Đề tài Sản xuất khí đốt từ rác thải sinh hoạt

MỤC LỤC Mở đầu: lý do chọn đề tài.................................................................3 Nội dung 5 I. Khái quát chung 5 1.1. Khái niệm về chất thải và phân loại chất thải 5 1.1.1. Khái niệm về chất thải 5 1.1.2. Các cách phân loại chất thải 5 1.2. Rác thải sinh hoạt 6 1.2.1. Khái niệm rác thải sinh hoạt 6 1.2.2. Thành phần của rác thải sinh hoạt 7 1.2.3. Tác động của rác thải đến môi trường và con người 7 1.2.3.1. Ô nhiễm do rác 7 1.2.3.2. Hiện trạng rác thải sinh hoạt ở Việt Nam 8 1.2.3.3.Các giải pháp phòng ngừa và giảm thiểu chất thải rắn 91.2.3.4. Công tác quản lý rác thải sinh hoạt ở Việt Nam hiện nay 10 1.2.3.5. Một số biện pháp cụ thể trong việc xử lý, phòng ngừa và giảm thiểu rác thải sinh hoạt trên thế giới 12 1.2.3.5.1. Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh 12 1.2.3.5.2. Công nghệ thiêu hủy 131.2.3.5.3. Công nghệ xử lý rác bằng công nghệ vi sinh (sinh học) 131.2.3.5.4.Tái chế rác thải 141.2.3.5.5. Hiện trạng xử lý rác thải tại một số nước trên thế giới 16 1.3. Tình hình năng lượng – khí đốt hiện nay 19 II. Sản xuất khí đốt từ rác thải sinh hoạt 20 2.1. Phương pháp Popov 21 2.2. Phương pháp nhiệt hóa học 21 2.3. Công nghệ biogas 22 2.3.1. Khái niệm 22 2.3.2. Cơ sở lý thuyết của công nghệ Biogas 22 2.3.3. Thiết kế hầm Biogas 24 2.3.4. Ưu điểm của công nghệ biogas 26 2.3.5. Tình hình sản xuất và sử dụng biogas hiện nay 27 Kết luận 29 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thế giới đang ngày càng phát triển không ngừng, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn ra mạnh mẽ. Cùng với sự tăng thêm các cơ sở sản xuất với quy mô ngày càng lớn, các khu tập trung dân cư càng ngày nhiều, nhu cầu tiêu dùng các sản phẩm vật chất cũng ngày càng lớn. Tất cả những điều đó tạo điều kiện kích thích các ngành sản xuất, kinh doanh và dịch vụ được mở rộng và phát triển nhanh chóng, đóng góp tích cực cho sự phát triển kinh tế của đất nước, nâng cao mức sống chung của xã hội; mặt khác cũng tạo ra một số lượng lớn chất thải bao gồm: Chất thải sinh hoạt, chất thải công nghiệp, chất thải y tế, chất thải nông nghiệp, chất thải xây dựng, v.v… Trong đó, rác thải sinh hoạt hiện nay là một vấn đề đáng lo ngại của toàn thế giới. Dân số ngày càng tăng, lượng rác thải cũng theo tỉ lệ mà tăng theo, nó là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe loài người. Tuy vậy, rác cũng là một phần của cuộc sống. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và sự quan tâm của toàn thế giới, rác không chỉ đi ra từ cuộc sống mà nó còn quay lại cuộc sống, phục vụ đời sống con người, cùng con người xây dựng cuộc sống mới. Không chỉ các nước hiện đại mà tất cả các nước trên toàn thế giới đang cố gắng xử lý rác thải một cách hợp lý nhất để xây dựng một thế giới mới - thế giới không rác thải. Vấn đề năng lượng cũng đang trở thành mối lo ngại của toàn cầu, không riêng một quốc gia nào. Các nguồn than đá và dầu mỏ sẽ cạn kiệt. Bởi vậy việc tạo ra các nguồn năng lượng nhân tạo là vô cùng cần thiết. Hơn nữa, việc sử dụng dầu mỏ, than đá làm khí đốt cũng tạo một lượng lớn các khí độc hại ra ngoài môi trường. Để giải quyết hai vấn đề này một lúc là một bài toán rất khó nhưng nếu giải quyết tốt sẽ mang lại những lợi ích to lớn đối với con người. Các nước đang cố gắng hết sức để tìm ra các biện pháp để giải quyết vấn đề này. Một trong những biện pháp được coi là tối ưu đã và đang được sử dụng ưa chuộng ở nhiều nước, đó là sản xuất khí đốt từ rác thải sinh hoạt. Phương pháp này không những tận dụng được lượng rác thải giúp môi trường xanh sạch đẹp mà nó còn giải quyết được vấn đề năng lượng cho con người. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nước phát triển thành tựu này của khoa học kỹ thuật vào trong đời sống và đạt được nhiều thành công .Nước ta là một nước còn nghèo, thực trạng xử lý rác thải còn chưa tốt, xăng dầu và chất đốt gây khó khăn lớn cho nhân dân.Tình hình sản xuất khí đốt từ rác thải chưa phát triển, mới bắt đầu phát triển công nghệ sản xuất biogas từ phân hữu cơ, chưa tận dụng được nhiều nguồn rác thải, bởi vậy rác thải còn tràn lan gây ô nhiễm môi trường. Chính vì vậy, tôi đã lựa chọn đề tài: “sản xuất khí đốt từ rác thải sinh hoạt” với mong muốn qua đề tài này, mọi người sẽ hiểu sâu hơn về ý thức và trách nhiệm bảo vệ môi trường, công nghệ xử lý rác thải, áp dụng có hiệu quả trong đời sống, làm cho đời sống con người ngày càng phát triển, ngày càng văn minh, hiện đại hơn. NỘI DUNG I. Khái quát chung 1.1. Khái niệm về chất thải và phân loại chất thải 1.1.1. Khái niệm về chất thải Chất thải là toàn bộ các loại vật chất được con người loại bỏ trong các hoạt động kinh tế- xã hội, bao gồm các hoạt động sản xuất và hoạt động sống ,duy trì sự tồn tại của cộng đồng. Hay nói cách khác: Chất thải là sản phẩm được phát sinh trong quá trình sinh hoạt của con người, sản xuất công nghiệp, xây dựng, nông nghiệp, thương mại, du lịch, giao thông, sinh hoạt tại các gia đình, trường học, các khu dân cư, nhà hàng, khách sạn. Lượng chất thải phát sinh thay đổi do tác động của nhiều yếu tố như tăng trưởng và phát triển sản xuất, sự gia tăng dân số, quá trình đô thị hoá, công nghiệp hoá và sự phát triển điều kiện sống, trình độ dân trí. 1.1.2. Các cách phân loại chất thải - Phân loại theo thành phần: + Chất thải vô cơ như: bụi, xỉ, vật liệu xây dựng( gạch, vữa, thủy tinh, gốm, sứ…), một số loại phân bón, đồ dùng thải bỏ gia đình. + Chất hữu cơ như: thực phẩm thừa, chất thải từ lò giết mổ, chăn nuôi cho đến các dung môi, nhựa, dầu mỡ. - Phân loại theo nguồn của nó: + Chất thải sinh hoạt: phát sinh hàng ngày ở các đô thị, làng mạc, khu dân cư, các trung tâm dịch vụ, công viên. + Chất thải công nghiệp: phát sinh từ trong quá trình sản xuất công nghiệp và thủ công nghiệp( gồm nhiều thành phần phức tạp, đa dạng trong đó chủ yếu là các dạng rắn, dạng lỏng, dạng khí). + Chất thải y tế… - Phân loại theo mức độ nguy hại + Chất thải nguy hại: là chất thải dễ gây phản ứng, dễ cháy nổ, ăn mòn, nhiễm khuẩn độc hại, chứa chất phóng xạ, các kim loại nặng. Các chất thải này tiềm ẩn nhiều sự cố gây rủi ro, nhiễm độc, đe dọa sức khỏe con người và sự phát triển của động thực vật, đồng thời là nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. + Chất