ĐỒ ÁN XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN

ĐỒ ÁN XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN, ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT CHO 500.000 NGƯỜI BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ PHÂN COMPOST HIẾU KHÍMỤC LỤCLỜI CẢM ƠNviiMỞ ĐẦU1CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN21.1.Định nghĩa về chất thải rắn21.2.Các nguồn phát sinh chất thải rắn21.3.Phân loại chất thải rắn đô thị31.4.Thành phần chất thải rắn đô thị41.5.Tính chất51.5.1.Tính chất vật lý51.5.2.Tính chất hóa học71.5.3.Tính chất sinh học10CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP Ủ PHÂN COMPOST HIẾU KHÍ122.1.Tổng quan về phương pháp ủ phân sinh học122.1.1.Quá trình làm phân Compost122.1.2.Định nghĩa compost và quá trình chế biến compost122.1.3.Các phản ứng hóa sinh132.2.Các yếu tố ảnh hưởng142.2.1.Các yếu tố vật lý142.2.2.Các yếu tố hóa sinh172.3.Phương pháp chế biến phân compost hiếu khí202.3.1.Phương pháp ủ compost theo luống dài với thổi khí thụ động có xáo trộn (Turned, passively aerated windrows)202.3.2.Phương pháp ủ compost theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức212.3.3.Phương pháp ủ trong container212.4.Các giai đoạn trong quá trình sản xuất compost.222.4.1.Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu222.4.2.Giai đoạn lên men232.4.3.Giai đoạn ủ chin và ổn định mùn compost242.4.4.Giai đoạn tinh chế và đóng bao242.5.Các phương pháp chế biến phân compost hiện đang tiến hành trên thế giới252.5.1.Chế biến compost theo công nghệ Steinmuller – Đức252.5.2.Chế biến compost theo công nghệ Lemna27CHƯƠNG 3.ĐỀ XUẤT – PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ Ủ COMPOST HIẾU KHÍ293.1.Dự báo tăng trưởng dân số giai đoạn 2018 2030293.2.Dự báo khối lượng chất thải rắn sinh hoạt giai đoạn 2018 2030293.3.Xác định thành phần có trong mẫu CTRSH đem ủ303.4.Đề xuất phương án chế biến ủ phân compost hiếu khí323.4.1.Công nghệ ủ sinh học hiếu khí chất thải rắn hữu cơ chất thành đống có đảo trộn kết hợp thổi khí cưỡng bức.3233CHƯƠNG 4.THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ủ PHÂN COMPOST HIẾU KHÍ364.1.Cơ sở tính toán364.2.Khu tiếp nhận rác364.3.Xác định vật liệu cần phối trộn364.4.Khu vực lưu trữ vật liệu phối trộn384.5.khu vực phối trộn vật liệu384.6.Thiết kế hệ thống hầm ủ compost394.7.Tính toán hệ thống thu gom nước rỉ rác404.8.Tính toán hệ thống cấp khí414.8.1.Tính toán lượng khí cần cung cấp414.8.2.Hệ thống phân phối khí424.9.Khu vực ủ chín và ổn định mùn compost424.10.Hệ thống phân loại thô434.11.Hệ thống phân loại tinh444.12.Ước tính diện tích mặt bằng và các công trình phu trợ45TÀI LIỆU THAM KHẢO47

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT CHO 500.000 NGƯỜI BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ

PHÂN COMPOST HIẾU KHÍ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : THS NGUYỄN NGỌC TRINH

SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN PHẠM ĐÌNH THỐNG

: ĐÀO DUY TÚ BÌNH

ủ phân compost hiếu khí

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

ủ phân compost hiếu khí

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

LỜI CẢM ƠN

Trước hết chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô hiện đangcông tác và giảng dạy tại khoa Môi Trường - Trường Đại học Tài Nguyên và MôiTrường TP.HCM Đã tận tâm dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu cho bọn

em trong suốt quá trình học tập Đặc biệt chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơnđối với Cô Nguyễn Ngọc Trinh người đã hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện giúp đỡtụi em trong suốt quá trình thực hiện nhiệm vụ đồ án

Chúng em chân thành cảm ơn Thư viện trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường

đã tạo điều kiện thuận lợi cho em có được các nguồn tài liệu cụ thể xác thực để thamkhảo và hoàn thành tốt đồ án được giao

Bên cạnh đó, nhóm muốn chuyển lời cảm ơn sâu sắc đến các bạn bè trong lớp05QTTB đã luôn cạnh bên ủng hộ tinh thần và sát cánh bên nhóm mỗi khi cần sự trợgiúp

Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện:Đào Duy Tú BìnhNguyễn Phạm Đình Thống

ủ phân compost hiếu khí

MỞ ĐẦU

Hiện nay, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa ở Việt Nam đang diễn ra mạnh

mẽ, với sự hình thành, phát triển của các ngành nghề sản xuất, sự gia tăng nhu cầu tiêudùng hàng hóa, nguyên vật liệu, năng lượng, là động lực thúc đẩy phát triển kinh tế -

xã hội của đất nước Tuy nhiên, đi kèm với đó là nỗi lo về môi trường, đặc biệt vấn đềchất thải rắn như chất thải sinh hoạt, chất thải công nghiệp, chất thải nông nghiệp, chấtthải y tế, chất thải xây dựng, chất thải nguy hại, , gây ô nhiễm môi trường và mất mỹquan đô thị

