TỔNG QUAN
Tổng quan về bùn thải đô thị và thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội 3 1 Nguồn phát sinh bùn thải đô thị
1.1.1 Nguồn phát sinh bùn thải đô thị
Bùn thải đô thị (BTĐT) là thành phần chính của quá trình thoát nước đô thị
Bùn thải đô thị phát sinh từ các giai đoạn trong quy trình thoát nước và xử lý nước thải Do đó, bùn thải đô thị bao gồm nhiều loại khác nhau.
Bùn thải từ bể phốt là sản phẩm phát sinh từ hệ thống bể phốt (septick tank) được sử dụng để xử lý nước thải và đảm bảo vệ sinh tại các công trình xây dựng trong đô thị.
- Bùn nạo vét: phát sinh từ công tác nạo vét cống rãnh, sông, hồ, ao nằm trong hệ thống thoát nước đô thị
Bùn từ trạm xử lý nước thải sinh hoạt phát sinh trong quá trình xử lý nước thải đô thị Đối với bùn thải từ xử lý nước thải công nghiệp, cần có quy định quản lý riêng biệt dựa trên tính chất và chất lượng bùn, không được xem là bùn thải đô thị.
Tỷ trọng bùn thải đô thị, bao gồm bùn bể phốt, bùn nạo vét và bùn xử lý nước thải, thay đổi tùy thuộc vào mô hình thoát nước và mức độ phát triển hạ tầng đô thị của mỗi quốc gia Ở một số quốc gia châu Âu phát triển, bùn thải chủ yếu đến từ bùn xử lý nước thải và bùn nạo vét, trong khi bùn từ bể phốt chiếm tỷ trọng rất nhỏ Hệ thống thoát nước đồng bộ giúp giảm lượng bùn nạo vét, và quy định xử lý nước thải nghiêm ngặt dẫn đến bùn từ trạm xử lý nước thải chiếm tỷ trọng cao nhất Ước tính, mỗi người dân đô thị ở châu Âu thải ra khoảng 90g bùn khô/ngày, với tổng khối lượng bùn thải tăng 50%, đạt khoảng 10 triệu tấn vào năm 2005 sau khi quy định số 91/271/EEC được ban hành.
Tại Việt Nam, tỷ lệ nước thải sinh hoạt được xử lý trước khi thải ra môi trường rất thấp, đặc biệt ở Hà Nội, chỉ đạt khoảng 2% vào năm 2007 Sau khi nhà máy xử lý nước thải Bắc Thăng Long - Vân Trì hoạt động, tỷ lệ này tăng lên khoảng 8% vào cuối năm 2012 Do tỷ lệ xử lý thấp, bùn thải phát sinh từ các trạm xử lý nước thải chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng bùn thải đô thị Hệ thống thoát nước đô thị không đồng bộ dẫn đến việc phát sinh một lượng lớn bùn nạo vét, trở thành thành phần chính trong bùn thải đô thị tại Hà Nội và các đô thị khác trên cả nước Bên cạnh đó, bùn bể phốt cũng đóng góp một tỷ trọng đáng kể trong bùn thải đô thị tại Hà Nội cũng như các thành phố khác ở Việt Nam.
1.1.2 Đặc điểm của bùn thải đô thị
Sự phát thải bùn thải đô thị phụ thuộc vào mật độ dân cư, trình độ phát triển đô thị và hệ thống hạ tầng của mỗi quốc gia, khu vực Tính chất của bùn thải cũng thay đổi theo thời tiết và mùa, làm nổi bật sự khác biệt giữa các vùng miền Hơn nữa, đặc điểm bùn thải tại các trạm xử lý nước thải còn phụ thuộc vào công nghệ xử lý được áp dụng, với bùn phát sinh từ các giai đoạn xử lý khác nhau có đặc điểm riêng Tại châu Âu, bùn thải trong giai đoạn xử lý sơ bộ thường có các chỉ tiêu hóa lý như pH từ 5,0 - 8, tổng chất rắn (TS) từ 2,0 - 8%, chất rắn bay hơi (VS) từ 60 - 80%, và tổng nitơ tính theo % TS khoảng 1,5.
Bùn thải đô thị tại Việt Nam, đặc biệt là bùn thải từ hệ thống thoát nước, có những đặc điểm hóa lý riêng biệt Tổng phốt pho trong bùn thải dao động từ 0,8% đến 2,8%, trong khi bùn thải từ giai đoạn xử lý sinh học (activated sludge) có tổng phốt pho cao hơn, từ 2,8% đến 11% Các thông số hóa lý của bùn thải sông Kim Ngưu, một ví dụ điển hình của Hà Nội, cho thấy pH từ 7,04 đến 7,41, CODt từ 79.910 đến 83.033 mg/L, và tổng chất rắn (TS) trong khoảng 0,83% đến 1,16% Những thông tin này phản ánh sự đa dạng và tính chất đặc thù của bùn thải đô thị ở khu vực này.
19,2 - 23,5%, VS trong khoảng 24,5 - 26,2%, NO 3- trong khoảng 192 - 212 mg/L,
PO 4 3- trong khoảng 494 - 522 mg/L [2] Một số chỉ tiêu 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 cao
Các chất ô nhiễm vô cơ chủ yếu bao gồm kim loại nặng và một số nguyên tố phóng xạ hiếm Những chất này thường có mặt trong bùn thải đô thị, đặc biệt là từ phân và nước tiểu của bệnh nhân đang điều trị xạ Các kim loại nặng như chì (Pb), cadmium (Cd), kẽm (Zn), asen (As) và crom (Cr) là những thành phần chính trong nhóm này.
Ni và Cu là hai kim loại phổ biến trong bùn thải đô thị, với hàm lượng biến động lớn tùy thuộc vào vùng miền, thời tiết và công nghệ xử lý nước thải Hàm lượng Pb dao động từ 13 - 26.000 mg/kg DS, trung bình đạt 500 mg/kg DS; Cd từ 1 - 410 mg/kg DS, trung bình 10 mg/kg DS; Zn từ 101 - 49.000 mg/kg DS, trung bình 1700 mg/kg DS; As từ 1,1 - 230 mg/kg DS, trung bình 10 mg/kg DS; và Cr có hàm lượng từ 10 - 990.000 mg/kg DS.
