nghiên cứu phát triển công nghệ tái sinh năng lượng từ rác đô thị tp.hcm bằng các mô hình thiết bị phản ứng sinh học (bioreactor) quy mô pilot- thiết bị

TÓM TẮT ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TÁI SINH NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC THẢI ĐÔ THỊ TP.HỒ CHÍ MINH BẰNG CÁC MÔ HÌNH THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SINH HỌC BIOREACTOR QUY MÔ PILOT” Tại TP.. Đối

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HCM

SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ

BÁO CÁO NGHIỆM THU

(Đã chỉnh sửa theo gĩp ý của Hội đồng nghiệm thu ngày 6/11/2008)

NĂNG LƯỢNG RÁC THẢI ĐÔ THỊ TP HỒ CHÍ MINH

BẰNG CÁC MÔ HÌNH THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SINH HỌC

(BIOREACTOR) QUY MÔ PILOT”

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THÁNG 11/2008

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN

Chủ nhiệm đề tài : TS Trần Minh Chí – Viện trưởng VITTEP

Thư ký đề tài : ThS Nguyễn Như Dũng – VITTEP

Tham gia thực hiện : ThS Ngô Văn Thanh Huy - VITTEP

ThS Nguyễn Văn Sơn - VITTEP

ThS Phạm Minh Chi - VITTEP

KS Bùi Hồng Hà - VITTEP

KS Lê Minh Dũng - VITTEP

KS Phạm Công Minh - VITTEP

CN Trần Phương Liên - VITTEP

CN Nguyễn Thị Kim Yến - VITTEP

TÓM TẮT

ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TÁI SINH NĂNG LƯỢNG

TỪ RÁC THẢI ĐÔ THỊ TP.HỒ CHÍ MINH BẰNG CÁC MÔ HÌNH THIẾT BỊ

PHẢN ỨNG SINH HỌC (BIOREACTOR) QUY MÔ PILOT”

Tại TP Hồ Chí Minh, thu gom, vận chuyển và xử lý CTRSH với khối lượng ngày

càng gia tăng (6.000-6.500 tấn/ngày, năm 2008) và thành phần ngày càng phức tạp, luôn

là một vấn đề hàng đầu Cho đến nay, công nghệ xử lý CTRSH duy nhất vẫn được áp

dụng là chôn lấp hợp vệ sinh với tiềm năng ô nhiễm môi trường cao, ngoài ra các BCL

chiếm rất nhiều đất trong thời gian dài Trong khi đó, các đặc trưng kỹ thuật cơ bản như

thành phần hữu cơ, kích thước hạt, độ ẩm, … cho thấy giải pháp xử lý CTRSH kết hợp

thu hồi năng lượng và vật chất (mùn compost) là một hướng nghiên cứu phù hợp với xu

hướng quốc tế và chiến lược quản lý CTRSH của Thành phố đến năm 2020

Các tác giả đã căn cứ trên mô hình phát thải khí từ các BCL (USEPA và IPCC) để áp

dụng các thông số thử nghiệm ở quy mô pilot cho hai dạng thiết bị dạng tĩnh (SEBAC) và

dạng quay (KOMPOGAS), tính toán các tiêu chuẩn thiết kế và chế tạo, lắp đạt hai thiết bị

này cùng các thiết bị phụ trợ được kết nối với máy vi tính

Đối với thiết bị phản ứng cả dạng tĩnh và dạng quay, các tác giả đã tổng kết các kết

quả thực nghiệm và phân tích các yếu tố ảnh hưởng bao gồm: i) Biến thiên thành phần

NRR kể cả giá trị pH; biến thiên tỷ lệ độ kiềm; Tỷ lệ độ kiềm thủy phân/tổng độ kiềm;

Tỷ lệ COD/BOD; hàm lượng SO4 và Ca; ii) Độ sụt lún của rác; iii) Nhiệt độ trung bình

của rác trong thiết bị; iv) Inoculums; v) Tải lượng hữu cơ và tải lượng thể tích của rác; vi)

Khuấy trộn và phân bố độ ẩm; vii) Chế độ xoay vòng nước rác cũng như đánh giá kết quả

của quá trình phân hủy hiếu khí sau khi phân hủy sinh học kỵ khí

Đề tài đã áp dụng mô hình Rao kết hợp với phương pháp bình phương cực tiểu (phần

mềm XLSTAT version 7.5.2.) để dự báo lượng khí biogas phát sinh từ cả hai dạng thiết

bị phản ứng theo phương trình dạng:

G =G1[1-aEXP(-kG1t)-(1-a)EXP(-kG2t)]

và xác định các hệ số, tham số bao gồm G1= Lượng khí rác phát sinh cuối cùng; a = Hằng

số thực nghiệm; kG1, kG2 = Hệ số phát sinh khí rác (l/ngđ); t = Thời gian phân hủy rác

(ngày) cho cả hai trường hợp có và không có inoculum, theo lượng TS và VS phân hủy,

trên cơ sở đó có thể định lượng ưu điểm cũng như nhược điểm của mỗi dạng thiết bị

Đề tài đã đề xuất các tiêu chuẩn thiết kế cho công đoạn thu hồi biogas thông qua phân

hủy kỵ khí CTRSH trong cả hai loại thiết bị bioreactor dạng SEBAC (dạng tĩnh) và dạng

KOMPOGAS (dạng quay)

Đề tài đã đề xuất dự án xử lý CTRSH có thu hồi năng lượng và compost cho

TP HCM Trên cơ sở so sánh 3 phương án khác nhau, đã đề xuất áp dụng phương án

thiết bị dạng tĩnh hoạt động theo nguyên lý khô mẻ luân phiên, với mô tả chi tiết các cấu

phần của dự án, tính năng kỹ thuật của mỗi dây chuyền công nghệ, danh mục thiết bị

chính, dự kiến tổng mặt bằng và khái toán, so sánh giữa phương án 1 và 2 Theo đó,

phương án đề xuất cho nhà máy 200 T CTRSH/ngày cần mặt bằng khoảng 77.900 m2 với

182 tỷ đồng (phương án 1) và khoảng 232 tỷ đồng (phương án 2)

Giải pháp này có tính khả thi cao vì có thể cải tạo, nâng cấp từ nhũng nhà máy xử lý

CTRSH thành phân compost hiện rất phổ biến ở Việt Nam

ABSTRACT RESEARCH ON ENERGY RECOVERY FROM HOUSEHOLD SOLID WASTES

OF HOCHIMINH CITY WITH THE PILOT - SCALED BIOREACTORS

In HCMC collection, transport and disposal of HSW with increasing volume

(6,000-6,500 T/day, 2008) and getting more complex composition has been always a hot issue

Up to date the only technology applied was landfilling with highly pollutinh potential,

and the landfill occupy large area for rather longtime Meanwhile, the main technical

characteristics of the HSW e.g organic fraction, garbage size, moisture … show that

energy combined with compost recovery would be an alternative matching with both

international tendency as well as City Strategy for Environmental Protection up to the

year of 2020

Based on the models recommended by USEPA and IPCC the authors selected the

parameters needed for design, manufacture and installation of two pilot-scaled

bioreactors of stationary (SEBAC) type and rotary (KOMPOGAS) type, together with

the utilities and all connected to PC

For both types of the bioreactors the authors have summarisedc the experimental data

and analysed the influential factors including: i) Leachate composition with variations of

pH values; alkalinity; hydrolytical/total alkalinity;.COD/BOD ratio; SO4 and Ca content;

ii) Waste settlement; iii) Averaged temperature of waste in the bioreactors; iv)

Inoculums; v) Organic loading and waste density; vimixing and moisture distribution; vi)

Leachate recirculating regime as well as evaluated the results of post aeration processes

Rao model combined with minimal square method (XLSTAT version 7.5.2.) has been

applied to predict the biogas volume created from both types of bioreactors in form of

following equation:

G =G1[1-aEXP(-kG1t)-(1-a)EXP(-kG2t)]

And determined the coefficients/parameters including G1= Ultimate biogas production; a

= empirical coefficient; kG1, kG2 = Biogas production coefficient (l/ngđ); t = Waste

decomposition time (day) for both cases with and without inoculum, based on degradable

TS and VS, and therefore could quantitatively assess advantages and disadvantages of

each bioreactor type

The authors recommended updated design criteria for the biogas recovery through

HSW biodegradation in both ioreactor of SEBAC and KOMPOGAS types

The authors have also proposed a project of HSW disposal combining energy and

compost recovery for HCMC From 3 different technological options, the stationary

bioreactor of dry sequencing batch principle has been selected, and a detailed description

of project components, functions and specifications of unit processes, list of main

equipments, estimated master layout and draft investment estimates, comparison between

two alternatives, and in conclusion the selected project having capacity of

200 t.HSW/day requires 77,900 m2 area and 182 billion VND (Option 1) or about 232

billion VND (Option 2)

This proposal is rather feasible because it can be applicable as an upgrading project to

the compost plants that are quite popular in Vietnam

MỤC LỤC

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ii

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN iii

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH SÁCH BẢNG xi

DANH SÁCH HÌNH xiii

QUYẾT TOÁN KINH PHÍ xvi

QUYẾT TOÁN KINH PHÍ xvi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TẠI TP HỒ CHÍ MINH VÀ VẤN ĐỀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC 4

