Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau quá trình phân hủy kỵ khí trong hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt ở hà nội

Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội MỤC LỤC DANH TỪ VIẾT TẮT .3 MỞ ĐẦU 1.Lý lựa chọn đề tài 2.Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu .4 3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.Phương pháp nghiên cứu .5 5.Cơ sở khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài nghiên cứu 6.Cấu trúc luận văn .8 CHƯƠNG 1:HIỆN TRẠNG, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CHẤT THẢI SINH HOẠT HÀ NỘI 1.1 Hiện trạng chất thải sinh hoạt Hà Nội 1.1.1.Hiện trạng thu gom xử lý chất thải đô thị 1.1.2.Hiện trạng hệ thống nước tình hình ngập úng 10 1.1.4.Hiện trạng quản lý chất thải rắn 14 1.2 Thành phần, tính chất dịng, loại chất thải đưa vào trạm xử lý 16 1.2.1.Bùn trạm xử lý nước thải 16 1.2.2.Rác thải 19 1.2.3.Bùn cống 19 1.2.4.Bùn từ bể tự hoại 19 CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN SAU PHÂN HỦY KỊ KHÍ .22 2.1.Nghiên cứu trình xử lý chất thải phương pháp sinh học kị khí .22 2.2.Tổng quan giải pháp công nghệ xử lý bùn sau bể xử lý kị khí .26 2.2.1.Phân hủy tiếp 26 2.2.1.1.Phương pháp sinh học .26 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội 2.2.1.2.Phương pháp hóa học .36 2.2.1.3.Tiệt trùng cho bùn 38 2.2.2.Tách bùn khỏi nước 38 2.2.2.1.Điều hòa tách nước khỏi bùn 39 2.2.2.2.Khử nước phương pháp lọc 46 2.2.2.3.Lọc li tâm 54 2.2.2.4.Sấy khô – Thiêu đốt 58 2.2.3.Các phương pháp khác để xử lý bùn khử nước 66 2.2.3.1.Ủ đất mùn 66 2.2.3.2.Các trình xử lý khác .68 2.3.Nhận xét 71 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VÀ TÍNH TỐN ÁP DỤNG THỬ GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN THÍCH HỢP Ở HÀ NỘI 78 3.1.Đánh giá nguồn đầu vào khu vực tính tốn 78 3.2.Lựa chọn giải pháp công nghệ xử lý bùn khu vực tính tốn 83 3.3.Tính tốn hệ thống xử lý bùn 83 3.4 Nhận xét kết quả.Đề xuất giải pháp công nghệ xử lý bùn sau phân hủy kị khí Hà Nội .97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 Kết luận .98 Kiến nghị .98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội DANH TỪ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu ô – xy sinh hóa COD Nhu cầu – xy hóa học MO Tổng cá chất hữu SS Chất rắn lơ lửng TS Tổng chất rắn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội MỞ ĐẦU 1.Lý lựa chọn đề tài Cùng với phát triển kinh tế-xã hội Hà Nội trình cải tạo, nâng cấp đô thị mạnh mẽ, chất thải sinh hoạt hệ tất yếu trình này.Hà nội có hệ thống nước, xử lý nước thải quản lý chất thải rắn Hà nội nghiên cứu hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt có nhiều thành phần, chứa kim loại nặng, mầm bệnh, COD cao…nếu lượng bùn không xử lý mà xả vào mơi trường chơn lấp gây ảnh hưởng đến mơi trường, diện tích bãi chơn lấp lớn Vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu Cơng nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt đô thị Hà Nội cần thiết phù hợp Khi có giải pháp cơng nghệ xử lý bùn sau phân hủy kỵ khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt đô thị Hà Nội áp dụng vào thực tiễn thì: - Tiết kiệm lượng, - Góp phần giảm lượng bùn thải cần phải xử lý nhiều, giảm gây ô nhiễm môi trường - Từ bùn tạo nguồn tài nguyên mới, tiết kiệm tiền 2.Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu tổng quan bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt đô thị Hà Nội, từ đề xuất giải pháp cơng nghệ xử lý bùn Đưa tốn cụ thể để tìm hướng giải cho khu vực Hà Nội Mục tiêu cụ thể: - Xử lý lượng bùn sau bể phản ứng kị khí, nhằm giảm thể tích bùn tiết kiệm tiền phục vụ việc xả bùn vào môi trường Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội - Giảm ô nhiễm môi trường - Tạo nguồn tài nguyên - Làm phân bón - Làm nguyên liệu 3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Bùn sau qua trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt đô thị Phạm vi nghiên cứu: Thành phố Hà Nội, có hướng tới áp dụng cho đô thị khác Việt Nam 4.Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa: Kế thừa, vận dụng kết nghiên cứu có, phát huy ưu điểm, khắc phục nhược điểm dự án “Nghiên cứu giải pháp thu gom xử lý tổng hợp chất thải theo mơ hình bán tập trung cho thị Việt Nam Nghiên cứu điển hình thành phố Hà Nội” Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập phân tích số liệu: Điều tra, khảo sát trạng khu vực nghiên cứu, phân tích số liệu thu thập Phương pháp thống kê: Xử lý số liệu thuật toán xác suất thống kê Những thông tin tư liệu thu thập bao gồm: thông tin điều kiện tự nhiên, cộng đồng dân cư, kinh tế, xã hội, thông tin liên quan đến trạng môi trường khu vực, sở hạ tầng kỹ thuật khu vực, hệ thống tiêu chuẩn môi trường Nhà nước Việt Nam có liên quan, tài liệu chuyên ngành công nghệ, kỹ thuật môi trường liên quan Phương pháp so sánh: Đối chiếu kết có với tiêu chuẩn hành Phương pháp chuyên gia: Dựa vào hiểu biết kinh nghiệm khoa học mơi trường nhóm chun gia đánh giá Đây phương pháp quan trọng, nhằm sử dụng kỹ Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội chuyên gia có chun mơn sâu lĩnh vực có liên quan để phân tích, đánh giá, dự báo đề xuất giải pháp xử lý 5.Cơ sở khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài nghiên cứu Quá trình lên men kị khí đồng thời hỗn hợp bùn thơ từ bể lắng đợt bùn hoạt tính dư trạm xử lí nước thải với rác hữu (rác sinh hoạt hữu từ hộ gia đình, chợ, nhà hàng, chứa chất béo, thực phẩm dư thừa ) nghiên cứu khẳng định nước Đức Khí Biogas thu gom từ trình xử lí tận dụng vào sản xuất lượng Quá trình phân huỷ hỗn hợp bùn gặp phải vấn đề hiệu suất độ ổn định, mà nguyên nhân bùn bể phốt có chứa hàm lượng Nitơ (N) lớn Giải pháp kỹ thuật cho vấn đề bổ sung rác hữu giàu Cacbon vào hỗn hợp bùn điều chỉnh tỉ lệ phù hợp C: N: P Một số nghiên cứu việc thêm rác thải hữu vào bể phân hủy bùn khơng gây ảnh hưởng tiêu cực đến tính ổn định nhiệt độ bể phản ứng Nếu trộn bùn rác hữu theo tỉ lệ 1:1 lượng chất phân hủy tăng lên khoảng gấp lần so với trường hợp việc có hỗn hợp bùn Bên cạnh đó, chế độ lên men nóng cho phép tiêu diệt mầm bệnh đạt hiệu suất sinh học cao, thời gian xử lí rút ngắn, đòi hỏi lượng quần thể vi sinh vật phù hợp Khí sinh học thu từ trình phân hủy sinh học nguồn lượng cấp cho bể phản ứng Các nghiên cứu sâu vi sinh vật học cho phép đưa giải pháp thông số kỹ thuật phù hợp Nước xám nước đen nước ngưng từ trình xử lí bùn, rác cịn chứa nhiều tạp chất, cần xử lí đạt tiêu chuẩn TCVN 5945-2005 (cột A, B) QCVN 14/2008-BTNMT trước tái sử dụng cho mục đích khác thị Các hướng giải dịng vật chất là: cơng nghệ bùn hoạt tính theo mẻ SBR, cơng nghệ lọc màng sinh học MBR, lọc cát sinh học, bãi lọc trồng cây, vi lọc MF Nghiên cứu phân tích lựa chọn giải pháp cơng nghệ thích hợp cho điều kiện Hà Nội đô thị khác Việt Nam Quá trình khảo sát thực tế, thử nghiệm vận hành pilot tổng hợp, phân tích thơng tin cho phép xác định thành phần, tính chất tỷ lệ phối trộn loại nguyên liệu, thu gom từ nhiều loại nguồn phát sinh khác nhau, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội thông tin lượng chất dòng vật chất đầu ra, yêu cầu xử lí tiếp theo, giá trị tái sử dụng mục đích tận dụng nước thải sau xử lí để tưới, rửa, tận dụng biogas sản xuất điện, bùn ủ làm phân bón nơng nghiệp, … làm sở cho việc đề xuất xây dựng mơ hình xử lý chất thải sinh hoạt Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội 6.Cấu trúc luận văn MỞ ĐẦU CHƯƠNG I CHƯƠNG II CHƯƠNG III KẾT LUẬN Giới thiệu chung đề tài - Lý chọn đề tài - Mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Hiện trạng, thành phần, tính chất chất thải sinh hoạt Hà Nội - Hiện trạng chất thải sinh hoạt Hà Nội - Thành phần, tính chất dòng, chất thải đưa vào trạm xửa lý Tổng