Ảnh hưởng của nguồn chất thải hữu cơ tới lượng khí sinh học hình thành trong quá trình phân hủy yếm khí

Nhan đề : Ảnh hưởng của nguồn chất thải hữu cơ tới lượng khí sinh học hình thành trong quá trình phân hủy yếm khí Tác giả : Đào Văn Hải Người hướng dẫn: Đỗ Trọng Mùi Từ khoá : Chất thải rắn hữu cơ; Phân hủy yếm khí Năm xuất bản : 2019 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan chất thải rắn và chất thải hữu cơ, công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp yếm khí; mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu; kết quả và đánh giá.

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Ảnh hưởng của nguồn chất thải hữu cơ tới lượng khí sinh học hình thành trong

quá trình phân hủy yếm khí

ĐÀO VĂN HẢI

daohaimt@gmail.com

Ngành Kỹ thuật Môi trường Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

Giáo viên hướng dẫn: TS Đỗ Trọng Mùi

Bộ môn: Quản lý Môi trường

Viện: Khoa học và Công nghệ Môi trường

HÀ NỘI, 11/2019

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp

đỡ hết sức tận tình của cán bộ nghiên cứu phòng Công nghệ cao và Phân tích môi trường – Công ty Cổ Phần Kỹ thuật môi trường Đại Việt đồng thời cũng nhận được

sự chỉ bảo tận tình từ các thầy cô tại Viện Khoa học và Công nghệ môi trường – Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn của mình tới TS Đỗ Trọng Mùi - Bộ môn Quản lý Môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới tập thể các cán

bộ của Phòng Công nghệ cao và Phân tích môi trường – Công ty Cổ Phần Kỹ thuật môi trường Đại Việt - những người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin dành lời cảm ơn tiếp theo tới tập thể giảng viên Viện Khoa học và Công nghệ môi trường – Đại học Bách khoa Hà Nội đã dạy dỗ tôi trong suốt quá trình học – những người Thầy, người Cô qua thời gian đã trang bị cho tôi một nền tảng kiến thức khoa học, phương pháp học tập và làm việc

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã động viên, tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua!

Học viên

Đào Văn Hải

Trang 3

Ảnh hưởng của nguồn chất thải hữu cơ tới lượng khí sinh học hình thành trong quá trình phân hủy yếm khí –

Đào Văn Hải – 17BKTMT

i

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN-Tel: (84.24) 38681686-Fax:(84.24) 38693551

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Mục tiêu nghiên cứu 1

2 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 3

1.1 Chất thải rắn và chất thải hữu cơ 3

1.1.1 Khái niệm về chất thải rắn và chất thải hữu cơ 3

1.1.2 Tình hình quản lý chất thải rắn trên thế giới 5

1.1.3 Tình hình quản lý chất thải rắn tại Việt Nam 8

1.2 Công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp yếm khí 10

1.2.1 Sự cần thiết phải xử lý chất thải rắn hữu cơ 10

1.2.2 Tổng quan về công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp yếm khí 11

1.2.2.1 Khí sinh học 11

1.2.2.2 Côn g nghệ xử lý yếm khí 13

1.2.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý 16

1.2.3 Nguồn chất thải cho quá trình xử lý yếm khí 18

1.2.3.1 Chất thải rắn sinh hoạt 19

Trang 4

1.2.3.2 Chất thải công nghiệp 20

1.2.3.3 Chất thải nông nghiệp 21

CHƯƠNG II MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2 Phạm vi nghiên cứu 22

2.3 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 22

2.4 Phương pháp nghiên cứu 22

2.4.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu chất thải rắn hữu cơ 23

