Phục hồi sinh học pha rắn

Phục hồi sinh học pha rắn Phục hồi sinh học pha rắn Bởi: Ngô Tự Thành Các thông số để thiết kế Mở đầu Như đề cập phần trên, thân đất ô nhiễm bùn ô nhiễm môi trường tốt cho việc ủ đống trộn Ví dụ, không cung cấp đủ nguyên liệu dễ phân hủy để sinh đủ nhiệt cho đống ủ Các chất thải độc hại thường không dễ bị phân hủy Như chất thải ô nhiễm thường trộn với chất hữu dễ bị phân hủy với tư cách nguồn sinh nhiệt [159] Các chất độn thường cho vào đống ủ để cải thiện cấu trúc đất, tăng độ xốp, làm cho không khí dễ xâm nhập Việc cho chất độn vào đặc biệt quan trọng loại đất chứa nhiều sét bùn, với bùn loại đất bão hòa - không khí khó xâm nhập vào thiếu lỗ chứa đầy không khí Điều quan trọng cần chọn chất độn có khả hấp phụ phần độ ẩm thừa tạo lỗ chứa không khí liền Ví dụ, bổ sung vỏ bào gỗ vào bùn cống theo tỷ lệ 2:1 theo khối lượng, giảm độ ẩm từ 78% xuống 60% tạo nên độ thoáng khí cần thiết [141] Thông thường, vật liệu vừa dùng làm nguồn nhiệt, vừa chất độn Đôi nhiều chất dùng phối hợp để thành chất bổ sung vào đất Các ví dụ chất dùng để bổ sung vào đất trường hợp ủ đống trộn khác kê bảng 8.4 Trong hầu hết trường hợp, chất bổ sung vào đất dùng nguồn vi sinh vật để kích thích phân hủy sinh học Trong trường hợp không cần phải có thủ tục riêng để cấy vi sinh vật Các loại nguyên liệu đựơc dùng làm chất bổ sung vào đất thảo luận phần sau Bảng 8.4 Các loại chất bổ sung đ ợc dùng tr ờng hợp ủ đống khác Quá trình Các chất bổ sung Loại đất Tài liệu Phân ủ, 10% khối lượng Các loại 168 1/16 Phục hồi sinh học pha rắn Hỗn hợp rơm, vỏ bào, vỏ thông (đã cấy mốc trắng đỏ), 5% trọng lượng khô Bình 154 thường Rơm/phân chuồng : 47%,Cỏ linh lăng : 38%,Thức ăn ngựa : 12%, khối lượng Bùn hồ Phân ủ từ đất vườn: 20%Phân gà tây : 5% Bình 131a thường Hỗn hợp của: cặn sữa, vỏ bào, bã thải từ khoai tây, cỏ linh lăng: 70% Bình 131a thường 177 Nguồn nhiệt Ít chất gây ô nhiễm cần phân hủy có mặt nồng độ cao đủ để sinh nhiệt thừa đống ủ Vì thế, hầu hết trình phân hủy sinh học theo kiểu ủ đống trộn, người ta phải bổ sung nguồn nhiệt Vật liệu dùng làm nguồn nhiệt phải có hàm lượng cao chất hữu dễ phân hủy sinh học Các vật liệu hay dùng là: phân chuồng (ví dụ phân gà, phân ngựa), chất thực vật (thân cây), chất thải công nghiệp thực phẩm (ví dụ rỉ đường) Sự phân hủy sinh học chất hữu nguồn nhiệt tạo điều kiện cho vi sinh vật đống ủ sinh trưởng mạnh, có loài phân hủy chất gây ô nhiễm mà ta cần phân hủy Trong số trường hợp, nguồn nhiệt đồng thời đóng vai trò đồng chất (cosubstrate) tức đồng chất trao đổi (cometabolite) cần thiết cho phân hủy chất gây ô nhiễm đích vốn khó không bị phân hủy sinh học Tỷ lệ C : N điều cần xem xét thực bổ sung nguồn nhiệt Tỷ lệ không 20 25 Tỷ lệ C : N số chất thải có Nitơ không vi sinh vật sử dụng triệt để, nhiệt sinh đống ủ không đủ Vì thế, nguồn nhiệt dùng có nhiều Cacbon, cần thêm nguồn Nitơ Việc chọn nguồn nhiệt phụ thuộc vào giá vào mức độ dồi nguyên liệu Bảng 8.5 Tỷ lệ C : N số chất thải dùng làm nguồn nhiệt Chất thải C:N Mùn cưa 200 – 500 Rơm lúa mì 128 – 150 Rơm yến mạch 48 Phân ngựa 25 Phân bò 18 2/16 Phục hồi sinh học pha rắn Phân gia cầm 15 Cỏ vụn 12 – 15 Cây họ đậu 11 – 12 Bùn hoạt tính Nước tiểu 0,8 Chất độn Chất độn, trộn vào đống ủ, có tác dụng làm cho đất xốp, không bị nén chặt, tăng độ thoáng khí cho đất Đất xốp dễ thoát nước, độ ẩm giảm, điều làm hại tới hoạt động vi sinh vật Vì vậy, người ta thích dùng chất độn hút nước, trì độ ẩm cao đồng thời hạn chế nén chặt đất, bị phân hủy [167] Những chất độn hay dùng rơm, cỏ khô, trấu, nguyên liệu thực vật có sợi khác, vỏ bào, vật liệu tổng hợp trơ Các lốp xe cũ cắt hay xé nhỏ dùng; chúng không bị phân hủy, tính hút ẩm nhiều cấu trúc Cũng dùng bã thải lấy từ đống ủ kết thúc Không nên dùng giấy làm chất độn, bị ướt thường bết vào Có thể dùng nhiều lần số chất độn, để giảm bớt lượng chất thải vào môi trường, cách đưa vi sinh vật thích ứng vào cho lần phân hủy