nghiên cứu đánh giá khả năng sản xuất khí biogas từ quá trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học và rác thải hữu cơ

TÓM TẮT KHÓA LUẬN Mục tiêu đề tài để nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi tỷ lệ trộn tải trọng nhiễm q trình đồng kỵ khí bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải đô thị (DS) rác hữu chất thải thực phẩm (FW) Thử nghiệm thực hai mơ hình: thí nghiệm theo mẻ thí nghiệm liên tục: 1) Thí nghiệm theo mơ hình mẻ thực bình phản ứng 3L 16 ngày nhiệt độ môi trường xung quanh Bốn tỷ lệ pha trộn bùn thải sinh học rác thải hữu nghiên cứu bao gồm 100% DS: 0% FW (S100); 75% DS: 25% FW (S75); 50% DS: 50% FW (S50); 25% DS: 75% FW (S25) theo phần trăm VS Kết bình thí nghiệm S50 đạt hiệu suất tốt bốn thí nghiệm ghi nhận tích lũy khí sinh học 32,48 lít lượng khí mêtan đạt sau loại bỏ 358,9 - 400mlCH 4/g VS sau 16 ngày hoạt động nhiệt độ môi trường xung quanh Khí sinh học S25 cao so với S75, S100 sản xuất thấp biogas tất bình thí nghiệm Kết luận q trình đồng kỵ khí nguồn hữu khác làm tăng hiệu suất trình lên men khí mêtan 2) Thí nghiệm theo mơ hình liên tục thực hai tỷ lệ trộn 50% DS:50% FW 100% DS:0% FW thay đổi tải trọng hữu với giá trị: 2kgVS/m3.ngày, 4kgVS/m3.ngày, 6kgVS/m3.ngày Kết cho thấy, thay đổi tải trọng ô nhiễm hiệu hoạt động bể thay đổi Ở tải trọng hữu 4kgVS/m3.ngày cho hiệu sinh khí sinh học xử lý chất dinh dưỡng cao Kết ghi nhận sản lượng sinh khí sinh học phần trăm khí mêtan bình S50 900ml/ngày 66% iii ABSTRACT The aim of this study was to investigate the effect of mixing ratio ofco-anaerobic digestion between dewatered waste sludge from municipal wastewater treatment plant (DS) and organic fraction of food waste (FW) The experiment was carried out in two models: batch experiment and continuous experiment: 1) Experiment with batch model: The experiment was carried out in 3L reactors for 16 days at ambient temperature Four mixing ratios of DW and FW was investigated including 100 % DS : % FW (S100) ; 75% DS : 25 % FW (S75); 50% DS : 50% FW (S50); and 25% DS : 75% FW (S25) in term of VS concentration As a result, the S50 achieved best performance among the four funs indicated in biogas accumulation of 32.48 L biogas and methane yield of 358.9 - 400ml CH4/gVS removal after 16 days operation at ambient temperature Biogas accumulation of S25 was higher than that of S75 S100 produced the lowest of biogas of all runs It is concluded that co-anaerobic digestion of different organic sources could enhance the performance of methane fermentation 2) Experiment with continuous modeling was carried out at two mixing ratios of 50% DS and 50% DS: 0% FW when changing the organic load with values of kgVS/m3.day, kgVS /m3.day, kgVS/m3.day The results show that, when changing the pollutant load, the efficiency of the reactors changes At organic load kgVS/m3.day for the highest efficiency of biogas and nutrient treatment Results were recorded of biogas yield and methane content of S50 at 900 (ml/day) and 66% respectively iv NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày… tháng… năm 2017 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn TS Đinh Thị Nga v NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Ngày… tháng… năm 2017 Giảng viên phản biện vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT KHÓA LUẬN iii ABSTRACT iv NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN v MỤC LỤC vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x DANH MỤC HÌNH xi DANH