Bài giảng các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường chương 7 phân hủy sinh học chất thải rắn

BK TPHCM BÀI GIẢNG CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG PHÂN HỦY SINH HỌC CHẤT THẢI RẮN GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm CÁC DÒNG VẬT CHẤT CHÍNH TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC CHẤT HỮU CƠ TRONG CTR ĐÔ THỊ BK TPHCM Chôn lấp Phân hủy kỵ khí CTR hữu phân hủy sinh học Nước thải (nước rỉ rác) Khí thải (biogas) Nhiệt, Năng lượng CTR ổn định để cải tạo đất hiếu khí (composting) Khí thải Phân hữu TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM MỤC ĐÍCH & ƯU ĐIỂM (1) Ổn định chất thải: Những phản ứng sinh học xuất trình ủ phân compost biến đổi hợp chất hữu thành chất ổn định, dạng vô thích hợp cho việc cải tạo đất hấp phụ trồng Làm hoạt tính vi sinh vật gây bệnh: Nhiệt độ phát sinh trình ủ chất thải đạt đến 60oC, nhiệt độ đủ để ức chế hầu hết mầm bệnh vi khuẩn, virus, trứng giun sán TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM MỤC ĐÍCH & ƯU ĐIỂM (2) 9Thu hồi dinh dưỡng cải tạo đất: chất dinh dưỡng (N, P, K) diện chất thải thông thường tồn dạng hợp chất hữu cơ, khó hấp thụ trồng 9Sau trình ủ chất dinh dưỡng biến đổi thành chất vô NO3-, PO43- phù hợp cho việc hấp thụ trồng • • TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM NHỮNG HẠN CHẾ (1) ™Chất lượng phân ủ phụ thuộc nhiều vào chất lượng chất thải đem ủ • Yêu cầu: chất thải đem ủ phải không chứa kim loại nặng chất độc hại phân loại tốt ™Trong trình ủ thường tạo số khí gây mùi hôi lượng nước rỉ đọng đáy khối ủ Dcần đïc quan tâm xử lý TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM NHỮNG HẠN CHẾ (2) ™Trong trình ủ lượng lớn carbon nitơ hoạt động vi khuẩn mà không giữ lại sản phẩm cuối để phục vụ cho trồng trọt TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC KỴ KHÍ (ANAEROBIC BIOLOGICAL TRANSFORMATION) TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ (1) ™ Phân huỷ kị khí trình phân huỷ chất hữu môi trường oxy điều kiện nhiệt độ từ 30÷65oC ™ Sản phẩm trình phân huỷ kị khí khí sinh học (biogas) chủ yếu CO2 CH4 ™ Khí CH4 thu gom sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học ™ Bùn ổn định mặt sinh học, sử dụng nguồn bổ sung dinh dưỡng cho trồng dùng để cải tạo đất TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ (2) ™ Quá trình chuyển hóa chất hữu CTRSH điều kiện kỵ khí xảy theo bước ™ Bước thứ trình thủy phân hợp chất có phân tử lượng lớn thành hợp chất thích hợp dùng làm nguồn lượng mô tế bào ™ Bước thứ hai trình chuyển hóa hợp chất sinh từ bước thành hợp chất có phân tử lượng thấp xác định ™ Bước thứ ba trình chuyển hóa hợp chất trung gian thành sản phẩm cuối đơn giản