Nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí ở chế độ lên men nóng tt

1 B GIO DC V O TO Tr-ờng đại học xây dựng NGUYN PHNG THO Đề tài: Nghiên cứu trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại rác hữu ph-ơng pháp sinh học kỵ khí CHế Độ LÊN MEN NóNG Ngành: Kỹ thuật môi tr-ờng Mã số: 62.52.03.20 TểM TT LUN N TIN S K THUT năm 2016 Cụng trỡnh c hon thnh ti B mụn Cp thoỏt nc Khoa K thut Mụi trng Trng i hc Xõy dng Ngi hng dn khoa hc 1: PGS.TS Nguyễn Việt Anh Ngi hng dn khoa hc 2: PGS TS Đoàn Thu Hà Phn bin 1: Phn bin 2: Phn bin 3: Lun ỏn s c bo v trc Hi ng chm lun ỏn cp Nh nc hp ti Trng i hc Xõy dng Vo hi gi ngy thỏng nm Cú th tỡm hiu lun ỏn ti Th vin Quc gia v Th vin Trng i hc Xõy dng M U TNH CP THIT CA LUN N Hng ngy, lng bựn c hỳt t b t hoi v cht thi thc phm phỏt sinh ti cỏc ụ th hng ngy rt ln Theo Chiến l-ợc quốc gia quản lý tổng hợp chất thải rắn đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2050 Thủ t-ớng Chính phủ ban hành ngày 17 tháng 12 năm 2009: đến năm 2015, 85% tổng l-ợng chất thải rắn sinh hoạt ụ thị phát sinh đ-ợc thu gom, 60% l-ợng chất thải đ-ợc tái chế, tái sử dụng, thu hồi l-ợng sản xuất phân hữu cơ; 30% bùn bể phốt đô thị từ loại II trở lên 10% đô thị lại đ-ợc thu gom xử lý đảm bảo môi tr-ờng; 50% rác đ-ợc phân loại nguồn Ti nhiu nc trờn th gii, cụng ngh x lý k khớ cỏc cht thi giu hu c ch nhit khỏc nhau: lờn men m hoc lờn men núng ó c ỏp dng quy mụ ln gim thiu lng cht thi a n bói chụn lp ng thi to sn phm biogas phc v cho sn xut in nng hoc nhit nng Cỏc nghiờn cu trc õy ó cho thy x lý k khớ cht thi ch lờn men núng cho u im hn ch lờn men m v lng khớ metan sinh cao hn, thi gian phõn hy ngn hn v bựn sau x lý c tiờu dit hon ton mm bnh, cú th c s dng lm phõn bún cho cõy trng Vit Nam cú th ỏp dng gii phỏp x lý cht thi bng phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng i vi cỏc loi cht thi núi trờn vỡ cú nhiu tim nng, nhiờn cũn l gii phỏp mi m iu kin Vit Nam Vỡ vy, ti lun ỏn: Nghiờn cu quỏ trỡnh x lý kt hp bựn b t hoi v rỏc hu c bng phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng l rt cn thit, ỏp ng yờu cu bo v mụi trng, hng ti phỏt trin bn vng MC TIấU NGHIấN CU CA LUN N Mc tiờu nghiờn cu ca lun ỏn: Nghiờn cu tớnh hiu qu v kh thi v mt k thut, Nghiờn cu ỏnh giỏ mt s yu t nh hng ti quỏ trỡnh sinh hc k khớ ch lờn men núng ti hiu qu sinh metan: t l bựn b t hoi: cht thi thc phm, ti lng hu c ca cht thi; Xỏc nh thụng s ng hc c trng ca quỏ trỡnh x lý k khớ bựn b t hoi v cht thi thc phm bng phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng I TNG V PHM VI NGHIấN CU i tng nghiờn cu i tng nghiờn cu l bựn b t hoi v rỏc hu c (ly cht thi thc phm lm i din) ti cỏc ụ th ln, ly H Ni lm vớ d nghiờn cu Phm vi nghiờn cu Phm vi nghiờn cu l cụng ngh x lý kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm bng phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng phũng thớ nghim (thớ nghim theo m) v ng dng th nghim trờn mụ hỡnh Pilot (thớ nghim liờn tc) NI DUNG NGHIấN CU - Tng quan v s lng, thnh phn, tớnh cht ca bựn cn b t hoi, cht thi thc phm v c s lý thuyt quỏ trỡnh phõn hy k khớ ch lờn men núng - Nghiờn cu thc nghim trờn mụ hỡnh phũng thớ nghim: Thớ nghim theo m v thớ nghim liờn tc mụ hỡnh pilot - Nghiờn cu mụ phng quỏ trỡnh phõn hy k khớ bựn b t hoi v cht thi thc phm bng phn mm GPS-X, xỏc nh cỏc thụng s c trng h s phõn hy ni sinh kd ca bựn b t hoi v cht thi thc phm, t ú giỳp cho vic tớnh toỏn, thit k c cụng trỡnh nh mỏy x lý cht thi - Tho lun, nhn xột kt qu nghiờn cu v kt lun PHNG PHP NGHIấN CU - Phng phỏp nghiờn cu tng hp, k tha cỏc kt qu nghiờn cu cú sn - Phng phỏp nghiờn cu lý thuyt - Phng phỏp nghiờn cu thc nghim: thc hin thớ nghim theo m v thớ nghim liờn tc x lý kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm - Phng phỏp mụ hỡnh húa: p dng phn mm GPS-X mụ phng quỏ trỡnh x lý k khớ kt hp gia bựn b t hoi v cht thi thc phm ch lờn men núng - Phng phỏp so sỏnh, phõn tớch: So sỏnh x lý k khớ kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm ca ch lờn men m v lờn men núng Phõn tớch, nhn xột kt qu thu c - Phng phỏp thng kờ xỏc xut: p dng phng phỏp thng kờ, xỏc sut x lý kt qu thu c - Phng phỏp phõn tớch ti hin trng v phũng thớ nghim: Kho sỏt, ly mu, o c mt s thụng s ngoi hin trng, phõn tớch tớnh toỏn v tng hp cỏc s liu thu c - Phng phỏp tng hp: Tng hp, liờn kt cỏc thụng tin li vi mt cỏch cú h thng - Phng phỏp chuyờn gia: Tham kho ý kin, kinh nghim ca cỏc chuyờn gia cú chuyờn mụn sõu v lnh vc liờn quan TNH MI V THC TIN CA LUN N Tớnh mi - õy l nghiờn cu u tiờn ti Vit Nam xõy dng c s d liu v quỏ trỡnh phõn hy k khớ ch lờn men núng 55oC vi hn hp bựn b t hoi vi cht thi thc phm ụ th thu khớ metan, cht lng sn phm hn hp bựn sau x lý m bo tiờu dit ht mm bnh, phc v cho mc ớch lm phõn bún tỏi s dng nụng nghip - Xỏc nh c t l hn hp bựn b t hoi: cht thi thc phm ti u i vi thnh ph H Ni l 9:1 theo th tớch, (tng ng t l 1:1 theo COD) cho hiu sut sinh khớ metan cao nht, t 80% ch lờn men núng, cho lng khớ metan dao ng 264-278 Nml CH4/gCOD - Xõy dng c mi quan h gia lng khớ metan thu c v ti lng hu c: B phn ng k khớ hot ng n nh vi ti lng hu c l 1,5kg COD/m3.ngy, vi lng khớ metan hn hp khớ biogas t 57,8%, vi hiu sut x lý theo COD t 75% - ó ng dng phn mm GPS-X mụ phng quỏ trỡnh phõn hy k khớ ch lờn men núng xỏc nh h s phõn hy ni bo kd = 0,4 (1/ngy) i vi bựn b t hoi v kd = 1,0 (1/ngy) i vi cht thi thc phm, to iu kin cho ng dng tớnh toỏn thit k cụng ngh phõn hy k khớ hn hp bựn b t hoi v cht thi thc phm Tớnh thc tin ca lun ỏn - X lý c bựn b t hoi, x lý c rỏc hu c, gim din tớch bói chụn lp, thu hi c ti nguyờn - Nhng kt qu nghiờn cu cng úng gúp phn quan trng, lm c s tham kho thit k v hnh cỏc h