Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học tại nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung và rác thải hữu cơ để sản xuất biogas

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRỪỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ MINH NGỌC NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI SINH HỌC TẠI NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẬP TRUNG VÀ RÁC THẢI HỮU CƠ ĐỂ SẢN XUẤT BIOGAS Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60420201 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Đinh Thị Nga TS Hoàng Anh Hoàng Cán chấm nhận xét : TS Trần Trung Hiếu Cán chấm nhận xét : TS Phan Thị Huyền Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch hội đồng: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng Ủy viên phản biện 1: TS Trần Trung Hiếu Ủy viên phản biện 2: TS Phan Thị Huyền Ủy biên hội đồng: TS Hoàng Mỹ Dung Thư ký hội đồng: PGS.TS Nguyễn Thúy Hương Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC PGS.TS Nguyễn Đức Lượng GS.TS Phan Thanh Sơn Nam ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Thị Minh Ngọc MSHV: 1570258 Ngày, tháng, năm sinh: 27/12/1991 Nơi sinh: Sóc Trăng Chun ngành: Cơng nghệ sinh học Mã số : 60420201 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung rác thải hữu để sản xuất biogas II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học rác thải hữu để sản xuất khí biogas giúp giảm thiểu lượng chất thải phát sinh ngày tăng, đồng thời tạo nguồn lượng tái tạo phục vụ sản xuất sinh hoạt Nội dung nghiên cứu - Đánh giá khả đồng xử lý kỵ khí từ bùn thải sinh học rác thải hữu - Nghiên cứu đánh giá khả tạo khí sinh học từ trình đồng xử lý kỵ bùn thải sinh học rác thải hữu mơ hình xử lý theo mẻ với tỷ lệ phối trộn khác - Nghiên cứu đánh giá khả tạo khí sinh học từ q trình đồng xử lý kỵ bùn thải sinh học rác thải hữu mơ hình xử lý liên tục với tải trọng hữu khác III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/01/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2017 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Đinh Thị Nga; TS Hoàng Anh Hoàng Tp HCM, ngày 29 tháng 01 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC LỜI CÁM ƠN i TÓM TẮT Nghiên cứu thực nhằm xác định tỷ lệ phối trộn nguyên liệu tải trọng hữu phù hợp cho việc tái sử dụng bùn thải sinh học từ nhà máy xử lý nước thải rác thải hữu để thu hồi lượng tái tạo thơng qua q trình đồng xử lý kỵ khí Thí nghiệm tiến hành bể phản ứng dung tích lít nhiệt độ phịng Ở nội dung thí nghiệm thứ nhất, bốn bể kỵ khí vận hành theo mẻ tương ứng với tỷ lệ bùn thải sinh học/rác thải 25:75; 5050; 75:25; 100:0 (ký hiệu S25, S50, S75, S100) với hàm lượng chất hữu dễ bay (VS) đầu vào 200g/l, thời gian vận hành 16 ngày Kết nghiên cứu cho thấy, bể có tỷ lệ S50 vận hành ổn định với mức sản xuất khí biogas cao Sản lượng methane (mlCH4/gVSloại bỏ) S25; S50; S75; S100 tương ứng 143,1; 358,9; 197,7; 105,8; hàm lượng CH4 chiếm khoảng 58 - 69% biogas Các tiêu khác như: tổng ni tơ, tổng phốt có xu hướng tăng thời gian đầu giảm dần sau qua giai đoạn khởi động; tiêu: TOC, COD, VFAs giảm dần suốt q trình thí nghiệm Ở nội dung thí nghiệm thứ hai, hai bể kỵ khí có tỷ lệ phối trộn nguyên liệu S50 S100 (đối chứng) vận hành chế độ liên