MỤC BẢNG xiii CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa tính đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU .4 2.1 Tổng quan bùn sinh học 2.1.1 Khái quát bùn thải 2.1.2 Khái quát bùn thải sinh học 2.1.3 Các phương pháp xử lý bùn thải sinh học thông thường 2.1.3.1 Phương pháp chôn lấp 2.1.3.2 Phương pháp thiêu đốt 2.1.3.3 Phương pháp phân hủy hiếu khí 2.1.3.4 Phương pháp xử lý kỵ khí đồng xử lý kỵ khí vii 2.1.3.5 Phương pháp xử lý bùn Wetlands (Đất ngập nước) 2.1.3.6 Phương pháp tái sử dụng bùn thải sinh học làm nguyên liệu cho trình sản xuất khác 11 2.1.4 2.2 Một số công nghệ xử lý bùn thải giới 13 Tổng quan rác thải sinh hoạt 16 2.2.1 Khái niệm 16 2.2.3 Thành phần, tính chất 16 2.2.4 Các phương pháp xử lý rác thải hữu 19 2.3 Quá trình phân hủy kỵ khí thu nhận khí biogas 22 2.3.1 Khái niệm khí biogas 22 2.3.2 Lý thuyết trình phân hủy kỵ khí 22 2.3.3 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến trình xử lý kỵ khí 24 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .27 3.1 Vật liệu nghiên cứu 27 3.2 Nội dung nghiên cứu 28 3.3 Mơ hình nghiên cứu 30 3.3.1 Thí nghiệm theo mơ hình mẻ 31 3.3.2 Thí nghiệm theo mơ hình liên tục 33 3.4 Phương pháp nghiên cứu 34 3.4.1 Phương pháp tổng hợp tài liệu 35 3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 35 3.4.4 Phương pháp phân tích tiêu 35 3.4.5 Phương pháp xử lý số liệu excel 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 4.1 Kết vận hành mơ hình kỵ khí theo mẻ 36 4.1.1 Kết phân tích pH 36 4.1.2 Kết sản xuất khí biogas 36 4.1.3 Kết suất khí mêtan 40 4.1.4 Kết phân tích COD 41 viii 4.1.5 Kết phân tích tổng Nitơ 42 4.1.6 Kết phân tích tổng Photpho 42 4.1.7 Kết phân tích VS 43 4.1.8 Kết phân tích VFAs 45 4.1.9 Đánh giá khả sinh khí biogas lựa chọn tỷ lệ pha trộn tiếp tục cho thí nghiệm liên tục 45 4.2 Kết vận hành mơ hình kỵ khí theo liên tục 46 4.2.1 Kết phân tích pH 46 4.2.2 Kết sản xuất khí biogas 47 4.2.3 Kết sản xuất khí mêtan 50 4.2.4 Kết phân tích COD 51 4.2.5 Kết phân tích tổng Nitơ 52 4.2.6 Kết phân tích tổng Photpho 53 4.2.7 Kết phân tích VS 54 4.2.8 Kết phân tích VFAs 54 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 5.1 KẾT LUẬN 56 5.2 KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 SẢN PHẨM CÔNG BỐ 59 PHỤ LỤC 59 ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT COD : Nhu cầu oxy hóa học TN : Tổng nitơ TP : Tổng photpho VFAs : Axit béo dễ bay VS : Chất rắn dễ bay BOD : Nhu cầu oxy sinh hoá TSS : Tổng rắn lơ lửng OLR : Tải trọng chất hữu TOC : Tổng cacbon hữu SRT : Thời gian lưu chất rắn HRT : Thời gian lưu nước x DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất than hoạt tính từ bùn 12 Hình 2.2 Sơ đồ giai đoạn q trình sinh học kỵ khí 23 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ xử lý bùn thải trạm XLNT Bình Hưng vị trí lấy mẫu bùn thải 27 Hình 3.2 Nội dung thí nghiệm 30 Hình 3.3 Mơ hình thí nghiệm 31 Hình 3.4 Mơ hình thực tế thí nghiệm theo dạng mẻ 32 Hình 3.5 Sơ đồ quy trình thí nghiệm theo mẻ 32 Hình 3.6 Quy trình thí nghiệm theo mơ hình liên tục 34 Hình 4.1 Biểu đồ pH q trình kỵ khí mơ hình thí nghiệm dạng mẻ suốt thời gian hoạt động 36 Hình 4.2 Thể tích biogas tích lũy từ q trình kỵ khí theo mơ hình thí nghiệm dạng mẻ suốt thời gian thí nghiệm 37 Hình 4.3 Biểu đồ phần trăm khí mêtan từ q trình đồng xử lý kỵ khí suốt thời gian thí nghiệm 38 Hình 4.4 Biểu đồ phần trăm khí cacbonat từ q trình đồng xử lý kỵ khí suốt thời gian thí nghiệm 39 Hình 4.5 Biểu đồ phần trăm khí khác từ q trình