KTMT1 k11 nhóm 7 xử lý CTR sản xuất phân hữu cơ

Cụ thể, chất thải rắn từ nguồn sinh hoạt có đặc trưng là thành phần hữu cơ, dễ phân hủy, chiếm tỷ lệ cao, dao động từ 65% đến70% tổng lượng rác thải.. Thành phần chất thải rắn thu được m

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

oOo

thải nguy hại

rắn

GVHD: Nguyễn Đức Hải NHÓM THỰC HIỆN: 7

Phan Đình Khải Phạm Văn Tuấn Phạm Văn Lĩnh Lớp CNKT Môi trường 1-K11

MỤC LỤC

Lời mở đầu 1

Phần 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN 2

1.1 Định nghĩa chất thải rắn 2

1.2 Nguồn gốc, thành phần và tính chất chất thải rắn 2

1.2.1 Nguồn gốc 2

1.2.2 Thành phần và tính chất 2

1.3 Hiện trạng phát thải chất thải rắn ở Việt Nam 3

1.4 Các phương pháp xử lý chất thải rắn 4

Phần 2 SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ (COMPOST) TỪ CHẤT THẢI RẮN 5

2.1 Khái niệm 5

2.2 Đặc điểm của phương pháp 5

2.3 Quy trình sản xuất phân hữu cơ (compost) từ chất thải rắn 6

2.4 Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ 8

2.4.1 Phản ứng sinh hóa 8

2.4.2 Phản ứng sinh học 10

2.5 Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm phân hữu cơ 11

2.5.1 Nhiệt độ 11

2.5.2 Tỷ lệ C/N 11

2.5.3 Độ ẩm 12

2.5.4 Vi Sinh vật 12

2.5.5 pH 13

2.5.6 Oxy 13

2.5.7 Kích thức hạt 13

2.5.8 Độ xốp 14

2.6 Chất lượng compost 14

2.7 Tính cấp thiết của compost 14

2.8 Lợi ích và hạn chế của việc sản xuất phân hưu cơ từ CTR 15

2.8.1 Lợi ích 15

2.8.2 Hạn Chế 15

2.9 Một số phương pháp ủ compost trên thế giới 16

2.9.1 Phương pháp ủ theo luống có đảo trộn và thổi khí ( window composting ) 16

2.9.2 Phương pháp ủ dạng đống tĩnh có thổi khí bằng máy cấp khí 17

2.9.3 Phương pháp ủ thùng kín 17

2.10 Vai trò của biện pháp tăng cường sinh học trong việc sản xuất phân hữu cơ vi sinh 18

2.10.1 Định nghĩa 18

2.10.2 Mục đích 18

Phần 3 KẾT LUẬN 19

Tài liệu tham khảo 20

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ quá trình làm phân hữu cơ 6 Hình 2.2 Đồ thị biến thiên nhiệt độ của các pha 10

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần CTR ở các quốc gia có thu nhập thấp, thu nhập trung bình và cao 3 Bảng 1.2 Thành phần chất thải rắn thu được mỗi ngày tại bãi rác Nam Sơn ( Hà Nội).

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CTR : Chất thải rắn

BCL: Bãi chôn lấp

VSV: Vi sinh vật

Cho đến nay, bãi chôn lấp (BCL) vẫn đang là phương pháp chủ yếu để xử lý CTR.Nhưng hiện nay các BCL đang bộc lộ nhiều nhược điểm như là nguồn gây ô nhiễmnghiêm trọng đến ba môi trường đất, nước, không khí, lãng phí nguồn nguyên liệu có khảnăng tái sinh và tái sử dụng Mặt khác khi BCL đầy thì phải tìm một địa điểm khác đểxây dựng BCL mới trong khi giá đất ngày càng tăng và khan hiếm Như vậy trong cácnguồn gây ô nhiễm từ các bãi rác cũ chưa được giải quyết xong thì lại phát sinh cácnguồn ô nhiễm mới Hơn nưa, các BCL cũ không chỉ tiếp tục chiếm diện tích lớn và phải

bỏ hoang hàng chụ năm để cho CTR phân hủy hết mà còn là các điểm ô nhiễm lâu dài íttốn kém trong công tác quan trắc

