Công nghệ xử lý chất thải ths dương nguyên khang

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang Nguồn gốc và sự vận chuyển các chất thải hữu cơ Chất thải hữu cơ Chất thải hữu cơ từ sinh hoạt Chất thải hữu cơ từ sản xuất - Chất thải từ n

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

Nguồn gốc và sự vận chuyển các chất thải hữu cơ

Chất thải hữu cơ Chất thải hữu cơ từ sinh hoạt Chất thải hữu cơ từ sản xuất

- Chất thải từ nhà bếp của gia

đình, nhà hàng, khách sạn, xí

nghiệp

- Chất thải từ khu thương mại

- Chất thải từ khu vui chơi giải

da, giấy, gổ

- Chất thải từ trạm xử lý nước

- Chất thải từ khai thác, chế biến dầu mỏ

Chất thải công nghiệp Sản xuất công nghiệp

Chất thải sinh hoạt Sinh hoạt

Nông nghiệp + Sản phẩm

+ Nguyên liệu Thành phố

Chất thải nông nghiệp Nông thôn

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-2-

Nguồn phát sinh và trạng thái tồn tại chất thải đô thị

2 Lưu lượng nước thải, độ dao động, định hướng thiết kế

Tỉ lệ C/N của một số chất thải

STT Các chất thải Hàm lượng nitơ (% trong lượng khô) Tỉ lệ C/N

Chất thải đô thị

Dạng lỏng: chất lỏng chứa dầu mở, bùn cặn cống rảnh, cơ sở xử lý nước

Dạng khí: hơi, khói độc hại

Chất thải khác

Dạng rắn: các chất thải

từ sinh hoạt và sản xuất

công nghiệp, nông

nghiệp

Chất thải công Nghiệp và xây dựng

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-3-

Aåm độ một số chất thải ở các nước phát triển

STT Thành phần chất thải % khối lượng Độ ẩm (%)

Giá trị nhiệt năng của một số chất có trong chất thải đô thị (Kj/kg)

STT Thành phần chất thải Khoảng giá trị Trung bình

Tỉ trọng các loại chất thải đô thị

STT Thành phần chất thải Khoảng giá trị Trung bình

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

3 Chất lượng nước thải

3.1 Thành phần và tính chất của cặn có trong nước thải

3.2 BOD, COD

3.3 Oxy hòa tan

3.4 Vật chất khô

3.5 Trị số pH

3.6 Các hợp chất N và P

3.7 Các hợp chất vô cơ

3.8 Thành phần vi sinh: vi sinh vật gây ô nhiễm môi trường, vi sinh vật gây bệnh, ký sinh trùng gây bệnh, vi sinh có lợi…

Vi sinh vật tham gia tổng hợp amylase

Vi sinh vật tổng hợp

Asp Comdidus, Asp

niges, Asp shirousami, Asp

usamii, Asp oryae

Rh Javanicus Saccharomyces diastaticus Saccharomyces cerevisiae

- Asp Awamorii Asp Usamii

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

Vi sinh vật tham gia phân huỷ cellulose trong điều kiện tự nhiên

F oxy spoum

F solani

F splendens Hunicola insodens Mucor pusillus Myrothecium verucarium Neunospora spp

Penicillium notatum Piricularia oryzea Polyporus versicolor

P sclweinitzii Stachybotrys atra Stereum sangcinolentum Trchoderma viride Trichodermakoningi

Streptomyces antibioticus Str Cellulosae

Str celluloflavus Str Thermodiastaticus Thermosporafusca Thermoactinomyces glaucus

Nocardia cellulans

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-6-

Vi sinh vật tham gia phân huỷ xylan

C trilateralo Chrysosporum lignoum Fomes annosus

F igniarus

F marginatus Fusarium moniliforme

F roseum Gibberella sanbenetti Gloephyllum saepiarium Myrothecium cyclopium

P digitatum

P expansum

P funiculosum

P luteum Trichoderme konigi

T lignorum

T viride

T roseum

Streptomyces albogriseolus

S albus

S olivaceus

S xylopplagus

Vi sinh vật tham gia phân huỷ pectin

Bacillus polymyxa Erwinia catorovora Erwinia aroideae Clostridium multifermentans

Aspergillus flavus Asp Omfzae Selerotina libertina Coniothycopsis diplodiella Bysochlannys Fulva Rhizopustritici Botngtis cinerea