Giá trị trung bình của DS là 500 mg/kg, trong khi nồng độ Ni dao động từ 2 đến 5300 mg/kg với giá trị trung bình là 80 mg/kg Đối với Cu, nồng độ nằm trong khoảng 84 đến 17.000 mg/kg, với giá trị trung bình đạt 800 mg/kg.
Các chất ô nhiễm nguồn gốc hữu cơ: Trong bùn thải đô thị có chứa tới hơn
Có khoảng 300 loại hợp chất hữu cơ khác nhau được xác định, trong đó các tác nhân gây ô nhiễm hữu cơ phổ biến nhất bao gồm Polychlorinated biphenyls (PCBs), Polychlorinated dibenzodioxins/furans (PCDD/Fs), Polyaromatic hydrocarbons (PAHs) và các chất hoạt động bề mặt Hàm lượng PCBs trong môi trường dao động trong khoảng 65.
- 157 mg/kg DS, PCDD/Fs trong khoảng 330 - 4245 mg/kg DS, PAHs trong khoảng
Bùn thải đô thị chứa nhiều tác nhân gây bệnh như vi khuẩn, virus và ký sinh trùng, đồng thời có hàm lượng dinh dưỡng cao như nitơ và phốt pho, cho thấy tiềm năng sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp Nhiều quốc gia đang nỗ lực tái sử dụng bùn thải nhằm giảm thiểu chất thải chôn lấp Tuy nhiên, việc quản lý bùn thải đô thị gặp khó khăn do sự tích tụ chất ô nhiễm, làm cản trở việc áp dụng bùn thải cho nông nghiệp Để khai thác tiềm năng lớn trong việc thu hồi tài nguyên và tái sử dụng bùn thải, cần chú trọng nghiên cứu và triển khai công nghệ xử lý hiệu quả.
1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn thải đô thị
Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đang áp dụng đa dạng các phương pháp xử lý bùn thải đô thị, tùy thuộc vào đặc điểm của bùn thải cũng như các yếu tố văn hóa, lịch sử, địa lý, luật pháp, chính trị và tình hình kinh tế của từng quốc gia và khu vực Các phương pháp xử lý bùn thải đô thị phổ biến bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau nhằm tối ưu hóa hiệu quả xử lý và bảo vệ môi trường.
- Chôn lấp tại bãi chôn lấp tập chung chất thải
- Sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp
- Xử lý bằng phương pháp nhiệt
Công ty Môi trường đô thị Hà Nội thu gom và xử lý khoảng 300 m³ bùn bể phốt phát sinh mỗi ngày tại nhà máy chế biến phân hữu cơ Cầu Diễn.
Hình 1.1: Hình ảnh ô nhiễm thực tế sông Kim Ngưu Bảng 1.1 Lƣợng bùn thải đô thị tại Hà Nội năm 2012
STT Loại hình bùn thải Lƣợng thu gom đã thực hiện
Lƣợng tiếp nhận tại bãi chôn lấp
I Bùn nạo vét (BNV) 195.490 m 3 167200 tấn
1 Khối lƣợng nạo vét bùn cống, rãnh thủ công
2 Khối lƣợng nạo vét bùn cống ngầm cơ giới
3 Nạo vét bùn mương sông 95.000 m 3
4 Nạo vét bùn sông, hồ bằng cơ giới 42.000 m 3
5 Khối lƣợng nạo vét cống ngang 16.050 m 3
II Bùn từ trạm xử lý nước thải 2.140 tấn 2140 tấn
1 Trạm xử lý nước thải Kim Liên 400 tấn
2 Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch 700 tấn
3 Trạm xử lý nước thải Bắc Thăng Long
Tổng quan về rác thải sinh hoạt
Rác thải là sản phẩm không thể thiếu trong mọi hoạt động hàng ngày, và sự phát triển của xã hội đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể về lượng rác Điều này đang trở thành một mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường sống của chúng ta.
Hiện nay, lượng rác thải sinh hoạt tại các đô thị Việt Nam đạt trên 9000m³ mỗi ngày, nhưng chỉ có khoảng 45% - 50% được thu gom Để duy trì vệ sinh khu dân cư, cần có kế hoạch làm sạch và quét dọn thường xuyên các loại chất thải rắn như rác sinh hoạt, thức ăn thừa và rác đường phố Nếu không được xử lý đúng cách, các loại chất thải này có thể gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến đất, không khí, nước, nhà ở và công trình công cộng Rác thải thường được đổ tạm thời vào bãi rác mà không qua xử lý, gây tác động tiêu cực đến môi trường và nguồn nước Hơn nữa, thiết bị thu gom và vận chuyển rác thải ở nhiều đô thị vẫn còn lạc hậu, không đáp ứng đủ nhu cầu hiện tại.
1.2.1 Nguốn gốc phát sinh và đặc điểm rác thải sinh hoạt
Chất thải rắn sinh hoạt, hay còn gọi là rác thải sinh hoạt, phát sinh từ các hoạt động hàng ngày của con người và xuất hiện ở mọi nơi trong thành phố hoặc khu dân cư, bao gồm hộ gia đình, khu thương mại, chợ, nhà hàng, khách sạn, công viên, khu vui chơi giải trí và trường học Rác thải sinh hoạt có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau.
+ 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 rất đa dạng, bao gồm các yếu tố lý và hóa học khác nhau, phụ thuộc vào từng địa phương, mùa khí hậu, điều kiện kinh tế và nhiều yếu tố khác.
Tính chất vật lý của chất thải rắn sinh hoạt
Khối lượng riêng, độ ẩm, kích thước, khả năng giữ nước và độ xốp của chất thải rắn sinh hoạt là những tính chất lý học quan trọng Trong đó, khối lượng riêng ảnh hưởng trực tiếp đến việc quản lý và xử lý rác thải.
Khối lượng riêng được định nghĩa là khối lượng vật chất trên một đơn vị thể tích, tính bằng kg/m³ Khối lượng riêng của chất thải rắn sinh hoạt có sự khác biệt lớn tùy thuộc vào nhiều yếu tố như tình trạng rác (tự nhiên, chứa trong thùng, nén hay không nén), vị trí địa lý, mùa trong năm và thời gian lưu trữ Do đó, thông tin về khối lượng riêng chỉ có giá trị khi kèm theo phương pháp xác định cụ thể Tại các khu đô thị, khối lượng riêng của rác sinh hoạt thường dao động từ 178 kg/m³ đến 415 kg/m³, với giá trị trung bình khoảng 297 kg/m³ Về độ ẩm, chất thải rắn thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm khối lượng ướt và khối lượng khô, trong đó phương pháp khối lượng ướt là phổ biến hơn trong quản lý chất thải rắn.