Bên cạnh đó thị trường tiêu thụ phân bón trong nước có nhiều hứa hẹn, theo BộNông Nghiệp Và Phát Triển Nông Thôn nhu cầu sử dụng phân bón cho nghành nôngnghiệp tại Việt Nam vào khoảng 5,2 triệu tấn hàng năm Các loại phân bón được tiêu thụtrên thị trường Việt Nam nay chủ yếu là phân hóa học Phân hóa học được sản xuất phầnlớn từ dầu hỏa, giá dầu hỏa không ổn định vì vậy ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp.Trong khi đó, nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ từ rác thải sẽ không bị biến động vềmặt giá thị trường giú người dân yên tâm hơn trong việc đầu tư lâu dài vào ngành nôngnghiệp, đặt biệt Việt Nam là nước khoảng 80% dân số tham gia nông nghiệp

Trên thế giới hay cả Việt Nam hiện nay, phân hữu cơ đang được sản xuất với côngnghệ ổn định, sử dụng nhiều phương pháp khác nhau Một trong những điểm khác nhau

là việc áp dụng tăng cường sinh học, tức là chô thêm một số chế phẩm sinh học chứa một

số vi sinh vật chuyên biệt nào đó vào khối ủ nhằm tăng tốc độ và hiệu quả sinh học Hiệuquả thực tiến của biệ pháp tăng cường sinh học trong chế biến phân hữu cơ ra sao là mộtvấn đề cần được làm rõ

Phần 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN

1.1 Định nghĩa chất thải rắn

Chất thải rắn được hiểu là tất cả các chất thải phát sinh do các hoạt động của conngười và động vât tồn tại ở dạng rắn được thải bỏ khi không còn hữu dụng hay khôngmuốn dùng nữa

1.2 Nguồn gốc, thành phần và tính chất chất thải rắn

1.2.1 Nguồn gốc

Các nguồn chủ yếu phát sinh CTR bao gồm :

Rác sinh hoạt từ các hộ dân cư, khách vãng lai, du lịch,… gồm rác thực phẩm,giấy, carton, nhựa, vải, gỗ, thủy tinh, lon, đồ hộp, tro và các chất thải độc hại Chất thảithực phẩm bao gồm các loại thức ăn thừa, rau, quả,… loại chất thải này mang bản chất dễphân hủy sinh học Quá trình phân hủy tạo ra mùi khó chịu, đặc biệt là trong điều kiệnthời tiết nóng ẩm

Rác từ các chợ, khu thương mại, tụ điểm buôn bán, hà hàng, khách sạn,…gồmgiấy, carton, nhựa, gỗ, thủy tinh…

Rác từ các cơ quan, trường học, công sở …gồm giấy, carton, nhựa, vải, thực phẩmthừa…

Rác từ cồng trình xây dựng cải tạo và nâng cấp gồm gỗ vụn, sắt thép, đất, cát…Rác từ các hoạt động khu công cộng, vui chơi giải trí, khu văn hóa gồm giấy, túinhựa, lá cây…

Rác từ các nhà máy xử lý nước thải và đường ống thoát nước của thành phố

1.2.2 Thành phần và tính chất

Thành phần lý học, hóa học của CTR khác nhau tùy thuộc vào từng địa phương,vào điều kiện thời tiết, khí hậu, các điều kiện kinh tế và nhiều yếu tố khác

2

Bảng 1.1 Thành phần CTR ở các quốc gia có thu nhập thấp, thu nhập trung bình và cao

thu nhập thấp

Quốc gia có thu nhập trung bình

Quốc gia có thu nhập cao

Khối lượng chất thải (Kg/ngày) 0,4-0,6 0,5-0,9 0,7-1,8

Khối lượng riêng (Kg/m3) 250-500 170-330 100-170

1.3 Hiện trạng phát thải chất thải rắn ở Việt Nam.

Sức ép đối với môi trường ở nước ta đến từ các hoạt động dân sinh và các hoạtđộng sản xuất như: Trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng và chế biến thủy sản, chế biến nôngsản thực phẩm Các hoạt động sản xuất ở nông thôn phần lớn ở quy mô hộ gia đình, gầnkhu dân cư; hình thức sản xuất nhỏ lẻ, công nghệ lạc hậu, chưa đầu tư cho hoạt động bảo

vệ môi trường (BVMT)

Ðáng chú ý, CTR ở khu vực này có sự khác biệt đáng kể về thành phần và mức độgây ô nhiễm, tùy theo nguồn phát sinh và được phân loại theo ba nhóm chính là CTRsinh hoạt, CTR nông nghiệp và CTR làng nghề Cụ thể, chất thải rắn từ nguồn sinh hoạt

có đặc trưng là thành phần hữu cơ, dễ phân hủy, chiếm tỷ lệ cao, dao động từ 65% đến70% tổng lượng rác thải

Lượng rác thải được cho vào túi nilon và vứt ra ngoài gây khó khăn cho việc xử lý

và lãng phí tài nguyên nên việc phân loại và tận dụng rác hữu cơ làm phân bón là mộtgiải pháp nhằm khắc phục tình trạng trên

