HIỆN TRẠNG XỬ LÝ RÁC THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM
Khái niệm
Chất thải rắn bao gồm các chất rắn bị loại bỏ trong quá trình sinh hoạt và sản xuất của con người và động vật, trong đó chất thải sinh hoạt chiếm tỷ lệ cao nhất và rác thải y tế là nguy hại nhất Chất lượng và số lượng rác thải khác nhau giữa các quốc gia và khu vực, phụ thuộc vào trình độ phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật Mọi hoạt động sống của con người, từ nhà ở, trường học đến nơi làm việc, đều tạo ra một lượng rác thải đáng kể, bao gồm cả chất thải vô cơ và hữu cơ Do đó, rác thải có thể được định nghĩa là những thành phần tàn tích hữu cơ và vô cơ không còn được sử dụng và bị vứt bỏ lại môi trường sống.
Hiện trạng xử lý rác thải trên thế giới
Ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng toàn cầu, ảnh hưởng đến nhiều quốc gia như Mexico, Nga, Mỹ, Trung Quốc và Ấn Độ Tình trạng ô nhiễm ở các thành phố lớn, chẳng hạn như Mumbai, nơi người dân thải ra hàng tấn rác mỗi ngày, cho thấy ý thức con người đóng vai trò quan trọng trong vấn đề này Tại Bắc Kinh, với dân số 17,6 triệu người, khoảng 18.400 tấn rác được thải ra mỗi ngày, trong đó 90% được đổ tại 13 bãi rác xung quanh thành phố Tại Mỹ, mỗi năm, người dân thải ra 16 tỷ tã, 1,6 tỷ bút, 2 tỷ lưỡi dao cạo và 220 triệu lốp xe, tạo ra một khối lượng rác khổng lồ.
Nếu chúng ta không thay đổi thói quen xử lý rác, trái đất sẽ đối mặt với nguy cơ ngập trong rác thải Để giải quyết vấn đề này, nhiều công nghệ xử lý rác hiện đại đã được phát triển Tại Mỹ, các công nghệ tái chế tiên tiến như tái chế tivi analog, công nghệ CDW và tái chế vải bông đang được áp dụng Ngoài ra, các quốc gia như Anh, Trung Quốc và Nhật Bản cũng sở hữu nhiều công nghệ hiện đại trong lĩnh vực tái chế và xử lý rác thải.
Quản lý rác thải bệnh viện là một vấn đề được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm và thực hiện nghiêm túc từ lâu Để kiểm soát loại chất thải này, nhiều chính sách và quy định đã được ban hành Các hiệp ước quốc tế, nguyên tắc, pháp luật và quy định về chất thải nguy hại, bao gồm cả chất thải bệnh viện, đã được công nhận và áp dụng rộng rãi trên hầu hết các quốc gia.
Công ước Basel, được ký kết bởi hơn 100 quốc gia, quy định việc vận chuyển các chất độc hại qua biên giới, bao gồm cả chất thải y tế Công ước này nhấn mạnh nguyên tắc chỉ cho phép vận chuyển chất thải nguy hại từ các quốc gia thiếu điều kiện và công nghệ phù hợp sang những quốc gia có khả năng xử lý an toàn các chất thải đặc biệt.
Nguyên tắc "Người gây ô nhiễm phải trả tiền" yêu cầu mọi cá nhân và tổ chức phát sinh chất thải phải chịu trách nhiệm pháp lý và tài chính trong việc bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn cho cộng đồng.
Nguyên tắc Proximity quy định rằng việc xử lý chất thải nguy hại phải được thực hiện ngay tại nơi phát sinh một cách nhanh chóng Điều này giúp ngăn chặn tình trạng chất thải bị lưu giữ lâu dài, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Xử lý chất thải bệnh viện là một vấn đề quan trọng và phức tạp, với các biện pháp khác nhau được áp dụng tùy thuộc vào điều kiện kinh tế và tiến bộ khoa học công nghệ của từng quốc gia Nhiều nước trên thế giới đã phát triển các phương pháp hiệu quả để quản lý loại rác thải nguy hại này, nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.
Tại các nước phát triển:
Hiện nay, hầu hết các quốc gia phát triển đều đã thiết lập hệ thống xử lý phế thải y tế tại các bệnh viện, cơ sở chăm sóc sức khỏe và các công ty chuyên xử lý chất thải Hệ thống này bao gồm các lò đốt hoạt động ở nhiệt độ cao, tùy thuộc vào loại phế thải cần xử lý.
Nhiệt độ đốt có thể đạt từ 1000°C đến trên 4000°C, tuy nhiên, phương pháp này vẫn gây tranh cãi về việc xử lý khí bụi phát sinh sau khi đốt, đặc biệt là việc thải hồi chúng vào không khí.
Việc đốt phế thải y tế thải ra không khí nhiều hạt bụi và hóa chất độc hại như axit clohidric, dioxin/furan, cùng với các kim loại nặng như thủy ngân, chì, asen và cadmi Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, Hoa Kỳ đã ban hành các quy định về khí thải của lò đốt từ năm 1996, yêu cầu áp dụng hệ thống lọc hóa học và cơ học tùy thuộc vào loại phế thải.
Ngoài phương pháp đốt, nhiều quốc gia đang chú trọng đến một giải pháp mới nhằm giảm thiểu tác động xấu từ khí độc hại thải ra môi trường Phương pháp này bao gồm việc nghiền nát phế thải và xử lý chúng dưới nhiệt độ và áp suất cao, giúp ngăn chặn sự phát thải độc hại vào không khí.
