Nghiên cứu đặc tính chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội và thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô pilot

Tình hình CTR đô thị tại Hà Nội

Nguồn gốc phát sinh và thành phần của chất thải rắn đô thị Hà Nội

Chất thải rắn sinh hoạt từ các khu dân cư, trung tâm thương mại, từ các công sở, trường học, các công trình công cộng, các dịch vụ đô thị, các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, khai khoáng, các trạm xử lý chất thải. Theo số liệu thống kê chất thải rắn hàng năm của URENCO Hà Nội, khối lượng chất thải rắn phát sinh từ các nguồn khác nhau của thành phố Hà Nội được trình bày ở bảng II.1.

Sự cần thiết phải xử lý thành phần hữu cơ của CTR đô thị

Tái chế chất thải hữu cơ sản xuất phân vi sinh: Hiện nay, đây là giải pháp quan trọng để giảm thiểu lượng chất thải rắn đưa tới bãi chôn lấp và tận dụng được những phần hữu cơ để phục vụ cho mục đích nông, lâm nghiệp. Trong thành phần của CTR đô thị, tỉ lệ CTR hữu cơ tương đối cao, nếu đem chôn lấp trực tiếp thì quá trình phân hủy diễn ra trong bãi chôn lấp rất phức tạp và khó kiểm soát, gây ảnh hưởng đến môi trường đất, nước, không khí.

Quá trình phân hủy yếm khí sinh khí sinh học (Biogas) 1. Khái niệm

Các yếu tố ảnh hưởng 1. Môi trường

Nói chung, trong các hầm ủ yếm khí khi nhiệt độ tăng thì tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 45oC thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả 2 loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60oC thì tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kiềm hãm hoàn toàn ở nhiệt độ 65oC. Trong nghiên cứu này, CTR được thu thập nhiều lần từ nhà máy chế biến phế thải Cầu Diễn (CTR từ các chợ và dự án 3R), tiến hành phân loại thủ công tại nhà máy để xác định các thành phần nhằm đánh giá thành phần của CTR đô thị Hà Nội, phần chất thải hữu cơ thu được sẽ sử dụng để phân tích tại phòng thí nghiệm (PTN) các chi tiêu: Độ ẩm (MC), Tổng chất khô (TS), Chất rắn bay hơi (VS), Tổng Nitơ Kejldahl (TKN), Tổng cacbon hữu cơ (TOC) để đánh giá đặc tính và tiềm năng phân hủy yếm khí của chất thải hữu cơ này này.

Nghiên cứu đặc tính CTR hữu cơ đô thị Hà Nội

Lấy mẫu

Mẫu CTR hữu cơ được thu thập tại nhà máy chế biến phế thải Cầu Diễn với thể tích khoảng 4m3 được đổ đống tại một nơi riêng biệt, đảo trộn đều và vun thành đống hình côn. Sau đó phân loại thủ công để tách các thành phần nguy hại, không phân hủy được hoặc phân hủy chậm như: Pin, kim loại, plastic, giấy, thủy tinh, đất đá, xỉ, xương động vật, vỏ sò, ốc… và thành phần hữu cơ phân hủy sinh học như: lá cây, củ, quả, thức ăn thừa… Thu được thành phần hữu cơ của CTR (M2). Mẫu CTR hữu cơ dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm, sau khi thu thập từ nhà máy tiến hành xử lý mẫu ngay (nếu chưa xử lý kịp thì phải bảo quản lạnh ở 2-6oC không quá 1 ngày).

Xác định thành phần của CTR

Khi đó (NH4)2SO4 tạo thành sẽ tác dụng với KOH hoặc NaOH đậm đặc trong bình cất, NH3 bay ra được hấp thụ bởi dung dịch axit Boric (H3BO3).Chuẩn độ muối (NH4)3BO3 tạo thành bằng dung dịch chuẩn H2SO4 qua đó tính được hàm lượng Nitơ trong mẫu.  Tổng phốtpho (TP): TP của mẫu CTR hữu cơ được phân tích theo phương pháp trắc quang sử dụng amonimolipdat với nguyên tắc chung là dựa trên phản ứng của orthophosphate với molipdat và antimon trong môi trường axits sẽ tạo phức chất antiomon photphomolipdat, khử phức chất này bằng axit ascorbic tạo thành phức chất molipden màu xanh đậm. Dùng axit H2SO4 đậm đặc cùng với HClO4 tiến hành nung nóng để công phá các dạng phốtpho hữu cơ và vô cơ trong mẫu CTR hữu cơ để chuyển chúng thành dạng phốtphát hòa tan.

