Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu cơ đô thị hà nội bằng phương pháp phân hủy yếm khí có thu hồi khí sinh học ở quy mô pilot

ĐÀO THỊ LỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Đào Thị Lệ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ ĐÔ THỊ HÀ NỘI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY YẾM KHÍ CĨ THU HỒI KHÍ SINH HỌC Ở QUY MÔ PILOT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG KHỐ 2008-2010 Hà Nội – Năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Đào Thị Lệ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ ĐÔ THỊ HÀ NỘI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY YẾM KHÍ CĨ THU HỒI KHÍ SINH HỌC Ở QUY MÔ PILOT Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN PHẠM HỒNG LIÊN Hà Nội – Năm 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi Đào Thị Lệ, học viên cao học lớp KTMT 2008-2010, thực đề tài “Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội phương pháp phân hủy yếm khí có thu hồi khí sinh học quy mơ pilot” hướng dẫn TS Nguyễn Phạm Hồng Liên Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu thảo luận luận văn thật không chép tài liệu khác LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình TS.Nguyễn Phạm Hồng Liên, người bảo hướng dẫn chu đáo nhiệt tình trình làm luận văn Bên cạnh đó, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt thầy cô Viện Khoa học Công nghệ môi trường nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình học tập Tôi xin cảm ơn bạn học viên lớp Kỹ thuật Mơi trường khố 2008-2010 giúp đỡ tơi trình nghiên cứu học tập Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới thành viên gia đình động viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2010 Học viên Đào Thị Lệ i MỤC LỤC MỤC LỤC .ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .vii CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nội dung luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CHẤT THẢI RẮN ĐƠ THỊ HÀ NỘI VÀ Q TRÌNH PHÂN HỦY YẾM KHÍ SINH HỌC 2.1 Tình hình quản lý CTR thị Hà Nội 2.2 Tiềm phân hủy yếm khí chất thải rắn hữu đô thị 10 2.2.1 Khả phân hủy sinh học thành phần hữu (BF) 10 2.2.2 Tiềm mêtan sinh hóa thành phần hữu (BMP) 11 2.3 Cơ sở lý thuyết trình phân hủy yếm khí 12 2.3.1 Quy trình 13 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới q trình phân hủy yếm khí 16 2.4 Cơng nghệ phân hủy yếm khí 20 2.4.1 Phân hủy khô ướt 21 2.4.2 Hệ thống hoạt động theo mẻ liên tục 21 2.4.3 Công nghệ hoạt động giai đoạn đa giai đoạn 22 2.4.4 Công nghê phân hủy kỵ khí kết hợp phân hủy rác thị 23 2.4.5 Phân hủy yếm khí nồng độ chất rắn cao theo mẻ 24 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 3.1 Mô tả hệ thống 30 3.1.1 Thiết bị phản ứng 30 3.1.2 Các thiết bị phụ 32 3.2 Chuẩn bị nguyên liệu 34 3.2.1 Chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội 34 ii 3.2.2 Bùn yếm khí bể UASB 35 3.2.3 Phân bò, phân lợn 35 3.2.4 Bùn yếm khí hầm bigoas 36 3.2.5 Bùn bể phốt 36 3.2.6 Các vật liệu khác 36 3.3 Nạp nguyên liệu vận hành hệ thống 36 3.3.1 Nạp nguyên liệu 36 3.3.2 Vận hành hệ thống, 37 3.4 Lấy mẫu phân tích phịng thí nghiệm 38 3.4.1 Chất thải rắn hữu 39 3.4.2 Nước rác 42 3.4.3 Khí biogas 44 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 4.1 Đặc điểm nguyên liệu 48 4.1.1 Đặc điểm CTR-HC đô thị Hà Nội 48 4.1.2 Đặc điểm nguyên liệu đầu vào hệ thống pilot 50 4.2 Đánh giá hiệu