Trung bình mỗi ngày, thủ đô Hà Nội thải ra khoảng 6.000 tấn chất thải rắn sinh hoạt, 80% trong số đó được chuyển đến xử lý tại bãi rác Nam Sơn. Trong quá trình di chuyển từ Hà Nội đến Nam Sơn, xe rác không chỉ chở rác thải rắn mà còn chở một khối bao gồm cả rác và nước.
Ảnh 1: Suốt quãng đường chạy từ trung tâm thành phố đến bãi rác Nam Sơn, xe rác rỉ nước khắp mặt đường và bốc ra mùi hôi thối. Ảnh: Hữu Thắng.
“Điều này phi logic về mặt logistics và bệnh học, bởi nó không chỉ khiến hao tổn phí vận chuyển mà lượng nước rỉ xuống đường còn bốc mùi hôi thối và tiềm ẩn nguy cơ dịch bệnh.” - GS.TS Nguyễn Văn Cách (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) cho biết.
Theo ông, rác thải cần phải trải qua một quá trình xử lý nhằm loại bỏ nước và mùi trước khi di chuyển đến bãi rác. Mặc dù trước đây đã có nhiều nghiên cứu nhằm thiết lập các hệ thống gom khí thải trong các cơ sở xử lý rác, nhưng chưa có giải pháp nào đề xuất được hệ thống thu gom triệt để toàn bộ lượng khí thải phát sinh từ các bể rác trong quá trình ủ rác. Các kỹ thuật ủ sinh học hiếu khí hiện nay không thể cấp khí được vào bên trong các phân đoạn rác, thậm chí không thể cung cấp bổ sung oxy đến nhiều vùng trong bể ủ. Hậu quả là quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong rác thải tại các vị trí không có oxy này xảy ra theo cơ chế phân hủy kỵ khí, làm sinh ra, tích tụ và phát thải các phần tử khí có mùi khó chịu, hôi thối. Do bề mặt bể rác ủ để hở, khí thải này tiếp tục thoát ra và phân tán tràn lan vào môi trường xung quanh.
Do đó, cần có thiết bị và giải pháp vừa có khả năng thông khí, cung cấp oxy cho bể rác ủ hiếu khí, vừa có khả năng thu gom được toàn bộ khí thải thoát ra từ bể rác ủ trong quá trình xử lý rác, đồng thời có thể tách phân ly được nước rỉ rác khỏi bể rác ủ và cải thiện cường độ bay hơi thoát ẩm vật liệu rác ủ.
GS.TS Nguyễn Văn Cách đã cùng PGS.TS Trần Liên Hà (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) – người đã cùng ông đoạt giải sáng tạo Khoa học công nghệ Việt Nam năm 2010 (VIFOTEC) trong lĩnh vực Bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên, đồng thời cũng là một nhà nghiên cứu lâu năm về xử lý môi trường bằng phương pháp sinh học – bắt tay vào việc chế tạo bể xử lý rác hiếu khí tích hợp các khả năng nêu trên.
Nhờ vào những hiểu biết của mình trong lĩnh vực công nghệ sinh học và sự ăn ý sau nhiều năm hợp tác trong các dự án, đề tài cấp nhà nước, cấp bộ, hai nhà khoa học cùng các cộng sự đã chế tạo thành công bể xử lý rác hiếu khí có bố trí quạt hút tạo áp suất âm trên bề mặt rác và đề xuất quy trình xử lý rác sinh hoạt bằng bể xử lý rác hiếu khí này.
Bể xử lý bao gồm đáy bể, tường bao, mái che tạo thành kết cấu kín khí, trên mái che có gắn quạt hút để tạo áp suất âm cho bể khi hoạt động. Phần đáy bể được bố trí hơi nghiêng về một phía, phần thấp nhất có bố trí hố gom nước rỉ rác. Trên nền của đáy bể có bố trí các rãnh cấp khí dọc theo chiều dốc của đáy bể, một đầu thông ra bên ngoài qua các cửa thông khí, một đầu được nối thông với hố gom nước rỉ rác. Trên mặt của rãnh có bố trí sàng để ngăn rác rơi xuống rãnh cấp khí. Phía trên cùng của bể xử lý rác có bố trí quạt hút để thu khí thải phát sinh trong quá trình xử lý rác ra ngoài theo cửa xả khí đưa đến công đoạn xử lý khí thải. Phía trên tường bao hoặc mái che có bố trí cửa nạp liệu có khả năng đóng kín không cho không khí thoát ra hoặc xâm nhập vào trong bể.
