66 Trang 7 BNN Bộ Nông nghiệpBTNMT Bộ Tài nguyên Môi trườngBYds Năng suất biogas theo lượng phân giải vật chất hữu cơBYfs Năng suất biogas theo khối lượng bùn tươiCDM Clean Development
TỔNG QUAN
Tổng quan về bùn thải đô thị
Bùn thải là sản phẩm cuối cùng hoặc các vật chất còn lại từ quá trình xử lý nước thải dân dụng và công nghiệp, cũng như từ các quy trình xử lý nước sạch khác Bùn có thể tồn tại dưới dạng rắn, hỗn hợp bán rắn hoặc lỏng, tùy thuộc vào công nghệ xử lý áp dụng Thuật ngữ này thường được dùng để chỉ chất rắn tách biệt với huyền phù trong nước, với thành phần đồng nhất và kích thước hạt nhỏ hơn 2mm, đồng thời chứa lượng nước lớn giữa các khoảng trống của hạt rắn, có độ ẩm vượt quá 70%.
Quá trình xử lý nước thải giúp tách các chất gây ô nhiễm và chuyển chúng thành bùn, cho phép nước sạch được tái sử dụng Tuy nhiên, việc xử lý bùn thải gặp nhiều khó khăn do khối lượng lớn, thành phần đa dạng, độ ẩm cao và khó lọc Chi phí xử lý và thải bùn chiếm khoảng 25 - 50% tổng chi phí quản lý chất thải.
Bùn thải đô thị (MSS) là loại bùn được hình thành từ quá trình xử lý nước đô thị, chủ yếu từ nước thải sinh hoạt và một số loại nước thải khác Các dạng bùn này bao gồm bùn từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, bùn bể tự hoại, bùn từ sông hồ, cống rãnh thoát nước, và có thể cả bùn thải từ hoạt động công nghiệp trong khu vực đô thị.
Khái niệm “bùn thải” đã được quy định trong các văn bản pháp luật Việt Nam, cụ thể là theo QCVN 50: 2013/BTNMT, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước Bùn thải được định nghĩa là hỗn hợp các chất rắn, được tách, lắng, tích tụ và thải ra từ quá trình xử lý nước.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Bùn có thể được phân loại dựa trên nguồn gốc và thành phần của nó Theo nguồn gốc, bùn được chia thành các loại như bùn thải từ trạm và nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, bùn từ trạm và nhà máy xử lý nước thải công nghiệp, bùn hệ thống thoát nước, bùn cống rãnh, kênh rạch, bùn nạo vét sông hồ, cũng như bùn hố ga và bể phốt Về thành phần, bùn thải được phân loại dựa vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước thải và phương pháp làm sạch, bao gồm xử lý vật lý, hóa lý và sinh học, dẫn đến một số loại bùn chính khác nhau.
Bùn hữu cơ ưa nước là loại bùn phổ biến nhất, với hàm lượng chất hữu cơ cao và chất bay hơi có thể đạt tới 90% tổng khối lượng chất khô Tính ưa nước của loại bùn này được hình thành nhờ sự hiện diện của một lượng lớn các chất keo ưa nước.
Bùn vô cơ ưa nước là loại bùn có hàm lượng chất hữu cơ thấp, chứa hydroxyt kim loại được hình thành từ quá trình xử lý hóa lý, nhằm kết tủa ion kim loại như Al, Fe, Zn, và Cr có trong nước Bùn này cũng có thể được tạo ra từ việc sử dụng các chất kết bông vô cơ như muối ferreux, ferit hoặc muối nhôm.
Bùn chứa dầu là loại bùn có một lượng nhỏ dầu hoặc mỡ khoáng chất, có thể là từ động vật Các chất này tồn tại dưới dạng nhũ tương hoặc được hấp thụ vào các phần tử bùn ưa nước.
Bùn vô cơ kị nước chủ yếu bao gồm các thành phần vô cơ với khả năng giữ nước thấp, chẳng hạn như cát, bùn phù sa, xỉ và muối đã kết tinh.
