Mã số N2016: Những giải pháp số hóa quản lý, xử lý chất thải rắn và cửa ra vào cabin vệ sinh đặt ở lề đường
Hiên nay, gần như 99% các cabin vệ sinh công cộng ở Việt Nam trên hè phố chưa được quản lý số, việc quản lý phụ thuộc ngũ giác của người lau chùi cabin vệ sinh và báo cáo miệng. Tương tự việc xử lý chất thải rắn hầu như là chứa đầy rồi cho hút đem đi.
Cũng gần như 99% cửa cabin vệ sinh đóng mở bằng tay và cài khóa trong. Hệ lụy quên khép cửa người qua lại nhìn thấy bên trong thật phản cảm; việc cài móc khóa trái bên trong vô phương mở cửa khi xảy ra sự cố cần cấp cứu trử trường hợp phải phá cửa.
Đến nay chưa có tiêu chuẩn kỹ thuật, chỉ tiêu quản lý hay số liệu thống kê công bố về số hóa quản lý cabin vệ sinh công cộng đặt trên lề đường, về xử lý chất thải rắn phát sinh tại cabin, và về cơ chế kiểm soát cửa ra vào. Các đề án hiện hành mới đo bằng số lượng nhà vệ sinh xây mới và nâng cấp. Đó là khoảng trống mênh mông. Đề án của nhóm nghiên cứu của chúng tôi nhằm lấp khoảng trống này.
1. Kinh nghiệm quốc tế
Quản lý cabin VSCC bằng IoT
Singapore gắn cảm biến rẻ vào nhà vệ sinh sẵn có. Dự án của Certis theo dõi độ sạch bằng cảm biến amoniac, máy đếm người và máy tính bảng lấy phản hồi, để dọn trước khi bẩn hoặc dọn khi có yêu cầu. Bộ cảm biến của Nanyang Polytechnic đo lượt người, lượng xà phòng, giấy vệ sinh và độ đầy thùng rác, dùng kết nối không dây công suất thấp nên không cần khoan tường hay đi lại dây điện.
Hồng Kông lắp IoT ở 17 nhà vệ sinh công cộng để thu dữ liệu lượt dùng, thông số môi trường, mức tiêu hao vật tư và tình trạng thiết bị.
Nhật Bản Hệ thống của TOTO cho phép người dùng xem buồng nào còn trống qua điện thoại hoặc màn hình, người quản lý xem lỗi thiết bị và tồn kho vật tư.
Ở Kenya, Sanergy dùng dữ liệu vận hành để dự đoán từng nhà vệ sinh bao lâu cần thu gom một lần và tính tuyến thu gom tối ưu, vì lúc đầu họ thu gom hằng ngày dù có nơi chưa cần.
Xử lý chất thải phát sinh từ cabin
Paris đặt cabin cố định, JC Decaux, gắn với hạ tầng, và giao nhà thầu vận hành: cấp giấy và xà phòng, vệ sinh, đổ thùng rác, sửa bộ phận hỏng, rửa bên ngoài mỗi tuần một lần. Khi lắp mới, thành phố phải chuẩn bị đấu nối nước và điện.
Cabin không nối cống, hai mô hình dùng nhà vệ sinh không nước đáng tham khảo.
Sanergy dùng hộp chứa riêng tách chất rắn và chất lỏng, thu gom hằng ngày về nhà máy xử lý. Họ đã lắp 3.145 nhà vệ sinh ở Nairobi, phục vụ hơn 100.000 người mỗi ngày và xử lý 12.000 tấn chất thải mỗi năm. Giá bán lẻ một nhà khoảng 588 USD kèm một năm thu gom, các năm sau khoảng 106 USD mỗi năm.
Loowatt (Anh) niêm phong chất thải vào màng polymer phân hủy sinh học, có khóa khí chống mùi, rồi chuyển đến bể phân hủy yếm khí để tạo khí sinh học, phân bón và điện. Hộp chứa được tháo ra một hoặc hai lần mỗi tuần.
