CHUYÊN ĐỀ TÁI CHẾ VÀ SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN

“Đánh giá phát thải của hợp chất lưu huỳnh dễ bay hơi trong quá trình làm phân compost từ chất thải đô thị” Keyword: VSCs: Volatile sulfur compounds: hợp chất lưu huỳnh dễ bay hơi. MSW: Municipal solid waste: chất thải rắn đô thị. Forced aeration: Hiếu khí cưỡng bức. Cornstalk: Thân cây bắp. Odour: Mùi. Leachate: Nước rỉ rác.

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM

KHOA MÔI TRƯỜNG LỚP 10CMT

CHUYÊN ĐỀ TÁI CHẾ VÀ SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN

Nhóm 19:

Dương Trần Quốc Vương 1022359

Đề tài 5:

“Đánh giá phát thải của hợp chất lưu huỳnh dễ bay hơi trong quá trình làm phân compost từ chất thải đô thị”

Keyword:

VSCs: Volatile sulfur compounds: hợp chất lưu huỳnh dễ bay hơi

MSW: Municipal solid waste: chất thải rắn đô thị

Forced aeration: Hiếu khí cưỡng bức

Cornstalk: Thân cây bắp

Odour: Mùi

Leachate: Nước rỉ rác

TÓM TẮT

Các hợp chất lưu huỳnh dễ bay hơi (volatile sunfur compounds – VSCs) là nguồn gây ra mùi hôi từ các nhà máy sản xuất phân compost Đề tài này nghiên cứu VSCs tạo ra trong quá trình làm phân compost đối với rác thải đô thị có kích thước 15-18 mm, chất thải nhà bếp, và hỗn hợp giữa chất thải nhà bếp và thân cây bắp Quá trình này sẽ được tiến hành tronh một thùng chứa 60 lít có thông hơi bắt buộc trong 30 ngày và VSCs sẽ được ghi nhận lại

Các VSCs được phát hiện bao gồm hydrogen sunfide (H2S), methyl mercaptan (MM), dimethyl sunfide (DMS), carbon bisulfide (CS2), và dimethyl disulfide (DMDS) Hơn 90% lượng VSCs phát thải ra vào 15 ngày đầu tiên, đạt cực đại ở ngày 4 đến ngày 7 Lượng VSCs phát ra có liên quan đến nhiệt độ bên trong và lượng O2 đầu ra H2S chiếm tỉ

lệ cao nhất trong lượng VSCs phát thải ra, đạt 43%

Ngoài ra, nghiên cứu còn cho thấy phân compost từ chất thải nhà bếp có ảnh hưởng đến lượng VSCs và xuất hiện nứơc rỉ rác do độ ẩm cao Thí nghiệm trộn thêm thân cây bắp vào chất thải nhà bếp với tỉ lệ 4:1 làm giảm lượng VSCs phát thải và nước rỉ rác So sánh với phân compost từ chất thải bếp thì lượng VSCs giảm tới 66,8%

1 Giới thiệu

Chất thải rắn đô thị đã tăng 8-10%, với hơn 150 triệu tấn MSW được thải ra mỗi năm Phương pháp xử lý MSW chủ yếu ở Trung Quốc hiện nay là chôn lấp, chiếm rất nhiều diện tích và sản sinh ra lượng chất ô nhiễm thứ cấp rất cao, bao gồm nước rỉ rác, các khí nhà kính và mùi hôi Do chi phí chôn lấp tăng, tốn kém diện tích đất chôn lấp và phát hiện ngày càng nhiều các vấn đề môi trường, chính phủ Trung Quốc đã bắt đầu xem xét đến các phương pháp xử lý thay thế MSW chứa 60% chất hữu cơ và có chứa 50% nước,

vì vậy, làm compost là cách xử lý thay thế khả thi nhất, đặc biệt sau khi đã loại bỏ kim loại, nhựa và thủy tinh