đồng xử lý kỵ khí suốt thời gian thí nghiệm 39 Hình 4.6 Biểu đồ suất tích lũy khí mêtan từ q trình đồng xử lý kỵ khí suốt thời gian thí nghiệm 40 Hình 4.7 Biểu đồ nồng độ COD từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình dạng mẻ thời gian thí nghiệm 41 Hình 4.8 Biểu đồ nồng độ tổng nitơ từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình dạng mẻ thời gian thí nghiệm 42 Hình 4.9 Biểu đồ nồng độ tổng photpho từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình dạng mẻ thời gian thí nghiệm 43 Hình 4.10 Biểu đồ hàm lượng VS từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình dạng mẻ thời gian thí nghiệm 44 xi Hình 4.11 Biểu đồ nồng độ VFAs từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình dạng mẻ thời gian thí nghiệm 45 Hình 4.12 Biểu đồ kết đo pH ngày từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 46 Hình 4.13 Biểu đồ kết phân tích thể tích Biogas ngày từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 47 Hình 4.14 Biểu đồ kết phân tích %CH từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 47 Hình 4.15 Biểu đồ kết thể tích biogas tích lũy từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt q trình thí nghiệm 49 Hình 4.16 Biểu đồ kết suất khí mêtan từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt q trình thí nghiệm 50 Hình 4.17 Biểu đồ kết phân tích COD từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 51 Hình 4.18 Biểu đồ kết phân tích TN từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 52 Hình 4.19 Biểu đồ kết phân tích TP từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 53 Hình 4.20 Biểu đồ kết phân tích VS từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 54 Hình 4.21 Biểu đồ kết phân tích VFAs từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 55 xii Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 4.1.8 Kết phân tích VFAs 7000 S25 Nồng độ VFAs (mg/l) 6000 S50 S75 S100 5000 4000 3000 2000 1000 10 13 16 Thời gian (ngày) Hình 4.11 Biểu đồ nồng độ VFAs từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình dạng mẻ thời gian thí nghiệm Nồng độ Axit béo dễ bay (VFAs) bốn bình thí nghiệm minh họa cụ thể Hình 4.11 Quan sát thấy nồng độ VFAs giai đoạn bắt đầu thí nghiệm cao bốn bình, kết vi sinh vật phân hủy chất hữu chưa thích nghi bị sốc hoạt động Sau đó, nồng độ VFAs giảm ổn định bốn bình thí nghiệm với mức trung bình 5076 (mg/l) S25, 3204 (mg/l) S50, 2150 (mg/l) S75, 900 (mg/l) S100 4.1.9 Đánh giá khả sinh khí biogas lựa chọn tỷ lệ pha trộn tiếp tục cho thí nghiệm liên tục Q trình kết hợp đồng xử lý kỵ khí bùn thải từ nhà máy nước thải đô thị rác thải hữu nghiên cứu bình thí nghiệm hỗn hợp với tỷ lệ trộn khác Kết cho thấy tỷ lệ bùn thải sinh học rác thải hữu 50%: 50% tạo lượng khí sinh học cao so với tỷ lệ pha trộn khác 100%: 0%; 75%: 25% 25%: 75% Cụ thể bình thí nghiệm tỷ lệ bùn thải sinh học rác thải hữu 25%:75%, 50%:50%, 75%:25% cho lượng khí biogas tích lũy ngày thứ 16 24,72(l), 32,48(l), 14,45(l) Còn bình thí nghiệm chỉ có bùn thải sinh học lượng khí biogas tích lũy khoảng 11,155(l) Từ kết đó, ta chọn tỷ lệ phối trộn có khả sinh khí cao bình S50 S100 dùng để đối chiếu để tiếp tục thí nghiệm tiếp tục để đánh gía khả sinh khí thay đổi tải trọng SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 45 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 4.2 Kết vận hành mơ hình kỵ khí theo liên tục 4.2.1 Kết phân tích pH Tải trọng hữu (kgVS/m3.ngày) 8.4 B50 8.2 B100 7.8 pH 7.6 7.4 7.2 6.8 6.6 6.4 