quan giải pháp công nghệ xử lý bùn sau phân hủy kị khí - Nghiên cứu q trình xử lý chất thải phương pháp sinh học kị khí - Tồng quan giải pháp cơng nghệ xử lý bùn sau bể xử lý kị khí - Đưa nhận xét:để tìm phương án dây chuyền cơng nghệ thích hợp cho việc xử lý bùn Hà Nội Nghiên cứu lựa chọn tính tốn áp dụng thử giải pháp công nghệ xử lý bùn thích hợp Hà Nội - Đanh giá nguồn đâu vào khu vực tính tốn - Lựa chọn giải pháp cơng nghệ xử lý bùn khu vực tính tốn - Tính tốn hệ thống xử lý bùn - Nhận xét kết Đề xuất giải pháp công nghệ xử lý bã bùn Hà Nội Kết luận kết nghiên cứu kiến nghị Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội CHƯƠNG 1:HIỆN TRẠNG, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CHẤT THẢI SINH HOẠT HÀ NỘI 1.1 Hiện trạng chất thải sinh hoạt Hà Nội 1.1.1.Hiện trạng thu gom xử lý chất thải đô thị Thành phố Hà Nội với số dân khoảng 3,5 triệu người lượng chất thải rắn tạo năm 2003 vào khoảng 620.000 chất thải sinh hoạt Tính bình qn lượng chất thải tạo đầu người 0,57 kg/ngày, tỷ lệ thấp thành phố lớn khu vực châu Á với tỉ lệ trung bình từ 0,9 đến 1,5 kg/người/ngày Với phát triển kinh tế chất lượng sống nâng cao, lượng chất thải rắn tạo tăng tương ứng Lấy ví dụ, tính từ năm 2000 đến năm 2003, tỉ lệ chất thải rắn thành phố Hà Nội tăng 9% Nếu tỉ lệ tăng liên tục, lượng chất thải rắn ước tính khoảng kg/ngày/người vào cuối thập kỷ tương đương với thành phố lớn châu Á Đây trở thành mối đe dọa nghiêm trọng bãi chôn lấp chất lượng môi trường Chất thải hữu Hà Nội chiếm khoảng 42 đến 51% lượng chất thải rắn Nếu lượng chất thải hữu chuyển thành dạng sản phẩm có giá trị lượng chất thải đổ bãi chơn lấp giảm đáng kể Ngồi ra, cách tiếp cận mang lại lợi ích đáng kể việc giảm chi phí xử lý nước rác tạo từ chất thải hữu bãi chơn lấp Đồng thời mơ hình cho hệ thống cấu quản lý chất thải rắn cách hiệu Một điểm quan trọng tạo giá trị từ chất thải bị loại bỏ, giảm chi phí cho việc xử lý rác, đồng thời tạo mơ hình sinh thái bền vững thủ đô Hiện nay, Hà Nội có bãi chơn lấp có bãi rác Nam Sơn bãi Lâm Du hoạt động, bãi rác Lâm Du chủ yếu dùng để chôn lấp rác xây dựng Bãi rác Nam Sơn, cách thành phố Hà Nội khoảng 65km, quản lý tương đối tốt việc xử lý nước rác vấn đề xúc cần phải giải Bên cạnh đó, tăng đáng kể khối lượng rác hàng năm dẫn đến tình trạng tải bãi chôn lấp Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Việc thu thập tái chế loại chất thải bán giấy, bìa carton, nhựa, nhơm kim loại thải khác thu gom tái chế Tuy nhiên, chất thải hữu không tái chế, đồng thời khơng có biện pháp để giải vấn đề cách kinh tế đem chôn lấp đem thiêu đốt Một phần chất thải hữu tận dụng để chế biến thành phân compost nhà máy sản xuất phân compost Cầu Diễn Việc xử lý chất thải hữu chất thải rắn đô thị để sản xuất phân compost áp dụng để xử lý chất thải hữu nước phát triển Tuy nhiên, phương pháp mặt hạn chế Một trở ngại mùi phát sinh trình ủ, trình ủ diễn thời gian dài (36 – 39 ngày) Một trở ngại khác thị trường sử dụng phân compost sản xuất từ chất thải hạn chế phân compost không đủ thành phần dinh dưỡng để làm phân bón, thường sử dụng để cải tạo đất dùng lớp đất bề mặt Việc đề xuất cơng nghệ thích hợp để xử lý chất hữu thành thức ăn hữu phân bón sinh học chất lượng cao, thay phân bón hóa học, nâng cao suất trồng vấn đề cần phải quan tâm triển khai tương lai 1.1.2.Hiện trạng hệ thống thoát nước tình hình ngập úng Tình hình nước thành phố Hà Nội vấn đề thiết.Với trạm bơm thoát nước, tuyết cống thoát nước chưa đáp ứng khả tiêu thoát nước.Dù Hà Nội có dự án cải tạo hệ thống nước khơng hiệu quả,tinh hình ngập úng xảy trận mưa lớn xảy thường xuyên Quyết định 430/QĐ-TTg ngày 07/6/1995 phê duyệt Quy hoạch tổng thể Thoát nước Hà Nội đến 15 năm Trong thời gian qua ta thấy hiệu dự án bước đầu việc kè lại bờ sơng nước Một vài năm gần ảnh hưởng tượng ô nhiễm môi trường, thời tiết thất thường, Hà Nội xảy nhiều trận mưa lớn bất thường với lưu lượng lớn Điều gây nên nhiều tượng ngập lụt lớn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 10 Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Hình 1: Bể phân hủy kị khí hãng Passavant Roediger (Đức) Khí đốt tạo bể mêtan có độ ẩm lớn có khả ăn mịn mạnh.