Cửa ra vào cabin VSCC
Paris Cabin tự động của JCDecaux cho thấy logic khóa cửa gắn với trạng thái cabin. Cửa chỉ mở từ bên ngoài khi cabin sẵn sàng, bằng nút bấm hoặc đồng xu; bên trong luôn có tay nắm hoặc nút mở. Đèn báo có bốn trạng thái: sẵn sàng, có người, đang tự rửa, ngừng hoạt động. Cửa tự mở sau thời gian đặt trước, thường 15 phút. Thế hệ mới rút thời gian chờ giữa hai lượt xuống còn 30 giây. Rủi ro đã ghi nhận: cảm biến trọng lượng có thể không nhận ra trẻ nhỏ, khiến chu trình rửa chạy khi trẻ còn bên trong
Ở Ấn Độ, eToilet của Eram Scientific dùng đồng xu 1, 2 hoặc 5 rupee để vào cửa, kết nối giám sát từ xa qua GPRS. Hệ thống có lối vào bằng điện thoại, ngắt từ xa và cửa thoát hiểm, với khoảng 400 nhà đã lắp. Người dùng lúc đầu e ngại chuyện cửa tự mở khi đang sử dụng.
Nhật bản :Dự án Tokyo Toilet ở Shibuya xử lý một nhu cầu khác: người đứng ngoài muốn biết buồng có người không và có sạch không. Vách kính của kiến trúc sư Shigeru Ban chuyển từ trong suốt sang mờ khi khóa cửa. Người ở trong không tự biết vách đã mờ chưa, nên phải nhớ khóa cửa.
2. Cơ sở pháp lý và cơ sở công nghệ tham khảo quốc tế cho nội dung dự thi
-Tiêu chuẩn thiết kế quốc gia TCVN 13982:2024 (Nhà vệ sinh công cộng trong đô thị): Quy định NVSCC cố định phải đáp ứng chỉ tiêu diện tích xây dựng tối thiểu 10 m² cho 1.000 người sử dụng (tính theo lượng khách vãng lai tối đa tại khu vực trong một ngày đêm). Trong đó, bắt buộc phải có tối thiểu 1 buồng vệ sinh đạt kích thước tiêu chuẩn cho người khuyết tật tiếp cận.
-Cơ chế đặc thù từ Luật Phát triển đô thị: Luật mới cho phép các đô thị lớn như TP.HCM, Hà Nội được quyền quyết định xây dựng công trình tạm thời (như NVSCC thông minh) trên đất công, công viên, hành lang bảo trì đường bộ mà không cần phải chờ điều chỉnh quy hoạch phân khu, nhằm giải quyết nhanh tình trạng thiếu nhà vệ sinh khu trung tâm.
-Tích hợp NVSCC vào Nhà chờ xe buýt: Các văn bản hướng dẫn Luật Phát triển đô thị phối hợp với Luật Đường bộ quy định: Tại các điểm dừng, nhà chờ xe buýt lớn hoặc các điểm trung chuyển, bến bãi hành khách, nếu có đủ diện tích đất và bảo đảm an toàn giao thông, vệ sinh môi trường thì được phép bố trí tích hợp nhà vệ sinh công cộng
- Tài liệu A Guide to better Public Toilet- Design and Maintenance của tổ chức WTO (World Toilet Organization) vả ASEAN Public Toilet Standard (APTS) của tổ chức ASEAN đã được tác giả dịch sang tiếng Việt với ngôn phong Việt Nam từ năm 2015.
3. Mức độ mới, sáng tạo của công nghệ, sản phẩm, dịch vụ, quy trình hoặc mô hình kinh doanh
Chúng tôi cũng nhờ các AI khác tìm kiếm nhưng nhìn chung chưa có trường hợp nào cùng lúc áp dụng 3 giải pháp công nghệ như đề tài do GEETVN đăt ra. Dĩ nhiên đối với doanh nghiệp khởi nghiệp còn khó khăn nên có công nghệ đã thực hiện, có cái đang và có cái sắp ứng dụng. Có thể nói đó là tính mới của đề tài.
