zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

» Môi trường

Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Báo xấu

22
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ" tập trung trình bày hai nội dung chính: công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ, đánh giá công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp ủ sinh học trên thế giới và Việt Nam. Để hiểu rõ hơn, mời bạn tham khảo chi tiết tài liệu tại đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ

Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 MỤC LỤC I Công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 1.1/ Cơ chế quá trình xử lý sinh học chất thải rắn 4 hữu cơ 1.2/ Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí 5 1.3/ Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện kỵ khí 9 1.4/ So sánh quá trình hiếu khí và kỵ khí trong xử lý 14 chất thải rắn hữu cơ II Đánh giá công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp ủ sinh học trên thế giới và Việt Nam 2.1/ Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn 26 hữu cơ trên thế giới 2.2/ Các công nghệ ủ sinh học hiện đang áp dụng tại 28 các nhà máy xử lý chất thải rắn hữu cơ ở Việt Nam 2.3/ Đánh giá các công nghệ ủ sinh học xử lý chất 34 thải rắn hữu cơ hiện đang áp dụng 2 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 LỜI MỞ ĐẦU Dự án “Hướng đến các thành phố kiểu mẫu về quản lý rác thải ở khu vực ven biển phía bắc Việt Nam” – “Vịnh Xanh” (GreenBays) nằm trong Chương Trình Tái Chế Rác Thải Đô Thị (MWRP) được tài trợ bởi Cơ Quan Phát Triển Quốc Tế Hoa Kỳ (USAID) thông qua Tập Đoàn Sáng Tạo Phát Triển (DIG). Dự án được thực hiện bởi Trung tâm Hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) cùng các đối tác. Mục tiêu chính của dự án là giảm ô nhiễm rác nhựa, đặc biệt là rác xốp trên biển và hỗ trợ các thực hành giảm rác thải tại các khu vực dự án. Nhận thấy rác hữu cơ nếu không được phân loại và xử lý, sẽ chính là nguyên nhân dẫn đến nguy cơ quá tải các bãi chôn lấp do trọng lượng chiếm đến hơn 50% tổng trọng lượng các loại rác thải sinh hoạt, gây khó khăn cho quá trình phân loại rác cũng như làm giảm nỗ lực biến rác thải thành tài nguyên, đồng thời ảnh hưởng nghiêm trọng đến công suất của các lò đốt rác do độ ẩm cao. Trong khuôn khổ dự án Vịnh Xanh, GreenHub đã làm việc với các chuyên gia thuộc trường Đại học Xây dựng cùng các đối tác để nghiên cứu quá trình sinh học để xử lý chất thải rắn. Công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt đang áp dụng tại Việt Nam khá đa dạng chủ yếu như chôn lấp, thiêu đốt, và chế biến phân vi sinh. Phương pháp thiêu đốt giúp giảm nhanh thể tích và khối lượng rác cần xử lý trong thời gian ngắn (80-90%), yêu cầu diện tích đất thấp, nhưng chi phí đầu tư và xử lý rất cao. Trong khi đó, chôn lấp được nhiều đô thị lớn áp dụng do công nghệ vận hành đơn giản, chi phí đầu tư ở mức trung bình và chi phí vận hành thấp, dễ dàng gia tăng công suất nhưng tiềm ẩn khả năng gây ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước trong khu vực bãi chôn lấp. Do đó ứng dụng các quá trình sinh học để xử lý chất thải rắn đang mở ra một hướng công nghệ mới nhiều tiềm năng theo định hướng tái sử dụng chất thải. Trong hơn 20 năm qua, sản xuất phân hữu cơ là công nghệ xử lý chất thải phổ biến ở Việt Nam. Mục đích chính của việc sản xuất phân hữu cơ là thu hồi thành phần hữu cơ chiếm tỉ lệ lớn trong rác thải rắn sinh hoạt và biến nó thành phân bón hữu cơ có thể dùng trong nông nghiệp và cải thiện cấu trúc đất. Tuy nhiên, phần lớn các cơ sở phân hữu cơ vẫn dựa trên việc sản xuất phân từ rác hỗn hợp, dẫn đến sản phẩm phân hữu cơ kém chất lượng, với hàm lượng tạp chất cao như thủy tinh vụn, nhựa và các chất gây ô nhiễm khác, khiến cho việc tìm kiếm thị trường tiêu thụ ổn định cho phân hữu cơ trở nên khó khăn. Hiện tại đã có những nỗ lực sản xuất ra một sản phẩm phân hữu cơ chất lượng cao dựa trên chất