Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích của luận án nghiên cứu công nghệ xử lý phối trộn phân bùn bể tự hoại và chất thải rắn hữu cơ dễ phân hủy, tạo sản phẩm phân vi sinh phục vụ sản xuất cây trồng; xác định các thông số công nghệ hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và làm cơ sở phục vụ cho việc thiết kế, vận hành các công trình trong dây chuyền xử lý phối trộn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC XÂY DỰNG - NGUYỄN THU HUYỀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI CHO CÁC ĐƠ THỊ VIỆT NAM – NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH CHO THÀNH PHỐ HÀ NỘI MÃ SỐ: 62.58.70.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ng−êi h−íng dÉn khoa häc PGS TS Nguyễn Thị Kim Thái PGS TS ứng qc dịng HÀ NỘI – NĂM 2010 Cơng trình hoàn thành Trường Đại học Xây dựng Người hướng dn khoa hc: PGS TS Nguyễn Thị Kim Thái PGS TS øng quèc dòng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ Hội đồng cấp nhà nước luận án Tiến sĩ họp trường Đại học Xây dựng Vào hồi … ngày … tháng … năm 2010 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trường Đại học Xây dựng MỞ ĐẦU Sự cấp thiết luận án Tại Việt Nam, với phát triển kinh tế q trình thị dân số đô thị ngày gia tăng Sự gia tăng nhanh chóng dân cư thị sở hạ tầng đô thị chưa phát triển theo kịp nên đô thị phải đối mặt với khó khăn nhà ở, giao thơng, úng ngập, nhiễm mơi trường Trong vấn đề vệ sinh môi trường liên quan tới việc khơng kiểm sốt phân bùn bể tự hoại thách thức quyền người dân đô thị Với lý trên, Luận án tiến sỹ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ PHÂN BÙN BỂ PHỐT CHO CÁC ĐƠ THỊ VIỆT NAM mang tính cấp thiết nhằm góp phần nghiên cứu làm rõ sở khoa học phục vụ công tác quản lý phân bùn bể tự hoại thị Việt Nam Nội dung luận án: - Nghiên cứu công nghệ xử lý phối trộn phân bùn bể tự hoại chất thải rắn hữu dễ phân hủy, tạo sản phẩm phân vi sinh phục vụ sản xuất trồng - Xác định thông số công nghệ hợp lý nhằm nâng cao hiệu xử lý làm sở phục vụ cho việc thiết kế, vận hành cơng trình dây chuyền xử lý phối trộn Những đóng góp luận án - Đưa giải pháp xử lý phân bùn bể tư hoại phù hợp với điều kiện thị Việt Nam nói chung cho thành phố Hà Nội nói riêng - Xác định thơng số q trình xử lý phối trộn phân bùn chất thải rắn hữu cơ: tỷ lệ phối trộn, chế độ cấp khí, số tốc độ phân hủy - Ứng dụng kết nghiên cứu để nâng cao hiệu xử lý cho nhà máy Phân hữu Cầu Diễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Đề xuất xử lý phối trộn phân bùn bể tự hoại với chất thải rắn hữu nhà máy chế biến phân hữu nghiên cứu thực Việt Nam Xử lý phối trộn phân bùn bể tự hoại lý sau đây: + Tận dụng thu hồi chất dinh dưỡng có phân bùn nhằm phục vụ cho nông nghiệp; + Kết hợp giải xử lý phân bùn sở xử lý chất thải rắn phương thức xử lý triệt để loại chất thải rắn phát sinh từ hoạt động thị; + Kết nghiên cứu có khả ứng dụng nhà máy xử lý chất thải rắn hữu có; - Cải tiến quy trình vận hành cơng nghệ xử lý chất thải rắn hữu góp phần làm giảm đáng kể lượng, nước tiêu hao nhà máy Đồng thời hạn chế việc phát sinh khí NH3 gây thất thoát dinh dưỡng sản phẩm phân vi sinh Bố cục luận án Ngoài phần mở đầu kết luận – kiến nghị, luận án cấu trúc thành ba chương chính: Chương 1: Tổng quan chung quản lý phân bùn bể tự hoại Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình phân hủy vi sinh chất thải rắn hữu điều kiện hiếu khí Chương Nghiên cứu xử lý phối trộn phân bùn với chất thải hữu điều kiện Việt Nam Kết luận, kiến nghị Chương 1: TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Quá trình Hình thành tính chât phân bùn bể tự hoại “Phân bùn” hay chất thải bùn định nghĩa hỗn hợp bùn, phân