hàm
lượng metan trong sản phẩm khí biogas thu được, hệ hoạt động ổn định hơn, dễ sinh
khí mêtan hơn và cho phép quá trình khởi động bể kỵ khí thuận lợi hơn.
Việc xử lý kết hợp các chất thải khác giàu hữu cơ, giàu vi sinh vật sẽ tạo điều
kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy và đạt hiệu suất xử lý cao hơn. Quá trình xử
lý kỵ khí đồng thời hỗn hợp bùn thô từ lắng I và bùn hoạt tính dư trong trạm xử lý
nước thải với chất thải thực phẩm đã được nghiên cứu và khẳng định tại Đức, Nhật
Bản và nhiều nước khác trên thế giới. Khí biogas thu gom được từ quá trình xử lý
được tận dụng vào sản xuất năng lượng điện năng hoặc nhiệt năng.
Ở các đô thị Việt Nam, bùn bể tự hoại và rác hữu cơ từ các đô thị hàng ngày
thải ra với một lượng rất lớn. Tuy nhiên chưa có biện pháp xử lý hữu hiệu để đảm
bảo an toàn về mặt vệ sinh và môi trường. Biện pháp xử lý hiện nay chủ yếu là chôn
lấp gây quá tải bãi chôn lấp, đồng thời gây ô nhiễm môi trường.


7

Quá trình phân hủy hỗn hợp bùn bằng phương pháp kỵ khí gặp phải những
vấn đề về hiệu suất và độ ổn định, một trong những nguyên nhân chính là do bùn bể
tự hoại có chứa hàm lượng Nitơ (N) lớn. Giải pháp cho kỹ thuật này là trộn rác hữu
cơ giàu Cacbon vào bùn để tạo môi trường thích hợp cho quá trình xử lý kỵ khí.
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra hướng đi tiềm năng để xử lý chất hữu cơ,
đó là phương pháp phân hủy kỵ khí để phân hủy chất hữu cơ và thu hồi mêtan. Xử
lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí tạo môi
trường phân hủy, quẩn thể vi sinh vật tốt hơn do trong bùn bể tự hoại có sẵn hệ vi
sinh vật kỵ khí, gấp nhiều lần trong rác hữu cơ. Đối với xử lý kỵ khí chất thải có 2
chế độ lên men: lên men ấm và lên men nóng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra
quá trình xử lý kỵ khí chất thải ở chế độ lên men nóng có nhiều ưu điểm hơn chế độ
lên men ấm: sẽ tạo ra nhiều khí biogas, rút ngắn thời gian phân hủy, đồng thời tiêu
diệt hết các mầm bệnh. Chất thải sau xử lý có thể được tận dụng làm phân bón cho
cây trồng.
Vì vậy, luận án này tiến hành nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác
hữu cơ (lấy chất thải thực phẩm làm đại diện) bằng phương pháp sinh học kỵ khí ở
chế độ lên men nóng để xử lý chất thải và thu hồi tài nguyên.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu cho thấy việc xử lý kết hợp chất thải thực phẩm và bùn bể tự
hoại đảm bảo quá trình sinh khí biogas diễn ra ổn định, cho hiệu suất xử lý theo
COD cao hơn nhiều so với chỉ xử lý riêng bùn bể tự hoại. Kết quả nghiên cứu đã
cho thấy thành phần, tính chất của bùn bể tự hoại, của chất thải thực phẩm và khả
năng sinh khí biogas của chúng khi xử lý kỵ khí. Bùn bể tự hoại có giá trị COD cao
(dao động 12.600-79.500 mg/l), tỉ lệ VS/TS 63%-82%; chất thải thực phẩm có COD
dao động 118.450-241.000 mg/l, tỉ lệ VS/TS dao động 79%-95%, cho thấy hai loại
chất thải trên có khả năng phân hủy bằng phương pháp sinh học kỵ khí. Tỉ lệ
COD/N của bùn bể tự hoại dao động 9-18/1, chất thải thực phẩm có tỉ lệ COD/N
cao hơn, từ 85-179/1. Theo một số nghiên cứu, để bể phản ứng hoạt động ổn định, tỉ
lệ COD/N là 70-200/1 [86] . Do vậy, xử lý kết hợp hai nguồn này để tạo môi trường

thuận lợi cho quá trình xử lý kỵ khí là cách tiếp cận hợp lý. Trong thí nghiệm theo


