Thiết kế nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt

MỞ ĐẦU1CHƯƠNG I: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT1.1 Sự cần thiết phải đầu tư và xây dựng nhà máy21.2 Vị trí nhà máy31.3 Đặc điểm tự nhiên31.4 Hệ thống giao thông vận tải41.5 Vùng nguyên liệu41.6 Hợp tác hóa41.7 Nguồn cung cấp điện41.8 Hệ thống cấp và thoát nước41.9 Nguồn cung cấp nhiên liệu51.10 Nguồn nhân lực51.11 Khu vực tiêu thụ sản phẩm5CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU2.1 Nguyên liệu rác thải sinh hoạt62.2 Tính đa dạng sinh học trong rác thải sinh hoạt92.3 Vi sinh vật và các quá trình chuyển hóa trong rác thải sinh hoạt102.4 Chế phẩm EM142.5 Men vi sinh vật phân hủy rác thải15CHƯƠNG III: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ3.1 Chọn dây chuyền công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt173.2 Sơ đồ dây truyền công nghệ233.3 Thuyết minh dây truyền công nghệ253.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ293.5 Thời điểm kết thúc quá trình ủ31CHƯƠNG IV: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT4.1 Kế hoạch sản xuất324.2 Tính cân bằng vật liệu34CHƯƠNG V: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ5.1 Các thiết bị chính475.2 Các thiết bị phụ59CHƯƠNG VI: TÍNH CƠ CẤU TỔ CHỨC6.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy706.2 Tổ chức lao động trong nhà máy71CHƯƠNG VII: TÍNH XÂY DỰNG7.1 Đặc điểm khu đất xây dựng nhà máy737.2 Phân xưởng sản xuất chính737.3 Khu hành chính757.4 Hội trường, nhà ăn767.5 Phân xưởng cơ điện767.6 Nhà để xe cho công nhân767.7 Gara ôtô767.8 Trạm biến áp767.9 Nhà sinh hoạt vệ sinh777.10 Phòng bảo vệ777.11 Bể chứa nước777.12 Đài nước787.13 Kho chứa dụng cụ cứu hỏa787.14 Kho chứa dụng cụ, hóa chất787.15 Kho chứa nhiên liệu787.16 Trạm cân ôtô787.17 Bãi chứa phế liệu787.18 Các hạng mục công trình khác787.19 Tính toán diện tích tổng mặt bằng và hệ số sử dụng80CHƯƠNG VIII: TÍNH ĐIỆN NƯỚC8.1 Tính điện sử dụng trong nhà máy828.2 Tính nước87CHƯƠNG IX: TÍNH KINH TẾ9.1 Vốn đầu tư cho xây dựng909.2 Chi phí đầu tư thiết bị929.3 Chi phí trực tiếp939.4 Tổng doanh thu959.5 Vốn lưu động của nhà máy959.6 Giá thành xử lý một tấn rác959.7 Thời gian hoàn vốn96CHƯƠNG X: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM10.1 Kiểm tra chất lượng nguyên liệu9710.2 Kiểm soát quá trình ủ9710.3 Kiểm tra chất lượng sản phẩm98CHƯƠNG XI: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY11.1 An toàn lao động9911.2 Vệ sinh nhà máy10211.3 Xử lý nước thải102

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1 Sự cần thiết phải đầu tư và xây dựng nhà máy 2

1.2 Vị trí nhà máy 3

1.3 Đặc điểm tự nhiên 3

1.4 Hệ thống giao thông vận tải 4

1.5 Vùng nguyên liệu 4

1.6 Hợp tác hóa 4

1.7 Nguồn cung cấp điện 4

1.8 Hệ thống cấp và thoát nước 4

1.9 Nguồn cung cấp nhiên liệu 5

1.10 Nguồn nhân lực 5

1.11 Khu vực tiêu thụ sản phẩm 5

CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU 2.1 Nguyên liệu rác thải sinh hoạt 6

2.2 Tính đa dạng sinh học trong rác thải sinh hoạt 9

2.3 Vi sinh vật và các quá trình chuyển hóa trong rác thải sinh hoạt 10

2.4 Chế phẩm EM 14

2.5 Men vi sinh vật phân hủy rác thải 15

CHƯƠNG III: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1 Chọn dây chuyền công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt 17

3.2 Sơ đồ dây truyền công nghệ 23

3.3 Thuyết minh dây truyền công nghệ 25

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ 29

3.5 Thời điểm kết thúc quá trình ủ 31

CHƯƠNG IV: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Kế hoạch sản xuất 32

4.2 Tính cân bằng vật liệu 34

CHƯƠNG V: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1 Các thiết bị chính 47

5.2 Các thiết bị phụ 59

CHƯƠNG VI: TÍNH CƠ CẤU TỔ CHỨC 6.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy 70

6.2 Tổ chức lao động trong nhà máy 71

CHƯƠNG VII: TÍNH XÂY DỰNG 7.1 Đặc điểm khu đất xây dựng nhà máy 73

7.2 Phân xưởng sản xuất chính 73

7.3 Khu hành chính 75

7.4 Hội trường, nhà ăn 76

7.5 Phân xưởng cơ điện 76

7.6 Nhà để xe cho công nhân 76

7.7 Gara ôtô 76

7.8 Trạm biến áp 76

7.9 Nhà sinh hoạt vệ sinh 77

7.10 Phòng bảo vệ 77

7.11 Bể chứa nước 77

7.12 Đài nước 78

7.13 Kho chứa dụng cụ cứu hỏa 78

7.14 Kho chứa dụng cụ, hóa chất 78

7.15 Kho chứa nhiên liệu 78

7.16 Trạm cân ôtô 78

7.17 Bãi chứa phế liệu 78

7.18 Các hạng mục công trình khác 78

7.19 Tính toán diện tích tổng mặt bằng và hệ số sử dụng 80

CHƯƠNG VIII: TÍNH ĐIỆN NƯỚC 8.1 Tính điện sử dụng trong nhà máy 82

8.2 Tính nước 87

CHƯƠNG IX: TÍNH KINH TẾ 9.1 Vốn đầu tư cho xây dựng 90

9.2 Chi phí đầu tư thiết bị 92

9.3 Chi phí trực tiếp 93

9.4 Tổng doanh thu 95

9.5 Vốn lưu động của nhà máy 95

9.6 Giá thành xử lý một tấn rác 95

9.7 Thời gian hoàn vốn 96

CHƯƠNG X: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 10.1 Kiểm tra chất lượng nguyên liệu 97

10.2 Kiểm soát quá trình ủ 97

10.3 Kiểm tra chất lượng sản phẩm 98

CHƯƠNG XI: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 11.1 An toàn lao động 99

11.2 Vệ sinh nhà máy 102

11.3 Xử lý nước thải 102

MỞ ĐẦU



Cùng với tốc độ tăng trưởng mẽ của nền kinh tế quốc dân, vấn đề ô nhiễm môi trường cũng đang gia tăng mạnh mẽ, đe dọa sự phát triển môi trường bền vững và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người

Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường như các chất thải công nghiệp, chất thải nông nghiệp, rác thải sinh hoạt, rác thải y tế, ngày càng tăng lên theo thời gian mà chưa có các biện pháp xử lý triệt để và an toàn Trong đó việc xử lý rác thải sinh hoạt đang là một bài toán khó cho các nhà quản lý môi trường Hầu hết rác thải sinh hoạt ở nước ta đều xử lý bằng phương pháp chôn lấp lộ thiên, hiệu quả xử lý rất thấp và tiêu tốn diện tích lớn Bên cạnh đó các bãi rác này còn gây ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước ngầm, chứa các mầm bệnh gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của những người dân xung quanh Một số phương pháp khác của nước ngoài như phương pháp chôn lấp tích cực, phương pháp đốt, phân loại rác và ủ compost rác hữu cơ trong các bioreactor…Có thể áp dụng, nhưng chi phí vận hành rất cao không phù hợp với điều kiện kinh tế nước ta

Như vậy vấn đề đặt ra cho các nhà công nghệ là làm thế nào để xử lý rác thải sinh hoạt có hiệu quả nhất mà lại phù hợp với điều kiện tự nhiên và điều kiện kinh

tế của nước ta

Với đặc điểm tự nhiên và đặc điểm của rác thải sinh hoạt ở Việt Nam là lượng rác hữu cơ trong rác thải sinh hoạt rất lớn (chiếm 55-72%), thì việc xây dựng một nhà máy xử lý rác thải theo phương pháp ủ sinh học sau công đoạn phân loại rác là rất phù hợp và có hiệu quả cao Do chi phí vận hành nhà máy thấp, vừa tận dụng được những phế liệu có thể tái chế, vừa tạo được lượng phân mùn hữu cơ rất lớn cho sản xuất nông nghiệp và lượng rác đem chôn lấp còn lại là rất thấp