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 Thời gian (ngày) Hình 4.12 Biểu đồ kết đo pH ngày từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm Kết thí nghiệm Hình 4.12 cho thấy pH thí nghiệm dao động khoảng pH = 7,0 – 8,2 pH thấp có ảnh hưởng bất lợi đến hoạt động vi sinh vật kỵ khí pH hai tải lượng (kgVS/m3.ngày) (kgVS/m3.ngày) tăng giảm khơng đồng Ở bình S50 pH nằm khoảng 7-7,5 tương đối ổn định; Ở bình S100 pH nằm khoảng 7,2-7,6 Khi tăng tải lượng lên (kgVS/m3.ngày) pH biến đổi tăng đột ngột sau giảm mức trung bình từ 7,1-8,2 hai bình S50 S100 pH thường có không ổn định, nguyên nhân vi sinh vật kỵ khí chứa kịp thích nghi với tải lượng mới, dần pH có xu hướng ổn định vào ngày sau Biểu đồ Hình 4.12 Hình 4.13 cho thấy mối quan hệ pH lượng khí metan sinh Q trình phân hủy kỵ khí gồm giai đoạn: ngày đầu (30 ngày đầu) diễn trình thủy phân, lên men axit ngày sau xảy giai đoạn axetat sinh metan, lượng khí biogas sau 30 ngày tăng lên Khi pH từ – 7,2 cho lượng khí biogas cao hiệu xử lý chất dinh dưỡng cao SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 46 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 4.2.2 Kết sản xuất khí biogas Thể tích biogas ngày 3000 S50 2500 S100 2000 1500 1000 500 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 Thời gian (ngày) Hình 4.13 Biểu đồ kết phân tích thể tích Biogas ngày từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm 71 70 69 %CH4 68 67 66 65 S50 S100 64 63 62 61 60 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Thời gian (ngày) Hình 4.14 Biểu đồ kết phân tích %CH4 từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm Từ q trình vận hành thí nghiệm liên tục xác định lượng khí biogas sinh %CH4 thành phần khí biogas thu từ bể phản ứng Kết thí nghiệm đo lượng khí biogas sinh thành phần khí ứng với giai đoạn tải lượng hữu tăng từ (kgVS/m3.ngày) lên (kgVS/m3.ngày) thể Hình 4.13 Hình 4.14 SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 47 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu Có thể thấy sản lượng khí biogas thu từ bể phản ứng tăng rõ rệt tăng tải lượng hữu bình S50 S100, đó, %CH4 lại có xu hướng tăng giảm khơng đồng Với tải lượng hữu khởi điểm thấp (kgVS/m3.ngày) thể tích khí biogas sinh từ bể phản ứng bình S50 đạt trung bình từ 390-500 (ml/ngày), bình S100 đạt trung bình từ 320-400 (ml/ngày); khoảng trung bình 66% CH4 bình S50 68% CH4 bình S100 Khi nâng tải lượng hữu lên (kgVS/m3.ngày), bình S50 sản lượng khí thu tăng ngày đầu ổn định mức 900 (ml/ngày), nhiên %CH4 khí thu tăng giảm khơng đồng chiếm trung bình khoảng 66% Trong đó, bình S100 sản lượng khí thu có xu hướng tăng chậm liên tục mức trung bình 622 (ml/ngày) %CH khí thu khoảng 68% Tiếp tục tăng tải lượng hữu đến kgVS/m3.ngày, bình S50 thể tích khí tăng nhanh khơng đồng thời gian đầu, đạt trung bình xấp xỉ 1700 (ml/ngày) %CH4 chiếm 67%; Ở bình S100 thể tích khí thu tăng đồng đặt giá trị trung bình khoảng 1070 (ml/ngày) phần trăm CH4 hỗn khí khoảng từ 67,22 – 69,64% Điều chứng tỏ, tăng tải lượng hữu bể phản ứng từ mức lên (kgVS/m3.ngày) chế độ vận hành liên tục thể tích khí tăng theo tỷ lệ thuận với mức tăng tải lượng hữu Trong đó, phần trăm khí CH tăng tăng tải lượng hữu với mức từ 2-3% Điều giải thích chủng vi sinh lên men metan tỏ nhạy cảm với yếu tố tác động trình nạp liệu đầu vào Hơn nữa, chất thải thực phẩm nguồn thải giàu cacbon thành phần chất rắn cao, yếu tố cản trở trình thủy phân bể phản ứng, giai đoạn định tốc độ phản ứng tồn q trình Vì vậy, để tối ưu trình vận hành