Quản lý chất thải rắn chương 9

Chương 7: Xử lý sinh học Tóm tắt Xử lý sinh học dùng để xử lý phần nhỏ giấy chất hữu chất thải rắn Hai loại xử lý bao gồm: làm phân sinh học (hiếu khí) khí đốt (hiếm khí) Một hai cách xử lý dùng giai đoạn sau: tiền xử lý để làm giảm khối lượng ổn định ngun vật liệu rác chơn lấp cách thức làm sản phẩm có giá trị lớn, phân sinh học (chất khí đốt đặc biệt Mêtan lấy từ phân chất thải sinh học) chất đốt với phân sinh học từ dòng rác thải Đầu vào đầu qui trình thảo luận cách sử dụng số liệu có sẵn để dùng Hơn phát triển bình ổn giá sinh học dựa phát triển thị trường tiêu chuẩn phù hợp việc sản xuất phân sinh học 143 http://www.ebook.edu.vn Nguyên liệu thô Năng lượng Chất thải rắn hộ gia đình/ thương mại RANH GIỚI HỆ THỐNG Hệ thống thu gom tận nơi Chất tái sinh khô Phân lọai hộ gia đình Kho nguyên liệu thô Rác vườn Kho nguyên liệu pha trộn Vò trí trung tâm Rác sinh học Vò trí trung tâm Rác độ sộ Chất thải dư Hệ thống thu gom Rác sinh học thương mại Thu gom Chất tái sinh khô Rác sinh học Chất tái sinh thương mại RDF Nguyên liệu thứ cấp Phân lọai Phân lọai RDF MRF Năng lượng Phân SH CTRĐT Tiền phân loại Phân hủy cặn Tạo thành khí mê tan RDF Đốt tổng hợp Phân SH Đốt RDF Đốt nhiên liệu Đốt tổng hợp tro chôn Tạo thành phân SH Tiền xử lý chôn Bã phân SH bụi Chơn lấp rác độc hại Hình 7.1 Vai trò xử lý sinh vật học hệ thống quản lý chất thải rắn kết hợp 144 http://www.ebook.edu.vn Khí thải Nước thải Chất thải trơ cuối 7.1 Lời giới thiệu Việc xử lý sinh học đòi hỏi phải dùng vi sinh vật tìm thấy tự nhiên để phân hủy thành phần rác thải bị làm thối rữa vi khuẩn Trái lại để đến hồn thành, qui trình dẫn đến kết việc sản xuất gas (chủ yếu cacbon điơxít, metan nước) chất cặn bã khống hóa Thơng thường, qui trình phá vỡ liên kết tạm thời chất cặn bã chứa ngun vật liệu hữu cơ, cho trạng thái khơng dễ dàng phân hủy gồm ngun vật liệu giống phân sinh học Phân sinh học vườn (garden compost) hình thức đơn giản việc xử lý sinh học Loại biến rác thực vật rác thải hỗn tạp thành lượng phân sinh học hỗn tạp hữu ích dồi phong phú Phân sinh học vườn phương pháp có ích cho bình ổn giá rác thải sinh hoạt nguồn Phương pháp chọn lựa để xử lý rác thải hữu khơng phân loại nguồn (đặc biệt khu vực nơng thơn), đòi hỏi nhà máy xử lý sinh học phải phân loại rác tập trung Hầu hết ngun liệu hữu xử lý theo cách Nó đặc biệt thích hợp với rác thải cơng nghiệp từ nguồn nhà máy bia, nhà máy sản xuất rau trái cây, lò mổ nhà máy chế biến thịt, nhà máy đường thuộc da, nhà máy dệt vải sợi len (Bundesamtes fur Energiewirtschaft, 1991) Ở mức độ khu phố, áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải cống rãnh rác thải hữu từ cơng viên khu vườn Rác thải sinh hoạt giàu ngun liệu hữu cơ, gồm rác thải nhà bếp vườn Về địa lý, trọng lượng rác thải chiếm khoảng 25% đến 60% rác thải thị, phía nam Châu Âu có mức độ chất hữu cao Nếu rác thải sinh hoạt thêm vào phần giấy mà có gốc hữu thích hợp với việc xử lý sinh học khoảng 50- 85% CTRĐT xử lý theo cách Sự thích hợp việc xử lý sinh học ngun liệu hữu ướt trái ngược rõ rệt với phương thức xử lý khác, đốt hay chơn lấp Lượng nước thải việc chơn lấp thiêu đốt việc thối rữa nguồn gốc vấn đề nghiêm trọng Điện việc xử lý sinh học khai thác số nước hầu hết quốc gia chưa để ý đến vấn đề 145 http://www.ebook.edu.vn Có nhiều kiểu xử lý sinh học, khác ngun vật liệu cung cấp sử dụng (Bảng 7.1) qui trình thực Loại ngun vật liệu cung cấp từ rác thải hỗn tạp mức độ cao, ví dụ CTRĐT, đòi hỏi phải xử lý số lượng lớn, đến việc lọc phần khơng thuộc chất hữu trước đơi sau xử lý sinh học để rác thải sinh học thu gom riêng phân định kỹ lưỡng, Mặc dù có nhiều loại máy móc cho qui trình sản xuất khác nhau, có hai loại qui trình hiếu khí yếm khí Ở việc xử lý hiếu khí, thường biết đến phân sinh học, ngun vật liệu hữu phân hủy điều kiện khí oxy sinh chủ yếu cacbon đioxít, nước phân sinh học Năng lượng đáng kể giải qui trình, mà nói chung bị vào mơi trường xung quanh Qui trình yếm khí mơ tả khác tùy theo trường hợp lên men kỵ khí tạo khí biogas (anaerobic digestion or biogasification) Từ đầu đến cuối chương này, thuật ngữ tạo khí biogas sử dụng Như tên gọi ngụ ý chất khí đốt này, sản phẩm hữu ích bao gồm Metan Cacbon đioxít, cộng với cặn bã hữu mà trở nên ổn