Theo đó, sau khi rác được nạp vào bể qua cửa nạp liệu, dưới tác dụng của quạt hút và kết cấu kín khí, áp suất âm sẽ hình thành trên bề mặt khối rác ở không gian bên trong của bể. Không khí được hút theo các cửa thông khí ở dưới đáy bể đi qua khối rác để cung cấp oxy cho quá trình phân hủy hiếu khí rác trong bể một cách hiệu quả. Các lỗ thông khí được bố trí bên trong khối rác theo chiều thẳng đứng từ trên xuống dưới, các lỗ này được bố trí tương ứng bên trên và nằm giữa vùng rãnh cấp khí. Cửa thông khí còn có kết cấu giúp điều chỉnh lượng không khí được cấp vào trong bể.
Để sử dụng bể xử lý này, phải tuân theo một quy trình bao gồm ba bước:
Bước thứ nhất, đưa từng lớp rác hữu cơ vào trong bể qua cửa nạp liệu đến khi ngập 3/4 đến 4/5 thể tích bể, cần bố trí các lỗ thông khí theo chiều thẳng đứng từ trên xuống đến gần sàng bên trong khối rác để giúp cho không khí được phân phối đều trong khối rác. Nếu được, có thể đồng thời bổ sung chế phẩm vi sinh vật chứa một hoặc nhiều vi sinh vật có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong rác để thúc đẩy quá trình phân hủy.
Bước thứ hai, tiến hành phân hủy rác bằng cách đóng kín cửa nạp liệu rồi bật quạt hút để tạo áp suất âm trên bề mặt khối rác, ủ khối rác, đồng thời thu gom khí thải thoát ra từ bể ủ rác qua cửa xả khí và dẫn khí thải tới hệ thống xử lý khí thải, nước rỉ rác từ hố gom được chuyển vào hệ thống xử lý nước thải thông qua van xả.
Và bước cuối cùng, thu rác sau xử lý bằng cách mở cửa xả rác và xả toàn bộ khối rác đã được xử lý có trong bể và tiến hành mẻ xử lý tiếp theo, phần rác sau khi ủ được chuyển đến các công đoạn xử lý tiếp theo.
Theo GS.TS Nguyễn Văn Cách, “quy trình này sẽ giúp kiểm soát mùi và nước rỉ rác, từ đó hợp phần còn lại sẽ được vận chuyển một cách dễ dàng”. Nhưng rộng hơn, mục tiêu mà nhóm nghiên cứu hướng đến còn là kiểm soát đồng bộ công nghệ xử lý rác thải sinh học. “Chúng ta có thể thu được một lượng mùn phân hữu cơ trong phần rác sau khi ủ, lượng mùn này có thể dùng làm phân bón, từ đó thúc đẩy phát triển nền nông nghiệp hữu cơ ở nước ta”. Phần rác còn lại sau khi ủ sẽ được mang đi xử lý, đáng chú ý, “rác nếu đã ủ sinh học thì sẽ dễ đốt, dễ xử lý hơn khối rác chưa ủ”.
Nhờ những ưu điểm đó, bể xử lý rác hiếu khí của chủ đơn là Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và nhóm tác giả gồm GS.TS Nguyễn Văn Cách và cộng sự đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ Khoa học và Công nghệ) cấp Bằng độc quyền sáng chế số 1-0021681 công bố vào ngày 25/9/2019.
Tuy vậy, vẫn còn một chặng đường rất dài để áp dụng sáng chế này vào thực tế. Bởi theo Giáo sư Cách, “không nhiều doanh nghiệp có nhu cầu cũng như sẵn sàng chi tiền vào công nghệ giúp bảo vệ môi trường. Tôi mong rằng trong tương lai, nhà nước sẽ giám sát chặt chẽ hơn vấn đề xử lý rác thải, cũng như đề ra biện pháp giúp nâng cao ý thức của người dân. Một khi nhà nước và người dân cùng lên tiếng, các doanh nghiệp phát thải rác ra môi trường buộc lòng phải có phương án xử lý phù hợp” – GS.TS Nguyễn Văn Cách cho biết.
Ảnh 2: Mô hình bể xử lý rác hiếu khí theo sáng chế