luan_van-thac-si-phan-huy-sinh-hoc-phan-bun-BP

   

ĐẠI HỌ ĐẠI HỌC QUỐ QUỐC GIA HÀ NỘ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  NHIÊN  ------------***------------

Nguyễn Trƣờ ng Nguyễn ng Phú

“ NGHIÊN CỨU ĐỒNG ĐỒ NG PHÂN HỦ HỦY SINH HỌ HỌC K Ỳ KHÍ BÙN BỂ BỂ  ỐT, BÙN HOẠ CHẤT THẢ PHỐ PH HOẠT TÍNH DƢ VÀ CHẤT THẢI GIÀU HỮU HỮU CƠ   ĐỂ  SINH KHÍ METAN”  ĐỂ METAN” 

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌ C

Hà nội –  năm 2020 

1

   

ĐẠI HỌ ĐẠI HỌC QUỐ QUỐC GIA HÀ NỘ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  NHIÊN  ------------***------------

Nguyễn Trƣờ ng Nguyễn ng Phú

“ NGHIÊN CỨ U ĐỒ ĐỒNG NG PHÂN HỦ HỦY SINH HỌ HỌC K Ỳ KHÍ BÙN BỂ BỂ  PHỐ PH ỐT, BÙN HOẠT HOẠT TÍNH DƢ VÀ CHẤT CHẤT THẢ THẢI GIÀU HỮU HỮU CƠ   ĐỂ  SINH KHÍ METAN”  ĐỂ METAN” 

Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờ ng ng Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌ C

 NGƢỜI HƢỚ NG DẪ N KHOA HỌC: TS. TR Ầ N THỊ HUYỀ N NGA

Hà nội –  năm 2020 

2

 

ĐOAN  LỜI CAM ĐOAN  Tôi xin cam đoan đề   tài “Nghiên cứu đồng phân hủy sinh học k ỵ  khí bùn bể   phốt, bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ để sinh khí metan” là một nghiên cứu không có sự  sao chép của ngƣời khác. Đề  tài là một sản phẩm mà tôi đã nỗ  lực nghiên cứu có sự  k ết hợ  p vớ i đề tài “Nghiên cứu  đặc trƣng các chỉ tiêu hóa lý của

 bùn thải đô thị trƣớc và sau phân hủy h ủy kỵ khí” , cùng các tác giả Đỗ Quang Trung, Bùi Duy Cam, Nguyễn Thị Nhâm, Nguyễn Quang Minh; cùng với đó là sự hƣớ ng ng dẫn tận tình của các thầy cô trong quá trình học tậ p tại trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên TS. Tr ần Thị Huyền Nga, cũng nhƣ tiến hành nghiên cứu th ực nghiệm tại tr ạm xử lý  phân bùn bể  phốt UGRENCO 7 Cầu Diễn. Trong quá trình viết luận văn tôi có sự  tham khảo ở   một số tài liệu đã đƣợ c công bố và có nguồn g ốc rõ ràng. Mọi sự giúp

đỡ  cho   cho việc thực hiện lu ận văn này đã đƣợ c cảm ơn và trích dẫn thông tin trong luận văn. Tôi xin cam đoan nế u có vấn đề gì tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.  Hà N ội, ngày 20 t háng háng 12

năm 2020 

Học viên

Nguyễn Nguy ễn Trƣờ ng ng Phú

3

 

ƠN  LỜ I CẢM CẢM ƠN  Để hoàn thành luận văn, trƣớ c tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo TS. Trần Thị Huyền Nga,  Nga,  ngƣời đã tận tụy hƣớng  hƣớng  dẫn, chỉ bảo cho tôi những kiến thức quý báu trong quá trình nghiên cứu.  Trung, cảm ơn anh Xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đỗ Quang Trung,  Nguyễn Quang Minh -  Nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa môi trƣờng, Khoa Hóa Học - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên cùng các anh chị học viên, các bạn sinh viên cùng thực hiện đề tài  “Nghiên cứu  đặc trƣng các chỉ tiêu hóa lý của bùn thải đô

thị trƣớc và sau phân hủy kỵ khí” . Tôi xin gửi lời cảm ơn, lời chúc sức khoẻ và thành công tới các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Môi trƣờng, các thầy cô trong K hoa hoa Môi trƣờng và

trong Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, những ngƣời đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích về chuyên môn và cho tôi những bài học, kinh nghiệm quý báu trong cuộc sống cũng nhƣ trong suốt quá trình làm luận văn.  Xin cảm ơn các anh chị ở  P  Phòng thí nghiệm - Trung tâm phân tích và Chuyển giao Công nghệ môi trƣờng –  Vi  Viện Môi trƣờng Nông Nghiệp, đã hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu, cảm ơn Công ty Môi trƣờng đô thị Hà Nội - URENCO 7 Cầu Diễn và Trạm xử lý nƣớc thải Kim Liên đã đồng ý cung cấp mẫu bùn thải và các thông tin về quy trình công nghệ trong suốt quá trình thực nghiệm.   Tôi xin chân thành cảm ơn!  

Học viên  viên 

Nguyễn Trƣờng Phú  Phú 

4

 

LỜI MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………….. 1  CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU  ……………………………………………... ……………………………………………... 3  1.1. Tổng quan về bùn thải đô thị và thực tr ạng quản lý bùn thải đô thị tại Việt Nam 3  1.1.1.  Nguồn phát sinh bùn thải đô thị............. .......................... .......................... ........................... ........................... ..................... ........ 3  1.1.2. Đặc điểm của bùn thải đô thị ............. ........................... ........................... .......................... ........................... .......................... ............5  1.1.3. Các phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị ............. .......................... ........................... ........................... ....................... .......... 8  1.2. Tổng quan về tình hình phát sinh và xử lý chất thải r ắn sinh hoạt ở  đô thị Việt  Nam………………………………………………………………………………..... 11  1.2.3. Các phƣơng pháp xử lý chất thải r ắn sinh hoạt đô thị ở Việt Nam .................. .................. 15  1.4. Phƣơng pháp lên men phân hủy yếm khí 19  1.4.1. Cơ sở  quá  quá trình phân hủy yếm khí ........................... ........................................ .......................... ........................... ................ 19  1.4.2. Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí - biogas............................. biogas.......................................... .............21  1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy yếm khí ......................... .................................... ........... 22  2.1. Đối tƣợ ng ng nghiên cứu 31  2.1.1. Đối tƣợ ng ng và phạm vi nghiên cứu ......................... ....................................... ........................... ........................... ................. ... 31  2.1.2.  N  Nội dung nghiên c ứu ............ ......................... ........................... ........................... ........................... ........................... ....................... .......... 34  2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ……………………………………………………….. 35  2.2.1. Thu thậ p, tổng hợ  p và xử lý số liệu .......................... ....................................... .......................... ........................... ................ 35  2.2.2. Thực nghiệm......................... ....................................... ........................... .......................... .......................... .......................... ........................ ........... 35 

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............ ......................... ........................... ........................... ....................... .......... 44  3.1. Đặc tính hóa lý của bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ …………………………….. 44  3.2. K ết quả đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa Bùn bể phốt và Bùn hoạt tính dƣ.  45 45  3.3. K ết quả đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa Bùn bể phốt, Bùn hoạt tính dƣ và

chất thải giàu hữu cơ……………………………………………………………….. 56  KẾT LUẬN .............. ........................... ........................... ........................... .......................... .......................... ........................... ........................... ................... ...... 68  TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………. 70  Tiếng Việt …………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………... 70  Tiếng Anh …………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………... 71 

5

 

DANH MỤC PHỤ LỤC …………………………………………………………... 73  Một số hình ảnh peak sắc ký khí đợ t phân tích thứ 5- thí nghiệm 2 …………….....73  Phụ lục 1: Thể tích khí biogas sinh ra theo ngày của thí nghiệm 1………………...73  Phụ lục 2: Thể tích khí biogas sinh ra theo ngày của thí nghiệm 2………………...74  Phụ lục 3: K ết quả thành phần khí của NT - thí nghiệm 1 ………………………… 77  Phụ lục 4: K ết quả thành phần khí của NT - thí nghiệm 2…………………………  79  Phụ lục 5: Một số hình ảnh peak sắc ký khí đợ t phân tích thứ 5- thí nghiệm 2 …...82 

6

 

BẢNG VIẾ VIẾT TẮ TẮT STT

Ký hiệ hiệu

1

BBP

2

BHTD

Bùn hoạt tính dƣ 

3

BHTT

4

BOD

Bùn hoạt tính thải   Nhu cầu oxy sinh học 

5

COD

 Nhu cầu oxy hóa học 

6

CPSH

Chế phẩm sinh học  

7

CTR

8

CTRSH

Chất thải rắn sinh hoạt  

9

LCFAs

Các axit béo mạch dài 

10

NT

11

OFMSW

12

TLRL

13

TN

Tổng Nitơ  

14

TN1

Thí nghiệm 1 

15

TN2

Thí nghiệm 2 

16

TP

Tổng Photpho 

17

TVS

Tổng chất rắn bay hơi  

18

VK

Vi khuẩn 

19 20

VS

Chất rắn bay hơi  Vi sinh vật 

VSV

Giả Giải thích Bùn bể phốt 

Chất thải rắn 

 Nghiệm thức Phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị   Tỷ lệ rắn/lỏng 

7

 

DANH MỤ MỤC BẢ BẢNG BIỂ BIỂU Bảng biể biểu

Tên bảng biể biểu

Trang

Bảng 1.1

Lƣợ ng ng bùn cặn từ các công trình v ệ sinh và từ hệ thống thoát nƣớ c

4

tại đô thị trên cả nƣớc giai đoạn 2013-2016 Bảng 1.2

Một số đặc điểm hóa lý điển hình của bùn giai đoạn xử lý sơ bộ  

6

Bảng 1.3 

Một số đặc điểm hóa lý của bùn giai đoạn xử lý sinh học 

6

Bảng 1.4 

Thành phần có trong sản phẩm bài tiết của con ngƣời 

7

Bảng 1.5

Thành phần hữu cơ của phân bùn từ một số công trình vệ sinh

7

Bảng 1.6 

Các loại CTR đô thị ở Hà Nội năm 2011  

12

Bảng 1.7 

Khối lƣợng riêng và hàm lƣợng ẩm có trong rác thải sinh hoạt  

14

Bảng 1.8 

Một số đặc trƣng điển hình của bùn hoạt tính

17

Bảng 1.9 

Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí 

22

Bảng 1.10

Một số chất ức chế quá trình sinh khí metan

27

Bảng 1.11

Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phân hủy yếm khí so vớ i hiếu khí

29

Bảng 2.1 

Bố trí các nghiệm thức của thí nghiệm 1  

40

Bảng 2.2 

Bố trí các nghiệm thức của thí nghiệm 2 

40

Bảng 3.1 

Một số đặc điểm hóa lý của BBP và BHTD 

41

Bảng 3.2 

Đặc điểm hóa lý của nguyên liệu sau phối trộn của các NT -TN1

42

Bảng 3.3 

Kết quả phân tích TS trƣớc và sau phân hủy của các NT - TN1

42

Bảng 3.4

Kết quả phân tích TVS trƣớc và sau phân hủy của các NT - TN1

44

Bảng 3.5  Bảng 3.6 

Kết quả phân tích TP trƣớc và sau phân hủy của các NT - TN1 Kết quả phân tích TN trƣớc và sau phân hủy của các NT - TN1

46 48

Bảng 3.7 

Thể tích khí biogas sinh ra ở  các NT-TN1

49

Bảng 3.8 

Tỷ lệ thành phần các khí sinh ra ở  Thí  Thí nghiệm 1

52

Bảng 3.9 

Thể tích khí CH4 sinh ra ở các NT- thí nghiệm 1 

53

Bảng 3.10

Một số đặc điểm hóa lý sau phối trộn của các nghiệm thức – TN2 TN2

53

Bảng 3.11  Sự thay đổi hàm lƣợ ng ng TS ở  các  các nghiệm thức – TN2 TN2

54

Bảng 3.12

55

Sự thay đổi hàm lƣợ ng ng TVS ở  các  các nghiệm thức – TN2 TN2

Bảng 3.13  Sự thay đổi hàm lƣợ ng ng TP ở  các  các nghiệm thức – TN2 TN2

8

57

 

Bảng 3.14  Sự thay đổi hàm lƣợ ng ng TN ở  các  các nghiệm thức – TN2 TN2

58

Bảng 3.15  Tổng thể tích khí biogas sinh ra ở  các  các nghiệm thức – TN2 TN2

60

Bảng 3.16  Tỷ lệ thành phần trung bình của các loại khí sinh ra ở  TN2

61

Bảng 3.17  Tổng thể tích khí CH4 sinh ra ở các NT- thí nghiệm 2 

62

9

 

DANH MỤ MỤC HÌNH VẼ VẼ   Số hi  hiệệu hình vẽ vẽ 

Tên hình vẽ 

Trang

Hình 1.1 Tóm tắt các phản ứng sinh hóa của quá trình phân hủy yếm khí

20

Hình 1.2  Nhiệt độ và các nhóm VSV tƣơng ứng trong phân hủy yếm khí   Hình 1.3  Nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo axit 

24 25

Hình 1.4  Nhóm vi sinh vật tạo Metan 

26

Hình 1.5 Chuyển đổi sinh học trong hệ thống hiếu khí và v à yếm khí 

30

Hình 2.1 Phân bùn bể phốt tại Tr ạm xử lý phân bùn bể phốt Cầu Diễn

33

Hình 2.2 BHTD từ tr ạm xử lý nƣớ c thải Kim Liên

33

Hình 2.3 Rác thải sinh hoạt khu vực chợ  M  Mễ Trì Hạ- Nam Từ Liêm

34

Hình 2.4 Hệ thống thiết bị phân hủy yếm khí AKIZ

36

Hình 2.5 Cấu tạo bộ thiết bị phân hủy yếm khí AKIZ

37

Hình 2.6 Một số dụng cụ đong mẫu và đựng mẫu Hình 2.7 Đấu nối chạc 3 vào thiết bị phân hủy yếm khí để lấy mẫu khí 

37 38

Hình 2.8 Thiết bị phân tích khí 

43

Hình 3.1

Sự thay đổi giá trị TVS các NT- TN1 trƣớc và sau phân hủy yếm khí. 

45

Hình 3.2 Sự thay đổi giá trị TP của các NT -TN1 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 

47

Hình 3.3 Sự thay đổi giá trị TN của các NT - TN1 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 

48

Hình 3.4 Biểu đồ thể tích khí sinh ra ở các NT  thí nghiệm 1 

50

tr ình phân hủy yếm khí các NT - TN1 Hình 3.5 Diễn biến sinh khí trong quá trình

50

Hình 3.6 Biểu đồ thành phần các loại khí trung bình của các NT-TN1

52

Hình 3.7 Sự thay đổi giá trị TS của các NT–TN2 trƣớc và sau phân hủy yếm khí  Hình 3.8 Sự thay đổi giá trị TVS của các NT -TN2 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 

54 56

Hình 3.9 Sự thay đổi giá trị TP của các NT -TN2 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 

57

Hình 3.10 Sự thay đổi giá trị TN của các NT -TN2 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 

58

Hình 3.11 Diễn biến sinh khí biogas của các c ác NT trong phân hủy yếm khí TN2 

60

Hình 3.12 Biểu đồ thể tích khí sinh ra ở các NT thí nghiệm 2

61

Hình 3.13 Biểu đồ thành phần các loại khí trung bình của các NT-TN2

62

10

 

LỜ I MỞ  MỞ  ĐẦ ĐẦU U Trong những năm qua nƣớc ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nƣớc, song song với đó là quá trình đô thị hóa diễn ra với tốc độ khá nhanh. Tuy nhiên bên cạnh sự phát triển đó đã kéo theo rất   nhiều các vấn đề về kinh tế xã hội và đặc biệt là vấn đề bảo vệ môi trƣờng. Việc thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử dụng chất thải đặc biệt bùn thải từ các công trình vệ sinh trong đô thị,  bùn hoạt tính dƣ thừa từ các công trình xử lý nƣớc thải và rác thải sinh hoạt giàu hữu cơ dễ phân hủy gây ra mùi hôi thối đã và đang trở thành bài toán khó. Trong các loại chất thải đô thị, bùn thải đô thị là loại chất thải đặc thù đƣợc phát sinh chủ yếu từ các hoạt động nạo vét xử lý bùn bể tự hoại, bùn dƣ thừa  từ các các hệ thống xử lý nƣớc thải, rác thải sinh hoạt là một loại rác giàu hữu cơ phát sinh từ cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của các hộ gia đình, khu dân cƣ, các nhà hàng, trung tâm thƣơng mại, trƣờng học, cơ quan nghiên cứu, các cơ sở dịch vụ ăn uống ..v.v.. Hiện nay có nhiều phƣơng pháp khác nhau để xử lý bùn thải và rác thải khác nhau nhƣ  phƣơng pháp hóa lý, hóa h óa học, sinh hóa ..v.v....với đặc điểm đặc trƣng của bùn bể tự hoại, bùn hoạt tính dƣ và chất thải rắn sinh hoạt là giàu hợp chất hữu cơ,  bùn hoạt tính dƣ thừa đƣợc sinh ra sau quá trình xử lý sinh học hiếu khí   phần phần dầu mỡ có hàm hà m lƣợng khá cao từ 5 -12% với thành phần chủ yếu là lipit, chất thải giàu lipit đƣợc  biết đến là có tiềm năn năngg sinh khí metan cao trong 3 nguyên lliệu iệu chính của quá trình sản sinh khí metan là lipit, protein và cacbonhydrat. Hiện nay phƣơng pháp chôn lấp là phƣơng pháp phổ biến đƣợc áp dụng để xử lý bùn thải và rác thải sinh hoạt…. Tuy nhiên việc chôn lấp trực tiếp mà chƣa qua xử lý tồn tại rất nhiều những hạn chế nhƣ: cần diện   tích chôn lấp lớn, không xử lý đƣợc triệt để các tác nhân nguy hại đối với cộng đồng, lãng phí một lƣợng lớn các chất hữu cơ có thể tái sử dụng  đƣợc vì thế hiện nay xử lý bùn thải bằng phƣơng  pháp sinh học đang đƣợc các nhà khoa học và quản lý quan tâm nhiều, bởi vì bản chất của phƣơng pháp này là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật có ích để phân hủy chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong bùn thải. Phƣơng  pháp phân hủy yếm khí có các  ƣu điểm  đó  là tiêu thụ rất ít năng lƣợng trong quá 1

 

trình vận hành và có thể thu hồi đƣợc một lƣợng lớn khí metan (CH 4) nhƣ một

nguồn năng lƣợng tái tạo, bùn sau xử lý có thể đƣợc sử dụng vào mục đích nông nghiệp.  Với bản chất các loại chất thải này là giàu hợp  chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và tiềm năng sinh khí biogas tốt tạo ra nguồn năng lƣợng thay thế nhƣ khí đốt, phát điện để phục vụ sinh hoạt sản xuất đồng thời góp phần xử lý chất thải giảm thiểu ô nhiễm bảo vệ môi trƣờng. Từ  những lý do nêu trê trên, n, chúng tôi chọn đề Nghiên c ứu ứu đồng phân hủ y sinh học k  ỵ khí hỗ n hợ   p bùn bể  ph  phố t, t, bùn hoạt tài:“ Nghiên

tính dư và chấ t thải già gi àu hữu cơ để  sinh khí Metan” . Nhằm mục tiêu đánh giá một số đặc điểm của bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ và khả năng  phân hủy sinh học kỵ khí khi phối trộn   các loại chất thải này lại với nhau để sinh

khí metan vì vậy tiến hành nghiên cứu 02 nội dung đó là đồng phân hủy sinh học kỵ   giữu 02 loại bùn bể phốt kết hợp bùn hoạt tính dƣ và đồng phân hủy sinh học kỵ khí  bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ kết hợp chất thải giàu hữu cơ để sinh khí metan. 

2

 

CHƢƠNG 1. 1. TỔ TỔNG QUAN TÀI LIỆ LIỆU 1.1. Tổng quan về về bùn thải thải đô thị và thị và thự  thự c trạ trạng quả quản lý bùn thải thải đô thị t thị tạại Việệt Nam Vi thị  1.1.1. Nguồ Nguồn phát sinh bùn thải thải đô thị  Bùn thải đô thị là thành phần chính của quá trình thoát nƣớc đô thị. Bùn thải đô thị đƣợc sinh ra trong các công đoạn của quá trình thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải. Bùn thải đô thị  là sản phẩm của quá trình thoát nƣớc đô thị. Nguồn phát sinh chủ  yếu bao gồm: bùn phát sinh từ  hệ  thống bể  phốt, bùn từ các tr ạm xử  lý nƣớ c thải trong thành phố và bùn nạo vét hệ th ống thoát nƣớ c. c. T ỷ tr ọng c ủa các loại bùn nêu trên phụ thuộc vào đặc điểm riêng của hệ thống thoát nƣớc đô thị [7]. -  Phân bùn bể tự hoại hay còn có cách  gọi khác là phân bùn bể phốt: có nguồn

gốc từ các bể tự hoại, các nhà vệ sinh công cộng, có thành phần chủ yếu là các chất hữu cơ và các loại vi sinh vật (chủ yếu là các vi khuẩn đƣờng ruột, trứng giun sán...). Do có chứa hàm lƣợng chất hữu cơ cao nên phân bùn có thể đƣợc dùng trong mục đích nông nghiệp, việc xử dụng phân bùn chƣa qua xử lý cũng trở thành một nguy cơ lớn gây gâ y ra các bệnh về đƣờng ruột [12]. Bùn thải t ừ các công trình v ệ sinh (bể t ự ho ại): Theo số li ệu c ủa C ục H ạ t ầng k ỹ th  thuuật, B ộ Xây dựng ( 2017), lƣợ ng ng bùn thải t ừ b ể t ự ho ại t ại các đô thị  dao động từ  vài trăm m3/năm đến trên 200.000 m3/năm. Tuy nhiên lƣợng bùn thu gom cũng r ất hạn chế, t ỷ  lệ  thu gom có biên độ  dao động lớ n, n, từ  3% đến 97%, tỷ  lệ thu gom trung bình chỉ đạt khoảng 32%. Lƣợ ng ng bùn bể tự hoại đƣợ c thu gom có th ể lớn hơn do có nhiều doanh nghiệp, đơn vị cung cấ p dịch vụ hút bùn vể tự hoại ở  quy  quy mô nhỏ  lẻ [4]. - Bùn nạo vét: phát sinh từ công tác nạo vét cống rãnh, sông, hồ, ao nằm trong

hệ thống thoát nƣớc đô thị. Tại Việt Nam còn nhiều bất cập trong công tác quản lý nƣớc thải đô thị, nƣớc thải sinh hoạt không đƣợc xử lý hoặc xử lý chƣa triệt để mà xả thải trực tiếp ra môi trƣờng với lƣợng rất lớn. Do vậy lƣợng bùn cặn từ nƣớc thải

3

 

 phát sinh với lƣợng cực kì lớn, không tập trung và có thành phần hết sức đa dạng,  phức tạp [9]. - Bùn thải từ trạm xử lý nƣớc thải sinh hoạt hay còn có thể gọi với tên gọi khác bùn hoạt tính dƣ: Bùn hoạt tính dƣ  là một trong những sản phẩm phụ lớn nhất

của quá trình xử lý nƣớc thải sinh học . Phần lớn bùn hoạt tính dƣ là lƣợng sinh khối từ các quá trình sinh hóa của vi sinh vật. Một phần đáng kể các chất ô nhiễm đƣợc tìm thấy trong BHTD, vì vậy không nên thải bỏ trực tiếp với lƣợng lớn ra ngoài môi trƣờng. Đối với loại hình bùn thải phát sinh từ công tác xử lý nƣớc thải công nghiệp, tùy vào tính chất và chất lƣợng bùn thải cần phải có quy định về quản lý riêng và không nằm trong tập hợp bùn  bùn thải đô thị [17]. Hệ số phát sinh bùn cặn từ các công trình vệ sinh (bể tự hoại) tại đô thị là 0,04 - 0,07m3/ngƣời/năm. Chỉ số bùn cặn từ hệ thống thoát nƣớc tại các đô thị 0,146 0,365 m3/ngƣời/năm. Hiện nay phƣơng thức xử lý bùn chủ yếu tại các trạm xử lý nƣớc thải đô thị Việt Nam là khử nƣớc và chở đi chôn lấp [3]. 