Thăm dò quá trình phân hủy yếm khí ở quy mô pilot 1. Thiết lập và vận hành hệ thống phân hủy yếm khí

• Đánh giá giai đoạn thủy phân và lên men axit 1. Nguyên tắc làm việc
• Thăm dò quá trình sinh khí mêtan 1. Nguyên tắc làm việc

Do tốn nhiều thời gian trong việc thiết lập, vận hành hệ thống và hạn chế trong phạm vi thời gian làm đồ án tốt nghiệp, vì vậy mà đề tài mới chỉ thực hiện giai đoạn 1 (vận hành được 2 mẻ) và ở giai đoạn 2 chưa tiến hành được trong điều kiện có kiểm soát nhiệt độ, vi sinh vật và tuần hoàn nước rác mà chỉ bước đầu ủ thăm dò quá trình phân hủy yếm khí trong điều kiện không kiểm soát về nhiệt độ, vi sinh vật và tuần hoàn nước rác. Vùng thể tích bên trong với thể tích là 296 (lít) bao gồm: Khu vực nạp liệu (B) thể tích khoảng 222 (lít), chất thải rắn hữu cơ sẽ được nạp vào khu vực này; Khu vực (C) với thể tích khoảng 37 (lít) là thể tích trống phía trên, đây là khu vực phân phối nước và để cho khí biogas sinh ra; Khu vực (D) với thể tích khoảng 37 (lít) ở phía dưới, là khu vực chứa lớp sỏi để lọc các cặn bẩn của nước rác tránh tắt hệ thống bơm và đường ống tuần hoàn nước rác. Chương này trình bày và phân tích kết quả nghiên cứu: Đặc tính của CTR hữu cơ đô thị Hà Nội; Quá trình thiết lập hệ thống phân hủy yếm khí thành phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị; Đánh giá hiệu quả của quá trình thủy phân CTR hữu cơ trong điều kiện có bổ sung tuần hoàn và thu hồi nước rác; Thăm dò quá trình ủ yếm khí trong điều kiện không kiểm soát nhiệt độ, không tuần hoàn nước, không bổ sung vi sinh vật.

Đặc tính của chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội 1. Thành phần của CTR

Tính chất của CTR hữu cơ

Thành phần hữu cơ của CTR đô thị được phân tích tại phòng thí nghiệm các chỉ tiêu lý hóa như: Độ ẩm (MC), tổng chất khô (TS), chất rắn bay hơi (VS), tổng cacbon hữu cơ (TOC), tổng nitơ Kjeldahl (TKN), tổng phốtpho (TP). Hàm lượng VS cao thì thường thích hợp cho phân hủy sinh học Ở đây, thành phần hữu cơ của CTR tại nhà máy chế biến Cầu Diễn có VS trung bình 54,24%, giá trị này không cao nhưng là tốt so với các thành phần khác của CTR đô thị đối với mục đích phân hủy yếm khí. Hàm lượng C:N, tỉ lệ này thích hợp cho quá trình phân hủy yếm khí là từ 25 30, qua phân tích thì tỉ lệ này đối với thành phần hữu cơ của CTR đô thị Hà Nội trung bình là 49,23, tỉ lệ này hơi cao so với tỉ lệ tối ưu cho quá trinh phân hủy yếm khí, vì vậy để khởi động quá trình sinh khí mêtan cần bổ sung thêm dinh dưỡng để đảm bảo tỉ lệ C:N thích hợp cho sự hoạt động của các vi khuẩn mêtan.

Đánh giá giai đoạn thủy phân

Cân bằng vật chất giai đoạn thủy phân

Phương trình cân bằng cacbon cho giai đoạn bổ sung và tuần hoàn nước TOCcủa CTR-HC ban đầu = TOCtrong nước rác + TOCcòn lại trong CTR-HC (4.1) Lượng TOC của CTR-HC ban đầu. Từ kết quả phân tích TOC của mẫu CTR hữu cơ và mẫu nước, ta có bảng bảng 4.7 cho biết giá trị TOC của mẫu chất thải rắn hữu cơ ban đầu, TOC có trong nước rác sau khi kết thúc giai đoạn này ở 2 thiết bị phản ứng.

Tổng axít bay hơi (TVFA) và pH

Trong số các thành phần chính phân hủy sinh học đó là hydratcacbon, protein và lipit thì hydratcacbon (xenlulo, tinh bột…) dễ dàng và nhanh chóng bị thủy phân chuyển thành các đường đơn và sau đó là lên men tạo VFA. Đối với thiết bị phản ứng 1: Do ban đầu sử dụng một lượng nước lớn (135lít) để tuần hoàn trong 3 ngày, nên quá trình tích lũy VFA sẽ được thực hiện trong chu kỳ 3 ngày (theo chu kỳ thay nước tuần hoàn). Như vậy, quá trình tuần hoàn nước chỉ giúp rút bớt các sản phẩn trung gian của quá trình thủy phân và lên men axit vào một thiết bị khác nhằm giảm tải axit cho giai đoạn sinh khi mêtan, chứ cũng không tạo ra pH tối ưu cho quá trình phân hủy yếm khí.

Thăm dò quá trình sinh khí mêtan