Ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lý chất thải rắn

Quy trình công nghệ kỵ khí: Các hệ thống đế tiến hành quá trình phân hủy kỵ khí còn gọi là quá trình lên men hayquá trình metan hoá là các bế phản ứng kín để kiểm soát quá trình kỵ khí v

MỤC LỤC

Error! Bookmark not deíìned.

I ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC CTR HỮU co Error! Bookmark not deíined.

1.1 Động học quá trình phân huy ky khí CTR hữu CO’ Error

1.2 Động học quá trình phân huy hiếu khí CTR hữu cơ: Error

II CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC Error

2.1 Công nghệ kỵ khí: Error

2.1.1 Định nghĩa: Error

2.1.2 Quy

trình công nghệ ky khí: Error

2.1.3 Phân loại công nghệ: Error

2.1.4 Các yếu tố vật lý V hĩa học ảnh hưởng đến qu trình phn hủy ky khí:

deíĩned.

Bookmark not deííned Bookmark not deííned Bookmark not deíined Bookmark not defíned Bookmark not deíined Bookmark not deíìned Bookmark not deííned .Error! Bookmark not

2.1.5 Các quy trình công nghệ đặc trưng:

2.1.5.1 Công nghê ướt mỏt giai đoan: .

a Đặc trưng kỹ thuật:

b Đặc trưng sinh học:

c Các van đề kinh tế môi trường

d Một vài hệ thong đang được áp dụng trên thực tê: 2.1.5.2 Công nghê khô môt giai đoan: .

a Đặc trưng kỹ thuật:

b Đặc trưng sinh học:

c Các van đề kinh tế và môi trường:

d Một vài hệ thong đang áp dụng trên thực tế:

2.1.5.3 Công nghê đa giai đoan: .

a Tông quan:

b Hệ thong không lưu trữ sinh khôi:

c Hệ thong có lưu trữ sinh khôi:

d Một vài hệ thống áp dụng trong thực tế:

2.1.5.4 Công nghê mé: .

a Tông quan:

b Đặc trưng kỹ thuật

c Đặc trưng sinh học:

Error! Bookmark not defíned Error! Bookmark not defíned.

Errorl Bookmark not deỳìned Error! Bookmark not defined Errorl Bookmark not deỳìned.

Error! Bookmark not deíĩned Error! Bookmark not defíned.

Errorl Bookmark not defined Errorl Bookmark not dẹfined Errorl Bookmark not deỳìned Errorl Bookmark not defìned.

Error! Bookmark not deíìned Error! Bookmark not defíned.

Errorl Bookmark not defìned Errorỉ Bookmark not defined Errorì Bookmark not defined.

Error! Bookmark not defincd.

Error! Bookmark not defined Errorl Bookmark not deỳìned Error! Bookmark not deỳìned.

i

d Các vấn đề kinh tế, mỏi trường Errorl Boakmark not

2.1.2 Khí sinh học: Error! Bookmark not

2.1 Công nghệ hiếu khí Error! Bookmark not

2.2.1 Định nghĩa : Error! Bookmark not

2.2.2 Các bước kỹ thuật vận hành và theo dõi Error! Bookmark not

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưỏng đến quátrình phân hủy hiếu khí: Error! Bookmark not

2.2.3.1 Các yếu tố vât lý : .Error! Bookmark not

a Nhiệt độ Errorì Bookmark not

b Độ ảm Errorl Bookmark not

c Kích thước hạt: Error! Bookmark not

d ĐỘ rỗng(xốp) Errorĩ Bookmark not

e Thổi khí: Errorl Bookmark not

2.2.3.2 Các yểu tố hóa sinh: .Error! Bookmark not

a tỷ Ịệ C/N: Error! Bookmark not

b Dinh dưỡng: Errorỉ Bookmark not

C.PH: Errorl Bookmark not

d Vi sinh vật: Errorì Bookmark not

e Chat hữu cơ: Errorl Bookmark not

2.2.4. Chất lượng phân hữu cơ: Error! Bookmark not

2.2.5. Các phương pháp chế biến phân: Error! Bookmark not

2.2.5.1 Phương pháp li phân theo líiổnti (lài: Errorl Bookmark not

2.2.5.2 Phương pháp ủ phân theo luống dài hoăc dồng với thôi khí cuỡng bức:

Bookmark not defined.

2.2.5.3.Phương pháp lí trung Container: Errorl Bookmark not

III BÃI CHÔN LẤP HỢP VỆ SINH Error! Bookmark not

3.1. Khái niệm Error! Bookmark not

3.2 Điều kiện chôn lấp các chất thải rắn tại bãi chôn lấp Error! Bookmark

not

3.3 Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn bãi chôn lấp Error! Bookmark

not

3.3.1. Quy mô bãi Error! Bookmark not

3.4.1. Vị trí Error! Bookmark not

3.4.2 Địa chất công trình và thủy văn Error! Bookmark not

3.4.3 Những khí cạnh môi trường Error! Bookmark

defined.

detĩneđ deíìned deíìned detìned deíĩned deíìned.

deỳìned dẹỷìned defìned dẹ/ìned dejìned.

deíìned.

defined defined deỳìned dẹ/ìned de/ìned.

defíned dcfíned.

defined Errorì

dẹ/ìned.

deíined dctìned deíĩned deíĩned detìned detìned dcíincd deíĩned deíĩned.

ii

3.4 Phân loai bãi chôn lấp hop vê sinh

3.5 Trình tư thiết kế bãi chôn lấp

3.4.1 Các tài liêu cần thiết cho viêc thiết kế

3 4. 2 Các công trình ch ủ yếu

3.4.2.1 Bố trí và chuân hi măt bằng:

3.4.2.1 Hê thống thu gom và xử lv nước rác:

3.4.2.2 Các công trình phu trơ:

IV KỸ THƯẢT VÀN HÀNH BÃI CHÔN LẤP

4.1 Phương pháp bề măt

4.2 Phương pháp muông rãnh

4.3 Phương pháp hồ chứa

4.3.1 Nguyên tắc văn hành

4.3.2 Phương pháp vân hành

V THIÉT BI PHUC vu BÃI CHÔN LẤP

VI CHÓNG THẤM CHO CÁC Ô CHÔN LÁP RÁC THẢI Error! Bookmark not deíìneđ.

VII QUÁ TRÌNH SINH HÓA DIỄN RA TẠI CÁC BÃI CHÔN LẤP RÁC THẢI Error! Bookmark not đetìned.

iv

I ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC CTR HỮU cơ

1.1 Động học quá trình phân hủy ky khí CTR hữu cơ

Quá trình chuyến hóa các chất hũu cơ của CTRSH dưới điều kiện kỵ khí xảy ra theo

Một cách tông quát, quá trình chuyên hóa kỵ khí phân hữu cơ có trong CTRSH có thê

mô tả bằng phương trình sau:

CaHbOcNdSe + (4a - b - 2c + 3d + 2e) H20 1/8 (4a + b - 2c - 3d - 2e) CH4

1

Tên giai đoạn Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3

Các chất ban

đầu

tạp, protein,chất béo

Đường đơn giản

axetat hóa

Vi khuẩn metanhóa

1.2 Động học quá trình phân hủy hiếu khí CTR hữu CO':

Quá trình phân hủy CTR diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và tạo nhiều sảnphẩm trung gian Ví dụ, quá trình phân hủy protein: protein — peptides — amino axits► CH4 + 2H20 ► CH4 + 2H20

— hợp chất ammonium —> nguyên sinh chất của vi khuân và N hoặc NH3 Đổi với► CH4 + 2H20carbonhydrat, quá trình phân hủy xảy ra: carbonhydrat —> đuờng đơn —> axit hữu cơ —>C02 và nguyên sinh chất của vi khuấn

Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp,hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết Một cách tống quát căn cứ trên sự biến thiên nhiệt

độ có thế chia quá trình ủ hiếu khí thành các pha sau:

Pha thích nghi’, là giai đoạn cần thiết đế vi sinh vật thích nghi với môi trường mới.