Bảng 1.1. Lƣợng bùn cặn từ các công trình vệ sinh (bể tự hoại) hoạ i) và từ hệ thống thoátt nƣớc tại đô thị trên cả nƣớc giai đoạn 2013-2016 thoá 2013 -2016 [3]. TT Năm Năm  

Lƣợng bùn cặn phát sinh

Lƣợng bùn cặn phát sinh từ hệ

từ bể tự hoại (m3/năm) /năm)  

thống thoát nƣớc (m3/năm) /năm)  

1

2013

1.154.996 - 2.021.243

4.215.735 - 10.539.339

2

2014

1.201.416 - 2.102.478

4.383.168 - 10.962.921

3

2015

1.242.700 - 2.174.725

4.535.855 - 11.339.638

4

2016

1.279.440 - 2.239.020

4.669.956 - 11.674.890

 Nguồn: TCMT,2017   Thông thƣờng, tỷ trọng của bùn bể phốt, bùn nạo vét, bùn xử lý nƣớc thải trong bùn thải đô thị khác nhau phụ thuộc vào mô   hình thoát nƣớc, trình độ phát triển hạ tầng đô thị của mỗi một quốc gia. Tại một số quốc gia châu Âu phát triển thƣờng sử dụng mô hình thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải tập trung nên thành phần bùn thải đô thị chủ yếu phát sinh từ nguồn bùn dƣ và bùn nạo vét, còn đối với bùn bể

4

 

 phốt thì chiếm tỷ trọng nhỏ [9]. Ở Việt Nam  bùn thải đƣợ c phân chia thành 6 loại nhƣ sau: bùn thải trong hệ  thống thoát nƣớ c thải đô thị, bùn thải trong hệ  thống thoát nƣớ c thải công nghiệ p, bùn thải từ các hoạt động nạo vét kênh r ạch định k ỳ,  bùn th t hải từ b ể t ự ho ại (bùn hầm cầu), bùn thải t ừ tr ạm/ nhà máy xử  lý nƣớ c c ấ p và  bùn th ải từ các công trình xây d ựng trong đó tậ p trung chủ yếu là bùn bể tự ho ại và  bùn thải từ hệ thống thoát nƣớ c thải đô thị [3].

Hiện nay, việc thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử dụng chất thải đặc  biệt từ bùn thải ở các hệ thống thoát nƣớc và các công trình vệ sinh trong đô thị đã và đang trở thành bài toán khó đối với các nhà quản lý hầu hết các nƣớc trên thế giới, đặc biệt ở các nƣớc có nền kinh tế đang phát triển trong đó có Việt Nam. Bùn thải đang rơi vào hiện trạng thừa thu gom thiếu xử lý, thực tế không phải tất cả các  bùn thải t hải này nà y đều đƣợc xử lý th theo eo quy qu y chuẩn kỹ thu thuật ật đã đƣợc ban hành. Các cơ sở sản xuất kinh doanh thƣờng thu gom sau đó xả bỏ tại một nơi vô định, thƣờng là những khu vực hẻo lánh, dân cƣ thƣa thớt nhằm giảm bớt chi phí xử lý bùn thải cho doanh nghiệp, mặc kệ hệ quả nghiêm trọng xảy ra cho môi trƣờng cững nhƣ sức khỏe con ngƣời [3;11]. 1.1.2. Đặc Đặc điểm điểm củ của bùn thải thải đô thị  thị  Với đặc điểm sự phát thải phụ thuộc vào mật độ dân cƣ, trình độ dân trí, trình độ phát triển đô thị cũng nhƣ sự phát triển của hệ thống hạ tầng đô thị nên bùn thải đô thị tại mỗi quốc gia, mỗi khu vực dân cƣ có những đặc điểm khác biệt. Hơn thế nữa, tính chất của bùn thải phụ thuộc theo đặc trƣng thời tiết khí hậu, theo mùa nên sự khác biệt giữa các vùng miền càng thể hiện rõ rệt hơn. Ngoài ra, đặc điểm của  bùn thải tại các trạm xử lý nƣớc thải còn thể hiện hi ện ở công nghệ xử lý nƣớc thải đang đƣợc áp dụng và bùn phát sinh từ các công đoạn xử lý khác nhau có đặc điểm riêng  biệt. Bùn thải thả i phát sinh trong giai đoạn xử lý sơ bộ  của các trạm xử lý nƣớc thải đô thị tập trung tại Châu Âu thƣờng có các chỉ tiêu hóa lý nhƣ  Bảng 1.2 [17;25].

5

 

Bảng 1.2. Một số đặc điểm hóa hóa lý điển hình  hình của bù bùn n giai đoạn xử lý sơ bộ bộ [17;25]  [17;25] Chỉ tiêu hóa lý  lý 

STT

Hàm lƣợng (%) lƣợng (%)

1

pH

5 –  8  8

2

Tổng chất rắn (%)

2 –  8  8

3

Tổng chất rắn bay hơi   (Tính theo %TS)

60 –  80  80

4

Tổng Nitơ  (tính theo % TS)

1,5 –  4  4

5

Tổng Phốt pho (tính theo % TS)

0,8 - 2,8

Trong khi đó, bùn thải phát sinh từ giai đoạn xử lý sinh học có đặc điểm hóa lý

nhƣ Bảng 1.3. Bảng 1.3. Một số đặc điểm hóa lý của bùn  bùn giai đoạn xử lý sinh học [7,17].  Chỉ tiêu hóa lý  lý 

STT

Hàm lƣợng (%) lƣợng (%)

1

pH

6,5 –  8  8

2

Tổng chất rắn (%)

0,83 –  1,16  1,16

3

Tổng chất rắn bay hơi  (Tính theo%TS)

59 –  88  88

4

Tổng Nitơ  (Tính theo %TS)

2,4 –  5  5

5

Tổng Phốt pho (Tính theo %TS)

2,8 –  11  11

“Phân bùn” là hỗn hợp của bùn, phân và chất lỏng, hình thành nên từ các công trình vệ sinh tại chỗ…Phân bùn đƣợc coi là một dạng của bùn cặn [ 6]. Bể tự hoại tiếp nhận các sản phẩm bài tiết của ngƣời (phân, nƣớc tiểu) từ các công trình vệ sinh. Trong bể tự hoại diễn ra đồng thời hai quá trình: lắng chất rắn và lên men cặn lắng. Nƣớc thải sau khi xử lý sơ bộ từ bể tự hoại đƣợc xả  vào hệ thống cống chung hoặc trong nhiều trƣờng hợp đƣợc xả trực tiếp vào kênh mƣơng, sông ngòi. Phần chất rắn trong bùn cặn có tỷ trọng là 660 g/kg, tỷ trọng điển hình của cặn lắng đáy dạng bùn là 1,4-1,5 t/m3 [6;12]. Các cặn lắng hữu cơ đƣợc chuyển hoá ở phần đáy của bể tự hoại nhờ quá trình phân huỷ yếm khí. 

6

 

Bảng 1.4. Thành phầ phần có trong sả sản phẩ phẩm bài tiế tiết của của ngƣờ i [12;26].  Các chấ chất (gam/ngƣờ i - ngày đêm)  đêm) 

Nƣớ c tiể tiểu

phân

Phân + Nƣớ c tiể tiểu

 Ni tơ  

11,0

1,5

12,5

Tự hoại phốt pho

1,0

0,5

1,5

Ka li

2,5

1,0

3,5

Cacbon hữu cơ  

6,6

21,4

30

Phân bùn bể phốt có thành phần các chất hữu cơ ở mức cao và có tiềm năng  phân hủy sinh học. Thành phần hữu cơ có trong bùn bể tự hoại tùy theo thời gian lƣu giữ phân bùn trong bể, thời gian lƣu giữ trong bể càng lâu thì các chất hữu cơ trong bể càng giảm.  Bảng 1.5. Thành phầ phần hữu hữu cơ của của phân bùn từ  từ  mộ  một số số công trình vệ vệ sinh [12;26]. Loại bùn cặn  cặn 

Chất hữu cơ   (%TS)

Nitơ (%TS) (%TS)

Photpho(%TS)

Bể tự hoại thời gian 1-3 năm 

71-81

2,4 –  3,0

2,7 –  2,9  2,9

Bể tự hoại thời gian > 3 năm 

30,4

0,97 –   1 1 

0,71 – 0,85 0,85 

Phân tƣơi

85 –  88  88 

3,2 –  3,7  3,7

2,6 –  2,8  2,8 

Một số đặc điểm  hóa lý của bùn thải có sự khác nhau giữa các loại bùn thải cũng nhƣ sự khác nhau giữa các vùng miền và quốc gia nhƣng điểm chung là bùn thải đô thị có chứa thành phần các chất dinh dƣỡng nhƣ nitơ, phốt pho khá c . Dựa vào đặc điểm dễ bị phân hủy do vi sinh  vật có trong nƣớc, ta có thể phân các chất hữu cơ thành hai nhóm:   -  Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy: Đó là các hợp chất protein, cacbohydrat,

chất béo nguồn gốc động vật và thực vật. Đây là các chất gây ô nhiễm chính có nhiều trong bùn thải sinh hoạt, bùn thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm.  

7

 

-  Các chất hữu cơ khó bị phân hủy: Các chất loại này thuộc các chất hữu cơ có

vòng thơm, các chất đa vòng ngƣng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, phốt pho hữu cơ … Trong số các chất này có nhiều hợp chất là các chất hữu cơ tổng hợp. Hầu hết chúng đều có độc tính đối với con ngƣời và sinh vật. Chúng tồn tại lâu dài trong môi trƣờng và trong cơ thể sinh vật.   Với hàm lƣợng dinh dƣỡng có ích cao nhƣ nitơ,  phốt pho và các chất hữu cơ khác.  Các quốc gia trên thế giới đang nỗ lực   sử dụng nguồn bùn thải để tái sử dụng trong nông nghiệp nhằm giảm thiểu lƣợng chất thải mang đi chôn lấp. Tuy nhiên, do đặc điểm tích tụ nhiều chất gây ô nhiễm mà các phƣơng án quản lý bùn thải đô thị tại các quốc gia trở nên hết sức khó khăn. Các tác nhân gây ô nhiễm tồn tại trong  bùn thải đô thị với hàm lƣợng cao là rào cản trong việc sử dụng bùn thải đô thị cho mục đích nông nghiệp [9 ]. Tiềm năng thu hồi tài nguyên, tái sử dụng bùn thải là rất lớn, cần chú trọng nghiên cứu ứng dụng, triển khai công nghệ   phù phù hợp để xử lý và tận dụng hiệu quả bùn thải.  1.1.3. Các Các phƣơng pháp xử  lý  lý bùn thải thải đô thị  thị  Hiện nay, việc thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử dụng chất thải đặc  biệt bùn  cặn  thải từ hệ thống thoát nƣớc  và các công trình vệ sinh ở   đô thị đang trở thành bài toán khó đối với hầu hết các nƣớc trên thế giới, đặc biệt là đối với  các nƣớc có nền kinh tế đang phát triển trong đó có Việt Nam. Trong tất cả các loại bùn cặn trên, bùn cặn trong mạng lƣới thoát nƣớc (cống  thoát nƣớc, kênh mƣơng và hồ) không tập trung, rất khó thu gom và có thành phần phức tạp nhất. Các loại bùn cặn này dễ gây ô nhiễm môi trƣờng sông hồ, làm sụt giảm hàm lƣợng oxy và mất cân  bằng sinh thái trong nguồn nƣớc mặt.   Trên thế giới hiện nay đã và đang áp dụng nhiều phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị khác nhau. Sự lựa chọn áp dụng phƣơng pháp xử lý nào là phụ thuộc vào đặc điểm bùn thải, đặc điểm về văn hóa, lịch sử, không gian vị trí địa lý, luật pháp, chính trị và tình hình kinh tế của mỗi quốc gia, mỗi vùng miền. Các phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị phổ biến hiện nay bao gồm một số phƣơng pháp   chủ yếu sau [9].

8

 

-  Chôn lấp tại bãi chôn lấp tập trung chất thải. -  Xử lý bằng phƣơng pháp nhiệt.   -  Sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp.  - Phƣơng pháp sinh học. 

Do thành phần chủ yếu của bùn thải là các vi sinh vật cùng với hàm lƣợng chất hữu cơ, nito và photpho cao. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là tận dụng đƣợc thành phần dinh dƣỡng trong bùn thải để thay thế cho môi trƣờng nhân tạo đắt tiền thƣờng đƣợc sử dụng trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật để tạo ra các sản phẩm sinh học có ích nhƣ chế phẩm sinh học cho cải tạo đất, thuốc trừ sâu sinh học, mạng PE, hóa chất keo tụ  ..v.v Phƣơng pháp sinh học có thể đƣợc chia thành hai loại phổ biến   là phƣơng  pháp phân hủy trong điều kiện hiếu khí và trong điều kiện yếm khí:   +/ Phƣơng pháp phân hủy hiếu khí là phƣơng pháp có thời gian phân hủy nhanh và triệt để các hợp chất hữu cơ  Theo  Theo báo cáo của Cục bảo vệ môi trƣờng liên  

 bang Hoa Kỳ. +/ Phân hủy yếm khí là phƣơng pháp  xử lý đã đƣợc chứng minh là có hiệu quả

làm giảm hàm lƣợng hữu cơ trong bùn, cải thiện khả năng tách nƣớc của bùn, giảm thiểu mầm bệnh cao, giảm khối lƣợng bùn.   Phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong việc ổn định bùn thải phát sinh từ các trạm xử lý nƣớc thải cũng  nhƣ bùn thải đô thị nói chung . Phƣơng pháp phân hủy yếm khí là phƣơng pháp phân giải triệt để các tác nhân gây ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ trong bùn thải. Hơn nữa,  phƣơng pháp phân giải giả i yếm khí tại nhiệt n hiệt độ 55ºC có khả năng tiêu di diệt ệt triệt để mầm gây bệnh nguy hại [14;15].  Ngoài mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm trong bùn thải,  phƣơng pháp phân hủy trong điều kiện yếm khí còn sinh ra sản phẩm biogas cung cấp nhƣ nguồn năng lƣợng tái sinh. Vì vậy, trong xử lý bùn thải đô thị thƣờng kết hợp xử lý các loại   chất thải khác chủ yếu là rác thải hữu cơ nhằm tối ƣu quá trình sinh biogas cũng nhƣ hỗ trợ quá trình phân hủy yếm khí diễn ra trong điều kiện tối ƣu nhất. 

9

 

 Ngày nay, có nhiều nghiên cứu đƣợc triển khai nhằm phát triển các phƣơng  pháp, kỹ k ỹ thuật t huật mới hoặc kết hợp nhiều kỹ thuật khác nhau trên một mô hìn hìnhh xử lý  bùn thải đô thị bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nhằm đạt hiệu quả cao nhất. Tuy Tu y nhiên, để đạt đƣợc hiệu quả nhƣ mong muốn, các mô hình cần đƣợc xác lập dựa tr ên ên điều kiện cụ thể của từng vùng miền, từng quốc gia khác nhau trên thế giới.  Quản lý bùn thải là một trong những hạng mục tốn kém nhất trong các nhà

máy xử lý nƣớc thải nhỏ. Việc xử lý và loại bỏ các loại bùn thải chiếm khoảng một nửa tổng chi phí xử lý nƣớc thải. Sự lựa chọn phƣơng pháp xử lý bùn đƣợc sử dụng, trong thực tế, ảnh hƣởng mạnh mẽ bởi các yếu tố phi công nghệ nhƣ vị trị và chi phí vận chuyển. Hầu hết các trạm xử lý nƣớc thải nhỏ sử dụng công nghệ bùn hoạt tính không đƣợc trang bị một thiết bị lắng sơ cấp. Do đó, bùn thải từ những trạm xử lý nƣớc thải này chỉ gồm có bùn hoạt tính thải. Phân hủy yếm khí của bùn thải là một

công nghệ đƣợc biết đến rộng rãi, cho phép giảm đƣợc   hàm lƣợng chất rắn trong  bùn thải, thu hồi đƣợc một phần năng lƣợng giảm lƣợng mầm bệnh và cải thiện đƣợc khả năng lắng tách nƣớc của bùn. Tuy nhiên, bùn hoạt tính dƣ  ít phân huỷ sinh học hơn bùn sơ cấp (bùn lắng từ quá trình xử lý sơ bộ nƣớc thải đô thị) và tiềm năng khí metan sinh học (biochemical methane potential - BMP) của bùn hoạt tính dƣ  

thấp hơn đáng kể so với bùn thải sơ cấp [ 16]. Do tiềm năng khí metan thấp và chi  phí xây dựng và vận hành cao nên các hệ thống phân hủy yếm khí cho bùn hoạt tính dƣ  không đem lại lợi nhuận, do đó biện pháp xử lý này đƣợc sử dụng khá ít trong các công trình xử lý nƣớc thải nhỏ. Các phƣơng pháp tiền xử lý có thể đƣợc sử dụng để tối ƣu hóa quá trình này phân hủy này và tăng sản lƣợng khí sinh học, nhƣng chúng liên quan đến việc sử dụng thêm năng lƣợng và hóa chất. Giải pháp đƣợc

nhiều ngƣời hƣớng tới là đồng phân hủy yếm khí kết hợp bùn hoạt tính dƣ   với một hoặc nhiều chất nền với giá trị tiềm năng khí sinh học cao hơn, và phân bùn bể phốt là mục tiêu đƣợc hƣớng đến. Phân bùn bể phốt có tiềm năng khí sinh học lớn, cùng với các thành phần dinh dƣỡng nhƣ nitơ, photpho ở mức cao là sự lựa chọn thích hợp để làm bùn nguyên liệu kết hợp sử dụng trong đồng phân hủy yếm khí với một

10

 

loại chất nền có khả năng sinh khí biogas và phân hủy sinh học kém hơn nhƣ bùn hoạt tính dƣ  1.2. Tổng quan về về tình hình phát sinh và xử  x ử  lý  lý chấ chất thả thải rắ rắn sinh hoạ hoạt ở  đô thị thị Vi  Việệt Nam  Nhìn chung, việc v iệc phát p hát sinh chất thải rắn luôn l uôn đi đôi với quá trình sản xuất và sinh hoạt của con ngƣời. Trên phạm vi toàn quốc lƣợng chất thải rắn (CTR) phát sinh tăng khoảng 10-16% mỗi năm và sẽ còn tiếp tục tăng trong thời gian tiếp theo [2;3]. Trong thành phần của CTR đô thị thì CTR sinh hoạt là chủ yếu, chiếm

khoảng 60-70% lƣợng chất thải rắn phát sinh. Thành phần có trong CTR sinh hoạt  phụ phụ ph ụ thuộc vào mức sống ở một số đđôô thị , tỷ lệ CTR đƣợc chôn lấp hiện chiếm khoảng 76-82% lƣợng CTR thu gom đƣợc (trong đó, khoảng 50% đƣợc chôn lấp hợp vệ sinh và 50% là chôn lấp không hợp vệ sinh) [1;3]. Song song với lƣợng chất thải rắn phát sinh trong đó CTR sinh hoạt là chủ yếu thì phát sinh những vấn đề liên quan đến môi trƣờng sống nhƣ ô nhiễm không khí, mùi hôi thối do quá trình phân hủy rác thải có đặc tính là các chất hữu cơ…v.v…  

1.2.1. Nguồ Nguồn gố gốc phát sinh CTR sinh hoạ hoạt ở  đô thị Vi thị Việệt Nam  CTR sinh hoạt đô thị phát sinh chủ yếu từ các hộ gia đình, các khu vực công cộng ( đƣờng phố, chợ, các trung tâm thƣơng mại, văn phòng, các cơ sở nghiên cứu, trƣờng học…). CTR sinh hoạt đô thị có tỷ lệ hữu  cơ vào khoảng 54 –  77%, chất thải có thể tái chế ( thành phần nhựavà kim loại) chiếm khoảng 8 -18% [2]. Chất thải rắn sinh hoạt có thể t hể đƣợc phân loại theo các cách sau:   Theo thành phần hóa học và theo tính chất vật lý  Theo vị trí hình thành  Theo bản chất nguồn tạo ra chất thải rắn   Theo mức độ nguy hại   Thành phần của rác thải sinh hoạt: Thành phần lý, hóa học của chất thải rắn đô thị rất khác nhau, tùy thuộc vào từng khu vực, vào các  mùa khí hậu, vào điều kiện kinh tế và nhiều yếu tố khác. 

11

 

Tình hình phát sinh và xử lý CTR ở khu vực đô thị vẫn là một trong những vấn đề môi trƣờng nổi cộm trong nhiều năm qua.  Theo báo cáo môi trƣờng quốc gia năm 2017 lƣợng CTR sinh hoạt đô thị phát sinh phụ thuộc vào quy mô dân số của đô thị. Ƣớc tính lƣợng CTR sinh hoạt ở các đô thị phát sinh trên toàn quốc mỗi năm một năm. Chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt đô thị bình quân trên đầu ngƣời tăng theo mức sống, ở các đô thị có mức sống cao nhƣ các đô thị loại 1, chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt trung bình là 1,3kg/ngƣời/ngày [1]. Tại Hà Nội: tổng lƣợ ng ng CTR sinh hoạt phát sinh trên đị a bàn thành phố  năm 2017 khoảng 7.500 tấn/ngày. Trong đó tỷ lệ thu gom của 12 quận và thị xã Sơn Tây

đạt 98%, 17 huyện ngoại thành đạt 89%. CTR sinh hoạt chủ yếu phát sinh từ các hộ  gia đình, khu tậ p thể, chợ, trung tâm thƣơng mại, văn phòng, cơ sở   nghiên cƣu, trƣờ ng ng học…(nguồn: URENCO Hà Nội,2017 ) TT T

Bảng 1.6. Các loại loại CTR đô thị  thị ở  Hà  Hà Nội Nội năm 2011  2011 [2;3] Loạại chấ Lo chất Khốối lƣợ ng Kh ng th thảải

phát sinh

Nguồồn gố Ngu gốc

Biệ Biện pháp xử  xử  lý  lý

(Tấấn/ ngày) (T - Các chất vô cơ: gạch - Chôn lấ p hợ  p vệ 

đá vụ, tro xỉ  than tổ  sinh

1 CTR sinh

~ 6.500

hoạt

ong… 

- Sản xuất phân hữu

- Các chất hữu cơ: rau

cơ vi sinh: 60

củ quả, rác nhà bế p hƣ

tấn/ngày

hỏng….. 

- Tái chế: 10%, tự 

- Một số loại khác

 phát tại các làng nghề.

Cặn sơn, dung môi, bùn Một phần đƣợ c xử lý 2

CTR công

~ 1.950

nghiệ p 3

CTR y tế 

~ 15

thải công nghiệ p, dầu

tại khu xử lý chất thải

mỡ , dầu thải...

Công nghiệ p.