Do đó việc “ Thiết kế nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt, năng suất 30.000 tấn

rác/năm” theo phương pháp ủ sinh học là rất cần thiết

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư và xây dựng nhà máy

Dân số càng tăng, nhu cầu sinh hoạt càng tăng, theo đó lượng chất thải do con người gây ra ngày càng nhiều, nhất là ở các đô thị Theo số liệu thống kê mới đây của cơ quan môi trường cho thấy: Thành phố Hà Nội thải ra mỗi ngày khoảng 1.368 tấn rác sinh hoạt, thành phố Hồ Chí Minh thải ra khoảng 3.752 tấn, thành phố Đà Nẵng khoảng 1.123 tấn Dự kiến đến năm 2020 tổng lượng rác thải sinh hoạt của ba thành phố này sẽ vào khoảng 3.318.823 tấn/năm [17]

Với lượng rác thải ra rất lớn như vậy nhưng hầu hết lượng rác thải sinh hoạt ở nước

ta đều chưa được xử lý hợp vệ sinh, phần lớn là chôn lấp lộ thiên Theo thống kê cả nước có 149 bãi rác chôn lấp không hợp vệ sinh (chủ yếu là lộ thiên) và phần lớn các bãi rác này đang trong tình trạng quá tải Các bãi rác này đang gây ô nhiễm đất,

ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí nghiêm trọng và chứa nhiều tác nhân gây bệnh ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Trong khi đó các phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt của các nước tiên tiến như phương pháp đốt, phương pháp chôn lấp tích cực, ủ sinh học trong các bioreactor…nếu áp dụng chưa chắc đã cho hiệu quả cao, do sự khác biệt về điều kiện khí hậu gây ra sự khác biệt lớn về các thông số

kỹ thuật Mặt khác các phương pháp này có chi phí vận hành rất cao không phù hợp với điều kiện kinh tế nước ta

Đối với thành phố Đà Nẵng, phần lớn rác thải sinh hoạt đều được đưa về bãi rác Khánh Sơn Theo thiết kế thì bãi rác này sẽ hoạt động đến năm 2005, tuy nhiên hiện nay bãi rác này vẫn đang hoạt động trong tình trạng quá tải, gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường xung quanh mà chưa có giải pháp nào để thay thế

Do đó việc thiết kế xây dựng một nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt theo phương pháp ủ sinh học, với các thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam

và chi phí vận hành thấp tại Đà Nẵng là hết sức cần thiết Không những góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn quay vòng tái sử dụng những chất thải có thể tái chế

1.2 Vị trí nhà máy

Để một nhà máy đi vào hoạt động lâu dài và có hiệu quả cao thì vị trí đặt nhà máy thích hợp có một vai trò quan trọng Địa điểm xây dựng nhà máy phải gần vùng nguyên liệu, hệ thống giao thông thuận tiện, có thể hợp tác hóa với các nhà máy khác để sử dụng chung các công trình cung cấp điện, nước, khu xử lý nước thải, các công trình phúc lợi tập thể và phục vụ công cộng, vấn đề tiêu thụ sản phẩm

và phế phẩm nhanh…có tác dụng giảm thời gian xây dựng, giảm vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm

Như vậy, để đáp ứng được những yêu cầu trên thì vị trí nhà máy đặt ở khu công nghiệp Hòa Khánh gần sát chân núi (cuối hướng gió chính) là phù hợp nhất

1.3 Đặc điểm tự nhiên

Thành phố Đà Nẵng nằm ở 15055’ đến 16014’ vĩ độ Bắc, 107018’ đến 108020 độ kinh Đông Nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao và

ít biến động Mỗi năm có hai mùa rõ rệt, mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12

và mùa khô kéo dài từ tháng 1 đến tháng 7, thỉnh thoảng có những đợt gió mùa đông bắc vào mùa đông nhưng không gây rét đậm và kéo dài

Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,90C, cao nhất vào các tháng 6, 7, 8, trung bình từ 280-300C, thấp nhất vào các tháng 12, 1, 2, trung bình từ 180-230C

Độ ẩm không khí trung bình là 83,4%, cao nhất vào các tháng 10, 11, trung bình

từ 85,67-87,67%, thấp nhất vào các tháng 6, 7, trung bình từ 76,67-77,33%

Lượng mưa trung bình hàng năm là 2504,57 mm/năm Lượng mưa cao nhất vào các tháng 10, 11, trung bình từ 550-1000 mm/tháng, thấp nhất vào các tháng 1-4, trung bình từ 23-40 mm/tháng

Số giờ nắng bình quân trong năm là 2156,2 giờ: nhiều nhất là vào tháng 5, 6 trung bình từ 234-277 giờ/tháng, ít nhất vào là vào tháng 11,12 trung bình từ 69-165 giờ/tháng

Hướng gió chủ yếu vào mùa nóng là Đông Nam và vào mùa lạnh là Đông Bắc, tốc độ gió trung bình 3-4 m/s

1.4 Hệ thống giao thông vận tải

Thành phố Đà Nẵng nằm ở vị trí chiến lược của nước ta, giao thông thuận lợi cả

về đường bộ, đường hàng không, đường sắt, đường biển và ngày càng được nâng cao, mở rộng Tạo điều kiện cho việc tiêu thụ sản phẩm của nhà máy được rộng rãi Nhà máy đặt ở khu công nghiệp Hòa Khánh có hệ thống giao thông hoàn chỉnh, liên kết các nhà máy với nhau Do đó việc thu nhập nguyên liệu, vận chuyển phế liệu tái chế, các sản phẩm của nhà máy tới nơi tiêu thụ rất thuận lợi và nhanh chóng

1.5 Vùng nguyên liệu

Nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu là rác thải sinh hoạt của thành phố Đà Nẵng Với vị trí và điều kiện giao thông thuận lợi của nhà máy thì việc thu nhập nguyên liệu đã giảm được thời gian và chi phí vận chuyển là rất lớn

1.6 Hợp tác hóa

Việc hợp tác hóa với các nhà máy trong khu công nghiệp là rất quan trọng và cần thiết, nhờ đó có thể sử dụng chung các công trình cung cấp điện, nước, công trình phúc lợi tập thể và phục vụ công cộng, hệ thống sử lý nước thải…Giảm được chi phí đầu tư ban đầu, rút ngắn thời gian xây dựng và hạ giá thành sản phẩm Liên kết tiêu thụ sản phẩm và các phế liệu có thể tái chế với các nhà máy khác trong khu công nghiệp, giảm được chi phí vận chuyển

1.7 Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng nguồn điện do điện lực Đà Nẵng cung cấp từ mạng điện lưới quốc gia, thông qua hệ thống cung cấp điện cho toàn khu công nghiệp Nhà máy phải đặt trạm biến thế riêng

Ngoài ra nhà máy còn sử dụng nguồn điện được sản xuất từ lò hơi của nhà máy khi đốt các phế liệu như giấy, gỗ, bông vải…

1.8 Hệ thống cấp và thoát nước

Do đặc điểm sản xuất của nhà máy, lượng nước sử dụng không lớn chủ yếu là dùng cho nồi hơi để phát điện, nước cho sinh hoạt và vệ sinh thiết bị nhà xưởng Do

đó ta có thể lấy nước trực tiếp từ hệ thống cung cấp nước cho khu công nghiệp hoặc

từ giếng khoan của nhà máy

Lượng nước thải ra của nhà máy không lớn và không có đặc điểm riêng, nên ta

có thể thải trực tiếp vào hệ thống xử lý nước thải chung của khu công nghiệp

1.9 Nguồn cung cấp nhiên liệu

Nhiên liệu được sử dụng trong nhà máy là dầu DO và xăng, được cung cấp từ hệ thông cung cấp nhiên liệu của khu công nghiệp hoặc của thành phố

2.1 Nguyên liệu rác thải sinh hoạt

2.1.1 Nguồn gốc phát sinh

Rác thải sinh hoạt được tạo ra trong quá trình sinh sống của dân cư bao gồm:

