Luận văn thạc sĩ Công nghệ sinh học: Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học tại nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung và rác thải hữu cơ để sản xuất biogas

Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học và rác thải hữu cơ để sản xuất khí biogas giúpgiảm thiểu lượng chất thải phát sinh ngày càng tăng, đồng thời tạo ra nguồn năn

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HCMTRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA

TRAN THI MINH NGOC

NGHIEN CUU TAI SU DUNG BUN THAI SINH HOC TAI

NHA MAY XU LY NUOC THAI SINH HOAT TAP TRUNG

VA RAC THAI HUU CO DE SAN XUAT BIOGAS

Chuyén nganh: Cong nghé sinh hoc

Mã số: 60420201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 01 năm 2018

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa —- ĐHQG —- HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Đinh Thị Nga

TS Hoàng Anh Hoàng

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành

sau khi luận văn đã được sửa chữa (nều có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA KY THUẬT HÓA HỌC

PGS.TS Nguyễn Đức Lượng GS.TS Phan Thanh Sơn Nam

ĐẠI HỌC QUOC GIA TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trần Thị Minh Ngọc MSHV: 1570258

Ngày, thang, năm sinh: 27/12/1991 Nơi sinh: Sóc Trăng

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số : 60420201I TÊN DE TÀI:

Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học tại nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung

và rác thải hữu cơ để sản xuất biogasII NHIEM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học và rác thải hữu cơ để sản xuất khí biogas giúpgiảm thiểu lượng chất thải phát sinh ngày càng tăng, đồng thời tạo ra nguồn năng lượngtái tạo phục vụ sản xuất và sinh hoạt

2 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá khả năng đồng xử lý ky khí từ bùn thải sinh học và rác thải hữu cơ.- _ Nghiên cứu và đánh giá khả năng tạo khí sinh học từ quá trình đồng xử lý ky bùn thảisinh học và rác thải hữu cơ bằng mô hình xử lý theo mẻ với tỷ lệ phối trộn khác nhau.- _ Nghiên cứu và đánh giá khả năng tạo khí sinh học từ quá trình đồng xử lý ky bùn thảisinh học và rác thải hữu co bằng mô hình xử lý liên tục với tải trọng hữu cơ khác nhau.II NGÀY GIAO NHIỆM VU: 16/01/2017

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 18/12/2017V CÁN BO HƯỚNG DAN: TS Dinh Thị Nga; TS Hoàng Anh Hoàng

Tp HCM, ngày 29 tháng 0Ì năm 2018

CÁN BỘ HUONG DAN 1 CÁN BO HUONG DAN 2: CHỦ NHIEM BO MÔN ĐÀO TẠO

TRUONG KHOA KY THUAT HOA HOC

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thay cô hướng dẫn: TS Dinh Thị Nga

và TS Hoàng Anh Hoàng Xin cám ơn thầy cô đã tạo điều kiện, hướng dẫn và giúpđỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè và người thân đã ủng hộ, cô vũ

và động viên tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập và nghiên cứu.Xin chân thành cảm ơn thầy cô giảng viên Trường Đại học Bách Khoa TP.HCMđã truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu tạo điều kiện cho tôi hoàn thành

chương trình học này.

TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

Học viên

Trần Thị Minh Ngọc

của $25; S50; S75; và S100 tương ứng là 143,1; 358,9; 197,7; và 105,8; hàm lượng

CH, chiếm khoảng 58 - 69% biogas Các chỉ tiêu khác như: tong ni tơ, tong phốt phocó xu hướng tăng trong thời gian đầu và giảm dan sau khi qua giai đoạn khởi động:các chỉ tiêu: TOC, COD, VFAs giảm dan trong suốt quá trình thí nghiệm

Ở nội dung thí nghiệm thứ hai, hai bé ky khí có tỷ lệ phối trộn nguyên liệu lần

lượt là S50 và S100 (đối chứng) được vận hành ở chế độ liên tục với ba tải trọng hữu

cơ lần lượt là 2 gVS/I.ngày: 4 gVS/1.ngày và 6 gVS/1.ngày; mỗi tải trọng có thời gianvận hành là 18 ngày Kết quả nghiên cứu cho thay, ở hai mức tải trọng 2 gVS/I.ngayvà 4 gVS/I.ngày, các bé phản ứng hoạt động Ổn định Ở tai trọng hữu cơ 2 gVS/1.ngày,thé tích methane thu được hang ngày từ 390 — 520 ml; sản lượng methane từ 1,3 —1,5 mlCH4/gV Shem vào; hàm lượng ni tơ tong từ 412 — 452 mg/l, hàm lượng phốt photong từ 290 — 387 mg/l và COD dau ra ở mức 8160 — 8800 mg/l Khi nâng lên mứctải trọng 4 øVS/1.ngày, bê S50 có mức sản xuất khí biogas cao hơn so với tải trong 2øVS/I.ngày: thé tích biogas từ 860 — 1220 ml; sản lượng methane thu được từ 2,8 —4.2 mICHz/gV Suem vào; hàm lượng ni tơ tổng từ 433,44 — 476 mg/l; hàm lượng phốtpho tong từ 453,49 — 483,18 mg/l; COD dau ra từ 10600 — 12760 mg/l O mức tảitrọng 6 gVS/I.ngay, ca hai bề thí nghiệm đều hoạt động không ôn định, lượng khíbiogas sinh ra không đều giữa các ngày, áp lực khí trong bình cao nên cần quan sátvà xử lý kịp thời tránh tắt nghẽn ống dẫn khí

ii

Tóm lại, nghiên cứu đưa ra kết luận, ty lệ phối trộn bùn thải sinh học và rác thải

hữu cơ thích hợp nhất cho hệ thống đồng xử lý ky khí là 50:50 với mức tải trọng hữucơ là 2 gVS/I.ngày và 4 gVS/1.ngày sẽ mang lại sự ôn định trong vận hành mô hình

và đạt hiệu quả sản xuât biogas cao.

lil

ABSTRACTThe aim of this study was to determine the appropriate mixing ratio and organicloading rate of mixture of waste sludge from municipal wastewater treatment plant(DS) and organic fraction of food waste (FW) to recover renewable energy byanaerobic co - digestion The experiment was carried out in a 3 liter reactors atambient temperature.

In the first experiment, on batch reactors, four mixing ratios of DS and SW (fourreactors) based on volatile solid content (200 g/l) of DS/SW was investigatedincluding 25:75 (S25); 50:50 (S50); 75:25 (S75), operation time is 16 days Theresults show that S50 achieved best with the highest biogas production Methane yield

(mlCHa4/gV Stemovea) Of S25, S50, S75 and S100 is 143.1; 358.9; 197.7 and 105.8;

methane content about 58 — 69%; total nitrogen and total phosphorus were increasedduring the start — up stage and decreased after that; TOC, COD and VFAs weredecreased during the experiment.

In the second experiment, S50 and S100 were continued to study for find theorganic loading rate (OLR) for the treatment of organic compounds and the mosteffective pollutants The three organic loading rate were selected including2¢VS/l.day, 4 gVS/I.day and 6 gVS/I.day; each OLR has an operating time of 18days The study showed that at the organic loading rate of 2 gVS/I.day and4 gVS/I.day, the reactors were stable At 2gVS/l.day of S50, the daily biogas outputof 390 — 520 ml; methane yields of 1.3 — 1.5 mlCH4/gVSaddea; total nitrogen contentof 412 — 452 mgil, total phosphorus content of 290 — 387 mg/l and COD outputcontent of 8160 - 8800 mg/l At 4 gVS/I.day of S50, biogas production higher than2 gVS/l.day; daily biogas production of 860 — 1220 ml; methane yields of 2.8 —4.2 mlCHa4/gVSaddea ; total nitrogen content of 433.44 - 476 mg/l; total phosphoruscontent of 453.49 - 483.18 mg/l; COD output content of 10600 - 12760 mg/l At theorganic loading rate of 6 gVS/I.day, the reactors were unstable, biogas productionwas unstable during most of operation.