thng x lý cht thi ụ th - Kt qu nghiờn cu cú th ỏp dng nh hng quy hoch, la chn cụng ngh x lý cht thi rn v bựn cn cho cỏc ụ th Vit Nam B CC CA LUN N: gm phn m u, chng 1,2, 3, kt lun, kin ngh v ti liu tham kho CHNG 1: TNG QUAN NGHIấN CU V S LNG, THNH PHN, TNH CHT CA BN B T HOI, CHT THI THC PHM 1.1 NGHIấN CU S LNG, THNH PHN, TNH CHT CA BN B T HOI 1.1.1 Tng quan chung v b t hoi v lng bựn phỏt sinh B t hoi thng c xõy dng ti cỏc h gia ỡnh v cụng trỡnh cụng cng, phũng, cú chc nng x lý s b nc thi sinh hot trc x mng li thoỏt nc ụ th hay a sang cỏc cụng trỡnh x lý cc b khỏc S liu thng kờ ti cỏc thnh ph ln cho thy lng bựn cn b t hoi c hỳt hin l rt ln: khu vc H Ni l 189.000 m3/nm, ti thnh ph Hi Phũng l 80.569 m3/nm v ti thnh ph H Chớ Minh l 335.756 m3/nm 1.1.2 Thnh phn, tớnh cht bựn b t hoi Thnh phn v tớnh cht ca bựn b t hoi rt khỏc nhau, tựy thuc vo cỏc yu t nh: loi nc thi c x lý, kớch c v cu to thit k b, ch sinh hot, dinh dng ca ngi s dng, Thnh phn tớnh cht ca bựn b t hoi ti H Ni cú giỏ tr COD cao v dao ng ln COD t 12.600-79.500mg/l, t l COD: N ca bựn b t hoi dao ng khong 9-18 Giỏ tr VS t 2.800-22.400mg/l; t l VS/TS 63-82% 1.1.3 Cỏc hng x lý bựn b t hoi Trờn th gii cú nhiu cụng ngh c ỏp dng x lý bựn b t hoi nh: sõn phi bựn, bói lc trng cõy, k khớ ( riờng hoc kt hp vi cht thi thc phm), hiu khớ, compost hoc ht hp cỏc loi trờn Trong cỏc bin phỏp trờn, bin phỏp x lý bựn b t hoi kt hp vi cht thi thc phm iu kin k khớ cú nhiu u im: sn phm khụng ch l phõn bún cho cõy trng m cũn to sn phm l nng lng khớ biogas phc v cho sn xut in nng hoc nhit nng 1.2 NGHIấN CU S LNG, THNH PHN, TNH CHT CA CHT THI THC PHM 1.2.1 Ngun phỏt sinh v lng phỏt sinh cht thi rn (CTR) Cht thi rn sinh hot chim t l ln cht thi rn ụ th, chim 60-70% lng cht thi rn phỏt sinh i vi thnh ph H Ni, lng CTR trờn a bn Th ụ tng trung bỡnh 15% nm Tng lng CTR sinh hot ca H Ni chim 68,7% tng lng rỏc thi ca thnh ph Tớnh bỡnh quõn lng cht thi sinh hot to trờn u ngi l 1.1-1.2 kg/ngyError! Reference source not found i vi thnh ph H Ni, tng lng cht thi rn phỏt sinh ti thnh ph H Ni c tớnh 9.500 tn/ngy, ú lng cht thi sinh hot l 6.500 tn Thnh phn lng rỏc hu c chim t l trung bỡnh 57,3% cht thi rn sinh hot 1.2.2 Thnh phn, tớnh cht ca cht thi rn ụ th Thnh phn CTR sinh hot ph thuc vo iu kin sng, thu nhp, phong tc quỏn, khỏc gia cỏc ụ th T l thnh phn cht thi sinh hot chim 68,7% cht thi ụ th Thnh phn lng cht thi thc phm chim t l trung bỡnh 57,3% cht thi rn sinh hot v bin phỏp x lý cht thi thc phm ti cỏc h gia ỡnh cỏc ụ th ch yu l chụn lp 1.2.3 Qun lý CTR v xu hng x lý, thu hi ti nguyờn t CTR ụ th 1.2.3.1 Qun lý v x lý cht thi rn trờn th gii Qun lý cht thi rn bao gm: gim lng cht thi rn hng ngy, tỏi s dng, tỏi ch v x lý rỏc thi Cỏc bin phỏp x lý rỏc thi hin bao gm: chụn lp, compost, x lý k khớ, húa nhit, khớ húa v t Ti nhiu nc trờn th gii ó ỏp dng bin phỏp x lý k khớ x lý cht thi cú nhiu u im hn c: sinh khớ biogas phc v sn xut in nng hoc nhit nng, gim phỏt thi CO2 v yờu cu qu t cho x lý k khớ khụng ln 1.2.3.2 Qun lý v x lý cht thi rn ti Vit Nam Ti Vit Nam, cụng tỏc qun lý CTR ụ th bao gm: phõn loi, thu gom, tỏi ch - tỏi s dng v x lý v tiờu hy CTR.T l tỏi ch cỏc cht thi lm phõn hu c v tỏi ch giy, nha, thy tinh, kim loi nh st, ng, chỡ nhụm, ch t 18-24% CTR ụ th thu gom c T l CTR c chụn lp hin chim khong 76-82% lng CTR thu gom c 1.2.4 Thnh phn tớnh cht v bin phỏp x lý cht thi hu c cú ngun gc t cht thi thc phm 1.2.4.1 Thnh phn, tớnh cht ca cht thi hu c cú ngun gc t cht thi thc phm Cht thi thc phm bao gm thc n tha (cng rau tha, tht, cỏ trng, cm, ), cú kh nng phõn hy sinh hc cao Ti Vit Nam, t l cht thi thc phm chim t l 20-30% thnh phn rỏc thi sinh hot sinh hot ca h gia ỡnh, c bit ti cỏc lng ngh ch bin lng thc, thc phm, t l ny lờn ti 46% Kt qu phõn tớch cht thi thc phm cho thy: giỏ tr COD:N ca cht thi thc phm cao hn nhiu so vi bựn b t hoi, dao ng khong 85-179 Giỏ tr COD ca cht thi thc phm ti H Ni dao ng khong 118.450-241.000 mg/l Giỏ tr VS ca cht thi thc phm cao hn 6,5-41 ln giỏ tr VS ca bựn b t hoi v giỏ tr VS/TS ca cht thi thc phm dao ng khong 79-95%, cho thy cht thi thc phm cú kh nng phõn hy c bng phng phỏp sinh hc 1.2.4.2 Gii phỏp x lý cht thi thc phm Trờn th gii Trờn th gii, cht thi thc phm cú th c x lý di hỡnh thc: Tn dng lm thc n chn nuụi, tn dng lm phõn bún, tn dng lm nhiờn liu v chụn lp Bin phỏp bin cht thi thc phm thnh phõn bún gm cú hiu khớ v phõn hy k khớ, ú bin phỏp phõn hy k khớ va sn xut phõn bún li va to nng lng khớ biogas phc v cho sn xut in nng hoc nhit nng Ti Vit Nam Ti Vit Nam, phng thc x lý cht thi thc phm ca cỏc h gia ỡnh ti cỏc ụ th ln ca Vit Nam ch yu l chụn lp, ch mt phn nh c x lý, compost thnh phõn vi sinh bún cho cõy trng 1.2.5 X lý cht thi bng phng phỏp sinh hc k khớ T s liu phõn tớch bựn b t hoi v cht thi thc phm phn trờn cho thy bựn b t hoi v cht thi thc phm cú giỏ tr COD, VS v VS/TS cao, cú kh nng phõn hy bng bin phỏp sinh hc Cụng ngh x lý cht thi bng phng phỏp sinh hc iu kin k khớ cú nhiu u im hn so vi phng phỏp sinh hc iu kin hiu khớ CHNG C S KHOA HC X Lí CHT THI HU C (BN B T HOI V RC HU C) BNG PHNG PHP PHN HY K KH CH LấN MEN NểNG 2.1 C S Lí THUYT QU TRèNH PHN HY K KH 2.1.1 Cụng ngh x lý k khớ Trờn th gii hin cụng ngh x ly k khớ c hnh iu kin nhit thng, nhit m (mesophilic, 30 37C) v nhit cao (thermophilic, 50 55C) 2.1.2 Bn cht ca quỏ trỡnh x lý cht thi bng phng phỏp k khớ Trong iu kin khụng cú oxy, cỏc cht hu c cú th b phõn hy nh vi sinh vt v sn phm cui cựng l khớ biogas (CH4 + CO2) Quỏ trỡnh x lý k khớ c th hin bng phng trỡnh nh sau: CcHhOoNnSs + 1/4(4ch2o+3n+2s)H2O 1/8(4c h+2o+3n+2s)CO2 + 1/8(4c + h 2o 3n 2s)CH4 + nNH3 + sH2S Quỏ trỡnh chuyn húa cht hu c nh vi khun k khớ ch yu