chất lỏng Hình thành từ cơng trình vệ sinh chỗ, bao gồm bể tự hoại ( gọi bể tự hoại, hầm cầu) Phân bùn coi dạng bùn cặn Các sản phầm tiết người chứa lượng lớn chất hữu Trong phân bùn bể tự hoại sản phẩm trình lên men cặn rắn từ trình tiết này, thành phần phân bùn chứa lượng lớn chất hữu loại vi sinh vật Lượng phân bùn Hình thành bể tự hoại phụ thuộc vào lượng người sử dụng nhà vệ sinh Thành phần hữu bể tự hoại thay đổi tùy theo thời gian lưu giữ bể Thời gian lưu giữ bể lâu chất hữu bể giảm 1.2 Quản lý phân bùn bể tự hoại đô thị giới Tại đô thị nước phát triển nhà vệ sinh phần lớn nối trực tiếp với hệ thống nước sau đưa vào trạm xử lý nước thải Trong nước phát triển, hệ thống vệ sinh chỗ hình thức thu nhận phân Việc thu gom vận chuyển phân bùn thành phố thuộc nước phát triển phải đối mặt với nhiều khó khăn chồng chất phương tiện thu gom thiếu lạc hậu, phương tiện khó tiếp cận với nhà vệ sinh, tắc nghẽn giao thông Phân bùn sau thu gom thường đổ bỏ sử dụng trực tiếp nông nghiệp mà không qua xử lý Tại nhiều đô thị, bãi đổ lộ thiên đặt gần khu dân cư có thu nhập thấp, điều gây rủi ro sức khỏe người dân đặc biệt trẻ em Tại số quốc gia phát triển có Việt Nam, phân bùn bể tự hoại thường sử dụng trực tiếp nơng nghiệp mà khơng qua xử lý ( ví dụ nuôi trồng thuỷ sản, trồng nông nghiệp, ) làm phân gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước ô nhiễm đất Thông qua việc sử dụng trực tiếp phân bùn vào nông nghiệp, vi khuẩn gây bệnh đường ruột, tiêu chảy, loại giun đũa phát tán vào cộng đồng xử lý (tận dụng chất dinh dưỡng phân bùn) Việc xử lý nhằm tạo hàng rào ngăn cách mầm bệnh người Phương pháp xử lý phân bùn cách kết hợp hay tách riêng với xử lý nước thải thực số quốc gia Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Achentina, Ghana, Nam Phi Tại nước phát triển, khu vực đô thị, toàn chất thải bỏ từ hệ thống vệ sinh theo hệ thống cống tập trung nhà máy xử lý nước thải lớn Tuy nhiên việc xây dựng vận hành hệ thống tốn yêu cầu trình độ quản lý cao Để khắc phục cản trở trên, phương pháp xử lý phân bùn chi phí thấp nghiên cứu Cơng nghệ xử lý phân bùn kết hợp hai hay nhiều phương pháp xử lý khác phụ thuộc vào điều kiện mục tiêu xử lý vùng 1.3 Quản lý phân bùn bể tự hoại Việt Nam Tại đô thị Việt nam, hầu hết (85%-90%) dân số sử dụng phương tiện vệ sinh- xử lý nước thải chỗ nhà vệ sinh với xí tự hoại, bể tự hoại xử lý sơ phần nước thu gom từ xí sau phần nước lẫn bùn với nước thải sinh hoạt từ hộ gia đình xả trực tiếp mạng lưới cống nước chung sau chảy vào nguồn tiếp nhận, kênh mương ao hồ tự nhiên Bể tự hoại thường xây dựng với hai ba ngăn chưa có quy định kích thước định bể hộ gia đình tự xây dựng Phần lớn bể tự hoại hộ gia đình thường xây bệ xí, nằm nhà Bể thường xây gạch có nắp bê tơng Tại thị lớn Hà Nội, thành phố Hồ chí Minh, Đà nẵng ngồi cơng ty Mơi trường đơn vị cơng ích giao nhiệm vụ thu gom phân bùn bể tự hoại cịn có cơng ty tư nhân tham gia hoạt động Các xe hút tư nhân có mặt thị trường phần lớn có tải trọng từ đến tấn, số xe nhỏ Khả hút bùn điển hình dao động từ 0,8 đến 3,2 m3, với mức trung bình m3 Trừ số thị lớn có dự án quốc tế đầu tư Hải Phòng, Đà Nẵng, Nam Định triển khai xây dựng, vận hành khu xử lý chất thải rắn có khu vực xử lý phân bùn, đại đa số đô thị cịn lại khơng có sở hạ tầng để thực công tác xử lý Hiện phân bùn sau thu gom không xử lý mà đổ thải bừa bãi vào khu đất trũng, ao cá, ruộng lúa mà không qua xử lý Điều gây nên hậu chất gây ô nhiễm từ phân bùn lan truyền thâm nhập vào nguồn nước mặt, nước ngầm thực phẩm mà người sử dụng, gây nguy hiểm cho sức khỏe cộng đồng 1.4 Kết luận chương I Hiện Việt Nam việc quản lý phân bùn bể phốt chưa trọng Hầu chưa có thị