Bông băng, dụng cụ y

Xử lý bằng công nghệ 

tế nhiễm khuẩn

lò đốt Delmonego 20Italia:100%

12

 

1.2.2. Tính chất vật lý, hóa học của chất thải rắn sinh hoạt hoạt    Những tính chất hóa lý  quan trọng của chất thải rắn sinh hoạt bao gồm khối lƣợng riêng, độ ẩm, kích thƣớc, khả năng giữ nƣớc và độ xốp (độ rỗng) của rác.   a. Độ ẩm 

Độ ẩm của chất thải rắn thƣờng đƣợc biểu diễn theo một trong hai cách: tính theo thành phần phần trăm khối lƣợng ƣớt và thành phần phần trăm khối lƣợng khô. Trong lĩnh vực quản lý chất thải rắn, phƣơng pháp khối lƣợng ƣớt thông dụng hơn.   b . Kích thước và sự phân bố kích thước 

Kích thƣớc và sự phân bố kích thƣớc của các thành phần có trong chất thải rắn đóng vai trò quan trọng đối với quá trình thu hồi vật liệu, nhất là khi sử dụng  phƣơng pháp cơ học nhƣ sàng quay và các thiết bị tách loại từ tính.   c   . Khả năng tích ẩm

Khả năng tích ẩm của chất thải rắn là tổng lƣợng ẩm mà chất thải có thể tích trữ đƣợc. Đây là thông số có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định lƣợng rò rỉ sinh ra từ bãi chôn lấp phần nƣớc dƣ vƣợt quá khả năng tích  trữ của chất thải rắn sẽ thoát ra ngoài thành nƣớc rò rỉ. Khả năng tích ẩm sẽ thay đổi tùy theo điều kiện nén ép rác và trạng thái phân hủy của chất thải. Khả năng tích ẩm của chất thải rắn sinh hoạt của khu dân cƣ và khu thƣơng mại trong trƣờng hợp không  nén ra đƣợc có thể dao động trong khoảng 50-60% [11]. d. Khối lượng riêng  

Khối lƣợng riêng đƣợc định nghĩa là khối lƣợng vật chất trên một đơn vị thể tích, tính bằng kg/m3. Điều quan trọng cần ghi nhớ rằng, khối lƣợng riêng của chất thải rắn sinh hoạt sẽ rất khác nhau tùy từng trƣờng hợp: rác để tự nhiên không chứa trong thùng, rác chứa trong thùng và không nén, rác chứa trong thùng và nén. Do đó, số liệu khối lƣợng riêng của chất thải rắn sinh hoạt chỉ có ý nghĩa khi đƣợc ghi chú kèm theo phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng. Khối lƣợng riêng của một số thành phần chất thải có trong rác sinh hoạt chứa trong thùng, có nén, hoặc không nén. Khối lƣợng riêng của rác sẽ rất khác nhau tùy theo vị trí địa lí, mùa trong năm,

13

 

thời gian lƣu trữ,… Do đó, khi xác định giá trị khối lƣợng riêng cần phải xem xét cả những yếu tố để giảm bớt sai số kéo theo cho các phép tính toán. Khối lƣợng riêng của rác sinh hoạt ở các khu đô thị khoảng từ 178kg/m3 đến 415kg/m3 [9]. Bảng 1.7. Khối lƣợng riêng và hàm lƣợng ẩm  ẩm có trong rác thải sinh hoạt [9]. Khối lƣợng riêng (kg/m3) Loại chất thải 

Độ ẩm (% khối lƣợng)  lƣợng) 

Khoảng dao động  Đặc trƣng  Khoảng dao động 

ĐặcTrƣng 

Rác khu dân cƣ (không nén) 

Thực phẩm  Giấy  Carton  Nhựa 

132 –  485  485

294

50-80

70

42 –  132  132 42 –  81  81 42 –  132  132

90

4-10

6

51

4-8

5

66

1-4

2

Vải  Cao su Da Rác vƣờn  Gỗ  Thủy tinh  Lon thiếc 

42 –  132  132 102 –  204  204 102 –  264  264 60 –  228  228 132 –  324  324 162 –  485  485 51 –  162  162 66 –  243  243 132 –  1163  1163 324 –  1010  1010 656 –  839 90 –  183  183

66 132

6-15 1-4

10 2

162

8-12

10

102

30-80

60

240

15-40

20

198

1-4

2

90

2-4

3

162

2-4

2

324

2-4

3

485

6-12 6-12 5-20

8

15

60

20-40

30

240

40-80

60

599

50-90

80

300

20-70

50

330

40-60

50

 Nhôm

Các kim loại khác   Bụi, tro  Tro

Rác rƣởi 

752 132

6

Rác vƣờn 

Lá (xốp và khô)  Cỏ tƣơi (xốp và ƣớt)  Cỏ tƣơi (ƣớt và nén)  Rác vƣờn (vụn)  Rác vƣờn 

30 –  150  150 210 –  300  300 60 –  839  839 270 –  360  360 270 –  330  330

14

 

Các thành phần cơ bản trong chất thải rắn trong sinh hoạt cần phân tích bao gồm C (carbon), H (hydro), O (oxy), N (nitơ), S (lƣu huỳnh) và tro. Thông thƣờng, các nguyên tố thuộc nhóm halogen cũng đƣợc xác định do các dẫn xuất của clo tồn tại trong thành phần khí thải khi đốt rác. Kết quả xác định các nguyên tố cơ bản này đƣợc sử dụng để xác định công thức hóa học của thành phần chất hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt cũng nhƣ xác định tỷ lệ C/N thích hợp cho quá trình làm  phân compost.

hoạt.  e. Tính chất hóa học của chất thải rắn sinh hoạt.  Đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn phƣơng án xử lý và thu hồi nguyên liệu. Ví dụ, khả năng cháy phụ thuộc vào tính chất hóa học của chất thải rắn, đặc biệt trong trƣờng hợp chất thải là hỗn hợp của các thành phần cháy đƣợc và không cháy đƣợc.  Ví dụ, nếu muốn xử lí chất thải rắn làm nhiên liệu, cần xác định những tính chất cơ bản đối với thành phần cháy đƣợc trong chất thải rắn bao gồm:   +/ Độ ẩm (phần nƣớc mất đi khi sấy ở 105 oC trong thời gian 1 giờ) 

bay hơi (phần khối kh ối lƣợng mất đi khi nung ở  950 +/ Thành phần các chất rắn  bay  950oC trong lò nung kín) +/ Thành phần cacbon cố  định (thành phần có thể cháy đƣợc còn lại sau khi

thải các chất có thể bay hơi)  +/ Tro (phần khối lƣợng còn lại khi đốt trong lò hở).   1.2.3. Các Các phƣơng pháp xử  lý  lý chấ chất thả thải rắ rắn sinh hoạ hoạt đô thị  thị ở Việt Nam  Nam  Công tác thu gom CTR sinh hoạt đô thị trong những năm gần đây đã đƣợc các cấp chính quyền quan tâm nhƣng do lƣợng chất thải  ngày càng tăng, năng lực thu gom còn hạn chế cả về thiết bị lẫn nhân lực nên tỷ lệ thu gom vẫn chƣa đạt yêu cầu cụ thể: tổng lƣợng CTR sinh hoạt đô thị đƣợc thu gom, xử lý năm 2016 khoảng 33.100 tấn, đạt tỷ lệ khoảng 85,5% [3].

Theo báo cáo của Cục hạ  tầng kỹ thuật, Bộ Xây dựng tính đến tháng 11/2016 cả nƣớc có khoảng 35 nhà máy xử lý CTR tập trung tại cá c đô thị đƣợc đầu tƣ xây dựng và đi vào vận hành. Tổng công xuất sử lý theo thiết kế khoảng 7.500 tấn/ngày. 15

 

Các công nghệ xử lý chủ yếu là sản xuất phân compost (25 cơ sở), đốt (4 cơ sở) và kết hợp. Bên cạnh các cơ sở xử lý CTR tập trung trong năm 2016, cả nƣớc có khoảng 660 bãi chôn lấp CTR sinh hoạt và phần lớn rác tại các bãi chôn lấp chƣa đƣợc phân loại tại nguồn [5]. -  Phƣơng pháp phân loại rác : Trƣớc khi  đƣa rác đi xử lý cần đƣợc phân loại rác ngay tại hộ gia đình. Việc phân loại CTR tại nguồn chƣa có chế tài áp dụng và

không đồng bộ cho các công đoạn thu gom, xử lý. Hiện công tác phân loại CTR tại nguồn mới đƣợc thực hiện thí điểm ở một số phƣờng ở  các đô thị lớn [1]. -  Phƣơng pháp thu gom rác:   Hoạt động thu gom, vận chuyển CTR sinh hoạt

tại các đô thị đƣợc cung cấp chủ yếu bởi các công ty dịch vụ công ích, công ty môi trƣờng đô thị, công trình đô thị và một phần do các doanh nghiệp tƣ nhân thực hiện. Ví dụ, tại thành phố Hồ Chí Minh, 50% lƣợng CTR sinh hoạt đô thị đƣợc thu gom  bởi các công ty tƣ nhân hoặc các hợp tác xã, tổ đội; tại Hà Nội, tỷ lệ này khoảng 20% do các công ty tƣ nhân, hợp tác xã, tổ vệ sinh môi trƣờng thực hiện [5]. Các phƣơng pháp xử lý:  Hiện nay đã có 05 công nghệ xử lý CTR đã   đƣợc bộ xây dựng công nhận gồm: 02 công nghệ ủ sinh học làm phân hữu cơ ( Seraphin và An sinh - ASC); 01 công nghệ MBT-CD.8 (tạo viên nhiên liệu RDF); 02 công nghệ

đốt (công nghệ ENVIC và BD -ANPHA). Một số công nghệ đƣợc áp dụng phổ biến ở Việt Nam nhƣ: phƣơng pháp chôn lấp, chôn lấp hợp vệ sinh, tái chế, công nghệ ủ sinh học sản xuất phân hữu cơ từ chất thải rắn sinh hoạt ….[3]. Trong các phƣơng pháp xử lý và tiêu hủy CTR   sinh hoạt  trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng, hiện nay chôn lấp là phƣơng pháp phổ biến và đơn giản nhất. Phƣơng pháp này đã đƣợc áp dụng rộng rãi ở hầu hết các nƣớc trên thế giới. Tuy nhiên đây vẫn là một phƣơng pháp còn  chƣa đƣợc tối ƣu bởi nó tốn nhiều diện tích, xử lý không triệt để…. Nên các phƣơng pháp phân hủy đã và đang đƣợc quan tâm rất nhiều hiện nay na y bởi các nhà khoa học và các nhà quản lý.  1.3. Tổng Tổng quan về bùn hoạt tính dƣ và tác dụng  dụng   1.3.1. Bùn Bùn hoạt tính dƣ  (  (BHTD) 

16

 

BHTD hay có thể hiểu với tên gọi khác là Bùn hoạt tính thải là một trong

những sản phẩm phụ lớn nhất của quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học. Việc xử lý thứ cấp, chuyển hóa chất thải hòa tan thành vi sinh vật, thƣờng đƣợc gọi là sự chuyển hóa các chất nền thành sinh khối. Chất thải bùn hoạt tính bao gồm một lƣợng lớn sinh khối hình thành từ quá trình xử lý sinh học. Một số tế bào vật chất của sinh khối không thể bị phân hủy do tính chất hóa lý và vật lý của chất cấu tạo nên nó [17]. Bảng 1.8. 1.8. Một số đặc trƣng điển hình của bùn hoạt tính [17]. Các đặc trƣng  trƣng 

Khoảng giá trị (%TS)  (%TS) 

Tổng chất rắn TS  

0,4 - 1,2

Tổng chất rắn bay hơi  

60 –  85  85

Dầu mỡ (Grease) 

5 –  12  12

Photpho  Nitơ  

1,5 - 3,0 2,4 - 7,0

Protein

32 –  41  41

 pH

6,5 - 8,0

Chất lƣợng và số lƣợng của BHTD hình thành tại một nhà máy xử lý đƣợc thể hiện bởi các hoạt động vận hành hệ thống xử lý nhƣ:  hiệu quả của việc xử lý sơ bộ, tỷ lệ tổng lƣợng chất rắn lơ lửng, nhu cầu oxy hoá sinh học, nhu cầu oxy hóa học trong nƣớc thải cùng với các thông số thiết kế thứ cấp, thời gian lƣu giữ chất rắn  bùn hoạt ho ạt tính tín h và nhiệt độ. BHTD và các loại bùn sinh si nh học khác có có bản chất đặc trƣng khó khăn trong việc cô đặc lại, lắng tách nƣớc so với bùn từ quá trình xử lý sơ  bộ.  Phần dầu mỡ có trong BHTD với hàm lƣợng khá cao từ 5 –   12 % với thành  phần chủ yếu là các lipit. Chất thải giàu lipit đƣợc biết đến là có giá trị BMP tiềm năng khí metan sinh học cao trong ba nguyên liệu chính của quá trình sản sinh khí metan là lipit, protein và cacbohydrat [17 ]. Tuy nhiên sự thoái hóa của việc phân

17

 

hủy chất nền nhƣ vậy dẫn đến việc hình thành nên các axit béo mạch dài (LCFAs) ong thiết bị phân hủy có thể làm mất ổn định quá trình theo các cách nhƣ:  tr ong 1)  Hấp thụ LCFAs lên bùn, ảnh hƣởng đến sự vận chuyển và các chức năng

 bảo vệ của lớp màng sinh học của vi khuẩn ; hình thành nên một lớp kỵ nƣớc của LCFAs xung quanh khối lƣợng sinh khối. Hiện tƣợng này làm giảm đáng kể sự tiếp xúc của vi sinh vật yếm khí với các chất hữu cơ trong bùn nguyên liệu .  2)  Trong các hệ thống phân hủy yếm khí mẻ phản ứng làm việc liên tục, việc

 bẫy LCFAs trong các khối lƣợng sinh khối có thể dẫn đến sự tồn lƣu  sinh khối trong lò phản ứng, sinh khối chƣa kịp đƣợc phân hủy đã bị thải ra ngoài và kết quả là sự rò rỉ sinh khối, thất thoát một lƣợng đáng kể vi sinh vật.   3)  Giá trị C/N của chất thải giàu lipit thƣờng cao hơn rất nhiều so với giá trị

tối ƣu 25/1 đƣợc xá c đinh bởi Parkin và Owen 1986   [21], dẫn đến việc thiếu chất dinh dƣỡng thiết yếu cho suốt quá trình phân hủy yếm khí.   1.3.2. Đồng Đồng phân hủy yếm khí sử dụng bùn hoạt tính dƣ trong xử lý bùn thải đô thị. thị. Đồng phân hủy yếm khí  là sự phân hủy yếm khí đồng thời hỗn hợp của hai hay nhiều chất hữu cơ, hoặc hỗn hợp bùn thải giàu hợp chất hữu cơ. Đã có nhiều nghiên cứu cho thấy lợi ích của đồng phân hủy yếm khí, ví dụ sự pha loãng tiềm năng các hợp chất có tính độc hại, cải thiện sự cân bằng các chất dinh dƣỡng, ảnh hƣởng kết hợp của vi sinh vật và mầm bệnh, tăng tải trọng chất hữu cơ phân hủy sinh học và năng suất khí sinh học tốt hơn. Gần đây, việc đồng phân hủy yếm khí của nƣớc thải và chất thải hữu cơ  là một tiêu chuẩn thực hành ở Châu Âu [19]. Giữa các nguyên liệu hữu cơ đƣợc nghiên cứu, sự đồng phân hủy yếm khí của  bùn hoạt tính dƣ  và phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị   hay cách gọi khác là chất thải sinh học  là chủ đề nghiên cứu phổ biến nhất để sản xuất hydro và me tan. Các nghiên cứu này cho thấy hàm lƣợng N của bùn  thải có thể bổ sung cho sự thiếu hụt các chất dinh dƣỡng trong cùng một chất nền (ví dụ nhƣ chất thải sinh học), trong khi khả năng phân huỷ sinh học cao hơn của chất thải sinh học cho phép tăng khả năng sản sinh khí biogas. Ngoài ra, phƣơng pháp này còn tự cung cấp một nguồn

18

 

carbon dễ phân hủy sinh học, một lƣợng chất hoạt hóa đƣợc bổ sung của các giai đoạn khử nito và photpho. Do đó sự đồng phân hủy yếm khí của bùn thải và chất thải sinh học là chìa khóa để tiếp cận thực hiện các phƣơng pháp xử lý kết hợ  p bùn hoạt tính thải từ quá trình xử lý nƣớc thải đô thị và chất thải sinh học  [19].  Nhƣ vậy trƣớc thực trạng về các loại bùn bù n thải vvàà chất thải phát sinh nngày gày càng lớn và những ƣu điểm của phƣơng pháp phân hủy kỵ khí nên tôi tiến hành nghiên cứu về khả năng đồng phân hủy kỵ khí bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ từ trạm xử lý nƣớc thải và chất thải rắn sinh hoạt giàu hữu cơ để xử lý các loại bùn thải, rác thải nhằm thu hồi khí CH4. Khí CH4 là một loại khí có thể tái sử dụng làm khí đốt, phát điện, giảm chi phí trong xử lý chất thải và bảo vệ môi trƣờng.  hủy yế 1.4. Phƣơng pháp lên men phân hủy yếm khí Cơ sở  quá 1.4.1. Cơ  quá trình phân hủ hủy yế yếm khí Quá trình phân huỷ sinh học yếm khí là quá trình chuyển hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy với sự tham gia tích cực của các vi sinh vật yếm khí. Sản phẩm của quá trình này là các loại khí metan, khí cacbonic, khí hydrosunfua, khí hydro và một số sản phẩn trung gian khác. Trong quá trình phân hủy, một phần chất hữu cơ đƣợc các vi sinh vật sử dụng vào các hoạt động sin h trƣởng và phát triển của chúng. Bản chất quá trình phân hủy sinh   học yếm khí rất  phức tạp vì có rất nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình tạo khí metan và đồng thời cũng có nhiều loại cơ chất hữu cơ có khả năng bị chuyển hóa thành khí sinh học. Quá trình phân hủy yếm khí đã đƣợc phát hiện và nghiên cứu cùng với quá trình sinh học hiếu khí. Từ thế kỷ 20, công nghệ sinh học yếm khí đƣợc ứng dụng để xử lý cặn bã thải cũng nhƣ các loại nƣớc thải có hàm lƣợng chất bẩn cao với các công trình bể tự hoại,  bể bể lắng hai vỏ, bể tạo khí kh í sinh học mê tan, các loại bể lọc sinh học yếm khí [6;15]. Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên quan đến rất nhiều  phản ứng ứn g và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên, n hiên, ng ngƣời ƣời ta thƣờng đơn giản hóa chúng  bằng phƣơng trình sau đây:   Lên men Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S Yếm khí 

19

 

Quá trình phân hủy yếm khí đƣợc chia thành ba giai đoạn chính sau:   - Giai đoạn 1: Thủy phân.  - Giai đoạn 2: Lên men axit.  - Giai đoạn 3: Metan hóa.  Chất hữu cơ   Protein

Vi khuẩn

Aminoaxit Amôn

Cacbonhydrat

Đƣờ nngg đơn 

Tổng axit  bay hơi 

Tổng axit

Chất béo

CO2

Axetat

CH4 H2  CO2

Thủy phân 

Lên men axit

Sinh metan

Hình 1.1. Tóm t ắắ  t các phản ứ ng ng sinh hóa của quá trình phân h ủ y yế m khí  Giai

đoạn đoạ n 1: Thủ Thủy phân

Các chất hữu cơ có trong chất thải phần lớn là các chất hữu cơ cao phân tử nhƣ  protein, lipit, cacbohydrat, xenlulozơ, lignin v.v….các chất này có thể tồn tại ở dạng

hòa tan hoặc không hòa tan. Ở giai đoạn này, các chất hữu cơ cao phân tử  bị bị phân hủy bởi các Enzym ngoại bào thành các chất hữu cơ đơn giản có phân tử lƣợng nhỏ, hòa tan đƣợc sẽ làm nguyên liệu cho các vi khuẩn ở giai đoạn tiếp theo [7]. Các phản ứng thủy phân ở giai đoạn này biến đổi protein thành abumoz,  pepton, peptit và axit amin; cacbohydrat thành các đƣờng đơn; chất béo thành các axit béo chuỗi dài. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào   thành phần nguyên liệu nạp, mật độ vi khuẩn trong thiết bị và các yếu tố môi trƣờng nhƣ pH, nhiệt độ….[ 7;8;9]. Các phản ứng ở giai đoạn thủy phân:  Tinh bột Xenlulozơ

amylaza  zenlulaza

Glucozơ   Mantozơ + Glucozơ  

20

 

Lipit

lipaza 

Protein  Giai

 proteaza 

Tổng axit + Rƣợu đa chức  Peptit

 proteaza

Axit amin

đoạn 2: lên men axit đoạn

Các chất hữu cơ đơn giản sinh ra ở giai đoạn thủy phân   sẽ chuyển hóa thành axít axetic, hyđro và cacbonic bởi vi khuẩn lên men axit. . Axit axetic là sản phẩm chính của quá trình lên men cacbohydrat. Các sản phẩm tạo ra thay đổi tùy theo loại vi khuẩn cũng nhƣ điều kiện nuôi cấy nhƣ nhiệt độ, pH, khả năng oxy hóa và khử hóa. Vi khuẩn tạo axit axetic chuyển các axit no nhƣ axit propionic, butyric và rƣợu thành axit axetic, hidro và CO 2 những chất này sẽ đƣợc sử dụng bởi nhóm vi khuẩn

tạo metan.  Trong giai đoạn này BOD và COD giảm không đáng kể   do đây chỉ là giai đoạn phân cắt các chất phức tạp thành các chất đơn giản hơn và chỉ có một phần rất nhỏ chuyển thành CO2 và NH3, đặc biệt độ pH của môi trƣờng trƣờn g có thể giảm.    Giai

đoạn 3: Sinh khí Metan đoạn

Các sản phẩm của giai đoạn 2 sẽ đƣợc chuyển hóa thành CH4 và các sản phẩm khác bởi nhóm vi khuẩn metan. V i khuẩn metan là những vi khuẩn yếm khí bắt

 buộc có tốc độ sinh trƣởng t rƣởng chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2. Các vi khuẩn metan sử dụng ax it axetic, methanol, CO2 và H2  để sản xuất metan, trong đó axít axetic là nguyên liệu chính với 70% metan đƣợc sinh ra từ nó. Phần metan còn lại đƣợc sản xuất từ CO2  và H2, một ít từ axit formic nhƣng phần này không quan trọng vì các sản phẩm này chiếm số lƣợng ít trong quá trình lên men yếm khí. Sản phẩm metan hình thành trong quá trình yếm khí trên cở sở tiêu hao chất hữu cơ và vì vậy tồn tại mối quan hệ trực tiếp giữa lƣợng chất hữu cơ đã phân hủy và lƣợng metan tạo thành. 1.4.2. Sản phẩ phẩm củ của quá trình phân hủ hủy yế yếm khí - biogas Sản phẩm  của quá trình phân hủy yếm khí còn gọi là khí sinh học sản sinh ra từ sự phân hủy các hợp chất hữu cơ dƣới tác động của vi khuẩn trong môi trƣờng yếm khí, Trong hỗn hợp khí biogas ta thấy khí CH   chiếm một số lƣợng lớn và là 4

21

 

khí đƣợc sử dụng chủ yếu để tạo ra năng lƣợng khi đốt. thành phần chủ yếu của Biogas gồm: Bảngg 1.9. Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí  [23]. Bản  [23]. Ký hiệu hóa học  học  CH4 

Tỷ lệ %  55 –  65%  65%

CO2 

35 –  45%  45%

Khí nitơ  

N2 

0 –  3%  3%

Khí hydro

H2 

0 –  1%  1%

Khí hiđrosunfua 

H2S

0 –  1%  1%

Sản phẩm  phẩm  Khí metan Khí cacbonic

Lƣợng CH4  chịu ảnh hƣởng bởi quá trình sinh học và nguyên liệu mà ta sử dụng. Về mặt lý thuyết, khí CH4  có thể đƣợc sản sinh từ bất kỳ một trong ba thành  phần của chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học là cacbohydrat, protein và lipit; nhƣng hàm lƣợng lipit có ảnh hƣởng rất lớn  đến lƣợng khí CH 4  đƣợc sinh ra, theo sau đó là protein, và sau đó mới là cacbohydrat. Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí có liên quan trực tiếp đến việc vi ệc tạo ra khí metan  [24]. 1.4.3. Các yế yếu tố tố ảnh hƣởng đến đến quá trình phân hủ hủy yế yếm khí Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy yếm khí bao gồm: điều kiện môi trƣờng phân hủy (nhiệt độ, pH), mức độ khuấy trộn (chuyển khối), đặc trƣng ô nhiễm của nƣớc thải, thành   phần phần dinh dƣỡng, các yếu tố gây  độc, ức chế vi khuẩn hoạt động và chế độ vận hành (tải lƣợng thủy lực, tải lƣợng hữu cơ….. ). Ảnh hƣở ng ng của của pH và độ ki độ kiềềm Vi sinh yếm khí thuộc loại nhạy cảm với pH, trong đó vi khuẩn metan hóa là loại nhạy cảm nhất với khoảng pH tối ƣu cho nó là 6,8 –  7,4.  7,4. Do sự nhạy cảm của vi khuẩn metan hóa và sự dịch chuyển cân bằng của quá trình oxy hóa nên hệ sẽ hoạt động không ổn định trong vùng pH thấp. Ví dụ ở nồng độ axit cao trong hệ xử lý khi vận hành với hàm lƣợng hữu cơ cao. Nếu tốc độ hình thành axit cao hơn tốc độ metan hóa (chỉ sử dụng axit axetic và H 2) thì lƣợng axit tích lũy sẽ làm giảm pH.