din qua cỏc quỏ trỡnh sau: Quỏ trỡnh thy phõn:Thy phõn cỏc cht hu c phc v cỏc cht bộo thnh cỏc cht hu c n gin hn nh monosacarit, amino axit hoc cỏc mui khỏc Quỏ trỡnh axit húa: Trong giai on axit húa, cỏc phõn t hu c hũa tan s c vi khun lờn men hoc ụxi húa ym khớ Quỏ trỡnh axetat húa: Cỏc cht trung gian c to thnh gian on axit húa, bao gm axit bộo cha hn hai nguyờn t carbon, ru cú hn mt nguyờn t cacbon v cỏc axit bộo thm phõn nhỏnh Quỏ trỡnh sinh metan: Cỏc nhúm vi khun k khớ bt buc lờn men kim (ch yu l cỏc loi vi khun lờn men metan nh methanosarcina v methanothrix) ó chuyn húa axit axetic v hydro thnh CH4, CO2 2.1.3 Vi sinh vt tham gia quỏ trỡnh x lý k khớ Bn nhúm vi khun chớnh tham gia vo quỏ trỡnh chuyn húa vt cht hu c x lý k khớ gm cú nhúm thy phõn, nhúm lờn men sinh acid, nhúm sinh acetate v nhúm sinh metan 2.1.4 Cỏc thụng s quan trng liờn quan n x lý k khớ 2.1.4.1 pH pH l ch tiờu quan trng nh hng n hiu sut v iu kin lm vic n nh ca quỏ trỡnh x lý k khớ iu kin ti u cho b biogas l pH = 7,0 7,2, quỏ trỡnh b dng pH mc gn 6,0 2.1.4.2 Nhit Trong cỏc h x lý k khớ, quỏ trỡnh sinh metan c thc hin nhit m (25 40C, ti u 35C) hay nhit cao (50 65C, ti u 55C), tựy thuc vo loi cụng ngh ỏp dng 2.1.4.3 Thnh phn húa hc ca ngun thi c im cht thi l yu t quan trng quyt nh s thnh cụng ca quỏ trỡnh x lý k khớ: thnh phn, t l C/N v kớch thc Ngun nguyờn liu thi cn c cõn bng v dinh dng (carbon, nit, phospho, lu hunh ) cú th trỡ c h x lý k khớ mc hiu sut cao Thnh phn ngun thi c xỏc nh da trờn mi quan h gia cacbon v Nit cht thi (t l C/N) quỏ trỡnh x lý sinh hc cú th thnh cụng, cht dinh dng vụ c thit yu cho vi sinh vt cn phi c cung cp y v cn phi c cõn bng t t l ti u Trong b biogas, t l carbon/nit phi t 130:5 (hoc COD:N 350:5 ) i vi cỏc ngun thi giu hydrat carbon v 330:5 ( hoc COD:N 1000:5) i vi cỏc ngun thi giu lipid v protein 2.1.4.4 Thi gian lu thy lc v ti lng hu c Thi gian lu thy lc () c nh ngha l thi gian trung bỡnh cht thi tn ti b phn ng ( = V/Q) Trong ú: : thi gian lu thy lc (ngy); V: th tớch b phn ng (m3), Q: lu lng vo b phn ng (m3/ngy) Thi gian lu bựn (C) c nh ngha l thi gian tn ti ca vi sinh vt b phn ng Ti lng hu c (ORL) c xỏc nh l lng cht thi a vo b phn ng (m3/ngy) 2.1.4 Khuy trn Khuy trn úng vai trũ quan trng x lý k khớ cht thi Khuy trn giỳp ngn hin tng phõn tng v to vỏng b phn ng, khụng to vựng khụng gian cht v tng lng khớ biogas sinh 2.1.4.6 Cỏc yu t c ch khỏc: Cnh tranh gia methanogen v vi khun kh sulfate (SRB, mn c ch ammonia, c ch sulfide, c ch ca V (Volatile atty cids), 2.1.5 Cỏc loi b phn ng k khớ H thng hot ng theo m v h thng hot ng liờn tc: Vi hot ng theo m, cht thi ch c np vo ln nht v quỏ trỡnh phõn hy k khớ din n ngng sinh khớ Cũn i vi hot ng liờn tc, nguyờn liu c np vo liờn tc v bựn cng c ly liờn tc sut quỏ trỡnh x lý 2.1.6 Cỏc bin phỏp nõng cao hiu qu quỏ trỡnh x lý k khớ 2.1.6.1 Tin x lý Cỏc bin phỏp tin x lý bao gm cỏc bin phỏp sinh hc, c hc v húa - lýError! Reference source not found nõng cao hiu qu quỏ trỡnh x lý, tng lng khớ biogas sinh 2.1.6.2 X lý kt hp X lý kt hp cht thi thc phm vi cỏc loi cht thi khỏc tng lng khớ biogas, quỏ trỡnh x lý n nh Yu t quyt nh n s thnh cụng ca x lý kt hp l t l phi trn, cõn bng dinh dng b phn ng 2.2 Tng quan cỏc nghiờn cu x lý k khớ v bựn v cht thi thc phm 2.2.1 Trờn th gii Trờn th gii ó cú nhiu nghiờn cu v x lý k khớ bựn thi, x lý k khớ rỏc thi Mt s nghiờn cu quỏ trỡnh x lý kt hp cỏc ngun thi: bựn t trm x lý v cht thi thc phm v a vo nghiờn cu phũng thớ nghim, nghiờn cu quy mụ pilot v c ỏp dng vo thc t B x lý k khớ quy mụ nh h gia ỡnh x lý cht thi nụng nghip sinh khớ biogas c xõy dng nhiu ti n v Trung Quc: ti n xõy dng 16 triu b biogas; ti Trung Quc cú 19 triu b biogas Ti chõu u, cụng ngh x lý k khớ cht thi c ỏp dng rng rói v hin cú 171 trm x lý k khớ cht thi ti 17 nc vi tng cụng sut 5.204.000 tn/nm 2.2.2 Ti Vit Nam Ti Vit Nam ó cú mt s ti nghiờn cu v x lý cht thi rn, v bựn b t hoi, cỏc nghiờn cu v x lý k khớ nc thi, Tng s b Biogas ti Vit Nam hin c tớnh cú 150.000 b Biogas Hin sn xut biogas qui mụ ln cng ó c trin khai mt s a phung, s dng ngun thi t cỏc nh mỏy ch bin thc phm Hin ti Vit Nam cha cú nghiờn cu chuyờn sõu no v x lý kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm bng phng phỏp k khớ ch lờn men núng Vỡ vy, tỏc gi tin hnh nghiờn cu x lý kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm bng phng phỏp k khớ ch lờn men núng nhm mc ớch x lý cht thi, thu hi ti nguyờn 2.2.3 Bi hc kinh nghim vi Vit Nam Hng ngy ti thnh ph H Ni, lng bựn b t hoi v cht thi thc phm phỏt sinh ln, bựn b t hoi phỏt sinh c tớnh 500 tn/ngy, lng cht thi thc phm phỏt sinh c tớnh 740 tn/ngyError! Reference source not found Phn ln lng bựn b t hoi a n bói chụn lp hoc b x sụng, h, bói t trng gõy ụ nhim mụi trng, lan truyn dch bnh Cht thi thc phm ca cỏc h gia ỡnh c a n bói chụn lp, gõy ụ nhim v quỏ ti bói chụn lp S liu phõn tớch bựn b t hoi v cht thi thc phm phn trờn cho thy bựn b t hoi v cht thi thc phm cú giỏ tr COD, VS v VS/TS cao, vỡ vy cú kh nng phõn hy bng bin phỏp sinh hc Cỏc nghiờn cu trc õy ó cho thy vic x lý kt hp hai hoc nhiu ngun cht thi bng phng phỏp x lý k khớ cú nhiu u im hn cỏc bin phỏp x lý khỏc nh compost, chụn lp, : cho nng lng sinh cao hn v hiu sut quỏ trỡnh x lý cao hn so vi x lý riờng tng loi cht thi, cho phộp thu hi ti nguyờn khớ biogas to nhit nng hoc in nng, vic x lý k khớ ch lờn men núng cho phộp tiờu dit mm bnh, sn phm hn hp bựn sau x lý c s dng lm phõn bún cho cõy trng, Mt s nghiờn cu ó cho thy x lý k khớ cht thi ch lờn men núng cú nhiu u im hn ch lờn men m: Bựn sau x lý tiờu dit virut, vi khun gõy bnh v trng giun sỏn, bựn cn sau x lý n nh, c s dng lm phõn hu c; rỳt ngn thi gian phõn