định để sản xuất phân sinh học, có phần khác biệt từ phân sinh học sản xuất theo phương pháp hiếu khí Chương xét đến hai qui trình việc ứng dụng Châu Âu Kế đến xét đến qui trình đầu vào đầu cần phải đóng góp cho tồn vòng đời việc quản lý chất thải rắn (Hình 7.1) chi phí kinh tế kèm theo 7.2 Mục tiêu việc xử lý sinh học: Việc làm phân sinh học tạo khí đốt thực nhiều chức việc nhận mục đích đòi hỏi qui trình sản xuất điều cần thiết Chúng xem tiền xử lý cho việc thải bỏ sau rác 7.2.1 Tiền xử lý cho việc vứt bỏ rác Giảm bớt khối lượng: cắt giảm metan cacbon đioxít nước dẫn đến việc phân hủy đến 75% (Bundesamtes fur Energiewirtschaft, 1991) ngun vật liệu hữu lượng rác thải Từ rác thải hữu ướt đến phân sinh học thơng thường hao hụt trọng lượng nói chung khoảng 50% Tiêu biểu giấy chất hữu hai thành phần lớn dòng rác thải sinh hoạt; cắt giảm đáng kể Thêm nữa, lượng 146 http://www.ebook.edu.vn nước lớn nhờ bay (trong q trình làm phân sinh học) việc ép chất lắng (chất khí đốt đặc biệt metan, lấy từ phân chất thải hữu cơ) Độ ẩm thành phần hữu rác thải sinh hoạt khoảng 65% (Barton, 1986), với phân sinh học làm từ rác thải hữu khoảng 30- 40% (Fricke Vogtmann, 1992) với ngun vật liệu từ chất khí đốt đặc biệt metan lấy từ phân chất thải sinh học (biogasification), 25- 45% (De Baere, 1993; Six De Baere, 1988) Sự phá vỡ với việc nước dẫn đến giảm bớt khối lượng rõ rệt ngun vật liệu giúp cho việc xử lý vứt bỏ dễ dàng Việc tháo rút nước giảm việc rò rỉ nước thải chất thải rắn chơn lấp Tính/làm cho ổn định: Như phần lớn phân hủy xuất thời gian xử lý sinh học, kết ngun vật liệu khơng dễ phân hủy đầu vào hữu ban đầu trở nên bền vững việc vứt bỏ sau việc chơn lấp Nhu cầu oxy tích lũy ngun vật liệu hữu cơ, thước đo tính hoạt động sinh học ngược lại liên quan đến tính bền vững giảm xuống sáu nhân tố thời gian xử lý sinh học (Bảng 7.2) Tương tự, tỉ lệ cacbon/nitơ đem lại thước đo tính phân sinh học (tỉ lệ cacbon/nitơ cao cho biết ngun liệu hữu tươi, mới, tỉ lệ thấp cho biết ngun vật liệu khơng dễ dàng bị phân hủy chín ngấu), giảm xuống cách rõ rệt q trình xử lý sinh học Làm nhẹ bớt: phân sinh học chất khí đốt biogas hiệu việc phá hủy phần lớn mầm bệnh xuất rác Qui trình tạo phân sinh học hiếu khí q trình tỏa nhiệt mạnh nhiệt độ khoảng 60-65oC tích lại lưu giữ thành phần phân sinh học chai lọ qua khoảng thời gian kéo dài, có khả đảm bảo cho tiêu diệt hầu hết mầm mống gây bệnh (bảng 7.2) Q trình tạo khí biogas tỏa nhiệt thấp, nhiệt độ nhảy lên khoảng 55°C (q trình thermophilic) việc gia nhiệt Sự kết hợp nhiệt độ điều kiện yếm khí có khả tiêu diệt hầu hết mầm bệnh (Bảng 7.2), cho dù dùng nhiệt độ qui trình thấp (qui trình mesophilic) 7.2.2 Sự ổn định 147 http://www.ebook.edu.vn Trong tương phản trên, mục đích việc xử lý sinh học nhằm đem lại sản phẩm hữu ích (chất khí đốt/năng lượng phân sinh học) từ rác thải hữu cơ, nghĩa để ổn định dòng rác thải Sản xuất chất khí đốt biogas: sản xuất gas dễ cháy với lượng nhiệt khoảng 6-8 KW-h (21.6-28.8 MJ)/ m3 (German Govt report, 1993), mà bán gas, đốt chổ để sản xuất điện Một số chất khí bị đốt cháy để cung cấp cho qui trình nung nóng tiêu thụ điện, xuất gas điện cung cấp cho đơn vị khác Thơng thường điện có thị trường tiêu thụ Gas tích trữ việc sản xuất dùng cho việc phát điện, xuất điện theo hệ thống đường dây điện quốc gia chọn lựa thời điểm để đồng với thời gian tiêu thụ điện cao điểm giá mức cao Lợi ích kinh tế tăng lên nơi mà chi phí phụ thu trả cho điện sinh từ nguồn nhiên liệu khơng hố thạch (ví dụ hệ thống (NFFO) Anh- Non-Fossil Fuel Obligation) Việc sản xuất phân sinh học: Cả việc làm thành phân sinh học chất khí đốt biogas tạo phần ngun vật liệu hữu bền vững mà sử dụng phân sinh học, chất phụ gia cho đất trồng, phân bón, tập giấy rời, ngun vật liệu cho máy lọc (xăng, khơng khí) cho việc làm đất trồng bị nhiễm (Ernst, 1990) Ngun vật liệu cặn bã lại chơn lấp Điểm để xác định chọn lựa ngun vật liệu sản phẩm hữu ích có giá trị hay chất cặn bã để vứt bỏ giá Những thị trường cho phân sinh học khác nhiều Châu Âu Ở Nam Châu Âu, việc thiếu chất hữu đất tạo nên nhu cầu lớn chất hữu bổ sung Do thị trường giá tăng nhanh phân sinh học làm từ ngun vật liệu cung cấp cho máy móc sản xuất cung cấp mà an tồn cho việc dùng phân sinh học, mức độ gây nhiễm