8

mẻ ở chế độ lên men nóng, khi xử lý kết hợp hai nguồn chất thải nói trên, hiệu suất
xử lý theo COD với tỉ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm khác nhau
dao động 42,7%-86,2% so với xử lý riêng bùn bể tự hoại chỉ đạt 24,9%. Trong thí
nghiệm liên tục xử lý kỵ khí ở chế độ lên men nóng, tỉ lệ phối trộn tối ưu bùn bể tự
hoại:chất thải thực phẩm theo thể tích 9:1 (tương ứng tỉ lệ phối trộn theo COD 1:1)
cho hiệu suất xử lý theo COD đạt 58%-75%. Kết quả nghiên cứu cũng đã khẳng
định sự phù hợp của cách tiếp cận này, có thể xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác
hữu cơ, thu hồi khí biogas ở chế độ lên men nóng.
Nghiên cứu đã chỉ ra ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: chất thải
thực phẩm tới lượng khí metan sinh ra, hiệu suất sinh khí metan. Cụ thể nghiên cứu
đã xác định được tỉ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm tối ưu tương
ứng theo COD là 1:1, theo tỉ lệ thể tích là 9:1 cho hiệu suất sinh khí metan cao nhất
đạt 80%. Với tỉ lệ phối trộn tối ưu theo COD 1:1, theo thể tích 9:1, lượng khí metan
sinh ra ở chế độ lên men nóng là 264-278 Nml/gCOD.
Kết quả nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa lượng khí biogas sinh ra và
tải lượng hữu cơ nạp vào bể. Bể phản ứng pilot vận hành với tải lượng hữu cơ 0,52kg COD/m3.ngày, hoạt động ổn định với tải lượng hữu cơ tối ưu 1,5 kg
COD/m3.ngày, lưu lượng nạp vào 40 l/ngày tương ứng tải trọng thủy lực 57
l/m3/ngày. Tỷ lệ sinh khí metan tối ưu là 57,8%. Kết quả nghiên cứu này tương
đồng với một số nghiên cứu khác trên Thế giới xác định đối với bùn hoạt tính từ
trạm xử lý [38] , [61] . Ngưỡng COD hòa tan lớn nhất của bể là 2 kgCOD/m3.ngày,
phù hợp với các báo cáo của Hech và Griehl (2009) khi thí nghiệm trên chất thải
thực phẩm [76] . Mức giá trị này thấp hơn so với giá trị trong các tài liệu tổng quan
của Chernicharo [52] trong khoảng 2,5 8 gCOD/L.ngày do hệ vi sinh bổ sung vào
mô hình thí nghiệm chưa thật ổn định.
Xác định thông số động học quá trình phân hủy và xử lý số liệu bằng phần

mềm GPS-X mô phỏng quá trình phân hủy kỵ khí, xác định được hệ số phân hủy
nội sinh kd của bùn bể tự hoại là 0,4 (1/ngày), và kd của chất thải thực phẩm là 1,0
(1/ngày). Kết quả hệ số phân hủy nội sinh của chất thải thực phẩm nằm trong
khoảng giá trị của kết quả nghiên cứu đối với chất thải thực phẩm kd dao động 0,110 (1/ngày) với thí nghiệm liên tục trong 234 ngày, thực hiện trên 51 mẫu chất thải
thực phẩm, thời gian lưu thủy lực 20-25 ngày với tải lượng hữu cơ 2-11g
COD/l/ngày [119] .


9

Ý nghĩa thực tiễn của luận án
- Kết quả nghiên cứu đã cho thấy cách tiếp cận xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại
với chất thải thực phẩm ở chế độ lên men nóng hoàn toàn khả thi và có một số ưu
điểm sau:
Xử lý được bùn bể tự hoại, giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.
Xử lý được rác hữu cơ, một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm
môi trường, giảm diện tích bãi chôn lấp, giúp bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng
đồng.
Thu hồi được tài nguyên. Khí biogas sinh ra từ quá trình xử lý kỵ khí được
tận thu sử dụng làm nguồn năng lượng sử dụng cho phát điện hoặc nhiệt năng. Bên
cạnh đó, tận dụng được các chất dinh dưỡng trong bùn sau xử lý làm phân bón cho
cây trồng.
- Việc xử lý kết hợp các loại chất thải đô thị, bên cạnh tăng hiệu suất của quá trình
xử lý, còn cho phép tận dụng các công trình của hệ thống hạ tầng kỹ thuật, nâng cao
hiệu quả khai thác các công trình đó.
- Kết quả nghiên cứu cũng đóng góp phần quan trọng, làm cơ sở tham khảo khi thiết
kế và vận hành các hệ thống xử lý chất thải đô thị. Các thông số động học xác định
được từ nghiên cứu cho phép áp dụng để tính toán, thiết kế bể phản ứng và các công
trình của hệ thống xử lý chất thải.
- Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong định hướng quy hoạch, lựa chọn

công nghệ xử lý chất thải rắn và bùn cặn cho các đô thị ở Việt Nam.

Tính mới của luận án
-

Đây là nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam xây dựng cơ sở dữ liệu về quá trình
phân hủy kỵ khí ở chế độ lên men nóng 55oC với hỗn hợp bùn bể tự hoại với
chất thải thực phẩm trong đô thị để thu khí metan, chất lượng sản phẩm hỗn
hợp bùn sau xử lý đảm bảo tiêu diệt hết mầm bệnh, phục vụ cho mục đích
làm phân bón tái sử dụng trong nông nghiệp.


10

-

Xác định được tỉ lệ hỗn hợp bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm tối ưu đối
với thành phố Hà Nội là 9:1 theo thể tích, (tương ứng tỉ lệ 1:1 theo COD) cho
hiệu suất sinh khí metan cao nhất, đạt 80% ở chế độ lên men nóng, cho
lượng khí metan dao động 264-278 Nml CH4/gCOD.

-

Xây dựng được mối quan hệ giữa lượng khí metan thu được và tải lượng hữu
cơ: Bể phản ứng kỵ khí hoạt động ổn định với tải lượng hữu cơ là 1,5kg
COD/m3.ngày, với lượng khí metan trong hỗn hợp khí biogas đạt 57,8%, với
hiệu suất xử lý theo COD đạt 75%.

-

Đã ứng dụng phần mềm GPS-X để mô phỏng quá trình phân hủy kỵ khí ở
chế độ lên men nóng để xác định hệ số phân hủy nội bào kd = 0,4 (1/ngày)
đối với bùn bể tự hoại và kd = 1,0 (1/ngày) đối với chất thải thực phẩm, tạo
điều kiện cho ứng dụng tính toán thiết kế công nghệ phân hủy kỵ khí hỗn
hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm.

7. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN
Néi dung của luận án gồm các chương sau:
Mở đầu
Chƣơng 1: Tổng quan về số lượng, thành phần, tính chất của bùn bể tự hoại, rác
hữu cơ
Chƣơng 2: Cơ sở khoa học xử lý chất thải hữu cơ (bùn bể tự hoại và rác hữu cơ)
bằng phương pháp phân hủy kỵ khí ở chế độ lên men nóng
Ch-¬ng 3: Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Các công trình nghiên cứu đã công bố của tác giả có liên quan đến luận án
Phụ lục


11

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỐ LƢỢNG,
THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÙN BỂ TỰ HOẠI, RÁC HỮU CƠ;
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỲ KHÍ

1.1. SỐ LƢỢNG, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÙN BỂ TỰ HOẠI
1.1.1. Tổng quan chung về bể tự hoại và lƣợng bùn phát sinh
Nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia ra làm hai loại chính: nước
đen và nước xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh; còn nước xám là nước thải

từ quá trình tắm, rửa bếp, rửa sàn,... Trong dòng nước đen từ các khu vệ sinh, lượng
cặn thải ra theo đầu người thường dao động trong khoảng 100-400g trọng lượng
ướt/người.ngày, tùy theo tập quán sinh hoạt và chế độ dinh dưỡng [1] . Bể tự hoại
thường được xây dựng tại các hộ gia đình và công trình công cộng, văn phòng,... có
chức năng xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt trước khi xả ra mạng lưới thoát nước đô
thị (Hình 1.1). Quá trình xử lý trong bể tự hoại bao gồm quá trình lắng và phân hủy
kỵ khí. Các chất hữu cơ trong nước thải và bùn cặn đã lắng, chủ yếu là các
hydratcacbon, đạm, béo,... được phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí. Nhờ vậy, cặn
lên men, bớt mùi hôi, giảm thể tích. Chất không tan chuyên thành chất tan và chất
khí (chủ yếu là CH4, CO2, H2S,...). Trong bể thường được chia 3 lớp: lớp váng phía
trên, lớp nước ở giữa và lớp bùn dưới đáy bể (Hình 1.2).
Mô hình bể tự hoại đầu tiên do kỹ sư Fosse Mouras phát minh tại Pháp vào
năm 1860. Sau đó bể tự hoại được du nhập vào nước ta cùng với người Pháp vào
những năm cuối thế kỷ 19. Hiện nay bể tự hoại được sử dụng rộng rãi tại các đô thị
của Việt Nam và trong tương lai bể tự hoại vẫn còn tồn tại song song với hệ thống
thoát nước tại các đô thị của Việt Nam.


12

Nƣớc thải sinh hoạt

Nước đen

Bể tự hoại

Nước xám

Nƣớc thải công
nghiệp, dịch vụ

Nước mưa

Trạm xử lý nƣớc thải
tập trung

HTTN
chung
HTTN
chung
Giếng tách
nước mưa

Sông

Hình 1.1. Vị trí bể tự hoại trong sơ đồ hệ thống thoát nƣớc chung. (Nguồn:
[15]).
Cửa hút cặn

Nước
vào bể

Lớp váng
Nước
ra bể
Vùng lắng

Bùn

Hình 1.2. Cấu tạo của bể tự hoại

Hàng năm, lượng bùn bể tự hoại được công ty URENCO hoặc các công ty tư
nhân thu gom, vận chuyển và xử lý. Một số đề tài nghiên cứu đã thu thập thông tin
về lượng bùn bể tự hoại phát sinh và lượng bùn bể tự hoại được thu gom tại các
thành phố lớn như thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng,.... Bảng


13

tổng hợp 1.1 cho thấy tổng lượng bùn cặn bể tự hoại được hút hiện nay tại khu vực
Hà Nội là 189.000 m3/năm, tại thành phố Hải Phòng là 80.569 m3/năm và tại thành
phồ Hồ Chí Minh là 335.756 m3/năm [2] . Tại các thành phố khác như: Bắc Ninh,
Hòa Bình, Sơn La, Lạng Sơn và Bà Rịa, 94-100% các hộ gia đình sử dụng bể tự
hoại. Phần lớn bể tự hoại (73%) có tần suất hút trung bình 9,5 năm/lần [3’] . Lượng
bùn bể tự hoại cần hút sẽ tăng nhanh trong 5-10 năm tới do lượng bùn tích lũy trong
các bể tự hoại. Mỗi thành phố có biện pháp xử lý bùn bể tự hoại khác nhau. Tại
thành phố Bắc Ninh phân bùn được đưa ra bãi chôn lấp, một phần tư nhân hút và
thải trực tiếp ra môi trường. Tại Sơn La, bùn bể tự hoại được xử lý sơ bộ và được sử
dụng làm phân bón cho cây trồng. Đối với thành phố Bà Rịa, phân bùn được xử lý
làm compost hoặc đưa ra bãi chôn lấp. Số liệu thống kê cho thấy khối lượng bùn
cặn bể tự hoại được hút hiện nay là rất lớn. Biện pháp xử lý bùn bể tự hoại hiện nay
chủ yếu là chôn lấp. Nếu lượng bùn cặn bể tự hoại này không được xử lý sẽ là
nguồn ô nhiễm môi trường; là nguồn phát tán các mầm bệnh, ảnh hưởng đến sức
khỏe cộng đồng [110] . Tuy nhiên, nếu lượng bùn cặn bể tự hoại này được xử lý sẽ
cho phép thu hồi một lượng tài nguyên đáng kể là khí biogas phục vụ sản xuất điện
năng, nhiệt năng và bùn sau xử lý có thể được sử dụng làm phân bón cho cây trồng.
Bảng 1.1. Lƣợng bùn bể tự hoại cần hút tại các thành phố lớn
Thông số