3.1 Mô tả công nghệ cho từng phần:
3.1.1 Chuyển đổi số trong quản lý cabin VSCC:
Hệ thống quản lý từ xa (IoT Platform)
Ý nghĩa: Là một nền tảng phần mềm trung gian kết nối tất cả các thiết bị ngoài thực tế (gắn cảm biến) lên hệ thống máy chủ qua mạng internet. Đây là mô hình chuyển đổi số áp dụng vào chuỗi nhà vệ sinh công cộng. Hay nói khác đi là chuyển từ quản lý thủ công sang hình thức quản lý theo dữ liệu ( dữ liệu khách quan và dữ liệu chủ quan)
Dữ liệu khách quan:
Cảm biến tại chỗ: Nhà vệ sinh công cộng được gắn cảm biến để đo lường liên tục: đếm lưu lượng người ra vào, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, càm biên mùi khai NH3, cafmrbieesn mùi hôi H2S, cảm biến đo lượng nước sử dụng…
Truyền dữ liệu thời gian thực: Dữ liệu được gửi ngay lập tức về trung tâm điều hành. Thực ra việc truyền dữ liệu theo dạng gửi các gói tin cách nhau một khoảng thời gian ngăn 5 giây một lần gọi là giao thức truyền tải/nhắn tin (phổ biến nhất là MQTT – Message Queuing Telemetry Transport hoặc CoAP). Vì khoảng cách thời gian chỉ 5 giây, môi trường gần như thay đổi rất ít nên đươc xem như tức thời.
Quá trình nghiên cứu.
Tích hợp các ứng dụng công nghệ có sẵn
Dữ liệu chủ quan:
Chúng tôi bố trí màn hình chạm (touch screen) kết nối internet lập trinh thành check list và Vote điện tử, thu thập dữ liệu chủ quan của nhân viên lau chùi vệ sinh đánh dấu (check) vào các nội dung đã làm sạch và người giám sát xác nhận một cách online. Bên cạnh đó là sự bình chọn (vote) trưc tuyến của người sử dụng dịch vụ.
Lợi ích: Nhân viên quản lý không cần đi kiểm tra thủ công từng nơi; khi có sự cố (như rò rỉ nước, hết giấy, rác đầy), hệ thống sẽ phát cảnh báo tự động để điều phối người đến xử lý kịp thời.
Màn hình touch screen có kêt nối internet.
Dự kiến lắp đặt thí điểm 3 vi trí : 1 tổ hợp dich vụ xanh GPS , 1 khu VSCC ở một điểm du lịch, 1 khu VSCC trưởng học
Minh họạ dashboard quản lý bằng IOT
3.2 Phần xử lý thải
Xử lý thải bằng hai công nghệ:
Công nghệ HASB – Horizoneflow Anaerobic Sludge Blanket (bể xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngang qua tầng chứa vi sinh (eco clean septic) do chúng tôi cải tiến từ công nghệ UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket (bể xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngược qua tầng chứa vi sinh), công nghệ này đang được sử dụng xử lý Kênh Nhiêu Lộc.
Công nghệ HASB cải tiến từ UASB của Mỹ
-Công nghệ xử lý điện hóa. Chất thải rắn được xay nhuyển với 7 lit nước, được bơm qua bình điện phân xung điện sau đó được trộn với dung dịch ion canxi trước khi đực đẩy ra ngoài.
Cấu tạo tổng quát
Ống điện môi cách điện cao: Làm bằng nhựa kỹ thuật chịu nhiệt, chịu ăn mòn, có khả năng cách điện tốt.
Hai lưới điện cực đối xứng: Đặt song song trong lòng ống, khoảng cách nhỏ (vài mm), đảm bảo điện trường tập trung.
Mạch phát xung điện: do biên độ sườn lên và xuống thẳng đứng kéo dài từ lúc dung dịch chất thải được bơm qua cho tới lúc ngừng bơm.
Cảm biến dòng chảy đầu vào: Phát hiện chất thải chảy qua, điều khiển cấp điện cho mạch phát xung.
Bộ điều khiển trung tâm: Quản lý thời gian phát xung, ngắt điện khi không có dòng chảy, đảm bảo an toàn.
Nguyên lý hoạt động
Kích hoạt xử lý
Khi chất thải bắt đầu chảy vào thiết bị, cảm biến dòng chảy phát tín hiệu kích hoạt mạch phát xung.
Mạch phát xung tạo ra xung điện, truyền qua hai lưới điện cực.