Ở những nước phát triển trên thế giới rác có thể được xử lý theo nhiều phươngpháp tiên tiến và hợp vệ sinh như: thiêu đốt bằng công nghệ cao, xử lý sinh học bằngphương pháp lên men, hay đem chôn lấp Tuy nhiên ở Việt Nam rác thải chủ yếu đượcđem đi chôn lấp đòi hỏi phải có diện tích đất đủ lớn để đáp ứng nhu cầu chôn lấp rác

Để giải quyết phần nào vấn đề này cần có phương pháp xử lý rác khác phù hợp hơnvới điều kiện thực tế hiện nay Ủ phân compost là một hướng đi có triển vọng cho mụcđích này, do nước ta là một nước nông nghiệp cần sử dụng lượng lớn phân bón cho câytrồng Đặc biệt ngành nông nghiệp nước ta lại đang đứng trước nguy cơ bị thoái hóađất do nông dân quá lạm dụng vào việc sử dụng phân hóa học, thì phân hữu cơ rất cầnthiết để cải thiện chất lượng đất

Tại thành phố Hồ Chí Minh thì tình hình ô nhiễm do rác thải sinh hoạt cũngđang là vấn đề cấp bách cần được giãi quyết Nhưng lượng rác này hầu như đều đượcđem đi chôn lấp Biến chúng thành phân compost chính là biến rác thành tiền Hoạtđộng này mang lại nhiều lợi ích về kinh tế, không những thế chúng còn tiết kiệm chiphí và diện tích mặt bằng chôn lấp rác, tận dụng được nguồn tài nguyên rác, tạo thêm

cơ hội việc làm cho người dân

Trước tình hình chất thải rắn sinh hoạt ngày càng gia tăng nhanh chóng, có khảnăng gây nhiều tác hại đến con người và môi trường trong một tương lai gần Cho nênmục tiêu của đồ án là đưa ra quy trình, hệ thống chế biến phân Compost từ rác thảisinh hoạt cuả Khu dân cư 500.000 người Góp phần bảo vệ môi trường, giữ gìn mỹquan cho thành phố Hồ Chí Minh: xanh – sạch – đẹp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN

1.1 Định nghĩa về chất thải rắn

•Chất thải rắn (solid waste): Chất thải rắn bao gốm tất cả các chất thải ở dạng

rắn, phát sinh do hoạt động của con người và sinh vật, được thải bỏ khi chúngkhông còn hữu ích hay khi con người không muốn sử dụng nữa (Nghị định số59/2007/NĐ-CP ngày 09 tháng 4 năm 2007 về Quản lý chất thải rắn) Tài liệunày đặc biệt quan tâm đến CTR sinh hoạt, bởi sự tích lũy của chúng có khả nănggây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sống của con người

1.2 Các nguồn phát sinh chất thải rắn

Nguồn gốc phát sinh, thành phần và tốc độ phát sinh của chất thải rắn là các cơ

sở quan trọng để thiết kế, lựa chọn các phương pháp và công nghệ xử lý chất thải rắn

[1].

Chất thải rắn sinh hoạt phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau trong hoạt động cánhân cũng như trong xã hội như từ các khu dân cư, chợ , siêu thị, nhà hàng, khách sạn,

công ty, văn phòng, và các nhà máy công nghiệp [1]

Bảng 1.1 Nguồn gốc các loại chất thải

Nguồn phát sinh Nơi phát sinh Các dạng chất thải rắnKhu dân cư Hộ gia đình, biệt thự, chung cư, Thực phẩm dư thừa, giấy, can nhựa, thủy tinh,

nhôm,

Khu thương mại

Nhà kho, nhà hàng, chợ, khách sạn, nhà trọ, các trạm sửa chữa và dịch vụ,

Giấy, nhựa, thực phẩm dư thừa, thủy tinh, kim loại, chất thải nguy hại,

Cơ quan, công sở Trường học, bệnh viện,văn phòng cơ quan

chính phủ,

Giấy, nhựa, thực phẩm dư thừa, thủy tinh, kim loại, chất thải nguy hại,

Công trình xây dựng Khu nhà xây dựng mới, sữa chửa nâng cấp mở

rộng đường phố, cao ốc,

Gỗ, bê tông, thép, gạch, thạch cao, bụi,

Dịch vụ công cộng đô thị

Hoạt động dọn rác vệ sinhđường phố, công viên, khuvui chơi giải trí, bải tắm,

Rác cành cây cắt tỉa, chất thải chung tại khu bui chơigiải trí,

Các khu công nghiệp

Công nghiệp xây dựng chế tạo, công nghiệp nặng

và nhẹ, nhiệt điện, hóa chất, lọc dầu,

Chất thải do quá trình chế biến công nghiệp, phế liệu, và các rác thải sinh hoạt,

ủ phân compost hiếu khí

Nông nghiệp Đồng cỏ, đồng ruộng, vườn cây ăn trái, chăn

nuôi

Thực phẩm bị thối rửa, sản phẩm nông nghiệp thừa,chất độc hại,

(Nguồn: Nguyễn Văn Phước – Giáo trình Quản lý và xử lý Chất Thải Rắn)

