Quản lý và xử lý chất thải rắn - Chương 6 potx

http://www.ebook.edu.vn 60 CHƯƠNG VI CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ (COMPOST) TỪ RÁC ĐÔ THỊ Các công nghệ sản xuất phân hữu cơ (compost) từ rác đô thò gồm phân hủy kỵ khí và ủ hiếu khí (composting). Bản chất chung của 2 quá trình trên là sử dụng các vi sinh vật để ổn đònh các thành phần hữu cơ có trong rác trước khi đem sử dụng hoặc xử lý tiếp. Hình 6.1: Các dòng vật chất chính trong quá trình xử lý sinh học các hợp chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học trong rác đô thò 6.1 Công Nghệ Kỵ Khí 6.1.1 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 CO 2 và CH 4 . Khí CH 4 có thể thu gom và sử dụng như một nguồn nhiên liệu sinh học (biogas). Chất rắn ổn đònh 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. Rác hữu cơ có thể phân hu û y SH hiếu khí ( com p ostin g) Phân hủy kỵ khí Chôn lấp Nước thải ( nước rỉ rác ) Khí thải ( bio g as ) Rác ổ đònh để tao cải Khí thải Phân hữu c ơ Nhiệt, Năng lượng http://www.ebook.edu.vn 61 Hình 6.2: Sơ đồ quá trình xử lý rác đô thò bằng công nghệ phân hủy kỵ khí 6.1.2 Phân loại công nghệ Các dạng công nghệ phân hủy kỵ khí rác đô thò có thể phân loại như sau: 1. Theo môi trường phản ứng • Ướt: rác đô thò 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%. 2. Theo chế độ cấp liệu • Mẻ: hệ thống hoạt động gián đoạn theo mẻ • Liên tục: hệ thống làm việc liên tục 3. Theo phân đoạn phản ứng • Một giai đoạn: toàn bộ quá trình phân hủy xảy ra trong một thùng phản ứng • Đa giai đoạn: toàn bộ quá trình xảy ra ở nhiều thùng phản ứng mắc nối tiếp theo một hoặc cả hai chế độ sau: Phân loại Phân hủy kỵ khí Biogas Cải tạo đấ t Bón ruộng nếu được chấp nhận hiếu khí để chuyển thành phân bón hc Chôn lấp Rác đô thò Chất hữu c ơ Bùn hữu cơ, chất thải nông n g hie äp http://www.ebook.edu.vn 62 - Giai đoạn acid hóa và metan hóa được tách riêng với mục đích làm gia tăng hiệu quả, tính ổn đònh và khả năng kiểm soát. - Vận hành ở các nhiệt độ khác nhau: trung bình và nhiệt độ cao. http://www.ebook.edu.vn 63 4. Theo loại nguyên liệu đầu vào: • Phân hủy kết hợp với phân động vật: thành phần hữu cơ trong rác đô thò 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 thò: thành phần nguyên liệu ban đầu chỉ có thành phần hữu cơ của rác đô thò được tạo huyền phù với dòch lỏng. Các dạng bể phản ứng được dùng nhiều nhất 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 các yêu cầu ngày càng gia tăng của thò 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 công nghệ là suất đầu tư ban đầu của hệ thống cần chiếm được thiện cảm của cộng đồng. 6.1.3 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. mức độ tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH 3 , nguyên nhân gây ra mùi khai. mức tỷ lệ cao hơn sự phân hủy xảy ra chậm. - pH Sản lượng khí biogas sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí đạt tối đa khi giá trò pH của vật liệu nằm trong khoảng 6-7. Giá trò 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 acid hữu cơ được