Rác thải y tế nguy hại được xử lý bằng cách nghiền nát qua một máy nghiền chuyên dụng Sau khi hoàn tất quá trình nghiền, phế thải sẽ được chuyển vào một phòng hơi với nhiệt độ cao để tiêu diệt vi khuẩn và virus, đảm bảo an toàn cho môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Ở nhiệt độ 138 độ C và áp suất 3,8 bar, đây là điều kiện tối ưu cho hơi nước bão hòa, giúp xử lý phế thải trong khoảng 40 – 60 phút Sau khi xử lý, phế thải rắn đạt tiêu chuẩn tiệt trùng sẽ được chuyển đến các bãi rác thông thường Phương pháp này không chỉ giảm khối lượng phế thải nhờ vào việc nghiền nát, mà còn tiết kiệm chi phí hơn so với lò đốt và không phát thải khí độc ra môi trường.
Tại các nước đang phát triển, quản lý môi trường, đặc biệt là phế thải bệnh viện, vẫn còn nhiều thiếu sót Tuy nhiên, trong 5 năm qua, các quốc gia như Ấn Độ và Trung Quốc đã bắt đầu chú trọng hơn đến bảo vệ môi trường và đã có nhiều tiến bộ trong việc xây dựng lò đốt tại bệnh viện Từ năm 1998, Ấn Độ đã ban hành luật về “Phế thải y tế: Lập thủ tục và Quản lý”, quy định rõ ràng các phương pháp tiếp nhận, phân loại, xử lý và di dời phế thải đến bãi rác Nhờ đó, vấn đề phế thải y tế độc hại tại Ấn Độ đã được cải thiện đáng kể.
Hiện trạng xử lý rác thải tại Việt Nam
Lượng chất thải sinh hoạt tại các đô thị Việt Nam đang gia tăng nhanh chóng, với mức tăng trung bình khoảng 10% mỗi năm Tình trạng này đặc biệt rõ rệt ở những đô thị đang mở rộng và phát triển mạnh mẽ về quy mô và dân số, như Phú Thọ (19,9%), Phủ Lý (17,3%), Hưng Yên (12,3%), Rạch Giá (12,7%) và Cao Lãnh (12,5%) Trong khi đó, các đô thị khu vực Tây Nguyên ghi nhận tỷ lệ tăng rác thải sinh hoạt ổn định hàng năm, nhưng với mức thấp hơn, chỉ khoảng 5%.
Tổng lượng rác thải sinh hoạt phát sinh tại các đô thị loại III trở lên và một số đô thị loại IV trên cả nước đạt 6,5 triệu tấn/năm, chủ yếu từ hộ gia đình, nhà hàng, chợ và kinh doanh Các đô thị vùng Đông Nam Bộ phát sinh rác thải nhiều nhất với 2.450.245 tấn/năm, chiếm 37,94% tổng lượng rác thải cả nước Tiếp theo là vùng Đồng bằng sông Hồng với 1.622.060 tấn/năm (25,12%) Ngược lại, các đô thị miền núi Tây Bắc Bộ có lượng rác thải thấp nhất, chỉ 69.350 tấn/năm (1,07%) TP Hồ Chí Minh và Hà Nội là hai đô thị phát sinh rác thải nhiều nhất với 5.500 tấn/ngày và 2.500 tấn/ngày, trong khi Bắc Kạn là đô thị phát sinh ít nhất với 12,3 tấn/ngày Tỷ lệ phát sinh rác thải bình quân đầu người tại các đô thị đặc biệt và loại I là 0,84-0,96 kg/người/ngày.
Tỷ lệ phát sinh rác thải sinh hoạt đô thị bình quân trên đầu người ở Việt Nam dao động từ 0,72-0,73 kg/người/ngày, với đô thị loại IV ghi nhận khoảng 0,65 kg/người/ngày Các thành phố phát triển du lịch như TP Hạ Long, TP Hội An, TP Đà Lạt và TP Ninh Bình có tỷ lệ phát sinh rác thải cao nhất, lần lượt là 1,38 kg, 1,08 kg, 1,06 kg và 1,30 kg/người/ngày Ngược lại, TP Đồng Hới (Quảng Bình) có tỷ lệ thấp nhất chỉ 0,31 kg/người/ngày, theo sau là Thị xã Gia Nghĩa, Thị xã Kon Tum và Thị xã Cao Bằng với 0,35 kg và 0,38 kg/người/ngày Trung bình tỷ lệ phát sinh rác thải sinh hoạt đầu người trên toàn quốc đạt 0,73 kg/người/ngày.
Ngành y tế hiện có 11,657 cơ sở khám chữa bệnh với 136,542 giường bệnh, bao gồm 843 bệnh viện từ tuyến huyện trở lên và 17,701 cơ sở y tế tư nhân Mặc dù số lượng cơ sở y tế lớn so với các nước trong khu vực, nhưng vấn đề vệ sinh môi trường và xử lý chất thải tại các cơ sở y tế, từ trung ương đến địa phương, vẫn còn yếu kém Hầu hết các cơ sở chưa có hệ thống xử lý chất thải hoặc rác thải, và một số nơi dù có hoạt động nhưng chưa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
Với mạng lưới y tế như vậy, lượng rác thải rắn y tế phát sinh trên toàn quốc là 11800 tấn/ngày Trong đó có khoảng 900 tấn chất thải y tế nguy hại
B ả ng 1: Kh ối lượ ng ch ấ t th ả i r ắ n y t ế nguy h ạ i ở các b ệ nh vi ệ n c ủ a m ộ t s ố t ỉ nh thành ph ố
Tỉnh, thành phố Khối lượng rác y tế nguy hại (T/năm)
Tỉnh, Thành phố Khối lượng rác y tế nguy hại (T/năm)
Hải Phòng 547 TP Hồ Chí Minh 4.730
Hà Nội 410 Bà Rịa – Vũng Tàu 288
( Ngu ồ n: Báo cáo hi ệ n tr ạng môi trườ ng, 2003 c ủ a các t ỉ nh thành trên c ả nướ c )
Quản lý rác tại các bệnh viện gặp nhiều thách thức, với 92,5% bệnh viện thực hiện thu gom rác thường kỳ, nhưng chỉ 14% có quy trình phân loại rác y tế để xử lý Việc phân loại rác từ các khoa khám và điều trị chưa trở nên phổ biến, dẫn đến hầu hết chất thải rắn không được xử lý đúng cách trước khi chôn lấp hoặc đốt Một số bệnh viện có lò đốt rác y tế, nhưng chúng thường đã cũ kỹ hoặc hoạt động không đảm bảo, gây ô nhiễm môi trường Mặc dù đa số bệnh viện thực hiện phân loại chất thải từ nguồn, nhưng quy trình này vẫn còn hạn chế và kém hiệu quả do nhân viên chưa được đào tạo đầy đủ.