Bảng 1.2: Khối lƣợng riêng và hàm lƣợng ẩm của các chất thải có trong rác thải sinh hoạt [1]
Khối lƣợng riêng (Lb/yd 3 ) Độ ẩm (% khối lƣợng) Khoảng dao động Đặc trƣng
Khoảng dao động Đặc trƣng
Rác khu dân cƣ (không nén)
Cỏ tươi (xốp và ướt) 350-500 400 40-80 60
Cỏ tươi (ướt và nén) 100-1400 1000 50-90 80
Rác vườn (composted) 450-650 550 40-60 50 Đổi đơn vị: Lb/yd 3 x 0,5993 = kg/m 3 c Kích thước và sự phân bố kích thước
Kích thước và sự phân bố kích thước của các thành phần trong chất thải rắn rất quan trọng cho quá trình thu hồi vật liệu, đặc biệt khi áp dụng các phương pháp cơ học như sàng quay và thiết bị tách loại từ tính Ngoài ra, khả năng tích ẩm (Field Capacity) cũng là yếu tố cần được xem xét trong quá trình này.
Khả năng tích ẩm của chất thải rắn là tổng lượng ẩm mà chất thải có thể lưu trữ, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lượng nước rò rỉ từ bãi chôn lấp Khi lượng nước dư vượt quá khả năng tích trữ, nước sẽ thoát ra thành nước rò rỉ Thông số này có thể thay đổi dựa trên điều kiện nén ép rác và trạng thái phân hủy của chất thải Đối với chất thải rắn sinh hoạt tại khu dân cư và khu thương mại, khả năng tích ẩm có thể dao động từ 50-60%.
Tính chất hóa học của chất thải rắn sinh hoạt
Tính chất hóa học của chất thải rắn là yếu tố quyết định trong việc lựa chọn phương án xử lý và thu hồi nguyên liệu Đặc biệt, khả năng cháy của chất thải phụ thuộc vào sự kết hợp giữa các thành phần cháy được và không cháy được Để xử lý chất thải rắn làm nhiên liệu hiệu quả, cần xác định bốn đặc tính quan trọng.
Những tính chất cơ bản cần phải xác định đối với thành phần cháy đƣợc trong chất thải rắn bao gồm:
+ Độ ẩm (phần nước mất đi khi sấy ở 105 o C trong thời gian 1 giờ)
+ Thành phần các chất cháy bay hơi (phần khối lƣợng mất đi khi nung ở
+ Thành phần carbon 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)
Các nhân tố cơ bản trong chất thải rắn sinh hoạt: Các thành phần cơ bản trong
N (nitơ), S (lưu huỳnh) và tro là những nguyên tố quan trọng trong việc phân tích thành phần chất thải rắn sinh hoạt Các nguyên tố halogen, đặc biệt là các dẫn xuất của clo, cũng thường được phát hiện trong khí thải từ quá trình đốt rác Việc xác định các nguyên tố này giúp xây dựng công thức hóa học cho chất hữu cơ có trong chất thải, đồng thời xác định tỷ lệ C/N phù hợp để tối ưu hóa quá trình làm phân compost.
1.2.2 Các phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt [3]
Phương pháp phân loại rác trước khi được đem xử lý cần được phân loại ngay tại hộ gia đình Cách nhận biết:
Rác hữu cơ là các loại rác dễ phân hủy tự nhiên, thường phát sinh mùi hôi như thức ăn thừa, thực phẩm hư hỏng (rau, cá chết), vỏ trái cây và chất thải từ quá trình nấu nướng Trong khi đó, rác vô cơ được phân loại thành hai nhóm: rác vô cơ tái chế và rác vô cơ không tái chế (rác khô).
Rác vô cơ tái chế bao gồm các loại chất thải có khả năng được sử dụng lại nhiều lần hoặc chế biến lại, như giấy, bìa các tông, kim loại (bao gồm khung sắt và máy móc hỏng) và các loại nhựa.
Rác vô cơ không tái chế là các chất thải rắn vô cơ không thể sử dụng hoặc chế biến lại, bao gồm những vật phẩm như giấy ăn đã qua sử dụng, thủy tinh (như bóng đèn, cốc vỡ), quần áo cũ, xỉ than, xương động vật và vỏ trứng.
Phương pháp thu gom rác:
Thu gom rác được chia thành hai loại chính: rác tái chế và rác không tái chế (rác khô) Rác tái chế bao gồm các vật liệu như kim loại, giấy, cao su, nhựa và đồ điện, thường được thu nhặt bởi những người đồng nát Phần rác tái chế còn lại trong rác vô cơ sẽ được người thu gom đựng riêng trong túi nilon hoặc túi vải để bán lại cho các cơ sở tái chế.
Thu gom rác khô là quá trình thu thập các thành phần rác không thể tái chế, được chứa trong thùng, xô màu đỏ hoặc các vật dụng có sẵn trong gia đình như thúng, sọt, bao tải và túi nilon.
Phương pháp lên men phân hủy yếm khí
Quá trình phân hủy sinh học yếm khí là quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy nhờ vào vi sinh vật kỵ khí, tạo ra các sản phẩm như metan, cacbonic, hydrosunfua và hydro Vi sinh vật sử dụng một phần chất hữu cơ cho sự phát triển của chúng, làm cho quá trình này trở nên phức tạp với sự tham gia của nhiều loại vi sinh vật và cơ chất khác nhau Nghiên cứu về phân hủy yếm khí đã được thực hiện song song với quá trình hiếu khí, và từ giữa thế kỷ 20, công nghệ sinh học kỵ khí đã được áp dụng rộng rãi trong xử lý chất thải và nước thải có hàm lượng chất bẩn cao, thông qua các công trình như bể tự hoại, bể lắng hai vỏ và bể tạo khí sinh học metan.