tạo thành và có thể làm cho giá trò pH của hỗn hợp giảm xuống dưới 5, điều này sẽ làm hạn chế quá trình phân hủy. Quá trình http://www.ebook.edu.vn 64 phân hủy sẽ tiếp tục và nồng độ NH 3 tạo thành sẽ gia tăng do sự phân huỷ của nitơ, giá trò pH có thể tăng lên trên 8. Khi sản lượng khí metan tạo thành ổn đònh, giá trò pH trong khoảng 7,2-8,2. http://www.ebook.edu.vn 65 - 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 10 o C, sản lượng khí biogas tạo thành hầu như không đáng kể. Hai khoảng nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy kỵ khí: y Giai đoạn nhiệt độ trung bình: nhiệt độ dao động trong khoảng 20-40 o C, tối ưu 30-35 o C. y Giai đoạn hiếu nhiệt: nhiệt độ tối ưu trong khoảng 50-65 o C. 6.1.4 Đặc trưng của các công nghệ 6.1.4.1 Công nghệ ướt một giai đoạn Đối với hệ thống hoạt động theo công nghệ ướt một giai đoạn, rác được chuyển sang dạng huyền phù có 10% chất rắn bằng một lượng nước. Hệ thống hoạt động vơiù sự phân hủy kết hợp giữa rác đô thò với các nguyên liệu loãng hơn như bùn từ cống rãnh hoặc phân động vật. Thuỷ tinh và đá được yêu cầu loại bỏ nhằm ngăn ngừa khả năng tích tụ nhanh của các chất này dưới đáy bể phản ứng. Quá trình phân hủy yêu cầu ép để lấy lại dòch lỏng (có thể tuần hoàn trở lại cho đầu vào) và tạo ra chất rắn đã phân hủy để xử lý tiếp. a. Đặc trưng kỹ thuật Các ưu và nhược điểm chính về mặt kỹ thuật của công nghệ ướt một giai đoạn như sau: • Ưu điểm: - Công nghệ ổn đònh đã được thử nghiệm và vận hành trong nhiều thập kỷ. - Tính đồng nhất của rác hữu cơ sau khi đã qua nghiền thủy lực và pha loãng để đạt hàm lượng TS nhỏ hơn 15% cho phép áp dụng bể phản ứng dạng khuấy trộn hoàn toàn. • Nhược điểm: - Chất thải cần được tiền xử lý tốt nhằm đảm bảo độ đồng nhất và loại bỏ các chất ô nhiễm dạng thô hoặc có độc tính cao từ rác đô thò. http://www.ebook.edu.vn 66 - Đối với rác không được phân loại tại nguồn cần có các bước tiền xử lý sau: sàng, nghiền thủy lực, tuyển nổi. - Cần giảm thiểu các thành phần nặng vì chúng có thể gây hư hỏng hệ thống khuấy và bơm cũng như giảm thiểu các chất tạo bọt gây ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tách khí biogas. - Khả năng bò đoản mạch về thủy lực. http://www.ebook.edu.vn 67 b. Đặc trưng sinh học Tỷ lượng biogas thu được trên thực tế khoảng 170-320Nm 3 CH 4 /kg VS cấp (tương ứng tỷ lệ giảm VS là 40% và 75%) tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường. Tỷ lượng biogas thu được từ chất thải làm vườn thấp hơn so với các thành phần hữu cơ khác như thực phẩm chẳng hạn do có hàm lượng lignin cao hơn. Tải lượng hữu cơ thể tích đảm bảo quá trình phân hủy sinh học bền vững trong điều kiện hiếu nhiệt đối với rác được phân loại cơ học là 9,7 kg VS/m 3 /ngày, đối với rác được phân loại tại nguồn là 6kg VS/m 3 /ngày. Đối với chất thải từ ngành công nghiệp chế biến nông sản, với tỷ lệ C/N lớn hơn 20 thì tải lượng trên có thể đạt thậm chí trong điều kiện nhiệt độ bình thường. Hàm lượng TKN cao gây ức chế hoá trình metan hóa, giá trò NH 4 + ngưỡng khoảng 3g/l. Thường hàm