- Chất thải tạo ra từ các nhà bếp ở các gia đình hay các nhà bếp tập thể, các loại chất thải này có bản chất sinh vật Chúng thường là những phần động vật hay thực vật không còn sử dụng được nữa hoặc không đáp ứng được được những yêu cầu chế biến, bảo quản hay sử dụng

Ngoài ra còn có cả những chất khó phân hủy như các loại bao nilon, giẻ rách, các loại bao bì từ cellulose, các loại đất đá, vật liệu xây dựng

- Chất thải từ các khu vực thương mại như chợ, siêu thị Ở chợ tự do, người ta thải

ra môi trường chủ yếu là các chất thải từ nguồn thực vật và động vật Về mặt nào

đó, thành phần các chất thải này giống như các chất thải nhà bếp Số lượng rác thải

ở các khu vực chợ thường rất lớn và rất đa dạng

- Chất thải từ các khu vui chơi giải trí, nhà hàng khách sạn, trường học, từ các nhà máy, xí nghiệp… [8, tr 20]

2.1.2 Đặc điểm của rác thải sinh hoạt

Chất thải sinh hoạt thường có đặc điểm là không đồng nhất, chúng bao gồm cả những chất hữu cơ dễ phân hủy, các chất hữu cơ khó phân hủy và cả các chất vô cơ Đặc điểm này gây khó khăn rất lớn cho các quá trình sử lý sau này [8, tr 21]

Nhìn chung rác thải sinh hoạt của nước ta có những đặc điểm cơ bản sau:

- Rác thải sinh hoạt chiếm tỷ lệ rất lớn trong các loại rác thải, trong đó các loại chất thải từ nguồn thực vật chiếm số lượng nhiều hơn cả

- Chất thải hữu cơ từ rác thải sinh hoạt có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật nên chúng

có hàm lượng nước rất cao, kết hợp với các chất dinh dưỡng và vi sinh vật có sẵn trong chất thải tạo nên hiện tượng thối rữa nhanh, gây ra hiện tượng ô nhiễm đất, nước và không khí nghiêm trọng Đặc điểm này đòi hỏi khi tiến hành xử lý phải đảm bảo xử lý triệt để khả năng ô nhiễm của chất thải hữu cơ

- Rác thải sinh hoạt ở Việt Nam không được phân loại tại nguồn Do đó, trong chất thải ở khu tập trung cũng như tại địa điểm tiến hành xử lý thường chứa cả những vật

liệu dễ tạo ra phân bón, chứa cả kim loại, các loại nhựa, chất dẻo, cao su, thủy tinh, giấy báo, các loại vải…các chất độc hại và cả vi sinh vật gây bệnh Ngoài ra còn chứa cả các chất thải từ xây dựng và cả các chất thải từ nhiều nhà máy khác nhau Đây là đặc điểm cần phải lưu ý và phải được giải quyết trước tiên [8, tr 14-15]

2.1.3 Thành phần và một số tính chất hóa lý của rác thải sinh hoạt

2.1.3.1 Thành phần các chất thải trong rác thải sinh hoạt

Do không được phân loại tại nguồn nên thành phần các loại chất thải trong rác thải sinh hoạt rất đa dạng và phức tạp Trong đó tỷ lệ rác thải hữu cơ dễ phân hủy chiếm tỷ lệ lớn từ 55-72% [23] Thành phần cụ thể được thống kê trong bảng sau:

Bảng 2.1: Bảng thành phần rác thải sinh hoạt của thành phố Đà Nẵng [11, tr 37]

Thứ tự Thành phần Phần trăm tỷ lệ theo

trọng lượng tươi (%)

2 Thức ăn thừa, phế thải chế biến thức ăn 0,4

2.1.3.2 Thành phần các nguyên tố hóa học của từng loại chất thải

Tùy bản chất của từng loại chất thải, số lượng nguyên tố khác nhau rất lớn Hiểu được bản chất và thành phần của chúng trong chất thải giúp các nhà khoa học đưa ra được những phương pháp để tái sử dụng hay tái chế khác nhau

Bảng 2.2: Thành phần các nguyên tố trong chất thải

2.1.3.3 Công thức hóa học tiêu biểu

Trong rác thải sinh hoạt, thành phần hữu cơ chiếm một số lượng lớn Người ta phân chúng ra và xác định công thức hóa học tiêu biểu của từng loại

Mục đích của việc xác định công thức hóa học tiêu biểu nhằm xác định nhu cầu oxy cần thiết cho quá trình ủ hiếu khí chất thải hữu cơ [8, tr 30]

Bảng 2.3: Công thức hóa học tiêu biểu cho một số chất thải hữu cơ [8, tr 30] STT Các chất thải Công thức hóa học tiêu biểu

2.1.3.4 Độ ẩm trung bình, tỷ lệ C/N của rác thải sinh hoạt

- Xác định độ ẩm trung bình có ý nghĩa lớn trong việc đánh giá mức độ phân hủy

- Tỷ lệ C/N nói lên mức độ phân hủy các chất thải hữu cơ và mức cân bằng dinh dưỡng trong khối ủ, báo hiệu thời điểm kết thúc của quá trình ủ Tỷ lệ C/N thích hợp nhất cho ủ hiếu khí là: 25/1-40/1

2.2 Tính đa dạng sinh học trong rác thải sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt chứa nhiều chất thải có nguồn gốc động vật và thực vật chúng

là môi trường rất thuận lợi cho vi sinh vật và các sinh vật khác phát triển Trong đó

có mặt của các loại sinh vật sau:

- Vi sinh vật (cả vi sinh vật có lợi và vi sinh vật gây bệnh)

- Trứng giun, sán

- Các động vật nguyên sinh

- Hạt của một số thực vật

Các sinh vật có trong chất thải thường xuất hiện từ hai nguồn cơ bản:

- Sinh vật có sẵn trong chất thải từ nguồn sinh ra nó, trong đó vi sinh vật, giun, sán thường có sẵn trong chất thải ngay từ khi bỏ chất thải này vào môi trường, đây là nguồn sinh vật nhiều nhất và tập trung nhất

- Sinh vật được nhiễm vào chất thải từ không khí, đất, nước trong quá trình thu nhận, vận chuyển và cả trong quá trình xử lý

Vi sinh vật chiếm số lượng lớn nhất và phát triển mạnh trong rác thải Nhờ tốc độ sinh sản nhanh, cộng với khả năng trao đổi chất mạnh nên chúng ức chế sự phát triển của các sinh vật khác Sau một thời gian trong khối chất thải chỉ còn vi sinh vật, tăng về số lượng và đa dạng về loài [8, tr 36-37]

2.3 Vi sinh vật và các quá trình chuyển hóa trong rác thải sinh hoạt

Các quá trình chuyển hóa vật chất có trong chất thải sinh hoạt chủ yếu do vi sinh vật Các quá trình này xảy ra liên tục, đan xen nhau rất phức tạp

2.3.1 Vi sinh vật chuyển hóa carbon

Sự chuyển hóa vật chất carbon hữu cơ có trong rác thải sinh hoạt bao gồm cả hai quá trình:

- Quá trình tổng hợp do vi sinh vật

- Quá trình phân giải do vi sinh vật

2.3.2 Quá trình tổng hợp carbon hữu cơ nhờ vi sinh vật

Quá trình này xảy ra không mạnh, nhưng luôn luôn xảy ra với cường độ khác nhau, tùy thuộc vào điều cụ thể Các vi sinh vật thực hiện quá trình này chủ yếu là

các vi khuẩn quang hợp và đều thuộc bộ Rhodospirillales gồm các họ sau:

- Họ Rhodospirillaceae gồm các chi: Rhodospirillum, Rhodopsrendomonas…

- Họ Chromatiaceae gồm các chi: Chromatium, Thiosarsina, Thiospirillum

Chloropsendomonas

Đặc điểm chung của chúng là tồn tại ở dạng hình cầu, hình que, hình dấu phẩy hay hình xoắn, chúng có kích thước chiều ngang khoảng 0,3-0,6 m

Các vi khuẩn trên thường tiến hành quang hợp trong điều kiện yếm khí, CO2

được đồng hóa thông qua chu trình pentose phosphate dạng khử và các phản ứng kết hợp CO2 Phần lớn các vi khuẩn này, ngoài khả năng tổng hợp quang năng còn

có khả năng cố đinh nitơ phân tử nên chúng vừa có khả năng làm giàu chất hữu cơ carbon vừa làm giàu hợp chất nitơ cho rác thải [8, tr 40-42]

2.3.3 Quá trình phân giải carbon hữu cơ

Bao gồm các quá trình phân giải monosaccharide, oligosaccharide và polysaccharide [8, tr 47-57]