bệnh cao Tuy nhiên, phân sinh học nói đến, sản xuất Hà Lan Đức xem dành cho việc chơn lấp bụi cặn bã vứt bỏ Nó khơng đáp ứng dẫn chất lượng thích hợp, khơng có thị trường cho sản phẩm phân sinh học có nhiều thị trường thực tồn phân sinh học chất lượng cao Do yếu tố định chất 148 http://www.ebook.edu.vn lượng phân sinh học thành phần ngun vật liệu cung cấp (Fricke Vogtmann, 1992) qui trình sử dụng, sản phẩm phân sinh học bán nước đòi hỏi phải sử dụng ngun vật liệu cung cấp từ q trình thu gom phân loại (rác thải sinh học, với giấy hay khơng có giấy; rác nhà bếp; rác thải xanh), hay việc sử dụng kỹ thuật sản xuất tinh vi Số liệu cho năm có 225,290 phân sinh học sản xuất Tây Đức trước đây, 30% cho, khơng phải trả chi phí vứt bỏ, khơng thu lợi từ việc phân phối Nói cách khác Hà Lan, ngành nơng nghiệp thu 150,000 đến 450,000 phân sinh học/năm Trong việc tạo nên chất khí đốt (biogasification), hai sản phẩm chất khí đốt (đặc biệt metan) phân sinh học, việc định nên chọn sản phẩm cần thiết Trong việc đánh giá, chất cặn bã phân loại sản xuất Đức khơng thể bán thị trường phân sinh học, mặt chất lượng q thấp có mặt chất độc hại (báo cáo Chính phủ Đức, 1993) Ngược lại, nhà máy chất khí đốt Bỉ, sử dụng qui trình khác, sản phẩm đất mùn tồn đứng vững thị trường (De Baere, 1993) 149 http://www.ebook.edu.vn Hộp 7.1 VIỆC PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC Xử lý sinh học Tạo phân sinh học Rơm rạ (windrows) Thùng chứa đóng (enclosed vessel) Tónh Sinh khí gas sinh học Quá trình ẩm giai đoạn giai đoạn ITALBA (T) WMC (GB) MODELL (D) BTA (D) ANROTWEILERPROCESS (D) Quá trình khô Động Vì dụ HERHOF (D) ALTVATER (D) 150 http://www.ebook.edu.vn DRANCO (B) VALORG (F) KOMPOGAS (CH) T.U.H.H (D) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 A nh ocá V ươ ng qu Th ụ y Só Đ ie ån N Th ụ y Ba n Nh a Ta Đ aò La n B H Ù m bu a Y Lu cx e n i- l e A La pï H y Đ cù apù Ph La n nà Ph a ỉ B Đ an M c h A ùo % Chất thải rắn đô thò xử lý QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN ĐỒNG NHẤT Bảng 7.2 Việc xử lý sinh học chất thải rắn đô thò Châu Âu, Nguồn: OECD (1991) 151 http://www.ebook.edu.vn CTRĐT Kho lưu trữ Tách chất từ tính KL chứa sắt Băng tải phân lọai Chất tái chế cặn Thùng trộn phân xoay vòng Lọc thô cặn Lọc mòn Phân trộn sống (mòn) Phân trộn sống (thô) Lên men lần Lưu trữ phân SH Hình 7.3 Biểu đồ giản lược trình tổng hợp phân sinh học sử dụng cho CTRĐT trộn lẫn (Duisburg-Huckingen Plant) Nguồn: Ernst (1990) 152 http://www.ebook.edu.vn Bảng 7.8 Những yêu cầu thò trường cho phân tổng hợp Pháp a Thò trường tiêu thụ Tạp chất Nguyên liệu (thủy tinh, nhựa) Nông nghiệp Nghề làm vườn Sản xuất nông nghiệp Trồng nho Arboiculture Nông trại nấm xxx xxxx xxxx xxx xxx xxx Nguyên liệu hữu Kích thước hạt Độ mặn Độ ẩm xxx xxx xxx xxx xxx 4 5 xxx xxx 6 5 xxx xxxx xxxx 2 xxxx Nguồn: ANRED (1990) – 6: tiêu chuẩn chất lượng theo chiều xuống theo mức độ quan trọng; xxx/ xxxx, nhạy cảm/ nhạy cảm khách hàng tiêu chuẩn a Bảng 7.9 Tóm tắt tiêu chí qui đònh tiêu chuẩn tạo phân sinh học hành Các cấp độ Yêu cầu đònh nghóa pháp luật phân sinh học xử lý tiêu chuẩn thấp thò trường (MS) Áo Bỉ Đan Mạch Pháp Đức LD LD LD LD MS MS Hy Lạp Ý Hà Lan Tây Ban Nha Thụy Điển Thụy só Vương quốc Anh LD LD LD LD Không LD Không 2 (đối với tiêu chuẩn) 1 Giới hạn kim loại nặng Giới hạn Phương pháp Quy trình phân tích quản lý tính khác chất lượng Không Có Có Có Không Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Không Có Có Có Không Có Không Không Không Không Không Không Có Có Có Không Có Không Có Có Không Có Không Không Không Không Có Có Có Không Không Không Không Có Không Không Không Không Không Nguồn: ORCA (1992b) 175 http://www.ebook.edu.vn Bảng 7.10 Giá trò giới hạn nhân tố phân sinh học, tiêu chuẩn hành (mg/kg vật liệu khô) Quốc gia A Asen Bo Catmi _ 100 Crôm Coban Đồng 150 _ 400 Chì Thủy ngân Molypđen Kền Selen Kẽm 500 100 _ 1000 A Cấp _ _ 0.7 A Cấp B Đất nông nghiệp B DK Đất công viên _ F NF Urbain D RAL I _ _ _ _ 10 _ 1.2 _ _ _ 100 _ 100 a _ _ _ _ 70 _ 70 70 _ 100 150 10 100 200 20 500 _ _ _ 70 0.7 _ 42 _ 210 150 _ 60 _ 400 600 1000 120 1.2 800 150 1.5 50 _ 1000 100 _ 1500 45 _ _ 200 _ _ 50 _ 400 b NL NL E Phân Phân sinh học sinh học (đến hết) (đến hết) (1994) (1994) CH 25 _ 15 _ _ _ 