trình phân hủy yếm khí hệ thống 51 4.2.1 Đặc điểm nước rác 51 4.2.2 Tốc độ thành phần khí biogas 57 4.2.3 Hiệu q trình sinh khí hệ thống 61 4.2.4 So sánh với q trình ủ yếm khí CTR-HC khơng kiểm sốt nhiệt độ, khơng bổ sung vi sinh vật, khơng tuần hồn nước rác 63 4.3 Đánh giá hiệu q trình phân hủy yếm khí hệ thống - ảnh hưởng bùn bể phốt 64 4.3.1 Ảnh hưởng bùn bể phốt tới thành phần nước rác 64 4.3.2 Ảnh hưởng bùn bể phốt tới thành phần tốc độ sinh khí 67 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 70 5.1 Kết luận 70 5.1.1 Hiệu q trình yếm khí hệ thống 70 iii 5.1.2 Hiệu q trình yếm khí hệ thống 70 5.2 Đề xuất giải pháp 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC A: MỘT SỐ HÌNH ẢNH 76 Phụ lục B -1: Đặc điểm nguyên liệu 77 Phụ lục B-2: Kết phân tích thơng số nước rác 78 Phụ lục B-3: Thể tích thành phần khí hệ thống (ở 350C, 1atm) 81 Phụ lục B-4: Thể tích thành phần khí hệ thống (ở 350C, 1atm) 83 iv DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN BF BMP CHC COD COD_TVFA CTR CTR-HC DOC MC NL TB1 TB2 TKN TOC TP TS TVFA VS WW Khả phân hủy sinh học thành phần hữu Tiềm sinh khí mêtan thành phần hữu Chất hữu Nhu cầu ơxy hóa học Hàm lượng axit béo dễ bay quy COD Chất thải rắn Chất thải rắn hữu Tổng cacbon hữu hòa tan Độ ẩm Thể tích khí điều kiện tiêu chuẩn (1atm, 00C) Thiết bị phản ứng Thiết bị phản ứng Tổng Nitơ Kejldahl Tổng cacbon hữu Tổng phốt Tổng chất khô Tổng axit béo dễ bay Chất rắn bay Khối lượng tươi v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tổng hợp trung bình khối lượng chất thải phát sinh Hà Nội 2007 Bảng 2.2: Số liệu thành phần CTR đô thị Hà Nội Bảng 2.3: Số liệu thành phần CTR đô thị Hà Nội năm trước dự báo tương lai Bảng 2.4 Khả phân hủy sinh học chất hữu theo % VS [26] 11 Bảng 2.5 Các giá trị BMP số loại chất thải hữu 12 Bảng 2.6 Thành phần khí biogas.[24] 13 Bảng 2.7 Khoảng nhiệt độ hoạt động VSV 16 Bảng 2.8 Ưu điểm nhược điểm hệ thống hoạt động theo mẻ 22 Bảng 2.9 Ưu điểm nhược điểm hệ thống khô giai đoạn 23 Bảng 2.10 ưu điểm nhược điểm hệ thống khô hai giai đoạn 23 Bảng 3.1 Tỷ lệ phần trăm thành phần mẫu CTRHC 35 Bảng 3.2 thành phần thiết bị phản ứng thùng nước rác hai hệ thống 37 Bảng 3.3 Điều kiện vận hành hệ thống 38 Bảng 3.4 Các thông số cần phân tích theo dõi 39 Bảng 3.5.Tổng hợp phương pháp phân tích thông số 46 Bảng 4.1 Kết VS, TS mẫu CTR-HC nhà máy chế biến phế thải Cầu Diễn 48 Bảng 4.2 Đặc điểm nguyên liệu 50 Bảng 4.3 Đặc điểm nguyên liệu hệ thống 50 Bảng 4.4 Đặc điểm nguyên liệu hệ thống 51 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1 Các giai đoạn trình phân hủy yếm khí [24] 14 Hình 2.2 Khoảng nhiệt độ phân hủy yếm khí [18] 17 Hình 2.3: Sơ đồ tuần hoàn nước rác hệ thống mẻ khác [8] 27 Hình 4: Sơ đồ đề xuất Chugh [7] 28 Hình 3.1 Mơ hình ủ yếm khí khơ theo mẻ hai hệ thống nghiên cứu 30 Hình 3.2 Thiết bị phản ứng 31 Hình 3.3 Hệ thống yếm khí 33 Hình 3.4 Biến thiên nhiệt độ hai thiết bị phản ứng 38 Hình 3.5.Sơ đồ mơ tả q trình phân tích MC, TS, VS chất thải rắn hữu 40 Hình 4.1 Biểu diễn thay đổi pH nước rác thiết bị 52 Hình 4.2 Sự thay đổi hàm lượng TVFA nước rác TB1 53 Hình 4.3 Biến thiên COD, TVFA nước rác TB1 54 Hình 4.4 Tỷ lệ COD_TVFA:COD TB1 55 Hình 4.5 Đồ thị biến thiên độ kiềm nước rác TB1 56 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ TVFA/độ kiềm 57 Hình 4.7 Thành phần khí mêtan (%biogas) TB1 58 Hình 4.8 Tốc độ sinh khí