Lượng rác thải sinh hoạt của khu vực Hà nội thải ra mỗi ngày chiếm tỷ cao so vớicác tỉnh và thành phố khác Rác thải luôn là một vấn đề nức nối và bài toán khó giải đápđối với Hà Nội Theo các con số thống kê, lượng rác của Hà Nội mỗi ngày chuyển lênKhu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn luôn ở trên mức 4.000 tấn, có thời điểm lên tới6.000 tấn Lượng rác thải tại Hà Nội tập trung đủ loại từ rác thải sinh hoạt, rác thải xâydựng

Điều đáng nói, lượng rác nhiều với cách xử lý thủ công (chôn lấp) đang gây ra tìnhtrạng ô nhiễm môi trường nặng nề, ảnh hưởng đến các khu vực dân cư xung quanh bãirác Tại Khu liên hiệp xử lý chất thải Nam Sơn đã có nhà máy đốt rác Nedo được xâydựng theo công nghệ Nhật Bản, tuy nhiên công suất đốt rác chỉ đạt 75 tấn mỗi ngày/đêm.Điều này đồng nghĩa với việc không thể xử lý hết số lượng rác thải lên đến hàng nghìntấn mỗi ngày

Được biết, quy trình xử lý rác hiện nay vẫn là biện pháp truyền thống bằng chônlấp Trong đó, 95% rác thải được chôn lấp ở các bãi chứa thải Thực tế cho thấy, phươngpháp này đơn giản đỡ tốn kém nhưng hao tốn tài nguyên đất kéo theo hệ lụy ô nhiễm môitrường ở cả không khí lẫn nguồn nước

Bảng 1.2 Thành phần chất thải rắn thu được mỗi ngày tại bãi rác Nam Sơn ( Hà Nội)

Số liệu(%) 53,81 6,53 5,82 0,83 13,57 19,4

Dựa vào số liệu trên, ta có thể thấy được nguồn rác thải hữu cơ chiếm hơn một nửatổng số lượng chất thải rắn sinh hoạt ( 53,81%) việc xả thải chất thải rắn hữu cơ ra môitrường như vậy không chỉ làm môi trường ô nhiễm một cách trầm trọng hơn, chúng tacòn đang lãng phí một tài nguyên sắn có – tài nguyên rác , tạo ra nhiều lợi ích đối với ta

và cả môi trường sống của chúng ta

Vì vậy mà chúng ta cần đưa ra một giải phấp tối ưu hóa để tránh ô nhiễm môitrường, tăng lợi nhuận kinh tế, tận dụng được nguồn rác thải hữu cơ trong sinh hoạt dể táisản xuất

4

1.4 Các phương pháp xử lý chất thải rắn

Hiện nay, với khối lượng CTR ngày càng gia tăng, vấn đề xử lý CTR ngày càngtrở nên cấp bách và cần thiết Mục tiêu của xử lý CTR là làm giảm hoặc loại bỏ các thànhphần không mong muốn trong chất thải như các chất độc hại, không hợp vệ sinh, tậndụng vật liệu và năng lượng có trong chất thải Các biện pháp có thể sử dụng để xử lýCTR đó là:

Phương pháp xử lý cơ học

Phương pháo xử lý hoa học : đốt, nhiệt phân

Phương pháp xử lý sinh học: Biogas, chế biến phân compost

Phương pháp chôn lấp vệ sinh

Khi lựa chọn phương pháp xử lý CTR cần xem xét các yếu tố sau:

Thành phần và tính chất chất thải rắn

Tổng khối lượng chất thải rắn cần được xử lý

Khả năng thu hồi sản phẩm và năng lượng

Yêu cầu bảo vệ môi trường

Điều kiện kinh tế

Phần 2 SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ (COMPOST) TỪ CHẤT THẢI RẮN 2.1 Khái niệm

Ủ sinh học (compost) có thể được coi là quá trình ổn định sinh hóa các chất hữu cơ

để thành các chất mùn, với thao tác và kiểm soát một cách khoa học tạo môi trường tối

ưu cho quá trình

2.2 Đặc điểm của phương pháp

Đối với phương pháp này, chất hữu cơ được phân hủy bởi các VSV trong điều kiện

có O2 tạo thành sản phẩm là CO2, nước, nhiệt độ và compost, sản phẩm compost có thểđược sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp

Quá trình chế biến compost là một quá trình đơn giản với vốn đầu tư vừa phải vàsản phẩm của nó là compost có thể làm phân bón, do đó có thể thu hồi một phần vốn cuaquá trình Bên cạnh đó, nhiệt độ Thermophilic trong compost có thể loại bỏ đươch cácmầm bện nên quá trình compost được đánh giá là ít ảnh hưởng đến môi trường hơn sovới phương pháp phân hủy kỵ khí Hơn nữa quá trình phân hủy chất hữu cơ trong

compost tạo thành nhiệt để làm bay hơi nước trong nguyên liệu, nó cũng là một dạng tạothành năng lượng và sử dụng trược tiếp

2.3 Quy trình sản xuất phân hữu cơ (compost) từ chất thải rắn

Phát sinh khí H2S,

CH4, NH3, CO2

Thời hian 30 ngày ,

kiểm soát độ ẩm nhiệt

độ, cấp khí

Bổ sung N, P, K

Đóng bao Sàng lọc compost

Ủ chín Kiểm soát độ ẩm Kiểm soát nhiệt độ Đảo trộn rác

Đổ rác vào hệ thống ủ

Trộn với các thànhphần bổ sungPhân loại rác

Bước 1: phân loại rác

Chất lượng phân compost phụ thuộc vào chất lượng rác ban đầu Vì thế khâu phânloại rác giữ vai trò quan trọng

Bước 2: Trộn rác với các thành phần bổ sung

Tỷ lệ Carbon và Nitrogen rất quan trọng cho quá trình phân hủy rác Cả C và Nđều là thức ăn cho vi sinh vật phân hủy thành phân hữu cơ Trong đó Carbon quan trọngcho sự tăng trưởng các tế bào, còn Nitrogen là nguồn dưỡng chất

Nguyên liệu ban đầu có tỷ lệ C/N từ 25:1 đến 40:1 để giúp quá trình phân hủynhanh và hiệu quả Độ dao động C/N của rác gia đình khá cao và có thể làm phâncompost

Bước 3: Đổ rác vào hệ thống ủ (ủ theo luống)

Thành phần rác hữu cơ dễ phân hủy sẽ được rải đổ trên bề mặt của luống ủ vớichiều dày từng lớp khoảng 50cm và cung cấp bằng chế phẩm EM lên bề mặt của ráctrong luống ủ Trong vài ngày đầu tiên nhiệt độ sẽ tăng lên đến 60oC, điều này giúp chosản phẩm phân compost không còn mầm bệnh và cỏ dại Quá trình compost sẽ diễn ratrong 30 ngày và sau đó sẽ được đưa qua bể ủ chin 9 ngày nữa Trong suốt quá trình ủcần phải theo dõi nhiệt độ một cách thường xuyên

Bước 4: Đảo trộn rác

Một trong những khâu quan trọng của quá trình compost là phải đảm bảo cung cấpđầy đủ không khí Trọng vài ngày đầu lượng sinh vật hiếu khí tăng trưởng rất nhanh nêncần nhiều oxy Việc thiếu oxy sẽ làm tăng trưởng vi sinh vật kỵ khí và làm xuất hiện mùihôi, đồng thời làm chậm quá trình compost Vì thế phải lưu ý để luôn đảm bảo lượngkhông khí được cung cấp đầy đủ

Bước 5: Kiểm soát nhiệt độ

Hoạt động của vi sinh vật hiệu quả trong khoảng nhiệt độ 65-70oC Vì thế cần duytrì nhiệt độ này trong ít nhất 3 ngày, sau tuần thứ nhất nhiệt độ sẽ giảm và quá trìnhcompost cũng chậm lại Quá trình sẽ chuyển qua giai đoạn thực vật với nhiệt độ từ 45 –

50oC và các vi sinh vật khác sẽ giữ vai trò chuyển hóa cho đến khi rác trở thành compost.Bước 6 : Kiểm soát độ ẩm

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ quá trình làm phân hữu cơ

Phải đảm bảo độ ẩm trong bể từ 40 – 60 %

Bước 7 : Ủ chín

Sau 30 ngày, rác trong các bể sẽ ngã màu như màu đất và nhiệt độ xuống dưới

50oC Điều này cho biết đã đến quá trình chin Cần them 2 tuần để đảm bảo compost chinhoàn toàn

Bước 8 : Sàng lọc compost

Compost chin có kích thước thô, nó phụ thuộc vào vật liệu ban đầu và số lần đảotrộn, trong nhiều trường hợp compost cần được sang, kích thước sang tùy thuộc vào yêucầu của thị trường địa phương thông thường khoảng 10 mm

Bước 9: Chứa và đóng bao

Sau khi đã sang lọc đúng kích thước yêu cầu phân compost, có thể bổ sung them NPK vàkhoáng chất rồi đóng bao bán ra thị trường