40 _ _ _ 600 200 _ 300 70 _ 90 750 _ 1750 150 25 150 500 10 200 120 0.7 1200 25 150 200 _ 2500 50 _ 900 20 _ 280 400 _ 4000 50 _ 500 10 _ c Nguồn: ORCA (1992b) a b c 25 vườn riêng 80 vườn riêng 500 crôm hoá trò III 100 crôm hoá trò VI Bảng 7.11 Mức tiêu thụ lượng nhà máy phân sinh học khác Loại nhà máy Năng suất (tấn/ năm Nguồn rác a Năng lượng tiêu thụ (kW-h điện năng/ tấn) Nguồn b a b Phạm vi Đức ủ rơm rạ ủ theo hộp 10000 BW 20-50 13700 BW/ GW 18 6800 BW/ GW 18 18000 WW 50 35000 BW/ GW 40 2 WW, ‘rác ẩm’; BW, ‘rác sinh học’; GW, ‘rác xanh’ German Government (1993); 2, Bergmann Lentz (1992) 176 http://www.ebook.edu.vn Lò phản ứng hình trụ ngang xử lý thùng Bảng 7.12 Những yêu cầu lượng việc phát sinh gas cho nhà máy gas sinh học Loại qui trình Khô Khô Khô Khô Ẩm - giai đoạn - giai đoạn - giai đoạn - giai đoạn - giai đoạn Khả (tấn/ năm) 10000 100000 Pilot Pilot 30000 20000 RSH RGĐ RSH RX CTRĐT+bùn RSH/R ướtRSH/ CTRĐT Năng lượng yêu cầu/ đầu vào Total 840 MJ Th 270 MJ El Th 76 MJ El 263 MJ Th 144 MJ El Th Gas sinh học sinh 90 100-140 100 55 60-65 60-65 54 2,3 Nguồn rác a Ẩm Ẩm - giai đoạn - giai đoạn 1000 288 MJ El 130 MJ Th 50 115 90-150 70-80 60-75 2,4 (N m / tấn) Nồng độ methane (%) Nguồn a b b BW, ‘rác sinh học’; HW, ‘rác hộ’, WW, ‘rác ẩm’, MSW ‘chất thải rắn đô thò’, VFG ‘rác vườn, rác rau trái cây’ 1, De Baere (1993); 2, Bergmann and Lentz (1992); 3, Schon (1992); 4, Korz and Frick (1992) Th = thermal; El = electrical 177 http://www.ebook.edu.vn Bảng 7.13 Thành phần khí gas sinh học Nguồn % Thể tích CO2 CH4 N2 O2 mg/ m NOX SOX sum chlorine sum fluorine HCl HF H2 S Tổng HC HC nhiễm Clo Dioxins/furans (TEQ) Ammonia Asen Catmi Crôm Đồng Chì Thủy ngân Kền Kẽm Khí gas sinh học Khí gas sinh học Lentz et al (1992) BTA (1992) 26.8% 71.4% 1.4% 0.3% 0.6 0.1 700 Khí gas sinh học sau đốt IFEU (1992) 45% 54% 0.9 420 < 1.5 < 1.5 100 25 11 0.021 0.33 0.023 7.3 E - 1.0 E - 9.4 E - 1.1 E - 8.5 E - 6.9 E - 1.3 E - 178 http://www.ebook.edu.vn Bảng 7.14 Những tính vật lý độ dinh dưỡng của loại phân sinh học sản xuất từ trình xử lý hiếu khí Phân rác sinh học Phân SH sinh học với rác giấy từ rác xanh 37.7 H2O% khối lượng ẩm Giá trò pH 7.6 Muối (g/ l khối lượng ẩm.) 3.9 OS (% khối lượng khô) 33.3 Tỉ lệ C/ N 17.0 Tổng N (% khối lượng khô) 1.2 Phân SH từ rác ẩm a Tổng lượng phân sinh học 45.0 7.5 3.6 42.0 21.8 1.1 34.8 7.6 2.3 32.5 20.0 0.8 44.2 7.5 5.8 55.4 18.8 1.7 35.6 7.3 7.3 39.7 17.8 1.1 P2O5 (% dry wt.) 0.6 0.6 0.4 0.9 0.9 K2O (% dry wt.) MgO (% dry wt.) Cao (% dry wt.) 1.0 0.8 4.0 0.9 0.8 4.1 0.8 0.6 3.0 1.2 2.0 10.0 0.6 0.7 4.9 Nguồn: Fricke and Vogtmann (1992) a Tỉ lệ lại sau rác khô thu gom riêng biệt (vd: chất tái sinh thủy tinh, giấy, kim loại, gỗ, ) 179 http://www.ebook.edu.vn 7.7 Các tác động mơi trường: phân tích đầu vào đầu 7.7.1Định nghĩa ranh giới hệ thống Các ranh giới hệ thống để xử lý sinh học định nghĩa ranh giới vật lý nhà máy Như vậy, việc xử lý trước phân loại quy trình sinh học bao gồm (Đồ thị 7.1) Các ngun liệu vào hệ thống rác thải phân sinh học, ngun liệu thứ cấp phục hồi, chất bã (từ phân loại ủ phân) phát tán khí hay nước (Đồ thị 7.6 7.7) Năng lượng vào hệ thống điện từ hệ thống quốc gia nhiên liệu (như dầu cặn) Trong trường hợp ủ khí sinh học, lượng phục hồi biogas tiêu thụ chỗ để xử lý đốt nóng, phần lại biogas đốt chỗ máy phát điện chạy gas để sản xuất điện Một số dùng chỗ, phần lại xuất điện 7.7.2 Đầu vào Rác đưa vào Ngun liệu đưa vào để xử lý sinh học nguồn khác nhau: chất hữu cơ/giấy thu gom riêng lẽ, chất dễ thối rữa tách máy từ quy trình NLTR hay CTRĐT lẫn lộn khơng phân loại (Đồ thị 7.1) Khuynh hướng Châu Âu nhắm đến việc thu gom tách riêng chất hữu từ gia đình Thành phần ngun liệu đưa vào thay đổi tùy theo định nghĩa ‘rác xanh’ hay ‘rác sinh học’ dùng chương trình thu gom (xem Chương đề cập đến chương trình thu gom khác nhau), bao gồm chung rác nhà bếp vườn, nhiều trường hợp thêm giấy bẩn khơng tái chế sản phẩm giấy Ngay ngun liệu đưa vào định nghĩa hẹp ln có mức độ ngun liệu gây hại, đòi hỏi giai đoạn phân loại trước Những chất gây hại (a) túi dùng (thường nhựa) dể chứa chất hữu cơ, (b) chất khác hình thành phần nhỏ chất hữu khác, (c) chất bao gồm rác sinh học sơ suất Cũng có vài chất hữu khơng phù hợp để xử lý sinh học, rác thải