Quá trình điện phân
Trong vùng giữa hai lưới điện cực, điện trường mạnh được hình thành, kích thích quá trình phân ly ion và phá vỡ liên kết phân tử trong chất thải.
Các phản ứng điện hóa tạo ra gốc tự do, ion oxy hóa, hoặc plasma lạnh (tùy vào thành phần chất thải), giúp phân hủy các chất ô nhiễm.
Ngắt điện an toàn
Khi dòng chảy ngừng, cảm biến gửi tín hiệu ngắt điện tức thì, tránh hiện tượng phóng điện trong môi trường khô.
Mạch xả điện dư hoạt động để đảm bảo không còn điện áp tồn dư trong hệ thống.
Đặc điểm an toàn
Điện áp thấp (<50VDC): Giảm thiểu nguy cơ điện giật, phù hợp tiêu chuẩn an toàn điện dân dụng.
Xung ngắn, không liên tục: Giảm thiểu nhiễu điện từ, không ảnh hưởng đến thiết bị xung quanh.
Môi trường hoạt động kín, cách điện: Không phát tán điện trường ra ngoài, đảm bảo an toàn cho người vận hành.
Tự động ngắt điện khi không có dòng chảy: Tránh rủi ro hồ quang hoặc hư hỏng điện cực.
Xử lý Hóa: Sau khi dòng nước thải trải qua quá trình điện phân, việc bổ sung ion canxi đóng vai trò vô cùng quan trọng như một bước hoàn thiện cấu trúc hóa học nhằm làm sạch triệt để nguồn nước thông qua các cơ chế sau:
Phá vỡ độ bền và thúc đẩy kết tủa các hydroxide kim loại
Trung hòa và ổn định lại độ pH của dòng thải
Nén và giảm thể tích khối bùn điện hóa (Sludge Dewatering)
3.3 Công nghệ cửa ra vào cabin VSCC đặt ở vỉa hè
Cửa trượt tự động:
MÔ TẢ QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA CỬA
Board điều khiển: Mạch Trễ Đảo Chiều Motor 2 Relay 30A YYB-5 YYB-3
Cửa đang trạng thái đóng, bên trong không có người, đèn tín hiệu màu xanh bên ngoài đang sáng, đèn đỏ đang tắt.
Đưa tay áp gần công tắc cảm biến bên ngoài. Tín hiệu IN1 tác động vào board mạch , Cửa từ từ mở ra. Đèn xanh tắt đèn đỏ bật sáng, đèn quạt, âm thanh và tất cả các thiết bị bên trong hoạt động., bên trong đèn tín hiệu xanh sáng, tín hiệu đỏ tắt.
Cửa mở ra hết hành trình chạm vào công tắc limit switch IN 2, COM nối NO cấp tin hiệu IN2 vào board mạch, cửa ngưng lại 5 s ( có thể lập trình chọn thời gian ) . Hết 5s cửa từ từ đóng lại. Nếu có vật cản (người dứng ngay đường chạy của cửa, cửa ngưng chạy dừng lại chờ ( chống kẹt ) Khi người bước hẳn vào trong cửa tiếp tục đóng hết hành trình đóng chạm vào limit switch IN3, cửa dừng lại.
Trường hợp người mở cửa áp tay vào công tắc cảm biến như nói ở mục 2- ở trên, chỉ đứng ngoài quan sát bên trong , sau đó bước ra ngoài thay vì bước vào trong, cửa vẫn khép lại, sau 15 s quyền điều khiển cửa trả ra công tắc bên ngoài: đèn xanh ngoài sáng, đèn đỏ ngoài tắt, ngược lại đèn đỏ trong sáng, đèn xanh trong tắt. âm thanh, ánh sáng và các thiết bị bên trong ngưng hoạt động.
Trường hợp 1,2,3 nói trên đúng quy trình, người sử dụng đang ở bên trong cabin, sau khi sử dụng xong cabin vệ sinh, người đó áp tay gần công tắc cảm biến bên trong, tín hiệu IN1 tác động vào board mạch Cửa từ từ mở ra. Bên trong Đèn xanh tắt đèn đỏ bật sáng, đèn quạt, âm thanh và tất cả các thiết bị bên trong ngưng hoạt động hoạt động., bên ngoài đèn tín hiệu xanh sáng, tín hiệu đỏ tắt.