sau Những chất độn sử dụng nhiều lần vỏ bào, bã thải từ đống ủ, mảnh vụn lốp xe cũ cao su v.v… Tuy nhiên, để sử dụng lại chất độn ấy, phân ủ xong (compost) cần phải sàng, thủ tục tiêu tốn nhiều lượng thời gian, đồng thời làm phát tán bóng khí nhỏ li ti chứa hợp phần độc hại Vật liệu cấy Chúng ta biết nhiều loài vi sinh vật đất có khả chuyển hóa hydrocacbon dầu mỏ, dung môi không halogen hóa, nhiều hóa chất nông nghiệp Các vi sinh vật thỏa mãn tiêu chí vật liệu cấy dùng cho ủ đống trọn thường có mặt đất, nguồn nhiệt, chất độn Tuy vậy, bùn cống thường đưa vào đống ủ nhằm cung cấp thêm vi sinh vật rút ngắn thời gian thích ứng Việc sử dụng lại bã thải từ đống ủ xong phương pháp tốt để cấy vào đống ủ Ngoài vật liệu cấy trên, có cần đến vật liệu cấy đặc biệt, nuôi trước phòng thí nghiệm Đó trường hợp biết chắn chất gây ô nhiễm đích bị phân hủy nhóm nhỏ vi sinh vật 3/16 Phục hồi sinh học pha rắn Ví dụ, xử lý quy mô đồng ruộng Phần Lan [154], người ta cấy nấm mốc Phanerochaete chryosporium để phân hủy sinh học mỹ mãn Clorophenol loại đất ô nhiễm Nấm đỏ trắng hệ enzym đặc biệt có khả oxy hóa nhiều chất gây ô nhiễm hữu vốn bị phân hủy sinh học kỵ khí phần, theo cách khác Nấm trước hết cho mọc hỗn hợp gồm rơm, vỏ bào, mùn cưa, vỏ thông, để tạo môi trường chứa lignin tự nhiên Sau nấm mọc tốt, hỗn hợp trộn vào đất ô nhiễm với tỷ lệ 5% theo trọng lượng khô Sau 24 tháng, nồng độ Clorophenol giảm từ mức 200 xuống 30 ppm Điều đáng ngạc nhiên là, thông thường nhiều loài vi khuẩn có khả phân hủy Clorophenol, mà phải cần đến loài đặc hiệu Có lẽ trường hợp điều kiện môi trường chi phối Thành phần đống ủ Thành phần đống ủ nhân tố quan trọng cần phải xem xét thiết kế đống ủ Cần phải tìm thành phần hợp lý hỗn hợp đống ủ trình phân hủy diễn hoàn hảo, với tốc độ nhanh mức độ triệt để Gần phải tiến hành thử nghiệm quy mô phòng thí nghiệm quy mô pilot để xác lập thiết kế tối ưu Một thiết kế tối ưu thường có tỷ lệ tương đối cao chất bổ sung, để tăng độ xốp đất, để không khí phân bố tốt đống ủ, tăng khả giữ nước, có phân hủy sinh học tốt Điều đặc biệt cho đất chứa nhiều sét Tuy nhiên, cho nhiều chất bổ sung lượng đất xử lý mẻ (đợt) ít, diện tích đất cần cho việc xử lý nhiều, thời gian để xử lý toàn đất ô nhiễm dài Một số nghiên cứu phòng thí nghiệm xử lý đất ô nhiễm diesel [170] cho biết khối lượng phân trộn (compost) nhiều (trong hỗn hợp đất – compost) hoạt động vi sinh vật mạnh, loại bỏ hydrocacbon hiệu Hiệu xử lý tốt đạt tỷ lệ đất : phân ủ : (theo trọng lượng khô), hiệu thấp ứng với tỷ lệ 16 : Một nghiên cứu khác quy mô phòng thí nghiệm đất sét bị ô nhiễm chất diệt cỏ Dicamba (axit 3,6-dicloro-2-metoxibenzoic) thu kết tương tự [138] Các hỗn hợp compost chứa 41% chất bổ sung theo trọng lượng (35% vỏ bào 6% phân bò) có thời kỳ tiềm phát (lag period) ngắn hơn, có tốc độ phân hủy nhanh hơn, mức độ loại bỏ lớn hơn, mức độ khoáng hóa lớn hơn, so với hỗn hợp chứa 10,8% chất bổ sung (4,5% vỏ bào 6,3% phân bò) Mặt khác, có thí nghiệm quy mô pilot cho thấy việc bổ sung chất độn bổ sung dinh dưỡng có hiệu cải thiện khả phân hủy chất ô nhiễm [152] Các chất độn lựa chọn thí nghiệm bao gồm: bã thải thực vật băm nhỏ, rơm lúa mì, bùn từ nhà máy lọc dầu, loại trộn vào đất với tỷ lệ khác Chúng dùng để xử lý đất ô nhiễm chất thải từ nhà máy lọc dầu dầu thô, tồn đọng từ năm 1920 Mười lăm đống ủ dựng lên với cấu hình khác nhau, 4/16 Phục hồi sinh học pha rắn vận hành thời gian 45 tuần Kết là, mức độ loại bỏ TPH trung bình khoảng 55% tất đống, khác biệt có ý nghĩa công thức xử lý khác Nguyên nhân chất gây ô nhiễm bị biến đổi thời tiết – khí hậu mà trở nên khó vi sinh vật sử dụng Nhân tố làm hạn chế khả phân hủy sinh học chất gây ô nhiễm trường hợp hoạt động vi sinh vật mà biến đổi chất gây ô nhiễm: chúng trở nên không sử dụng vi sinh vật – tức trở nên bền vững Có giảm khả sử dụng chất gây ô nhiễm hấp phụ mạnh vào sét bề mặt bùn cặn, liên kết hóa chất vào chất hữu đất mùn, chúng