Vi khuẩn sinh khí CH4 tồn tại tự nhiên ở những nơi có sự phân hủy hợp chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy, chẳng hạn như đầm lầy và trầm tích sông, hồ, biển Chúng cũng có mặt trong dạ dày của động vật nhai lại Hệ vi sinh vật này thuộc nhóm kỵ khí, có khả năng phân giải chất hữu cơ mà chỉ phát triển trong môi trường không có oxy.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy diễn ra phức tạp và yêu cầu môi trường không có oxy Khi tỷ lệ vi sinh vật hiếu khí chỉ chiếm 1/7 so với vi sinh vật kỵ khí, tốc độ phát triển của hệ vi sinh vật kỵ khí sẽ bị chậm lại Sự chuyển hóa tối đa chất hữu cơ thành CO2 và CH4 phụ thuộc vào hoạt động tương hỗ và kết hợp phức tạp của các vi sinh vật trong hệ thống phân hủy này.
1.3.1 Cơ chế quá trình phân hủy yếm khí
Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ là một quá trình phức tạp, bao gồm nhiều phản ứng và sản phẩm trung gian Tuy nhiên, để dễ hiểu, người ta thường đơn giản hóa quá trình này bằng một phương trình tổng quát.
Chất hữu cơ CH 4 + CO 2 +H 2 + NH 3 + H 2 S
Hình 1.2 Tóm tắt các phản ứng sinh hóa của quá trình phân hủy yếm khí
Quá trình phân hủy yếm khí đƣợc chia thành ba giai đoạn chính sau:
+ Giai đoạn 2: Lên men axit
Chất béo Tổng axit Đường đơn
Thủy phân Lên mem axit Sinh metan
Chất hữu cơ trong chất thải chủ yếu bao gồm các hợp chất cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrat, xenlulozơ và lignin, có thể tồn tại dưới dạng hòa tan hoặc không hòa tan Trong giai đoạn phân hủy đầu tiên, các hợp chất này được phân hủy bởi enzym ngoại bào do vi khuẩn sản sinh, tạo ra các chất hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn và hòa tan Những sản phẩm này sẽ trở thành nguyên liệu cho các vi khuẩn trong giai đoạn tiếp theo của quá trình phân hủy.
Trong giai đoạn này, các phản ứng thủy phân chuyển đổi protein thành abumoz, pepton, peptit và axit amin; cacbohiđrat (bao gồm cả các chất không hòa tan) thành đường đơn; và chất béo thành axit béo chuỗi dài Tuy nhiên, quá trình phân hủy yếm khí gặp khó khăn với các chất hữu cơ như xenlulozơ và lignin, do vi khuẩn ở giai đoạn 1 hoạt động chậm hơn so với giai đoạn 2 và 3 Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu, mật độ vi khuẩn trong thiết bị phản ứng, và các yếu tố môi trường như pH và nhiệt độ.
1.3.1.2 Giai đoạn lên men axít
Trong giai đoạn 1, các chất hữu cơ đơn giản được chuyển hóa thành axit axetic, hyđro và cacbonic nhờ vào vi khuẩn lên men axit Axit axetic đóng vai trò là sản phẩm chính trong quá trình lên men cacbohiđrat Các sản phẩm cuối cùng sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại vi khuẩn và điều kiện nuôi cấy như nhiệt độ, pH, cũng như khả năng oxi hóa và khử hóa.
Vi khuẩn tạo axit axetic chuyển đổi các axít no như axít propionic và butyric cùng với rượu thành axit axetic, hiđro và CO2 Những sản phẩm này sau đó được sử dụng bởi nhóm vi khuẩn tạo metan.
Sự lên men không chỉ tạo ra rượu, anđehit, axeton mà còn sản sinh ra các khí như NH3, H2S cùng với một lượng nhỏ mercaptan, indol và scatol Trong giai đoạn này, BOD và COD giảm không đáng kể, vì đây chủ yếu là quá trình phân cắt các chất phức tạp thành những chất đơn giản hơn, với chỉ một phần rất nhỏ chuyển hóa.
Sự xuất hiện của CO2 và NH3 có thể dẫn đến sự giảm pH của môi trường Chẳng hạn, trong quá trình lên men axit của glucozơ, phản ứng hóa học diễn ra như sau:
2C 6 H 12 O 6 2CH 3 CHOHCOOK + 2CH 3 COOH + 2CO 2 + 2H 2 0 +Q
Các vi sinh vật chính tham gia vào quá trình lên men axit đƣợc thống kê trong Bảng 1.3
Bảng 1.3 Vi sinh vật sinh axit hữu cơ
Clostridium cellobinharus 5.0-8.5 36-38 lactic, etanol, CO2
Clostridium thermocellulaseum 5.0-8.5 55-65 lactic, sucxinic, etanol
Pseudomonas - 3-42 fomic, axetic, lactic, sucxinic, etanol
Ruminococcus sp - 33-48 fomic, axetic, sucxinic
1.3.1.3 Giai đoạn sinh khí metan [10]
Trong giai đoạn 2, các sản phẩm sẽ được chuyển hóa thành CH4 và các sản phẩm khác nhờ vào nhóm vi khuẩn metan, loại vi khuẩn yếm khí bắt buộc có tốc độ sinh trưởng chậm hơn so với các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và 2 Vi khuẩn metan chủ yếu sử dụng axít axetic, methanol, CO2 và H2 để sản xuất metan, trong đó axít axetic đóng vai trò chính, chiếm 70% lượng metan được sinh ra Phần metan còn lại được tạo ra từ CO2 và H2, cùng với một lượng nhỏ từ axít formic, tuy nhiên, axít formic không quan trọng do số lượng ít trong quá trình lên men yếm khí, với pH của giai đoạn này lớn hơn 7.