lượng TKN trong chất thải được phân loại cơ học khoảng 14g TKN/kg TS và thực phẩm khoảng 20g TKN/kg TS. Hàm lượng NH 4 + có thể duy trì ở ngưỡng mức 3g/l dung dòch lên men bằng cách sử dụng hợp lý nước pha loãng. Tuy nhiên trong một số trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như chất thải từ ngành chế biến nông sản với tỷ lệ C/N nhỏ hơn 20 và có khoảng 60% VS dễ phân hủy sinh học thì hàm lượng NH 4 + cần duy trì thấp hơn và không thể áp dụng hệ thống ướt một giai đoạn. Hàm lượng acid béo trong thực phẩm thải cũng gây ảnh hưởng đến quá trình metan hóa. c. Các vấn đề kinh tế, môi trường Khi sử dụng dưới dạng bùn để nạp vào các bể phản ứng thì lợi ích lớn về mặt kinh tế là có thể sử dụng các thiết bò rẻ tiền như bơm và đường ống. Tuy nhiên nếu so với hệ thống khô thì chi phí bể phản ứng, thiết bò khử nước và tiền xử lý lại cao hơn. Xét tổng thể mức đầu tư của hệ thống ướt một giai đoạn và khô một giai đoạn hoàn toàn như nhau. Nhược điểm của hệ thống là không thu hồi hoàn toàn biogas do một phần chất hữu cơ bò loại cùng với các chất tạo bọt hoặc ở dạng các thành phần nặng phía đáy bể phản ứng. http://www.ebook.edu.vn 68 Một nhược điểm nữa của hệ thống là sử dụng quá nhiều nước, thường khoảng 1m 3 /T chất thải rắn, làm tăng chi phí sử dụng nước cũng như đầu tư và chi phí xử lý nước thải. http://www.ebook.edu.vn 69 Bảng 6.1: Tổng quan về đặc tính của công nghệ ướt một giai đoạn TT Tiêu chí Ưu điểm Nhược điểm 1 Kỹ thuật Phát triển từ quá trình đã được nghiên cứu kỹ Đoản mạch Các chất tạo váng/bọt và nặng lắng xuống đáy bể phản ứng Tiền xử lý phức tạp 2 Sinh học Pha loãng chất gây ức chế bằng nước Tương đối nhạy cảm về tải lượng do các chất gây ức chế có khả năng lan truyền nhanh trong bể phản ứng Mất VS theo các chất trơ 3 Kinh tế và môi trường Thiết bò xử lý và vận chuyển bùn rẻ (bù lại đòi hỏi thiết bò tiền xử lý và thể tích của bể phản ứng lớn) Tiêu thụ nhiều nước Tiêu thụ năng lượng cao do phải gia nhiệt thể tích lớn Nguồn: [42] d. Một vài hệ thống hiện đang áp dụng trên thực tế Công nghệ ướt liên tục một giai đoạn của EcoTec đã được áp dụng tại nhà máy xử lý chất thải sinh học với công suất 6.500 tấn/năm ở Bottrop, Đức từ năm 1995. Công nghệ này cũng đang được áp dụng trên thế giới, cụ thể: nhà máy có công suất 30.000 tấn/năm ở Berlin, Đức; nhà máy có công suất 17.000 tấn/năm ở Shilou, Trung Quốc. Ngoài ra còn có một dự án xây dựng nhà máy có công suất 14.000 tấn/năm ở Bangkok. [...]... và nồi hơi đốt khí ở gần nhà máy Nhà máy trang bò bộ trao đổi nhiệt, do đó nhiệt được tạo thành từ quá trình phân hủy có thể được sử dụng để tăng nhiệt độ chất thải trong công đoạn tiền xử lý http://www.ebook.edu.vn 81 Chất thải HC đã được phân loại tại nguồn Sàng tập kết Máy xé bao Chất dẻo và chất trơ Động cơ đốt trong Nồi hơi Máy nghiền thủylực (nghiền chấtthải &loại chấtdẻochấttrơ) Bể tiền xử lý. .. vật liệu ủ - Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân rác http://www.ebook.edu.vn 93 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 http://www.ebook.edu.vn 94 6. 