giữ lỗ nhỏ (micropores) Độ ẩm Để cho trình composting diễn hoàn hảo điều thiết yếu phải trì độ ẩm thuận lợi cho sinh trưởng vi sinh vật Điều tương tự trình làm đất Trong trình làm đất, đề cập trên, với độ ẩm tối ưu có đủ khoảng không lỗ chứa đầy không khí phép diễn hoạt động hiếu khí; độ ẩm tối ưu biểu thị phần trăm (%) so với độ trữ ẩm đồng ruộng Còn trình composting, độ ẩm tối ưu đo % khả giữ nước hỗn hợp đống ủ Do có chất độn đưa vào đống ủ mà khả giữ nước hỗn hợp compost thường cao so với độ trữ ẩm đồng ruộng đất không bổ sung chất độn Độ ẩm tối ưu cho hoạt động vi sinh vật hỗn hợp compost đất vào khoảng 60% khả giữ nước [170] Độ ẩm cao làm giảm hoạt động vi sinh vật làm giảm lỗ chứa đầy không khí Còn độ ẩm thấp gây hậu tương tự, làm giảm tính dễ sử dụng chất gây ô nhiễm Nói chung độ ẩm tối ưu thay đổi tùy trường hợp cụ thể, phụ thuộc vào thành phần đống ủ chất môi trường hoạt động vi sinh vật phân hủy (hiếu khí, kị khí, vi hiếu khí), dao động khoảng từ 50 đến 80% khả giữ nước Sự sinh nhiệt đống ủ Do hoạt động trao đổi chất vi sinh vật tham gia phân hủy chất hữu mà sinh nhiệt đống ủ Tốc độ sinh nhiệt lớn tốc độ thoát nhiệt, nên hoạt động trao đổi chất bắt đầu diễn nhiệt độ đống ủ tăng dần lên, biểu diễn hình 8.3 Hình 8.3 Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian trình ủ đống trộn Đồ thị biểu diễn nhiệt độ theo thời gian đống ủ hình 8.3 cho thấy bốn giai đoạn: tiềm phát, logarit, cân giảm Giai đoạn tiềm phát trùng hợp với thích ứng 5/16 Phục hồi sinh học pha rắn vi sinh vật đống ủ Sau nhiệt độ tăng lên với tốc độ logarit đạt giá trị cực đại, giữ nguyên giá trị thời gian giảm xuống Nếu nhiệt độ đống ủ tăng lên đến phạm vi nhiệt độ bọn ưa nóng ( >45°C ) diễn thay đổi lớn quần xã sinh vật Những vi sinh vật không chịu nhiệt độ cao chết tạo thành bào tử, vi khuẩn ưa nóng tăng cường trở nên chiếm ưu Nếu nhiệt độ phép tăng lên đến 55 60°C vi khuẩn ưa nóng bị ảnh hưởng, hoạt động chúng giảm Thông thường, đống ủ vận hành cho nhiệt độ chúng nằm khoảng ưa ấm ( 30 đến 40°C ) khoảng ưa nóng ( 50 đến 60°C ) Việc lựa chọn khoảng nhiệt độ hay khác dựa khả cung cấp vật liệu dùng làm nguồn nhiệt với chi phí vừa phải Trên đồ thị hình 8.3 ta thấy điều kiện cho đó, nhiệt độ đống ủ giảm xuống sau thời gian Sự giảm nhiệt độ có liên quan đến giảm cung cấp chất dinh dưỡng giảm tương ứng hoạt động vi sinh vật Diễn biến nhiệt độ hình 8.3 thường ứng dụng để theo dõi hoạt động bên đống ủ, trường hợp đống ủ xử lý bùn cống Khi đống ủ nguội nhiệt độ bên gần nhiệt độ xung quanh coi chuyển hóa mạnh mẽ trình ủ kết thúc Ngoài ra, đống ủ có biểu khác chứng tỏ kết thúc hoạt động cách có hiệu qua thay đổi kết cấu mùi Vào lúc trình ủ bắt đầu ta thấy mùi khó chịu bốc từ bùn cống phân chuồng đưa vào đống ủ làm nguồn nhiệt, trình ủ kết thúc phân ủ (compost) có mùi giống với mùi đất vườn Cấu trúc hỗn hợp chuyển từ dạng lổn nhổn dạng sợi sang dạng mịn đồng Những thay đổi kết cấu mùi kết phân hủy sinh học chất hữu Cuối cùng, chuyển đổi vật chất đống ủ từ dạng rắn sang dạng khí làm cho kích thước đống ủ nhỏ biểu khác chứng tỏ đống ủ kết thúc hoạt động có hiệu Tùy thuộc vào lượng chất hữu trộn với đất để đưa vào đống ủ mà khối lượng đống ủ giảm khoảng 40% [148] Bài toán hiệu suất đống ủ Một đống ủ để xử lý bùn ô nhiễm pyren (pyrene) nồng độ 20.000 ppm có trọng lượng 2500 kg Đống ủ cho bùn chiếm 25% khối lượng hỗn hợp compost Quá trình xử lý gồm hai giai đoạn, giai đoạn ủ túy kéo dài 40 ngày giai đoạn đảo xới (trong đống ủ đảo xới định kỳ) kéo dài 90 ngày Nếu thời gian chu kỳ bán hủy pyren giai đoạn ủ túy 30 ngày giai đoạn đảo xới 55 ngày, khối lượng compost giảm dự tính 30% giai đoạn đảo xới nồng độ cuối pyren đống ủ bao nhiêu? 