hơn, chủ yếu khí methane (CH4) khí carbonic (CO2) TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ (3) Tên giai đoạn Các chất ban đầu Giai đoạn Thuỷ phân Acid hoá Đường phức tạp, protein, chất béo Đường đơn giản Vi khuẩn acid hoá Vi sinh vật 10 Giai đoạn Sản phẩm Đường đơn giản Amino acid, acid hữu Khí sinh CO2 CO2, H2 Giai đoạn Acetate hóa Methane hóa Amino acid, acid hữu Acetate Vi khuẩn Vi khuẩn acetate hóa methane hóa Acetate CO2, NH3, H2 CO2, CH4 ,NH3 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BÀI GIẢI VÍ DỤ 6.5 (1) BK TPHCM Xác định khối lượng BVS có chất thải rắn hữu cơ: BVS = VS × (1 - độ ẩm) × 0,6 BVS = × (1 - 0,25) × 0,93 × 0,6 = 0,4185 Xác định khối lượng BVS phân hủy có chất thải rắn hữu cơ: BVS phân hủy = 0,4185 × 0,95 = 0,3976 Sử dụng phương trình biểu diễn trình phân hủy hiếu khí hoàn toàn chất thải rắn hữu cô: 4a + b − 2c − 3d b − 3d C a H b Oc N d + O2 → aCO2 + H O + d NH Với a = 60; b= 94; c= 38 d = ta có: C60H94O38N + 63,75O2 → 60CO2 + 45,5HO2 + NH3 1436 105 2040 2640 819 17 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM BÀI GIẢI VÍ DỤ 6.5 (2) Lượng oxy cần thiết để phân hủy CTR hữu la:ø Oxy cần thiết = 2040 × 0,3976×103/1436 = 564,84 kg oxy Lượng không khí cần thiết để phân hủy CTR hữu là: 564,84 kg Oxy/(1,2×0,23) = 2046,5 m3 không khí Công suất máy thổi khí cần chọn là: Q = (2046,5 m3 không khí×0,35×2)/(24×60) = m3/phút 106 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM Sơ đồ hệ thống sản xuất phân hữu liên tục BK TPHCM Khí thải Cơ chất hữu ướt, xc, Sc Hỗn hợp x m, S m QUÁ TRÌNH Ủ PHÂN Sản phẩm phân hữu cơ, xp, Sr Không khí Tuần hoàn xr, Sr xc: Tổng khối lượng ướt chất làm phân hữu nạp liệu ngày xp: Tổng khối lượng ướt sản phẩm phân hữu ngày xr: Tổng khối lượng ướt sản phẩm phân hữu tuần hoàn ngày xm: Tổng khối lượng ướt hỗn hợp vật liệu làm phân hữu ngày Sc: Hàm lượng chất rắn chất làm phân hữu cơ, % Sr: Hàm lượng chất rắn sản phẩm phân hữu phần tuần hoàn, % Sm: Hàm lượng chất rắn hỗn hợp trước làm phân, % Rw: Tỉ lệ tuần hoàn tính theo khối lượng ướt sản phẩm tuần hoàn khối lượng ướt chất làm phân hữu Rd: Tỉ lệ tuần hoàn tính theo khối lượng khô sản phẩm tuần hoàn khối lượng khô chất làm phân hữu 107 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM Sơ đồ hệ thống sản xuất phân hữu liên tục BK TPHCM Như vậy, tổng khối lượng ướt hỗn hợp: xm = xc + xr (7.10) Phần chất rắn hỗn hợp làm phân: Hay Smxm = Scxc + Srxr (7.11) Sm(xc + xr) = Scxc + Srxr (7.12) Tỷ lệ tuần hoàn theo khối lượng ướt Từ (7.12) (7.13) có: Sm − Sc Rw = Sr − Sm Tỷ lệ tuần hoàn khô Sr xr Rd = Sc xc Thay (7.12) vào (7.15) ta được: 108 xr Rw = (7.13) xc (7.14) (7.15) Sm −1 Sc Rd = Sm 1− Sr (7.16) TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM BK TPHCM BÀI TẬP VÍ DỤ 7.6 Tính lượng sản phẩm phân hữu có độ ẩm 20% phải tuần hoàn để hỗn hợp làm phân hữu đạt độ ẩm tối ưu 60% Biết nguyên liệu sử dụng bùn trấu có hàm lượng chất rắn 10% 50%, phối trộn theo tỉ lệ khối lượng khô : Độ ẩm hỗn hợp bùn trấu là: (1 / 0.1)(90) + (5 / 0.5)(50) 14 = (100) = 70% (1 / 0.1) + (5 / 0.5) 20 109 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM BK TPHCM BÀI GIẢI VÍ DỤ 7.6 ™ Hàm lượng chất rắn chất Sc = – 0,7 = 0,3 ™ Hàm lượng chất rắn hỗn hợp làm phân: Sm = – 0,6 = 0,4 ™ Hàm lượng chất rắn sản phẩm phân: Sr = – 0,2 = 0,8 ™ Tỉ lệ tuần hoàn tính theo khối lượng ướt Rw: Sm − Sc 0,4 − 0,3 RW = = = 0,25 Sr − Sm 0,8 − 0,4 ™ Nếu sử dụng 6kg chất khô, khối lượng chất ướt tương ứng 6/0,3 = 20kg ™ Khối lượng sản phẩm phân hữu tuần hoàn là: xr = 0,25xc = 0,25x 20 = 5kg 110 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM CHẤT LƯNG PHÂN COMPOST (1) • Chất lượng phân hữu đánh giá dựa nhân tố sau: Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hoá học, thuốc trừ sâu…) Nồng độ chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinh dưỡng trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Bo) Mật độ vi sinh vật gây bệnh (thấp đến mức không ảnh hưởng có hại đến trồng) Độ ổn định (độ chín, hoai) hàm lượng chất hữu (độ ổn định liên quan tới nhiệt độ, độ ẩm nồng độ oxy trình chế biến phân hữu cơ; độ ổn định thường tỷ lệ nghịch với hàm lượng chất hữu cơ, thời gian ủ phân kéo dài, độ ổn định phân tăng, tức hàm lượng hữu phân giảm) 111 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM CHẤT LƯNG PHÂN COMPOST (2) Tiêu chuẩn ngành TCVN 562-2002 cho phân hữu vi sinh chế biến từ CTR sinh hoạt Bộ Nông Nghiệp & Phát Triển Nông Thôn ban hành Tên tiêu Đvt Mức Hiệu trồng tốt Độ chín (oai) cần thiết tốt Đường kính hạt không lớn mm 4-5 Độ ẩm không lớn % 35 pH 6,0 – 8,0 Mật độ vi sinh vật hữu hiệu không nhỏ CFU/ g mẫu 106 Hàm lượng carbon tổng số không nhỏ % 13 Hàm lượng nitơ tổng số không nhỏ % 2,5 Hàm lượng lân hữu hiệu không nhỏ % 2,5 Hàm lượng kali hữu hiệu không nhỏ % 1,5 Mật độ Salmonella 25g mẫu CFU 112 CFU: colony forming units TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM CHẤT LƯNG PHÂN COMPOST (3) Tiêu chuẩn ngành TCVN 562-2002 cho phân hữu vi sinh chế biến từ CTR sinh hoạt Bộ Nông Nghiệp & Phát Triển Nông Thôn ban hành Tên tiêu Đvt Mức Hàm lượng chì (khối lượng khô) không lớn mg/kg 250 Hàm lượng cadimi (khối lượng khô) không lớn mg/kg 2,5 Hàm lượng crom (khối lượng khô) không lớn mg/kg 200 Hàm lượng đồng (khối lượng khô) không lớn mg/kg 200 Hàm lượng niken (khối lượng khô) không lớn mg/kg 100 Hàm lượng kẽm (khối lượng khô) không lớn mg/kg 750 Hàm lượng thủy ngân (khối lượng