2.4.2 Chuẩn bị nguồn vi sinh vật 23

2.4.3 Các phương pháp phân tích 23

2.4.3.1 Phương pháp xác định pH, nhiệt độ 23

2.4.3.2 Phương pháp xác định tổng Nitơ theo phương pháp Kjeldahl 24

2.4.3.3 Phương pháp xác định tổng Cacbon 24

2.4.3.4 Phương pháp xác định TS, VS 24

2.4.4 Quy trình thực nghiệm 25

2.5 Tính toán và xử lý số liệu 28

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 29

3.1 Lựa chọn và phân loại nguồn chất thải 29

3.2 Kết quả phân tích các thông số 30

3.2.1 Kết quả thực nghiệm 30

3.2.2 Đánh giá kết quả xử lý TS và VS 32

3.3 Kết quả thực nghiệm phát sinh khí sinh học của từng loại chất thải 33

3.3.1 Kết quả thực nghiệm 33

Trang 5

iii

3.3.2.1 Thể tích khí sinh học phát sinh theo thời gian 35

3.3.2.2 Tổng thể tích khí sinh học phát sinh 37

3.3.2.3 Mối tương quan giữa hàm lượng VS với khả năng phát sinh khí 39

3.3.2.4 Mối tương quan giữa tỷ lệ C/N với khả năng phát sinh khí 42

3.4 Đề xuất hướng sử dụng khí sinh học tạo thành và chất thải sau xử lý 43

3.4.1 Hướng sử dụng khí sinh học tạo thành 43

3.4.2 Hướng sử dụng chất thải sau xử lý: 44

KẾT LUẬN 45

A Kết luận 45

B Kiến nghị 45

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤ LỤC 50

Trang 6

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các loại chất thải rắn theo các nguồn phát sinh khác nhau 4

Bảng 1.2 Lượng chất thải rắn phát sinh theo đầu người ở một số quốc gia 5

Bảng 1.3 Công nghệ xử lý chất thải rắn 6

Bảng 1.4 Lượng chất thải rắn phát sinh của các vùng ở Việt Nam 8

Bảng 1.5 Thành phần chất thải rắn tại một số bãi chôn lấp 9

Bảng 1.6 So sánh nhiệt trị của khí sinh học với các loại năng lượng khác 13

Bảng 1.7 Một số loại vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy yếm khí 15

Bảng 1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ vi sinh vật 18

Bảng 1.9 Thời gian tái sinh của một số nhóm vi sinh vật 18

Bảng 1.10 Thành phần hữu cơ có trong nguồn chất thải rắn sinh hoạt 19

Bảng 1.11 Thành phần hữu cơ của chất thải công nghiệp 20

Bảng 1.12 Thành phần hữu cơ của chất thải nông nghiệp 21

Bảng 3.1 Bảng phân loại mẫu 29

Bảng 3.2 Kết quả phân tích mẫu trước xử lý và sau xử lý đối với từng loại chất thải 31

Bảng 3.3 Khí sinh học phát sinh đối với từng loại chất thải 34

Bảng 3.4 So sánh mối tương quan giữa VS và thể tích khí phát sinh 40

Bảng 3.5 So sánh mối tương quan giữa tỷ lệ C/N và thể tích khí phát sinh 42

Trang 7

v

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các thành phần có trong chất thải rắn 3

Hình 1.2 Chất thải hữu cơ 4

Hình 1.3 Các hướng đi của dòng chất thải hữu cơ sau quá trình xử lý yếm khí 11

Hình 1.4 Thành phần các khí có trong khí sinh học 12

Hình 1.5 Các bước chuyển hóa trong quá trình phân hủy yếm khí 14

Hình 2.1 Quy trình thực nghiệm 25

Hình 2.2 Mô hình thực nghiệm 26

Hình 2.3 Sơ đồ mô hình đánh giá lượng khí sinh ra 27

Hình 3.1 Biểu đồ đánh giá sự phát sinh khí sinh học theo mốc thời gian đối với nhóm nguồn chất thải phát sinh khí sinh học lớn 35

Hình 3.2 Biểu đồ đánh giá sự phát sinh khí sinh học theo mốc thời gian đối với nhóm nguồn chất thải phát sinh khí sinh học nhỏ 36

Hình 3.3 Tổng thể tích khí sinh học phát sinhtheo mốc thời gian đối với từng nguồn chất thải chất thải phát sinh khí sinh học lớn 38

Hình 3.4 Tổng thể tích khí sinh học phát sinh theo mốc thời gian đối với từng nguồn chất thải chất thải phát sinh khí sinh học nhỏ 38

Hình 3.5 Năng suất sinh khí của từng loại chất thải 41

Trang 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BTNMT Bộ Tài nguyên môi trường