STT

Hà Nội

Hải

TP Hồ

Phòng

Chí Minh

1

Số hộ gia đình trong thành phố

430.638

218.795

1.017.019

2

Số hộ gia đình sử dụng hố xí tự hoại

430.638

218.795

1.017.019

3

Số bể tự hoại được hút mỗi năm

103.138

87.124

508.916

4

Tần suất hút trung bình, năm

6,2

4,4

4,4

280.376

166.466

894.087

189.000

80.569

335.756

5

6

Tổng khối lượng bùn bể tự hoại cần
hút P1, m3/năm
Tổng lượng bùn được hút hiện nay ,
m3/năm

(Nguồn: [2] )


14

1.1.2. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại
Thành phần và tính chất của bùn bể tự hoại rất khác nhau, tùy thuộc vào các
yếu tố như: loại nước thải được xử lý, kích cỡ và cấu tạo thiết kế bể, chế độ sinh
hoạt, dinh dưỡng của người sử dụng, chế độ hút, khí hậu và thời tiết,...
Bùn bể tự hoại có hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao như nitơ,
phốtpho dễ sử dụng làm phân bón cho cây trồng. Tuy nhiên, trong bùn cặn chứa
nhiều trứng giun sán, vi khuẩn dễ gây bệnh. Nhiều tài liệu, nghiên cứu đã thu thập
và công bố các kết quả nghiên cứu về các chỉ tiêu đặc trưng của bùn bể tự hoại.
Thành phần tính chất của bùn bể tự hoại tại một số nước được trình bày trong bảng
1.2.
Bảng 1.2. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại tại một số nƣớc
STT Chỉ tiêu

Đơn vị

Mỹ1

Châu Âu,
Canada1

Nhật
Bản1

Thái
Lan1

Việt
Nam2

7-9

7-8

6,9-7,2

1

pH

-

-

-

2

TS

mg/l

34.106

33.800

3

VS

mg/l

23.100

31.600

-

4

COD

mg/l

31.900

28.975

8.00015.000

5

Tổng N

mg/l

588

1.067

3.5007.500

-

9094.700

6

Tổng P

mg/l

210

155

8001.200

-

82-678

25.000- 5.00032.000 25.400
3.30019.300

4.30032.000
2.86022.400

5.000- 12.60032.000 79.500

Ghi chú:
1: Nguồn: [1] .
2: Kết quả phân tích bùn bể tự hoại tại thành phố Hà Nội, Việt Nam năm 2010. (Kết
quả phân tích bùn bể tự hoại thành phố Hà Nội, tham khảo Phụ lục 1, bảng 1.1).
Bảng 1.2 cho thấy giá trị COD của bùn bể tự hoại cao và có sự dao động lớn.
Tổng N và P trong bùn bể tự hoại khá cao. Tỉ lệ COD/N của bùn bể tự hoại dao
động trong khoảng 9-18/1. COD của bùn bể tự hoại của Việt Nam có sự dao động


15

rất lớn từ 12.600 mg/l đến 79.500 mg/l. Các giá trị max cao hơn so với giá trị COD
phân tích tại các nước khác (COD của bùn bể tự hoại tại các nước khác từ 500032.000 mg/l). Giá trị VS của bùn bể tự hoại khá cao, dao động trong khoảng lớn từ
2.860-22.400 mg/l. Tỉ lệ VS/TS của bùn bể tự hoại tại Việt Nam dao động trong
khoảng 63%-82% chứng tỏ bùn bể tự hoại có khả năng phân hủy bằng phương pháp

sinh học.
1.1.3. Các phƣơng pháp xử lý bùn bể tự hoại
Trên thế giới có nhiều công nghệ được áp dụng để xử lý bùn bể tự hoại như:
sân phơi bùn, bãi lọc trồng cây, ủ kỵ khí (ủ riêng hoặc kết hợp với chất thải thực
phẩm), compost hoặc hết hợp các loại trên (Hình 1.3). Mỗi công nghệ xử lý bùn bể
tự hoại có những ưu, nhược điểm riêng (Bảng 1.3). Trong các biện pháp xử lý bùn
bể tự hoại, biện pháp xử lý bùn bể bằng chôn lấp không tận dụng được các nguồn
tài nguyên trong bùn cặn, không tạo ra sản phẩm mà còn gây quá tải các bãi chôn
lấp và gây ô nhiễm môi trường. Các biện pháp xử lý bùn bể tự hoại khác hầu hết
đều tạo ra sản phẩm là phân bón cho cây trồng. Riêng biện pháp xử lý bùn bể tự
hoại kết hợp với chất thải thực phẩm trong điều kiện kỵ khí có nhiều ưu điểm hơn
cả: sản phẩm không chỉ là phân bón cho cây trồng mà còn tạo ra sản phẩm là năng
lượng khí biogas phục vụ cho sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng. Hiện nay, trên
thế giới các nguồn nhiên liệu ngày một cạn kiệt, việc xử lý bùn cặn để tái sử dụng
làm khí biogas cần được đẩy mạnh để hướng tới phát triển bền vững.