Pha tăng trưởng: đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học.

Pha ưa nhiệt: là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây là giai đoạn ổn định chất thải và

tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất Phản ứng hoá sinh xảy ra trong ủ hiếu khí vàphân hủy kị khí được đặc trung bởi 2 phương trình:

COHNS + 02 + vsv hiếu khí —> C02 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng

2

COHNS + vsv kỵ khí C02 + H2S + NH3 + CH4 +sản phẩm khác + nănglượng

Pha trưởng thành: là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ môi trường Trong pha

này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (quá trìnhchuyển hoá các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ ) vàcuối cùng thành mùn Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng nitrat hoá, ammonia (sản phâmphụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxi hoá sinh học tạo thành nitrit (N02 ') và cuốicùng thành nitrat (N03‘ ):

NH4+

+ 3/2 02 N02 ' + 2H +

+ H20N02 • + 14 02 -+ N03'

Ket hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:

NH4 +

+ 202 - N03 - + 2H ► CH4 + 2H20 +

+ H20Mặt khác, trong mô tế bào, NH4 cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưng choquá

Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ hiếu khí

Tóm lại, quá trình phân hủy hiếu khí CTR bao gồm 3 giai đoạn chính sau:

> Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày

♦> Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày

❖ Giai đoạn nhiệt độ cao: có thế kéo dài từ một vài ngày đến một vài tháng

❖ Giai đoạn làm mát và ổn định: kéo dài vài tháng

Trong quá trình phân hủy hiếu khí, ứng với từng giai đoạn ủ khác nhau các loài vi sinhvật ưu thế cũng khác nhau Quá trình phân hủy ban đầu do các vi sinh vật chịu nhiệt trungbình chiếm uu thế, chúng sẽ phân hủy nhanh chóng các hợp chất dễ phân hủy sinh học.Nhiệt độ trong quá trình này sẽ gia tăng nhanh chóng do nhiệt mà các vi sinh vật tạo ra.Khi nhiệt độ gia tăng trên 40oC, các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình sẽ bị thay thế bởicác vi sinh vật hiếu nhiệt Khi nhiệt độ gia tăng đến 55oC và trên nữa, các vi sinh vật gây

4

bệnh sẽ bị tiêu diệt Khi nhiệt độ gia tăng đến 65oC sẽ có rất nhiều loài vi sinh vật bị chết

và nhiệt độ này cũng là giới hạn trên của quá trình phân hủy hiếu khí

Riêng trong giai đoạn hiếu nhiệt, nhiệt độ cao làm tăng quá trình phân hủy protein,chất béo và các hydrocarbon phức hợp như xenlulo và hemixenlulo Sau giai đoạn này,nhiệt độ của quá trình ủ sẽ giảm tù’ từ và các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưuthế trong giai đoạn cuối

II CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC

2.1 Công nghệ kỵ khí:

2.1 1 Định nghĩa:

Phân huỷ kị khí là quá trình phân huỷ chất hữu co trong môi trường không có oxy ởđiều kiện nhiệt độ từ 30 đến 65°c Sản phẩm củaquá trình phânhuỷ kịkhí làkhí sinh học

(C02 và CH4) Khí CH4 có thế thu gom và sử dụng như một nguồn nhiên liệu sinhhọc

và bùn đã được ổn định về mặt sinh học, có thể sử dụng như nguồn bố sung dinh dưỡngcho cây trồng

2.1.2 Quy trình công nghệ kỵ khí:

Các hệ thống đế tiến hành quá trình phân hủy kỵ khí (còn gọi là quá trình lên men hayquá trình metan hoá) là các bế phản ứng kín để kiểm soát quá trình kỵ khí và thu gomtoàn bộ lượng khí sinh học sinh ra Sản lượng khí sinh học phụ thuộc vào thành phần chất

Rác đô thị

Chôn lấp

Bùn hữu cơ chất thải nông nghiệp

Cải tạo đất Bón ruộng nếu đuợc chấp nhận

Chất hừu cơ

Ư hiêu khí đê chuyên thành phân bón hữu cơ

5

Sơ đồ quá trình xử lý rác đô thị bằng công nghệ phân hủy kỵ khí

2.1.3 Phân loại công nghệ:

Các dạng công nghệ phân hủy kỵ khí rác đô thị có thế phân loại như sau:

Theo môi trường phản ứng: Quá trình phân huỷ kị khí được chia thành phân huỷ kịkhí khô và phân huỷ kị khí ướt Phân huỷ kị khí khô là quá trình phân huỷ kị khí màvậtliệu đầu vào có độ ấm 60 ^65%, phân huỷ kị khí ướt là quá trình phân huỷ kị khí mà vậtliệu đầu vào có độ ấm 85 -* 90%.■ + H20 -► C5H7N02 + 502

• Ướt: rác đô thị ở dạng huyền phù với lượng nước cung cấp nhằm pha loãng rácđến tỷ lệ 10 -15% TS

• Khô: hàm lượng TS trong rác phân hủy khoảng 20 - 40%

Theo chế độ 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 phân hủy xảy ra trong một thùng phản úng

• Đa giai đoạn: toàn bộ quá trình xảy ra ở nhiều thùng phản ứng mắc nổi tiếp theomột hoặc cả hai chế độ sau:

- Giai đoạn axit hóa và metan hóa được tách riêng với mục đích làm gia tăng hiệu quả,tính ốn định và khả năng kiếm soát

- Vận hành ở các nhiệt độ khác nhau: trung bình và nhiệt độ cao

Thực tế người ta thường thiết kế và vận hành bế phản ứng phân huỷ kỵ khí theol giaiđoạn hoặc 2 giai đoạn.Trong thiết kế 2 giai đoạn, giai đoạn 1 gồm quá trình thuỷ phân vàaxit hoá (khoảng 1 - 3 ngày), giai đoạn 2 gồm quá trình acetate hoá vàmetan hoá Ưu vànhược điểm của phân huỷ kị khí theol giai đoạn và 2 giai đoạn được trình bày trong bảngsau:

6

Một giai đoạn Hai giai đoạn

Ưu điểm

-Chi phí đầu tư thấp-Kỹ thuật vận hành cao

-Hệ thống ổn định-Có thể tối ưu hóa theo từng giai đoạn-Sử dụng thời gian lưu và thế tích hiệuquả

-Diệt vi khuấn gây bệnh tốt (pH thấp ởgiai đoạn 1)

Nhược điểm

-Không thế tối ưu hóa hệ thống-pH không ổn định

-Tính ổn định của hệ thốngthấp

-Chi phí đầu tư cao-Kỹ thuật vận hành phức tạp

Theo nguyên liệu đầu vào:

❖ Phân hủy kết hợp với phân động vật: thành phần hữu cơ trong rác đô thị được trộnvói phân động vật và phân hủy kết hợp với nhau Quá trình này cải thiện tỷ lệ C/N và sảnlượng khí sinh ra

❖ Chỉ phân hủy rác đô thị: thành phần nguyên liệu ban đầu chỉ có thành phần hữu cocủa rác đô thị được tạo huyền phù với dịch lỏng

Các dạng bế phản ứng được dùng nhiều nhất trên quy mô công nghiệp là bế phảnứng một giai đoạn Hiện nay, các thiết kế bế phản ứng dạng này đang được nâng cấp đếđáp 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 ráccông nghiệp cùng với rác hữu cơ và cần độ vệ sinh an toàn cao