khô) không lớn mg/kg Thời hạn bảo quản không tháng 113 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM MỘT SỐ CÔNG NGHỆ Ủ PHÂN BÓN ĐIỂN HÌNH CHO CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT VÀ RÁC VƯỜN BK TPHCM STT Công nghệ Mô tả công nghệ Đào rãnh sâu 0,6 – 0,9 mét đất Các vật liệu ủ không nghiền đặt vào rãnh ủ theo lớp: rác, phân bắc, đất, … Đảo trộn tay để làm thông thoáng khí tốt Thời gian ủ từ 120 đến 180 ngày Bangalore (Indore) Thiết bị ổn định Đây thiết bị kiểu trống quay đặt nghiêng so với sinh học DANO phương có đường kín từ 2,7m đến 3,7m dài khoảng 45 m Chất thải rắn ủ lên men từ đến ngày thiết bị phản ứng quay sau ủ đánh luống Earp-Thomas 114 Sử dụng silo với tầng chất thẳng đứng Chất thải rắn nghiền đưa vào silo từ xuống di chuyển qua tầng nhờ lưỡi cày Không xuống khắp silo Sử dụng loại vi sinh vật đặc chủng cho trình ủ Chất thải rắn ủ lên men từ đến ngày silo sau ủ luống ủ TS.LÊ HỒNG NGHIÊM MỘT SỐ CÔNG NGHỆ Ủ PHÂN BÓN ĐIỂN HÌNH CHO CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT VÀ RÁC VƯỜN BK TPHCM STT Công nghệ Hệ thống có cấu tạo gồm tầng, tầng Jersey (Hệ thống John trang bị thiết bị để đẩy chất thải nghiền Thomas) vào xuống tầng thấp Không khí cung cấp nhờ rơi vật liệu từ tầng sang tầng khác Thời gian ủ ngày Metrowaste Naturizer 115 Mô tả công nghệ Bể hở rộng 6,1 m sâu mvà dài từ 60 đến 120 m Chất thải cắt trước đưa vào bể ủ Trong bể có thiết bị xáo trộn để xáo trộn đến lần suốt thời gian ủ ngày Không khí thổi cưỡng vào bể qua hệ thống ống khoan lỗ Hệ thống gồm băng chuyền rộng 2,7 m bố trí để vận chuyển chất thải ủ từ băng chuyền qua băng chuyền Mỗi băng chuyền ngăn độc lập Không khí thổi qua băng chuyền Thời gian ủ ngày TS.LÊ HỒNG NGHIÊM HỆ THỐNG LÀM PHÂN COMPOST LEMNA BK TPHCM Tiếp nhận CT Sàn tiếp nhận phân loại sơ Phân loại chi tiết Tính, bổ sung C Chất không nhân tố khác Cơ sở tái chế sx, tái chế BCL Thổi khí Kích thước lớn Máy nghiền Trộn ổn định CO2 & H2O… BAO Ủ RÁC SÀNG Đóng gói Xe tải xúc nén rác Cải tạo đất Phân bón nông nghiệp Làm vườn 116 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM TẬP TRUNG THU GOM RÁC THẢI SINH HOẠT VỀ NHÀ MÁY CÔNG NGHỆ DANO TRẠM CÂN PHÂN LOẠI RÁC Rác phế phẩm BÃI PHẾ LIỆU BĂNG TẢI CÀO Bể chứa Cấp ẩm nước rỉ rác Rác kim loại BÃI PHẾ LIỆU BĂNG TẢI TỪ ỐNG ỔN ĐỊNH SINH HÓA Hầm xử lí khí thải Cấp khí Rác phế phẩm SÀN PHÂN LOẠI SÀN RUNG BĂNG TẢI NGANG Rác phế phẩm BĂNG TẢI NGANG BÚA NGHIỀN BÃI Ủ PHÂN BÃI PHẾ LIỆU ĐÓNG BAO 117 THÀNH PHẨM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM CTRSH CÔNG NGHỆ COMPOST STEINMUELLER - ĐỨC Trạm cân Sàng phân loại Tạp chất kích thước lớn Xé bao Phân loại Tuyển từ Thổi khí Nước Nylon, giấy, thủy tinh,… Kim loại A Ủ ổn định Sàng (