thải phân loại tại nguồn từ chợ và những nguồn phát thải đơn lẻ khác. Chất thải sinh hoạt hữu cơ từ các hộ gia đình cũng có thể được sử dụng để sản xuất phân hữu cơ trong tương lai nếu việc phân loại tại nguồn có thể được áp dụng, mặc dù để đạt điều này sẽ là một thách thức lớn. Báo cáo này được thực hiện nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản nhất về quá trình xử lý sinh học chất thải rắn hữu cơ, so sánh và đánh giá ưu nhược điểm của từng phương pháp. Ngoài ra, báo cáo cũng đưa ra đánh giá thực trạng, các tồn tại và cơ hội đối với công nghệ ủ sinh học để xử lý chất thải rắn. Từ đó giúp cho các cơ quan quản lý, cơ sở xử lý chất thải rắn có những lựa chọn phương thức xử lý phù hợp với điều kiện thực tế của địa phương mình. Nhóm tác giả: 1. GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái (Đại học Xây dựng) 2. Th.S Trần Hoài Lê (Đại học Xây dựng) 3. Th.S Trần Thị Hoa (GreenHub). Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 3
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 I CÔNG NGHỆ Ủ SINH HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ 1.1/ CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH XỬ thải hữu cơ thành phân vi LÝ SINH HỌC CHẤT THẢI RẮN sinh. HỮU CƠ • Mê tan hoá trong các bể thu hồi khí sinh học. Trong chất thải rắn sinh hoạt, thành phần hữu cơ chiếm tỷ Rác thải trước khi đưa vào xử lý trọng lớn, nên việc áp dụng có thành phần phức tạp, chứa phương pháp xử lý sinh học nhiều hợp chất độc hại. Thành được coi là phù hợp nhất. phần của rác thải bao gồm các Phương pháp sinh học có thể hợp chất hữu cơ của C, N, S, được thực hiện theo các phương H (các hợp chất này cần được thức sau: xử lý thu hồi làm phân bón) và • Ủ sinh học, chuyển hoá chất các chất không xử lý được bằng Nguồn phát sinh Phân loại Lên men kỵ khí sản Lên men hiếu khí sinh khí biogas và sản xuất phân bón vi phân bón sinh (Composting) Tiêu huỷ Hình 1. Sơ đồ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học 4 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 phương pháp ủ sinh học như: chất Nitơ và cacbon có sự tham nilông, giấy, kim loại, chất trơ, gia của các vi khuẩn như: Bac. v.v… mycoidos; Bac. Mesetericus; E. Quá trình sinh học khi xử lý chất Coli,… và các loại xạ khuẩn nấm thải rắn hữu cơ như sau: mốc. Sau khi các hợp chất hữu + Với phương pháp ủ yếm khí cơ được phân giải, các chất (phương pháp ủ tự nhiên) trung gian tiếp tục được vi sinh (C, H, N, S) + Điều kiện: độ ẩm, vật tiêu thụ và chuyển hoá thành nhiệt độ, độ xốp = CH4 + H2S + CO2, NO3. Sự ổn định của chất CO2 thải được hoàn thiện thông qua + Với phương pháp ủ kỵ khí các phản ứng trao đổi chất của (phương pháp ủ nhân tạo) vi sinh vật hình thành trong quá (C, H, N, S) + Điều kiện: độ ẩm, trình này. Song song với các quá nhiệt độ, độ xốp, không có O2 trình chuyển hoá chất hữu cơ, = CH4 + H2S + CO2 + chất mùn trong đống ủ cũng xảy ra quá (khoáng vô cơ) trình khoáng hoá (Sắt, canxi, + Với phương pháp ủ hiếu khí photpho…) và cuối cùng tạo ra (trong điều kiện nhân tạo) mùn. (C, H, N, S) + O2 + VSV = CO2 + H2S + to + chất mùn (khoáng vô 1.2/ CÔNG NGHỆ Ủ HIẾU KHÍ cơ) 1.2.1/ Cơ chế của quá trình Trong các đống ủ, đầu tiên các Quá trình ủ hiếu khí chất thải hợp chất hữu cơ được phân rắn hữu cơ là quá trình chuyển huỷ và diễn ra theo từng giai hóa sinh học và ổn định các chất đoạn khác nhau. Các hợp chất hữu cơ trong điều kiện có oxy của Nitơ, Cacbon, lần lượt được với sự tham gia của các Vi sinh phân huỷ thành CO2, NH4, axit vật (VSV) hiếu khí. Sản phẩm của hữu cơ và nitơ phân tử. Quá quá trình là khí CO2, nước, nhiệt, trình đó được biểu diễn như sau: chất mùn ổn định, không mang + Đối với các hợp chất của Nitơ: mầm bệnh. Protein → Peptides → Aminoaxit Trong quá trình phân hủy, đầu → Các hợp chất của amon → Các tiên các hợp chất hữu cơ phức vi khuẩn Nitơ phân tử. tạp được phân hủy thành các + Đối với các hợp chất của Cac- chất đơn giản hơn. Các hợp bon: chất nitơ và cacbon lần lượt Hydratcacbon đường phân axit được phân hủy thành CO¬2, hữu cơ CO2 và các vi khuẩn. NH4, axit hữu cơ và nitơ phân tử. Quá trình phân giải các hợp Cơ chế quá trình chuyển hóa Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 5