Các vi khuẩn tham gia quá trình sinh khí metan gồm những loại chính đƣợc thống kê trong Bảng 1.4
Bảng 1.4: Vi sinh vật sinh metan
Tên vi khuẩn pH t o C Axit bị chuyển hóa
Methanobacterium omelianskii 6.5-8.0 37-40 CO 2 , H 2 , ancol I và II
Methanosuboxydans axit butyric,valeric, caprionic
Methanococcus mazei 30-37 axit axetic, butyric
Methanosarcina methanica 35-37 axit axetic, butyric
Methanosarcina barkerli 7.0 30 CO 2 , H 2 , axit axetic, metanol
- Các phản ứng sinh metan gồm có
Phản ứng (1) do cácVSV: Methanosochngenii, Methanococcus mazei, Methanosarcina, methanica, Methanosarcina barkerli thực hiện
4CH 3 CH 2 COOH + 2H 2 O → 7CH 4 + 5CO 2 (2)
2CH 3 (CH 2 ) 2 COOH + 2H 2 O → 5CH 4 + 3CO 2 (3)
Phản ứng (2) và (3) do các VSV: Methanoformicum, Methanococcus mazei, Methanosarcina methanica thực hiện
2CH 3 (CH 2 ) 2 COOH + 2H 2 O → 2CH 4 + 3CH 3 COOH (4)
Phản ứng (4) do VSV: Methanosuboxydans thực hiện
2CH 3 CH 2 OH → 3CH 4 + CO 2 (5)
2CH 3 CH 2 OH + CO 2 → CH 4 + 2CH 3 COOH (6)
Phản ứng (5) và (6) do VSV: Methanobacterium omelianskii thực hiện
Phản ứng (7) do Methanobacterium omelianskii, Methanococcus vanirielli, Methanoruminanticum, Methanoformicum
1.3.2 Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí-Biogas
Biogas, hay khí sinh học, là hỗn hợp khí được tạo ra từ quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí Thành phần chính của biogas bao gồm metan, carbon dioxide và một số khí khác, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng tái tạo và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Biogas chứa một lượng lớn khí CH4, loại khí này chủ yếu được sử dụng để sản xuất năng lượng thông qua quá trình đốt Sản lượng CH4 phụ thuộc vào các quá trình sinh học và loại nguyên liệu đầu vào.
Khí CH 4 là một chất khí không màu, không mùi nhẹ hơn không khí CH 4 ở 20
Tại điều kiện 0°C và 1 atm, 1 m³ khí CH₄ có trọng lượng 0,716 kg và khi đốt cháy hoàn toàn, nó cung cấp khoảng 9000 kcal Đối với biogas, trọng lượng riêng dao động từ 0,9 đến 0,94 kg/m³, sự thay đổi này phụ thuộc vào tỷ lệ CH₄ so với các khí khác trong hỗn hợp.
Khí H2S, mặc dù có lượng nhỏ, nhưng có mùi đặc trưng giúp xác định vị trí hư hỏng trong hệ thống để tiến hành sửa chữa hiệu quả.
Năng suất tạo khí sinh học
So sánh quá trình xử lý yếm khí và hiếu khí
Xử lý yếm khí có nhiều lợi thế so với xử lý hiếu khí trong việc xử lý hợp chất hữu cơ, bao gồm tiết kiệm năng lượng, giảm lượng bùn thải, nhu cầu dinh dưỡng thấp và khả năng thu hồi khí metan Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm như tốc độ xử lý chậm, nhạy cảm với độc tố, sản phẩm tạo ra có mùi hôi và tính ăn mòn cao, cũng như hoạt động hiệu quả chỉ trong khoảng pH hẹp và không chịu được pH thấp Ưu nhược điểm của hai phương pháp này được tóm tắt trong bảng 1.6.
Bảng 1.6 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của ủ yếm khí so với hiếu khí Ƣu điểm Nhƣợc 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
- Có thể hoạt động theo mùa do khả năng tồn tại dài ngày trong điều kiện bị bỏ đói
- Giá thành xây dựng cao
- Thường phải cấp thêm nhiệt
- Thời gian lưu thủy lực dài
- Hình thành sản phẩm gây mùi hổi và ăn mòn cao
- Khả năng diệt khuẩn gây bệnh kém
- 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
Xử lý yếm khí mang lại nhiều lợi ích, nổi bật là khả năng tạo ra khí sinh học - nguồn năng lượng tái tạo hữu ích với chi phí vận hành thấp Phương pháp này có thể áp dụng quy mô nhỏ, phù hợp cho các hộ dân, góp phần vào việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
Ngoài các tiêu chí so sánh trong bảng 1.6, hình ảnh tổng quát về kỹ thuật hiếu khí và yếm khí trong xử lý chất hữu cơ được thể hiện rõ trong hình 1.3.
Mô hình xử lý hiếu khí sản xuất 50-60% bùn thải và khí CO2 từ cùng một nguồn COD đầu vào, trong khi xử lý yếm khí tạo ra 70-90% khí biogas và chỉ 5-15% bùn thải Điều này cho thấy xử lý yếm khí không chỉ hiệu quả hơn về mặt thực hiện mà còn mang lại lợi ích kinh tế cao hơn so với xử lý hiếu khí.
Xử lý yếm khí và hiếu khí có sự khác biệt quan trọng, trong đó xử lý yếm khí diễn ra trong không gian kín với môi trường khí đặc thù Sản phẩm chính từ sự phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí là khí cacbonic và metan Trong khi đó, khí cacbonic từ quá trình phân hủy hiếu khí nhanh chóng được thải vào không khí, khí cacbonic trong xử lý yếm khí lại duy trì trạng thái cân bằng giữa pha khí và pha lỏng do nằm trong không gian cô lập Trong pha nước, khí cacbonic tồn tại dưới dạng axit yếu, với nồng độ axit cacbonic trong nước tỷ lệ thuận với nồng độ trong pha khí Do đó, nồng độ axit cacbonic trong môi trường yếm khí cao hơn nhiều so với môi trường nước trong xử lý hiếu khí, điều này được thể hiện cụ thể qua các tiêu chí trong bảng 1.7.
Bảng 1.7 So sánh các đặc điểm giữa phương pháp kỳ khí và phương pháp hiếu khí
Các đặc điểm Phương pháp kỳ khí Phương pháp hiếu khí
Nước thải thích hợp cho xử lý các loại nước ô nhiễm nặng, với chỉ số COD và BOD có thể lên tới hàng ngàn mg/L, tuy nhiên nồng độ các ion kim loại cần được kiểm soát ở mức thấp.
