Các công cụ và công nghệ giám sát chất thải rắn đô thị: Đổi mới chiến lược

Theo dõi MTĐT trên

Với cách tiếp cận chất thải rắn đô thị từ góc độ môi trường và kinh tế, sau Bài 1: "Quản lý chất thải rắn đô thị - Thách thức đối với các nước trên thế giới", Bài 2: "Các công nghệ xác định giá trị của chất thải rắn đô thị", Chuyên trang Quản lý môi trường trân trọng giới thiệu với bạn đọc bài cuối - Bài 3: "Các công cụ và công nghệ giám sát chất thải rắn đô thị: Đổi mới chiến lược".

Công cụ giám sát

Giám sát sự phát sinh chất thải là một giai đoạn thiết yếu trong kế hoạch quản lý chất thải của bất kỳ khu vực hoặc quốc gia nào. Cảm biến siêu âm , máy dò kim loại và máy thu nhận mùi là những ví dụ về các biện pháp can thiệp kỹ thuật trong lĩnh vực chất thải cho phép giám sát chất thải an toàn với chi phí thấp. Sau khi các phần chất thải khác nhau đã được xác định và phân tách, chúng có thể dễ dàng được phân loại thành các đống trong một đơn vị lưu trữ chất thải bằng cách sử dụng máy phân loại cơ học. Hệ thống giám sát chất thải công nghệ cao, chẳng hạn như cảm biến, RFID (nhận dạng tần số vô tuyến), hệ thống thông tin địa lý, GSM/GPRS (Dịch vụ gói tin vô tuyến di động) đã được công nhận trên toàn cầu là những công cụ giám sát hiệu quả.

Nhận dạng tần số vô tuyến điện

RFID là công nghệ thu thập thông tin tiên tiến sử dụng tín hiệu sóng vô tuyến để truyền thông tin giữa bộ thu và bộ phát thông qua tương quan quy nạp và phát ngược để xác định một thực thể. Công nghệ này tập trung vào sóng vô tuyến và đã được sử dụng để giám sát các hiện vật và cá nhân. Một trong những phương pháp nhận dạng phổ biến nhất là lưu trữ số sê-ri cũng như các chi tiết khác của một mặt hàng cụ thể trên thẻ RFID. Thông tin nhận dạng có thể được lấy bằng cách quét và đọc thẻ bằng đầu đọc RFID. Thẻ RFID và đầu đọc giao tiếp thông qua sóng vô tuyến, với đầu đọc chuyển đổi sóng phản xạ thành dữ liệu kỹ thuật số sau đó được gửi đến máy tính để xử lý. Hệ thống RFID được tạo thành từ ba phần chính: (a) bộ phát đáp, còn được gọi là thẻ RFID, (b) bộ dò hỏi , còn được gọi là đầu đọc RFID và (c) máy chủ lưu trữ, là một thiết bị thu thập thông tin. Hannan và cộng sự (2011) , đề xuất một hệ thống theo dõi thùng rác và xe tải sử dụng RFID. Hệ thống RFID đã được sử dụng ở các nước Châu Âu để xác định trọng lượng của thùng. Phần cứng và phần mềm được sử dụng trong giải pháp này có chi phí thấp, dễ cài đặt và bảo trì. Do đó, công nghệ RFID đóng một vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý chất thải. Tuy nhiên, để sử dụng thùng, cá nhân phải luôn có trên tay chứng minh nhân dân. Đây là một trong những hạn chế của quá trình này.

Hệ thống Thông tin di động/dịch vụ vô tuyến toàn cầu (GSM / GPRS)

GSM / GPRS được biết đến trên toàn thế giới về truyền thông di động kỹ thuật số chủ yếu được sử dụng để truyền tải dữ liệu di động. GSM (Hệ thống Toàn cầu về Truyền thông Di động) cung cấp các phương tiện truyền dữ liệu, với tốc độ truyền dữ liệu giới hạn ở 9,6 Kbps và việc thiết lập kết nối mất vài giây. GPRS (General Packet Radio Service) được coi là mạng loại 2.5G là dịch vụ mạng GSM giúp tăng cường đáng kể khả năng truy cập không dây vào mạng dữ liệu gói. GPRS sử dụng nguyên tắc chuyển mạch gói, có thể theo dõi các gói ngay lập tức từ máy trạm di động GPRS sang mạng chuyển mạch gói. Giao thức Internet (IP) và mạng X.25 đều được hỗ trợ bởi GPRS. Ở Ấn Độ, kỹ thuật này được sử dụng để giám sát/quản lý chất thải rắn đô thị. Tuy nhiên, nhiều nước đang phát triển khác vẫn chưa biết đến giải pháp này.