Cac quoc gia DKSC ve xu ly rac thai tu 1900-1960
Chất thải y tế được thu gom hàng ngày bởi hộ lý và y công theo quy định, trong khi bác sĩ và y tá chưa được huấn luyện để tham gia quản lý Tuy nhiên, nhiều bệnh viện hiện đang thiếu áo bảo hộ và các thiết bị bảo vệ cần thiết cho nhân viên thực hiện thu gom, vận chuyển và tiêu hủy chất thải.
Lưu trữ chất thải y tế tại các bệnh viện thường gặp vấn đề về vệ sinh, với nhiều điểm tập trung rác nằm trong khuôn viên bệnh viện Điều này tạo ra nguy cơ rủi ro cao như vật sắc nhọn rơi vãi và sự xâm nhập của côn trùng, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường bệnh viện Nhiều khu vực tập trung rác không có mái che, không có rào bảo vệ và nằm gần các lối đi lại, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cho nhân viên y tế và bệnh nhân.
Vận chuyển chất thải y tế hiện đang gặp nhiều khó khăn do nhân viên công ty môi trường đô thị chưa có xe chuyên dụng để thu gom chất thải bệnh viện Hơn nữa, cả nhân viên bệnh viện và nhân viên công ty đều thiếu đào tạo về các nguy cơ liên quan đến quy trình thu gom, vận chuyển và tiêu hủy chất thải, điều này có thể ảnh hưởng đến an toàn và sức khỏe cộng đồng.
Theo kết quả điều tra thống kê, lượng rác thải sinh hoạt và chất thải y tế tại các đô thị Việt Nam đang gia tăng với tỷ lệ 10% mỗi năm, cao hơn so với nhiều nước phát triển Để quản lý hiệu quả nguồn chất thải này, các cơ quan cần chú trọng vào việc giảm thiểu tại nguồn, tăng cường tái chế và tái sử dụng, cũng như đầu tư vào công nghệ xử lý và tiêu hủy phù hợp, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rác thải gây ra.
XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ RÁC THẢI QUA CÁC SỐ LIỆU ĐĂNG KÝ SÁNG CHẾ 8 1 Tình hình đăng ký sáng chế về xử lý rác thải nói chung
Tình hình đăng ký sáng chế về xử lý rác thải qua các năm và ở các quốc gia từ 1885-2011
Hình 1: Đăng ký sáng chế v ề x ử lý rác th ải các năm từ 1885-1960
Hình 2: Đăng ký sáng chế về xử lý rác thải các năm từ 1961 -2011
US GB CA AU ZA
5 quoc gia co nhieu sang che nhat ve xu ly rac thai tu 1961-1974
Hình 3: 5 qu ố c gia có nhi ề u sáng ch ế nh ấ t v ề x ử lý rác th ả i t ừ 1961-1974
Vào năm 1885 có 1 SC đầu tiên được đăng ký tại Anh, tuy nhiên từ 1885-1900 hầu như không có SCĐK
Từ năm 1900 đến 1960, có tổng cộng 156 sáng chế được đăng ký, trong đó năm 1918 ghi nhận số lượng sáng chế cao nhất với 10 sáng chế Giai đoạn này cũng chứng kiến sự tham gia của 3 quốc gia trong việc đăng ký sáng chế, với một quốc gia dẫn đầu trong số đó.
Theo hình 2, theo đường biểu diễn thấy có các giai đoạn tăng trưởng khác biệt về số lượng đăng ký sáng chế, cụ thể là:
+ Từ 1961-1974: lượng đăng ký sáng chế về xử lý rác thải tăng nhẹ, năm cao nhất là
Năm 1974, có tổng cộng 119 sáng chế được đăng ký, với sự tham gia của 18 quốc gia, trong đó 5 quốc gia dẫn đầu là Mỹ (US), Anh (GB), Canada (CA), Úc (AU) và Nam Phi (ZA).
Hình 4: 5 qu ố c gia có nhi ề u sáng ch ế nh ấ t v ề x ử lý rác th ả i t ừ 1975-1990
JP CN KR US AU
5 quoc gia co nhieu sang che nhat ve xu ly rac thai tu
JP US GB CN CA
5 quoc gia co nhieu sang che nhat ve xu ly rac thai tu
Hình 5: 5 qu ố c gia có nhi ề u sáng ch ế nh ấ t v ề x ử lý rác th ả i t ừ 1991-2011
Từ 1975 đến 1990, số lượng đăng ký sáng chế liên quan đến xử lý rác thải đã tăng mạnh, với trung bình hơn 300 sáng chế mỗi năm Trong giai đoạn này, số quốc gia tham gia đăng ký sáng chế cũng tăng lên đáng kể, đạt 39 quốc gia Nổi bật trong số đó là 5 quốc gia dẫn đầu gồm Nhật Bản (JP), Mỹ (US), Anh (GB), Trung Quốc (CN) và Canada (CA), trong đó có sự góp mặt của hai nước châu Á là Nhật Bản và Trung Quốc.
