Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày

Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành phân compost, công suất 2 tấnngày

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

Giảng viên hướng dẫn: TS VÕ THANH HẰNG

Sinh viên thực hiện:

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 8

0.1 Đặt vấn đề 8

0.2 Mục tiêu đồ án 9

0.3 Nội dung đồ án 9

0.4 Phương pháp nghiên cứu 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN 10

1.1 Định nghĩa chất thải rắn 10

1.1.1 Chất thải rắn là gì? 10

1.1.2 Chất thải rắn đô thị 10

1.2 Các nguồn phát sinh chất thải rắn 10

1.3 Phân loại chất thải rắn 11

1.3.1 Phân loại theo công nghệ quản lý - xử lý: 11

1.3.2 Phân loại theo quan điểm thông thường: 12

1.4 Thành phần chất thải rắn 14

1.5 Rác thải thực phẩm 16

1.5.1 Nguồn gốc phát sinh rác thực phẩm 16

1.5.2 Thành phần, tính chất của rác thực phẩm 16

1.5.3 Tác động tới môi trường của rác thực phẩm 17

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP Ủ PHÂN COMPOST 18

2.1 Phương pháp ủ kỵ khí 18

2.1.1 Tổng quan 18

2.1.2 Phân loại phương pháp 18

2.1.3 Các yếu tố vật lý và hóa học 20

2.2 Phương pháp ủ hiếu khí 20

2.2.1 Tổng quan 20

2.2.2 Các dạng công nghệ 21

2.2.3 Vi sinh vật 22

2.2.4 Các yếu tố hóa học 23

2.2.5 Các yếu tố vật lý 24

2.3 Đề xuất quy trình công nghệ xử lý rác thực phẩm 26

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 30

3.1 Xác định khối lượng, công thức phân tử 30

3.1.1 Rác thực phẩm 30

3.1.2 Trấu 31

3.2 Xác định và tính toán lượng vật liệu cần thiết để phối trộn 32

3.3 Tính toán thiết kế khu tiếp nhận rác 34

3.4 Khu vực lưu trữ vật liệu phối trộn 35

3.5 Khu vực phối trộn vật liệu 36

3.6 Tính toán thiết kế hệ thống hầm ủ 39

3.6.1 Bể ủ hiếu khí 39

3.6.2 Lượng nước rỉ rác 40

3.6.3 Luống ủ chín 40

3.6.4 Khu vực ổn định mùn 41

3.6.5 Hệ thống phân loại thô 41

3.7 Tính toán hệ thống cấp khí 42

3.7.1 Xác định thể tích khí 42

3.7.2 Hệ thống phân phối khí 43

3.8 Các công trình, thiết bị khác 45

3.8.1 Sàng 45

3.8.2 Khu vực hoàn thiện sản phẩm 46

3.8.3 Khu vực đóng gói sản phẩm 46

3.8.4 Kho chứa sản phẩm 46

3.8.5 Nhà điều hành 47

CHƯƠNG 4: ƯỚC TÍNH CHI PHÍ XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH 48

4.1 Chi phí xây dựng 48

4.1.1 Chi phí cho thiết bị, máy móc 48

4.1.2 Chi phí khu ủ hiếu khí 48

4.1.3 Chi phí khu ủ chín 49

4.1.4 Chi phí cho các công trình 49

4.2 Chi phí vận hành 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

Bảng 3.4 Thông số thiết kế và tính toán kho lưu trữ vật liệu phối trộn Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật của máy trộn

Bảng 3.6 Thông số thiết kế và tính toán khu phối trộn

Bảng 3.7 Thông số thiết kế và tính toán hầm ủ hiếu khí

Bảng 3.8 Thông số thiết kế và tính toán khu ủ chín

Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật thiết bị sàng

Bảng 3.10 Thông số kho chứa sản phẩm

Bảng 4.1: Chi phí đầu tư thiết bị, máy móc

Bảng 4.2 Chi phí khu ủ hiếu khí

Bảng 4.3 Chi phí khu ủ chín

Bảng 4.4 Chi phí cho các công trình

Bảng 4.5 Chi phí tiền lương cho công nhân viên nhà máy ủ compost Bảng 4.6 Chi phí năng lượng và vật liệu khác

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CTR: chất thải rắn

CTRSH: chất thải rắn sinh hoạt

VSV: Vi sinh vật

MỞ ĐẦU 0.1 Đặt vấn đề

Trong xu thế phát triển kinh tế xã hội, với tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng và sự

phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, dịch vụ, du lịch kéo theo mức sống của người dân ngày càng cao đã làm nảy sinh nhiều vấn đề mới, nan giải trong công tác bảo vệ môi trường và sức khoẻ của cộng đồng dân cư Lượng chất thải phát sinh từ những hoạt động sinh hoạt của người dân ngày một nhiều hơn, đa dạng hơn về thành phần và độc hại hơn về tính chất

