Ảnh minh họa.

Để chất thải rắn (CTR) được xử lý đạt đến mức an toàn với môi trường, một công nghệ xử lý thường không thể thực hiện được mà cần sự phối hợp của hai hoặc nhiều hơn các công nghệ khác nhau. Có 3 nhóm phương pháp chính trong xử lý CTR, gồm có: Nhóm phương pháp cơ học; nhóm phương pháp chuyển hóa sinh học và hóa học; nhóm phương pháp nhiệt.

Nhóm phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học là phương pháp xử lý CTR đô thị tương đối đơn giản, mục đích chính của các phương pháp cơ học đó là làm giảm thể tích của CTR, đồng thời phân tách được các thành phần trong CTR đô thị. Các phương pháp cơ học thường là phương pháp tiền xử lý trước khi CTR đô thị được đưa đến các giải pháp phía sau. Các kỹ thuật chính trong phương pháp cơ học gồm có: Giảm kích thước chất thải; phân loại chất thải theo kích thước (thiết bị chính là các loại sàn rung hay sàn trống quay); phân loại theo khối lượng (sử dụng dòng không khí để phân tách); phân loại theo điện trường và từ tính (sử dụng để tách các vật có từ tính ra khỏi hỗn hợp chất thải); phương pháp nén (như đóng kiện, đóng gói, kết thành dạng viên với mục tiêu là tăng khối lượng riêng của CTR).

Xử lý CTR đô thị bằng phương pháp cơ học thường không gây phát thải khí nhà kính vì chúng chỉ tác động về mặt cơ học lên CTR. Đồng thời, chúng cũng không làm giảm phát thải khí nhà kính, vì lượng CTR gần như không thay đổi sau quá trình xử lý.

Nhóm phương pháp chuyển hóa sinh học và hóa học

Các công nghệ trong nhóm phương pháp chuyển hóa sinh học và hóa học sử dụng các chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong điều kiện thích hợp dưới sự hoạt động của các vi sinh vật có sẵn trong CTR, để phân hủy, chuyển hóa các chất hữu cơ trong CTR thành các chất ở dạng khí (CO2, CH4,…) và các chất mùn có thành phần ổn định có thể sử dụng để làm phân bón hữu cơ cho cây trồng. Các công nghệ xử lý CTR đô thị áp dụng các công nghệ chuyển hóa sinh học và hóa học như: Công nghệ chôn lấp (chôn lấp kị khí và chôn lấp bán hiếu khí), công nghệ sản xuất phân hữu cơ (hiếu khí - composting; phân hủy kị khí). Ưu điểm của các công nghệ xử lý này là chi phí xây dựng và vận hành không lớn, đòi hỏi về trình độ của công nhân làm việc không cao. Đây là một lợi thế lớn của các công nghệ này khi được áp dụng tại nước ta, do nguồn đầu tư cho vấn đề xử lý CTR còn nhiều khó khăn.

Nhược điểm chính của các công nghệ này đó là các nguồn ô nhiễm thứ cấp. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ dẫn tới việc hình thành nguồn ô nhiễm thứ cấp, trong đó chủ yếu là khí thải và nước thải. Đối với giải pháp công nghệ chôn lấp, khí bãi rác gây hiện tượng ấm lên toàn cầu và nước rỉ rác gây ô nhiễm trực tiếp nguồn nước ngầm là hai tác động môi trường nghiêm trọng của các bãi rác chưa được quy hoạch và xây dựng hợp vệ sinh. Đối với giải pháp công nghệ sản xuất phân hữu cơ cũng tương tự, khí thải và nước thải (nước thải chủ yếu trong công nghệ sản xuất phân hữu cơ theo quy trình kị khí) là những nguồn ô nhiễm thứ cấp cần được xử lý an toàn trước khi thải lại vào môi trường.