biogas TB1 59 Hình 4.9 Thể tích khí tích lũy theo thời gian TB1 59 Hình 4.10 Thể tích khí CH4 tích lũy TB1 60 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn thay đổi pH nước rác 65 Hình 4.12 Biểu diễn hàm lượng COD, TVFA nước rác 65 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ TVFA/độ kiềm 66 Hình 4.14 Thành phần khí CH4 (%biogas) 67 Hình 4.15 Tốc độ sinh khí biogas hai TB 68 Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn thể tích khí CH4 tích lũy 69 vii 12 Dự án “Xây dựng mơ hình triển khai thí điểm việc phân loại, thu gom xử lý rác thải sinh hoạt cho khu đô thị mới” Cục Bảo vệ môi trường 2008 13 Gijzen, H.J., Lubberding, H.J., Verhagen, F.J., Zwart, K.B and Vogeld, G.D (1987), “Appliacation of rumen microoganisms for enhanced anaerobic 14 Hà Nội URENCO (2008), Báo cáo tổng kết công tác quản lý chất thải rắn thành phố Hà Nội 15 Kayhanian, M., and Rich, D (1995) Pilot-scale high solids thermophilic anaerobic digestion of municipal solid waste with an emphasis on nutrient requirements, Biomass and Bioenergy, 8, 6: 433-444 16 Lay, J.J., Li, Y.Y, Noike, T., Endo, J., and Ishimoto, S (1997) Analysis of enviromental factors affecting methane production from high-solids organic waste Water Science and Technology, 36, 6-7: 493-500 17 Marimon, S.R (1982), Los residous sólidos urbanos Análisis de un servicio minicipal Servicios de los Estudios en Barcelona del Banco Urquijo 18 Mata-Alvarez, J (2003), Biomethnization of the organic fraction ofmunicipal solid waste, IWA publishing, Alliance house, 12 caxton street, London SW1H0QS, UK 19 Mohee, R., and Ramjeawon, T (2003) Appropriate of the sequential batch anaerobic composting (SEBAC) technology as a treatment method for organic waste in Mauritius Proceedings of ORBIT 2003, 341-350 20 Moller, H.B., Hartmann, H and Ahring, B.K (2004), “Manure separation as a fretreatment method to increase gasproduction in biogasplants”, Organic waste treatments, pp 167-170 21 Nguyen, P.H.L (2004), Dry anaerobic digestion of municipal solid waste as pretreatment prior to landfills, AIT master degree thesis 22 O'Keefe, D.M., and Chynoweth, D.P (1999) Influence of phase separation, leachate recycle and aeration on treatment of municipal solid waste in simulated landfill cells Bioresource Technology, 72: 55-66 23 O'Keefe, D.M., Chynoweth, D.P., Barkdoll, A.W., Nordstedt, R.A., Owens, J.M and Sifontes, J (1993) Sequential batch anaerobic composing of municipal solid waste (MSW) and yard waste Water Science and Technology, 27, 2: 77-86 73 24 Owens, J.M and Chynoweth, D.P (1993), “Biochemical methane potential of municipal solid waste (MSW) components”, Water Science & Technology (27), pp 1-14 25 Pauss, A., Nyns and Naveau, H (1984) Production of methane by anaerobic digestion of domestic refuse Eec Conference on Anaerobic and Carbohydrat Hydrolysis of Waste, - 10 May, 1984, Luxembourg 26 PGS.TS Nguyễn Văn Phước (2008), Giáo trình quản lý xử lý chất thải rắn, Nhà xuất Xây Dựng 27 Polprasert, C (1995), Organic waste recycling, John Wiley and Sons Ltd 28 Silvey, P., Pullammanappallil, P C., Blackall, L., and Nichols, P (2000), “Microbial ecology of the leach bed anaerobic digestion of unsorted municipal solid waste”, Water Science and Technology 41(3),pp 9–16 29 T.Forster-Carneiro et al (2004), Optimization of sebac start up phase of municipal solid waste anaerobic