có biện pháp quản lý xử lý phù hợp Tại Hà Nội, vấn đề môi trường ý quản lý phân bùn bể tự hoại Hiện Hà Nội có số đơn vị thu gom phân bùn bể tự hoại, nhiên chưa có sở thu gom xử lý nên lượng phân bùn sau thu gom bị đổ thẳng môi trường, trồng nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, lượng nhỏ đưa xử lý nhà máy vi sinh Cầu Diễn Tuy nhiên, hệ thống xử lý bước xử lý sơ bộ, chất lượng vệ sinh sản phẩm sau xử lý chưa đảm bảo Do vậy, cần phải có hệ thống thu gom công nghệ xử lý phù hợp với điều kiện Hà Nội 2- Với đặc điểm nước nông nghiệp, việc tái sử dụng phân bùn bể tự hoại phổ biến Việt Nam, phần lớn phân bùn không sử dụng cách, khơng đảm bảo an tồn vệ sinh mơi trường Trên giới có nhiều phuơng pháp xử lý phân bùn bể phốt, phương pháp để ứng dụng vào Việt Nam phải đảm bảo tiêu chí kinh tế, vệ sinh, khả tái sử dụng F Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ TRONG ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ Khi xử lý phối trộn bùn tự hoại với chất thải rắn hữu cơ, hỗn hợp tạo thành dạng rắn Do sở lý thuyết trình phân hủy sinh học hiếu khí hỗn hợp coi tương tự trình xẩy với chất thải rắn hữu 2.1 Nguyên liệu yêu cầu sản phẩm trình ủ phối trộn chất thải rắn hữu với phân bùn bể tự hoại 2.1.1 Nguyên liệu trình ủ Chất thải rắn hữu Chất thải rắn hữu có nguồn gốc chủ yếu từ hoạt động sinh hoạt Nguồn tạo thành chủ yếu từ khu dân cư, quan, trường học, trung tâm dịch vụ, thương mại Chất thải rắn sinh hoạt có thành phần bao gồm kim loại, sành sứ thủy tinh, gạch ngói vỡ, đất đá, cao su, chất dẻo, thực phẩm dư thừa hạn sử dụng, xương động vật, tre gỗ, lông gà vịt, giấy, rơm rạ, xác động vật, vỏ rau Phân bùn bể tự hoại Là sản phẩm trình phân hủy sơ sản phẩm tiết người nên phân bùn có chứa nhiều thành phần hữu loại vi sinh vật gây bệnh (xem thêm chương 1) 2.1.2 Yêu cầu chất lượng phân vi sinh Chất lượng phân vi sinh đánh giá dựa nhân tố sau: - Mức độ lẫn tạo chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hóa học, thuốc trừ sâu…) - Nồng độ chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinh dưỡng trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Bo.) - Mật độ vi sinh vật gây bệnh (thấp mức không ảnh hưởng có hại tới trồng) - Độ ổn định (độ chín, hoai) hàm lượng chất hữu (độ ổn định liên quan tới nhiệt độ, độ ẩm nồng độ oxygen trình chế biến phân vi sinh; độ ổn định thường tỷ lệ nghịch với hàm lượng chất hữu cơ, thời gian ủ phân vi sinh kéo dài, độ ổn định phân vi sinh tăng đôi với hàm lượng chất hữu phân vi sinh giảm) 2.2 Khái niệm q trình chuyển hóa sinh học hiếu khí Q trình phân hủy hiếu khí q trình chuyển hóa sinh hóa hợp chất hữu điều kiện có oxy với tham gia vi sinh vật hiếu khí Sản phẩm q trình khí CO2, nước sản phẩm trung gian khác Trong trình phân hủy chất thải rắn hữu cơ, hợp chất hữu phức tạp phân hủy thành chất đơn giản Các hợp chất nitơ bon phân hủy thành CO2, NH4, axits hữu nitơ phân tử Q trình biểu diễn sau: + Đối với hợp chất Nitơ: Protein → Peptides → Aminoaxit→ Các hợp chất amon → + Đối với hợp chất Cácbon: Hydratcacbon → phân tử đường → axit hữu cơ→ CO2 nước Nitơ phân tử 5 Sau hợp chất hữu phân giải, chất trung gian tiếp tục vi sinh vật tiêu thụ chuyển hoá thành CO2,, NO2 Sự ổn định chất thải hoàn thiện thông qua phản ứng trao đổi chất vi sinh vật hình thành trình Song song với q trình chuyển hố chất hữu cơ, q trình phân hủy hiếu khí chất thải rắn hữu xảy q trình khống hố (Sắt, canxi, phốt pho…) cuối tạo mùn 2.3 Cơ chế q trình phân hủy hiếu khí chất thải rắn hữu [1], [20] Quá trình phân giải hợp chất hữu có chất thải hữu ta tiến hành ủ chất thải xảy mạnh ngày thứ hai trình ủ Đây trình xảy phức tạp thời gian xảy hàng loạt trình phân giải