hyError! Reference source not found., sn lng khớ Biogas sinh t quỏ trỡnh lờn men núng cao hn khớ sinh t quỏ trỡnh lờn men m Hin ti Vit Nam cha cú nghiờn cu chuyờn sõu no v x lý k khớ kt hp bựn b t hoi v rỏc hu c ch lờn men núng Vỡ vy, tỏc gi tin hnh nghiờn cu x lý kt hp hai loi cht thi núi trờn bng phng phỏp k khớ ch lờn men núng nhm mc ớch x lý cht thi, thu hi ti nguyờn 2.3 NH GI KH NNG PHN HY CHT HU C V THU HI TI NGUYấN CA BN B T HOI V CHT THI THC PHM BNG PHNG PHP PHN HY K KH ỏnh giỏ kh nng sinh khớ ca cht thi Khớ metan sinh theo lý thuyt c xỏc nh da trờn lng COD b phõn hy: CH4 + 2O2 CO2 + H2O (16 kg) + (64 kg) (44 kg) + (36 kg) Theo phng trỡnh trờn, mi gam COD b phõn hy sinh 350 Nml CH4 tng ng iu kin tiờu chun Kh nng sinh khớ ca cht thi thc phm trờn tn cht thi cao hn nhiu ln so vi kh nng sinh khớ ca bựn b t hoi (cao gp 4,1 ln) V nng lng in nng hoc nhit nng trung bỡnh sinh t cht thi thc phm trung bỡnh cao gp 4,1 ln nng lng trung bỡnh sinh t bựn b t hoi 2.4 NGHIấN CU NG HC PHN HY K KH CHT THI HU C (BN B T HOI V RC HU C) 2.4.1 Lý thuyt ng hc v x lý k khớ cht thi 10 2.4.1.1 S phỏt trin ca vi sinh vt Tc phỏt trin ca vi sinh vt ph thuc vo nng c cht S phỏt trin v phõn hy vi sinh vt theo thi gian c mụ t theo mt quy lut mụ hỡnh ng hc Monod Gi X l nng hay mt sinh vt h x lý tnh hay ng (liờn tc), tc sinh trng vi sinh (t bo) rg c nh ngha v cú dng Error! Reference source not found.: rg = dX X dt (2.1) Trong ú: rg: tc sinh trng vi sinh (t bo) (g.l-1 1/ngy) X: l nng hay mt sinh vt h x lý tnh hay ng (liờn tc) (g.l -1) : l h s c trng cho tng loi vi sinh (1/ngy) Phng trỡnh Contois phỏt trin t phng trỡnh Monod, cú h s bóo hũa t l vi nng bựn, cho phộp mụ phng quỏ trỡnh phn ng vi mt bựn cao 2.4.1.2 Xỏc nh thụng s ng hc t thc nghim Khi tớnh toỏn thit k h x lý k khớ cht thi theo mụ hỡnh ng hc cn bit cỏc giỏ tr ca cỏc thụng s ng hc Giỏ tr c trng cho quỏ trỡnh ng hc h s phõn hy ni sinh kd cú th xỏc nh t thc nghim i vi mt h c th 2.4.2 C s lý thuyt mụ hỡnh phõn hy ym khớ ADM1 i vi quỏ trỡnh phõn hy k khớ bựn cn v nc thi, mụ hỡnh DM1 c coi l mụ hỡnh hu hiu v c s dng rng rói nht, c thit lp bi nhúm cỏc chuyờn gia ca Hip hi nc quc t (IW ) mụ phng quỏ trỡnh x lý k khớ ca cht thi Trong mụ hỡnh DM1, quỏ trỡnh bin i c chia thnh hai dng chớnh l phn ng sinh hc v phn ng húa lý Mụ hỡnh DM1 bao gm 24 thnh phn chớnh c trng bi 24 bin trng thỏi ng hc 24 thnh phn DM1 bao gm 12 cu t hũa tan (S) v 12 cu t dng rn (X) 2.6 KT LUN CHNG - Chng ó a nhng khỏi nim c bn v nguyờn lý quỏ trỡnh x lý k khớ, cỏc yu t quan trng nh hng n quỏ trỡnh x lý k khớ bao gm: pH, nhit , thi gian lu, ti lng hu c Ngoi cỏc yu t c ch nh amoniac, hydrogen v V cng nh hng trc tip n quỏ trỡnh x lý k khớ - Bựn b t hoi v cht thi thc phm cú kh nng phõn hy sinh hc k khớ Kh nng sinh khớ metan, tim nng sinh nng lng (in nng, nhit nng) trung bỡnh trờn tn cht thi ca cht thi thc phm cao hn 4,1 ln so vi bựn b t hoi Vỡ vy, nu x lý kt hp bựn b t hoi v rỏc hu c khụng ch x lý c cht thi, gim nguy c ụ nhim mụi trng m cũn to nng lng in nng v nhit nng phc v cho bn thõn trm x lý - Bựn b t hoi v cht thi thc phm ụ th núi chung v khu vc H Ni núi riờng cú giỏ tr COD cao, cú kh nng phõn hy sinh hc, khụng cha c t v cú t l COD/N rt khỏc T kt qu phõn tớch bựn b t hoi cho thy t l COD/N ca bựn b t hoi dao ng khong 9-18/1 (Kt qu thớ nghim tham kho ph lc 1, bng 1.1) Trong ú, giỏ tr COD/N ca cht thi thc phm cao hn nhiu so vi bựn b t hoi, dao ng khong 85-179/1 (Kt qu thớ nghim tham kho ph lc 1, bng 1.2) m bo t l dinh dng, giỏ tr COD/N t 70-200/1 Nu x lý k khớ riờng bựn b t hoi s khụng m bo cõn bng dinh dng b phn ng Vic x lý kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm s m bo t l C/N b phn ng quỏ trỡnh x lý din n nh 13 Th tớch khớ Biogas v thnh phn khớ c t ng ghi chộp liờn tc vo th nh Th tớch khớ c quy i v iu kin tiờu chun 3.1.3 CC CH TH NGHIM 3.1.3.1 Thớ nghim theo m (trong phũng thớ nghim) Thớ nghim theo m c thc hin ch : ch lờn men m (35 oC) v ch lờn men núng (55oC) Mi ch lờn men chy thớ nghim vi t l phi trn Bựn b t hoi: Cht thi thc phm theo COD khỏc nhau: mu i chng; 1,2:0; 1:1, 1:10; 1:100; 0:1,2, tng ng vi t l phi trn theo th tớch: mu i chng, 10:0, 9:1; 1:1; 1:9; 0:10 Bng 3.1 Nguyờn liu np u vo thớ nghim theo m Nguyờn liu Giỏ tr COD (mg/l) m (%) M M M M Bựn c cht 9.600 6.900 99,0 98,7 Bựn b t hoi 12.600 16.100 99,7 99,8 Cht thi thc 135.000 172.000 88,2 88,5 phm Bng 3.2 Ti lng COD np vo h thớ nghim m v m M i chng 9.6 6.9 M M T l phi trn Bựn b t hoi:Cht thi thc phm 10:00 9:01 1:01 1:09 10.2 16.3 49.0 106.6 8.7 11.5 45.6 90.1 0:10 119.8 101.4 3.1.3.2 Thớ nghim liờn tc (trong mụ hỡnh pilot) Thớ nghim liờn tc c thc hin ch lờn men núng 55oC, vi t l phi trn ti u bựn b t hoi : cht thi thc phm l 1: theo COD hay 9:1 theo th tớch xỏc nh t thớ nghim theo m Ti trng thy lc ca b phn ng c tng dn t 20 50 L/ngy, tng ng ti lng hu c (OLR) ca h c tng dn t 0.5-2.0 kg COD/m3.ngy thi gian thc hin thớ nghim liờn tc 56 ngy Thnh phn, tớnh cht ca nguyờn liu np vo h thớ nghim liờn tc c th hin bng 3.3 Bng 3.3 Tớnh cht ca hn hp bựn rỏc np liu TN liờn tc pH T trng m TS VS COD TN TP Ch tiờu n v - kg/L % g/L g/L mg/L mg/L mg/L Bựn+Rỏc 6,9 0,99 98,6 12,2 10,4 6880 710 120 3.1.4 PHNG PHP PHN TCH Thớ nghim phõn tớch cỏc ch tiờu: pH, COD, TS, VS, T-N, T-P v phõn tớch thnh phn khớ Biogas 3.2 KT QU TH NGHIM 3.2.1 Thớ nghim theo m 3.2.1.1 Lng khớ sinh hng ngy ca tng ch hnh Thớ nghim theo m ln 14 Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy 0.3 0.25 i chng 10:00 0.2 9:01 1:01 0.15 1:09 0:10 0.1 0.05 Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy (Nl) Lng khớ CH4 sinh hng ngy (Nl/ngy) Lng khớ CH4 sinh hng ngy 0.35 4.5 10:00 9:01 2.5 1:01 1:09 1.5 0:10 0.5 0 11 13 15 17 19 21 23 25 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Thi gian (ngy) Thi gian (ngy) Hỡnh 3.4a.Lng khớ CH4 sinh hng ngy ch lờn men m m Hỡnh 3.4b.Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy ch lờn men m m Lng khớ CH4 sinh hng ngy Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy 0.45 0.4 0.35 i chng 0.3 10:00 0.25 9:01 0.2 1:01 1:09 0.15 0:10 0.1 0.05 Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy (Nl) Lng khớ CH4 sinh hng ngy (Nl/ngy) i chng 3.5 i chng 10:00 9:01 1:01 1:09 0:10 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thi gian (ngy) Thi gian (ngy) Hỡnh 3.5.Lng khớ CH4 sinh hng ngy ch lờn men núng m Hỡnh 3.5a.Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy ch lờn men núng m Lng khớ CH4 sinh hng ngy v lng khớ CH4 tớch ly theo ngy ca ch lờn men m v lờn men núng c th hin hỡnh 3.4 v 3.5 Vi cỏc t l phi trn khỏc nhau, kt qu biu sinh khớ cho thy t l Bựn : Rỏc tng ng t l 10:0, :1 cho lng khớ CH4 sinh nhiu nhng ngy u v gim dn nhng ngy sau vi t l Bựn :Rỏc tng ng :1, :9 v 1:10 lng khớ sinh ớt nhng ngy u, tng dn nhng ngy sau cht thi thc phm cn cú thi gian tham gia cỏc quỏ trỡnh thy phõn, lờn men axit v sinh khớ metan Tuy nhiờn, vi t l Bựn :Rỏc tng ng :10, lng khớ metan sinh ớt hn t l 1:9 khụng cú mụi trng m l bựn b t hoi, lng rỏc nhiu, quỏ trỡnh sinh axit din mnh Do vy lng khớ metan sinh t l 0:10 thp hn so vi t l 1:9 (hỡnh 3.4, hỡnh 3.5) th hỡnh 3.4a v 3.5a cho thy lng khớ metan sinh ch lờn men núng cao hn lng khớ metan sinh ch lờn men m Ngoi ra, ch lờn men núng c gia nhit nhit cao hn, vỡ vy thỳc y quỏ trỡnh phõn hy cht hu c din mnh hn, rỳt ngn thi gian phõn hy trung bỡnh ngy so vi ch lờn men m, gim thi gian phn ng trung bỡnh 20% so vi ch lờn men m Thớ nghim theo m ln 15 - Kt qu thớ nghim ln cho kt qu tng t v lng khớ metan sinh ch lờn men núng cao hn ch lờn men m v thi gian phn ng ca ch lờn men núng ngn hn so vi thi gian phn ng ca ch lờn men m trung bỡnh 4-5 ngy (hỡnh 3.6 v 3.7) - Kt qu th 3.8 v 3.9 cho thy lng khớ metan sinh mlCH 4/gCOD v hiu sut sinh khớ metan cao nht vi t l phi trn Bựn b t hoi: Cht thi thc phm tng ng theo COD 1:1 hay t l th tớch 9:1 Khi lng rỏc tng lờn, t l Bựn b t hoi : Cht thi thc phm tng ng theo th tớch tng ng 1:1, 1:1, 1:9, 0:10 cho hiu sut sinh khớ metan gim lng rỏc tng, quỏ trỡnh axit din mnh, pH ca mụi trng b gim s hỡnh thnh axit bộo d bay hi v hp cht trung gian cú tớnh axit, c ch vi sinh to metan ch phỏt trin thun li mụi trng trung tớnh pH= 6,8-7,2 Vi mu i chng v t l 10:0, khụng cú cht thi thc phm, hiu sut sinh khớ metan, lng khớ metan sinh thp hn so vi t l 9:1 theo th tớch COD bựn b t hoi khú phõn hy v ch cú mt thnh phn thi l bựn b t hoi b phn ng s khụng m bo t l C: N, ng thi nng amoni t bựn b t hoi cao s tr thnh yu t c ch, nh hng n hiu sut sinh khớ metan Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy 0.35 0.3 i chng 0.25 10:00 0.2 9:01 1:01 0.15 1:09 0.1 0:10 0.05 Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy (Nl) Lng khớ CH4 sinh hng ngy (Nl/ngy) Lng khớ CH4 sinh hng ngy 11 13 15 17 19 21 23 25 0.35 i chng 0.3 10:00 0.25 9:01 0.2 1:01 0.15 1:09 0.1 0:10 0.05 11 13 15 17 19 Thi gian (ngy) 2.5.1.2 Hỡnh Lng3.7a.Lng khớ sinh rakhớ tớnh theosinh COD ca t CH4 hng ngy ch lờn men núng m Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy (Nl) Lng khớ CH4 sinh hng ngy (Nl/ngy) 0.4 9:01 1:01 1:09 0:10 11 13 15 17 19 21 23 25 Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy 0.45 10:00 Hỡnh 3.6b.Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy ch lờn men m m Lng khớ CH4 sinh hng ngy i chng Thi gian (ngy) Hỡnh 3.6a.Lng khớ CH4 sinh hng ngy ch lờn men m m Thi gian (ngy) 6 i chng 10:00 9:01 1:01 1:09 0:10 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Thi gian (ngy) Hỡnh 3.7b.Lng khớ CH4 tớch ly hng ngy ch lờn men núng m 16 Hỡnh 3.8 Lng khớ metan sinh ch lờn men m Hỡnh 3.9 Hiu sut sinh khớ metan ch lờn men m Hiu sut quỏ trỡnh oxi húa COD tng dn tng ng vi cỏc t l Bựn b t hoi : Cht thi thc phm tng ng theo th tớch: 10:0, 9:1, 1:1, 1:9 (hỡnh 3.10) Hiu sut quỏ trỡnh oxi húa COD cho thy bựn b t hoi cha thnh phn cht tr ln, cũn cht thi thc phm cha thnh phn hu c d phõn hy ln Vỡ vy khớ lng cht thi thc phm tng lờn hn hp bựn: rỏc s cho hiu sut quỏ trỡnh oxi húa COD cao Tuy nhiờn ch cú cht thi thc phm, khụng cú bựn b t hoi, hiu sut oxi húa COD gim; t l 0:10 cú hiu sut oxi húa COD thp hn t l 1:9 khụng cú mụi trng m, h phn ng b chua, quỏ trỡnh x lý b c ch, nh hng n hiu sut Hỡnh 3.10 Hiu sut x lý theo COD 17 Ch lờn men núng Ch lờn men núng cho kt qu tng t ch lờn men m, t l phi trn Bựn :rỏc tng ng :1 cho lng khớ metan cao nht, sau ú ln lt ti cỏc t l phi trn khỏc Bựn : rỏc l :1 ; 10:0, :9, 10 :0 v :10 (hỡnh 3.11) Hỡnh 3.11 Lng khớ metan sinh ch lờn men núng Hỡnh 3.12 Hiu sut sinh khớ metan ch lờn men núng Hỡnh 3.13 Hiu sut x lý theo COD (%) Hiu sut sinh khớ metan cao nht vi t l Bựn: Rỏc l 9:1, thp nht t l 0:10 (hỡnh 3.12) Khi lng rỏc tng lờn, hiu sut sinh khớ metan gim i Hiu sut quỏ trỡnh x 18 lý theo COD vi t l 10:0 cho hiu sut x lý thp nht chng t thnh phn bựn b t hoi, t l cht tr nhiu (hỡnh 3.12) Khi tng t l cht thi thc phm lờn , hiu sut quỏ trỡnh loi b COD tng cht thi thc phm cú thnh phn cỏc cht d phõn hy chuyn húa thnh khớ CH4 cao hn nhiu so vi bựn b t hoi Tuy nhiờn vi t l 0:10, nu ch cú cht thi thc phm m khụng b sung bựn b t hoi, hiu sut quỏ trỡnh loi b COD thp hn t l 1:9 l khụng cú mụi trng m, thnh phn cỏc cht khú phõn hy cht thi thc phm khụng chuyn húa c thnh cỏc cht d phõn hy, nh hng n hiu qu quỏ trỡnh x lý 3.2.1.2 So sỏnh ch lờn men m v ch lờn men núng a Lng khớ CH4 sinh (Nml/gCOD) Hỡnh 3.14a So sỏnh lng khớ CH4 sinh