22

 

Giảm pH tiếp tục ảnh hƣởng tiêu cực lên VK metan hóa và tiếp tục làm giảm pH môi trƣờng phản ứng, pH thấp không những có tác động tiêu cực đến hoạt động của VSV mà trong điều kiện đó một loạt các chát hóa học có tính khử (chất cho điện tử)

tồn tại ở trạng thái dễ bay hơi: axit hữu cơ, hiđrosun phua ở dạng trung hòa gây mùi, tại pH cao chúng tồn tại ở dạng phân ly.  Nhiệt Nhi ệt độ  độ   Nhiệt độ không chỉ ảnh hƣởng đến tố tốcc độ phân  hủy mà còn ảnh hƣởng tới cả hiệu quả xử lý. Vi sinh vật sinh khí metan có các loại (xung quanh khoảng 10ºC, ƣa ấm và ƣa nhiệt) ở các khoảng nhiệt độ khác nhau ví dụ với vi sinh vật sinh khí metan loại ƣa ấm chúng phát triển mạnh nhất trong khoảng 25 - 40 ºC, nhiệt độ tối

ƣu cho sự phân  hủy là ở 35 ºC, loại ƣa nhiệt  phát phát triển mạnh ttrong rong khoảng 50- 65 ºC, nhiệt độ tối ƣu là 55 ºC. Hệ thống phân hủy ƣa ấm và ƣa nhiệt là hai hệ thống thích hợp nhất cho quá trình phân hủy yếm khí, trong đó thì hệ thống ƣa nhiệt   có khả năng sinh nhiều khí biogas hơn [1 5;16]. Tăng nhiệt độ đối với phản ứng phân hủy yếm khí thu đƣợc nhiều ích lợi. Khi tiến hành lên men ở điều kiện nhiệt độ cao sẽ làm tăng khả năng hòa tan của các hợp chất hữu cơ, tăng tốc độ các phản ứng sinh hóa và tăng cƣờng khả năng tiêu diệt mầm bệnh. Theo nghiên cứu của tác giả Bolzonella và cộng sự (2012) [ 15] khi tiến hành phân hủy yếm khí bùn hoạt tính trong điều kiện ƣa ấm (35ºC) và ƣa nhiệt   (55ºC), kết quả cho thấy hiệu quả loại bỏ COD tăng từ 35% trong điều kiện ƣa ấm   lên đến 45% trong điều kiện  ƣa nhiệt. Nghiên cứu của tác giả Cecchiet và cộng sự (1991), khi tiến hành xử lý bùn thải trong hai điều kiện phân hủy yếm khí với quá trình nạp liệu liên tục (thời gian thí nghiệm là 20 ngày) cho thấy tổng lƣợng chất rắn (VS) bị loại bỏ tăng từ 20% trong điều kiện ƣa ấm lên 44% trong điều kiện ƣa nhiệt [15;16]. Tuy nhiên, tiến hành phản ứng phân hủy yếm khí ở điều kiện nhiệt độ cao

cũng có một số yếu tố bất lợi nhƣ làm tăng nồng độ NH 3  tự do dẫn đến ức chế khả năng  hoạt động của vi sinh vật; các axít béo dễ bay hơi đƣợc sinh ra làm tăng pKa sẽ gây ức chế cho hệ phản ứng. Tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao thƣờng phải duy trì nhiệt độ ổn định nên khó khống chế hơn so với tiến hành ở nhiệt độ trung bình

23

 

[15]. Điều quan trọng trong tiến hành xử lý bằng phƣơng pháp phân hủy yếm khí cả

trong điều kiện ƣa nhiệt hay ƣa ấm  là phải duy trì một nhiệt độ ổn định, sự thay đổi nhiệt độ đột ngột hay dao động đều đặn lên xuống trong một khoảng rộng cũng sẽ ảnh hƣởng đến hoạt động của vi khuẩn, đặc biệt là vi khuẩn sinh CH4 [15]. Ƣ a nhiệt Ƣ a ấm Ƣ a lạnh

Hình 1.2. Nhiệt độ và các nhóm vsv tương ứng trong phân hủy yếm khí  [15]  [15]

hủ y yế Thời gian lƣu trong quá trình phân hủy Thời yếm khí Đối với phân động vật thời gian phân huỷ hoàn toàn có thể kéo dài tới vài tháng. Đối với nguyên liệu thực vật, thời gian này kéo dài tới hàng năm. Tuy nhiên tốc độ sinh khí chỉ cao ở thời gian đầu, càng về sau tốc độ sinh khí càng giảm. Quá trình phân huỷ của nguyên liệu xảy ra trong một thời gian nhất định. Vì thế ngƣời ta  phải lựa chọn thời gian lƣu sao cho trong khoảng thời gian này tốc độ sinh khí là mạnh nhất và sản lƣợng khí thu đƣợc chiếm khoảng 75% tổng sản lƣợng khí của nguyên liệu. Một số loại vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy yếm khí  Những vi khuẩn yếm khí gặp ở tất cả mọi nơi trong thiên nhiên đặc biệt ở những nơi rác bẩn, cống rãnh…, ở những nơi có nhiều chất hữu cơ bị phân hủy. Các nhóm vi khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy yếm khí đƣợc chia thành hai nhóm: Nhóm vi khuẩn tạo axit và nhóm vi khuẩn sinh metan.   Nhóm vi khuẩn tạo t ạo axit  axi t : Nhóm này bao gồm cả  vi khuẩn yếm khí và vi khuẩn yếm   khí không bắt buộc.

24

 

 Hình 1.3. Nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo axit  [15].  [15]. Các vi khuẩn yếm khí loại này thƣờng là gram ( -), không sinh bào tử, chuyển hóa Polysacarit thành axit axetic, axit butyric và CO2, có một số loài còn sinh ra H 2 [15].  Nhóm vi khuẩn sinh Metan: Metan : Những vi khuẩn này sống kỵ   khí nghiêm ngặt, rất mẫn  cảm với oxi, sinh trƣởng và phát triển chậm. Các loài vi khuẩn sinh metan nói chung có đặc tính là gram(-), không di động, đa số không sinh bào tử và kị khí rất nghiêm ngặt. 

Hình 1.4. nhóm vi khuẩn tạo Metan [15]

25

 

Ảnh hƣở ng ng củ của thành phầ phần nguyên liệu liệu ban đầu đầu Trong nƣớc thải tồn tại thành phần chất hữu cơ tan và không tan.Thành phần hữu cơ tan đƣợc phân chia tiếp tục thành loại dễ và khó sinh hủy. Thành phần khó  phân hủy là những chất hữu cơ có phân tử lƣợng lớn, cần đƣợc chuyển hóa thành loại nhỏ hơn qua quá trình thủy phân để vi   khuẩn axit hóa có thể tiêu thu đƣợc. Để  phân hủy các thành phần trên cần hệ hoạt động với tuổi bùn cao. Đặc trƣng quan trọng nhất của hệ xử lý yếm khí cao tải là khả năng tích lũy bùn, tăng thời gian lƣu tế bào.  Hàm lƣợng tổng chất rắn (TS) của mẫu ủ có ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu suất  phân hủy, hủ y, hàm lƣợng lƣ ợng chất rắn hòa tan quá cao không đủ hòa tan các chất cũng nhƣ không đủ pha loãng các chất trung gian khiến hiệu quả sinh khí giảm. Hàm lƣợng tổng chất rắn bay hơi (VS) thể hiện bản chất của chất nền [ 12]. Tỷ  lệ cacbon và nitơ (C/N): Vi khuẩn yếm khí tiêu thụ cacbon nhiều hơn nitơ khoảng 20 –   30 lần, tƣơng ứng với đó là tỷ lệ C/N trong vùng thích hợp cho quá trình phân hủy yếm khí là 20/1 đến 30/1 và tỷ lệ C/N của nguyên liệu bằng 25/1 là tối ƣu [17;21;25]. Tỷ  lệ này quá cao thì không đủ dinh dƣỡng cung cấp cho vi sinh vật và quá trình phân huỷ xảy ra chậm. Ngƣợc lại, tỷ lệ này quá thấp thì quá trình  phân huỷ ngừng trệ t rệ vì tích lu luỹỹ nhiều amoniac là một độc tố đối với vi khuẩn ở nồng độ cao.  Quá trình phân hủy sinh học yếm khí có sự tham gia của rất nhiều vi khuẩn khác nhau, trong đó các vi khuẩn sinh metan là những vi khuẩn quan trọng nhất, chúng là những vi khuẩn yếm khí bắt buộc. Quá trình phân hủy yếm khí cũng đòi hỏi thành phần dinh dƣỡng nhƣ là photpho, nitơ, lƣu huỳnh, vitamin và các yếu tố vi lƣợng nhƣ Fe, Ni, Mg, Ca, Ba, Tu, Mo, Se, Co. Các yếu tố này nếu ở hàm lƣợng thấp sẽ kích thích sự sinh trƣởng của vi sinh vật. Tuy nhiên nếu ở hàm lƣợng cao sẽ trở thành yếu tố ức chế hoặc gây chết vi sinh vật. Các yếu tố gây độc đến vi sinh vật yếm khí rất nhiều nhƣ là oxi, hydrocarbon có Clo, hợp chất có vòng benzen, focmandehit, axit bay hơi, axit mạch kéo dài, kim loại nặng.   Trong quá trình phân hủy yếm khí, khi có đủ thành phần hữu cơ dễ phân hủy sẽ tạo điều kiện cho quá trình phân hủy diễn ra ổn định. Sự phân hủy yếm khí xảy ra nhanh hơn đối với các chất hữu cơ có khối lƣợng phân tử nhỏ, dễ phân hủy và chậm

26

 

hơn đối với các chất có khối lƣợng phân tử lớn, khó phân hủy. Ví dụ: rác nhà bếp và rác vƣờn sẽ khác nhau về khả năng phân hủy bởi rác vƣờn chủ yếu là cành lá cây với thành phần lignocenlulo  khá lớn sẽ khó phân hủy hơn so với rác nhà bếp có độ ẩm cao, chứa nhiều chất dinh dƣỡng và có cấu trúc xốp hơn. Hơn nữa, các chất ức chế có trong thành phần nguyên liệu đầu vào có thể làm giảm sự sinh trƣởng của hệ vi sinh vật hoặc làm ngừng toàn bộ hoạt động của chúng. Trong quá trình lên men yếm khí xử lý chất thải hữu cơ, các chất ức chế nhƣ: chất kháng khuẩn và khử trùng, muối ăn, kim loại nặng ở nồng độ cao cần phải đƣợc loại bỏ nếu có thể. Tuy nhiên, trong quá trình phân hủy yếm khí vi sinh vật vẫn cần sử dụng các yếu tố vi lƣợng thiết yếu cho sự phát triển của chúng nên trong một số trƣờng hợp cần bổ sung thêm các yếu tố vi lƣợng nhƣ các kim loại thiết yếu cho sự hoạt động của vi sinh vật nếu nguyên liệu liệ u đầu vào bị hạn chế quá qu á mức các yếu tố này.   Bảng 1.10. Mộ Một số số ch  chấất ứ c chế chế quá trình sinh khí metan (US.EPA,1979) [12] Nhân tố  tố  Axit hữu cơ    Nitơ amôn  Sulfide (hòa tan) Ca Mg K  Na Đồng  Cadimi Sắt  Cr  +  Cr 3+  Nikel       Ghi chú:

Nồng độ gây ức chế mg/L  mg/L   > 2000 a  1500 -3000 (ở pH > 7,6)  > 2000 > 3000 gây độc  2500 –  4500 và 8000 ức chế mạnh  1000 –  1500 và 3000 ức chế mạnh  2500 –  4500 và 12000 ức chế mạnh  3500- 5500 và 8000 ức chế mạnh  0,5 150 1710 3 500 2

(a)

Trong khoảng pH từ 6,6 - 7,4 và với khả năng đệm thích ứng, các VK có thể  

chịu được nồng độ axit hữu cơ từ 6000- 8000mg/L.

27

 

(b)

 Nikel ở nồng độ thấp làm tăng quá trình sinh khí metan.  

Qua tìm hiểu đặc điểm sinh lý các vi sinh vật tham gia xử lý nƣớc thải bằng  phƣơng pháp yếm khí ta nhận thấy có một số chất gây ảnh hƣởng đến quá trình  phân hủy yếm khí:  +/ Một số các hợp chất nhƣ CCl4, CHCl3, CH2Cl2… và các ion tự do của các kim loại nặng có nồng độ 1 mg/l sẽ thể hiện tính độc đối với các vi sinh vật yếm khí.

+/ Các hợp chất nhƣ f ormandehit, ormandehit, SO2, H2S với nồng độ 50 –  400mg/l sẽ gây độc hại với các vi sinh vật yếm khí trong công trình xử lý nƣớc thải.   +/ S 2-  đƣợc coi là tác nhân gây ức chế quá trình tạo metan. Vì S 2-  làm kết tủa

các nguyên tố vi lƣợng nhƣ Fe, Ni, Co, Mo… do đó hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, đồng thời các electron giải phóng ra từ quá trình oxi hóa các chất hữu cơ sử dụng cho quá trình sunfat hóa và làm giảm quá trình sinh khí metan.   +/ Các ion kim loại nặng, chúng đóng vai trò là các nguyên tố vi lƣợng giúp

cho các vi sinh vật phát triển thuận lợi nhƣng nếu vƣợt quá các giá trị cho phép sẽ gây độc cho các vi sinh vật yếm khí. Ngƣời ta xác định đƣợc tính độc của các ion kim loại đến vi sinh vật này nhƣ sau: Cr > Cu > Zn > Cd > Ni.  Quá trình phân hủ hủy yế yếm khí và hiế hiếu khí Với cùng chung mục đích xử lý hợp chất hữu cơ, ta có so sánh giữa xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí thì xử lý yếm khí có những lợi thế nhƣ ít tốn kém năng lƣợng vận hành, lƣợng bùn thải thấp, nhu cầu về thành phần dinh dƣỡng (N, P, K) thấp, mức độ chịu tải cao, thu hồi nhiên liệu ở dạng khí metan. Nhƣợc điểm của phƣơng  pháp thể hiện qua các đặc trƣng: tốc độ chậm, dễ nhạy cảm bởi các độc tố, sản  phẩm tạo thành có mùi hôi, tính ăn mòn cao và không bền, hoạt động trong vùng pH hẹp, không chịu đƣợc pH thấp . Các ƣu và nhƣợc điểm của phân hủy yếm khí đƣợc thể hiện nhƣ ở Bảng 1.11 sau.

28

 

Bảng 1.11 1.11: Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phân hủy yếm khí so với hiếu khí [11]. Ƣu điểm  điểm 

Nhƣợc điểm  điểm 

-  Giá thành vận hành thấp  -  Lƣợng bùn hình hành thấp   -  Ít gây phát tán dạng sol khí   -  Bùn có tính bền cao  -  Sản phẩm metan sử dụng làm nhiên liệu.  -  Nhu cầu dinh dƣỡng thấp do tốc độ  phát  triển chậm và mức độ phân hủy nội sinh cao.  -  Vi khuẩn có thể hoạt động theo mùa  do khả năng tồn tại dài ngày trong điều kiện  bị bỏ đói. 

-  Giá thành xây dựng cao  -  Thƣờng phải cấp thêm nhiệt   -  Thời gian lƣu thủy lực dài  -  Hình thành sản phẩm gây mùi hổi và ăn mòn cao.  -  Khả năng diệt khuẩn gây bệnh kém.   -  Hình thành khí H2S  -  Tốc độ phát triển chậm dẫn đến kéo dài thời gian khởi động hệ xử lý.   -  Chỉ sử dụng làm giai đoạn tiền xử lý 

70-90% biogas

40-50% CO2 

Hệ thống yếm khí COD đầu đầu vào 100%

Hệ thống hiếu khí COD đầu đầu ra 10-30%

Bùn thả thải 5-15%

COD đầu đầu vào 100%

COD đầu đầu ra 10-30%

Bùn thả thải 50-60%

Hình 1.5. Chuyển đổi sinh học trong hệ thống hiếu khí và yếm khí  [12]  [12]

29

 

Với cùng một nguồn COD đầu vào mô hình xử lý hiếu khí tạo ra sản phẩm khí là CO2  và lƣợng bùn thải ra là 50 - 60% nhƣng với yếm khí thì lại tạo ra 70 - 90%

khí biogas và lƣợng bùn thải ra rất thấp 5 - 15%. Do đó xử lý yếm khí có ƣu thế về mặt thực hiện cũng nhƣ hiệu quả kinh tế cao hơn xử lý hiếu khí.   Một trong những khác biệt quan trọng giữa xử lý yếm khí và hiếu khí là xử lý yếm khí thực hiện trong không gian kín, môi trƣờng khí do chính hoạt động của chúng tạo thành và có thành phần khác hẳn so với không khí. Sản phẩm chính hình thành từ sự phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí là khí cacbonic và metan.  Nhƣ vậy trƣớc thực trạng về các loại bùn bù n thải vvàà chất thải phát sinh nngày gày càng lớn, trong khi đó với những ƣu điểm của phƣơng pháp phân hủy kỵ khí nên tôi tiến hành nghiên cứu về khả năng đồng phân hủy kỵ khí bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ từ trạm xử lý nƣớc thải và chất thải rắn sinh hoạt giàu hữu cơ để xử lý các loại bùn thải, rác thải nhằm đánh giá khả năng thu hồi khí metan có giá trị nhƣ một nguồn năng lƣợng tái tạo.

30

 

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢ NG, NG, NỘI NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U 2.1. Đối Đối tƣợ ng ng nghiên cứ  cứ u 2.1.1. Đối Đối tƣợ ng ng và phạ phạm vi nghiên cứ  cứ u Đối tƣợng nghiên cứu trong khuôn khổ của luận văn đƣợc thực hiện trên 03 loại chất thải:  - Bùn bể phốt (bùn bể tự hoại)  - Bùn hoạt tính dƣ (bùn hoạt tính thải)   - Chất thải giàu hữu cơ (chất thải rắn sinh hoạt) 

Hiện nay, các hệ thống xử lý nƣớc thải sinh hoạt trên địa bàn thành phố Hà Nội đã và đang đƣợc Xí nghiệp Quản lý các nhà máy xử lý nƣớc thải xây dựng và cho đi vào hoạt động. Đi cùng với một lƣợng lớn nƣớc thải sẽ đƣợc xử lý , lƣợng bùn hoạt tính phát sinh từ quá trình xử lý bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí cũng sẽ ngày một tăng lên, bao gồm lƣợng dƣ sinh khối, thành phần chính là các vi sinh vật cùng hà m lƣợng chất hữu cơ cao nhƣ: protein, lipit, cacbohydrat..., các thành phần dinh dƣỡng nhƣ nito, photpho, kali... ở mức cao, nhƣng đồng thời cũng tồn tại các yếu tố độc hại nhƣ các kim loại nặng, mầm bệnh, dƣ lƣợng kháng sinh... Phƣơng pháp chính để xử lý  bùn hoạt tính thải đƣợc áp dụng hiện nay là thêm vào các hóa chất chuyên dụng, ép tách nƣớc cơ học, trộn cùng với polyme rồi đem chôn lấp trực tiếp. Nếu chỉ thu gom, vận chuyển về các bãi đổ với cách xử lý đơn giản nhƣ đang thực hiện sẽ gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng , tốn diện tích chôn lấp , hơn nữa là gây lãng phí nguồn dinh dƣỡng có ích trong bùn hoạt tính thải. Mục tiêu đặt ra là cần nghiên cứu một phƣơng  pháp xử lý thích hợp, tích hợp đƣợc các tiêu chí: giảm g iảm thiểu ô nhiễm; tiết kiệm chi phí; có thể tận dụng đƣợc sản phẩm sau xử lý vào mục đích khác; và quan trọng là có thể sử dụng các kết quả nghiên cứu thu đƣợc để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.  Tại Hà Nội, cùng với các vấn đề xung quanh việc xử lý nƣớc thải, vấn đề môi trƣờng đƣợc quan tâm chú ý là   quản lý phân bùn bể tự hoại. Hiện nay Hà Nội đã có một số đơn vị thu gom phân bùn bể tự hoại, một lƣợng nhỏ đƣợc thu gom và xử lý tại Công ty môi trƣờng đô thị URENCO 7 - Cầu Diễn. Với đặc điểm là một nƣớc nông

nghiệp, việc tái sử dụng phân bùn bể tự hoại  là rất phổ biến ở Việt Nam, nhƣng phần

31  

lớn phân bùn không đƣợc sử dụng đúng cách, không đảm bảo an toàn vệ sinh môi trƣờng. Tuy rằng trong phân có chứa hàm lƣợng lớn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, thành phần dinh dƣỡng nito, photpho ở mức cao, nhƣng nó cũng một lƣợng đáng kể các mầm bệnh nhƣ: vi khuẩn, virus, động vật nguyên sinh, giun sán... là nguyên nhân gây bệnh ở ngƣời. Do đó việc sử dụng phân trong nông nghiệp hoặc nuôi trồng thuỷ sản có thể gây nguy hại thực sự đến sức khoẻ cộng đồng. Vì vậy cần phải có một hệ thống thu gom và công nghệ xử lý phù hợp hơn với điều kiện của Hà Nội.   Bên cạnh các vấn đề liên quan đến xử lý các loại bùn thải thì lƣợng chất thải rắn sinh hoạt cũng là một vấn đề hết sức cấp thiết . Khối lƣợng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh ở các đô thị chiếm tỷ lệ đến 60 -70% lƣợng CTR , chất thải rắn sinh hoạt này có tỷ lệ hữu cơ cao (khoảng 54 -77%) có tiềm năng phân hủy sinh học [1]. Từ những lý do kể trên, chúng tôi quyết định tiến hành nghiên cứu đồng phân hủy sinh học kỵ  khí hỗn hợp hai loại bùn thải kể trên và chất thải giàu hữu cơ.   Đƣợc  biết đến là phƣơng pháp xử lý sinh học có khả năng làm giảm hàm lƣợng các chất hữu cơ và các tác nhân độc hại có trong bùn nguyên liệu, đồng thời sản sinh khí metan có giá trị nhƣ một nguồn năng lƣợng tái tạo; phân hủy kỵ khí hỗn hợp hai loại bùn thải và chất thải giàu hữu cơ kể trên hứa hẹn sẽ là một bƣớc đi đúng đắn.   Trong phạm vi của luận văn, việc nghiên cứu đồng phân hủy kỵ khí đƣợc thực hiện trên quy mô thí điểm pilot, với việc sử dụng bùn hoạt tính dƣ từ trạm xử lý nƣớc thải Kim Liên;  phân phân bùn b ùn bể b ể phốt từ Công ty ty M Môi ôi trƣờng trƣờn g đô thị Hà Nội URENCO 7 Cầu Diễn và chất thải giàu hữu cơ đƣợc thu gom là chất thải rắn sinh hoạt từ khu vực chợ Mễ Trì Hạ - Nam Từ Liêm –  Hà Nội đƣợc tập trung nghiên cứu.   Chuẫn bị nguyên liệu:  liệu:  a/ Bùn bể phốt  phốt  Bùn bể phốt hay còn   đƣợc  gọi là bùn bể tự hoại, bùn bể phốt  sử dụng trong nghiên cứu đƣợc lấy tại bể điều hòa của hệ thống 3 bể lắng tách cặn trong quy trình công nghệ tại trạm xử lý phân bùn bể phốt Cầu Diễn –   công ty môi trƣờng đô thị Hà Nội –   URENCO 7.