khác nhau, đan chéo Tất trình thực enzym vi sinh vật có khối ủ Protein Polvsaccharid Chất đa phân tử Phân hoá ( enzym) Chất Oligomer ( Nhỏ phân tử) Peptid Đường đường Phân hoá ( enzym) Chất đơn giản ( phân tử) Acid amin Đường đường Vi sinh vật hấp thụ Cơ chế trình phân giải hợp chất hữu 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình phân hủy hiếu khí chất thải rắn hữu [21], Nhiệt độ thời gian Độ ẩm Ảnh hưởng pH Độ thống khí phân phối Oxy Đặc trưng hóa học vật liệu ủ: C/N, P, K Kích thước vật liệu ủ Thành phần sinh vật đống ủ 2.5 Động học q trình phân hủy hiếu khí chất thải rắn hữu Trong trình xử lý chất thải rắn hữu cơ, hệ không đồng hệ thống chủ yếu trình phân hủy chất thải rắn hữu bao gồm nhiều q trình nối Ngồi q trình chuyển hóa chất hữu tác động vi sinh vật, cịn có q trình - Chuyển oxy (trong khơng khí) vào khoảng trống phần tử - Vận chuyển oxy từ pha khí sang pha lỏng vận chuyển qua ranh giới pha - Vận chuyển oxy qua lớp bên chất - Vận chuyển oxy vào tế bào sinh vật, nấm, … 2.6 Cân vật chất trình ủ hiếu khí: Theo Định luật bảo tồn khối lượng, cân khối lượng q trình mơ tả theo phương trình sau: SAi = SBj Trong đó: S khối lượng Ai sản phẩm trung gian sử dụng trình Bj sản phẩm chất thải bỏ tạo trình Nếu xét tới cân mặt lượng ta có phương trình sau: SAi + SCk = SBj + SDl Trong đó: Ck lượng sản phẩm trung gian lượng tiêu thụ trình Dl lượng sản phẩm lượng tạo thành q trình Khi phân tích hệ thống cần phải xác định liên kết chất với trình Mỗi chất có q trình tạo thành xác định - Để xem xét biến đổi thành phần khối lượng hệ thống, người ta thể đánh giá thông qua số liệu tài liệu (các thông tin sẵn có), xác định phép đo, thông qua kết hợp tất phương pháp Khơng khí khơ Hơi nước Ranh giới nhiệt động Chất Các chất bổ sung QUÁ TRÌNH COMPOST Dung dịch nước Khơng khí khơ vào Sản phẩm compost Các yếu tố trình ủ vi sinh hiếu khí Để cân biến đổi lượng yếu tố trình ủ, ta cần dịnh lượng yếu tố trình thơng qua số liệu nghiên cứu phân tích thí nghiệm KẾT LUẬN CHƯƠNG II Q trình ủ phối trộn phân bùn với chất thải rắn hữu giả thiết tương tự trình phân hủy sinh học chất thải rắn Quá trình phân hủy diễn điều kiện hiếu khí cho sản phẩm cuối mùn hữu trạng thái ổn định sinh học Các mùn mang chất ổn định sinh học nên sử dụng trực tiếp làm tăng độ phì đất Mùn tạo thành chứa lượng chất hữu ổn định, trồng dễ hấp thụ nên sử dụng nông nghiệp Thành phần loại vi sinh vật đống ủ đa dạng quan trong trình tạo mùn hữu Hiệu trình phân hủy sinh học hiếu khí chất thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ ẩm, nhiệt độ đống ủ, tỷ lệ C/N, tốc độ thổi khí, thành phần nguyên liệu ủ Phương trình động học trình phân hủy hiếu khí Haug xây dựng sở lý thuyết Monod Trong phương trình thơng số q trình phân hủy lượng hóa mơ tả phương trình tốn học Thơng qua phân tích dịng ln chuyển vật chất (MFA), sơ đánh giá khả tái sử dụng thành phần dinh dưỡng có phân bùn rác hữu cơ, đồng thời sở để đề xuất giải pháp cải tiến vận hành nâng cao hiệu xử lý Chương 3: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHỐI TRỘN PHÂN BÙN VỚI CHẤT THẢI HỮU CƠ TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ CẦU DIỄN 3.1 Mục đích thí nghiệm Việc ủ phối trộn phân bùn bể tự hoại với chất thải hữu trình bày Chương I vừa tận dụng chất dinh dưỡng có phân bùn vừa đảm bảo chất lượng vệ sinh sản phẩm sau ủ Tuy nhiên, trình ủ hiếu khí trình bày Chương II chịu tác động mạnh độ ẩm đống ủ lượng oxy cung cấp Việc phối trộn phân bùn bể phốt với chất thải rắn hữu làm giảm lượng nước cần bổ sung trình ủ Nhưng trộn q nhiều phân bùn có khả làm gia tăng độ ẩm đống ủ, gây ảnh hưởng xấu cho trình ủ Ngược lại, trộn q lượng phân bùn xử lý giảm yêu