Hỡnh 3.15b So sỏnh lng khớ CH4 sinh gia ch lờn men gia ch lờn men So sỏnh lng khớ CH4 sinh vi cựng t l phi trn Bựn :rỏc, lng khớ sinh x lý k khớ ch lờn men núng cao hn ch lờn men m nhit tng, quỏ trỡnh phõn hy cht hu c din nhanh hn ( hỡnh 3.15) Kt qu ln thớ nghim u cho kt qu tng ng, lng khớ metan sinh ch lờn men núng cao hn t 5-12% so vi ch lờn men m vi cựng t l phi trn b Hiu qu x lý COD v thi gian phõn hy 100 80 60 Lờn men m 35oC 40 Lờn men núng 55oC 20 i 10:00 chng 9:01 1:01 1:09 T l phi trn Bựn:Rỏc 0:10 So sỏnh hiu qu x lý theo COD gia hai ch lờn men Hiu qu x lý COD (%) Hiu qu x lý COD So sỏnh hiu qu x lý theo COD gia hai ch lờn men 100 80 60 Lờn men m 35oC 40 Lờn men núng 55oC 20 i 10:00 chng 9:01 1:01 1:09 0:10 T l phi trn Bựn:Rỏc Hỡnh 3.15a So sỏnh hiu qu x lý theo COD Hỡnh 3.15b So sỏnh hiu qu x lý theo COD (%) gia ch lờn men m (%) gia ch lờn men m 19 Nhn xột kt qu thớ nghim theo m So sỏnh thớ nghim theo m gia ch lờn men m v ch lờn men núng cho thy ch lờn men núng cú nhiu u im hn so vi ch lờn men m: Ch lờn men núng cho lng khớ metan sinh cao hn so vi ch lờn men m t 5-12% Ch lờn men núng cho phộp rỳt ngn thi gian phõn hy xung 16-19% thi gian so vi ch lờn men m Hiu qu x lý theo COD ch lờn men núng cao hn ch lờn men m t 314% Vi cỏc t l phi trn Bựn b t hoi: Cht thi thc phm tng ng khỏc nhau, t l phi trụng 1: theo COD, tng ng 9:1 theo th tớch cho hiu sut sinh khớ metan cao nht Vỡ vy chn t l ny thc hin thớ nghim liờn tc xỏc nh ti lng ti a np vo h, thnh phn khớ v cht lng bựn sau x lý 3.2.2 Thớ nghim liờn tc 3.2.2.1 Lng khớ biogas v %CH4 sinh T quỏ trỡnh hnh thớ nghim liờn tc xỏc nh c lng khớ biogas sinh v %CH4 thnh phn khớ biogas thu c t b phn ng Hỡnh 3.16 mụ t sn lng khớ biogas v %CH4 thnh phn khớ biogas thu c t b phn ng, ng vi cỏc giai on OLR tng t 0.5-2.0 kg COD/m3.ngy Hỡnh 3.16 Sn lng khớ biogas v %CH4 biogas thu c t b phn ng thớ nghim hnh liờn tc () th tớch khớ biogas (L/ngy); () %CH4 Cú th thy rng sn lng khớ biogas thu c t b phn ng tng rừ rt tng ti lng hu c, ú, %CH4 li cú xu hng gim dn Vi ti lng hu c im thp, 0.5 kg COD/m3.ngy (tng ng vi ti trng thy lc q=20 L/ngy), th tớch khớ biogas sinh t b phn ng t trung bỡnh 200-300 L/ngy, ú khong 50% l CH4 Khi nõng ti lng hu c lờn 1-1.5 kgCOD/m3.ngy (q=30-40 L/ngy), sn lng khớ thu c khỏ cao v n nh mc 400 L/ngy, nhiờn %CH khớ thu c gim, ch chim khong 42% Khi tip tc tng ti lng hu c n kgCOD/m3.ngy (q=50 20 L/ngy), th tớch khớ tng nhanh thi gian u, t xp x 600 L/ngy, nhng sau ú, gim nhanh chúng xung di 50 L/ngy, v %CH ch chim 37% iu ny chng t, ti lng hu c gii hn ca b phn ng ti mc kg COD/m3.ngy ch hnh liờn tc Nguyờn nhõn h vi sinh b sung vo b thớ nghim cha tht n nh, c bit iu kin lờn men núng, ti nhit 55C, cỏc chng vi sinh lờn men metan t rt nhy cm vi cỏc yu t tỏc ng nh quỏ trỡnh np liu u vo Hn na, rỏc thi hu c l ngun thi giu cacbon nhng thnh phn cht rn cao, l yu t cn tr chớnh quỏ trỡnh thy phõn b phn ng, giai on quyt nh tc phn ng ca ton b quỏ trỡnh Vi vy, ti u quỏ trỡnh hnh h, nõng cao ti lng u vo, cn kim soỏt trỡ tt h vi sinh b v x lý s b cht thi np liu u vo 3.2.2.2 Xỏc nh thnh phn khớ sinh hc Thnh phn khớ biogas to b phn ng (hỡnh 3.17) ch yu gm CO2 v CH4: khớ CH4 cú t l dao ng 34,4- 57,8% khớ CO2 chim t 42-64,2% Khi tng ti lng hu c lng khớ CH4 gim Trong 20 ngy tip theo, % CO2 gim v % CH4 tng (theo t l gn tng ng), chng t nhúm methanogen s dng H chim u th, s dng CO2 sn sinh CH4 (theo phng trỡnh phn ng CO2 + H2 CH4 + 2H2O) Trong pha tip sau, t ngy 40 n ngy 56, % CH4 khớ to gim v % CO2 tng (t l tng ng), chng t nhúm s dng acetate ó chim u th, to CO t phn ng sinh CH4 (theo phng trỡnh phn ng CH3COOH CH4 + CO2), theo ỳng quy lut ca b lờn men k khớ T ngy th 56 tr i, tng th tớch khớ sinh gim dn, chng t quỏ trỡnh lờn men ó i vo giai on cui Hỡnh 3.17 Thnh phn khớ biogas to b phn ng theo thi gian 3.5.2.3 Bin i v s lng v cu trỳc qun th vi sinh vt sinh metan b phn ng Quan sỏt mu bựn di kớnh hin vi hunh quang (coenzyme 420 ca methanogen) cho thy on methanogen ó c thit lp v tn ti bn vng b phn ng thi im hm lng CH4 biogas t 50 60% so vi thi im ban u CH4 cha c sinh Phõn tớch cu trỳc on methanogen b phn ng theo thi gian bng in di bin tớnh gen 16S rDN xỏc nh c methanogen s dng hydro (Methanobacterium sp.) cú mt b phn ng t metan mi bt u c to (thi im 20 ngy), 21 nhiờn s lng li gim dn nhng ngy sau ú (bng m thi im 40 ngy) Ngc li, nhúm methanogen s dng acetate (Methanothrix sp.) mc dự xut hin b phn ng mun hn (thi im 30 ngy) nhng li c cng c v s lng theo thi gian (bng rừ nột thi im 40 ngy) Trong nghiờn cu ny ng hc ca nhúm methanogen b phn ng k khớ c s dng nh yu t ch th theo dừi quỏ trỡnh hnh ca b 3.2.2.4 Tớnh cõn bng cht v hiu sut ca ca quỏ trỡnh Hiu sut sinh metan Hiu sut sinh metan ca thớ nghim hnh liờn tc vi t l phi trn bựn:rỏc hn hp np liu l t l 9:1 theo th tớch hay 1:1 theo COD tng i cao 76% Giỏ tr hiu sut sinh metan ca thớ nghim liờn tc tng t hiu sut sinh metan ca thớ nghim theo m 72-79% S thay i pH cỏc ti trng COD khỏc Kt qu thớ nghim cho thy pH ca thớ nghim dao ng khong pH = 7,27,4 th hỡnh 3.19 cho thy mi quan h gia pH v lng khớ metan sinh Khi pH =7,2 cho lng khớ Biogas sinh cao cũn pH tng t 7,3 n 7,4 cho lng khớ Biogas gim Kt qu ny phự hp vi nghiờn cu trc õy, iu kin ti u cho b phn ng k khớ pH = 7,0-7,2 Hỡnh 3.19 nh hng ca pH ti lng khớ Biogas sinh Hiu sut x lý theo COD, TS, VS Kt qu thớ nghim liờn tc cho thy b phn ng lm vic n nh tng ng vi giỏ tr pH o c t thc nghim dao ng khong 7,2-7,4, hiu sut quỏ trỡnh x lý tớnh theo COD dao ng t 58-75% (hỡnh 3.20) i vi thớ nghim liờn tc, thnh phn hn hp nguyờn liu u vo bựn b t hoi v cht thi thc phm cú giỏ tr VS/TS dao ng khong 52-77% v t s VS/TS ca hn hp sau x lý k khớ dao