Ở Trung Quốc, MSW kích thước từ 15-80 mm thường được sử dụng làm compost do có tính hữu cơ cao Vài thành phố phát triển như Bắc Kinh và Thượng Hải đã khởi xướng chương trình thu gom chất thải nhà bếp, các chất có khả năng tái chế và các chất thải rắn còn lại riêng biệt Chất thải nhà bếp bao gồm thức ăn thừa, chất thải từ sơ chế và vỏ trái cây

Compost là một cách quản lý chất thải phù hợp vì nó giảm gần 50% thể tích và khối lượng chất thải, thường ứng dụng trong nông nghiệp Tuy nhiên, mùi sinh ra từ quá trình compost lại là một vấn đề môi trường, nhất là đối với những nước có mật độ dân số cao

Do tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh, Trung Quốc đang đối mặt với nhiều vấn

đề môi trường như ô nhiễm không khí, đất, nước, và xử lý MSW cũng là một trong các vấn đề chính ảnh hưởng đến môi trường thông qua khí và nước

Các hợp chất lưu huỳnh dễ bay hơi (VSCs) đã được xác định là các chất gây mùi phát thải trong quá trình làm compost VSCs bao gồm hydrogen sulfide (H2S), methyl mercaptan (MM), dimethyl sulfide (DMS), dimethyl disulfide (DMDS), carbonyl sulfide (OCS) và carbon disulfide (CS2) Những hợp chất này được phát hiện ở nồng độ thấp và

có gây mùi rất lớn nên vì thế gây ô nhiễm mùi hôi Nồng độ H2S, MM, DMS, DMDS và

CS2 trong khí thải được giởi hạn bởi Bộ Môi Trường Trung Quốc GB 14554-1993 bởi những hợp chất này gây mùi hôi và các vấn đề sức khỏe, đóng vai trò quan trọng trong vấn đề thay đổi khí hậu toàn cầu

Nhiều nghiên cứu đo đạc phát thải VSC từ compost trộn với MSW, chất thải bếp và hỗn hợp chất thải xanh với MSW Những nghiên cứu này chỉ ra rằng cấu tạo và tính chất nguyên liệu làm compost có ảnh hưởng rất lớn đến nồng độ VSC phát thải ra Compost từ chất thải nhà bếp, sân vườn luôn lên men kị khí Hơn nữa, phát thải mùi liên quan đến quá trình tạo VSCs trong lúc làm compost Ngoài ra, VSCs chiếm 35-38% lượng VOCs phát thải từ quá trình hiếu khí khi làm compost với chất thải nhà bếp

Mục đích của nghiên cứu này là để so sanh sự phát thải VSCs và ngăn ngừa nước rỉ trong quá trình làm compost đối với MSW kích thước từ 15-80mm, chất thải nhà bếp và hỗn hợp giữa chất thải nhà bếp với thân cây bắp khô

2 Nguyên liệu và phương pháp

2.1 Nguyên liệu thô và thiết lập thí nghiệm

MSW 15-80mm sử dụng trong nghiên cứu này được thu gom từ trạm phân loại XiaoWuji MSW miền nam Trung Quốc Ở đây MSW được chia thành 3 phần: kích thước từ 15-80mm, nhỏ hơn 15mm, lớn hơn 80mm Nghiên cứu này sử dụng MSW 15-80mm mẫu MSW bao gồm 67% chất thải nhà bếp, 18% giấy, 6% nhựa và 9% các loại khác Cách cấu thành này gần giống với những nghiên cứu trước Chất thải nhà bếp được thu từ hệ thống thu gom ở nam Bắc Kinh, chứa 53% rau củ chưa sử dụng, 23% vỏ trái cây, 17% đồ

ăn thừa và 7% lá cây Thân bắp được chặt nhỏ thành những đoạn 2-5cm Trong quá trình làm compost, MSW 15-80mm được đánh dấu là T0, chất thải nhà bếp là T1, hỗn hợp giữa chất thải nhà bếp và thân bắp khô với tỉ lệ khối lượng ướt là 4:1 ứng với T2