6/16 Phục hồi sinh học pha rắn Bài giải Tìm nồng độ pyren có sẵn lúc đầu đống ủ: Tìm giảm nồng độ pyren, dựa tốc độ phân hủy giai đoạn ủ túy giai đoạn đảo xới : - Trong giai đoạn ủ túy: ln (0,5) = - k (30 ngày) k = 0,023 ngày Sau 40 ngày nồng độ pyren : - Trong giai đoạn đảo xới : ln (0,5) = -k (55 ngày) k = 0,013 ngày 7/16 Phục hồi sinh học pha rắn Sau 130 ngày, nồng độ pyren : Tìm nồng độ cuối đống ủ: Kết cho thấy giảm thực nồng độ pyren không nhiều Các kiểu hệ thống ủ đống trộn Mở đầu Ba kiểu hệ thống ủ đống trộn sử dụng rộng rãi là: luống, đống ủ tĩnh, nồi phản ứng kín Các luống đống gọi hệ thống mở dùng rộng rãi nồi phản ứng kín Trong hệ thống mở, nguyên liệu cần ủ chất thành đống không thấm, chẳng hạn bê tông nhựa đường Người ta thường đặt lớp lót polyetilen (polyethylene) lên mặt trước chất đống nguyên liệu, để đảm bảo chắn chất gây ô nhiễm hoàn toàn không rò rỉ xuống đất qau kẽ nứt có Các hệ thống kiểu luống kiểu đống ủ tĩnh khác nhiều biện pháp thông khí Trong vận hành luống, người ta thông khí cho chúng cách đảo xới hỗn hợp ủ, 8/16 Phục hồi sinh học pha rắn tay máy Còn đống người ta áp dụng thông khí cưỡng Một hệ thống ống dẫn khí có đục nhiều lỗ nhỏ dọc theo thành ống đặt nằm đống ủ (hình 8.4), thông khí thực nhờ áp suất dương (đẩy không khí qua ống dẫn) nhờ áp suất âm (tạo chân không ống dẫn) Trong hệ thống đóng (còn gọi hệ thống bình chứa) hỗn hợp ủ đặt vào nồi phản ứng đóng kín, trộn thông khí tiến hành cách khuấy đảo thông khí cưỡng Hình 8.4 Sơ đồ đống ủ tĩnh thông khí Luống Đó kiểu ủ đống trộn đơn giản ba kiểu nêu phần Luống đống dài nguyên liệu đem ủ không thấm Kích thước luống có ảnh hưởng nhiều tới hiệu suất ủ Để trì nhiệt độ cao bên luống luống phải đủ lớn, cho nhiệt sinh trao đổi chất vượt lượng nhiệt bề mặt luống Tiết diện ngang luống lớn tỷ lệ bề mặt so với khối lượng nhỏ, lượng nhiệt giữ luống nhiều [151] Nhiệt độ luống khống chế cách đảo xới luống, thao tác cách để thông khí Bề rộng luống thường từ đến 4m, chiều cao tới 1,2 1,5m [136] Đôi luống có chiều rộng tới 6m [131a] Muốn cho hỗn hợp bên luống có cấu trúc đồng hơn, đạt phân hủy sinh học tốt nguyên vật liệu dùng để ủ thường phải trộn kỹ với trước chúng đổ thành luống hay đống Sự trộn sơ đặc biệt quan trọng có dùng chất dinh dưỡng chất bổ sung khác cho luống ủ Các chất dinh dưỡng chất bổ sung hòa tan đưa vào luống với nước bổ sung để đảm bảo phân bố đồng bên luống Nếu chất dinh dưỡng đưa vào với nước tưới bị hạn chế di chuyển chất lỏng khối chất ủ Đôi nguyên liệu đem ủ trải thành lớp, sau trộn với để tạo thành luống Ví dị không quân Seymour Johnson Bắc Carolina, hệ thống luống thiết lập gồm lớp Một lớp gồm mảnh vụn cỏ đặt đáy luống để bảo vệ kín khỏi bị hư hại máy móc nặng phía Một lớp đất ô nhiễm đổ lên đó, compost, sau lớp phân gà tây dùng làm nguồn nhiệt Lớp compost chiếm khoảng 10% khối lượng đống (luống), lớp phân gà chiếm khoảng 5% Thông khí cho luống 9/16 Phục hồi sinh học pha rắn Biện pháp thông khí áp dụng cho luống ủ, điều chi phối phần kích thước luống xây dựng Việc trộn máy phổ biến, sử dụng máy ……………… …… (front-end loader) máy ………… ……(turner) Máy ………………………….là không đắt máy kia, hiệu trộn phụ thuộc vào thời gian mà người vận hành máy dùng để trộn luống Còn máy .thì có khả leo lên luống để đảo trộn lúc di chuyển theo chiều dài luống, kết trộn thông khí tốt Việc đảo xới nhằm mục đích trước hết thông khí cho luống ủ, sau kết hợp với việc làm thoát nhiệt để giảm nhiệt độ luống Do vậy, tùy theo mục đích việc đảo xới mà tần suất đảo xới khác Sơ đồ phân bố nhiệt độ luống trình bày hình 8.5 Sự chênh lệch nhiệt độ phần luống ủ kích thước phần phụ thuộc phần vào tần suất đảo xới Việc đảo xới góp phần làm thay đổi sơ đồ phân bố nhiệt đây, cho lớp vốn có nhiệt độ thấp đảo vào bên có nhiệt độ cao Hình 8.5 Sơ đồ phân bố nhiệt độ thường thấy bên luống ủ Một lợi ích việc đảo xới góp phần trộn chất gây ô nhiễm với chất bổ sung vào đất, chúng cung cấp tốt cho vi sinh vật phân hủy Tần suất đảo xới luống, theo U.S.EPA [176] ngày lần, theo Seller cộng [168] tháng lần, chí không cần đảo xới suốt trình ủ Những luống đống không đảo xới coi có thông khí thụ động để trì điều kiện