Các hệ thống mẻ có các cải tiến rõ rệt hơn Cơ hội áp dụng hệ thống này cao tại cácquốc gia đang phát triển vì suất đầu tư thấp

Trên thực tế khó có sự so sánh một cách toàn diện giữa các hệ thống với nhau do vấn

đề quan trọng nhất khi lựa chọn công nghệ là suất đầu tư ban đầu và cần chiếm đượcthiện cảm của cộng đồng

7

Các yếu tố vật lý V hĩa học ảnh hưởng đến qu trình phn hủy kỵ khỉ:Tỷ lệ C/N: Tỷ lệ C/N tối ưu

trong quá trình phân hủy kỵ khí khoảng 20 -30:1 Ở mức

độ tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, gây ra mùi khai Ớ mức tỷ lệ cao hơn

sự phân hủy xảy ra chậm

pH: Sản lượng khí sinh học (biogas) sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí đạt tối đa khi

giá trị pH của vật liệu của hệ thống nằm trong khoảng 6-7 (6,5 - 7,5) Giá trị pH ảnhhưởng đến thời gian phân hủy của của chất thải rắn vật liệu pH của môi trường phảiđược khống chế sao cho không nhỏ hơn 6,2 bởi vì khi đó vi khuấn sinh metan bị ức chếhoạt động Tại thời điếm ban đầu của quá trình lên men, số lượng lớn các axit hữu cơđược tạo thành và có thế làm cho giá trị pH của hồn hợp giảm xuống dưới 5, điều này sẽlàm hạn chế quá trình phân hủy Quá trình phân hủy sẽ tiếp tục và lượng NH3 tạo thành

sẽ gia tăng do sự phân huỷ của nitơ, giá trị pH có thể tăng lên trên 8 Khi sản lượng khímetan tạo thành ốn định, giá trị pH trong khoảng 7,2 - 8,2

Nhiệt độ: Vi sinh vật metan hóa sẽ không hoạt động được khi nhiệt độ quá cao hay

quá thấp.Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 1 OoC, sản lượng khí sinh học (biogas) tạo thànhhầu như không đáng kế Hai khoảng nhiệt độ tối un cho quá trình phân hủy kỵ khí:

❖ Giai đoạn nhiệt độ trung bình: nhiệt độ dao động trong khoảng 20 - 40oC, tối ưu

30 -35 °c.

❖ Giai đoạn hiếu nhiệt: nhiệt độ tối un trong khoảng 50 - 65 °c.

2.1.4 Các quy trình công nghệ đặc trung:

2.1.5.1 Công nghê ướt môt giai đoan:

Đổi với hệ thống hoạt động theo công nghệ ướt một giai đoạn, rác được chuyển sangdạng huyền phù có khoảng 10% chất rắn bằng cách pha loãng với nước Hệ thống hoạtđộng vơi sự phân hủy hoặc kết hợp phân huỷ giữa rác đô thị với các nguyên liệu loãnghơn như bùn từ cống rãnh hoặc phân động vật Thuỷ tinh và đá được yêu cầu loại bỏnhằm ngăn ngừa khả năng tích tụ nhanh của các chất này dưới đáy bế phản ứng Sau khiquá trình phân hủy, bùn lỏng phải được yêu cầu ép đế lấy lại dịch lỏng (có thể tuần hoàntrở lại cho đầu vào) và tạo ra chất rắn đã phân hủy có độ ẩm thấp đế xử lý tiếp

a Đặc trưng kỹ thuật:

8

Các un và nhược điểm chính về mặt kỹ thuật của công nghệ ướt một giai đoạn như sau:

> ưu điểm:

- Công nghệ ổn định đã được thử nghiệm và vận hành trong nhiều thập kỷ

- Tính đồng nhất của rác hữu cơ sau khi đã qua nghiền thủy lực và pha loãng, đạt hàmlượng TS nhỏ hơn 15%, cho phép áp dụng bể phản ứng dạng khuấy trộn hoàn toàn

- Khả năng bị tắc dòng thủy lực

b Đặc trung sinh học:

Tỷ lượng khí sinh học thu được trên thực tế khoảng 170 - 320Nm3

CH4/kg vs (tươngứng tỷ lệ giảm vs là 40% - 75%) tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường và loại chất thải Tỷlượng khí sinh học thu được từ chất thải làm vườn thấp hơn so với các thành phần chấtthải rắn hữu cơ khác như thực phẩm, do có hàm lượng lignin cao hơn

Tải lượng hừu cơ thể tích đảm bảo quá trình phân hủy sinh học bền vững trong điềukiện hiếu nhiệt đối với rác được phân loại cơ học là 9,7 kg VS/m3/ngày; đối với rác đượcphân loại tại nguồn là 6kg VS/m3/ngày; đối với chất thải từ ngành công nghiệp chế biếnnông san có tỷ lệ C/N lơn hơn 20 thì tải lươn g tren có thể đạt tham chí trong đieu kiệnnhiệt độ bình thường

Hàm lượng TKN cao gây ức chế quá trình metan hóa, giá trị ngưỡng nồng độ NH4+

khoảng 3g/l Thường hàm lượng TKN trong chất thải được phân loại cơ học khoảng 14gTKN/kg TS và thực phẩm khoảng 20g TKN/kg TS Hàm lượng NH4 +

có thể duy trì ởmức 3g/ì trong dung dịch lên men bằng cách sử dụng hợp lý nước pha loãng Tuy nhiêntrong một số trường hợp đặc biệt, chẳng han như chất thải từ ngành chế biến nông sản với

9

TT Tiêu chí Ưu điểm Nhược điểm

Phát triển từ quá trình đã đượcnghiên cún kỹ

-Đoản mạch-Các chất tạo váng/bọt và nặnglắng xuống đáy bể phản ứng-Tiền xử lý phức tạp

ứng lớn)

c Một vài hệ thống đang được áp dụng trên thực tế:

Công nghệ ướt liên tục một giai đoạn của EcoTec đã được áp dụng tại nhà máy xử lýchất thải sinh học với công suất 6.500 tấn/năm ở Bottrop, Đức từ năm 1995 với côngsuất30.000 tấn/năm; nhà máy có công suất 17.000 tấn/năm ở Shilou, Trung Quốc.Ngoài racòn có một dự án xây dựng nhà máy có công suất 14.000 tấn/năm ỞBangkok

Chất thải đã được phân loại tại nguồn được vận chuyến đến nhà máy và chuyến quacông đoạn nghiền so bộ, phân loại tù’ tính trước khi phân loại bằng trống quay Chất thảicháy được hay còn gọi là nhiên liệu thu hồi từ rác (RDF) được tách ra và chuyển đến nồihơi đốt theo công nghệ tầng sôi Các chất hữu cơ còn lại được chuyển đến bể chuẩn bịnguyên liệu phản ứng Tại đây, các chất này tạo thành dịch lỏng với 15% TS bằng cáchtrộn với nước Các tạp chất rắn được loại bỏ và nguyên liệu được bơm đến bể phản ứngsinh học kỵ khí

Hệ thống gồm hai hay nhiều dây chuyền hoạt động song song Quá trình phân hủy bắtđầu ở nhiệt độ 35 °c với thời gian lưu từ 15-20 ngày (công nghệ phân hủy kỵ khí hiếunhiệt ở 55 °c cũng có thế áp dụng được cho hệ thống này) Quy mô của hệ thống có thểlên đến 5.000m3 Khí sinh học sinh ra sẽ được tuần hoàn lại một phần để tạo bọt khí làmkhuấy trộn vật liệu trong bế phản ứng Huyền phù tạo ra được diệt khuẩn ở 70 °c trongvòng 30 phút nhằm đảm bảo an toàn khi bón cho đất nông nghiệp

