Nghiên cứu quá trình phân hủy sinh học kỵ khí thu metan từ hỗn hợp rác thải sinh hoạt kết hợp bùn thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỂN THỊ TRANG NGHIÊN CỨU Q TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC KỲ KHÍ THU METAN TỪ HỖN HỢP RÁC THẢI SINH HOẠT KẾT HỢP BÙN THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ TRANG NGHIÊN CỨU Q TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC KỲ KHÍ THU METAN TỪ HỖN HỢP RÁC THẢI SINH HOẠT KẾT HỢP BÙN THẢI Chun ngành: Hóa mơi trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: HDC: TS TRẦN MẠNH TRÍ HDP: PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG Hà Nội – Năm 2015 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng biểu Bảng 1.1 Tên bảng biểu Lƣợng bùn thải đô thị Hà Nội năm 2012 Trang Khối lƣợng riêng hàm lƣợng ẩm chất thải có Bảng 1.2 rác thải sinh hoạt 10 Bảng 1.3 Vi sinh vật sinh axit hữu 16 Bảng 1.4 Vi sinh vật sinh metan 17 Bảng 1.5 Một số chất ức chế q trình sinh khí metan 23 Bảng 1.6 Ƣu điểm nhƣợc điểm ủ yếm khí so với hiếu khí 24 So sánh đặc điểm phƣơng pháp kỵ khí Bảng 1.7 phƣơng pháp hiếu khí 26 Bảng 2.1 Danh mục thiết bị sử dụng q trình phân tích mẫu 34 Bảng 2.2 Hóa chất phân tích 36 Bảng 2.3 Tính khối lƣợng riêng bùn 37 Bảng 3.1 Một số tiêu hóa lý bùn thải sơng Kim Ngƣu 41 Bảng 3.2 Bảng kết theo dõi hàm lƣợng CODt theo thời gian 43 Kết phân tích T-N đầu vào đầu thí Bảng 3.3 nghiệm 43 Kết phân tích hàm lƣợng T-P đầu vào đầu Bảng 3.4 thí nghiệm 45 Bảng 3.5 Bảng kết theo dõi hàm lƣợng CODt theo thời gian 46 Bảng 3.6 Kết phân tích thành phần TS - TVS đầu vào đầu 49 Bảng 3.7 Bảng theo dõi giá trị pH theo thời gian ủ 51 Bảng 3.8 Bảng theo dõi lƣợng khí sinh theo thời gian 52 Tỷ lệ thành phần trung bình khí khí sinh Bảng 3.9 học 55 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Hình 1.1 Tên hình vẽ Hình ảnh nhiễm thực tế sơng Kim Ngƣu Trang Tóm tắt phản ứng sinh hóa q trình phân Hình 1.2 hủy yếm khí 14 Chuyển đổi sinh học hệ thống hiếu khí yếm Hình 1.3 khí 25 Sơ đồ mơ hình thiết bị xử lý nƣớc thải yếm khí AD Hình 2.1 - W8 32 Cách bố trí thiết bị xử lý nƣớc thải yếm khí AD Hình 2.2 -W8 33 Thực nghiệm xác định khối lƣợng riêng bùn Hình 2.3 thải 34 Hình 2.4 Quá trình thực nghiệm phối trộn BT RTHC 36 Hình 3.1 Độ sụt giảm hàm lƣợng T-N sau 30 ngày ủ 44 Hình 3.2 Độ sụt giảm hàm lƣợng T-P sau 30 ngày ủ 45 Mô tả thay đổi giá trị COD-t theo thời gian Hình3.3 hỗn hợp phản ứng thí nghiệm với thành 47 phần nguyên liệu đầu vào khác Phần trăm CODt bị loại bỏ thí nghiệm Hình 3.4 theo thành phần đầu vào khác 48 Hình 3.5 Kết phân tích thành phần phần trăm TS TVS 49 đầu vào Kết phân tích thành phần phần trăm TS TVS Hình 3.6 đầu 50 Hình 3.7 Sự dao động pH theo thời gian ủ 52 Hình 3.8 Khả tạo khí theo thời gian thí nghiệm 54 BẢNG VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích AD - W8 Anaerobic Digester W8 COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học) TS