32  

Hình 2.1. Phân bùn bể phốt tại trạm xử lý phân bùn bể phốt Cầu Diễn  

Bùn bể phốt đƣợc múc tại bể lắng tách cặn bằng gàu thép không gỉ. Tiến hành đồng thời lọc thô bằng rổ nhựa có kích thƣớc lỗ khoảng 0,5cm để loại bỏ các loại rác có kích thƣớc lớn và đã có sự pha loãng bớt để thuận lợi cho việc lọc thô. Sau đó chuyển vào thùng dung tích 20 lít, đậy nắp và vận chuyển về phòng thí nghiệm đặt trong khuôn viên của trạm xử lý phân bùn bể phốt Cầu Diễn trƣớc ngày dự kiến thực hiện 1-2 ngày. b/ Bùn hoạt tính dƣ   Bùn hoạt tính dƣ hay còn có thể gọi là bùn hoạt tính thải đƣợc sử dụng trong nghiên cứu là bùn dƣ thừa từ quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí. BHTD đƣợc lấy từ bể chứa bùn của Trạm xử lý nƣớc thải Kim Liên.

  Bùn hoạt tính dư từ Trạm xử lý nước thải Kim Liên  Hình 2.2. Bùn

33  

Bùn đƣợc lấy bằng gàu múc thép không gỉ sau đó đƣợc chuyển vào can nhựa, thùng nhựa 30 lít, sau khi loại bỏ hết rác có kích thƣớc lớn nổi trên bề mặt, bùn đồng thời đƣợc lọc thô quá giá có kích thƣớc lỗ khoảng 0,5cm, đổ vào can nhựa có dung tích 20 lít và vận chuyển về phòng thí nghiệm.  c/ Chất thải giàu hữu cơ  

Chất thải giàu hữu cơ   đƣợc sử dụng trong nghiên cứu ở đây là Chất thải rắn sinh hoạt đƣợc thu gom tại khu vực chợ Mễ Trì Hạ và một số hộ dân cửa hàng ăn uống ở Phƣờng Mễ Trì –  Quận Nam từ Liêm –  Hà Nội. Sau quá trình phân loại, tách sơ bộ và loại bỏ   các thành phần nhƣ gạch đá, túi ni

lông, dây nhựa… xác định đƣợc các thành phần chính của CTR sinh hoạt đƣa vào thí nghiệm nhƣ sau: cuống  các loại rau khoảng 75%, cơm thừa, bún dƣ thừa từ các của hàng ăn uống khoảng 15%, số còn lại là tổng hợp của các loại nhƣ vỏ trái cây, ..v.v… khoảng 10%. Để thuận lợi cho việc trộn đều nguyên liệu cũng nhƣ tính toán lƣợng CTR sinh hoạt đƣa vào thí nghiệm thì chất thải này đƣợc xay nhỏ bằng máy xay sinh

tố. 

ễ trì  trì hạ- Nam t ừ  ừ liêm  liêm Hình 2.3. Rác thải sinh hoạt khu vự c chợ  M   M ễ  2.1.2. Nội dung nghiên cứ  cứ u Từ các cơ sở khoa học về đặc điểm đặc trƣng của các loại bùn thải và chất thải giàu hữu cơ đã nêu tại phần tổng quan và tiềm năng phân hủy sinh học kỵ khí của các loại chất thải, luận văn tập trung vào một số nội dung nghiên cứu nhƣ sau: a/ Thí nghiệm 1: Tiến hành bố trí thí nghiệm đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa BBP và BHTD để xác định khả năng sinh khí khí metan.

34  

b/ Thí Nghiệm 2: Tiến hành thí nghiệm đồng phân  hủy sinh học kỵ khí giữa BBP, BHTD và chất thải giàu hữu cơ để xác định khả năng sinh khí metan.

2.2. Phƣơng Phƣơng pháp nghiên cứ u  

2.2.1. Thu thậ thập, tổ tổng hợ  hợ p và xử  xử  lý  lý số số liệ  liệu - Thu thập tài liz-+++ệu, thông tin về phƣơng pháp phân hủy yếm khí, đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp bùn thải, rác thải.  - Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về phân hủy yếm khí có

sử dụng bùn nguyên liệu là chất thải bùn hoạt tính, bùn bể tự hoại và chất thải rắn sinh hoạt giàu hữu cơ . - Tìm hiểu, áp dụng các phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu, thông số hóa lý của

 bùn nguyên liệu và bùn sau phân hủy.   2.2.2. Thự  Thự c nghiệ nghiệm a/ Nguyên liệ liệu: - Bùn bể bể phốt: Trƣớc khi đƣa vào các nghiệm thức của thí nghiệm đƣợc đổ

vào một thùng lớn và tiến hành khuấy đảo đều để đảm bảo tƣơng đối tính đồng nhất các thành phần có trong bùn. Bùn bể phốt sau khi đảo đều đƣợc tiến hành thu mẫu vào chai nhựa sạch và chuyển về phòng thí nghiệm Trung tâm phân tích và Chuyển giao công nghệ Môi trƣờng để xác định một số tính chất hóa lý nhƣ: TS, TVS, TN, TP của bùn nguyên liệu đầu vào.  - Bùn hoạt tính dƣ: Trƣớc khi đƣa vào các nghiệm thức của thí nghiệm cũng đƣợc

đổ vào một thùng lớn và tiến hành khuấy đảo đều để đảm bảo tƣơng đối tính đồng nhất các thành phần có trong bùn. Bùn hoạt tính dƣ sau khi đảo đều đƣợc tiến hành thu mẫu vào chai nhựa sạch và chuyển về phòng thí nghiệm Trung tâm phân tích và Chuyển giao công nghệ Môi trƣờng để xác định một số tính chất hóa lý nhƣ: TS, TVS, TN, TP của bùn nguyên liệu đầu vào.   - Chất thải giàu hữu cơ: chất thải giàu hữu cơ sau khi thu nhặt đƣợ c từ khu vực chợ   về  và xử  lý sơ bộ thì đƣợc nghiền nhỏ bằng máy say, sau đó mẫu đƣợc cho vào

thùng chứa tiến hành trộn đều các thành phần rác lại với nhau.

35  

b/ Thiế Thiết bị bị và dụ dụng cụ cụ th  thự  ự c nghiệ nghiệm ủy yếm khí: Hệ thiết bị phân hủy sử dụng trong quá trình - Thi Thiếết bị  phân h hủ nghiên cứu là bộ thiết bị phân hủy yếm khí của dự án AKIZ do Cộng hòa liên  bang Đức thiết kế chế tạo đặt trong khuôn viên của trạm xử lý phân bùn bể phốt Cầu Diễn.  Diễn.  Hệ thiết bị phân hủy yếm khí AKIZ bao gồm 6 bộ thiết bị phân hủy hiện đại, đƣợc kết nối với bộ đo khí tự động. Sơ đồ cấu tạo của một bộ thiết bị phân hủy đƣợc trình bày trong Hình 2.4 sau:

 Hình 12: H ệ thiế t bị phân hủ y yế m khí AKIZ

Hình 2.4. Hệ thiết thiết bị phân phân hhủy ủy yếm yếm kkhí hí AKIZ AKIZ do C Cộng ộng hòa lliên iên bang Đức thiết kế cchế hế ttạo ạo 

36  

Cấu tạo của một thiết bị phân hủy bao gồm: (1) Bình phân hủy 50L; (2) Cửa nạp bùn; (3) Mô -tơ cánh khuấy; (4) Van xả  bùn;

(5) Bình thu khí 1,5L; (6) Van an toàn; (7) Van xả khí; (8) Đồng hồ đo áp suất khí; (9) Sensor - cảm biến, điều chỉnh đóng/xả khí; (10) Hộp điện đo khí tự  động đƣợc thể hiện cụ thể nhƣ Hình 2.5 sau:

8 3 9 5

10 6

7

2 4

Hình 2.5. C ấấ  u t ạo 1 bộ thiế t bị phân hủ y yế m khí AKIZ - Dụng cụ thực nghiệm:  nghiệm:  +/ Ca nhựa, xô nhựa các chủng loại 1L, 2L   +/ Cốc đong các loại 200ml, 500ml +/ Vial - Lọ đựng đựng mẫu khí loại 10ml   +/ Xilanh loại 20ml, +/ khóa chạc 3 (lấy từ bộ bình truyền nƣớc- thiết bị y tế ) để lấy mẫu khí từ thiết bị

 phân hủy yếm khí. 

37  

Hình 2.6. M ột số  d   d ụng cụ đong mẫu, đự ng ng mẫ u

  Đấu nối khóa chạc 3 vào thiết bị phân hủy yếm khí để lấy mẫu khí   Hình 2.7. Đấu

Nguyên tắc tắc xác định định thể thể tích khí sinh ra củ c ủa hệ hệ th  thốống p hân hủy sẽ đƣợc dẫn qua một cảm biến bi ến và tới bình Khí biogas sinh ra từ thiết bị phân đo có dung tích 1,5L. Trong bình đo, khí biogas sẽ đƣợc lƣu đến áp suất chênh lệch với áp suất môi trƣờng xung quanh là 50 mbar. Khi áp suất đạt đến áp suất P o+50 mbar, cảm biến sẽ tự động mở van xả khí và khí biogas sẽ đƣợc giải phóng khỏi bình đo vào môi trƣờng xung quanh. Áp suất trong buồng đo sẽ giảm trở lại P o  mbar. Sự chênh lệch về áp suất sẽ đƣợc phát hiện bởi đồng hồ đo áp suất “Jumo etront ” đƣợc kết nối với đầu dò áp suất và cảm biến điều khiển việc đóng/mở van xả khí. Khi khí  biogas đƣợc xả ra hết, cảm biến đóng van xả llại, ại, khí sinh ra lại tiếp tục chạy từ tthiết hiết bị

38  

 phân hủy đến buồng đo. Điều này đảm bảo rằng một phép đđoo thể tích không đổi đƣợc đảm bảo. Với mỗi một phép đo, bộ đếm tự động tại tủ điện sẽ nhận đƣợc một xung xác định các biogas đƣợc thải ra ngoài và tự động nhảy một đơn vị đo.  c/ Thiế Thiết llậập các thí nghiệ nghiệm. Để nghiên cứu khả năng đồng phân hủy yếm khí của hỗn hợp bùn hoạt tính dƣ   kết hợp phân bùn bể phốt  và chất thải giàu hữu cơ, trƣớc hết cần  nắm rõ đặc điểm, các thông số hóa lý của cả ba loại nguyên liệu, sau đó mới tiến hành phối trộn ở các tỷ lệ khác nhau.

Tại phòng thực nghiệm, các nguyên liệu đƣợc đổ riêng biệt vào bồn chứa dung tích 50 lít, khuấy thật đều để đảm bảo mẫu nguyên liệu đƣợc đồng nhất. Tiếp theo hai loại bùn và chất thải giàu hữu cơ đƣợc phối trộn ở những tỷ lệ theo yêu cầu của từng thí nghiệm trong các thùng nhựa khác nhau. Khuấy trộn đều rồi tiến hành lấy mẫu bùn đầu vào, bảo quản trong chai nhựa kín ở 4ºC trƣớc khi đem phân tích các thông số hóa lý cần thiết. Sau đó bùn sau phối trộn đƣợc nạp vào thiết bị phân hủy đánh số tƣơng ứng. Khóa chặt các van xả đáy, các van khí của hệ thống đo khí, bật máy khuấy ở tốc độ 16 vòng/phút và bắt đầu theo dõi thể tích khí sinh ra hằng ngày.   Ở thí nghiệm 1(nội dung 1), đồng phân hủy sinh học kỵ bùn bể phốt và bùn hoạt tính dƣ để sinh khí metan. Hàng ngày theo dõi thể tích khí biogas sinh ra, quan sát và khắc phục các sự cố xảy ra. Tiến hành lấy mẫu khí ở các nghiệm thức thí nghiệm định kỳ 03 ngày/lần để xác định thành phần khí sinh ra ở các nghiệm thức thí nghiệm. Phân tích các thông số hóa lý nhƣ hàm lƣợng tổng chất rắn (TS), tổng chất rắn bay hơi (TVS), tổng Nitơ (TN), tổng photpho (TP) của hỗn hợp bùn, chất thải giàu hữu cơ trƣớc  và sau phân hủy. Để đƣa ra những kết luận cụ thể về quá trình phân hủy kỵ khí của từng thí nghiệm.  Ở thí nghiệm 2(nội dung 2), đồng phân hủy sinh học kỵ bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ để sinh khí  metan. Hàng ngày theo dõi thể tích khi  biogas sinh ra, quan sát và khắc phục các sự cố xảy ra. Tiến hành lấy mẫu khí ở các nghiệm thức thí nghiệm định kỳ 05 ngày/lần để xác định thành phần khí sinh ra ở các

nghiệm thức thí nghiệm. Phân tích các thông số hóa lý nhƣ hàm lƣợng tổng chất rrắn ắn

39  

(TS), tổng chất rắn bay hơi (TVS), tổng Nitơ (TN), tổng photpho (TP) của hỗn hợp  bùn, chất thải giàu hữu cơ trƣớc t rƣớc và sau  phân hủy để đƣa ra những kết lluận uận cụ thể về quá trình phân hủy kỵ khí của từng thí nghiệm.   Thí nghiệm 1: Nghiên cứu khả năng đồng phân hủy kỵ khí của sự kết hợp giữa 2 loại bùn nguyên liệu là BBP và Bùn hoạt tính dƣ để sinh khí metan.   Căn cứ vào kết quả nghiên cứu “nghiên cứu khả năng đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp bùn hoạt tính thải và bùn bể tự hoại trong xử lý bùn thải đô thị”   [7], ở tỷ lệ  bùn bể tự hoại và bùn hoạt tính thải th ải ở tỷ lệ 2:1 cho hiệu quả đồng ph phân ân hủy cao nhất vì vậy tôi tiến hành bố trí 05 nghiệm thức xoay quanh tỷ lệ 2:1  này để bố trí các nghiệm thức thí nghiệm trên 5 bộ thiết bị phân hủy, thể tích là 20L/1thiết bị   với các tỷ lệ (%)  phối trộn  tƣơng ứng nhƣ Bảng 2.1 Bảng 2.1. 2.1. Bố trí các nghiệm thức  thức ở  thí nghiệm 1  1  (Đơn vị: % thể tích )  Tỷ l lệệ ph  phốối trộ trộn BBP: BHTD (%) Nghiệệm thứ  Nghi thứ c

BBP

BHTD

 NT1

100

0

 NT2

80

20

 NT3

70

30

 NT4

50

50

 NT5

30

70

Thí nghiệm 2: Nghiên 2: Nghiên cứu khả năng đồng phân hủy yếm khí của sự kết hợp giữa 3 loại nguyên liệu BBP, Bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ để sinh khí metan.  Trên cơ sở kết quả thí nghiệm 1 xác định đƣợc đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa BBP và BHTD ở tỷ lệ 80:20 cho hiệu quả sinh khí tốt nhất vì vậy tôi tiến hành bố trí 05 nghiệm thức trên 5 bộ thiết bị phân hủy  yếm khí trên nguyên tắc ở mỗi nghiệm

thức tỷ lệ giữa BBP và BHTD là 80:20. 8 0:20.  Thể tích nạp nguyên liệu là 30L/1 thiết bị với các tỷ lệ (%) phối trộn tƣơng ứng 

đƣợc thể hiện nhƣ Bả Bảng ng 2.2 sau:

40  

Bảng 2.2. 2.2. Bố trí các nghiệm thức thí nghiệm 2  2  (Đơn vị: % thể tích ) Tỷ l lệệ ph  phốối trộ trộn BBP: BHTD: CTRSH

Nghiệm Nghiệ thứ  thứ c  NT1

BBP 72

BHTD 18

RTSH 10

 NT2

64

16

20

 NT3

56

14

30

 NT4

48

12

40

72

18

10

 NT5(lặ p  NT1)

d/ Các phƣơng pháp phân tích  tích  ổ ng ng chấ tt   r ắ  ắn   Tổng chất r ắn TS và tổng chất r ắn dễ  bay hơi TVS : Xác định t ổ 



bằ n g

phương pháp SMEWW 2540.B:2005: 2540.B:2005 : Cân 1 lƣợng chính xác bùn nguyên   liệu

vào cốc thủy tinh 250 ml đã đƣợc sấy khô, thể tích bùn 100ml để đồng thời xác định khối lƣợng riêng của bùn. Đem sấy khô ở 105ºC thời gian 24h, để nguội về nhiệt độ  phòng sau đó đem cân đến khối lƣợng không khôn g đổi. Giá trị của TS là khối lƣợng chất rắn còn lại trong cốc và độ ẩm là hàm lƣợng nƣớc đã bay hơi. Độ ẩm, TS đầu vào và đầ u ra xác định tƣơng tự nhau theo các bƣớc nêu trên.   Nghiền nhỏ mẫu sau cân kích thƣớc 0,2 mm bảo quản trong túi đựng mẫu để  phân tích các chỉ tiêu tiếp theo nhƣ TVS, TN, TP.    g chấ t r ắn ắn bay hơi bằng phương pháp SMEWW 2005 (2540 E): E): cân 1 lƣợng   T ổổ ng n 

chính xác mẫu TS trong chén nung trên cân phân tích đem nung ở 550ºC thời gian 1h,

để nguội và cân đến khối lƣợng không đổi.    Nitơ tổng (TN): xác định hàm lƣợng N tổng số có trong mẫu bùn sau khi sấy   Nitơ



theo TCVN 6624-2:2000 (ISO 11905-2:1997) đã đƣợc cải biến để phù hợp với loại

mẫu sử dụng để phân tích.   Nguyên t ắ  ắ c:

Chuyển hóa các hợp chất nitơ hữu cơ trong mẫu bùn đã sấy khô về   + 4

dạng muối amoni (NH ) bằng cách đun nóng trong dung dịch acid sulfuric đậm đặc

41  

(H2SO4) với sự có mặt của hỗn hợp xúc tác K 2SO4 và CuSO4 (10:1), Oxy hóa mẫu

dung dịch chứa nitơ bằng cách đốt trong khí oxy ở 1000 oC để chuyển nitơ thành oxit nitric phản ứng với ozon cho nitơ dioxit hoạt hóa (NO 2*). Định lƣợng nồng độ nitơ  bằng huỳnh quang.   Photpho tổng (TP) : xác định Photpho tổng số theo TCVN 85 63 : 2010 : Phân 

 bón -  phƣơng pháp xác định photpho tổng số.  

ắ c:  Nguyên t ắ  c:

Sử dụng hỗn hợp hai axit H2SO4  và HClO4  để phân hủy và chuyển

hóa  các hợp chất photpho trong mẫu thành photpho dƣới dạng axit orthophotphoric,

rồi xác định hàm lƣợng photpho trong dung dịch mẫu theo phƣơng pháp trắc quang. Đo màu vàng của phức chất tạo thành giữa photpho và vanadomolypdat do phản ứng của photpho với molypdat tạo thành phức đa dị vòng khi bị khử, từ đó suy ra hàm lƣợng photpho trong mẫu. Phƣơng pháp “đo màu vàng vanadomolypdat” thích hợp cho các dung dịch mẫu có nồng độ photpho cao.   Xác định thể tích khí sinh ra theo ngày nhƣ phƣơng pháp đã trình bày tại mục a



trên

c/ Nạ Nạp mẫ mẫu vào hệ hệ th  thốống phân hủ hủy yế yếm khí Tại phòng thí nghiệm, các mẫu bùn và CTR sinh hoạt đƣợc đổ riêng biệt vào bồn chứa dung tích 50 lít, khuấy thật đều để đảm bảo mẫu bùn đƣợc đồng nhất. Tiếp theo  bùn đƣợc pha loãng để thuận lợi cho việc nạp mẫu vào thiết bị, phối trộn ở những tỷ lệ theo yêu cầu của từng thí nghiệm trong các thùng nhựa 20 lít khác nhau. Khuấy trộn đều rồi tiến hành lấy mẫu bùn đầu vào, bảo quản trong chai nhựa kín ở 4ºC trƣớc khi đem phân tích các thông số hóa lý cần thiết. Sau Sau đó bùn sau phối trộn đƣợc nạp vào thiết bị phân hủy và đánh số tƣơng ứng. Khóa chặt các van xả đáy, các van khí của hệ thống đo khí, bật máy khuấy ở tốc độ 16 vòng/phút và bắt đầu theo dõi thể tích khí sinh ra hằng ngày.  Tiến hành theo dõi các thí nghiệm: hàng ngày theo dõi thể tích khí biogas sinh ra, quan sát và khắc phục các sự cố sảy ra. Phân tích các thông số hóa   lý nhƣ hàm lƣợng tổng chất rắn, tổng chất rắn bay hơi, tổng Nitơ, tổng photpho  của hỗn hợp bùn trƣớc và

42  

sau phân hủy để đƣa ra những kết luận cụ thể về quá trình phân hủy yếm khí của từng thí nghiệm.  e/ Xác định định thành phầ phần khí sinh ra Bƣớ c 1: Chuẩn bị các lọ  đựng mẫu khí, ghi ký hiệu mẫu lên các lọ    cắm van chạc 3 cạnh có ống nối vào bình thí nghi ệm   mở  khóa   khóa và cắm xilanh vào van ba chạc ti ến hành kéo xilanh hút khí vào, xả ra 3-5 lần sau đó mớ i ti ến hành thu mẫu khí trong xilanh vào lọ 10ml và nén ch ặt. -  Đối vớ i nội dung 1 đồng phân hủy sinh học k ỵ  khí BBP và BHTD định k ỳ 

đƣợ c thu mẫu 03 ngày/1 lần, cách thức thực hiện nhƣ Bƣớ c 1 trên. -  Đối vớ i nội dung 2 đồng phân hủy sinh học k ỵ khí BBP, BHTD và chất thải giàu hữu cơ định k ỳ đƣợ c thu mẫu 05 ngày/1 lần, cách thức thực hiện nhƣ Bƣớ c 1 trên.

Bƣớ c 2: Tiến hành đƣa mẫu đã lấy về phòng thí nghiệm - Trung tâm phân tích và chuyển giao công nghệ môi trƣờ ngng- Viện môi trƣờ ng ng Nông nghiệp để gửi mẫu phân tích. Khí của các nghiệm thức thí nghiệm đƣợ c tiến hành thu mẫu định k ỳ  5 ngày/1lần. Đƣợ c phân tích trên hệ thống sắc ký khí GC –   2014 (Shimadzu Nhật Bản)

ghép nối với các detector ion hóa ngọn lửa (Flame Ionization Detector: FID) và detector cảm biến nhiệt (Thermal Conductivity Detector: TCD). Cột tách sử dụng đồng thời ba loại cột: Molecular Sieve, Porapak N và Porapak Q). Khí mang nitơ (độ tinh khiết lớn hơn 99,95%). Thể tích mẫu khí đƣa vào hệ thống là 10 mL.  