In conclusion, the study concludes that the optimal mixing ratio of waste sludgefrom municipal wastewater treatment plant (DS) and organic fraction of food waste

iV

(FW) by anaerobic co — digestion system is 50:50 with the OLR of 2 gVS/I.day and4 gVS/I.day This result will achieve the highest effect for biogas production as wellas stability in the operation.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:Đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, một phânđã được công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành, phan còn lại chưa được côngbố trong bat kỳ một công trình nào khác

Người nghiên cứu

Trần Thị Minh Ngọc

VỊ

MỤC LỤC

LOT CAM ƠNN s<©se HH 07A4 A4744 2744241724124 errserii i

¡002v ii

ABSTTRAC TT G5 99 0 00.0.0004 00004.000.006 600600660004006 06 ivLOT CAM ĐOANN - 5< LH 0.14714714074474 2744 744A4erkeerrsee viDANH MUC HÌNH - - << e9 9 1 v9 98 3995229 XDANH MỤC BÁNG - << < << 5 cư cư ưu 0 0 00013 20 xiDANH MỤC CHU VIET TAT << < se #9 xiiMỞ DAU 5< se HH4 E 4E7.40 9744074407744 074407144744 7249Eti 1CHƯƠNG 1 TONG QUANN - 5< 5< << S2 S49 9 999962 31.1 Tổng quan về bùn thải sinh học và các phương pháp xử lý - 3

BằnG.' na 3

1.1.2 Đặc điểm HH 41.1.3 Cac phương pháp xử lý bùn thải thông dụng - 5555 <<<<<<<<++2 41.1.3.1 Phuong pháp nén bùn và chôn lấp - +25 5+2 s+s+s+sscze: 51.1.3.2 Phuong pháp thiêu đỐt - - + 2 522E+E+ESEE£E£E£EeEeEErkrkrrereee 51.1.3.3 Phuong pháp xử lý sinh hỌC . cĂĂ S11 ke 61.1.3.4 Một số ứng dụng của bùn thải sinh học qua xử lý - 7

1.1.4 Một số công nghệ xử lý bùn thải trên thế giới - 25552552 1]1.14.1 Cong nghệ ExelysTM và BiothelysTM con khe IIII a vi 0 0 IIII *0 ái) 0i 13

1.2.2 Các phương pháp xử lý chat thai ran sinh hoạt đô thị - l6

1.2.3 Rac thải sinh hoạt hữu cơ và phương pháp xử LY «««- 17

1.3 Tổng quan về quá trình phân hủy ky khí - ¿5-25 +s+s+£zs+x+zezszsee 18

1.3.1 Quá trình phân hủy ky Ki cece cssesescssescscsscsessssessssesestsnees 18

1.3.1.1 Khái niệm :- 2S SE E1 1511111111111 11111111 xe 18

1.3.1.2 Co chế của quá trình phân hủy ky khí - 2 s5s+ss 55552 201.3.1.3 Các yếu tô ảnh hưởng -5- 5-52 52+E+S£‡E+EeEzEvrerererrererree 211.4 Tổng quan về quá trình đồng xử lý ky khí bùn thải và rác thải hữu cơ 23CHƯƠNG 2 VAT LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP - 2 s «s22 se se 262.1 Thời gian và địa điỂm - + <6 1S E1 1211151111111 111151511 11111111111 xe 262.2 Đối tượng nghiên CỨU -¿- 56% 5£ 21239 E392 2123511211111 11111211 .cxyeU 26

2.3 Phương pháp nghiÊn CỨU - G0999 re 27

2.3.1 Sơ đồ thí nghiệm tong quát - + + 2+ 2 +2+E+E£E+E+E£erterrerrerered 27

"VAN gì) i00) 0000001320) ea 28

2.3.2.1 Phương pháp lấy mau + 2 2 5+2 EE£E£E£ESEEErkrkrrrrees 282.3.2.2 Phương pháp phối trộn mẫu - - 2 + 2 2+E+E+E+Ez£E£Ezeresree, 28

2.3.2.3 Phương pháp phân tich - <1 ng ke 29

2.3.3 Mô hình thí nghiệm và cach vận hành 5S S339 9955555111112 29

CHUONG 3 KET QUA VA BIEN LUẬN 5- < 5-5 5< se se sesessssese 31

3.1 Phân tích thành phan, tính chất của mẫu bùn thải sinh học và rác thải hữu co313.2 Nghiên cứu và đánh giá khả năng tạo khí sinh học từ quá trình đồng xử lý kybùn thai sinh học và rác thải hữu cơ bang mô hình bê phản ứng theo mẻ với tỷ lệ phốitrộn khác nha - + - << << Ă SE E81 111 31111 vớ 333.2.1 Gl frỊDHH cọ nọ re 34

3.2.2 Thành phần khí biOgas ¿+ + 25292 SE‡E#EEE£EEEEEEEEEEErErkrrererreee 353.2.3 Thể tích khí methane + 2 2 ©EE+ E2 EEEEEE+ESEEEEEEEEEEEEEErErkrkrree 36

3.2.4 Sản lượng khí methane tích lũy ĂĂS S1 1 re, 37

3.2.5 Acid béo bay hơi (VFAS) HH HH HH 38

3.2.6 Tổng carbon hữu cơ (TOC) - ¿55c tt 1E 1212121511111 11 1111111 393.2.7 Hàm lượng chất dinh dưỡng - + + 5++S2+£+x+S+££+EvEzerrerererrees 40

3.2.6.1 Tổng nỉ tƠ c.S.Sn HH HH1 1112121101 01011111 11111111 403.2.6.2 _ Tổng phốt pho -¿-¿- + + SE++SE 23212 123912121111 1211111 te 41

3.2.6.3 Ham lượng COlD sgk Al3.3 Nghiên cứu và đánh giá khả năng tạo khí sinh học từ qua trình đồng xử lý ky

bùn thải sinh học và rác thải hữu cơ bằng mô hình xử lý liên tục với tải trọng hữu cơ

khác nhau - Ă Ă Ă SE E 5 E%1 E111 11 111 ni ni ra 423.3.1 Giá trịpH c tk 1 TT 1E 1 111111111211 1111211 1111111111 T gu 42

3.3.2 Nồng độ khí methane ¿-¿- 2E +EE+E+E#E#E#EEESEEEEEEEEEECk Tri 433.3.3 Thể tích khí methane + 2 2 +%+E+E*EEEEEEEE+ESEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkrree 44

3.34 Sản lượng khí methane - << 10 19 ng re 44

3.3.5 Hàm lượng acid béo bay hơi (VEAS) cscecesescssescssessesessesssscsessesesesesseseeees 45

3.3.6 Ham lượng dinh dưỡng - - <5 + 190 119 ng re 46

3.3.6.1 Tổng nỉ tƠ c.S.Sn HH TT 1010101111121 463.3.6.2 Tổng phốt pho + + ©E++EE SE E2 12391 1211111121111 te 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt cơ bản và vi trí phát sinh bùn thải 3

Hình 1.2 Sơ đồ quá trình thủy nhiệt xử lý bùn thải ở nhà máy xử lý nước thai 1]