digestion, Campus Rio San Pedro s/n 11510- Peurto Real, Cádiz (Spain) 30 T.Forster-Carneiro et al (2007), Composting potential of diffetent inoculum soureces in the modified SEBAC system treatment of municipal solid wastes, Campus Rio San Pedro s/n 11510- Peurto Real, Cádiz (Spain) 31 T.Forster-Carneiro et al (2007), Dry-thermophilic anaerobic digestion of organic fraction of the municipal solid waste, focusing on the inoculum source, Campus Rio San Pedro s/n 11510- Peurto Real, Cádiz (Spain) 32 Trần Mạnh Hà, Trần Thu Trang, Nghiên cứu phương pháp xác định giá trị “Tiềm sinh khí mêtan” CTR hữu số kết ứng dụng, giải sinh viên nghiên cứu khoa học Đại Học Bách Khoa Hà Nội – 2010 33 Trie L.Hansen et al (2004), Method for determination of methane potentials of solid organic waste, Waste management, Vol 24, 393-400 34 Vavilin, V A and Angelidaki, I, (2005), “Anaerobic degradation of solid material: Importance of initiation centers for methanogenesis, mixing intensity, and 2D distributed model”, Biotechnol- ogy and Bioengineering 89(1),pp 113–122 74 35 Vavilin, V.A., Rytov, S.V., Pavlostathis, S.G., Jokela, J., and Rintala, J (2003) A distributed model of solid waste anaerobic digestion: sensitivity analysis Water Science and Technology, 48, 4: 147-154 36 Veeken, A., Kalyuzhnyi, S., Scharff, H., and Hamelers, B (2000) Effect of pH and VFA on hydrolysis of organic solid waste Journal of Environmetal Engineering December 2000: 1076-1081 37 Viện thổ nhưỡng Nơng hóa Nơng nghiệp, Sổ tay phân tích đất – nước, phân bón, trồng 75 PHỤ LỤC A: MỘT SỐ HÌNH ẢNH CTR-HC trước phân loại vun thành đống hình Chia làm phần CTR-HC sau phân loại Xác định khối lượng riêng CHẤT THẢI HỮU CƠ 76 Phụ lục B -1: Đặc điểm nguyên liệu Loại mẫu TS TOC VS (%WW) (%TS) (mg/gTS) TKN NH4+ (mg/gTS) (mg/gTS) pH CTR-HC 30,5% 51,0% 238,3 13,4 1,6641 Phân lợn 21,9% 82,7% 193 75,9 10,9225 Phân bò 15,8% 83,6% 292 17,6 2,1945 Bùn bể phốt 7,3% 77,4% 161 6,2 8,1 VSV 0,9% 51,5% 86,0 4,1 7,5 Bùn yếm khí hầm biogas 0,5% 69,0% 157,0 5,3 7,2 77 Phụ lục B-2: Kết phân tích thơng số nước rác NH4-N Thời Độ kiềm pH (mg NH4gian (mg CaCO3/L) N/L) chạy (ngày) TB1 TB2 TB1 TB2 TB1 TB2 5,5 5,7 5,5 5,8 5,7 3.375 3.600 347 501 5,8 6,0 3.625 3.500 389 455 5,8 6,1 3.600 3.900 406 466 5,7 6,2 4.050 4.475 466 494 5,7 6,3 4.200 4.350 441 494 5,8 6,2 3.950 3.925 511 567 5,8 6,4 3.225 4.375 543 602 5,9 6,6 4.500 4.500 525 522 10 6,0 6,9 4.100 4.625 595 669 11 5,8 6,6 12 6,0 6,9 4.375 5.000 616 732 13 6,2 6,8 14 6,3 7,0 4.850 5.213 694 848 15 6,4 6,8 16 6,6 7,1 5.225 5.275 701 879 17 6,8 7,1 18 6,8 7,1 5.475 6.050 736 935 19 6,8 7,0 TDS (mg/L) TB1 TB2 13.010 12.395 10.025 10.340 11.595 9.480 12.665 11.810 10.800 12.655 10.540 11.135 10.190 10.200 9.400 7.125 12.810 TVFA (mg axetic/L) TB1 6.572 6.942 6.868 7.385 7.458 7.532 7.754 8.714 8.123 9.600 8.492 10.782 10.043 7.089 TKN (mg/L) TB2 TB1 TB2 TB1 TB2 TB1 14.634 13.171 12.439 13.659 15.610 18.049 19.512 11.951 11.951 10.000 13.415 13.171 15.122 12.439 543 774 602 697 637 736 839 732 771 641 655 704 1,95 1,89 2,07 1,91 1,93 1,93 2,11 1,93 1,95 2,21 9.157 6.277 17.317 8.537 8.130 8.345 4.098 16.532 8.000 11.985 8.005 8.862 3.766 15.870 7.826 9.785 9.975 6.129 3.692 15.870 7.739 11.680 6.495 6.462 3.692 13.804 4.522 78 Tỷ lệ VFA:độ kiềm COD (mg/L) 668 2,23 1,36 691 907 1,91 0,82 1,83 0,72 827 1.037 1,17 0,70 1,18 0,61 NH4-N Thời Độ kiềm pH (mg NH4gian (mg CaCO3/L) N/L) chạy (ngày) TB1 TB2 TB1 TB2 TB1 TB2 20 6,8 7,1 5.625 6.125 799 974 21 6,8 7,2 22 7,0 7,3 5.625 6.250 757 939 23 7,0 7,3 24 7,2 7,4 5.825 6.000 687 1.016 25 7,2 7,4 26 7,3 7,5 5.875 6.125 869 1.023 27 7,3 7,5 28 7,4 7,5 5.925 6.450 708 862 29 7,4 7,5 30 7,5 7,5 5.650 6.000 771 827 31 7,3 7,3 32 7,3 7,4 5.375 5.900 778 872 33 7,4 7,5 34 7,5 7,6 5.550 6.500 732 904 35 7,5 7,5 36 7,5 7,4 5.400 6.025 834 974 37 7,5 7,5 6.225 38 7,6 7,5 5.550 6.175 39 7,5 7,5 40 7,5 7,5 5.650 6.325 809 949 41 7,5 7,5 6.150 TDS (mg/L) TVFA (mg axetic/L) COD (mg/L) TKN (mg/L) TB1 TB2 938 1.128 TB1 11.150 TB2 7.100 TB1 5.908 TB2 3.508 TB1 13.522 TB2 4.200 10.675 6.075 5.723 2.031 11.130 3.043 Tỷ lệ VFA:độ kiềm TB1 TB2 1,05 0,57 1,02 0,32 0,92 0,26 10.150 6.655 5.354 1.569 10.348 2.174 813 1.146 1,41 0,22 6.545 5.575 8.308 1.333 10.000 2.000 1,09 0,06 10.015 4.285 6.462 400 9.217 696 796 967 0,56 0,06 6.170 5.175 3.165 331 6.262 467 0,26 0,11 1.398 661 822 966 0,22 0,03 5.205 4.460 1.247 554 5.065 4.565 222 227 222 295 74 4.904 913 3.974 260 981 1.108 2.710 1.308 948 1.074 0,10 0,04 0,05 0,04 0,01 0,08 0,05 443 332 2.640 1.262 949 1.089 0,02 0,06 79 NH4-N Thời Độ kiềm pH (mg NH4gian (mg CaCO3/L) N/L) chạy (ngày) TB1 TB2 TB1 TB2 TB1 TB2 42 7,5 7,4 5.550 6.125 43 7,5 7,5 6.300 44 7,5 7,5 5.875 6.625 799 925 45 7,5 7,5 46 7,5 7,5 47 7,4 7,5 6.125 6.575 855 1.023 48 7,5 7,5 49 7,4 7,5 6.050 6.150 946 1.002 50 7,5 7,5 51 7,5 7,5 6.000 6.500 757 876 52 7,5 7,5 53 7,6 7,7 54 7,5 7,5 55 7,7 7,7 56 7,5 7,5 57 7,5 7,5 58 7,7 7,7 59 7,6 7,6 60 7,7 7,5 TDS (mg/L) TB1 TVFA (mg axetic/L) TKN (mg/L) TB2 2.547 TB2 323 TB1 350 246 138 2.523 1.330 1.184 1.387 0,04 0,05 0,02 270 400 2.248 1.261 0,04 0,06 343 507 TB2 111 80 Tỷ lệ VFA:độ kiềm COD (mg/L) TB1 1.028 TB1 1.284 1.375 TB2 TB1 0,06 0,08 Phụ lục B-3: Thể tích thành phần khí hệ thống (ở 350C, 1atm) Thể tích Tốc độ sinh khí CH4 Thời Thể tích Tốc độ Thể tích khí tích khí riêng tích lũy gian khí tích sinh khí CH4 tích lũy riêng (l/kgVS riêng (l (ngày) lũy (lít) (l/ngày) lũy (l/kgVS) ngày) CH4/kgVS) 16 42 2,0 0,2 222 11 215 10,5 69 3,4 415 20 192 9,4 121 5,9 490 24 74 3,6 145 7,1 572 28 87 4,2 174 8,5 676 33 99 4,8 211 10,3 765 37 97 4,7 243 11,9 855 42 88 4,3 272 13,2 933 45 79 3,8 298 14,5 1.020 50 85 4,2 329 16,1 10 1.091 53 93 4,5 364 17,7 11 1.205 59 122 5,9 406 19,8 12 1.399 68 145 7,1 471 23,0 13 1.564 76 189 9,2 569 27,8 14 1.777 87 209 10,2 682 33,2 15 1.992 97 215 10,5 798 38,9 16 2.259 110 272 13,3 955 46,5 17 2.626 128 327 15,9 1.158 56,5 18 2.882 140 279 13,6 1.326 64,6 19 3.211 157 336 16,4 1.522 74,2 20 3.561 174 336 16,4 1.734 84,5 21 3.858 188 310 15,1 1.941 94,6 22 4.147 202 283 13,8 2.115 103,1 23 4.295 209 253 12,4 2.270 110,7 24 4.516 220 222 10,8 2.398 116,9 25 4.721 230 204 10,0 2.516 122,7 26 4.950 241 229 11,2 2.645 129,0 27 5.197 253 228 11,1 2.775 135,3 28 5.493 268 226 11,0 2.928 142,7 29 5.723 279 234 11,4 3.087 150,5 30 6.049 295 313 15,3 3.298 160,8 81 Thành phần khí CO2 CH4 58,3 58,3 55,0 57,4 62,9 61,3 68,3 61,7 62,5 63,5 61,5 56,1 55,9 35,0 42,7 45,2 41,1 23,7 32,4 39,3 33,0 34,6 37,9 41,9 40,0 38,3 38,1 38,1 37,0 30,0 34,5 29,8 29,8 27,0 32,7 33,4 37,3 33,6 32,2 33,2 36,9 37,2 35,0 44,5 52,1 53,7 54,2 57,5 62,4 60,0 58,4 63,0 66,9 61,5 61,1 58,0 57,5 56,4 57,0 67,5 68,0 67,5 Thể tích Tốc độ sinh khí CH4 Thời Thể tích Tốc độ Thể tích khí