Cách quản lý và xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại hầu hết các thành phố, thị xã, địa phương ở nước ta hiện nay đều chưa đáp ứng được các yêu cầu vệ sinh và bảo vệ môi trường Không có những bước đi thích hợp, những quyết sách đúng đắn và những giải pháp đồng bộ, khoa học để quản lý chất thải rắn trong quy hoạch, xây dựng và quản lý các đô thị sẽ dẫn tới các hậu quả khôn lường, làm suy giảm chất lượng môi trường, kéo theo những mối nguy hại về sức khoẻ cộng đồng, hạn chế sự phát triển của xã hội

Một trong những phương pháp xử lý chất thải rắn được coi là kinh tế nhất cả về đầu

tư ban đầu cũng như quá trình vận hành là xử lý chất thải rắn theo phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh Đây là phương pháp xử lý chất thải rắn phổ biến ở các quốc gia đang phát triển và thậm chí đối với nhiều quốc gia phát triển Nhưng phần lớn các bãi chôn lấp chất thải rắn ở nước ta không được quy hoạch và thiết kế theo quy định của bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh Các bãi này đều đa số đều không kiểm soát được khí độc, mùi hôi và nước rỉ rác là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng cho môi trường đất, nước và không khí

Để giải quyết phần nào vấn đề này cần có phương pháp xử lý rác phù hợp với điều

kiện thực tế nước ta ở hiện nay, đồ án: “ Thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm thành

phân compost ” được thực hiện nhằm giải quyết phần nào chất thải rắn mất vệ sinh và gây

ô nhiễm môi trường hiện nay, đồng thời giải quyết được sức ép rất lớn chất thải rắn sinh ra trong tương lai Do nước ta là một nước nông nghiệp, lượng phân bón cần rất lớn, nên phương pháp ủ phân compost sẽ là phương pháp bền vững để giải quyết lượng rác thải rắn lớn về sau này

Tính toán, thiết kế nhà máy xử lý rác thực phẩm công suất 2 tấn/ngày

Bản vẽ công nghệ xử lý, sơ đồ mặt bằng, bản vẽ chi tiết

Tính toán chi phí dự kiến cho công trình

0.4 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu về thành phần rác thực phẩm

Phương pháp sản xuất phân compost

Phần mểm Autocad 2016

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN 1.1 Định nghĩa chất thải rắn

1.1.1 Chất thải rắn là gì?

Chất thải rắn (Solid Waste) là tòan bộ các loại vật chất được con người loại bỏ trong các hoạt động kinh tế xã hội của mình (bao gồm các hoạt động sản xuất, các hoạt động sống và duy trì sự tồn tại của cộng đồng ) trong đó quan trọng nhất là các loại chất thải sinh ra từ các hoạt động sản xuất và hoạt động sống

Rác là thuật ngữ được dùng để chỉ chất thải rắn có hình dạng tương đối cố định, bị vứt bỏ

từ hoạt động của con người Rác sinh hoạt hay chất thải rắn sinh hoạt là một bộ phận của chất thải rắn, được hiểu là chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động thường ngày của con người

1.1.2 Chất thải rắn đô thị

Rác thải thu gom trong khu vực đô thị được gọi là chất thải rắn đô thị Chất thải rắn

đô thị là vật chất mà người tạo ra ban đầu vứt bỏ đi trong khu vực đô thị mà không đòi hỏi được bồi thường cho sự vứt bỏ đó và chúng được xã hội nhìn nhận như là một thứ mà thành phố có trách nhiệm thu dọn Trong chất thải rắn đô thị, chất thải rắn sinh hoạt chiếm phần lớn về khối lượng

Chất thải rắn sinh hoạt là chất thải liên quan đến các hoạt động của con người, nguồn tạo thành chủ yếu từ khu dân cư, các cơ quan trường học, các trung tâm dịch vụ thương mại

1.2 Các nguồn phát sinh chất thải rắn

Chất thải rắn phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, có thể ở nơi này hay ở nơi khác; chúng khác nhau về số lượng, kích thước, phân bố về không gian Việc phân loại các nguồn phát sinh chất thải rắn đóng vai trò quan trọng trong công tác quản lý chất thải rắn Chất thải rắn có thể phát sinh trong hoạt động cá nhân cũng như trong hoạt động xã hội như từ các khu dân cư, chợ, nhà hàng, khách sạn, công ty, văn phòng và các nhà máy công nghiệp Một cách tổng quát chất thải rắn được phát sinh từ các nguồn sau:

Khu dân cư: Chất thải rắn từ khu dân cư phần lớn là các loại thực phẩm dư thừa hay hư hỏng như rau, quả bao bì hàng hóa (gỗ, vải da, giấy vụn, cao su, thủy tinh, PE,

pp, tro ), một số chất thải đặc biệt như đồ điện tử, vật dụng hư hỏng (bóng đèn, đồ gỗ gia dụng, đồ nhựa, thủy tinh ), chất thải độc hại như chất tẩy rửa (bột giặt, chất tẩy trắng ), thuốc diệt côn trùng, nước xịt phòng bám trên các rác thải

Khu thương mại: Chợ, siêu thị, cửa hàng, nhà hàng, khách sạn, khu vui chơi giải trí, trạm bảo hành, trạm dịch vụ , khu văn phòng (trường học, viện nghiên cứu, khu văn hóa, văn phòng chính quyền ), khu công cộng (công viên, khu nghỉ mát ) thải ra các loại thực phẩm (hàng hóa hư hỏng, thức ăn dư thừa từ nhà hàng khách sạn), bao bì (những bao

bì đã sử dụng, bị hư hỏng) và các loại rác rưởi, xà bần, tro và các chất thải độc hại

Khu xây dựng: như các công trình đang thi công, các công trình cải tạo nâng cấp thải ra các loại xà bần, sắt thép vụn, vôi vữa, gạch vỡ, gỗ, ống dẫn Các dịch vụ đô thị (gồm dịch vụ thu gom, xử lý chất thải và vệ sinh công cộng như rửa đường, vệ sinh cống rãnh ) bao gồm rác quét đường, bùn cống rãnh, xác súc vật

Khu công nghiệp, nông nghiệp: CTRSH thải được thải ra từ các hoạt động sinh hoạt của công nhân, cán bộ viên chức ở các xí nghiệp công nghiệp, các cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp, ở khu vực nông nghiệp chất thải được thải ra chủ yếu là: lá cây, cành cây, xác gia súc, thức ăn gia súc thứa hay hư hỏng; chất thải đặc biệt như: thuốc sát trùng, phân bón, thuốc trừ sâu, được thải ra cùng với bao bì đựng các hoá chất đó

1.3 Phân loại chất thải rắn

Việc phân loại chất thải rắn là một công việc khá phức tạp bởi vì sự đa dạng về

chủng loại, thành phần và tính chất của chúng Có nhiều cách phân loại khác nhau cho mục

đích chung là để có biện pháp xử lý thích đáng nhằm làm giảm tính độc hại của CTR đối với môi trường Dựa vào công nghệ xử lý, thành phần và tính chất CTR được phân loại tổng quát như sau:

1.3.1 Phân loại theo công nghệ quản lý - xử lý:

Phân loại CTR theo loại này người ta chia làm: các chất cháy được, các chất không cháy được, các chất hỗn hợp

Bảng 1.1 Phân loại CTR theo tính chất [6]

− Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ gỗ, tre, rôm

− Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ chất dẻo

− Các vật liệu và sản phẩm được chế tạo từ da và cao su

2 Các chất không cháy được :

− Các vật liệu không bị nam châm hút

− Các vật liệu và sản phẩm chế tạo từ thủy tinh

− Các vật liệu không cháy khác ngồi kim loại và thủy tinh

3 Các chất hỗn hợp: Tất cả các loại vật liệu khác không phân loại ở phần 1 và 2

đều thuộc loại này Loại này có thể chia làm hai phần với kích thước > 5mm và < 5 mm

1.3.2 Phân loại theo quan điểm thông thường:

- Chất thải thực phẩm:

Là loại chất thải mang hàm lượng chất hữu cơ cao như những nông sản hư thối hoặc dư thừa: thịt cá, rau, trái cây và các thực phẩm khác Nguồn thải từ các chợ, các khu thương mại, nhà ăn Do có hàm lượng chủ yếu là chất hữu cơ nên chúng có khả năng thối rữa cao cũng như bị phân hủy nhanh khi có điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao Khả năng ô nhiễm môi trường khá lớn do sự phân rã của chất hữu cơ trong thành phần của chất thải

- Rác rưởi:

Nguồn chất thải rắn này rất đa dạng: thường sinh ra ở các khu dân cư, khu văn phòng, công sở, khu thương mại, nhà hàng, chợ, các khu vui chơi giải trí Thành phần của chúng chủ yếu là các loại giấy, bao bì, giấy carton, plastic, nilon Với thành phần hóa học chủ yếu là các chất vô cơ, cellolose, và các loại nhựa có thể đốt cháy được