CTNH Chất thải nguy hại

C/N Cacbon/Nitơ

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

Trang 9

Vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải hữu cơ đang là vấn đề thời sự tại hầu hết các bãi rác trên toàn quốc bởi vì chất thải hữu cơ là một loại hình chất thải có tác động mạnh, thường xuyên gây mùi hôi thối, gây ảnh hưởng lớn đến các môi trường xung quanh Xử lý chất thải hữu cơ đạt tiêu chuẩn thải vào môi trường là vấn đề cần thiết nhằm giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường

Tại Việt Nam, mỗi ngày có hàng nghìn tấn chất thải được thải ra cần phải tiêu hủy hoặc đem đi chôn lấp, và chất thải hữu cơ chiếm một lượng rất lớn trong số đó Như vậy, nếu có thể chọn lọc được những nguồn chất thải phù hợp với phương pháp xử lý yếm khí thì có thể tạo ra lợi ích từ việc thu năng lượng đồng thời giảm

thiểu lượng chất thải phải đem đi tiêu hủy và chôn lấp Trên cơ sở đó, đề tài “Ảnh

hưởng của nguồn chất thải hữu cơ tới lượng khí sinh học hình thành trong quá trình phân hủy yếm khí” được lựa chọn để xác định được những nguồn chất thải

thích hợp cho quá trình chuyển đổi chất thải rắn sinh hoạt thành khí sinh học

1 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng sinh khí sinh học từ các nguồn chất thải khác nhau khi xử

lý bằng phương pháp yếm khí trong cùng một điều kiện cụ thể

Đánh giá hiệu quả xử lý các nguồn chất thải khác nhau bằng phương pháp yếm khí trong cùng một điều kiện cụ thể

Trang 10

2 Nội dung nghiên cứu

Phân loại được thành phần của một số loại chất thải rắn phát sinh từ sản xuất nông nghiệp, trang trại và khu dân cư

Xây dựng thí nghiệm xử lý các thành phần hữu cơ dễ phân hủy sinh học bằng phương pháp yếm khí/đồng phân hủy yếm khí

Đánh giá và so sánh hiệu quả sinh khí biogas từ các nguồn chất thải hữu cơ khác nhau

Trang 11

3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 C hất thải rắn và chất thải hữu cơ

1.1.1 Khái niệm về chất thải rắn và chất thải hữu cơ

Chất thải rắn là chất thải ở thể rắn hoặc sệt (còn gọi là bùn thải) được thải ra

từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác [1]

Chất thải rắn có các thành phần như sau:

Thành phần vô cơ của chất thải rắn thường gồm các loại chất thải như: thủy tinh, sành sứ, kim loại, hợp kim, cát, xỉ,…

Thành phần hữu cơ khó phân hủy sinh học gồm các loại chất như: giấy, vải,

gỗ, nhựa, cao su,…

Thành phần hữu cơ dễ phân hủy sinh học gồm các loại chất thải như: xác động vật, phân, các loại thức ăn thừa,…

Trang 12

Các loại chất thải khác nhau phát sinh đối với từng loại nguồn thải được phân loại dưới bảng 1.1:

STT Nguồn phát sinh Thành phần hữu cơ chủ yếu

1 Chất thải rắn đô thị Rác thực phẩm, giấy, vải, da,

3 Chất thải rắn công

nghiệp

Rác thải sinh hoạt của công nhân, dòng thải của quá trình sản xuất, …

4 Chất thải rắn y tế Chất thải nhà bếp, chất thải từ

hoạt động hành chính, …

Trang 13

5

Sự phát triển kinh tế và mức sống được nâng caođi đôi với mức độ tiêu thụ tài nguyên và tỷ lệ phát sinh chất thải rắn Mỗi năm, có khoảng 2 tỷ tấn rác thải được thải ra môi trường và con số này ngày một tăng cao[3] Mức độ đô thị hóa tỷ lệ thuận với lượng chất thải phát sinhtheo đầu người, dân số ở các nước phát triển phát sinh chất thải nhiều hơn ở các nước đang phát triển và kém phát triển Cụ thể, lượng chất thải phát sinh trên đầu người ở các nước phát triển là khoảng 500 kg/người/năm, ở các nước đang phát triển dao động từ 200 kg/người/năm; ở các nước kém phát triển là 50 kg/người/năm[3] Với lượng chất thải rắn phát sinh ngày càng tăng cao thì việc thu gom, phân loại, xử lý chất thải là điều mà mọi quốc gia cần quan tâm Lượng chất thải rắn phát sinh theo đầu người ở một số quốc gia được thể hiện dưới bảng 1.2:

Bảng 1.2 Lượng chất thải rắn phát sinh theo đầu người ở một số quốc gia [4]

Tên nước

Dân số đô thị hiện nay (% tổng

số)

Lượng phát sinh CTR (kg/người/ngày) Nước thu nhập thấp 15,92 0,60

Trang 14

Thành phần hữu cơ đã phân loại; nguyên liệu có thành phần lignin cao được chấp nhận

Tất cả các loại chất thải không bao gồm chất thải nguy hại và chất thải lây nhiễm

Chất thải chưa phân loại

Quy mô Phù hợp với cả quy mô

hộ gia đình, trang trại và quy mô lớn

Phù hợp với cả quy mô

hộ gia đình, trang trại và quy mô lớn

Quy mô lớn Quy mô lớn Quy mô lớn

Điều kiện

áp dụng

Tiền xử lý, đồng nhất nguyên liệu đầu vào;

kiểm soát tốt quá trình phân hủy

Tiền xử lý, đồng nhất nguyên liệu đầu vào; yêu cầu thời gian lưu dài và phải thổi khí thường xuyên; kiểm soát mùi;

nhạy cảm với nhiệt độ và

thành phần ô nhiễm

Tiền xử lý, đồng nhất nguyên liệu đầu vào;

kiểm soát tốt quá trình (nước rỉ rác, khí metan

và các chất ô nhiễm khác)

Tiền xử lý, đồng nhất nguyên liệu đầu vào; kiểm soát tốt quá trình phân hủy (hỗn hợp khí)

Sản phẩm

cuối cùng

Khí sinh học và phân compost

Phân compost Khí sinh học Nhiệt năng Nhiệt năng

Trang 15

Ảnh hưởng của nguồn chất thải hữu cơ tới lượng khí sinh học hình thành trong quá trình phân hủy yếm khí – Đào Văn Hải – 17BKTMT

7

Yêu cầu về năng lực vận hành

Yêu cầu cao về năng lực vận hành

Tác động

đến môi

trường

Ảnh hưởng đến môi trường nếu có sự rò rỉ khí sinh học

Ảnh hưởng đến môi trường qua mùi và côn trùng

Ảnh hưởng bởi mùi và côn trùng; phát sinh khí metan và nước rỉ rác;

không thu hồi được thành phần có khả năng tái chế; có khả năng cháy

nổ

Ô nhiễm do khí hỗn hợp và phát thải chất độc ra môi trường

Ô nhiễm bụi và tiếng

ồn, quá trình vận hành tiêu thụ năng lượng lớn

Trang 16

1.1.3 Tình hình quản lý chất thải rắn tại Việt Nam

Trong những năm qua, tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hóa diễn ra rất nhanh đã trở thành nhân tố tích cực đối với phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích về kinh tế - xã hội, đô thị hóa quá nhanh

đã tạo ra sức ép về nhiều mặt, dẫn đến suy giảm chất lượng môi trường và phát triển không bền vững Lượng chất thải rắn phát sinh ngày càng nhiều và phức tạp

Tỷ lệ phát sinh chất thải rắn bình quân đầu người tính trung bình cho các đô thị trên phạm vi cả nước là 0,75 kg/người/ngày[6]

Bảng 1.4 Lượng chất thải rắn phát sinh của các vùng ở Việt Nam [6]

STT Đơn vị hành

chính

Lượng chất thải rắn phát sinh (kg/người/ngày)

Lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh Tấn/ ngày Tấn/ năm

Trang 17

Ảnh hưởng của nguồn chất thải hữu cơ tới lượng khí sinh học hình thành trong quá trình phân hủy yếm

khí – Đào Văn Hải – 17BKTMT

Xuân Sơn (Hà Nội)

Tràng Cát (Hải Phòng)

Đình

Vũ (Hải Phòng)

Hòa Khánh (Đà Nẵng)

Đa Phước (TP

HCM)