11

chất thải hữu cơ

Phán bón lỏng

Mùi

Nước thải

Sơ đồ công nghệ ướt liên tục một giai đoạn do Eco Technology JVV OY phát triển

2.1.5.2 CÔHỈỈ nghê_ khô môt giai đoan:

a Đặc trưng kỹ thuật:

Hàm lượng TS tối ưu trong các chất rắn lên men trong hệ thống sử dụng công nghệkhômột giai đoạn khoảng 20 - 40%, với rác có hàm lượng TS > 50% cần phải phaloãng.Nước được thêm vào tối thiếu đế tạo sự cân bằng nhiệt toàn diện, rất hữu ích chohoạt động ở chế độ hiếu nhiệt

Hệ thống khô khác biệt so với hệ thống ướt về bản chất vật lý của các chất lên men

12

Quá trình vận chuyến, nạp chất lên men có thế thực hiện nhờ băng tải, trục vít hoặcbơm chuyên dụng có công suất lớn Các thiết bị này đắt hơn so với bơm sử dụng trong hệthống ướt Ngoài ra, các thiết bị này phải đủ mạnh để có thể vận chuyển được đá,thủytinh, gồ mà không gây ra bất cứ cản trở nào.

Hệ thống tiền xử lý chỉ cần áp dụng đế 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 tạinguồn Dạng thiết bị phản ứng sử dụng là kiểu dòng chảy nút (plug-flow) đơn giản vềmặt kỹ thuật và không cần phải có thiết bị khuấy trộn cơ học bên trong thiết bị phản ứng.Nhược điếm chính của quá trình khô là không có khả năng phân bố đều và xoay vòng

vi sinh vật cũng như chống quá tải và quá trình axit hóa Các vấn đề trên đã được giảiquyết trong hệ thống Dranco bằng xoay vòng nước rỉ có pha trộn với nước sạch theo tỷ lệ

Hệ thống Valorga khác với hệ thống dạng tròn đứng là sử dụng khí sinh ra đế khuấytrộn Khí sinh ra được bơm vào đáy bế với áp suất cao mỗi 15 phút Hàm lượng TS cầnđược duy trì trong hệ thống Valorga không quá 20%

Do các hạn chế về mặt cơ khí, thiết bị phản ứng Kompogas thường được thiết kế, thicông với công suất cố định và đế thay đổi công suất nhiều thiết bị phản ứng với công suất

từ 15.000 T/năm tới 25.000 T/năm được xây dựng đế vận hành song song

Đổi với hệ thống Dranco và Valorga, mặc dù có thể thay đối được công suất nhưngcác thiết bị phản ứng thường có thế tích không quá 3.300 m3 và chiều cao không quá25m

b Đặc trưng sinh học:

Hệ thống khô một giai đoạn có tải lượng hữu cơ cao hơn so với hệ thống ướt dokhông bị ảnh hưởng bởi các chất gây ức chế từ quá trình axit hóa hoặc metan hóa

13

TT Tiêu chí Ưu điểm Nhược điểm

14

1 Kỹ thuật

-Không có các bộ phận truyền động bên trong

bể phản ứng-Mạnh (không cần loại bỏ chất trơ)-Không bị đoản mạch

Chất thải ướt( <20%TS) không thể xử lýriêng biệt (phải trộn vớichất thải khô hơn)

-Khả năng tiệt trùng hoàn toàn-Sử dụng rất ít nước

-Nhu cầu nhiệt ít

Các thiết bị lun trữ vàvận chuyến chất thảiyêu cầu công suất lớn

c Một vài hệ thống đang áp dụng trên thực tế:

Công nghệ DRANCO là công nghệ phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ theo công nghệkhô- liên tục một giai đoạn hiện được áp dụng tại 4 nhà máy quy mô công nghiệp ở Châu

Au với công suất từ 11.000 đến 35.000 tấn/năm Tại Brecht-miền Bắc nước Bỉ có nhàmáy công suất 12.000 tấn/năm Một hệ thống khác áp dụng công nghệ này với qui môpilot cũng được xây dựng tại Ghent, Bỉ với công suất xử lý 700 tấn/năm Nhà máy nàyđược xây dựng như là dự án trình diễn về công nghệ và không có hiệu quả kinh tế khihoạt động ở công suất nhỏ

Chất thải hữu cơ đã được phân loại tại nguồn được phân loại bằng tay hay xé nhởtrước khi chuyển đến sàng phân loại đế tách các vật chất lớn Thiết bị phân loại từ tínhloại bỏ các mảnh kim loại và nguyên liệu sau đó được trộn với nước tái sử dụng tù’ quátrình Nguyên liệu được bơm đến đỉnh của phản ứng sinh học kỵ khí có dung tích 808m3

Hệ thống DRANCO bao gồm một giai đoạn kỵ khí hiếu nhiệt (hoạt động ở nhiệt độ

50 -58oC, thời gian lưu là 20 ngày, 5% lượng chất thải trong bế phản ứng được lấy ra

15

hàng ngày, khử nước bằng máy ép dạng trục vít đế thu được 55% chất rắn Nước rỉ đượctiền xử lý bằng các hồ hiếu khí tại chồ trước khi thải đến trạm xử lý nước thải đô thị củavùng Phần chất rắn với hàm lượng TS khoảng 50% được ốn định hiếu khí trong thời giankhoảng 2 tuần theo kỹ thuật thổi khí từ đáy Sản phẩm cuối cùng là phân Humotex, là sảnphẩm ổn định, vệ sinh, sử dụng tốt cho đất Khoảng 7% khí được tạo ra sử dụng cho đốtnóng bể phản ứng

Thành phần chất rắn tổng số của nguyên liệu biến thiên khoảng 15-40%, phụ thuộcvào các vật liệu đầu vào

Chất thải hữu cơ

được

phân loại tại nguồn

Nước thải đi xử lý

Sơ đồ công nghệ khô-liên tục một giai đoạn do hãng DRANCO, Bỉ phát triển

16

2.1.5.3 Côìiỉỉ nghê đa giai đoan:

a Tông quan:

Công nghệ hai hoặc đa giai đoạn là công nghệ trong đó chất hữu cơ được chuyếnthành khí sinh học và các chất vô cơ ốn định thông qua các phản ứng sinh hóa không nhấtthiết phải xảy ra trong cùng một điều kiện Do vậy, quá trình tối ưu hóa công nghệ là thựchiện tối un hóa từng bước trong toàn bộ dây chuyền công nghệ nhằm đảm bảo tối un cả

về tốc độ phản ứng và tỷ lượng sinh khí sinh học

Trên thực tế, kỹ thuật hai giai đoạn thường được áp dụng, trong đó giai đọan 1 là giaiđoạn thủy phân xenlulo , giai đoạn 2 là giai đoạn acetat hóa và metan hóa với tốc độ sinhtrưởng chậm của quần thế vi sinh Các hệ thống áp dụng công nghệ hai giai đoạn phânbiệt thì có khả năng tăng hoạt tính của quá trình metan hóa thông qua việc áp dụng bếphản ứng có lưu sinh khối hoặc các điều kiện khác Cũng có thế tăng tốc độ thủy phân ởgiai đoạn 1 bằng cách áp dụng điều kiện microaerophilic hoặc các điều kiện khác Việc

áp dụng các kỹ thuật trên cho phép gia tăng các khả năng thiết kế hệ thống hai giai đoạn.Điều này có thể làm tăng tính phức tạp về mặt kỹ thuật của hệ thống nhưng bù lại có thểcho hiệu quả cao