Để dẫn khí đốt khỏi bể mêtan cần thiết kế mạng lưới riêng biệt.Mạng lưới thường làm ống thép có phủ lớp chống ăn mịn.Vì lượng khí đốt từ bể mêtan đưa vào mạng lưới khơng điều hịa, nên thường cuối mạng lưới người ta đặt bể chứa khí đốt để cân áp suất khí đốt mạng lưới.Khí mêtan thu q trình lên men cặn sử dụng cho nhu cầu trạm xử lý:làm nhiên liệu cho nồi để hâm nóng cặn, cấp nhiên liệu cho khu nhà làm việc trạm vùng dân cư gần trạm, làm nhiên liệu để chạy số động dùng khí đốt Tính tốn bể chứa bùn: TÍNH TỐN BỂ CHỨA BÙN Thơng số tính tốn Bể chứa bùn cơng nước Lưu lượng bùn Thời gian lưu bùn Thể tích bể chứa Công thức - Ký hiệu Qbc tbc Vbc=Qb*tbc Giá trị = = = Đơn vị Tham chiếu 43.0 m3/ngđ ngđ 86 m3 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 85 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Số bể chứa Thể tích bể chứa Kích thước bể Dài Rộng Sâu nbc V = Vbc/nbc = = bể 43.0 m3 A B H = = = m 10.8 m m Tính tốn máy quay li tâm: Máy quay ly tâm Hình 2: Sơ đồ nguyên lý máy quay ly tâm Máy quay ly tâm sử dụng lực quay ly tâm quay với tốc độ cao nhằm loại bỏ nước hỗn hợp bùn lỗng Bùn loại bỏ nước thu bát thu chất rắn hình bán, Những bát thu xếp thành dãy nối tiếp dọc theo thành máy quay Bùn bơm vào theo chiều ngang ô thu quay với tốc độ 1600 – 2000 vòng/phút Do lực quay ly tâm, chất rắn hỗn hợp bùn có trọng lượng lớn ban đầu quay theo máy, nén dần thành máy bị đẩy dần phía ngồi, nơi chúng dẫn ngồi rãnh vận chuyển hình xốy phía cuối thiết Chất lỏng dẫn phía đầu vào bể chứa Thiết bị quay ly tâm có kích thước nhỏ, gọn u cầu khơng gian Điện tiêu thụ từ 0.75-1.2 kW/tấn bùn xử lý Bánh bùn khô thu từ máy quay ly tâm, có độ ẩm từ 60-80% Tính tốn ủ phân compst: Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 86 Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Sơ đồ dây chuyển ủ phân compost:xem vẽ Các yếu tố ảnh hưởng đến trình ủ compost *Các yếu tố vật lý -Nhiệt độ Nhiệt khối ủ sản phẩm phụ phân hủy hợp chất hữu visinh vật, phụ thuộc vào kích thước đống ủ, độ ẩm, khơng khí tỷ lệ C/N, mức độxáotrộnvànhiệt độmơitrườngxungquanh.Nhiệt độ hệ thống ủ khơng hồn tồn đồng suốt trình ủ,phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo vi sinh vật thiết kế hệ thống.Nhiệt độ yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính vi sinh vật trongquá trình chế biến phân hữu thơng số giám sát điềukhiển q trình ủ CTR Trong luống ủ, nhiệt độ cần trì 55 – 65độ C, nhiệt độnày, trình chế biến phân hiệu mầm bệnh bị tiêu diệt Nhiệt độ tăngtrên ngưỡng này, ức chế hoạt động vi sinh vật Ở nhiệt độ thấp hơn, phân hữucơ không đạt tiêu chuẩn mầm bệnh Nhiệt độ luống ủ điều chỉnh nhiều cách khác hiệuchỉnh tốc độ thổi khí độ ẩm, lập khối ủ với mơi trường bên cáchche phủ hợp lý - Độ ẩm Độ ẩm (nước) yếu tố cần thiết cho hoạt động vi sinh vật quátrình chế biến phân hữu Vì nước cần thiết cho trình hồ tan dinh dưỡng vàongun sinh chất tế bào.Độ ẩm tối ưu cho trình ủ phân CTR nằm khoảng 50-60% Các vi sinhvật đóng vai trị định trình phân hủy CTR thường tập trung lớpnước mỏng bề mặt phân tử CTR Nếu độ ẩm nhỏ (< 30%) hạn chếhoạt động vi sinh vật, độ ẩm lớn (> 65%) trình phân hủy sẽchậm lại, chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí q trình thổi khí bị cản trở dohiện tượng bít kín khe rỗng khơng cho khơng khí qua, gây mùi hơi, rị rỉ chấtdinh dưỡng lan truyền vi sinh vật gây bệnh Độ ẩm ảnh hưởng đến thay đổi nhiệt độ trình ủ nước có nhiệt dung riêng cao tất vật liệu khác.