Phước Hiệp (TP

Trang 18

Ngoài lượng chất thải được đưa đi chôn lấp vẫn còn một lượng lớn chất thải không được đưa đi xử lý và chôn lấp theo quy định mà thải thẳng ra môi trường

Ở khu vực đô thị, có khoảng hơn 20% lượng chất thải không được xử lý và ở khu vực nông thôn, tỷ lệ này lớn hơn rất nhiều và không được đánh giá, thống kê cụ thể

Như bảng thống kê và các dữ liệu trên, ta có thể thấy lượng chất thải hữu cơ

bị đưa đi chôn lấp là rất lớn Nếu như có thể sử dụng một số phương pháp xử lý triệt để lượng chất thải, qua đó giảm một lượng rất lớn chất thải phải đem đi chôn lấp, giảm tải cho tình trạng quá tải của các bãi chôn lấp rác thải hiện nay

Có rất nhiều phương pháp xử lý chất thải đã và đang được phát triển và sử dụng trên toàn thế giới như làm phân compost, đốt, nhiệt phân, khí hóa, phân hủy yếm khí Trong đó, công nghệ phân hủy yếm khí với những thế mạnh của mình đang phát triển rất mạnh ở tất cả mọi nơi trên thế giới, nhất là đối với những nước đang phát triển

Việc ứng dụng công nghệ phân hủy yếm khí với những thế mạnh như phù hợp với nhiều quy mô khác nhau (quy mô lớn cho những bãi tập kết rác tập trung

và quy mô nhỏ cho các hộ gia đình, trang trại, …); chi phí xây dựng và vận hành thấp, người vận hành không cần quá nhiều kinh nghiệm, dễ phổ biến; ngoài ra có thể tận dụng được lượng khí sinh học phát sinh và chất thải đầu ra làm nguyên, nhiên liệu là một hướng đi đúng đắn cho vấn đề về chất thải hữu cơ ở Việt Nam, cần nghiên cứu kỹ lưỡng để có thể phát huy tối đa lợi ích thu được, biến chất thải thành nguồn nguyên liệu thứ cấp, sử dụng triệt để trước khi đem đi tiêu hủy và chôn lấp

1.2 Công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp yếm khí

Chất thải rắn hữu cơ là một loại hình chất thải có khối lượng lớn và thường ảnh hưởng rất xấu đến mỹ quan và chất lượng không khí xung quanh

Các chất thải hữu cơ dạng không tan hoặc phân tử lượng cao sẽ phân hủy (đặc biệt là các loại chất thải có nguồn gốc từ động vật) trong môi trường gây

Trang 19

1.2.2 Tổng quan về công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp yếm khí

1.2.2.1 Khí sinh học

Khí sinh học (còn được gọi là Biogas) là một dạng năng lượng thay thế được sản xuất thông qua quá trình xử lý các chất hữu cơ bằng phương pháp yếm khí mà ở đó các thành phần hữu cơ sẽ được chuyển hóa thành một loại khí dễ cháy có thành phần lớn là khí metan (CH4) và các dòng thải khác[7]

Khí sinh học phát sinh có chứa khoảng từ 55 – 70% metan và từ 35 – 40% cacbon dioxit (CO2) Tuy nhiên, tùy vào những điều kiện cụ thể về nguồn chất

Trang 20

thải và quá trình vận hành hệ thống mà khí sinh học có thể sẽ chứa một lượng nhỏ các khí khác như amoniac (NH3), hydro sunfua (H2S) và hơi nước[8]

Khí sinh học có thể được sử dụng làm năng lượng do thành phần chính của khí sinh học là khí metan có trị số nhiệt cao Khả năng cháy của khí sinh học càng cao khi lượng khí metan có trong khí sinh học càng lớn Trong trường hợp, khí metan trong khí sinh học có hàm lượng quá thấp thì khí sẽ không cháy được

và không thể sử dụng làm năng lượng Khí sinh học với hàm lượng metan cao hơn 45% có thể cháy được[8]

Khi đốt cháy metan sẽ tạo ra ngọn lửa màu xanh lơ nhạt và sinh nhiệt dựa theo phản ứng sau: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O [9]

Nhiệt trị của khí sinh học vào khoảng 6,0 – 6,5 kWh/m3, tùy thuộc vào lượng metan trong khoảng 55 – 70% thể tích khí sinh học Nhiệt lượng thu được

từ việc đốt khí sinh học có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng cho nhiều mục đích khác nhau[2]