1.1 Mở đầu 4

1.2 Tổng lượng CTRSH tại TP Hồ Chí Minh 4

1.3 Đặc trưng kỹ thuật của CTRSH tại TP Hồ Chí Minh 5

1.4 Các phương pháp xử lý hiện được áp dụng 8

1.5 Phương hướng khác 9

1.6 Sản xuất khí sinh học và vấn đề năng lượng tái tạo 10

1.7 Tính cấp thiết của đề tài 13

1.8 Mục tiêu của đề tài 13

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CTRSH CÓ THU HỒI NĂNG LƯỢNG VÀ VẬT CHẤT CHỦ YẾU TRÊN THẾ GIỚI 14

2.1 Các quá trình xử lý CTRSH cơ bản 14

2.2 Quá trình phân hủy sinh học kỵ khí thành phần hữu cơ trong rác thải sinh hoạt 15

2.3 Một số công nghệ kỵ khí xử lý rác thải 16

2.3.1 Phân loại chung 17

2.3.2 Các dạng công nghệ điển hình 18

CHƯƠNG III: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 Thiết bị 22

3.2 Phân tích mẫu khí 22

3.3 Phân tích mẫu nước rỉ rác 23

3.4 Phương pháp xác định đặc trưng kỹ thuật của rác 24

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ 26

4.1 Cơ sở thiết kế mô hình thiết bị quy mô pilot 26

4.1.1 Dự báo lượng khí Biogas phát thải 26

4.1.2 Tính toán thiết kế thiết bị phản ứng dạng SEBAC 29

4.1.3 Tính toán thiết kế thiết bị phản ứng dạng Kompogas 30

4.2 Các thiết bị phụ trợ 31

4.2.1 Thiết bị rửa khí biogas 31

4.2.2 Hệ thống giám sát trực tuyến 35

4.2.3 Thu nhận và xử lý số liệu 36

4.2.4 Máy phát điện sử dụng biogas 37

4.3 Các bản vẽ 38

CHƯƠNG V: VẬN HÀNH THIẾT BỊ QUAY 42

5.1 Qui trình vận hành thiết bị quay 42

5.2 Đặc trưng kỹ thuật của rác trước khi nạp vào thiết bị phản ứng 43

5.2.1 Mẻ chạy thử thiết bị 43

5.2.2 Mẻ thứ nhất 43

5.2.3 Mẻ thứ hai 45

5.3 Kết quả và thảo luận 46

5.3.1 Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng 46

5.3.2 Biến thiên thành phần khí biogas 47

5.3.3 Khí biogas sinh ra 48

a) Mẻ thứ nhất 56

b) Mẻ thứ hai 57

5.3.4 Biến thiên thành phần nước rỉ rác 60

5.3.5 Độ giảm thể tích của rác 63

5.3.6 Phân hủy hiếu khí sau khi phân hủy sinh học kỵ khí 64

CHƯƠNG VI: VẬN HÀNH THIẾT BỊ TĨNH 65

6.1 Quy trình vận hành thiết bị quay 65

6.2 Đặc trưng kỹ thuật của rác trước khi nạp vào thiết bị phản ứng 66

6.2.1 Mẻ thứ nhất 66

6.2.2 Mẻ thứ hai 66

6.3 Kết quả 67

6.3.1 Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng 67

6.3.2 Biến thiên thành phần khí biogas 69

6.3.3 Khí biogas sinh ra 69

c) Mẻ thứ nhất 73

d) Mẻ thứ hai 75

6.3.4 Biến thiên thành phần nước rỉ rác 79

6.3.5 Độ giảm thể tích của rác 82

6.3.6 Phân hủy hiếu khí sau khi phân hủy sinh học kỵ khí 83

CHƯƠNG VII: SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÊN HAI MÔ HÌNH QUAY VÀ TĨNH 84

7.1 Lượng Biogas phát sinh 84

7.1.1 Tỷ lệ phân hủy của lượng các bon hữu cơ 84

7.1.2 Lượng Biogas phát sinh đặc trưng 84

7.1.3 Thiết bị phản ứng dạng quay 86

7.1.4 Thiết bị phản ứng dạng tĩnh 86

7.2 Các yếu tố ảnh hưởng 87

7.2.1 Nhiệt độ của rác trong thiết bị phản ứng 87

7.2.2 Ảnh hưởng của inoculums 88

7.2.3 Ảnh hưởng của tải lượng hữu cơ và tải lượng thể tích của rác 90

7.2.4 Ảnh hưởng của khuấy trộn và phân bố độ ẩm 91

7.2.5 Ảnh hưởng của chế độ xoay vòng nước rác 92

7.3 Tiêu chuẩn thiết kế đề xuất 92

7.3.1 Thời gian vận hành quá trình phân huỷ kỵ khí 92

7.3.2 Đối với thiết bị phản ứng dạng tĩnh 94

7.3.3 Đối với thiết bị phản ứng dạng quay 94

CHƯƠNG VIII: ĐỀ XUẤT DỰ ÁN XỬ LÝ RÁC KẾT HỢP THU HỒI NĂNG LƯỢNG VÀ VẬT CHẤT CHO TP HỒ CHÍ MINH 96

8.1 Phương án cơ sở 96

8.1.1 Nguyên lý công nghệ của phương án cơ sở 96

8.1.2 Các sơ đồ công nghệ thành phần 96

8.2 Phương án đề xuất 98

8.2.1 Công đoạn phân loại và xử lý cơ học 98

8.2.2 Lựa chọn quy trình công nghệ của quá trình phân hủy sinh học 102

8.2.2.1 Lựa chọn loại thiết bị 102

8.2.2.2 Tính toán chu kỳ hoạt động tối ưu của thiết bị phản ứng 102

8.2.3 Các cấu phần của dự án 110

8.2.4 Tính năng kỹ thuật của mỗi dây chuyền công nghệ 111

8.2.5 Chức năng của mỗi công đoạn trong từng dây chuyền công nghệ 112

8.2.6 Danh mục thiết bị chính 117

8.2.7 Dự kiến tổng mặt bằng và khái toán 118

CHƯƠNG IX: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 120

9.1 Kết luận 120

9.2 Kiến nghị 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

PHỤ LỤC 125

MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HỌA 159

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT

AOPs Các quá trình ôxy hóa tiên tiến

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa

CENTEMA Trung tâm Công nghệ và Quản lý Môi trường

CITENCO Công ty Môi trường Đô thị TP Hồ Chí Minh

CLSP Chất lượng sản phẩm

COD Nhu cầu oxy hóa học

CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt

CTRĐT Chất thải rắn đô thị

CTV Cộng tác viên

FBR Thiết bị đệm cố định

FBBR Thiết bị sinh học đệm cố định

GTZ Cơ quan Hợp tác Công nghệ Đức

HTR Thời gian lưu thủy lực

IEA Cơ quan năng lượng Quốc tế

IPCC Ủy Ban Quốc tế về kiểm soát khí hậu

KHCNMT Khoa học – Công nghệ – Môi trường

KTNĐ&BVMT Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường

RDF Refuse Derived Fuel (Nhiên liệu từ phế thải)

SBR Thiết bị mẻ luân phiên

SEBAC Công nghệ phân hủy khô – mẻ luân phiên

SS Chất rắn lơ lửng

SSR Sum of Square of Residuals - Tổng bình phương số dư

SP Sản phẩm

SUS Thép không rỉ

TCCS Tiêu chuẩn vệ sinh (Bộ Y tế)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TF (Hệ thống) lọc nhỏ giọt

TKN Tổng nitơ Kjeldahl

TOC Tổng carbon hữu cơ

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

UAF (Hệ thống) lọc kỵ khí dòng hướng lên

UASB (Hệ thống) đệm bùn kỵ khí dòng hướng lên

USEPA Cục Bảo vệ Môi trường Liên bang Mỹ

VFAs (Các) axit béo bay hơi

VITTEP Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường

VOL Tải trọng hữu cơ thể tích

VSS Chất rắn lơ lửng (có thể bay hơi)

YHLĐ & VSMT Y học lao động và Vệ sinh Môi trường

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1 Tốc độ phát sinh CTRSH của TP Hồ Chí Minh 4

Bảng 1.2 Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại nguồn tại TP Hồ Chí Minh 5

Bảng 1.3 Thành phần rác thải trong CTRSH 7

Bảng 1.4 Các khu xử lý CTRSH tại TP Hồ Chí Minh 8

Bảng 1.5 Giá trị năng lượng của biogas và một số nguồn năng lượng khác 10

Bảng 1.6 Số lượng các mô hình phân hủy kỵ khí ở các nước 11

Bảng 3.1 Khả năng phân hủy sinh học của một vài thành phần trong rác đô thị 25

Bảng 4.1 Dự báo hệ số k và Lo đối với rác tập kết đến bãi rác Gò Cát 27

Bảng 4.2 Dự báo lượng khí methane thu hồi từ quá trình phân hủy kỵ khí sử dụng mô hình của USEPA 27

Bảng 4.3 Dự báo lượng khí methane thu hồi từ quá trình phân hủy kỵ khí sử dụng mô hình của IPCC 1996 28

Bảng 4.4 Các thông số thiết kế thiết bị phản ứng dạng SEBAC 29

Bảng 4.5 Các thông số thiết kế thiết bị phản ứng dạng Kompogas 30

Bảng 4.6 Thành phần đặc trưng của biogas từ quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ 31

Bảng 4.7 Thành phần nguy hại đặc trưng của biogas từ quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ 32

Bảng 4.8 Yêu cầu chất lượng khí biogas sử dụng cho các mục đích khác nhau 33

Bảng 5.1 Thành phần rác nạp vào thiết bị phản ứng – mẻ thứ nhất 44

Bảng 5.2 Tổng hợp một số thông số của rác nạp vào thiết bị phản ứng-mẻ thứ nhất 44

Bảng 5.3 Thành phần rác nạp vào thiết bị phản ứng – mẻ thứ hai 45

Bảng 5.4 Tổng hợp một số thông số của rác nạp vào thiết bị phản ứng – mẻ thứ hai 46

Bảng 5.5 Thành phần của khí rác sinh ra trong cả hai mẻ 47

Bảng 5.6 Thành phần của mùn sau phân hủy hiếu khí 64

Bảng 6.1 Tổng hợp một số thông số của rác nạp vào thiết bị phản ứng - mẻ thứ nhất 66

Bảng 6.2 Tổng hợp một số thông số của rác nạp vào thiết bị phản ứng - mẻ thứ hai 67