tích khí riêng tích lũy gian khí tích sinh khí CH4 tích lũy riêng (l/kgVS riêng (l (ngày) lũy (lít) (l/ngày) lũy (l/kgVS) ngày) CH4/kgVS) 31 6.276 306 303 14,8 3.497 170,5 32 6.582 321 305 14,9 3.692 180,0 33 7.015 342 347 16,9 3.916 190,9 34 7.402 361 387 18,9 4.179 203,8 35 7.649 373 395 19,2 4.451 217,0 36 8.109 395 340 16,6 4.683 228,3 37 8.413 410 318 15,5 4.903 239,0 38 8.654 422 252 12,3 5.070 247,2 39 8.796 429 219 10,7 5.198 253,4 40 9.061 442 187 9,1 5.309 258,8 41 9.201 449 137 6,7 5.391 262,8 42 9.361 456 157 7,6 5.485 267,4 43 9.483 462 163 7,9 5.586 272,4 44 9.670 471 149 7,3 5.675 276,7 45 9.757 476 150 7,3 5.769 281,3 46 9.902 483 145 7,1 5.861 285,7 47 10.070 491 118 5,8 5.932 289,2 48 10.186 497 127 6,2 6.014 293,2 49 10.317 503 121 5,9 6.088 296,8 50 10.381 506 86 4,2 6.146 299,6 51 10.484 511 124 6,0 6.214 303,0 52 10.592 516 92 4,5 6.271 305,8 53 10.689 521 97 4,7 6.332 308,7 54 10.767 525 78 3,8 6.379 311,0 55 10.848 529 81 4,0 6.425 313,3 56 10.932 533 84 4,1 6.476 315,8 57 11.009 537 78 3,8 6.524 318,1 58 11.042 538 33 1,6 6.544 319,0 59 11.105 541 63 3,1 6.546 319,1 60 11.169 545 64 3,1 6.584 321,0 61 11.221 547 52 2,5 6.616 322,6 62 11.283 550 62 3,0 6.655 324,4 63 11.341 553 58 2,8 6.688 326,1 82 Thành phần khí CO2 CH4 33,8 34,7 32,0 32,2 30,0 33,0 34,0 33,6 36,0 33,6 33,7 33,0 35,9 35,9 33,0 34,7 36,3 36,3 37,3 31,7 37,0 38,6 34,7 36,3 36,3 36,3 30,0 32,0 33,6 33,7 36,3 36,2 33,3 65,7 63,6 64,8 67,9 69,0 68,1 69,3 66,4 58,4 59,2 60,1 60,0 62,2 59,4 63,0 62,7 60,1 65,0 61,5 67,0 55,4 61,6 62,7 60,1 57,4 61,1 61,3 58,0 59,2 60,1 60,1 63,0 58,0 Thể tích Tốc độ sinh khí CH4 Thời Thể tích Tốc độ Thể tích khí tích khí riêng tích lũy gian khí tích sinh khí CH4 tích lũy riêng (l/kgVS riêng (l (ngày) lũy (lít) (l/ngày) lũy (l/kgVS) ngày) CH4/kgVS) 64 11.412 556 70 3,4 6.732 328,2 65 11.484 560 73 3,5 6.780 330,6 66 11.515 561 30 1,5 6.799 331,5 68 11.656 568 71 3,5 6.839 333,5 69 11.719 571 63 3,1 6.877 335,3 70 11.782 574 63 3,1 6.917 337,2 71 11.838 577 56 2,7 6.949 338,8 Thành phần khí CO2 CH4 37,3 31,7 36,3 36,3 36,3 36,2 33,5 61,5 67,0 60,1 57,4 60,1 63,0 58,2 Phụ lục B-4: Thể tích thành phần khí hệ thống (ở 350C, 1atm) Thời gian (ngày) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Thể tích Tốc độ sinh Thể tích Tốc độ Thể tích khí CH4 Thành phần khí tích lũy khí riêng khí khí tích sinh khí CH4 tích tích lũy (l riêng (l/kgVS lũy (lít) (l/ngày) lũy CH4/kgVS) CO2 CH4 (l/kgVS) ngày) 14 0,6 38 1,5 0,2 8,3 29,8 202 8,3 196 7,8 63 2,6 58,3 29,8 377 15,6 174 7,0 110 4,5 55,0 27,0 405 16,7 27 1,1 119 4,9 57,4 32,7 460 18,9 58 2,3 137 5,6 59,6 31,7 776 32,0 300 12,0 263 10,8 57,1 41,8 959 39,5 199 7,9 358 14,8 51,3 8,1 1.135 46,7 171 6,8 446 18,4 48,3 51,5 1.452 59,8 324 13,0 618 25,5 39,7 52,9 1.854 76,4 393 15,7 846 34,9 32,0 58,1 2.080 85,7 294 11,8 1.028 42,4 35,1 61,8 2.366 97,5 305 12,2 1.200 49,5 39,7 56,5 2.814 115,9 336 13,4 1.398 57,6 40,0 59,0 3.075 126,7 299 12,0 1.573 64,8 38,6 58,5 3.399 140,0 317 12,7 1.752 72,2 36,9 56,3 3.628 149,5 229 9,2 1.882 77,5 35,6 56,8 3.992 164,5 371 14,8 2.098 86,5 33,6 58,2 4.365 179,8 332 13,3 2.302 94,8 30,5 61,4 4.656 191,8 317 12,7 2.497 102,9 30,5 61,4 4.872 200,7 220 8,8 2.632 108,4 29,3 61,3 83 Thời gian (ngày) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Thể tích Tốc độ sinh Thể tích Tốc độ Thể tích khí CH4 Thành phần khí tích