ng khong 25-58% iu ny cho thy thnh phn cht cht hu c d phõn hy ó tham gia quỏ trỡnh phn ng k khớ nờn giỏ tr VS gim nhiu Do vy t s VS/TS ca hn hp sau x lý s gim i Hiu sut quỏ trỡnh x lý theo TS c biu din trong, dao ng khong 41-69% Trong ú hiu sut x lý theo VS cao hn dao ng khong 61-77% 22 Hỡnh 3.20 Hiu sut quỏ trỡnh x lý tớnh COD 3.2.2.5 Kt qu phõn tớch vi sinh vt gõy bnh Mu bựn sau phõn hy c a i phõn tớch ch tiờu trng giun Kt qu phõn tớch cho thy trng giun, sỏn ó b tiờu dit hon ton sau quỏ trỡnh phõn hy k khớ ch lờn men núng õy chớnh l u im ca ch phõn hy k khớ ch lờn men núng so vi lờn men m Bựn sau phõn hy khụng ũi hi quỏ trỡnh tit trựng v cú th s dng lm phõn bún an ton nụng nghip 3.2.2.6 Kt qu phõn tớch kim loi nng Mu bựn sau x lý c phõn tớch cỏc ch tiờu kim loi nng Kt qu phõn tớch cho thy mu giỏ tr trung bỡnh ca cỏc ch tiờu kim loi nng mu bựn sau phõn hy cho thy cỏc giỏ tr u thp hn ngng cho phộp i vi kim loi nng s dng cho t nụng nghip theo TCN 526-2002 Nh vy, bựn sau phõn hy sinh hc k khớ an ton v hm lng kim loi nng, cú th tỏi s dng lm cht ci to t cho t nụng nghip 3.3 KT QU Mễ PHNG QU TRèNH X Lí K KH KT HP BN B T HOI V CHT THI THC PHM S DNG PHN MM GPS-X 3.3.1 Kt qu mụ phng Phn mm GPS-X mụ phng kh nng phõn hy k khớ ca cht thi da trờn mụ hỡnh ng hc DM1 S dng s liu kt qu thớ nghim sinh khớ metan theo m ch lờn men núng (ln 1, ln 2) chy mụ hỡnh GPS-X Kt qu chy phn mm GPS-X cho thy giỏ tr kd trung bỡnh ca bựn b t hoi l 0,4 (1/ngy) v kd trung bỡnh ca cht thi thc phm l 1,0 (1/ngy) lch chun giỏ tr kd ca bựn b t hoi l 0,07 v ca cht thi thc phm l 0,28 Hỡnh 3.4 cho thy lch chun ca cht thi thc phm (cht thi thc phm) cao hn ca bựn b t hoi chng t thnh phn, tớnh cht ca cht thi thc phm phc tp, dao ng khong giỏ tr ln hn so vi bựn b t hoi Vỡ vy biờn dao ng lch chun ca kd cng khỏ ln Kt qu chy phn mm GPS-X cho phộp xỏc nh c h s phõn hy ni sinh kd bựn b t hoi t 0,4 v kd ca cht thi thc phm cao hn 1,0 Kt qu th hỡnh 4.4 v 4.5 vi tng cỏc bỡnh phng sai s nh nht R2 t 0,91- 0,9589 chng t kt qu thụng s ng hc c xỏc nh bng phn mm GPS-X ỏng tin cy 23 R2= 0,9568 a1 i chng R2= 0,9536 b1 T l Bựn: rỏc 10 :0 R2= 0,9542 c1 T l Bựn: rỏc 9:1 R2= 0,9324 R2= 0,9518 R2= 0,9635 d1 T l Bựn:rỏc: 1:1 e1 T l Bựn:rỏc: 1:9 g1 T l Bựn:rỏc: 0:10 Hỡnh 3.5 Kt qu lng khớ metan sinh chy phn mm GPS-X thớ nghim ln chỳ: nghim ln trờn hỡnh 3.5 Thớ nghim ln trờn hỡnh 3.6 ng cong bao gm cỏc du (+) l kt qu ng cong metan chy mụ hỡnh phũng thớ nghim ng nột lin l kt qu sinh khớ metan mụ phng bng phn mm GPS-X R2 = 0,9489 a2 i chng R2 = 0,9104 b2 T l Bựn:rỏc 10:0 R2 = 0,91 c2 T l Bựn: rỏc: 9:1 24 R2 = 0,9534 R2 = 0,9435 R2 = 0,9589 d2 T l bựn: rỏc: 1:1 e2 T l Bựn:rỏc 1:9 g2 T l Bựn:rỏc 0:10 Ghi chỳ: Thớ nghim ln qu trờn hỡnhkhớ 3.5.metan Thớ nghim trờn phn hỡnh 3.6 ng cong gmln cỏc2 Hỡnh 3.6 Kt lng sinh raln khi2chy mm GPS-X thớ bao nghim du (+) l kt qu ng cong sinh khớ metan chy mụ hỡnh phũng thớ nghim ng nột lin l kt qu sinh khớ metan mụ phng bng phn mm GPS-X 3.4 TNH TON THIT K B PHN NG K KH DA TRấN THễNG S NG HC Vi thụng s ng hc xỏc nh trờn vi kd bựn = 0,4 (1/ngy); kd rỏc = 1,0 (1/ngy) giỳp tớnh toỏn xỏc nh c kớch thc ca b phn ng 3.5 KT LUN CHNG Thớ nghim theo m - Kt qu thớ nghim cho thy x lý kt hp c bựn b t hoi v cht thi thc phm bng phng phỏp sinh hc k khớ c ch : ch lờn men m v ch lờn men núng - Vic x lý k khớ kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm cho hiu sut x lý theo COD cao hn nhiu so vi ch x lý riờng bựn b t hoi hoc cht thi thc phm c ch lờn men Ch lờn men m, x lý kt hp hai loi cht thi núi trờn vi cỏc t l phi trn khỏc nhau, hiu sut x lý theo COD trung bỡnh dao ng 39,2%-85,5% so vi x lý riờng bựn b t hoi hiu sut x lý theo COD trung bỡnh ch t 24,3% Vi ch lờn men núng, hiu sut x lý theo COD trung bỡnh dao ng 42,7-86,2% x lý kt hp, so vi x lý riờng bựn b t hoi ch t 24,9% - Ch lờn men núng cú nhiu u im hn ch lờn men m x lý kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm: lng khớ metan sinh (Nml CH4/gCOD) ch lờn men núng cao hn 0,57-11%, hiu sut x lý theo COD cao hn 3-14% Thi gian phõn hy gim 16-19% so vi ch lờn men m - ch lờn men núng, vi t l phi trn 1:1 theo COD, tng ng 9:1 theo th tớch cho lng khớ metan sinh cao nht 264-278 Nml CH4/gCOD, hiu sut sinh khớ metan cao nht 75-80% so vi cỏc t l phi trn khỏc 25 Thớ nghim liờn tc - Quỏ trỡnh hnh ch liờn tc vi t l bựn b t hoi: cht thi thc phm l 1:1 tớnh theo COD, tng ng 9:1 theo th tớch, t c hiu sut sinh metan cao, t 76% T l khớ CH4 khớ biogas chim t l 34,4% - 57,8%; t l khớ CO2 dao ng 4264,2% - Hiu sut x lý theo COD 58-75%; hiu sut x lý theo VS dao ng 60-78% B phn ng hnh n nh cho phộp t hiu sut x lý theo COD cao nht t 75% B phn ng hot ng n nh ti lng hu c l 1.5 kg COD/m3.ngy - Bựn sau x lý an ton v ch tiờu kim loi nng cng nh tiờu dit trit mm bnh, cú th s dng lm phõn bún an ton nụng nghip Kt qu mụ phng - Kt qu chy phn mm GPS-X, s dng kt qu thớ nghim theo m hiu chnh mụ hỡnh, cho phộp xỏc nh c h s phõn hy ni sinh kd ca bựn b t hoi l 0,4 (1/ngy); kd ca cht thi thc phm l 1,0 (1/ngy) - T giỏ tr thụng s ng hc h s phõn hy ni sinh kd ca bựn b t hoi l 0,4 (1/ngy); kd ca cht thi thc phm l 1,0 (1/ngy) cho phộp thc hin cỏc phộp tớnh toỏn cụng ngh, thit k b phn ng ng thi, kt qu ca nú lm tin cho cỏc nghiờn cu mc sõu hn, nghiờn cu mụ phng quỏ trỡnh x lý bựn b t hoi v cht thi thc phm quy mụ cụng nghip hoc x lý kt hp cỏc dũng cht thi: bựn b t hoi, bựn t trm x lý, cht thi thc phm, KT LUN V KIN NGH KT LUN Kt lun 1: Kt qu nghiờn cu cho thy vic x lý kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm bng phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng hiu qu v kh thi v mt cụng ngh, c th nh s au: - Nghiờn cu ó ỏnh giỏ thnh