Hình 1.3 Gian d6 quy trình công nghệ AthosT M sex eEx+EeE+EeEx£keEzkczerxr 12Hình 1.4 Giản đồ quy trình công nghệ InosTM, s- + eEx+eEE+EeEE£EeExckerxcxeri 14Hình 1.5 Giản đồ quy trình công nghệ SaplhhyrT M, se + eEx+£EE+E£EE+xeEvzkczxrxe 15Hình 1.6 Sơ đồ các giai đoạn của quá trình phân hủy ky khí - 5 20Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm - 2-2 SE SE £SE£E£EEEE£EEEEeEEEEeEEEErErrkrrerkre 27Hình 2.2 Mô hình thiết bị lên men thí nghiệm 2° 2S E+E£E£zE£E+2Sz£: 30Hình 3.1 Hệ thống thiết kế thí nghiệm thực tẾ - 2 + *+E£EE+E£EE+Ee£+xee: 34Hình 3.2 Biểu đồ pH trong các thí nghiệm xử lý ky khí theo mẻ - 34

Hình 3.3 Biểu đồ nồng độ thành phần khí biogas của các thí nghiệm xử lý theoHình 3.4 Biểu đồ thé tích khí methane sinh ra của các thí nghiệm xử lý theo mẻ 36

Hình 3.5 Biểu đồ thé tích khí methane tích lũy của các thí nghiệm xử lý theo mẻ 37

Hình 3.6 Biểu đồ sản lượng methane tích lũy của các thí nghiệm xử lý theo mẻ 38

Hình 3.7 Biểu đồ hàm lượng acid béo bay hơi ở các thí nghiệm xử lý theo mẻ 39

Hình 3.8 Biểu đồ hàm lượng tông carbon hữu cơ của các thí nghiệm xử lý theoIME oo .45 39

Hình 3.9 Biéu đồ ham lượng ni to tổng ở các thi nghiệm xử lý theo mé 40

Hình 3.10 Biểu đồ hàm lượng phốt pho tông ở các thí nghiệm xử lý theo mẻ 4]

Hình 3.11 Biéu đồ hàm lượng COD ở các thí nghiệm xử ly theo mẻ 4]

Hình 3.12 Biểu đồ giá trị pH mỗi ngày ở các tải trọng hữu cơ - 5-5 43Hình 3.13 Nong độ khí methane trong các thí nghiệm xử lý liên tục 43

Hình 3.14 Biéu đồ thê tích khí biogas ở các thí nghiệm xử lý liên tục 44

Hình 3.15 Biểu đồ sản lượng methane trong các thí nghiệm xử lý liên tục 45

Hình 3.16 Hàm lượng VFAs trong các thí nghiệm xử lý liên tục - 45

Hình 3.17 Biểu đồ hàm lượng ni tơ tông ở các thí nghiệm xử lý liên tục 46

Hình 3.18 Biéu đồ hàm lượng phốt pho tông ở các thí nghiệm xử lý liên tục 47

Hình 3.19 Biểu đồ giá trị COD ở ở các thí nghiệm xử lý liên tục - 47

DANH MỤC BÁNG

Bang 2.1 Phuong pháp phân tích các chỉ tiêu của bùn thải 55 555 29

Bảng 3.1 Thành phần cơ bản của bùn thải sinh học - - - 2s s+s *zS£S£zSz 31

Bang 3.2 Ham lượng kim loại nang trong bùn thải - 5555555 << ++>ses 3lBảng 3.3 Thanh phan cơ bản của rác thải hữu cơ 5-2 5+ *+E£££E£Sezxz 32

Bảng 3.4 Thanh phan cơ bản của hỗn hợp bùn thải sinh học và rác thải hữu cơ 33

XI

EU

INRSMLSS

FW

OLR

PE

TSVASTVFAsVSWtE

DANH MUC CHU VIET TAT

Biochemical Oxygen DemandColony Forming Units

Chemical Oxygen DemandCapillary Suction TimerDewatered sludgeExtracellular polymeric substancesEuropean Union

Institut National de la Recherche ScientifiqueMixed liquor suspended solids

Food wasteOrganic Loading RatePolyetylen

Total solidsVietnam Academy of Science TechnologyVolatile fatty acids

Votiled solids

Waste to Energy

XI

MO DAUTính cấp thiết của dé tài

Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, các hoạt động sản xuất lẫn sinh hoạtcủa con người đều làm gia tăng lượng chất thải rắn phát sinh ra môi trường Trongcác loại chất thải rắn, bùn thải là một trong những vấn đề đáng lo ngại gây ô nhiễmđang thu hút nhiều sự quan tâm Theo thống kê của Sở Tài nguyên và Môi trườngThành phố Hỗ Chí Minh, vào năm 2012, chỉ riêng khu vực TP Hỗ Chí Minh đã phátsinh lượng bùn thải các loại tong cộng khoảng 3000 - 4000m?/ngay Trong do, lượngbùn thải từ các hệ thống cống rãnh từ 450000 - 700000 tân/năm; bùn thải từ các kênh

rạch từ 2 3 triệu m/năm; bùn thải từ các nha máy xử lý nước thải sinh hoạt từ 30

-40 tân/ngày và bùn thải từ bể tự hoại từ 30 - 50 tan/ngay Xét về đặc điểm của bùnthải, đây là loại chất thải có chứa rất nhiều vi sinh vật, hàm lượng carbon và chất dinhdưỡng hữu cơ cao, có thé tận dụng cho việc thu hồi năng lượng thông qua các phươngpháp xử lý sinh học Tuy nhiên, lượng bùn thải này hiện nay lại được xử lý chủ yếubăng phương pháp chôn lấp, gây ô nhiễm môi trường bởi mùi hôi thối và những mầmbệnh tiêm an

Ngoài bùn thải, sự gia tăng dân số còn kéo theo lượng chất thải ran sinh hoạtngày càng tăng Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam, dựa vào nguồn gốcphát sinh, khoảng 46% chat thải ran phát sinh là chat thải ran sinh hoạt đô thị; 17%từ hoạt động sản xuất công nghiệp; còn lại là chất thải rắn từ nông thôn, làng nghề vày tế Riêng lượng chất thải răn sinh hoạt phát sinh từ các đô thị trong giai đoạn 2011- 2015 tiếp tục gia tăng và có xu hướng tăng nhanh hơn so với giai đoạn 2006 - 2010.Ước tính lượng phát sinh chat thải ran sinh hoạt khoảng 63 nghìn tan/ngay Trong đó,chất thải rắn sinh hoạt bao gồm chất thải hữu cơ và chất thải vô cơ Chất thải vô cơkhông thé phân hủy được nên chỉ có thé chôn lấp hoặc tái sử dụng cho mục đích khác.Tuy nhiên, chat thải hữu cơ rất dé phân hủy do chứa thành phan hữu cơ thuận lợi chosự phát triển của vi sinh vật, đặc tính này có thể được tận dụng để thu hồi năng lượng,do đó, với cách giải quyết băng phương pháp chôn lấp là không khả thi, vừa gây ô

nhiễm môi trường, vừa lãng phí nguồn tài nguyên tái sử dụng được.