- Bùn vô cơ ưa nước – kị nước
1.1.3 Nguồn gốc của bùn thải
Bùn thải được phát sinh từ nhiều nguồn [4, 36]:
Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải đô thị được hình thành khi nước thải sinh hoạt được chuyển đến các nhà máy xử lý Qua các quy trình xử lý, các vật chất rắn được tách biệt khỏi huyền phù trong nước, tạo ra bùn thải.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Bùn thải từ hệ thống thoát nước bao gồm các chất thải lỏng và nước thải từ nhà vệ sinh, nhà bếp, bồn rửa, cống rãnh công nghiệp và nước mưa dư thừa không được hấp thụ bởi mặt đất Những chất thải này được thu thập và vận chuyển qua hệ thống thoát nước thành phố, bao gồm cống rãnh, kênh rạch và sông hồ, tới nơi tiếp nhận nước Bùn sinh ra từ quá trình này là kết quả của các vật chất lắng đọng trong hệ thống cống và hoạt động của vi sinh vật sống trong các hệ thống này.
Bùn thải từ hố ga và bể phốt là loại chất thải cùng nước thải phát sinh từ hoạt động sinh hoạt của con người và các hộ gia đình, được tích tụ trong các hố ga và bể phốt.
Ngoài ra còn một lượng bùn thải nhỏ phát sinh từ công nghiệp, xây dựng và một số nguồn khác trong hoạt động và phát triển của đô thị.
1.1.4 Đặc điểm, tính chất của bùn thải
Hơn 60.000 chất và hợp chất đã được tìm thấy trong bùn thải và nước thải, được đặc trưng bởi sáu nhóm chính: (1) hợp chất hữu cơ, (2) các thành phần có chứa nitơ và phốt pho, (3) các chất ô nhiễm độc hại vô cơ và hữu cơ, (4) tác nhân gây bệnh và các chất ô nhiễm vi sinh vật khác, (5) các hợp chất vô cơ, như silicat, aluminat, các hợp chất có chứa canxi và magiê, và (6) nước [24, 26].
Stephen Lester từ CHEJ đã tổng hợp thông tin từ các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell và Hiệp hội Kỹ sư Xây dựng, xác định rằng bùn thải chứa nhiều độc tố nguy hiểm.
- Clo thuốc trừ sâu bao gồm DDT, dieldrin, aldrin, endril, chlordane, heptachlor, Lindane, mirex, kepone, 2,4,5-T, 2,4-D.
- Clo hóa các hợp chất như dioxin.
- Kim loại nặng: arsenic, cadmium, chromium, chì và thủy ngân.
- Vi khuẩn, vi rút, động vật nguyên sinh, giun ký sinh và nấm.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Năm 2009, EPA đã công bố báo cáo quốc gia về nghiên cứu bùn nước thải, trong đó phân tích mức độ kim loại, hóa chất và các tài liệu khác trong mẫu thống kê cặn nước thải Báo cáo này phân chia các chất ô nhiễm độc hại thành hai loại chính: kim loại và hữu cơ, với nhiều điểm nổi bật đáng chú ý.
- Ag: 20 mg / kg bùn, một số cặn có hàm lượng đặc biệt cao có đến 200 mg
Ag / kg bùn, Ba: 500 mg / kg, trong khi Mg có mặt với tỷ lệ 1 g / kg bùn.
- Pb , As , Cr , và Cd với các hàm lượng khác nhau ước tính của EPA có mặt với số lượng phát hiện trong 100% cặn của nước thải ở Mỹ.
Tổng quan về khí sinh học
Biogas, hay khí sinh học, là sản phẩm từ quá trình ủ biogas (biogasification) Thành phần chính của biogas bao gồm CH4 và CO2, bên cạnh đó còn có các chất khác như hơi nước, N2, O2, H2S và CO.
Metan là thành phần chủ yếu trong khí sinh học, làm cho nó trở thành một loại khí có khả năng cháy Hàm lượng metan trong hỗn hợp khí có thể dao động từ 60% đến 70%, tùy thuộc vào công nghệ, nguyên liệu, thời gian phân hủy và nhiệt độ môi trường xung quanh Theo Ngô Sương Kế (1981), thành phần chính của biogas ở một số quốc gia có sự khác biệt nhất định.