Hình 2.8. Thiế t bị phân tích khí

43  

 Nguyên tắc hoạt động: độn g: Hỗn hợp khí k hí đƣợc đƣa vào hệ thống sắc ký từ cổng bơm mẫu, nhờ dòng khí mang hỗn hợp khí đƣợc đẩy qua cột. Tại đây, xảy ra quá   trình tách các chất khí trong đó có CH4 và CO2. Khi ra khỏi cột tách, khí CO 2  đƣợc dẫn qua cột methaonzer (nạp Shimahte Niken) để chuyển hóa thành CH4  để tính lƣợng CO2 trong mẫu khí. Khí CH4  khi ra khỏi cột tách đƣợc dẫn trực tiếp đến detector TCD để xác

định (phƣơng pháp chung là có thể xác định đồng thời thêm các  khí H2, O2, N2). Cũng dựa vào phƣơng pháp chuẩn để xác định đƣợc hàm lƣợng khí CH4 có trong mẫu khí.

44  

CHƢƠNG 3. K ẾT QUẢ QUẢ VÀ THẢ THẢO LUẬ LUẬN 3.1. Đặc Đặc tính hóa lý củ c ủa bùn bể bể ph  phốốt, bùn hoạt hoạt tính dƣ   Đặc tính hóa lý của Bùn bể phốt, BHTD đƣợ c ti ến hành kiểm tra bao gồm các nguyên tố: t ổng chất r ắn, t ổng chất r ắn ắn bay hơi, nitơ tổng, phốt pho tổng đƣợ c đƣa

đi kiểm tra ngay sau khi thu mẫu v ề phòng thực nghiệm đã cho k ết quả  nhƣ Bảng 3.1 sau:

Bảng 3.1. Mộ Một ssốố đặc điểm điểm hóa lý củ của BBP và BHTD Thông số số  Tổng chấ chất rắ rắn Tổng chấ chất rắ rắn Phố Phốt pho tổ tổng bay hơi (%)  (%)  (%) (%TS) Loạại bùn Lo BBP 6,15 89,72 1,67 BHTD

2,42

81

4,5

Ni tơ tổng tổng (%TS) 1,8 2,92

Với các đặc điểm hóa lý TVS, TN, TP tƣơng đối cao so với tổng chất rắn có trong bùn thải. Với đặc điểm này ta có thể   thấy thành phần chất dinh dƣỡng có trong 02 loại bùn thải này khá cao, có thể thấy có tiềm năng sử dụng làm phân bón, cải tạo đất nông nghiệp tuy nhiên để có thể sử dụng vào mục đích nông nghiệp thì cần có những đánh giá về các thành phần ảnh hƣởng đến chất lƣợng lƣ ợng môi trƣờng đất   Với kết quả phân tích các đặc điểm hóa lý nhƣ TS, TVS, TN, TP của bùn bể  phốt và BHTD thu đƣợc so  với kết quả của bùn thải sông K im im Ngƣu [10] ở Bảng 3.2 thì có thể thấy rằng đặc điểm TS của BBP, BHTD thấp hơn rất nhiều so với bùn thải sông, nhƣng ở các đặc điểm TVS, TN, TP thì BBP, BHTD ngƣợc lại có kết quả

cao hơn đáng kể so với  bùn sông Kim Ngƣu.  Bảng 3.2.Các đặc điểm hóa lý này so với bùn thải sông kim ngƣu [9]. ngƣu  [9]. Thông số số   Loạại bùn Lo Bùn sông Kim ngƣu  

Tổng chấ chất

Chấất rắ Ch rắn bay

Phốốt pho Ph

Ni tơ tổng tổng

rắn (%)

hơi (%TS)  (%TS) 

tổng (%TS)

(%TS)

13,2

31,5

0,95

1,39

44

 

 Nhƣ vậy có thể thấy trong bùn bể phốt và bùn hoạt tính dƣ có đặc điểm giàu hợp chất hữu cơ, đây là một đặc điểm đi ểm có sự ảnh hƣởng lớn đến tiềm t iềm năng sinh khí metan.

3.2. K ết quả quả đồng phân hủy sinh học kỳ khí giữa Bùn bể phốt và Bùn hoạt tính dƣ.  dƣ.   Nghiên cứu khả năng đồng phân hủy sinh học kỵ  khí của sự kết hợp giữa 2 loại bùn nguyên liệu l à BBP và Bùn hoạt tính dƣ  với các tỷ lệ phối trộn nhƣ trình  bày ở Bảng 2.1, kết thúc ở thời gian là 30 ngày khi ở các nghiệm thức của thí nghiệm gần nhƣ không sinh khí biogas.  biogas.    Nhƣ đã trình bày ở phần thực nghiệm mẫu bùn ở từng nghiệm thức của thí nghiệm sẽ đƣợc lấy để phân tích các chỉ tiêu hóa lý nhƣ hàm lƣợng tổng chất rắn (TS), tổng chất rắn bay hơi (TVS), photpho tổng số (TP), Nitơ tổng số (TN) ở mẫu  bùn đầu vào và bùn sau phân hủy để có thêm thông tin về quá trình phân hủy của hỗn hợp bùn thải sau khi phối trộn.   Đặc điểm hóa lý  của các nghiệm thức sau khi phối trộn   để đƣa vào hệ thống  phân hủy kỵ khí, đƣợc tiến hành lấy mẫu và   phân phân tích cho kết quả đƣợc trình bày nhƣ Bảng 3.3 sau. Bảng 3.3. Đặc điểm hóa lý nguyên liệu sau phối trộn của các nghiệm thứ c TN1 Nghiệm thức  thức  TS (%)  NT1  NT2  NT3  NT4  NT5

TVS (%TS)

TP (%TS)

TN (%TS)

89,72 87,97 87,11 85,32 83,61

1,67 2,23 2,52 2,55 3,62

1,78 2,01 2,09 2,28 2,56

6,14 5,48 5,02 4,21 3,5

a. Sự thay đổi tổng chất rắn  rắn   Sau 30 ngày phân hủy, hàm lƣợ ng ng t ổng chất r ắn có trong bùn phân hủy ở   đầu

vào và đầu ra của thí nghiệm đều giảm đi đáng kể. Hệ số loại b ỏ đƣợ c thể hiện nhƣ

Bảng 3.4 sau.

45

 

Bảng 3.4. Kết quả phân tích TS trƣớc và sau phân hủy các NT Thí Nghiệm 1  1  BBP+BHTD (tỷ lệ phối trộn)  trộn)   NT1 (100:0)

TS (%) Đầu vào  vào  Đầu ra  ra  5,21 6,14

Hiệu suất loại bỏ (%)  (%)  15,3

 NT2 (80:20)

5,48

3,95

27,9

 NT3 (70:30)

5,02

3,86

23,1

 NT4 (50:50)

4,21

3,21

22,6

 NT5 (30:70)

3,56

2,76

22,4

Từ  k ết quả  nhƣ ở   Bảng 3.4 trên ta thấy ở  các   các nghiệm thức 2, NT3, NT4 và  NT5 là khá đồng đều về  khả  năng loại bỏ TS và đều cao hơn ở  NT1.   NT1. Trong tất cả  các nghiệm thức thí nghiệm thì khả năng loại b ỏ TS đạt hiệu qu ả cao nhất diễn ra ở    NT2(27,9%) vớ i t ỷ lệ phối tr ộn giữa BBP và BHTD là 80:20 điều này cho thấy ở   ttỷ 

ộn này đã tạo ra những điều ki ện thuận lợi để mang lại khả năng phân hủy lệ phối tr ộn các các hợ  p chất hữu cơ tốt nhất trong 5 nghiệm thức đã phối tr ộn. Riêng nghiệm thức 1 vớ i t ỷ l ệ 100% BBP, cho khả  năng loại bỏ TS thấ p nh ất ch ỉ  đạt 15,3%. Mức loại bỏ  TS ở  nghi   nghiệm thức này đều thấp hơn các nghiệm thức còn lại khoảng 10%. Từ  đây ta có thể th  t hấy ở  các   các nghiệm th ức của thí nghiệm 1 này có sự  phối tr ộn của các 2 loại bùn đã tạo nên điều kiện thuận lợi hơn cho việc loại bỏ TS. Sự  k ết hợ  p giữa 2 loại bùn bể phốt và bùn hoạt tính dƣ đã cho hệ  số loại bỏ TS tốt hơn thể hiện theo hệ số tăng dần ở  các  các NT lần lƣợ t là các NT5, NT4, NT3, NT2 và thấ p nhất là ở    NT1(100%).

b. Sự thay đổi tổng chất rắn bay hơi  hơi   Sau 30 ngày phân hủy, hàm lƣợng tổng chất rắn bay hơi đều giảm đi nhiều và khá là tƣơng đồng ở mức cao bằng chứng là ở tất cả các nghiệm thức đều giảm   ở mức trên 30% thể hiện nhƣ Bảng 3.5  sau:

46

 

Bảng 3.5. 3.5. Kết quả TVS quả TVS trƣớc và sau phân hủy của các NT ở thí nghiệm 1  1  BBP : BHTD

Hiệu suất loại bỏ (%)  (%) 

TVS(%TS)

(tỷ lệ phối trộn)  trộn) 

Đầu vào  vào 

Đầu ra  ra 

TVS

 NT1 (100:0)

89,72 

57,5 

35,9

 NT2 (80:20)

87,97 

52,5 

40,3

 NT3 (70:30)

87,12 

54,1 

37,9

 NT4 (50:50)

85,35 

52,6 

38,4

 NT5 (30:70)

83,61 

51,9 

37,9

Đầu vào  Đầu ra 

100

89,72

%TS  90

87,97

87,1

85,35

83,61

80 70 60

57,5

52,5

54,1

52,6

51,9

50 40 30 20

10 0 NT1 (100:0)

NT2 (80:20)

NT3 (70:30)

NT4 (50:50)

NT5(30:70)

Nghiệm thức 

Hình 3.1. Sự thay đổi giá trị TVS được loại bỏ của các NT ở TN1  

Từ bảng 3.5 và Hình 3.1 trên ta thấy hệ số loại bỏ TVS thấp nhất một  lần nữa lại là ở nghiệm thức 1 đạt 35,9%, hệ số  giảm hàm lƣợng TVS cao nhất là ở nghiệm thức 2(40,3%), sau đó giảm dần lần lƣợt là ở các nghiệm thức 4(38,4%), nghiệm

thức 3(37,9%) và nghiệm thức 5(37,9%). Ở nghiệm thức 2   với tỷ lệ đồng phân hủy

47

 

giữa bùn bể phốt và bùn hoạt tính dƣ (80:20) cho khả năng loại bỏ TVS cao nhất có sự khác biệt rõ nét so với các nghiệm thức còn lại với sự phối trộn này chứng tỏ đã tạo nên những điều kiện thuận lợi để mang lại khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ tốt nhất trong 5 tỷ lệ phối trộn.  Từ kết quả phân tích đặc điểm TS, TVS trƣớc và sau quá trình phân hủy kỵ khí thể hiện ở Bảng 3.3 và Bảng 3.4 trên, ta thấy rằng ở tỷ lệ phối trộn giữa bùn bể  phốt và bùn hoạt tính dƣ là (80:20)% (80:2 0)% đã cho khả k hả năng loại bỏ chung TS, TVS là tốt nhất. c. Sự thay đổi tổng Phốt pho  pho  Khi tiến hành phối trộn BBP và BHTD để phân hủy yếm khí, khả năng   ổn định đƣợc các yếu tố dinh dƣỡng nhƣ P và N cũng đƣợc tiến hành theo dõi để đánh giá sự phân hủy diễn ra trong hỗn hợp bùn thải. Kết quả phân tích TP của các nghiệm thức đƣợc trình bày tro ng Bảng 3.6 dƣới đây: Bảng 3.6 3.6. Kết quả phân phân tích TP trƣớc và sau phân hủy hủy  của TN1  TN1  BBP:BHTD

TP (%TS)

Tỷ lệ giảm (%)  (%) 

(tỷ lệ phối trộn)  trộn) 

Đầu vào  vào 

Đầu ra  ra 

 NT1 (100:0)

1,67

1,32

21

 NT2 (80:20)

2,23

1,67

25,1

 NT3 (70:30)  NT4 (50:50)

2,52 3,05

1,71 2,58

32,1 15,3

 NT5 (30:70)

3,62

2,54

29,8

Từ Bảng 3.6 trên thấy rằng giá trị photpho tổng ở các nghiệm thức đều giảm theo thời gian phân hủy. Kết quả phân tích TP sau 30 ngày phân hủy của tổ hợp mẫu bùn cũng cho thấy, trong khoảng thời gian này giá trị TP cũng đều giảm xuống tƣơng đối nhiều từ 15-32%, tùy vào từng nghiệm thức ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau có sự khác biệt rõ rệt.  

48

 

Với giá trị TP này thì ở nghiệm thức 3 cho khả năng loại bỏ cao nhất (32,1%) tiếp đến là nghiệm thức 5(29,8%), nghiệm thƣc 2(25,1%), nghiệm thức 1 (21%) và thấp nhất là ở nhiệm thức 4(15,3%). Ở các  giá trị TS, TVS của các nghiệm thức thì nghiệm thức 4 luôn cho khả năng loại bỏ cao nhất nhƣng ở giá trị TP thì ngƣợc lại, nghiệm thức 4 khả năng loại bỏ lại thấp nhất . 4

%TS

3,62 

Đầu vào (%TS)  3.5

Đầu ra (%TS)  3

2,52 

2 1.5

2,54

2,23 

2.5

1,67 

3,05  2,58

1,67

1,71

1,32

1

0.5

0 NT1 (100:0)

NT2 (80:20)

NT3 (70:30)

NT4 (50:50)

NT5 (30:70)

NNghiệm Nghiệm  thức thức   Hình 3.2. Sự thay đổi giá trị TP của các NT -TN1 -TN1 trước và sau phân hủy kỵ khí  

Sự giảm giá trị TP ở mẫu bùn đầu ra có thể đƣợc giải thích là do trong quá trình diễn ra sự phân hủy yếm khí, lƣợng P ở dạng dễ tiêu, dễ phân hủy không chỉ đƣợc VSV sử dụng vào hoạt động sinh trƣởng và phát triển, mà một phần bị chuyển hóa thành P ở dạng khó phân hủy, ví dụ nhƣ P trong muối PO 43-  ở dạng không tan với các kim loại nặng, hoặc P ở các dạng trong các hợp chất phức tạp, rất khó để vi sinh vật có thể tiêu thụ và chuyển hóa; đồng thời trơ trong các phản ứng hóa học của phƣơng pháp phân tích xác định P tổng số. Do đó, giá trị TP của tổ hợp mẫu

 bùn đầu ra giảm so với bùn đầu vào. v ào. 

49

 

d. Sự thay đổi tổng Nitơ   Cùng với photpho, nitơ cũng là yếu tố dinh dƣỡng quan trọng đối với sự sinh trƣởng và phát triển trong hoạt động sống của tổ hợp các nhóm vi sinh vật trong quá trình phân hủy yếm khí. Nitơ tồn tại trong thiết bị phân hủy yếm khí ở cả ba trạng thái: rắn lỏng và khí; trong đó N tồn tại trong các hợp chất hữu cơ nhƣ prot ein, amino axit, peptit... là thành phần N dinh dƣỡng chính mà vi sinh vật sẽ sử dụng trong quá trình phân hủy. Phân tích hàm lƣợng nitơ tổng số trong tổ hợp mẫu bùn rắn trƣớc và sau phân hủy để phần nào đánh giá đƣợc hoạt động sống của các nhóm vi sinh vật, từ đó đƣa ra kết luận về quá trình phân hủy yếm   khí diễn ra trên mẫu  bùn đầu vào. Mẫu bùn đƣợc lấy và đem về phòng đƣợc sấy khô ở 105 oC, sau đó xác định hàm lƣợng N có trong mẫu rắn sau sấy. Các kết quả phân tích TN trong mẫu rắn TS của các nghiệm thức trƣớc và sau phân hủy đƣợc trình bày trong Bảng 3.7 Bảng 3.7 3.7. Kết quả phân tích TN  TN của các NT-TN1 các NT-TN1 trƣớc và sau phân hủy  hủy  BBP+BHTD

TN (%TS) Tăng (%) Tăng  (%)

(tỷ lệ phối trộn)  trộn) 

Đầu vào  vào 

Đầu ra  ra 

 NT1 (100:0)

1,78

2,75

54,5

 NT2 (80:20)

2,02

3,48

72

 NT3 (70:30)

2,13

4,11

92,6

 NT4 (50:50)

2,36

4,07

72,6

 NT5 (30:70)

2,58

3,75

45,3

Từ kết quả thể hiện ở Bảng 3.7 trên, thấy rằng sau thời gian 30 ngày phân hủy, TN của tổ hợp bùn  đầu ra ở tất cả các nghiệm thức  đều tăng. Tại các NT1; NT2;  NT3; NT4; NT5 mẫu đầu ra ở các nghiệm thức tăng tƣơng ứng là 54, 5%; 72%; 92,6%; 72,6% và 45,3%. Các VSV sinh trƣởng và phát triển, chuyển hóa N ở các

dạng khác nhau thành N hữu cơ trong sinh khối, do vậy giá trị TN của bùn sau phân hủy tăng lên so với TN của bùn đầu vào.  Một lý do khác nữa là có thể do giá trị TS

giảm đi nhiều vì vậy mà giá trị TN ta thấy là tăng lên.   Tại NT3 với tỷ lệ BBP: BHTD đầu vào là 70:30 thì TN của hỗn hợp đầu ra tăng lên nhiều nhất, sự phân hủy 50

 

yếm khí đạt hiệu quả cao nhất trong 5 tỷ lệ đƣợc khảo sát, độ tăng của TN của hỗn hợp bùn ở NT3 là 92,6% lớn hơn nhiều so với độ tăng của các NT còn lại cho thấy việc phối trộn BBP và BHTT ở tỷ lệ (70:30) thực sự đem lại hiệu quả phân hủy yếm khí tốt hơn.  Với kết quả TN sau quá trình đồng phân hủy này tăng lên đây là một điểm nhấn để đánh giá giá trị dinh   dƣỡng trong bùn sau phân hủy để phục vụ trong nông nghiệp.  4.5

%TS  4 3.5 3

Đầu ra 

4,07  3,75 

3,48 

2,75 

2.5 2

4,11 

Đầu vào 

1,78 

2,13 

2,02 

2,36 

2,58 

1.5 1 0.5 0 NT1 (100:0)

NT2 (80:20)

NT3 (70:30)

NT4 (50:50)

NT5(30:70)

Nghiệm  thức Nghiệm thức   Hình 3.3. Sự thay đổi giá trị TN của các NT - TN1 trước và sau phân hủy yếm khí  

e. Diễn biến sinh khí  trong  trong quá trình đồng phân hủy sinh học kỳ khí giữa Bùn bể phốt và Bùn hoạt tính dƣ (thí nghiệm 1).  1).  Thời gian tiến hành nghiên cứu trong 30 ngày, trong thời gian này với điều kiện nhiệt độ phòng dao động trong khoảng 24 -320c. Đây là khoảng nhiệt độ thích ƣ u ấm trong phân hủy yếm khí.   hợp cho nhóm vi sinh vật ƣu Giữa các nghiệm thức của thí nghiệm 1, thể tích khí biogas sinh ra có sự khác  biệt rõ dệt, tỷ t ỷ lệ phối trộn  đồng phân hủy  giữa BBP và BHTD ở NT2 với tỷ tƣơng ứng 80:20 thể tích khí biogas sinh ra lớn nhất, tiếp đến lần lƣợt là NT3, NT4, NT1 và NT5 có tỷ lệ phối trộn giữa BBP:BHTD là 30:70 có thể tích khí biogas sinh ra ít

nhất. Vì BBP có khả năng phân hủy yếm khí tốt hơn BHTD nên lƣợng khí biogas

51

 

sinh ra tăng lên khi hàm lƣợng BBP có trong hỗn hợp bùn đầu   vào tăng lên, khí  biogas sinh ra phụ thuộc vào lƣợng BBP có trong hỗn hợp bùn thải, BBP càng nhiều lƣợng khí biogas sinh ra càng lớn. Tuy nhiên ở NT1 có 100% BBP nhƣng lƣợng khí  biogas sinh ra vẫn ít hơn h ơn ở NT2, NT3 và NT4, có thể nhận thấy thấ y rằng ít nhiều ở sự  phối trộn hỗn hợp 2 loại bùn đã tạo ra những điều kiện ki ện thuận lợi cho quá trình đồng  phân hủy sinh khí biogas.  Thể tích khí ở NT2 cao gấp gần 5 lần so với NT5, gấp 2 lần so với NT1. Có thể thấy rằng thể tích khí biogas ở nghiệm thức 2 là tƣơng đối  lớn, trung bình lƣợng khí sinh ra ở NT2 này đạt 251 lít/ngày.  Thể tích khí của các nghiệm thức sinh r a ở thí nghiệm 1 đƣợc thể hiện nhƣ Bảng 3.8 sau: Bảng 3.8. Thể tích khí  biogas sinh ra ở các NT của Thí Nghiệm 1 Nghiệm thức  thức  Thể tích khí sinh ra (lít)  (lít)  Thể tích khí TB/ngày (lít)  NT1

3790 

126

 NT2

7523

251

 NT3

6998 

233

 NT4

5334 

178

 NT5

1564 

52

Lƣợng khí sinh học sinh ra là một yếu tố quan trọng để so sánh và đánh giá sự  phân hủy yếm khí diễn ra tại các tỷ lệ phối trộn BHTD  và BBP khác nhau. Với cùng một thể tích bùn đầu vào đƣợc nạp nhƣ nhau, lƣợng khí sinh học sinh ra phụ thuộc vào tỷ lệ các thành phần bùn thải có trong hỗn hợp bùn đƣợc nạp vào thiết bị phân

hủy. 