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 sinh học hiếu khí diễn ra như sau: hữu cơ là 3-5cm. Đối với các hợp chất của Nitơ: Sự cân bằng giữa các chất dinh Protein → Peptides → Aminoaxit dưỡng với các tỷ lệ khác nhau → Các hợp chất của amon → sẽ đưa đến các sản phẩm khác Các vi khuẩn → Nitơ phân tử. nhau. Có rất nhiều thông số dinh Đối với các hợp chất của Car- dưỡng ảnh hưởng đến quá trình bon: Hydratcarbon → phân tử ủ hiếu khí, trong đó tỷ lệ C/N là đường → axit hữu cơ → CO2 và thông số quan trọng nhất, ảnh các vi khuẩn. hưởng rất lớn đến tốc độ của Những phản ứng chuyển hóa quá trình phân hủy. sinh hóa diễn ra trong quá trình • Nếu tỷ lệ C/N lớn sẽ hạn chế ủ hiếu khí rất phức tạp, đều được sự phát triển của VSV do thiếu thực hiện bởi các enzym của vi N, làm chậm quá trình ủ dó sinh vật có trong khối ủ. Phản VSV phải thực hiện nhiều quá ứng sinh hóa xảy ra trong công trình oxy hóa cho đến khi đạt nghệ ủ hiếu khí được đặc trưng được đến giá trị C/N tối ưu. Do bởi phương trình: đó thời gian cần thiết cho quá COHNS + O2 + VSV hiếu khí → trình làm phân thường kéo dài CO2 + NH3 + sản phẩm khác hơn và sản phẩm thu được + năng lượng. chứa ít mùn hơn. • Ngược lại, nếu tỷ lệ C/N quá 1.2.2/ Các yếu tố ảnh hưởng thấp, thì nitơ sẽ bị mất bởi 1) Kích thước và thành phần vật quá trình bay hơi NH3, nhất là liệu ủ trong điều kiện nhiệt độ cao, Kích thước vật liệu ảnh hưởng độ thông khí lớn. lớn đến tốc độ phân hủy do quá • Tỷ lệ C/N tối ưu được xác định trình phân hủy hiếu khí của VSV qua hàm lượng C/N cần thiết xảy ra trên bền mặt vật liệu hữu để tăng sinh khối VSV. Về mặt cơ. Vì vậy việc giảm kích thước lý thuyết, tỷ lệ C/N tối ưu là của vật liệu ủ sẽ làm tăng bề 25/1-35/1, tuy nhiên với các vật mặt tiếp xúc, tăng sự hoạt động liệu khác nhau thì tỷ lệ C/N của vi khuẩn làm tăng nhanh tốc tối ưu có thể khác nhau như độ phân hủy. Tuy nhiên nếu kích vật liệu khó phân hủy rơm, gỗ, thước vật liệu quá nhỏ và chặt giấy,.. thì tỷ lệ C/N là 35/1-40/1, sẽ làm hạn chế sự lưu thông khí với chất thải dễ phân hủy như trong đống ủ và giảm mức độ bùn cặn, thức ăn thừa,… tỷ lệ hoạt động của VSV. Kích thước tối ưu là 20/1. tối ưu cho quá trình của chất Trong thực tế, rác đô thị tại 6 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Việt Nam chứa nhiều hợp chất xung quanh. Nhiệt độ trong hệ ligno-xenluloza rất khó phân hủy thống ủ không hoàn toàn đồng và thành phần nitơ trong rác lại nhất trong suốt quá trình ủ, phụ dễ sử dụng. Do đó tỷ lệ C/N thực thuộc vào lượng nhiệt tạo ra tế thường cao hơn 30/1. Để giảm bởi các VSV và thiết kế của hệ thời gian phân hủy bằng cách bổ thống, và thay đổi theo thời gian sung nguồn nitơ hay các nguyên ủ. liệu hữu cơ khác như bùn hoạt Giai đoạn đầu của quá trình ủ, tính hay các nguyên liệu chứa kéo dài trong 1-3 ngày, tương nhiều nitơ. đương với thời gian thu gom, 2) Độ xốp của nguyên liệu ủ vận chuyển vật liệu cho quá trình Độ xốp là yếu tố quan trọng ủ, nhiệt độ giai đoạn này ở mức trong quá trình sản xuất phân ấm. Bắt đầu thực hiện quá trình hữu cơ. Độ xốp ảnh hưởng trực ủ, các hợp chất hữu cơ bị phân tiếp đến quá trình cung cấp oxy hủy nhờ các VSV, quá trình này cần thiết cho sự trao đổi chất, giải phóng năng lượng làm nhiệt hô hấp của các VSV hiếu khí và độ đống ủ tăng lên đến 45-500C, sự oxy hóa các phần tử hữu cơ các VSV ưa ấm sẽ dần bị thay hiện diện trong vật liệu ủ. Độ xốp thế bởi các VSV ưa nóng, giai thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển đoạn này kéo dài trong khoảng oxy, hạn chế sự giải phóng nhiệt, 1-4 ngày. Bắt đầu từ ngày 5-10 làm tăng nhiệt độ khối ủ. Độ của quá trình ủ, nhiệt độ tăng xốp cao có thể dẫn đến nhiệt