16

Nhóm phương
pháp xử lý

Chất thải

Công nghệ

Sản phẩm

Bãi chôn lấp
Sân phơi bùn

Phương pháp
cơ học

Nhiên liệu để
đốt

Bể nén bùn

Bùn bể tự hoại

Bãi lọc
trồng cây

Phân bón

Hồ sinh học
ổn định bùn

Phương pháp
sinh học

Ủ compost
với CTTP

Điện năng

Xử lý kỵ khí
với chất thải
thực phẩm

Khí Biogas
Nhiệt năng

Hình 1.3. Các biện pháp xử lý bùn bể tự hoại
Bảng 1.3. Bảng thống kê các biện pháp xử lý bùn bể tự hoại
Phƣơng pháp
xử lý

Công nghệ
Sân phơi bùn

Phƣơng pháp
cơ học
Bể

Ƣu điểm
Đơn giản
Giá thành rẻ

lắng/nén Thi công đơn giản

Nhƣợc điểm
Tốn diện tích
Ô nhiễm môi trường
không khí
Ô nhiễm môi trường

bùn

không khí

Bãi lọc trồng Đơn giản
cây
Giá thành rẻ

Tốn diện tích
Ô nhiễm môi trường
không khí

Hồ sinh học ổn Yêu cầu bảo trì thấp
định bùn

Tốn diện tích
Ô nhiễm môi trường


17

không khí
Ủ

compost - Sản phẩm tạo thành - Vận hành phức tạp

cùng chất thải được sử dụng làm phân (tỷ lệ phối trộn bùn bể
thực phẩm
bón cho cây trồng
tự hoại:chất thải thực
phẩm; sục khí vào
đống ủ...),
- Chưa tiêu diệt được

Phƣơng pháp
sinh học

triệt để mầm bệnh.
- Tốn năng lượng để
sục khí.
Xử lý kỵ khí - Tạo ra năng lượng: khí - Công nghệ còn mới,
kết hợp với biogas để sản xuất điện cần nghiên cứu làm
bùn từ trạm xử năng hoặc nhiệt năng.
chủ công nghệ.
lý nước thải, - Sản phẩm sau xử lý
chất thải thực được sử dụng làm phân
phẩm,...

bón cho cây trồng.

1.2. SỐ LƢỢNG, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA RÁC HỮU CƠ
1.2.1. Nguồn phát sinh và lƣợng phát sinh chất thải rắn (CTR)
Chất thải rắn là chất thải ở thể rắn, được thải ra từ quá trình sản xuất, kinh
doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác. Chất thải rắn bao gồm chất thải
rắn thông thường và chất thải rắn nguy hại.
Chất thải rắn sinh hoạt chiếm tỷ lệ lớn trong chất thải rắn ở đô thị. Lượng
chất thải rắn sinh hoạt (phát sinh chủ yếu từ các hộ gia đình, các khu tập thể, chất
thải đường phố, chợ, các trung tâm thương mại, văn phòng, trường học,...) chiếm
60-70% lượng chất thải rắn phát sinh. Thực tế cho thấy, tổng lượng CTR sinh hoạt
ở các đô thị phát sinh trên toàn quốc tăng trung bình 10-16% mỗi năm [24] .
Theo dự báo của Bộ Xây dựng và Bộ Tài nguyên và Môi trường, đến năm
2015, khối lượng CTR phát sinh ước tính khoảng 42 triệu tấn/năm (Bảng 1.4). Dự
báo tỷ trọng chất thải rắn đô thị sẽ tăng dần cùng với quá trình đô thị hóa. Tỷ trọng

18

chất thải rắn đô thị năm 2008 chiếm 45,9% và dự báo đến năm 2015, tỷ trọng chất
thải rắn đô thị tăng lên 50,8% [24] .
Bảng 1.4. CTR đô thị phát sinh các năm tại Việt Nam
và chỉ số phát sinh chất thải rắn
Nội dung

2008

2009

2010

2015

2020

2025

Dân số đô thị

27,7

25,5

26,2

35

44

52

28,99

29,74

30,2

38

45

50

 0,85

 0,95

 1,0

1,2

1,4

1,6

(triệu người)
% dân số đô thị
so với cả nước
Chỉ số phát sinh
CTR

đô

thị

(kg/người/ngày)
Tổng

lượng 20.849 24.225 26.224 42.000 61.600 83.200

CTR đô thị phát
sinh (tấn/ngày)
(Nguồn: [24] ).
Tại các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, nơi có
tốc độ đô thị hóa cao, lượng chất thải rắn đô thị phát sinh rất nhanh và chiếm tỷ lệ
lớn trong tổng lượng chất thải rắn đô thị phát sinh toàn quốc. Chỉ tính riêng hai đô
thị đặc biệt (Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh), lượng CTR đô thị phát sinh đã
chiếm trên 45% lượng chất thải rắn đô thị phát sinh toàn quốc [24] . Lượng CTR đô
thị ngày càng tăng do số lượng dân cư di chuyển từ nông thôn ra thành thị ngày
càng tăng bởi quá trình đô thị hóa cao, do mức sống ngày càng cao. Chỉ số phát sinh
CTR đô thị bình quân đầu người tăng theo mức sống. Năm 2008, chỉ số CTR sinh
hoạt phát sinh bình quân đầu người tính trung bình cho các đô thị trên phạm vi toàn
quốc vào khoảng 0,85 kg/người/ngày, tăng lên 1,1 kg/người/ngày vào năm 2013.
Ước tính lượng CTR đô thị trung bình ở Việt Nam năm 2015, 2020 và 2025 tương
ứng vào khoảng 1,2; 1,4 và 1,6 kg/người/ngày [24] .