Ngoài ra trong loại chất thải này còn có chứa các loại chất thải là các kim loại như sắt, thép, kẽm, đồng, nhôm là các loại chất thải không có thành phần hữu cơ và chúng không có khả năng tự phân hủy Tuy nhiên loại chất thải này hoàn toàn có thể tái chế lại

mà không phải thải vào môi trường

- Chất thải rắn là sản phẩm của các quá trình cháy:

Loại chất thải rắn này chủ yếu là tro hoặc các nhiên liệu cháy còn dư lại của các quá trình cháy tại các lò đốt Các loại tro thường sinh ra tại các cơ sở sản xuất công nghiệp, các hộ gia đình khi sử dụng nhiên liệu đốt lấy nhiệt sử dụng cho mục đích khác Xét về tính chất thì loại chất thải rắn này là vô hại nhưng chúng lại rất dễ gây ra hiện tượng ô nhiễm môi trường do khó bị phân hủy và có thể phát sinh bụi

- Chất thải độc hại:

Các chất thải rắn hóa học, sinh học, chất gây phóng xạ, chất cháy, chất dễ gây nổ như pin, bình acquy Khi thải ra môi trường có ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng tới môi trường Chúng thường được sinh ra từ các hoạt động sinh hoạt của người dân

Ngoài ra rác thải như bông băng, kim tiêm, bệnh phẩm cũng là loại CTR có tính nguy hại lớn tới môi trường, cũng được xếp vào dạng chất thải độc hại Có cách khác phân loại theo nguồn gốc phát sinh:

Chất thải sinh ra từ trong hoạt động sản xuất nông nghiệp:

Các chất thải rắn dư thừa trong quá trình sản xuất nông nghiệp rất đa dạng và phức tạp Chúng bao gồm các loại tàn dư thực vật như cây, củi, quả không đạt chất lượng bị thải

bỏ, các sản phẩm phụ sinh ra trong nông nghiệp, các loại cây con giống không còn giá trị

sử dụng loại chất thải này thường rất dễ xử lý, ít gây ô nhiễm môi trường

Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất nông nghiệp một số hóa chất được áp dụng như thuốc trừ sâu bệnh, phân bón được thải bỏ hoặc dư thừa cũng đã ảnh hưởng đến môi trường đất, nước

Chất thải rắn sinh ra trong xây dựng:

Là loại chất thải rắn sinh ra trong quá trình đập phá, đào bới nhằm xây dựng các công trìng công cộng, dân dụng, giao thông, cầu cống loại chất thải này có thành phần chủ yếu là các loại gạch đá, xà bần, sắt thép, bê tông, tre gỗ Chúng thường xuất hiện ở các khu dân cư mới, hoặc các khu vực đang xây dựng

Chất thải rắn sinh ra từ các cổng thoát nước, trạm xử lý nước:

Trong loại chất thải này thì thành phần chủ yếu của chúng là bùn đất chiếm tới 90

- 95% Nguồn gốc sinh ra chúng là các loại bụi bặm, đất cát đường phố, xác động vật chết,

lá cây, dầu mỡ rơi vãi, kim loại nặng trên đường được thu vào ống cống Nhìn chung loại chất thải này cũng rất đa dạng và phức tạp và có tính độc hại khá cao Ngoài ra còn một loại chất thải rắn khác cũng được phân loại chung vào là bùn thải sinh ra từ các nhà máy

xử lý nước thải, trạm xử lý nước thải,phân rút từ hầm cầu, bể tự hoại Các loại chất thải rắn này cũng chiếm một lượng nước khá lớn ( từ 25 - 95%) và thành phần chủ yếu cũng là bùn đất, chất hữu cơ chưa hoại

1.4 Thành phần chất thải rắn

Thành phần của chất thải rắn bao gồm:

Thức ăn thừa (rác thực phẩm): là các mảnh vụn thực vật, động vật trong các quá

trình chế biến và ăn uống của con người Loại rác này bị phân hủy và thối rửa nhanh (đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ cao) gây nên mùi hôi

Các thứ bỏ đi: bao gồm các loại chất rắn cháy được và không cháy được của gia

đình, cơ quan, khu dịch vụ ngoại trừ thức ăn thừa và các chất dễ thối rửa

Các loại cháy được: như vải, giấy, carton, nhựa, cao su, da, gỗ, lá, cành cây (cắt

tỉa từ cây kiểng)

Các loại không cháy: là những vật liệu trơ như thủy tinh, sành sứ, gạch nung, kim

loại và số ít vật liệu cháy cục bộ cũng được kể vào thành phần trên

Rác trong quá trình tháo dở và xây dựng: bao gồm bụi, gạch vụn, bê tông, vữa, các

ống nước hư và các thiết bị điện bị bỏ đi

Chất thải từ các nhà máy xử lý: ở dạng rắn và bán rắn thành phần tùy thuộc vào

quy trình xử lý

Chất thải nông nghiệp: phụ phế phẩm nông nghiệp (trồng trọt, chăn nuôi), rơm, rạ,

phân gia súc

Rác độc hại: rác độc hại bao gồm:

- Rác độc hại của khu đô thị bao gồm những vật liệu có kích thước lớn, những dụng

cụ tiêu thụ điện đã hao mòn hay thậm chí lỗi thời như radio, stereo, bếp điện, tủ lạnh, máy rửa, máy giặt,…Những món rác trên cần được thu gom riêng và tháo gỡ để lấy lại một số vật liệu cho việc tái sử dụng

- Pin và bình acquy cũng là một trong những nguồn rác độc hại từ các hộ gia đình

và các phương tiện giao thông Loại rác này có chứa một lượng lớn kim loại như thủy ngân, bạc, kẽm, nicken, catmi

- Dầu cặn thất thoát từ việc thu thập khai thác và tái sử dụng nếu không thu gom riêng thì sẽ trộn lẫn với các loại rác thải khác và làm giảm giá trị tái sử dụng

- Bánh xe cao su cũng được tính là một loại rác thải độc hại do sự phân hủy chúng rất lâu và gây tác động xấu đến nơi chôn lấp

Ngoài ra, các hóa chất gây cháy nổ, phóng xạ, ăn mòn, các nguồn rác từ khu bệnh viện,… ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe con người

Hình 1.1 Trái cây và rau quả trong một thùng rác bỏ đi [9]

1.5.2 Thành phần của rác thực phẩm

1.5.3 Tác động tới môi trường của rác thực phẩm

Rác thải thực phẩm là một vấn đề của toàn cầu, một trong những nguyên nhân gây nên ô nhiễm môi trường sống hiện nay Khí metan từ rác thải thực phẩm tạo ra 3,3 tỷ tấn khí nhà kính mỗi năm và chiếm khoảng 7% tổng lượng khí thải Việc xử lý chất thải nói chung không đúng cách còn gây ô nhiễm đất và nguồn nước [5]

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP Ủ PHÂN COMPOST

2.1 Phương pháp ủ kỵ khí

2.1.1 Tổng quan

Phân huỷ kỵ khí xảy ra tự nhiên ở bất cứ nơi nào có hàm lượng cao các chất hữu cơ ẩm được tích tụ trong trường hợp thiếu oxy hoà tan Các vi khuẩn kỵ khí phân hủy các hợp chất hữu cơ tạo ra CO2 và CH4 Khí CH4 có thể thu gom và sử dụng như một nguồn nhiên liệu sinh học (biogas) Chất rắn ổn định còn lại chiếm 40-60% khối lượng nguyên liệu ban đầu có thể sử dụng làm phân bón Các hệ thống phân hủy kỵ khí (còn gọi là quá trình lên men, sự khí hóa hay hóa trình metan hoá) sử dụng các bể phản ứng kín để kiểm soát quá trình kỵ khí và thu gom toàn bộ lượng khí biogas sinh ra Sản lượng biogas phụ thuộc vào thành phần chất thải và điều kiện trong bể phản ứng

Hình 2.1 Sơ đồ quá trình xử lý rác đô thị bằng công nghệ phân hủy kị khí [1]

2.1.2 Phân loại phương pháp

a) Theo môi trường phản ứng

▪ Ướt: rác đô thị ở dạng huyền phù với lượng nước cung cấp nhằm pha loãng rác đến tỷ lệ 10-15% TS

▪ Khô: hàm lượng TS trong rác đem phân hủy trong khoảng 20-40% b) Theo chế độ cấp liệu

▪ Mẻ: hệ thống hoạt động gián đoạn theo mẻ

▪ Liên tục: Hệ thống làm việc liên tục c) Theo phân đoạn phản ứng

▪ Một giai đoạn: toàn bộ quá trình phân hủy xảy ra trong 1 thùng phản ứng

▪ Đa giai đoạn: toàn bộ quá trình xảy ra ở nhiều thùng phản ứng mắc nối tiếp theo một hoặc cả 2 chế độ sau:

- Giai đoạn axit hóa và metan hóa được tách riêng với mục đích làm gia tăng hiệu quả, tính ổn định và khả năng kiểm soát

- Vận hành ở nhiệt độ khác nhau: trung bình và nhiệt độ cao

d) Theo nguyên liệu đầu vào

▪ Phân hủy kết hợp với phân động vật: thành phẩn hữu cơ trong rác đô thị được trộn với phân động vật và phân hủy kết hợp với nhau Quá trình này cải thiện tỷ lệ C/N và sản lượng khí sinh ra

▪ Chỉ phân hủy rác đô thị: thành phần nguyên liệu ban đầu chỉ có thành phần hữu cơ của rác đô thị được tạo huyền phù với dịch lỏng