tục với ba tải trọng hữu gVS/l.ngày; gVS/l.ngày gVS/l.ngày; tải trọng có thời gian vận hành 18 ngày Kết nghiên cứu cho thấy, hai mức tải trọng gVS/l.ngày gVS/l.ngày, bể phản ứng hoạt động ổn định Ở tải trọng hữu gVS/l.ngày, thể tích methane thu ngày từ 390 – 520 ml; sản lượng methane từ 1,3 – 1,5 mlCH4/gVSthêm vào; hàm lượng ni tơ tổng từ 412 – 452 mg/l, hàm lượng phốt tổng từ 290 – 387 mg/l COD đầu mức 8160 – 8800 mg/l Khi nâng lên mức tải trọng gVS/l.ngày, bể S50 có mức sản xuất khí biogas cao so với tải trọng gVS/l.ngày; thể tích biogas từ 860 – 1220 ml; sản lượng methane thu từ 2,8 – 4,2 mlCH4/gVSthêm vào; hàm lượng ni tơ tổng từ 433,44 – 476 mg/l; hàm lượng phốt tổng từ 453,49 – 483,18 mg/l; COD đầu từ 10600 – 12760 mg/l Ở mức tải trọng gVS/l.ngày, hai bể thí nghiệm hoạt động khơng ổn định, lượng khí biogas sinh khơng ngày, áp lực khí bình cao nên cần quan sát xử lý kịp thời tránh tắt nghẽn ống dẫn khí ii Tóm lại, nghiên cứu đưa kết luận, tỷ lệ phối trộn bùn thải sinh học rác thải hữu thích hợp cho hệ thống đồng xử lý kỵ khí 50:50 với mức tải trọng hữu gVS/l.ngày gVS/l.ngày mang lại ổn định vận hành mơ hình đạt hiệu sản xuất biogas cao iii ABSTRACT The aim of this study was to determine the appropriate mixing ratio and organic loading rate of mixture of waste sludge from municipal wastewater treatment plant (DS) and organic fraction of food waste (FW) to recover renewable energy by anaerobic co - digestion The experiment was carried out in a liter reactors at ambient temperature In the first experiment, on batch reactors, four mixing ratios of DS and SW (four reactors) based on volatile solid content (200 g/l) of DS/SW was investigated including 25:75 (S25); 50:50 (S50); 75:25 (S75), operation time is 16 days The results show that S50 achieved best with the highest biogas production Methane yield (mlCH4/gVSremoved) of S25, S50, S75 and S100 is 143.1; 358.9; 197.7 and 105.8; methane content about 58 – 69%; total nitrogen and total phosphorus were increased during the start – up stage and decreased after that; TOC, COD and VFAs were decreased during the experiment In the second experiment, S50 and S100 were continued to study for find the organic loading rate (OLR) for the treatment of organic compounds and the most effective pollutants The three organic loading rate were selected including 2gVS/l.day, gVS/l.day and gVS/l.day; each OLR has an operating time of 18 days The study showed that at the organic loading rate of gVS/l.day and gVS/l.day, the reactors were stable At 2gVS/l.day of S50, the daily biogas output of 390 – 520 ml; methane yields of 1.3 – 1.5 mlCH4/gVSadded; total nitrogen content of 412 – 452 mg/l, total phosphorus content of 290 – 387 mg/l and COD output content of 8160 - 8800 mg/l At gVS/l.day of S50, biogas production higher than gVS/l.day; daily biogas production of 860 – 1220 ml; methane yields of 2.8 – 4.2 mlCH4/gVSadded ; total nitrogen content of 433.44 - 476 mg/l; total phosphorus content of 453.49 - 483.18 mg/l; COD output content of 10600 - 12760 mg/l At the organic loading rate of gVS/l.day, the reactors were unstable, biogas production was unstable during most of operation In conclusion, the study concludes that the optimal mixing ratio of waste sludge from