Bảng 8: Thành phần chính của biogas
Loại khí Nước sản xuất
Khí sinh học cháy tạo ra ngọn lửa màu xanh và 1 m³ khí sinh học tái sinh cung cấp nhiệt lượng từ 5200 đến 5900 Kcal Giá trị nhiệt lượng của khí sinh học chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng metan trong hỗn hợp, trong khi lượng metan thu được lại phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu Vì vậy, giá trị nhiệt lượng của hỗn hợp khí từ các nguồn nguyên liệu khác nhau có sự biến đổi đáng kể.
Chất lượng biogas phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu đầu vào như phân gia súc, gia cầm, rác hữu cơ và bùn thải Các nguồn nguyên liệu này có ảnh hưởng rõ rệt đến chất lượng biogas, như được thể hiện trong bảng dưới đây (Ngô Sương Kế, 1981).
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Bảng 9: Chất lượng biogas theo các nguồn nguyên liệu đầu vào
Nguồn nguyên liệu Chất lượng khí (% metan)
1.2.2 Công nghệ sản xuất biogas
1.2.2.1 Định nghĩa ủ biogas Ủ biogas được định nghĩa là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có nguồn gốc sinh học dưới điều kiện kỵ khí (không có oxygen) với sản phẩm sinh ra chủ yếu là mêtan và một số khí khác trong đó chủ yếu là CO2 Có hai đặc trưng của quá trình này để phân biệt với các quá trình phân hủy sinh học khác là “trong điều kiện kỵ khí” và “tạo ra CH4” Công nghệ này còn có những thuật ngữ đồng nghĩa như “lên men metan”, “sản xuất metan” và “phân hủy kỵ khí”, mặc dù trên thực tế chúng có sự khác nhau ví dụ như “lên men metan” (methane fermentation) nói đến quá trình lên men, tức là sự phân hủy để tạo ra metan; phân hủy kỵ khí (anaerobic digestion) không nhất thiết có sự sản xuất metan Tuy nhiên ba thuật ngữ này được cho phép sử dụng bởi vì chúng phổ biến và đặc biệt vì nhu cầu cần một thuật ngữ chính xác hơn.
1.2.2.2 Cơ sở lý thuyết của công nghệ sản xuất Biogas [8, 10, 11, 13]
Công nghệ sản xuất Biogas dựa trên quá trình lên men khí metan, trong đó hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí tham gia Các vi sinh vật này thực hiện nhiều phản ứng hóa sinh học để phân hủy và chuyển đổi các hợp chất hữu cơ phức tạp thành khí cháy, với CH4 là sản phẩm chính được gọi là khí sinh học.
Luận văn thạc sĩ Khoa học diện nghiên cứu về sự hiện diện của nấm và nguyên sinh động vật, tuy nhiên, vi khuẩn chiếm ưu thế về số lượng Có bốn nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình chuyển hóa các chất phức hợp thành các phân tử đơn giản như CH4 và CO2, bao gồm vi khuẩn thủy phân, vi khuẩn acid hóa, vi khuẩn acetate hóa và vi khuẩn methane hóa Các nhóm vi khuẩn này hoạt động đồng bộ, với từng nhóm thực hiện trao đổi chất của mình trước khi chuyển giao nhiệm vụ cho nhóm tiếp theo.
Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí:
Chất hữu cơ CH4+ CO2+ H2 + NH3+ H2S + Tế bào mới
Theo Nijaguna (2010), có thể tổng kết các giai đoạn, quá trình của sự phân hủy kỵ khí theo bảng 10.
Bảng 10: Tổng kết quá trình phân giải kỵ khí
Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 Giai đoạn 4
Nhiệt độ Nhiệt độ càng cao, chuyển hóa càng nhanh, < 55 0 C
Môi trường Ưa khí Kỵ khí nghiêm ngặt
Chất ban đầu Đường phức tạp, protein, chất béo Đường đơn giản
Amino acid, acid hữu cơ
Vi sinh vật Vi khuẩn thủy phân
Sản phẩm Đường đơn giản
Amino acid, acid hữu cơ
Khí sinh ra CO2 CO2, H2 CO2, CH4, H2 CO2, CH4 vsv
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Giai đoạn 1 của quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra thông qua thủy phân, trong đó enzyme hydrolaza do vi sinh vật tiết ra đóng vai trò quan trọng Các hợp chất cao phân tử như chất béo, xenluloza, tinh bột và protein được phân hủy thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn, dễ tan trong nước như đường đơn, peptit, glyxerin, axit béo và axit amin Quá trình này có thể coi là sự hòa tan của các chất hữu cơ phức tạp vào nước dưới tác động của enzyme vi khuẩn.