Các dạng bể phản ứng được dùng nhiều nhấ trên quy mô công nghiệp là bể phản ứng một giai đoạn Hiện nay, các thiết kế bể phản ứng dạng này đang được nâng cấp để đáp ứng yêu cầu ngày càng gia tăng của thị trường

Các hệ thống hai hay nhiều giai đoạn bắt đầu đóng vai trò quan trọng trong xử lý rác công nghiệp cùng với rác hữu cơ và cần độ vệ sinh an toàn cao

Các hệ thống mẻ có các cải tiến rõ rệt hơn Tuy nhiên cơ hội áp dụng cao tại các quốc gia đang phát triển do suất đầu tư thấp

Trên thực tế khó có sự so sánh một cách toàn diện các hệ thống khác nhau do vấn đề quan trọng nhất hiện nay khi lựa chọn phương pháp là suất đầu tư ban đầu của hệ thống cần chiếm được thiện cảm của công đồng

2.1.3 Các yếu tố vật lý và hóa học

- Tỷ lệ C/N

Tỷ lệ C/N tối ưu trong quá trình phân hủy kỵ khí khoảng 20-30:1 Ở mực độ tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, nguyên nhân gây ra mùi khai Ở mức độ tỷ lệ cao hơn sự phân hủy xảy ra chậm

- pH

Sản lượng khí biogas sinh ra từ quá trình phân hủy kị khí đạt tối đa khi giá trị pH của vật liệu nằm trong khoảng 6-7 Giá trị pH ảnh hưởng đến thời gian phân hủy của vật liệu Tại thời điểm ban đầu của quá trình lên men, số lượng lớn các axit hữu cơ được tạo thành và

có thể làm cho giá trị pH của hỗn hợp giảm xuống dưới 5, điều này sẽ làm hạn chế quá trình phân hủy Quá trình phân hủy sẽ tiếp tục và nồng độ NH3 tạo thành sẽ gia tăng do sựu phân hủy của nitơ, giá trị pH có thể tăng lên trên 8 Khi sản lượng khí metan tạo thành ổn định, giá trị pH trong khoảng 7,2-8,2

- Nhiệt độ

Vi sinh vật metan hóa sẽ không hoạt động được khi nhiệt độ quá cao hay quá thấp Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 10oC, sản lượng khí biogas tạo thành hầu như không đáng kể Hai khoảng nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy kị khí:

▪ Giai đoạn nhiệt độ trung bình: nhiệt độ dao động trong khoảng 20-40oC, tối ưu

30-35oC

▪ Giai đoạn hiếu nhiệt: nhiệt độ tối ưu trong khoảng 50-65oC

2.2 Phương pháp ủ hiếu khí

2.2.1 Tổng quan

Trong quá trình composting, các vi sinh vật sẽ chuyển các vật liệu thô chưa ổn định thành mùn ổn định Các sản phẩm chính của quá trình gồm CO2, nước, nhiệt và sinh khối Trong bất cứ hệ thống composting nào, hai quá trình cơ bản sau cần được tiến hành:

- Tách các chất không mong muốn ra khỏi dòng rác

- Tiến hành ủ các chất có thể phân hủy sinh học

Trong điều kiện tối ưu, quá trình ủ phân rác hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn:

- Giai đọan nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày

- Giai đoạn nhiệt độ cao: có thể kéo dài từ một vài ngày đến một vài tháng

- Giai đoạn làm mát và ổn định: kéo dài vài tháng

Có sự khác biệt giữa các loài vi sinh vật ưu thế trong các giai đoạn khác nhau Quá trình phân hủy ban đầu do các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình chiếm ưu thế, chúng sẽ phân hủy nhanh chóng các hợp chất dễ phân hủy sinh học Nhiệt độ trong quá trình này sẽ gia tăng nhanh chóng do nhiệt mà các vi sinh vật tạo ra Khi nhiệt độ gia tăng trên 40oC, các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình sẽ bị thay thế bởi các vi sinh vật hiếu nhiệt Khi nhiệt độ gia tăng đến 55oC và trên nữa, các vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt Khi nhiệt độ gia tăng đến

65oC sẽ có rất nhiều loài vi sinh vật bị chết và nhiệt độ này cũng là giới hạn trên của quá trình phân hủy hiếu khí

Trong giai đoạn hiếu nhiệt, nhiệt độ cao làm tăng quá trình phân hủy protein, chất béo và các hydrocarbon phức hợp như cellulose và hemicellulose Sau giai đoạn này, nhiệt độ của quá trình ủ sẽ giảm từ từ và các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưu thế trong giai đoạn cuối

