1. Giới thiệu: Có nhiều nghiên cứu đã được thực hiện: Lò quy mô lớn (10 – 300 l): quan sát giai đoạn sinh nhiệt, nhiệt độ không vượt quá 60OC và phụ thuộc vào nhiệt của vi sinh vật. Mô phỏng chế độ nhiệt động lực học. Lò quy mô nhỏ (10 l): + Được sử dụng do dễ xử lý, ít tốn kém, dễ kiểm soát. + Dùng để đánh giá chất nền hoặc xđ thông số cho các mô hình toán học. + Cần thiết khi nghiên cứu các chất ô nhiễm có sử dụng hóa chất đánh dấu phóng xạ. + Hạn chế: không rõ ràng do khối lượng chất tham gia vào không đủ lớn, hạn chế lấy mẫu trong suốt quá trình, lò nhỏ ít thực tế khi so sánh chất hữu cơ trước và sau khi ủ , có chế độ nhiệt cố định (không thực tế) => thiết bị mới để giảm khối lượng chất thải ủ và đánh giá hiệu quả hoạt động và tái sinh. 1 hệ thống lò quy mô nhỏ sinh nhiệt tương đương với 6 lò song song đươc tạo ra và đã được thử nghiệm với chất thải cổ điển là hốn hợp bùn thải và lá cây.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA MƠI TRƯỜNG Mơn học: CHUN ĐỀ TÁI CHẾ VÀ TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN Đề tài: THÍ NGHIỆM Ủ PHÂN HỮU CƠ TRONG QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM : HIỆU SUẤT VÀ ĐỘ LẶP GVHD: Tơ Thị Hiền Lớp : 10CMT Nhóm 4A: Vương Thị Giáng Cầm 1022031 Nguyễn Thị Thanh Dung 1022045 Lê Kiều Thúy Hằng 1022090 Giới thiệu: Có nhiều nghiên cứu thực hiện: - Lò quy mơ lớn (10 – 300 l): quan sát giai đoạn sinh nhiệt, nhiệt độ không vượt 60OC phụ thuộc vào nhiệt vi sinh vật Mô chế độ nhiệt động lực học Lò quy mơ nhỏ (10 l): + Được sử dụng dễ xử lý, tốn kém, dễ kiểm soát + Dùng để đánh giá chất xđ thơng số cho mơ hình tốn học + Cần thiết nghiên cứu chất nhiễm có sử dụng hóa chất đánh dấu phóng xạ + Hạn chế: không rõ ràng khối lượng chất tham gia vào không đủ lớn, hạn chế lấy mẫu suốt trình, lò nhỏ thực tế so sánh chất hữu trước sau ủ , có chế độ nhiệt cố định (không thực tế) => thiết bị để giảm khối lượng chất thải ủ đánh giá hiệu hoạt động tái sinh - hệ thống lò quy mơ nhỏ sinh nhiệt tương đương với lò song song đươc tạo thử nghiệm với chất thải cổ điển hốn hợp bùn thải Vật liệu phương pháp: 2.1 Hệ thống lò ủ: - Gồm lò song song để đo lường khả tái sinh phân ủ - Mỗi lò bịt kín fluorinated ethylene propylene, kiểm sốt nhiệt lò, lò có lớp cách nhiệt bên ngồi đồng thờ phủ thêm lớp sợi len thủy tinh - Dưới đáy lò có lọc thép cách 5cm, nước rỉ thu hồi lấy mẫu, hệ thống cung cấp khí đáy phân phối thơng q hệ thống ống phân tán (tốc độ dòng khí đo điều chỉnh hàng ngày) Tổn thất độ ẩm nhiệt bù đắp đường ống dẫn khí dẫn qua nước ấm - cảm biến nhiệt đặt phân ủ, sát lò phản ứng phòng nhiệt độ khơng đổi Giá trị nhiệt ghi lại sau 5phút Khí CO O2 đo 20phút 3h Phân tích khí dựa CO2 O2 - Van solenoid tự động điều khiển để bảo đảm phân phối khơng khí lò 2.2 Ủ thử nghiệm: 2.2.1 