52

 

8000

Lít

7523 6998

7000 6000

5334

5000 4000

3794

3000 2000

1564

1000 0

NT1

NT 2

NT3

NT4

NT 5

Nghiệệm thứ  Nghi thứ c  Hình 3.4. Thể tích khí sinh ra ở các N T thí nghiệm 1 

Diễn biến sinh khí nhiều ngay từ những ngày đầu nạp mẫu. Nhƣ đã trình bày ở các phần trên, BHTD và BBP đã đƣợc lƣu giữ ở điều kiện yếm khí một thời gian khá dài, quá trình phân hủy yếm khí đã đƣợc hình thành trên cả hai loại bùn nguyên liệu, vì vậy rất nhanh sau khi nạp bùn vào thiết bị, khí biogas đã đƣợc sản sinh. Sự  phối trộn hỗn hợp hợ p hai loại bùn thải để đồng phân hủy hủ y kỵ khí   làm cho diễn biến thể tích khí sinh ra hàng ngày có sự thay đổi. Lƣợng khí sinh ra tăng rất nhanh, khí sinh ra nhiều nhất  và chủ yếu trong  khoảng 15 ngày đầu, sau đó lƣợng khí sinh ra hàng ngày giảm dần và ổn định từ ngày thứ 18 đến hết thí nghiệm ở ngày thứ 30. Kết quả từ các nghiệm  thức  cho thấy luôn xuất hiện đỉnh cực đại sinh khí. Hiện tƣợng này chứng tỏ khả năng sinh khí liên quan đến quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nguyên liệu đầu vào của các nghiệm thức, các điều kiện môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, pH …. Thời điểm cực đại sinh khí xuất hiện ở các NT cũng ở 15 ngày đầu . Tổng lƣợng khí biogas sinh ra ở các NT xếp thứ tự từ cao

  thấp

là NT2 - NT3 -

 NT4 -  NT1 và NT5, hỗn hợp BBP và BHTD với tỷ lệ tƣơng ứng (80:20) cho lƣợng

khí biogas sinh ra nhiều nhất, thể tích khí   biogas biogas sinh ra ít nhất là ở NT5 với tỷ lệ

hỗn  hợp giữa BBP và BHTD là 30:70. Bởi với đặc điểm   là ở bùn bể phốt có khả

53

 

năng phân hủy yếm khí tốt hơn bùn hoạt tính dƣ nên lƣợng khí biogas sinh ra nhiều khi hàm lƣợng BBP có trong bùn đầu vào nhiều hơn. Khí biogas sinh ra phụ thuộc nhiều vào lƣợng BBP có trong hỗn hợp bùn đầu vào, BBP càng nhiều lƣợng   khí  biogas càng lớn. Tuy nhiên ở nghiệm thức 1 với 100% bùn bể phốt lại cho khả năng sinh khí biogas thấp hơn ở các nghiệm thức 2, NT3, NT4 từ đây có thể nhận thấy ở sự phối trộn có cả 2 thành phần BBP và BHTD ở tỷ lệ phù hợp đã có những điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học kỵ khí sinh khí biogas. Qúa trình sinh khí biogas đƣợcthể hiện nhƣ Hình 3.6 dƣới đây. 700

Lít

NT1

600

NT2 NT3

500

NT4 NT5

400

300

200

100

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Ngày

Hình 3.5. Diễn biến sinh khí trong quá trình phân hủy yếm khí  các  các NT - TN1

f. Thành phầ phần khí biogas củ của các nghiệ nghiệm thứ  thứ c Khí sinh học  đƣợc sinh ra trong quá trình phân hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ với thành phần chính gồm: CH4, CO2. Ngoài ra còn một số khí khác với tỷ lệ hạn

chế có trong thành phần khí sinh học nhƣ: H2S, N2, N2O, H2…Trong nghiên cứu,

54

 

một số thành phần khí chính trong khí sinh học phân tích đƣợc  bao bao gồm gồ m CH4, CO 2  và N2O. Thành phần  trung bình các loại khí của các nghiệm thức sau 10 đợt thu

mẫu và phân tích.  Nhìn chung với các tỷ lệ phối trộn của các nghiệm thức thí nghiệm 1  đồng phân hủy sinh học kỵ khí bùn bể phốt và bùn hoạt tính dƣ để sinh khí metan thì ta thấy thành phần khí metan sinh ra ở các nghiệm thức đa số đều nằm trong khoảng từ 38-52%. Kết quả tỷ lệ thành phần các khí có trong khí biogas đƣợc thể hiện nhƣ Bảng 3.9 sau đây.  Bảng 3.9: Tỷ Tỷ lệ  lệ thành phầ phần củ của các khí sinh ra ở  các  các NT Thí Nghiệ Nghiệm 1 Nghiệm thứ  Nghiệ thứ c Khí biogas (lít/ngày)

CH4 (%) CO2 (%)

N2O và khí khác (%)

 NT1

≈ 126

≈ 48

≈ 50

≈2

 NT2

≈ 251

≈ 51

≈ 47

≈2

 NT3

≈ 233

≈ 48,5

≈ 50

≈2

 NT4

≈ 178

≈ 43

≈ 55

≈2

 NT5

≈ 52

≈ 38

≈ 60

≈2

120

CO2 (%)

%

CH4 (%)

khí khác (%)

100 80 60 40 20 0 NT1

NT 2

NT3

N hi m thứ c 

NT 4

NT5

Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện thành phần các loại khí trung bình của các nghiệm thức  

55

 

Hoạt động của vi khuẩn sinh khí CH 4  phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣng nh ƣng quan trọng nhất là thành phần nguyên liệu đầu vào. Lƣợng chất ức chế trong nguyên liệu đầu vào nhỏ, tỷ lệ thích hợp của các yếu tố vi lƣợng giúp cho việc sinh khí CH 4 diễn ra với hiệu quả cao hơn. Do đó, khi thay đổi thành phần ng nguyên uyên liệu đầu vào với các tỷ lệ phối trộn giữa BBP và BHTD cho chúng ta tỷ lệ sinh khí CH 4 khác nhau ở thí nghiệm này tỷ lệ phối trộn BBP:BHTD (80:20) ở NT2 cho thành phần khí CH 4  là cao nhất (51%), các nghiệm thức tiếp theo có tỷ lệ khí CH 4  sinh ra cao lần lƣợt l à  NT3(48,5%), NT1(48%), NT4(43%) và thấp nhất là ở  NT5(38%).

Từ kết quả thể tích khí biogas   nhƣ ở Bảng 3.8  và hệ số khí metan sinh ra ở mỗi nghiệm thức  ở Bảng 3.9  ta tính đƣợc thể tích khí  metan sinh ra ở các nghiệm thức thí nghiệm đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa bùn bể phốt và bùn hoạt tính dƣ. Đối với đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa BBP và BHTD để sinh  khí Metan thì ở nghiệm thức 2 cho khả năng sinh khí metan cao nhất, tiếp đến là ở các nghiệm thức 3, nghiệm thƣc 4, nghiệm thức 1 và thấp nhất là ở nghiệm thức 5. Cụ thể thể tích khí metan sinh ra ở từng nghiệm thức đƣợc thể hiện nhƣ ở Bảng 3.10 dƣới đây.  Bảng 3.10. Thể tích khí CH4 sinh ra ở các nghiệm thứcthức- thí nghiệm 1  1  Nghiệm thức  thức   NT1  NT2

CH4 (lít) 1818 3849

Thể tích khí TB/ngày (lít)  (lít)  61 128

 NT3  NT4  NT5

3394 2285 602

113 76 20

3.3. K ết quả quả  đồng phân hủy sinh học kỳ khí giữa Bùn bể phốt, phốt , Bùn hoạt tính dƣ  và chất thải giàu hữu cơ.  cơ.    Nghiên cứu khả năng đồng phân hủy sinh học kỵ khí của sự kết hợp giữa 2 loại bùn nguyên liệu là Bùn bể phốt, Bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ   với các tỷ lệ phối trộn nhƣ trình bày ở Bảng 2.2, kết thúc ở thời gian là 70 ngày khi ở

các nghiệm thức của thí nghiệm gần nhƣ không sinh khí biogas.  biogas. 

56

 

 Nhƣ đã trình bày ở phần thực nghiệm mẫu bùn ở từng nghiệm thức của thí nghiệm sẽ đƣợc lấy để phân tích các chỉ tiêu hóa lý nhƣ hàm lƣợng tổng chất rắn (TS), tổng chất rắn bay hơi (TVS), photpho tổng số (TP), Nitơ tổng số (TN) ở mẫu  bùn đầu vào và bùn sau phân hủy để có thêm thông tin về quá trình phân hủy của hỗn hợp bùn thải sau khi phối trộn.   Đặc điểm hóa lý của các nghiệm thức sau khi phối trộn để đƣa vào hệ thống  phân hủy kỵ khí, đƣợc tiến hành lấy mẫu và phân tích cho kết quả đƣợc trình bày

nhƣ Bảng 3.11 sau. Bảng 3.11. Đặc điểm hóa lý nguyên liệu sau phối trộn của các nghiệm thức TN2 TN2   Nghiệm thức  thức 

TS (%)

TVS (%TS)

TP (%TS)

TN (%TS)

 NT1

4,64

79,16

2,01

1,79

 NT2  NT3

3,98 3,74

69,92 61,4

1,78 1,57

1,6 1,4

 NT4

3,18

52,78

1,34

1,2

 NT5(lặp NT1) 

4,61

79,21

1,98

1,77

 Nhƣ đã trình bày ở phần thực nghiệm mẫu bùn ở từng nghiệm thức của thí nghiệm sẽ đƣợc lấy để phân tích các chỉ tiêu hóa lý nhƣ hàm lƣợng tổng chất rắn (TS), tổng chất rắn bay hơi (TVS), photpho tổng số (TP), Nitơ tổng số (TN) ở mẫu  bùn đầu vào và bùn sau phân hủy để có thêm thông tin về quá trình phân hủy của hỗn hợp bùn thải sau khi phối trộn.   a. Sự thay đổi tổng chất rắn  rắn   Sau 70 ngày phân hủy yếm khí nhìn chung hàm lƣợng các chất hữu cơ có trong 02 loại bùn thải và rác thải sinh hoạt đều giảm đi bằng chứng là ở tất cả các

nghiệm thức giá trị TS đều giảm đi. Hàm lƣợng TS giảm đi ở các NT   lần lƣợt là  NT1 (13,7%); (1 3,7%); NT2 (9,2%); NT3 (6%); NT4 (11,7%) và NT5 (13,1%). Trong đó ở

tỷ lệ có sự góp mặt của 10% CTRSH đạt hiệu xuất loại bỏ cao nhất là 13,7%. Nhƣ

vậy có thể thấy rằng cùng các loại nguyên liệu đầu vào giống nhau nhƣng việc phối

57

   

trộn giữa 02 loại bùn thải và CTRSH với các tỷ lệ khác nhau ảnh hƣởng đến qu á trình phân hủy yếm khí. Tuy nhiên với việc phối trộn hỗn hợp giữa BBP, BHTD và CTRSH có tỷ lệ nhƣ ở NT1 mang lại hệ số loại bỏ cao nhất trong việc loại bỏ chung hàm lƣợng tổng chất rắn của hỗn hợp bùn sau phối trộn, đƣợc thể hiện cụ thể nhƣ Bảng 3.12 sau. Bảng 3.12. Bảng  3.12. Sự thay đổi hàm lƣợng TS ở các NT thí nghiệm 2 nghiệm  2 Nghiệm thức  thức 

5

% 4.5 4

TS (%)

Giảm (%)  (%) 

Đầu vào  vào 

Đầu ra  ra 

 NT1

4,64

3,99

13,7

 NT2

3,98

3,61

9,2

 NT3

3,74

 NT4

3,18

3,52 2,81

6,0 11,7

 NT5

4,61

4,01

13,1

4,64 

Đầu vào  vào  3,99 

Đầu ra  ra 

3,98  3,61 

3.5

3,74 

4,61  4,01 

3,52  3,18 

3

2,81 

2.5 2 1.5 1 0.5 0

NT 1

NT 2

NT 3

Nghiệm  thức Nghiệm

NT4

NT5

TN2 trước và sau phân hủy yếm khí   Hình 3.7. Sự  thay đổi giá trị TS của các NT– TN2

58

 

So với khả năng loại bỏ TS ở thí nghiệm đồng phân hủy BBP, BHTD thì ở thí nghiệm đồng phân hủy giữa 3 thành phần BBP, BHTD và CTRSH cho khả năng loại bỏ thấp hơn.  hơn.  b. Sự Sự thay đổi tổng chất rắn bay hơi  hơi   Sau 70 ngày phân hủy yếm khí thì nhìn chung hàm lƣợng tổng chất rắn bay hơi ở các nghiệm thức của thí nghiệm 2 đều giảm mạn, giảm trong khoảng từ 20 30% so với giá trị tổng chất rắn bay hơi ban đầu khi đƣa vào phân hủy. Ta thấy rằng giá trị tổng chất rắn bay hơi ở các nghiệm thức   đạt hiệu quả sự loại bỏ TVS tƣơng

ứng giữa các nghiệm thức từ cao đến thấp lần lƣợt là NT4 (30,9%), NT3 (29,9%),  NT2 (24,4%), NT5 (19,2%) và thấp nhất n hất là l à ở NT1(19%). Giá trị tổng chất rắn bay hơi đều giảm đi đƣợc thể hiện nhƣ Bảng 3.13 sau:   Bảng 3.13 3.13. Sự thay đổi hàm lƣợng TVS ở các NT thí nghiệm 2  TVS (%TS) Nghiệm thức  thức  Giảm (%)  (%)  Đầu vào  vào  Đầu ra  ra   NT1

79,16

64,1

19

 NT2

69,92

52,9

24,4

 NT3

61,4

43,1

29,9

 NT4

52,78

36,5

30,9

 NT5

79,21

64

19,2

Cùng đều là những nguyên liệu đầu vào nhƣ nhau nhƣng đƣợc phối trộn các tỷ lệ khác nhau giữa các thành phần ảnh hƣởng rất nhiều đến quá trình phân hủy yếm khí. Việc phối trộn  hỗn hợp BBP, BHTD và chất thải giàu hữu cơ   nhƣ tỷ lệ ở nghiệm thức 4 mang lại hiệu quả cao nhất trong việc loại bỏ đối với giá trị tổng chất rắn bay hơi cao hơn đạt 30,9%.

59

 

90

%TS

80 70

Đầu vào 

79,16

79,21 

Đầu ra 

69,92 64,1

64 

61,4

60

52,9

50

52,78  43,1

40

36,5

30 20 10 0

NT 1

NT2

NT3

NT4

NT 5

Nghiệệm thứ  Nghi thứ c Hình 3.8. Sự thay đổi giá trị TVS của các nghiệm thức - TN2 trước và sau phân hủy 

c. Sự thay đổi tổng Phốt pho  pho  Cùng với cacbon và nitơ, phốt pho là yếu tố dinh dƣỡng quan trọng đối với sự hoạt động của các nhóm vi sinh vật. Sự cân bằng thành phần trong nguyên liệu giữa 3 yếu tố dinh dƣỡng nêu trên là điều kiện quan trọng trong quá trình phân hủy yếm khí. Ta có kết quả phân tích hàm lƣợng T P trong các nghiệm thức - thí nghiệm đều

giảm ở hệ số khá cao từ 50 -65% đƣợc trình bảy trong Bảng 3.14 sau: Bảng 3.14 3.14: Sự thay đổi TP của các NT-TN2 NT -TN2 sau quá trình yếm khí   Nghiệm thức  thức  TP –  TP –  đầu vào (%TS)  (%TS)  TP TP –   –  đầu ra (%TS)  (%TS)  Giảm (%)  (%)  1

2,01

0,72

64,2

2

1,78

0,67

62,6

3

1,57

0,73

53,6

4

1,34

0,61

54,4

5

1,98

0,71

64,5

Từ bảng 3.14  trên chúng ta dễ dàng nhận thấy giá trị phốt pho tổng ở các

nghiệm thức của thí nghiệm 2 đều giảm mạnh và đạt tỷ lệ khá cao ở các nghiệm thức cụ thể NT1 giảm 64,2%, NT2 (62,6%), NT3 (53,6%), NT4 (54,4%) và cao 60

 

nhất là ở nghiệm thức 1. Giá trị phốt pho ở thí nghiệm 2 giảm mạnh hơn so với các nghiệm thức ở thí nghiệm 1 từ 2-4 lần.  Hoạt động của hệ vi sinh vật diễn ra mạnh mẽ giúp phân hủy triệt để các hợp chất hữu cơ bao gồm cả các hợp chất hữu cơ khó phân hủy có trong thành phần bùn thải của nguyên liệu đầu vào. Hoạt động mạnh của hệ vi sinh vật yếm khí tiêu thụ  phốt pho làm cho hàm lƣợng TP giảm. Giá trị tổng phốt pho giảm đƣợc biểu diễn nhƣ Hình 3.10 sau: 2.5

%TS 2

Đầu vào 

2,01 

1,98

Đầu ra 

1,78 1,57 1.5

1,34

1 0,72

0,67

0,73

0,61

0,71

0.5

0  NT1

NT2

NT3

NT4

NT5

Nghiệệm thứ  Nghi thứ c 

Hình 3.9. S ự thay đổi giá trị TP trước và sau phân hủy của các nghiệm thức thí nghiệm 2   d. Sự thay đổi tổng Nitơ  

Trong quá trình lên men yếm khí, giá trị hàm lƣợng nitơ tổng ở đồng phân hủy giữa bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ có xu hƣớng giảm xuống theo thời gian. Do hoạt động của hệ vi sinh vật lên men yếm khí đã sử dụng nitơ trong quá trình hình thành nên sinh khối cũng nhƣ nitơ giải phóng dƣới dạng khí N2 và NH3. Sự giảm hàm lƣợng của nitơ tổng tính từ khi bắt đầu nạp nguyên liệu đến ngày thứ

61

  

70 của NT1  là 14,7%;, NT2(32,7%), NT3(46,3%), NT4(56,9%) và NT5(12,4%). Giá trị nitơ tổng giảm đƣợc thể hiện cụ thể trong  Bảng 3.15. Bảng 3.15. Sự thay đổi hàm  hàm lƣợng TN của các NT-TN2 NT -TN2 Nghiệm thức  thức  TN - đầu vào (%TS)  (%TS)  TN - đầu ra (%TS)  (%TS)  Giảm (%)  (%)   NT1 1,79 14,7 1,53  NT2

1,6

1,08

32,7

 NT3

1,4

0,75

46,3

 NT4

1,2

0,52

56,9

 NT5

1,77

1,55

12,4

2

%TS1.8 1.6

Đầu vào 

1,79 1,53 

1,77

Đầu ra 

1,6

1,55  1,4

1.4

1,2

1.2

1,08

1

0,75 

0.8

0,52 

0.6 0.4 0.2 0 NT1

NT2

NT3

NT4

NT5

Nghiệệm thứ  Nghi thứ c  -TN2 trước và sau phân hủy yếm khí   Hình 3.10. Sự thay đổi giá trị TN của các NT -TN2

Tuy nhiên, với hàm lƣợng nitơ tổng trong nguyên liệu đầu vào khá cao khi kết hợp rác hữu cơ và 2 loại bùn thải vì vậy hàm lƣợng nitơ tổng giảm   trong sản phẩm sau quá trình phân hủy yếm khí là phù hợp cho việc tiến hành các bƣớc xử lý tiếp theo, có thể sử dụng sản phẩm cuối cùng cho mục đích nông nghiệp.  

62

 

Hàm lƣợng nitơ tổng ở thí nghiệm 2 sau phân hủy sinh học kỵ khí có sự khác  biệt so với nitơ tổng ở các nghiệm thức thí nghiệm 1. Ở thí nghiệm 2 hàm lƣợng nitơ tổng sau phân hủy sinh học kỵ giảm đi trong khi đó   thì hàm lƣợng nitơ tổng ở thí nghiệm 1 sau phân hủy sinh học kỵ khí lại tăng lên.  e. Diễn biến sinh khí biogas trong biogas trong quá trình đồng phân hủy sinh học kỳ khí giữa Bùn bể phốt, phốt, Bùn hoạt tính dƣ  và chất thải giàu hữu cơ.  cơ.   Thời gian tiến hành nghiên cứu trong 70 ngày, trong thời gian này với điều kiện nhiệt độ phòng dao động trong khoảng 20 -280c. Đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho nhóm vi sinh vật ƣu ấm trong phân hủy yếm khí.   Lƣợng khí sinh học sinh ra là một yếu tố quan trọng để so sánh và đánh giá sự  phân hủy yếm khí diễn ra tại các tỷ lệ phối trộn BBP, BHTD và CTR SH SH khác nhau. Với cùng một thể tích hỗn hợp đầu vào đƣợc nạp nhƣ nhau, lƣợng khí sinh học sinh ra phụ thuộc vào thành phần, tỷ lệ 02 loại  bùn thải và CTRSH có trong hỗn hợp đƣợc nạp vào thiết bị phân hủy.  Khí biogas bắt đầu sinh ra nhiều vào ngày thứ 5 đồng phân hủy kỵ khí, tuy nhiên giữa các nghiệm thức lại có những đặc điểm riêng   biệt. Ở các NT1, NT2,  NT3, NT5 thì thể tích khí biogas sinh ra tập trung từ ngày ngà y thứ 5 đến ngày thứ 20 sau đó bắt đầu giảm dần, thời gian tiếp theo sinh ra ở mức rất hạn chế cho đến ngày thứ 70 thì gần nhƣ dừng hẳn. Riêng Riêng NT4 khoảng thời gian 15 ngày đầu khí biogas sinh ra rất hạn chế cho đến ngày thứ 25 trở đi đến ngày thứ 35 thì có sự thay đổi suất, lƣợng khí biogas sinh ra đột biến và đạt đỉnh điểm ở ngày 26 -27 và duy trì ở mức cao hơn các nghiệm thức còn lại.   Bảng 3.16 3.16. Tổng thể tích khí biogas sinh ra của các nghiệm thức thí t hí nghiệm 2 Nghiệệm thứ  Nghi thứ c

NT1

NT2

NT3

NT4

NT5 (l (lặặp 1)

Thể tích khí (lít )

4.542

6.382

7.454

8.759

4.452

V khí/ngày (lít )

65

91

106

125

64

63

 

10000

8759 

9000

lít 

8000

7454 

7000

6382 

6000 5000

4542 

4452 

4000 3000 2000 1000 0 NT1

NT2

NT3

NT4

NT5 (lặp 1) 

Nghiệệm thứ  Nghi thứ c   tích khí biogas sinh ra ở  các  các NT-Thí Nghiệm 2 Hình 3.12. Biểu đồ thể  tích

800

Lít NT 1 700

NT2 NT3 NT4

600

NT5 500

400

300

200

100

0 0 2 4 6 8 10 12 12 1 4 1 16 6 18 18 2 20 02 22 22 24 42 26 6 28 28 3 30 0 32 32 3 34 4363 38 84 40 04 42 2 44 44 4 46 6 48 48 5 50 0 52 52 5 54 4 5 6 58 58 6 60 06 62 2 64 64 6 66 6 68 68

Ngày

Hình 3.11. Diễn biến sinh khí của các NT ở  thí nghiệm 2  64

 

Tổng lƣợ ng ng khí biogas sinh ra ở  các  các nghiệm thức có sự khác biệt rõ nét khi có tỷ  lệ  phối tr ộn nguyên liệu khác nhau. Nghiệm thức cho khả  năng sinh khí  biogas cao nhất là ở  NT4,   NT4, tiếp theo đó là các NT3, NT2 và ít nhấ t là ở  NT1,   NT1, NT5. Thấy r ằng ng chất thải giàu hữu cơ có trong ằng lƣợng khí biogas sinh ra tăng lên khi hàm lƣợ ng hỗn hợ  p nguyên liệu đầu vào đồng phân hủy tăng lên. Khí biogas sinh ra phụ  thu ộc nhiều vào lƣợ ng ng chất th ải giàu hữu cơ có trong hỗ n hợ  p nguyên li ệu đồng phân hủy k ỵ khí. Chất thải giàu hữu cơ càng nhiều thì lƣợ ng ng khí biogas sinh ra càng lớ nn..

f. Thành phầ phần khí biogas đồng phân hủy sinh học kỳ khí giữa Bùn bể phốt,, Bùn hoạt tính dƣ  và chất thải giàu hữu cơ của các nghiệ phốt nghiệm thứ  thứ c Trong khuôn khổ nghiên cứu đồng phân hủy k ỵ khí của hỗ  hợ  p BBP, BHTD BHT D và CTRSH vớ i 05 nghiệm thức có các t ỷ lệ phối tr ộn khác nhau. Qua thờ i gian phân hủy yếm khí ở  70  70 ngày, thí nghiệm đƣợc định k ỳ 5 ngày thu mẫu khí 1 lần vớ i tổng 14 lần lấy mẫu đƣa về  phòng thí nghiệm sắc ký khí  –   Trung tâm phân tích và chuyển giao công nghệ môi trƣờ ngng- Viện môi trƣờ ng ng Nông nghiệp để phân tích xác

định thành phần khí có trong mẫu. K ết quả  phân phân tích xác định thành phần khí có trong mẫu trung bình cho tất cả các lần thu mẫu đƣợ c thể hiện nhƣ Bảng 3.17 sau:

Bảng 3.17. Tỷ Tỷ lệ  lệ thành phầ phần trung bình củ của các khí trong khí biogas sinh ra ở   thí nghiệ nghiệm 2 Nghiệệm thứ  Nghi thứ c

CH4 (%)

 NT1

≈ 76

≈ 21

≈ 3

 NT2

≈ 74

≈ 23

≈ 3

 NT3

≈ 72

≈ 25

≈ 3

 NT4

≈ 62

≈ 35

≈ 3

 NT5(lặ p NT1)

≈ 75,7

≈ 21,3

≈ 3

CO2 (%) Khí khác(%)

65

 

CO2 (%)

120

%

CH4 (%) 100

Khí khác(%)

80 60 40 20 0 NT1

NT2

NT3

NT4

Lặp NT1 

N hi m thứ c 

Hình 3.13. Biểu đồ thành phần khí trung bình các nghiệm thức –  thí nghiệm 2 

Từ bảng 3.17 và hình 3.14   ta thấy rằng ở nghiệm thức 1 của thí nghiệm cho thành phần khí CH4  ở NT1 là lớn nhất chiếm đến 76% thể tích khí sinh ra,   có thể thấy rằng ở tỷ lệ BBP: BHTD tƣơng ứng (80:20) này kết hợp với 20%  chất thải giàu hữu cơ đã cho thành phần khí metan có trong khí biogas sinh ra đạt hiệu hệ số cao nhất. Các NT cho tỷ lệ khí metan cao tiếp  theo lần lƣợt là các nghiệm thức  NT2(74%), NT3(72%) và í t nhất là ở nghiệm thức 4(62%). Từ kết quả tổng thể tích

khí biogas sinh ra cùng với hệ số sinh khí metan ở mỗi nghiệm thức xác định đƣợc thể tích khí metan  sinh ra ở các nghiệm thức lần lƣợt đƣợc thể hiện nhƣ bảng 3.18   sau:

Bảng 3.18. 3.18. Tổng thể tích khí CH4 sinh ra của các nghiệm thức thí nghiệm 2 Nghiệệm thứ  Nghi thứ c

NT1

NT2

NT3

NT4

NT5 (l (lặặp 1)

CH4 (lít)

3452

4723

5367

5431

3384

V (lít/ngày)

49

67

77

78

48

66

 

Thể tích khí CH4  sinh ra nhiều nhất là ở nghiệm thức 4 (543 1 lít) tƣơng ứng với 78 lít/ngày, tiếp theo sau đó là ở các NT3, NT2 và ít nhất là ở nghiệm thứ thức. c.  Với kết quả sinh khí CH4  của đồng phân hủy giữa BBP, BHTD k ết hợ  p rác thải giàu hữu cơ ở  nghiên  nghiên cứu cho thấy khả năng sinh khí CH4 đạt hiệu suất cao hơn so với nghiên cứu của Nguyễn Thị Trang chuyên ngành Hóa Môi trƣờng,  trƣờng đại học khoa học tự nhiên “nghiên cứu quá trình phân hủy sinh học kỵ khí thu metan từ

hỗn hợp rác thải sinh hoạt kết hợp bùn thải”, ở nghiên cứu này hệ số sinh khí CH 4  chỉ đạt ở mức từ 34 -55%.