từ vườn rừng Đầu vào rác lẫn lộn, CTRĐT, cần phân loại trước Tiêu thụ lượng: tiêu thụ lượng giai đoạn tiền xử lý phụ thuộc vào tính chất rác sử dụng rác hỗn hợp CTRĐT cần phải phân loại theo ngun liệu đầu vào, với u cầu lượng ngun liệu đầu vào giới hạn rác phân loại học phần quy trình RDF khơng kể đến 180 http://www.ebook.edu.vn phương pháp xử lý theo sau Sự tiêu thụ lượng quy trình xử lý sinh học phụ thuộc vào cơng nghệ sử dụng Tạo phân sinh học có mức tiêu thụ lượng rộng, tiêu thụ lượng chu trình khơng sản sinh lượng sử dụng phủ Đức 1993 cơng bố mức tiêu thụ lượng tiêu biểu từ 20 – 50 kw/ Mỗi rác đầu vào nhà máy có khả xử lý 10000 rác sinh học năm, số liệu có tiêu thụ lượng phương pháp khác trình bày bảng 7.11 khác biệt thể nguồn rác đầu vào khác nhau, kích cỡ nhà máy khác tính chất phân sinh học sản xuất Tạo khí biogas: liên quan đến việc tiêu thụ lượng quy trình việc tạo lượng có ích, khí biogas Bởi số khí biogas đốt để cung cấp nhiệt lượng cho quy trình xử lý số đốt để tạo điện, nhu cầu lượng cho quy trình đáp ứng khí biogas sản xuất lựơng khí biogas lại xuất xưởng ngun liệu đốt chỗ để cung cấp nhiệt lượng để phát điện Nhu cầu lượng đĩện để sản xuất khí biogas 50 54kw/giờ ngun liệu đầu vào cho hai quy trình khác nhau, điều thể 32 -35% tổng lượng điện sản xuất nhà máy Nhiệt cần thiết cho quy trình lượng thu cách sử dụng nguồn nhiệt lại sau tạo điện đốt phần khí biogas Do đó, khơng cần phải cung cấp lượng thêm từ bên ngồi vào cho quy trình 7.7.3 Đầu Ngun liệu thứ cấp từ tiền phân loại Số lượng ngun liệu thứ cấp tạo từ nhà máy sản xuất phân sinh học phụ thuộc vào thành phần dòng rác đầu vào thiết bị tiền xử lý lắp đặt Đầu vào rác sinh học rau, trái cây, rác vườn chứa đựng mức độ nhiễm ngun liệu khơng thích hợp cho việc phục hồi giá trị Dòng rác đầu vào hỗn hợp (CTRĐT rác sinh hoạt) chứa đựng thủy tinh, nhựa, kim loại đáng kể mà phục hồi cơng dụng ngun liệu thứ cấp, mức độ nhiễm bẩn có khả cao chất lượng ngun liệu phục hồi thấp ngun liệu phân lọai nguồn tái chế Việc phục hồi rác tái chế từ nguồn đầu vào đòi hỏi cơng cụ phân loại thích hợp phân 181 http://www.ebook.edu.vn loại tay Trong hầu hết trường hợp, người ta sử dụng phân loại điện từ phân loại đến 90% ngun liêu đầu vào Biogas – lượng: lượng biogas sản xuất q trình xử lý yếm khí phụ thuộc vào chất lượng rác hữu đầu vào quy trình sử dụng Việc tạo khí biogas từ rác hữu cơng nghiệp, từ rau chất thải ngành cơng nghiệp sữa, rượu bia tạo 200 – 600N m3 rác đầu vào ( trọng lượng khơ) (Bundesamtes fur Energiewirtschaft, 1991) Khí biogas từ rác sinh hoạt thường thể theo đơn vị Các số liệu mức sản xuất quy trình khác thể khối lượng rác hữu phân huỷ khác Quy trình hai giai đoạn phức tạp chuyển đổi rác hữu thành khí biogas hiệu ( khoảng 60 – 75% theo trọng lượng khơ) so với quy trình giai đoạn ( khoảng 45% theo trọng lượng khơ) cho tỷ lệ sản lượng tiêu biểu 115 75 m3 rác sinh học (Korz Frick, 1993) Thành phần khí biogas, đặc biệt methane, thay đổi tùy loại qui trình (bảng 7.12) Lượng khí methane thay đổi từ 5075%, phần lại khí biogas chứa đựng CO2 vài thành phần khác Các số liệu Schneider (1992) Schon (1992) hoạt động thật nhà máy cho biết tổng lượng điện phát 140kW/giờ/tấn 169kW/giờ/tấn rác xử lý Phân sinh học: số lượng chất lượng phân sinh học khơng hồn tồn độc lập Sản phẩm đạt chất lượng số lượng sau nhỏ (nghĩa tạo nhiều rác sau hơn) Trong nhiều trường hợp, có nhiều mức độ phân sinh học khác sản xuất, vấn đề có tìm thị trường cho sản phẩm khơng? Nói cách đơn giản, khơng có thị trường cho phân sinh học, khơng cần nói đến chất lượng, sản phẩm phân sinh học đó rác sau Số lượng phân sinh học: việc sản xuất phân sinh học, số lượng sau sản xuất vào khoảng 50% đầu vào rác hữu (bao gồm rác giấy) (ORCA, 1992) Phần 50% lại bị bay trao đổi khí Đối với việc tạo khí biogas, số lượng ngun liệu giống phân sinh học phụ thuộc vào mức độ rác hữu đuợc chuyển thành khí biogas Sản lượng đạt đến 33% theo trọng lượng đầu vào nhà máy (tương đương với 41% đầu vào lò xử lý sau tiền phân loại) (De baere, 1993) Trái lại, qui trình ẩm hai giai đoạn tạo nhiều khí biogas với 182 http://www.ebook.edu.vn lượng methane nhiều so với qui trình xử lý khơ, để lại khoảng 20% đầu vào (khoảng 22% đầu vào lò xử lý phân sinh học) làm rác sau (hình 