Việc làm phân compost giúp giảm lượng rác thải hữu cơ, làm giảm diện tích chôn lấp ở bãi chôn lấp. Thu hồi năng lượng từ rác thải. Làm mất hoạt tính của vi sinh vật: Nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 600C, đủ để mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh, virus và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này được duy trì đủ thời gian diệt mầm bệnh. Sản phẩm có thể thải bỏ an toàn trên đất hoặc sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất. Cải tạo đất trồng: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ. Sau quá trình làm phân Compost các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3 và PO43 thích hợp cho cây trồng. Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến Compost bổ sung dinh dưỡng cho đất và có khả năng làm giảm thoát dinh dưỡng do rò rỉ vì các chất dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan. Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải tiến nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn.
Trang 1NHÓM 2 BÀI TẬP VỀ NHÀ Câu 1: Ứng dụng của phân compost:
Việc làm phân compost giúp giảm lượng rác thải hữu cơ, làm giảm diện tích chôn lấp ở bãi chôn lấp
Thu hồi năng lượng từ rác thải
Làm mất hoạt tính của vi sinh vật: Nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 600C, đủ để mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh, virus
và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này được duy trì đủ thời gian diệt mầm bệnh Sản phẩm có thể thải bỏ an toàn trên đất hoặc sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất
Cải tạo đất trồng: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ Sau quá trình làm phân Compost các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3- và PO43- thích hợp cho cây trồng Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến Compost bổ sung dinh dưỡng cho đất và có khả năng làm giảm thoát dinh dưỡng do rò rỉ vì các chất dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải tiến nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn
Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Trong đất bón phân vi sinh với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh cho cây trồng hơn so với các loại phân hóa học khác
Câu 2: So sánh 2 phương pháp sinh học hiếu khí và kị khí:
Trang 2Phương trình
động lực học
Sản phẩm
đầu ra
Phân hữu cơ khoáng, phân hữu cơ sinh học
CO2, CH4, phân lỏng, phân khô
Nguyên liệu
đầu vào
Rác vườn, CTR đô thị đã được phân loại, hỗn hợp CTR đô thị, kết hợp bùn thải từ quá trình xử lý nước thải
CTR đô thị Rác vườn
Vi sinh vật + Vi khuẩn
+ Xạ khuẩn: Penicillium, Bacillus, Actinomyces
+ Nấm + Động vật nguyên sinh + Trùng roi
+ VK lên men thủy phân:
Peptococcus) + Acetogenic Bacterria: Desulfovibrio, Syntrophobacter, Syntrophomonas
methanogens: Methanobacterium, Methanobrevibacterium
Điều kiện tối
ưu
+ C/N=20:1 – 30:1 + pH=6-8
+ Nhiệt độ: 30 -350C trong giai đoạn nhiệt độ trung bình và
50-650C trong giai đoạn hiếu nhiệt
+ C/N=30:1 + pH= 5,5 – 8,5 + Độ ẩm: 50-60%
+ Độ xốp: 32 – 36%
Giai đoạn lên
men
Có 3 giai đoạn:
- Gđ 1: vài giờ đến vài ngày (thích nghi)
- Gđ 2: vài ngày đến vài tuần (phân hủy, diệt khuẩn)
- Gđ 3: Vài tuần đến vài tháng( ưa nhiệt)
3 Giai đoạn:
- Thủy phân
- Axit hóa
- Acetat hóa
Trang 3Phân loại Có 3 loại:
- Tĩnh (dạng đánh đống và bể)
- Dạng bán động( ủ có đảo trộn):
Đảo trộn thành luống hình thang hoặc hình tam giác, tam giác có hất từ trước ra sau đảo trộn trên cùng 1 luống hoặc dùng băng chuyền chuyển từ luống 1 sang luống 2, 2 luống song song nhau
- Dạng động: ủ trống quay
+ Phân loại theo môi trường phản ứng: gồm phân hủy kị khí khô và phân hủy kị khí ướt Phân hủy kị khí khô, vật liệu đầu vào có độ ẩm 60-65%, phân hủy kị khí ướt, vật liệu đầu vào có độ ẩm 85-90% + Phân loại theo chế độ cấp liệu: Mẻ( hệ thống hoạt động gián đoạn theo mẻ), liên tục( hệ thống làm việc liên tục)