cầu tăng diện tích bể ủ độ ẩm khơng đủ phải bổ sung thêm nước vào đống ủ, tất vấn đề dẫn đến tốn kinh phí, hiệu kinh tế q trình xử lý không cao Do vậy, tác giả tiến hành thí nghiệm bể ủ nhằm xác định tỷ lệ tối ưu phối trộn phân bùn bể tự hoại với chất thải hữu điều kiện Việt Nam Sau tỷ lệ phối trộn xác định, tiếp tục thí nghiệm lần tiến hành với tỷ lệ phối trộn tối ưu xác định chế độ thổi khí thay đổi Mục đích lần thí nghiệm thứ hai để xác định xác chế độ thổi khí tối ưu cho q trình ủ Đợt thí nghiệm thứ hai thực mơ hình thùng ủ, mơ hình bể ủ nhà ủ thực tế nhà máy Quá trình biến đổi chất hữu đống ủ chịu tác động mạnh vi sinh vật Các vi sinh vật xử lý chất hữu với tốc độ tỷ lệ thuận với tốc độ tăng trưởng chúng Với q trình ủ kiểm sốt yếu tố lượng oxy cung cấp, độ ẩm, nhiệt độ việc xác định phương trình động học giúp cho việc dự báo, đánh giá hiệu xử lý sinh học trình ủ với thời điểm khác 3.2 Mơ hình thí nghiệm Mơ hình bể ủ Mơ hình xây dựng với kết cấu chủ yếu gạch Mơ hình gồm khối nhà ủ có chiều cao 1,5 m, tường trát vữa xi măng mác 75 dày 1,5cm sàn khối nhà ủ rãnh phân phối khí xây gạch, nối với đường ống dẫn khí từ quạt gió đặt phía sau Tồn mơ hình che mái tôn để tránh mưa nắng Phục vụ việc chuẩn bị vật liệu ủ cho mơ hình sân trộn sân phơi bùn Sân trộn có diện tích khoảng m2 đặt phía trước mơ hình, sân đổ bê tơng, láng vữa xi măng chống thấm có rãnh nước Sân phơi bùn đặt bên cạnh mơ hình, có chiều cao 1m, rộng 1m2, làm nhiệm vụ giảm thể tích nước phân bùn 9 Mơ hình thùng ủ Mơ hình làm tơn hoa, cấu tạo Hình trụ trịn, sơn nước chống rỉ Cửa nạp vật liệu đặt phía thùng, cấu tạo dạng bán nguyệt, cửa mở lề Xung quanh cửa có gioăng cao su để tránh rị rỉ khí Bên thành mơ hình, có cửa để lấy mẫu rác phân tích Bên cạnh cửa có đặt đường ống khí, đường ống nối với thiết bị đo lưu lượng khí nối với ống cao su để thu khí phục vụ phân tích 3.3 Nội dung thí nghiệm Thí nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu Bùn đem phối trộn gồm có loại: bùn lấy từ bể thu gom Nhà máy chế biến phân vi sinh Cầu Diễn bùn tách nước sơ sân phơi bùn Các tỷ lệ phối trộn rác/bùn lựa chọn gồm có tỷ lệ 1/0, tỷ lệ 2/1, 3/1, 4/1 5/1 Thí nghiệm xác định chế độ thổi khí tối ưu Q trình thí nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu chất thải rắn phân bùn bể tự hoại điều kiện thổi khí khơng thay đổi suốt thời gian ủ Căn lý thuyết q trình ủ hiếu khí chất thải rắn hữu chế độ thổi khí áp dụng Nhà máy vi sinh Cầu Diễn, tác giả đưa chế độ thổi khí áp dụng thí nghiệm này, chế độ thể bảng Bảng Chế độ thổi khí áp dụng thí nghiệm Chế độ Chế Chế độ Chế độ độ Giai đoạn 4,5 ngày với Q 23 ngày với Q ngày với Q Giai đoạn 6,5 ngày với 0,85Q với 0,8Q ngày với 0,8Q Giai đoạn ngày với 0,7Q với Q 11 ngày* với 0,7Q 11 Giai đoạn ngày với 0,55Q ngày** với 0,7Q Ghi chú: Q=65m3 khí/m3 rác/h * Thổi khí gián đoạn 4h/ca làm việc ** Thổi khí gián đoạn, ca thổi – ca ngừng 3.3.3 Nguyên liệu thí nghiệm Nguyên liệu ủ phối trộn sử dụng thí nghiệm có loại vật liệu chính: - Bùn lấy từ xe thu gom hàng ngày nhà máy chế biến phân vi sinh Cầu diễn - Chất thải rắn sử dụng để sản xuất phân vi sinh Nhà máy, gồm có chất thải rắn thu gom từ chợ nội thành Hà Nội chất thải rắn sinh hoạt thu gom từ khu vực dân cư xung quanh nhà máy 10 3.4 Phương pháp lấy mẫu phân tích thí nghiệm Lấy mẫu vị trí khác đống ủ : vị trí bề mặt đống ủ, vị trí tâm đống ủ vị trí gần đáy Trộn mẫu với 3.5 Kết thí nghiệm thảo luận 3.5.1 Thí nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu Trong số tỷ lệ phối trộn 2/1 tỷ lệ phối trộn có biến đổi chất lượng Do hàm lượng nước hỗn hợp ủ lớn, dẫn đến ngày đầu trình ủ xuất lượng nước rác lớn làm cho độ ẩm hỗn hợp giảm mạnh Nhưng