Nguyên liệu được ủ trong một thùng ủ cách nhiệt thể tích 60L, đường kính trong 0.36m, cao 0.6m và nguyên liệu được đổ đầy tới 0.5m, với hệ thống hiếu khí cưỡng bức Thí nghiệm được tiến hành với 9 thùng ủ, 3 thùng chứa 29kg MSW 15-80mm, 3 thùng chứa 32kg chất thải nhà bếp, 3 thùng còn lại chứa 20kg hỗn hợp chất thải bếp và thân bắp Những thùng này được điều khiển bằng chương trình C-LGX, điều khiển tự động chế độ cấp khí và đo nhiệt độ bên trong Bơm cấp khí liên tục vào thùng ở mức 0.2L/kgDMmin Thí nghiệm được tiến hành từ 20/12/2010 đến 18/01/2011 (30 ngày) Trong quá trình làm, compost sẽ được trộn đều 1 tuần 1 lần, lấy mẫu 6 lần vào các ngày 0, 3, 7, 14, 21,

30 Mẫu lấy được sẽ chia thành 2 phần: mẫu nguyên chất và mẫu được làm khô bằng không khí để qua được bộ lọc 1mm pH sẽ được kiểm tra ở mẫu nguyên chất, còn TN, TOC và TS đo ở mẫu khô Mẫu khí sẽ được thu 10 lần ở các ngày 0, 3, 5, 7, 11, 15, 20,

25, 30 Nước rỉ rác được thu lại và cân hằng ngày

2.2 Phương pháp phân tích

VSCs được phân tích bằng mô hình 5975N sắc ký khí khối phổ đầu dò chọn lọc Mẫu khí được thu và chứa trong các túi khí

Một hệ thống 3 bậc được sử dụng để làm giàu VCSs trong mẫu khí trước khi phân tích bằng sắc kí Ở bậc đầu tiên, 50 mL mẫu khí được dẫn qua nitơ lỏng có các chuỗi hạt thủy tinh ở -150 độ với vận tốc 100ml/min Sau đó, mẫu được đun lên tới 10 độ và các khí sẽ được chuyển đi bằng 40mL helium với vận tốc 1.5mL/min để tới bậc hai ở -40 độ Ở bậc hai sẽ được nung tới 180 độ và sau đó là các khí được giải nhiệt, chuyển tới bậc ba bằng 30mL helium với vận tốc 1.5mL/min Bậc ba ở -170 độ sau đó được nung lên tới 100 độ

và VSCs cuối cùng được chuyển tới GC-MSD để xác định Để dựng đường chuẩn, tất cả VSCs phải được pha loãng bằng nitơ tinh khiết đến 1000ppm như là hỗn hợp chuẩn ban đầu Các hỗn hợp chuẩn sau đó được pha loãng với nitơ tinh khiết ở 0ppb, 10ppb, 50ppb, 100ppb, 500ppb, 500ppb, 1000ppb, 5000ppb Giới hạn phát hiện của MM, DMS, CS2, DMDS là 0.233ppb, 0.723ppb, 0.088ppb, 0.477ppb với 100mL thể tích mẫu

O2 và H2S được phân tích hàng ngày bằng các đầu dò

pH của compost được xác định bằng máy đo điện tử để phân tích 1g mẫu compost đã được hòa tan trong 10mL nước siêu sạch và hòa trộn trong 30 phút

TKN và TOC được xác định bằng phương pháp cân bằng vật chất, trước và sau khi làm compost: Bi = Mi/Vi

3 Kết quả và thảo luận

3.1 Nhiệt độ và oxy

T0, T1, T2 đạt nhiệt độ trên 55 độ lần lượt vào các ngày 4, 6, 3 T1 có nhiệt độ trung bình lớn hơn các mẫu khác, gây nên do độ ẩm cao Sự thêm vào thân bắp giúp giảm độ ẩm,

nguyên nhân trực tiếp gây nhiệt độ cao T0 và T2 có độ ẩm gần nhau như mật độ khối của T2 thấp hơn nhiều so với T0, vì vậy thể tích các lỗ rỗng tăng lên bên trong compost và thúc đẩy phân hủy hợp chất hữu cơ