cao do sự hoạt động của VSV độ trong khối ủ thấp, sẽ không phân hủy các hydrocarbon phức tiêu diệt hết các mầm bệnh. Độ tạp như cenlulose, hemicenlu- xốp có thể điều chỉnh bằng cách lose. Đây cũng là giai đoạn quan sử dụng các vật liệu tạo cấu trọng để loại bỏ các VSV gây trúc với tỷ lệ thích hợp. Thông bệnh trong chất thải. Nhiệt độ thường, độ xốp để quá trình sản cực đại và khoảng thời gian đạt xuất phân có thể diễn ra là 35- nhiệt độ cực đại phụ thuộc vào 60%, tối ưu là 32-36%. độ thoáng khí, hình dạng đống 3) Nhiệt độ và thời gian ủ ủ và độ ẩm,... Sau thời gian này, Nhiệt trong khối ủ là sản phẩm nhiệt độ trong đống ủ giảm dần phụ của sự phân hủy các hợp xuống nhiệt độ xung quanh, quá chất hữu cơ bởi VSV, phụ thuộc trình phân hủy diễn ra chậm và vào kích thước đống ủ, độ ẩm, cần đủ độ ẩm và oxy để duy trì không khí và tỷ lệ C/N, mức độ hoạt động của VSV trong đống ủ. đảo trộn và nhiệt độ môi trường Như vậy, nhiệt độ tối ưu cho quá Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 7
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 trình ủ là 40-550C. Nếu nhiệt độ nước cần thiết cho quá trình hòa trong đống ủ không đảm bảo thì tan chất dinh dưỡng vào nguyên các loại vi khuẩn ưa ẩm, ưa nóng sinh chất tế bào. Các VSV đóng không xuất hiện. không tiêu diệt vai trò quyết định trong quá trình được các VSV gây bệnh, ảnh phân hủy CTR thường tập trung hưởng đến chất lượng phân ủ. tại lớp nước mỏng trên bề mặt Còn nếu nhiệt quá cao dẫn đến CTR. sự cạn kiệt nước trong đống ủ, Nếu độ ẩm quá nhỏ (65%) thì sự lưu ủ không đạt yêu cầu. Nhưng nếu thông khí trong đống ủ sẽ khó thời gian ủ quá dài thì yêu cầu khăn, oxy sẽ không được cung diện tích bể ủ lớn, không đảm cấp đầy đủ cho VSV, quá trình bảo hiệu quả về mặt kinh tế. phân hủy sẽ chậm lại và chuyển 4) pH sang chế độ phân hủy kỵ khí, pH là một thông số quan trọng gây mùi hôi, thất thoát chất dinh ảnh hưởng đến quá trình ủ hiếu dưỡng và lan truyền VSV gây khí. pH ảnh hưởng đến việc hấp bệnh. thụ các chất dinh dưỡng, hoạt Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ động của VSV và việc hòa tan là 50-60%. Với rác thải đô thị các kim loại nặng. Vi khuẩn có độ ẩm tương đối nằm trong thường phát triển tốt ở pH = khoảng 40-60% rất thích hợp 6,5-8 và nấm ở pH = 5-8,5. Trong cho quá trình ủ compost. Tuy đống ủ, pH thay đổi theo thời nhiên độ ẩm tối ưu có thể thay gian ủ. Giai đoạn đầu pH thường đổi tùy thuộc bản chất của chất khoảng 6,0 sau đó giảm xuống hữu cơ trong đống ủ, để đạt hiệu 4,5-5 do axit hữu cơ sinh ra trong suất cao cần khống chế độ ẩm vài ngày, rồi tăng 7,5-8,5 khi nhiệt ở mức 40-60% trong suốt quá độ tăng. Cuối thời gian ủ, pH trình ủ. giảm về mức trung tính 5,5-6,5. 6) Sự phân phối oxy 5) Độ ẩm Oxy đóng vai trò quan trọng Độ ẩm là yếu tố cần thiết cho trong sự trao đổi chất và oxy hoạt động của VSV trong quá hóa chất hữu cơ có mặt trong trình chế biến phân hữu cơ vì vật liệu ủ. Khi VSV oxy hóa car- 8 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 bon tạo ra năng lượng, oxy được 1) Giai đoạn thủy phân cơ chất: sử dụng và sinh ra CO2. Khi thiếu các thành phần hữu cơ của rác oxy quá trình sẽ xảy ra trong thải bị phân hủy dưới tác động điều kiện yếm khí, tạo mùi hôi do của men hydrolaza do vi sinh sinh khí H¬2S. Nếu cung cấp đủ vật tiết ra để hình thành các oxy, các VSV sẽ phân hủy nhanh hợp chất đơn giản (đường đơn, chóng các hợp chất hữu cơ, làm peptit, glyxerin, axit béo, axit giảm độ ẩm cao ban đầu trong amin,…) vi sinh vật tham gia rác, và có tác dụng tản nhiệt vào giai đoạn này là Clostridium trong đống ủ. VSV hiếu khí có thể thermocellum. sống được ở nồng độ oxy bằng 2) Giai đoạn hình thành các axit 5%, nồng độ oxy 10% là tối ưu hữu cơ: dưới tác dụng của en- cho quá trình ủ hiếu khí. Không zym vi sinh vật, các chất hữu cơ khí được cấp cho khối vật liệu ủ dễ tan chuyển thành các axit có thể bằng nhiều cách như đảo hữu cơ (axit axetic, axit propi- trộn, sử dụng ống thông khí, đổ onic, axit butyric,…), rượu etylic, chất thải từ tầng lưu chứa trên rượu metylic, CO2, H2. Các vi cao xuống thấp, thổi khí cưỡng sinh vật có mặt trong giai đoạn bức. này là Bacteroides, Suminicola, Clostridium, Bifido bacterium. 