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-7-

Lượng các chất chứa nitơ có trong tự nhiên

Vị trí tồn tại Số lượng dự đoán

1 Trong thực vật sống trên mặt đất

2 Trong động vật sống trên mặt đất

3 Trong xác hữu cơ trên mặt đất

4 Trong thực vật sống ở đại dương

5 Trong chất vô cơ trên mặt đất

6 Trong xác hữu cơ dưới đại dương

7 Trong chất vô cơ dưới đại dương

8 Trong tầng trầm tích

9 Trong vỏ trái đất

Sự chuyển hoá axit amin ở tế bào vi sinh vật

- Epinephrin, norepinephrin, trelanin, pocphin, paraverin

- Axit pantotenic, penicillin

Các loài nấm sợi tham gia quá trình amôn hoá

10,5

2 – 3

3 – 5

10 – 11 8,5 – 10

8

2

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

2,8 7,5

3

3 8,5 – 10 8,5 – 9,5 8,2 – 8,4

6 - 7 2,5 – 3 8,5 – 10 6,5 – 7,5 7,5 – 8,5 7,5 – 9,5

8

11 2,5 – 2,9

< 5 8,5 – 9,5

11

10

4

4 6,5 7,8

10 3,5

3 – 4 3,8 – 4,2 7,5 – 9,5

3 – 3,5

3 – 3,5

5 – 5,5

7 – 8 2,9 – 3,3 2,9 – 3,3 9,5 – 9,8 6,5

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-9-

Các loài nấm men tham gia quá trình amôn hoá protit trong chất thải

3,2 2,3 – 2,6

Các loại vi khuẩn tham gia quá trình amôn hoá protit trong chất thải

B subtilis var amylosacchariticus

B subtilis var natto

7 7,5

11 – 12

8 – 8,5 10,3 – 10,8 6,9 – 7,2 10,3 – 10,8 6,5 – 7,5 10,2 – 10,7

10 – 12

7 10,5 10,3 – 10,8 7,5 – 8 6,2 – 7 6,5 – 8 7,8

8 – 10,5

10 7,5

9 – 10

9 – 10

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

7 – 8,5

9 7,5 7,5 7,5

Các loại xạ khuẩn tham gia quá trình amôn hoá protit trong chất thải

7,8 9,0 8-10 8,5-10 7,5-8 7,5-8,5 6,5-7

8 7,5

8 7,5 6,8-7 10,5-10,8 8-9 6,5-8 8-9 8-9

Đặc điểm các giống vi sinh vật tham gia quá trình nitrít hoá

STT Tên giống vi

sinh vật

Đặc điểm hình thái Điều kiện phát

triển

1 Nitrosomonas Tế bào hình ellip hay hình que ngắn, di động

hoặc không di động Chúng thường đứng riêng lẽ hoặc cũng có thể tạo thành từng đôi một hoặc tạo thành từng chuỗi Chúng thuộc vi khuẩn Gram âm, có màng tế bào chất tách ra thành túi khi ở giữa phần giữa tế bào

Nhiệt độ phát triển là 3 – 30 0 C

pH thích hợp là 5,8 – 8,5

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-11-

2 Nitrosospira Chúng thuộc vi khuẩn có tế bào hình xoắn,

gram âm di động hoặc không di động, tự dưỡng hóa năn g bắt buộc

Phát triển ở nhiệt độ 15 – 30 o C, pH thích hợp 6,5 – 8,5

3 Nitrosococcus Chúng thuộc vi khuẩn gram âm, tế bào

hình cầu, thường đứng riêng rẽ hoặc tạo thành từng nhóm bốn tế bào một Chúng thuộc nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa năng bắt buộc

Nhiệt độ phát triển 2 – 30 o C pH thích hợp 6,0 – 8,

0

4 Nitrosolobus Vi khuẩn này có hình thái rất đa dạng,

chúng thuộc vi khuẩn gram âm Chúng có khả năng di động nhờ chu mao Chúng thuộc tự dưỡng hoá năng bắt buộc

Nhiệt độ phát triển 15 – 30 o C

pH 6 – 8,2

Đặc điểm các giống vi khuẩn tham gia quá trình nitrat hoá

STT Vi khuẩn Đặc điểm hình thái Điều kiện phát triển

1 Nitrobacter Tế bào hình que, hình quả lê, sinh

sản theo kiểu nảy chồi Chúng thuộc

vi khuẩn gram âm

Nhiệt độ phát triển 5 –

40 o C, pH thích hợp 6,5 – 8,5

2 Nitrospina Tế bào hình que thẳng, hình cầu

không di động Chúng thuộc loại hoá năng bắt buộc Chúng không đòi hỏi chất kích thích sinh trưởng và thuộc hiếu khí bắt buộc