1.3 Phân loại chất thải rắn đô thị

Việc phân loại chất thải rắn sẽ giúp xác định các loại khác nhau của chất thải rắnđược sinh ra Khi thực hiện việc phân loại chất thải rắn sẽ giúp chúng ta gia tăng khảnăng tái chế và tái sử dụng lại các vật liệu trong chất thải, đem lại hiệu quả kinh tế và

bảo vệ môi trường [2]

• Chất thải rắn sinh hoạt

Chất thải rắn sinh hoạt là những chất thải rắn được thải ra do quá trình sinh hoạthàng ngày của con người tại nhà ở, chung cư, cơ quan, trường học, các cơ sở sản xuất,

hộ kinh doanh, khu thương mại và những nơi công cộng khác [2]

Chất thải rắn sinh hoạt không bao gồm những chất thải nguy hại, bùn cặn, chất

thải y tế, chất thải rắn xây dựng và những chất thải từ các hoạt động nông nghiệp [2].

• Chất thải rắn công nghiệp

Chất thải rắn công nghiệp là loại chất thải bị loại bỏ khỏi quá trình sản xuấtcông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp Lượng chất thải này chưa phải là phần loại bỏ cuốicùng của vòng đời sản phẩm mà nó có thể sử dụng làm đầu vào cho một số nghành

công nghiệp khác [2].

• Chất thải xây dựng

Chất thải xây dựng gồm các phế thải như đất đá, gạch ngói, bê tông, cát, sỏi,…

do các hoạt động xây dựng hay đập phá các công trình xây dựng [2].

• Chất thải nông nghiệp

Chất thải nông nghiệp là những chất thải ra từ các hoạt động sản xuất nôngnghiệp như trồng trọt, thu hoạch các loại cây trồng, các sản phẩm thải ra từ chế biến

Thành phần lý, hóa học của chất thải rắn đô thị rất khác nhau tùy thuộc vào từng

địa phương, vào các mùa khí hậu, vào điều kiện kinh tế và nhiều yếu tố khác [3].

Bảng 1.2 Thành phần chất thải rắn đô thị theo nguồn phát sinh

Nguồn phát sinh Trọng lượng (%)

Dao động Trung bìnhDân cư và khu thương mại 50 - 75 62,0

Chất thải rắn đặc biệt

(dầu, mỡ, bình điện, ) 3 – 12 5,0

Chất thải nguy hại 0,1 – 1,0 0,1

Công trinhg xây dựng 8 – 20 14

ủ phân compost hiếu khí

Bảng 1.3 cho thấy trong thành phần riêng biệt của chất thải rắn sinh hoạt, rácthực phẩm chiếm tỷ lệ cao nhất, kế đến là giấy, nilon, nhựa, , xốp có giá trị thấp nhất

1.5 Tính chất

1.5.1 Tính chất vật lý

•Khối lượng riêng

Khối lượng riêng được định nghĩa là khối lượng vật chất trên một đơn vị thểtích, tính bằng lb/ft3, lb/yd3, kg/m3 Khối lượng riêng của chất thải rắn có thể thayđổi tuỳ thuộc vào những trạng thái của chúng như chất thải đổ đống có nén hoặckhông nén [3]

Khối lượng riêng của rác sẽ khác nhau tùy theo vị trí địa lý, mùa trong năm,thời gian lưa trữ, … Do đó, khi chọn giá trị khối lương riêng cần phải xem xét cảnhững yếu tố này để giảm bớt sai số kéo theo cho các phép tính toán Khối lượngriêng của rác sinh hoạt ở các khu đô thị lấy từ các xe ép rác thường giao độngkhoảng từ 300 đến 700 lb/yd3 (từ 178 đến 415 kg/m3), và giá trị đặc trương thườngvào khoảng 500 lb/yd3 (297 kg/m3) [3]

•Độ ẩm

Độ ẩm chất thải rắn là tỷ số giữa lượng nước có trong một lượng chất thải vàkhối lượng chất thải đó Độ ẩm chủa chất thải rắn thường được biểu diễn theo mộttrong hai cách: tính theo thành phần phần trăm khối lượng ước và thành phần phầntrăm khối lượng khô Trong lĩnh vực quản lý chất thải rắn, phương pháp khốilượng ước thông dụng hơn [3]

Bảng 1.4 Khối lượng riêng và hàm lượng ẩm của các chất thải có trong rác sinh

(Nguồn: TS Nguyễn Trung Việt và cộng sự, 2016)

•Kích thước và sự phân bố kích thước

Kích thước và sự phân bố kích thước của các thành phần có trong chất thải rắnđóng vai trò quan trọng đối với quá trình thu hồi vật liệu, nhất là khi sử dụng

phương pháp cơ học như sàng quay và các thiết bị tách loại từ tính [3].

•Khả năng tích ẩm (Field Capacity)

Khả năng tích ẩm của chất thải rắn là tổng lượng ẩm mà chất thải có thể tích trữđược Đây là thông số có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định lượng nước rò rỉsinh ra từ bãi chôn lấp Phần nước dư vượt quá khả năng tích trữ của chất thải sẽthoát ra ngoài thành nước rò rỉ Khả năng tích ẩm sẽ thay đổi tùy theo điều kiệnnén ép rác và trạng thái phân hủy của chất thải Khả năng tích ẩm của chất thải rắnsinh hoạt của khu dân cư và khu thương mại trong trường hợp không nén có thể

dao động trong khoảng 50- 60% [3].