Trên thực tế, ưu điểm chính của công nghệ hai giai đoạn không phải là hiệu suấtchung cao của hệ thống mà là khả năng xử lý các chất thải có khả năng gây mất bất ốnđịnh trong các hệ thống một giai đoạn, đặc biệt là rác công nghiệp, thông qua việc đạtđuợc tính đệm cao hơn, kiếm soát tốt hơn tốc độ nạp hoặc đồng phân hủy các loại chấtthải khác nhau

b Hệ thống không lưu trữ sinh khối:

Đặc trung kỹ thuật:Thiết kế đơn giản nhất của hệ thống hai giai đoạn là mắc nối tiếphai bế phản ứng dạng khuấy trộn hoàn toàn Hệ thống này tương đương với hệ thống ướtmột giai đoạn Các khả năng khác là mắc nối tiếp hai hệ thống dạng dòng chảy nút(plugflow) theo chế độ ướt-ướt hoặc khô-khô

Đặc trung sinh học:Ưu điểm nối bật của hệ thống hai giai đoạn là tính ốn định sinhhọc cao và cho phép phân hủy rất nhanh các chất hữu cơ như trái cây hoặc rau Tuy

17

nhiên, rất nhiều các nghiên cún ở các qui mô khác nhau cho thấy, hệ thống ướt hai giaiđoạn và một giai đoạn không khác biệt nhiều về mặt sinh học, nhưng hệ thống hai giaiđoạn hữu ích cần phải có giai đoạn axit hóa và thủy phân khi có các chất khó phân hủysinh học như xenlulo chẳng hạn.

c Hệ thống có lưu trữ sinh khối:

Đặc trưng kỹ thuật:Đe đảm bảo mật độ các vi khuẩn metan hóa cao và quần thế vikhuẩn metan hóa phát triển nhanh trong giai đoạn thứ hai nhằm tăng tốc độ và khả năngchịu sốc về tải lượng hữu cơ hoặc các chất ức chế có thể thực hiện bằng hai cách:

Phương pháp thứ nhất: là tăng mật độ vi khuấn metan hóa bằng cách không phối hợpgiữa lưu thủy lực và lưu chất rắn Thiết kế này chỉ hiệu quả đối với các chất thải từ nhàbếp có khả năng thuỷ phân cao hoặc chất thải tù’ các chợ Đe đạt được điều này có thế sửdụng bế phản ứng tiếp xúc kết hợp với bế lắng bên trong hoặc sử dụng màng lọc đế lọcdòng ra và xoay vòng vi khuấn về bế phản ứng

Phương pháp thứ hai: cho phép tăng mật độ vi khuấn trong giai đoạn 2 là sử dụng cácvật liệu hỗ trợ quá trình phát triến bám dính Công nghệ BTA và Biopercolat được pháttriển trên kỹ thuật này Công nghệ BTA là quá trình ướt-ướt Chất thải sau khi đượcnghiền thủy lực và đạt 10% TS sẽ được vô khuẩn và ép Chất lỏng được chuyển sang bếmetan hóa, bánh bùn chuyến sang thành dạng sệt bằng nước và thủy phân trong bể phảnứng dạng khuấy trộn hoàn toàn trong điều kiện nhiệt độ thường với thời gian lưu thủy lực2-3 ngày

Giá trị pH được duy trì trong khoảng 6 -7 tại bế thủy phân nhờ hồi luư nước tù’ bếmetan hóa Dòng ra từ bế thủy phân lại được ép khử nước lần nữa và chất lỏng chuyểnvào bế metan hóa về mặt kỹ thuật, hệ thống này khắc phục được các nhược điểm trong

hệ thống một giai đoạn như đoản mạch, tạo váng/bọt, lắng các chất nặng xuống đáy bểphản ứng, bể đường ống và mất từ 10% đến 30% lượng vs.

Nhược điếm duy nhất của hệ thống ướt-ướt là tính phức tạp về mặt kỹ thuật Hệ thốngnày cần phải có 4 bể phản ứng để đạt được mục tiêu mà có thể cần được giải quyết bằng

1 bể phản ứng

18

TT Tiêu chí Ưu điểm Nhược điếm

Có khả năng tiếp nhận chất thải khó phânhủy sinh học như xenlulo

Đối với C/N <20 chỉ áp dụng được hệ

Tỷ lượng sinh biogasthấp (khi các chất rắnkhông thể metan hóa)

thống có lưu trữ sinh khối3

Suất đầu tư lớn

d Một vài hệ thống áp dụng trong thực tế:

Công nghệ ướt lin tục đa giai đoạn do hng BTA/Carl Bro, Đan Mạch pht triến

Công nghệ ướt liên tục đa giai đoạn của BTA đã được áp dụng đầu tiên ởHelsingor,Đan Mạch vào năm 1993 với công suất 20.000 tấn/năm chỉ tiếp nhận rác từ hộgia đình đã được phân loại tại nguồn

Chất thải đã được phân loại tại nguồn được vận chuyển đến sàng tập kết trong nhàmáy.Sau đó được chuyển đến máy xé bao và máy nghiền thủy lực Tại máy nghiền thủylực, chất thải được nghiền, loại bỏ chất dẻo vá các chất trơ Sinh khối sau khi nghiềnđược tiền xử lý ở nhiệt độ 70oC trong vòng 1 giờ để diệt khuẩn và NaOH được thêm vào

đế gia tăng tốc độ phản ứng trong các công đoạn sau Sinh khối sẽ được tách làm 2 loại:dịch lỏng được bơm đến bế phản ứng sinh học kỵ khí và huyền phù được chuyển đến bểphản úng thủy phân, ở đó nó chuyến thành các axit hữu cơ Phần dịch lỏng từ bế thủyphân được bơm đến bế phân hủy sinh học kỵ khí

Nhà máy tạo ra khoảng 3 triệu m3

khí sinh học mỗi năm, sử dụng cho trạm phát điện

và nồi hơi đốt khí ở gần nhà máy

Nhà máy trang bị bộ trao đối nhiệt, do đó nhiệt được tạo thành tù' quá trình phân hủy

có thế được sử dụng đế tăng nhiệt độ chất thải trong công đoạn tiền xử lý

20

Chất thải hữu cơ đã được

Chất xơ

Sơ đồ công nghệ ướt liên tục đa giai đoạn BTA

Công nghệ ướt liên tục đa giai đoạn do hãng TBW Biocomp, Đức phát triển

Công nghệ ướt liên tục đa giai đoạn của TBW đã được áp dụng tại Thronhofen, Đứctừcvnăm 1996 với công suất 13.000 tấn/năm và chỉ tiếp nhận chất thải hữu cơ đã đượcphân loại tại nguon

Công nghệ TBW là công nghệ kết hợp giữa phân hủy kỵ khí và hiếu khí rác thải.Chấtthải hữu cơ đã được phân loại tại nguồn được sử dụng kết hợp với chất thải lỏng của côngnghiệp chế biến nông sản Chất thải tại nhà máy được phân loại thành cácvvật liệu thô vàchất hữu cơ mịn hơn nhờ sàng dạng trống quay Các vật liệu sau đó được loại bỏ các vậtliệu vô cơ bằng tay, máy phân loại từ trước khi chuyển sang phân hủy tiếp Phần vật liệuthô được chuyển đến quá trình chế biến phân rác hiếu khí, phần vật liệu min hơn đượcchuyến đến quá trình phân hủy kỵ khí

21

Quá trình ủ vật liệu thô đựơc thực hiện theo dạng đánh luống trong vòng 6 tuần, trongsuốt quá trình này chúng được đảo trộn một lần.