độ ẩm giảm mạnh lượng nước lại đống ủ lớn, kéo theo làm trình phân hủy hiếu khí bị kìm hãm phản ứng kỵ khí xuất làm cho độ ẩm đống ủ giảm chậm, nhiệt độ đống ủ tăng lên chậm so với tỷ lệ phối trộn khác Tỷ lệ 1/0 5/1 gần biến đổi tiêu, nguyên nhân tỷ lệ có thành phần chất thải rắn tương đương, lệch Vào ngày thứ 12 trình ủ, độ ẩm hỗn hợp xuống thấp, khơng thuận lợi cho q trình chuyển hóa sinh học diễn chậm làm nhiệt độ đống ủ giảm mạnh Tỷ lệ 3/1 có độ ẩm ban đầu đống ủ cao (trên 57%) nhiệt độ đống ủ đạt cực đại chậm so với tỷ lệ 4/1, đống thời thời gian trì nhiệt độ cực đại không lâu Tỷ lệ 4/1 có diễn biến thơng số thuận lợi Nhiệt độ đạt ngưỡng cực đại vào ngày thứ trình ủ, nhiệt độ đống ủ trì lớn 600C ngày thuận lợi cho việc tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh Vào thời gian cuối trình ủ, độ ẩm đống ủ giảm nhiều đảm bảo củ nước cho phản ứng vi sinh vật diễn thuận lợi Kết nghiên cứu cho thấy với tỷ lệ phối trộn rác:phân bùn 4/1 đảm bảo trình ủ ổn định tỷ lệ lựa chọn để thực thí nghiệm xác định chế độ thổi khí tối ưu 3.5.2 Thí nghiệm xác định chế độ thổi khí tối ưu Căn vào tỷ lệ phối trộn tối ưu xác định thí nghiệm 4/1, đợt thí nghiệm thực với tỷ lệ phối trộn gần với tỷ lệ 3/1, 4/1 5/1 chế độ thổi khí khác vào hai mùa đơng mùa hè Căn vào kết thí nghiệm thay đổi chế độ thổi khí khác vào mùa khác đặc trưng cho khí hậu miền bắc năm (mùa đông mùa hè) nhận thấy: - Với chế độ thổi khí giống hướng dẫn nhà sản xuất, nhiệt độ đống ủ đạt nhiệt độ cao với tỷ lệ phối trộn 4/1 Vào mùa hè, với tỷ lệ phối trộn nhiệt độ đống ủ trì mức 600C ngày dài tỷ lệ phối trộn Sự suy giảm TVS lần thí nghiệm diễn 11 mạnh so với tỷ lệ phối trộn 3/1 5/1 Riêng độ ẩm đống ủ mùa đơng có giai đoạn xuống 30% với tỷ lệ phối trộn 3/1 5/1 Tuy có tỷ lệ 4/1 đảm bảo yêu cầu độ ẩm cần thiết - Với chế độ thổi khí liên tục áp dụng nhà máy, giai đoạn đầu tiêu biến động khơng có sai khác nhiều so với vận hành theo chế độ nhà sản xuất hướng dẫn, từ ngày thứ nhiệt độ, độ ẩm đống ủ giảm mạnh Điều xảy lúc lượng khơng khí cấp vào lớn lượng khơng khí mà đống ủ u cầu, lượng khí dư gây nước bay hơi, thất thoát nhiệt đống ủ Như cần bổ sung thêm nước để đảm bảo độ ẩm cần thiết cho trình ủ - Với chế độ thổi khí thứ (dựa hướng dẫn nhà sản xuất, điều chỉnh thổi khí gián đoạn nửa ca): Các tiêu nhiệt độ, độ ẩm, tỷ lệ C/N có diễn biến tốt Hiệu q trình phân hủy chất hữu thể qua dao động tiêu TVS nói chung tốt Nhưng số tỷ lệ phối trộn tỷ lệ 4/1 có dao động nhiệt độ tốt Với tỷ lệ phối trộn nhiệt độ đống ủ đạt giá trị tối cao nhanh trì nhiệt độ >600C mùa đông kéo dài ngày, đảm bảo đủ thời gian tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh điều kiện khí hậu khơng tốt cho q trình ủ (nhiệt độ mùa đơng xuống thấp) - Với chế độ thổi khí thứ (dựa hướng dẫn nhà sản xuất, điều chỉnh thổi khí gián đoạn ca): tiêu có biến động thuận lợi, đến giai đoạn cuối q trình ủ giảm cường độ thổi khí xuống theo kiểu gián đoạn1 ca cấp khí ca nghỉ, khoảng thời gian hai lần thổi khí kéo dài nên lượng oxy dự trữ khoảng khơng gian vật liệu ủ khơng cịn đủ cung cấp cho trình hoạt động vi khuẩn hiếu khí, có thời điểm khu vực bên đống ủ xẩy thiếu khí gây kìm hãm cho q trình phân hủy hiếu khí, thời gian khơng dài mà sau ca làm việc chế độ hiếu khí phục hồi nên chế độ thổi khí hiệu chuyển hóa TVS dao động chậm so với chế độ thổi khí 3.5.3 So sánh phân vi sinh sản xuất Cầu Diễn với phân vi sinh sản xuất theo tỷ lệ phối trộn chế độ thổi khí lựa chọn Thí nghiệm thực với tỷ lệ phối trộn rác thải sinh hoạt bùn bể tự hoại 4/1 Hỗn hợp bùn rác đưa vào ủ 21 ngày cấp khí quạt gió với chế độ thổi khí khác nhau: Nhà ủ 1: Thổi khí theo chế độ áp dụng nhà máy sản xuất phân