7.10) Chất lượng phân sinh học yếu tố yếu định xem đầu qui trình xử lý sinh học sản phẩm có giá trị hay tạo rác sau Sản phẩm có giá trị có thị trường, cần phát triển thị trường cho loại phân sinh học khác Các nhà sản xuất xem xét sản xuất số lượng lớn phân sinh học chất lượng thấp hay số lượng phân sinh học cao cấp Chất lượng phân sinh học tùy thuộc vào loại rác, cơng nghệ mức độ kiểm sốt qui trình Các đặc điểm lý tính, tính chất rác hữu hàm lượng kim loại nặng nhiều loại phân sinh học trình bày bảng 7.14 7.15 Có thể thấy khác biệt lớn lượng kim loại nặng Rác trộn lẫn lượng kim loại nặng cao phân sinh học Ở Đức, rác làm thành phân q trình tạo biogas khơng tiếp thị phân sinh học (Chính phủ Đức, 1993) cần phải bỏ Rác sau (restwaste) Phân loại rác sau Bao gồm hai loại ngun liệu: ngun liệu khơng phân hủy hay ngun liệu rác hỗn hợp khơng phục hồi ngun liệu thứ cấp ngun liệu phân hủy (chất hữu giấy) khơng thích hợp xử lý sinh học bị lấy với ngun liệu vơ dụng khác Nếu đầu vào rác hữu phân loại nguồn, mức độ khơng thích hợp khoảng 5% Nếu rác hỗn hợp CTRĐT tỉ lệ rác sau cao Rác sau làm phân sinh học thể đầu sau xử lý sinh học khơng tiếp thị Số lượng từ 0, tìm cơng dụng cho phân sinh học, đến 100% đầu tìm khơng thị trường Khí thải phần lớn khí thải từ qui trình xử lý sinh học CO2 qui trình hiếu khí, ngun liệu hữu bị bẻ gảy thành CO2 nước Trong qui trình yếm khí, biogas chứa methane CO2 sinh mà đốt methane tạo CO2 Lượng phát thải theo đầu vào phụ thuộc vào độ ẩm ngun liệu đầu vào Mức độ phụ thuộc vào tỉ lệ giấy chất hữu Đối với việc tạo phân rác sinh học, trọng lượng khơ q trình 40%, khoảng 200kg/tấn rác ẩm đầu vào Giả sử tất ngun liệu hữu cellulo, 44% lượng CO2 , xử lý sinh học tạo 323kg CO2 /tấn rác hữu ẩm 183 http://www.ebook.edu.vn Đối với việc tạo biogas, việc khối lượng khơ thay đổi tùy theo qui trình xử lý báo cáo đưa số liệu biến động từ 45%-70% Giả sử khối lượng khơ 55% có nghĩa 275kg ngun liệu hữu chuyển thành gas Nếu tất chuyển thành CO2, tổng số rác hữu khoảng 444kg/tấn rác đầu vào Với thành phần biogas bảng 7.13, việc đốt cháy chuyển đổi methane thành CO2 nước phản ứng sau: CH4 + 2O2 = CO2 + H2O Việc đốt biogas hồn tồn sinh 0,982 N m3 CO2 /mỗi m3 biogas đốt cháy, tương đương 1,93kg CO2 Như cơng xuất khoảng 100 N m3 biogas/tấn ngun liệu hữu đầu vào, cho 193kg CO2 /tấn đầu vào Trong q trình này, ngun liệu cần thơng khí đun nóng, với hoạt động đáng kể vi khuẩn hiếu khí, qua CO2 giải phóng nhiều Nước thải nước thải từ qui trình thay đổi số lượng thành phần phụ thuộc vào qui trình sử dụng ngun liệu đầu vào Trong sản xuất phân sinh học, xảy bốc nhiều q trình, có thu hồi lượng nước thải đưa trở lại vào ngun liệu để trì độ ẩm cao Nếu rác giấy bao gồm thành phần, thấm nhiều nước, khơng có có nước rác rỉ (bảng 7.17) Trong q trình tạo biogas, nước tạo ngun liệu ép lọc, qui trình ẩm Một phần lượng nước đưa trở lại để điều chỉnh lượng nước ngun liệu đầu vào, phần lại cần xử lý trước thải Số lượng thành phần tiêu biểu nước thải tạo hai qui trình tạo phân sinh học biogas trình bày bảng 7.18 Các vấn đề khác Sử dụng đất bảng 7.19 so sánh sử dụng đất hai qui trình sản xuất phân sinh học biogas Có thể thấy nhìn trình sản xuất phân sinh học (composting) chiếm diện tích đất nhiều qui trình cấu trúc theo chiều ngang qui trình biogas theo chiều thẳng đứng Cũng thế, qui trình composting, tỉ lệ sản phẩm đầu cao hơn, cần khơng gian để xử lý (maturing) 7.8 Chi phí kinh tế Số liệu chi phí kinh tế xử lý sinh học khơng trình bày qn, khó thực so sánh Trong nhiều trường hợp, xử lý sinh học xem giải pháp xử lý 184 http://www.ebook.edu.vn cuối cùng, kết chi phí khơng xem trọng thường tính gộp chung Chi phí bao gồm việc bán ngun liệu phục hồi, phân sinh học, lượng từ qui trình biogas, chi phí thải bỏ, đốt hay chơn lấp sau Vấn đề kiểm tốn chi phí xử lý sinh học thay đổi với giá thành lượng, phân sinh học, ngun liệu phục hồi, chi phí chơn lấp thay vào đó, số liệu chi phí qui trình liên quan tự đến xử lý sinh học Như tốt mơ hình hóa kinh tế tồn hệ thống quản lý chất thải rắn độc lập với chi phí phần khác hệ thống, số liệu qui trình khơng dễ thu thập 185 http://www.ebook.edu.vn Bảng 7.15 Khối lượng kim loại nặng loại phân sinh học sản xuất từ trình hiếu khí (mg/ kg khối lượng khô) Nguyên tố Phân