Thích hợp với các loại nước thải Ô nhiễm trung bình hoặc nhẹ, nếu nồng độ ô nhiễm cao phải pha loăng
Hiệu quả xử lý Loại bỏ đƣợc BOD kém hơn (85%), thời gian dài hơn Nước ra từ kỵ khí nên tiếp tục xử lý hiếu khí
Trong thời gian ngắn, quá trình xử lý nước thải có khả năng loại bỏ BOD hiệu quả hơn, đồng thời cũng giảm thiểu lượng Nitơ và Phốt pho Hiệu quả khử BOD có thể đạt mức tối ưu nhất.
Khả năng bị ức chế
Các vi sinh vật rất nhạy cảm đối với các chất có tác dụng ức chế nhƣ kim loại
Phụ thuộc vào oxi cấp liên tục vào
Mùi Sinh ra nhiều mùi hôi thối: H 2 S từ nước thải có chứ sunfat, scatol từ các
Sản phẩm sinh ra chủ yếu
CO 2 nên gây ít mùi hơn
THỰC NGHIỆM
Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu
2.1.1.1 Cơ sở lựa chọn phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu
Thành phố Hà Nội, một trong hai đô thị lớn nhất Việt Nam, có đặc điểm hạ tầng đô thị độc đáo nhưng cũng gặp phải vấn đề nghiêm trọng về ô nhiễm nước Nước thải tại Hà Nội bao gồm cả nước thải công nghiệp và từ các bệnh viện, dẫn đến tình trạng bùn thải tại các con sông như Kim Ngưu và Tô Lịch rất phức tạp với nồng độ ô nhiễm cao Mỗi ngày, Hà Nội phát sinh khoảng 500 tấn bùn thải chủ yếu từ hệ thống thoát nước Tuy nhiên, phương pháp thu gom và xử lý hiện tại của Công ty TNHH NN MTV thoát nước Hà Nội vẫn chưa hiệu quả, không chỉ gây ảnh hưởng đến môi trường mà còn lãng phí nguồn dinh dưỡng quý giá trong bùn thải.
Việc nghiên cứu bùn thải đô thị tại Hà Nội là cần thiết và có ý nghĩa khoa học, thực tiễn Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ các nhà quản lý môi trường trong việc hoạch định chính sách và phương án xử lý bùn thải đô thị, từ đó tạo cơ sở cho việc triển khai nghiên cứu trên quy mô toàn quốc.
2.1.1.2 Đối tựợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu quản lý bùn thải đô thị tại Việt Nam cần được mở rộng với sự tham gia của nhiều nhà khoa học và quản lý trong thời gian dài Luận văn này tập trung vào quá trình tạo khí metan và sự chuyển hóa của chúng trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp với rác hữu cơ, sử dụng phương pháp lên men yếm khí trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Sông Kim Ngưu, dài 11 km, chảy qua khu vực đông dân cư của Hà Nội, tiếp nhận nước thải từ diện tích hơn 6 km², chiếm 1/3 tổng lượng nước thải của thành phố Nguồn nước thải này bao gồm cả nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý không triệt để từ các nhà máy, xí nghiệp dệt may và các xưởng sản xuất cơ khí nhỏ lẻ trong khu vực.
Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định và đánh giá ô nhiễm bùn thải tại hai điểm mẫu cụ thể: Khu đô thị Minh Khai và cầu Lạc Trung dọc bờ sông Kim Ngưu Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc triển khai ổn định bùn thải kết hợp với rác hữu cơ thông qua quá trình lên men yếm khí trong phòng thí nghiệm Để thực hiện thí nghiệm, nguồn rác hữu cơ chủ yếu là rau quả được thu gom từ xe rác đô thị, kết hợp với bùn thải nhằm điều chỉnh thành phần đầu vào cho các thử nghiệm.
Nghiên cứu thực nghiệm về quá trình phân hủy kỵ khí được tiến hành tại mô hình yếm khí AD – W8 tại phòng thí nghiệm Hóa môi trường, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyên liệu đầu vào cho mô hình này bao gồm bùn thải từ sông Kim Ngưu và rác thải sinh hoạt đã qua xử lý sơ bộ, trong đó rác thải sinh hoạt chủ yếu là thành phần hữu cơ đã được phân loại Mô hình lên men yếm khí hoạt động trong điều kiện không gia nhiệt với các tỷ lệ phối trộn khác nhau giữa bùn thải và rác thải hữu cơ.
Thí nghiệm 2: Bùn thải : Rác hữu cơ = 3:1 (BT:RHC = 3:1)
Thí nghiệm 3: Bùn thải : Rác hữu cơ = 1:1 (BT:RHC = 1:1)
Thí nghiệm 4: Bùn thải : Rác hữu cơ = 1:3 (BT:RHC = 1:3)
Thời gian lên men: 30 ngày
Trong thời gian nghiên cứu sẽ tiến hành xác định các thành phần sau:
Trong nghiên cứu này, chúng tôi xác định hiệu suất giảm nhu cầu oxy hóa học (COD), pH, tổng hàm lượng carbon (TC), tổng hàm lượng chất rắn (TS), tổng hàm lượng chất hay hơi (TVS), tổng hàm lượng nitơ (T-N theo %TS) và tổng hàm lượng phốt pho (T-P theo %TS) trong quá trình lên men kỵ khí với lượng nạp 5kg hỗn hợp mỗi lần Mục tiêu là đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này đến quá trình sinh khí sinh học, đặc biệt là sự tạo thành khí metan.
- Khảo sát hàm lƣợng khí sinh học và thu hồi khí sinh ra trong quá trình lên men, với thời gian lên men là 30 ngày
- Thu thập, tìm hiểu các tài liệu có liên quan, kế thừa kết quả nghiên cứu từ các công trình đã công bố trước đây
- Chuẩn bị mô hình phản ứng yếm khí AD – W8
- Phân tích các chỉ tiêu lý, hoá tại phòng thí nghiệm
- Theo dõi các thông số trên mô hình thí nghiệm bao gồm thành phần hỗn hợp trong hệ phản ứng và khí sinh ra.
Lấy và chuẩn bị mẫu
Mẫu nước tại các điểm lựa chọn, bao gồm cầu Lạc Trung và khu đô thị Minh Khai, được thu thập bằng các dụng cụ như xô nhựa 10 lít, ca lấy mẫu và can đựng mẫu 10 lít Quy trình lấy mẫu được thực hiện theo các bước cụ thể để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.