3 Công Nghệ Sinh Học Xử Lý Chất Thải Rắn Hữu Cơ 6. 3.1 Động học quá trình phân hủy kỵ khí chất thải rắn hữu cơ Quá trình phân hủy kỵ khí Quá trình chuyển hóa các chất hữu... Thronhofen, Đức từ năm 19 96 với công suất 13.000 tấn/năm và chỉ tiếp nhận chất thải hữu cơ đã được phân loại tại nguồn Công nghệ TBW là công nghệ kết hợp giữa phân hủy kỵ khí và hiếu khí rác thải Chất thải hữu cơ đã được phân loại tại nguồn được sử dụng kết hợp với chất thải lỏng của công nghiệp chế biến nông sản Chất thải tại nhà máy được phân loại thành các vật liệu thô và chất hữu cơ mòn hơn nhờ sàng... cơ cao thấp Khả năng lan truyền các chất ức chế bò hạn chế 3 Kinh tế Chi phí tiền xử lý rẻ và thể Các thiết bò lưu trữ và vận và môi tích bể phản ứng nhỏ chuyển chất thải yêu cầu trường Khả năng tiệt trùng hoàn mạnh toàn Sử dụng rất ít nước Nhu cầu nhiệt ít Nguồn: [42] d Một vài hệ thống đang áp dụng trên thực tế Công nghệ DRANCO là công nghệ phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ theo công nghệ khô – liên... 55% chất rắn Nước rỉ được tiền xử lý bằng các hồ hiếu khí tại chỗ trước khi thải đến trạm xử lý nước thải đô thò của vùng Phần chất rắn với hàm lượng TS khoảng 50% được ổn đònh hiếu khí trong thời gian khoảng 2 tuần theo kỹ thuật thổi khí từ đáy Sản phẩm cuối cùng là phân Humotex, là sản phẩm ổn đònh, vệ sinh, sử dụng tốt cho đất Khoảng 7% khí được tạo ra sử dụng cho đốt nóng bể phản ứng Thành phần chất. .. chất rắn tổng số của nguyên liệu biến thiên khoảng 1 5-4 0%, phụ thuộc vào các vật liệu đầu vào http://www.ebook.edu.vn 75 Chất thải hc được phân loại tại nguồn Phân loại = tay Điện Máy phát điện Nghiền Nhiệt Tạo hơi nước Sàng phân loại Bể phản ứng sinh học kỵ khí Bể PL từ tính Trộn Bể đònh lượng (Trộn với nước tái use) đònh hiếu khí Máy trộn và bơm Polymer và nước p Nước được tiền xử lý Nước thải đi... được chuyển đến máy xé bao và máy nghiền thủy lực Tại máy nghiền thủy lực, chất thải được nghiền, loại bỏ chất dẻo vá các chất trơ Sinh khối sau khi nghiền được tiền xử lý ở nhiệt độ 70oC trong vòng 1 giờ để diệt khuẩn và NaOH được thêm vào để gia tăng tốc độ phản ứng trong các công đoạn sau Sinh khối sẽ được tách làm 2 loại: dòch lỏng được bơm đến bể phản ứng sinh học kỵ khí và huyền phù được chuyển... http://www.ebook.edu.vn 73 Bảng 6. 2: Tổng quan về một số đặc trưng của công nghệ khô một giai đoạn TT 1 Tiêu chí Kỹ thuật Ưu điểm Nhược điểm Không có các bộ phận Chất thải ướt ( . sử dụng hoặc xử lý tiếp. Hình 6. 1: Các dòng vật chất chính trong quá trình xử lý sinh học các hợp chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học trong rác đô thò 6. 1 Công Nghệ Kỵ Khí 6. 1.1 Tổng quan. nhiều nước, thường khoảng 1m 3 /T chất thải rắn, làm tăng chi phí sử dụng nước cũng như đầu tư và chi phí xử lý nước thải. http://www.ebook.edu.vn 69 Bảng 6. 1: Tổng quan về đặc tính của công. nhanh trong bể phản ứng Mất VS theo các chất trơ 3 Kinh tế và môi trường Thiết bò xử lý và vận chuyển bùn rẻ (bù lại đòi hỏi thiết bò tiền xử lý và thể tích của bể phản ứng lớn) Tiêu