Giai đoạn từ 1991 đến 2011 chứng kiến sự gia tăng đáng kể trong lượng đăng ký sáng chế, đạt đỉnh điểm vào năm 2000 với 1.676 sáng chế Trong thời gian này, có tổng cộng 49 quốc gia tham gia đăng ký sáng chế, với 5 quốc gia hàng đầu bao gồm Nhật Bản (JP), Trung Quốc (CN), Hàn Quốc (KR), Mỹ (US) và Úc (AU) Mặc dù vị trí dẫn đầu không thay đổi so với giai đoạn trước, Hàn Quốc đã xuất hiện và chiếm vị trí thứ 3 bên cạnh Nhật Bản và Trung Quốc.
10 huong nghien cuu co nhieu sang che nhat ve xu ly rac thai
Các hướng nghiên cứu đăng ký sáng chế về xử lý rác thải
5 hướng nghiên cứu nhiều nhất:
B09B: Loại bỏ chất thải rắn trong xử lý bùn thải với 5806 SC chiếm 19,9%
B01D: Nghiên cứu tách các chất rắn bằng các phương pháp như: bốc hơi, chưng cất, kết tinh, lọc, lắng, hấp thụ, hấp phụ,… với 3573 SC chiếm 12,2%
C02F: Nghiên cứu xử lý bùn thải có 3374 SC, chiếm 11,6 %
F23G: Nghiên cứu thiết bị thiêu huỷ rác bằng phương pháp đốt có 2035 SC, chiếm 7%
B01J: Nghiên cứu các quá trình hoá học (quá trình xúc tác, hoá keo; ) với 1127
Các hướng nghiên cứu khác :
G21F: Nghiên cứu xử lý rác nhiễm xạ có 835 SC chiếm 2,9%
C10G: Nghiên cứu các phương pháp tách hydrocacbon (sản phẩm dầu nói chung) từ rác
C08J: Nghiên cứu các phương pháp xử lý, tái chế, loại bỏ các chất cao phân tử từ rác (polymer,…)
B02C: Nghiên cứu phương pháp, thiết bị nghiền (xay) nhỏ rác
- Từ 1900-1974 lượng ĐKSC về xử lý rác thải đa phần tập trung ở các nước Âu Mỹ
Hình 6: 10 Hướng nghiên cứu có nhiều sáng chế nhất về xử lý rác thải
Cac quoc gia DKSC ve xu ly rac bang phuong phap dot tu 1973-1990 như: Mỹ, Anh, Canada, Úc
- Từ 1975-nay lượng ĐKSC về xử lý rác thải có xu hướng tập trung ở các nước Châu Á phát triển như: Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc
Tình hình đăng ký sáng chế về các phương pháp xử lý rác thải
2.1 Tình hình ĐKSC về xử lý rác thải bằng phương đốt
2.1.1 Đăng ký sáng chế v ề x ử lý rác th ả i b ằng phương pháp đốt qua các năm và ở các qu ố c gia t ừ 1973-2011 (SL: 404 SC)
Năm 1973 có 1 sáng chế đầu tiên được đăng ký;
Từ 1973-1990 Lượng sáng chế đăng ký rất ít, tổng số sáng chế trong giai đoạn này là 24 và có 3 quốc gia ĐKSC là Nhật (JP), Mỹ (US), Đức (DE)
Hình 7: Đăng ký sáng chế v ề x ử lý rác b ằng phương pháp đốt qua các năm từ 1973 - 2011
Hình 8: Các qu ốc gia ĐKSC về x ử lý rác b ằng phương pháp đố t t ừ 1973-1990
JP KR CN US AU
5 quoc gia co nhieu sang che nhat ve xu ly rac thai bang phuong phap dot tu 1991-2011
KR CN JP US AU
5 quoc gia co nhieu sang che nhat ve xu ly rac thai bang phuong phap dot tu 2001-2011
Từ 1991 – 2011 các đăng ký sáng chế về xử lý rác bằng phương pháp đốt tăng, xen kẽ với những năm đăng ký sáng chế giảm
Năm có sáng chế đăng ký nhiều nhất là 2004 với 64 SC
Trong giai đoạn hiện tại, có 15 quốc gia tham gia ĐKSC, trong đó 5 quốc gia dẫn đầu về số lượng sáng chế là Nhật Bản (JP), Hàn Quốc (KR), Trung Quốc (CN), Hoa Kỳ (US) và Úc (AU).
- So với giai đoạn trên, Nhật vẫn là nước có lượng sáng chế nhiều nhất
- Có thêm sự xuất hiện của 2 nước Châu Á: Hàn Quốc và Trung Quốc với lượng sáng chế cao hơn Mỹ và các nước Âu Mỹ khác
Tuy nhiên, nếu xét trong 10 năm trở lại đây thì Hàn Quốc, Trung Quốc có lượng sáng chế nhiều hơn Nhật
Hình 9: Các qu ốc gia ĐKSC về x ử lý rác b ằng phương pháp đố t t ừ 1991-2011
Hình 10: Các qu ốc gia ĐKSC về x ử lý rác b ằng phương pháp đố t t ừ 2001-2011
JP CN KR US RU DE CA AU IL GB CS CH
Cac quoc gia DKSC ve xu ly rac thai bang phuong phap xuc tac tu 1962-2011
2.1.2 Các hướ ng nghiên c ứu có đăng ký sáng chế v ề x ử lý rác b ằng phương pháp đố t t ừ 1973 -2011
Hình 11: 5 hướ ng nghiên c ứ u chính v ề x ử lý rác b ằng phương pháp đố t t ừ 1973 – 2011
Có 38 hướng nghiên cứu về xử lý rác bằng phương pháp đốt, trong đó 5 hướng nghiên cứu chính là:
F23G: Nghiên cứu thiết bị đốt rác thải, có 144 SC, chiếm 39%
B09B: Nghiên cứu loại bỏ các chất thải rắn trong bùn thải, có 40 SC, chiếm 11% B01D: Nghiên cứu tách chất rắn trong quy trình đốt rác, với 33 SC chiếm 9%
C01B: Nghiên cứu tách các chất rắn chứa Cacbon trong quy trình đốt rác thải, có 24
F23J: Nghiên cứu khử các sản phẩm của quá trình đốt rác (lọc khói, lọc bụi,v.v …), có 24 SC, chiếm 6%
2.2 Tình hình ĐKSC về xử lý rác thải bằng xúc tác hóa học
2.2.1 Tình hình ĐKSC về x ử lý rác th ả i b ằ ng xúc tác hóa h ọc qua các năm và ở các qu ố c gia t ừ 1962-2011 (SL: 314 SC)
5 huong nghien cuu chinh ve xu ly rac thai bang phuong phap dot tu 1973-2011
Hình 12: Đăng ký sáng chế v ề x ử lý rác b ằ ng xúc tác hóa h ọc qua các năm 1962 -2011
Cac huong nghien cuu DKSC ve xu ly rac thai bang phuong phap xuc tac tu 1962-2011
Theo hình 12: ả hóa học (314SC)
Năm 1962 có 1 sáng chế đầu tiên được đăng ký, c
Năm có sáng chế đăng ký nhiều nhất là 2001 với 26 SC
Từ năm 1962 đến nay, đã có 11 quốc gia đăng ký sáng chế trong lĩnh vực này, với số lượng sáng chế chủ yếu tập trung ở Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc và Hoa Kỳ.