Song song với hiện trạng trên là van đề thiếu hụt năng lượng, theo nghiên cứucủa các nhà khoa học Viện Khoa học Năng lượng, năm 2011, Việt Nam sẽ phải đốimặt với nguy cơ thiếu hụt nguồn năng lượng trong tương lai không xa Ngoài cácnguôn năng lượng hóa thạch như than, dau thô, khí việc phát triển các nguồn nănglượng thay thế khác ngày càng trở nên quan trọng Với sự tiễn bộ của các ngànhkhoa học công nghệ ngày nay, đặc biệt là công nghệ biến chất thải thành năng lượng(WtE), sẽ khắc phục được tình trạng thiếu hụt năng lượng trong tương lai, hạn chếvan dé nóng lên toàn câu va giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Với những lý do trên, tôi tiễn hành thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên

cứu tái sử dụng bùn thải sinh học tại nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung và

rác thai sinh hoạt dé sản xuất biogas” nhằm mục đích tận dụng nguồn bùn thai và rácthải sinh hoạt trong thành phố để sản xuất năng lượng tai tạo (biogas), giảm thiêu ônhiễm môi trường từ các loại chất thải trên

Mục tiêu nghiên cứu:Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học tại nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt

tập trung và rác thải hữu cơ bằng phương pháp đồng xử lý ky khí để thu nhận khíbiogas phục vụ các hoạt động sản xuất và sinh hoạt

Nội dung nghiên cứu:

Dựa vào mục tiêu trên, nghiên cứu tiễn hành gom các nội dung như sau:- Đánh giá kha năng đồng xử lý ky khí từ bùn thải sinh học và rác thai hữu cơ.- — Nghiên cứu và đánh giá kha năng tạo khí sinh học khi thay đối tỷ lệ phối trộnnguyên liệu băng mô hình bể phản ứng theo mẻ

- Nghiên cứu va đánh giá kha năng tạo khí sinh học khi thay đổi tải trong hữu cobang mô hình xử lý liên tục

CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN1.1 Tổng quan về bùn thải sinh học và các phương pháp xứ lý1.1.1 Nguồn gốc

Bùn thải là sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước thải Bùn thải thường chứamột lượng nước lớn, đặc tính của bùn phụ thuộc vào đặc tính của chất lỏng mà nóđược tách ra Vị trí phát sinh bùn thải trong quy trình xử lý nước thải được thể hiện ởhình 1.1 Dựa vào đặc tính của bùn thải có thé chia thành các loại như sau: bùn thảidễ phân hủy sinh học và bùn thải khó phân hủy sinh học

Trong đó, bùn thải dễ phân hủy sinh học (bùn thải sinh học) là loại bùn được

tạo ra từ quá trình xử lý sinh học hay từ nước thải có hàm lượng hữu cơ cao [1][6].

Ỷ

Ham chứaỶSong chắn

ỶBề điều hòa

Bề khử trùng [>| Nguồn tiếp nhận

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt cơ bản và vị trí phát sinh bùn thải

Sân phơi bùn

Bùn thải sinh học được chia thành 2 loại: không nguy hại và nguy hại.

- Bin thải không nguy hai được tạo ra từ quá trình xử lý nước ở các nhà máy chế

biến lương thực thực phẩm, nước thải sinh hoạt Bùn này có hàm lượng chất hữu cơ

cao, ít chất độc và thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật Vì vậy có thể sử dụnglàm phân bón cho cây trồng hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình nuôi cấy visinh vật, tạo ra nguồn năng lượng và nhiên liệu có giá tri

- Bun thải nguy hại được tạo ra từ hệ thong nước thai của bệnh viện, các khunghiên cứu Loại bùn thải này phải được xử lý nghiêm ngặt bằng phương pháp thiêuđốt trước khi chôn, tuyệt đối không được tan dụng cho mục đích nông nghiệp [1].1.1.2 Đặc điểm

Bùn thải sinh học từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt thường chứa một lượng

lớn chất hữu cơ cũng như các hợp chất chứa ni tơ và phốt pho Đây là các thành phầndinh dưỡng có thể tái sử dụng làm phân bón, chất cải tạo đất hay sản phẩm hữu íchkhác Bên cạnh đó, bùn thải sinh học còn chứa những quân thể vi sinh vật rất đa dạngbao gồm: vi khuẩn, nam, protozoa Trong đó, vi khuẩn là nhóm vi sinh vật quan trọngnhất trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ Tuy nhiên, trong bùn thải sinh học vẫntiém ấn các vi sinh vật mầm bệnh, do đó cần phải được xử lý trước khi đưa đến cácnơi tiếp nhận cho mục đích khác

Đặc biệt, bùn thải sinh học chứa rất ít kim loại nặng, phù hợp cho quá trình lênmen ky khí thu năng lượng, đồng thời sản phẩm sau lên men có thể được sử dụng trựctiếp làm phân bón cho nông nghiệp, không gây ảnh hưởng đến môi trường [6]

1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn thai thông dung

Bun sinh ra từ hệ thống xử lý nước thải thường ở dạng lỏng có chứa từ 0,25%đến 12% chất răn tính theo khối lượng tùy thuộc vào công nghệ xử lý nước thải đượcáp dụng Trong những thành phần cần xử lý, bùn chiếm thể tích lớn nhất và kỹ thuậtxử lý cũng như thải bỏ bùn là một trong những vẫn đề phức tạp trong quá trình xử lýnước thải Các thiết bị xử lý bùn chiếm 40% — 60 % tổng chi phí xây dựng hệ thốngxử lý nước thải và chi phí xử lý khoảng 50 % chi phí vận hành toàn hệ thống

Sau đây là một số phương pháp xử lý thường được sử dụng:

1.1.3.1 Phuong pháp nén bùn và chôn lấp

- Phương pháp nén bùn:

Bun thải từ bề lang II có độ âm cao Một phan bùn được hoan lưu trở lại vào bểxử lý sinh học, phan còn lai được dẫn vào bề nén bùn Bề nén bùn có nhiệm vu làmgiảm độ âm của bùn dư bang cách nén cơ học dé đạt độ âm thích hợp

Các phương pháp thông dụng để nén bùn bao gồm ba phương pháp vật lý:e Phương pháp nén bùn bằng trọng lực

e Phương pháp nén bùn bằng tuyển nổi khí hòa tan.e Phương pháp nén bùn băng máy ly tâm

Bùn sau khi được xử lý sẽ được đem phơi khô làm phân bón hoặc vận chuyểnđến các khu vực chôn lap chất thải [1][5][6]

- Phương pháp chôn lấp:Đây là phương pháp xử lý đơn giản và được ưa chuộng nhất trong việc xử lýchất thải răn, đặc biệt là đối với bùn thải nguy hại Tuy nhiên, phương pháp xử lý nàygây lãng phí nguồn nguyên liệu (bùn thải chứa hàm lượng chất hữu cơ cao), tốn diệntích đất chôn lap, gây 6 nhiễm môi trường và ô nhiễm nguồn nước ngầm

Trong quá trình chôn lap cần xác định địa điểm bãi chôn lap can thận do có thégây ra một số van dé 6 nhiễm dưới bề mặt đất Các bãi chôn lap phải đặt phía trênmực nước ngâm, hạn chế sự thâm thấu các chất ô nhiễm bởi nước mưa, mặt hướngvề tầng nước ngầm phải được giảm thiểu [1][2][6][13][15]

1.1.3.2 Phuong pháp thiêu đốtĐây là phương pháp cuối cùng được sử dụng trong xử lý bùn thải Phương phápnày giúp làm giảm đáng kế khối lượng bùn sau khi đốt, giảm thiểu mùi hôi nhờ xử lýnhiệt, đồng thời sản phẩm cuối như tro và chất tro có thé được sử dụng làm nguyênliệu phụ để sản xuất bê tông

Hiện này, bùn thải nguy hại không được sử dụng cho mục đích nông nghiệp và

bùn thai chôn lap ngày càng nhiều nên việc đốt bùn thải được dự kiến sẽ ngày càngtăng để giảm lượng bùn cặn phải đem đi chôn lấp Tuy nhiên, phương pháp này cầnchỉ phí đầu tư ban đầu cao, bị quy định nghiêm ngặt về tiêu chí đốt, quản lý dư lượngkhí thai, xử lý tro bay va tro day, đồng thời có thể tạo ra một số khí độc cho môi

trường và con người, phương pháp này chỉ được lựa chọn để xử lý các chất thải độchại không thé áp dụng các phương pháp xử lý khác [5][6].