Phần hữu cơ mịn được chuyển đến máy nghiền thủy lực tạo dung dịch có 10% chấtrắn bằng nước Dịch lỏng sau đó được bơm theo mẻ (vài mẻ/ngày) vào bể phản ứng kỵkhí 1 hoạt động ở nhiệt độ 35oC với thời gian lưu khoảng 2 tuần Chất thải tại đây đượckhuấy trộn nhờ thiết bị khuấy dạng chân vịt Bùn hoạt tính từ đáy của bể phản ứng kỵ khí

1 được chuyển sang đáy của bể phản ứng kỵ khí 2 Bể phản ứng kỵ khí 2 hoạt động ở chế

độ hiếu nhiệt (55oC) với thời gian lưu cũng khoảng 2 tuần Ket thúc tuần thứ 2 có khoảng60% chất hũu cơ ban đầu sẽ được chuyến thành biogas

Sự phân chia vật lý của 2 giai đoạn tạo ra sự gia tăng sản lượng khí Khoảng 25%năng lượng được tạo ra từ biogas được sử dụng đế cấp nhiệt cho các bế phản ứng và cáchoạt động bên trong nhà máy Mỗi m3 biogas tạo ra 1,5 kw điện và 3 kw nhiệt

Chất thải sau phân hủy được ép đế loại nước Phần lớn nước tạo ra được tái sử dụng

đế trộn với phân hữu cơ mịn ở máy nghiền Phần nước thừa được làm sạch bằng các hồlàm sạch được thiết kế sẵn Phần bùn rắn được trộn với phân hiếu khí đã ốn định đế tạosản phẩm cải thiện chất lượng đất

22

> Nước rỉ được tuần hòan liên tục cho phép phân tán đều chất dinh dưỡng, vi sinhvật cũng như các axit sinh ra.

> Nhiệt độ của rác trong bế phản ứng cao hơn nhiệt độ rác tại các bãi rác

Trên thực tế có 2 dạng sau đang được áp dụng:

23

Khô mẻ (DBD): hệ thống mẻ được cung cấp với thành phần TS trong khoảng 20 40% Trong quá trình phân hủy, nước rỉ thu gom từ bế phản ứng được tuần hoàn trở lại đểduy trì thành phần độ ẩm nhất định, phân phối lại các thành phần hòa tan và vi khuẩn.Nhược điểm của hệ thống này là cần có quá trình tiền xử lý nguyên liệu cho phù hợp.

-ủ kỵ khí mẻ tuần hoàn (SEBAC): công nghệ này tương tự như công nghệ khô - mẻ.Tuy nhiên, nước rỉ tù' bế phản ứng được trao đối giữa mẻ đã có và mẻ mới nhằm thúc đấyquá trình khởi động, tăng cường vi sinh đã thích nghi và loại bỏ các axit béo bay hơitrong bể phản ứng

b Đặc trưng kỹ thuật

Một vấn đề kỹ thuật đối với hệ thống mẻ là khả năng tắc hệ thống thu gom nước rỉphía đáy bể vấn đề này có thể giải quyết được bằng cách giảm thiểu tác động của quátrình nén tự nhiên thông qua hạ chiều cao của lớp rác xuống còn 4m và trộn lẫn rác vớicác vật liệu khác có độ xốp cao, ví dụ 1T chất thải đã phân hủy và 0,1T vụn gồ với 1Tchất thải tươi

Vấn đề an toàn cháy no khi tháo sản phấm cũng cần quan tâm

Hai pha axit hóa và metan hóa trong hệ thống mẻ được xảy ra biệt lập Có 3 dạng thiết

kế khác nhau:

Dạng 1 Hệ thống mẻ một giai đoạn: nước rỉ được xoay vòng về phía đỉnh

♦> Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày.♦> Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày.♦> Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày

của bế phản ứng Nhà máy hoạt động quy mô công nghiệp áp dụng thiết kế này cho rácthải được phân loại tại nguồn với công suất 35.000 T/năm đã được thực hiện tại Lelystad,

Hà Lan Nhà máy gồm nhiều bế phản ứng có dung tích 480 m3 / bể hoạt động song song

Dạng 2 Hệ thống mẻ luân phiên: nước ri từ bể phản ứng mới nạp rác tươi

♦> Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày.♦> Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày.♦> Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày

có chứa nhiều axit hữu cơ được chuyển vào bế nơi đang xảy ra quá trinh metan hóa, cònnước rỉ từ bể metan hóa sẽ chuyển vào bể mới đế điều chỉnh pH và bicarbonat Điều nàycũng cho phép cung cấp vi sinh vật cho rác tươi

24

STT Tiêu chí Ưu điểm Nhược điểm

25

Cần chất thải có độ xốp lớnNguy cơ nổ khi tháo sản phẩm

Nhu cầu sử dụng đất cao (tương đươngvới ủ phân sinh học hiếu khí)

Quá trình Quốc gia Hiện

rò rỉ tuần hoàn từ thiết bị phản ứng của giai đoạn

3 ở giai đoạn phân hủy cuối Các axit bay hơi vàcác sản phẩm của quá trình lên men khác tạothành trong thiết bị phản ứng giai đoạn 1 đượcchuyến sang thiết bị phản ứng giai đoạn 2 đểchuyển hóa thành metan

Quá trình

KAMPOGAS

Thuỵ Sỹ

Chưaphát triển

KAMPOGAS là quá trình phân hủy kỵ khí mớiđược áp dụng để xử lý chất thải rau quả và rácvườn Thiết bị phản ứng có dạng trụ tròn đặtthắng đứng, được trang bị máy khuấy thủy lực vàđược vận hành ở nồng độ chất rắn cao trongkhoảng nhiệt độ thermophilic

Quá trình

DRANCO

Bỉ

Đã pháttriển

DRANCO được sử dụng để chuyển hóa phầnchất

Tóm tắt các quá trình làm phân hũu cơ kỵ khí

hữu cơ có trong CTRSH để tạo thành năng lượng

và các sản phẩm dạng humus Quá trình phân hủyxảy ra rong thiết bị phản ứng dòng chảy tầngthắng đứng không khay trộn cơ khí Nước rò rỉ ởđáy thiết bị được tuần hoàn Thiết bị DRANCOđược vận hành ở nồng độ chất rắn cao và trongkhoảng nhiệt độ mesophilic

Quá trình

BTA

Đức

Đã pháttriển

BTA đã phát triển chủ yếu đế xử lý phần chấthữu cơ có trong CTRSH Quá trình xử lý BTAbao gốm: (1) xử lýsơ bộ chất thải bằng phươngpháp cơ học, nhiệt và phương pháp hóa học; (2)phân loại chất rắn sinh học hoà tan và không hoàtan; (3) thủy phân kỵ khí các chất thải rắn có khảnăng phân hủy sinh học; (4) metan hóa chất rắnsinh học hoà tan Quá trình metan hóa xảy ra ởnồng độ chất rắn thấp và khoảng nhiệt độmesophilic (lên men ấm) Sau khi tách nước chấtrắn không phân hủy với nồng độ tông cộngkhoảng 35% được dùng như compost

Quá trình

VALOGRA

Pháp

Đã pháttriển

Quá trình VALOGRA bao gồm đơn vị phân loại,đơn vi tạo khí metan và đơn vị tinh chế Thiết bịlên men kỵ khí hoạt động ở nồng độ chất rắn cao

và trong khoảng nhiệt độ lên men ấm Quá trìnhxáo trộn chất hữu cơ trong thiết bị được thực hiệnbằng cách tuần hoàn khí sinh học dưới áp suất ởđáy thiết bị phân hủy