Để lấy mẫu bùn thải, bước đầu tiên là sử dụng ca lấy mẫu để múc bùn từ lớp bùn phía trên, ở độ sâu từ 0 đến 20 cm Sau khi lấy mẫu, cần lắng bùn trong xô nhựa khoảng 30 phút để bùn ổn định, sau đó gạn phần nước phía trên và lấy phần bùn cặn ở giữa, đồng thời loại bỏ cặn rác và đá ở đáy xô Thao tác này được lặp lại ba lần để thu được mẫu bùn thải cho thí nghiệm Cuối cùng, mẫu bùn được chuyển vào can nhựa sạch 10 lít và đem về phòng thí nghiệm, giữ nguyên quy trình cho các lần lấy mẫu tiếp theo.
Sau khi lấy mẫu, cần bảo quản trong thùng lạnh và chuyển về phòng thí nghiệm, giữ ở nhiệt độ 4°C cho đến khi tiến hành thí nghiệm Đồng thời, cũng cần thu thập mẫu rác thải sinh hoạt để phục vụ cho nghiên cứu.
Rác thải sinh hoạt chủ yếu được thu gom từ các xe thu gom rác đô thị, bao gồm nhiều loại rác hữu cơ như rau củ quả thối Sau khi thu gom, rác được cho vào túi nilon và chuyển về phòng thí nghiệm để tiến hành quá trình tiền xử lý.
Thiết bị nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu, thiết bị chính được sử dụng là máy AD - W8 tại phòng thí nghiệm hóa môi trường Máy bao gồm hai bình phản ứng 5 lít có chứa giá thể nhựa hình cầu, được điều chỉnh nhiệt độ bằng vỏ gia nhiệt 200W với hệ thống điều khiển PID Nhiệt độ có thể cài đặt từ môi trường xung quanh đến 55 độ C Máy bơm cấp liệu dạng nhu động có biến tốc từ 0,2 đến 5,8 lít/ngày và sử dụng ống có đường kính 3,2 mm Ngoài ra, các bể chứa khí cũng có dung tích 5 lít, với các điểm A và B dùng để lấy mẫu chất khí và dung dịch.
(1) và (2): Bình phản ứng chính
(3) và (4): Bình thu khí biogas
(7) và (8): Bộ điều chỉnh nhiệt độ bể phản ứng
(A) và (B): Điểm lấy mẫu phân tích
Hình 2.1 Sơ đồ mô hình thiết bị xử lý nước thải yếm khí AD-W8
- Dựa trên mô hình ủ yếm khí nhƣ trên, ta thiết lập lại mô hình phản ứng cho phù hợp với mục đích nghiên cứu nhƣ sau:
- Nhiệt độ: Mô hình thí nghiệm đƣợc đặt trong cùng điều kiện nhiệt độ thí nghiệm dao động từ 28 0 C đến 32 0 C
- Thực hiện song song độc lập 2 bể phản ứng,
Bể phản ứng 1: Ống khí đƣợc nối trực tiếp với túi lấy khí để mang mẫu khí đi đo xác định thành phần khí (%CH4, %CO 2 )
Bể phản ứng 2: Ống khí đƣợc nối vào hệ thống thu khí có sẵn theo máy để đo thể tích lƣợng khí sinh ra theo ngày
Hình 2.2 Cách bố trí mới thiết bị xử lý nước thải yếm khí AD-W8
Chuẩn bị nguyên liệu nạp
Mẫu bùn thải sau khi thu thập được đưa về phòng thí nghiệm, cho vào thùng nhựa 20 lít và khuấy đều để đạt được sự đồng nhất Tiếp theo, khối lượng riêng của mẫu bùn thải được xác định, sau đó tiến hành đo tỷ trọng của bùn thải theo các bước đã được quy định.
- Cân bình đong 1000 ml đƣợc khối lƣợng m 1 (gam)
- Đổ bùn vào bình đến vạch 1000 ml
- Cân cả bùn và bình đƣợc khối lƣợng m 2 (gam)
- Tính tỷ trọng theo công thức d = (m 2 -m 1 )/1000
Từ đó ta có kết quả xác định khối lƣợng riêng của bùn thải đƣợc thể hiện trong bảng 2.1 sau:
Bảng 2.1: Tính khối lƣợng riêng của bùn Đợt Khối lƣợng bình ( g) Bình+ mẫu (g) Thể tích của bình mL)
Hình 2.3: Thực nghiệm xác định khối lƣợng riêng của bùn thải
Chuẩn bị rác thải sinh hoạt – Rác thải hữu cơ:
Rác sau khi được tiền xử lý và phân loại chủ yếu bao gồm rau quả, vỏ quả, thân quả thối, cuống và lá Những thành phần này sẽ được nghiền nhỏ bằng máy xay sinh tố với tốc độ cao Sau đó, mẫu sẽ được cân với tỷ lệ xác định kết hợp cùng với bùn thải.
Nạp mẫu vào bể phản ứng
Trong thí nghiệm 1, bùn thải được hòa trộn trong thùng 20 lít và sau đó được nạp vào bể phản ứng bằng ca nhựa và phễu nhựa cho đến khi đầy Tổng thể tích bùn thải được đưa vào bể phản ứng là 3,5 lít.
Trong thí nghiệm 2, bùn thải được hòa trộn trong thùng 20 lít, sau đó được đo thể tích và trộn với rác thải hữu cơ đã được nghiền nhỏ với tỷ lệ khối lượng là 3:1, cụ thể là bùn thải so với rác thải hữu cơ.
Thí nghiệm 3: Bác bước tiến hành tương tự như đối với thí nghiệm 2 nhưng tỷ lệ phối trộn là bùn thải: rác thải hữu cơ là 1:1
Thí nghiệm 4: các bước tiến hành tương tự như đối với thí nghiệm 2 nhưng tỷ lệ phối trộn là bùn thải : rác thải hữu cơ là 1:3
Sau khi nạp đầy nguyên liệu vào bể phản ứng, các van được khóa chặt để ngăn chặn khí thoát ra bị hòa tan Dung dịch trong bình thu khí được pha chế bằng nước muối với nồng độ NaCl là 3%.