•Độ thẩm thấu của rác nén

(Hydraulic conductivity) Tính dẫn nước của chất thải đã nén là thông số vật lýquan trọng khống chế sự vận chuyển của chất lỏng và khí trong bãi chôn lấp Độthẩm thấu thực, chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất thải rắn, kể cả sự phân bốkích thước lỗ rỗng, bề mặt và độ xốp Giá trị độ thẩm thấu đặc trưng đối với chất

ủ phân compost hiếu khí

thải rắn đã nén trong một bãi chon lấp thường dao động trong khoảng 10-11 đến 10

-12 m2 theo phương thẳng đứng và khoảng 10-10 m2 theo phương ngang [3].

1.5.2 Tính chất hóa học

Tính chất hóa học đóng vai trò rất quan trọng trong việc lựa chọn phương pháp

xử lý và thu hồi nguyên liệu Ví dụ, khả năng cháy phụ thuộc vào tính chất hóa họccủa chất thải rắn, đặc biệt trong trường hợp chất thải là hỗn hợp của những thành phầncháy được và không cháy được Đối với phần rác hữu cơ dùng làm phân compost hoặcthức ăn gia súc, ngoài thành phần những nguyên tố chính, cần phải xác định thành

phần các nguyên tố vi lượng [4].

•Những tính chất cơ bản [4]:

(1) Độ ẩm ( phần ẩm mất đi khi sấy ở 105 trong thời gian 1 giờ)

(2) Thành phần các chất cháy bay hơi (phần khối lượng mất đi khi nung ở 950trong tủ nung kín)

(3) Thành phần Carbon cố định (thành phần có thể cháy được còn lại sau khi thảicác chất có thể bay hơi)

(4) Tro (phần khối lượng còn lại sau sau khi đốt trong lò hở)

•Điểm nóng chảy của tro

Điểm nóng chảy của tro là nhiệt độ mà tại đó tro tạo thành từ quá trình đốt cháychất thải bị nóng chảy và kết dính tạo thành dạng rắn (xỉ) Nhiệt độ nóng chảy đặctrưng đối với xỉ từ quá trình đốt rác sinh hoạt thường dao động trong khoảng từ

2000 đến 2200 (1100 đến 1200) [4]

•Các nguyên tố cơ bản trong chất thải rắn

Các nguyên tố cơ bản trong chất thải rắn cần phân tích bao gồm C (Carbon), H(Hydro), O (Oxy), N (Nito), S (Lưu huỳnh), và tro Thông thường, các nguyên tốthuộc nhóm Halogen cũng được xác định do các dẫn xuất của Clo thường tồn tạitrong thành phần khí thải khi đốt rác Kết quả xác định các nguyên tố cơ bản nàyđược sử dụng để xác định công thức hóa học của thành phần chất hữu cơ có trongchất thải cũng như xác định tỷ lệ C/N thích hợp cho quá trình làm phân compost

[4].

Bảng 1.5 Hàm lượng C, H, O, N, S trong CTR

STT Thànhphần Tính theo phần trăm trọng lượng khô

Carbon Hydro Oxy Nito Tro huỳnhLưu

(Nguồn: Trần Hiếu Nhuệ và cộng sự, 2001)

Bảng 1.5 cho thấy thành phần C là cao nhất, tùy theo mỗi loại rác mà thành phầncủa nó cũng thay đổi Thành phần này được sử dụng để xác định nhiệt trị của chất thảirắn

•Năng lượng chứa trong các thành phần của chất thải rắn

Năng lượng chứa trong thành phần chất hữu cơ có trong rác có thể xác địnhbằng cách:

(1) Sử dụng lò hơi như một thiết bị đo nhiệt lượng

(2) Thiết bị đo nhiệt lượng trong phòng thí nghiệm

(3) Tính toán nếu biết các thành phần nguyên tố

Tuy nhiên, phương án sử dụng lò hơi khó thực hiện nên hầu hết số liệu về nănglượng của các thành phần chứa trong rác đều được xác định bàng máy đo nhiệt

lượng trong phòng thí nghiệm [4].

Bảng 1.6 Năng lượng và phần chất trơ có trong rác sinh hoạt khu dân cư

Thành phần (*)Phần chất trơ (%) (**) Năng lượng (Btu/lb)

Dao động Đặc trưng Dao động Đặc trưng

Chất hữu cơ

Chất thải thực phẩm 2 – 8 5.0 1500 – 3000 2000

Carton 3 – 6 5.0 6000 – 7500 7000Nhựa 6 – 20 10.0 12000 – 16000 14000Vải 2 – 4 2.5 6500 – 8000 7500Cao su 8 – 20 10.0 9000 – 12000 10000

Da 8 – 20 10.0 6500 – 8500 7500Rác vườn 2 – 6 4.5 1000 – 8000 2800

Gỗ 0.6 – 2 1.5 7500 – 8500 8000

Chất vô cơ

ủ phân compost hiếu khí

Thủy tinh(***) 96 – 99+ 98.0 50 – 100 60Lon thiếc(***) 96 – 99+ 98.0 100 – 500 300

-Các kim loại khác(***) 94 – 99+ 98.0 100 – 500 300Bụi, tro, 60 – 80 70.0 1000 – 5000 3000Chất thải rắn sinh hoạt 4000 – 6000 5000

(Nguồn: TS Nguyễn Trung Việt và cộng sự, 2016)