Một nhược điểm khác của các giải pháp công nghệ sử dụng các quá trình sinh học và hóa học đó là thời gian cho xử lý tương đối lâu. CTR không được xử lý trong một ngày, nhưng quá trình xử lý có thể kéo dài trong vài tuần, vài tháng, hay cả năm (đối với công nghệ chôn lấp). Thời gian xử lý dài, đồng nghĩa là thời gian lưu trữ CTR dài, kéo theo đó là diện tích mặt bằng cần thiết phải lớn. Trong xử lý CTR đô thị, ví trí của khu vực xử lý là điều rất đáng được quan tâm. Hiện nay tại nước ta, đặc biệt là ở các thành phố lớn, các khu xử lý rác thải thường được đặt tại các khu vực ngoại thành, cách khu trung tâm từ 40-70 km. Diện tích mặt bằng lớn đòi hỏi khu vực xử lý phải cách xa khu trung tâm, tuy nhiên, khoảng cách quá xa có thể ảnh hưởng đến việc vận chuyển CTR.

Xét về tác động đến biến đổi khí hậu, những giải pháp công nghệ sử dụng các quá trình chuyển hóa sinh học và hóa học hiện đang là nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất tại nước ta trong lĩnh vực xử lý CTR, đặc biệt là tại các bãi chôn lấp CTR. CH4 và N2O là hai khí nhà kính chủ yếu trong phát thải khí nhà kính trong nhóm công nghệ này. CO2 mặc dù luôn phát thải cùng với khí CH4, tuy nhiên khí này không được tính là khí nhà kính và không được báo cáo vì chu trình C. Các nhà khoa học chỉ ra rằng, nguyên tố C có mặt trong các hợp chất này được hình thành từ sự tổng hợp, tích lũy C từ quá trình quang hợp của thực vật, lấy C từ CO2 trong không khí. Chính vì thế, khi chúng được phân giải ngược trở lại, từ C trong các tế bào, thành CO2 phát thải vào khí quyển, thì sẽ tạo thành một chu trình khép kín. Tuy nhiên, quá trình tính toán như vậy chỉ áp dụng với các loài thực vật có vòng đời ngắn, từ vài năm đến vài chục năm. Các loại nhiên liệu hóa thạch cũng là sự tích tụ C từ CO2 trong khí quyển, tuy nhiên phát thải CO2 khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch vẫn được tính là khí nhà kính và được báo cáo. Điều này do sự tích tụ này đã diễn ra trong một thời gian rất dài, hàng ngàn năm, trong khi đó thời gian phát thải ngược trở lại diễn ra trong một thời gian rất ngắn. Theo số liệu tính toán trong Báo cáo cập nhật hai năm một lần lần thứ nhất của Việt Nam gửi lên IPCC, trong năm 2010, phát thải từ các bãi chôn lấp ở nước ta chiếm hơn 78% phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực CTR, và chiếm 32,6% trong toàn bộ lĩnh vực chất thải.

Chính vì những nhược điểm nêu trên, các giải pháp công nghệ sử dụng các quá trình sinh học và hóa học trong xử lý CTR đô thị cần phải hoàn thiện, cải tiến hơn nữa để có thể hạn chế đến nhiều hơn việc hình thành nguồn ô nhiễm thứ cấp, đồng thời hạn chế phát thải khí nhà kính vào khí quyển. Trong Chiến lược quốc gia về quản lý tổng hợp CTR đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2050, Chính phủ đã đề ra mục tiêu tổng quát đến năm 2025 là “hạn chế tối đa lượng chất thải phải chôn lấp nhằm tiết kiệm tài nguyên đất và hạn chế gây ô nhiễm môi trường”. Các giải pháp về tái sử dụng, tái chế CTR được khuyến khích sử dụng. Tuy nhiên, trong tương lai gần, giải pháp chôn lấp vẫn sẽ là giải pháp chính trong xử lý CTR của nước ta. Việc chuyển đổi là một quá trình và cần thời gian để thực hiện. Bên cạnh đó, hiện nay, đã xuất hiện nhiều giải pháp công nghệ tiên tiến được áp dụng vào quá trình chôn lấp để có thể hạn chế những nhược điểm của công nghệ này. Cụ thể, đối với những bãi chôn lấp đã được xây dựng và đã dừng việc tiếp nhận rác, thì hệ thống thu gom khí bãi rác sẽ được xây dựng và lắp đặt ở các bãi rác này. Khí bãi rác được thu gom, một phần giảm phát thải khí nhà kính, một phần sẽ là nguồn nhiên liệu để sản xuất điện. Đây được coi là một giải pháp rất có triển vọng ở nước ta, đặc biệt là đối với những bãi rác có công suất lớn. Chôn lấp bán hiếu khí là một hình thức khác của chôn lấp, và có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp chôn lấp thông thường là chôn lấp kị khí.