municipal wastewater treatment plant (DS) and organic fraction of food waste iv (FW) by anaerobic co – digestion system is 50:50 with the OLR of gVS/l.day and gVS/l.day This result will achieve the highest effect for biogas production as well as stability in the operation v LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Đây cơng trình nghiên cứu Các số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực, phần cơng bố tạp chí khoa học chun ngành, phần cịn lại chưa cơng bố cơng trình khác Người nghiên cứu Trần Thị Minh Ngọc vi 1.1 Tổng quan bùn thải sinh học phương pháp xử lý 1.1.1 Nguồn gốc 1.1.2 Đặc điểm 1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn thải thông dụng 1.1.3.1 Phương pháp nén bùn chôn lấp 1.1.3.2 Phương pháp thiêu đốt 1.1.3.3 Phương pháp xử lý sinh học .6 1.1.3.4 Một số ứng dụng bùn thải sinh học qua xử lý 1.1.4 Một số công nghệ xử lý bùn thải giới 11 1.1.4.1 Công nghệ Exelys™ Biothelys™ 11 1.1.4.2 Công nghệ Athos™ .11 1.1.4.3 Công nghệ Biocon™ .13 1.1.4.4 Công nghệ InosTM 13 1.1.4.5 Công nghệ Saphyr™ .14 1.2 Tổng quan rác thải sinh hoạt phương pháp xử lý 15 1.2.1 Tổng quan rác thải sinh hoạt đô thị 15 vii khoảng thời gian cụ thể Kết tỷ lệ phối trộn khác Sản lượng khí methane tích lũy (mlCH4/gVSloại bỏ) thí nghiệm thể biểu đồ Hình 3.6 420 S25 360 S50 300 S75 240 S100 180 120 60 10 Thời gian (ngày) 13 16 Hình 3.6 Biểu đồ sản lượng khí methane tích lũy thí nghiệm xử lý theo mẻ Ở thí nghiệm S50, sản lượng methane tích lũy tăng nhanh ngày đầu, đạt 340,33 mlCH4/gVSloại bỏ vào ngày thứ thí nghiệm (cao thí nghiệm), tăng nhẹ giai đoạn sau đạt 358,9 mlCH4/gVSloại bỏ kết thúc thí nghiệm Kết cuối thí nghiệm cịn lại 105,83; 149,67; 143,13 mlCH4/gVSloại bỏ tương ứng S100; S75; S25 Trong nghiên cứu khác, Park cộng cho thấy sản lượng methane tích lũy DS FW tỷ lệ DS: FW (53:47) 400 mlCH4/gVSloại bỏ vào ngày thứ 20 thí nghiệm; Naran cộng nghiên cứu tác động việc tiền xử lý (kiềm - nhiệt, nhiệt, kiềm, siêu âm) đồng xử lý rác thải thực phẩm bùn hoạt tính, tác giả sản lượng khí methane cho phương pháp khoảng 339,2 - 480,8 mlCH4/gVSloại bỏ Do đó, kết nghiên cứu nói phù hợp với nghiên cứu công bố trước Acid béo bay (VFAs) VFAs định nghĩa acid béo bay hơi, VFAs chủ yếu gồm acid acetic, acid propionic, acid butyric acid isobutyric 38 VFAs (ppm) 7500 S25 S50 S75 S100 6000 4500 3000 1500 10 Thời gian (ngày) 13 16 Hình 3.7 Biểu đồ hàm lượng acid béo bay thí nghiệm xử lý theo mẻ Sau phân tích VFAs có mẫu thí nghiệm, thành phần acid butyric acid isobutyric khơng phát hiện, kết thu bao gồm acid acetic acid propionic Hàm lượng acid béo bay thí nghiệm giảm dần theo thời gian, giai đoạn khởi động, hàm lượng VFAs cao vi sinh vật chưa thể xử lý chuyển hóa acid béo bay thành khí biogas gây tích tụ hàm lượng lớn Sau thời gian, acid béo bay giảm dần, giảm rõ từ ngày đến ngày thứ thí nghiệm S25, S75 1111,81 ppm 636,97ppm Ở thí nghiệm S50, đến ngày thứ 10, hàm lượng VFAs giảm nhẹ Riêng thí nghiệm S100, hàm lượng VFAs có xu hướng giảm đều, đến ngày thứ 16, VFAs giảm Tổng carbon hữu (%) Tổng carbon hữu (TOC) 18 15 12 S25 S50 S75 S100 10 13 16 Thời gian (ngày) Hình 3.8 Biểu đồ hàm lượng tổng carbon hữu thí nghiệm xử lý theo mẻ Hàm lượng tổng carbon hữu lượng carbon hợp chất hữu chất Hàm lượng TOC tất