Nghiên cứu quá trình phân hủy sinh học kỵ khí thu metan từ hỗn hợp rác thải sinh hoạt kết hợp bùn thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- NGUYỂN THỊ TRANG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC KỲ KHÍ THU METAN TỪ HỖN HỢP RÁC THẢI SINH HOẠT KẾT HỢP BÙN THẢI L

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -

NGUYỂN THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC KỲ KHÍ THU METAN TỪ HỖN HỢP RÁC THẢI SINH HOẠT KẾT HỢP BÙN THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC KỲ KHÍ THU METAN TỪ HỖN HỢP RÁC THẢI SINH HOẠT KẾT HỢP BÙN THẢI

Chuyên ngành: Hóa môi trường

Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: HDC: TS TRẦN MẠNH TRÍ

HDP: PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu bảng

Bảng 1.2

Khối lượng riêng và hàm lượng ẩm của các chất thải có

Bảng 1.7

So sánh các đặc điểm giữa phương pháp kỵ khí và

Bảng 3.3

Kết quả phân tích T-N đầu vào và đầu ra của các thí

Bảng 3.4

Kết quả phân tích hàm lượng T-P đầu vào và đầu ra của

ra

Bảng 3.9

Tỷ lệ thành phần trung bình của các khí trong khí sinh

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.2

Tóm tắt các phản ứng sinh hóa của quá trình phân

Hình 1.3

Chuyển đổi sinh học trong hệ thống hiếu khí và yếm

Hình 2.1

Sơ đồ mô hình thiết bị xử lý nước thải yếm khí AD

Hình 2.2

Cách bố trí mới thiết bị xử lý nước thải yếm khí AD

Hình 2.3

Thực nghiệm xác định khối lượng riêng của bùn

Hình3.3

Mô tả sự thay đổi giá trị COD-t theo thời gian của hỗn hợp phản ứng trong các thí nghiệm với thành phần nguyên liệu đầu vào khác

47

Hình 3.4

Phần trăm CODt bị loại bỏ trong các thí nghiệm

đầu vào

Hình 3.6

Kết quả phân tích thành phần phần trăm TS và TVS

BẢNG VIẾT TẮT

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Trần Mạnh Trí đã giao đề tài và nhiệt tinh giúp đỡ, cho em những kiến thức quý báu trong quá trình nghiên cứu Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Đỗ Quang Trung, thầy giáo PGS.TS Trần Hồng Côn bộ môn hóa Môi trường, cô giáo PGS TS Tạ Thị Thảo bộ môn hóa Phân tích cùng các thầy các cô trong phòng thí nghiệm Hóa môi trường đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn

Cảm ơn các phòng Thí nghiệm trong Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, phòng Thí nghiệm chất thải rắn 709 – trường Đại học Xây dựng Hà nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiệm

Xin chân thành cảm ơn các bạn học viên, sinh viên làm việc trong phòng thí nghiệm Hóa môi trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liệu và làm thực nghiệm

Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên Nguyễn Thị Trang

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về bùn thải đô thị và thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội 3 1.1.1 Nguồn phát sinh bùn thải đô thị 3

1.1.2 Đặc điểm của bùn thải đô thị 4

1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn thải đô thị 6

1.2 Tổng quan về rác thải sinh hoạt 8

1.2.1 Nguốn gốc phát sinh và đặc điểm rác thải sinh hoạt 9

1.2.2 Các phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt 12

1.3 Phương pháp lên men phân hủy yếm khí 13

1.3.1 Cơ chế quá trình phân hủy yếm khí 14

1.3.1.1 Giai đoạn thủy phân 15

1.3.1.2 Giai đoạn lên men axít 15

1.3.1.3 Giai đoạn sinh khí metan 16

1.3.2 Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí-Biogas 18

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy yếm khí 19

1.3.3.1 Nguyên liệu đầu vào 19

1.3.3.2 PH, độ kiềm và tỷ lệ axít béo dễ bay hơi/độ kiềm 20

1.3.3.3 Nhiệt độ 21

1.3.3.4 Thời gian lưu trong lên men phân hủy yếm khí 22

1.3.3.5 Ảnh hưởng của các chất khoáng và một số độc tố trong nguyên liệu 22

1.3.3.6 Sự cạnh tranh giữa vi khuẩn lưu huỳnh và vi khuẩn metan 23

1.3.3.7 Tính chất của chất nền và các chất gây độc 24

1.4 So sánh quá trình xử lý yếm khí và hiếu khí 24

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28

2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 28

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 28

2.1.1.1 Cơ sở lựa chọn phạm vi và đối tượng nghiên cứu 28

2.1.1.2 Đối tựợng và phạm vi nghiên cứu 28

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 29

2.1.2.1 Mục đích nghiên cứu 29

2.1.2.2 Phương pháp nghiên cứu 30

2.2 Lấy và chuẩn bị mẫu 30

2.3 Thiết bị nghiên cứu 31

2.4 Chuẩn bị nguyên liệu nạp 33

2.5 Nạp mẫu vào bể phản ứng 35

2.6 Chuẩn bị hóa chất và thiết bị máy móc cho quá trình phân tích mẫu 36

2.7 Các thông số theo dõi và phân tích trong quá trình thực hiện phản ứng và kết thúc 38

2.8 Xác định thành phần khí sinh ra 39

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Đặc điểm bùn thải sông Kim Ngưu 41