(*) Sau khi cháy hoàn toàn

(**) Theo thành phần thu gom được

(***) Năng lượng có từ lớp phủ, nhãn hiệu và những vật liệu đính kèm

Btu/lb x 2,326 = kJ/kg

•Chất dinh dưỡng và những yếu tố cần thiết khác

Nếu thành phần chất hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt được sử dụng làmnguyên liệu sản xuất các sản phẩm thông qua quá trình chuyển hóa sinh học (phâncompost, methane, ethanol, ) Số liệu về chất dinh dưỡng và những nguyên tốcần thiết khác trong chất thải đóng vai trò quan trọng nhằm đảm bảo dinh dưỡngcho vi sinh vật cũng như yêu cầu của sản phẩm sau quá trình chuyển hóa sinh học

trình sau [1]:

2CH3CHOHCOOH + SO42- → 2CH3COOH + S2- + 2H2O +2CO2

4H2 + SO42- S2- + 4H2O

S2- + 2H+ H2S

Sự phân hủy sinh hóa các chất hữu cơ có chưa gốc lưu huỳnh có thể tạo thành

các chất nặng mùi như metyl mercaptan và aminobutyric acid [1]:

CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH + 2H+→ CH3SH + CH3CH2CH2(NH2)COOH

Metionin metyl mercaptan aminobutyric acid

Metyl mercaptan có thể bị thủy phân hóa thành methanol và hidro sunphua [1]:

CH3SH +H2O → CH3OH +H2SIon Sulfide có thể kết hợp với muối kim loại sẵn có, ví dụ muối sắt, tạo thành

sulfide kim loại [1]:

S2- + Fe2+ FeSMàu đen của chất thải rắc đã phân hủy kỵ khí ở bãi chôn lấp chủ yếu là do sựhình thành các muối sulfide kim loại Nếu không tạo thành các muối này, vấn đề

mùi của bãi chôn lấp sẽ trở nên nghiêm trọng hơn [1].

•Sự sinh sản ruồi nhặng

Vào mùa hè cũng như tất cả các mùa của những vùng có khí hậu ấm áp, sự sinhsản ruồi ở khu vực chứa rác là vấn đề đáng quan tâm Quá trình phát triển từ trứngthành ruồi thường ít hơn 2 tuần kể từ ngày đẻ trứng Thông thường chu kỳ phát

triển của ruồi ở khu dân cư từ trứng thành ruồi có thể biểu diễn như sau [1]:

Trướng phát triển : 8 – 12 giờ

Giai đoạn đầu của ấu trùng : 20 giờ

Giai đoạn thứ hai của ấu trùng : 24 giờ

Giai đoạn thứ ba của ấu trùng : 3 ngày

Giai đoạn nhộng : 4 – 5 ngày

Bảng 1.7 Các quá trình biến đổi áp dụng trong xử lý CTR

Quá trình biến đổi Phương pháp biến đổi Biến đổi hoặc thay đổi cơ

− Sử dụng lực hoặc

áp suất

− Sử dụng lực cắt, nghiền hoặc xay

− Các thành phần riêng biệt trong hỗn hợp chất thải

đô thị

− Giảm thể tích ban đầu

− Biến đổi hình dáng ban đầu và giảm kích thướcHóa học

− Nhiệt phân − Oxy hóa bằng nhiệt

− Sự chưng cất phân

− CO2, SO2 ,sản phẩmoxy hóa khác, troTổng cộng:

9 -11 ngày

ủ phân compost hiếu khí

− Đốt thiếu khí − Khí gồm hỗn hợp

khí, cặn dầu và than

− CH4, CO2, khí ở dạng vết, chất thải còn lại

− CH4, CO, sản phẩm phân hủy còn lại mùn hoặc bùn

Nguồn: Nguyễn Văn Phước – Giáo trình quản lý và xử lý chất thải rắn, NXB Xây

Dựng – Hà Nội, 2008.

HIẾU KHÍ

2.1 Tổng quan về phương pháp ủ phân sinh học

2.1.1 Quá trình làm phân Compost

Quá trình làm phân compost là quá trình sinh học thường dùng để chuyển hóaphần chất hữu cơ trong CTRSH thành dạng humus bền vững được gọi là compost.Những chất có thể sử dụng làm compost bao gồm: rác vườn, CTRSH đã phân loại,CTRSH hỗn hợp, kết hợp CTRSH và bùn từ trạm xử lý nước thải [6]

Tất cả các quá trình làm compost đều xảy ra theo ba bước: (1) xử lý sơ bộCTRSH, (2) phân hủy hiếu khí chất hữu cơ của CTRSH và (3) bổ sung chất cần thiết

để tạo thành compost có thể tiêu thụ trên thị trường [6]

Trong quá trình làm phân compost hiếu khí, các vi sinh vật tùy tiện và hiếu khíbắt buộc chiếm ưu thế Ở giai đoạn đầu – pha thích nghi, giai đoạn cần thiết để vi sinhvật thích nghi với môi trường mới – vi sinh vật ưu lạnh (mesophilic) chiếm ưu thếnhất Khi nhiệt độ gia tăng – pha tăng trưởng và pha ưu nhiệt – vi sinh vật chịu nhiệt(thermophilic) lại là nhóm trội hơn trong khoảng 5 – 10 ngày Và giai đoạn cuối cùng –

pha trưởng thành – khuẩn tia (actinomycetes) và mốc xuất hiện Do các loại sinh vậtnày có thể không tồn tại trong CTRSH ở nồng độ thích hợp, nên cần bổ sung chúngvào vật liệu làm phân như là chất phụ gia [6].