1.1.3.3 Phuong pháp xử lý sinh họcsả Phương pháp xứ lý ky khí

Quá trình phân hủy ky khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp xảy ratrong điều kiện không có oxy Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện ky khícó thé biểu diễn đơn giản như sau:

Vị sinh vật

Chất hữu cơ > Tế bào mới + CH4 + CO2 + Hạ + NH3 + H2S + Q

Điều kiện ky khíQuá trình ky khí sử dụng COz làm chất nhận điện tử, không can oxy, do đó làm

giảm chi phí xử lý nước thải Lượng bùn tạo ra sau xử lý ky khí ít hơn so với quá

trình xử lý hiếu khí do năng lượng sinh ra từ các phản ứng ky khí tương đối thấp Hầuhết năng lượng có được từ sự phân hủy co chất đều được tìm thay trong sản phẩmcuối cùng của quá trình, đó là khí methane Sự tạo thành methane cũng giúp giảmthiểu lượng BOD trong bùn đã phân hủy Tuy nhiên, quá trình xử lý ky khí tốn nhiềuthời gian hon xử lý hiếu khí và nồng độ cơ chất ban đầu phải tương đối cao

Hiện nay, phương pháp xử lý ky khí được xem là một trong những giải pháp cải

thiện môi trường có hiệu quả cao, được áp dụng rộng rãi trên thế giới Quá trình xửlý ky khí có nhiều lợi thế hơn các phương pháp xử lý nước thải khác Đây là phươngpháp ồn định bùn thai và giảm thể tích, 6n định tính chat bùn; có khả năng làm giảmlượng sinh vật gây bệnh trong bùn thải Đồng thời, sản phẩm cuối cùng của quá trìnhchuyển hóa là khí khí sinh học — biogas (trong đó, khí methane được sử dụng nhưnguồn năng lượng tái tạo dùng để đốt, cung cấp nhiệt hoặc tạo điện phục vụ cho sảnxuất và sinh hoạt) Tuy nhiên, chất thải của hệ thống này vẫn đòi hỏi công nghệ xử lýphù hợp như chôn lấp, hóa ran hoặc tái sử dụng làm phân bón

>,

of Phương pháp xử lý hiếu khíXử lý hiểu khí là một quá trình xử lý sinh học, các vi sinh vật hiểu khí sử dụngchất hữu cơ, chất dinh dưỡng và oxy hòa tan có sẵn trong bùn thải để sản xuất cácchất ran 6n định, carbon dioxide, va gia tăng sinh khối Tương tự như phương pháp

xử lý ky khí, chat thải sau quá trình xử lý hiếu khí vẫn đòi hỏi công nghệ phù hợpnhư chôn lấp, hóa rắn hoặc tái sử dụng làm phân bón [6].

Ưu điểm của xử lý hiếu khí:e Giảm lượng chat ran bay hơi gần giống như xử lý ky khí.e Bin thải sau khi xử lý có nồng độ BOD thấp hơn

e Giảm mùi hôi thối từ bùn.e Bin sau khi xử lý có thé sử dụng làm phân bón.e Vận hành tương đối dé dàng hơn

Nhược điểm:e_ Chi phí năng lượng cao kết hợp với việc cung cấp oxy.e Qua trình khử nước băng cơ học kém

e Quá trình này bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, vi trí địa lý va loại thiết bị chứa

amoniac (NHa), hydro (H›), ni tơ (N2), carbon monoxide (CO).

Biogas có thé được sử dụng cho các lò đốt, sưởi 4m bang nồi hơi va cung cấpđiện năng Methane trong khí sinh học có thé được sử dụng để làm pin nhiên liệu

Bùn thải sinh học có chứa các thành phân thích hợp lên men ky khí sinh ra lượngkhí biogas tương đối cao, tận dụng được nguồn nguyên liệu thải để tạo ra năng lượng

sinh học an toàn cho môi trường và sức khỏe con người [6][16][15].

Sản xuất phân bón hữu cơBùn từ nước thải có chứa các chất dinh dưỡng có giá trị cao được khuyến cáosử dụng trong mục đích nông nghiệp Nó làm tăng tốc độ hô hap của vi sinh vật trongđất canh tác và tăng năng suất cây trồng vì bùn có chứa nhiều chất dinh dưỡng vàhàm lượng hữu cơ cao Việc xử lý bùn là một vẫn đề nhạy cảm với môi trường, bùnlàm phân bón rất tốt nhưng trong bùn có thể chứa các kim loại nặng, vi sinh vật gây

bệnh, mùi hôi thôi làm giảm năng suat cay trong và rủi ro vê mặt môi trường Do đó,

bùn thải cần được xử lý ôn định, trước khi đưa vào sử dụng trong môi trường tự nhiên.Bùn thải sau khi qua xử lý ky khí có thể được dùng làm phân bón hữu cơ thông thườngcho cây trồng, các nguyên tô có trong bùn thải rất thích hợp cho sự phát triển của thựcvật; đồng thời sử dụng bùn thải làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất phânhữu cơ vi sinh cũng là một hướng ứng dụng khá tốt [1][6][16].

Sản xuất vật liêu xây dựngBùn thải đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng cho sản xuất vật liệu xây dựnggiúp giảm ô nhiễm môi trường, tận dụng nguồn nguyên liệu thải, đặc biệt là bùn nguyhại khó xử lý Trong xây dựng, bùn thải được trộn với các chất phụ gia, đá, xi măngđể sản xuất vữa bê tông, gạch xây dựng

Dưới đây là một SỐ nghiên cứu và ứng dụng đã được thực hiện tại Việt Nam:- Nhóm tác giả Lâm Minh Triết, Viện nước và công nghệ môi trường: NguyễnNgọc Thiệp, Truong Dai học Tôn Đức Thắng cùng các cộng sự đã thực hiện đề tài“Nghiên cứu dé xuất công nghệ xử lý, tận dung bùn thải, nước tách bùn từ các nhàmáy cấp nước của TP.HCM”

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về việc tận dụng bùn thải để sản xuất vật liệu

xây dựng đơn giản (gạch xây dựng, chậu gốm, chén hứng mủ cao su) cho thấy với tỷlệ pha trộn bùn thải : đất sét (2 kg : S kg) chất lượng vật liệu sau khi mang di kiểmnghiệm có tính chất vật lý (cường độ nén và tính thắm) tương tự như các loại vật liệu

thông thường.

- Nhóm nghiên cứu va phat triển công nghệ mới thuộc Hội Khoa học và Kỹ thuậtxây dựng Thành phố Hỗ Chí Minh do Nguyễn Hồng Binh chủ trì đã đưa ra giải pháp6n định — hóa ran bùn thải nguy hai và hoàn thiện công nghệ sử dụng bùn thải nguyhại làm phối liệu cho vữa bê tông xi măng trong xây dựng hạ tầng kỹ thuật Vữa bêtông làm từ bùn thải công nghiệp có tính chất gidng vữa bê tông truyền thông, có thédùng dé đồ bê tông làm công trình ha tầng, chế tạo tam đan và cột tiêu Nhóm nghiêncứu đã thu thập các mẫu bùn thải nguy hại từ một số ngành công nghiệp dé phân tíchvà thí nghiệm Tại phòng thí nghiệm, các khối bê tông được đúc từ nhiều loại bùnthải nguy hại đã đạt các yêu cầu về môi trường và chỉ số kỹ thuật về cường độ bêtông Các chất nguy hại trong bùn thải sau khi xử lý bằng công nghệ trên đã bị triệt

tiêu hoặc giảm xuống dưới ngưỡng cho phép và không còn mùi hôi thối Theo đánhgiá ban dau, các sản phẩm đều đạt chỉ tiêu kỹ thuật.