1.3/ CÔNG NGHỆ Ủ KỴ KHÍ 3) Giai đoạn hình thành methan: 1.3.1/ Cơ chế của quá trình chuyển hóa các hợp chất trung Phân hủy kỵ khí là quá trình gian thành các sản phẩm cuối phân hủy chất hữu cơ trong môi đơn giản hơn, chủ yếu là khí trường không có oxy ở điều kiện metan CH4 và CO2. nhiệt độ từ 30-650C. Sản phẩm Một cách tổng quát, quá trình của quá trình phân hủy kỵ khí là chuyển hóa kỵ khí chất thải rắn khí CH4, CO2, NH3, một lượng hữu cơ có thể được mô tả bằng nhỏ các loại khí khác, axit hữu phương trình sau: cơ và sinh khối vi sinh vật. Các vi CaHbOcNdSe + (4a-b-2c+3d- sinh vật yếm khí là các xạ khuẩn 2e) H2O → 1/8 (4a+b-2c-3d-2e) (AcActrriomycetes, nấm men, vi CH4 + 1/8 (4a-b+2c+3d-2e) CO2 khuẩn (Bacteria), nấm mốc (Mu- + dNH3 + eH2S cor) penicilium. Ba giai đoạn của quá trình phân Quá trình chuyển hóa các chất hủy kỵ khí được trình bày trong hữu cơ của chất thải rắn sinh Bảng 1. hoạt dưới điều kiện kỵ khí xảy ra theo ba bước: Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 9
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ khác nhau: lên men 1) Nhiệt độ lạnh (dưới 250oC), lên men ấm Quá trình chuyển hóa sinh học kỵ (25-450oC), và lên men nóng (45- khí có thể xảy ra ở các khoảng 700oC). Quá trình chuyển hóa ở Tên giai Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 đoạn Thuỷ phân Axit hóa Acetate hóa Metan hóa Đường phức Amino axit, Các chất Đường tạp, protein, axit hữu cơ Axetat ban đầu đơn giản chất béo VK axit VK axetat VK metan Vi sinh vật hóa hóa hóa Đường Amino axit, Sản phẩm Axetat đơn giản axit hữu cơ CO2, Khí sinh ra CO2 CO2, H2 CO2, CH4 CH4, H2 Bảng 1. Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí chế độ lên men ấm có hiệu quả Do ở điều kiện lên men nóng phân hủy tốt hơn, thời gian phân đòi hỏi việc vận hành phức tạp, hủy nhanh, hiệu suất sinh khí cao cần cung cấp thêm năng lượng, hơn đồng thời sự phân tách lỏng đồng thời quá trình dễ bị ức chế rắn tốt hơn. bởi amoniac hơn. Bên cạnh đó Mặc dù ở chế độ nhiệt lên men vi sinh vật metan hóa ở điều kiện nóng quá trình xảy ra hiệu quả này rất nhạy cảm với sự thay hơn nhưng đa số các quá trình đổi nhỏ của nhiệt độ môi trường, chuyển hóa kỵ khí được thực và cũng mất thời gian rất lâu hiện ở điều kiện lên men ấm. để thích nghi với điều kiện nhiệt 10 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 độ mới để đạt hiệu quả sinh khí nhiệt độ hơn. Ngoài ra, với điều metan là cao nhất. Trong khi ở kiện khí hậu của Việt Nam, 25- điều kiện lên men ấm, vận hành 320C là phù hợp cho quá trình đơn giản hơn, quá trình ổn định phân hủy kỵ khí ở chế độ nhiệt hơn và nhóm sinh vật metan hóa lên men ấm. ít nhạy cảm với sự thay đổi của Nhiệt độ tối ưu cho Thời gian lưu tối Chế độ nhiệt quá trình (0C) thiểu (ngày) Lên men lạnh
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 2) pH và độ kiềm pH là một yếu tố rất quan trọng 3) Đặc điểm của chất thải trong quá trình ủ phân, nó ảnh Đặc điểm chất thải hữu cơ quyết hưởng đến việc hấp thụ các định sự thành công của quá trình chất dinh dưỡng, hoạt động của phân hủy kỵ khí. Trong chất thải các vi sinh vật và việc hòa tan rắn hữu cơ, đặc điểm cơ chất có các kim loại nặng. Với vi khuẩn thể thay đổi đa dạng phụ thuộc thì thường phát triển tốt ở pH vào phương pháp thu gom, thời 6,5-8, trong khi nấm thì có thể tiết, thói quen sinh hoạt của phát triển với pH-5-8,5. cộng đồng,... Đặc điểm cơ chất Trong quá trình ủ, giai đoạn đầu như đặc điểm về thành phần, tỷ pH thường đạt giá trị khoảng 6, lệ C/N, kích thước chất thải rất sau đó pH bắt đầu giảm xuống quan trọng. 