- Với monosaccharide, oligosaccharide quá trình phân giải xảy ra cả trong điều

kiện yếm khí và hiếu khí, bởi các enzym của vi sinh vật có sẵn trong những chất thải đó Các loại đường đơn thường bị phân giải rất nhanh

- Với Polysaccharide tiêu biểu cho hợp chất hữu cơ chứa carbon từ nguồn thực vật

thì sự phân giải bao gồm:

Sự phân giải tinh bột

Nhiều loại vi sinh vật có khả năng sản sinh hệ enzym amylase ngoại bào, phân giải tinh bột thành glucose, maltose và dextrin Một số vi sinh vật tham gia sinh tổng hợp amylase cao và có nhiều ý nghĩa trong phân giải tinh bột:

- Vi sinh vật tổng hợp -amylase: Aspergillus awomorii, Asp oryzae, Asp niger, Bacillus amyloliquefaciens, Clostridium acetobutylinon

- Vi sinh vật tổng hợp -amylase: Aspergillus awamorii, asp niger, asp oryzae, Saccharomyces cerevisiae, Clostridium acetobutylium

- Vi sinh vật tổng hợp -amylase: Asp awamorii, Asp usamii, Sacch Cerevisiae

Sự phân giải cellulose

Trong rác thải sinh hoạt có nguồn gốc thực vật, hàm lượng cellulose chiếm số lượng nhiều nhất Đây cũng là lượng vật chất cần được chuyển hóa lớn nhất khi tiến hành xử lý

Cellulose được phân giải bởi các enzym trong hệ enzym cellolose ngoại bào của

vi sinh vật Tham gia vào quá trình phân giải các chất cellulose bao gồm rất nhiều loài vi sinh vật khác nhau, trong đó có cả các loài thuộc nhóm vi khuẩn, các loài thuộc nhóm xạ khuẩn và các loài thuộc nhóm nấm sợi Các loài thuộc nhóm vi khuẩn thường phát triển trước, khi đó nhiệt độ chưa cao và sự thay đổi pH trong khối ủ chưa mạnh, sau đó là sự phát triển mạnh của các loài thuộc nhóm nấm sợi và sau cùng là nhóm xạ khuẩn Khi nhiệt độ trong khối ủ tăng lên thì chỉ có các loài vi khuẩn và xạ khuẩn chịu nhiệt trong khối ủ

Trong điều kiện hiếu khí quá trình phân giải cellulose xảy ra chủ yếu là do các vi

khuẩn Bacillus sp Trong điều kiện yếm khí, quá trình phân giải chủ yếu là do các vi

khuẩn yếm khí Quá trình phân giải cellulose trong điều kiện yếm khí thường xảy ra chậm hơn quá trình phân giải cellulose trong điều kiện hiếu khí

Những loài vi sinh vật điển hình tham gia phân hủy cellulose trong điều kiện tự nhiên:

- Vi khuẩn: Acetobacter xylinum, Celluvibrio gilvus, Bacillus, Cellulomonas, Pseudomonas, Chlostridium,Fluorescens

- Nấm sợi: Asp fumigatus, Asp niger, Mucor pusillus, Penicillim notatum, Fusarium moniforme, F solani, Piricularia oryzae, Myrothecium verucarium

- Xạ khuẩn: Streptomyces antibioticus, Str cellulosae, Str celluloflavus, Str thermodiastaticus, Thermosporafusca, Nocardia cellulans

Sự phân giải xylan

Xylan là một trong những thành phần quan trọng của thực vật, phân giải xylan

có ý nghĩa quan trọng trong xử lý chất thải hữu cơ Trong thực vật xylan được xem như chất keo liên kết các sợi cellulose với nhau, việc phá vỡ chất keo này có ý nghĩa rất lớn trong quá trình thủy phân celllulose có trong thực vật

Có nhiều loài vi sinh vật tham gia phân giải xylan, chúng có khả năng tổng hợp enzym xylanase, dưới tác dụng của enzym này xylan được chuyển hóa thành nhiều sản phẩm khác nhau và cuối cùng chuyển hóa thành đường

Những loài vi sinh vật tham gia phân giải xylan:

- Vi khuẩn: Bacillus subtilis, B.xylophagus, B polymyxa, Clostridium sp, Micromonospora chalcea, Cellvibriofulvus

- Nấm sợi: Aspergillus niger, Asp oryzae, Asp amstelodami, Alternaria kikuchiana, Chaetonium globosun, Fomes annosus, F igniarus, Fusarium moniliforme, Gibberella sanbenetti, Myrothecium cyclopium…

- Xạ khuẩn: Streptomyces albogriseolus, Streptomyces albus, Streptomyces xylopplagus, Streptomyces olivaceus

Sự phân giải pectin

Trong khối ủ chất thải hữu cơ, có các loài vi sinh vật thuộc nhóm nấm sợi và vi khuẩn tham gia phân giải pectin mạnh, do chúng tổng hợp được các enzym pectinase thủy phân pectin, điển hình như:

- Nấm sợi: Aspergilus flavus, Rhizopustritici, Selerotina libetina

- Vi khuẩn: Bacillus polymyxa, Clostridium multifermentans, Erwinia aroideae

Sự phân giải lignin

Lignin có nhiều trong thực vật, có nhiều loài vi sinh vật tham gia phân giải hợp

chất lignin, trong đó đáng chú ý nhất là các loài: Polysticus versicolor, stereum hirsutum,pholiota Sp., lenzies Sp., poria Sp., trametes Sp Quá trình phân giải lignin

của những loài vi sinh vật này giúp quá trình phân giải cellulose trong chất thải thực

vật tốt hơn

2.3.4 Sự chuyển hóa nitơ trong chất thải

Quá trình amôn hóa [8, tr 59-65]

Quá trình amôn hóa là quá trình phân giải các chất hợp hữu cơ chứa nitơ Tham gia quá trình này là các vi sinh vật có khả năng tổng hợp protease và những enzym khử amin Như vậy quá trình amôn hóa protein gồm hai giai đoạn:

- Giai đoạn phân giải protein

- Giai đoạn khử amin

Các loài vi sinh vật tham gia vào quá trình amôn hóa:

- Nấm sợi: Aspergillus.oryzae, Asp flavus, Asp candidus, Mucos pusilus, Penicillium caseicolum, P notatum, Ryzopus chimesis, Fusarium solani

- Nấm men: Saccharomyces carls bengensis, S cerevisiae, Candide albicans, Endorycopsis fibuligera, Turolopsis insigeniosa

- Vi khuẩn: Bacillus polymyxa, B cereus, B themoproteplyticus, B subtilis, Clostridium botulinum, E coli, Proteus vulgaris, Micrococcus Sp.,Str lactis

- Xạ khuẩn: Streptomyces, Thermonospora fusca, Thermoactinomyces vulgaries

Quá trình nitrat hóa [8, tr 65-68]

Quá trình nitrat hóa được thực hiện qua hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1: giai đoạn nitrit hóa

Vi khuẩn tham gia vào giai đoạn này: Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolobus

- Giai đoạn 2: giai đoạn nitrat hóa

Vi khuẩn tham gia vào giai đoạn này: Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus

Nhờ hoạt động của các vi khuẩn các chất hữu cơ chứa nitơ được vô cơ hóa tạo ra các chất vô cơ chứa nitơ hòa tan Đây là quá trình có lợi cho việc xử lý rác thải hữu

cơ, cần được thúc đẩy trong quá trình ủ

Quá trình phản nitrat hóa [8, tr 68-70]

Các vi khuẩn tham gia quá trình này như: Thiobacillus denitritficans, Bacillus licheniformis, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri

Đây là quá trình giải phóng nitơ có hại cho quá trình ủ chất thải, cần hạn chế quá trình này

EM (Effective Microorgarmism) có nghĩa là các vi sinh vật hữu hiệu Chế phẩm

này do Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa-trường đại học tổng hợp Ryukyus, Okinawoa, Nhật Bản nghiên cứu và áp dụng thực tiễn vào đầu năm 1980 Trong chế phẩm này

có khoảng 80 loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí thuộc các nhóm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn [3, tr 1]

Chế phẩm gốc có tên gọi là EM1, EM1 có màu nâu, thơm, vị chua ngọt, độ pH < 3,5, bảo quản ở nhiệt độ bình thường, ổn định, tránh ánh nắng mặt trời trực tiếp dọi

vào, thời gian bảo quản từ 6 tháng đến 1 năm Từ EM1 có thể tạo ra các chế phẩm khác như EM thứ cấp, EM Bokashi [16]

