Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp ủ sinh học

Xử lý chất thải rắn phương pháp ủ sinh học ThS Văn Hữu Tập Trường Đại học Khoa học - HTN 11/2/2013 Nội dung giảng Giới thiệu chung Cơ sở lý thuyết trình xử lý phơng pháp sinh học Một số loại vi sinh vËt sư dơng ë ViƯt Nam xư lý chÊt thải đô thị Các công nghệ xử lý chất thải phơng pháp ủ sinh học Một số hình ảnh xử lý chất thải phơng pháp ủ sinh học 11/2/2013 Giíi thiƯu chung 11/2/2013 Khái niệm Ủ sinh học coi q trình ổn định sinh hóa chất hữu để thành chất mùn Quá trình ủ thực theo hai phương pháp:  Phương pháp ủ yếm khí  Phương pháp ủ hiếu khí (thổi khí cưỡng bức) Việc ủ chất thải với thành phần chất thải chủ yếu chất hữu phân hủy Cơng nghệ ủ chất thải trình phân giải phức tạp c¸c gluxit, lipit protein hàng loạt vi sinh vật hiếu khí kỵ khí đảm nhiệm Cơng nghệ ủ sinh học ủ đống tĩnh thống khí cưỡng bức, ủ luống có đảo định kỳ vửa thổi khí vừa đảo 11/2/2013 Ưu, nhược điểm phương pháp Ưu điểm:  Giảm diện tích đất chơn lấp chất thải, tăng khả chống ô nhiễm môi trường  Sử dụng lại 50% chất hữu có thành phần chất thải để chế biễn làm phân bón  Phân loại loại rác thải tái sử dụng phục vụ cho công nghiệp  Vận hành đơn giản Nhược điểm:  Mức độ tự động hóa cơng nghệ chưa cao  Việc phân loại phải thực thủ công nên ảnh hưởng đến sức khỏe người công nhân  Chất lượng sản phẩm chưa cao, không đồng 11/2/2013 Cơ sở lý thuyết trình xử lý phơng pháp sinh học 11/2/2013 Quá trình hình thành chất hữu tự nhiên - Cây xanh dùng quang để tổng hợp chất hữu từ khí cacbonic nớc: 6CO2 + 6H2O lợng mặt trời C6H12O6 + 6O2 - Lá có sắc tố đặc biệt diệp lục để phân huỷ CO2 nớc; giữ lại C, O, H để tổng hợp chất hữu - chủ yếu gluxit, - Muốn tổng hợp protein axit béo cần phải bổ sung nguyên tố N dới dạng nitrat amoni; - Bổ sung nguyên tè P dưíi d¹ng phosphat (P2O5) - Bỉ sung K, Fe, S, nguyên tố vi lợng khác 11/2/2013 Lu trình chất hữu sống CO2 + H2O Cht hu c từ trồng Các nguyên tố dinh dỡng Chuyn húa vào thể động vật Chuyển hoá vào thể ngời Rác thải hữu 11/2/2013 Các chất hữu rác thải Thành phần chất hữu chủ yếu rác thải là: hydratcarbon, protein, lipit Hydratcarbon bao gồm: * Xenluloza chiÕm tû träng lín nhÊt (kho¶ng 50%) - N»m giấy, gỗ, thân cây, rau, rơm, rạ, vải - Cấu trúc sợi, khoảng 10-12 nghìn gốc gluco pyranoza, - Các sợi liên kết với thành bó nhỏ gọi microfibrin dạng đặc dạng rỗng, - Xenluloza có cấu trúc bền vững, không tan nớc, không bị tiêu hoá đờng tiêu hoá ngời động vật, nhng bị phân huỷ vi sinh vật 11/2/2013 Các chất hữu rác thải Thành phần chất hữu chủ yếu rác thải lµ: hydratcarbon, protein, lipit Hydratcarbon bao gåm: * Lignin hợp chất cao phân tử đợc cấu thành từ ba loại rợu chủ yếu là: trans-p-cumarylic (~80%), trans conferylic (6%) trans-xynapylic (14%) - Lignin bền vững với tác dụng enzym - Lignin không bị phân huỷ vi vi khuẩn yếm khí - Bị phân huỷ vi sinh vật hiếu khí tạo thành chất mùn, - Nhiều khả biến đổi thành phenol, - Bị phân giải kiềm (natri bisunfit) axit sunfua 11/2/2013 10 Sự phân huỷ chất vi sinh vật tù nhiªn Vi sinh vËt có mặt khắp nơi tự nhiên: đất, nớc không khí Chúng có kích thớc nhỏ (tính m), gặp điều kiện thuận lợi chúng phát triĨn rÊt nhanh C¸c nhãm chÝnh cđa vi sinh vËt gồm: - Nguyên sinh vật (protozoa): có cấu trúc nhân đơn bào, có nhiều tự nhiên, - Tảo (Algae) đợc gọi thực vật có