Có sự thay đổi nồng độ đầu ra của O2 và nhiệt độ của các thí nghiệm trong quá trình làm compost Nồng độ O2 giảm mạnh vào tuần đầu tiên, sau đó tăng trở lại trong khi nhiệt độ giảm Tốc độ phân giải sinh học hợp chất hữu cơ của T1 chậm hơn so với T0 và thêm thân bắp làm tăng tốc độ phân hủy của T1

3.2 Sự tạo thành VSCs

Hình 4: Lượng khí thải và khí tích lũy (a) H2S, (b) MM, (c) DMS, (d) CS2 and (e) DMDS.

Tất cả các VSC phát thải ra đều thấp như nhau lúc bắt đầu làm compost, đạt giá trị cực đại từ ngày 4-7, và sau đó giảm mạnh cho tới khi phát thải đều ở mức thấp sau đó 15 ngày 80% VSCs phát thải xảy ra trong khoảng 15 ngày đầu tiên

Trong nghiên cứu này, VSCs phát thải có liên quan mật thiết tới nhiệt độ làm compost và nồng độ O2 Nhiệt độ cao và nồng độ O2 thấp sẽ gây phát thải VSCs lớn Vì vậy, để giảm lượng VSCs thì cần phải tăng nồng độ O2 bằng cách cấp khí liên tục, giảm nhiệt độ bằng cách tăng lượng lỗ trống và đảo trộn thường xuyên

Tính chất vật lý và hóa học

Bảng 2 cho thấy lượng khối lượng ban đầu và sau khi làm compost.

Bảng 3 cho thấy tổng phát thải VSCs khác nhau của 3 loại nguyên liệu đầu vào.

Độ ẩm là yếu tố quan trọng có liên quan trực tiếp tới khả năng cung cấp oxy và hoạt động của vi khuẩn Độ ẩm có trong chất thải nhà bếp đã được nghiên cứu rằng nó gây nên hoạt động phân giải kị khí và vì thế gây mùi lẫn tạo ra nước rỉ Trong nghiên cứu này thì độ

ẩm của chất thải nhà bếp cao hơn nên phát thải VSCs cũng cao hơn đối với của MSW

15-80 mm vì T0 chứa nhiều vật liệu không có khả năng làm compost Ngoài ra, tổng lượng nước rỉ tạo ra là 0.22kg/kg nguyên liệu, tổng phát thải VSCs là 379.3mg/kg đối với T1 Lượng MSW hàng năm của Trung Quốc là 180 triệu tấn, 60% số đó là chất thải nhà bếp,

vì vậy theo kết quả nghiên cứu này thì lượng nước rỉ sẽ lên tới 24 triệu tấn mỗi năm và lượng VSCs sẽ đạt 9947 tấn mỗi năm nếu lượng chất thải nhà bếp này được làm compost

4 Kết luận

Trong nghiên cứu này, phát thải VSCs được đo từ việc làm compost các loại chất thải: MSW 15-80mm, chất thải nhà bếp, hỗn hợp chất thải nhà bếp và thân bắp khô Compost được làm trong các thùng phản ứng thể tích 60L và hiếu khí cưỡng bức Có 5 VSCs được phát hiện và chiếm lớn nhất là H2S Lượng VSCs tạo ra có liên quan mật thiết đối với

nhiệt độ bên trong khi làm compost và nồng độ O2 đầu ra Tổng phát thải VSCs đối với MSW 15-80mm, chất thải nhà bếp, hỗn hợp chất thải nhà bếp và thân bắp khô lần lượt là 216.1, 379.3, 126.0 mg/kg Tỉ lệ phối trộn giữa chất thải nhà bếp với thân bắp khô là 4:1

Sự phối trộn này giúp giảm 66.8% lượng phát thải VSCs từ chất thải nhà bếp, vì vậy thân bắp là một loại vật liệu tốt để kiểm soát VSCs trong quá trình làm compost đối với loại chất thải nhà bếp

5 Liên hệ ở Việ Nam