Tác dụng của EM trong xử lý môi trường: [16] & [3, tr 2]

- Do có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật gây thối rữa (sinh ra các loại khí H2S, SO2,

NH3 ) nên khi phun EM vào rác thải sẽ khử mùi hôi một cách nhanh chóng Đồng thời làm giảm hẳn số lượng côn trùng bay như ruồi, muỗi

- EM giúp cho quá trình sinh ra các chất chống oxi hóa như inositol, ubiquinon, saponine, polysaccharide phân tử thấp, polyphenol và các muối chelate Các chất này có khả năng kìm hãm các vi sinh vật có hại và kích thích các vi sinh vật có lợi

Do đó làm tăng nhanh quá trình mùn hóa rác thải hữu cơ

- EM làm chậm quá trình ăn mòn kim loại, giảm được chi phí bảo trì máy móc, thiết

bị

2.5 Men vi sinh vật phân hủy rác thải

Men vi sinh vật là hỗn hợp của nhiều vi sinh vật khác nhau, có khả năng tương

hỗ nhau cùng phát triển trong môi trường phân lập và môi trường sản xuất Các vi sinh vật có trong men vi sinh là các vi sinh vật dị dưỡng, hiếu khí hoặc hiếu khí tùy tiện có khả năng sinh enzym phân hủy các hợp chất hữu cơ cao, đặc biệt là khả năng phân hủy cellulose, chúng bao gồm cả vi khuẩn, nấm sợi, nấm men và xạ khuẩn Các vi sinh vật được phân lập trực tiếp từ rác thải của địa phương nơi xây dựng nhà máy, sau đó được hoạt hóa để tăng khả năng hoạt động phân giải của chúng trong rác thải Các vi sinh vật phân lập cần có những đặc điểm sau:

+ Có khả năng sinh trưởng và phát triển mạnh trong môi trường là rác thải của địa phương nơi phân lập

+ Có khả năng sinh enzyme phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong rác thải sinh hoạt cao như: enzym amylase, cellulose, chitinase, lignin-peroxydase, xylanase, pectinase, protease…

Sau phân lập men vi sinh vật được bảo quản đông khô hoặc lạnh đông trong các ống nghiệm

Sơ đồ phân lập và sản xuất chế phẩm men vi sinh:

Dung dịch mẫu Pha loãng Cấy trải trên đĩa petri

3.1 Chọn dây chuyền công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt

Hiện nay trên thế giới và ở nước ta có rất nhiều công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt khác nhau, mỗi loại đều có những ưu điểm và những hạn chế nhất định Chúng

ta cần phải xem xét đặc điểm của từng công nghệ xử lý, để có được một dây chuyền công nghệ có hiệu quả xử lý cao nhất và phù hợp nhất với điều kiện của Việt Nam

3.1.1 Phương pháp chôn lấp

Đây là phương pháp xử lý lâu đời, cổ điển và đơn giản nhất Bãi chôn lấp có vị trí xa khu dân cư, xa nguồn nước, dễ vận chuyển và phần lớn là lộ thiên Rác sau thu gom được đem tới bãi, đổ thành lớp và nén lại

Hiện nay, phương pháp chôn lấp được cải tiến thành chôn lấp tích cực hay chôn lấp kiểu ủ sinh học (landfill bioreactor) và được áp dụng ở nhiều nước tiên tiến Rác thải được được đổ vào hố bên dưới có lót nilon chống rò rỉ nước, có hệ thống dẫn nước rác để xử lý riêng và có bổ xung vi sinh vật để tăng cường phân hủy sinh học Bên trên được phủ kín bằng nilon hoặc đất

- Phương pháp chôn lấp đơn giản, nước mưa thấm vào bãi rác tạo ra lượng nước

rò rỉ rất lớn, rửa trôi các chất dễ phân hủy gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng

- Rác chôn lấp chưa được phân loại, chứa rất nhiều các chất khó phân hủy, các chất độc hại có sẵn trong rác và các chất độc phát sinh trong quá trình ủ tạo ra mối nguy hiểm rất lớn cho môi trường đất

- Bãi rác chứa rất nhiều vi sinh vật gây bệnh, do chôn lấp lộ thiên các tác nhân gây bệnh này sẽ tác động trực tiếp tới sức khỏe của những người sống gần khu vực bãi rác

- Khi quá tải, phải tốn chi phí rất lớn cho việc quản lý bãi rác, để đảm bảo bãi rác không gây ô nhiễm môi trường xung quanh

- Với phương pháp landfill, chi phí cho lớp lót, hệ thống thu và xử lý khí và nước rác rất lớn

3.1.2 Phương pháp đốt [23]

Rác thải được đốt trong các lò đốt, có thể thu nhiệt để chạy máy phát điện

* Ưu điểm

- Hạn chế được vấn đề ô nhiễm liên quan đến nước rác

- Cho phép xử lý nhiều loại rác

- Tiết kiệm được diện tích đất cho chôn lấp

* Nhược điểm

- Chi phí vận hành và bảo trì thiết bị rất cao

- Gây ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng, khó kiểm soát lượng khí thải chứa dioxin và furan, gây hiệu ứng nhà kính và các bệnh đường hô hấp

- Tốn nhiều nguyên liệu đốt

Phương pháp này chỉ thích hợp với rác thải công nghiệp, rác thải y tế Không thích hợp cho xử lý rác thải sinh hoạt có hàm lượng rác hữu cơ cao như ở Việt Nam

3.1.3 Phương pháp ủ kị khí trong Bioreactor hoặc bể ủ tạo gas cho phát điện

Rác hữu cơ sau phân loại được cho vào bioreactor hoặc các bể ủ kị khí, nước rỉ rác được thu gom thông qua hệ thống ống dẫn và được xử lý trước khi thải ra môi trường tự nhiên Khí gas sinh ra được thu gom, qua công đoạn tách nước, được đưa đến máy chiết và máy thổi khí nén trước khi đưa vào chạy động cơ của máy phát

điện Phương pháp này đang áp dụng ở nhà máy sử lý rác Gò Cát, thành phố Hồ Chí Minh [18]

* Ưu điểm

- Biến rác thải sinh hoạt thành điện năng

- Giảm diện tích chôn lấp, hạn chế ô nhiễm đất, nguồn nước và không khí

- Rác sau khi phân hủy hoàn toàn có thể dùng làm phân hữu cơ cho nông nghiệp

* Nhược điểm

- Chi phí đầu tư ban đầu lớn

- Tốc độ phân hủy rác thải chậm

- Chất lượng phân hữu cơ sau ủ không cao

- Nểu ủ trong bioreactor thì chi phí vận hành rất cao

3.1.4 Phương pháp ủ compost của nước ngoài đang triển khai tại Việt Nam

Phương pháp này đang được áp dụng ở một số nhà máy như: [23]

- Nhà máy xử lý rác Cầu Diễn- công nghệ và thiết bị Tây Ban Nha

- Nhà máy xử lý rác Nam Định- công nghệ cộng hòa Pháp

Các công nghệ này chỉ xử lý phần rác hữu cơ sau khi phân loại phần còn lại được đem chôn lấp

- Nhà máy vẫn cần bãi chôn lấp và tỷ lệ chôn lấp vẫn còn cao trên 50%

- Chất lượng phân hữu cơ vi sinh không cao

- Nhiều thông số kỹ thuật chưa phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam

3.1.4 Công nghệ Seraphin [20] & [21] & [22]

Seraphin là ứng dụng công nghệ vi sinh cơ khí hóa dây truyền, là sự kết hợp giữa ba công nghệ chủ yếu: công nghệ xé, tách và tuyển rác; công nghệ ủ vi sinh; công nghệ tái chế phế liệu

Quy trình tóm tắt như sau: rác được đưa tới khu tập kết của nhà máy và được phun chế phẩm vi sinh khử mùi, sau đó được phân loại sơ bộ trên băng truyền, qua máy xé bao, sau đó được phân loại tinh qua hệ thống máy phân loại Rác hữu cơ sau phân loại được cắt nhỏ với kích thước thích hợp, phối trộn chế phẩm vi sinh phân hủy rác và đưa vào ủ, thời gian ủ kéo dài 30-40 ngày

Công nghệ này đang được áp dụng tại nhà máy xử lý rác Đông Vinh-thành phố Vinh, nhà máy xử lý rác Ninh Thuận, nhà máy Thủy Phương Huế