2.2.2 Các dạng công nghệ

a Dạng đánh luống

Dạng đánh luống là quá trình chất nguyên liệu rác thành các đống ủ hẹp dài và được đảo trộn theo một nguyên tắc nhất định Nhìn chung, dạng đánh luống có chiều cao của đống

ủ thay đổi từ 1m (đối với nguyên liệu có mật độ dày như phân) đến 3,5m (đối với nguyên liệu nhẹ như lá cây) Chiều rộng thay đổi từ 1,5-6m và các thiết bị sử dụng được xác định theo hình dạng thực tế của hệ thống

Tốc độ làm thoáng khí phụ thuộc độ xốp của đống ủ Tốc độ thoáng khí của đống ủ với các nguyên liệu nhẹ như lá cây hơn đống ủ với nguyên liệu phân Nếu đống ủ quá lớn, các vùng kỵ khí có thể xuất hiện ở khu trung tâm Điều này sẽ tạo ra mùi khi đống ủ được đảo trộn Các đống ủ nhỏ sẽ mất nhiệt quá nhanh và không thể đạt được nhiệt độ đủ lớn để diệt

vi sinh vật gây bệnh và bay hơi ẩm

Đảo trộn sẽ làm giảm nhiệt độ, bay hơi nước, khí và đảo trộn các nguyên liệu, tạo lại độ xốp của đống ủ, loại trừ các khoảng trống tạo ra bởi sự phân hủy và sa lắng Đảo trộn sẽ làm xáo trộn các vật liệu bên trong và bên ngoài đống ủ Điều này sẽ tạo cho tất cả các vật liệu được tiếp xúc với không khí phía bên ngoài và nhiệt độ cao phía bên trong của đống

ủ Bằng cách này, tất cả các vật liệu sẽ như nhau và các vi sinh vật gây bệnh, ấu trùng của côn trùng có cánh sẽ bị diệt Thêm vào đó, đảo trộn sẽ xé nhỏ các phần tử rác để gia tăng diện tích bề mặt và các vật liệu được trộn lẫn nhau

b Dạng đống ủ hiếu khí cưỡng bức

Dạng ủ đống hiếu khí cưỡng bức là quá trình cung cấp khí cho đống ủ bằng máy thổi khí,

do đó sẽ kiểm soát được quá trình phân hủy hiếu khí tốt hơn Không yêu cầu đảo trộn trong đống ủ, khí được cung cấp bằng hệ thống phân phối hiệu quả và đều Thời gian của quá trình này khoảng từ 3-5 tuần

2.2.3 Vi sinh vật

Các nhóm vi sinh vật có mặt trong quá trình ủ phân rác gồm:

- Vi khuẩn với các dạng phân hủy hình que, hình cầu hay hình xoắn Nhiều loài có khả năng tự di chuyển Khi bắt đầu của quá trình ủ phân rác, các vi khuẩn chịu nhiệt trung bình chiếm ưu thế Khi nhiệt độ gia tăng trên 40∙C, các vi khuẩn hiếu nhiệt sẽ tiếp quản Trong

giai đoạn này, khuẩn hình que sẽ chiếm ưu thế về số lượng Khi quá trình ủ phân rác được làm mát, vi khuẩn chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưu thế

- Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp như cellulose, lignin, chitin và protein trong quá trình ủ rác Enzyme của chúng cho phép xạ khuẩn phân hủy hóa học các mảnh vụn như thân cây, vỏ cây hoặc tạp chí Một vài loài xuất hiện trong giai đoạn chịu nhiệt trung bình, những loài khác đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn làm mát và ổn định

- Nấm có vai trò quan trọng trong việc phân hủy các mảnh vụn, tạo cho các vi khuẩn tiếp tục quá trình phân hủy hết các cellulose còn lại Các loài nấm có số lượng lớn trong cả 2 giai đoạn: nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao Hầu hết nấm sống ở lớp bên ngoài của đống

ủ khi nhiệt độ cao

- Động vật nguyên sinh được tìm thấy ở trong nước rỉ rác của đống ủ nhưng có vai trò khá nhỏ trong phân hủy phân rác

- Trùng roi được tìm thấy trong nước rỉ rác của đống ủ Chúng ăn các hợp chất hữu cơ, vi khuẩn và nấm

2.2.4 Các yếu tố hóa học

- Tỷ lệ C/N

Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật, trong đó carbon

và nitơ là quan trọng nhất Carbon cung cấp năng lượng và các khối cơ bản để tạo ra khoảng 50% khối lượng tế bào vi sinh vật Nitơ là thành phần chủ yếu của protein, acid nucleic, acid amin, enzyme, co-enzyme cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của tế bào Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1 Ơ mức tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, nguyên nhân gây ra mùi khai Ơ mức tỷ lệ cao hơn sự phân hủy xảy ra chậm