vi sinh Cầu Diễn: Thổi liên tục với lưu lượng Q =65m3 khí/m3 rác-h Nhà ủ 2: Thổi khí theo chế độ dựa hướng dẫn nhà sản xuất có số điều chỉnh theo giai đoạn 12 Nhận xét: - Tại nhà ủ nhiệt độ đống ủ có mức tăng nhiệt độ chậm so với đống ủ nhà ủ Nhiệt độ đống ủ nhà ủ đạt giá trị 600C vòng ngày (từ ngày thứ đến ngày thứ 11), đống ủ nhà ủ kéo dài khoảng nhiệt độ 600C vòng ngày Đồng thời nhiệt độ cực đại đống ủ nhà ủ có giá trị lớn đống ủ nhà ủ Điều có nguyên nhân từ ngày thứ 4, nhà ủ có cường độ thổi khí mạnh nhà ủ nhu cầu oxy thời kỳ đủ với chế độ thổi khí nhà ủ Kết quả, nhà ủ bị thất thoát nhiệt, làm nhiệt độ đống ủ giảm - Độ ẩm đống ủ nhà ủ thời gian đầu có thay đổi giống Tuy nhiên đến giai đoạn cuối nhà ủ có cường độ thổi khí lớn nhiều so với yêu cầu nên gây nhiệt mà làm ẩm đống ủ - Khả làm giảm hàm lượng chất hữu dễ bị phân hủy nhà ủ đạt khoảng 25%, nhà ủ hiệu đạt 42% 3.6 Nghiên cứu phương trình động học q trình ủ sinh học Căn cơng thức 2.32 nêu chương 2, ta có có phương trình động học tổng quát trình ủ sinh học Để xác định phát triển sinh vật trình ủ sinh học chất thải rắn hữu cơ, luận án tác giả sử dụng phương pháp xác định lượng CO2 phát sinh thùng ủ làm sở tính tốn Lượng CO2 chênh lệch lượng CO2 đầu vào (CO2 khơng khí) lượng CO2 phát sinh q trình hơ hấp vi sinh vật Để xác định hiệu xử lý q trình, thơng số TVS sử dụng làm thơng số tính tốn Trong q trình phân huỷ, vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy làm chất oxy hoá thải CO2 Sử dụng cơng thức chương ta có ⎛ Pg − Pi ⎞ ⎛ C − C1 ⎞ dF = − AD1 ⎜ i ⎟⎟ ⎟ = − AD g ⎜⎜ dt ⎝ δ1 ⎠ ⎝ δg ⎠ dF = − (2, cm )(4, 62 cm / ng ày)( − 240 mg / l − cm ) = 2, 22 mgO / ng ày dt Cứ 1cm2 bề mặt chất rắn tương đương với x 0,05=0,05cm3 thể tích, ta có trọng lượng khối chất rắn 0,05 x 1,18=0,059g Như lượng chất rắn bay VS=0,059x 0,6x0,5=0,0177g Như mật độ oxy cần thiết: dF 2, 22 = = 125, 42mgO2 / gVS − ngày dt 0, 0177 Thí nghiệm xác định thơng số động học q trình ủ thực mơ hình thùng ủ Trước thí nghiệm, mơ hình kiểm tra kỹ độ kín khít nhằm đảm bảo khơng có xâm nhập khơng khí từ bên ngồi khơng qua kiểm sốt làm sai lệch kết thí nghiệm 13 Dựa biến đổi TVS đống ủ, tiêu hao CO2 đống ủ, sử dụng công cụ chương trình excel ta xác định phương trình động học trình ủ sau: 0.0100 0.0090 0.0080 0.0070 0.0060 1/CO2 0.0050 0.0040 y = 0.0076e 0.0030 -0.0759x R = 0.9518 0.0020 0.0010 0.0000 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 y Ng Thơng s? TN mơ hình ??ng h?c trình Sự biến đổi đường cong động học trình ủ sinh học Sử dụng phương pháp hồi quy với độ lệch xử lý số liệu excel, luận án đưa phương trình phân huỷ động học: y = 0.0076 e-0.0759.t Như số K trình k=0,0759 3.7 Kết luận chương 1- Kết thí nghiệm phân tích cho thấy với tỷ lệ phối trộn chất thải rắn/phân bùn 4/1 hiệu phân hủy chất hữu bay (TVS) đạt tới 70%, độ ẩm suốt q trình ủ ln trì nằm giá trị tối ưu ( nằm khoảng từ 35-57%), không cần thiết phải bổ sung nước để trì độ ẩm, điều giúp giảm lượng nước cấp bổ sung vào bể (229,5 lít/tấn vật liệu ủ) – Cũng với tỷ lệ phối trộn này, tỷ lệ bon ni tơ (C/N) ln trì khoảng từ 16-24 chế độ thổi khí gián đoạn (chế độ thổi khí 3) 3- Kết thực nghiệm cho thấy chế độ thổi khí gián đoạn (chế độ thổi khí 3) mang tính ưu việt chế độ thổi khí nhà sản xuất cung cấp bởi: - Chế độ thổi khí ban đầu nhà máy chế độ thiết lập tự động dựa thông số phân tích tự động nhiệt độ, lượng oxy đống ủ theo chế độ đặt nhà sản xuất Hiện tại, toàn hệ thống sensor quan trắc nhiệt độ oxy hỏng nên sử dụng chế độ tự động để điều khiển Nhà máy không áp dụng chế độ làm việc nhà sản xuất đặt mà thực chế độ mở quạt liên tục Việc mở quạt liên tục suốt trình ủ gây tình trạng số giai đoạn