* Ưu điểm

- Khả năng giảm thiểu ô nhiễm môi trường của công nghệ là rất lớn, vì rác được

xử lý ngay trong ngày

- Chi phí đầu tư ban đầu thấp chỉ bằng 30-40% công nghệ nhập khẩu từ nước ngoài

- Máy móc, thiết bị phần lớn được chế tạo trong nước nên khâu bảo hành, bảo trì

ít tốn kém và thuận tiện

- Lượng rác chôn lấp chỉ còn 10% nên tiết kiệm được diện tích chôn lấp

- Quay vòng tái chế các phế phẩm có thể tái sinh

* Nhược điểm

- Để làm được phân compost từ rác, cần có diện tích nhà xưởng, hầm ủ lớn, dẫn đến chi phí xây dựng cơ bản lớn

- Quá trình ủ hiếu khí không có đảo trộn nên thời gian ủ kéo dài 30-40 ngày

- Chất lượng phân hữu cơ chưa cao

3.1.5 Công nghệ CDW (Compact Device for Waste processing) [19]

Đây là công nghệ được thiết kế và ứng dụng bởi công ty TNHH Thủy lực-Máy ứng dụng (Hà Nội) Công nghệ xử lý rác thải CDW là một giải pháp quản lý chất thải quy mô vừa và nhỏ Quy trình công nghệ tóm tắt như sau:

- Tính cơ động cao có thể di dời, giải quyết nhanh các tình trạng khẩn cấp về an ninh rác thải

- Vốn đầu tư không quá cao

- Kết hợp các giải pháp cơ khí và sinh học trong toàn bộ công nghệ, tạo ra phương pháp xử lý đơn giản, dễ quản lý, vận hành Tính an toàn kỹ thuật của hệ thống thiết bị và lao động, môi trường cao

- Phân loại rác hiệu quả cao, tách được nhiều dòng rác, đặc biệt tách lọc được dòng rác hữu cơ ít tạp chất

- Rác hữu cơ được ủ trong thiết bị phân hủy sinh học tiên tiến (tháp ủ nóng và ủ chín CDW) khử trùng và mùn hóa, rút ngắn được thời gian xử lý và cho phân hữu cơ có chất lượng cao

* Nhược điểm

- So với công nghệ Seraphin thì công suất xử lý thấp hơn

- Thiết bị khá hiện đại, dây truyền được cơ khí hóa và tự động hóa cao nên cần

có đội ngũ công nhân có trình độ cao

- Chi phí vận hành nhà máy cao hơn nhiều so với công nghệ Seraphin

Công nghệ này đang được vận hành thử nghiệm tại thị trấn Đồng Văn (Hà Nam) và cho kết quả xử lý rất cao

3.1.6 Các công nghệ xử lý khác

- Công nghệ ansinh-ASC: Được công ty Tâm Sinh Nghĩa sở hữu và phát triển

hoàn thiện Công nghệ này được phát triển trên nền tảng của công nghệ Seraphin được áp dụng ở nhà máy Thủy Phương-Huế So với công nghệ Seraphin thì công nghệ ansinh hoàn thiện được những khuyết điểm của công nghệ Seraphin, cho công suất cao hơn, phân loại rác tỷ mỷ hơn, nâng cao được chất lượng các sản phẩm tái chế từ rác

- Công nghệ ủ hiếu khí trong các bioreactor: Đây là công nghệ mới được phát

triển ở các nước phát triển Tất cả các công đoạn được cơ khí hóa và tự động hóa, rác hữu cơ được ủ hiếu khí trong các bioreactor có hệ thống đảo trộn và cấp khí tự động, rút ngắn được thời gian xử lý Công nghệ này có hiệu suất xử lý, tạo phân hữu cơ có chất lượng rất cao Tuy nhiên, công nghệ này đòi hỏi lực lượng lao động phải có trình độ cao, chi phí vận hành nhà máy cao và chi phí đầu tư ban đầu rất lớn

do sử dụng những thiết bị đắt tiền

3.1.7 Kết luận

Từ việc tìm hiểu các phương pháp và công nghệ sử lý rác thải sinh hoạt hiện có, thông qua các ưu điểm và nhược điểm của các công nghệ xử lý Ta thấy việc xây dựng một nhà máy xử lý rác cho thành phố Đà Nẵng theo công nghệ Ansinh, trên nền tảng cải tiến công nghệ Seraphin là phù hợp nhất

3.2 Sơ đồ dây truyền công nghệ

Rác thải sinh hoạt Nhà tập kết rác Phun chế phẩm EM

Nạp liệu lên băng truyền

Phân loại sơ bộ trên băng truyền (Băng tải chuyển và tuyển lựa rác, phân loại rác)

Máy xé bao, đập cắt và làm tơi

Chất trơ

Chôn lấp Kim loại

Kim loại Cải tạo đất

Chất dẻo Tái chế

Phối trộn Nhân giống

Ủ sơ bộ

Ủ chín

Hỗn hợp phân mùn hữu cơ đã ủ

Nạp liệu lên băng truyền

Phân mùn hữu cơ

Sàng lồng 2 (tách tuyển mùn thô)

Sản phẩm

Máy đánh tơi

Mùn thô không phân hủy

Lò đốt

3.3 Thuyết minh dây truyền công nghệ

3.3.1 Phun chế phẩm EM

* Mục đích: phun chế phẩm EM nhằm hạn chế sự phát triển của sinh vật gây bệnh, ruồi nhặng, khử mùi hôi, đảm bảo sức khỏe cho công nhân phân loại rác sơ bộ cũng như các công nhân trong nhà máy Đồng thời kích thích sự phát triển của vi sinh vật mùn hóa rác hữu cơ

* Tiến hành: rác được thu nhận vào nơi tập kết, chế phẩm EM được phun đồng thời bằng máy bơm phun hóa chất EM được phun với tỷ lệ là: 2 lít/1 tấn rác

3.3.2 Phân loại sơ bộ trên băng truyền

* Mục đích: tách những loại rác có kích thước lớn và không có khả năng lên men được như:

- Phế liệu xây dựng, các chất trơ

- Nhựa dẻo, kim loại

- Các chất có thể đốt như cao su, vải, bông, giấy phế liệu, cành cây lớn, gỗ

* Tiến hành: rác sau khi ủ với EM được nạp liệu lên băng tải, công nhân được

bố trí hai bên băng tải để tuyển lựa sơ bộ rác thải Các phế liệu được tách ra theo từng nhóm và đưa vào khu tập kết riêng

3.3.3 Xé bao, đập và làm tơi

* Mục đích: rác thải sinh hoạt được chứa nhiều trong những bao nilon, vì vậy cần phải qua máy xé bao để giải phóng rác ra khỏi bao nilon và làm tơi, tạo điều kiện cho quá trình phân loại tiếp theo được thuận lợi và tăng khả năng tách loại rác

* Tiến hành: rác sau phân loại sơ bộ trên băng tải được đưa vào máy xé bao với

cơ cấu cơ khí được thiết kế hợp lý, các bao chứa rác sẽ được phá vỡ và nhờ tác động lực đập của máy rác được làm tơi trước khi vào công đoạn tiếp theo

3.3.4 Phân loại bằng sức gió lần 1

* Mục đích: các bao nilon sau khi được xé ra trong máy xé và các loại màng mỏng nhựa dẻo vẫn còn sau phân loại xơ bộ, cần phải được loại bỏ để tăng độ sạch cho rác hữu cơ

* Tiến hành: rác sau khi qua máy xé bao và làm tơi, được băng tải chuyển đến

máy phân loại bằng sức gió, với áp lực khí nén được tính toán đủ để đẩy các loại màng mỏng nhựa dẻo ra khỏi hỗn hợp rác mà không làm mất mát nhiều mùn hữu

cơ Hỗn hợp màng mỏng sau khi tách ra sẽ được đưa đến bãi tập trung và được chở

3.3.7 Tách tuyển từ tính

* Mục đích: thành phần kim loại có trong hỗn hợp mà không thể tách bằng tay được sẽ ảnh hưởng đến các quá trình chuyển hóa trong khi ủ và sự phát triển của vi sinh vật, đồng thời có thể phá hỏng các bộ phận của máy cắt nhỏ rác hữu cơ và làm giảm chất lượng phân hữu cơ, vì vậy chúng cần phải được loại bỏ