Cửa mở ra hết hành trình chạm vào công tắc limit switch IN 2, COM nối NO cấp tin hiệu IN2 vào board mạch, cửa ngưng lại 5 s ( có thể lập trình chọn thời gian ) . Hết 5s cửa từ từ đóng lại. Nếu có vật cản (người dứng ngay đường chạy của cửa, cửa ngưng chạy dừng lại chờ ( chống kẹt ) Khi người bước hẳn ra ngoài cửa tiếp tục đóng hết hành trình đóng chạm vào limit switch IN3, cửa dừng lại.
Trong bất cứ trường hợp nào người bên trong nhấn nút cơ nhấn nhả loại có đèn, tín hiệu IN1 cấp cho board cửa và cửa cũng mở. Nếu trường hợp người bên trong té xuống đất, không dứng dậy được, có nút nhấn SOS cũng cấp IN1 cho cửa và đèn còi báo động.
Trường hợp người bên trong bất động quá 40 s cửa cũng tự mở cảm biến hồng ngoại chuyển động kích hoạt IN 1 mở cửa.
Cửa trượt bán tự động : Không dủng board điều khiển 30A YYB-5 YYB-3
Việc khóa cửa dùng nam châm điện :
Khi đèn báo màu xanh (bên trong không có người) người sử dụng NVSCC kéo cửa mở ra bước vào khép cửa lại, bật công tắc các thiết bị điện bên trong hoạt động, khóa nam châm giữ cửa với lực khoảng 40Kgf, đèn báo bên ngoài màu đỏ. Nếu có sự cố cấp cứu tiến hành ngắt cầu dao tổng rồi dùng tay mở cửa.
Khi muốn từ trong ra ngoải người sử dụng tắt công tắc ngắt điện mọi thiết bị bên trong kéo cửa bước ra ngoài khép cửa lại, đèn tín hiệu bên ngoài màu xanh bật sáng. Động tác này tiết kiệm điện nước.
Nhược điềm cửa trượt: khoảng lùi lớn. Ưu điểm giá thành bằng ¼ giâ cửa tự động mua sẵn.
Cửa gập tự động:
Việc đóng mở bằng công tắc cảm biến, trục khuỷu đóng mở bằng điện, khi cúp điện có thể đẩy tay.
Cửa gập bán tự động, Thay trục khuỷu cơ, bản lề lò xo, khóa điện từ và công tăc đóng ngắt điện như trên.
Ưu điểm khoảng lùi cửa không có, công nghệ đơn giản. Được xem là định hướng phát triển của GEETVN vể cửa cabin VSCC đặt ở lề đường.
4-Tác động xã hội, môi trường và đóng góp đối với phát triển kinh tế - xã hội TP.HCM
Ba công nghệ lõi trên được tích hợp vào mô hình Green Public Service Station với kỳ vọng lắp đặt rộng rãi tại các thành phố lớn.
Tác động xã hội:
Góp phần giải quyết dứt điểm "nỗi buồn" cấp bách cho hơn 13 triệu người dân và lượng lớn khách du lịch quốc tế/nội địa khi đến TP.HCM.
Tạo môi trường văn minh cho lực lượng lao động phi chính thức (shipper, tài xế xe ôm công nghệ, lao động đường phố) có nơi vệ sinh và dừng chân đàng hoàng.
Nâng cao chất lượng cuộc sống, chỉ số hạnh phúc của người dân đô thị.
Tác động môi trường:
Sử dụng thiết bị tiết kiệm nước, điện năng lượng mặt trời, hệ thống xử lý chất thải khép kín không gây ô nhiễm thứ cấp ra môi trường xung quanh.
Góp phần làm sạch vỉa hè, giảm thiểu tình trạng phóng uế bừa bãi nơi công cộng.
Đóng góp vào năng suất & việc làm:
Tạo ra việc làm mới được đào tạo bài bản (nhân viên vận hành, giám sát chất lượng số, nhân viên ki-ốt) theo tiêu chuẩn chuyên nghiệp.
Nguyễn Xuân Sáng (GEETVN)