hệ, nâng cao tải lượng đầu vào, cần kiểm soát trì tốt hệ vi sinh bể xử lý sơ chất thải nạp liệu đầu vào SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 48 Thể tích Biogas tích lũy (ml) Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 60000 S50 50000 S100 40000 30000 20000 10000 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 Thời gian (ngày) Hình 4.15 Biểu đồ kết thể tích biogas tích lũy từ trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt q trình thí nghiệm Sản lượng khí sinh học tích lũy hai tỷ lệ pha trộn khác thể Hình 4.15 Việc tích lũy khí sinh học biogas theo dõi 53 ngày trải qua ba tải lượng hữu khác Ở tải lượng thấp (2kgVS/m3.ngày), sản lượng khí sinh học thấp ngày sau tăng nhẹ liên tục từ ngày thứ hai đến cuối giai đoạn thí nghiệm Khi tải lượng hữu lên gấp đơi sản lượng khí sinh học tăng tỉ lệ thuận với nhau, đạt giá trị trung bình 16,748 (l) 8,84 (l) bình S50 S100 Ở tải lượng cao (6kgVS/m3.ngày), sản lượng tăng cao bình S50 với 55,6 (l) bình S100 31,22(l) Khi kết thúc q trình phân hủy, tỷ lệ sản xuất khí sinh học q trình thí nghiệm cao giai đoạn đầu thấp giai đoạn sau Hiện tượng giải thích hợp chất dễ phân huỷ sinh học chất bị phân hủy vi sinh vật ngày thí nghiệm Sau đó, chất hữu khó phân hủy bị phân hủy chậm vào ngày sau thí nghiệm SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 49 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu Năng suất mlCH4/gVS 4.2.3 Kết sản xuất khí mêtan 700 600 S50 500 S100 400 300 200 100 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Thời gian (ngày) Hình 4.16 Biểu đồ kết suất khí mêtan từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt q trình thí nghiệm Năng suất tích lũy khí mêtan tính thể tích mêtan lượng chất rắn dễ bay thời gian cụ thể Năng suất khí mêtan hai tỷ lệ pha trộn với ba tải trọng khác hai bình thí nghiệm thể Hình 4.16 Kết cho thấy tải lượng thấp (2kgVS/m3.ngày) suất tích lũy khí mêtan cao 321,1965ml CH4/gVS loại bỏ 156,8166 mlCH4/gVS loại bỏ ngày thứ bảy bình S50 S100 giảm nhẹ giai đoạn sau đạt 302,0312 113,2082 ml CH4/gVS loại bỏ vào cuối giai đoạn hai bình S50 S100 Năng suất tích lũy khí mêtan tải trọng (4kgVS/m3.ngày) bình S50 khơng ổn định, cao giai đoạn đầu cao lên tới 521,1241 ml/gVS, suất thấp đạt 344,4679 ml/gVS cuổi giai đoạn Năng suất biogas S100 giảm ngày đầu sau tăng dần ổn định vào ngày sau, giá trị tối đa giai đoạn 167,1859 ml/gVS Ở tải lượng lớn (6kgVS/m3.ngày) suất khí metan tăng giảm khơng đồng Ở giai đoạn đầu suất khí hai bình giảm đạt mức thấp 285,4628ml/gVS S50, 126,0291ml/gVS S100 Năng suất khí metan cuối giai đoạn tăng mạnh hai bình SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 50 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 4.2.4 Kết phân tích COD Tải lượng hữu (kgVS/m3.ngày) Nồng độ COD (mg/l) 18000 16000 S50 14000 S100 12000 10000 8000 6000 4000 2000 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Thời gian (ngày) Hình 4.17 Biểu đồ kết phân tích COD từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm Kết phân tích cho thấy COD tăng tăng tải lượng hữu thể cụ thể qua Hình 4.17 Ở tải lượng thấy COD tăng giảm không đồng Ở tải lượng hữu thấp (2kgVS/m3.ngày) COD từ ngày thứ đến ngày thứ bảy có xu hướng giảm tăng ngày hai tỷ lệ thí nghiệm S50 S100, với giá trị trung bình 8506 (mg/l) 3386 (mg/l) Có thể ban đầu bổ sung tải lượng vi sinh vật chưa kịp thích nghi, bị sốc tăng tải trọng đột ngột nên lượng COD chuyển hóa thành biogas thấp, vài ngày sau vi sinh vật bắt đầu thích nghi