tế bào clorophil, sống dới nớc 11/2/2013 14 Sự phân huỷ chất cỏc vi sinh vt tự nhiên (tiếp theo) - Nấm (fungi): có cấu trúc nhân đơn bào đa bào, có kích thớc nhỏ, nhng có số kích thớc lớn nh nấm ăn - Vi khuẩn (bacteria): có nhiều hình dạng khác nhau: hình cầu, hình que hình soắn; có kích thớc tế bào từ 0,5 - m Chúng thờng gây bệng cho ngời nh uốn ván, tả, lao, viêm họng … Nhng chóng còng cã vai trß quan träng thiên nhiên, công nghiệp đặc biệt lĩnh vực công nghệ môi trờng - Xạ khuẩn (actinomycetes) có cấu trúc hình sợi Chúng phân huỷ nhanh xác động vật thực vật, nhiều loài tổng hợp đợc kháng sinh Là loại gây bệnh cho ngời - Virus tế bào, kích thớc nhỏ, cấu trúc đơn giản nhiều so với vi khuẩn Virus nguyên nhân gây nhiều bệnh ngời động vật 11/2/2013 15 Sự phân huỷ chất vi sinh vật tù nhiªn (tiÕp theo) Quá trình ủ sinh học trình oxy hóa hóa – sinh chất hữu loại vi sinh vật khác Những vi sinh vật phát triển theo cấp số nhân, chậm sau nhanh Thành phần vi sinh vật có đống ủ bao gồm:  Các chủng giống vi sinh vật phân hủy xenluloza  Vi sinh vật phân giải protein  Vi sinh vật phân giải tinh bột  Ví sinh vật phân giải phosphat 11/2/2013 16 Sự hoạt động vi sinh vật đống ủ Các q trình sinh hóa diễn đống ủ chủ yếu hoạt động vi sinh vật sử dụng hợp chất hữu nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống chúng Rác hữu đống ủ phân hủy theo nhiều giai đoạn chuyển hóa sinh học khác  Q trình phân hủy hiếu khí: chất hữu bị oxi hóa sinh hóa thành dạng đơn giản protein, tinh bột, chất béo lượng định xenluloza  Q trình chuyển hóa yếm khí kỵ khí: Các chất hữu đơn giản chuyển hóa tiếp thành axit béo dễ bay hơi, rượu, CO2 N2 khí metan Các vi sinh vật chia thành nhóm sau:  Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh nhiệt độ từ – 20oC  Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh nhiệt độ từ 20 – 40oC  Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh nhiệt độ từ 40 – 70oC 11/2/2013 17 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ ủ chất lượng sản phẩm Các yếu tố ảnh hwởng đến tiến độ phát triĨn cđa vi sinh vËt: Tû lƯ c¸c dưìng chÊt chất thải hữu Nhit m nh hưởng pH Độ thống khí phân phối O2 11/2/2013 18 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ ủ chất lượng sản phẩm (tiÕp theo) ¶nh hưëng tỷ lệ dỡng chất chất thải hữu - Các vi sinh vật cần thành phần C, N, P để tự nuôi dỡng phát triển - Các vi sinh vật kỵ khí nhu cầu chất dinh dỡng so với vi sinh vật hiếu khí - Cần tránh tăng đột ngột lợng chất thải (20 % lợng chất thải ngày) gây phá vỡ cân trình phân huỷ - Các vi sinh vật tiêu thụ carbon khoảng 20-30 lần so với nitơ khoảng 100 lần so víi photpho Tû sè tèi u lµ C/N/P=100/4-5/1 NÕu tû lệ C/N cao tức lợng N rác thải thấp, trình phân huỷ protein chậm, cần bổ sung vật liệu hữu giàu Nitơ nh cây, rỉ đờng, bùn cặn - - Một số chất dinh dỡng vi lợng khác nh K, S, Mn, Fe … còng cho sù ph¸t triĨn cđa vi sinh vËt 11/2/2013 19 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ ủ chất lượng sản phẩm (tiÕp theo) ảnh hởng nhiệt độ: - Tốc độ phân huỷ chất hữu đống ủ tăng kéo theo nhiệt độ tăng, - Thờng thờng nhiệt độ đống ủ tăng 10oC tốc độ phân huỷ tăng gấp lần - Mục đích ủ chất thải đạt đợc nhiệt độ 60oC thời gian h đến ngày - Nhiệt độ cao nên trì 70oC nhiệt độ nhiều vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt, trình phân huỷ đạt cao bắt đầu giảm dần - Không nên để nhiệt độ cao rác thải bị khô làm loại vi khuẩn bị tiêu diệt - Kích thớc đống ủ nên trì có ®é cao tõ 2,5-3 m, ®ưêng kÝnh kho¶ng 3-5 m 11/2/2013 20 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ ủ chất lượng sản phẩm (tiÕp theo) ¶nh hưëng độ ẩm: - Nớc cần cho sống vi sinh vật, phải trì độ Èm cho sù ph¸t triĨn cđa vi sinh vËt - Độ ẩm mức 50-60% tối u cho trình ủ đ phân huỷ chất hữu - Độ ẩm dới 40% tốc độ phân huỷ chậm lại - Độ ẩm khoảng 80% lớn gây khó khăn cho việc thổi khí, gây trở lực cao, - Rác đem ủ hiếu khí nên đợc nghiền có kích thớc rừ 2-5 cm để thông gió đợc tốt, cho vào đống ủ vật liệu xốp tạo cấu trúc chứa mao quản cho th«ng giã 11/2/2013 21 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ ủ chất lượng sản phẩm (tiÕp theo) ảnh hởng độ pH: - pH môi trờng nuối cấy quan trọng loài sinh vật thờng thích nghi với khoảng pH riêng biệt; - Phần lớn vi sinh vật phát triển bình thờng pH=6-8 - Nhng giai đoạn phân huỷ tạo axit vi sinh vật (chủ yếu nm mốc) phát triển pH=4-5 - Đặc biệt có loại vi khn Thiobacillus ferrookydans ph¸t triĨn ë pH=1-2 - Khi nhiƯt độ tăng, độ pH môi trờng ủ rác thải tăng đến giá trị kiềm nhẹ (pH=7,5-8,5) 11/2/2013 22 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ ủ cht lng sn phm (tiếp theo) ảnh hởng oxy chế độ cấp khí: - Cũng nh thể sống khác, vi sinh vật cần oxy để sinh trởng phát triển - Các vi sinh vật ban đầu phân huỷ chất hữu bề mặt hạt sử dụng oxy khoảng không hạt, hàm lợng oxy giảm dần - Theo thời gian VSV phân huỷ lớp hạt (trong mao quản) sử dung oxy mao dẫn - Hàm lợng oxy mao dẫn 5% thể tÝch/thĨ tÝch mao qu¶n - Ph¶i cung cÊp oxy b»ng cách thông gió tự nhiên cỡng - Đối với thông gió tự nhiên: đống ủ phải nhỏ kích thớc hạt phải lớn phải đảo liên tục, ngày đầu phải đảo hàng ngày, sau dần - Đối với thông gió cỡng phải cung cấp oxy khoảng 0,1 m3/phút/tấn rác thải khô - Theo dõi thay đổi nhiệt độ, nhiệt độ cao nhu cầu oxy lớn nhiệt độ 45-65 oC lợng không khí cần cấp khoảng 0,12-0,15 m3/phút/tấn rác thải khô 11/2/2013 23 Bng Cỏc yu t mụi trường ảnh hưởng đến vi sinh vật Yếu tố môi trường Nhiệt độ, oC §é Èm Nồng độ muối, %NaCl pH Nồng độ oxi, % thÓ tÝch Áp suất, kPa Ánh sáng 11/2/2013 Khoảng xác định 15 – 70 20 – 60 1,3 - 1,0 – 10 – 20 – 115 Bóng tối, ánh sáng mạnh 24 Mét sè lo¹i vi sinh vËt sư dơng ë Việt Nam xử lý chất thải rắn hữu 11/2/2013 25 Công suất quạt cấp khí Nq Q p 3600.102. q td đó: Q lu lợng không khí cần cấp, m3/h, (lấy hệ số d 1,1-1,3 lần tính theo lợng rác xử lý), p - ¸p st qu¹t, kg/m2; q - hiƯu st cđa qu¹t, quạt ly tâm q = 0,8-0,95 td - hệ số truyền động từ động quạt đến trục quạt, td = 0,9-0,98 Công suất động quạt: Ndc = k.Nq ®ã: k - hƯ sè dù trữ Đối với quạt li tâm k =1,1-1,2 11/2/2013 26 Một số hình ảnh sản xuất phân composting 11/2/2013 27 Tài liệu tham khảo Nguyễn Xuân Nguyên Công nghệ xử lý rác thải chất thải rắn NXB Khoa häc vµ kü thuËt Hµ Néi, 2004 Hoµng Kim Cơ, Trần Hữu UyểnKỹ thuật môi trờng NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 Trần Hiếu Nhuệ, ứng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái Quản lý chất thải rắn T1 Chất thải rắn đô thị NXB Xây dựng 2001 Lớp học Quản lý xử lý chất thải rắn NCST, Việt Nam CNRS, Pháp , 2002 Technology of municipal solid waste treament EXPERIENCES AND CHALLENGES NXB KHKT 2003 11/2/2013 28