Total Solid (Tổng chất rắn) VS Volatiled Solids (Tổng chất rắn dễ bay hơi) T-N Total Nitrogen (Tổng Nitơ) T-P Total Phosphorus (Tổng Photpho) FID Flame Ionitation Detecto DS Dry Substance VSV Vi sinh vật VK Vi khuẩn CTHC Chất thải hữu CTR Chất thải rắn TN Thí nghiệm BT Bùn thải RTHC Rác thải hữu LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Trần Mạnh Trí giao đề tài nhiệt tinh giúp đỡ, cho em kiến thức quý báu trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Đỗ Quang Trung, thầy giáo PGS.TS Trần Hồng Côn mơn hóa Mơi trƣờng, giáo PGS TS Tạ Thị Thảo mơn hóa Phân tích thầy phịng thí nghiệm Hóa mơi trƣờng tận tình bảo hƣớng dẫn em suốt thời gian làm luận văn Cảm ơn phịng Thí nghiệm Khoa Hóa học – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, phịng Thí nghiệm chất thải rắn 709 – trƣờng Đại học Xây dựng Hà nội tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm thực nghiệm Xin chân thành cảm ơn bạn học viên, sinh viên làm việc phịng thí nghiệm Hóa mơi trƣờng giúp đỡ tơi q trình tìm tài liệu làm thực nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Thị Trang MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .3 1.1 Tổng quan bùn thải đô thị thực trạng quản lý bùn thải đô thị Hà Nội 1.1.1 Nguồn phát sinh bùn thải đô thị 1.1.2 Đặc điểm bùn thải đô thị 1.1.3 Các phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị 1.2 Tổng quan rác thải sinh hoạt 1.2.1 Nguốn gốc phát sinh đặc điểm rác thải sinh hoạt 1.2.2 Các phƣơng pháp xử lý rác thải sinh hoạt 12 1.3 Phƣơng pháp lên men phân hủy yếm khí 13 1.3.1 Cơ chế trình phân hủy yếm khí 14 1.3.1.1 Giai đoạn thủy phân 15 1.3.1.2 Giai đoạn lên men axít .15 1.3.1.3 Giai đoạn sinh khí metan 16 1.3.2 Sản phẩm q trình phân hủy yếm khí-Biogas 18 1.3.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình phân hủy yếm khí .19 1.3.3.1 Nguyên liệu đầu vào .19 1.3.3.2 PH, độ kiềm tỷ lệ axít béo dễ bay hơi/độ kiềm 20 1.3.3.3 Nhiệt độ .21 1.3.3.4 Thời gian lƣu lên men phân hủy yếm khí 22 1.3.3.5 Ảnh hƣởng chất khoáng số độc tố nguyên liệu 22 1.3.3.6 Sự cạnh tranh vi khuẩn lƣu huỳnh vi khuẩn metan 23 1.3.3.7 Tính chất chất chất gây độc 24 1.4 So sánh q trình xử lý yếm khí hiếu khí .24 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28 2.1 Đối tƣợng nội dung nghiên cứu 28 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 28 2.1.1.1 Cơ sở lựa chọn phạm vi đối tƣợng nghiên cứu 28 2.1.1.2 Đối tựợng phạm vi nghiên cứu 28 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 29 2.1.2.1 Mục đích nghiên cứu 29 2.1.