Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị xử lý rác thải nhựa thân thiện với môi trường cho các khu bảo tồn biển phù hợp với điều kiện Việt Nam, thử nghiệm áp dụng tại quần đảo Cát Bà (02/04/2024)

Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội chủ trì, TS Vũ Thị Mai là chủ nhiệm thực hiện đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị xử lý rác thải nhựa thân thiện với môi trường cho các khu bảo tồn biển phù hợp với điều kiện Việt Nam, thử nghiệm áp dụng tại quần đảo Cát Bà từ tháng 01/2021-6/2023. Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là xác lập được cơ sở khoa học và thiết kế được sơ đồ công nghệ phù hợp xử lý chất thải nhựa thân thiện với môi trường cho các khu vực bảo tồn biển đáp ứng với thực tế của Việt Nam dựa trên nghiên cứu kinh nghiệm quốc tế, khảo sát thực tiễn; đồng thời chế tạo, lắp đặt vận hành thử nghiệm 01 hệ thống thiết bị thử nghiệm xử lý chất thải nhựa với đầu ra chất thải cuối cùng thân thiện với môi trường từ nguồn chất thải nhựa được thu gom ở khu bảo tồn biển quần đảo Cát Bà - Hải Phòng.

Nhóm nghiên cứu tiến hành xác định các sinh cảnh điển hình tại khu bảo tồn biển Cát Bà và Vịnh Nha Trang (sinh cảnh rừng ngập mặn, sinh cảnh bãi triều, sinh cảnh cảng cá, sinh cảnh vịnh Lan Hạ, sinh cảnh cửa sông); thiết lập các ô tiêu chuẩn/ từng sinh cảnh; thu gom, cân tổng khối lượng chất thải nhựa thu được tại từng sinh cảnh và phân loại chất thải nhựa, xác định thành phần của chất thải nhựa theo 7 nhóm: PET (điển hình là các chai đựng nước khoáng, chai đựng nước giải khát, lọ đựng bơ đậu nành, mứt, màng bao gói thực phẩm...), HDPE (điển hình là các chai đựng sữa, chai đựng dầu gội, mỹ phẩm, chai đựng nước giặt, tuýp kem đánh răng…), V hay PVC (điển hình là các màng nhẵn trên chai nước, đồ chơi, chai đựng dầu ăn...), LDPE (điển hình là các túi nilon, túi đựng thực phẩm, hộp đựng thực phẩm, các loại chai có thể bóp...), PP (điển hình là các nắp chai đựng nước, hộp sữa chua, lọ đựng thuốc, ống hút, dây cước...), PS (điển hình là các đĩa, thìa, cốc bằng nhựa dùng 1 lần, mảnh phao, mảnh xốp...) và các loại khác (là các không thuộc 6 nhóm nhựa được định danh cụ thể, phổ biến nhất là PC); cân khối lượng từng nhóm chất thải nhựa sau phân loại; tiến hành sấy từng nhóm chất thải nhựa; cân khối lượng từng nhóm chất thải nhựa sau sấy; xác định độ ẩm từng nhóm chất thải nhựa. 

Nghiên cứu hiện trạng phát sinh chất thải nhựa tại các khu vực dân sinh tại thị trấn Cát Bà, huyện Cát Hải, thành phố Hải Phòng và thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa cho thấy, tại Cát Bà thành phần, khối lượng chất thải nhựa phát sinh có tỷ lệ giữa chất thải nhựa và chất thải rắn sinh hoạt khoảng 0,07%, hệ số phát sinh chất thải nhựa khoảng 0,0235 kg/người/ngày, tỷ lệ chất thải nhựa phát sinh chiếm từ 3%-4,2% tổng lượng rác thải sinh hoạt. Về hiện trạng phát sinh chất thải nhựa tại các khu bảo tồn biển Cát Bà và khu bảo tồn biển Vịnh Nha Trang cho thấy, trong các sinh cảnh nghiên cứu điển hình tại khu vực hệ sinh thái vùng triều, khu bảo tồn biển Cát Bà trên cùng một đơn vị diện tích thì sinh cảnh vịnh Lan Hạ có số lượng mẫu chất thải nhựa thu được nhiều nhất, tiếp theo là sinh cảnh cảng cá, sinh cảnh rừng ngập mặn và cuối cùng là sinh cảnh bãi triều. Chất thải nhựa thu được tại sinh cảnh vịnh Lan Hạ có số lượng nhiều hơn so với các sinh khác là do ngoài lượng chất thải nhựa phát sinh tại các lồng bè trên vịnh, thì còn là nơi tập trung chất thải nhựa trôi dạt trên biển vào đây. Trong bốn sinh cảnh nghiên cứu tại khu bảo tồn Nha Trang, trên cùng một đơn vị diện tích thì số lượng chất thải nhựa thu được tại sinh cảnh cảng cá là nhiều nhất (192 vật thể) với kích thước chiều dài từ 1-185 cm và chiều rộng từ 1-68 cm, thứ hai là sinh cảnh rừng ngập mặn với 101 vật thể với kích thước chiều dài từ 1- 6 cm và chiều rộng từ 2-36 cm, đứng thứ ba là sinh cảnh bãi triều với 75 vật thể với kích thước chiều dài từ 1-60 cm và chiều rộng từ 1-30 cm và cuối cùng là sinh cảnh cửa sông với số lượng vật thể là 57 có kích thước chiều dài từ 13-24 cm, chiều rộng từ 11-17 cm. Nguyên nhân chất thải nhựa thu được tại sinh cảnh cảng cá là nhiều nhất bởi vì đây là cảng cá lớn nhất Nam Trung Bộ, là nơi tập trung của các con tàu lớn, nhỏ. Hoạt động buôn bán diễn ra thường xuyên, tấp nập người qua lại… 