thí nghiệm giảm dần suốt q trình xử lý kỵ khí (Hình 3.8) Thành phần carbon hữu chất chuyển thành biogas 39 (khí methane carbon dioxit) chất dinh dưỡng cho trình sinh trưởng tăng trưởng vi sinh vật Lượng TOC bùn thải sinh học thấp tương đối kết thúc thí nghiệm so với lượng TOC thí nghiệm đồng xử lý Trong thí nghiệm S50, TOC giảm nhanh giai đoạn đầu giảm dần sau Thí nghiệm S25 S75, TOC giảm nhanh S100 Hàm lượng chất dinh dưỡng 3.2.6.1 Tổng ni tơ Hàm lượng ni tơ tổng có suốt thời gian vận hành thí nghiệm trình bày Hình 3.9 Tổng ni tơ (mg/l) 500 400 300 200 100 S25 S50 S75 S100 10 Thời gian (ngày) 13 16 Hình 3.9 Biểu đồ hàm lượng ni tơ tổng thí nghiệm xử lý theo mẻ Hàm lượng ni tơ tổng bị ảnh hưởng giá trị pH theo công thức chuyển đổi: NH4+ ↔ NH3 (khí hịa tan) + H+ (pKa = 9.5) pH thấp làm phản ứng dịch chuyển theo chiều nghịch, ni tơ tổng chất tăng, điều giải thích cho trường hợp ngày đầu thí nghiệm, tích tụ acid dễ bay nên nồng độ ni tơ chất tăng cao, đến ngày thứ (ở S75 S100) ngày thứ (ở S25 S50), pH dần ổn định, nồng độ ni tơ tương ứng ổn định giảm dần Tính từ điểm ni tơ tổng thí nghiệm đạt mức cao đến kết thúc thí nghiệm, ni tơ tổng S25 giảm 59,21 mg/l, S50 giảm 49,03 mg/l, S75 giảm 46,03 mg/l, S100 giảm 54,49 mg/l Do thời gian thực thí nghiệm 16 ngày nên lượng ni tơ chưa xử lý nhiều, nghiên cứu trước đây, Liu cộng rằng: điều kiện thời gian lưu kéo dài 30 ngày, lượng ni tơ giảm, thấp mức ni tơ ban đầu đưa vào thí nghiệm 40 3.2.6.2 Tổng phốt Hàm lượng phốt tổng suốt thời gian thực thí nghiệm biểu Tổng phốt (mg/l) diễn Hình 3.10 750 S25 S50 S75 S100 600 450 300 150 10 Thời gian (ngày) 13 16 Hình 3.10 Biểu đồ hàm lượng phốt tổng thí nghiệm xử lý theo mẻ Trong giai đoạn đầu, acid béo bay chất vi sinh vật chuyển hóa thành sản phẩm chứa tế bào, đồng thời giải phóng phốt pho, nồng độ phốt tăng ngày đầu Sau ngày thứ thí nghiệm, chất hữu dễ phân hủy chất giảm, vi sinh vật bắt đầu sử dụng phốt để tổng hợp nên tế bào vận chuyển lượng, điều làm giảm lượng phốt chất Thí nghiệm cho thấy S25 S50 có nồng độ phốt giảm nhanh S75 S100, điều thể biểu đồ hình 3.9 (nồng độ phốt S25 giảm 206,35 mg/l, S50 giảm 130,89 mg/l, S75 giảm 102,95 mg/l, S100 giảm 31,15 mg/l tính từ ngày thứ đến ngày kết thúc thí nghiệm) 3.2.6.3 Hàm lượng COD Hàm lượng COD cho ta biết lượng oxy hóa học cần thiết để oxy hóa hợp chất hữu vơ chất Hàm lượng COD thí nghiệm trình bày sau: 15000 COD (mg/l) S25 S50 S75 S100 12000 9000 6000 3000 10 Thời gian (Ngày) 13 16 Hình 3.11 Biểu đồ hàm lượng COD thí nghiệm xử lý theo mẻ 41 Lượng chất hữu vô ban đầu thí nghiệm cao, cao S25 giảm dần S50, S75, S100 Trong đó, thí nghiệm S50, COD giảm nhiều thí nghiệm lại (từ 10360 mg/l xuống 3600 mg/l), từ ngày đến ngày thứ thí nghiệm, COD giảm mạnh dần ổn định thời gian sau Lượng COD S25 giảm mạnh đến ngày thứ ổn định lại Ở S75, COD giảm tương đối (từ 6760 mg/l xuống cịn 4660 mg/l) Ở S100, lượng COD từ giai đoạn đầu đến kết thúc thí nghiệm liên tục giảm dần, giảm có xu hướng tiếp tục giảm sau ngày thứ 16 Căn vào biểu đồ Hình 3.5, nhận xét lượng biogas sinh tỷ lệ nghịch với lượng COD chất (biểu đồ Hình 3.11) Nhìn chung, hàm lượng chất dinh dưỡng bể phản ứng kỵ khí theo mẻ có giảm (hàm lượng ni tơ phốt pho), từ cho thấy hiệu xử lý chất dinh dưỡng hệ thống không