- Trung tâm Công nghệ và Quản lý Môi truong Thành phố H6 Chí Minh đã hoànthiện công nghệ sản xuất gạch từ bùn thải Bùn thải được làm khô, tách riêng cácthành phan vô co (cát) và hữu cơ (bùn) bằng phương pháp thuỷ lực Cát min đượcdùng dé sản xuất gạch xây dựng Phan bùn sau khi xử lý bang vi sinh vật dé tách kim

loại sẽ được dùng làm phân bón hữu cơ Bùn thải từ các ngành công nghiệp có chứa

hàm lượng kim loại nặng cao nên dùng để sản xuất màu pha dùng trong sản xuất gạch

Môi trường nuôi cây vi sinh vật

Bùn thai sinh học có tiềm năng để tái sử dụng cho các mục đích khác nhau bởithành phân chủ yếu của bùn thải là các vi sinh vật dư thừa của công đoạn xử lý sinhhọc với hàm lượng chất hữu co, ni tơ và phốt pho cao Y tưởng tái sử dụng bùn thảilàm môi trường thay thế cho môi trường nhân tạo để nuôi cấy vi sinh vật nhằm nângcao giá trị của bùn thải lần đầu tiên được phát triển bởi R.D Tyagi thuộc Viện Nghiêncứu khoa học quốc gia, Quebec, Canada (INRS) Ưu điểm nỗi bật của hướng nghiêncứu này là tận dụng thành phần dinh dưỡng trong bùn thải để thay thế cho môi trườngnhân tạo đắt tiền thường sử dụng trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật để tạo ra các sảnphẩm sinh học có ích như các chế phẩm sinh học cải tạo đất, thuốc trừ sâu sinh học,màng PE, hóa chất keo tụ Việc tận dùng bùn thải vừa giúp giảm giá thành vừa gópphân bảo vệ môi trường

Trên cơ sở hợp tác giữa INRS va VAST, Viện Công nghệ môi trường đã giao

cho Nguyễn Hồng Khánh chủ trì nhiệm vụ và xây dựng hướng nghiên cứu mới đểtiếp thu ý tưởng, kết quả do R.D Tyagi (INRS) chuyển giao va phát triển hợp tác

nghiên cứu với Canada trong lĩnh vực tái sử dụng và nâng cao giá trị của bùn thải

sinh học Hướng nghiên cứu mới này đã được sự quan tâm và hỗ trợ đầu tư của BộKhoa học và Công nghệ, Viện Khoa học và Cong nghệ Việt Nam Sau khi tiễn hànhđiều tra, khảo sát, lay mẫu và phân tích chất lượng của bùn thải sinh học từ hệ thốngxử lý nước thải thuộc nhiều nhóm ngành sản xuất khác nhau như: xử lý nước thải sinh

hoạt, sản xuất bia, ché biến nồng sản thực phẩm nhằm sàng lọc và lựa chọn được

loại bùn thích hợp, không chứa độc chất, phù hợp cho việc tái sử dụng theo mục đích

của hướng nghiên cứu Kết quả đạt được cho thay, bùn thải phát sinh từ hệ thong xửlý nước thải của nhà máy bia và hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có sự ôn định caovà có các đặc tính tương đối giống với loại bùn thải được sử dụng trong nghiên cứuở Canada về hàm lượng chất dinh dưỡng và độc tố Thậm chí, bùn thải của Việt Namcòn có ham lượng hữu co, ni tơ và phốt pho cao hon so với bùn thai được thử nghiệm

ở quy mồ pilot 2000 lít ở Canada.

Thử nghiệm trên đối tượng bùn thải ở Việt Nam đạt được kết quả bước đầu khákhả quan Một số chủng vi sinh vật hữu ích như Bacillus thuringiensis (dùng dé sanxuất thuốc trừ sâu sinh hoc), Rhizobium (vi khuẩn cố định dam) đã được thử nghiệmvà cho thấy có khả năng phát triển tốt trên môi trường bùn thải của nhà máy bia (vớinồng độ của bùn thai là 20g MLSS/L) Mật độ tế bào và nồng độ độc tính delta-endotoxin của vi khuẩn Bacillus thuringiensis khi được nuôi trên môi trường bùn thảiđạt lần lượt là 4/7x108 CFU/mL và 619 mg/L Vi khuẩn Rhizobium cũng phát triểntốt trên môi trường bùn thải với mật độ tế bào đạt 2,6x108 CFU/mL

Bên cạnh đó, nhóm các nhà khoa học cũng hợp tác nghiên cứu và đánh giá khả

năng ứng dụng chất keo tụ sinh học dựa trên nuôi cây một số chung vi sinh vật sinhEPS (hop chat polymer ngoại bao) trên môi trường bùn thai Các thí nghiệm này đượctiền hành tại Việt Nam song song với phòng thí nghiệm tại Canada của R.D Tyagi

Kết quả nghiên cứu đã cho thay chat keo tu sinh hoc (str dung truc tiép hỗn hợp sau

nuôi cây mà không cần phải tách chiết ra khỏi môi trường nuôi cấy) có hoạt tính keo

tụ cao với kaolin: hiệu quả xử lý độ đục đạt 76,5 %, kha năng tách nước cua bùn sau

keo tụ được cải thiện đáng kế Day là một hướng nghiên cứu mới và có khả năng ứngdụng nhiều trong xử lý nước thải và ôn định bùn thải Chất keo tụ sinh học có khảnăng thay thế hoặc giảm thiểu lượng polymer hóa học, chất keo tụ hóa học và nhữngchất hóa học có tiềm năng gây độc cho sức khỏe con người và môi trường sinh thái

Các kết quả thu được còn mở ra triển vọng sản xuất, ứng dụng vào thực tế chocác chế phẩm sinh học, vật liệu sinh học băng cách nuôi cay các vi sinh vật hữu íchtrên môi trường làm từ bùn thai dé thay thé cho các môi trường nhân tạo có giá thànhcao như: các loại chế phẩm ứng dụng cho nông lâm nghiệp (thuốc trừ sâu sinh học vàcác vi khuẩn kháng nắm, bệnh trên cây công nghiệp, chế phẩm dùng trong cải tao dat

10

trồng cây); hóa chất keo tụ sinh học (dùng trong xử lý nước thải và bùn thải); chế

phẩm sinh học dùng cho xử lý nước thải (xử lý kim loại nặng, thuốc nhuộm, hợp chất

hữu cơ khó phân hủy trong nước rác); polyme sinh học dùng trong sản xuất túi đựng,

màng bao gói tự phân hủy.

1.1.4 Một số công nghệ xử lý bùn thải trên thé giới

1.1.4.1 Công nghệ ExelysTM và BiothelysTM

Công nghệ này dựa trên phương pháp thủy nhiệt Quá trình thủy nhiệt bao gồmcông nghệ thủy phân băng nhiệt và oxy hóa dang trở thành một phân thiết yếu củachiến lược quản lý bùn thải tại các nhà máy xử lý nước thải hiện đại Công nghệ nàykhông chỉ làm giảm khối lượng chất thải mà còn tăng hiệu suất cải thiện môi trường.Bằng cách tăng cường sản xuất khí sinh học - quá trình tự cấp năng lượng, làm tănggiá trị của chất thải, giảm phát thải khí nhà kính và giảm khối lượng lò phản ứng làmột số trong những lợi ích của công nghệ này

Phương pháp thủy nhiệt dùng cho xử lý bùn thải đang khắc phục được nhữngkhó khăn như việc loại bỏ nước, giảm khối lượng bùn Thủy nhiệt chủ yếu được dùngcho giai đoạn tiền xử lý phân hủy ky khí bùn Sản xuất biogas được cải thiện đáng kếvà chất thải ran được giảm đi [18]

II

AthosTM kết hợp oxy hóa thủy nhiệt với xử lý sinh học Kết qua của quá trìnhnày là tạo ra phát thải khí sạch, chất lỏng hữu cơ phân hủy sinh học và chất rắn.