Phương pháp ủ compost có thể được phân loại theo các chất thải rắn được chứatrong container hay không (phương pháp ủ ngoài trời và phương pháp ủ trongcontainer), hoặc theo cách oxygen được cung cấp tới phần ủ compost (phương phápthổi khí cưỡng bức và phương pháp thổi khí thụ động), hoặc theo hình dạng phần ủcompost (phương pháp ủ theo luống dài – windrow, hay phương pháp ủ theo đống) [6]

2.1.2 Định nghĩa compost và quá trình chế biến compost

Theo Haug, 1993, quá trình chế biến compost và compost được định nghĩa nhưsau: Quá trình chế biến compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn định của chấthữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ themorpholic Kết quả của quá trình ohan6 hủy sinhhọc tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn định, không mang mầm bệnh và có ích trongviệc ứng dụng cho cây trồng [7]

Compost là sản phẩm của quá trình chế biến compost, đã được ổn định nhưhumus, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo các côn trùng, có thể được lưu trữ antoàn và có lợi ích cho sự phát triển của cây trồng [7]

Chính xác những chuyển hóa hóa – sinh diễn ra trong quá trình composting vẫnchưa được nghiên cứu chi tiết Các giai đoạn khác nhau trong quá trình composting cóthể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau [7]:

ủ phân compost hiếu khí

1 Pha thích nghi (laten phase) là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môitrường mới

2 Pha tăng trưởng (groth phase) đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủysinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic

3 Pha ưu nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất đây là giai đoạn

ổn định hóa chất và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất Phản ứng hóa sinh nàyđược đặc trưng bằng các phương trình sau đây trong trường hợp làm phân composthiếu khí và kỵ khí như sau:

CHONS + O2 +VSVhiếu khí → CO2 + NH3 +sp khác + năng lượng

CHONS + O2 + VSVkỵ khí→CO2 + H2S + NH3 + CH4 + sp khác + năng lượng

4 Pha trưởng thành (malnutrition phase) là giai đoạn nhiệt độ đến mức mesophilic vàcuối cùng bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm vàthích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (là quá trình chuyển hóa các chất phức tạphữu cơ thành mùn) và các chat khoáng (sắt, canxi, nito…) và cuối cùng thành mùn.Các phản ứng nitrate hóa, trong đó ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định hóachất như trình bày ở 2 phương trình trên bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrite (NO2-)

và cuối cùng thành nitrate (NO3-) cũng xảy ra như sau:

NH4+ + 3/2 O2→ NO2- +2H+ +H2O

NO2- +1/2 O2 → NO3

-Vì NH4 cũng được tổng hợp trong mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho quá trìnhtổng hợp trong mô tế bào:

NH4 +4CO2 +HCO3- +H2O → C5H7NO2 +5O2

Phương trinh phản ứng nitrate hóa tổng cộng như sau:

22NH4+ + 4CO2 +37O2 + HCO3-→ 21NO3- + C5H7NO2 +20H2O +42H+

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng

2.2.1 Các yếu tố vật lý

− Nhiệt độ

Nhiệt độ trong khối ủ là sản phẩm phụ của sự phân hủy các hợp chất hưu cơ bởi visinh vật, phụ thuộc và kích thước của đống ủ, độ ẩm, không khí và tỷ lệ C/N, mức độxáo trộn và nhiệt độ môi trường xung quanh [8].

Nhiệt độ trong hệ thống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá trình ủ, phụthuộc vào lượng nhiệt tạo ra bởi các vi sinh vật và thiết kế của hệ thống [8]

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trongquá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một thông số giám sát và điều khiển quátrình ủ CTR Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì là 55 – 65oC, vì ở nhiệt độ nhà, quátrình chế biến phân hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt nhiệt độ tăng trên ngưỡng này

vi sinh vật sẽ bị ức chế hoạt động Ở nhiệt độ thấp hơn, phân hưu cơ không đạt tiêuchuẩn về xử lý mầm bệnh [8]

Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệuchỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách chephủ hợp lý [8]

− Độ ẩm

Độ ẩm (nước) là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá trìnhchế biến phân hữu cơ Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan dinh dưỡng vào nguyênsinh chất của thế bào [8]

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân CTR nằm trong khoảng 50 -60% Các vi sinhvật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy CTR thường tập trung lại lớpnước mỏng trên bề mặt của phân tử CTR Nếu độ ẩm quá nhỏ (<30%) sẽ hạn chế hoạtđộng của vi sinh vật, còn khi độ ẩm quá lớn (>65%) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại,

sẽ chuyển sang chế đệ phân hủy kỵ khí vì quá trình trao đổi khí bị cản trở do hiệntượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉ chất đinhdưỡng và lan truyền vi sinh vật gây bệnh [8]

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt dungriêng cao hơn tất cả các vật liệu khác [8]

ủ phân compost hiếu khí

Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào Độ ẩm cao có thể điềuchỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như: mạt cưa, rơm, rạ…Thông thường độ ẩm của phân bắc bùn và phân động vật thường cao hơn giá trị tối