Trong giai đoạn 2 của quá trình acid hóa, dưới tác động của vi khuẩn sinh acid, các chất hữu cơ sẽ được chuyển hóa thành các acid hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như axit axetic, axit propionic và axit butyric Bên cạnh đó, quá trình này cũng tạo ra aldehyt, alcol, và một lượng nhỏ khí cacbonic, hydro, ammoniac và nitơ.
Quá trình chuyển hóa diễn ra nhờ vi khuẩn acid hóa, trong đó sản phẩm chủ yếu là acid béo bay hơi Sự đa dạng về số lượng và thành phần của các acid béo bay hơi cũng như các sản phẩm khác phụ thuộc vào thành phần hóa học của nguyên liệu và phương pháp lên men được sử dụng.
Trong quá trình phản ứng thủy phân và oxy hóa khử diễn ra nhanh chóng và đồng bộ, sự sắp xếp các phản ứng không có oxy chỉ mang tính quy ước Nhu cầu oxy sinh học (BOD) trong toàn bộ quá trình gần như bằng không, và sự sinh ra nhiều axit có thể dẫn đến sự giảm mạnh độ pH của môi trường.
Các acid béo bay hơi được chuyển đổi thành acetate nhờ vi khuẩn acetate hóa, từ đó tiếp tục chuyển hóa thành CH4 và CO2 Trong giai đoạn này, tế bào cũng tích lũy CO2, H2, methanol và ethanol.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Giai đoạn 4, hay giai đoạn sinh khí metan, là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình Tại đây, các vi khuẩn sinh khí metan chuyển hóa các acid hữu cơ và các hợp chất đơn giản khác thành khí metan, oxy, nitơ và hydro sunfua.
Quá trình lên men kỵ khí được chia thành 4 giai đoạn, nhưng thực tế, các giai đoạn này hoạt động đồng bộ và liên kết chặt chẽ với nhau Sản phẩm từ giai đoạn 1 được sử dụng ngay lập tức ở giai đoạn 2 và 3, trong khi sản phẩm từ giai đoạn 3 sẽ được vi khuẩn metan hóa ở giai đoạn 4 để tạo ra khí sinh học Vì vậy, quá trình phân hủy kỵ khí chủ yếu diễn ra ở hai giai đoạn chính: giai đoạn acid hóa và giai đoạn metan hóa.
1.2.2.3 Các yếu tố kiểm soát quá trình sản xuất biogas
Các yếu tố môi trường đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy kỵ khí để sản xuất biogas, bao gồm nhiệt độ, pH, đệm hệ thống, thời gian lưu giữ, thành phần chất và sự sẵn có của các chất dinh dưỡng đầu vào Ngoài ra, độ hòa tan khí, sự cạnh tranh giữa các nhóm vi khuẩn tạo mêtan và nhóm giảm sulfate, cũng như sự hiện diện của các thành phần độc hại trong quá trình phân hủy đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình này.
Nghiên cứu và ứng dụng thu hồi khí sinh học từ quá trình xử lý bùn thải đô thị29 1 Các nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
1.3.1 Các nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
Nghiên cứu công nghệ xử lý kỵ khí đã trải qua một quá trình phát triển dài, bắt đầu từ các phương pháp đơn giản như ủ ở điều kiện mesophilic để xử lý nước thải và chất thải công nông nghiệp Qua thời gian, các ứng dụng đã được mở rộng để xử lý các loại chất thải phức tạp hơn, đặc biệt là trong các điều kiện nhiệt độ cao (Van Lier et al., 2001; Lettinga).
Các ứng dụng công nghệ xử lý chất thải đang trong giai đoạn phát triển khác nhau, từ những công nghệ đã được chứng minh và áp dụng rộng rãi như bể tự hoại và công nghệ ổn định bùn, đến những công nghệ đang trong giai đoạn phát triển và thử nghiệm, chẳng hạn như sử dụng trong khắc phục hậu quả chất thải nguy hại.