Cảm biến

Cảm biến là một công cụ cảm nhận và kiểm tra các đặc tính thực tế của vật liệu như các đại lượng vật lý và tính chất hóa học trước khi chuyển đổi chúng thành tín hiệu mà sau đó một số thiết bị khác có thể nhìn thấy trực tiếp hoặc tiếp nhận. Hệ thống quản lý chất thải rắn sử dụng nhiều loại cảm biến để thu thập dữ liệu, phát hiện nhanh và giám sát môi trường xung quanh. Một cảm biến được tạo thành từ hai thành phần chính: (a) phần tử cảm biến và (b) phần tử đầu dò. Một lượng được đo lường được phần tử cảm biến nhận biết một cách chủ động hoặc bị động. Mặc dù các cảm biến phổ biến hiện nay biến đổi các đại lượng được tính toán thành tín hiệu điện, nhưng một phần của quá trình truyền tải chuyển đổi số quá trình vật lý xác định thành tín hiệu tương tự thích hợp cho nghiên cứu (ví dụ: cơ khí, điện và quang học). Phần tử truyền tải yêu cầu nguồn điện để hoạt động. Ngoài ra cần có phần tử liên kết và biến đổi tín hiệu khi xử lý tín hiệu kém. Cảm biến là yếu tố cần thiết cho tự động hóa.

Cảm biến được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng xử lý chất thải rắn đô thị. Thùng thu gom cảm biến đã được sử dụng để tối ưu hóa việc thu gom và ước tính thành phần rác thải. Để thu gom chất thải rắn, hệ thống theo dõi thùng sử dụng các cảm biến trọng lượng, nhiệt độ, công suất, áp suất và độ ẩm. Tại các thời điểm khác nhau trong năm, hệ thống đã sử dụng các biện pháp để tương quan giữa khả năng xử lý chất thải rắn của thành phố với dân số dân cư và chỉ số tiêu dùng. Hệ thống CTRĐT sử dụng nhiều loại cảm biến (thể tích, hồng ngoại, siêu âm, điện dung và độ tiệm cận) để đo thể tích chất đầy thùng nhằm tối ưu hóa việc định tuyến và lập lịch cùng với theo dõi thu gom. Một cảm biến cảm biến lực và một cảm biến đo biến dạng đã được sử dụng để xác định trọng lượng của chất thải bên trong thùng rác. Cảm biến điện trở và cảm biến điện, cũng như cảm biến ôxít thiếc, đã được sử dụng để đo độ ẩm và mùi tương ứng cho giám sát tình trạng xung quanh. Cảm biến quang học và cảm biến hồng ngoại đang được sử dụng để tách chất thải thủy tinh và nhiều loại chất thải rắn đô thị khác. Hơn nữa, các cảm biến nhiệt trị đã được sử dụng trong các nhà máy đốt rác để theo dõi quá trình đốt cháy. Các loại cảm biến khác nhau được thể hiện trong Bảng dưới đây:

Bảng các loại cảm biến, ứng dụng mục tiêu và phạm vi chức năng trong quản lý/giám sát chất thải rắn đô thị:

Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

GIS là một hệ thống không gian tiên tiến, một công cụ thu thập, lưu trữ, quản lý, tích hợp, thao tác, phân tích dữ liệu dựa trên máy tính và hiển thị dữ liệu không gian địa lý hoặc được tham chiếu địa lý. Điểm mạnh của hệ thống GIS nằm ở khả năng tổ chức các dữ liệu này thành các ô lưới bằng cách tạo bản đồ số. Phân tích dữ liệu trực quan hỗ trợ xác định các xu hướng, mẫu và các mối quan hệ có thể không rõ ràng ở dạng bảng hoặc dạng văn bản. Một hệ thống GIS thường có 4 loại thành phần: (a) tạo ra dữ liệu không gian địa lý, (b) phân tích dữ liệu, (c) địa mạo và (d) hiển thị. GIS, khi được kết hợp với các hệ thống truyền thông và không gian khác, hỗ trợ việc thu thập, giao tiếp và phân tích dữ liệu không gian để thiết kế và lập kế hoạch cho các ứng dụng khác nhau.

Kỹ thuật này đã được sử dụng thành công ở các nước như Úc và Philippines. Nó đã được sử dụng thành công trong hệ thống quản lý chất thải rắn của thành phố, cụ thể tìm một vị trí thích hợp cho việc ứng dụng chất thải chăn nuôi, cũng như tìm vị trí thích hợp cho việc đổ chất thải rắn. Một mô hình điều hướng và lập lịch động mới tích hợp GIS đã được giới thiệu để giảm chi phí vận hành thu gom CTRĐT và phát thải chất ô nhiễm. GIS là một cách tiếp cận sáng tạo để giảm chi phí vận hành và phát thải chất ô nhiễm liên quan đến thu gom và vận chuyển chất thải.