Quá trình

BIOCELL

Hà lan

Chưaphát triển

BIOCELL là hệ thống mẻ được phát triển để xửlý

chất thải được phân loại tại nguồn (như rau quáthải, rác vườn, ) và chất thải nông nghiệp Thiết

bị có dạng hình trụ tròn, đường kính 1 l,25m vàchiều cao 4,5m Chất rắn ban đầu có nồng độ30% thu được bằng cách trộn chất thải hữu cơ đãđược phân loại tù’ mẻ trước đó

CH4 có nhiệt trị cao nhất (khoảng 9.000 kcal/m3); thông thường, sản phẩm khí sinhhọc có nhiệt trị khoảng 4.500 - 6.300 kcal/m3

Cuộc khủng hoảng năng lượng vào nhũng năm 1980 đã gây ra những ảnh hưởng kinh

tế cho nhiều quốc gia, đặc biệt là những nước nghèo phải lệ thuộc vào việc nhập khẩudầu và khí đốt Khí sinh học là đã được xem như là nguồn năng lượng thay thế Khí sinhhọc có thể được sử dụng trong hộ gia đình như là dùng đế nấu ăn, cung cấp nhiệt, thắpsáng, và hơn thế nữa là sử dụng trong các cơ quan công sở để cung cấp năng lượng haydùng để phát điện

Từ thực tiễn cho thấy, việc thu hồi khí sinh học tù' quá trình phân huỷ kị khí nhằmmục đích thu hồi năng lượng, đã được áp dụng tù' lâu đế thay thế nhiên liệu, than, dầu, gồ

28

và góp phần giải quyết các vấn đề liên quan đến việc quản lý và hệ thống mạng lưới phânphối năng lượng Một trong những yếu tố thuận lợi cho việc thu hồi năng lượng khí sinhhọc là lượng chất thải hữu cơ cần thiết cho quá trình sản xuất sinh học rất dồi dào Giảmnhu cầu sử dụng gồ trong rừng và những nổ lực trồng cây rừng trong tương lai.

Dựa vào giá trị nhiệt năng của khí sinh học (4.500 - 6.300 kCal/m3

) Hesse (1982)ước tính khi đốt hoàn chỉnh 1 m3

> Chạy 1 tủ lạnh công suất lm3 khoảng lh

> Chạy 1 máy ủ công suất 1 m3 khoảng 0.5h

Vì vậy, lm3

biogas tương đương với 0,4kg dầu dieseĩ; 0,6 kg xăng; hoặc 0,8 kg than

Tại Trung Quốc 5.2% dân số vùng nông thôn và tại Ãn Độ 0.8% người dân nông thôn

sử dụng khí sinh học làm nhiên liệu đốt Khoảng 95% nhà máy sản xuất khí sinh học tạiChâu Á dạng sử dụng trong gia đình Do đó, mục đích sử dụng cơ bản của họ là nấu ăn

và thắp sáng, 5% còn lại sử dụng cho tủ lạnh, phát điện, bơm nước tưới tiêu

Neu khí sinh học với hàm lượng H2S thấp thì không cần phải loại trừ H2S cho mụcđích nấu ăn và thắp sáng Neu khí sinh học được luu trữ và chuyên chở thì H2S phảiđược loại trù’ đế tránh hiện tượng ăn mòn

2.2 Công nghệ hiếu khí

2.2.1 Định nghĩa :

Quá trình ủ hiếu khí là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí và ốn định các chất hữu

cơ trong CTR đô thị (trù’ nhựa , cao su và da thuộc) nhờ hoạt động của vi sinh vật sảnphẩm của quá trình phân hủy sinh học này là bao gồm C02, nước , nhiệt ,chất mùn ốn

29

định ,không mang mầm bệnh và được sử dụng làm phân bón cho cây trồng Qúa trình ủhiếu khí có thể áp dụng đối với :

Phàn

bùn xí

náy đá

quaXL

Sơ đồ chung của quá trình ủ hiếu khí

2.2.2 Các bước kỹ thuật vận hành và theo dõi

Vận hành an tòan và bảo đảm sức khỏe cho công nhân là uư tiên hàng đầu Công nhânphải được trang bị bảo hộ lao động và đồng phục khi làm việc với rác

Bước li Phân loai rúc.

30

Chất lượng compost phụ thuộc vào chất lượng rác ban đầu Vì thế khâu phân lọai rácgiữ vai trò quan trọng Các thành phần không phân hủy vi sinh vật phải được lọai bỏ Đặcbiệt phải quan tâm đến các thành phần nguy hiểm.

Neu hộ dân đã phân lọai rác sẽ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho việc làm

compost Hơn nữa sẽ làm tăng giá trị của compost và rác tái chế Vì thế mục tiêu lâu dài

là hướng đến việc phân loại rác tại nguồn

- Rác thu gom đến xưởng sẽ được phân lọai bằng tay thành 3 lọai:

> Dễ phân hủy vi sinh vật;

- Rác làm compost sẽ được giữ lại xưởng

- Sau khi phân lọai phải rửa sạch khu vực phân lọai đế tránh ký sinh và mùi hôi

Bước 2: Trôn rác với các thành vhần bo suns.

Tỷ lệ Carbon và Nitrogen (gọi là C/N) rất quan trọng cho quá trình phân hủy rác Cả c

và N đều là thức ăn cho vi sinh vật phân hủy thành phần hũu cơ Trong đó Carbon quantrọng cho sự tăng trưởng các tế bào, còn Nitrogen là nguồn dường chất

Nguyên liệu rác ban đầu nên có tỷ lệ C/N từ 25:1 đến 40:1 đế giúp quá trình phân hủynhanh và hiệu quả Độ dao động C/N của rác gia đình khá cao và có thể làm compost.Bảng tóm tắt công việc trộn rác:

- Tỷ lệ C/N từ 25:1 đến 40:1 là hiệu quả nhất cho quá trình Compost

- Gỗ vụn hay mùn cưa (C cao) hay Phân gia súc (N cao) có thế trộn với rác đế giúp C/Ntối ưu Gỗ vụn còn giúp tạo lỗ hổng trong rác và như thề giúp tăng sự lưu thông khôngkhí

- Phần compost còn lại sau khi sàng lọc lần trước được dùng đế bổ sung vào lượng rácủ

mới như 1 nguồn Carbon Đồng thời trong đó đã có sẵn các vi sinh vật và như thế sẽ làm

31

tăng nhanh quá trình compost.

Bước 3: Đô rác vào bê ủ.

Thành phần rác hữu cơ dễ phân hủy sẽ được rải đố trên bề mặt của bế ủ với chiều dàytòng lớp khỏang 20cm và cung cấp bằng chế phấm EM lên bề mặt của rác trong bế ủ(Theo huớng dẫn trên bao bì của sản phẩm) Trong vài ngày đầu nhiệt độ sẽ tăng lên đến600C, điều này giúp cho sản phấm compost không còn mầm bệnh và cở dại Quá trìnhcompost sẽ diễn ra trong 40 ngày và sau đó sẽ đuợc đua qua bế ủ chín 15 ngày nữa

Trong suốt thời gian ủ cần phải theo dõi nhiệt độ 1 cách thường xuyên Hàng tuần đào 1

lỗ đế kiếm tra độ ấm, nếu quá khô thì phải rưới thêm nước

Bước 4: Đảo trôn rác.

Một trong những khâu quan trọng của quá trình compost là phải đảm bảo cung cấpđầy đủ không khí Trong vài ngày đầu lượng vi sinh vật hiếu khí tăng trưởng rất nhanhnên cần nhiều oxy Việc thiếu oxy sẽ làm tăng trưởng vi sinh vật kỵ khí và làm xuất hiệnmùi hôi, đồng thời làm chậm quá trình compost Vì thế phải lưu ý đế luôn đảm bảo lượngkhông khí được cung cấp đầy đủ

Bước 5: Kiêm sóat nhiêt đô.