Trang 21

13

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN-Tel: (84.24) 38681686-Fax:(84.24)

38693551

Bảng 1.6 So sánh nhiệt trị của khí sinh học với các loại năng lượng khác [2]

STT Loại năng lượng Nhiệt trị So sánh với 1 m khí sinh học 3

Quá trình phân hủy yếm khí được thực hiện qua các bước khác nhau với các nhóm vi sinh vật khác nhau, hoạt động đồng thời để phân hủy những thành phần hữu cơ trong chất thải đến khi ra sản phẩm cuối cùng là khí sinh học

Trang 22

Hình 1.5 Các bước chuyển hóa trong quá trình phân hủy yếm khí

Bước 1: Quá trình thủy phân: Quá trình này thường là quá trình chậm nhất

trong các quá trình phản ứng Tại bước này, các vi sinh vật thủy phân các đại phân tử hữu cơ như Cacbonhydrat, Protein và chất béo thành các monomer và polymer (ví dụ như amino axit, monosaccarit và các axit béo) Quá trình này rất quan trọng bởi các đại phân tử hữu cơ thường quá lớn để các nhóm vi sinh vật khác có thể hấp thụ trực tiếp và sử dụng [2]

Trang 23

15

38693551

Bước 2: Quá trình axit hóa: có thể chia làm 2 giai đoạn axit hóa và axetat

hóa Quá trình được thực hiện bởi các vi sinh vật axit hóa và vi sinh vật axetat hóa, chúng phân hủy các sản phẩm của quá trình thủy phân thành các chất đơn giản hơn như axetat, CO2 và H2 [2]

Bước 3: Quá trình metan hóa: các vi sinh vật metan hóa phân hủy các sản

phẩm cuối cùng của quá trình axit hóa để tạo thành CH4 và CO2 [2]

.[9]

[9]

Bảng 1.7 Một số loại vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy yếm khí [10]

STT Nhóm vi sinh vật Loà i vi sinh vật

Trang 24

1.2.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý

Các vi sinh vật cần có đủ dinh dưỡng và một môi trường đủ điều kiện để có thể sống và phát triển Một số yếu tố dặc trưng ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng của khí sinh học bao gồm: chất lượng nguồn thải hữu cơ, nhiệt độ, pH và các độc chất đối với vi sinh vật

Trang 25

17

38693551

Chất lượng nguồn thải hữu cơ: Quá trình phân hủy yếm khí hoạt động hiệu

quả nhất đối với các loại chất thải hữu cơ được thu gom trong khoảng thời gian không quá 7 ngày Chất thải hữu cơ phải được phân loại riêng biệt, loại bỏ đất đá, cát sỏi, … Các loại chất thải có nguồn gốc từ động vật có tiềm năng lớn hơn trong việc tạo thành khí Khí sinh học Các loại chất thải có lượng Cellulose cao phân hủy không tốt nên cần loại bỏ bớt để có thể sinh ra nhiều khí sinh học hơn[7]

Nhiệt độ: Có 2 khoảng nhiệt độ được sử dụng trong phương pháp yếm khí

ứng với 2 nhóm vi sinh vật ưa ấm (37oC), ưa nóng (55oC) Các vi sinh vật metan hóa rất nhạy cảm với nhiệt nên cần phải điều chỉnh nhiệt độ để các vi sinh vật

này hoạt động hiệu quả nhất để tạo ra được khí sinh học có chất lượng tốt nhất Khoảng nhiệt độ từ 37 – 40oC là tối ưu nhất đối với nhóm vi sinh vật metan hóa[7,11]

pH: Việc duy trì pH trong quá trình hoạt động là rất quan trọng đối với phương pháp Các vi khuẩn axit hóa ưa pH ở dưới 5, các vi khuẩn metan hóa ưa

pH ở trên 6,2 Vào thời điểm hệ thống bắt đầu hoạt động, pH sẽ giảm do sự tạo thành các axit bay hơi tuy nhiên các vi khuẩn metan hóa sẽ chuyển hóa các axit