hiếu khí Sự thông khí thụ động kết chênh lệch nhiệt độ bên bên luống đống ủ : chênh lệch mà có dòng thông khí đối lưu vào khỏi luống đống ủ Sự thông khí phụ thuộc vào độ xốp luống hay đống ủ (khoảng rỗng chứa không khí) vào độ sâu đống ủ, nêu hình 8.6 Lớp tiếp xúc với khí nên có nồng độ oxy cao so với lớp sâu – nơi thiếu oxy Nếu luống ủ đống ủ có kích thước lớn oxy khuyếch tán xuyên qua lớp bị tiêu dùng hết trước tới lớp sâu phía Hình 8.6 Sự phân bố oxy bên luống ủ không đảo xới thường xuyên Khả khuyếch tán hạn chế oxy vào bên đống ủ lớn vừa trình bày, thấy rõ xử lý quy mô đồng ruộng sau [130] Trong xử lý này, luống rộng 12m, cao 2,5m, dài 26m, xây dựng để xử lý đất ô nhiễm etylbenzen (ethylbenzene), styren (styrene), hydrocacbon khác dầu mỏ Để tăng cường thông khí thụ động, người ta đặt bốn ống dẫn không khí luống, thêm ba ống vùi vào luống độ sâu 1,5m tính từ bề mặt luống Sau đó, phủ luống lớp vỏ bào dầy 20mm Sau 168 ngày xử lý, nồng độ hai 10/16 Phục hồi sinh học pha rắn chất giảm từ mức cao 2.190 365 ppm, theo thứ tự, xuống 1ppm, bên lớp 80cm Nồng độ tổng hydrocacbon giảm từ mức cao 30.000 ppm xuống gần 1000 ppm độ sâu Tuy nhiên độ sâu 80cm nồng độ chất gây ô nhiễm giảm không đáng kể Nhiệt độ trung bình luống tháng mùa đông lạnh 15°C nhiệt độ không khí xung quanh luống -10°C Như vậy, kết dường cho thấy oxy khuyếch tán vào đến lớp luống Che phủ luống Thông thường, luống ủ làm trời nên cần phải che phủ chúng để trì nhiệt độ bên trong, giảm thiểu bào mòn gió, ngăn cản bão hòa nước mưa Mưa nguy hiểm chỗ, nước chảy từ luống đống bị mưa có chứa chất gây ô nhiễm Các lớp che phủ cần thiết có nguy lan tỏa vác VOC độc hại Chỉ trường hợp luống làm bên nhà kho kiến trúc tương tự (tận dụng) không cần che phủ luống Vật liệu che phủ luống thường vật liệu tổng hợp, polyetylen dầy, vật liệu hữu cơ, vỏ bào compost Đống ủ tĩnh Đống ủ tĩnh khác với luống ủ biện pháp thông khí cho Ở đây, vật liệu đem ủ chất bên hệ thống ống dẫn khí có đục nhiều lỗ nhỏ thành thông với máy nén khí máy hút chân không Như thông khí cho đống ủ tĩnh đạt nhờ áp suất dương (thông khí cưỡng bức) áp suất âm (tạo chân không) Người ta ưa dùng áp suất âm theo cách lan tỏa chất bay giảm thiểu khí khỏi hệ thống xử lý riêng rẽ (xem chương 10) oxy hóa có xúc tác Việc tái tuần hoàn khí thoát có hiệu quả, đống ủ tĩnh, nó, đóng vai trò màng sinh học Tuy nhiên thông khí theo kiểu áp suất âm không dùng vùng có khí hậu lạnh Không khí lạnh bị hút vào đống ủ tĩnh làm giảm nhiệt độ đó, lớp Trong xử lý theo kiểu áp suất dương làm cho đống ủ nóng lên, không khí nén đưa vào bị nóng lên Đống ủ tĩnh thường có kích thước lớn luống ủ thông khí không cần đảo xới Thông thường, đống ủ tĩnh có chiều cao tới 3m (bảng 8.6), có cao tới 6m [136] Những đống ủ cao vài mét gọi đống ủ sinh học (biopiles) (hình …) Trong đống ủ lớn hệ thống ống dẫn đặt độ cao (thay đặt đáy), để đảm bảo thông khí, cung cấp độ ẩm cung cấp chất dinh dưỡng Những đống ủ nhỏ thường tưới nước nhờ ống dẫn vòi nước đặt bề mặt đống 11/16 Phục hồi sinh học pha rắn Bảng 8.6 Các đặc tính đống ủ tĩnh số công trình xử lý Kích thước đống , m Rộng Cao Dài Vật liệu che phủ/ lót Kiểu Nhận thông Tài liệu xét khí 30 50 Lót, HDPE Dương Đống ủ cấy mốc đỏ 154 trắng 16,5 2,4 16,5 HDPE 9mm Âm Phần che phủ có khung PVC 163 Ống dẫn vùi độ cao 1,2 2,1m, đặt cạnh ống hút 168 9,1 3,0 24,4 lớp chất dẻo 6mm Âm 5,5 1,6 9,1 Mùn cưa Âm 12 2,5 26 Lớp vỏ bào 0,3m, lớp phủ PE dầy 20mm Âm 177 75% khí tái tuần hoàn vào đống ủ 130 Hình … Các đống ủ sinh học để xử lý khoảng 15.200 m3 đất ô nhiễm hydrocacbon từ bể chứa ngầm [243] Thông khí cho đống ủ tĩnh Dòng không khí vào đống ủ tĩnh nguồn oxy mà góp phần khống chế nhiệt độ đống ủ Vì việc đặt ống dẫn có đục lỗ lựachọn tốc độ thông khí coi yếu tố thiết kế quan trọng xử lý theo hình thức đống ủ tĩnh Các ống dẫn đống ủ luôn vùi vào lớp vật liệu có độ thấm cao sỏi, cát, vỏ bào, compost Trên hình 8.4a 8.6a cho thấy ống