3.2 Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí 42

3.2.1 Sự giảm hàm lượng Nitơ tổng (T-N) 43

3.2.2 Sự giảm hàm lượng Phốt pho tổng (T-P) 44

3.2.3 Khả năng loại bỏ COD tổng (CODt) 46

3.2.4 Khả năng loại bỏ tổng chất rắn và tổng chất rắn bay hơi 48

3.2.5 Sự thay đổi giá trị pH theo thời gian phản ứng 51

3.2.6 Khả năng sinh khí sinh học và thành phần khí CH4 52

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 TS Trần Thị Mỹ Diệu và TS Nguyễn Trung Việt, (2007), Giáo trình quản lý chất

thải sinh hoạt và Giáo trình quản lý chất thải nguy hại, Công ty Môi trường

Tầm nhìn xanh

2 Cao Vũ Hưng (2014), Nghiên cứu sự chuyển hóa một số yếu tố gây ô nhiễm trong

quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men nóng, Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Khoa Hoc Tự nhiên – Đại học Quốc

gia Hà nội

3 Sổ tay hướng dẫn thu gom và sử lý rác hộ gia đình (2013) , Nhà xuất bản Hà nội

4 Nguyễn Thị Kim Thái (1996), l bả thải t c ng nghiệp chế biến tinh bột

bằng phương pháp k khí trong đi u kiện khí hậu việt n m, Luận án PTS Khoa

học kỹ thuật, Trường đại học Xây dựng, Hà nội

5 Nguyễn Thị Kim Thái, Trần Hiếu Nhuệ, ng Quốc Dũng (2001), iáo tr nh

uản l chất thải rắn, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà nội

6 Nguyễn Thị Kim Thái (2002-2003) , i giảng quản l chất thải rắn đ thị, Khoa

kỹ thuật môi trường-Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

7 Nguyễn Thị Kim Thái (2004), l ph n b n bể tự hoại các đ thị Việt

N m-Đ uất m h nh c ng nghệ ph hợp, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà nội

8 Tin tức Hội nghị Quốc tế lần thứ 3 tại Hà nội (2015): Quản lý bùn thải t các

công trình vệ sinh, thông tin tải từ website:

http://www.epe.edu.vn/hoi-nghi- quoc-te-lan-thu-3-ve-quan-ly-bun-thai-tu-cac-cong-trinh-ve-sinh-fsm3-tai-ha-noi-19-2312015-60.html truy cập ngày 1/11/2015

9 Đỗ Văn Vương (2014), Nghiên cứu hiệu suất sinh Metan của một số chất thải

hữu cơ đặc trưng trong quá tr nh ph n hủy yếm khí, Luận văn cao học Hóa

môi trường, Trường Đại học Khoa Hoc Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà nội

Tiếng anh

10 Appels L., Baeyens J., Degreve J., Dewil R., (2008), “Principles and potential of

the anaerobic digestion of waste-activated sludge”, Progress in Energy and

Combustion Science, 34, pp 755-781

11 Armfield (2006), Instruction Manual Anaerobic Digester W8, Armfield

Limited- England

12 Bolzonella D., Cavinato C., Fatone F., Pavan P., Cecchi F., (2012), “High rate mesophilic, thermophilic, and temperature phased anaerobic digestion of

waste activated sludge: A pilot scale study”, Waste Management, 32, pp

1196-1201

13 Busetti F., Heitz A., Cuomo M., Badoer S., Traverso P., (2006), “Determination

of sixteen polycyclic aromatic hydrocarbons in aqueous and solid samples

from an Italian wastewater treatment plant”, J Chromatography, A 1102, pp

104-115

14 Brunn L., Dornack C., Bilitewski B., (2007), Application of laboratory scale

experiments to industrial scale in case of anaerobic waste treatment, Sardinia,

17 Cecchi F., Pavan P., Alvarez J.M., Bassettit A., Cozzolinot C.,(1991),

“Anaerobic digestion of municipal solid waste: Thermophilic vs Mesophilic

performance at high solids”, Waste Management & Research, 9, pp 305-315

18 Carneiro T.F., Perez M., Romero L.I., (2008), “Thermophilic anaerobic digestion of source-sorted organic fraction of municipal solid waste”,

Bioresource Technology, 99, pp 6763-6770

19 Chen H., Yan S.H., Ye Z.L., Meng H.J., Zhu Y.G., (2012), “Utilization of urban

sewage sludge: Chinese perspectives”, Environ Sci Pollut Res, 19, pp

1454-1463

20 Fytili D., Zabaniotou A., (2008), “Utilization of sewage sludge in EU

application of old and new methods - A review”, Renewable and Sustainable

Energy Reviews, 12, pp 116-140

21 Khadhar S., Higashi T., Hamdia H., Matsuyama S., Charef A., (2010),

“Distribution of 16 EPA-priority polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in

sludges collected from nine Tunisian wastewater treatment plants”, Journal of

Hazardous Materials, 183, pp 98-102

22 Nguyen T.L.H., Ohtsubo M., Li L.Y., Higashi T., (2007), “Heavy Metal Pollution of the To-Lich and Kim-Nguu River in Hanoi City and the Industrial

Source of the Pollutants”, J Fac Agr., Kyushu Univ., 52(1), pp 141-146

23 Oleszczuk P., (2007), “Changes of polycyclic aromatic hydrocarbons during composting of sewage sludges with chosen physico-chemical properties and

PAHs content”, Chemosphere, 67, pp 582-591

24 P Villar., Callejon M., Alonso E., Jimenez J.C., Guiraum A., (2006), “Temporal evolution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sludge from

wastewater treatment plants: Comparison between PAHs and heavy metals”,

Chemosphere, 64, pp 535-541

25 Perez S., Guillamon M., Barcelo D., (2001), “Quantitative analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in sewage sludge from wastewater treatment plants”,

Journal of Chromatography, A, 938, pp 57-65

26 Yan W., Chi J., Wang Zh., Huang W., Zhang G., (2009), “Spatial and temporal distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) insediments from

Daya Bay, South China”, Environmental Pollution, 157, pp 1823-1830