phn, tớnh cht ca bựn b t hoi, ca cht thi thc phm cú kh nng phõn hy bng phng phỏp sinh hc k khớ Bựn b t hoi cú giỏ tr COD cao (dao ng 12.600-79.500 mg/l), t l VS/TS 63%-82%; cht thi thc phm cú COD dao ng 118.450-241.000 mg/l, t l VS/TS dao ng 79%-95% T l COD/N ca bựn b t hoi dao ng 9-18/1, cht thi thc phm cú t l COD/N cao hn, t 85-179/1 Do vy, x lý kt hp hai ngun ny to mụi trng thun li cho quỏ trỡnh x lý k khớ l cỏch tip cn hp lý - Nghiờn cu cho thy vic x lý kt hp cht thi thc phm v bựn b t hoi m bo quỏ trỡnh sinh khớ biogas din n nh, cho hiu sut x lý theo COD cao hn nhiu so vi ch x lý riờng bựn b t hoi Trong thớ nghim theo m, x lý kt hp hai ngun cht thi núi trờn ch lờn men núng, hiu sut x lý theo COD vi t l phi trn bựn b t hoi: cht thi thc phm khỏc dao ng 42,7%-86,2% so vi x lý riờng bựn b t hoi ch t 24,9% Trong thớ nghim liờn tc ch lờn men núng vi t l phi trn ti u bựn b t hoi:cht thi thc phm theo th tớch 9:1 (tng ng t l phi trn theo COD 1:1) cho hiu sut x lý theo COD t 58%-75% - Ch lờn men núng cho lng khớ metan sinh cao hn 0,57% - 11%, hiu sut x lý theo COD cao hn 3% - 14%, rỳt ngn thi gian phõn hy xung 16% - 19% so vi ch lờn men m 26 - Bựn sau x lý k khớ kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm ch lờn men núng an ton v mt vi sinh, tiờu dit hon ton mm bnh, cú th s dng lm phõn bún, cht ci to t cho cõy trng - Kt qu nghiờn cu cng ó khng nh s phự hp ca cỏch tip cn ny, cú th x lý kt hp bựn b t hoi v rỏc hu c, thu hi khớ biogas ch lờn men núng Kt lun 2: Nghiờn cu ó ỏnh giỏ c mt s yu t nh hng ti quỏ trỡnh sinh metan nh: t l phi trn bựn b t hoi: cht thi thc phm v ti lng hu c ca cht thi: - T l phi trn bựn b t hoi: cht thi thc phm nh hng n quỏ trỡnh sinh metan Kt qu nghiờn cu thớ nghim theo m ó xỏc nh c t l hn hp bựn b t hoi: cht thi thc phm ti u i vi thnh ph H Ni l 9:1 theo th tớch, (tng ng t l 1:1 theo COD) cho hiu sut sinh khớ metan cao nht, t 80% ch lờn men núng, cho lng khớ metan dao ng 264-278 Nml CH4/gCOD - Ti lng hu c nh hng n lng khớ metan sinh Trong thớ nghim liờn tc: B phn ng k khớ hot ng n nh vi ti lng hu c l 1,5kg COD/m3.ngy, vi lng khớ metan hn hp khớ biogas t 57,8%, vi hiu sut x lý theo COD t 75% Kt lun 3: Nghiờn cu ó xỏc nh c thụng s ng hc c trng ca quỏ trỡnh x lý k khớ hai cht thi núi trờn ch lờn men núng Kt qu chy phn mm GPS-X cho phộp xỏc nh c h s phõn hy ni sinh kd ca bựn b t hoi l 0,4 (1/ngy); kd ca cht thi thc phm l 1,0 (1/ngy) T thụng s ng hc kd ca bựn b t hoi v cht thi thc phm cho phộp thc hin cỏc phộp tớnh toỏn cụng ngh, thit k cỏc cụng on x lý bựn cn, cng nh hiu chnh cỏc ch hnh ca cỏc trm x lý cht thi KIN NGH 1) Cn tip tc nghiờn cu cỏc gii phỏp nõng cao hiu qu x lý nh cỏc gii phỏp tin x lý cht thi, phõn loi cht thi ti ngun, 2) Cn tip tc nghiờn cu, la chn thit b, cụng ngh cng nh xỏc nh hiu qu kinh t nhm ỏnh giỏ tớnh kh thi ca cụng ngh x lý cht thi ny, c h thng qun lý cht thi ụ th Cn cú nghiờn cu kim chng v quy mụ v iu kin ỏp dng cụng ngh, nghiờn cu v nhu cu v cõn bng nng lng ca h thng x lý cht thi, 3) Mt s hng nghiờn cu, cỏc chng trỡnh cn tip tc trin khai l nghiờn cu mụ hỡnh xõy dng v khai thỏc h tng k thut ụ th, mụ hỡnh phõn loi rỏc ti ngun, 27 DANH MC CC BI BO CễNG B CA TC GI Cể LIấN QUAN N LUN N Nguyn Phng Tho, Nguyn Vit nh, Hidenari Yasui, 2012 ng dng phn mm GPS-X mụ phng quỏ trỡnh x lý bựn t trm x lý nc thi bng phng phỏp sinh hc k khớ Tp Cp thoỏt nc, s (85) T6/2012 Nguyn Phng Tho, Nguyn Vit nh, Hidenari Yasui, 2012 ỏnh giỏ kh nng x lý kt hp bựn b t hoi v rỏc hu c bng phng phỏp x lý k khớ hai ch l men m v lờn men núng Tp Mụi trng ụ th Vit Nam, s (76)- T7/2012 Nguyn Vit nh, Dng Thu Hng, Thỏi Mnh Hựng, Nguyn Phng Tho, Zeig C., Wagner M., Yasui H., 2012 X lý k khớ kt hp bựn b t hoi v rỏc hu c ch lờn men núng (55oC) Tp Khoa hc v Cụng ngh 50 (1C), 2012, trang 9-17 Nguyn Vit nh, Dng Thu Hng, Thỏi Mnh Hựng, Nguyn Phng Tho, Zeig C., Wagner M., Yasui H., 2012 Kt qu nghiờn cu x lý kt hp bựn b t hoi v rỏc hu c bng phng phỏp x lý k khớ ch lờn men núng Tp Khoa hc v Cụng ngh 50 (2B), 2012, trang 61-71 Nguyn Vit nh, Nguyn Phng Tho, o Th Minh Nguyt, V Th Hoi n, V Th Minh Thanh, 2013 Tit kim v tn thu nng lng h thng cp thoỏt nc Tp Cp thoỏt nc, s 1+2 (88+89) T1+3/2013.3 Nguyn Vit nh, Dng Thu Hng, V Th Minh Thanh, Nguyn Phng Tho, 2014 ỏnh giỏ kh nng x lý kt hp nõng cao hiu qu khai thỏc cỏc cụng trỡnh h tng k thut v thu hi ti nguyờn t cht thi ụ th Tp Cp thoỏt nc, s 1+2 (93+94) 2014 Nguyen Viet Anh, Duong Thu Hang, Thai Manh Hung, Nguyen Phuong Thao, Zeig C., Wagner M., Yasui H., 2012 Anaerobic co-digestion of organic waste and septic tank sludge at thermophilic condition In the proceedings of International conference on sustainable concepts for industrial wastewater treatment and industrial zones management, October 1011th, 2012- Hanoi, Vietnam Nguyn Phng Tho, Nguyn Vit nh, 2014 Xỏc nh cỏc thụng s ng hc ca quỏ trỡnh phõn hy k khớ kt hp bựn b t hoi v rỏc hu c vi phn mm GPS-X Tp Xõy dng T6/2014 Nguyn Phng Tho, Nguyn Vit nh, 2014 X lý phõn bựn b t hoi bng phng phỏp phõn hy k khớ, thu hi Biogas Tp Khoa hc cụng ngh Xõy dng S 20, T9/2014 ... l-ợng chất thải rắn sinh hoạt ụ thị phát sinh đ-ợc thu gom, 60% l-ợng chất thải đ-ợc tái chế, tái sử dụng, thu hồi l-ợng sản xuất phân hữu cơ; 30% bùn bể phốt đô thị từ loại II trở lên 10% đô thị... trỡnh x lý 3.2.1.2 So sỏnh ch lờn men m v ch lờn men núng a Lng khớ CH4 sinh (Nml/gCOD) Hỡnh 3.14a So sỏnh lng khớ CH4 sinh Hỡnh 3.15b So sỏnh lng khớ CH4 sinh gia ch lờn men gia ch lờn men So... 0:10 So sỏnh hiu qu x lý theo COD gia hai ch lờn men Hiu qu x lý COD (%) Hiu qu x lý COD So sỏnh hiu qu x lý theo COD gia hai ch lờn men 100 80 60 Lờn men m 35oC 40 Lờn men núng 55oC 20 i 10:00