dẫn lắp đặt đống ủ Hình 8.4a Chuẩn bị cho đống ủ sinh học để xử lý đất ô nhiễm hydrocacbon dầu mỏ Một mạng lưới ống dẫn vùi lắp đặt để cung cấp oxy cho vi sinh vật phân hủy 12/16 Phục hồi sinh học pha rắn Hình 8.6a Hệ thống thông khí cho đống ủ sinh học nhà máy lọc dầu Các ống dẫn khí có lớp bọc để ngăn ngừa rò rỉ giữ nhiệt thời tiết lạnh Tốc độ thông khí vận hành đống ủ phải phù hợp với hoạt động vi sinh vật diễn đống Khi trình xử lý bắt đầu hoạt động vi sinh vật tăng tốc, nhu cầu oxy cao, nhiệt độ tăng tương đối nhanh, cần thông khí với tốc độ lớn Còn trình xử lý diễn ra, nồng độ chất hữu giảm, hoạt động vi sinh vật giảm, nhu cầu oxy giảm, nhiệt độ giảm, phải giảm tốc độ dòng không khí Có ba kiểu thông khí cho đống ủ tĩnh, tùy theo tốc độ thông khí [160]: a, Tốc độ cố định Theo kiểu này, tốc độ thông khí không đổi, người ta khống chế lượng không khí vào đống ủ theo chế độ bật-tắt cố định Ví dụ, cho máy thông khí hoạt động phút cho dừng 18 phút Nhược điểm phương pháp đống ủ bị thông khí mức , bị làm nguội đi, lúc bắt đầu xử lý - hoạt động vi sinh vật chưa mạnh; bị thông khí chưa đủ, sau - hoạt động vi sinh vật nhiệt độ đống ủ đạt mức cực đại b, Tốc độ thay đổi Theo kiểu này, tốc độ thông khí lúc bắt đầu xử lý trì mức độ cao, sau giảm dần (hàm bậc thang) theo thời gian Phương pháp khó áp dụng phải theo dõi hàng ngày, dùng c, Thông khí tự động Người ta lập chương trình cho máy tính để điều chỉnh tự động phù hợp với trị số nhiệt độ đo Che phủ cho đống ủ tĩnh Việc che phủ có tác dụng tốt nói trước đây, cản trở dòng không khí vào đống ủ tĩnh, trường hợp che phủ không thấm plastic HDPE Khi cần phải có biện pháp cho không khí xâm nhập đống ủ để bù lại phần bị rút Các ví dụ biện pháp là: • Tạo chỗ hở khe hở che phủ Tuy nhiên, tạo di chuyển không khí theo đoạn ngắn chỗ hở, phần không hở dòng không khí tạo Để khắc phục nhược điểm này, Peterson cộng [163] dùng hệ thống khung đỡ PVC để giữ phủ độ cao khoảng 15-70cm bên bề mặt đất Vấn đề 13/16 Phục hồi sinh học pha rắn khác lại nảy sinh từ hệ khung đỡ yếu, bị võng xuống, làm cho nước đọng phủ, phủ bị rách • Cho phép dòng không khí thụ động vào đống ủ cách đặt ống PVC có khe hở vùi vào đống, mà ống thông với khí bên ngoài, đặt lớp sỏi tầng đống ủ, để tạo lớp cho không khí vào • Cho phần không khí dòng từ đống ủ quay trở lại đống ủ, đồng thời bổ sung không khí Hiệu ba kỹ thuật nhược điểm chúng không đề cập nhiều tài liệu Nồi phản ứng kín Đó bể chứa kín diễn trình xử lý kiểm soát gần hoàn toàn Các nồi phản ứng thường có phận khuấy trộn thường xuyên liên tục chất thải cần xử lý, gọi trống xoay (quay), bể trộn, buồng trộn, tùy theo cấu trúc chúng Việc khuấy trộn làm cho chất ô nhiễm đích phân bố tốt lòng khối hỗn hợp xử lý cải thiện tiếp xúc vi sinh vật với hóa chất, tăng cường khả phân hủy sinh học [148] Các nồi phản ứng kín cho phép kiểm soát tốt phát thải không khí Các chất hữu bay hơi, mùi độc hại, chứa, hồi lưu xử lý riêng Vì khối hỗn hợp xử lý nồi không tiếp xúc với khí bên nên nhiệt giảm thiểu, khống chế nhiệt cung cấp oxy đạt cách thông khí cưỡng Đồng thời môi trường đóng kín cho phép trì độ ẩm tối ưu, loại bỏ rò rỉ thấm lọc, tránh ô nhiễm cho đất nước ngầm vùng xử lý Ưu điểm nhược điểm phương pháp ủ đống trộn Ưu điểm • • • • • Cần lượng Thải bùn nước thải Có thể áp dụng để xử lý hầu hết chất hữu Ít bị ảnh hưởng nồng độ tương đối cao kim loại Thời gian lưu giữ, tức thời gian phân hủy, ngắn nhiều so với xử lý chõ xử lý theo phương pháp làm đất, ví dụ hàng tuần so với hàng tháng [167] • Đòi hỏi diện tích so với làm đất • Hạn chế ô nhiễm nước [174] • Rẻ nhiều so với phương pháp không sinh học, ví dụ thiêu đốt, công nghệ dễ áp dụng 14/16 Phục hồi sinh học pha rắn Nh ợc điểm • Đòi hỏi cao tu, bảo dưỡng • Mức độ lan tỏa không khí cao Cả hai đặc điểm nhiệt độ cao đống ủ chi phối Tuy vậy, lan tỏa không khí dễ kiểm soát so với phương pháp làm đất • Cần theo dõi chặt chẽ độ ẩm để trì hoạt động