Nhiệt độ phát triển 20 – 30 o C.pH 7 – 8

3 Nitrococcus Chúng thuộc vi khuẩn hình cầu, có

kích thước 1,5µm, thuộc gram âm

Chúng có khả năng di động nhờ một hoặc hai tiêm mao Chúng thuộc vi khuẩn hoá năng bắt buộc, không đòi hỏi chất kích thích sinh trưởng

Nhiệt độ phát triển 15 – 30 o C, p H 6,8 – 8

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-12-

Đặc điểm vi sinh vật tham gia quá trình phản nitrat hoá

1 Thiobacillus

denitrificans

Tế bào có hình que ngắn, kích thước 0,5x 3µm, tự dưỡng bắt buộc, chỉ oxy hoá các hợp chất lưu huỳnh, không oxy hoá sắt, thuộc loại kỵ khí không bắt buộc Sử dụng nitrat khi thiếu oxy

2 Bacillus

licheniformis

Hình que, tạo bào tử, bào tử ở giữa tế bào, tế bào không biến dạng khi tạo bào tử Chúng chuyển hoá glucose tạo axit, không tạo khí và tạo khí yếu, có khả năng tạo axetoin

Đặc điểm vi khuẩn thiobacillus tự dưỡng hoá năng

Vi khuẩn Đặc điểm sinh thái Đặc điểm sinh lý, sinh hoá

H2S + O2 → 2H2O + 2S + 82kcal Năng lượng này dùng để tổng hợp chất hữu cơ

CO2 + H2O → (CH2O) + O2

Chúng có tiên mao có thể di động

Thuộc vi khuẩn tự dưỡng hoá năng điển hình

4 Thiobacillus

denitrificans

Hình thái của chúng giống thiobacillus thioparus và thiobacillus thioxidans

Thuộc loại yếm khí, có thể khử NO3, oxy hoá S thành SO4 2-

5S + 6KNO3 + 2CaCO3 → 2K2SO4 + CaSO4 + 2Co2 kcal

Năng lượng tạo ra được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ

CO2 + H2O → (CH2O) + O2

5 Beggiatoa Vi khuẩn hình sợi trong tế Thuộc loại tự dưỡng hoá năng điển hình

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-13-

bào có nhiều hạt, có thể tạo màu đen khi trong môi trường có AgNO3

Chúng có thể oxy hoá H2S thành S và H2SO4

H2S + O2 → 2H2O + 2S + 82kcal 2S + 3O2 → 2H2O + 2H2SO4 + 118kcal Năng lượng tạo ra chúng sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ Có 2 trường hợp

* Nếu khối chất thải nhiều H2S thì sự hình thành S sẽ lớn

* Nếu khối chất thải thiếu H2S thì S bị oxy hoá mạnh hơn S tích luy&

Vi sinh vật Đặc điểm sinh thái Đặc điểm sinh lý, sinh hoá

1 Họ

thiorodaceae

Chúng gần giống vi khuẩn màu tím, hình que, ellip, có kích thước 1-2 x 5 x 10µ Có nhiều loài có hình thái rất dài, không có nha bào có tiên mao

Sinh sản theo cách phân cắt, chúng thuộc loại tự dưỡng quang năng điển hình

Chúng có thể sử dụng CO2 để tổng hợp chất hữu cơ nhờ ánh sáng mặt trời theo phương trình sau

2CO2 + H2S + 2H2O→ (CH2O) + H2SO4 Khi oxy hoá H2S lưu huỳnh được tích luỹ và sau đó chuyển thành SO42- và chuyển

ra ngoài tế bào

Chúng oxy hoá H2S thành S Skhông tích luỹ trong tế bào như họ trên mà S được tích luỹ ngoài đống chất thải Quá trình oxy hoá này như sau

CO2 + H2S → (CH2O) + 2S + H2O

Đặc điểm một số vi sinh vật phân giải phospho

1 Bacillus mycoides Vi khuẩn hình que dài 1,6 – 3,6µ, rộng 0,5 - 10µ Chúng

thuộc vi khuẩn hiếu khí, có tiên mao ở một đầu hay xung quanh cơ thể Chúng có khả năng phân giải phospho hữu cơ, protit nhưng không tạo tfhành H2S

Nguồn gốc chất thải TS.Dương Nguyên Khang

-14-

Đặc điểm của vi khuẩn tham gia chuyển hoá sắt

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TÚI Ủ PHÂN LÀM CHẤT ĐỐT CHO

CHĂN NUÔI

Báo cáo viên: ThS Dương Nguyên Khang Khoa Chăn nuôi Thú Y, Đại học Nông Lâm TP HCM

XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI

1 Ủ làm phân bón cho trồng trọt

2 Sử dụng phân chuồng chăn nuôi cá

3 Ủ phân làm chất đốt

BIOGAS XÂY VÒM CẦU, NẮP CỐ ĐỊNH

HIỆU QUẢ KINH TẾ – XÃ HỘI

- Lợi ích:

+ Vững chắc + Aùp lực gas cao + Tiết kiệm diện tích + Khi hoạt động tốt thì thời gian sống lâu

TÚI Ủ PHÂN LÀM CHẤT ĐỐT

SỐ TÚI Ủ THIẾT KẾ TỪ 1996 ĐẾN 2000

SỐ TÚI Ủ THIẾT KẾ Ở HAI KHU VỰC NÔNG NGHIỆP

TRONG NĂM 1999 VÀ NĂM 2000

HIỆU QUẢ KINH TẾ – XÃ HỘI

1 Lợi ích

- Rẻ, hiệu quả kinh tế.

- Dể thiết kế, dễ thay thế.

- Sinh gas ổn định.

- Xử lý chất thải hoàn hảo.

- Thích hợp cho nông hộ nhỏ.

2 Trở ngại

- Dễ thủng túi.

- Lão hóa dưới nắng mặt trời.

- Duy trì 2-3 năm cho túi không che chắn, 6-7 năm hay lâu hơn cho túi che chắn.

THỜI GIAN SỬ DỤNG (Năm)

(Khảo sát trên 200 túi đã thiết kế từ năm 1995)

KHẮC PHỤC – KHUYẾN CÁO

1 Khắc phục

* Của kỹ thuật viên:

n Thay túi chứa phân mới.

n Vá túi chứa phân bị thủng bằng miếng vá.

* Của nông hộ:

n Giảm chiều dài túi: bằng cách cắt bỏ phần bị thủn

n Lật túi ủ: chuyển bề mặt thành bề đáy.

n Thay lớp ngoài vào lớp trong khi túi dự trữ bị thủn

2 Khuyến cáo bảo quản

n Xây xi măng bảo vệ túi

n Rào túi chứa phân

n Cố định túi dự trữ chắc chắn

4 Kết hợp các mô hình cho hiệu quả nhất

Chăn nuôi Trồng trọt Môi trường Giá cả

Nhu cầu phân Sản phẩm trồng trọt

Phân bón

Ủ hoặc Biogas

Sản phẩm gia súc

Chất thải

Phân tươi, Mầm bệnh

Các cách xử lý

Phân bón cho trồng trọt và sử dụng phân gia súc

Cân bằng hay không

về Chất thải, Phân bón, Mùi, Độc tố

Mùi: Phân, Chuồng

Mùi và chất thải từ phân vào đất

Ô nhiễm môi trường,

Mầm bệnh

Aûnh hưởng môi trường địa phương và toàn cầu

Giá cho xử lý và

ủ phân

Kết quả sử dụng phân cho trồng trọt

Giá tổng cộng về xử lý phân

Cách chăn nuôi và sử dụng phân cho hiệu quả nhất?

PHƯƠNG HƯỚNG MÔ HÌNH MỚI

- Mô hình: Phối hợp mô hình hầm xây nấp vòm và hầm túi ủ

- Vật liệu:

+ Xi măng chìm trong lòng đất.

+ Nấp vòm để xử lý hoạt động sinh gas: hổn hợp PE, PVC

- Lợi ích:

+ Vững chắc.

+ Aùp lực gas sinh ra cao.

+ Tiết kiệm diện tích.

+ Hoạt động tốt.

+ Thời gian sống lâu.

+ Dễ sửa khi cần thiết.

- Trở ngại:

+ Phải nghiên cứu thay thế vật liệu rẻ tiền có sẳn tại nước ta

Túi ủ phân làm chất đốt: Supergas

SỬ DỤNG BIOGAS

I Vai trò của biogas trong sản xuất và đời sống

1.1 Cung cấp năng lượng

Khí đốt sinh học ra đời tạo ra một nguồn chất đốt mới – nguồn chất đốt không truyền thống ở Việt Nam - nó phục vụ nhu cầu nấu nướng, thắp sáng Việc nấu nướng dễ dàng, sạch sẽ hơn, đồng thời tiết kiệm thời gian

1.2 Hạn chế ô nhiễm –bảo vệ môi trường

Hiện nay ô nhiểm môi trường đang làvấn đề rắc rối trên thế giới và Việt Nam Việt Nam trên con đường phát triển kinh tế gặp nhiều vấn đề khó khăn như:

Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, môi trường sống khắc nghiệt hơn

Ngành công nghiệp phát triển, đô thị hóa gia tăng

Nạn gia tăng dân số, còn cảnh đói nghèo, suy dinh dưỡng trẻ em

Rừng tự nhiên bị phá do nhu cầu năng lượng gia tăng, nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt (Lê Văn khoa -1995)