từ rác sinh học Dựa vật liệu sản xuất Pb 77.6 Cd 0.8 Cr 33.7 Cu 43.2 Ni 19.1 Zn 232.8 Hg 0.3 Phân từ rác sinh học Phân từ rác xanh giấy Phân từ rác ẩm 78.6 0.7 31.7 58.2 16.1 273.8 0.4 60.8 0.7 27.0 32.7 17.5 167.8 0.3 449 2.6 72 228 30 850 1.0 Tổng lượng phân SH Giới hạn BGGK a 513 5.5 71.4 274 44.9 1.570 2.4 Dựa hàm lượng chất hữu tiêu chuẩn hóa có nồng độ 30% (trọng lượng khô) Pb Cd Cr Cu Ni Zn Hg a 83.1 0.8 35.8 46.8 20.5 249.1 0.4 116.2 1.0 39.8 76.2 21.4 350.3 0.5 63.1 0.7 28.4 34.5 18.6 176.9 0.3 705 4.1 113.0 357.8 47.1 1334 1.6 596 6.4 82.9 318 52.1 1823 2.8 BGGK, Bundesgutesgemeinschaft Kompost (German Federal Association for Quality Compost) 186 http://www.ebook.edu.vn 150 1.5 100 100 50 400 1.0 Bảng 16 Chất lượng phân compost sản xuất từ trình xử lý sinh học khác Quá trình sản xuất compost Rơm rạ Quá trình sản xuất gas sinh học xử lý Lò phản ứng Khô Khô Khô Khô Ẩm Ẩm hộp hình trụ 1–giai đọan 1–giai đọan 1–giai đọan 1–giai đọan 2–giai đạon 2–giai đoạn Đầu vào BW BW Chất dinh dưỡng (% khối lượng) Tổng N 1.1 WW VFG VFG BW GW BW BW n.a 1.8-2.1 1.2 0.8-0.9 1.92 1.24 CaCO3 0.73 n.a 0.15-0.20 0.7 0.6 0.9 0.6 P2O5 1.4 n.a 1.0-1.2 1.1 2.3 0.49 0.5 K2O Tỉ lệ C/N pH 1.9 17-18 7.8 10.0 16 7.5 5.2-6.4 12-15 8.0-8.6 2.7 n.a n.a 2.7 15 6.6 20 7.6 850 449 228 72 35 2.6 138 67 20 n.a 25 1.8 n.a 253 100 54 36 20 1.3 0.7 122 43 27 15 0.4 0.3 135 85 52 44 27 1.0 < 0.25 Kim loại nặng (mg/ kg TS) Zn 324 Pb 139 Cu 61 Cr 32 Ni 17 Cd 1.8 Hg 0.8 247 84 36 55 41 0.7 0.2 173 75 27 30 0.8 n.a 3.82 11-15 n.a 491 155 27 34 16 1.1 0.2 Nguồn: Bergmann and Lentz (1992) Bảng 7.17 Tác động việc cho thêm giấy vào rác sinh học việc tạo nước rác trình tạo phân sinh học Nguyên liệu Tạo nước rác (lít/ tấn) Thành phần nước rác COD (mg O2/ l) BOD5 (mg O2/ l) Rác sinh học (đònh nghóa hẹp) 13.5 33100 19000 Rác sinh học + 10% (theo khối lượng) giấy 1.6 30200 19000 Rác sinh học + 20% giấy Rác sinh học + 30% giấy 0 _ _ _ _ Nguồn: Verstraete et al (1993) 187 http://www.ebook.edu.vn Bảng 7.18 Nước thải từ trình xử lý sinh học Xử lý sinh học Quá trình sử dụng trùn sử dụng thùng Dung lượng (lít/ tấn) Thành phần (mg/ l) Drum Lò phản ứng Khô Khô Khô Ẩm composting hình trụ 1giai đoạn 1giai đoạn 1giai đoạn 2giai đoạn 300 n.a BOD5 COD 270-485 458-808 50-600 150-7000 NH4 N total pH 48-117 0-1 7.9 n.a 6-36 7.1-7.8 n.a 0-3 7.1-8.1 2 Nguồn a Sinh biogas a n.a 290 490 540 500 3300-7050 < 65 6200-15100 < 250 n.a n.a 740 1400 60 200 < 100 < 100 n.a n.a n.a n.a 250 8.0 100 n.a n.a 2 1, Schauner, unpublished data; 2, Bergmann and Lentz (1992) Bảng 7.19 Những yêu cầu không gian cho lò xử lý sinh học Tạo phân compost Rơm rạ Không gian 1.45 cần thiết m / t Drum 0.6 Tạo biogas Lò phản ứng Khô Khô Ẩm trụ ngang 1giai đoạn 1giai đoạn 2giai đoạn 0.5 0.12 0.4 0.32 Nguồn: Bergmann and Lentz (1992) 188 http://www.ebook.edu.vn Khô 1giai đoạn 0.23 Ẩm Khô 2giai đoạn 1giai đoạn 0.57 0.14 Bảng 7.20 Chi phí hoạt động trình xử lý sinh học (ecu) Quốc gia Chi phí hoạt động (mỗi nguyên liệu đầu vào) tạo phân compost tạo biogas Nguồn Châu Âu (trung bình) Áo Pháp Đức Hà Lan Tây Ban Nha Thụy Điển Thụy só 50-70 37 42-58 56-77 37 9-18 33-55 50 Mỹ 62 ($70) tip fee 50-70 ORCA (1992a) pers comm 1994 ORCA (1991a) ORCA (1991b) pers comm (1994) pers comm (1994) pers comm (1994) Schleiss (1990); Bundesamtes fur Energiewirtschaft (1991) P & G survey (1993) 56-57 77 n.a Bảng 7.21 Doanh thu từ việc bán phân tổng hợp (ecu) Quốc gia Giá/ Tài liệu tham khảo Pháp Đức Phân compost a Loose 19 Bagged 64 Phân từ rác vườn loose 23 bagged 85 ORCA (1991b) Fricke and Vogtmann (1992) a Loose compost represents 81% of biocompost sales in Germany, bagged compost 19% (Fricke and Vogtmann, 1992) 189 http://www.ebook.edu.vn [...]