Trong năm 2001, chỉ có 6 quốc gia ĐKSC và nhiều nhất vẫn là Nhật với 12 SC
2.2.2 Các hướ ng nghiên c ứu ĐKSC về x ử lý rác th ả i b ằ ng xúc tác hóa h ọ c
JP CN US KR RU AU
Cac quoc gia DKSC ve xu ly rac thai bang phuong phap xuc tac trong nam 2001
Từ năm 1962 đến 2011, nghiên cứu về xử lý rác thải bằng xúc tác hóa học đã có những bước tiến đáng kể, như thể hiện qua hình 14 Năm 2001, các quốc gia đã tích cực tham gia vào việc áp dụng phương pháp này để xử lý rác thải, điều này được minh họa trong hình 13 Các dữ liệu từ Wipsglobal cho thấy sự phát triển và sự quan tâm toàn cầu đối với công nghệ xử lý rác thải hiệu quả.
Nhiều nghiên cứu ứng dụng đã được đăng ký sáng chế liên quan đến xử lý rác thải bằng xúc tác hóa học Trong đó, hai hướng nghiên cứu được quan tâm nhiều nhất và chiếm tỷ lệ lớn trong số lượng đăng ký sáng chế.
B01J: Nghiên cứu các quá trình hoá học (quá trình xúc tác, hoá keo; ) với 117 SC, chiếm 39%
B01D: Nghiên cứu tách các chất rắn trong quá trình xử lý rác thải bằng phương pháp xúc tác, với 89 SC, chiếm 30%
2.3 Tình hình ĐKSC về xử lý rác thải bằng phương pháp thủy nhiệt
2.3.1 Tình hình ĐKSC v ề x ử lý rác th ả i b ằng phương pháp thủ y nhi ệt qua các năm và ở các qu ố c gia t ừ 1985-2011 (SL: 45 SC)
(45 SC); năm 1985 có 1 SC đầu tiên được đăng ký; Số sáng chế đăng ký trong 14 năm đầu rất ít (1985-1999) chỉ có 2 sáng chế
Từ năm 2000 đến nay, số lượng đơn đăng ký sáng chế (ĐKSC) liên quan đến xử lý rác thải rắn bằng phương pháp thủy nhiệt đã tăng lên, với năm 2001 ghi nhận số lượng ĐKSC cao nhất là 12 Trong giai đoạn này, có tổng cộng 8 quốc gia tham gia đăng ký sáng chế, trong đó Mỹ dẫn đầu với 7 đơn đăng ký.
Hình 15: Đăng ký sáng chế v ề x ử lý rác th ả i b ằng phương pháp thủ y nhi ệt qua các năm từ
US CN KR MX JP CA AU ES
Cac quoc gia DKSC ve xu ly rac thai bang phuong phap thuy nhiet tu 2000-2011
2.3.2 Các hướng nghiên cứu có đăng ký sáng chế về xử lý rác thải bằng phương pháp thủy nhiệt từ 1985 -2011
Hình 17: Các hướng nghiên cứu có đăng ký sáng chế v ề x ử lý rác th ả i b ằng phương pháp th ủ y nhi ệ t t ừ 1985-2010 (nguồn Wipsglobal)
Theo hình 17, có 5 hướng nghiên cứu như sau:
C02F: Nghiên cứu xử lý bùn thải trong quá trình xử lý rác thải bằng phương pháp thủy nhiệt, có 27 SC, chiếm 66 %
B09B: Loại bỏ các phế liệu rắn trong bùn thải, chiếm 15%
B01J: Nghiên cứu các quá trình hoá học (quá trình xúc tác, hoá keo; ) trong quá trình xử lý rác thải bằng phương pháp thủy nhiệt, chiếm 10%
G21F: Nghiên cứu xử lý các vật liệu nhiễm xạ trong rác thải chiếm 5%
Cac huong nghien cuu ve xu ly rac thai bang phuong phap thuy nhiet tu 1985-2011
Hình 16: Các qu ốc gia ĐKSC về x ử lý rác th ả i b ằ ng phương pháp thủ y nhi ệ t t ừ 2000-2011 (ngu ồ n: Wipsglobal)
B01D: Nghiên cứu tách các chất rắn trong quá trình xử lý rác thải bằng phương pháp thủy nhiệt, chiếm 5%
Trước năm 1975, các sáng chế về xử lý rác thải chủ yếu được phát triển tại các nước phương Tây như Mỹ, Anh và Canada Từ năm 1975 đến nay, sự phát triển này đã chuyển hướng sang ba quốc gia hàng đầu ở Châu Á, bao gồm Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc.