Bảng 6.3 Thành phần của khí rác sinh ra trong cả hai mẻ 69

Bảng 6.4 Thành phần của mùn sau phân hủy hiếu khí 83

Bảng 5.7-PL Biến thiên nhiệt độ trong ngày 01/08/2007, mẻ thứ nhất 125

Bảng 5.8-PL Biến thiên nhiệt độ trong ngày 02-02-2008, mẻ thứ hai 128

Bảng 5.9-PL Lượng khí biogas sinh ra trong thời gian vận hành mẻ thứ nhất 132

Bảng 5.10-PL Lượng khí biogas sinh ra trong thời gian vận hành mẻ thứ hai 135

Bảng 5.11-PL Biến thiên pH, COD và BOD của nước rác trong thời gian vận hành mẻ thứ nhất 138

Bảng 5.12-PL Biến thiên các thành phần khác của nước rác trong thời gian vận hành mẻ thứ nhất 139

Bảng 5.13-PL Biến thiên pH, COD và BOD và độ kiềm nước rác trong thời gian vận hành mẻ thứ hai 140

Bảng 5.14-PL Biến thiên các thành phần khác của nước rác trong thời gian vận hành mẻ thứ hai 141

Bảng 6.7-PL Biến thiên nhiệt độ trong ngày 01/08/2007, mẻ thứ nhất 142

Bảng 6.8-PL Biến thiên nhiệt độ trong ngày 02/02/2008, mẻ thứ hai 145

Bảng 6.9-PL Lượng khí biogas sinh ra trong thời gian vận hành mẻ thứ nhất 149

Bảng 6.10-PL Lượng khí biogas sinh ra trong thời gian vận hành mẻ thứ hai 152

Bảng 6.11-PL Biến thiên pH, COD và BOD của nước rác trong thời gian vận hành mẻ thứ nhất 155

Bảng 6.12-PL Biến thiên các thành phần khác của nước rác trong thời gian vận hành mẻ thứ nhất 155

Bảng 6.13-PL Biến thiên pH, COD và BOD và độ kiềm nước rác trong thời gian vận hành mẻ thứ hai 157

Bảng 6.14-PL Biến thiên các thành phần khác của nước rác trong thời gian vận hành mẻ thứ hai 158

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 Công suất xử lý bằng công nghệ phân hủy kỵ khí qua các năm 12

Hình 2.1 Các quá trình xử lý CTRSH cơ bản 14

Hình 2.2 Sơ đồ xử lý CTRSH bằng phương pháp sinh học kỵ khí 17

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý truyền tín hiệu của 02 mô hình thí nghiệm 36

Hình 4.2 Thiết bị đo lưu lượng khí MC MILLAN - Model 100 - Flo sensor – USA 37

Hình 4.3 Sơ đồ đấu nối đo lưu lượng khí 37

Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu của động cơ sử dụng Biogas 38

Hình 4.5 Mô hình thí nghiệm - Thiết bị phản ứng sinh học dạng BAC 39

Hình 4.6 Mô hình thí nghiệm - Thiết bị phản ứng sinh học dạng Kompogas 39

Hình 4.7 Thiết bị lọc khí biogas 40

Hình 4.8 Các điểm gắn thiết bị đo nhiệt độ, ghi nhận và truyền tín hiệu đo không dây trên thiết bị phản ứng dạng quay 40

Hình 4.9 Máy tính ghi nhận dữ liệu trực tuyến từ của quá trình vận hành thiết bị phản ứng 41

Hình 5.1 Biến thiên nhiệt độ của rác trong thiết bị dạng quay – mẻ 1 46

Hình 5.2 Biến thiên nhiệt độ của rác trong thiết bị dạng quay – mẻ 2 47

Hình 5.3 Biến thiên lượng khí rác đặc trưng phát sinh trong ngày của thiết bị phản ứng dạng quay - mẻ thứ nhất 50

Hình 5.4 Biến thiên lượng khí rác đặc trưng phát sinh trong ngày của thiết bị phản ứng dạng quay - mẻ thứ hai 50

Hình 5.5 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy của thiết bị phản ứng dạng quay 51

Hình 5.6 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy của thiết bị phản ứng dạng quay, tính trên trọng lượng chất rắn (kgTS) quy khô 51

Hình 5.7 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy của thiết bị phản ứng dạng quay, tính trên trọng lượng chất rắn bay hơi (kgVS) quy khô 52

Hình 5.8 Biến thiên hàm lượng COD, BOD nước rác của thiết bị phản ứng dạng quay trong hai mẻ 60

Hình 5.9 Biến thiên tỷ lệ COD/BOD của nước rác trong thiết bị phản ứng dạng quay cả hai mẻ 60

Hình 5.10 Biến thiên giá trị pH của nước rác trong thiết bị phản ứng dạng quay cả hai mẻ61Hình 5.11 Biến thiên tỷ lệ độ kiềm (thủy phân/tổng độ kiềm) của nước rác trong thiết bị phản ứng dạng quay trong mẻ thứ hai 62Hình 6.1 Biến thiên nhiệt độ của rác trong thiết bị dạng tĩnh - mẻ 1 67Hình 6.2 Biến thiên nhiệt độ của rác trong thiết bị dạng tĩnh - mẻ 2 68Hình 6.3 Biến thiên lượng khí rác đặc trưng phát sinh trong ngày của thiết bị phản ứng dạng tĩnh - mẻ thứ nhất 70Hình 6.4 Biến thiên lượng khí rác đặc trưng phát sinh trong ngày của thiết bị phản ứng dạng tĩnh - mẻ thứ hai 70Hình 6.5 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy của thiết bị phản ứng dạng tĩnh 71Hình 6.6 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy của thiết bị phản ứng dạng tĩnh tính trên trọng lượng chất rắn (kgTS) quy khô 71Hình 6.7 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy của thiết bị phản ứng dạng tĩnh tính trên trọng lượng chất rắn bay hơi (kgVS) quy khô 72Hình 6.8 Biến thiên hàm lượng COD, BOD nước rác của thiết bị phản ứng dạng tĩnh trong hai mẻ 79Hình 6.9 Ảnh hưởng của chế độ quay vòng nước rác đến hàm lượng COD nước rác trong

mẻ thứ nhất - thiết bị phản ứng dạng tĩnh 80Hình 6.10 Biến thiên tỷ lệ COD/BOD của nước rác trong thiết bị phản ứng dạng tĩnh cả hai mẻ 80Hình 6.11 Biến thiên giá trị pH của nước rác trong thiết bị phản ứng dạng tĩnh cả hai mẻ81Hình 6.12 Biến thiên độ kiềm tổng cộng và tỷ lệ độ kiềm (thủy phân/tổng độ kiềm) của nước rác trong thiết bị phản ứng dạng tĩnh trong mẻ thứ hai 82Hình 7.1 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy trong hai thiết bị phản ứng - mẻ thứ nhất 85Hình 7.2 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy trong hai thiết bị phản ứng - mẻ thứ hai 85Hình 7.3 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy trong thiết bị phản ứng dạng tĩnh tính trên đơn vị trọng lượng chất rắn (kgTS) quy khô 88

Hình 7.4 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy trong thiết bị phản ứng

dạng quay tính trên đơn vị trọng lượng chất rắn (kgTS) quy khô 89

Hình 7.5 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy trong thiết bị phản ứng dạng tĩnh tính trên đơn vị trọng lượng chất rắn bay hơi (kgVS) quy khô 89

Hình 7.6 Biến thiên lượng khí rác phát sinh hàng ngày và tích lũy trong thiết bị phản ứng dạng quay tính trên đơn vị trọng lượng chất rắn bay hơi (kgVS) quy khô 90

Hình 7.7 Biến thiên lượng khí rác phát sinh tích lũy theo kết quả thực nghiệm tính trên 1 kg chất rắn bay hơi (VS) quy khô 93

Hình 8.1 Sơ đồ quy trình công nghệ của phương án cơ sở 97

Hình 8.2 Sơ đồ quy trình phân loại và xử lý sơ bộ CTRSH của phương án đề xuất 101

Hình 8.3 Sơ đồ khối quá trình phân hủy sinh học kết hợp của phương án đề xuất 102

Hình 8.4 Sơ đồ khối quá trình phân hủy sinh học kết hợp của phương án chọn 104

Hình 8.5 Sơ đồ mối tương quan về thủy lực của ba giai đoạn phân hủy sinh học kỵ khí đối với một modun 105

Hình 8.6 Sơ đồ quy trình xử lý chất thải hữu cơ và sản xuất các loại phân bón của phương án đề xuất 106

Hình 8.7 Sơ đồ quy trình xử lý chất thải nhựa bằng phương pháp tái chế sản xuất hạt nhựa của phương án đề xuất 107

Hình 8.8 Sơ đồ quy trình xử lý nhiệt chất thải hữu cơ khó phân hủy sinh học và thu hồi năng lượng của phương án đề xuất 108

Hình 8.9 Sơ đồ quy trình xử lý chất thải vô cơ và tro sau đốt bằng phương pháp hóa rắn, sản xuất vật liệu xây dựng của phương án đề xuất 109

QUYẾT TOÁN KINH PHÍ

Đề tài: Nghiên cứu, phát triển công nghệ tái sinh năng lượng từ rác thải đô thị TP Hồ Chí Minh bằng các mô hình thiết bị phản ứng sinh học (Bioreactor) quy mô pilot

Chủ nhiệm: TS Trần Minh Chí

Cơ quan chủ trì: Viện Kỹ thuật Nhiệt đới & bảo vệ Môi trường

Thời gian đăng ký trong hợp đồng: 12/2005 đến 12/2006

Tổng kinh phí được duyệt: 460.000.000 đồng

Kinh phí cấp giai đoạn 1: 300.000.000 đồng (Theo thông báo số 316/TB-SKHCN ngày 19/12/2005)

Kinh phí cấp giai đoạn 2: 114.000.000 đồng (Theo thông báo số 219/TB-SKHCN ngày 12/11/2007)