lượng COD bắt đầu giảm chuyển hóa thành khí biogas Ở tải lượng kgVS/m3.ngày hàm lượng COD tăng giảm khơng đồng đều, với mức trung bình bình S50 11166 (mg/l) bình S100 5366 (mg/l) Khi tăng đến tải lượng cao nhât (6 kgVS/m3.ngày) nồng độ COD giai đoạn đầu tăng mạnh giảm dần sau hai bình S50 S100 Trong bình S50 hàm lượng COD đạt giá trị cao vào ngày 43 11120 mg/l sau giảm xuống 13560mg/l cuối thí nghiệm, S100 giá trị COD đạt giá trị cao vào ngày 43 3760 mg/l đến cuối thí nghiệm 5200 mg/l SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 51 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 4.2.5 Kết phân tích tổng Nitơ Nồng độ Nito (mg/l) Tải lượng hữu (kgVS/m3.ngày) 600 500 400 300 200 S50 100 S100 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Thời gian (ngày) Hình 4.18 Biểu đồ kết phân tích TN từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm Từ kết cho thấy hàm lượng tổng nitơ tăng lên ta tăng tải lượng hữu thể Hình 4.18 Ở tải lượng thấp (2kgVS/m3.ngày) nồng độ tổng nitơ tương đối ổn định, mức trung bình khoảng 435,12mg/l 361,41 mg/l bình S50 S100 Ở tải lượng (4kgVS/m3.ngày), lượng nito tăng liên tục giai đoạn đầu ổn định giai đoạn sau với mức trung bình khoảng 454,41 mg/l 435,67 mg/l bình S50 S100 Ở tải lượng cao (6kgVS/m3.ngày): hàm lượng nitơ bình S50 tăng giảm khơng liên tục với giá trị cao 499,52mg/l Bình S100 nồng độ nitơ tăng nhẹ sau ổn định, mức dao động từ 452,4 mg/l đến 524,16 mg/l SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 52 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 4.2.6 Kết phân tích tổng Photpho Nồng độ Photpho (mg/l) Tải lượng hữu (kgVS/m3.ngày) 600 500 400 300 200 S50 100 S100 10 13 16 19 22 25 28 31 Thời gian (ngày) 34 37 40 43 46 49 52 Hình 4.19 Biểu đồ kết phân tích TP từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm Từ kết cho thấy hàm lượng Photpho tăng lên ta tăng tải lượng hữu thể Hình 4.19 Ở tải lượng thấp nồng độ Photpho thấp giai đoạn đầu (290,6 mg/l) sau tăng dần ổn định giai đoạn sau, mức trung bình khoảng 370mg/l Bình S100 có nồng độ photpho ln ổn định, mức trung bình khoảng 300mg/l Ở tải lượng (4kgVS/m3.ngày), lượng photpho có xu hướng giảm giai đoạn đầu tăng giai đoạn sau với mức trung bình khoảng 450 (mg/l) 296 mg/l bình S50 S100 Ở tải lượng cao (6kgVS/m3.ngày): hàm lượng photpho bình S50 khơng tăng mà ln giữ mức ổn định, trung bình vào khoảng 500 (mg/l) Bình S100 nồng độ photpho giảm, sau tăng lại ổn định, mức dao động từ 346 (mg/l) xuống 307 (mg/l) SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 53 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 4.2.7 Kết phân tích VS Tải lượng hữu (kgVS/m3.ngày) 0.45 Hàm lượng VS (g/ml) 0.4 S50 S100 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Thời gian (ngày) Hình 4.20 Biểu đồ kết phân tích VS từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm Phần trăm hàm lượng VS hỗn hợp bùn thải sinh học rác thải hữu hai tỷ lệ pha trộn với ba tải trọng hữu khác minh họa Hình 4.20 Qua quan sát thấy phần trăm hàm lượng VS hỗn hợp tải lượng thấp (2kgVS/m3.ngày) tương đối ổn định hai bình thí nghiệm, dao động khoảng 0,2257– 0,2316 (gVS/ml) S50 0,1756 – 0,1987 (gVS/ml) S100 Khi tăng tải trọng hữu gấp đơi (4kgVS/m3.ngày) hàm lượng VS tăng theo Tăng nhanh giai đoạn đầu ổn định sau hai bình thí nghiệm Với giá trị trung bình hai bình S50 S100 0,3551 (gVS/ml) 0,3422 (gVS/ml) Ở tải lượng hữu cao (6kgVS/m3.ngày) hàm lượng VS mức ổn định giai đoạn đầu giảm nhẹ giai đoạn cuối thí nghiệm Hàm lượng VS cao