thải không nguy hại: là chất thải không chứa các chất và các hợp chất có các tính chất nguy hại. Thường là các chất thải phát sinh trong gia đình, đô thị… - Phân loại theo trạng thái chất thải: + Chất thải theo trạng thái rắn: bao gồm các chất thải sinh hoạt, chất thải từ các cơ sở chế tạo máy, xây dựng( kim loại, da, hóa chất sơn, nhựa thủy tinh, vật liệu xây dựng…) + Chất thải ở trạng thải lỏng: phân bùn từ cống rắn, bể phốt, nước thải từ nhà máy lọc dầu, rượu bia, nước từ nhà máy sản xuất giấy, dệt nhuộm và vệ sinh công nghiệp… + Chất thải ở trạng thái khí: bao gồm khí thải các động cơ đốt trong các máy động lực, giao thông, ô tô, máy kéo, tàu hỏa, nhà máy nhiệt điện, sản xuất vật liệu… 1.2. Rác thải sinh hoạt 1.2.1. Khái niệm rác thải sinh hoạt Chất thải rắn( còn gọi là rác) là các chất rắn bị loại ra trong quá trình sống, sinh hoạt, sản xuất của con người và động vật. Rác phát sinh từ các gia đình, khu công cộng, khu thương mại, khu xây dựng, bệnh viện, khu xử lý chất thải…Trong đó, rác thải sinh hoạt chiếm tỉ lệ cao nhất. Số lượng, thành phần, chất lượng rác thải ở từng khu vực, từng quốc gia là rất khác nhau, phụ thuộc vào trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật. Bất kì hoạt động sống của con người, tại nhà, công sở, trên đường đi, tại nơi công cộng…đều sinh ra một lượng rác đáng kể. Thành phần chủ yếu của chúng là các chất hữu cơ và rất dễ gây ô nhiễm trở lại môi trường sống. Cho nên rác thải sinh hoạt có thể định nghĩa là các thành phần tàn tích hữu cơ phục vụ cho hoạt động sống của con người, chúng không còn được sử dụng và vứt trả lại môi trường sống. 1.2.2. Thành phần của rác thải sinh hoạt - Rau, thực phẩm thừa, chất hữu cơ dễ phân hủy chiếm khoảng 64.7 % về khối lượng. - Cây gỗ chiếm khoảng 6.6 % về khối lượng. - Giấy, bao bì giấy chiếm khoảng 2.1 % về khối lượng. - Plastic khó tái chế chiếm khoảng 9.1% về khối lượng. - Cao su, đế giày dép chiếm khoảng 6.3 % về khối lượng. - Vải sợi, vật liệu sợi chiếm khoảng 4.2 % về khối lượng. - Đất đá, bê tông chiếm khoảng 1.6 % về khối lượng. - Thành phần khác chiếm khoảng 5.4 % về khối lượng. 1.2.3. Tác động của rác thải đến môi trường và con người 1.2.3.1. Ô nhiễm do rác Rác thải sinh hoạt gây ô nhiễm toàn diện đến môi trường sống: không khí, đất, nước. Gây hại sức khỏe: Những nơi vứt rác bừa bãi sinh ra muỗi, ruồi nhặng là những sinh vật truyền nhiễm sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người (sốt rét, sốt xuất huyết, bệnh viêm não,…) Rác làm thức ăn cho chuột, từ chuột dễ lây lan cho người các bệnh như: dịch hạch, sốt có thể dẫn đến tử vong. Rác gây mùi hôi thối khó chịu cho xung quanh. Ô nhiễm nước: Rác sinh hoạt không được thu gom thải vào kênh rạch, sông hồ…gây ô nhiễm môi trường nước bởi chính bản thân chúng. Rác nặng lắng làm nghẽn đường lưu thông, rác nhẹ làm đục nước, nylon làm giảm diện tích tiếp xúc với không khí, giảm do trong nước, làm mất mỹ quan gây tác động cảm quan xấu đối với người sử dụng nguồn nước. Chất hữu cơ phân hủy gây mùi hôi thối, gây phú dưỡng hóa nguồn nước. Nước rò rỉ trong bãi rác đi vào nguồn nước ngầm, gây ô nhiễm nguồn nước ngầm như ô nhiễm kim loại nặng, nồng độ nitrogen, photpho cao chảy vào sông hồ gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Ô nhiễm không khí: Bụi trong quá trình vận chuyển lưu trữ rác gây ô nhiễm không khí. Rác hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Trong môi trường hiếu khí, kị khí có độ ẩm cao, rác phân hủy sinh ra CO2, SO2, CO, H2S, NH3…ngay từ khâu thu gom đến chôn lấp. CH4 là chất thải thứ cấp gây cháy nổ. Ô nhiễm đất: Nước rò rỉ trong các bãi rác gây ô nhiễm đất. Những nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm do rác thải sinh hoạt: Trình độ hiểu biết của nguời dân còn thấp (không thấy rõ tác hại của việc vứt rác thải bừa bãi và tầm quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, không biết tận dụng phế phẩm thừa làm phân bón). Ý thức, trách nhiệm còn kém (không bỏ rác đúng nơi quy định, bảo thủ không muốn thực hiện theo những chủ trương về bảo vệ môi trường đã đề ra vì sợ tốn tiền). Các cấp chính quyền địa phương còn lơ là đối với việc quản lý môi trường. Ở khu vực đô thị, quá trình đô thị hóa hiện nay kéo theo một số lượng người dân ở nông thôn ra thành phố sống đã gây nên những xáo trộn lớn lao trong sinh hoạt ở các vùng dân cư và vấn đề rác thải đang có nguy cơ ngày càng tăng, đặc biệt là trong các đô thị mới, khu kinh tế tập trung như nhà mới mọc nhiều gây khó khăn cho thu gom, nhà quá nghèo hoặc nhà giàu không muốn hòa nhập cộng đồng dẫn đến tình trạng không giữ vệ sinh chung (nhà trên có thể vứt rác xuống sân gây ô nhiễm), các khu đô thị hóa dọc trục giao thông, các trung tâm công nghiệp tập trung không được quản lý chặt chẽ. 1.2.3.2. Hiện trạng rác thải sinh hoạt ở Việt Nam - Ở Việt Nam mỗi năm phát sinh đến hơn 15 triệu tấn chất thải rắn, trong đó chất thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, nhà hàng, các khu chợ và kinh doanh chiếm tới 80% tổng lượng chất thải phát sinh trong cả nước. Lượng còn lại phát sinh từ các cơ sở công nghiệp. Chất thải nguy hại công nghiệp và các nguồn chất thải y tế nguy hại tuy phát sinh với khối lượng ít hơn nhiều nhưng cũng được coi là nguồn thải đáng lưu ý do chúng có nguy cơ gây hại cho sức khoẻ và môi trường rất cao nếu như không được xử lý theo cách thích hợp. - Theo số liệu thống kê, hiện nay tổng lượng rác thải rắn sinh hoạt phát sinh trong toàn quốc ước tính khoảng 1,28tr tấn/năm.Trong đó khu vực đô thị là (từ loại 4 trở lên) là 6,9tr tấn/năm (chiếm 54%),lượng chất thải còn lại tập trung ở các xã, thị trấn thuọc huyện.