vi sinh vật mức tối ưu Đó nhiệt độ cao đống ủ, thông khí định kỳ 8.4 ………………………………… Một nghiên cứu đồng ruộng tiến hành Nhà máy vũ khí Louisiana để đánh giá phương pháp ủ đống trộn với tư cách công nghệ xử lý bùn hồ bị ô nhiễm chất nổ [177,178] Các chất ô nhiễm bao gồm TNT (2,4,6-trinitrotoluen), HMX (octahydro-1,3,5,7-tetranitri-1,3,5,7-tetraazocin), RDX (hexahydro-1,3,5-trinitro1,3,5-triazin), tetryl (N-metyl-N,2,4,6-tetranitroanilin) Để chuẩn bị hỗn hợp ủ, bước trộn (đồng hóa) bùn ô nhiễm xác định nồng độ chất nổ gây ô nhiễm Kết cho thấy bùn chứa 56.800 mg TNT/ kg, 17.900 mg RDX/ kg, 2.390 mg HMX/ kg, 650 mg teryl/ kg Sau chất độn nguồn nhiệt đưa vào trộn với bùn Thành phần hỗn hợp cuối cùng, theo trọng lượng, là: 24% bùn ô nhiễm, 10% cỏ linh lăng, 25% rơm ổ gia súc (rơm/phân), 41% thức ăn ngựa Môt lượng nhỏ phân vô đưa vào để cung cấp nitơ phôtpho cho sinh vật Tỷ lệ C:N thiết kế 30:1 Mỗi đống ủ có khối lượng khoảng 26,6 m3 trọng lượng khoảng 4.400 kg Mùn cưa, vỏ bào, rơm bó dùng làm lớp phủ lớp Hai đống ủ tĩnh xây dựng bê tông có gờ rãnh thoát nước Nước rỉ thoát ra, cần, đưa trở lại đống ủ để điều chỉnh độ ẩm Mỗi đống ủ che phủ riêng cấu trúc mở phía bên để chống mưa chống thấm xuống Một ống bễ với cánh quạt tỏa tròn nối với hệ thống ống PE đục lỗ dùng để hút không khí qua đống ủ, có tác dụng chống nổ Một rơle thời gian lập trình hệ thống báo phản hổi nhiệt độ dùng để kiểm tra tuần hoàn khí ống bễ, kiểm tra nhiệt độ đống ủ Một hai đống ủ giữ nhiệt độ khoảng 35°C (khoảng vi sinh vật ưa ấm), đống 55°C (khoảng vi sinh vật ưa nóng) Hai cặp nhiệt độ dùng để theo dõi nhiệt độ bên đống ủ Một cặp đặt đầu chót đống ủ tiếp giáp với ống bễ, cặp đặt đống ủ, bên cạnh nhiệt điện trở kiểm soát tuần hoàn khí ống bễ 15/16 Phục hồi sinh học pha rắn Thời gian hoạt động hai đống ủ 153 ngày, với lần lấy mẫu thời điểm khác để xác định nồng độ chất gây ô nhiễm Các mẫu lấy từ phần trung tâm đống ủ, ba điểm khác dọc theo chiều dài đống, lần lấy mẫu Độ ẩm đống thay đổi khoảng từ 25 đến 56% trọng lượng Người ta nhận thấy độ ẩm hạ xuống tới 35% nhiệt độ hạ xuống đáng kể Do vậy, nước thêm vào độ ẩm giảm xuống tới 40% Trong thời gian thí nghiệm, đống ủ dỡ ra, làm ẩm trở lại, trộn lại, ba lần Kết Các kết thu từ công trình xử lý tóm tắt sau: • Hiệu xử lý (mức độ giảm nồng độ chất gây ô nhiễm) nhiệt độ vi sinh vật ưa nóng cao nhiều so với nhiệt độ bọn ưa ấm Tổng lượng chất nổ “đống ưa nóng” giảm từ mức 17.870 (tính trung bình) xuống 74 mg/kg, “đống ưa ẩm” từ 16.460 xuống 326 mg/kg Tuy nhiên, cần nhớ trị số phản ánh nồng độ chất gây ô nhiễm phần chiết rút, tính phần hấp phụ vào mạng lưới chất thô đống ủ gắn vào chất mùn Ngoài ra, bay coi loại bỏ chất gây ô nhiễm áp suất thấp chúng • Đã theo dõi tạo thành sản phẩm đặc hiệu từ TNT, thấy nồng độ sản phẩm tăng gấp lần vài tuần lễ đầu tiên, sau giảm tới mức thấp cuối trình xử lý • Có biến đổi cảm quan khối chất đống ủ Nhìn mắt thường nhận thấy đống ủ biến đổi nhiều thời gian xử lý Khi bắt đầu trộn, đống ủ trông có kết cấu thô dạng kết cấu dạng sợi, đồng thời có mùi phân chuồng Vào lúc kết thúc thực nghiệm, trông … có mùi đất mùn Câu hỏi suy luận • Vì anh/chị nghĩ nhiệt độ đống ủ giảm độ ẩm giảm? • Vì anh/chị nghĩ loại bỏ chất gây ô nhiễm “đống ưa nóng” mạnh “đống ưa ẩm”? • Bình luận biến động sản phẩm chuyển hóa trình xử lý 16/16 [...]... thấy các ống dẫn đang được lắp đặt trên nền các đống ủ Hình 8.4a Chuẩn bị nền cho một đống ủ sinh học để xử lý đất ô nhiễm hydrocacbon dầu mỏ Một mạng lưới các ống dẫn vùi được lắp đặt để cung cấp oxy cho các vi sinh vật phân hủy 12/16 Phục hồi sinh học pha rắn Hình 8.6a Hệ thống thông khí cho các đống ủ sinh học ở một nhà máy lọc dầu Các ống dẫn khí được có lớp bọc ngoài để ngăn ngừa rò rỉ và giữ nhiệt... phương pháp không sinh học, ví dụ thiêu đốt, và công nghệ cũng dễ áp dụng hơn 14/16 Phục hồi sinh học pha rắn Nh ư ợc điểm • Đòi hỏi cao về duy tu, bảo dưỡng • Mức độ lan