Hình 2.4: Quá trình thực nghiệm phối trộn BT và RTHC
Chuẩn bị hóa chất và thiết bị máy móc cho quá trình phân tích mẫu
Hóa chất cần sử dụng cho quá trình phân tích các chỉ tiêu tổng nitơ (T-N) tổng phốt pho (T-P), nhu cầu oxi hóa học (COD)
Phương pháp chuẩn bị mẫu để phân tích các chỉ tiêu được dựa trên tiêu chuẩn TCVN 4047-1985
Hóa chất cho phân tích T-N: Phương pháp TCVN6498:1999
Hóa chất cho phân tích T-P: Phương pháp TCVN6499:1999
Hóa chất phân tích cho COD: Standard Method D1252-95
Bảng 2.2: Hóa chất phân tích
TT Hóa chất Độ tính khiết Hãng sản xuất
Ngoài 2 bộ thiết bị kể trên, trong quá trình thực hiện đề tài, tôi còn sử dụng các thiết bị đƣợc trình bày cụ thể trong bảng 2.1 sau:
Bảng 2.3: Danh mục thiết bị sử dụng trong quá trình phân tích mẫu
TT Tên máy Model Hãng sản xuất
1 Máy phá mẫu SM-200 Yamato
2 Máy lắc Vortex ZX3 – Velp Velp – Italy
3 Máy phân tích TC SSM-5000A Shimadzu
4 Bếp phá mẫu ECO16 Velp – Italy
5 Máy đo pH HI 99121 Hanna – Italy
6 Máy say rác IKA M20 Germany
Tại Phòng Thí nghiệm Hóa môi trường 1, 2 thuộc Khoa Hóa, địa chỉ 19 Lê Thánh Tông, Hoàn Kiếm, Hà Nội, tôi sử dụng nhiều dụng cụ và thiết bị khác nhau Ngoài ra, tôi cũng làm việc tại phòng thí nghiệm chất thải rắn, nằm ở Tầng 7, Phòng 709, Tòa nhà Thí nghiệm Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
Các thông số theo dõi và phân tích trong quá trình thực hiện phản ứng và kết thúc
Mẫu đầu vào bao gồm bùn thải và rác thải hữu cơ sau quá trình tiền xử lý và phối trộn theo tỷ lệ thích hợp Để xác định độ ẩm, sử dụng chén sứ đã được sấy khô ở 105°C, sau đó cho mẫu vào và sấy khô trong tủ sấy ở 105°C trong 1 ngày, cân đến khi khối lượng không đổi Mẫu được nghiền nhỏ đến kích thước 0,2mm và bảo quản trong túi nilon sạch trong bình hút ẩm để chuẩn bị cho việc phân tích các chỉ tiêu như tổng nitơ (T-N), tổng phot pho (T-P), tổng hàm lượng cacbon (T-C), và tổng hàm lượng chất rắn bay hơi (TVS) Kết quả các chỉ tiêu này được trình bày trong các bảng 3.2, 3.3 và 3.6.
Tiến hành theo dõi mô hình thí nghiệm sau 30 ngày
Để đảm bảo chất lượng nước, các thông số độ pH và hàm lượng COD được lấy mẫu với tần suất 3 ngày/lần tại điểm đầu ra của van xả ở đáy bể phản ứng Giá trị pH được đo trực tiếp bằng máy đo pH, trong khi hàm lượng COD được xác định theo tiêu chuẩn Standard Method D1252-95.
Khảo sát sự thay đổi của các chỉ tiêu như T-N, T-P, TC, TVS giữa đầu vào và đầu ra giúp rút ra những kết luận cụ thể về quá trình phản ứng trong từng thí nghiệm.
Việc xác định các chỉ tiêu tại những thời điểm cụ thể trong phản ứng là rất quan trọng Mẫu đầu ra được trộn đều trong xô 10 lít và sau đó được cân để xác định độ ẩm, thực hiện lặp lại ba lần để tính toán độ ẩm trung bình Quy trình này cũng được áp dụng tương tự cho việc xác định các chỉ tiêu hóa lý khác Kết quả phân tích hàm lượng các chỉ tiêu hóa lý được trình bày chi tiết trong bảng 3.3, bảng 3.4 và bảng 3.6.
Để xác định chỉ tiêu TVS cho cả mẫu đầu ra và đầu vào, tiến hành lấy mẫu TS và nung trong tủ ở nhiệt độ 550°C trong 1 giờ Sau đó, mẫu được để nguội và cân bằng trên cân phân tích.
Xác định thành phần khí sinh ra
The GC-2010 gas chromatography system from Shimadzu, Japan, is equipped with both Flame Ionization Detector (FID) and Thermal Conductivity Detector (TCD) It utilizes a combination of three types of separation columns: Molecular Sieve, Porapak N, and Porapak Q, with nitrogen gas as the carrier, boasting a purity greater than 99.95%.
Điều kiện làm việc của hệ thống:
- Tốc độ dòng khí mang: 10 mL/phút
- Nhiệt độ cổng bơm mẫu (injector): 75 0 C
- Nhiệt độ buồng cột đặt ở chế độ đẳng nhiệt: 75 0 C
- Khoang chứa 2 đêtectơ FDI và TCD đều đặt ổn định ở 100 0 C
- Thể tích mẫu khí đƣa vào hệ thống: 10 mL
Hệ thống sắc ký hoạt động bằng cách đưa hỗn hợp khí vào từ cổng bơm mẫu, nhờ dòng khí đẩy hỗn hợp qua cột Trong quá trình này, các chất khí như CH4 và CO2 được tách biệt Khí CO2 sau khi ra khỏi cột tách sẽ được dẫn qua cột methanizer (nạp Shimahte Niken) để chuyển hóa thành CH4, từ đó tính toán lượng CO2 trong mẫu khí Khí CH4 sau đó được dẫn trực tiếp đến detector TCD để xác định, đồng thời có thể xác định thêm các khí H2, O2 và N2 Phương pháp chuẩn được áp dụng để xác định hàm lượng khí một cách chính xác.
CH 4 có trong mẫu khí Kết quả thành phần phần trăm về thể tích của CO 2 , CH 4 và các khí khác đƣợc chỉ ra ở bảng 3.9
Để xác định lượng khí sinh ra hàng ngày, chúng ta thu thập nước thoát ra từ vòi thoát nước và đo thể tích cụ thể mỗi ngày Thể tích nước thu được tương ứng với thể tích khí được tạo ra Kết quả đo lượng khí sinh ra được trình bày chi tiết trong bảng 3.7.