S50 S100 0,4019 (gVS/ml) 0,3964 (gVS/ml) 4.2.8 Kết phân tích VFAs SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 54 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu Tải lượng hữu (kgVS/m3.ngày) Nồng độ VFAs (mg/l) 1600 S50 1400 S100 1200 1000 800 600 400 200 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Thời gian (ngày) Hình 4.21 Biểu đồ kết phân tích VFAs từ q trình đồng xử lý kỵ khí theo mơ hình xử lý liên tục suốt thời gian thí nghiệm Từ kết nhận thấy nồng độ VFAs tăng giảm không đồng ta tăng tải lượng hữu thể Hình 4.21 Ở tải lượng thấp (2kgVS/m3.ngày) nồng độ VFAs thấp hoạt động sau tăng nhanh ngày thứ tư ổn định mức trung bình 1018 (mg/l) S50 1119 (mg/l) S100 Ở tải lượng (4kgVS/m3.ngày), VFAs có xu hướng tăng giai đoạn đầu giảm giai đoạn gần cuối với mức trung bình khoảng 1287 mg/l 997 mg/l bình S50 S100 Ở tải lượng cao (6kgVS/m3.ngày) nồng độ VFAs có xu hướng giảm nhanh thấp cuối thí nghiệm bình S50 834,77 (mg/l) bình S100 619,6 (mg/l) SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 55 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Kết nghiên cứu cho thấy xử lý bùn thải sinh học nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng Thành phố Hồ Chí Minh rác thải hữu thành phố Hồ Chí Minh phương pháp sinh học đồng xử lý kỵ khí thí nghiệm mơ hình dạng mẻ liên tục đạt hiệu sau: a) Thí nghiệm theo mơ hình mẻ Q trình kết hợp đồng xử lý kỵ khí bùn thải từ nhà máy nước thải đô thị rác thải hữu nghiên cứu bình thí nghiệm hỗn hợp với tỷ lệ trộn khác Kết cho thấy tỷ lệ bùn thải sinh học rác thải hữu 50%: 50% tạo lượng khí sinh học cao so với tỷ lệ pha trộn khác 100%: 0%; 75%: 25% 25%: 75% Cụ thể bình thí nghiệm tỷ lệ bùn thải sinh học rác thải hữu 25%:75%, 50%:50%, 75%:25% cho lượng khí biogas tích lũy ngày thứ 16 24,72(l), 32,48(l), 14,45(l) Còn bình thí nghiệm có bùn thải sinh học S100 lượng khí biogas tích lũy khoảng 11,155(l) Kết cho thấy ảnh hưởng pH đến q trình sinh khí biogas, pH trì khoảng 7,0 - 7,2 Từ giải thích hiệu suất bình phản ứng, tốc độ sản xuất khí mêtan bình thấp giai đoạn đầu tăng trưởng giai đoạn sau Các thông số khác như: COD, TN, TP, VS tỷ lệ trộn tốt (S50) với hiệu suất xử lý chất hữu dinh dưỡng cụ thể: nồng độ COD loại bỏ 6760 (mg/l), nồng độ tổng photpho 130,9 (mg/l), nồng độ tổng nitơ 49,1 (mg/l) hàm lượng VS 51046 (mg/l) b) Thí nghiệm theo mơ hình liên tục Nghiên cứu cho thấy việc thay đổi tải lượng hiệu hoạt động bể thay đổi: - Khí biogas: tải trọng thấp (2kgVS/m3.ngày) cho lượng khí biogas sinh ngày dao động từ 320 – 400 (ml) S100 từ 390 – 520 (ml) S50 Khi tăng tải trọng lên gấp đơi lượng khí biogas sinh ngày tăng tỷ lệ thuận với dao động từ 300 – 800 (ml) S100 860 – 1260 (ml) S50 Khi tăng tải trọng cao (6kgVS/m3.ngày) khí biogas sinh ngày tiếp tục dao động từ 660 – 1400 (ml) S100 1060 – 2500 (ml) S50 Từ cho thấy tải lượng tăng lượng khí biogas sinh tăng theo SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 56 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu - - Kết phân tích cho thấy tải lượng hữu (kgVS/m3.ngày) cho lượng khí biogas sinh suất CH4 ổn định với suất khí mêtan khoảng 500 (mlCH4/gVS) S50 160 (mlCH4/gVS) S100, phần trăm CH4 ổn định 66,98 – 69,25%, lượng khí biogas thu 17320 (ml) Khi pH từ – 7,2 cho lượng khí biogas cao hiệu xử lý chất dinh dưỡng cao Các tiêu khác như: COD, TN, TP VS: + Khi thay đổi tải trọng nồng độ chất dinh dưỡng thay đổi + Hàm lượng chất dinh dưỡng nitơ, photpho, COD tải lượng (kgVS/m3.ngày) ổn định Hàm lượng tổng photpho 