Giám sát các nguy cơ từ chất thải rắn đô thị

Xử lý thủ công các vật liệu chất thải rắn có liên quan đến lượng vi khuẩn và lượng độc tố cao trong không khí, có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe. Rủi ro phát sinh ở mọi giai đoạn của quy trình, từ thời điểm người lao động thu gom hoặc tái chế chất thải tại nơi làm việc của họ đến thời điểm xử lý cuối cùng. Các bệnh do bụi gây ra và các triệu chứng của chúng rất phổ biến, và có thể kéo dài hàng thập kỷ. Amoniac, Độ kiềm và Nhu cầu oxy hóa học là các thông số tương quan nhất với độc tính trong nước rỉ bãi rác. Do thành phần phức tạp của các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác, việc giám sát hóa học truyền thống trở nên vô cùng tốn kém. Hơn nữa, sau khi sử dụng phương pháp chiết xuất pha rắn (SPE), các phần hữu cơ cô lập của nước rỉ rác tiết lộ độc tính liên quan đến các chất ô nhiễm hữu cơ. Phương pháp huỳnh quang phát xạ kích thích ba chiều (3D-EEMF) là một lựa chọn rất nhạy cảm và hợp lý để giám sát chất hữu cơ như một công cụ đánh giá hóa học nhanh chóng, không phá hủy. Nó có chi phí vận hành thấp hơn nhiều công nghệ tiên tiến khác và có thể được sử dụng ở các nước đang phát triển cũng như phát triển. Phân tích quang phổ UV – VIS có thể phù hợp hơn ở các nền kinh tế đang phát triển.

Nghiên cứu nhu cầu và hướng đi trong tương lai

Sản lượng năng lượng hiện tại ở nhiều nước đang phát triển ít hơn đáng kể so với năng lượng thực tế cần thiết cho tiêu dùng. Nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt nhanh chóng, thế giới cần các nguồn năng lượng thay thế, như WtE, để tránh tình trạng thiếu hụt năng lượng trong tương lai. Nhiều nước đang phát triển phải đối mặt với vấn đề thải bỏ một lượng lớn CTRĐT phát sinh. Bài toán đặt ra là cần có một nguồn năng lượng tái tạo đáng tin cậy. CTRĐT gây ô nhiễm hệ sinh thái khi nó không được xử lý đúng cách. Việc sử dụng nó như một nguồn năng lượng thay thế sẽ hỗ trợ trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng gia tăng và giải quyết vấn đề quản lý chất thải. Mối quan tâm chính ở mọi quốc gia liên quan đến sức khỏe và phát triển bền vững là quản lý và xử lý chất thải đầy đủ và hiệu quả. Các vấn đề phát sinh do tồn tại CTRĐT có thể được giảm thiểu đáng kể bằng cách áp dụng các công nghệ thân thiện với môi trường. Những công nghệ này cho phép xử lý hiệu quả chất thải rắn đô thị trước khi đến bước xử lý cuối cùng. Công nghệ Biến chất thải thành năng lượng là cách thức thu hồi năng lượng từ chất thải hiện đang được sử dụng trên thị trường để sản xuất nhiên liệu hoặc điện. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc loại bỏ những hạn chế/thách thức của chất thải đối với các công nghệ năng lượng đang được thực hiện thực tế hiện nay. Nhiều trở ngại về chính trị, tài chính và kỹ thuật đối với tăng trưởng ngành Biến chất thải thành năng lượng đã được đặt ra, bao gồm việc thiếu vốn, các mâu thuẫn trong chính sách và quy định quốc gia, cũng như sự yếu kém trong thu thập và phân tích dữ liệu. Những nhược điểm này cần được tìm hiểu và tranh luận để tìm ra giải pháp phù hợp. Công chúng cần nâng cao kiến thức chẳng hạn như tổ chức các hội thảo/sự kiện về quản lý chất thải rắn, hiểu biết về lợi ích của chất thải rắn và thực hiện các cuộc điều tra để tìm tiếng nói chung với người dân trong vấn đề này.