Ủ hỗn hợp: - Hỗn hợp gồm bùn thải trộn với cành cây, cỏ, thủy lạp , đại diện cho 20, 25, 15,20, 20% tổng khối lượng khô (DM) hỗn hợp ban đầu - Điều kiện: + Cành cắt thành miếng 4cm, + Lá thủy lạp lấy gần mặt đất tương đương với 287 g trọng lượng khô hỗn hợp ban đầu - - - 2.2.2 Quá trình ủ phân compost: Độ ẩm ban đầu 66% trọng lượng ướt nước phun Nhiệt độ : + ngày đầu tiên: nhiệt độ bên 1-2 OC, thấp so với phân để quan sát tự làm nóng => lựa chọn mạng lưới tối thiểu nhiệt mơ qn tính nhiệt phân trộn Nhiệt độ kiểm sốt q trình ủ => kiểm sốt nhiệt => tạo nhiệt giống nhiệt độ đặc trưng phân compost với quy mô đầy đủ + – 11 đảm bảo nhiệt độ bên 60-65, để trì giai đoạn ưa nhiệt + 12 – 41 giảm dần nhiệt độ bên ngồi để đạt CTO, mơ giai đoạn làm mát + 42 – 83 phân trộn chuyển đến tế bào trưởng thành 21 -l đặt phòng tĩnh nhiệt 28 ± º1 C Khơng khí : + ngày đầu: 47 lh-1 kg-1 DM cho hỗn hợp phân compost + – 41 : giảm 29 hoạt động vi sinh vật nhu cầu O2 giảm xuống + Trong trình trưởng thành, tế bàođược mở ngày để làm khơng khí Lấy mẫu: lần, vào cuối giai đoạn ưa nhiệt (13), bắt đầu giai đoạn trưởng thành (41), cuối giai đoạn trưởng thành (83) - - Hỗn hợp làm trống đồng trướcc lấy mẫu (46gDM 43gDM vào ngày 13 41) Sau lấy mẫu phun nước siêu để đảm bảo độ ẩm 55 – 70% trọng lượng ướt Nước rỉ từ trình ủ phân thu thập, dung dịch hòa tan C phân tích cách hấp thụ tia hồng ngoại C-CO2 sản xuất sau đốt 680 °C 2.3 Hiệu suất ủ lặp lại: 2.3.1 Đặc tính sinh hóa chất hữu cơ: Cân hỗn hợp ban đầu trước đưa vào lò phản ứng, hỗn hợp phân trộn cân trước khuấy sau lấy mẫu Mẫu, nguyên liệu, hỗn hợp ban đầu sấy khơ 40OCvà nghiền mịn đến kích thước hạt 1mm trước phân tích + Tổng số chất hữu (TOM) xác định nung 480° C + Tổng carbon hữu (TOC) N xác định sau nghiền đến 200 µm đốt cháy máy phân tích CHN + Các phần hòa tan nước nóng (W100) chiết xuất nước siêu 100° C 30 phút + Một phần hòa tan bổ sung (SOL) chiết xuất với chất tẩy rửa trung tính cho 1h + Các phần HEM, CEL, LIC thu theo tiêu chuẩn Pháp Xpu 44-162 Tất phần thự 1g mãu DM, sử dụng nồi nấu kim loại thủy tinh với độ xốp thơ (40-100 µm) - - 2.3.2 Đánh giá ổn định chất hữu cơ: Khả phân hủy sinh học đánh giá thông qua phép đo hữu khoáng C thời gian ủ => so sánh khả phân hủy sinh học ổn định chất hữu điều kiện tối ưu cho vi sinh vật đất tham chiếu Hỗn hợp ủ lặp lại lần, đặt lọ kín 28± °C, bóng tối, ủ với 25g đất khơ Đất lấy lưu vực sơng Paris Pháp, có kết cấu mùn phù sa (% chất khô) 76 phù sa, đất sét 17 0,9 hữu C Tất mẫu hữu sấy khô 40 OC, nghiền thành 1mm, thêm số chất hữu (tương đương 50mg TOC), N thêm vào đầu ủ để hạn chế phân hủy chất hữu muối khoáng thấp N, sử dụng nước siêu sạch, nước hỗn hợp điều chỉnh tới 240 g kg -1DM trì thời gian ủ cách thêm nước cần thiết - CO2 khoáng bị kẹt 10 ml dung dịch