500 (mg/l) S50 320 (ml) S100; tổng nitơ vào khoảng 450 (ml) hai bình thí nghiệm; nồng độ COD trung bình S50 S100 11166 (mg/l) 5366 (mg/l); hàm lượng VS trung bình 0,35 (g/ml) hai bình 5.2 KIẾN NGHỊ Để nghiên cứu áp dụng vào thực tiễn, cần tiếp tục có nghiên cứu chuyên sâu khác:  Cần tiếp tục nghiên cứu, lựa chọn thiết bị, công nghệ xác định tiêu kinh tế, đánh giá hiệu kinh tế nhằm đánh giá tính khả thi cơng nghệ xử lý chất thải  Cần có nghiên cứu kiểm chứng quy mô điều kiện áp dụng công nghệ, nghiên cứu nhu cầu cân lượng hệ thống xử lý chất thải  Cần tiếp tục nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu xử lý giải pháp tiền xử lý chất thải, phân loại chất thải nguồn,…  Một số hướng nghiên cứu, chương trình cần tiếp tục triển khai nghiên cứu mơ hình xây dựng khai thác hạ tầng kỹ thuật đô thị, mơ hình phân loại rác nguồn, xây dựng sách khuyến khích sử dụng cơng nghệ tiên tiến để xử lý chất thải đồng thời tạo lượng  Nghiên cứu khả sử dụng bùn thải từ q trình kỵ khí theo mơ hình liên tục làm phân bón cho trồng SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 57 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Trần Thị Kim Hạnh (2013), “Nghiên cứu sử dụng bùn thải sinh học từ nước thải sản xuất bia để nuôi cấy vi khuẩn Bacillus thuringiensis sinh độc tố diệt sâu”, Luận văn Thạc sĩ Công nghệ sinh học, Đại học Thái Nguyên, Trường Đại học Khoa Học [2] PGS.TS Nguyễn Văn Phước, TS Trịnh Bảo Sơn, ThS Trần Minh Hương, CN Nguyễn Thị Thu Hiền , Giáo trình cơng nghệ xử lý bùn [3] TS Phạm Thị Anh, Lý Thị Phương Hồng, Trương Thị Tú Trang, “Nghiên cứu xử lý bùn từ nhà máy xử lý nước thải bình hưng, quận Bình chánh”, Trường Đại Học Văn Lang [4] Nguyễn Văn Phước (2011), Quản lý xử lý chất thải rắn, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [5] Hồng Kim Cơ, Trần Hữu Uyển, Lương Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Dương Đức Hồng (2005), Kỹ thuật môi trường, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [6] Phan Vũ An (2006), Chương trình đại sứ môi trường Bayer Việt Nam 2006 đề tài dự thi rác thải sinh hoạt phần sống TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH [7] Fabien Monnet (2003), "An introduction to anaerobic digestion of organic wastes", Remade Scotland [8] A Grossera, E Neczaj, B.R Singh, R Almås, H Brattebø, M Kacprzak “Anaerobic digestion of sewage sludge with grease trap sludge and municipal solid waste as cosubstrates” TÀI LIỆU THAM KHẢO INTERNET [9] http://technomaps.veoliawatertechnologies.com [10] http://www.cifpen.org/tai-nguyen -moi-truong-va-bien-doi-khi-hau/qua-trinh-visinh-hoa-metan-ch4-va-hien-tuong-gay-thoi-tu-cac-ham-biogas/idt72/nid1101.htm SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 58 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu SẢN PHẨM CÔNG BỐ PHỤ LỤC PHỤ LỤC A – KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THEO MẺ PHỤ LỤC C – KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM LIÊN TỤC SVTH: Văn Tấn Thuận GVHD: TS Đinh Thị Nga 59 ... nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu Bùn thải tận dụng để sản xuất than hoạt tính theo quy trình sau: Bùn phân hủy kỵ khí. .. nghiệp Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải hữu 2.2.4 Các phương pháp xử lý rác thải hữu Hiện có phương pháp xử lý chất thải rắn... nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: Nghiên cứu đánh giá khả sản xuất khí biogas từ q trình đồng xử lý kỵ khí bùn thải sinh học rác thải sinh hoạt hữu - Mục tiêu cụ thể:  Nghiên