* Tiến hành: rác từ băng tải tách tuyển bằng tay, được chuyển vào máy tách tuyển từ tính Tại đây dưới tác dụng của lực từ kim loại được tách ra khỏi hỗn hợp (chủ yếu là nắp ken và kim loại có kích thước nhỏ) Kim loại sau khi tách ra kéo theo một lượng nhỏ rác hữu cơ sẽ được đưa qua sàng rung để phân loại tiếp Mùn hữu cơ đưa trở lại máy cắt nhỏ rác hữu cơ, còn kim loại được tập trung tại nơi tập kết và được đưa đi tái chế

3.3.9 Phân loại bằng sức gió lần 2

* Mục đích: loại bỏ những màng mỏng có kích thước và những chất không có khả năng lên men khác có trọng lượng nhỏ nhỏ còn sót lại, nhằm làm sạch hơn hỗn hợp rác hữu cơ trước khi ủ

* Tiến hành: sau khi tách tuyển từ tính hỗn hợp rác được đưa vào máy phân loại bằng sức gió, dưới áp lực của quạt đẩy, những chất này sẽ được đẩy ra khỏi hỗn hợp

3.3.10 Băm cắt nhỏ rác hữu cơ

* Mục đích: tạo kích thước đồng đều sẽ thuận lợi cho quá trình phối trộn sau này đảm bảo men vi sinh được rải đều trong hỗn hợp, tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian ủ Đồng thời làm tăng hệ số chứa đầy trong bể ủ nhờ đó giảm được diện tích nhà ủ

* Tiến hành: rác hữu cơ sau khi được làm sạch bằng phân loại sức gió lần 2, được đưa vào máy cắt với hệ thống dao cắt phù hợp, rác được cắt với kích thước cố định khoảng 5-6 cm

3.3.11 Phối trộn

* Mục đích: để bổ sung hỗn hợp vi sinh vật phân giải (chế phẩm vi sinh), nhằm tăng cường các quá trình sinh học xảy ra trong khối ủ, nhờ đó rút ngắn được thời gian ủ rất nhiều so với quá trình ủ chỉ sử dụng hệ vi sinh vật tự nhiên

* Tiến hành: hỗn hợp rác hữu cơ sau khi cắt nhỏ được băng tải đưa vào máy trộn, men vi sinh được bơm vào máy đồng thời từ tank chứa thông qua hệ thống ống dẫn và bơm với tỷ lệ là 2 lít/1 tấn rác hữu cơ Phối trộn xong hỗn hợp được chở đến nhà ủ sơ bộ

3.3.12 Ủ sơ bộ

* Mục đích: tạo điều kiện cho quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật phân giải

tự nhiên và vi sinh vật bổ sung Ở giai đoạn đầu, nhiệt độ của khối ủ sẽ tăng rất nhanh có thể đạt 60-700C, những sinh vật gây bệnh cũng bị tiêu diệt ở quá trình ủ sơ

bộ này và thay vào đó là sự phát triển rất nhanh của xạ nấm sợi, vi khuẩn ưa nhiệt, đặc biệt là sự phát triển rất nhanh của xạ khuẩn [8, tr 83]

* Tiến hành: sau khi phối trộn mùn rác hữu cơ được chuyển vào nhà ủ sơ bộ, không khí được cấp cho khối ủ bằng máy nén khí thông qua hệ thống ống dẫn đặt bên dưới nền bể ủ Quá trình ủ sơ bộ kết thúc sau 9 ngày ủ

3.3.13 Ủ chín

* Mục đích: đây là quá trình mùn hóa mạnh, sản sinh nhiều hợp chất nitơ vô cơ hòa tan và ổn định phân mùn, vì vậy khi chuyển sang nhà ủ chín không những có tác dụng đảo trộn và làm tơi mùn mà còn làm giảm nhiệt độ khối ủ Tạo điều kiện cho xạ khuẩn và những vi khuẩn có bào tử phát triển mạnh, những loài vi sinh vật này làm tăng nhanh quá trình mùn hóa.[8, tr 83]

* Tiến hành: kết thúc quá trình ủ sơ bộ mùn hữu cơ được chuyển qua các bể ủ chín, oxi cũng được cung cấp liên tục bởi máy nén khí và hệ thống ỗng dẫn như ủ

sơ bộ Quá trình ủ chín kết thúc sau 33 ngày ủ, phân hữu cơ được chuyển đến bãi tập kết, trước khi vào công đoạn tiếp theo

3.3.14 Đánh tơi phân mùn hữu cơ

* Mục đích: sau khi ủ chín phân mùn hữu cơ bị vón cục, đóng bánh rất nhiều do không được đảo trộn liên tục bằng cơ khí Do đó cần phải đưa qua máy đánh tơi để làm tơi, đồng thời tạo điều kiện cho quá trình tách mùn hữu cơ thô chưa được phân hủy hoặc những thành phần không phân hủy trong quá trình ủ được thuận lợi

* Tiến hành: phân mùn được chuyển vào máy đánh tơi, tại đây phân mùn hữu cơ được làm tơi nhờ các cánh đập của máy

3.3.15 Sàng và hoàn thiện sản phẩm

* Mục đích: tách loại mùn thô không phân hủy trong quá trình ủ và những tạp chất không lên men còn trong hỗn hợp, nhằm làm sạch phân hữu cơ

* Tiến hành: mùn hữu cơ được băng tải đưa vào sàng lồng có kích thước lỗ sàng

và tốc độ quay được tính toán, tại đây mùn thô và những chất không lên men được tách ra và đưa vào lò đốt Sản phẩm phân hữu cơ được vận chuyển đến kho chứa và đưa đi tiêu thụ

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ

3.4.1 Tỷ lệ C/N

Tỷ lệ C/N có một ý nghĩa vô cùng quan trọng, nói lên mức độ phân hủy các chất thải hữu cơ và mức cân bằng dinh dưỡng có trong khối ủ, báo hiệu thời điểm kết thúc của quá trình ủ, nếu tỷ lệ C/N quá cao điều đó chứng tỏ hàm lượng C nhiều, N thiếu.[8, tr 31]

- Tỷ lệ C/N nhỏ hơn 25, quá trình phân giải xác thực vật sẽ nhanh, quá trình này

3.4.2 Tỷ lệ vi sinh vật bổ sung khi phối trộn

Vi sinh vật bổ sung vào hỗn hợp rác hữu cơ có một vai trò quan trọng, nó làm tăng quá trình mùn hóa, rút ngắn thời gian ủ Vi sinh vật bổ sung vào cần phải đa dạng về chủng loại, nhưng có tác dụng tương hỗ nhau cùng phát triển Kích thích sự phát triển của hệ vi sinh vật tự nhiên có ích, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh

3.4.3 Độ ẩm của khối ủ

Xác định độ ẩm của khối ủ có ý nghĩa lớn trong đánh giá mức độ phân hủy Nếu

độ ẩm của khối ủ nhỏ hơn 20% vi sinh vật sẽ phát chậm hoặc ngừng phát triển, nếu

độ ẩm quá cao sẽ xảy ra các quá trình sau:

- Làm nhiệt độ khối ủ không tăng lên được

- Là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật gây bệnh phát triển mạnh

Do đó làm giảm tốc độ chuyển hóa mùn hữu cơ, giảm chất lượng dinh dưỡng của phân hữu cơ

Độ ẩm của khối ủ thích hợp nằm trong khoảng 50-70%, độ ẩm thích hợp nhất trong quá trình ủ là 60%

3.4.4 Hàm lượng oxi cung cấp cho khối ủ

Vì quá trình ủ là hiếu khí nên nếu thiếu oxy sẽ hạn chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí và một số vi sinh vật hiếu khí tùy tiện sẽ chuyển sang hoạt động kỵ khí

Do đó làm giảm tốc độ mùn hóa rác hữu cơ và sinh nhiều loại khí có mùi khó chịu Tuy nhiên nếu lượng oxy được cung cấp quá nhiều sẽ làm giảm nhanh nhiệt độ và

độ ẩm của khối ủ

Oxy được cung cấp bởi máy nén khí với lưu lượng phụ thuộc vào thể tích và hệ

số chứa đầy của bể ủ

pH ban đầu của khối ủ là kiềm yếu (7,6-8,6) Trong quá trình ủ pH có tăng chút

ít (pH = 8,0-8,1) do hoạt động sống của vi sinh vật đã làm kiềm hóa môi trường Sau một thời gian các axit hữu cơ bay hơi được tạo ra làm giảm pH trong khối về gần với giá trị trung tính [1, tr 35]