32

Họat động của vi sinh vật hiệu quả trong khỏang nhiệt độ tù' 65 - 700 c trong khoang

1 - 3 ngày Nhiệt độ trên 70 sẽ ức chế họat động này Nhiệt độ trên 80 sẽ làm chết hầuhết các vi sinh vật và quá trình compost sẽ dừng lại Nhiệt độ dưới 65 là thích hợp nhấtcho quá trình compost và cũng đảm bảo tiêu diệt các hạt cỏ dại, trứng ấu trùng và cácchất hại cho con người Vì thế cần duy trì nhiệt độ này trong ít nhất là 3 ngày Sau tuầnthứ nhất nhiệt độ sẽ giảm và quá trình compost cũng chậm lại Quá trình sẽ chuyển quagiai đọan thực vật với nhiệt độ từ 45 - 50 và các vi sinh vật khác sẽ giữ vai trò chuyếnhóa cho đến khi rác trở thành compost

Đo nhiệt độ:

- Dùng 1 nhiệt kế rượu có cột 1 sợi dây ở đầu (không nên dùng nhiệt kế thủy ngân vì nó

có thế gây ô nhiễm nếu bị bế Thủy ngân nằm trong nhóm kim lọai nặng và được xácđịnh là chất nguy hiểm bền)

- Neu sử dụng nhiệt kế rượu, trước hết dùng 1 cây que cứng tạo 1 lồ hống và sâu, sau đóđưa nhiệt kế vào

- Sau khoang 1 phút lấy nhiệt kế ra và đọc ngay kết quả rồi ghi vào bảng theo dõi nhiệtđộ

- Thực hiện việc kiểm tra nhiệt độ 02 lần/ngày tại 3 khu vực: trên mặt, giữa và đáy bế

- Ghi lại nhiệt độ không khí bao quanh cũng được

Bước 6: Kiêm sóat đô âm.

Vi khuẩn lấy các dường chất chỉ khi nó được phân hủy thành ion trên mặt phân tử nước

Vì thế độ ẩm giữ 1 vai trò quan trọng Đế đảm bảo tốc độ phân hủy cần duy trì độ ấmtrong các bể compost ở mức 40 - 60%

Kiểm tra độ ẩm nhanh chóng bằng cách bốc 1 nắm rác và bóp chặt:

(A) Neu chỉ có 1 vài giọt nước chảy ra thì độ ẩm tốt nhất

(B) Neu không có giọt nước chảy ra thì độ ẩm dưới 40%, điều này cho biết việc cung cấpdưỡng chất bị ngăn cản Do vậy quá trình compost bị chậm lại Thông thường nhiệt độcủa rác trong bế gỉam suốt quá trình vì thành phần nước quá thấp Bố sung thêm nước sẽlàm tăng nhiệt độ và quá trình compost sẽ tiếp tục

(C) Neu có quá nhiều giọt nước chảy ra độ ấm quá cao sẽ xuất hiện quá trình phân hủy kỵ

33

khí và rác sẽ bốc mùi khó chịu.

- Mang bao tay khi kiểm tra độ ẩm (bóp chặt) để giữ vệ sinh và ngăn ngừa trường hợp cócác vật nhọn trong rác

- Bố sung nước với bình xịt đế đạt độ ẩm cần thiết

- Một số trường hợp nước rác xuất hiện nhiều trong quá trình ban đầu compost Nướcrác

này có thế được thu gom và sử dụng lại cho những bế khác

Bước 7: u chín.

- Sau khỏang 40 ngày, rác trong các bế sẽ ngả màu như màu đất và nhiệt độ xuống dưới

50 Điều này cho biết đã đến quá trình chín Các vi sinh vật hữu CO' và các côn trùng nhỏkhác tiếp tục xâm chiếm các compost chưa chín và phân hủy các phần tử hữu cơ có cấutrúc bền hơn như cellulose cần thêm 2 tuần đế đảm bảo compost chín hòan tòan và cóthế sử dụng đế bón trực tiếp cho cây trồng Trong suốt quá trình này compost cần ít oxy

và ít nước Nhiệt độ sẽ giảm bằng với nhiệt độ không khí bên ngòai

- Di chuyến compost sang bê ủ chín Be này có thế cao hơn (l,5m) đế tiết kiệm khônggian

- Không cần phải đảo trộn

- Bổ sung thêm ít nước nếu compost quá khô

- Vào mùa mưa nên giữ đế compost không bị ướt vì nước mưa có thể mang đi các dưỡngchất

- Tiếp tục theo dồi nhiệt độ cho đến khi ổn định bằng với nhiệt độ không khí bên ngòai.Neu nhiệt độ tăng khi thêm nước, quá trình chín sẽ chậm lại và cần thêm vài ngày nữa

- Việc xuất hiện màu trắng hay xám là do nấm, đó là các vi sinh vật quan trọng cho quátrình compost Điều này cũng cho biết rằng giai đọan “thực vật” chưa kết thúc

- Compost chín sẽ có màu Nâu xẫm, có mùi đất và có cấu trúc xốp

Bước 8: Sàng Ioc Comyost.

- Compost chín có kích thước thô, nó phụ thuộc vào vật liệu ban đầu và số lần đảotrộn

Trong nhiều trường hợp compost cần được sàng, kích thuớc sàng tùy thuộc vào yêu cầu

phân lọai ban đầu như các mấu plastic, mẩu kim lọai,

- Phần hửu cơ chưa chín còn lại sau khi sàng sẽ được sử dụng lại để trộn với phần rácmới như một nguồn carbon và vì nó có chứa sẵn các vi sinh vật của quá trình compost

Bước 9: Chứa và đóns bao.

Neu compost còn nóng hơn nhiệt độ bên ngòai sau

khi sàng, có nghĩa rằng compost còn chưa chín hòan

tòan Trong trường hợp này cần phun thêm 1 ít nước

và tiếp tục ủ lại thêm 1 tuần nữa Kiểm tra lại nhiệt

độ trước khi đóng bao Compost cần phải khô khi

đóngchuyển (độ ẩm < 40%)

Giữ compost nơi khô ráo tránh nướcmưa vì nước mưa sẽ mang đi thànhphần dưỡng chất

Không nên lưu trữ compost quá 2 năm

vì thành phần dưỡng chất và thànhphần hữu cơ sẽ giảm theo thời gian.Bao đựng compost là lọai không thấmnước nhưng vẫn đảm bảo thông khí vì compost vẫn là một nguyên liệu “sống” nên cầnkhông khí

Rác nhà bếp, rác thải nông nghiệp, chan nuôi là nguồn rác giàu thành phần hũu cơ, chấtdinh dưỡng là nguyên liệu đế sản xuất phân mùn chất lượng cao

2.2.3 các yếu tố ánh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí:

Vận tốc phân hủy chất hũu cơ trong quá trình ủ phân chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tốnhư nhiệt độ, pH, vi sinh vật ,oxygen, chất hữu cơ, độ ẩm, tỷ lệ C/N và cấu trúc chất thải

2.2.3.1 Các yếu tố vãt lý :

Các yếu tổ vật lý ảnh hưởng đến quá trình ủ gồm:

35

a Nhiệt độ

Nhiệt trong khối ủ là sản phẩm phụ của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi visinh vật, phụ thuộc vào kích thước của đống ủ ,độ ẩm ,không khí và tỷ lệ C/N , mức độxáo trộn và nhiệt độ môi trường xung quanh

Cấu

Độ

Tr0 I0C

Trao đối khí

Nồng độ

Nhiệt độ, hoạt

Dinh dưỡng C/N

lượng

Hình :những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân

36