lũy khí riêng khí khí tích sinh khí CH4 tích tích lũy (l riêng (l/kgVS lũy (lít) (l/ngày) lũy CH4/kgVS) CO2 CH4 (l/kgVS) ngày) 5.220 215,0 334 13,3 2.835 116,8 30,5 60,7 5.477 225,6 268 10,7 2.990 123,2 36,3 58,0 5.717 235,5 235 9,4 3.132 129,0 32,0 60,3 5.863 241,6 251 10,0 3.280 135,1 38,4 59,0 6.132 252,6 269 10,8 3.451 142,2 36,4 63,5 6.269 258,3 137 5,5 3.536 145,7 35,4 62,0 6.404 263,8 135 5,4 3.617 149,0 36,2 60,0 6.549 269,8 134 5,4 3.700 152,4 24,5 62,0 6.714 276,6 126 5,0 3.777 155,6 30,0 61,5 6.818 280,9 106 4,3 3.841 158,2 32,3 60,0 6.948 286,2 125 5,0 3.912 161,2 34,6 57,0 7.072 291,3 165 6,6 4.008 165,1 33,1 58,3 7.205 296,8 133 5,3 4.087 168,4 32,4 59,0 7.343 302,5 111 4,4 4.152 171,1 32,4 59,0 7.343 302,5 4.152 171,1 7.344 302,6 0,1 4.152 171,1 7.344 302,6 4.152 171,1 7.346 302,6 0,1 4.152 171,1 7.347 302,7 0,1 4.152 171,1 7.347 302,7 4.152 171,1 7.347 302,7 4.152 171,1 7.347 302,7 4.152 171,1 7.347 302,7 4.152 171,1 7.349 302,8 0,1 4.152 171,1 7.358 303,1 0,3 4.152 171,1 7.360 303,2 0,1 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 84 Thời gian (ngày) 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 68 69 70 71 Thể tích Tốc độ sinh Thể tích Tốc độ Thể tích khí CH4 Thành phần khí tích lũy khí riêng khí khí tích sinh khí CH4 tích tích lũy (l riêng (l/kgVS lũy (lít) (l/ngày) lũy CH4/kgVS) CO2 CH4 (l/kgVS) ngày) 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,2 4.152 171,1 7.360 303,3 4.152 171,1 7.360 303,3 4.152 171,1 7.360 303,3 4.152 171,1 7.363 303,3 4.152 171,1 7.363 303,3 4.152 171,1 7.363 303,3 4.152 171,1 7.364 303,4 0,0 4.152 171,1 7.364 303,4 4.152 171,1 7.365 303,4 0,0 4.152 171,1 7.367 303,5 0,0 4.152 171,1 7.367 303,5 4.152 171,1 7.373 303,7 0,1 4.152 171,1 7.377 303,9 0,2 4.152 171,1 7.382 304,1 0,2 4.152 171,1 7.386 304,3 0,1 4.152 171,1 85 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội phương pháp phân hủy yếm khí có thu hồi khí sinh học quy mơ pilot Tác giả luận văn: Đào Thị Lệ Khóa: 2008 - 2010 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Phạm Hồng Liên Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Phân hủy yếm khí chất thải rắn hữu thị q trình phân hủy chất hữu mơi trường khơng có oxy điều kiện nhiệt độ từ 30 ÷ 650C nhờ vi sinh vật phân hủy yếm khí Sản phẩm q trình phân hủy khí sinh học (hỗn hợp chủ yếu CH4 CO2), khí CH4 thu gom sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học lượng rác sau phân hủy ổn định mặt sinh học giảm thiểu thể tích, đem chơn lấp tiếp tục tái chế làm phân compose Nhưng phương pháp chưa áp dụng rộng rãi Việt Nam Chính vậy, nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội phương pháp phân hủy yếm khí có thu hồi khí sinh học quy mơ pilot lựa chọn b) Mục đích nghiên cứu - Thiết lập hệ thống pilot xử lý yếm khí khô theo mẻ chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội, có thu hồi khí; - Vận hành thiết bị điều kiện mesophilic với nguyên liệu chất thải hữu đô thị Hà Nội, thời gian 60 ngày nhằm đánh giá trình phân hủy yếm khí, hiệu sinh khí biogas hiệu ổn định chất thải; - Đánh giá ảnh hưởng phân bể phốt trình phân hủy yếm khí, đồng phân hủy chất thải rắn hữu bùn bể phốt c) Tóm tắt nội dung - Thiết lập vận hành hệ thống pilot xử lý yếm khí điều kiện mesophilic khơ theo mẻ chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội, có thu hồi khí; - Lấy mẫu phân tích tiêu nguyên liệu đầu vào (TS, VS, TOC, TKN), nước rác (pH, COD, NH4-N, độ kiềm, tổng axit dễ bay hơi, TKN) thành phần (CO2, CH4), tốc độ sinh khí biogas - Đánh giá hiệu q trình phân hủy yếm khí, hiệu sinh khí biogas hiệu ổn định chất thải d) Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành thông qua việc thiết lập vận hành mô hình quy mơ pilot, gồm thiết bị chính: thiết bị phản ứng thể tích 386L, thùng nước rác thể tích 300L, phận tuần hồn nước rác, tuần hồn nước nóng, phận kiểm sốt khí sinh Thiết bị phản ứng thùng nước rác có lớp bảo ơn nhiệt, phận tuần hồn nước nóng dùng để trì và kiểm sốt nhiệt độ 350C Nước rác tuần hoàn gián đoạn với lưu lượng lit/phút Khí\ sinh dẫn qua thiết bị đo khí, phận lọc ẩm lọc H2S Mơ hình gồm hai hệ thống hoạt động song song: Hệ thống 1: (1) nguyên liệu nạp vào thùng phản ứng gồm hỗn hợp chất thải hữu thị Hà Nội, phân lợn, phân bị (2) Thành phần thùng chứa nước rác gồm: bùn vi sinh vật yếm khí, bùn phân lợn hầm biogas, nước Hệ thống 2: tương tự hệ thống 1, thùng nước rác thay nước bùn bể phốt Phân tích tiêu nước: pH, độ kiềm, amoni, TVFA, COD, TDS Đối với khí biogas theo dõi tốc độ sinh khí, phân tích thành phần khí: CO2, CH4 e) Kết luận - Sau 60 ngày vận hành hệ thống quy mô pilot để xử lý chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội phương pháp xử lý yếm khí có thu hồi khí biogas thu kết sau: • Hiệu trình yếm khí hệ thống - Giá trị pH tăng nhanh đạt giá trị thích hợp sau khoảng tuần, sau pH tiếp tục tăng trì ổn định pH= 7,0 – 7,8; - Thành phần khí mêtan tăng dần từ 27% tới 50% sau khoảng tuần, sau tiếp tục tăng đạt giá trị ổn định 55-70%; - Sau 60 ngày, thể tích khí biogas tích lũy thiết bị phản ứng khoảng 12m3 với thành phần thể tích khí mêtan trung bình 59,6%biogas Như hiệu suất sinh khí mêtan 339 LCH4/kgVS (300 NL/kgVS) Đạt 73 – 100% giá trị tiềm sinh khí mêtan (BMP) loại CTR-HC lấy thời điểm khác nhau; - Phần trăm Cacbon hóa khí 56,5%; - Thể tích CTR-HC giảm 40% so với thể tích ban đầu Như kết ban đầu cho thấy: - Sự thành công việc xử lý chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội phương pháp phân hủy yếm khí nồng độ pha rắn cao có tuần hồn nước rác Hiệu sinh khí mêtan đạt 73-100% chứng tỏ hệ thống phân hủy yếm khí đạt điều kiện thích hợp cho vi sinh vật hoạt động: nhiệt độ, pH, độ ẩm, tốc độ tuần hồn nước rác • Hiệu q trình yếm khí hệ thống - Giá trị pH tăng nhanh đạt giá trị ổn định nhanh thiết bị khoảng tuần, sau tiếp tục tăng trì ổn định pH= 7,0 – 7,7; - Thành phần khí mêtan tăng dần từ 27% tới 50% tuần nhanh thiết bị khoảng tuần, sau tiếp tục tăng đạt giá trị ổn định 55-70% Như bùn bể phốt giúp cho giai đoạn khởi động mêtan nhanh Tốc độ sinh khí biogas cao so với thiết bị khoảng 1,5-2 lần tuần ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Đào Thị Lệ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ ĐÔ THỊ HÀ NỘI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY YẾM KHÍ CĨ THU HỒI KHÍ SINH HỌC Ở QUY MÔ PILOT Chuyên... đề tài ? ?Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu đô thị Hà Nội phương pháp phân hủy yếm khí có thu hồi khí sinh học quy mơ pilot? ?? hướng dẫn TS Nguyễn Phạm Hồng Liên Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu thảo... phân hủy yếm khí chất thải rắn hữu đô thị 10 2.2.1 Khả phân hủy sinh học thành phần hữu (BF) 10 2.2.2 Tiềm mêtan sinh hóa thành phần hữu (BMP) 11 2.3 Cơ sở lý thuyết trình phân hủy yếm khí