4.5-5 do axit hữu cơ được sinh Sự phân hủy kỵ khí phụ thuộc rất ra trong vài ngày rồi nó tiếp tục lớn vào các thành phần chính tăng lên giá trị 7.5-8.5 trong quá như protein, lipid, cacbonhydrat. trình nhiệt độ tăng. Sau đó pH Trong đó lipid là cơ chất quan giảm xuống 6,5-5,5. Trong quá trọng nhất vì hiệu suất tạo khí trình ủ yếm khí sản sinh nhiều metan từ lipid cao hơn những axit hữu cơ do đó làm giảm thành phần hữu cơ khác. Tuy mạnh pH trong đống ủ. nhiên nếu trong chất thải có quá 12 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 nhiều lipid thì có thể làm chậm thước nhỏ sẽ tạo điều kiện thuận quá trình thủy phân do chúng lợi cho sự tấn công của các en- bám trên bề mặt chất thải gây zym thủy phân. Một số nghiên cản trở quá trình sự xâm nhập cứu cho thấy việc giảm kích của các enzym thủy phân. thước chất thải đến 2 mm có thể Thành phần cacbonhydrat như làm gia tăng hiệu quả tạo khí lignin và lignocellulosic được tìm metan đến 20%. Hoạt động của thấy trong nhiều loại chất thải vi khuẩn được diễn ra trên bề thực vật có thể làm chậm quá mặt của các vật liệu hữu cơ, bởi trình phân hủy kỵ khí. vậy việc giảm đi kích thước của Thành phần chất thải cũng vật liệu ủ (bằng cách nghiền nhỏ quyết định tỷ lệ dinh dưỡng hoặc sàng phân loại) như một Cacbon và Nitơ. Cacbon và Nitơ cách làm tăng bề mặt tiếp xúc, là chất dinh dưỡng được đòi hỏi tăng các hoạt động của vi khuẩn lớn nhất cho quá trình phát triển và như vậy nó làm tăng nhanh của vi sinh vật. Nếu nitơ quá ít tốc độ phân huỷ. Mặt khác, nếu các vi sinh vật sẽ không phát các vật liệu ủ có kích thước quá triển đủ để tạo lượng enzyme nhỏ thì lại làm giảm khả năng tơi cần thiết phân hủy cacbon. xốp, giảm lượng oxy tuần hoàn Nếu hàm lượng nitơ quá cao sẽ trong đống ủ và kết quả là làm hình thành amoniac, một trong giảm hoạt động của vi sinh vật những yếu tố gây độc đối với vi sinh vật metan hóa, thường tỷ 4) Axit béo bay hơi lệ C/N tối ưu trong khoảng 20/1 Axit béo bay hơi là sản phẩm đến 30/1. Để tạo tỷ lệ C/N thích của giai đoạn axit hóa với chuỗi hợp những chất thải có tỷ lệ C/N cacbon cao nhất là 6 phân tử thấp thường được phối trộn với gồm các axit như acetate, propi- chất thải có tỷ lệ C/N cao. Ví onate, butyrate, lactate. Nếu quá dụ các chất thải có thành phần trình chuyển hóa kỵ khí không ổn Cacbon cao như chất thải rắn định sẽ dẫn đến sự tích tụ axit sinh hoạt, chất thải nông nghiệp, béo bay hơi và làm giảm pH của chất thải hoa quả,... thường quá trình. được phối trộn với phân bùn, là chất thải có tỷ lệ C/N thấp. 5) Thời gian lưu và tải lượng hữu Kích thước của chất thải cũng cơ có vai trò quan trọng trong quá Đối với bể phân hủy làm việc trình phân hủy kỵ khí. Đặc biệt liên tục, thời gian lưu phải đủ trong quá trình thủy phân, kích lâu để hệ vi sinh vật kỵ khí phân Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 13
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 hủy chất thải và không quá dài tụ axit béo làm giảm pH gây cho sự tái tạo của hệ vi sinh vật ức chế hoạt động của vi khuẩn này. Thời gian lưu ngắn sẽ giảm metan và giảm hiệu quả của được kích thước của công trình toàn bộ quá trình phân hủy kỵ ủ và tạo tốc độ dòng chảy cơ khí. chất tốt nhưng hiệu suất tạo khí biogas, do đó thời gian lưu phải 6) Điều kiện khuấy trộn thích hợp cho sự phân hủy đối Khuấy trộn đóng vai trò quan với mỗi loại chất thải. Thời gian trọng trong quá trình phân hủy lưu đối với chất thải rắn hữu cơ kỵ khí chất thải hữu cơ. Sự khuấy dao động từ 3 đến 55 ngày phụ trộn giúp làm tăng sự tiếp xúc thuộc vào loại chất thải, nhiệt độ giữa nguyên liệu vào và hệ vi và cấu tạo của bể phân hủy. Đối sinh vật, đồng thời cũng ngăn với phân hủy kỵ khí khô thời gian ngừa sự phân tầng nhiệt độ, sự lưu dao động từ 14 đến 30 ngày, tích tụ lớp váng và lớp cặn trong đối với phân hủy kỵ khí ướt thời bể phân hủy. Bên cạnh đó, sự gian lưu thấp hơn có thể chỉ cần khuấy trộn cũng giúp tránh sự 3 ngày. hình thành vùng chết trong bể Tải lượng hữu cơ (OLR): là lượng phân hủy, giúp giảm kích thước chất hữu cơ (được thể