Độ ẩm thấp điều chỉnh cách thêm nước vào Độ ẩm cao điềuchỉnh cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 87 Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội như: mạt cưa, rơm rạ…Thông thường độ ẩm phân bắc, bùn phân động vật thường cao giá trịtối ưu, cần bổ sung chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đốivới hệ thống sản xuất phân hữu liên tục, độ ẩm khống chế cách tuầnhồn sản phẩm phân hữu sơ đồ: -Kích thước hạt Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phân hủy hiếu khíxảy bề mặt hat, hạt có kích thước nhỏ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽtăng tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy Tuy nhiên, kích thước hạtquá nhỏ chặt làm hạn chế lưu thơng khí đống ủ, điều làm giảm oxycần thiết cho vi sinh vật đống ủ giảm mức độ hoạt tính vi sinh vật.Ngược lại, hạt có kích thước q lớn có độ xốp cao tạo rãnh khí làm chosự phân bố khí khơng đều, khơng có lợi cho q trình chế biến phân hữu Đường kính hạt tối ưu cho trình chế biến khoảng – 50mm Kích thước hạt tối ưu có thểđạt nhiều cách cắt, nghiền sàng vật liệu thô ban đầu CTR đô thị vàCTR công nghiệp phải nghiền đến kích thước thích hợp trước làm phân.Phân bắc, bùn phân động vật thường có kích thước hạt mịn, thích hợp cho qtrình phân hủy sinh học -Độ xốp Độ xốp yếu tố quan trọng trình chế biến phân hữu Độ xốptối ưu thay đổi tuỳ theo loại vật liệu chế biến phân Thơng thường, độ xốp cho q rình chế biến diễn tốt khoảng 35 – 60%, tối ưu 32 – 36%.Độ xốp CTR ảnh hưởng trực tiếp đến trình cung cấp oxy cần thiết chosự trao đổi chất, hô hấp vi sinh vật hiếu khí oxy hóa phần tử hữu diện vật liệu ủ Độ xốp thấp hạn chế vận chuyển oxy, nên hạnchế giải phóng nhiệt làm tăng nhiệt độ khối ủ Ngược lại, độ xốp cao cóthể dẫn tới nhiệt độ khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt.Độ xốp điều chỉnh cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ lệtrộn hợp lý.Kích thước hình dạng hệ thống ủ phân rác Kích thước hình dạng đống ủ có ảnh hưởng đến kiểm số t nhiệtđộ độ ẩm khả cung cấp oxy Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 88 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội -Thổi khí Khối ủ cung cấp khơng khí từ mơi trường xung quanh để vi sinh vật sửdụng cho phân hủy chất hữu cơ, làm bay nước giải phóng nhiệt.Nếu khí khơng cung cấp đầy đủ khối ủ có vùng kị khí,gây mùi hơi.Lượng khơng khí cung cấp cho khối phân hữu thực cách: •Đảo trộn •Cắm ống tre •Thải chất thải từ tầng lưu chứa cao xuống thấp •Thổi khí.Q trình đảo trộn cung cấp khí khơng đủ theo cân tỉ lượng Điều kiệnhiếu khí thỏa mãn lớp cùng, lớp bên hoạt động mơitrường tuỳ tiện kị khí Do đó, tốc độ phân hủy giảm thời gian cần thiết để q trình ủ phân hồn tất bị kéo dài.Cấp khí phương pháp thổi khí đạt hiệu phân hủy cao Tuy nhiên,lưu lượng khí phải khống chế thích hợp Nếu cấp nhiều khí dẫn đến chiphí cao gây nhiệt khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo an tồn vìcó thể chứa vi sinh vật gây bệnh Khi pH môi trường khối phân lớn 7,cùng với q trình thổi khí làm thất nitơ dạng NH3 Trái lại, thổikhí q ít, mơi trường bên khối phân trở thành kị khí Vận tốc thổi khí cho qtrình ủ phân thường khoảng –10m3 khí/tấn ngun liệu/h *Các yếu tố hóa sinh -Tỷ lệ C/N Có nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến q trình phân hủy vi sinh vật: trongđó cacbon nitơ cần thiết nhất, tỉ lệ C/N thông số dinh dưỡng quan trọng nhất;P h o t p h o ( P ) l n g u yê n t ố q u a n t r ọ n g k ế t i ế p ; L u h u ỳn h ( S ) , c a n x i ( C a ) v c c nguyên tố vi lượng khác đóng vai trị quan trọng trao đổi chất tế bào.Khoảng 20% - 40%C chất thải hữu (trong chất thải nạp liệu) cần thiếtc h o q u t r ì n h đ n g h o t h n h t ế b o m i , p h ầ n c ò n l i c h u yể n h o t h n h C O Cacbon cung cấp lượng sinh khối để tạo khoảng 50% khối lượngtế bào vi Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 89 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội sinh vật Nitơ thành phần chủ yếu