Trong suốt các giai đoạn trong năm, Nhật Bản luôn dẫn đầu về số lượng sáng chế liên quan đến xử lý rác thải, đặc biệt là trong ba phương pháp xử lý chính.
Xử lý rác thải bằng phương pháp đốt, mặc dù được nghiên cứu muộn hơn so với phương pháp xúc tác, nhưng lại thu hút được nhiều sáng chế hơn, với 404 sáng chế cho phương pháp đốt so với 314 cho phương pháp xúc tác Điều này cho thấy sự quan tâm lớn của thế giới đối với phương pháp đốt rác, trong đó nghiên cứu về thiết bị đốt rác chiếm tỷ lệ cao nhất, lên đến 39%.
Từ năm 1985, phương pháp xử lý rác thải bằng thủy nhiệt đã xuất hiện và trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong những năm gần đây Đây là một phương pháp mới mẻ, hứa hẹn mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý rác thải.
GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ RÁC THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT
Giới thiệu công nghệ xử lý rác theo phương pháp nhiệt phân và một số kết quả nghiên cứu về công nghệ này tại Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Lọc Hóa Dầu – Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Trong những năm gần đây, sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch như dầu mỏ và than đá đã tạo ra nhiều thách thức cho việc xây dựng nền kinh tế bền vững, đặc biệt là đối với các quốc gia đang phát triển.
Việt Nam đang đối mặt với ô nhiễm môi trường do việc sử dụng quá nhiều nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến phát thải CO2 và hiệu ứng nhà kính Hiện nay, nhiều nghiên cứu trên toàn cầu đang tìm kiếm nguồn nguyên liệu mới thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, cùng với các công nghệ sản xuất phù hợp nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
Công nghệ nhiệt phân đã được nghiên cứu và ứng dụng từ lâu, nhưng trong những năm gần đây, nó đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, đặc biệt trong việc xử lý biomass và rác thải hữu cơ Công nghệ này không chỉ giúp sản xuất các nguồn nhiên liệu lỏng và khí mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
2.1 Cơ sở khoa học của quá trình nhiệt phân
Khí hoá và nhiệt phân là hai quá trình đại diện cho sự đốt cháy không hoàn toàn của vật liệu, trong đó nhiệt phân diễn ra ở nhiệt độ trung bình và không có oxy Ranh giới giữa hai quá trình này không rõ ràng, và trong một số trường hợp, phản ứng của chúng có thể xảy ra đồng thời Do đó, việc lựa chọn quá trình phù hợp phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu ban đầu và mục đích sản phẩm yêu cầu.
Nhiệt phân là phương pháp phân hủy hóa học vật liệu hữu cơ trong điều kiện không
Nhiệt phân là phương pháp phổ biến để thu nhiên liệu sinh khối, tuy nhiên, không thể đạt được oxy hoàn toàn, dẫn đến việc sản phẩm nhiệt phân luôn chứa một phần nhỏ sản phẩm oxy hóa Quá trình này tạo ra ba loại sản phẩm chính: khí (methane, hydrogen, CO và CO2), lỏng (dầu nhiệt phân) và rắn (than) Bằng cách điều chỉnh các điều kiện nhiệt phân, có thể thay đổi cấu trúc sản phẩm để phục vụ cho các mục đích khác nhau của con người Hiện nay, có ba công nghệ nhiệt phân chính: cốc hóa chậm, chuyển hóa chậm và chuyển hóa rất nhanh.
B ả ng 2: M ộ t s ố đặc điểm cơ bả n c ủ a các công ngh ệ nhi ệ t phân [1]
Nhiệt độ, 0 C Sản phẩm chính
Rất chậm Vài ngày 400 Than
Chậm 5-30 phút 600 Dầu nhiệt phân, khí, than Rất nhanh 1-5 giây 650 Dầu nhiệt phân
2.1.2 Cơ chế của quá trình nhiệt phân
Trong quá trình nhiệt phân Biomass hoặc rác thải hữu cơ, quy trình này thường trải qua nhiều phản ứng phức tạp và có thể được chia thành 4 giai đoạn chính khi nhiệt độ dưới mức nhất định.
220 0 C thì ẩm bay hơi, 220-315 0 C phần lớn sự phân hủy hemicellulose, 315- 400 0 C cho sự phân hủy celluolose, > 400 0 C cho sự phân hủy lignin [1,2]
Có thể chia nhiệt phân thành hai quá trình: nhiệt phân sơ cấp và nhiệt phân thứ cấp a Nhiệt phân sơ cấp
Thành phần chính của than bùn hay sinh khối biomass bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin, là các chất cao phân tử cấu thành từ các phân tử đường có thể phân hủy thành đường đơn Quá trình nhiệt phân sơ cấp diễn ra trong pha rắn và chủ yếu là phản ứng depolymer hóa, với cơ chế gốc tự do Khi nhiệt độ vượt quá 300°C, các chất có liên kết carboxyl yếu sẽ bị phân hủy qua phản ứng decarboxyl hóa.
Sự hình thành các gốc tự do như sau:
Trong quá trình nhiệt phân sơ cấp, các gốc tự do kết hợp với gốc hydro để tạo ra metaplast Khi nhiệt độ tăng cao, các metaplast có phân tử lượng thấp sẽ bay hơi và ngưng tụ thành dầu nhiệt phân, trong khi các metaplast có khối lượng phân tử lớn sẽ tạo thành than Quá trình này cũng sản sinh ra các khí như CO, CO2, CH4, H2 và H2O, chiếm phần lớn trong tổng sản phẩm khí.