ưu, do đó cần bổ sung phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối với hệ thốngsản xuất phân hữu cơ liên tục, độ ẩm có thể khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩmphân hữu cơ [8]

− Độ xốp

Độ xốp là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ Độ xốp tối

ưu sẽ thay đổi tùy theo loại vật liệu chế biến phân Thông thường, độ xốp trong quátrình chế biến diễn ra tốt trong khoảng 35 -60%, tối ưu là 32 – 36% [8]

Độ xốp của CTR ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho sựtrao đổi chất, hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các phần tử hữu cơhiện điện trong các vật liệu ỉ Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế

sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ Ngược lại, độ xốp cao có thểdẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt [8]

Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ lệ trộnhợp lý [8]

− Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân rác

Kích thước và hình dạng của các đống ủ có ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt độ

và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy [8]

− Thổi khí

Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để vi sinh vta65 sửdụng cho sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt.Nếu khí không được cung cấp đầy đủ thì trong khối ủ sẽ có những vùng kỵ khí, gâymùi hôi [8]

Lượng không khí được cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể thực hiện bằng cách[8]:

Cấp khí bằng phương pháp htoi63 khí đạt hiệu quả hân hủy cao nhất tuy nhiên,lưu lượng khí phải được khống chế thích hợp Nếu cấp quá nhiều khí sẽ làm cho chiphí sản xuất tăng và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo

an toàn vì có thể chứa vi sinh vật gây bệnh Khi pH của môi trường trong khối phânlớn hơn 7, cùng với quá trình thổi khí sẽ làm mất đi một lượng nito dưới dạng NH3.Trái lại, nếu thổi khí quá ít, môi trường bên trong khối phân trở thành kỵ khí Vận tốcthổi khí cho quá trình ủ phân thường trong khoảng 6 – 10 m3 khí/ tấn nguyên liệu/h[8]

2.2.2 Các yếu tố hóa sinh

− Tỷ lệ C/N

Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học: trong đócacbon và nito là cần thiết nhất, tỉ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất;photpho (P) là nguyên tố quan trọng kế tiếp; lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và các nguyên

tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của tế bào[8]

Khoảng 20 – 40%C của chất thải hữu cơ (trong chất thải nạp liệu) cần thiết cho quátrình đồng hóa thành tế bào mới, phần còn lại chuyển hóa thành CO2 Cacbon cung cấpnăng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra 50% khối lượng tế bào vi sinh vật Nito làthành phần chủ yếu của protein, acid nucleic, acid amin, enzyme, co-enzyme cần thiếtcho sự phát triển và hoạt động của tế bào [8]

ủ phân compost hiếu khí

Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1 Ở mức tỷ lệ thấp hơn, Nito

sẽ thừa và sinh ra khí NH3, nguyên nhân gây ra mùi khai Ở mức tỷ lệ cao hơn, sựphân hủy xảy ra chậm [8]

Khi bắt đầu quá trình ủ phân rác, tỷ lệ C/N giảm dần từ 30:1 xuống còn 15:1 ở cácsản phẩm cuối cùng là do hai phần ba cacbon được giả phóng dưới dạng CO2 khi cáchợp chất hữu cơ bị phân hủy bơi vi sinh vật [8]

Mặc dù đạt tỷ lệ C/N khoảng 30:1 là mục tiêu tối ưu trong quá trình ủ phâncompost, nhưng tỷ lệ này có thể được hiệu chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ,trong đó quan trọng nhất là cần quan tâm tới các thành phần có hàm lượng lignin cao[8]

Trong thực tế việc tính toán và hiệu chỉnh tỷ lệ C/N tối ưu gặp phải nhiều khó khănsau [8]:

• Một phần các cơ chất như lignin và cellulose khó bị phân hủy sinh học, chỉ

bị phân hủy một phần sau một khoảng thời gian dài

• Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật không có sẵn

• Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới sự tác dụng của nhóm vi khuẩnAzotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO43-

• Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác Hàm lượng cacbon có thểxác định bằng phương trình sau:

%C =

%C trong phương trình này là lượng vật liệu còn lại sau khi nung ở nhiệt độ 550oCtrong 1 giờ Do đó một số lượng lớn chất thải chứa phần lớn nhựa (là thành phần bịphân hủy ở 550oC) sẽ có giá trị %C cao, nhưng đa phần không có khả năng phân hủysinh học [8]

Nếu tỷ lệ C/N của CTR làm phân cao hơn giá trị tối ưu, sẽ hạn chế sự phát triểncủa vi sinh vật do thiếu lượng N Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hóa, oxyhóa phần cacbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp Do đó thời gian cần thiết choquá trình làm compost bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn Theonghiên cứu cho thấy, nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trình làm

phân là 12 ngày, nếu tỷ lệ này dao động trong khoảng 20 -50, thời gian cần thiết sẽ là

14 ngày và nếu tỷ lệ này là 78 thì thời gian cần thiết là 21 ngày [8]

Oxy cũng là một trong những thành phần queyt61 định chất lượng của phâncompost Khi vi sinh vật oxy hóa cacbon tạo năng lượng, oxy được sử dụng để tạo rakhí CO2 Khi không có đủ oxy môi trường sẽ trở nên yếm khí và tạo ra mùi hôi nhưmùi trứng gà thối của H2S [8]

Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5% Nồng độ oxylớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân rác hiếu khí [8]