cao Sau kết thúc thí nghiệm, chúng tơi nhận thấy thí nghiệm S50 thu lượng khí biogas cao nhất, COD đầu thấp S25 S75 Có thể kết hợp bùn thải sinh học rác thải sinh hoạt hữu tỷ lệ 50:50 tối ưu cho đồng xử lý kỵ khí hai loại chất thải Do đó, chúng tơi lựa chọn tỷ lệ phối trộn để thực thí nghiệm tối ưu hóa tiếp 3.3 Nghiên cứu đánh giá khả tạo khí sinh học từ q trình đồng xử lý kỵ bùn thải sinh học rác thải hữu mơ hình xử lý liên tục với tải trọng hữu khác Thí nghiệm thực tiếp nối thí nghiệm đồng xử lý kỵ khí theo mẻ Bể phản ứng thí nghiệm S50 S100 giữ lại, sau bể không cịn sản xuất biogas, chúng tơi tiến hành nạp tải trọng hữu gVS/l.ngày, nạp liên tục rút ngày suốt 18 ngày, sau đợi đến bể phản ứng khơng sinh khí chuyển sang nạp mức tải trọng gVS/l.ngày, tương tự cho mức tải trọng gVS/l.ngày Tất thao tác tiêu phân tích tương tự thí nghiệm đồng xử lý kỵ khí theo mẻ Sau thực thí nghiệm, chúng tơi thu nhận kết quả: 3.3.1 Giá trị pH Giá trị pH ngày thể Hình 3.12 42 8.5 Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày pH 7.5 6.5 S50 S100 11 13 15 17 11 13 15 17 Thời gian (Ngày) 11 13 15 17 Hình 3.12 Biểu đồ giá trị pH ngày tải trọng hữu Giá trị pH thí nghiệm tải trọng hữu gVS/l.ngày gVS/l.ngày khoảng từ đến 7,6 Giá trị pH thuận lợi cho việc điều chỉnh giá trị 7,5 Ở tải trọng hữu gVS/l.ngày, pH tăng mạnh ngày đầu, sau ổn định lại, pH cao nhiều so với hai tải trọng nhỏ Nồng độ khí methane 3.3.2 Thu nhận khí biogas ngày phân tích thành phần, chúng tơi có nồng độ khí methane thí nghiệm xử lý liên tục (Hình 3.13) 80 Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày Nồng độ methane (%) 70 60 50 40 30 S50 20 S100 10 10 13 16 10 13 Thời gian (Ngày) 16 10 13 16 Hình 3.13 Nồng độ khí methane thí nghiệm xử lý liên tục Ở thí nghiệm S50, ta thấy rằng, nồng độ methane không chênh lệch tải trọng, từ 63,54 – 67,57%, nồng độ CO2 từ 23,45 – 27,45% khí khác từ 6,08 – 11,21% Điều nhận xét tương tự cho thí nghiệm S100, nồng độ 43 methane khoảng 66,38 – 69,64%, nồng độ CO2 từ 26,47 – 29,32% nồng độ khí khác từ 1,57 – 6,03% Như vậy, việc thay đổi tải trọng hữu cở xử lý kỵ khí liên tục khơng gây ảnh hưởng đến nồng độ khí methane biogas 3.3.3 Thể tích khí biogas Thể tích khí biogas ngày (ml) Thể tích khí biogas thu nhận ngày trình bày biểu đồ Hình 3.14 Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày 3000 Tải trọng gVS/l.ngày 2500 2000 1500 S50 S100 1000 500 11 13 15 17 11 13 15 17 11 13 15 17 Thời gian (Ngày) Hình 3.14 Biểu đồ thể tích khí biogas thí nghiệm xử lý liên tục Ở thí nghiệm S50, thể tích khí biogas tải trọng gVS/l.ngày ngày chênh lệch ít, từ 390 – 520 ml Tải trọng gVS/l.ngày thu lượng biogas cao gấp đơi tải trọng gVS/lít.ngày, từ 860 – 1220 ml Tải trọng gVS/l.ngày thu lượng khí biogas thấp 1060 ml cao 2500 ml, lượng khí biogas chênh lệch cao (1440 ml) Ở thí nghiệm đối chứng S100, thể tích khí biogas sinh tải trọng thấp thí nghiệm S50 Lượng khí biogas tải trọng gVS/l.ngày,4 gVS/lit.ngày, gVS/lít.ngày 160 – 300 ml, 300 – 600 ml, 660 – 1400 ml Như vậy, thấy rằng: thể tích biogas sinh ổn định tải trọng hữu gVS/l.ngày gVS/l.ngày; bất ổn tải trọng gVS/l.ngày 3.3.4 Sản lượng khí methane Sau có kết phân tích khí biogas, vào lượng chất rắn bay thêm vào, biết sản lượng khí methane thu ba ngày/lần 44 Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày (ml/gVSthêm vào) Sản lượng methane 10 S50 S100 1 10 13 16 10 13 Thời gian (Ngày) 16 10 13 16 Hình 3.15 Biểu đồ sản lượng methane thí nghiệm xử lý liên tục Ở thí nghiệm S50, sản lượng khí methane sinh nhiều tải trọng hữu gVS/l.ngày Tuy nhiên, tải trọng cao này, sản lượng khí methane ngày khơng ổn định: thấp giai đoạn đầu cao giai đoạn sau Do chất thêm vào liên tục với tải trọng hữu cao, vi sinh vật chưa xử lý kịp thời Ở tải trọng hữu gVS/l.ngày gVS/l ngày, sản lượng khí methane có ổn định 1,3 – 1,5 mlCH4/gVSthêm vào 2,8 – 4,2 mlCH4/gVSthêm vào Tương tự thí nghiệm S100, sản lượng khí methane tải trọng gVS/l.ngày 0,75 – mlCH4/gVSthêm vào gVS/l ngày 1,5 – 2,9 mlCH4/gVSthêm vào 3.3.5 Hàm lượng acid béo bay (VFAs) Tổng acid béo bay thí nghiệm biểu diễn biểu đồ Hình 3.16 Thành phần VFAs phân tích bao gồm acid acetic acid propionic, khơng phát acid butyric acid isobutyric Tải trọng gVS/l.ngày 1750 Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày 1500 VFAs (ppm) 1250 1000 750 500 S50 250 S100 10 13 16 10 13 Thời gian (Ngày) 16 10 Hình 3.16 Hàm lượng VFAs thí nghiệm xử lý liên tục 45 13 16 Ở thí nghiệm S50, hàm lượng VFAs ổn định tải trọng hữu gVS/l.ngày gVS/l.ngày (lần lượt 998 – 1091,51 ppm 1297,82 – 1472,63 ppm) Hàm lượng VFAs thấp tải trọng gVS/l.ngày (từ 834,77 – 968,39 ppm) Ở thí nghiệm S100, hàm lượng VFAs mức tải trọng hữu gVS/l.ngày gVS/l.ngày từ 1118,03 – 1121,48 ppm 987 – 990,22 ppm, ổn định Riêng tải trọng cao gVS/l.ngày, hàm lượng VFAs tăng giảm thất thường từ 619,6 – 1073,47 ppm, VFAs có giá trị nhỏ ngày cuối thí nghiệm So sánh thí nghiệm S50 với thí nghiệm đối chứng S100, nhận thấy hiệu chuyển hóa thành khí methane tải trọng gVS/lít.ngày gVS/lít.ngày thấp tải trọng gVS/lít.ngày Hàm lượng dinh dưỡng 3.3.6 Tổng ni tơ 3.3.6.1 Hàm lượng ni tơ tổng suốt q trình thí nghiệm biểu diễn biểu đồ Hình 3.17 Tải trọng gVS/l.ngày 600 Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày Tổng ni tơ (mg/l) 500 400 300 200 S50 S100 100 10 13 16 10 13 16 10 13 16 Thời gian (Ngày) Hình 3.17 Biểu đồ hàm lượng ni tơ tổng thí nghiệm xử lý liên tục Ở thí nghiệm S50, tải trọng gVS/l.ngày, gVS/l.ngày gVS/l.ngày có hàm lượng ni tơ tổng từ 412 – 452 mg/l, 433 – 476 mg/l 462 – 499 mg/l Ở thí nghiệm S100, hàm lượng ni tơ tổng tải trọng hữu gVS/l.ngày, gVS/l.ngày gVS/l.ngày 355 – 374 mg/l, 412 – 479 mg/l 479 – 524 mg/l 3.3.6.2 Tổng phốt Hàm lượng phốt tổng thể Hình 3.18 46 Tổng phốt (mg/l) 600 Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày 500 400 300 200 S50 100 S100 10 13 16 10 13 Thời gian (ngày) 16 10 13 16 Hình 3.18 Biểu đồ hàm lượng phốt tổng thí nghiệm xử lý liên tục Thí nghiệm S50, hàm lượng phốt tổng tải trọng gVS/l.ngày khoảng 290 – 387 mg/l; tải trọng gVS/l.ngày 394 – 480 mg/l tải trọng gVS/l.ngày 488 – 527 mg/l Thí nghiệm S100, ba tải trọng, hàm lượng phốt tổng chênh lệch không nhiều nhỏ S50 Ở tải trọng hữu gVS/l.ngày 270 – 321 mg/l; tải trọng hữu gVS/l.ngày 267 – 317 mg/l tải trọng hữu gVS/l.ngày 307 – 346 mg/l 3.3.6.3 Hàm lượng COD Hàm lượng COD thí nghiệm S50 S100 biểu diễn Hình 3.19 20000 Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày Tải trọng gVS/l.ngày COD (mg/l) 17000 14000 11000 8000 5000 S50 2000 -1000 10 13 16 10 13 