Ước tính mỗi người dân đô thị ở Việt Nam trung bình phát thải khoảng trên 2/3 kg chất thải mỗi ngày, gấp đôi lượng thải bình quân đầu người ở vùng nông thôn. Chất thải phát sinh từ các hộ gia đình và các khu kinh doanh ở vùng nông thôn và đô thị có thành phần khác nhau. Chất thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, các khu chợ và khu kinh doanh ở nông thôn chứa một tỷ lệ lớn các chất hữu cơ dễ phân huỷ (chiếm 60-75%). Ở các vùng đô thị, chất thải có thành phần các chất hữu cơ dễ phân huỷ thấp hơn (chỉ chiếm cỡ 50% tổng lượng chất thải sinh hoạt). Sự thay đổi về mô hình tiêu thụ và sản phẩm là nguyên nhân dẫn đến làm tăng tỷ lệ phát sinh chất thải nguy hại và chất thải không phân huỷ được như nhựa, kim loại và thuỷ tinh. - Dự báo tổng lượng rác thải rắn sinh hoạt đô thị đến 2010 là vào khoảng hơn 12tr tấn/năm và đến 2020 khoảng 22tr tấn/năm. Như vậy với lượng gia tăng lượng chất thải rắn như trên thì nguy cơ ô nhiễm môi trường và tác động tới sức khỏe cộng đồng do chất thải rắn gây ra đang trở thành một trong những vấn đề cấp bách của công tác bảo vệ môi trường ở nước ta. 1.2.3.3. Các giải pháp phòng ngừa và giảm thiểu chất thải rắn• Triển khai rộng rãi công tác phân loại rác thải ngay tại nguồn phát sinh sẽ góp phần giảm bớt gánh nặng cho thu gom và xử lý chất thải đô thị.• Xây dựng hướng dẫn về công tác quản lý chất thải rắn nói chung, chất thải nguy hại nói riêng và phổ biến rộng rãi các hướng dẫn này.• Tăng cường khung thể chế, kể cả phát triển hệ thống thu phí chất thải để cân bằng chi phí cho quản lý chất thải rắn;• Mở rộng chương trình nâng cao nhận thức về quản lý chất thải rắn cho cộng đồng, đặc biệt là đối với các công ty là chủ nguồn thải.• Tăng cường đáng kể nguồn lực giám sát và cưỡng chế thực hiện quy chế quản lý chất thải rắn.• Đầu tư cơ sở vật chất để xử lý và tiêu huỷ chất thải rắn theo phương thức hợp vệ sinh. Cụ thể là đầu tư hệ thống xử lý chất thải nguy hại và bãi chôn lấp an toàn cho các loại chất thải rắn. • Nâng cao nhận thức của cộng đồng về việc quản lý chất thải rắn và huy động cộng đồng tự giác tham gia giải quyết vấn đề chất thải rắn. 1.2.3.4. Công tác quản lý rác thải sinh hoạt ở Việt Nam hiện nay - Hiện nay việc thu gom và xử lý rác thải vẫn đang còn ở tình trạng chưa đáp ứng yêu cầu, đây là nguyên nhân quan trọng gây ô nhiễm môi trường nước, không khí, đất, vệ sinh đô thị và ảnh hưởng xấu đến cảnh quan đô thị và sức khoẻ cộng đồng. - Việc xử lý chất thải rắn đô thị cho đến nay chủ yếu vẫn là đổ ở các bãi thải lộ thiên không có sự kiểm soát, mùi hôi và nước rác là nguồn gây ô nhiễm cho môi trường đất, nước và không khí. - Theo báo cáo của sở khoa học công nghệ và môi trường các tỉnh, thành và theo kết quả quan trắc của 3 vùng, mới chỉ có 32/64 tỉnh, thành có dự án đầu tư xây dựng bãi chôn lấp hợp vệ sinh, trong đó 13 đô thị đã được đầu tư xây dựng. Tuy nhiên, trừ bãi chôn lấp chất thải rắn tại Khu Liên hợp Xử lý chất thải Nam Sơn, Hà Nội và bãi chôn lấp chất thải rắn tại thành phố Huế đang hoạt động trong sự tuân thủ các yêu cầu đảm bảo môi trường một cách tương đối, còn các bãi khác, kể cả bãi chôn lấp rác thải hiện đại như Gò Cát ở thành phố Hồ Chí Minh, cũng đang ở trong tình trạng hoạt động không hợp vệ sinh. - Thành phố Hà Nội là địa phương đầu tiên tiến hành xử lý chất thải sinh hoạt bằng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh (Sanitary Landfill) tại Khu Liên hợp Xử lý chất thải Nam Sơn kể từ năm 1999 đến nay với tổng năng lực chôn lấp khoảng 13 triệu tấn chất thải sinh hoạt trên tổng diện tích 83ha. - Việc xử lý chất thải chủ yếu do các công ty môi trường đô thị của các tỉnh/thành phố (URENCO) thực hiện. Đây là cơ quan chịu trách nhiệm thu gom và tiêu huỷ chất thải sinh hoạt, bao gồm cả chất thải sinh hoạt gia đình, chất thải văn phòng, đồng thời cũng là cơ quan chịu trách nhiệm xử lý cả chất thải công nghiệp và y tế trong hầu hết các trường hợp. - Tỷ lệ thu gom chất thải sinh hoạt tính trung bình cho cả nước chỉ tăng từ 65-71% ( giai đoạn từ 2000 - 2003). Tính trung bình, các thành phố có dân số lớn hơn 500.000 dân có tỷ lệ thu gom đạt 76% trong khi đó tỷ lệ này lại giảm xuống còn 70% ở các thành phố có số dân từ 100.000 - 350.000 người. Ở các vùng nông thôn, tỷ lệ thu gom rất thấp. Do xa xôi và các dịch vụ thu gom không đến được các vùng nông thôn nên chỉ có khoảng 20% nhóm các hộ gia đình có mức thu nhập cao nhất ở các vùng nông thôn được thu gom rác. Ở các vùng đô thị, dịch vụ thu gom chất thải thường cũng chưa cung cấp được cho các khu định cư, các khu nhà ở tạm và ngoại ô thành phố là nơi sinh sống chủ yếu của các hộ dân có thu nhập thấp. Nhiều sáng kiến mới đang được thực hiện nhằm khắc phục tình trạng thiếu các dịch vụ thu gom chất thải sinh hoạt. Cũng giống như nhiều nước khác trong khu vực Nam và Đông Nam Á, tiêu huỷ chất thải ở các bãi rác lộ thiên hoặc các bãi rác có kiểm soát là những hình thức xử lý chủ yếu ở Việt Nam. Theo Quyết định số 64/2003/QĐ-TTg, ngày 22/4/2003 của Thủ tướng Chính phủ, đến năm 2007, trong số 439 cơ sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trên cả nước có 49 bãi rác lộ thiên hoặc các khu chôn lấp vận hành không hợp vệ sinh có nguy cơ gây rủi ro cho môi trường và sức khoẻ người dân cao phải được tiến hành xử lý triệt để, tuy nhiên, cần tìm nguồn kinh phí cho các hoạt động xử lý này. Tuy đã có nhiều nỗ lực nhằm nâng cao chất lượng quản lý chất thải sinh hoạt nhưng các thông tin về việc xử lý chất thải nguy hại, đặc biệt là chất thải nguy hại từ công nghiệp còn có rất ít, do đó cần phải quản lý tốt hơn. Hiện nay, Chính phủ đang rất ưu tiên cho việc xây dựng các hệ thống xử lý và tiêu huỷ chất thải, bao gồm cả các bãi chôn lấp. Tuy nhiên, do thiếu nguồn tài chính nên hầu hết các bãi chôn lấp hợp vệ sinh đều được xây dựng bằng nguồn vốn ODA. Tự tiêu huỷ là hình thức khá phổ biến ở các vùng không có dịch vụ thu gom và tiêu huỷ chất thải. Các hộ gia đình không được sử dụng các dịch vụ thu gom và tiêu huỷ chất thải buộc phải áp dụng các biện pháp tiêu huỷ của riêng gia đình mình, thường là đem đổ bỏ ở các sông, hồ gần nhà họ, hoặc là vứt bừa bãi ở một nơi nào đó gần nhà. Một số phương pháp tự tiêu huỷ khác là đốt hoặc chôn lấp. Tất cả các phương pháp này đều có thể huỷ hoại môi trường một cách nghiêm trọng và có khả năng gây hại cho sức khoẻ con người. Nhiều bãi rác và bãi chôn lấp đang là mối hiểm hoạ về mặt môi trường đối với người dân địa phương. Các bãi chôn lấp không hợp vệ sinh và các bãi rác lộ thiên gây ra rất nhiều vấn đề môi trường đối với các cộng đồng dân cư xung quanh, bao gồm cả các vấn đề về ô nhiễm nước ngầm và nước mặt do nước rác không được xử lý, các chất ô nhiễm không khí, ô nhiễm mùi, ruồi, muỗi, chuột bọ và ô nhiễm bụi, tiếng ồn. 1.2.3.5. Một số biện pháp cụ thể trong việc xử lý, phòng ngừa và giảm thiểu rác thải sinh hoạt trên thế giới 1.2.3.5.1. Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh. Chôn lấp là biện pháp cô lập chất thải nhằm giảm thiểu khả năng phát tán chất thải vào môi trường. Trong quá trình thải bỏ chất nguy hại, người ta phải kiểm soát được các phản ứng xảy ra, các chất sinh ra trong khu vực thải và môi trường xung quanh; thực hiện giám sát môi trường; bảo trì cho bãi thải sau khi đóng cửa nhằm tránh tiếp xúc chất nguy hại với môi trường trong mọi tình huống kể cả khi có sự cố. Để đảm bảo công tác này, có một số nguyên tắc cần phải được tuân thủ trong khi chôn lấp chất thải, thiết kế và vận hành bãi chôn lấp. + Xử lý chất thải trước khi chôn lấp: Chất thải cần phải được đóng gói theo đúng tiêu chuẩn quy định về an toàn trước khi chôn lấp hoặc có thể cố định hoặc hoá rắn trước khi chôn lấp. + Lựa chọn vị trí bãi chôn lấp: xem xét đến các vấn đề về địa hình, thổ nhưỡng, thuỷ văn…; các điều kiện khí hậu, môi trường của địa phương; bố trí mặt bằng của khu vực, đảm bảo khoảng cách đến các công trình liên quan, khoảng cách vận chuyển. Hạn chế đặt gần khu dân cư, sân bay, khu ruộng trồng lương thực, đất ướt, đất nứt, vùng có nguy cơ động đất và khu vực không ổn định, gần sông suối, các nguồn nước sử dụng trong sinh hoạt. + Nguyên tắc thiết kế bãi chôn lấp: Các chất thải độc hại khi tiếp xúc với nhau có thể sinh ra các chất có tính độc hại cao hơn hay có thể xảy ra phản ứng tạo thành các chất ô nhiễm, cho nên cần thiết kế các ngăn chôn lấp riêng biệt đối với từng chất để chúng không có cơ hội kết hợp với nhau. + Quy tắc vận hành bãi chôn lấp: Trong khi bãi đang hoạt động, cần có biện pháp kiểm soát các tác nhân gây bệnh, các khí sinh ra, nước rò rỉ, nước chảy qua, nước chảy tràn, nước thấm. Thực hiện chương trình giám sát môi trường: chất lượng nước ngầm xung quanh khu vực bãi chôn lấp, các loại khí độc và dễ cháy,… khi vận hành cũng như sau khi đóng cửa bãi chôn lấp và duy trì cho đến vài chục năm sau.1.2.3.5.2. Công nghệ thiêu hủy Đốt là quá trình oxy hóa chất thải ở nhiệt độ cao. Công nghệ này rất phù hợp để xử lý rác thải như cao su, nhựa, giấy, da, cặn dầu, dung môi, thuốc bảo vệ thực vật và đặc biệt là chất thải y tế trong những lò đốt chuyên dụng hoặc công nghiệp như lò nung xi măng.Tuy nhiên, để triển khai được theo hướng này, cần có thời gian chuẩn bị nhiều mặt, cả về pháp lý, nguồn lực thu gom vận chuyển, sự đồng thuận của cộng đồng và doanh nghiệp. Công nghệ thiêu đốt có nhiều ưu điểm như khả năng tận dụng nhiệt, xử lý triệt để khối lượng, sạch sẽ, không tốn đất để chôn lấp nhưng cũng có một số hạn chế như chi phí đầu tư, vận hành, xử lý khí thải lớn, dễ tạo ra các sản phẩm phụ nguy hiểm.1.2.3.5.3. Công nghệ xử lý rác bằng công nghệ vi sinh (sinh học).  Công nghệ sinh học với vai trò của vi sinh vật. Quy trình xử lý rác này bắt đầu được ứng dụng ở nước ta cách đây khoảng 2 thập kỷ nhưng mấy năm gần đây mới thực sự được chú trọng. Thực chất việc xử lí rác bằng công nghệ sinh học là một quy trình sản xuất khép kín. Rác thải sinh hoạt sau khi thu gom sẽ được đưa vào băng tải để phân loại. Rác hữu cơ được tách riêng, sau đó nghiền nhỏ và trộn với các loại chất thải có chứa nhiều vi sinh vật rồi đem ủ. Trong khoảng 10-12 ngày sẽ diễn ra quá trình lên men sinh học kỵ khí và hiếu khí. Theo phương pháp này, rác trở thành nguồn tài nguyên quý giá: khí sinh học và phân vi sinh.  Kết quả phân tích thành phần rác thải sinh hoạt cho thấy, thành phần rác hữu cơ của ta chiếm khoảng 45-55%, là tỉ lệ cao nên rất thích hợp với phương pháp xử lý bằng công nghệ sinh học. Khí sinh học được sử dụng chạy động cơ phát điện hoặc phục vụ cho chính quá trình xử lí rác. Theo tính toán, một nhà máy với công nghệ trung bình, có thể tự túc được 40-50% năng lượng điện. Còn phân vi sinh được bán ra thị trường phục vụ sản xuất nông nghiệp. Nhờ xử lí bằng công nghệ sinh học, bước đầu rác đã đem lại hiệu quả kinh tế. Sản phẩm của các nhà máy xử lý rác bằng công nghệ vi sinh đã được bán ra thị trường. Hơn nữa, xử lý rác bằng công nghệ vi sinh có thể khắc phục được tình trạng ô nhiễm môi trường không khí và ô nhiễm nguồn nước, đồng thời tiết kiệm được diện tích đất. Bằng công nghệ này, chắc chắn trong tương lai không xa, chúng ta sẽ khai thác thêm được một nguồn năng lượng mới phục vụ sản xuất, đồng thời giải quyết được tình trạng ứ đọng rác thải, góp phần làm sạch môi trường sinh thái. Nhưng, để công nghệ này đem lại hiệu quả tốt hơn, ngoài sự đầu tư của Nhà nước, sự hỗ trợ của các tổ chức quốc tế, rất cần có sự đồng thuận của cả cộng đồng trong việc phân loại rác tại nguồn phát thải 1.2.3.5.4. Tái chế rác thải Khái niệm tái sử dụng các chất rác thải của quá trình sản xuất và sinh hoạt đã có từ rất lâu. Từ xưa, ông cha ta đã tận dụng than xương động vật trong sản xuất đường hay tái sử dụng sắt vụn, đồng vụn trong sản xuất nông cụ và vật dụng sinh hoạt. Những hoạt động tái chế sơ khai này đã góp phần làm giảm giá thành và giúp giải quyết vấn đề khan hiếm nguyên liệu sản xuất thời đó. Ngày nay, trong bối cảnh cạnh tranh khốc liệt, vai trò của tái chế như là nguồn cung cấp nguyên, nhiên vật liệu giá rẻ càng trở nên quan trọng hơn. Nguồn nguyên liệu từ tái chế có thể coi là vô tận, vì có sản xuất là có rác thải và có cơ hội cho tái chế. Mặc khác, tái chế còn là một giải pháp hữu hiệu làm giảm chi phí sản xuất, giảm chi phí xử lý chất thải và do đó hạ giá thành sản phẩm. Bên cạnh những lợi ích kinh tế, tái chế góp phần làm giảm các thiệt hại môi trường do rác thải gây ra, đồng thời nâng cao uy tín và giúp gắn mác sinh thái cho các sản phẩm của công ty. Xét trên tổng thể, thực hiện tốt biện pháp tái chế đem lại môi trường trong sạch hơn, cải thiện sức khỏe cộng đồng và là một trong những giải pháp quan trọng đảm bảo sự phát triển bền vững của xã hội. Tuy nhiên, yếu tố quan trọng nhất mang lại thành công cho các hoạt động tái chế rác là nhờ lợi nhuận mang lại do nguồn nguyên liệu đầu vào rẻ, phong phú và được hưởng các chính sách khuyến khích. Lợi ích kinh tế chính là động lực quan trọng nhất thu hút dòng đầu tư vào phát triển các công nghệ tái chế rác thải hiện đại và vào xây dựng các cơ sở tái chế. Có nhiều nguồn thu nhập đối với ngành công nghiệp tái chế: từ việc bán nguyên liệu cho các ngành sản xuất, bán các sản phẩm tiêu dùng đã qua sửa chữa, tân