Ưu điểm chính của phương pháp chôn lấp bán hiếu khí so với chôn lấp kị khí đó là thời gian phân hủy CTR nhanh hơn do tốc độ phản ứng của các quá trình hiếu khí luôn cao hơn so với các quá trình kị khí. Tuy nhiên, đầu tư cho xây dựng và vận hành của công nghệ này tương đối cao và phức tạp hơn so với công nghệ chôn lấp kị khí.

Nhóm phương pháp nhiệt

Các giải pháp xử lý CTR bằng nhiệt đã xuất hiện từ rất lâu và vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay. Nguyên lý chung nhất của các giải pháp về nhiệt, đó là quá trình phá vỡ cấu trúc liên kết trong điều kiện bình thường của chất thải, chuyển hóa chất thải từ trạng thái rắn hay lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt. Tùy vào từng công nghệ khác nhau mà oxy có thể tham gia hay không tham gia vào trong quá trình xử lý.

Công nghệ sơ khai và dễ thực hiện nhất trong nhóm giải pháp nhiệt đó là đốt mở. Đốt mở là quá trình đốt có sự tham gia của oxy và được thực hiện ngoài tự nhiên, không trong một thiết bị nào. Thực hiện dễ dàng, chi phí thấp, áp dụng được cho nhiều loại chất thải và có thể áp dụng được tại nhiều nơi là những ưu điểm rất lớn của công nghệ này. Tuy nhiên, công nghệ này gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, vì quá trình đốt không được kiểm soát, khí thải hình thành thải trực tiếp vào môi trường và có thể chứa những khí độc được hình thành trong quá trình đốt. Đồng thời, công nghệ đốt mở cũng ẩn chứa những mối đe dọa tiềm tàng với môi trường xung quanh, có thể gây ra những thảm họa môi trường nghiêm trọng như cháy rừng. Hiện nay, công nghệ này gần như không còn được áp dụng một cách chính thống cho việc xử lý CTR, tuy nhiên trong thực tế vẫn còn nhiều nơi áp dụng công nghệ này do những lợi ích trước mắt về kinh tế mà nó mang lại.

Thiêu đốt là công nghệ ra đời sau này, dựa trên nền tảng vẫn là quá trình đốt với không khí, tuy nhiên quá trình đốt được thực hiện trong một thiết bị kín và có thể kiểm soát được các điều kiện của quá trình. Khí thải hình thành từ quá trình thiêu đốt được thu hồi và thường được xử lý sơ bộ trước khi thải vào môi trường. Khí nhà kính chính hình thành trong quá trình thiêu đốt đó là CO2. Các khí CH4 và N2O có hình thành nhưng với lượng vô cùng nhỏ khi quá trình đốt chất thải diễn ra hoàn toàn và được kiểm soát tốt.

Nhiệt phân và khí hóa là hai công nghệ tương đối mới hiện nay trong xử lý CTR, không chỉ ở nước ta mà trên cả thế giới. Hiệu quả xử lý CTR cao, khí thải phát sinh được thu hồi và xử lý an toàn trước khi thải bỏ là ưu điểm vượt trội của hai công nghệ này. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất đó là chi phí cho đầu tư và vận hành rất cao, đòi hỏi về trình độ của người vận hành khắt khe, khiến các công nghệ tiên tiến trên chưa thật sự phù hợp với bối cảnh xử lý CTR của nước ta thời điểm hiện tại.