protein, acid nucleic, acid amin,enzyme, co-enzyme cần thiết cho phát triển hoạt động tế bào.Tỷ lệ C/N tối ưu cho trình ủ phân rác khoảng 30:1 Ở mức tỷ lệ thấp hơn,nitơ thừa sinh khí NH3, nguyên nhân gây mùi khai Ở mức tỷ lệ cao hơn,sự phân hủy xảy chậm.Tỷ lệ C/N chất thải khác trình bày bảng sau Trừ phânngựa khoai tây, tỷ lệ C/N tất chất thải khác phải điềuchỉnh để đạt giá trị tối ưu trước tiết hành làm phân Bảng:Tỷ lệ C/N chất thải Bảng:Tỷ lệ C/N chất thải Stt Chất thải 10 11 12 13 14 15 16 N(%khối lượng khô) Phân bắc Nước tiểu Máu Phân động vật Phân bò Phân gia cầm Phân cừu Phân heo Phân ngựa Bùn cống thải khô Bùn cống phân hủy Bùn hoạt tính Cỏ cát xén Chất thải rau Cỏ hỗn hợp Lá khoai tây 17 Trấu lúa mì 18 Trấu lúa mạch 19 Mạt cưa Chongrak, 1996 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Tỷ lệ C/N 15-18 10 _14 1.7 6.3 3.8 3.8 2.3 6_10 0.8 4.1 18 15 25 _7 11 2.4 _6 12_15 2.5 -4 2.4 1.5 11_12 19 25 128150 48 200500 0.3-0.5 0.1 0.1 Trang 90 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Khi bắt đầu trình ủ phân rác, tỷ lệ C/N giảm dần từ 30:1 xuống 15:1 sản phẩm cuối hai phần ba carbon giải phóng tạo CO2 hợp chất hữu bị phân hủy vi sinh vật.Mặc dù đạt tỷ lệ C/N khoảng 30:1 mục tiêu tối ưu q trình ủ phân rác,nhưng tỷ lệ hiệu chỉnh theo giá trị sinh học vật liệu ủ, đóquan trọng cần quan tâm tới thành phần có hàm lượng lignin cao.Trong thực thế, việc tính tốn hiệu chỉnh xác tỉ lệ C/N tối ưu gặp phảikhó khăn lý sau: •Một phần chất cellulose lignin khó bị phân hủy sinh học,chỉ bị phân hủy sau khoảng thời gian dài •Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật không sẵn có •Q u t r ì n h c ố đ ị n h N c ó t h ể x ả y r a d i t c d ụ n g c ủ a n h ó m v i k h u ẩ n Azotobacter, đặc biệt có mặt đủ PO43•Phân tích hàm lượng C khó đạt kết xác.Hàm lượng cacbon xác định theo phương trình sau %C = (100-%tro) /1.8 % C phương trình lượng vật liệu lại sau nung nhiệt độ550 độ C t r o n g g i D o đ ó , m ộ t s ố c h ấ t t h ả i c h ứ a p h ầ n l n n h ự a ( l t h n h p h ầ n b ị phân hủy 550độ C) có giá trị %C cao, đa phần khơng có khả phân hủysinh họcNếu tỷ lệ C/N CTR làm phân cao giá trị tối ưu, hạn chế phát triểncủa vi sinh vật thiếu N Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hoá, oxy hoáphân carbon dư đạt tỷ lệ C/N thích hợp Do đó, thời gian cần thiết choq u t r ì n h l m p h â n b ị k é o d i h n v s ả n p h ẩ m t h u đ ợ c c h ứ a í t m ù n h n T h e o nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ C/N ban đầu 20, thời gian cần thiết cho trìnhlàm phân 12 ngày, tỷ lệ dao động khoảng 20 – 50, thời gian cần thiếtlà 14 ngày tỷ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết 21 ngày - Oxy Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 91 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Oxy thành phần cần thiết cho trình ủ phân rác.K h i v i s i n h v ậ t o x y h ó a c a r b o n t o n ă n g l ợ n g , o x y s ẽ đ ợ c sử dụng khí CO2 sinh Khi khơng có đủ oxy trở thành q trình yếm khí tạo mùihơi mùi trứng gà thối khí H2S.Các vi sinh vật hiếu khí sống nồng độ oxy 5% Nồng độ oxylớn 10% coi tối ưu cho trình ủ phân rác hiếu khí - Dinh dưỡng Cung cấp đủ photpho, kali chất vô khác Ca, Fe, Bo, Cu, cầnthiết cho chuyển hóa vi sinh vật Thông thường, chất dinh dưỡng k h n g c ó g i i h n b i c h ú n g h i ệ n d i ệ n p h o n g p h ú t r o n g c c v ậ t l i ệ u l m n g u n nguyên liệu cho trình ủ phân rác - pH Giá trị pH khoảng 5,5 – 8,5 tối ưu cho vi sinh vật trình ủphân rác Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ hợp chất hữu thải acid hữucơ Trong giai đầu trình ủ phân rác, acid bị tích tụ kết làmgiảm pH, kìm hãm phát triển nấm vi sinh vật, kìm hãm phân hủy ligninvà cellulose Các acid hữu tiếp tục bị phân hủy trình ủ phân rác Nếuhệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ acid làm pH giảm xuống đến 4,5 