Nghiên cứu về quá trình phân hủy yếm khí bùn thải đô thị đã thu hút sự chú ý từ những năm 1930, khi các nhà khoa học thực hiện nhiều nghiên cứu nhằm nâng cao hiểu biết về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này.
Khả năng khí sinh học trong sản xuất điện và năng lượng khác đang được nghiên cứu để cải thiện quy trình sản xuất khí đốt từ phân hủy yếm khí Điều này cho phép các nhà máy xử lý nước thải hoạt động hiệu quả hơn, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Quá trình phân huỷ yếm khí của bùn thải chủ yếu được áp dụng tại các nhà máy xử lý nước thải cỡ vừa và lớn trên toàn thế giới Đồng thời, có sự quan tâm ngày càng tăng đối với việc phát triển các ứng dụng trong các nhà máy xử lý kỵ khí cỡ nhỏ và các bãi chôn lấp có hệ thống thu hồi khí sinh học.
Tại các bãi chôn lấp có hệ thống thu hồi khí sinh học, bùn được ủ trong các ô kín để lên men và sinh gas, sau đó gas được thu gom và xử lý qua trạm tách nước Gas sạch được dẫn đến máy chiết xuất và máy phát điện, cung cấp điện cho mạng lưới điện quốc gia Đại đa số quy trình yếm khí bùn thải đô thị sử dụng quy trình ưa nhiệt trung bình, với thời gian lưu bùn khoảng 20 ngày Sản lượng khí sinh học phụ thuộc vào loại bùn và điều kiện hoạt động, với khả năng sản xuất khoảng 1m³ khí/kg chất rắn hữu cơ Quy trình phân hủy ưa nhiệt có nhiều lợi thế như sản lượng khí cao hơn và giảm lượng chất rắn hữu cơ Ngoài ra, việc áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến như đốt nóng thuỷ nhiệt hay xử lý siêu âm có thể tăng đáng kể sản lượng khí sinh học.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Chỉ một phần các hợp chất hữu cơ độc hại được loại bỏ trong quá trình phân huỷ kỵ khí, dẫn đến việc bùn xử lý vẫn còn chứa kim loại nặng, phốt phát hoà tan và các chất vô cơ Để đạt được giải pháp hoàn chỉnh, cần thiết phải thực hiện các biện pháp xử lý bổ sung như loại nước trong bùn, đốt bánh bùn và xử lý bề mặt Tuy nhiên, cần lưu ý rằng sau khi thu hồi khí sinh học, hàm lượng năng lượng của các phần còn lại là thấp, khiến việc đốt cháy chúng để thu hồi năng lượng trở nên kém hấp dẫn.
Phân hủy kỵ khí đã được áp dụng trong xử lý nước thải nhằm giảm khối lượng bùn và chi phí xử lý Tại Mỹ, các nhà máy xử lý nước thải không xử lý bùn tại chỗ phải vận chuyển bùn thải đến cơ sở khác để thiêu đốt hoặc ủ phân, dẫn đến chi phí năng lượng cao cho việc vận chuyển và tiêu hủy Theo ước tính của Tổ chức Nghiên cứu môi trường nước Mỹ năm 2008, các nhà máy xử lý nước thải tiêu thụ khoảng 21 tỷ kWh điện mỗi năm, trong đó tới 30% chi phí hoạt động liên quan đến xử lý chất rắn Gần đây, việc công nhận khí mêtan như một nguồn năng lượng hữu ích đã trở thành một điểm nhấn quan trọng.
Châu Âu đã nhận thấy tiềm năng kinh tế và môi trường của công nghệ khí sinh học, với ước tính sản xuất hàng năm vượt quá 200 tỷ m³ (Lise et al., 2008) Công nghệ này bắt đầu thu hút sự chú ý và gia nhập thị trường xử lý nước thải tại châu Âu từ năm 1995 Tại thời điểm đó, công suất yếm khí chỉ chiếm dưới 5% tổng khả năng xử lý sinh học ở châu lục, nhưng đã có sự gia tăng liên tục trong những năm sau đó (De Baere).
Đức, Hà Lan và Đan Mạch là những quốc gia tiên phong trong công nghệ xử lý kỵ khí hiện đại, sử dụng các cơ sở vật chất quy mô lớn như nhà máy hoạt động tập trung (Angelidaki et al., 2004) Ví dụ, tại Đức, có khoảng
Luận văn thạc sĩ Khoa học phân bón đã chỉ ra rằng sự gia tăng giá phân bón khoáng sản đã thúc đẩy sản lượng khí sinh học và khí sinh học sử dụng (CHP và biomethane) Tại Anh, tỷ lệ bùn thải được xử lý bằng phương pháp phân hủy yếm khí đã tăng từ 64% vào năm 2005 lên 85% vào năm 2015.
Việc sử dụng bùn thải mang lại tiết kiệm chi phí xả thải đáng kể, với mức tiết kiệm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chi phí xử lý bổ sung, khoảng cách xả thải và vị trí xử lý Mặc dù việc ứng dụng bùn thải đòi hỏi thiết kế hệ thống đặc biệt và khu vực lưu giữ, nhưng chi phí tận dụng bùn vẫn thấp hơn so với xả thải, ngay cả khi tính cả chi phí vận chuyển Các nhà thiết kế và nhà cung cấp hệ thống ủ biogas hiện đang kết hợp xử lý sơ bộ bùn thải, ủ biogas và sản xuất compost để giảm khối lượng và tỷ lệ chất hữu cơ của bùn thải trước khi chôn lấp.
Một số công nghệ đang được phát triển để tăng sản lượng khí sinh học trong bể phân hủy kỵ khí, bao gồm quy trình Cambi của công ty Cambi, Na Uy, sử dụng áp suất cao và nhiệt độ cao để phá hủy chất rắn và gia tăng sản lượng khí Việc bổ sung các nguyên liệu thải như chất béo, dầu, mỡ và chất thải thực phẩm dễ phân hủy cũng giúp tăng cường sản xuất khí sinh học Ngoài việc tăng năng lượng từ khí sinh học, việc sử dụng các nguyên liệu này còn giảm tải cho nhà máy xử lý nước thải, giảm tắc nghẽn cống rãnh, giảm chất thải đến bãi chôn lấp và giảm khí thải nhà kính liên quan đến vận chuyển chất thải.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
1.3.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam và các vấn đề còn tồn tại
Việt Nam đã tích lũy kinh nghiệm phong phú trong việc sử dụng khí sinh học, đặc biệt ở nông thôn để xử lý phân và chất thải chăn nuôi, chủ yếu phục vụ nhu cầu thắp sáng, nấu ăn và sưởi Nhờ sự hỗ trợ từ Chính phủ và các đối tác quốc tế, công nghệ khí sinh học đã phát triển nhanh chóng cùng với ngành chăn nuôi và vệ sinh nông thôn Tuy nhiên, sản xuất khí sinh học từ bùn thải vẫn là lĩnh vực mới mẻ, mặc dù đã có sự quan tâm và nghiên cứu, nhưng ứng dụng thực tế còn nhiều hạn chế Đặc biệt, nghiên cứu về ủ yếm khí bùn thải đô thị còn hạn chế, với một số kết quả ban đầu mở ra tiềm năng ứng dụng, như nghiên cứu xử lý sinh học kỵ khí kết hợp bùn và rác hữu cơ ở nhiệt độ lên men 55°C của nhóm nghiên cứu Viện Khoa học & Kỹ thuật Môi trường (Đại học Xây dựng).
Kỹ thuật Nước thải tại Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Darmstadt và Khoa Kỹ thuật Môi trường tại Đại học Tổng hợp Kitakyushu đang áp dụng các công nghệ tiên tiến trong việc thu hồi năng lượng từ chất thải Tại nhà máy thu hồi khí phát điện ở bãi chôn lấp Gò Cát, trung bình 1m³ biogas có khả năng sản xuất 1,67kWh điện, trong khi 1 tấn chất thải rắn hữu cơ có thể tạo ra hơn 300kWh điện.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích 25 mẫu bùn thải đô thị tại Hà Nội, được thu thập từ hệ thống thoát nước thải sinh hoạt trong nội thành và hai nhà máy xử lý nước thải Kim Liên và Yên Sở.
- Bùn cặn từ cống ngầm.
- Bùn sau tách nước từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt.