Cùng với sự gia tăng dân số, sự phát triển kinh tế và chất lượng cuộc sống
được nâng cao, lượng chất thải rắn tạo ra cũng sẽ tăng lên. Kết quả dự báo lượng


19

CTR phát sinh bảng 1.4 cho thấy: lượng CTR đô thị năm 2015 tăng gấp 1,6 lần,
năm 2020 gấp 2,3 lần và năm 2025 gấp 3,2 so với năm 2010. Đây sẽ trở thành mối
đe dọa nghiêm trọng đối với các bãi chôn lấp và ô nhiễm môi trường.
Đối với thành phố Hà Nội, khối lượng CTR trên địa bàn Thủ đô tăng trung
bình 15% năm. Tổng lượng CTR sinh hoạt của Hà Nội chiếm 68,7% tổng lượng rác
thải của thành phố. Tính bình quân lượng chất thải sinh hoạt tạo ra trên đầu người là
1.1-1.2 kg/ngày [25] .
1.2.2. Thành phần, tính chất của chất thải rắn đô thị
Thành phần CTR sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, thu nhập, phong
tục tập quán,... khác nhau giữa các đô thị. Tại một số đô thị lớn, số liệu thành phần
CTR sinh hoạt tại các bãi chôn lấp cho thấy thành phần rác hữu cơ rất cao, chiếm
53,8-68,5% tổng lượng rác thải sinh hoạt đô thị [24] (Bảng 1.5).
Bảng 1.5. Thành phần CTR sinh hoạt tại đầu vào của các bãi chôn lấp
của một số địa phƣơng năm 2010
Đơn vị: (%)
STT

Loại chất thải

Hà Nội Hà
(Nam
Sơn)

NộiHải Phòng Hải Phòng Đà Nẵng HCM

(Xuân
Sơn)

(Tràng Cát) (Đình Vũ)

(Hòa
Khánh)

(Đa
Phước)

1

Rác hữu cơ

53,81

60,79

55,18

57,56

68,47

64,5

2

Giấy

6,53

5,38

4,54

5,42

5,07

8,17

3

Vải

5,82

1,76

4,57

5,12

1,55

3,88

4

Gỗ

2,51

6,63

4,93

3,70

2,79

4,59

5

Nhựa

13,57

8,35

14,34

11,28

11,36

12,42

6

Da và cao su

0,15

0,22

1,05

1,9

0,23

0,44

7

Kim loại

0,87

0,25

0,47

0,25

1,45

0,36

8

Thủy tinh

1,87

5,07

1,69

1,35

0,14

0,40

9

Sành sứ

0,39

1,26

1,27

0,44

0,79

0,24

10

Đất và cát

6,29

5,44

3,08

2,96

6,75

1,39

11

Xỉ than

3,10

2,34

5,70

6,06

0,00

0,44


20

12

Nguy hại

0,17

0,82

0,05

0,05

0,02

0,12

13

Bùn

4,34

1,63

2,29

2,75

1,35

2,92

14

Các loại khác

0,58

0,05

1,46

1,14

0,03

0,14

100

100

100

100

100

100

Tổng
(Nguồn: [24] ) .

Đối với thành phố Hà Nội, tổng lượng chất thải rắn phát sinh tại thành phố
Hà Nội ước tính 9.500 tấn/ngày, trong đó lượng chất thải sinh hoạt là 6.500 tấn
[25] Tỉ lệ thành phần chất thải sinh hoạt chiếm 68,7% trong chất thải đô thị. Thành
phần lượng rác hữu cơ chiếm tỉ lệ trung bình 57,3% trong chất thải rắn sinh hoạt và
biện pháp xử lý rác hữu cơ chủ yếu vẫn là chôn lấp [24] .

0.20%
20.60%

Chất thải sinh hoạt
Chất thải xây dựng
10.60%

Chất thải công nghiệp
Chất thải y tế
68.70%

Hình 1.4. Thành phần chất thải rắn khu vực Hà Nội [25]
1.2.3. Xu hƣớng xử lý, thu hồi tài nguyên từ CTR đô thị
1.2.3.1. Xử lý chất thải rắn trên thế giới
Vấn đề ô nhiễm môi trường gây ra bởi chất thải rắn là vấn đề toàn cầu trong
những năm gần đây. Quản lý chất thải rắn bao gồm: giảm lượng chất thải rắn hàng
ngày, tái sử dụng, tái chế và xử lý rác thải. Các biện pháp xử lý rác thải hiện nay
bao gồm: chôn lấp, ủ compost, xử lý kỵ khí, hóa nhiệt, khí hóa và đốt (hình 1.5).
Tại một số nước châu Âu và châu Á đã ban hành các luật về quản lý CTR: tại
Đức ban hành lệnh cấm chôn lấp chất thải có khả năng phân hủy sinh học từ
1/6/2005; tại Nauy cấm chôn lấp chất thải sinh hủy từ năm 2011, tại Úc cấm chôn


21

lấp rác chưa xử lý từ năm 2004 và tại Hàn Quốc cấm chôn lấp chất thải nhà bếp từ
năm 2005 [8] . Tại Châu Âu, mục tiêu phải xử lý chất thải nhằm giảm 35% lượng
CTR đưa đến bãi chôn lấp vào năm 2020 so với năm [98] . Trong các biện pháp xử
lý trên, biện pháp xử lý kỵ khí có nhiều ưu điểm hơn cả: sinh khí biogas phục vụ
sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng, giảm phát thải CO2 và yêu cầu quỹ đất cho xử
lý kỵ khí không lớn. Nhược điểm của biện pháp xử lý kỵ khí là cần thời gian để
khởi động hệ kỵ khí, cần kiểm soát tốt các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy
kỵ khí: pH, nhiệt độ, khuấy trộn, tải lượng hữu cơ, tỉ lệ C/N, các yếu tốc ức chế...,
kiểm soát nguyên liệu đầu vào để không ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật trong bể phản
ứng[16] . Tuy nhiên, giá thành vận hành thấp và khí biogas tạo thành có giá trị năng
lượng [13] .
Chất
thải

Phân

loại

Đối tượng
xử lý

Rác hữu
cơ ướt
Chất
thải

Phân
loại

Rác hữu
cơ khô

Phương
pháp xử lý

Sản
phẩm

Ủ compost

Phân
bón

Xử lý kỵ
khí
Nhiệt phân

Năng
lượng

rắn
Rác tái
chế

Khí hóa

Đốt
Chai lọ
thủy tinh,

Nguyên
vật liệu

..kim loại

SX

Chôn lấp
Hình 1.5. Các biện pháp xử lý rác thải đô thị


22

1.2.3.2. Xử lý chất thải rắn tại Việt Nam
Tại Việt Nam, công tác quản lý CTR đô thị bao gồm: phân loại, thu gom, tái
chế - tái sử dụng và xử lý và tiêu hủy CTR.