vàgây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động vi sinh vật - Vi sinh vật Chế biến phân hữu trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vậtkhác Vì sinh vật trình chế biến phân hữu bao gồm: actinomycetesvà vi khuẩn Những loại vi sinh vật có sẵn chất hữu cơ, bổ sungthêm vi sinh vật từ nguồn khác để giúp trình phân hủy xảy nhanh hiệuquả - Chất hữu Vận tốc phân hủy dao động tuỳ theo thành phần, kích thước, tính chất chấthữu Chất hữu hồ tan dễ phân hủy chất hữu khơng hồ tan Ligninvà ligno – cellulosics chất phân hủy chậm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 92 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Các thơng số quan trọng q trình làm phân hữu hiếu khí Stt Thơng số Giá trị Q trình ủ đạt hiệu tối ưu kích Kích thước thước CTR khoảng 25 – 75mm Tỉ lệ C:N tối ưu dao động khoảng 25 - 50 Ở tỉ lệ thấp hơn, dư NH3 hoạt tính sinh học giảm Tỷ lệ C/N Ở tỉ kệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế Pha trộn Thời gian ủ ngắn Nên kiểm soát phạm vi 50 – 60% Độ ẩm suốt trình ủ.Tối ưu 55% Nhằm ngăn ngừa tượng khơ, đóng bánh tạo thành rảnh khí, q trình làm phân hữu cơ, CTR phải xáo trộn định kỳ Tần Đảo trộn suất đảo trộn phụ thuộc vào trình thực Nhiệt độ phải trì khoảng 50 – 55 độ C vài ngày đầu 55-60 độ C ngày sau Nhiệt độ đó.Trên 66 độ hoạt tính vi sinh vật giảm đáng kể Kiểm soát mầm bệnh Nhiệt độ 60-70 độ C,các mầm bệnh bị tiêu diệt Lượng oxy cần thiết tính tốn dựa cân tỷ lượng Nhu cầu Khơng khí chứa oxy cần thiết phải tiếp xúc khơng khí với tất cácphần CTR làm phân Tối ưu: – 7,5 Để hạn chế bay Nitơ dạng NH3 pH ,pHkhông vượt 8,5 Mức độ phân 10 hủy Đánh giá qua giảm nhiệt độ vào thời gian cuối Diện tích đất 11 u cầu Cơng suất 50T/ngày cần 1hecta đất Nguồn: Tchobanoglous cộng sự, 1993 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 93 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội TÍNH TỐN Ủ PHÂN COMPOST Thơng số tính tốn Bùn Khối lượng bùn Độ ẩm bùn Tỷ lệ C/N Khối lượng bùn tính theo trọng lượng khô %N Tổng chất rắn Chất rắn bay Rơm Độ ẩm Tỷ lệ C/N Trọng lượng riêng N Tính tốn %C bùn Vậy 1kg bùn có Đặt x số kg trộn với 1kg bùn khơ Hàm lượng N rơm Hàm lượng C rơm Lúc tổng lượng C Lúc tổng lượng N Mà tỷ lệ hợp lý Ta có x Vậy 1kg bùn cần 23.5kg rơm Tổng lượng rơm khô cần Lượng phân sinh khoảng 50% tổng khối lượng khô Công thức Ký hiệu N Wb d c b a Cb Nn Nr =x*(a/100) Cr =x*(a/100)*c Ct =Cb+Cr Nt = Nb +Nr Ct/Nt Giá trị = = = = = = = = = = = = = = = = = Đơn vị 3.6384 T/ngđ 60% 1.4553 T/ngđ 2.40% 40% 60% 4.0384 50% 80/1 kg/m 100 0.2 33.33 % 0.33 kg 0.165 kg = = = = = = = 34.20 Tấn = 17.83 Tấn 30 23.5 kg Tính tốn đốt bùn lấy nhiệt lượng: Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 94 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Năng lượng sinh trình đốt dạng nhiệt từ phản ứng oxy hố hồn tồn số hợp chất hữu có rác thải với oxy khơng khí Sau thu hồi, nhiệt chuyển hoá thành điện năng, dạng lượng sạch, để dùng hệ thống xử lý bùn rác Nhiệt lượng tạo trình đốt hình thành chất khí nguy hại phụ thuộc vào lượng oxy cung cấp Do vậy, cấp khí cho lị đốt phải đầy đủ để bảo đảm lượng nguyên liệu bùn đưa vào cháy hồn tồn, đặc biệt lị đốt gián đoạn cấp Các khí tạo trình đốt rác gồm CO2, CO, nước, NOX… Lượng khơng khí cấp cho lị đốt khác tùy thuộc vào độ ẩm rác, nhiệt trị rác cơng nghệ đốt Lị đốt thường thiết kế cho nhiệt độ đốt đạt đến 1.800oF 2.000oF (982oC – 1.093oC) Lựa chọn nhiệt độ cho đảm bảo qua trình đốt tối ưu, hồn tồn khơng tạo khí có mùi ( > 1.500 oF # 820oC ), khí độc hại dioxin (>850OC) hệ thống vỏ lị đốt đảm bảo an tồn Nếu lượng khơng khí cung cấp thừa, nhiệt vận hành lò đốt bị giảm Cuối thời gian lưu chất cháy lò Thời gian tối ưu để đảm bảo lò đốt hoạt động hiệu q trình cháy hồn tồn tối thiểu phải giây Một số công nghệ thường dùng dự án đốt rác có thu hồi lượng sau: - Công nghệ đốt gián đoạn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 