Khí thải sạchLò phản ứng

được thu hồi, khô 50%)lăng Tách nước

i

Hình 1.3 Gian đồ quy trình công nghệ AthosTM

Trong quá trình oxy hóa pha lỏng của công nghệ AthosTM, thời gian oxy hóa

trong lò phan ứng ngăn, kết quả là:- Luong khoáng cao (it hơn 5% carbon hữu co trong cặn ran).- Chất lỏng dễ phân hủy sinh hoc có thé hoàn lưu cho quá trình xử ly sinh học(tương đương với 15% tổng COD trong bùn)

- Oxy hóa liên tục và an toàn, dưới sự khuấy trộn liên tục

- Tach pha khí và bun vô cơ.

- Nhiệt được thải ra bởi các phản ứng oxy hóa được thu hồi để đốt bùn.Ưu điểm:

Quá trình AthosTM tuân thủ tất cả các quy định về việc xử lý bùn nước thải.AthosTM là một công nghệ sạch, thân thiện với môi trường với những ưu điểm:

- Các chất vô cơ cuối cùng được cô đặc, chỉ chiếm 1% đến 2% lượng bùn lỏng

ban đâu, các chât vô cơ được cô đặc này được dùng làm vật liệu xây dựng.

On định kim loại nặng.Không phát thải khói ô nhiễm và các sản phẩm phụ có hại.- Giảm hiệu ứng nhà kính (giảm 50% lượng khí thải CO2 so với đốt)

Phá hủy các chất độc hại và mùi hôi (như hydrogen sulphide, mercaptan) và các

vi sinh vật gay bệnh.

12

- Thu hồi nhiệt dé sử dụng lại cho giai đoạn đốt bùn, không cần nguồn cung cấp

năng lượng bên ngoài.Tính linh hoạt:

- Xử lý được tất cả các loại bùn.- C6 thé điều chỉnh thời gian lưu, nhiệt độ và ty lệ ô nhiễm.- Tu động hóa tiên tiến

Do thiết kế nhỏ gọn, AthosTM có thé được tích hợp day đủ vào nhà máy xử lýnước thải và cung cấp xử lý bùn liên tục [18]

1.1.4.3 Công nghệ BioconTM

Các máy say BioconTM tách nước trong bùn ở nhiệt độ thấp va an toàn cho cácnha điều hành Các máy say BioconTM gém hai vành dai di chuyển để lưu thông khôngkhí nóng cho phép bùn đạt mức độ khô đến 65% - 90%

Bun khô có thé được lưu trữ và tái sử dụng trong nông nghiệp, không cần phảixử ly thêm Bun cũng có thể được tái sử dụng trong hệ thống tái tạo năng lượngBioconTM, được lắp đặt phía cuối của thiết bị say khô Với hệ thống này, năng lượngtái tạo được sử dụng để làm khô bùn mà không cần cung cấp năng lượng bên ngoài.Ưu điểm:

- Giảm lượng bùn ban đầu ít hơn 5% (kết hợp với hệ thống tái tạo năng lượng)

- Không tạo ra mùi hôi.- Bun được khử trùng.- Không tạo bụi.- Phục hồi năng lượng

- Chi phí vận hành thấp.- Kiểm soát được rủi ro.1.1.4.4 Công nghệ InosTM

Công nghệ InosTM sử dụng đơn giản và tiết kiệm năng lượng, kết hợp cả hai bộlọc ép khử nước và làm khô chat ran sinh học hoặc bùn bằng nhiệt

Một chuỗi các hoạt động bắt đầu với giai đoạn lọc qua màng, sau đó sử dụngkết hợp nước nóng tuần hoàn (85°C) với thiết bị chân không để tạo ra các bánh bùn

khô [IS].

13

Bun dauvao

May loc

‘|x | mr

1V VAAL MAY 1V VY 1 11111 1V Va yar §_ T133.

Chan không

fe i Loc

Loaibo hơi nước

Hình 1.4 Giản đồ quy trình công nghệ InosTMCông nghệ InosTM có thé được áp dung cho tat cả các loại bùn, cho phép tạo ranhững khối bánh chất thải rắn khô sản lượng cao

Công nghệ InosTM khử nước, ép bùn và làm khô bùn có ưu điểm:

- Khử nước trong bun day.

- Say bang nước nóng tuần hoàn ở 85°C.- Bánh chất ran khô sản lượng lên đến 97%- Thiết kế linh hoạt

Công nghệ SaphyrTM được sử dụng để ôn định và khử trùng bùn dày được tạo

ra bởi nước thải tại các nhà máy SaphyrTM làm giảm mùi hôi tạo ra bởi quá trình sản

xuất bùn.SaphyrTM sử dụng oxy hóa hóa học đối với bùn dày, có sự tham gia của NOatrong điều kiện pH acid (pH từ 2 — 3) [18]

14

Bun đã nen(20-100g ]) Cat trở hoặc khử nước

Hình 1.5 Giản đồ quy trình công nghệ SaphyrTM

Ưu điểm:- Giảm mùi hồi lâu dài.- Loai bỏ các mầm bệnh

- Cai thiện khử nước.

- _ Có thé làm phân compost.- _ Thiết kế đơn giản và dễ dàng hoạt động.1.2 Tong quan về rác thải sinh hoạt và phương pháp xử lý1.2.1 Tổng quan về rác thải sinh hoạt đô thị

Những vật và chất con người không còn sử dụng và vứt đi được gọi chung làchat thải (rác thải) Theo TCVN 6705:2009, rác thải được phân loại theo nguồn gốcbao gồm:

- Rac thai công nghiệp: rác thai từ các quá trình công nghệ san xuất công nghiệpvà chất thải rắn của các cơ sở xử lý chất thải

- Rac thai xây dựng: là loại rac thai do pha dỡ, cải tạp các hang mục/công trìnhxây dựng cũ, hoặc từ quá trình xây dựng các hạng mục/công trình mới như vôi vữa,sạch ngói vỡ, bê tong.

- Rác thải sinh hoạt: là loại rác thải từ hoạt động sinh hoạt của các hộ gia đình,các khu tập thé, rác thải đường phó, chợ, các trung tâm thương mại, văn phòng, trườnghọc.

- Rac thải nông nghiệp: là các phế phẩm trong hoạt động sản xuất nông nghiệp.Trong đó, rác thải sinh hoạt chiếm tỷ lỆ cao nhất và đang là một trong nhữngvan dé môi trường được quan tâm nhiều từ cách phân loại cho đến khâu xử lý Theo

15

Báo cáo Môi trường quốc gia 2011, tong lượng chat thải ran sinh hoạt ở các đô thịtăng trung bình 10 — 16% mỗi năm, trong đó, chất thải ran sinh hoạt chiém 60 — 70%tổng lượng chất thải răn đô thị.

Theo kết quả điều tra tong thé năm 2006 — 2007 của Bộ Tài Nguyên MôiTrường, lượng chất thải răn đô thị phát sinh chủ yếu tập trung ở hai đô thị đặc biệt làHà Nội và Thành phố Hỗ Chí Mình, chiếm tới 45,24% tổng lượng chất thải ran sinhhoạt phát sinh từ tất cả các đô thi tương ứng (khoảng 2.92 triệu tắn/năm) Lượng chatthai ran sinh hoạt đô thị tăng dan theo mức sống của người dân, do đó đến nay van

không có xu hướng giảm.