16 10 S100 13 16 Thời gian (ngày) Hình 3.19 Biểu đồ giá trị COD ở thí nghiệm xử lý liên tục Hàm lượng COD thí nghiệm S50 nhận xét sau: tải trọng hữu gVS/l.ngày, COD ổn định từ 8160 – 8800 mg/l Ở tải trọng gVS/l.ngày, COD bắt đầu thay đổi thấy rõ, thấp ngày đầu tăng dần ngày cuối, chênh lệch giá trí cao thấp 4300 mg/l Đối với tải trọng gVS/l.ngày, vi sinh vật không xử lý kịp lượng chất hữu chất nên COD bị biến 47 động theo, ngày cuối, lượng vi sinh vật tăng trưởng sinh sản đủ nhiều để xử lý lượng chất hữu chất, khí biogas sinh nhiều COD giảm thấy rõ, hàm lượng COD chênh lệch ngày cao thấp 4440 mg/l, nhiên COD đầu cao Thí nghiệm S100, hàm lượng COD lại tương đối ổn định tải trọng Ở tải trọng gVS/l.ngày, hàm lượng COD từ 2720 – 4000 mg/l Ở tải trọng hữu gVS/l.ngày, hàm lượng COD tăng nhẹ đều, khoảng 5480 – 5980 mg/l Đối với tải trọng gVS/l.ngày, hàm lượng COD khoảng 7060 – 8140 mg/l Kết luận hàm lượng chất dinh dưỡng hai thí nghiệm S50 S100 sau: hàm lượng ni tơ tổng phốt tổng nguyên liệu đầu vào thấp, khả xử lý chất dinh dưỡng hệ thống không cao; hàm lượng COD đầu cao Sau kết thúc thí nghiệm xử lý liên tục tải trọng hữu khác nhau, kết thu nhận sau: Tải trọng hữu gVS/l.ngày gVS/l.ngày có hiệu xử lý sản xuất biogas ổn định hiệu quả; tải trọng gVS/l.ngày ổn định mức tải trọng thấp, tăng lên tải trọng gVS/l.ngày để thu nhận biogas nhiều Tải trọng gVS/l.ngày, hệ thống xử lý cân bằng, hiệu xử lý không cao 48 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Bùn thải có hàm lượng carbon hữu cao (TOC từ 10 – 11%), hàm lượng ni tơ phốt thấp, tỷ lệ C:N khoảng 9:1 (chứng tỏ hàm lượng dinh dưỡng bùn cao so với hàm lượng carbon hữu cơ, thu hồi nguồn dinh dưỡng này), nồng độ Coliform Coliform phân cao (cần xử lý để không gây hại cho môi trường sức khỏe người), hàm lượng kim loại nặng thấp Rác thải sinh hoạt hữu có hàm lượng carbon hữu cao (TOC khoảng 16,5%), hàm lượng ni tơ phốt thấp, tỷ lệ C:N cao (khoảng 33:1), thích hợp cho việc phối trộn với bùn thải sinh để nâng cao giá trị thành phần phù hợp cho mục đích sản xuất khí sinh học Tỷ lệ phối trộn S50 tỷ lệ thích hợp cho thí nghiệm đồng xử lý theo mẻ bùn thải sinh học rác thải hữu Tải trọng hữu thích hợp để xử lý chất thải vận hành hệ thống tý lệ phối trộn S50 gVS/l.ngày gVS/l.ngày Kiến nghị: Nghiên cứu thực quy mơ phịng thí nghiệm, cần phát triển quy mô pilot đánh giá khả ứng dụng thực tế Cần nghiên cứu đồng xử lý kỵ khí bùn thải nguồn phụ phẩm hữu khác để tìm nguồn nguyên liệu phối trộn phù hợp Cần nghiên cứu sâu ảnh hưởng yếu tố vận hành đến suất sản xuất biogas bể phân hủy kỵ khí bùn thải rác thải hữu Cần phân tích thành phần vi sinh vật bể phân hủy kỵ khí để xác định vi sinh vật chiếm ưu loại nguyên liệu tỷ lệ phối trộn khác 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Trần Thị Kim Hạnh “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” Thạc sĩ Công nghệ sinh học, Trường Đại học Khoa Học – Đại học Thái Nguyên, Việt Nam, 2013 [2] Cao Vũ Hưng (2014) "Nghiên cứu chuyển hóa số yếu tố gây nhiễm q trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu phương pháp lên men nóng" Tiến sĩ Hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội – Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Việt Nam, 2014 Tài liệu tham khảo Tiếng Anh [3] G Bitton, Wastewater microbiology, New York, USA, 1999 [4] Y Chen et al., "Inhibition of anaerobic digestion process: a review", Bioresource technology, vol 99, pp 4044 – 4064, Jul 2008 [5] F Monnet, "An introduction to anaerobic digestion of organic wastes", Remade Scotland, 2003 [6] N.K Garg, “Multi-criteria Assessment of Alternative Sludge Disposal Methods”, Department of Mechanical Engineering, University of Strathclyde Engineering, 2009 [7] X Gao et al., "Biodegradation of particulate organics and its enhancement during anaerobic co - digestion of municipal biowaste and waste activated sludge", Renewable Energy, vol 96, pp 1086 - 1092, Oct 2016 [8] H.M Jang et al., "Effect of increased load of high-strength food wastewater in thermophilic and mesophilic anaerobic co-digestion of waste activated sludge on bacterial community structure", Water research, vol 99, pp 140-148, Aug 2016 [9] K.J Kennedy et al., "Technical feasibility of anaerobic co-digestion of sewage sludge and municipal solid waste", Environmental technology, vol 19, pp 9931003, 1998 50 [10] S Ledakowicz et al., "Anaerobic co-digestion of sewage sludge and organic fraction of municipal solid wastes", Advances in Environmental Research, vol.7, pp 609-616, May 2003 [11] H Li et al., “Improve biogas production from low – organic – content sludge through high – solids anaerobic co – digestion with food waste”, Bioresource Technology, vol 219, pp 252 – 260, Jul 2016 [12] Q Li et al., “Effects of loading rate and temperature on anaerobic co – disgestion of food waste and waste activated sludge in a high frequency feeding system, looking in particular at stability efficiency”, Bioresource Technology, Oct 2017 [13] X.H Nguyen and H.V Le, "Solid waste management in Mekong Delta" Journal of Vietnamese Environment, vol 1, pp 27-33, 2011 [14] S.G Pavlostathis and M Tandukar, "Co-digestion of municipal sludge and external organic wastes for enhanced biogas production under realistic plant constraints", Water research, vol 87, pp 432-445, Dec 2015 [15] I.S Turovskiy and P.K Mathai, “Wastewater sludge processing”, John Wiley & Sons, 2006 [16] Verma and Shefali, "Anaerobic digestion of biodegradable organics in municipal solid wastes", Columbia University2002 [17] J Zhang et al., “Enhancement of biogas production in anaerobic co-digestion of food waste and waste activated sludge by biological co-pretreatment”, Energy, vol 137, pp 479 – 486, Oct 2017 Tài liệu tham khảo website [18] Veolia water technologies UK Internet: https://www.veoliawatertechnologies.co.uk/tech-resources, 2016 51 PHỤ LỤC 52 ... ngành: Công nghệ sinh học Mã số : 60420201 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung rác thải hữu để sản xuất biogas II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:... trường Với lý trên, tiến hành thực đồ án tốt nghiệp với đề tài ? ?Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải sinh học nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung rác thải sinh hoạt để sản xuất biogas? ?? nhầm... 12/2017 - 2.2 Đối tượng nghiên cứu Nguồn bùn thải sử dụng nghiên cứu lấy từ Nhà máy xử lý - nước thải sinh hoạt tập trung:  Nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng: nguồn nước thải sinh hoạt địa bàn quận