NaOH 0,5 M thay sau 1, 3, 7, 14, 21, 28, 49, 70 91 ngày ủ Lượng CO phân tích dòng đo màu liên tục Tổng số khống hóa C tính dựa tổng hợp C-CO2 ngày lấu mẫu 2.3.3 Đánh giá khả tái ủ: - Khả tái sinh phân compost tính tốn ước lượng, dựa vào độ lệch chuẩn (trung bình ± SD) hệ số biến đổi (CV, trong%) cho ủ sáu lần lặp lại phân compost dựa thông số đặc điểm phân tích hỗn hợp ban đầu, mấu phân trộn sau ngày 13,41,83 - Các thông số ủ; + Nhiệt độ cao + Diễn biến độ ẩm + Thiệt hại vấn đề khô + Tổng hữu C (TOC) tổng vật chất hữu (TOM) - Các đặc tính đánh giá nhiều: chất hữu cơ, hàm lượng N C , đặc tính sinh hóa lượng khóang CO2 q trình ủ đất 91-ngày Kết qủa thảo luận; 3.1 Quá trình ủ: 3.1.1 Hồ sơ nhiệt độ: - Nhiệt độ tăng sau trình ủ đạt 69 ± 4° C vòng 2-4 ngày, tương ứng với tỷ lệ tăng trung bình 12° C ngày - Phần lớn hỗn hợp ban đầu ảnh hưởng đến gia tăng nhiệt độ thông qua cân hàm lượng dinh dưỡng chúng phân hữu dễ phân hủy sinh học - Tuy nhiên thực tế, mức tăng nhiệt độ thấp nhieefu trình ủ lò phản ứng quy mơ lớn - Hệ số thấp biến thể (6%) nhiệt độ tối đa chứng cao tái sinh tự sưởi ấm cho hỗn hợp hữu - Để tránh giảm nhiệt độ: thiết lập nhiệt độ tối ưu, tạo điều kiện ưu nhiệt Đầu tiên để nhiệt độ ưa nhiệt ngày để tiêu diệt mầm bệnh, sau chuyển qua nhiệt độ lạnh thời gian ni chín - Thời gian giai đoạn làm mát từ ngày 12-41 - - - - 3.1.2 Tập trung khí CO2 O2 khí thải: Nồng độ O2 khí giảm hai tuần lần không thay đổi sau đó, cung cấp chứng điều kiện hiếu khí Nồng độ CO2 tăng khí đầu phát thời gian tuần đầu tiên, sau sau lấy mẫu vào ngày 13, phân đồng ẩm Sự thay đổi nồng độ O2 CO2trong khí thải lò phản ứng xác nhận kích hoạt quần thể vi khuẩn nội sinh Không thay đổi thêm CO2 nồng độ O2 phát sau hai tuần ủ phân pha lỗng quan trọng luồng khơng khí giảm giai đoạn làm mát tỷ lệ thơng khí sử dụng nằm tối ưu tỷ lệ khí 120 lh kg DM, phạm vi tối ưu 8,5-16,6 lh kg- DM 3.1.3 Độ ẩm: Độ ẩm có xu hướng giảm kết hợp cấp nhiệt độ cao sục khí giai đoạn ưa nhiệt, kiểm sốt cách áp dụng nước ngày lấy mẫu làm ẩm khơng khí vào Độ ẩm ban đầu (66% trọng lượng ướt) giảm đạt độ ẩm trung bình 41 ± 7% (CV = 11%) trọng lượng ướt - - - - 3.2 Sự phát triển đặc tính phân: 3.2.1 Mất chất hữu thời gian ủ phân: Mất chất hữu xảy 13 ngày khác giai đoạn tổng hợp ủ phân tái tạo Sự mát vật chất khơ trung bình đạt 40 ± 7% tồn q trình tổng hợp biến đổi ủ phân tái tạo giảm đến 17% Tương tự nước thải ủ phân bùn ủ phân chỗ toàn diện 110 ngày: TOM, với mát 46 ± 6% (CV = 12%) TOM ban đầu trình phân huỷ tổng thể Tổng số lỗ carbon hữu 42 ± 6% (CV = 14%) ban đầu mục lục vào cuối ủ tương tự Tỷ lệ C: N giảm trình ủ có hệ số biến đổi 12% Sự giảm C phạm vi leachates chiếm 0,1-1,6% TOC ban đầu coi không đáng kể 3.2.2 Ổn định chất hữu trình ủ: Sự suy giảm vi sinh vật hợp chất hữu