Bài 5 giáo trình công nghệ sinh học môi trường trường đại học Lạc Hồng
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG THS: VƯU NGỌC DUNG BÀI 5: XỬ LÝ CHẤT THẢI HỮU CƠ 1. Quá trình Compost từ chất thải hữu cơ 2. Lên men kỵ khí các phần chất thải rác bán khô và ướt 1. Quá trình Compost 1. Các vật liệu thải để làm Compost 2. Cơ sở của quá trình Compost 3. Các kỹ thuật làm phân compost 4. Các hệ thống Compost 5. Chất lượng Compost Giới thiệu • “Composting” là quá trình phân hủy sinh học chất thải hữu cơ trong điều kiện hiếu khí được kiểm soát. • Nhiệt độ trong quá trình ‘composting’ tăng lên do các vi sinh vật chịu nhiệt (mesophiles) (25-40 0 C) và ưa nhiệt (thermophiles) (50-70 0 C). • Sản phẩm ‘composting’: ổn định về sinh học, tương tự như chất mùn, có thể sử dụng để trộn thêm vào đất hay làm phân bón, màng lọc sinh học hay nhiên liệu. • Mục tiêu: ổn định sinh học, giảm thể tích và khối lượng chất thải, làm khô, loại bỏ tối đa các chất độc đối với thực vật, hạt hay những phần của cây và làm tiêu diệt các mầm bệnh. Quá trình ủ làm giảm hiệu ứng nhà kính. Các vật liệu thải để làm Compost • Chất thải hữu cơ có thể nguồn gốc: - Chất thải sinh hoạt - Chất thải công nghiệp - Chất thải nông nghiệp • Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình “composting”: - Nguồn gốc chất thải - Quá trình sản xuất - Quá trình chế biến - Mùa trong năm - Hệ thống thu nhận - Đặc trưng xã hội và tập quán địa phương - Khối lượng và thành phần Cơ sở của quá trình Compost • Vi sinh vật: vi khuẩn, xạ khuẩn và vi nấm • Thêm vi sinh vật thường không cần thiết • Sự phân rã chất thải bị ảnh hưởng của cả 2 quá trình hiếu khí và kị khí. • Mối quan hệ giữa đồng hóa hiếu khí và kị khí phụ thuộc vào đặc điểm sinh lý của chất thải/compost: cấu trúc, độ rỗng, nước, không khí lưu thông và dinh dưỡng sẵn có. Sản phẩm: - Quá trình hiếu khí: nước, khí carbonic, amonium-NH 4 (hoặc nếu ở nhiệt độ cao và pH>7 thì là amonia -NH 3 ), nitrat, nitrit, nhiệt, độ mùn và các chất tương tự mùn. - Sản phẩm cuối của quá trình phân hủy kị khí lại là metan, carbonic, hydro, H 2 S, ammonia, nitơ oxít và khí nitơ và nước ở dạng lỏng Cơ chất và sản phẩm của hoạt động vi sinh vật trong đống ủ compost • Điều kiện sinh trưởng tối ưu của các vi sinh vật khá khác nhau, như là về nhiệt độ: nhóm psychrophiles 15-20 o C, nhóm mesophiles 25-35 o C và nhóm thermophiles 55-65 o C. • Chất thải chín kỹ (đã mùn hóa) có nhiệt độ 35 o C, động vật bậc thấp như bọ đất, mối và giun… cũng tham gia phân hủy chất hữu cơ . [...]... dạng vật liệu thải đầu vào: Bể phản ứng dòng ngang - Dạng lớp chất rắn tĩnh - Dạng lớp chất rắn được đảo trộn Bể phản ứng dòng đứng Bể phản ứng dạng trống quay Chất lượng compost Chất lượng của compost thành phẩm tuân theo yêu cầu: 1 Hoai tối đa 2 Thành phần dinh dưỡng và chất hữu cơ thích hợp 3 Tỷ lệ C/N phù hợp 4 pH trung tính hay kiềm nhẹ 5 Kim loại nặng và chất ô nhiễm hữu cơ ở nồng độ... những tạp chất để bảo vệ thiết bị, giảm hàm lượng kim loại nặng và các hợp chất gây độc… Đạt yêu cầu chất lượng cho compost thành phẩm • Những bước cơ bản của quá trình chuẩn bị và gia giảm vật liệu thô như sau: Nghiền hoặc xay nhỏ chất thải có kích thước lớn (gỗ, cây, cỏ…)để tăng diện tích bề mặt cho vi sinh vật hoạt động; Loại bớt nước nếu chất thải chứa nhiều nước Thêm nước nếu chất thải quá... thực vật 7 Gần như không