trang; và từ việc bán điện do các lò đốt rác sản xuất ra.Các lợi ích của việc tái chế rác thải không chỉ dừng lại ở khâu sản xuất. Nhiều khi, những lợi ích môi trường và xã hội gián tiếp còn to lớn hơn những lợi ích kinh tế đo đếm được. Chẳng hạn, tái chế giúp khôi phục và duy trì một môi trường trong sạch và lành mạnh, nhờ vậy giảm các chi phí chữa bệnh và chi phí do nghỉ ốm. Môi trường trong lành cũng giúp phát triển ngành du lịch, kéo theo là các hoạt động kinh tế khác như nhà hàng, khách sạn, thương mại, cơ sở hạ tầng... Về lâu dài, việc duy trì sự phát triển bền vững quan trọng hơn nhiều so với tăng trưởng nóng trong một thời gian ngắn với chất lượng phát triển thấp, gây áp lực lớn lên hệ thống cơ sở hạ tầng và gây ra những vấn đề môi trường trầm trọng. Một xã hội phát triển bền vững là xã hội không những đảm bảo được các nhu cầu hiện tại của mình mà còn có khả năng đảm bảo nhu cầu cho các thế hệ tương lai. Điều này chỉ có thể thực hiện được khi các nguồn tài nguyên được sử dụng một cách hiệu quả và quan trọng hơn là chúng có thể được tái sinhNhư vậy ta thấy rác cũng có thể trở thành nguồn tài nguyên qúy của nhân loại. 1.2.3.5.5. Hiện trạng xử lý rác thải tại một số nước trên thế giới Đối với các nước châu Á, chôn lấp chất thải rắn vẫn là phương pháp phổ biến để tiêu huỷ vì chi phí rẻ. Trung Quốc và Ấn Độ có tỷ lệ chôn lấp tới 90%. Tỷ lệ thiêu đốt chất thải của Nhật Bản và Đài Loan (TQ) vào loại cao nhất, khoảng 60-80%. Hàn Quốc chiếm tỷ lệ tái chế chất thải cao nhất, khoảng trên 40%. Tại Singapo: kết hợp xử lý rác bằng phương pháp đốt và chôn lấp + Phương pháp đốt: Cả nước Singapo có 3 nhà máy đốt rác. Những thành phần rác thải không cháy được chôn lấp ở bãi rác ngoài biển. Rác thải từ các nguồn khác nhau sau khi thu gom được đưa đến trung tâm phân loại rác. Ở đây, rác được phân loại ra thành những thành phần cháy được và không cháy được. Những chất cháy được được chuyển tới các nhà máy đốt rác, những chất không cháy được được chở đến cảng trung chuyển, đổ lên xà lan để chở ra khu chôn lấp rác. Xử lý khí thải từ các lò đốt rác được thực hiện theo qui trình nghiêm ngặt để tránh sự chuyển dịch ô nhiễm từ dạng rắn sang dạng khí. + Phương pháp chôn lấp: Xây dựng bãi chôn lấp rác trên biển sẽ tiết kiệm được đất đai trong đất liền và mở rộng thêm đất khi đóng bãi nhưng vốn đầu tư ban đầu rất lớn và phải tuân theo những qui trình nghiêm ngặt để đảm bảo sự an toàn của công trình và bảo vệ môi trường. Tại Trung Quốc: Hầu hết các thành phố lớn đều sử dụng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh và sử dụng nhiều hơn các công nghệ thiêu đốt. Việc phân loại và tái chế rác thải ở Trung Quốc được tiến hành bằng lao động thủ công. Ở Trung Quốc chưa có hệ thống chính thống để phân loại và tách chất thải. Ủ phân compost là một phương pháp khả thi ở Trung Quốc, vì trên 50% lượng chất thải có chứa các chất hữu cơ có thể phân huỷ sinh học. Tuy nhiên, những nỗ lực sản xuất compost bị hạn chế bởi việc tách thuỷ tinh, nhựa và các hoá chất khác không phù hợp trong nguyên liệu làm compost. Chôn lấp chất thải là phương pháp xử lý phổ biến nhất ở Trung Quốc. Hiện nay, 660 thành phố có khoảng 1000 bãi chôn lấp lớn, chiếm hơn 50 000 ha đất và ước tính trong 30 năm tới Trung Quốc sẽ cần tới 100 000 ha đất để xây dựng các bãi chôn lấp mới. Trong thập kỷ qua, Trung Quốc mới bắt đầu xây dựng các bãi chôn lấp hợp vệ sinh và phần lớn chất thải rắn vẫn đang gây ra các vấn đề nan giải về môi trường. Nhìn chung, chất lượng các bãi chôn lấp của Trung Quốc không cao theo các tiêu chuẩn của phương Tây. Trên các bãi chôn lấp có cả người , động vật hoạt động, đặc biệt các bãi chôn lấp không có hệ thống xử lý nước rác, kiểm soát khí thải, không được phủ đất. Tại Thụy Điển: Những thành phố tự trị chịu trách nhiệm thu gom và xử lý chất thải sinh hoạt và các loại chất thải tương tự. Trừ chất thải sinh hoạt mà các nhà sản xuất chịu trách nhiệm (như bao bì đóng gói, giấy báo, lốp xe, ô tô và chất thải từ các sản phẩm điện, điện tử). Đối với chất thải khác, trách nhiệm tuỳ thuộc vào chủ cơ sở sản xuất, kinh doanh, nơi chất thải phát sinh. Việc tái chế vật liệu (gồm giấy loại, chất thải đóng gói, chất thải điện, điện tử) được tăng lên đáng kể so với trước đây. Lượng chất thải sinh hoạt được đem đi chôn lấp giảm xuống rõ rệt hiện nay lượng chất thải được đưa đi chôn lấp chiếm gần 10%. Biện pháp chủ yếu được sử dụng hiện nay là xử lý sinh học và biến chất thải thành năng lượng. Tại Nhật Bản: Theo số liệu thống kê mới đây của Bộ Môi trường Nhật Bản, hằng năm nước này có khoảng 450 triệu tấn rác thải, trong đó phần lớn là rác công nghiệp (397 triệu tấn). Trong tổng số rác thải trên, chỉ có khoảng 5% rác thải phải đưa tới bãi chôn lấp, trên 36% được đưa đến các nhà máy để tái chế. Số còn lại được xử lý bằng cách đốt hoặc chôn tại các nhà máy xử lý rác. Với rác thải sinh hoạt của các gia đình, khoảng 70% được tái chế thành phân bón hữu cơ, góp phần giảm bớt nhu cầu sản xuất và nhập khẩu phân bón. Các hộ gia đình ở Nhật bản được yêu cầu phân chia rác thành 3 loại: Rác hữu cơ dễ phân hủy, được thu gom hằng ngày để đưa đến các nhà máy sản xuất phân compost. Các loại rác không cháy được như các loại vỏ chai, hộp…được đưa đến các nhà máy phân loại để tái chế, loại rác khó tái chế hoặc hiệu quả không cao, nhưng cháy được sẽ đưa đén nhà máy đốt rác thu hồi năng lượng. Các loại rác này được yêu cầu tách riêng trong những túi có màu sắc khác nhau và các hộ gia đình phải tự mang ra địa điểm tập kết rác của cum dân cư vào giờ quy định, dưới sự giám sát của đại diện cụm dân cư. Đối với những loại rác có kích thước lớn như tủ lạnh, máy điều hòa, ti vi, giường, bàn ghế...thì phải đăng kí trước và đúng ngày quy định sẽ có xe của công ti vệ sinh môi trường đến chuyên chở.Tại Đức: Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường cho trẻ em chính là một trong những điều kiện để ngành tái chế rác tại Đức đạt được thành công như mong. Không nơi đâu trên thế giới lại có nhiều nguyên liệu được khai thác từ rác như ở đây và vì thế công nghệ tái chế của Đức đã nổi tiếng trên toàn thế giới. Tỷ lệ tái chế đối với thủy tinh, kim loại, giấy là từ 80% - 90%. Riêng sắt thép phế liệu còn là một loại hàng hóa hấp dẫn do giá thành cao. Ngoài nguồn rác thải trong nước, Đức còn nhập khẩu phế liệu từ các nước khác để xử lý. Có thể nói, ngành tái chế rác ở Đức đang dẫn đầu trên thế giới hiện nay. Việc phân loại rác đã được thực hiện nghiêm túc ở Đức từ năm 1991. Rác bao bì gồm hộp đựng thức ăn, nước hoa quả, máy móc bằng nhựa, kim loại hay carton được gom vào thùng màu vàng. Bên cạnh thùng vàng, còn có thùng xanh dương cho giấy, thùng xanh lá cây cho rác sinh học (thức ăn, cây cỏ), thùng đen cho thủy tinh (màu sắc ba loại thùng này có thể thay đổi tùy khu vực). Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường cho trẻ nhỏ bắt đầu từ việc phân loại rác là một trong những phương pháp mà những nhà quản lý tại Đức đã áp dụng. Rác được phân loại triệt để là điều kiện để quá trình xử lý và tái chế rác trở nên thuận lợi và dễ dàng hơn rất nhiều. Từ đó, khái niệm về rác thải dần được thay thế bằng nguồn tài sản tiềm năng, mang lại lợi nhuận đáng kể với những ai biết đầu tư vào việc cải tiến công nghệ. 1.3. Tình hình năng lượng – khí đốt hiện nay - Từ xưa đến nay, con người chủ yếu sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch, khí thiên nhiên, dầu mỏ để làm chất đốt. - Tuy vậy, cùng với sự gia tăng dân số, tăng trưởng kinh tế, gia tăng năng lượng phục vụ đời sống ngày một cao kéo theo nhu cầu về năng lượng ngày càng cao, làm cho môi trường tự nhiên bị xấu đi, bị ô nhiễm, khí hậu, thời tiết thay đổi bất thường, trái đất nóng lên…gây ra biết bao hiểm họa cho con người. Chính tình trạng đó đã đặt con người trước những thử thách lớn, đòi hỏi con người phải tìm ra những biện pháp xử lý hợp lý nhất. - Theo tính toán của các cơ quan năng lượng toàn cầu, tài nguyên về dầu nỏ và khí đốt trên phạm vi toàn thế giới hiện nay chỉ đủ cung cấp cho nhân loại trong vòng 40 – 50 năm, dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt và ngày càng trở nên dắt đỏ. Chính vì vậy, an ninh năng lượng – khí đốt đang là vấn đề quan tâm đặc biệt của nhiều quốc gia. Các nước đã đề ra các biện pháp và tìm kiếm công nghệ tiên tiến, sử dụng hiệu quả hơn nhiên liệu truyền thống như nhiên liệu sinh học, năng lượng tái tạo…để phục vụ nhu cầu của con người. Tại Việt Nam, theo báo cáo “ xây dựng khung phát triển ngành khí Việt Nam” của ngân hàng thế giới mới được công bố thì quy mô của ngành khí tự nhiên của Việt Nam sẽ tăng lên gấp 3 lần nếu đạt được các mục tiêu chính phủ đề ra. Đến năm 2025, ngành khí phải đảm bảo khai thác đủ lượng tiêu thụ lên mức 24 tỷ m3/năm. Những thành tựu mà Việt Nam đạt được trong 10 năm qua đã tạo ra nhu cầu khí rất lớn. Tuy nhiên, nguy cơ thiếu hụt khí ở Việt Nam cũng đã xuất hiện. Ngành khí Việt Nam đang phải đối mặt với ba thách thức lớn. Đó là: + Thứ nhất, giá không ổn định do giá không rõ ràng, không khuyến khích được đầu tư tư nhân tham gia. + Thứ hai, năng lực chuyển đổi từ tài nguyên sang nguồn dự trữ còn hạn chế nên nguồn cung cấp không ổn định, nhất là sau năm 2015. + Thứ ba, sự kết hợp khí – điện chưa hiệu quả. Do đó, sản xuất khí đốt từ rác thải sinh hoạt là vấn đề bức xúc tại Việt Nam. II. Sản xuất khí đốt từ rác thải sinh hoạt Rác thải sinh hoạt đang là mối lo ngại toàn cầu. Nếu không xử lý tốt rác thải, môi trường sẽ bị ô nhiễm nghiêm trọng. Như ta đã thấy, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, con người đã tìm ra các biện pháp để biến rác thải thành nhiên liệu sinh học như dầu đốt, etanol, khí sinh vật…Giải pháp này đã được thực hiện rất có hiệu quả ở một số nước, không chỉ thế còn rất hữu ích trong việc bảo vệ môi trường. Phương pháp này hứa hẹn sẽ phát triển rộng rãi trong tương lai. Khí sinh vật là sản phẩm bay hơi được của quá trình lên men kị khí phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp. Trong đó, metan là thành phần chủ yếu chiếm 60 – 70%, phần còn lại chủ yếu là CO2, thường dao động từ 35 – 40%. Ngoài ra còn có một phần rất nhỏ hỗn hợp khí khác như H2S, H2, O2, N2…Khí metan được tận thu nhằm sử dụng làm năng lượng( nấu nướng, sưởi ấm, chạy máy nổ hay thắp sáng trức tiếp qua đèn măng xông). - Có nhiều phương pháp sản xuất khí đốt từ rác thải, trong đó có các phương pháp chủ yếu: + Phương pháp Popov + Phương pháp nhiệt hóa học + Phương pháp biogas 2.1. Phương pháp Popov - Theo Popov, khí mêtan thu được từ rác thải bị phân hủy ở những khu chứa rác lại có thể đóng góp một phần lớn vào việc cung cấp năng lượng cho thế giới. Khí mêtan hình thành trong các bãi rác, khi rác thải hữu cơ bị phân hủy trong môi trường không có ôxy có thể tách lấy khí mêtan và sử dụng khí này làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông hoặc làm năng lượng sưởi ấm cho các khu nhà cao tầng gần đó.  Khí mêtan thường thu được bằng cách đặt các ống dẫn dưới lòng đất hoặc đào giếng trong các khu rác thải rồi hút khí ra. Nhưng, nếu như môi trường xung quanh không kín, việc thu khí mêtan cũng đồng nghĩa với việc hút cả không khí. Vấn đề này không chỉ gây khó khăn trong việc tách khí mêtan mà còn làm giảm năng suất thu loại khí này.  Popov đã đưa ra giải pháp là phủ lên các bãi rác thải một lớp màng phủ để có thể ngăn cản không khí lẫn với khí mêtan. Màng phủ này gồm 3 lớp: một lớp ở giữa có thể thấm nước nằm giữa hai lớp tương đối không thấm nước thường được làm từ đất sét. Quy trình được thực hiện bằng cách bơm khí điôxít cácbon (CO2), khí này có thể dễ dàng tách ra khỏi khí rác thải, vào lớp màng thấm nước để sao cho áp suất khí CO2 cao hơn một chút so với áp suất khí quyển. Điều này sẽ tạo ra rào cản ngăn không khí tràn vào bãi rác thải. Khi khí mêtan được hút khỏi tầng rác thải bên dưới, khí CO2 sẽ tràn xuống từ lớp màng để lấp vào chỗ trống. 2.2. Phương pháp nhiệt hóa học Ưu điểm của phương pháp: - Ngoài việc xử lý được triệt để chất thải rắn sinh học, phương pháp này còn tạo ra nguồn khí đốt rất lớn, tỷ lệ khí đốt trong tổng lượng khí thoát ra là cao, khoảng 65% đến 75%. - Chất thải rắn từ quá trình xử lý bằng phương pháp này không sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa và không gây ô nhiễm vi sinh vật. Vì vậy ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.