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, công tác quản lý và xử lý chất thải nhựa tại Cát Bà và Nha Trang vẫn còn được thu gom chung với rác thải sinh hoạt tại địa phương và chưa có hình thức phân loại, thu gom xử lý riêng. Người dân đã có ý thức trong việc thu gom, tích trữ các vật dụng bằng nhựa để tái sử dụng và bán cho các cơ sở thu mua phế liệu. Tuy nhiên, chỉ áp dụng với các vật dụng nhựa PET và nhựa HDPE. Còn hầu hết các loại nhựa khác, người dân vẫn chưa có ý thức thu gom và có cách xử lý thích hợp để hạn chế gây ô nhiễm, ảnh hưởng tới môi trường, đặc biệt là túi nilon.

Xuất phát từ hiện trạng trên, đề tài tiến hành nghiên cứu chế tạo và vận hành thử nghiệm thiết bị xử lý chất thải nhựa bằng phương pháp nhiệt phân với công suất 5kg/h, khối lượng là 1.472 kg, kích thước dài 4m, rộng 3,8m, cao 2,85 m. Hệ thống sử dụng dòng điện công nghiệp 3 pha. Tổng công suất tiêu thụ điện của toàn bộ hệ thống từ 12 - 16 kWh. Địa điểm chế tạo và vận hành thử nghiệm hệ thống nhiệt phân chất thải nhựa tại Công ty cổ phần Xây lắp và Thiết bị Công nghiệp Mekanic, thị trấn Phùng, Đan Phượng, Hà Nội. Thiết bị gồm hệ thống nghiền, sấy nhựa; hệ thống nhiệt phân nhựa; hệ thống ngưng tụ dầu và hệ thống điều khiển tự động. Toàn bộ hệ thống được vận hành bằng điện 3 pha. Sau khi thiết kế chế tạo, toàn bộ hệ thống được vận hành thử nghiệm với nguồn rác thải được thu thập từ khu bảo tồn biển Cát Bà đánh giá hiệu quả và tính khả thi của thiết bị và để đảm bảo hoạt động ổn định và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Quy trình thử nghiệm hệ thống nhiệt phân nhựa bao gồm các bước: Kiểm tra hệ thống cấp nhựa, khí, nước và thu nhiên liệu; Khởi động hệ thống và điều chỉnh các thông số hoạt động của hệ thống; Thực hiện thử nghiệm đầu tiên; Điều chỉnh hệ thống; Thực hiện các thử nghiệm tiếp theo; Kiểm tra an toàn và độ tin cậy; Ghi nhận và phân tích kết quả; Hoàn tất và bàn giao hệ thống. Kết quả vận hành thử nghiệm cho thấy các thông số đầu ra của khí thải điều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 61 - MT:2016/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải rắn sinh hoạt đối với các thông số gồm Bụi tổng, HCl, CO, SO₂, Hg, Cd, Pb và dioxin. Tro xỉ thải ra từ hệ thống nhiệt phân không có hàm lượng kim loại nặng Hg, Cd, Pb vượt QCVN 07:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại. Dầu nhiệt phân từ hệ thống nhiệt phân chất thải nhựa có tỷ trọng ở 40⁰C là 0,7477kg/m³, độ nhớt động học là 1,9 m²/s, nhiệt trị 9829,35 kcal/kg, điểm cháy ở 20⁰C, hàm lượng lưu huỳnh chiếm 0,246%, dư lượng các-bon chiếm 0,5% và hàm lượng tro chiếm 0,036 %. Sản phẩm dầu nhiệt phân này có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu thay thế hoặc tái chế thành các sản phẩm hữu ích khác. Kết quả cho thấy mô hình đã đạt được một số thành tựu tích cực trong việc xử lý và giảm thiểu chất thải nhựa tại quần đảo Cát Bà. Đặc biệt, nghiên cứu đã có kết quả nổi bật là nhận được Quyết định số 33552/QĐ-SHTT ban hành ngày 23/5/2023 chấp nhận đơn đăng ký sáng chế do Cục Sở hữu trí tuệ cấp.

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở và kiến thức cho việc phát triển các biện pháp quản lý và xử lý chất thải nhựa tại các khu bảo tồn biển ở Việt Nam, đồng thời đóng góp vào việc bảo vệ môi trường và tài nguyên biển quan trọng của đất nước. Mô hình xử lý chất thải rắn bằng công nghệ nhiệt phân nếu được xây dựng, lắp đặt và vận hành tại chỗ sẽ giúp giảm chi phí và thời gian cho việc xử lý chất thải nhựa nói riêng và chất thải rắn nói chung nhờ vào việc giảm chi phí và thời gian vận chuyển chất thải nhựa, đặc biệt tại các vùng hải đảo, vùng sâu, vùng xa về khu vực đất liền. Ngoài ra, nếu được đầu tư hệ thống xử lý chất thải nhựa ở các khu vực trên sẽ góp phần giảm chất thải nhựa thải trực tiếp ra môi trường, góp phần vào mục tiêu giảm chất thải nhựa đại dương theo Quyết định số 1746/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ: Về việc ban hành Kế hoạch hành động quốc gia về quản lý rác thải nhựa đại dương đến năm 2030. Kết quả nghiên cứu bước đầu có thể cung cấp thông tin cho các cơ quan quản lý nhà nước có liên quan tham khảo trong quá trình xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò khí hoá chất thải nhựa trong tương lai. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài tại Trung tâm Thông tin, Thống kê KH&CN Hải Phòng hoặc Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia./.