Công tác phân loại và thu gom
Một số thành phố như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh triển khai thí điểm
chương trình phần loại CTR tại nguồn. Tuy nhiên hiện nay, chương trình phân loại
rác tại nguồn vẫn chưa được áp dụng, triển khai rộng rãi do chưa đủ nguồn lực tài
chính để mua sắm trang thiết bị, đầu tư cơ sở hạ tầng, nguồn nhân lực thực hiện và
thói quen của người dân. Tỉ lệ thu gom trung bình ở các đô thị từ 72% năm 2004,
tăng lên 80-82% năm 2008, đạt khoảng 83-85% năm 2010. Lượng rác còn lại không
được thu gom,xả ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí. Đối
với khu vực Hà Nội, tỷ lệ thu gom CTR sinh hoạt năm 2010 ở các quận nội thành
đạt khoảng 95%, các huyện ngoại thành đạt 60%; lượng CTR công nghiệp được thu
gom đạt 85-90% và CTNH chỉ đạt 60-70% [24] .
Tái chế và tái sử dụng
CTR đô thị có thể tái sử dụng, tái chế thành sản phẩm: rác hữu cơ tái chế làm
phân hữu cơ, làm thức ăn chăn nuôi; tái chế giấy, kim loại, nhựa, thủy tinh,... Tỷ lệ
tái chế các chất thải làm phân hữu cơ và tái chế giấy, nhựa, thủy tinh, kim loại như
sắt, đồng, chì nhôm,... chỉ đạt 8-15% CTR đô thị thu gom được. Năm 2009, lượng
chất thải được tái chế của Hà Nội là 348 tấn/ngày; TP Hồ Chí Minh: 554 tấn/ngày;
Hải Phòng 86,5 tấn/ngày [24] .
Xử lý phần rác hữu cơ thành phân hữu cơ là phương pháp hiện đang sử dụng
tại Việt Nam. Mặc dù CTR chở đến các nhà máy làm phân hữu cơ cơ thành phần
hữu cơ từ 60-65% nhưng do CTR đô thị chưa được phân loại tại nguồn nên lượng
CTR thải ra sau xử lý từ các nhà máy này phải mang đi chôn lấp vào khoảng 3540% lượng chất thải đầu vào.
Xử lý và tiêu hủy CTR đô thị
Tỷ lệ CTR được chôn lấp hiện chiếm khoảng 76-82% lượng CTR được thu
gom [24] . Trong thời gian tới, công nghệ xử lý CTR tại Việt Nam sẽ phát triển theo
hướng giảm thiểu tối đa lượng rác thải chôn lấp và tăng cường tỷ lệ tái chế, tái sử


23

dụng. Tại Việt Nam, lượng rác hữu cơ được ủ compost chiếm 2-5%, còn phần lớn
được đưa đến bãi chôn lấp. Ngoài ra một số địa phương cũng đã áp dụng công nghệ
xử lý kỵ khí rác hữu cơ để thu hồi biogas phát điện và sản xuất phân bón: dự án thu
hồi biogas phát điện và sản xuất phân bón từ rác tại An Giang với công suất 200300 tấn rác mỗi ngày.
Để thực hiện mục tiêu của Chiến lược quốc gia đến năm 2015: 60% lượng
chất thải được tái chế, tái sử dụng, thu hồi năng lượng hoặc sản xuất phân hữu cơ
thì cần phải xử lý, thu hồi năng lượng từ chất thải rắn hữu cơ do rác hữu cơ chiếm
tỷ lệ lớn trong CTR đô thị 54-77%[24] . Trong các biện pháp xử lý rác hữu cơ: biện
pháp xử lý kỵ khí rác hữu cơ có nhiều ưu điểm hơn cả, vừa thu hồi được khí biogas
phục vụ cho sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng, đổng thời sản xuất phân bón cho
cây trồng. Trong thành phần chất thải rắn hữu cơ, chất thải thực phẩm chiếm tỷ lệ
lớn, ước tính 20% trong chất thải rắn hữu cơ, có khả năng phân hủy nhanh bằng
phương pháp sinh học kỵ khí [113] . Vì vậy trong khuôn khổ của luận án, để có thể
nghiên cứu được trong phòng thí nghiệm, tác giả chọn loại chất thải thực phẩm
(thực phẩm thừa) giàu hữu cơ đại diện cho chất thải rắn hữu cơ, có lượng đáng kể
làm đối tượng nghiên cứu khi nghiên cứu công nghệ xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự
hoại và rác hữu cơ.
1.2.4. Thành phần tính chất và biện pháp xử lý rác hữu cơ có nguồn gốc từ
chất thải thực phẩm
1.2.4.1. Thành phần, tính chất của rác hữu cơ có nguồn gốc từ chất thải thực
phẩm
Rác hữu cơ dễ phân hủy có nguồn gốc từ thức ăn thừa, lá cây, rau, củ, quả,
xác động vật. Trong luận án này, đối tượng nghiên cứu là chất thải thực phẩm. Chất
thải thực phẩm bao gồm thức ăn thừa (cọng rau thừa, thịt, cá trứng, cơm,...), có khả
năng phân hủy sinh học cao, chiếm tỷ lệ 9% trong thành phần chất thải rắn đô thị và
ước tính thực phẩm thừa chiếm 20% trong rác hữu cơ [113] Tại Việt Nam, tỉ lệ chất
thải thực phẩm chiếm tỉ lệ 20-30% trong thành phần rác thải sinh hoạt sinh hoạt của