Sự phát triển của ngành chăn nuôi đã làm gia tăng sản phẩm bài thải cho nên tận dụng nguồn phân làm biogas sẽ là phương cách xử lý có thể chấp nhận được vì:

- Tạo năng lượng đốt, hạn chế phá rừng

- Xử lý tốt các yếu tố gieo rắc mầm bệnh trong phân vì nước thải sau biogas giảm mùi hôi không thấy ruồi nhặng đeo bám, đặc biệt là ký sinh trùng vàø các

+ Nước thải là nguồn phân bón tốt, hợp vệ sinh

+ Nước thải còn là nguồn thức ăn của động vật thủy sinh

Aûnh 1: Sử dụng chất thải Biogas để nuôi cá, bèo và trồng rau muống

II Tình hình sử dụng biogas

2.1 Trên thế giới

Các nước phát triển mạnh trên thế giới, nguồn năng lượng và nguồn phân bón dồi dào, cho nên việc ứng dụng kỹ thuật biogas chủ yếu là để giải quyết vấn đề môi trường Ở các nước này thường có dạng hầm ủ theo nhiều kiểu xây dựng khác nhau với dung tích khoảng 1 triệu đến 2 triệu m3 Chúng hàng ngày tiêu thụ hàng chục tấn phân người, phân gia súc và rác thải từ các thành phố lớn Tiêu biểu ở tiểu bang Florida (Mỹ), Thụy sĩ, Canada, Hà lan

- Ở châu Á: Trung Quốc và Aán độ có số lượng biogas nhiều nhất (Kristoferson and Bokhalders)

- Trung Quốc: Sau 1975 với hình thức “biogas cho mỗi hộ gia đình” đã thiết lập khoảng 1,6 triệu cái mỗi năm Đến 1982, với con số lớn hơn 7 triệu cái được lắp đặt ở Trung Quốc Tuy số lượng lớn được lắp đặt như thế, nhưng con số không thành công cũng chiếm tỷ lệ không nhỏ Chẳng hạn năm 1980 hơn 50% tổng số cái đã rơi vào tình trạng không sử dụng được (Marchain,1992)

- Tại Ấn độ: sự phát triển mới với những mô hình mới đã không được hợp nhất nhanh chóng Chính vì thế có cuộc cải cách kết hợp với sự phản hồi từ nông hộ đã giải quyết nạn ô nhiễm môi trường (Kristoferson and Bokhalders - 1991)

Đồng ý với Marchain (1992), Kristoferson and Bokhalders đã đưa ra những vấn đề như: mô hình không đúng, xây dựng sai, khó khăn về tài chính, những rắc rối trong lúc thực hiện Nhìn chung Ấn độ rất thích hợp trong chương trình biogas kết hợp nông hộ để giải quyết vấn đề môi trường

2.2 Việt Nam

Việt sử dụng khí sinh vật ở việt nam được đề cập từ đầu thập niên 70 nhưng mãi đến cuối thập niên 70 mới phát triển mạnh do thiếu hụt năng lượng và hưởng ứng chương trình năng lượng 52 C của nhà nước Lúc đầu khí sinh vật tạo ra chủ yếu

ở dạng các hầm ủ và những túi cao su Những năm gần đây túi ủ bằng plastic mới phát triển do đặc điểm giá rẻ, dễ lắp đặt và phù hợp với mô hình nông trại kết hợp Túi ủ bằng nylon chỉ mới tập trung ở các tỉnh phía nam như quanh thành phố Hồ Chí minh, thành phố Cần Thơ Trong quá trình lắp đặt và sử dụng thì tỷ lệ thành công ở các tỉnh phía nam đạt cao hơn ở các tỉnh miền Trung và các tỉnh miền Bắc (Bùi Xuân An - 1995)

Ngoài các yếu tố ảnh hưởng đến sự thành công của biogas như điều kiện xã hội, sự tiếp cận thông tin khoa học kỹ thuật, thì sự duy trì bảo quản túi cũng là yếu tố quan trọng Ở miền Nam sự thành công cao hơn ở miền Trung, miền Bắc về lắp đặt và sử dụng biogas bằng túi nylon có thể là do:

- Khó khăn về vốn trong chăn nuôi

- Khó khăn về khí hậu, trong đó yếu tố nhiệt độ chi phối rất lớn Đó là thời điểm mùa đông nhiệt độ hạ thấp làm biogas hoạt động không tốt (Rodriguez-1996)

III CÁC DẠNG HẦM Ủ CHÍNH Ở VIỆT NAM