hiện qua hạt và giải phóng khí biogas. chất rắn dễ bay hơi hoặc giá trị COD của nguyên liệu ban đầu) 1.4/ SO SÁNH CÔNG NGHỆ Ủ được xử lý bởi một thể tích nhất HIẾU KHÍ VÀ KỴ KHÍ TRONG định trong bể phân hủy trong XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU một đơn vị thời gian. Giá trị của CƠ tải lượng hữu cơ thường đi cùng Quá trình phân hủy hiếu khí với thời gian lưu, nếu nồng độ (còn được gọi là quá trình com- chất hữu cơ trong nguyên liệu post) và quá trình phân hủy kỵ đầu vào tương đối ổn định thì khí chất thải rắn hữu cơ đều là thời gian lưu càng ngắn, giá trị những quá trình được sử dụng tải lượng hữu cơ đạt được càng rộng rãi nhằm xử lý để tận dụng cao. Sự gia tăng nhanh chóng tái chế thành phần hữu cơ có tải lượng hữu cơ sẽ làm gia tăng trong chất thải. Cả hai quá trình sự thủy phân axit, trong khi các đều được thực hiện bởi hệ vi vi khuẩn metan phát triển chậm sinh vật biến đổi vật liệu thông hơn sẽ không có khả năng tiêu qua các phản ứng hóa học. Mỗi hóa các axit này ở mức tương quá trình đều có nguyên liệu đầu tự. Điều này sẽ dẫn đến sự tích vào, sản phẩm và sản phẩm phụ. 14 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Đầu vào là các nguyên liệu như phức tạp thành các hợp chất chất thải hữu cơ, phân chuồng, đơn giản. Ví dụ, oxy cho phép phế liệu thực phẩm,... Đầu ra là phân hủy hoàn toàn carbohy- những sản phẩm có giá trị như drate thành carbon dioxide và phân hữu cơ, năng lượng thu nước, trong khi nếu lượng oxy được từ đống phân ủ hoặc có thấp hoặc không có oxy sẽ thúc nguồn gốc từ khí sinh học. đẩy sự phân hủy carbohydrate Sự khác nhau cơ bản giữa quá thành axit axetic. Vi khuẩn hiếu trình compost và quá trình phân khí, xạ khuẩn và nấm phối hợp hủy kỵ khí chủ yếu do sự có mặt với nhau trong quá trình com- hay vắng mặt của oxy. Quá trình post để thủy phân các phân tử sản xuất compost là một quá phức tạp này. Trong khi đó, quá trình hiếu khí, vì vậy oxy là yếu tố trình phân hủy kỵ khí là một quá cần thiết cho hiệu quả của quá trình phức tạp hơn so với quá trình. Ngược lại, quá trình phân trình compost, trong đó thành hủy kỵ khí thường được sử dụng phần hữu cơ được phân hủy phổ biến cho mục đích sản xuất thông qua các bước tuần tự là và thu khí sinh học giàu khí mê- thủy phân, sinh axit hữu cơ và tan. sản xuất metan. Mỗi quá trình Sự hiện diện của oxy trong quá được thực hiện bởi hệ vi sinh vật trình compost cho phép phân khác nhau. hủy hoàn toàn hơn các phân tử Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 15
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Bảng 2. So sánh công nghệ ủ hiếu khí và kỵ khí xử lý chất thải rắn hữu cơ Quá trình phân hủy hiếu khí Quá trình phân hủy kỵ khí 1. Nguyên liệu và Sản phẩm của quá trình Biogas Feedstocks Biogas Utilization Water C02 & Air Energy Feedstocks Compost Energy Di- Wastewater Composter gester treatment of Effluent utilization Air (energy) Residuals Water Digestate • Đầu vào bao gồm: Thành • Đầu vào bao gồm: Thành phần hữu cơ trong chất thải phần hữu cơ trong chất thải rắn, nước, năng lượng lớn (cho rắn, nước, năng lượng (cấp quá trình cấp khí). nhiệt cho quá trình ủ) • 40-50% thành phần hữu cơ • 70-90% lượng chất thải hữu trong chất thải chuyển hóa cơ được chuyển hóa thành khí thành khí CO2, một trong Metan. những khí gây gia tăng hiệu • 5-15% dưới dạng mùn hữu cơ ứng nhà kính. (phân bón). • 50-60% ở dạng sinh khối mùn • 10-30% là thành phần không hữu cơ (phân compost). phân hủy. • 5-10% là các thành phần không phân hủy. 2. Ưu điểm • Yêu cầu về vốn đầu tư vốn ban • Tạo ra ít sản phẩm rắn (ít hơn đầu thấp hơn so với chi phí từ 2-4 lần so với xử lý hiếu khí); đầu tư ban đầu của phương • Tiêu thụ năng lượng ít do đó pháp phân hủy kỵ khí; chi phí xử lý thấp; 16 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 • Yêu cầu kỹ năng vận hành cho • Yêu cầu diện tích nhỏ; nhà máy phân compost thấp • Chi phí xây dựng thấp; hơn so với cơ sở xử