Công thuê khoán

Nguyên, nhiên vật liệu, dụng cụ,

phụ tùng, văn phòng phẩm

Thiết bị

Xét duyệt, giám định, nghiệm thu

Hội nghị, hội thảo

291.612.0007.500.000

05.760.0009.000.000

046.000.000

414.000.000 95.306.000

PHẦN MỞ ĐẦU

Tên đề tài: Nghiên cứu phát triển công nghệ tái sinh năng lượng từ rác đô thị

TP Hồ Chí Minh bằng các mô hình thiết bị phản ứng sinh học (Bioreactor) quy mô pilot

Chủ nhiệm đề tài: TS Trần Minh Chí

Cơ quan chủ trì: Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường

Thời gian thực hiện đề tài: Từ tháng 12/2005 đến tháng 12/2006

Kinh phí được duyệt: 460.000.000 đồng

Kinh phí đã cấp: 300.000.000 đồng theo TB số 316/TB-SKHCN ngày 19/12/2005

2 Mục tiêu lâu dài:

• Nghiên cứu – xây dựng, kiểm tra các tiêu chuẩn thiết kế và các vấn đề

kỹ thuật – cơ sở nhằm áp dụng rộng rãi công nghệ thu hồi năng lượng từ rác thải ở các quy mô thích hợp

Nội dung:

1 Nội dung nghiên cứu 1: Thử nghiệm, đánh giá khả năng áp dụng công nghệ phân hủy kỵ khí để thu hồi năng lượng từ rác đô thị tại TP Hồ Chí Minh 1.1 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt các mô hình thí nghiệm xử lý rác dùng công nghệ phản ứng sinh học quy mô 14T rác/thiết bị kết hợp thu hồi điện từ khí bãi rác và vật chất (mùn compost)

1.2 Vận hành các mô hình và đo đạc các thông số liên quan đến quá trình phân hủy rác và tạo khí bãi rác

1.3 Đánh giá hoạt động của các mô hình xử lý dựa vào kết quả đo đạc và các phương pháp xác suất thống kê, phân tích chi phí lợi ích và phân tích vòng đời quá trình/sản phẩm

2 Nội dung nghiên cứu 2: Thử nghiệm, đánh giá khả năng áp dụng công nghệ kết hợp kỵ khí, hiếu khí dể xử lý kết hợp thu hồi năng lượng và vật chất từ rác đô thị tại TP Hồ Chí Minh

2.1 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt các mô hình thí nghiệm xử lý rác dùng công nghệ phản ứng sinh học quy mô 14T rác/thiết bị phản ứng kết hợp thu hồi điện từ khí bãi rác và vật chất (mùn compost)

2.2 Vận hành các mô hình và đo đạc các thông số liên quan đến quá trình tạo khí bãi rác và phân hủy rác trong điều kiện kỵ khí và hiếu khí (composting) kết hợp

2.3 Đánh giá hoạt động của các mô hình xử lý dựa vào kết quả đo đạc và các phương pháp xác suất thống kê, phân tích chi phí lợi ích và phân tích vòng đời quá trình/sản phẩm

Những nội dung thực hiện:

1 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt 01 mô

4 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị

giám sát hàm lượng khí cháy trong khí

bãi rác

4 Đã thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị giám sát hàm lượng khí cháy trong khí bãi rác

5 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống

giám sát tự động một số thông số thí

nghiệm bằng máy tính: Nhiệt độ, lưu

lượng khí rác, hàm lượng khí cháy

5 Đã thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống giám sát tự động một số thông số thí nghiệm bằng máy tính: Nhiệt độ, lưu lượng khí rác, hàm lượng khí cháy

6 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống

điện động lực và điện điều khiển tự

6 Đã thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống điện động lực và điện điều khiển

Công việc dự kiến Công việc đã thực hiện

động cho các mô hình thí nghiệm tự động cho các mô hình thí nghiệm

7 Lắp đặt bổ sung bộ chế hòa khí sử

dụng khí biogas cho 1 máy phát điện

chạy xăng sử dụng khí bãi rác công suất

1,5 – 2 KVA

7 Đã lắp đặt bổ sung bộ chế hòa khí sử dụng khí biogas cho 1 máy phát điện chạy xăng sử dụng khí bãi rác công suất 1,5 – 2 KVA

8 Xác định các đặc trưng kỹ thuật của

rác trước khi tiến hành xử lý của từng

mô hình

8 Đã xác định các đặc trưng kỹ thuật của rác trước khi tiến hành xử lý của từng mô hình

9 Vận hành mô hình thí nghiệm ở hai

chế độ kỵ khí và hiếu khí sau phân hủy

kỵ khí

9 Đã vận hành mô hình thí nghiệm ở hai chế độ kỵ khí và hiếu khí sau phân hủy kỵ khí

10 Đo đạc và đánh giá mức độ ảnh

hưởng của nhiệt độ không khí xung

quanh đến chế độ nhiệt bên trong thiết

bị phản ứng

10 Đã tiến hành đo đạc và đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ không khí xung quanh đến chế độ nhiệt bên trong thiết bị phản ứng

11 Theo dõi biến thiên hàm lượng khí

cháy trong khí rác, độ ẩm cuốn theo khí

rác cũng như biến thiên hàm lượng khí

H2S theo thời gian

11 Đã theo dõi biến thiên hàm lượng khí cháy trong khí rác, độ ẩm cuốn theo khí rác cũng như biến thiên hàm lượng khí H2S theo thời gian

12 Biến thiên lượng khí bãi rác theo

thời gian

12 Đã theo dõi biến thiên lượng khí bãi rác theo thời gian

13 Lượng điện thu hồi 13 Đã tính toán lượng điện thu hồi

14 Biến thiên chất lượng nước rỉ rác

theo thời gian

14 Đã theo dõi biến thiên chất lượng nước rỉ rác theo thời gian

15 Hệ số xoay vòng nước rỉ rác 15 Đã tính toán hệ số xoay vòng nước

rỉ rác

16 Biến thiên độ ổn định của rác sau

khi phân hủy kỵ khí thông qua lấy mẫu

và phân tích hệ số hô hấp của rác trong

quá trình phân hủy

16 Đã theo dõi biến thiên độ ổn định của rác sau khi phân hủy kỵ khí thông qua lấy mẫu và phân tích hệ số hô hấp của rác trong quá trình phân hủy

17 Hiệu quả thu hồi điện 17 Đã tính toán hiệu quả thu hồi điện

18 Thời gian tối ưu để thu hồi năng

lựơng từ khí bãi rác

18 Đã tính toán thời gian tối ưu để thu hồi năng lựơng từ khí bãi rác

19 Thời gian xử lý tối ưu rác đô thị tại

TP HCM có kết hợp thu hồi năng

lượng và vật chất (mùn compost)

19 Đã tính toán thời gian xử lý tối ưu rác đô thị tại TP HCM có kết hợp thu hồi năng lượng và vật chất (mùn compost)

20 Khả năng xử lý nước rỉ rác trong

trường hợp vận hành nhiều thiết bị phản

ứng ở chế độ mẻ

20 Đã đánh giá khả năng xử lý nước rỉ rác trong trường hợp vận hành nhiều thiết bị phản ứng ở chế độ mẻ

CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TẠI TP HỒ CHÍ MINH VÀ VẤN ĐỀ THU HỒI

NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC 1.1 Mở đầu

Thành phố Hồ Chí Minh là một trong hai trung tâm công nghiệp, thương mại, kỹ thuật, dịch vụ và văn hóa lớn nhất của cả nước Từ năm 1986, do chủ trương mở cửa và phát triển kinh tế theo hướng thị trường mà Việt Nam nói chung và TP Hồ Chí Minh nói riêng đã có những bước phát triển vượt bậc về mặt kinh tế Việc phát triển này là một thành tựu đáng khích lệ, nhưng do nhiều nguyên nhân, có thể thấy rằng có sự phát triển chưa đồng bộ giữa mặt kinh tế và xã hội, trước hết phải kể đến

sự bất cập của hệ thống hạ tầng cơ sở Tình trạng này đã và đang gây ra không ít khó khăn trong nhiều lĩnh vực khác, chẳng hạn như giao thông, hệ thống thoát nước mưa và thu gom, xử lý nước thải; hay quản lý và xử lý chất thải đô thị v.v

Trong nhiều vấn đề môi trường của thành phố vấn đề thu gom, vận chuyển và xử

lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH), với khối lượng ngày càng gia tăng và thành phần có xu hướng ngày càng phức tạp, luôn là một vấn đề hàng đầu Đề tài này nghiên cứu khả năng phân hủy kỵ khí trong các bioreactor để thu hồi một phần năng lượng dưới dạng khí methane và phân mùn compost, như một khả năng đa dạng hóa công nghệ so với phương thức hiện hữu hầu như duy nhất là chôn lấp hợp vệ sinh

1.2 Tổng lượng CTRSH tại TP Hồ Chí Minh

Mức độ gia tăng khối lượng CTRSH tại TP Hồ Chí Minh không đồng đều giữa các năm, từ năm 2003 đến 2004 tỷ lệ gia tăng chất thải rắn sinh hoạt tăng ổn định trong khoảng từ 6% Đến năm 2006, khối lượng rác thải tại TP Hồ Chí Minh có chiều hướng tăng mạnh

Bảng 1.1 Tốc độ phát sinh CTRSH của TP Hồ Chí Minh

Khối lượng chất thải

rắn sinh hoạt phát

sinh

Tỷ lệ gia tăng chất thải hàng năm

Dân số (người)

Tốc độ phát sinh chất

thải (kg/người.ngày.đêm) Năm

tấn/năm tấn/ngày

2000 1.172.958 3.214 10,01 5.248.702 0,61

2001 1.369.358 3.752 16,74 5.449.203 0,69

2002 1.568.477 4.297 14,54 5.658.997 0,76

Khối lượng chất thải

rắn sinh hoạt phát

sinh

Tỷ lệ gia tăng chất thải hàng năm

Dân số (người)

Tốc độ phát sinh chất

thải (kg/người.ngày.đêm) Năm

Nguồn: Công ty Môi trường Đô thị thành phố Hồ Chí Minh

Các số liệu thống kê cho thấy, tốc độ phát sinh chất thải tính theo đầu người

trong những năm gần đây (từ năm 2000-2006) tăng tương đối mạnh ít nhất từ 5,27

đến >10% hàng năm

Cho đến hiện nay (2008), tổng lượng CTRSH phát sinh đã đạt khoảng

6.000-6.500 tấn/ngày, trong đó thu gom được khoảng 4.900-5.200 tấn/ngày, tái chế/tái

sinh khoảng 700-900 tấn/ngày Như vậy, khối lượng rác thải quản lý được chỉ

khoảng 93% so với tổng khối lượng rác thải hàng ngày của thành phố

1.3 Đặc trưng kỹ thuật của CTRSH tại TP Hồ Chí Minh

Thành phần CTRSH, là một nội dung được các cơ quan quản lý và nghiên cứu

tại TP Hồ Chí Minh khảo sát thường xuyên

Tại các nhóm đối tượng phát sinh rác khác nhau, thành phần CTRSH cũng rất

khác nhau như bảng sau đây cho thấy:

Bảng 1.2 Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại nguồn tại TP Hồ Chí Minh

Phần trăm khối lượng (%)

gia đình

Trường học

Nhà hàng, khách sạn

Phần trăm khối lượng (%)

gia đình

Trường học

Nhà hàng, khách sạn

Kết quả thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác lập hệ thống các thông số kỹ thuật của

chất thải rắn TP HCM và lựa chọn công nghệ xử lý rác thải” và kết quả quan trắc

môi trường tại công trường xử lý rác thải Gò Cát trong năm 2003-2004 do VITTEP

thực hiện cho thấy:

• Trong CTRSH TP Hồ Chí Minh, thành phần hữu cơ chiếm chủ yếu (>70%)

với tỉ lệ các chất có thể phân hủy sinh học trong thành phần hữu cơ rất cao

70 – 76% Điều này cho thấy, tiềm năng thu hồi năng lượng bằng công nghệ

phân hủy kỵ khí CTRSH tại TP Hồ Chí Minh rất cao

• Kích thước hạt của rác đa phần nhỏ hơn 200mm, trong đó hầu hết các thải

nguy hại tiềm tàng, kim loại và 30% lượng hữu cơ có kích thước hạt nhỏ

hơn 100mm Điều này cho thấy, khả năng phân hủy sinh học CTRSH TP

Hồ Chí Minh khá tốt

• Độ ẩm của rác cao (>40%), thường độ ẩm khuyến cáo cho giải pháp thiêu đốt là <30% Nhiệt trị thu gom thấp <80 MJ/Kg, nhiệt trị quy ước là khả thi đối với giải pháp thiêu đốt rác

Ở những năm gần đây, thành phần rác không thể hiện sự thay đổi đáng kể:

Rác chợ

Chất thải hữu cơ dễ phân

hủy 44,25÷90,67 53÷69,41 70,04÷75,00 69,57÷93,14Chất thải khó, không

Nguồn: Dự án Phân loại CTRSH thí nghiệm tại quận 6, năm 2006

Dựa vào bảng trên thấy rằng, lượng chất thải rắn thực phẩm chiếm tỷ lệ cao nhất 61-90% Số lượng thành phần chất thải có thể tái chế chiếm 11/20 thành phần chất thải phát sinh

1.4 Các phương pháp xử lý hiện được áp dụng

• Các thông tin cơ bản về các khu xử lý CTRSH của TP Hồ Chí Minh được

trình bày trên bảng 1.4 dưới đây

• Cần lưu ý là chất thải rắn y tế được thu gom và xử lý riêng bằng phương

pháp đốt tại Bình Hưng Hòa

• Công tác vận hành tại tất cả các BCL, trừ BCL Đa Phước do tư nhân đảm

nhiệm, còn lại đều do Xí nghiệp Xử lý Chất thải thuộc CITENCO thực hiện

• Toàn bộ hệ thống phân loại chất thải rắn làm phế liệu, các cơ sở tái sinh, tái

chế phế liệu đều do tư nhân thực hiện Một phần chất thải rắn công nghiệp

được thu gom, xử lý và tái sinh tái chế tại một số công ty tư nhân và cơ sở

mới

Bảng 1.4 Các khu xử lý CTRSH tại TP Hồ Chí Minh

(tấn /ngày)

2 BCL Gò Cát 1.200 Chôn lấp hợp vệ sinh

3 BCL Phước Hiệp 3.200 Chôn lấp hợp vệ sinh

4 BCL Đa Phước 3000 Chôn lấp hợp vệ sinh

Nguồn: VITTEP, 2008

Trong quá trình khai thác và vận hành, các BCL CTRSH tại TP Hồ Chí Minh

gặp rất nhiều vấn đề:

BCL Gò Cát:

• BCL Gò Cát có diện tích 25 ha, với tổng công suất thiết kế là 3.650.000 tấn

(2001-2006), công suất tiếp nhận 2.000 tấn/ngày BCL Gò Cát nhận rác từ

tháng 1/2002, khối lượng rác xử lý đến nay: 4.320.000 tấn, hiện nay tăng

công suất tiếp nhận bình quân khoảng 2.500 tấn/ngày (dự kiến đóng bãi vào

cuối tháng 7/2007)

• Đầu tháng 7/2005, Công trường Xử lý Gò Cát đưa vào hoạt động chương

trình đốt khí thu từ các hố chôn lấp chạy máy phát điện (công suất 750KW)

• Xử lý nước rỉ rác: Hệ thống xử lý NRR ngưng hoạt động từ đầu năm 2006

do gặp sự cố

BCL Phước Hiệp:

• BCL Phước Hiệp có diện tích: 43 ha, với tổng công suất thiết kế giai đoạn 1

là 2.600.000 tấn (2002-2006) và công suất tiếp nhận 3.000 tấn/ngày, nhận

rác từ 01/01/2003

• Hiện nay, BCL Phước Hiệp giai đoạn 1 đã ngưng tiếp nhận Thành phố đã

hoàn tất việc xây dựng BCL 1A tại Phước Hiệp với công suất: 3.000 tấn/ngày và đưa vào hoạt động từ tháng 03/2007

• Hiện tại, Công ty Môi trường Đô thị đang thúc đẩy việc triển khai xây dựng

ô chôn lấp số 2 của bãi chôn lấp số 1A, bên cạnh đó vẫn tiếp nhận chất thải

rắn tại ô số 1 đã hoàn thành với khối lượng tiếp nhận khoảng 3.000 tấn/ngày

BCL Đông Thạnh:

• BCL Đông Thạnh hiện nay tiếp nhận lượng xà bần chuyển về khoảng 1.000 tấn/ngày, ngoài ra tiếp nhận bùn hầm cầu khoảng 200-250 m3/ngày

BCL Đa Phước:

• Công suất: 3.000 tấn/ngày

• Mặc dù được thiết kế và thực hiện theo mô hình BCL an toàn (cách ly môi

trường tốt hơn so với BCL hợp vệ sinh, BCL này đã từng bị nhân dân địa

phương khiếu kiện do mùi hôi và phải ngưng tiếp nhận một thời gian Ngoài

ra, việc xử lý NRR chưa được kết luận là đạt tiêu chuẩn

Như vậy, có thể thấy rằng cho đến nay (2008) TP Hồ Chí Minh vẫn áp dụng

công nghệ xử lý CTRSH duy nhất là chôn lấp vệ sinh Mặc dù được đầu tư rất lớn,

công nghệ này vẫn gây ô nhiễm đến môi trường do nước rỉ rác và khí bãi chôn lấp,

đặc biệt là mùi hôi Ngoài ra, các BCL vệ sinh chiếm rất nhiều đất Mỗi năm TP Hồ

Chí Minh cần khoảng 10ha và diện tích này sẽ khó có thể sử dụng vào mục đích

khác trong thời gian dài (30 – 50 năm) Không những thế, chúng còn cần được bảo

trì và giám sát với kinh phí hàng năm (20 – 25 năm sau khi đóng bãi) khá lớn

1.5 Phương hướng khác

Chính vì những nguyên nhân đã phân tích ở trên, trong “Chiến lược Quản lý

Môi trường TP Hồ Chí Minh đến năm 2010” và trong “Chiến lược Bảo vệ Môi

trường Quốc gia giai đoạn 2000 – 2015, tầm nhìn 2020” đã xác định phải tăng

cường công tác tái sử dụng, tái sinh, tái chế và áp dụng công nghệ xử lý mới để

giảm 30 – 50% lượng chất thải rắn đô thị đổ ra các bãi chôn lấp

Một số loại hình đang được ưu tiên kêu gọi đầu tư vào lĩnh vực tái sinh, tái chế

và xử lý chất thải rắn đô thị của Thành phố, sắp xếp theo thứ tự ưu tiên lần lượt như

sau (Nguồn: Sở TNMT TP HCM, 2006):

• Tái sử dụng, tái sinh, tái chế các loại chất thải và phế liệu

• Sản xuất khí sinh học (CH4) (từ bãi chôn lấp vệ sinh hoặc thiết bị lên men kỵ

khí) và phát điện kết hợp chế biến compost và sản xuất phân hữu cơ

• Chế biến compost và sản xuất phân hữu cơ

• Sản xuất nhiên liệu (nhiệt phân) và phát điện

• Đốt kết hợp phát điện

1.6 Sản xuất khí sinh học và vấn đề năng lượng tái tạo

Một tấn chất thải hữu cơ phân hủy kỵ khí sẽ sinh ra từ 80 – 200 m3 khí sinh học

(biogas), trong đó có 50-65% CH4 Bảng 1.5 so sánh giá trị năng lượng của khí sinh

học và một số nguồn năng lượng khác

Bảng 1.5 Giá trị năng lượng của biogas và một số nguồn năng lượng khác

Trong điều kiện kinh tế và xã hội của Việt Nam nói chung và TP Hồ Chí Minh

nói riêng, “Các nhà máy sử dụng công nghệ sản xuất khí sinh học kết hợp với phát

điện, đồng thời chế biến compost” là một giải pháp nên được xem xét trong việc xử

lý chất thải rắn đô thị đồng thời tái tạo lại được năng lượng

Trước sức ép ngày càng tăng của lượng rác phát thải, khả năng cạn kiệt các

nguồn tài nguyên thiên nhiên như nguyên liệu hóa thạch, quỹ đất dành cho chôn lấp

rác thải đô thị và gia tăng lượng khí gây hiệu ứng nhà kính, việc thu hồi năng lượng

từ rác song song với giảm thiểu các rủi ro đến môi trường và sức khỏe cộng đồng do

năng lượng từ chất thải kết hợp xử lý rác đô thị tại TP Hồ Chí Minh một cách bền

vững là việc làm rất cần thiết

Cuộc khủng hoảng năng lượng trên thế giới vào đầu những năm 1970 đã bắt

buộc các nước phát triển đẩy mạnh nghiên cứu vào những nguồn năng lượng tái tạo,

và phân hủy kỵ khí là một lựa chọn Nhiều nghiên cứu được thực hiện để xác định

điều kiện môi trường tối ưu cho quá trình sản xuất khí sinh học Để tăng hiệu quả

của quá trình sinh khí thì cần khuấy trộn, gia nhiệt hầm ủ, phối trộn nhiều loại

nguyên liệu khác nhau, cả kỹ thuật thiết kế và vận hành hầm ủ, … Tóm lại, sự phát

triển của ngành công nghệ sinh học vào những năm 1980 đến nay trong lĩnh vực xử

lý CTRSH đã cho phép các nhà khoa học chứng minh cơ chế của quá trình sản xuất

khí phụ thuộc vào các vi khuẩn kỵ khí

Theo báo cáo của International Energy Agency (IEA), vào năm 1997 có khoảng

90 mô hình phân hủy kỵ khí có công suất xử lý lớn hơn 2.500 tấn/năm đang hoạt

động và 30 mô hình đang được xây dựng khắp nơi trên thế giới Vào năm 1999, báo

cáo của German Technical Cooperation Agency (GTZ) đã cho biết có khoảng 400

mô hình phân hủy kỵ khí trên thế giới xử lý CTRSH và công nghiệp

Bảng 1.6 Số lượng các mô hình phân hủy kỵ khí ở các nước

Đất nước Số lượng các mô hình

đang hoạt động

Số lượng các mô hình đang được xây dựng

Đất nước Số lượng các mô hình

đang hoạt động

Số lượng các mô hình đang được xây dựng

Mức độ áp dụng công nghệ phân hủy kỵ khí trong xử lý chất thải hữu cơ và sản

xuất khí sinh học tăng đều hằng năm, được thể hiện cụ thể trong hình 1.6 Nhiều

công nghệ sản xuất biogas khác nhau, điển hình như BTA, Valorga, Dranco, Linde,

Kompogas,… đã và đang được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý CTRSH đang

được áp dụng hiệu quả ở nhiều quốc gia với thành phần và tính chất rác khác nhau

Hình 1.1.Công suất xử lý bằng công nghệ phân hủy kỵ khí qua các năm

Nguồn: Joshua R & ctv, 2008

Tổng số 124 nhà máy tính đến năm 2006

Có thể thấy, hầu hết các hầm ủ kỵ khí xử lý rác sinh hoạt đều tập trung ở Châu

Âu Tuy nhiên, thấy được lợi ích nhiều mặt của việc phát triển loại hình này, hiện nay ở nhiều nước Châu Á đã và đang đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển hầm ủ kỵ khí phân hủy rác sinh hoạt hữu cơ sản xuất biogas, điển hình là các nước Thái Lan, Nhật, Trung Quốc, Đài Loan và Ấn Độ

Với nền tảng công nghệ ủ kỵ khí phân gia súc đã có từ vài trăm năm qua học hỏi công nghệ hiện có của Châu Âu, các nước Châu Á đang đẩy mạnh nghiên cứu nhằm tìm ra loại công nghệ phù hợp để xử lý rác thải sinh hoạt sản xuất biogas trong điều kiện khu vực

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ kỵ khí chất thải rắn hữu cơ như: pH, nhiệt

độ, độ ẩm, loại chất thải, tần suất và cường độ khuấy trộn, … đã được nghiên cứu rộng rãi từ nhiều năm qua Xu hướng hiện nay đang đẩy mạnh nghiên cứu khả năng phối trộn của nhiều loại chất thải hữu cơ khác nhau vì người ta đã phát hiện ra rằng khi phối trộn nhiều loại chất thải hữu cơ khác nhau, hiệu quả sinh khí cao hơn rất

nhiều so với việc phân hủy từng loại chất thải riêng lẻ (Libetrau, 2003; Wang 2001; Michel, 2005)

1.7 Tính cấp thiết của đề tài

Như vậy, giải pháp xử lý sinh học CTRSH tại TP Hồ Chí Minh kết hợp thu hồi năng lượng điện và vật chất (mùn compost) là một hướng nghiên cứu phù hợp với

xu hướng quốc tế, phù hợp với chiến lược quản lý CTRSH của thành phố trong giai đoạn từ nay đến năm 2020 Công nghệ này cũng có tính khả thi cao vì có thể cải tạo, nâng cấp từ những nhà máy xử lý CTRSH thành phân compost nhưng chưa có công đoạn thu hồi năng lượng thông qua biogas sinh ra từ phân hủy kỵ khí CTRSH Đây là mô hình hiện rất phổ biến ở Việt Nam

1.8 Mục tiêu của đề tài

Thứ nhất, thử nghiệm đánh giá khả năng áp dụng công nghệ phân hủy kỵ khí để thu hồi năng lượng từ CTRSH TP Hồ Chí Minh

Thứ hai, nghiên cứu khả năng áp dụng công nghệ kết hợp kỵ khí, hiếu khí để xử

lý rác thải, kết hợp thu hồi năng lượng và phân compost từ CTRSH TP Hồ Chí Minh

Thứ ba, xây dựng cơ sở ban đầu cho các tiêu chuẩn thiết kế công nghệ xử lý CTRSH kết hợp thu hồi năng lượng qui mô 200 tấn/ngày cho TP Hồ Chí Minh và khu vực phía Nam

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC CƠNG NGHỆ XỬ LÝ CTRSH CĨ THU HỒI NĂNG LƯỢNG VÀ VẬT CHẤT CHỦ YẾU TRÊN THẾ GIỚI 2.1 Các quá trình xử lý CTRSH cơ bản

Các cơng nghệ xử lý rác thải sinh hoạt chủ yếu đang được áp dụng trên Thế giới gồm chơn lấp, xử lý sinh học và xử lý nhiệt, đã cĩ rất nhiều nghiên cứu chuyên sâu trong mọi lĩnh vực cơng nghệ trên được chuyển sang áp dụng trên thực tế Trước sức ép ngày càng gia tăng của lượng rác phát thải, khả năng cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên và gia tăng lượng khí gây hiệu ứng khí nhà kính xu hướng giảm thiểu lượng rác phát thải, thu hồi nguyên liệu, năng lượng từ rác song song với giảm thiểu các rủi ro đến mơi trường và sức khỏe cộng đồng do hoạt động xử lý rác ngày càng được chú trọng

Nhìn chung, sơ đồ tổng quát về các quá trình xử lý rác thải sinh hoạt hiện đang được áp dụng trên thế giới như sau:

Hữu cơ có thể phân hủy sinh học

Phân hủy kỵ khí

Ủ hiếu khí Kết hợp Tái chế

Chôn lấp

Hình 2.1 Các quá trình xử lý CTRSH cơ bản Trong các quá trình thể hiện trong sơ đồ trên, quá trình phân hủy sinh học kỵ khí các thành phần hữu cơ trong rác thải sinh hoạt là quá trình phân hủy sinh học cho phép kết hợp thu hồi năng lượng từ rác thải ngồi các quá trình khác như phân hủy nhiệt Quá trình chơn lấp rác thải sinh hoạt (bao gồm cả các thành phần hữu cơ) cũng cĩ thể cho phép thu hồi năng lượng nhưng hiệu suất thấp hơn so với quá trình phân hủy sinh học kỵ khí

2.2 Quá trình phân hủy sinh học kỵ khí thành phần hữu cơ trong rác thải sinh hoạt

Phân hủy kỵ khí xảy ra tự nhiên ở bất cứ nơi nào có hàm lượng cao các chất hữu

cơ ẩm được tích tụ trong trường hợp thiếu oxy hòa tan Các vi khuẩn kỵ khí phân hủy các hợp chất hữu cơ tạo ra CO2 và CH4 Quá trình này được thực hiện bởi sự phối hợp chuyển hóa của một vài nhóm vi khuẩn kỵ khí Khí CH4 có thể thu gom và

sử dụng như một nguồn nguyên liệu (biogas) Chất rắn ổn định còn lại chiếm 40-60% khối lượng nguyên liệu ban đầu, có thể sử dụng làm phân bón Quá trình phân hủy kỵ khí rác thải sinh hoạt bao gồm 3 giai đoạn chính như sau: Thủy phân - Acid hóa - Sinh methane

Quá trình phân hủy rác thải bằng công nghệ kỵ khí có thể xảy ra ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau và sản lượng khí biogas sinh ra cũng khác nhau

• Điều kiện nhiệt độ thường (Mesophilic): 20 - 40oC

• Điều kiện hiếu nhiệt (Thermophilic): > 45oC

Giai đoạn thủy phân

Giai đoạn đầu của quá trình hủy kỵ khí là quá trình thủy phân: Các vi khuẩn lên mem chuyển hóa các hợp chất hữu cơ mạch dài và phức tạp như cellulose thành các phân tử mạch ngắn như đường, amino acid và acid béo bay hơi Các hợp chất phức tạp sẽ thủy phân thành các monomer, cellulose chuyển hóa thành đường hoặc rượu, protein chuyển hóa thành peptides hoặc amino acid bởi các enzyme thủy phân (lipases, proteases, cellulases,…) Quá trình thủy phân sẽ phân hủy phần lớn các hợp chất hữu cơ thải bỏ Bên cạnh đó, việc sử dụng hóa chất cho quá trình thủy phân sẽ làm thời gian phân hủy rác xảy ra nhanh hơn và sản lượng methane đạt

được cũng cao hơn (RISE - AT, 1998) Các phản ứng của giai đoạn thủy phân:

Lipids → Acid béo bay hơi

Polysaccharieds → Monosacchrides

Protein → Amino acids

Nucleic acids → Purines & pyrimidines

Giai đoạn acid hóa

Giai đoạn acid hóa được thực hiện bởi các loại vi khuẩn thuộc nhóm tạo acid Các vi khuẩn sẽ chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn thủy phân thành các acid

hữu cơ, carbon dioxide và hydrogen Các acid hữu cơ bao gồm acid Acetic (CH3COOH), acid propionic (CH3CH2COOH), acid butyric (CH3CH2CH2COOH)

và ethanol (C2H5OH) Các vi khuẩn tham gia vào quá trình acid hóa là:

syntrophobacter wolinii, clostridium spp, peptococcus anerobus, lactobacillus và actinomyces (www.biogasworks.com-microbes in AD) Các phản ứng như sau:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

Giai đoạn sinh methane

Cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí rác thải sinh hoạt là giai đoạn sinh methane Giai đoạn sinh methane có sự tham gia của các vi khuẩn sinh methane như

methanosaeta, methanosarcina, methanobacterium, methanobrevibacter, methanococcus, methanothrix, methanobacillus Các phản ứng của quá trình sinh

methane được mô tả như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ xử lý CTRSH bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Các dạng công nghệ kỵ khí xử lý rác thải hiện đang áp dụng trên thế giới được phân loại như sau:

2.3.1 Phân loại chung

Theo môi trường phản ứng

• Ướt - Rác thải ở dạng huyền phù với lượng nước được cung cấp nhằm pha loãng rác đến tỷ lệ 10 - 15% TS

• Khô - Hàm lượng TS trong rác đem phân hủy trong khoảng 20 - 40%

Theo môi trường cấp liệu

• Mẻ - Hệ thống hoạt động gián đoạn theo mẻ

• Liên tục - Hệ thống làm việc liên tục

Theo phân đoạn phản ứng

• Một giai đoạn: Toàn bộ quá trình xảy ra trong một thùng phản ứng

Bùn hữu cơ, chất thải nông nghiệp

Cải tạo đất

Bón ruộng nếu được chấp nhận

Ủ hiếu khí để chuyển thành phân bón hữu cơ

• Đa giai đoạn: Toàn bộ quá trình xảy ra ở nhiều thùng phản ứng mắc nối tiếp theo một hoặc cả hai chế độ axít hóa và mêtan hóa được vận hành ở các nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ cao với mục đích làm gia tăng tính hiệu quả, tính ổn định và khả năng kiểm soát

Theo nguyên liệu đầu vào

• Phân hủy kết hợp với phân động vật: Thành phần hữu cơ trong rác thải đô thị được trộn với phân động vật và phân hủy kết hợp với nhau Quá trình này cải thiện tỷ lệ C/N và tăng lượng khí sinh ra

• Chỉ phân hủy rác thải đô thị: Thành phần nguyên liệu ban đầu chỉ có thành phần hữu cơ của rác thải đô thị

2.3.2 Các dạng công nghệ điển hình

• Các dạng bể phản ứng được dùng nhiều nhất trên quy mô công nghiệp là bể phản ứng một giai đoạn Hiện nay, các thiết kế bể phản ứng dạng này được nâng cấp để đáp ứng các yêu cầu ngày càng gia tăng của thị trường

• Các hệ thống hai hay nhiều giai đoạn bắt đầu đóng vai trò quan trọng trong

xử lý rác thải công nghiệp cùng với rác hữu cơ và độ vệ sinh an toàn cao

• Các hệ thống mẻ cần có cải tiến rõ hơn Tuy nhiên, cơ hội áp dụng tại các quốc gia phát triển cao do suất đầu tư thấp

Công nghệ ‘ướt’ một giai đoạn

• CTRSH được chuyển sang dạng huyền phù có 10% chất rắn bằng một lượng nước lớn Hệ thống hoạt động với sự phân hủy kết hợp giữa rác thải đô thị với các nguyên liệu loãng hơn như bùn từ cống thải hoặc phân động vật Thủy tinh và đá được yêu cầu loại bỏ nhằm ngăn ngừa khả năng tích tụ nhanh của các chất này dưới đáy bể phản ứng Quá trình phân hủy yêu cầu

ép để lấy lại dịch lỏng (có thể tuần hoàn trở lại cho đầu vào) và tạo ra chất rắn đã phân hủy để xử lý tiếp

• Ưu điểm của công nghệ ‘ướt’ một giai đoạn là công nghệ này khá ổn định,

đã được thử nghiệm và vận hành trong nhiều thập kỷ; Tính đồng nhất của rác thải hữu cơ sau khi đã qua nghiền thủy lực và pha loãng để đạt hàm lượng TS nhỏ hơn 15% cho phép áp dụng bể phản ứng dạng khuấy trộn

• Nhược điểm của công nghệ ‘ướt’ một giai đoạn là chất thải cần được tiền xử

lý tốt nhằm đảm bảo độ đồng nhất và loại bỏ các chất ô nhiễm dạng thô hoặc

có độc tính cao từ rác đô thị; Đối với rác không được phân loại tại nguồn cần có các bước tiền xử lý để giảm thiểu các thành phần nặng vì chúng có thể gây hư hỏng hệ thống khuấy hoặc bơm cũng như giảm thiểu các chất tạo bọt gây ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tách khí biogas; Khả năng bị

“đoản mạch” về thủy lực Một nhược điểm nữa của hệ thống là sử dụng quá nhiều nước (thường khoảng 1 m3/T chất thải rắn) làm tăng chi phí sử dụng nước cũng như đầu tư và chi phí xử lý nước thải

• Công nghệ ‘ướt’ liên tục một giai đoạn của EcoTec đã được áp dụng tại nhà máy xử lý chất thải sinh học với công suất 6.500 tấn/năm ở Bottrop, Đức từ năm 1995 Công nghệ này cũng đang được tiếp tục áp dụng trên Thế giới, cụ thể: nhà máy có công suất 30.000 tấn/năm ở Berlin, Đức; Nhà máy có công suất 17.000 tấn/năm tại Shilou, Trung Quốc Nhà máy có công suất

14.000 tấn/năm tại Bangkok [Thái Lan]

Công nghệ ‘khô’ một giai đoạn

• Hàm lượng TS tối ưu trong các chất rắn lên men trong hệ thống sử dụng công nghệ ‘khô’ một giai đoạn khoảng 20 - 40%, với rác có hàm lượng

TS>50% cần phải pha loãng (Oleszkiewicz và Poggi-Varaldo, 1997) Nước

được thêm vào tối thiểu để tạo sự cân bằng nhiệt toàn diện, rất hữu ích cho hoạt động ở chế độ hiếu nhiệt Hệ thống tiền xử lý chỉ cần áp dụng để loại các chất rắn có kích thước lớn hơn 40mm, ví dụ như sàng quay hoặc hệ

thống nghiền đối với chất thải hữu cơ được phân loại tại nguồn (Fruteau de Laclos và Ctv, 1997; De Baere và Boelens, 1999; Levasseur, 1999) Dạng

thiết bị phản ứng sử dụng là plug-flow đơn giản về mặt kỹ thuật và không cần phải có thiết bị khuấy trộn cơ học bên trong thiết bị phản ứng

• Nhược điểm chính của quá trình ‘khô’ là khả năng phân bố đều và xoay vòng vi sinh vật cũng như chống quá tải và quá trình axít hóa Các vấn đề trên đã được giải quyết trong hệ thống Dranco bằng xoay vòng nước rỉ có pha trộn với nước sạch theo tỷ lệ 6:1 Hệ thống này cho phép xử lý rất hiệu quả đối với các chất thải có hàm lượng TS trong khoảng 20 – 50%

• Hệ thống ‘khô’ một giai đoạn có tải lượng hữu cơ cao hơn so với hệ thống ướt do không bị ảnh hưởng bởi các chất gây ức chế quá trình axít hóa hoặc mêtan hóa

• Tỷ lượng biogas sinh ra trong hệ thống ‘khô’ cao hơn hệ thống ‘ướt’ có thể giải thích được do các chất dễ phân hủy sinh học không bị mất đi theo các chất tạo váng/bọt hoặc lắng xuống dưới bể phản ứng Tuy nhiên về khía cạnh môi trường, sự khác biệt giữa hệ thống ‘khô’ và ‘ướt’ rất rõ rệt Hệ thống ‘khô’ sử dụng nước ít hơn hệ thống ‘ướt’ 10 lần Do vậy, lượng nước thải cần xử lý sẽ ít hơn hệ thống ‘ướt’ nhiều lần

• Ưu điểm khác của hệ thống ‘khô’ là khả năng vận hành ở điều kiện hiếu nhiệt cao Do vậy, khả năng đảm bảo vệ sinh đối với sản phẩm cao hơn

(Baeten và Verstraete, 1993)

Công nghệ đa giai đoạn

• Công nghệ hai hoặc đa giai đoạn là công nghệ trong đó chất hữu cơ được chuyển thành biogas thông qua các phản ứng sinh hóa không nhất thiết phải xảy ra trong cùng một điều kiện Do vậy, quá trình tối ưu hóa công nghệ cần thực hiện tối ưu hóa từng bước trong toàn bộ dây chuyền công nghệ nhằm

đảm bảo tối ưu cả về tốc độ phản ứng và sản lượng sinh biogas (Ghosh và Ctv, 1999)

• Ưu điểm chính của công nghệ hai giai đoạn không phải là hiệu suất chung của hệ thống mà khả năng xử lý các chất thải có khả năng gây bất ổn định trong các hệ thống một giai đoạn, đặc biệt là rác công nghiệp, thông qua việc đạt được tính đệm cao hơn, kiểm soát tốt hơn tốc độ nạp hoặc đồng phân

hủy các loại chất thải khác nhau (Weiland, 2000)

Công nghệ mẻ

• Trong các hệ thống mẻ, các bể phản ứng được nạp chất thải một lần có hoặc không cấy dịch vi sinh (inoculum), sau đó sẽ được vận hành qua các bước phân hủy theo chế độ ‘khô’ với 30 – 40% TS Về mặt nguyên lý, hệ thống

mẻ có thể coi như một hố chôn lấp được thực hiện trong thùng nhưng tỷ lượng biogas sinh ra cao hơn từ 50 đến 100 lần so với bãi rác trên thực tế bởi nước rỉ được tuần hoàn liên tục, cho phép phân tán đều chất dinh dưỡng, vi

sinh vật cũng như các axít sinh ra và nhiệt độ của rác trong bể phản ứng cao hơn nhiệt độ rác tại các bãi rác

Dạng 1: Hệ thống mẻ một giai đoạn

• Nước rỉ được xoay vòng về phía đỉnh của bể phản ứng Nhà máy hoạt động quy mô công nghiệp áp dụng thiết kế này cho rác thải được phân loại tại nguồn với công suất 35.000 T/năm đã được thực hiện tại Lelystad, Hà Lan

(Brummeler, 1999) Nhà máy gồm nhiều bể phản ứng có dung tích

480 m3/bể hoạt động song song

Dạng 2: Hệ thống mẻ luân phiên

• Nước rỉ từ bể phản ứng mới nạp rác tươi có chứa nhiều axít hữu cơ được chuyển vào bể nơi đang xảy ra quá trình mêtan hóa, còn nước rỉ từ bể mêtan hóa sẽ được chuyển vào bể mới để điều chỉnh pH và bicarbonat Điều này cũng cho phép cung cấp vi sinh vật cho rác tươi

• Công nghệ mẻ luân phiên áp dụng chế độ phân hủy kỵ khí hiếu nhiệt bằng cách tái sử dụng khí rác để cấp nhiệt cũng đã được triển khai áp dụng tại Úc với mục đích rút ngắn thời gian ổn định rác trước khi đem chôn lấp nhằm giảm các chi phí kiểm soát ô nhiễm do nước rỉ và khí bãi rác cũng như tăng tuổi thọ của bãi chôn lấp chứ không đặt vấn đề thu hồi năng lượng

Dạng 3: Lai ghép Mẻ – UASB

• Trong thiết kế này, bể phản ứng ổn định được thay thế bằng bể phản ứng UASB Tại bể UASB, các quần thể vi sinh vật được tích lũy dưới dạng các hạt bùn cho phép xử lý chất thải lỏng có hàm lượng axít hữu cơ với tải

lượng (Anderson và Saw, 1992; Chen, 1999) Về hình thức, hệ thống này

gần tương tự với hệ thống Biopercolat có lưu sinh khối

• Do tính đơn giản về mặt kỹ thuật của hệ thống mẻ cho nên suất đầu tư nhỏ

hơn hệ thống một giai đoạn liên tục khoảng 40% (Brummeler, 1992) Tuy

nhiên, nhu cầu sử dụng đất của hệ thống mẻ lớn hơn so với hệ thống một giai đoạn liên tục do chiều cao của bể phản ứng nhỏ hơn 5 lần và tải lượng thể tích nhỏ hơn 2 lần

CHƯƠNG III: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• 02 bộ lọc khí biogas được chế tạo bằng inox (xem bản vẽ chi tiết)

• Bơm trục ngang tuần hoàn nước rỉ rác

• Bộ đo lưu lượng khí biogas MC MILLAN - Model 100 - Flo sensor - USA

- Biên độ đo 10ml – 100 lít/phút

- Tín hiệu của bộ đo lưu lượng khí được kết nối với ADAM 4570

- Nguồn điện sử dụng của bộ đo lưu lượng khí là 12Volt – DC

• Đầu dò nhiệt độ

Đầu dò nhiệt độ của 02 thiết bị phản ứng đuợc kết nối với ADAM 4015

• Bộ ghi dữ liệu kết nối máy vi tính

- ADAM-4015 và ADAM-4570W dùng cho thiết bị phản ứng dạng quay

- ADAM-4017, ADAM-4520 dùng cho thiết bị phản ứng dạng đứng

- Nguồn cung cấp điện cho các ADAM là điện 12VDC

- Tín hiệu từ các thiết bị đo khi về đến máy tính sẽ được xử lý và chuyển đổi thành các giá trị đo, thông qua phần mềm chuyên dụng GeniDAQ

- Tốc độ truyền dữ liệu: 50bps - 230kbps

- Phần mềm hỗ trợ: Win 98/NT/2000/XP

3.2 Phân tích mẫu khí

• Khí hydrosunphua (H2S)

- Theo James P Lodge, Ir Editor

- Thiết bị: Desaga 312 (Đức); spectrophotometer “spectronic genesys – 5” (Mỹ), đo bổ trợ bằng thiết bị Multilog - 2000 (Mỹ)

• Carbon dioxit (CO2)

- Theo thường quy kỹ thuật YHLĐ & VSMT 1993 của Bộ y tế

- Thiết bị degasa 212 và 312 (Đức)

3.3 Phân tích mẫu nước rỉ rác

• Thông số quan trắc chất lượng nước rỉ rác (28 chỉ tiêu): pH, COD, BOD, Nitơ Kjeldahl, N-NH4+, TDS, SS, Ca, K, Na, Mg, Fe, Zn, SO42-, tổng phospo, Mn, Cd, Ni, As, Cr, Pb, Hg, coliform, phenol, benzene, toluene, etynemzen

• Lấy mẫu và xác định chỉ tiêu hóa học của nước rỉ rác

- Mẫu nước rỉ rác

- Phương pháp bảo quản mẫu: theo tiêu chuẩn TCVN 5992-1995, TCVN 5993-1995

- Mẫu được bảo quản tùy theo từng thông số theo TCVN 5993-1995

- Phương pháp phân tích: Nước rỉ rác được phân tích tại Viện KTNĐ&BVMT theo các phương pháp tiêu chuẩn hiện đang được áp dụng tại Việt Nam cụ thể:

ƒ pH: Đo trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo nhanh của hãng Nova (Mỹ)

ƒ Chất rắn lơ lửng: Xác định bằng phương pháp cân trọng lượng sau khi sấy ở 105oC đến khối lượng không đổi theo TCVN 4560-1988

ƒ Chất rắn hòa tan: Đo bằng TDS kế của hãng Hach

ƒ N-NH3: Xác định bằng phương pháp quang trắc Nessler theo TCVN

6179 - 1996

ƒ N-NO2: Xác định bằng phương pháp quang trắc theo TCVN 6178 -

1996

ƒ N-NO3: Xác định bằng phương pháp khử cadimi theo EPA 353.2

ƒ P-PO4: Phương pháp trắc quang dung dịch amoni molidat TCVN

ƒ Tổng Phospho: Xác định bằng phương pháp trắc quang theo EPA

3.4 Phương pháp xác định đặc trưng kỹ thuật của rác

• Phương pháp xác định đặc trưng kỹ thuật của rác

- Loại mẫu: Composite

- Cân mẫu rác lấy 120kg – 150kg

- Xé bao ni lông, đổ rác vào khung gỗ đo thể tích

- Tính thể tích rác trong khung, ghi lại số liệu

- Phân loại rác theo cấp 2 theo bảng phân loại, đối với một số thành phần chưa định danh trong bảng phân loại thì cần ghi chú rõ ràng là chất gì

- Đo kích thước hạt của các thành phần

- Mỗi loại thành phần được chứa trong 1 bao nylon loại 60 lít

- Cân khối lượng từng thành phần đã phân loại, ghi lại các số liệu

- Lấy từ mỗi loại thành phần khoảng 0,5kg đựng vào túi loại 0,5kg

- Với những thành phần không đủ 0,5kg thì lấy toàn bộ

• Phương pháp xác định độ ẩm của rác

- Dụng cụ: Tủ sấy, bộ dụng cụ inox đựng mẫu, cân các loại

- Xác định bằng phương pháp sấy độ ẩm được tính theo công thức sau:

Độ ẩm = X 100 %

Tủ sấy được dung trong phòng thí nghiệm phải có trang bị quạt hút để hút

hơi ra khỏi phòng để giảm thiểu mùi hôi

Phương pháp phân tích độ ẩm: Áp dụng đề xuất của Vesilind and Reimen

1981, Gartner Lee, 1991: Sấy khô mẫu tại nhiệt độ 77oC cho đến khi

trọng lượng không đổi nhằm đảm bảo nước bay hơi hoàn toàn nhưng tổn

thất ít nhất các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

• Phương pháp xác định các đặc trưng kỹ thuật khác: Sử dụng cơ sở dữ liệu

thuộc sản phẩm của đề tài “Nghiên cứu xác lập hệ thống thông số kỹ thuật

rác thải đô thị TP HCM, 2003”

Bảng 3.1 Khả năng phân hủy sinh học của một vài thành phần trong rác đô thị

Loại chất thải VS/TS (%) Lignin/VS (%)