− Dinh dưỡng

Cung cấp đủ P, Kali và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Zn, Cu, Bo…là cần thiếtcho sự chuyển hóa của vi sinh vật thông thường, các chất dinh dưỡng này không cógiới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồn nguyên liệu choquá trình ủ phân compost [8]

giá trị pH trong khoảng 5,5 -8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình ủ phân.Các vi sinh vật nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ TRong giađoạn đầu của quá trình ủ, các acid này tích tụ và làm giảm giá trị pH, kìm hãm sự phânhủy lignin và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ Nếu

hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm giảm pH đến 4,5 và gấy ảnhhưởng nghiệm trọng đến hoạt động của vi sinh vật [8]

− Vi sinh vật

Chế biến phân hưu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vậtkhác nhau được sử dụng Vi sinh vật trng quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm:Actinomycetes và vi khuẩn Những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, có

ủ phân compost hiếu khí

thể bổ sung thêm vi sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ranhanh hơn và hiệu quả hơn [8]

− Chất hữu cơ

Vận tốc phân hủy dao động tùy theo thành phần, kích thước, tính chất của chất hữu

cơ Chất hữu cơ hòa tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hòa tan Lignin vàlingo cellulose là những chất phân hủy rất chậm [8]

Bảng 2.1 Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí

Kích thước Quá trình ủ hiệu quả tối ưu khi kích

thước CTR khoảng 25 -75 mm

Tỷ lệ C/N Tỷ lệ C/N tối ưu dao động từ 25 -50

ở tỷ lệ thấp hơn, dư NH3 hoạt tính sinhhọc giảm

ổ tỷ lệ cao hơn chất dinh dưỡng bị hạnchế

Pha trộn Thời gian ủ ngắn hơn

Độ ẩm Nên kiểm goat trong phạm vi 50 -60%

trong suốt quá trình ủ Tối ưu là 55%

Đảo trộn Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng

bánh và sự tạo thành rãnh khí, trong quátrình làm phân hữu cơ, CTR phải đượcxáo trộn định kỳ Tần suất đão trộn phụthuộc vào quá trình thực hiện

Nhiệt độ Nhiệt độ phải được duy trì trong khoảng

50 -55oC đối với một vài ngày đầu và 55– 60oC trong những ngày sau đó Trên

66oC hoạt tính vi sinh vật giảm đáng kểKiếm soát mầm bệnh Nhiệt độ 60 -70 oC, các mầm bệnh bị tiêu

diệtNhu cầu về không khí Lượng oxy cần thiết được tính toán dựa

trên cần bằng tỷ lượng không khí chứaoxy cần thiết phải được tiếp xúc đều vớitất cả các phần tử của CTR làm phân

pH Tối ưu: 7 – 7,5 Để hạn chế sự bay hơi N

– NH3, pH không được vượt quá 8,5Mức độ phân hủy Đánh giá qua sự giảm nhiệt độ và thời

gian cuốiDiện tích đất yêu cầu Công suất 50T/ ngày cần 1hecta đất

Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993.

2.3 Phương pháp chế biến phân compost hiếu khí

Các phương pháp sản xuất compost hiện nay có thể được phân loại theo nhiềucách khác nhau như sau:

2.3.1 Phương pháp ủ compost theo luống dài với thổi khí thụ động có xáo trộn (Turned, passively aerated windrows)

Trong phương pháp ủ compost theo luống dài với thổi khí thụ động có xáo trộn,vật liệu được sắp xếp theo luống dài và hẹp không khí oxygen được cung cấp tới hệthống theo các con đường tự nhiên như gió, lối lưu nhiệt, các luống compostđược xáo trộn định kỳ thường xuyên để xáo trộn đều kích thước chất thải rắn trongluống compost, trộn đều phân bố độ ẩm và hỗ trợ cho thổi khí thụ động Việc xáotrộn được thực hiện bằng cách di chuyển luống compost với xe xúc hoặc bằng xexáo trộn chuyên dụng để xáo trộn luống compost

Ưu điểm:

• Do xáo trộng thường xuyên nên chất lượng compost thu được khá đồng đều;

• Vốn đầu từ và chi phí vận hành thấp vì không cần hệ thống cung cấp oxygencưỡng bức

Nhược điểm:

• Cần nhiều nhân công;

• Thời gian ủ dài (3 – 6 tháng);

• Sử dụng thổi khí thụ động nên khó quản lý, đặc biệt là khó kiểm soát nhiệt độ

và mầm bệnh;

• Xáo trộn luống compost thường gây thất thoát nito và gây mùi;

• Quá trình ủ có thể bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, ví dụ như mưa có thểgây ảnh hưởng bất lợi cho quá trình ủ;

• Phương pháp thổi khí thụ động cần một lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc và loạivật liệu này phù hợp với phương pháp thì ít hơn so với các phương pháp khác

2.3.2 Phương pháp ủ compost theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức

Trong phương pháp này, vật liệu ủ được sắp xếp thành đống hoặc luống dài.Không khí (oxygen) được cung cấp tới hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bom7nen1khí và hệ thống phân phối khí như ống phân phối khí hoặc sản phẩm phân phối khí

Ưu điểm:

• Dễ kiểm soát khi vận hành hệ thống, đặc biệt là kiểm soát nhiệt độ và nồng độoxygen trong luống ủ compost;