Xét trên mặt bằng chung, các công nghệ về nhiệt có hiệu quả xử lý CTR tốt hơn các công nghệ sử dụng quá trình sinh học và hóa học, tiềm năng gây phát thải khí nhà kính thấp hơn, tuy nhiên chi phí đầu tư vận hành cũng như yêu cầu về trình độ nhân lực lớn hơn. Trong tương lai, đây sẽ là những công nghệ có tiềm năng lớn để thay thế cho công nghệ chôn lấp hiện tại, khi khoa học và kĩ thuật phát triển và nguồn lực về con người cũng được nâng cao.

Một số công nghệ khác

Tái chế CTR là phương pháp biến chất thải thành các chất có thể tiếp tục sử dụng được cho những mục đích khác nhau. Từ đó, làm giảm lượng các sản phẩm mới phải tạo ra để đáp ứng nhu cầu, giúp tiết kiệm nguyên liệu, giảm tiêu thụ năng lượng. Tái chế CTR là trọng tâm trong Chiến lược quốc gia về quản lý tổng hợp CTR, mục tiêu hướng đến vào năm 2025 đó là 90% lượng CTR đô thị sẽ được tái chế, tái sử dụng, thu hồi năng lượng hoặc sản xuất phân hữu cơ. Hoạt động tái chế CTR được phân loại theo chính nguồn nguyên liệu tái chế, có 4 loại chính đó là: Tái chế thủy tinh, tái chế nhựa, tái chế kim loại và tái chế giấy. Tái chế CTR là một trong những công nghệ được khuyến khích áp dụng ở hầu hết các quốc gia, vì công nghệ này có rất nhiều ưu điểm như: Tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm, giảm lượng CTR thải bỏ ở các bãi chôn lấp,…

Công nghệ sản xuất nhiên liệu dạng rắn (RDF) là một công nghệ mới trong xử lý CTR tại nước ta trong thời gian gần đây. Công nghệ tạo ra sản phẩm là các viên nhiên liệu dạng rắn, có khả năng sử dụng như là nhiên liệu đốt cho các quá trình công nghiệp (chủ yếu cho các lò hơi) từ nguồn nguyên liệu đầu vào là CTR đô thị. Một hệ thống sản xuất RDF bao gồm hai quá trình: i) tách rác thành các thành phần dễ cháy và không cháy, ii) chuyển các thành phần dễ cháy thành nhiên liệu. Kết quả là, RDF bao gồm chủ yếu các thành phần dễ cháy từ rác thải đô thị như nhựa và chất thải phân hủy sinh học. Hay nói cách khác, hệ thống RDF là quá trình đốt có giai đoạn tiền xử lý rác, phân loại thành các thành phần cháy được và không cháy được, và biến phần cháy được thành dạng chất đốt có hiệu quả để sử dụng.

Thực tế cho thấy, một số công nghệ xử lý CTR mới rất tiên tiến, có hiệu quả cao (như nhiệt phân hay hóa hơi thành khí), tuy nhiên do chi phí cho đầu tư, vận hành lớn, cũng như yêu cầu về năng lực của công nhân vận hành cao nên việc ứng dụng các công nghệ này ở nước ta còn gặp nhiều rào cản. Đồng thời, những công nghệ này đều sử dụng nhiệt để thiêu đốt, tuy nhiên nước ta là một nước nhiệt đới, độ ẩm cao nên CTR đô thị thường có hàm lượng nước lớn, chính vì thế áp dụng các giải pháp về nhiệt sẽ gây tổn thất một lượng lớn nhiệt cho bay hơi nước.

Dựa trên những đánh giá trên đây, kết hợp với chiến lược của Chính phủ về quản lý CTR đến năm 2025, định hướng đến năm 2050, chuyên đề lựa chọn 8 giải pháp công nghệ xử lý CTR đô thị cho nghiên cứu đó là:

Chôn lấp thông thường (kị khí, không có hệ thống thu hồi khí bãi rác); (2) Chôn lấp bán hiếu khí; (3) Chôn lấp có hệ thống thu hồi khí cho phát điện; (4) Thiêu đốt; (5) Composting; (6) Phân hủy kị khí; (7) Tái chế; (8) Sản xuất nhiên liệu dạng rắn.

NGUYỄN HẰNG

Vụ Khoa học và Công nghệ