- Trầm tích đáy của sông Tô Lịch, sông Nhuệ và một số hồ trên địa bàn Hà Nội
Thời gian lấy mẫu từ ngày 25/03/2013 đến 06/04/2013, vị trí các điểm lấy mẫu được thể hiện trên bản đồ sau:
Hình 2: Bản đồ khu vực lấy mẫu
Luận văn thạc sĩ Khoa học
Toàn bộ quá trình xử lý và phân tích mẫu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia.
Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Thu thập, tổng hợp tài liệu thứ cấp
Thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu sẵn có liên quan đến đề tài nghiên cứu.
2.2.2 Điều tra, khảo sát thực địa
Làm việc với Sở Tài nguyên - Môi trường và Sở Xây dựng Hà Nội để đánh giá khối lượng bùn thải, thực trạng quản lý và xử lý bùn thải, đồng thời khảo sát thực tế tại một số khu xử lý bùn thải của thành phố.
2.2.3 Lấy và xử lý mẫu
Tiêu chuẩn áp dụng lấy và xử lý mẫu theo ISO 5667-12 và TCVN 6663-13:
2.2.4 Các phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
Các mẫu được phân tích theo các phương pháp tiêu chuẩn sau:
Bảng 12: Các phương pháp phân tích mẫu
Thông số Đơn vị Phương pháp pH TCVN 6492 – 2011 Độ ẩm % TCVN 4048 – 2011
Kim loại nặng mg/kg TCVN 6496 – 1999
Luận văn thạc sĩ Khoa học
2.2.2.2 Xây dựng mô hình ủ bùn thải
Mô hình thí nghiệm bao gồm hai bình thủy tinh kín với thể tích 2,5 L và một bình nhựa dùng để đo nước Các bình được kết nối với nhau qua hệ thống ống dẫn khí bằng thủy tinh và dây dẫn khí bằng nhựa, đồng thời các mối nối được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo không bị rò khí Bùn được ủ trong bình thứ nhất, trong khi bình thứ hai chứa đầy nước, và bình thứ ba có nhiệm vụ thu nhận lượng nước bị đẩy ra từ bình thứ hai.
Hình 3: Mô hình ủ bùn thải
Ba mẫu bùn sẽ được lựa chọn từ tổng số 25 mẫu bùn, đại diện cho các loại bùn thải khác nhau, bao gồm cả bùn thải từ nhà máy.
Bình 3: Bình đong nước Bình 1:Bình ủ bùn Bình 2: Bình nước
Luận văn thạc sĩ về Khoa học xử lý nước thải nghiên cứu mẫu bùn trầm tích từ sông hồ và bùn cống rãnh Lượng bùn được đưa vào bình sẽ tương ứng với thể tích 2,3 lít hoặc 2,5 lít của bình.
Việc bổ sung chế phẩm EM nhằm nâng cao hiệu quả phân hủy kỵ khí sẽ được đánh giá qua việc so sánh hiệu quả ủ bùn với và không có chế phẩm Mẫu chế phẩm EM được sử dụng là EM Bokashi kỵ khí dạng khô, được lấy từ Viện Công nghệ sinh học – Đại học Quốc gia Hà Nội, với tỷ lệ bổ sung khoảng 1/100 khối lượng ủ.
- Thời gian ủ là 35 ngày, nhiệt độ trong quá trình ủ duy trì ≈ 300C
Phương pháp thu và đánh giá thể tích khí sinh ra được thực hiện bằng cách đẩy nước Khí từ bình 1 được dẫn sang bình 2, nơi khí có trọng lượng riêng nhẹ hơn nước sẽ chiếm phần thể tích phía trên, tạo áp lực đẩy nước sang bình đong Lượng nước thu được từ bình 3 sẽ được sử dụng để tính toán lượng khí đã thu được.
2.2.5 Phương pháp phân tích, xử lý số liệu
- Dựa vào kết quả phân tích các tính chất bùn và kết quả thu khí biogas để so sánh đánh giá với các nghiên cứu trước đó.
Các số liệu trong phần kết quả nghiên cứu thể hiện giá trị trung bình của các lần thí nghiệm lặp lại, đã được xử lý thống kê và tính toán thông qua Microsoft Excel 2010.
Luận văn thạc sĩ Khoa học