đó làm pH tăng lên và đạt trạng thái cân bằng Ở pH khoảng 6,8 – 7,2 thì các axit bay hơi sẽ được chuyển hóa thành CH4 và CO2 Chú ý, nếu pH giảm xuống dưới 6,0 thì sẽ phát sinh rất nhiều khí CO2 Phần lớn các vi sinh vật yếm khí hoạt động tốt trong khoảng pH từ 6,8 – 7,2[7,11]

Thời gian lưu: Thời gian lưu trong phương pháp yếm khí là khoảng thời

gian trung bình của vật chất hữu cơ từ khi bắt đầu quá trình phân hủy đến khi kết thúc Thời gian lưu được xem là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật và cần được tối ưu hóa Lượng vật chất được lưu lại phân hủy càng lâu thì vật chất phân hủy được càng nhiều, phát sinh ra lượng khí sinh học càng lớn Tuy nhiên nếu thời gian lưu quá lớn sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của hệ thống Thời gian lưu tối ưu trong phương pháp vào khoảng

từ 25 – 30 ngày[12]

Các độc chất đối với vi sinh vật: Các kim loại kiềm như magie, canxi, natri

và kali với nồng độ cao có thể gây độc cho các vi sinh vật Các chất thải có tỷ lệ

Trang 26

C:N thấp có thể gây hại cho vi sinh vật do tạo ra hàm lượng tổng amoni và axit béo bay hơi cao[10]

Tổng hợp một số yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của hệ

vi sinh vật được thể hiện ở bảng 1.6 và thời gian tái sinh của các nhóm vi sinh vật được thể hiện ở bảng 1.7:

Bảng 1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ vi sinh vật [13]

STT Yếu tố Nhóm vi sinh vật thủy

phân và axit hóa

Nhóm vi sinh vật metan hóa

6 Nguyên tố vi lượng Không yêu cầu Thiết yếu cần: Ni, Co, Mo

Bảng 1.9 Thời gian tái sinh của một số nhóm vi sinh vật [13]

STT Nhóm vi sinh vật Thời gian tái sinh

3 Axetat hóa Từ 80 – 90 giờ

Trang 27

19

38693551

1.2.3.1 Chất thải rắn sinh hoạt

Chất thải rắn sinh hoạt là chất thải phát sinh trong các hoạt động sinh hoạt của con người Thành phần hữu cơ trong chất thải rắn sinh hoạt có thể gồm các thành phần chính là chất thải thực phẩm, chất thải khu vệ sinh và chất thải vườn Các thành phần hữu cơ trong chất thải rắn sinh hoạt có thể được phân loại riêng

và làm sạch trước khi đưa vào xử lý yếm khí[14]

Bảng 1.10 Thành phần hữu cơ có trong nguồn chất thải rắn sinh hoạt

STT Loại

chất thải

Thành phần chất thải Đặc tính

Tác động tới môi trường

1 Chất thải

thực

phẩm

Thực phẩm thừa, phụ phẩm trong quá trình nấu ăn, rau củ quả thối hỏng, …

Tỷ lệ chất rắn khá cao, giàu thành phần hữu

cơ dễ phân hủy

Gây mất mỹ quan, làm môi trường cho các vi sinh vật có hại

và côn trùng phát triển

và gây bệnh, bốc mùi hôi thối

2 Chất thải

khu vệ

sinh

Phân và nước tiểu

Bốc mùi hôi thôi, làm môi trường cho vi sinh vật phát triển và gây bệnh

3 Chất thải

vườn

Lá cây, cỏ, cành cây, gỗ mục, …

Tỷ lệ chất rắn cao, ít thành phần hữu cơ dễ phân hủy

Gây mất mỹ quan

4 Bùn thải Bùn thải từ hệ

thống xử lý nước thải sinh hoạt, cống thải

Tỷ lệ chất rắn thấp, giàu thành phần hữu cơ dễ phân hủy

Bùn thải ùn ứ gây tắc

hệ thống dẫn nước thải, làm môi trường cho vi sinh vật có hại

và gây bệnh

Trang 28

1.2.3.2 Chất thải công nghiệp

Các loại chất thải công nghiệp bao gồm những phần vật chất hữu cơ thừa từ thực phẩm, nước giải khát hoặc thức ăn chăn nuôi, thực phẩm hết hạn sử dụng;

và các chất thải lỏng, bùn thải từ các dây chuyền công nghiệp đều có thể sử dụng cho quá trình xử lý yếm khí sinh khí sinh học Những nguồn chất thải này thường

có hàm lượng chất hữu cơ lớn, hiệu suất sinh khí cao và rất hiệu quả khi sử dụng phương pháp xử lý yếm khí[14]