Hiện nay trên thế giới giám sát chất thải vô cùng quan trọng đối với sự phát triển đô thị. Việc thu gom và phân loại hợp lý rất quan trọng đối với bất kỳ hoạt động xử lý chất thải rắn đô thị nào. Nhặt rác không chính thức là phương pháp thu gom chất thải phổ biến nhất, nhưng nó có liên quan đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng của con người. Các nghiên cứu trong lĩnh vực này ngày càng nhiều, bao gồm những tiến bộ công nghệ trong quản lý chất thải rắn đang được tiến hành, đáp ứng kỳ vọng nhu cầu trong tương lai. Việc tìm kiếm và phân tích ưu nhược điểm của các công nghệ quản lý chất thải khác nhau sẽ hỗ trợ xác định các ranh giới giải pháp tốt nhất cho một hệ thống quản lý chất thải rắn đô thị hiệu quả. Điều này rất quan trọng cho việc lập kế hoạch trong tương lai. Một số thách thức đặt ra bao gồm:

Dữ liệu không đủ: Trở ngại chính đối với việc lập kế hoạch và thiết kế hệ thống quản lý CTRDT hiệu quả là thiếu thông tin đầy đủ. Chi tiết về mức độ chứa của thùng rác là không rõ ràng, mặc dù, đối với một số thiết bị, trọng lượng thùng rác được xác định tại bãi thải thông qua các thiết bị đo trọng lượng, tuy nhiên các phép đo tại nguồn chưa được xác nhận. Việc thiết kế và chế tạo các thùng rác thông minh có thể thu được các thông tin chi tiết về trạng thái vật lý như khối lượng mức đổ đầy thùng, trọng lượng và điều kiện môi trường xung quanh cho mỗi thùng một cách thường xuyên là những thách thức trong việc giải quyết vấn đề này. Việc này thường đòi hỏi phải sử dụng các hệ thống thu thập dữ liệu như cảm biến thể tích, cảm biến độ ẩm , cảm biến nhiệt độ cảm biến lực và cảm biến siêu âm.

Chi tiết về trạng thái của các thùng chứa trong thời gian thực: Các hệ thống CTRDT hiện tại, trong hầu hết các trường hợp, không cung cấp cho người vận hành thông tin chi tiết về trạng thái của các thùng trong thời gian thực. Cần phải tìm ra giải pháp cho vấn đề này để quy hoạch tuyến đường thu gom rác thải một cách hợp lý. Tình huống này đòi hỏi phải lắp đặt các cảm biến thích hợp để có được dữ liệu trạng thái thùng rác theo thời gian thực và thậm chí là một mạng truyền dẫn an toàn để truyền thông tin đến một trạm điều khiển.

Thiếu sự phối hợp giữa các địa phương và chính quyền cấp trên: Trong vấn đề này, bao gồm cả sự thiếu sự hợp tác. Các địa phương gửi dữ liệu cần thiết chậm trễ, gây ra sự chậm trễ trong việc triển khai các hành động phù hợp ở cấp cơ sở. Việc thiếu sự phối hợp với các thành phố để lập kế hoạch hành động cụ thể, cũng như các kế hoạch chiến lược kém, được coi là những trở ngại đáng kể.

Công chúng thiếu nhận thức về quy trình phân loại chất thải: Điều quan trọng là tất cả mọi người đều có ý thức về môi trường và tham gia vào quá trình phân loại chất thải. Điều này rất quan trọng trong việc quản lý chất thải rắn đô thị, mang lại hiệu quả cao nhất. Cần có các chương trình giáo dục công chúng ngay về những tác động có hại của việc phân loại rác không đúng cách (a) bằng cách tổ chức các sự kiện về chất thải rắn đô thị, (b) quảng cáo nâng cao nhận thức về sức mạnh của việc quản lý chất thải rắn thích hợp, và (c) tăng dần sự quan tâm từ các bên có liên quan.

Một kế hoạch quản lý chất thải rắn hiệu quả phải bao gồm sự nhận thức, thân thiện với môi trường, tiết kiệm chi phí và sự hài lòng của cộng đồng. Việc thải bỏ nhiều rác thải không thể tái chế gây ô nhiễm đất và nước. Bài viết này đề cập đến các giải pháp Biến chất thải thành Năng lượng cho các ứng dụng tiềm năng trong tương lai. Lựa chọn này cung cấp các giải pháp thay thế bền vững với môi trường đồng thời giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu thông thường. Ưu điểm của việc quản lý chất thải thích hợp là ít phát thải khí nhà kính, loại bỏ chất thải, kiếm tiền từ việc bán năng lượng và tái sử dụng chất thải. Bài viết đồng thời nêu bật một loạt các chiến lược đổi mới quản lý chất thải thông minh và hiệu quả đã được triển khai ở nhiều quốc gia.

CHUYÊN TRANG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG