Quản lý chất thải rắn chương 9

Một trong hai cách xử lý này có thể dùng ở những giai đoạn sau: tiền xử lý để làm giảm khối lượng và ổn định nguyên vật liệu đối với rác chôn lấp hoặc như một cách thức làm ra những sản

Chương 7: Xử lý sinh học

Tóm tắt

Xử lý sinh học có thể được dùng để xử lý cả những phần nhỏ của giấy và chất hữu cơ của chất thải rắn Hai loại xử lý chính bao gồm: làm phân sinh học (hiếu khí) và khí đốt (hiếm khí) Một trong hai cách xử lý này có thể dùng ở những giai đoạn sau: tiền xử lý

để làm giảm khối lượng và ổn định nguyên vật liệu đối với rác chôn lấp hoặc như một cách thức làm ra những sản phẩm có giá trị lớn, như phân sinh học và (chất khí đốt đặc biệt là Mêtan lấy từ phân và những chất thải sinh học) và chất đốt cùng với phân sinh học từ dòng rác thải Đầu vào và đầu ra của mỗi qui trình đều được thảo luận cách sử dụng số liệu có thể có sẵn để dùng Hơn nữa sự phát triển của sự bình ổn giá sinh học dựa trên sự phát triển của thị trường và những tiêu chuẩn phù hợp đối với việc sản xuất phân sinh học

Bã phân SH

cặn RDF

Nguyên liệu thứ cấp

Năng lượng

Phân

SH

Chất thải trơ cuối cùng

bụi tro

Phân hủy

Khí thải

Nước thải

Chất thải rắn hộ gia đình/ thương mại

Chất tái sinh khô

Phân lọai RDF Phân lọai

MRF

Tiền phân loại

Tạo thành khí mê tan

Tạo thành phân SH

Đốt RDF Đốt

nhiên liệu

Đốt tổng hợp

Tiền xử lý chôn Chơn lấp

Kho nguyên liệu thô

Rác sinh học Chất tái sinh khô

Rác trong vườn

Rác sinh học Rác độ sộ

Rác sinh học thương mại

Chất tái sinh thương mại

Kho nguyên liệu pha trộn

Vị trí trung tâm

Vị trí trung tâm

RDF

Phân SH CTRĐT

Đốt tổng hợp

chôn

Hệ thống thu gom tận nơi

Hệ thống thu gom

Năng lượng

Nguyên liệu thô

RANH GIỚI HỆ THỐNG

Hình 7.1 Vai trò của xử lý sinh vật học trong một hệ thống quản lý chất thải rắn

kết hợp

7.1 Lời giới thiệu

Việc xử lý sinh học đòi hỏi phải dùng vi sinh vật tìm thấy trong tự nhiên để phân hủy những thành phần rác thải có thể bị làm thối rữa ra do vi khuẩn Trái lại để đi đến sự hoàn thành, qui trình này sẽ dẫn đến kết quả của việc sản xuất ra gas (chủ yếu cacbon điôxít, metan và hơi nước) chất cặn bã được khoáng hóa Thông thường, qui trình này phá vỡ được sự liên kết tạm thời khi những chất cặn bã vẫn còn chứa nguyên vật liệu hữu cơ, dẫu cho nó ở trong trạng thái không dễ dàng phân hủy gồm nguyên vật liệu giống như phân sinh học

Phân sinh học vườn (garden compost) là hình thức đơn giản nhất của việc xử lý sinh học Loại này có thể biến rác của thực vật và rác thải hỗn tạp thành lượng phân sinh học hỗn tạp hữu ích và dồi dào phong phú Phân sinh học vườn là một phương pháp rất

có ích cho bình ổn giá của rác thải sinh hoạt tại nguồn.Phương pháp chọn lựa để xử lý rác thải hữu cơ không được phân loại tại nguồn (đặc biệt ở những khu vực nông thôn), đòi hỏi những nhà máy xử lý sinh học phải phân loại rác tập trung

Hầu hết bất cứ nguyên liệu hữu cơ nào cũng có thể được xử lý theo cách này Nó đặc biệt thích hợp với những rác thải công nghiệp từ những nguồn như nhà máy bia, nhà máy sản xuất rau quả và trái cây, lò mổ và nhà máy chế biến thịt, nhà máy đường và thuộc da, nhà máy dệt vải sợi và len (Bundesamtes fur Energiewirtschaft, 1991) Ở mức

độ khu phố, nó được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải cống rãnh và rác thải hữu cơ từ những công viên và các khu vườn

Rác thải sinh hoạt cũng rất giàu nguyên liệu hữu cơ, gồm rác thải nhà bếp và vườn Về địa lý, trọng lượng rác thải này chiếm khoảng 25% đến 60% rác thải đô thị, ở phía nam Châu Âu có mức độ chất hữu cơ cao Nếu rác thải sinh hoạt thêm vào phần giấy

mà nó cũng có gốc hữu cơ và thích hợp với việc xử lý sinh học thì khoảng 50- 85% CTRĐT có thể được xử lý theo cách này Sự thích hợp của việc xử lý sinh học đối với nguyên liệu hữu cơ ướt trái ngược rõ rệt với những phương thức xử lý khác, như đốt hay chôn lấp Lượng nước thải trong việc chôn lấp và thiêu đốt cũng như việc thối rữa ra có thể là nguồn gốc của những vấn đề nghiêm trọng.Điện năng của việc xử lý sinh học hiện

Có nhiều kiểu xử lý sinh học, nó khác nhau về nguyên vật liệu được cung cấp sử dụng (Bảng 7.1) và qui trình thực hiện Loại nguyên vật liệu cung cấp từ rác thải hỗn tạp

ở mức độ cao, ví dụ như CTRĐT, đòi hỏi phải xử lý ở số lượng lớn, đến việc lọc ra những phần không thuộc chất hữu cơ trước hoặc đôi khi là sau khi xử lý sinh học để rác thải sinh học được thu gom riêng và phân định kỹ lưỡng, Mặc dù có nhiều loại máy móc cho các qui trình sản xuất khác nhau, có hai loại qui trình cơ bản hiếu khí và yếm khí Ở việc xử lý hiếu khí, thường được biết đến như phân sinh học, nguyên vật liệu hữu cơ phân hủy trong điều kiện khí oxy sinh ra chủ yếu cacbon đioxít, nước và phân sinh học Năng lượng đáng kể được giải thoát trong qui trình, mà nói chung nó bị mất đi vào môi trường xung quanh Qui trình yếm khí được mô tả khác nhau tùy từng theo trường hợp

như sự lên men kỵ khí và tạo khí biogas (anaerobic digestion or biogasification) Từ đầu

đến cuối chương này, thuật ngữ tạo khí biogas sẽ được sử dụng Như tên gọi ngụ ý chất khí đốt này, sản phẩm hữu ích bao gồm chính là Metan và Cacbon đioxít, cộng với cặn bã hữu cơ mà nó có thể trở nên ổn định để sản xuất ra phân sinh học, nhưng hơi có phần khác biệt từ phân sinh học được sản xuất theo phương pháp hiếu khí

Chương này xét đến hai qui trình cơ bản và việc ứng dụng hiện nay ở Châu Âu

Kế đến sẽ xét đến qui trình đầu vào và đầu ra cần phải đóng góp cho toàn bộ vòng đời của việc quản lý chất thải rắn (Hình 7.1) và chi phí kinh tế kèm theo

7.2 Mục tiêu của việc xử lý sinh học:

Việc làm phân sinh học và tạo ra khí đốt có thể thực hiện nhiều chức năng và việc nhận

ra những mục đích chính được đòi hỏi của qui trình sản xuất là điều rất cần thiết Chúng

có thể được xem như tiền xử lý cho việc thải bỏ sau cùng của rác

7.2.1 Tiền xử lý cho việc vứt bỏ rác

Giảm bớt khối lượng: cắt giảm metan hoặc cacbon đioxít và nước dẫn đến việc phân hủy đến 75% (Bundesamtes fur Energiewirtschaft, 1991) nguyên vật liệu hữu cơ ở trong lượng rác thải Từ rác thải hữu cơ ướt đến phân sinh học thông thường sự hao hụt trọng lượng nói chung khoảng 50% Tiêu biểu như giấy và chất hữu cơ là hai thành phần lớn nhất của dòng rác thải sinh hoạt; đây là sự cắt giảm đáng kể Thêm nữa, mất đi một lượng

nước lớn nhờ sự bay hơi (trong quá trình làm phân sinh học) hoặc bằng việc ép những chất lắng (chất khí đốt đặc biệt là metan, lấy từ phân và những chất thải hữu cơ) Độ ẩm của thành phần hữu cơ của rác thải sinh hoạt là khoảng 65% (Barton, 1986), trong khi đó với phân sinh học được làm từ rác thải hữu cơ là khoảng 30- 40% (Fricke và Vogtmann, 1992) và với nguyên vật liệu từ chất khí đốt đặc biệt là metan lấy từ phân và những chất thải sinh học (biogasification), 25- 45% (De Baere, 1993; Six và De Baere, 1988) Sự phá

vỡ cùng với việc mất nước dẫn đến sự giảm bớt khối lượng rõ rệt ở nguyên vật liệu giúp cho việc xử lý và vứt bỏ dễ dàng hơn Việc tháo rút nước cũng sẽ giảm sự việc rò rỉ nước thải đối với chất thải rắn được chôn lấp

Tính/làm cho ổn định: Như phần lớn sự phân hủy xuất hiện trong thời gian xử lý sinh học, kết quả nguyên vật liệu sẽ càng không dễ phân hủy như ở đầu vào hữu cơ ban đầu do

đó càng trở nên bền vững đối với việc vứt bỏ sau cùng trong việc chôn lấp Nhu cầuoxy tích lũy của nguyên vật liệu hữu cơ, thước đo tính hoạt động sinh học và do đó ngược lại liên quan đến tính bền vững có thể giảm xuống bởi một trong sáu nhân tố trong thời gian

xử lý sinh học (Bảng 7.2) Tương tự, tỉ lệ cacbon/nitơ sẽ đem lại thước đo tính của phân

sinh học (tỉ lệ cacbon/nitơ cao cho biết nguyên liệu hữu cơ tươi, mới, tỉ lệ này thấp cho biết nguyên vật liệu không dễ dàng bị phân hủy và chín ngấu), sẽ giảm xuống một cách

rõ rệt trong quá trình xử lý sinh học

Làm nhẹ bớt: cả phân sinh học và chất khí đốt biogas đều hiệu quả trong việc phá hủy phần lớn mầm bệnh xuất hiện ở trong rác Qui trình tạo phân sinh học hiếu khí là quá trình tỏa nhiệt mạnh và nhiệt độ khoảng 60-65oC được tích lại và lưu giữ trong những thành phần phân sinh học hoặc những chai lọ qua khoảng thời gian kéo dài, có khả năng đảm bảo cho sự tiêu diệt hầu hết mầm mống gây bệnh (bảng 7.2) Quá trình tạo khí biogas tỏa nhiệt thấp, nhưng có thể nhiệt độ sẽ nhảy lên khoảng 55°C (quá trình thermophilic) bằng việc gia nhiệt Sự kết hợp của nhiệt độ này và những điều kiện yếm khí sẽ có khả năng tiêu diệt hầu hết những mầm bệnh (Bảng 7.2), cho dù dùng nhiệt độ qui trình thấp hơn (qui trình mesophilic)

7.2.2 Sự ổn định

Trong những sự tương phản ở trên, mục đích chính của việc xử lý sinh học là nhằm đem lại những sản phẩm hữu ích (chất khí đốt/năng lượng và phân sinh học) từ rác thải hữu

cơ, nghĩa là để ổn định dòng rác thải

Sản xuất chất khí đốt biogas: sản xuất ra gas dễ cháy với lượng nhiệt khoảng 6-8 KW-h

(21.6-28.8 MJ)/ m3 (German Govt report, 1993), mà có thể được bán như gas, hoặc đốt tại chổ để sản xuất ra điện Một số chất khí sẽ bị đốt cháy để cung cấp cho qui trình nung nóng và tiêu thụ điện, nhưng có thể là xuất khẩu gas hoặc điện cung cấp cho những đơn

vị khác Thông thường điện sẽ có thị trường tiêu thụ Gas thì có thể được tích trữ trong việc sản xuất và dùng cho việc phát điện, xuất khẩu điện theo hệ thống đường dây điện quốc gia có thể chọn lựa thời điểm để đồng nhất với thời gian tiêu thụ điện ở giờ cao điểm và do đó giá của nó sẽ ở được mức cao nhất Lợi ích kinh tế này sẽ được tăng lên hơn nữa ở những nơi mà chi phí phụ thu được trả cho điện được sinh ra từ nguồn nhiên liệu không hoá thạch (ví dụ như dưới hệ thống (NFFO) Anh- Non-Fossil Fuel Obligation)

Việc sản xuất phân sinh học: Cả việc làm thành phân sinh học và chất khí đốt biogas

đều tạo ra phần nguyên vật liệu hữu cơ bền vững mà nó có thể được sử dụng như phân sinh học, chất phụ gia cho đất trồng, phân bón, tập giấy rời, nguyên vật liệu cho máy lọc (xăng, không khí) hoặc cho việc làm sạch đất trồng bị ô nhiễm (Ernst, 1990) Nguyên vật liệu cặn bã còn lại sẽ được chôn lấp Điểm duy nhất để xác định chọn lựa nguyên vật liệu

là sản phẩm hữu ích và có giá trị hay chất cặn bã để vứt bỏ bằng bất cứ giá nào

Những thị trường cho phân sinh học sẽ khác nhau nhiều ở Châu Âu Ở Nam Châu

Âu, việc thiếu chất hữu cơ trong đất tạo nên nhu cầu lớn về chất hữu cơ bổ sung Do đó thị trường giá cả tăng nhanh đối với phân sinh học được làm từ nguyên vật liệu cung cấp cho máy móc sản xuất được cung cấp mà nó sẽ an toàn cho việc dùng phân sinh học, ngay cả mức độ gây nhiễm bệnh có thể cao Tuy nhiên, phân sinh học như được nói đến, nếu được sản xuất ở Hà Lan hoặc Đức nó sẽ được xem như chỉ dành cho việc chôn lấp ở bụi cây hoặc như cặn bã vứt bỏ Nó sẽ không đáp ứng được những chỉ dẫn chất lượng thích hợp, sẽ không có thị trường cho sản phẩm phân sinh học mặc dù có nhiều thị trường thực sự tồn tại đối với phân sinh học chất lượng cao hơn Do yếu tố quyết định chất

lượng chính của phân sinh học là thành phần nguyên vật liệu cung cấp (Fricke và Vogtmann, 1992) và qui trình sử dụng, sản phẩm phân sinh học bán ở các nước có thể đòi hỏi phải sử dụng những nguyên vật liệu cung cấp từ quá trình thu gom phân loại (rác thải sinh học, cả với giấy hay không có giấy; rác nhà bếp; rác thải xanh), hay việc sử dụng những kỹ thuật sản xuất tinh vi hơn Số liệu cho rằng mỗi năm có 225,290 tấn phân sinh học được sản xuất ở Tây Đức trước đây, 30% đã được cho, không phải trả chi phí vứt bỏ, nhưng cũng không thu lợi từ việc phân phối Nói cách khác ở Hà Lan, ngành nông nghiệp thu được 150,000 đến 450,000 tấn phân sinh học/năm

Trong việc tạo nên chất khí đốt (biogasification), hai sản phẩm là chất khí đốt (đặc biệt là metan) và phân sinh học, việc quyết định nên chọn sản phẩm nào là rất cần thiết Trong việc đánh giá, chất cặn bã được phân loại sản xuất ở Đức không thể được bán

ở thị trường như phân sinh học, cũng như về mặt chất lượng thì quá thấp do bởi sự có mặt của các chất độc hại (báo cáo của Chính phủ Đức, 1993) Ngược lại, nhà máy chất khí đốt

ở Bỉ, sử dụng qui trình khác, sản phẩm như đất mùn đã có thể tồn tại đứng vững trên thị trường (De Baere, 1993)

Hộp 7.1 VIỆC PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC

Xử lý sinh học

HERHOF (D) ALTVATER (D) ITALBA (T)

WMC (GB) MODELL (D)

BTA (D) AN-ROTWEILER-PROCESS (D)

DRANCO (B) VALORG (F) KOMPOGAS (CH) T.U.H.H (D)

Vì dụ

QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN ĐỒNG NHẤT

Boà Đào Nha

CTRĐT

Kho lưu trữ Tách chất từ tính Băng tải phân lọai

Thùng trộn phân xoay vòng

Lọc thô Lọc mịn

Phân trộn sống (mịn)

Phân trộn sống (thô) Lên men lần 2 Lưu trữ phân SH

Rác sinh học

Tầng bịt đầu Thùng nghiền nhỏ

sàng Khoang xử lý

Máy bơm

Khoang phân

hủy

nén sàng

Hình 7.4 Biểu đồ về quá trình ủ phân sinh học (tạo biogas) khô tại các nhà máy ở

Bretch, Bỉ Nguồn: De Baere (1993)

Cacbon hữu cơ phức hợp

Monomers

Axít hữu cơ

Axít Axêtic <> H2 + CO2

CH4 + CO2

Quá trình thủy phân

Quá trình nhiễm Axít

Quá trình hóa chua

Tạo khí metan

Hình 7.5 Các giai đọan chuyển hóa trong quá trình ủ phân sinh học của rác hữu cơ

Rác sinh học phân loại nguồn

Bụi từ quá trình tạo NLTR

ĐẦU VÀO

Tiền phân loại

Xử lý phân SH

Năng

liệu thứ cấp

Khí thải

Nước thải

Phân trộnBã phân

trộn

Bã phân loại

Nhà máy

trộn phân

Hình 7.6 Biểu đồ về mơ hình nhà máy sản xuất phân sinh học điển hình

CTRĐT

Rác sinh học phân lọai nguồn

Bụi từ quá trình NLTR

ĐẦU VÀO

Tiền phân loại

Quá trình ủ phân biogas

Bã phân trộn

Năng lượng Đốt gas biogas

Năng lượng

Nguyên liệu thứ cấp hai

Khí thải

Nước thải Phân trộnBã phân

loạiNhà máy biogas

Hình 7.7 Biểu đồ về các nhà máy tạo khí biogas điển hình

Tiền phân loại

Xử lý phân SH

Nguyên liệu được phục hồi

Mất hơi

Vật thể lớn Phân trộn cặn

Phân trộn thô

compost

Quân bình khối tiêu biểu trên cơ sở trọng lượng khơ đối với 1 nhà máy

lumbricomposting (La Voulte, Pháp) Nguồn: SOVADEC; Schauner (1994)

Rác sinh học

Tiền phân loại

Nước thải

Bã phân trộn

Phân trộn

Lọc cặn bã

Rác ẩm/ rác sinh học

Tiền phân loại Xử lý biogas

biogas

Nước thải

Phân trộn/ bã

KL nặng Lọc cặn

Hình 7.10 quân bình khối (dựa trên cơ sở trọng lượng ẩm) cho một nhà máy biogas

xử lý ẩm 2 giai đoạn (Garching, Đức) Nguồn: German Government (1993)

7.3 Tổng quan về việc xử lý sinh học ở Châu Âu

Sử dụng phương pháp xử lý sinh học để giải quyết CTRĐT khác nhau đáng kể ở Châu

Âu (Hình 7.2) Phương thức này được sử dụng rộng khắp ở các quốc gia thuộc Nam Châu

Âu, ví dụ như Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Pháp và Ý, mà nó tuơng quan với việc chứa chất hữu cơ thường là cao của những rác thải đô thị ở khu vực các quốc gia này Nguyên vật liệu cung cấp cho sản xuất sử dụng cho việc xử lý sinh học cũng khác nhau về phương diện địa lý: thường Nam Châu Âu sẽ xử lý CTRĐT, trong khi đó những quốc gia khác như Đức, Úc, Hà Lan, Bỉ và Luxembourg thì xử lý nguyên vật liệu cung cấp cho sản xuất được xác định tính chất hẹp hơn như nó được thu gom tách rời (Bảng 7.3)

Đa số việc xử lý sinh học ở Châu Âu liên quan đến qui trình hiếu, ví dụ như làm phân sinh học Có nhiều nhà máy nhỏ tồn tại ở các nước khai thác phương thức xử lý này Riêng Thụy Sĩ có trên 140 nhà máy với hiệu suất trên 100 tấn/năm, trong đó 40 nhà máy

có hiệu suất trên 1000 tấn/ năm, và 15 nhà máy trên 4000 tấn/năm (Schleiss, 1990) Việc

xử lý hiếm thì hạn chế hơn, với ít hơn 20 nhà máy xử lý rác thải có nguồn gồc từ rác thải sinh hoạt ở cả Châu Âu (Bảng 7.4)

Đầu vào của nguyên vật liệu dùng trong qui trình sản xuất là rác thải hỗn tạp, ví

dụ như CTRĐT, nguyên vật liệu không phải là chất hữu cơ (nhựa, thủy tinh, kim loại, v.v…) cần được loại bỏ ở giai đoạn này (trừ khi mục đích chung là thiên về việc giảm bớt

khối lượng) Ở một số nhà máy, phần nguyên vật liệu này có thể được lấy lại cho việc sử dụng như những nguyên vật liệu thứ yếu Ví dụ ở Đức, nhà máy làm phân sinh học Duisburg-Huckingen, rác thải hỗn tạp đầu vào được đi qua dưới một nam châm để loại bỏ kim loại có chứa sắt, và sau đó chuyển qua băng tải ở đó những chai lọ thủy tinh, kim loại không chứa sắt và những món đồ nhựa được nhặt và lấy lại bằng tay (Ernst, 1990) (Hình 7.3)

Trên thực tế, việc chuẩn bị cho việc làm phân sinh học cũng như chất khí đốt thường liên quan đến một số hình thức sàng lọc để loại bỏ những chất quá khổ, giảm bớt kích thước và làm cho chất thải đồng nhất Có thể thực hiện việc giảm kích cỡ và trộn lẫn bằng cách dùng máy nghiền vụn các nguyên vật liệu, hoặc bằng việc sử dụng bồn xoay lớn Việc nghiền nát nguyên vật liệu sẽ loại bỏ những khó khăn cho giai đoạn sàng lọc

trước khi chế biến, nhưng có nghĩa là những nguyên vật liệu không thích hợp cũng bị

nghiền nát Điều này làm cho việc phân tách chúng từ phân sinh học khó khăn hơn ở giai đoạn sàng lọc sau này Bồn xoayđạt được một số cấp độ về việc giảm bớt kích cỡ và sự đồng nhất khi nó quay, nhưng không nghiền nát nguyên vật liệu không thích hợp Sau đó

nó có thể loại bỏ nguyên vẹn bằng một tấm màn kết hợp với bồn xoay trước khi xử lý sinh học, do đó những giai đoạn tinh chế sau này có thể được đơn giản hóa

Do đó, những chất cặn bã cần được loại bỏ trước hoặc sau giai đoạn xử lý Việc loại bỏ chúng càng sớm càng tốt sẽ có thuận lợi, do bởi để càng lâu chúng sẽ có điều kiện tiếp xúc với chất hữu cơ và càng có khả năng xảy ra nhiễm bẩn

Lượng chất cặn bã được loại bỏ ở giai đoạn tiền xử lý dựa trên rác thải được sử dụng như nguyên vật liệu cung cấp cho sản xuất Ngay cả đối với nguyên vật liệu được thu gom phân loại tại nguồn (source-separated collection) của rác thải sinh học, việc phân loại chất cặn bã trong thời gian tiền xử lý là hợp lý, đặc biệt nếu nguyên vật liệu cung cấp đến từ những khu vực thành thị Ví dụ, những nhà máy khí đốt ở Brecht, Bỉ, dùng nguyên vật liệu giấy cộng thêm với rác hữu cơ được thu gom riêng (Bảng 7.1) loại bỏ trên 19% đầu vào nguyên liệu trong giai đoạn tiền xử lý (De Baere, 1993) (hình 7.4)

7.4.2 Xử lý hiếu khí: làm phân sinh học

Xử lý sinh học có thể được mô tả như việc phân hủy sinh học của rác thải hữu cơ dưới điều kiện được kiểm soát cho việc làm phân sinh học; những điều kiện cần là môi trường hiếu khí và nhiệt độ cao đạt được nhờ qui trình tỏa nhiệt gây xúc tác bởi enzim Ba nhóm

vi sinh chính đòi hỏi phải có trong qui trình làm phân sinh học là vi khuẩn, khuẩn tia và nấm (Warmer, 1991) Lúc đầu vi khuẩn và nấm trội hơn hẳn, và tính hoạt động của chúng dẫn đến nhiệt độ tăng lên khoảng 70oC trong vùng trung tâm Ở nhiệt độ này, chỉ vi khuẩn thermophillic và khuẩn tia hoạt động Bởi vì, lúc đó tốc độ phân nhủy và nhiệt độ

hạ thấp, thích hợp cho nấm và vi khuẩn nhạy cảm nhiệt hoạt động trở lại (Lopez-Real, 1990) Do đó, nhiệt độ là một trong những nhân tố chủ yếu ở những nhà máy làm phân sinh học mà nó cần được giám sát và kiểm tra liên tục

Để duy trì tốc độ phân hủy, khí oxy phải liên tục sẵn có để dùng Ở qui trình đơn giản nhất, như với phân sinh học ở vườn, nó được làm bằng việc trở những nguyên vật liệu làm phân sinh học ở những đống rơm rạ lâu ngày trãi ra để phơi khô Giải pháp này buộc phải làm thông gió, nhờ đó không khí đi qua đống rơm rạ không thay đổi, bằng việc

sử dụng những lỗ thông hơi nhỏ ở sàn nhà của khu vực làm phân sinh học Không khí cũng có thể ra ngoài qua những lỗ thông khí hoặc bị hút vào xuyên qua đống phân sinh học bằng việc dùng máy hút bụi ở những lỗ thông khí Phương pháp đầu giúp phân tán nhiệt từ trong ụ rơm tỏa ra bên ngoài, làm cho qui trình đồng đều hơn Phương pháp sau giúp hạn chế mùi vì thực tế không khí qua đống rơm rạ đã được lọc khí để giảm bớt mùi hôi thối trước khi nhả ra Việc thông gió cũng giúp giải phóng Cacbon đioxít và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như axít béo và giảm độ pH

Việc lọc phân sinh học bằng cách làm thoáng khí phụ thuộc vào kết cấu và lượng nước của nguyên vật liệu đầu vào Lượng nước đối với phân sinh học hiếu khí cần có là trên 40%, nếu không thì tốc độ phân hủy sẽ bắt đầu giảm xuống, nhưng nếu quá cao thì nguyên vật liệu sẽ trở nên bị no nước và hạn chế sự chuyển động của không khí Nếu nguyên vật liệu đầu vào quá ướt, những tác nhân chủ yếu như rác thải vườn tược có nhiều cây, vỏ bào gỗ, cọng rơm hoặc mạt cưa có thể được cho thêm vào để cải tạo kết cấu và tăng sự lưu thông không khí

Khi thực hiện việc làm phân trong môi trường mở, thì việc kiểm tra qua độ ẩm, nhiệt

độ và chất thải mùi hôi thối sẽ bị hạn chế Hướng duy nhất xoay quanh vấn đề này là có toàn bộ khoảng đất trống được rào chung quanh và khí thải phải được lọc Ở Hà Lan, nói chung các nhà máy không được phép làm phân sinh học ngoài trời với công suất vượt quá 2,000 tấn/năm, nhưng do phí tổn, Fricke và Vogtman (1992) đề nghị cho các nhà máy sản xuất hơn quá 12,000 tấn/năm Hơn nữa, kiểm tra những điều kiện làm phân sinh học và chất thải có thể có nhiều kỹ thuật tiên tiến hơn, dùng nhiều những bình khác nhau được đóng kín (hộp và drums) cho toàn bộ qui trình khép kín (bảng 7.5) Những đống rơm rạ

mở hẳn hoặc đóng một nửa thường vẫn sử dụng những hệ thống này cho giai đoạn hoai

mục (maturation stage)

Khoảng thời gian của qui trình làm phân sinh học sẽ khác nhau tùy theo kỹ thuật được dùng, và sự hoai mục của phân sinh học được đòi hỏi Sự hoai mục của phân sinh học có thể được quyết định bởi tỉ lệ Carbon/Nitơ (C/N) của nguyên vật liệu, mà nó sẽ giảm xuống từ khoảng 20 ở rác thải hữu cơ thô cho đến khoảng 12 ở phân sinh học hoai mục sau 12 đến 14 tuần Việc áp dụng đối với những loại rác của phân sinh học không hoai mục với sự hoạt động của vi khuẩn dư ra cao và tỉ lệ C/N cao có thể dẫn đến phân sinh học sẽ hấp thu khí Nitơ từ rác mà nó sẽ làm giảm hơn là làm tăng dinh dưỡng của đất

Hơn nữa, trước khi bán phân sinh học ở thị trường, bắt buộc đòi hỏi sự hoai mục và tinh chế Thêm vào đó sự hoai mục cần để phá vỡ độc tính nguyên vật liệu hữu cơ phức hợp vẫn còn trong phân sinh học Việc tinh chế cần phải phân loại kích cỡ các phần tử của phân sinh học và loại bỏ những nguyên vật liệu gây nguy hại bằng việc rây hoặc phân loại sẵn sàng cho xử lý Nguyên vật liệu gây mối nguy hại có thể gồm nguyên vật liệu kích thước lớn, đá, mảnh kim loại, thủy tinh, màng nhựa và nhựa cứng Những mảnh vỡ hữu cơ quá kích thước có thể được tái chế trong qui trình làm phân sinh học, nhưng bã cần đốt ra tro hoặc chôn lấp chất thải dư thừa sau xử lý

Cách khác để làm phân sinh học tinh chế và hoai mục là dùng giun đất Tác dụng hữu ích của giun đất đã được công nhận (Barret, 1949), nhưng nghiên cứu gần đây ở Pháp đã phát

nghiệp để xử lý rác thải sinh hoạt Nhà máy này sẽ lấy rác thải hỗn tạp và giai đoạn tiền

xử lý cần phải tách thủy tinh, nhựa và kim loại để lấy lại nguyên vật liệu Rác thải còn lại

sẽ được phân loại, nhưng không được cắt thành những mạnh vụn, tiếp đến được làm thành phân sinh học theo kiểu sinh học bắt đầu quá trình phân hủy và tiêu diệt các mầm bệnh Ở giai đoạn này, nguyên vật liệu làm phân sinh học chưa hoai mục được gộp vào những cái lồng thẳng đứng chứa giun đất

7.4.3Việc xử lý kỵ khí: ủ khí biogas

Các điều kiện để ủ khí sinh học cần được kỵ khí, như vậy đòi hỏi có một thùng xử lý kín hoàn toàn Mặc dù đây là một công nghệ mức độ cao hơn một vài hình thức khác như ủ phân, cho phép kiểm soát trên chính quy trình và ngăn chặn việc phát tán những mùi độc hại Quy trình kiểm soát cho phép việc giảm thời gian xử lý khi so sánh với việc ủ phân

Vì một nhà máy biogas cần ít diện tích đất hơn một nhà máy ủ phân

Việc ủ biogas đặc biệt phù hợp với rác ướt, như cặn rác cống hay thức ăn thải, mà các khó khăn hiện nay trong việc ủ phân là hạn chế việc tuần hoàn khí Quy trình kỵ khí đã được dùng trong một thời gian để làm tiêu hóa cặn rác cống (Noone, 1991), và việc này

đã mở rộng gần đây hơn đến những phần nhỏ của rác thải gia đình (Coombs, 1990) Những quy trình ủ biogas khác nhau có thể được xếp hạng tùy theo các chất rắn chứa bên trong của nguyên liệu được xử lý, và nhiệt độ tại nơi quy trình hoạt động Việc xử lý

kỵ khí khô có thể được định nghĩa như sự cô chất rắn tổng quát trên 25% (De Baere et al., 1987); dưới mức độ này của chất rắn, quy trình được mô tả là như việc xử lý ướt Liên quan đến nhiệt độ, các quy trình được mô tả như mesophyllic (hoạt động giữa 30 và 40