... ra 90 100-140 100 55 60-65 60-65 54 1 2 2,3 2 Nguồn rác a 3 Ẩm Ẩm 2 - giai đoạn 2 - giai đoạn 1000 288 MJ El 130 MJ Th 50 115 90 -150 70-80 60-75 2,4 2 (N m / tấn) Nồng độ methane (%) Nguồn a b b 2 BW, ‘rác sinh học’; HW, ‘rác căn hộ’, WW, ‘rác ẩm’, MSW chất thải rắn đô thò’, VFG ‘rác vườn, rác rau quả trái cây’ 1, De Baere ( 199 3); 2, Bergmann and Lentz ( 199 2); 3, Schon ( 199 2); 4, Korz and Frick ( 199 2)... (De Baere et al., 198 7) Việc làm tiêu hóa kỵ khí ‘khơ’ Nhiều quy trình đã được triển khai xử lý các chất thải hữu cơ bán -rắn (trên 25% tổng chất rắn) để sản xuất biogas trong một giai đoạn đơn Những quy trình có thể là mesophyllic hay thermophyllic, và có thể dùng chất hữu cơ từ chất thải lẫn lộn như là CTRĐT, hay rác sinh học được tách rời Quy trình lên men khơ có nghĩa là ít nước xử lý được thêm vào... http://www.ebook.edu.vn 0 0 Bảng 7.3 Nguyên liệu chính trong xử lý sinh học ở Châu Âu Quốc gia Nguyên liệu chính Áo Bỉ Đan Mạch Pháp Đức Ý Lúc xem bua Hà Lan Tây ban Nha Thụy Điển Thụy só 1000 Thỗ Nhó kì Rác sinh học, rác vườn, rau, trái cây CTRĐT, chất thải xanh CTRĐT, chất thải xanh CTRĐT, rác sinh học, chất thải xanh Rác sinh học, chất thải xanh CTRĐT CTRĐT, chất thải xanh rác vườn, rau, trái cây CTRĐT CTRĐT, Rác... trên 4000 tấn/năm (Schleiss, 199 0) Việc xử lý hiếm thì hạn chế hơn, với ít hơn 20 nhà máy xử lý rác thải có nguồn gồc từ rác thải sinh hoạt ở cả Châu Âu (Bảng 7.4) 7.4 Các qui trình xử lý sinh học Việc phân loại các loại qui trình xử lý sinh học được cho ở bảng 7.1 Mỗi loại bao gồm giai đoạn tiền xử lý được theo sau bởi qui trình phân hủy sinh học 7.4.1 Tiền xử lý Tiền xử lý có hai chức năng cơ bản,... tổng chất rắn được chứa khoảng 3 – 8% (De Baere et al., 198 7) Để sản xuất mức độ pha lỗng này, nhiều nước phải được thêm vào (và làm nóng), và sau đó được lấy ra sau quy trình xử lý 164 http://www.ebook.edu.vn Phương pháp này được dùng đều đặn để làm phân hủy cặn rác cống và chất thải súc vật, nhưng cũng đã được dùng để xử lý chất thải gia đình ở Ý và Đức Trong thời gian giữ lại 12 – 30 ngày, các chất. .. máy biogas xử lý khô Nguồn: De Baere ( 199 3) 158 http://www.ebook.edu.vn Rác ẩm/ rác sinh học 100% 15% Tiền phân loại biogas Xử lý biogas 55% Nước thải 8% Lọc cặn 1% KL nặng 20% Phân trộn/ bã Hình 7.10 qn bình khối (dựa trên cơ sở trọng lượng ẩm) cho một nhà máy biogas xử lý ẩm 2 giai đoạn (Garching, Đức) Nguồn: German Government ( 199 3) 1 59 http://www.ebook.edu.vn 7.3 Tổng quan về việc xử lý sinh học... (ORCA, 199 2b) Nước dư có thể được tách ra bởi việc lọc hay ép để sản xuất ra chất bã hình bánh; việc sấy khơ thêm có thể thực hiện bằng dùng hơi nóng chất thải từ máy khí nếu biogas được đốt tại chỗ để sản xuất điện (De Baere et al., 198 7) Một số 165 http://www.ebook.edu.vn nước thải có thể được dùng trở lại để điều chỉnh lượng nước trong đầu vào thùng chứa, phần còn lại là nước thải đòi hỏi xử lý trước... sẽ định nghĩa chất lượng và số lượng của phân sinh học có thể 1 69 http://www.ebook.edu.vn được dùng cho các áp dụng khác nhau từ trồng hoa và nơng nghiệp đến cải tạo đất hoang và kiểm sốt xói mòn 170 http://www.ebook.edu.vn Bảng 7.1 Phạm vi của những nguyên liệu đầu vào trong những nhà máy xử lý sinh học Phân lọai Rác hỗn hợp CTRĐT Rác gia đình Đặc điểm Chất thải rắn đô thò, chất thải rắn đô thò hỗn... collection) của rác thải sinh học, việc phân loại chất cặn bã trong thời gian tiền xử lý là hợp lý, đặc biệt nếu ngun vật liệu cung cấp đến từ những khu vực thành thị Ví dụ, những nhà máy khí đốt ở Brecht, Bỉ, dùng ngun vật liệu giấy cộng thêm với rác hữu cơ được thu gom riêng (Bảng 7.1) loại bỏ trên 19% đầu vào ngun liệu trong giai đoạn tiền xử lý (De Baere, 199 3) (hình 7.4) 7.4.2 Xử lý hiếu khí: làm... hay thức ăn thải, mà các khó khăn hiện nay trong việc ủ phân là hạn chế việc tuần hồn khí Quy trình kỵ khí đã được dùng trong một thời gian để làm tiêu hóa cặn rác cống (Noone, 199 1), và việc này đã mở rộng gần đây hơn đến những phần nhỏ của rác thải gia đình (Coombs, 199 0) Những quy trình ủ biogas khác nhau có thể được xếp hạng tùy theo các chất rắn chứa bên trong của ngun liệu được xử lý, và nhiệt ... 37 42-58 56-77 37 9- 18 33-55 50 Mỹ 62 ($70) tip fee 50-70 ORCA ( 199 2a) pers comm 199 4 ORCA ( 199 1a) ORCA ( 199 1b) pers comm ( 199 4) pers comm ( 199 4) pers comm ( 199 4) Schleiss ( 199 0); Bundesamtes... % Chất thải rắn đô thò xử lý QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN ĐỒNG NHẤT Bảng 7.2 Việc xử lý sinh học chất thải rắn đô thò Châu Âu, Nguồn: OECD ( 199 1) 151 http://www.ebook.edu.vn CTRĐT Kho lưu trữ Tách chất. .. hộ’, WW, ‘rác ẩm’, MSW chất thải rắn đô thò’, VFG ‘rác vườn, rác rau trái cây’ 1, De Baere ( 199 3); 2, Bergmann and Lentz ( 199 2); 3, Schon ( 199 2); 4, Korz and Frick ( 199 2) Th = thermal; El = electrical