Nếu pH quá cao hoặc quá thấp đều kiềm chế sự phát triển của vi sinh vật phân giải

3.5 Thời điểm kết thúc quá trình ủ

Có rất nhiều quan điểm khác nhau về việc đánh giá khi nào và như thế nào là quá trình ủ được kết thúc

Năm 1980, Hang đã đưa ra một số mức độ để đánh giá quá trình ủ và kết thúc quá trình ủ như sau:

- Nhiệt độ giảm và trở lại nhiệt độ bình thường

- Mức độ giảm các thành phần hữu cơ trong khối ủ bằng cách xác định VS (chất rắn bay hơi), COD, % cacbon, tro và tỷ lệ C/N

- Phần trăm lượng nitrat và sự không có mặt của NH3

- Không có các loại côn trùng ở giai đoạn cuối cùng

- Không có mùi khó chịu

- Xuất hiện màu trắng hay màu xám trắng của các sợi actinomyces

4.1 Kế hoạch sản xuất

4.1.1 Thu nhập nguyên liệu

Việc thu nhập nguyên liệu cho nhà máy đúng thời điểm là rất cần thiết vì nguyên liệu phải được phun chế phẩm EM đủ thời gian mới đảm bảo việc khử mùi hôi, đảm bảo sức khỏe cho công nhân khi phân loại rác sơ bộ Rác hữu cơ được xử lý bằng

EM chỉ sau 5 – 9 giờ có thể khử hết mùi

Rác thải được thu nhận vào ban đêm vì đây là thời điểm không có nhiều công nhân làm việc, chủ yếu là các công nhân làm ca đêm ở khâu nhập liệu

Thời gian thu nhập nguyên liệu ở nhà tập kết rác được chọn là:

+ Bắt đầu lúc: 20 giờ 30 phút

+ Kết thúc lúc: 23 giờ 30 phút

Nguyên liệu được đưa vào đồng thời với việc phun chế phẩm EM

Số lần thu nhập nguyên liệu bằng với số ngày hoạt động trong tháng

Bảng 4.1: Biểu đồ thu nhập nguyên liệu

Số ngày nhập 24 22 26 25 26 25 27 26 25 27 Nghỉ 27

4.1.2 Kế hoạch sản xuất của nhà máy

- Nhà máy bố trí các công nhân làm việc 1 ca/ ngày, mỗi ca 8 giờ/ngày, nghỉ ngày chủ nhật Bố trí thêm công nhân ở khâu nhập liệu vào ban đêm với thời gian làm việc là 2 giờ

- Công nhân được nghỉ vào ngày chủ nhật và các ngày lễ lớn trong năm, nếu các ngày này rơi vào ngày chủ nhật thì bố trí nghỉ bù

Bảng 4.2: Các ngày nghỉ lễ trong năm

Các ngày nghỉ lễ trong năm Số ngày Ghi chú

Nhà máy cần có thời gian để bảo trì, sửa chữa máy móc thiết bị nhằm đảm bảo khi

đi vào hoạt động không có sự cố hư hỏng nào xảy ra làm gián đoạn quá trình sản xuất của nhà máy

Dựa vào đặc điểm tự nhiên của Đà Nẵng, ta chọn tháng 11 để bảo trì và sửa chữa máy móc thiết bị vì:

+ Đây là thời gian mà lượng mưa và độ ẩm trung bình của thành phố là lớn nhất + Số ngày làm việc khá thấp so với các tháng khác trong năm (25 ngày, theo năm 2008)

Từ đó ta có bảng bố trí sản xuất của nhà máy (theo lịch năm 2008)

Bảng 4.3: Biểu đồ sản xuất của nhà máy

4.2 Tính cân bằng vật liệu

4.2.1 Các thông số ban đầu

- Nguyên liệu: rác thải sinh hoạt

- Năng suất: 30.000 tấn rác/năm

Theo bảng kế hoạch sản xuất ta có năng suất nhà máy theo giờ là

393 , 13 8

- Men vi sinh: 2kg hoặc 2 lít/1 tấn nguyên liệu

- Độ ẩm trước khi ủ sơ bộ: 65% (độ ẩm ủ thích hợp 50-70%)

Độ ẩm sau khi ủ sơ bộ: 60%

- Độ ẩm trước khi ủ chín: 60% (độ ẩm ủ thích hợp nhất 60%)

Độ ẩm sau khi ủ chín: 50%

- Độ ẩm trước khi làm tơi: 50%

Độ ẩm sau khi làm tơi: 45%

- Độ ẩm trước khi sàng: 45% (tách tuyển mùn thô)

Độ ẩm sau khi sàng: 42%

4.2.2 Hao hụt ở từng công đoạn

Khi hoạt động ở mỗi công đoạn đều có những hao hụt nhất định, tùy thuộc vào từng khâu và thiết bị

Bảng 4.4: Hao hụt khi phân loại và sử lý sơ bộ nguyên liệu

Bảng 4.5: Hao hụt ở các công đoạn làm sạch

 Hao hụt ở công đoạn phối trộn và ủ

- Phối trộn:

Trong giai đoạn phối trộn có bổ xung lượng men vi sinh và khoáng chất, tuy nhiên lượng men bổ xung vào là 2 kg /1 tấn nguyên liệu (hoặc 2 lít/tấn) là rất nhỏ so với lượng hao hụt

Hao hụt chủ yếu do thiết bị và do giảm ẩm khi đảo trộn Tổng hao hụt của cả công đoạn là 1%

- Ủ sơ bộ:

Ở giai đoạn này độ ẩm giảm 5%, (từ 65% xuống còn 60%)

Hình 4.1: Sơ đồ cân bằng vật chất

Với:

- m, w là khối lượng và độ ẩm của nguyên liệu trước khi ủ

- M, W là khối lượng và độ ẩm của nguyên liệu sau khi ủ

- x là tỷ lệ hao hụt do giảm ẩm (%)

- m0 là khối lượng chất khô

Tỷ lệ hao hụt khối lượng được tính theo công thức:

100 1

M m





 100 100

Từ đó ta có:

W

W w W

w m

M m

100 1Vậy:

100 100

Tỷ lệ hao hụt do giảm ẩm là:

% 5 , 12 100 60 100

60 65

Hao hụt công đoạn: 2%

Tỷ lệ hao hụt ở công đoạn ủ sơ bộ là: 12,5% +2%= 14,5%

- Giai đoạn ủ chín

Ở giai đoạn này độ ẩm giảm từ 60% xuống còn 50%

Áp dụng công thức 4.1 ta có hao hụt do giảm ẩm là:

% 20 100 50 100

50 60

Hao hụt công đoạn: 2,5 %

Hao hụt của cả công đoạn ủ chín là: 20%+2,5% = 22,5%

 Nạp phân mùn hữu cơ lên băng truyền

Sau quá trình ủ chín phân mùn hữu cơ được đưa lên băng truyền đến máy đánh tơi, hao hụt cho công đoạn này là: 1%

 Công đoạn đánh tơi và sàng

-Đánh tơi:

Giai đoạn này ẩm giảm từ 50% xuống còn 45%

Áp dụng công thức 4.1, ta có hao hụt do giảm ẩm là:

091 , 9 100 45 100

45 50

Hao hụt do thiết bị: 2%

Hao hụt ở công đoạn đánh tơi là: 9,091%+2%= 11,091%

- Sàng lồng 2 (tách tuyển mùn thô):

Giai đoạn này ẩm giảm từ 45% xuống còn 42%

Áp dụng công thức 4.1, ta có tỷ lệ hao hụt do giảm ẩm là:

% 172 , 5 100 42 100

42 45

Như vậy hao hụt của cả công đoạn là: 5% + 1 + 5,172% = 11,172%

Từ đó ta có bảng hao phí cho tất cả các công đoạn như sau:

Bảng 4.6: Hao hụt qua các công đoạn

công đoạn

% hao hụt

ẩm

Tổng hao hụt của công đoạn (%)

4.2.3 Tính cân bằng khối lượng

Khối lượng rác còn lại sau công đoạn trước cũng chính là khối lượng rác đầu vào của công đoạn sau

- Khối lượng rác hao hụt ở mỗi công đoạn:

+ Gọi m là khối lượng hao hụt khối lượng của công đoạn (tấn/giờ)

+ m là khối lượng đầu vào của công đoạn (tấn/giờ)

+ X là tổng hao hụt ở từng công đoạn (%), (Bảng 4.6)

Ta có khối lượng hao hụt ở từng công đoạn là: m Xm (4.2)