lý theo • Sản phẩm chính là khí Metan, công nghệ kỵ khí. có thể thu hồi và sử dụng như một nguồn năng lượng; • Tạo sản phẩm mùn sinh học ổn định, có hàm lượng chất dinh dưỡng cao hơn do khả năng giữ Nitơ tốt hơn, được sử dụng như phân bón trong nông nghiệp; • Có thể áp dụng ở quy mô nhỏ và vừa. 3. Nhược điểm • Đòi hỏi cung cấp năng lượng • Vi sinh vật kỵ khí dễ bị ức chế khá lớn để vận hành các thiết bởi nhiều yếu tố; bị cần thiết phục vụ cho việc • Thời gian khởi động của quá cấp khí cho quá trình ủ sinh trình tương đối lâu; học; • Cơ chế sinh học và sự tham • Một trong những sản phẩm gia của các vi sinh vật khá chính của quá trình sản xuất phức tạp, đòi hỏi cần có nhiều compost là khí CO2 (chiếm nghiên cứu chuyên sâu hơn. khoảng 40-50%). Trong khi đó CO2 là một trong những khí nhà kính đóng góp đáng kể vào hiện tượng biến đổi khí hậu; • Sản phẩm mùn được tạo thành có chất lượng kém hơn so với sản phẩm của quá trình ủ kỵ khí do bị thất thoát Nitơ; • Quá trình sản xuất compost nếu không được vận hành đúng quy trình và hiệu quả, có thể phát tán mùi hôi ra môi trường xung quanh. Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 17
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Bảng 3. Các tiêu chí đánh giá để lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp Tiêu chí Công nghệ compost Phân hủy kỵ khí Khả năng áp dụng Áp dụng rộng rãi. Áp dụng rộng rãi. Loại chất Thành phần hữu cơ đã Thành phần hữu cơ đã thải rắn phân loại; phân loại; Nguyên liệu có thành Phân người hay động phần lignin cao (gỗ) vật; cũng có thể chấp nhận. Bùn; Ít phù hợp với nhóm nguyên liệu có thành phần lignin cao. Quy mô nhỏ (hộ gia Quy mô nhỏ (trang trại); Quy mô đình); Quy mô lớn (chất thải Quy mô lớn (thùng hữu cơ với khối lượng quay, luống hiếu khí). lớn). Nhạy cảm với nhiệt độ; Tiền xử lý, đồng nhất Thời gian lưu dài; nguyên liệu đầu vào; Yêu cầu cấp khí đầy đủ; Kiểm soát tốt quá trình. Điều kiện Có biện pháp kiểm soát áp dụng mùi; Phải tiền xử lý nguyên liệu đầu vào; Nhạy cảm với các thành phần ô nhiễm. Compost. Compost; Sản phẩm Vật liệu tạo nhiên liệu từ cuối cùng chất thải (RDF) có nhiệt lượng thấp; Nhiệt. 18 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Thấp đối với công nghệ Cao. Vốn đầu Window; tư Trung bình đối với công nghệ thùng quay. Trung bình đối với công Trung bình đối với hệ Chi phí nghệ Window; thống thủ công; vận hành Cao đối với công nghệ Cao đối với hệ thống tự thùng quay. động. Nhu cầu Trung bình đối với công Thấp. sử dụng nghệ Window; đất Thấp đối với công nghệ thùng quay. Yêu cầu về Yêu cầu phải tập huấn Yêu cầu phải tập huấn. năng lực đối với công nghệ thùng quay. Các tác Mùi và côn trùng. Rò rỉ khí Metan. động đến môi trường Đóng góp Không. Phát điện từ khí sinh vào an học. ninh năng lượng Đóng Sử dụng như chất bổ Sử dụng như chất bổ góp vào trợ cho đất. trợ cho đất. an ninh lương thực Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ 19
Trung tâm hỗ trợ Phát triển Xanh (GreenHub) | 2020 Bảng 4. Tóm tắt và so sánh các công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp ủ sinh học Các Nhiệt sinh học Ủ đống ngoài phương án kị khí trời có kết công nghệ (Biological hợp thiết bị Digestion) đảo trộn Hãng cung cấp - KRUFF (Đức) - MENART (Bỉ) - SATEC (Đức) - Tây Ban Nha - GEL (Ý) NHÓM TIÊU CHÍ VỀ KỸ THUẬT 1/ Quy trình công Ủ kị khí 3 giai đoạn Ủ đống tự nhiên có nghệ Thu và xử lý khí bi- đảo trộn bằng máy ogas; Cặn sinh học. đảo Sản phẩm: Phát điện; Phân vi sinh 2/ Mức độ kiểm Tốt Không tốt soát sự phát thải: mùi, khí thải, nước thải, tiếng ồn... 3/ Sự phù hợp với Phù hợp Phải bổ sung thêm đặc tính rác thải phân động vật, bùn của Việt nam sinh học để cân (độ ẩm cao, giàu bằng C/N nitơ) 4/ Có thể thu sản Có Có phẩm tái chế: kim loại, thủy tinh, nhựa... 5/ Yêu cầu Phải phân loại kỹ Phân loại đơn giản 20 Các công nghệ ủ sinh học xử lý chất thải rắn hữu cơ

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.