Bảng 1.11 Thành phần hữu cơ của chất thải công nghiệp

STT Loại

chất thải

Thàn h phần chất thải Đặc tính Tác động tới môi trường

1 Chất thải

lò mổ

Dịch thải lỏng, phần thực phẩm thừa không thể sử dụng,

…

Gây mất mỹ quan, làm môi trường cho các vi sinh vật có hại và côn trùng phát triển và gây bệnh, bốc mùi hôi thối, có thể gây bệnh truyền nhiễm

Gây mất mỹ quan, làm môi trường cho các vi sinh vật có hại và côn trùng phát triển và gây bệnh, bốc mùi hôi thối

3 Chất thải

chế biến

giấy

Giấy và bột giấy thải cùng hóa chất tẩy trắng

Gây mất mỹ quan

4 Bùn thải Bùn thải từ

quá trình xử

lý nước thải công nghiệp

Tỷ lệ chất rắn thấp, giàu thành phần hữu cơ dễ phân hủy

Bùn thải ùn ứ gây tắc hệ thống dẫn nước thải, làm môi trường cho vi sinh vật có hại và côn trùng phát triển và gây bệnh

Trang 29

21

38693551

Chất thải từ hoạt động chăn nuôi như phân chuồng, nước tiểu động vật, …

có thể sử dụng cho quá trình yếm khí Quá trình phân hủy những loại chất thải này không chỉ tạo khí sinh học mà còn góp phần làm giảm phát thải khí nhà kính

Các loại phụ phẩm từ thực vật như cỏ, rau củ quả thối hoặc các sản phẩm thừa từ hoạt động sản xuất lương thực (rơm rạ, …) có thể sử dụng để làm nguồn cho quá trình xử lý yếm khí Các sản phẩm này được thêm vào hệ thống xử lý yếm khí có thể làm giảm hàm lượng Amoniac phát sinh, qua đó làm giảm nguy

cơ gây ức chế Amoniac cho hệ vi sinh vật[14]

Bảng 1.12 Thành phần hữu cơ của chất thải nông nghiệp

STT Loại chất

thải

Thành phần chất thải Đặc tính

Tác động tới môi trường

1 Chất thải

chăn nuôi

Phân chuồng, nước tiểu động vật, lông, xác động vật chết,

…

Gây mất mỹ quan, làm môi trường cho các vi sinh vật có hại và côn trùng phát triển và gây bệnh, bốc mùi hôi thối,

có thể gây bệnh truyền nhiễm

Gây mất mỹ quan, có thể làm môi trường cho các vi sinh vật có hại

và gây bệnh, bốc mùi hôi thối đối với rau củ quả

Trang 30

CHƯƠNG II MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu về lượng khí sinh học phát sinh khi xử lý các nguồn chất thải khác nhau bằng phương pháp yếm khí Do vậy, đối tượng cụ thể trong luận văn là các nguồn chất thải rắn như:

• Chất thải rắn sinh hoạt: chất thải nhà hàng, bùn thải của hệ thống xử lý nước thải khu dân cư

• Chất thải nông nghiệp: chất thải chăn nuôi, chất thải vườn

• Chất thải công nghiệp: phụ phẩm của quá trình sản xuất thuốc

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu là các loại chất thải thuộc các nguồn chất thải khác nhau tại khu vực thành phố Hà Nội

Nghiên cứu được thực hiện dưới quy mô phòng thí nghiệm

2.3 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 01 tháng 07 năm 2018 đến ngày 30 tháng

09 năm 2019

Địa điểm nghiên cứu: Phòng Công nghệ cao và Phân tích chất lượng môi

trường – Công ty Cổ phần kỹ thuật môi trường Đại Việt

Địa chỉ: Liền kề 3 – 23, khu đô thị mới Văn Khê, phường La Khê, quận

Hà Đông, thành phố Hà Nội

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	1,95 MB