- Công đoạn xử lý nguồn nguyên liệu thô thành nguyên liệu tinh có thể chiếm khoảng 2/3 thời gian xử lý. Nhưng từ nguyên liệu tinh để xử lý và sản xuất khí đốt tương đối nhanh so với các phương pháp khác. Ví dụ cùng với một khối lượng chất thải như nhau, so với công đoạn chính của ủ biogas là 60 đến 90 ngày thì phương pháp này chỉ mất khoảng 3 đến 5 ngày hoặc có thể ít hơn để chuyển hóa nguyên liệu tinh chế thành khí đốt. - Khí thoát ra có thể sử dụng ngay để đốt hay qua xử lý, tinh chế để nén thành dạng nguyên liệu lỏng cung cấp năng lượng cho sản xuất, sinh hoạt.- Phương pháp này có thể xử lý liên tục hoặc không liên tục tương tự công nghệ biogas.- Ngoài ra, chất thải rắn của quá trình xử lý cũng có thể là nguồn chất đốt sau khi đã xử lý sơ bộ hoặc có thể dùng để làm ngyên liệu chế biến phân bón. 2.3. Công nghệ biogas 2.3.1. Khái niệm Biogas hay còn gọi là công nghệ sản xuất khí sinh học, là quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất. Thành phần Biogas CH4, CO2, N2 ,H2, H2S …, trong đó CH4, CO2 là chủ yếu. 2.3.2. Cơ sở lý thuyết của công nghệ Biogas Dựa vào các vi khuẩn yếm khí để lên men phân huỷ kị khí các chất hữu cơ sinh ra một hỗn hợp khí có thể cháy được : H2, H2S, NH3, CH4, C2H2,… trong đó CH4 là sản phẩm khí chủ yếu (nên còn gọi là quá trình lên men tạo Metan). a. Quá trình lên men metan chia làm 3 giai đoạn: Giai đoạn I : pha phân hủy - Giai đoạn này diễn ra sự phân hủy các chất hữu cơ phức tạp như protein, axitamin, lipid dưới tác dụng của các loại vi khuẩn như closdium bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus để tạo thành các chất hữu cơ đơn giản như albumoz pepit, glyxerin, axit béo. Giai đoạn II : Giai đoạn này là giai đoạn hình thành acid ( pha acid ) - Nhờ vào vi khuẩn acetogenic bacteria (vi khuẩn tổng hợp acetat), các hydrates carbon à acid có phân tử lượng thấp (C2H5COOH, C3H7COOH, CH3COOH …) và pH môi trường ở dưới 5 nên gây thối. Pt: Hợp chất cao phân tử à CO2 + H2 + + C2H5COOH + C3H8COOH - Một số vi khuẩn tham gia trong pha này: Bacilluscereus, Bacillusknolkampi, Bacillus megaterium Giai đoạn III : hình thành khí Metan Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân huỷ ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí : CH4, CO2, H2S, N2, H2, và muối khoáng ( pH của môi trường chuyển sang kiềm). Phương trình: b. Làm sạch khí Biogas Loại trừ CO2: dùng KOH, NaOH, Ca(OH)2 NaOH + CO2 à Na2CO3 + H2O Na2CO3 + CO2 + H2O à NaHCO3 Ca(OH)2 + CO2 à CaCO3 + H2 Loại trừ H2S : dùng Na2CO3 hoặc hợp chất sắt H2S + Na2CO3 à NaHS + NaHCO3 c. Xử lý bùn thải Một phần hồi quy lại hầm biogas vì trong bùn vẫn còn có vi sinh vật đã thích nghi với môi trường của chất thải rút ngắn thời gian phát triển phân hủy rác của vi sinh vật Một phần lớn được đưa ra xử lý kim loại nặng để làm phân bón phục vụ cho nông nghiệp d. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men - Điều kiện kị khí tuyệt đối: không có 02 trong dịch lên men. - Nhiệt độ: Khoảng nhiệt độ hoạt động được 20- 300C. Nhiệt độ tối đa thích hợp là 310 – 3600C. - Độ ẩm thích hợp nhất cho vi sinh vật là 91,5 - 96% - pH: Vi khuẩn sinh khí methane phát triển tốt ở pH = 4,5 – 5. - Thời gian ủ: Thường từ 30 – 40 ngày. - Hàm lượng chất rắn ( vật chất khô):Hàm lượng chiếm dưới 9 % thì hoạt động của túi ủ sẽ tốt . - Vi sinh vật giống và điều kiện dinh dưỡng 2.3.3. Thiết kế hầm Biogas Lựa chọn loại hầm thích hợp: Việc lựa chọn hầm còn tùy thuộc vào điều kiện của khu vực xây dựng hầm (loại đất, loại đá…) Quy mô của hầm: Tùy thuộc vào yêu cầu, điều kiện của người xây dựng, cũng như lượng nguyên liệu cung cấp có phong phú. Ở nước ta hiện nay, có hai mô hình hầm Biogas được sử dụng phổ biến: - Loại hầm ủ nắp cố định, có vòm đúc. - Loại hầm ủ nắp vòm cầu do chương trình phát triển khí sinh học quốc gia phổ biến. a. Loại hầm ủ nắp cố định, có vòm đúc - Loại hầm nắp cố định được xây bằng gạch có vòm chứa gas đúc liền với bể chứa dịch phân, thể tích bể chiếm 75% dung tích thiết kế, vòm chứa gas chiếm 25% thể tích thiết kế, phần bể điều áp chiếm 25 - 30% thể tích tùy nhu cầu gas cần khai thác. - Loại bể này kích thước tùy theo nhu cầu xử lý của hộ chăn nuôi (tùy số lượng đàn heo mà thiết kế thể tích bể chứa cho phù hợp để xử lý) cấu tạo của bể thường hình trụ tròn, vòm chứa gas hình chóp cụt, bể điều áp hình chữ nhật hay tròn, vuông tùy địa hình. - Các loại bể lớn xây hình hộp có kích thước 50m3, 200m3 phục vụ cho các trại chăn nuôi và lò mổ có nhu cầu xử lý lớn, xây chìm trong lòng đất nên độ bền cao, nước thải tự chạy vào hầm chứa ít tốn diện tích, có thể sử dụng mặt bằng để chăn nuôi trên nóc bể, giữ nhiệt độ cao vào mùa lạnh và mùa mưa, thích hợp cho vi sinh vật phát triển, áp lực gas mạnh, có thể dẫn đi xa (300m) nấu nhanh, sử dụng cho thắp sáng tốt. Nhược điểm: đào đất nhiều, vùng thấp trũng phải bơm nước khi thi công. b. Loại hầm ủ nắp vòm cầu do chương trình phát triển khí sinh học quốc gia phổ biến. Hầm ủ nắp cố định vòm cầu được xây bằng gạch đinh gồm bể chứa dịch phân hủy liền với vòm chứa gas theo nguyên tắc bể điều áp giống loại hầm cố định. Tuy nhiên phần vòm được xây bằng gạch cuốn tô trát 2 lớp vữa mác 75 và xử lý 3 lớp chống thấm, phần nắp đậy rời, bề điều áp hình bán cầu hoặc hình vuông tùy địa hình, thể tích chung của các bể từ 5m3, 10m3 gần đây có phổ biến loại 20m3. Đặc điểm hầm xây dựng nhanh không phải đúc đỡ tốn sắt thép và cốt pha nhưng đòi hỏi thợ xây phải có kỹ thuật cao, đối với vùng nước ngập khó thi công, những nơi cần chăn nuôi và tận dụng mặt bằng trên mặt hầm khó áp dụng. Các loại bể quy mô lớn thuộc các trang trại từ 50m3 trở lên khó áp dụng. Đối tượng: các hộ chăn nuôi ít đất rộng phù hợp cho vùng nông thôn ngoại thành. Hệ thống gồm mương dẫn nước thải từ các nguồn thải tự chảy vào túi phân hủy hình sống gồm 3 lớp túi nhựa dẻo polyetylen dày 0,3 – 0,5mm đường kính 1m, dài 8 – 12m tùy lượng phân, chất thải và nhu cầu xử lý. Chu kỳ phân hủy thường chọn (T) = 30 ngày trong điều kiện nhiệt độ trung bình 25 – 350C. Vi sinh vật lên men có sẵn từ các loại phân gia súc trong điều kiện kỵ khí (không có không khí). Lượng khí Metan đươc sinh ra sau quá trình lên men chiếm 50 - 70% được khai thác tận thu làm chất đốt, chất thải giảm mùi từ 70 - 80% có thể pha loãng hay sục khí tiếp theo dùng cho tưới cây hoặc nuôi cá. Túi chứa khí gồm 2 ống hình trụ dài 3,5 – 4m lồng vào nhau được cột chắc theo hướng dẫn của kỹ thuật viên, đảm bảo khí kín tuyệt đối, đường ống dẫn gas đến 2 bếp, có hệ thống thoát nước