95 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội - Công nghệ đốt liên tục - Công nghệ đốt tạo nhiên liệu Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ đốt: TÍNH TỐN ĐỐT BÙN LẤY NĂNG LƯỢNG NHIỆT Cơng thức - Ký Thơng số tính tốn hiệu Khối lượng bùn N Độ ẩm bùn Wb Lượng than trộn T Độ ẩm than Wt Khối lượng than bùn Ntb Độ ẩm than bùn Wtb Độ ẩm than bùn cháy Wtbc Khối lượng than bùn cháy Nc Khối lượng than bùn vô Ncvc Khối lượng than bùn hữu Nchc Lượng nhiệt đơn vị Qk Lượng nhiệt sinh Q = = = = = = = = = = = = Giá trị 3.6384 60% 72.768 20% 3.711168 59% 40% 2.535965 1.014386 1.521579 2000 3043158 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Đơn vị T/ngđ Tham chiếu kg/ngđ T/ngđ T/ngđ T/ngđ T/ngđ kcal/kg kcal Trang 96 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội Áp dụng hệ thống đốt bùn có thu hồi lượng đạt hiệu tích cực sau: Giảm khối lượng chất thải cần chơn lấp: tro cịn lại sau đốt chiếm từ 20 - 40% khối lượng rác ban đầu Điều kéo dài chu kỳ hoạt động cuả bãi chôn lấp rác lên từ 15 - 20 lần Giảm hiệu ứng nhà kính cách đáng kể q trình cháy hồn tồn phát sinh CH4 Khí thải từ việc đốt bùn kiểm sốt kỹ quy trình phù hợp Do vậy, chất ô nhiễm phát thải môi trưòng bị hạn chế Thiêu hủy hoàn toàn chất hữu cơ, tránh mùi hôi phát sinh từ trinh phân hủy hợp chất Cùng với lợi ích đạt việc giảm khối lượng bùn thải kiểm sốt nhiễm, q trình chuyển hố rác thành lượng tận dụng triệt để loại vật liệu có nhiệt trị cao lẫn rác thép, nhôm, giấy… tạo nguồn lượng đáng kể thông qua hệ thống máy phát điện chạy tuabin nước 3.4 Nhận xét kết quả.Đề xuất giải pháp công nghệ xử lý bùn sau phân hủy kị khí Hà Nội Từ tính tốn phương án đốt bùn lấy lượng ủ phân compost.Cả phương án có ưu nhược điểm Tùy theo nhu cầu khu vực địa bàn Hà Nội chi phí đầu tư ban đầu mà ta chọn phương án thích hợp Đề xuất phương án địa bạn Hà Nội: 50% lượng bùn sinh ủ phân compost 50% lượng bùn sinh đốt lấy nhiên liệu Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 97 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua kết nghiên cứu cho phép rút số kết luận: -Hầu hết thị Việt Nam nói chung thành phố Hà Nội nói riêng chưa có hệ thống quản lý bùn rác thải đồng hoàn chỉnh.Bùn rác thải sau thu gom thường xử lý sơ chôn lấp trực tiếp -Xử lý phối trộn bùn rác thải hữu thể nhiều ưu điểm đặ biệt điều kiện Việt Nam + Cùng lúc hai loại chất thải xử lý cùng, cơng trình +Sự phối trộn hai loại chất thải đảm bảo đạt tỷ lệ C/N tối ưu cho trình ủ -Nếu lượng bùn thải ( bùn cống, bùn bể tự hoại, bùn trạm xứ lý), rác hữu khơng qua q trình phân hủy kị khí, có dung tích lớn.Diện tích bãi để chơn lấp lượng bùn rác thải lớn Sau trình phân hủy kị khí, dung tích bùn, rác thải nhỏ nhiều.Việc xử lý quản lý đơn giản nhiều, diện tích bãi chơn lấp nhỏ nhiều, gây nhiễm mơi trường - Luận văn nghiên cứu đề xuất phương án xử lý bùn sau phân hủy kị khí - Tính tốn sơ với khu vực, đưa quy mô, công suất xử lý Kiến nghị Hà Nội nơi tập trung dân số đông, tập trung khu công nghiệp dịch vụ.Nên vấn đề xử lý bùn rác thải vấn đề lớn Hiện có nhiều phương pháp xử lý bùn rác thải Nhưng hi vọng phương pháp ủ phối trộn bùn rác hữu đóng góp phần nhỏ việc nâng cao hiệu bảo vệ môi trường Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 98 Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý bùn sau q trình phân hủy kị khí hệ thống xử lý tổng hợp chất thải sinh hoạt Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO - Dự án:Giải pháp quản lí tổng hợp chất thải thị theo mơ hình bán tập trung.Nghiên cứu điển hình Hà Nội Việt Nam - Xử lý sử dụng bùn – phân bùn.TS Nguyễn Thị Loan.TS Nguyễn Việt Anh - Xử lý Nước thải - Quản lý phân bùn từ cơng trình vệ sinh.PGS.TS.Nguyễn Thị Kim Thái, GS.TS.Trần Hiếu Nhuệ, PGS.TS.Ứng Quốc Dũng Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành công nghệ môi trường Trang 99