Và sau đó có thể:
Nước được sinh ra do phản ứng:
Quá trình này tạo ra hydrocarbon với số lượng carbon đa dạng, bao gồm cả nhiên liệu lỏng và khí Đồng thời, một lượng lớn nước cũng được sinh ra, dẫn đến việc nhiên liệu từ sinh khối thường chứa một lượng nước nhất định.
Quá trình nhiệt phân thứ cấp diễn ra trong pha hơi, trong đó các hợp chất dễ bay hơi bị phân hủy nhiệt tạo ra metaplast nhỏ hơn và sản sinh nhiều khí CO, H2 Hiện tượng này dẫn đến sự giảm thiểu sản phẩm lỏng, tức dầu nhiệt phân Các điều kiện như nhiệt độ cao và thời gian phản ứng dài sẽ thúc đẩy quá trình này Cơ chế của quá trình nhiệt phân trong điều kiện có xúc tác cũng đóng vai trò quan trọng.
Cracking xúc tác là quá trình chuyển đổi các hydrocacbon mạch dài thành các hydrocacbon mạch ngắn hơn nhờ tác động của xúc tác và nhiệt độ Có nhiều cơ chế khác nhau được đề xuất để giải thích quá trình này, nhưng cơ chế ion cacboni là phổ biến nhất Theo cơ chế này, quá trình cracking diễn ra qua ba giai đoạn chính.
Ví dụ: craking n-hexan sử dụng xúc tác nhôm silicat theo 3 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Là giai đoạn ion cacboni được tạo thành, ion này hình thành do n-hexan hấp thụ trên trung tâm axit Lewis của xúc tác
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + A(H + ) CH 3 -C + H-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3
CH3-CH2-CH + -CH2-CH2-CH3
Giai đoạn 2 là quá trình chuyển đổi ion cacboni thành các sản phẩm trung gian, trong đó ion cacboni bậc 1 kém bền hơn ion bậc 2, và ion bậc 2 lại kém bền hơn ion bậc 3 Do đó, các ion có xu hướng chuyển hóa về trạng thái ổn định hơn thông qua các phản ứng hóa học.
CH 3 -CH 2 -CH + -CH 2 -CH 2 -CH3 CH 3
CH3-C + H-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-C + -CH2-CH3
CH3-C + -CH2-CH2-CH3 CH3
Giai đoạn 3 là giai đoạn đứt mạch, trong đó các ion mang điện tích sẽ đứt mạch tại vị trí β, tạo ra một chất trung hòa và ion cacboni mới với số cacbon nhỏ hơn.
CH3-CH2-C + -CH2-CH3 đứt mạch CH 3 -CH=CH + C + H2-CH3
Quá trình cracking xúc tác không chỉ tạo ra các hợp chất có số carbon nhỏ hơn mà còn sản sinh một lượng lớn hydro Tương tự, quá trình nhiệt phân than bùn diễn ra trong điều kiện giống nhau, cho phép cắt mạch hydrocacbon dài thành các hydrocacbon ngắn hơn thông qua các cơ chế tương tự.
2.1.3 Sản phẩm của quá trình nhiệt phân và ứng dụng a 2 : Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, Hydro là một loại khí, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi -252.87 0 C và nhiệt độ nóng chảy -259.14 0 C Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các vật chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử Trên trái đất, nguồn chủ yếu cung cấp hydro là nước Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ, than, nhiên liệu hóa thạch và khí tự nhiên Hydro là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên Đặc điểm quan trọng của hydro là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, như cacbon, lưu huỳnh, nitơ nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước, được gọi là nhiên liệu sạch thân thiện với môi trường và không gây bất cứ sự cố môi trường nào cho con người Ngày nay, hydro được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: năng lượng, thực phẩm, hóa dầu, lọc dầu b Ứng dụng cacbon monoxit (CO):
Giới thiệu công nghệ xử lý rác theo phương pháp thủy nhiệt và một số nghiên cứu của trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Phương pháp xử lý chất thải hiện tại chủ yếu là chôn lấp và đốt, với Nhật Bản là ví dụ điển hình cho việc đốt chất thải cháy Tuy nhiên, nhiều quốc gia vẫn phụ thuộc vào chôn lấp, trong khi xu hướng toàn cầu đang hướng tới việc cấm hoặc hạn chế phương pháp này Mặc dù phân loại rác ngày càng phổ biến, nhưng giải pháp sử dụng rác đã phân loại vẫn còn hạn chế Do đó, cần phát triển các phương pháp thay thế cho việc đốt rác đã phân loại Công nghệ mới đang được nghiên cứu nhằm biến rác thành nguồn năng lượng, từ đó có thể thu hồi chi phí xử lý và sản xuất các sản phẩm như điện, hơi nước, và nhiên liệu Báo cáo này sẽ giới thiệu các công nghệ liên quan đến quá trình này.
3.1 Công nghệ mới sản xuất nhiên liệu rắn
Công đoạn tiền xử lý yêu cầu các bước nghiền, sấy và khử mùi, bao gồm nhiều công nghệ khác nhau Một trong những sáng kiến nổi bật là hệ thống tiền xử lý thủy nhiệt RRS (Resource Recycling System), sử dụng hơi bão hòa cao áp với đặc trưng là chi phí năng lượng sấy thấp Hình 1 minh họa sơ đồ nguyên lý của công nghệ RRS, trong khi Hình 2 thể hiện một xưởng chế biến, và Hình 3 cùng Hình 4 trình bày nguyên liệu và sản phẩm sau khi xử lý.