67

 

KẾT LUẬN  LUẬN  1. Đã xác định đƣợc một số chỉ tiêu hóa lý nhƣ TS, TVS, TN, TP của các nghiệm thức thí nghiệm khi phối trộn đƣa vào hệ thống phân hủy kỵ khí và khi kết thúc thí nghiệm  các thành phần  TS, TVS, TP, TN đa phần sau khi kết thúc thí nghiệm đều giảm. Riêng TN ở đồng phân hủy kỵ khí bùn bể phốt và bùn hoạt tính dƣ thì ngƣợc lại, tăng lên đáng kể từ 45-92%. 2. Đã tiến hành đồng phân hủy yếm khí giữa BBP, BHTD với 5 tỷ lệ khác nhau. Các quá trình giải phóng khí cacbonic (CO2) và metan (CH4) tuân thủ gần

nhƣ mô tả lý thuyết. Đã đo đƣợc tƣơng đối chính xác lƣợng thành phần khí sinh học sinh ra bằng phƣơng pháp sắc ký (kết quả đo sắc ký thành phần khí đƣợc thể hiện ở  phần phụ lục) cụ thể hàm lƣợng khí metan sinh ra ở nghiệm thức 2 là cao nhất chiếm 51% sau đó là đến các nghiệm thức 3(48,5%), nghiệm thức 1(48%), nghiệm

thức 4(43%) và thấp nhất là nghiệm thức 5(38%). Kết hợp với thể tích khí biogas sinh ra ở các nghiệm thức  đã xác  định đƣợc hiệu suất sinh khí metan cao nhất là ở

nghiệm thức 2 với tỷ lệ phối trộn giứa bùn bể phốt và bùn hoạt tính dƣ là 80:20 cho 3849 lít.

3.  Đã tiến hành đồng phân hủy yếm khí giữa BBP, BHTD và chất thải giàu hữu cơ với 5 tỷ lệ phối trộn. Đã đo đƣợc tƣơng đối chính xác lƣợng thành phần khí sinh học sinh ra bằng phƣơng pháp sắc ký (kết quả đo sắc ký thành phần khí đƣợc thể hiện ở phần phụ lục) cụ thể hệ số khí metan sinh ra ở nghiệm thức 1 và nghiệm thức 5 là cao cao nhất chiếm đến 76%, sau đó là đến các nghiệm thức 2(74%), nghiệm thức 3(72%), nghiệm thức 4(62%). Kết hợp với thể tích khí biogas sinh  ra ở các nghiệm thức đã xác định đƣợc hiệu suất sinh khí metan cao nhất là ở nghiệm thức 4 với tỷ lệ phối trộn giứa bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ là 48:12:40 cho 5431 lít metan, tiếp sau đó là nghiệm thức 3( 5367lit), nghiệm thức 2(4723 lít), nghiệm thức 1(3452lít).

68

 

Với nghiên cứu đồng phân hủy sinh học kỵ khí kết hợp giữa bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ, kết quả đã cho thấy sự kết hợp B BP, BHTD và chất thải giàu hữu cơ ở tỷ lệ  lần lƣợt là (48:12:40)% cho hiệu suất sinh khí metan là tốt nhất và có thể sử dụng tỷ lệ phối trộn nà nàyy cho các nghiên cứu tiếp theo.  

69

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO  KHẢO  Tiếng Việt  Việt  [1] Báo cáo môi trƣờng quốc gia (2011), chất thải rắn, rắn, bộ tài nguyên và môi trƣờng.  [2] Báo cáo hiện trạng môi trƣờng quốc gia giai đoạn 2011-2015 (2015), phát sinh và xử lý chất thải rắn, rắn , bộ tài nguyên và môi trƣờng.  [3] Báo cáo hiện trạng môi trƣờng quốc gia năm 2017(2017),   quản lý chất thải, thải, bộ tài nguyên và môi trƣờng.  [4] Cục Hạ tầng k ỹ thuật, Bộ Xây dựng (2017), Báo cáo t ổ  ổng n   g hợ  p tình hình quản lý bùn thải t ại một số  đô thị ở  Vi  Việt Nam. [5] Cục Hạ tầng k ỹ thuật, Bộ Xây dựng (2016), báo cáo t ổ  ổng   g quan về  qu n  quản lý chấ t ắ n  sinh hoạt t ại việt Nam thải r ắ [6] Phạm Văn Đô (2017),  Nghiên cứu khả năng đồng phân hủy yếm khí của hỗn hợp bùn hoạt tính thải và phân bùn bể tự hoại trong xử lý bùn thải đô thị , khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại học Khoa Học Tự nhiên –  Đại học Quốc gia Hà  Nội.  Nội.  [7] Cao Vũ Hƣng (2014),  Nghiên cứ u sự   chuyể n hóa một số   yế u t ố  ố  gây ô nhiễ m  trong quá trình nóng ,

ổn định bùn thải k ế  ết  h ợ  p rác rá c h ữu cơ bằng phương pháp lên men

Luận án tiến sỹ, Trƣờng Đại học Khoa Học Tự nhiên –   Đại học Quốc gia

Hà Nội.   Nội. 

[8]  Nguyễn Thu Huyền (2010),  Nghiên cứ u giải pháp nâng cao hiệu quả  quản  lý  phân bùn bể   t ự   hoại cho các đô thị  Việt Nam - Nghiên cứu điể n hình cho thành  phố  Hà  Hà N ội , Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Xây dựng. 

[9] Nguyễn [9]  Nguyễn Thị Trang (2015),  Nghiên cứ u quá trình phân hủ y sinh học yế m khí  thu metan t ừ ừ  h   hỗ n hợ   p rác thải sinh hoạt k ế  ế t hợ  p bùn thải, Luận văn thạc sỹ khoa  học,

Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên –  Đại học Quốc gia Hà Nội.   [10] Đỗ Quang Trung, Bùi Duy Cam, Nguyễn Thị Nhâm, Nguyễn Quang Minh, (2016), “Nghiên cứu đặc trưng   các chỉ tiêu hóa lý của bùn thải đô thị trước và

 sau phân hủy kỵ khí”,  Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên –   Đại học Quốc gia

Hà Nội. 

70

 

[11] Nguyễn [11]  Nguyễn Thị Kim T hái (2002-2003), bài giảng quản lý chất thải rắn đô thị, khoa kỹ thuật môi trƣờng –  trƣờng đại học xây dựng, Hà nội.  [12] Đỗ Văn Vƣơng (2014),  Nghiên c ứ u hi ệu su ấ t sinh metan của m ột s ố  ch  ch ấ tt   thải hữu

cơ đặc trưng trong quá trình phân hủ y yế m khí , Luận văn thạc sỹ khoa  học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.   Tiếng Anh [13] Alexander Keucken , Moshe Habagil 1, Damien Batstone 3, Ulf Jeppsson 4  and Magnus Arnell 4,5 , “Anaerobic Co-Digestion of Sludge and Organic Food Waste”- Performance, Inhibition, and Impact on the Microbial Community. [14] Appels L., Baeyens J., Degreve J., Dewil R., (2008), “Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge”,

Progress in Energy and

Combustion Science, 34, pp. 755-781.-

[15] Bolzonella D., Paolo Pavan, Paolo Battistoni, Franco Cecchi, (2004), “Mesophilic anaerobic digestion of waste activated sludge: influence of the solid retention time in the wastewater treatment process”,   Process Biochemistry, 40  pp. 1453 – 1460. 1460.

[16] D. Bolzonella, P. Battistoni, C. Susini and F. Cecchi, (2006), “Anaerobic codigestion of waste activated sludge and OFMSW: the experiences of Viareggio

and Treviso plants (Italy)”, Water Science and Technology, 53, pp. 203-211   [17] Jessica Lee Pickel, Scott Dunlop, Martha Dagnew (2010), “An Evaluation of  Alternatives for Enhancing Anaerobic Digestion of Waste Activated Sludge”,   Civil Engineering, pp. 1- 47. [18] Khadhar S., Higashi T., Hamdia H., Matsuyama S., Charef A., (2010), “Distribution of 16 EPA-priority polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sludges collected from nine Tunisian wastewater treatment plants”,  Journal of    Hazardous Materials, 183, pp. 98-102.

[19] Marco Gottardo, Federico Micolucci, Andrea Mattioli, Sabrina Faggian, Cristina Cavinato, Paolo Pavan, (2015), “Hydrogen and Methane Production

 from Biowaste and Sewage Sludge by Two Phases Anaerobic Codigestion ,   Chemical engineering transactions, 43, pp. 1-6.

71

 

[20] Oleszczuk P., (2007), “Changes of polycyclic aromati c hydrocarbons during composting of sewage sludges with chosen physico-chemical properties and PAHs

content”, Chemosphere, 67, pp. 582-591. [21] Parkin, G.F, Owen W.F. (1986), “Fundamentals of Anaerobic Digestion of Wastewater Sludges”, Journal of Environmental Engineering .12(5), pp. 867-912. 867-912.  

[22] Perez S., Guillamon M., M., Barcelo D., (2001), “ Quantitative

analysis

of

 polycyclicaromatic hydrocacbons in sewage sludge from wastewater treatment

 plants”, Journal of Choromatography, A, 938, pp. 57-65.  [23] R. Girault, G. Bridoux, F. Nauleau, C. Poullain, J. Buffet, P. Peu, A.G. Sadowski, F. B´eline, (2012), “Anaerobic co-digestion of waste activated sludge and greasy sludge from flotation process: Batch versus CSTR experiments to investigate optimal design”, Bioresource Technology, 105, pp. 1-8.

[24] Sialve. B., N. bernet, and O.bernard, (2009) “ Anaerobic Digestion of microalgae as a necessary step to make Microalgal Biodiesel sustainable”   Biotechnology advances, 27(4)pp.409-16.

[25] Taylor, Francis Group, LLC, (2007), “Biomass Conversion Processes For Energy Recovery”, Handbook of Energy Conservation and Renewable Energy , pp. 2-65. [26] Villar P., Callejon M., Alonso E., Jimenez J.C., Guiraum A., (2006), “Temporal evolution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sludge from wastewater treatment plants: Comparison between PAHs and heavy metals”,Chemosphere, 64, pp. 535-541 [27] W. N. Dichtl, K.H. Rosenwinkel, C. F. Seyfried, B. Bohnke (Ed) (2005), “ Bischofberger Anaerobtechnik 2”, vollstaendig ueberarbeitete Auflage, Springer.

72

 

DANH MỤC PHỤ LỤC  LỤC  Phụ lục 1 Thể tích khí biogas của thí nghiệm 1 Phụ lục 2 Thể tích khí biogas sinh ra theo ngày của thí nghiệm 2 Phụ lục 43 K ết quả thành phần khí của NT - thí nghi ệm 21 Phụ lục 5 Một số hình ảnh peak sắc ký khí đợ t phân tích thứ 5- thí nghiệm 2

Phụ Ph ụ lụ  lục 1: Thể Thể tích khí biogas sinh ra theo ngày củ c ủa thí nghiệ nghiệm 1 Số ngày

NT1(lít)

NT2(lít)

NT3(lít)

NT4(lít)

NT5(lít)

1

268

360

330

225

72

2

186

498

453

324

135

3

245

572

519

368

163

4 5

211 252

477 445

439 431

328 346

153 169

6

197

348

221

237

174

7

219

374

471

249

119

8

327

354

471

195

191

9

317

648

463

485

106

10

165

313

308

225

137

11

144

243

192

157

37

12 13

172 315

284 505

256 456

198 362

3 3

14

162

278

264

185

2

15

67

70

78

133

6

16

33

62

83

128

8

17

41

159

142

114

10

18

67

151

137

109

11

19

33

152

139

108

12

20

23

127

116

85

2

73

 

21

46

162

150

117

0

22

45

150

135

104

9

23

47

146

132

102

10

24 25

45 48

136 129

126 124

96 93

11 13

26

32

111

80

58

5

27

58

108

127

95

3

28

19

66

65

45

0

29

2

61

63

40

0

30

3

33

27

23

0

Phụ lụ Phụ  lục 2: Thể Thể tích khí biogas sinh ra theo ngày củ c ủa thí nghiệ nghiệm 2 Số ngày NT1(lít) NT2(lít) NT3(lít) NT4(lít) NT5(lít) 1

0

0

0

0

0

2

0

0

0

0

0

3

6

9

7

3

3

4

12

34

45

16

7

5

24

66

72

45

21

6

301

190

324

90

274

7 8

579 540

297 346

490 504

118 135

569 521

9

382

312

457

108

390

10

474

252

387

159

462

11

112

213

300

151

114

12

138

279

301

213

141

13

171

300

324

205

152

14

148

309

362

187

142

15

166

352

343

162

168

74

 

16

147

316

379

146

132

17

124

295

308

126

114

18

156

399

442

247

250

19 20

137 146

295 355

321 258

303 295

131 139

21

70

183

249

187

68

22

60

141

138

184

50

23

65

144

135

222

57

24

55

117

100

113

46

25

29

93

86

147

24

26

25

61

62

104

29

27 28

17 15

54 46

37 70

699 103

15 14

29

33

75

41

174

34

30

31

67

66

499

27

31

32

63

63

95

38

32

31

61

62

169

32

33

14

37

31

319

17

34

15

30

35

301

10

35 36

17 19

46 42

42 37

252 151

25 18

37

14

30

32

196

14

38

17

34

34

207

18

39

13

34

29

204

17

40

12

28

18

165

15

41

9

19

36

177

19

42

15

22

25

158

13

43

23

28

33

180

16

75

 

44

15

3

41

147

24

45

21

34

31

124

14

46

16

24

27

130

12

47 48

11 6

19 13

21 14

65 42

4 6

49

8

16

18

54

5

50

7

17

19

49

3

51

3

7

10

25

1

52

2

5

3

14

4

53

3

4

6

11

3

54

1

4

1

19

0

55 56

3 2

6 12

7 16

24 38

1 0

57

7

19

22

43

4

58

15

43

48

99

9

59

3

17

15

29

1

60

4

13

10

19

3

61

1

3

6

9

1

62

1

5

3

6

0

63 64

0 1

3 4

5 7

8 4

1 1

65

3

6

3

12

0

66

4

5

4

10

1

67

2

4

8

13

4

68

6

9

12

8

3

69

3

7

5

12

0

70

0

6

7

19

1

71

0

0

0

11

0

76

 

Phụ Ph ụ l lụ ục 3: K ết quả quả thành phầ phần khí củ của NT - thí nghiệ nghiệm 1 đồ đồng ng phân hủ hủy bùn bể ph  phốốt và bùn hoạt hoạt tính dƣ   NGHIỆM THỨC 1  1  Đợt mẫu  mẫu  1

CH4 (ppm) 352907.195

N20 (ppm) 0.515

CO2 (ppm) 365680.785

2

171811.423

1.006

185096.46

3

358400.618

0.815

360189.216

4

280504.715

0.67

290056.606

5

138361.995

0.646

137325.851

6

97585.601

1.008

96907.368

7

109769.833

0.642

108891.396

8 9

106457.057 123179.892

0.439 0.419

101313.97 121662.695

10

115379.832

0.759

111762.295

NGHIỆM THỨC 2 Đợt mẫu  mẫu 

CH4 (ppm)

N20 (ppm)

CO2 (ppm)

1

479044.695

0.864

482469.189

2

454623.442

0.788

455783.094

3 4

407329.649 322753.192

0.771 0.631

401356.647 291310.073

5

167209.005

0.709

144783.154

6

156555.993

0.503

145761.426

7

65656.423

0.27

49065.814

8

120880.362

0.938

109061.066

9

128099.208

0.759

101662.395

10

129099.198

0.759

101562.605

77

 

NGHIỆM THỨC 3 Đợt mẫu  mẫu 

CH4 (ppm)

N20 (ppm)

CO2 (ppm)

1

372907.115

0.515

385680.385

2

181811.223

1.006

185096.146

3

349400.618

0.835

360189.206

4

310504.015

0.67

330056.526

5

126361.395

0.686

125325.851

6

112585.600

1.198

116907.368

7

110769.833

0.742

108891.396

8

116457.057

0.939

107313.97

9

122379.892

0.459

121662.695

10

129379.892

0.359

121362.695

NGHIỆM THỨC 4 Đợt mẫu  mẫu 

CH4 (ppm)

N20 (ppm)

CO2 (ppm)

1

282401.355

0.131

359542.183

2

272819.916

1.239

319236.503

3

194985.747

3.465

251723.08

4

142042.003

2.086

175611.369

5 6

75450.806 102005.41

1.048 0.603

95626.842 141187.351

7

97486.714

1.17

93652.832

8

76604.351

1.272

70905.673

9

62815.157

0.336

56355.342

10

58815.657

0.642

56355.342

78

 

NGHIỆM THỨC 5 Đợt mẫu  mẫu 

CH4 (ppm)

N20 (ppm)

CO2 (ppm)

1

252401.365

0.131

399542.081

2

232819.216

3.239

355236.513

3

191594.949

0.43

283206.029

4

131594.449

0.43

189226.129

5

46450.876

1.648

79626.442

6

78585.600

1.198

136907.368

7

89196.950

0.386

149318.551

8

66604.751

1.372

88905.673

9

43815.637

0.145

68355.342

10

42815.517

0.531

67345.072

Phụ l lụ Phụ ục 4: K ết quả quả thành phầ phần khí củ của NT - thí nghiệ nghiệm 2 đồ đồng ng phân hủ hủy nùn bể ph  phốốt, bùn hoạt hoạt tính dƣ và chất chất thả thải giàu hữu hữu cơ  

1 2 3

CH4 (ppm) 544467.90 485372.04 368719.23

NGHIỆM THỨC 1  1  N20 (ppm) 0.187 0.185 0.248

CO2 (ppm) 164786.64 135528.605 107757.47

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

428542.59 491349.90 593538.20 400624.678 390138.37 502149.80 516507.04 305081.50 391109.06 382415.06

0.339 0.248 0.279 0.272 0.333 0.589 0.457 0.298 0.305 0.316

136542.82 139021.851 160014.04 137773.34 110991.06 118233.69 115357.67 85320.68 96263.34 103081.09

Đợt mẫu  mẫu 

14

438623.43

0.415

109730.43

79

 

NGHIỆM THỨC 2  2 

Đợt mẫu  mẫu  CH4 (ppm)

N20 (ppm)

CO2 (ppm)

1

442044.695

0.864

232469.189

2 3

464623.442 447329.649

0.758 0.771

175783.094 159356.647

4

482753.292

0.631

181310.073

5

474209.005

0.709

144783.140

6

442005.410

0.603

131187.351

7

170156.423

0.270

49065.884

8

469880.620

0.938

111061.660

9

444099.298

0.759

101662.695

10

387193.162

0.597

89532.378

11 12

351598.861 389925.416

0.508 0.461

82803.028 85726.536

13

326591.427

0.382

96539.171

14

293542.065

0.205

87542.118

CH4 (ppm) 382907.195 401811.423 389400.618 410504.715 416361.995 408555.993 388769.833 416457.057 382379.892 302632.074 318537.293 357471.972

NGHIỆM THỨC 3  3  N20 (ppm) 0.515 1.006 0.835 0.671 0.686 0.503 0.742 0.939 0.352 0.540 0.548 0.649

CO2 (ppm) 225680.785 185096.460 160189.216 180056.606 137325.851 145761.416 108891.396 101313.970 93571.342 73279.981 89403.285 94842.615

Đợt mẫu  mẫu  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14

301980.052 267584.783

0.561 0.315

86163.348 79683.294

CH4 (ppm)

NGHIỆM THỨC 4  4  N20 (ppm)

CO2 (ppm)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

327725.014 272820.316 174986.257 162042.418 167450.876 172586.232 187487.612 141605.140 132974.230

0.411 3.239 3.405 2.086 1.648 1.198 1.170 1.372 1.028

217819.010 149236.325 111723.410 105611.240 95626.842 96907.062 93653.056 70906.341 60532.142

10 11 12 13 14

108594.080 129620.032 178925.171 157450.315 145628.072

0.965 1.294 3.105 1.548 1.146

46782.076 57843.315 98742.035 91627.020 72964.063

80

 

Đợt mẫu  mẫu 

81

 

Phụ Ph ụ l lụ ục 5: Mộ Một ssốố hình ảnh peak sắ sắc ký khí đợ t phân tích thứ  thứ  5 5- thí nghiệ nghiệm 2

Peak sắ sắc ký khí NT1-TN2- đợ t phân tích số số 5

82

 

Peak sắ sắc ký khí NT2-TN2 - đợ t phân tích số số 5

83

 

Peak sắ sắc ký khí NT3-TN2 - đợ t phân tích số số 5

84

 

Peak sắ sắc ký khí NT4-TN2 - đợ t phân tích số số 5