1.2.2 Các phương pháp xứ lý chất thải rắn sinh hoạt đô thịChat thải có thé tái chế trong chat thải ran sinh hoạt như giấy, nhựa, kim loạitrước hết được tách ra một phần tại các hộ gia đình để bán cho người thu mua phếliệu, sau đó người thu gom rác và công nhân tại bãi phế liệu phân loại lần nữa Ướctính tong lượng chat thải ran được tái chế trong chất thai ran đô thị chiếm 8 — 15%

Chat thải ran sinh hoạt đô thị có thé tái sử dụng, tái chế thành các sản phẩm khácnhư: làm phân hữu cơ, thức ăn chăn nuôi, tái chế cho các mục đích sử dụng khác Tuynhiên ty lệ tái chế này chỉ đạt khoảng 8 — 12% chat thải rắn đô thi thu gom được.- Sản xuất phân hữu co hiện dang là một trong những phương pháp xử ly đượcáp dụng rộng rãi nhất Mặc dù chất thải rắn chở đến các nhà máy làm phân hữu cơ cóthành phần hữu cơ từ 60 — 65% nhưng do chất thải răn đô thị chưa được phân loại kĩnên lượng chat thai ran thải ra sau khi xử lý ở các nhà máy phải mang đi chôn lắp vàokhoảng 35 — 40% lượng chất thải đầu vào Bên cạnh đó, vẫn đề tồn tại ở phương phápsản xuất phân hữu cơ là việc gây ô nhiễm môi trường thứ cấp do đốt các viên nhiên

liệu sinh ra.

- — Tái chế các chất thải như giấy thải, nhựa, kim loại ở Việt Nam hau hết do tưnhân và các làng nghề đảm nhiệm Các hoạt động này mang lại lợi ích kinh tế chongười dân Khoảng 90% loại chất thải này tạo thành sản phẩm tái chế, khoảng 10%còn lại thành chất thải sau tái chế Tuy nhiên do đây là phương pháp thủ công, lạc hậu

nên gay 6 nhiễm môi trường nặng nê.

16

- — Chôn lấp: các loại chất thải không thé tái chế được nữa được xử lý băng cáchvận chuyên đến nơi chôn lấp Ước tính có khoảng 60% chat thải ran đô thi được xửlý băng phương pháp này Theo thống kê năm 2011, chỉ có 16 bãi chôn lắp được coilà hợp vệ sinh trong số 98 bãi chôn lap ở các thành phó lớn.

- — Đất: việc đốt chất thải sinh hoạt đô thị chủ yếu thực hiện ở các bãi rác khônghợp vệ sinh Rác thu gom được đồ thải ra bãi rác, sau đó phun chế phẩm EM để khửmùi và phun vôi bột định kỳ để khử trùng, rác để khô rồi đốt

Công nghệ xử lý chất thải răn tại Việt Nam được phát triển theo hướng giảmlượng rác mang đi chôn lap và tăng ty lệ tái chế, tái sử dụng: bên cạnh đó, các côngnghệ này phải đảm bảo được van dé thân thiện với môi trường

1.2.3 Rác thải sinh hoạt hữu cơ và phương pháp xứ lý

Rác thải sinh hoạt được chia thành hai loại dựa theo thành phân: rác thải sinhhoạt vô cơ và rác thải sinh hoạt hữu cơ.

- Rác thải sinh hoạt vô cơ: là những loại rác không sử dụng được nữa, có thê táichế nhăm phục vụ mục đích khác Vi dụ: các loại vật liệu, bao bi, tui nong, thiết bịkhông sử dụng và được bỏ đi trong đời sống của con người

- — Rác thải sinh hoạt hữu co là loại rác có nguồn gốc từ thiên nhiên, dé phân hủyvà có thể tái chế được Ví dụ: phế phẩm của thực phẩm sau khi sử dụng hoặc chếbiến; các loại hoa, lá, cỏ không được con người sử dụng Day là nguồn nguyên liệudéi dao có thé tận dung cho nhiều mục đích sử dụng có ích cho nhiều hoạt động

Rác thải sinh hoạt hữu cơ chủ yếu từ thực phẩm là chính, sau đó là từ thực vật,động vật đã lay đi các phan sử dụng được Thành phan chủ yếu là carbohydrate, lipidvà protein Rac thải hữu cơ rất dễ bị phân hủy thối rita thành các hợp chất khác nhau,quá trình phân hủy tạo nên mùi hôi thối, ruồi bọ, các mầm bệnh tiềm an dễ phát sinh.Do đó, cần phải có biện pháp xử lý để không gây ô nhiễm môi trường

Phương pháp xứ lý rác thải sinh hoạt hữu cơ

- U làm phân compost: phương pháp ngày được sử dụng rộng rãi va pho biến.Rac thai được ủ thành đồng tạo môi trường ky khí cho vi sinh vật ky khí phát triển.Nhiệt độ trong đồng ủ thường tăng cao lên đến 70°C Thời gian ủ tùy thuộc vào quy

17

mô, nguyên liệu và điệu kiện ủ Người ta có thé kết hợp ủ trong điều kiện ky khí xenlẫn hiếu khí thông qua thao tác đảo trộn đồng ủ.

Rac thải sau khi được phân hủy cho sản phẩm được gọi là phân compost Phancompost được sử dụng làm phân bón hữu cơ cho nông nghiệp Thành phần các chấthữu cơ đơn giản trong phân được vi sinh vật đất sử dụng tạo chất dinh dưỡng cho câyhap thụ Đồng thời quá trình ủ do phát sinh nhiệt cao góp phan làm giảm các mây

bệnh gây hại trong rác thải.

- Chôn lap đảm bảo vệ sinh môi trường: rác thai được mang di chôn lấp tại cáibãi chôn cách xa khu dân cư dé đảm bảo sức khỏe cộng đồng Trong thành phan rácthải đưa đến các bãi chôn lap, thành phan rác có thé sự dụng làm nguyên liệu sản xuấtphân hữu cơ chiếm đến 54 — 77%, tiếp theo là thành phan nhựa 8 — 16%, thành phankim loại 2% Rac thai sinh hoạt hữu cơ tại các bãi chôn lắp sẽ qua quá trình phân hủysinh học tạo nên các hợp chất ni tơ, acid hữu cơ và một số khí

- Sử dụng làm thức ăn chăn nuôi: tại các hộ gia đình có hoạt động chăn nuôi gia

súc, tận dụng nguồn rác thải hữu cơ này, thông qua quá trình chế biến đơn giản nhưxay nhuyễn, đun sôi Hỗn hợp rác thải hữu cơ đã qua chế biến được sử dụng làm

thức ăn chăn nuôi khá thông dụng.

1.3 Tổng quan về quá trình phân hủy ky khíHiện nay nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng bị khai thác và sử dụng quánhiều gây nên tình trạng cạn kiệt và tiềm an nhiều nguy co ô nhiễm môi trường Dođó, việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, điển hình là biogas, ngày càng đượcthế giới quan tâm và nghiên cứu

1.3.1 Quá trình phân húy ky khí1.3.1.1 Khái niệm

Xử lý ky khí là một quá trình tự nhiên của sự phân hủy, chất hữu cơ bị phân hủythành các thành phan đơn giản trong điều kiện ky khí Vi sinh vật ky khí tiêu hóa cácchất hữu cơ, trong điều kiện không có oxy để sản xuất khí methane và carbon dioxidenhư sản phẩm cuối cùng trong điều kiện lý tưởng Quá trình này rất hữu ích trong xửlý các chất thải đô thị như:

- Bun thải.

18