+ Phân loại theo phân đoạn phản ứng gồm 2 loại:
- 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
Phân loại theo nguyên liệu đầu vào:
- Phân hủy kết hợp với phân động vật: thành phần hữu cơ trong rác đô thị được trộn với phân động vật và phân hủy kết hợp với nhau Quá trình này cải thiện tỷ lệ C/N và sản phẩm lượng khí ra
- Chỉ phân hủy rác đô thị:
Trang 4Thành phần nguyên liệu ban đầu chỉ có thành phần hữu cơ của rác đô thị được tạo huyền phù với dịch lỏng
(1) Động học của quá trình phân hủy kị khí CTR hữu cơ:
Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ của chất thải rắn sinh hoạt dưới điều kiện kị khí xảy ra theo 3 bước:
- Bước thứ nhất là quá trình thủy phân các hợp chất có phân tử lượng lớn thành những hợp chất thích hợp dùng làm nguồn năng lượng và mô tế bào
- Bước thứ hai là quá trình chuyển hóa các hợp chất sinh ra từ bước 1 thành các hợp chất có phân tử lượng thấp hơn xác định
- Bước thứ ba là quá trình chuyển hóa các hợp chất trung gian thành các sản phẩm cuối đơn giản hơn, chủ yếu là khí Metan và khí Cacbonic
Trong quá trình phân hủy kị khí, nhiều loại vi sinh vật kị khí cũng tham gia quá trình chuyển hóa chất hữu cơ của CTR thành sản phẩm cuối bền vững Một nhóm vi sinh vật có nhiệm vụ thủy phân các hợp chất hữu cơ cao phân tử và lipid thành các thành phần xây dựng cấu trúc như axit béo, monosacarit, amino axit và các hợp chất liên quan Nhóm vi sinh vật kị khí thứ hai được gọi là nonmetanogeic lên men các sản phẩm đã cắt mạch của nhóm 1 thành các axit hữu cơ đơn giản mà chủ yếu là axit acetic Nhóm vi sinh vật thứ 3 chuyển hóa Hydro và axit acetic thành khí metan và cacbonic Vi sinh vật metan hóa chỉ
có thể sử dụng một số cơ chất nhất định để chuyển hóa thành metan như CO2+H2, formate acetate, metanol, methylamines, CO Các phương trình chuyển hóa như sau:
4H2 + CO2 CH4 + 2H2O
4HCOOH CH4 + 2H2O + 3CO2
Trang 53CH3COOH CH4 + CO2
4CH3OH 3CH4 + 2H2O + CO2
4(CH3)3N + 6H2O 9CH4 + 3CO2 + 4NH3
4CO + 2H2O CH4 + 3CO2
Một cách tổng quát, quá trình chuyển hóa kị khí phần hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt có thể được mô tả bằng phương trình sau:
CaHbNdSe + (4a – b – 2c + 3d + 2e) H2O 1/8(4a + b – 2c - 3d - 2e)CH4
(2) Động học của quá trình phân hủy hiếu khí CTR hữu cơ :
Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp, hiện vẫn chứa được nghiên cứu chi tiết Một cách tổng quát căn cứ trên sự biến thiên nhiệt
độ có thể chia quá trình ủ hiếu khí thành các pha sau:
- Pha thích nghi: Là giai đoạn đầu cần để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới
- Pha tăng trưởng và ưa nhiệt: Là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất, giai đoạn ổn định chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất Phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ hiếu khí:
- Pha trưởng thành: Giai đoạn nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường Trong pha này, quá trình lên men xả ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn, các chất khoáng và cuối cùng là thành mùn Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng nitrat hóa, amonia bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit và cuối cùng là thành nitrat:
NH4+ + 3/2 O2 NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + 1/2 O2 NO3
-Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:
NH4+ + 2 O2 NO3- + 2H+ + H2O
Trang 6Mặt khác, trong mô tế bào NH4 cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưng cho quá trình tổng hợp:
NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O C5H7NO2 + 5 O2
Phương trình phản ứng Nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:
22 NH4+ +37O2 + 4CO2 + HCO3- 21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+
Tóm lại, quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn nhiệt độ trung bình
- Giai đoạn nhiệt độ cao
- Giai đoạn làm mát và ổn định