24

hộ gia đình [16] , đặc biệt tại các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, tỉ lệ
này lên tới 46% [17].
Thành phần chất thải thực phẩm từ các đơn vị phục vụ ăn uống có đặc trưng
sau: độ ẩm chiếm 70% khối lượng, dễ phân hủy bằng phương pháp sinh học, có tỉ lệ
thành phần Cacbon cao chiếm 48% khối lượng tính theo chất khô, có khả năng tồn
tại các mầm bệnh, vi khuẩn và vi sinh vật gây bệnh [113] Chất thải thực phẩm nếu
không được xử lý thích đáng sẽ tạo điều kiện cho mầm bệnh lây lan, nguy cơ ảnh
hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
Hiện nay tại khu vực Hà Nội, phần lớn CTR chưa được phân loại tại nguồn,
rác thải hữu cơ không được xử lý và đưa đến bãi chôn lấp gây ô nhiễm môi trường
nặng nề, là nguyên nhân gây nên nhiều dịch bệnh. Chất thải thực phẩm chiếm tỉ lệ
đáng kể trong rác hữu cơ, gây ra các tác động tiêu cực về môi trường.
Thành phần, tính chất của chất thải thực phẩm khác nhau tùy thuộc vào tập
tục sinh hoạt, điều kiện sống của từng khu vực. Kết quả phân tích chất thải thực
phẩm cho thấy: giá trị COD/N của chất thải thực phẩm cao hơn nhiều so với bùn bể
tự hoại, dao động trong khoảng 85-179/1 (COD/N của bùn bể tự hoại dao động
trong khoảng 9-18/1). Giá trị COD của chất thải thực phẩm tại Hà Nội dao động
trong khoảng 135.000-241.000 mg/l, cao hơn nhiều so với COD của bùn bể tự hoại
(COD của bùn bể tự hoại dao động trong khoảng 12.600-79.500 mg/l). Giá trị VS
của chất thải thực phẩm cao hơn 6,5-51 lần giá trị VS của bùn bể tự hoại. VS/TS
của chất thải thực phẩm có giá trị 79-95%, cho thấy chất thải thực phẩm có khả
năng dễ phân hủy hơn bùn bể tự hoại bằng phương pháp sinh học. (Kết quả phân
tích chất thải thực phẩm thành phố Hà Nội tham khảo Phụ lục 1, bảng 1.2)
1.2.4.2. Giải pháp xử lý chất thải thực phẩm
Trên thế giới
Trên thế giới, chất thải thực phẩm có thể được xử lý dưới 4 hình thức: Tận
dụng làm thức ăn chăn nuôi, tận dụng làm phân bón, tận dụng làm nhiên liệu và
chôn lấp (hình 1.6). Biện pháp biến chất thải thực phẩm thành phân bón gồm có ủ
compost và phân hủy kỵ khí, trong đó biện pháp phân hủy kỵ khí vừa sản xuất ra

phân bón lại vừa tạo ra năng lượng khí biogas. So với ủ compost, xử lý chất thải


25

thực phẩm bằng phương pháp kỵ khí có nhiều ưu điểm: xử lý được chất thải có độ
ẩm cao, sinh năng lượng metan, yêu cầu ít diện tích, ít mùi và khí nhà kính [40] [73]
. Sản phẩm sau phân hủy tại bể phản ứng kỵ khí đưa đến bãi chôn lấp sẽ giảm được
thể tích bãi chôn lấp, không còn quá trình sinh hóa nên giảm mùi và chất gây ô
nhiễm môi trường [65] . Tại thị trấn Okimachi, Nhật Bản, bằng cách xử lý kết hợp
bùn từ trạm xử lý, bùn từ bể tự hoại Jokaso và chất thải thực phẩm từ nhà hàng đã
làm giảm lượng rác hữu cơ đưa đến bãi chôn lấp, đồng thời tạo khí metan phục vụ
cho sản xuất phát điện. Lượng rác hữu cơ giảm đến bãi chôn lấp năm 2010 giảm
47% so với năm 2005. Đồng thời, chất thải sau xử lý tại bể phản ứng kỵ khí được
sử dụng làm phân bón cho cây trồng [56] .
Chất thải

Biện pháp xử lý

Sản phẩm

Thức ăn chăn nuôi

Ủ compost

Phân bón

Chất thải
thực phẩm
Phân hủy kỵ khí

Khí biogas – Năng lượng

Chôn lấp

Hình 1.6. Các biện pháp xử lý chất thải thực phẩm
Tại Việt Nam
Tại các đô thị của Việt Nam, phương thức xử lý chất thải thực phẩm của các
hộ gia đình tại các đô thị của Việt Nam chủ yếu là chôn lấp, chỉ một phần nhỏ được
xử lý, ủ compost thành phân vi sinh bón cho cây trồng. Trước đây, một phần nhỏ
chất thải thực phẩm này được thu gom để chăn nuôi gia súc, gia cầm. Nhưng hiện
nay thói quen đó không nhiều do đã có thức ăn công nghiệp cho gia súc và gia cầm.