đọng và chống tăng áp đột ngột. Các túi ủ lắp đặt nhanh, giá rẻ thời gian thu hồi vốn nhanh dưới 1 năm. 2.3.4. Ưu điểm của công nghệ biogas - Hiệu quả kinh tế: + Việc xây dựng hầm ủ khí sinh học và đưa vào sử dụng nó rất đơn giản và rẻ tiền. Các gia đình ở nông thôn có thể tự làm hầm ủ tạo khí biogas dựa trên những bản vẽ đơn giản và dễ hiểu. Diện tích xây dựng không lớn, có thể làm chìm dưới đất. Các hầm ủ biogas có thể xây dựng với công suất bất kì, vốn đầu tư nhỏ, nguyên liệu sẵn có nên nó khá phù hợp với các nước đang phát triển. + Mỗi năm sử dụng khí đốt biogas( thường dùng để đun nấu, thắp sáng, chạy máy), một gia đình nông thôn ở nước ta có thể tiết kiệm được 2 triệu đồng, trong điều kiện đun nấu thoải mái. Mô hình này đặc biệt phù hợp với mô hình chăn nuôi trang trại, mô hình VACB. + Phát triển Biogas còn cung cấp bã thải là phân bón có giá trị cao cho nông nghiệp, tăng độ phì cho đất. - Hiệu quả môi trường: Vấn đề rác thải và vệ sinh môi trường được đảm bảo. Hầu hết các loại rác thải nông nghiệp và hộ gia đình đều có thể đưa vào hố ủ vì đa số chúng là chất thải hữu cơ dễ phân hủy. Sau khi được lấy ra từ bể ủ, chất thải này hầu như không còn các loại vi sinh vật gây bệnh như trước khi đưa vào bể ủ. Các loại chất thải được chú ý thu gom, tạo cảnh quan đẹp của môi trường trong gia đình, thôn xóm, chuồng trại luôn trong tình trạng sạch sẽ… + Biogas cũng góp phần làm giảm nạn phá rừng ở các nước đang phát triển, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Như vậy, Biogas thực sự đem lại cuộc sống văn minh hơn cho xã hội, đặc biệt là nông thôn. Với hàng loạt các lợi ích về kinh tế xã hội và môi trường trên, Biogas hứa hẹn tiềm năng to lớn trong việc góp phần giải quyết vấn đề chất đốt sinh hoạt hiện nay và giảm thiểu tối đa lượng rác thải, bảo vệ môi trường xanh – sạch – đẹp. 2.3.5. Tình hình sản xuất và sử dụng biogas hiện nay Biogas hiện nay được mệnh danh là “cuộc cách mạng nâu” trong lĩnh vực năng lượng mới( The Brown Revolution). Biogas được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là ở những nước có khí hậu nhiệt đới ( Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil, Nepal, Kenia, Thái Lan, Việt Nam…) thích hợp cho quá trình lên men kị khí các chất hữu cơ để tạo khí sinh học. Các hầm ủ khí biogas có thể được xây dựng với công suất bất kì, vốn đầu tư nhỏ, nhiên liệu sẵn có nên khá phù hợp với các nước đang phát triển. Biogas sử dụng nguyên liệu đa dạng, thường là sử dụng nguyên liệu phế thải, chất thải, phế phẩm trong nông lâm, ngư nghiệp. Quy mô gia đình thường sử dụng phân gia súc, quy mô lớn hơn có thể sử dụng các loại rác đô thị và rác công nghiệp làm nguyên liệu. Ví dụ: nhà máy biogas ở Tilburg( Ấn Độ) khai thác nguyên liệu từ rác thải từ các thành phố lớn. Tại Việt Nam hiện nay, mô hình biogas chủ yếu sử dụng các phế phẩm hữu cơ từ phân bón gia súc, thích hợp với mô hình VACB. Mô hình này hiện đang phát triển mạnh mẽ và rất được chú trọng ở các vùng nông thôn Việt Nam. Hiện hầm biogas đã được triển khai xây dựng rộng rãi ở các tỉnh thành từ Bắc vào Nam. Việc tận dụng rác thải sinh hoạt để sản xuất biogas ở Việt Nam chưa phát triển do kinh phí đầu tư chưa hợp lý và nhiều lý khác. Nước ta cũng có những đề tài nghiên cứu sản xuất biogas từ việc ứng dụng mô hình bể lọc kị khí UASB ( Upflow Anaevobic Sludge Blanket) để xử ý nước thải của những ngành công nghiệp giàu chất hữu cơ( nước thải của nhà máy chế biến thực phẩm, đường, rượu…) trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Với vai trò của năng lượng biogas hiện nay, việc sản xuất khí metan sinh học có thể tự đáp ứng được nhu cầu của chất đốt kể cả điện khí hóa ở các vùng nông thôn. Người ta sử dụng năng lượng biogas để đun nấu, thắp sáng, chạy máy…Hiện nay đã có những xe bus sử dụng khí metan sinh học được tạo ra từ bùn và nước cống. Như vậy, sử dụng khí metan sinh học là một bước nhảy vọt trên phương diện bảo vệ môi trường. Ngoài việc giảm lượng khí thải cacbon, xe bus dùng khí metan sinh học thải ra ít nitooxit( giảm 78%) và hạt siêu nhỏ gây ô nhiễm(giảm 98%) hơn so với xe bus dùng điessel. Mức độ ồn của chúng nhỏ hơn 98% so với xe bus truyền thống. Các khí đốt được sản xuất từ rác thải giúp môi trường trong sạch hơn và giải quyết rất tốt vấn đề năng lượng nên được các nước trên thế giới cũng như nước ta chú trọng và tìm cách phát triển. Chính vì vậy, trong tương lai, công nghệ biogas nói riêng và khí metan sinh học nói chung sẽ có khả năng phát triển mạnh mẽ và được ưa chuộng rộng hơn. KẾT LUẬN Rác thải – khí đốt hiện nay đang là vấn đề nóng hổi của thời đại. Giải quyết tốt vấn đề này thực sự là bài toán rất khó. Rất nhiều nước đang tìm kiếm công nghệ mới trong xử lý rác thải do thiếu các khu chôn lấp, giảm thiểu khí thải gây ô nhiễm môi trường, nóng lên toàn cầu. Xử lý rác thải bao hàm động cơ mang tính môi trường, kinh tế và chính trị, xã hội. Xử lý rác thải làm khí đốt giảm đáng kể những hạn chế của việc thiếu khu chôn lấp và giảm chi phí xử lý đốt rác nhờ lò đốt. Tuy vậy, cũng có những khó khăn nhất định về quy trình công nghệ và kinh phí đầu tư. Các quá trình khí hóa rác thải vẫn còn nhiều phức tạp nên cần kiểm tra kỹ lưỡng. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều quy trình khí hóa phát triển, nhưng để phân phối, thực dùng và kinh doanh thành công thì phải tính đến nguyên liệu đầu vào, sản phẩm sản sinh và chi phí đầu tư, vừa yêu cầu, phải lựa chọn quá trình phù hợp có tính đến các yếu tố từng khu vực. Ở Việt Nam, để giảm thiểu lượng rác thải gây ô nhiễm môi trường, trước hết cần nâng cao ý thức và tầm hiểu biết về tác hại, thành phần cũng như tác dụng của rác thải đối với mọi người. Các quy trình công nghệ, các thành tựu to lớn của thời đại phải được áp dụng nhiều hơn vào trong thực tế, xử lý rác thải. Đặc biệt, đất nước ta hiện nay có nền nông nghiệp là chủ yếu nên phát triển biogas phải được phổ biến hơn nữa và với quy mô rộng lớn hơn. Trong tương lai, sản xuất biogas không chỉ từ phân hữu cơ mà còn tận dụng được rác thải sinh hoạt. Có như vậy mới giải quyết tốt được vấn đề rác thải và năng lượng khí đốt cho nhân dân, đó cũng là biện pháp tốt nhất để bảo vệ môi trường, phát triển kinh tế, xây dựng đất nước ngày càng văn minh, trong sạch, giàu mạnh. TÀI LIỆU THAM KHẢO