tỏa không khí cao Cả hai đặc điểm này là do nhiệt độ cao của đống ủ chi phối Tuy vậy, sự lan tỏa không khí ở đây dễ kiểm soát hơn so với trong phương pháp làm đất • Cần theo dõi chặt chẽ độ ẩm để duy trì hoạt động vi sinh vật ở mức tối... từng đoạn ngắn ở những chỗ hở, còn ở phần không hở thì không có dòng không khí nào được tạo ra Để khắc phục nhược điểm này, Peterson và cộng sự [163] đã dùng một hệ thống khung đỡ bằng PVC để giữ tấm phủ ở độ cao khoảng 15-70cm bên trên bề mặt đất Vấn đề 13/16 Phục hồi sinh học pha rắn khác lại nảy sinh từ đó là hệ khung đỡ này khá yếu, nó có thể bị võng xuống, làm cho nước đọng ở trên tấm phủ, và rồi... mét đôi khi được gọi là các đống ủ sinh học (biopiles) (hình …) Trong các đống ủ lớn thì hệ thống ống dẫn có thể được đặt ở những độ cao nào đó (thay vì đặt ở đáy), để đảm bảo sự thông khí, sự cung cấp độ ẩm và cung cấp chất dinh dưỡng Những đống ủ nhỏ hơn thì thường được tưới nước nhờ các ống dẫn hoặc vòi nước đặt ở bề mặt ngoài của đống 11/16 Phục hồi sinh học pha rắn Bảng 8.6 Các đặc tính của đống... ở nhiệt độ khoảng 35°C (khoảng của vi sinh vật ưa ấm), còn đống kia ở 55°C (khoảng của vi sinh vật ưa nóng) Hai cặp nhiệt độ cũng được dùng để theo dõi nhiệt độ bên trong đống ủ Một cặp được đặt ở đầu chót của đống ủ tiếp giáp với ống bễ, còn cặp kia được đặt ở giữa đống ủ, bên cạnh nhiệt điện trở kiểm soát sự tuần hoàn khí của ống bễ 15/16 Phục hồi sinh học pha rắn Thời gian hoạt động của hai đống.. .Phục hồi sinh học pha rắn chất này đã giảm từ mức cao là 2.190 và 365 ppm, theo thứ tự, xuống còn dưới 1ppm, ở bên trong lớp 80cm trên cùng Nồng độ tổng của các hydrocacbon đã giảm từ mức cao 30.000 ppm xuống gần... đích được phân bố tốt hơn trong lòng khối hỗn hợp xử lý và cải thiện sự tiếp xúc giữa vi sinh vật với các hóa chất, do đó tăng cường khả năng phân hủy sinh học [148] Các nồi phản ứng kín cũng cho phép kiểm soát tốt hơn sự phát thải không khí Các chất hữu cơ bay hơi, cũng như các mùi độc hại, được chứa, và có thể được hồi lưu hoặc được xử lý riêng Vì rằng khối hỗn hợp xử lý trong nồi không tiếp xúc với... Dương Đống ủ được cấy mốc đỏ 154 trắng 16,5 2,4 16,5 HDPE 9mm Âm Phần che phủ có khung PVC 163 Ống dẫn được vùi ở độ cao 1,2 và 2,1m, và đặt cạnh các ống hút hơi 168 9,1 3,0 24,4 3 lớp chất dẻo 6mm Âm 5,5 1,6 9,1 Mùn cưa Âm 12 2,5 26 Lớp vỏ bào 0,3m, rồi lớp phủ trên cùng bằng PE dầy 20mm Âm 177 75% của khí ra được tái tuần hoàn vào trong đống ủ 130 Hình … Các đống ủ sinh học để xử lý khoảng 15.200 m3... lạnh Tốc độ thông khí khi vận hành đống ủ phải phù hợp với hoạt động vi sinh vật đang diễn ra trong đống Khi quá trình xử lý bắt đầu và hoạt động vi sinh vật tăng tốc, nhu cầu oxy là cao, nhiệt độ tăng tương đối nhanh, thì cần thông khí với tốc độ lớn Còn khi quá trình xử lý diễn ra, nồng độ các chất hữu cơ giảm, hoạt động vi sinh vật giảm, nhu cầu oxy giảm, nhiệt độ giảm, thì cũng phải giảm tốc độ... khỏi hệ thống có thể được xử lý riêng rẽ (xem chương 10) hoặc được oxy hóa có xúc tác Việc tái tuần hoàn khí thoát ra cũng có thể có hiệu quả, trong đó đống ủ tĩnh, chính nó, đóng vai trò của một màng sinh học Tuy nhiên sự thông khí theo kiểu áp suất âm có thể không được dùng ở những vùng có khí hậu quá lạnh Không khí lạnh bị hút vào trong đống ủ tĩnh sẽ làm giảm nhiệt độ trong đó, nhất là ở những lớp ... phân hủy nhóm nhỏ vi sinh vật 3/16 Phục hồi sinh học pha rắn Ví dụ, xử lý quy mô đồng ruộng Phần Lan [154], người ta cấy nấm mốc Phanerochaete chryosporium để phân hủy sinh học mỹ mãn Clorophenol... Chuẩn bị cho đống ủ sinh học để xử lý đất ô nhiễm hydrocacbon dầu mỏ Một mạng lưới ống dẫn vùi lắp đặt để cung cấp oxy cho vi sinh vật phân hủy 12/16 Phục hồi sinh học pha rắn Hình 8.6a Hệ thống... tạo Để khắc phục nhược điểm này, Peterson cộng [163] dùng hệ thống khung đỡ PVC để giữ phủ độ cao khoảng 15-70cm bên bề mặt đất Vấn đề 13/16 Phục hồi sinh học pha rắn khác lại nảy sinh từ hệ khung