Hình 25: Sơ đồ nguyên lý công ngh ệ RRS
Hình 26: Xưở ng x ử lý th ủ y nhi ệ t CTR
CTR được xử lý trong thiết bị với nhiệt độ 200°C và áp suất hơi nước 2MPa trong 30 phút, sau đó các cánh dao đảo trộn CRT trong 10 phút Sản phẩm thu được có dạng bột, độ ẩm tương tự như vật liệu ban đầu nhưng dễ dàng được sấy khô tự nhiên, cho thấy RRS không phải là quá trình sấy mà là quá trình có thể tận dụng năng lượng tự nhiên với chi phí thấp Sản phẩm này hầu như không có mùi hôi và có thể được sử dụng như phân bón lỏng hoặc phân hữu cơ rắn từ chất thải thủy sản, thức ăn thừa, phân động vật, hoặc làm nhiên liệu rắn từ CTR hỗn hợp, bao gồm chất dẻo, có thể trộn với than để phát điện hoặc sử dụng trong lò xi măng.
Với CTR đô thị, công nghê RRS có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật so với phương pháp đốt truyền thống vì những lý do sau:
Công nghệ RRS là một giải pháp không phát thải, giúp loại bỏ hoàn toàn các chất độc hại như dioxin, NOx, SOx và bụi Hơn nữa, nước thải có thể được xử lý để sử dụng cho nồi hơi, đảm bảo không phát sinh nước thải ra môi trường.
Hình 28: S ả n ph ẩ m sau x ử lý b ằ ng RRS
- Sản phẩm của công nghệ RRS có thể sử dụng như nhiên liệu rắn, đặc biệt trộn để đốt cùng với than
- Chi phớ đầu tư và vận hành bằng ẵ so với phương phỏp đốt thụng thường
- Dễ cấp phép đối với việc xây dựng hệ thống RRS do không có phát thải
Khi áp suất được tăng lên 2,5 Mpa, PVC sẽ trải qua quá trình nhiệt phân và giải phóng HCl Chất thải này hoàn toàn an toàn vì nó sẽ chuyển hóa thành muối vô cơ an toàn khi phản ứng với kiềm trong CTR đô thị, do đó không phát thải Cl2 trong quá trình đốt nhiên liệu sản phẩm.
3.2 Thách thức khi thực hiện công nghệ này
Công nghệ này đòi hỏi phải vượt qua những thách thức sau:
1) Áp suất cao: Việc thực hiện áp suất cao mâu thuẫn với yêu cầu dung tích lớn của thiết bị Khi đó các vấn đề về vật liệu chịu áp và chịu nhiệt, kéo theo đó là giá thành thiết bị có thể hạn chế việc áp dụng công nghệ này
2) Yêu cầu hoạt động liên tục: Rác thải có khối lượng và thể tích lớn chỉ có thể giải quyết được nếu hệ thống hoạt động liên tục Khi đó vấn đề kết cấu hệ thống sẽ vô cùng quan trọng
3) Yêu cầu làm kín: Thiết bị chịu áp nên yêu cầu làm kín sẽ rất lớn Chính kết cầu làm kín cho thiết bị là một trong những mấu chốt của sáng kiến này Hiện nay, chưa có một tiết lộ nào về cơ cấu này
4) Loại hình nguyên liệu: rác Việt nam nói chung là không phân loại hoặc không phân loại triệt để Kết cấu thiết bị và hệ thống phải tính đến yếu tố này để tránh làm tắc, có thể vận hành trong phạm vi rộng
5) Giá thành: ở Việt nam, công nghệ chỉ có thể tồn tại được nếu giá thành tổng cộng thấp hơn các công nghệ khác, bất kể mức độ hiện đại của công nghệ mới đến đâu
6) Đề xuất: Có thể có một số đề xuất cụ thể sau:
- Thử nghiệm ở quy mô pilot để đánh giá khả năng áp dụng và quy mô có thể phát triển của công nghệ này
Thử nghiệm chế tạo thiết bị thu gom và xử lý rác thải cho hộ gia đình nhằm khuyến khích mọi người tham gia, góp phần giảm gánh nặng cho khu vực công cộng và bảo vệ vệ sinh môi trường tại các khu đô thị.
3.3 Trường ĐHBK và các hoạt động góp phần giải quyết vấn đề
Trường ĐHBK đang tiến hành nghiên cứu cải tiến công nghệ xử lý chất thải, bao gồm nâng cao hiệu suất lò đốt, áp dụng công nghệ chôn lấp và xử lý nước rác Nhà trường đặc biệt chú trọng vào các vấn đề liên quan đến xử lý nguồn chất thải khác nhau nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
- Nghiên cứu công nghệ thủy nhiệt xử lý CTR sinh hoạt:
Nghiên cứu hành vi của các CRT điển hình
Khả năng ứng dụng làm nhiên liệu, phân bón, chất hấp phụ
Khả năng cải tạo đất
Khả năng triển khai quy mô hộ gia đình
- Nghiên cứu công nghệ thủy nhiệt áp dụng cho CTR bệnh viện
Nghiên cứu hành vi của các mẫu CRT bệnh viện điển hình
Khả năng ứng dụng làm nhiên liệu, phân bón, chất hấp phụ
Khả năng cải tạo đất
Khả năng triển khai quy mô nhỏ và vừa ở các bệnh viện các cấp, đặc biệt là tuyển huyện, tỉnh
- Nghiên cứu công nghệ nhiệt phân (có và không có xúc tác) xử lý CTR có nguồn gốc polymer
Nhiệt phân không xúc tác: Tỷ lệ thu hồi nhiên liệu, đặc trưng nhiên liệu sản phẩm, khả năng áp dụng, hiệu suất và hiệu quả
Nhiệt phân có xúc tác là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, tập trung vào việc phát triển các loại xúc tác phù hợp nhằm tối ưu hóa tỷ lệ thu hồi nhiên liệu và đặc trưng hóa sản phẩm nhiên liệu Để nâng cao khả năng áp dụng, hiệu suất và hiệu quả của công nghệ này, cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các tổ chức trong nước và quốc tế Việc này sẽ giúp đẩy nhanh quá trình đưa các công nghệ nhiệt phân vào ứng dụng thực tiễn.