Khi bắt đầu quá trình ủ phân rác, tỷ lệ C/N giảm dần từ 30:1 xuống còn 15:1 ở các sản phẩm cuối cùng do hai phần ba carbon được giải phóng tạo ra CO2 khi các hợp chất hữu

cơ bị phân hủy bởi các vi sinh vật Mặc dù đạt tỷ lệ C/N khoảng 30:1 là mục tiêu tối ưu trong hóa trình ủ phân rác, nhưng tỷ lệ này có thể được hiệu chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ, trong đó quan trọng nhất là cần quan tâm tới các thành phần có hàm lượng lignin cao

- Dinh dưỡng

Cung cấp đủ photpho, kali và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Bo, Cu, là cần thiết cho sự chuyển hóa của vi sinh vật Thông thường, các chất dinh dưỡng này không có giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồn nguyên liệu cho quá trình ủ phân rác

- pH

Giá trị pH trong khoảng 5,5 –8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình ủ phân rác Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu cơ Trong giai đầu của quá trình ủ phân rác, các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, phân hủy lignin và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục

bị phân hủy trong quá trình ủ phân rác Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid

có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật

2.2.5 Các yếu tố vật lý

- Nhiệt độ

Nhiệt tạo ra từ quá trình phân hủy rác là sản phẩm phụ của sự phân hủy các hợp chất hữu

cơ do bởi vi sinh vật Sản phẩm nhiệt phụ thuộc vào kích thước của đống ủ, độ ẩm, không khí và tỷ lệ C/N Nhiệt độ môi trường xung quanh cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ của quá trình ủ phân rác

Nhiệt độ trong hệ thống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá trình ủ, phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo ra bởi các vi sinh vật và thiết kế của hệ thống, đây cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ rác

- Độ ẩm

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân rác nằm trong khoảng 50-60% Các vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy rác thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của phân tử rác Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, mặc khác khi độ ẩm quá lớn (> 65%) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí, gây mùi hôi và thất thoát dinh dưỡng

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ phân rác vì nước có nhiệt dung riêng cao hơn hết các vật liệu khác

- Kích thước hạt

Nhìn chung, hoạt tính của vi sinh vật xuất hiện ở vùng bề mặt của các phần tử rác Khi giảm kích thước hạt sẽ làm gia tăng diện tích bề mặt, sẽ khuyến khích hoạt tính của vi sinh vật và gia tăng mức độ phân hủy Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các vi sinh vật trong đống ủ và giảm mức độ hoạt tính của vi sinh vật

- Độ xốp

Độ xốp của lớp rác ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho sự trao đổi chất, hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các phần tử hữu cơ hiện diện trong các vật liệu ủ

- Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân rác

Kích thước và hình dạng của các đống ủ có ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy

2.3 Đề xuất quy trình công nghệ xử lý rác thực phẩm

Thuyết minh quy trình công nghệ

Rác thực phẩm Khu tiếp nhận Phân loại sơ bộ Máy xé bao Sàng lồng 1 Phối trộn

Ủ hiếu khí

Ủ chín Đánh tơi

Sàng lồng 2 (tách mùn) Kiểm tra Sấy, tách ẩm Đóng bao Thành phẩm

đạt

Nước rỉ rác

Nước rỉ rác Khí độc, mùi hôi

Bước 1: Tiếp nhận

Rác tại bãi tập kết được xe xúc lật đưa lên phễu nạp liệu

Bước 2: Xé bao, làm tơi

Rác được đưa vào máy xé bao với cơ cấu cơ khí được thiết kế hợp lý, các bao chứa rác sẽ được phá vỡ và nhờ tác động lực đập của máy rác được làm tơi trước khi vào công đoạn tiếp theo

Bước 4: Phối trộn với trấu

Rác sau khi đã phân loại và tách hoàn toàn các tạp chất sẽ đưa vào máy phối trộn Trấu được thêm vào với tỷ lệ thích hợp, tạo thành hỗn hợp để đem đi ủ hiếu khí

Bước 5: Ủ hiếu khí

Là quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ và ổn định cơ chất dưới điều kiện nhiệt

độ cao do các VSV ưa nhiệt gây ra trong điều kiện có oxi không khí để tạo thành mùn hữu

cơ có thể sử dụng để sản xuất phân bón cho cây trồng Sau khi phối trộn men vi sinh, hỗn hợp rác hữu cơ được chuyển vào buồng lên men nhờ máy xúc Quá trình lên men là hiếu khí, không khí được cấp cho khối ủ bằng máy nén khí thông qua hệ thống ống dẫn đặt bên dưới nền bể ủ Quá trình này kết thúc sau 21 ngày ủ

Bước 6: Ủ chín