lượng khí cung cấp lớn khả tiêu thụ vi sinh vật kéo theo tình trạng làm độ ẩm, nhiệt đống ủ Thất thoát nhiệt làm giảm nhiệt độ đống ủ, kéo theo hiệu xử lý vi sinh 14 vật vi khuẩn gây hại phân vi sinh thành phẩm giảm Việc thất thoát độ ẩm kéo theo yêu cầu bổ sung độ ẩm cách bơm thêm nước Việc sử dụng chế độ thổi khí ngồi lợi ích tiết kiệm điện giảm thời gian cơng suất quạt, cịn có việc tiết kiệm điện cho trình bơm nước - Nhận thấy chế độ thổi khí gián đoạn trì nhiệt độ 600C ngày, nhiệt độ cực đại đạt gần giá trị 700C Theo nghiên cứu khả chống chịu vi sinh vật với nhiệt độ cao, ta thấy phần lớn vi khuẩn ký sinh trùng gây bệnh bị tiêu diệt Điều làm tăng chất lượng phân hữu thành phẩm mặt vi sinh KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ I Kết luận Kết nghiên cứu cho phép rút số kết luận: 1) Hầu hết thị Việt Nam nói chung thành phố Hà Nội nói riêng chưa có hệ thống quản lý phân bùn đồng hoàn chỉnh Phân bùn sau thu gom thường sử dụng trực tiếp nông nghiệp xả bừa bãi mà không qua xử lý Xử lý phối trộn phân bùn rác thải hữu thể nhiều ưu việt đặc biệt điều kiện Việt Nam 2) Quá trình phân hủy hỗn hợp bùn bể tự hoại chất thải rắn hữu điều kiện hiếu khí chịu ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ, thời gian, độ ẩm, độ pH, chế độ thổi khí, đặc trưng hóa học vật liệu ủ, tỷ lệ C/N Trong chế độ thổi khí, độ ẩm, tỷ lệ C/N coi yếu tố sinh thái định tới trình phân hủy 3) Kết nghiên cứu xác định số tốc độ phân hủy trình xử lý phối trộn qua phương trình động học: y = 0,0076 e-0.0759.t 4) Với tỷ lệ phối trộn rác/bùn tối ưu xác định 4/1 để với cơng suất xử lý rác thải hữu Cầu Diễn (140 tấn/ngày) xử lý 53 phân bùn/ngày Như lượng phân bùn chưa đủ để đáp ứng yêu cầu thành phố Hà Nội Do tương lai, Hà Nội cần có kế hoạch đầu tư thêm nhà máy xử lý phân bùn bể tự hoại cho II Kiến nghị Trên sở kết luận trên, tác giả đưa số kiến nghị: - Với hệ thống xử lý chất thải rắn sinh hoạt phương pháp ủ vi sinh xây dựng khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn, Công ty Môi trường đô thị cần có cơng trình phụ trợ để triển khai ủ phối trộn phân bùn bể tự hoại chất thải rắn hữu - Để đảm bảo xử lý tồn lượng phân bùn thu gom được, thành phố Hà Nội cần có kế hoạch đầu tư xây dựng thêm nhà máy xử lý phân bùn bể tự hoại 15 - Để tránh việc ô nhiễm môi trường lắng cặn kênh mương đường ống thoát nước xảy việc không thông hút bể tự hoại thường xuyên, tương lại nhà nước cần đưa chương trình quản lý bể tự hoại cách có hệ thống để đảm bảo bể tự hoại thông hút theo chu kỳ làm việc - Ngồi ra, cần có thêm điều tra thông tin chi tiết số lượng bể tự hoại địa bàn thành phố, kích thước số ngăn bể, số người sử dụng bể thường xuyên - Cần có văn tiêu chuẩn hóa thiết kế bể tự hoại, đảm bảo bể đủ dung tích hoạt động, có lỗ kiểm tra phục vụ việc hút dọn bể - Ngoài ra, tương lai cần có nghiên cứu chi tiết việc xây dựng hệ thống thu gom phân bùn bể tự hoại địa bàn thành phố Hà Nội Tác giả hy vọng luận án đóng góp phần nhỏ việc nâng cao hiệu bảo vệ mơi trường nói chung quản lý phân bùn bể tự hoại nói riêng ... việc khơng kiểm sốt phân bùn bể tự hoại thách thức quyền người dân thị Với lý trên, Luận án tiến sỹ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ PHÂN BÙN BỂ PHỐT CHO CÁC ĐƠ THỊ VIỆT NAM mang tính cấp thiết... phần nghiên cứu làm rõ sở khoa học phục vụ công tác quản lý phân bùn bể tự hoại đô thị Việt Nam Nội dung luận án: - Nghiên cứu cơng nghệ xử lý phối trộn phân bùn bể tự hoại chất thải rắn hữu dễ phân. .. chương I Hiện Việt Nam việc quản lý phân bùn bể phốt chưa trọng Hầu chưa có thị có biện pháp quản lý xử lý phù hợp Tại Hà Nội, vấn đề môi trường ý quản lý phân bùn bể tự hoại Hiện Hà Nội có số đơn