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 30 2.2 Lấy chuẩn bị mẫu 30 2.3 Thiết bị nghiên cứu 31 2.4 Chuẩn bị nguyên liệu nạp 33 2.5 Nạp mẫu vào bể phản ứng 35 2.6 Chuẩn bị hóa chất thiết bị máy móc cho q trình phân tích mẫu .36 2.7 Các thơng số theo dõi phân tích q trình thực phản ứng kết thúc 38 2.8 Xác định thành phần khí sinh 39 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Đặc điểm bùn thải sông Kim Ngƣu 41 3.2 Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp q trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu phƣơng pháp lên men yếm khí 42 3.2.1 Sự giảm hàm lƣợng Nitơ tổng (T-N) 43 3.2.2 Sự giảm hàm lƣợng Phốt tổng (T-P) 44 3.2.3 Khả loại bỏ COD tổng (CODt) 46 3.2.4 Khả loại bỏ tổng chất rắn tổng chất rắn bay 48 3.2.5 Sự thay đổi giá trị pH theo thời gian phản ứng 51 3.2.6 Khả sinh khí sinh học thành phần khí CH4 52 KẾT LUẬN .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Analysis Date & Time: 9/10/2015 :15:13:26 PM User Name : PHONG THI NGHIEM HOA - ETCI, TOGAS GC 14, N-C10893500536 Substation : NGUYEN THI TRANG – DHKHTN – DHQGHN Sample Name : MAU 09 Data Name : C:\GCsolution\Data\Project 1\TEST01.gcd Method Name : C:\GCsolution\Data\Project 1\TOGAS2015-01.gcm Phụ lục 5: Kết đo khí sau 30 ngày ủ thí nghiệm 67 Analysis Date & Time: 9/25/2015 :15:23::19 PM User Name : PHONG THI NGHIEM HOA - ETCI, TOGAS GC 14, N-C10893500536 Substation : NGUYEN THI TRANG – DHKHTN – DHQGHN Sample Name : MAU 10 Data Name : C:\GCsolution\Data\Project 1\TEST01.gcd Method Name : C:\GCsolution\Data\Project 1\TOGAS2015-01.gcm Phụ lục 6: Kết đo khí sau 10 ngày ủ thí nghiệm 68 Analysis Date & Time: 10/05/2015 :14:33:19 PM User Name : PHONG THI NGHIEM HOA - ETCI, TOGAS GC 14, N-C10893500536 Substation : NGUYEN THI TRANG – DHKHTN – DHQGHN Sample Name : MAU 11 Data Name : C:\GCsolution\Data\Project 1\TEST01.gcd Method Name : C:\GCsolution\Data\Project 1\TOGAS2015-01.gcm Phụ lục 7: Kết đo khí sau 30 ngày ủ thí nghiệm 69 Phụ lục 8: Lấy mẫu bùn thải thực tế sông Kim Ngƣu 70 Phụ lục 9: Quá trình xác định tỷ trọng bùn thải 71 Phụ lục 10: Quá trình đảo trộn để đồng bùn thải 72 Phụ lục 11: Hỗn hợp rác thải hữu đƣợc nghiền phối trộn với bùn thải 73 Phụ lục 12: Quá trình chuẩn bị nạp nguyên liệu 74 Phụ lục 13: Quá trình nạp nguyên liệu vào bể phản ứng 75 Phụ lục 14: Mơ hình bể phản ứng nạp liệu hồn tất 76 Phụ lục 15: Nghiền mẫu khơ chuẩn bị mẫu để phân tích 77 Phụ lục 16: Mẫu sau q trình nghiền đƣợc dây kích thƣớc 0,2mm 78 Phụ lục 17: Mẫu sau trình nghiền đƣợc lƣu lại tủi nilon bảo quản bình hút ẩm 79 Phụ lục 18: Thực đo tổng hàm lƣợng Cacbon máy phân tích T-C 80 Phụ lục 19: Q trình thực phân tích tiêu hóa lý phịng thí nghiệm 81 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ TRANG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC KỲ KHÍ THU METAN TỪ HỖN HỢP RÁC THẢI SINH HOẠT KẾT HỢP BÙN THẢI Chun... chọn đề tài ? ?Nghiên cứu trình phân hủy sinh học kỵ khí thu metan từ hỗn hợp rác thải sinh hoạt kết hợp bùn thải? ?? Để tăng hiệu xử lý, việc tìm hiểu ảnh hƣởng thơng số liên quan đến q trình xử lý... %TS) trình lên men kỵ khí ứng với lƣợng nạp 5kg hỗn hợp/ lần nạp để từ đánh giá ảnh hƣởng đến q trình sinh khí sinh học, đặc biệt q trình tạo khí metan - Khảo sát hàm lƣợng khí sinh học thu hồi khí