dễ phân hủy sinh học trình ủ tạo nên vật chất hữu Tỷ lệ C hữu hỗn hợp ban đầu đạt 52% TOC giảm thường xuyên mẫu phân trộn lấy sau ngày 13, 41 83, có CV khác 17% số sáu mẫu phân Sau 83 ngày tổng hợp: + 56 g C hữu lò phản ứng bị khống hóa (tính từ bảng 1) 17 g + Các phần ngoan cố hữu C không đổi suốt tồn q trình (58 g chất hữu C) đại diện cho 48% TOC hỗn hợp ban đầu 78% TOC phân trộn cuối Sự ổn định chất hữu so sánh kết quan sát lò phản ứng khối lượng lớn nhà mày công nghiệp - 3.2.3 Sự chuyển đổi chất hữu trình ủ: Sự phát triển vật chất hữu tỷ lệ hóa sinh tương tự lò phản ứng với CV khác từ – 19% ngoại trừ phần HEM Sự ổn định chất hữu giải thích tăng lên LIC giảm CEL , HEM W100 W100, SOL, HEM tăng nhanh chóngtrong suốt tuần giữ cố định lúc quan sát với thiết bị ủ lớn CEL chủ yếu quan sát sau ngày 41 suốt giai đoạn trưởng thành Sự suy thoái phần CEL HEM vượt 50% nội dung ban đầu thường thấy, quy mô qt ủ LIC có xu hướng tăng lên cách từ từ ổn định Sự suy giảm lignin xảy suốt trình ủ vi nấm ưa nhiệt quan trọng suy giảm lignin với hoạt động tối ưu khoảng 50oC Tỷ lệ LIC: (CEL+HEM) tăng với ổn định vật liệu hữu suốt q trình Sự suy thối phần HEM CEL oxy hóa phần LIC có lẽ có fed de novo nước hòa tan phần SOL cân đối cách giảm khoáng giải thích ổn định tương đối tỷ lệ sau 13 ngày ủ quan sát Quá trình phát triển sinh học vật chất hữu suốt trình ủ phù hợp Trong nhà máy cơng nghiệp, lượng lại phân compost giai đoạn kết thúc pha ưa nhiệt tách thành vật liệu hữu ổn định từ tỷ lệ suy giảm vật chất lượng, chủ yếu gồm phần CEL LIC Hạn chế: khơng sàng lọc kích thước ban đầu nhỏ số lượng thấp lò phản ứng quy mơ nhỏ; khó để mơ uqas trình ủ cơng nghiệp đánh giá hiệu kiểm sốt k đề cập tài liệu; thiếu thực dụng macrofauna Tổng kết: - Giảm thiểu thể tích khối lượng chất thải hệ thống làm phân compost quy mô nhỏ => xây dựng thử nghiêm lò phản ứng có chức tương tự - Việc thành lập điều kiện ưa nhiệt cách tự sưởi ấm thành cơng tất cáclò phản ứng - Q trình ủ lò phản ứng quy mô nhỏ cho khả tái sinh cao nhiệt độ tối đa, đạt qua tự sưởi ấm, vật chất khô tổn thất vật chất hữu ổn định phân hữu chuyển đổi sinh học Và sử dụng vào việc nghiên cứu vào suy thối chất gây nhiễm ... cứu thực hiện: - Lò quy mô lớn (10 – 300 l ): quan sát giai đoạn sinh nhiệt, nhiệt độ không vượt 60OC phụ thuộc vào nhiệt vi sinh vật Mô chế độ nhiệt động lực học Lò quy mơ nhỏ (10 l ): + Được sử... kim loại thủy tinh với độ xốp thơ (40-100 µm) - - 2.3.2 Đánh giá ổn định chất hữu c : Khả phân hủy sinh học đánh giá thông qua phép đo hữu khống C thời gian ủ => so sánh khả phân hủy sinh học... tính phân: 3.2.1 Mất chất hữu thời gian ủ phân: Mất chất hữu xảy 13 ngày khác giai đoạn tổng hợp ủ phân tái tạo Sự mát vật chất khô trung bình đạt 40 ± 7% tồn q trình tổng hợp biến đổi ủ phân