2.4 Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ

2.4.1 Phản ứng sinh hóa

Các chất thải hữu cơ thích hợp cho việc ủ phân compost có thành phần thay đổi rấtlớn Các chất thải đô thị và bùn lắng trong rác thải đô thị thường có thành phần khôngđồng nhất Trong khi đó chất thải từ các nhà máy chế biến thì thành phần đồng nhất Quá trình phân huỷ các chất thải hữu cơ diễn ra rất phức tạp theo nhiều giai đoạn và sảnphẩm trung gian

Ví dụ quá trình phân huỷ protein bao gồm các bước :

Protein => peptides => amino axit => hợp chất amonium => nguyên sinh chất của vikhuẩn và N hoặc NH3

Đối với hydratcarbon , quá trình phân huỷ xảy ra theo các bước sau :

Hydratcarbon => đường đơn => axit hữu cơ => CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn

Chính xác là những chuyển hoá hoá sinh xảy ra trong quá trình compost vẫn chưađược nghiên cứu chi tiết Quá trình phân huỷ các chất thải hữu cơ trong ủ compost diễn

ra rất phức tạp, có thể phân biệt dựa vào 4 pha sau đây :

Pha thích nghi ( Latent phase ) : đây là thời gian cần thiết để VSV làm quen và định cưtrong môi trường mới

Pha tăng trưởng ( Growth phase ) : thể hiện sự gia tăng sinh học và làm cho nhiệt độtrong đống ủ tăng lên đến ngưỡng mesophilic

8

Pha ưa nhiệt ( Thermophilic phase ) : đây là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Trong phanày, các chất thải được ổn định và mầm bệnh bị tiêu diệt có hiệu quả nhất

Có thể biểu diễn phản ứng sinh hóa này xảy ra bằng phương trình sau:

CHONS + O2 VSV hiếu khí => CO2 + NH3 + SP khác + năng lượng

CHONS + O2 VSV kỵ khí => CO2 + NH3 + H2S + NH4 + SP khác + năng lượng

Pha trưởng thành ( Maturation phase ) : nhiệt độ giảm xuống mersophilic và sau

đó bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men thứ cấp diễn ra chậm thích hợp cho sựbiến đổi một vài chất phức tạp thành chất keo và sau đó thành chất mùn Quá trình Nitrathoá với amoni là sản phẩm trung gian bị oxy hoá sinh học tạo thành Nitrit ( NO2-, và saucùng là Nitrat ( NO3- ) Phương trình xảy ra như sau :

Kết hợp 2 quá trình trên, quá trình nitrat hóa xảy ra theo phản ứng sau:

Hình 2.2 Đồ thị biến thiên nhiệt độ của các pha

2.4.2 Phản ứng sinh học

Ủ compost là một quá trình sinh học mà các chất hữu cơ có trong CTR sinh hoạtđược biến đổi thành các chất mùn ổn định do các hoạt động của các tổ chức có thể sốngtrong điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải Các tổ chức này gồm các loại VSVnhư vi khuẩn , nấm , động vật nguyên sinh ( protozoa )

Chất thải hữu cơ được phân huỷ bắt đầu từ sinh vật tiêu thụ bậc 1 như vi khuẩn ,nấm Sự ổn định chất thải do các phản ứng của vi khuẩn thực hiện Trong thời gian đầu ,

vi khuẩn thích hợp với điều kiện mesophilic xuất hiện trước , khi nhiệt độ tăng vi khuẩnthermophilic xuất hiện chiếm hầu hết các vị trí trong khối ủ

Thermophilic nấm thường tăng trưởng từ 5 - 10 ngày sau khi ủ Nếu nhiệt độ caohơn 65 - 70°C thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế và chỉ còn các dạng bào tử cóthể phát triển Trong giai đoạn cuối cùng , khi nhiệt độ giảm nhóm vi khuẩnActinomycetes trở nên chiếm ưu thế làm cho bề mặt đống ủ sẽ xuất hiện trắng hoặc nâu

Các loại vi khuẩn thermophilic , hầu hết là các loài Bacillus đóng vai trò quantrọng trong việc phân huỷ protein và hợp chất hydratcarbon Mặc dù chỉ hoạt động bênlớp ngoài của đống ủ và chỉ hoạt động vào giai đoạn cuối nhưng nhóm Actinomycetesđóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ cellulose , lignin và các chất bền vững khác Sau giai đoạn tiêu thụ bậc 1 hay sơ cấp thực thực hiện xong, các chất này sẽ là thức ăn

10

Thời gian