chứa tạp chất 8 Không còn hạt mầm hay phần sinh trưởng được của thực vật 9 Chứa không đáng kể đá sỏi 10 Có mùi đặc trưng của đất rừng 11 Có màu từ nâu đến đen 2 Lên men kỵ khí các phần chất thải rác bán khô và ướt 1 Cơ sở sinh hoá học của lên men kị khí 2 Chất lượng khí tạo thành và sản phẩm compost 3 Phương pháp lên men kị khí chất thải Cơ sở sinh hoá học của lên men kị khí... trồng cỏ) Phù hợp xử lý bùn và phụ phẩm nông nghiệp Diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí khá lớn không xảy ra quá trình tạo nhiệt không thanh trùng hoặc diệt mầm cỏ dại Chất thải không có nguy cơ gây bệnh và mầm bệnh Chưa thực sự là quá trình compost vì không có tạo nhiệt và không được kiểm soát Compost dạng luống (Windrow composting): Được dùng nhiều nhất Vật liệu thải tiếp xúc trực... còn khí carbonic chuyển ngược lại từ pha lỏng sang pha khí • Hàm lượng nước trong đống ủ phụ thuộc vào bản chất, cấu trúc của chất thải, và về thể tích lỗ rỗng • Tỷ lệ C/N khoảng 25-30 cho phát triển tối ưu Nếu thấp hơn nitơ dạng khí giảm và ammonia tăng, nếu cao hơn thời gian ổn định chất thải sẽ lâu hơn Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình compost Hoạt tính của các nhóm vi sinh vật tác động đến... nhiều nước Thêm nước nếu chất thải quá khô Phối trộn các thành phần chất thải (ướt và khô, giàu dinh dưỡng, kích thước khác nhau…); Loại bỏ những tạp chất như thủy tinh, kim loại và nhựa bằng tay hay máy tự động • Quá trình chuẩn bị và phối trộn sẽ sinh ra sản phẩm khí (có mùi hoặc nhiều bụi) và cả nước rỉ • Những bước cơ bản kế tiếp có thể như sau: Cấp khí oxy, lấy khí carbonic và một phần... (biogas) được sinh ra khi phân hủy chất hữu cơ bằng vi sinh vật ở điều kiện thiếu oxy Trong tự nhiên, quá trình tương tự như vậy có thể quan sát thấy ở ruột của động vật và ở các bãi chôn lấp (Maurer và Winkler, 1982) • Một quá trình lên men kị khí hoàn chỉnh có thể chia làm 3 bước : 1 Thuỷ phân 2 Axít hoá 3 Tạo metan Vi khuẩn (lên men) thuỷ phân tạo axít protein, polysacharide, chất béo đường đơn, amino axít,... metan Vi khuẩn (lên men) thuỷ phân tạo axít protein, polysacharide, chất béo đường đơn, amino axít, glyxerin, axít béo hydro, khí carboníc, rượu và axít hữu cơ • Vi khuẩn kị khí và kị khí tuỳ nghi • Phân hủy các chất có phân tử lượng lớn thành những hợp chất có phân tử lượng thấp • Bị ức chế bởi vật liệu xenlulo chứa lignin (phân huỷ sinh học chậm và không triệt để) • Vi khuẩn sinh axít • Axít axetíc,... quá trình • Tạo thành metan thường là bước chậm nhất nhưng tối ưu hoá các quá trình thì tốc độ mỗi bước tương đương nhau • Cơ chế phân huỷ kị khí khá là phức tạp yêu cầu nghiêm ngặt về vi sinh vật và vận hành Các điều kiện ảnh hưởng • Thành phần nước: vi khuẩn tiếp nhận chất hữu cơ ở dạng hoà tan Hàm lượng nước . như là về nhiệt độ: nhóm psychrophiles 15- 20 o C, nhóm mesophiles 25- 35 o C và nhóm thermophiles 55 - 65 o C. • Chất thải chín kỹ (đã mùn hóa) có nhiệt độ 35 o C, động vật bậc thấp như bọ đất, mối. quá trình ‘composting’ tăng lên do các vi sinh vật chịu nhiệt (mesophiles) ( 25- 40 0 C) và ưa nhiệt (thermophiles) (50 -70 0 C). • Sản phẩm ‘composting’: ổn định về sinh học, tương tự như chất mùn,. CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG THS: VƯU NGỌC DUNG BÀI 5: XỬ LÝ CHẤT THẢI HỮU CƠ 1. Quá trình Compost từ chất thải hữu cơ 2. Lên men kỵ khí các phần chất