độ C) hay thermophyllic (hoạt động giữa 50 và 65 độ C) Các vi sinh vật kỵ khí khác nhau có tỷ lệ tăng trưởng tối ưu trong những phạm vi nhiệt độ này (Archer và Kirsop, 1990) Tương phản với xử lý hiếu khí (ủ phân), quy trình ủ biogas chỉ tỏa nhiệt nhẹ nhàng Vì vậy hơi nóng cần được cung cấp để duy trì nhiệt độ của quy trình, nhất là cho các quy trình thermophyllic Lợi ích của nhiệt độ cao hơn, mặt khác, là những phản ứng

sẽ xảy ra ở tốc độ nhanh hơn, vì vậy thời gian sẽ ngắn hơn trong thùng chứa phản ứng

Việc xử lý kỵ khí ‘ướt’ Dưới hình thức đơn giản nhất của nó, quy trình này bao gồm một công đoạn đơn giản là ủ mesophyllic được trộn lẫn hoàn toàn, hoạt động tại một tổng chất rắn được chứa khoảng 3 – 8% (De Baere et al., 1987) Để sản xuất mức độ pha loãng này, nhiều nước phải được thêm vào (và làm nóng), và sau đó được lấy ra sau quy trình xử lý

Phương pháp này được dùng đều đặn để làm phân hủy cặn rác cống và chất thải súc vật, nhưng cũng đã được dùng để xử lý chất thải gia đình ở Ý và Đức Trong thời gian giữ lại

12 – 30 ngày, các chất hữu cơ được phân hủy thành một loạt các bước mà trước tiên thủy phân chúng thành những chất dễ tan hơn, sau đó phân hủy những chất này thành những acid hữu cơ sợi ngắn trước khi biến chúng thành khí methane và CO2 (Đồ thị 9.5)

Tuy nhiên, quy trình ướt có thể trải qua nhiều vấn đề thực tế như là việc hình thành một lớp váng cứng trong thùng chứa, và khó khăn trong việc giữ các chất hoàn toàn được trộn lẫn Một vấn đề cơ bản, là các phản ứng khác nhau trong quy trình không thể được tối ưu hóa riêng lẽ Những vi sinh vật ăn acid sẽ làm giảm độ pH của hỗn hợp phản ứng, trong khi methanogens, được sinh ra chậm rãi, có độ pH tối ưu 7,0 Vấn đề này đã được giải quyết bằng việc phát triển quy trình 2 giai đoạn Sự thủy phân và acid hóa được thúc đẩy trong thùng chứa thứ nhất, được giữ với một pH là 6,0 Methanogenesis xảy ra ở thùng chứa thứ hai, hoạt động với một độ pH từ 7,5 – 8,2 các biến số của quy trình tiêu hóa ướt (mesophyllic) 2 giai đoạn đã được phát triển và thực hiện ở Đức Toàn quy trình

có thể được hoạt động với một thời gian là 5 – 8 ngày (De Baere et al., 1987)

Việc làm tiêu hóa kỵ khí ‘khô’ Nhiều quy trình đã được triển khai xử lý các chất thải hữu

cơ bán-rắn (trên 25% tổng chất rắn) để sản xuất biogas trong một giai đoạn đơn Những quy trình có thể là mesophyllic hay thermophyllic, và có thể dùng chất hữu cơ từ chất thải lẫn lộn như là CTRĐT, hay rác sinh học được tách rời Quy trình lên men khô có nghĩa là

ít nước xử lý được thêm vào (hay làm nóng) Không cần có thiết bị trộn và không có vấn

đề hình thành váng vì trạng thái cứng tương đối của các chất chứa trong thùng Quy trình

kỵ khí này thường từ 12 – 18 ngày, theo sau là nhiều ngày trong giai đoạn sau- xử lý để

ổn định và chín (hoai) của chất bã (Baere et al., 1987)

Việc chín (hoai) và lọc Các chất bã của cả hai quy trình ủ bio gas ‘ướt’ và ‘khô’ đòi hỏi

xử lý thêm trước khi chúng có thể được dùng như phân sinh học Chúng chứa nhiều nước; ngay cả chất bã của quy trình khô chứa 65% nước, so sánh với mức nước mà người Đức đề nghị cho phân sinh học là 35% và 45% đối với phân sinh học đóng bao và phân sinh học rời (ORCA, 1992b) Nước dư có thể được tách ra bởi việc lọc hay ép để sản xuất

ra chất bã hình bánh; việc sấy khô thêm có thể thực hiện bằng dùng hơi nóng chất thải từ máy khí nếu biogas được đốt tại chỗ để sản xuất điện (De Baere et al., 1987) Một số