3.2.1. Chất thải rắn hữu cơđô thị Hà Nội.
a. Lấy mẫu.
Mẫu CTR-HC được lấy từ nhà máy chế biến phế thải Cầu Diễn, 60B Nhuệ Giang, Tây Mỗ, Từ Liêm, Hà Nội. Mẫu được lấy sau hệ thống phân loại của nhà máy có thể tích khoảng 2m3, sau đó CTR được đổ đống lại tại một nơi riêng biệt, xáo trộn đều bằng cách vun thành đống hình côn thành nhiều lần. Chia hình côn đã trộn đều đồng nhất làm bốn phần bằng nhau, lấy hai phần chéo nhau, tiến hành phân loại. Loại bỏ các thành phần gây
Bảng 3.1. Tỷ lệ phần trăm của các thành phần trong mẫu CTRHC. Thành phần Khối lượng (kg) Thành phần %
Tổng khối lượng rác 419
1. Phần khó phân hủy sinh học (Kim loại, thủy tinh, đá sỏi, sành sứ, xỉ, gỗ, vỏ sò, vỏ ốc, Nhựa, cao su, nilon, vải, rẻ rách)
76 18
2. Chất hữu cơ dễ phân hủy (phần còn lại)
= Chất thải rắn hữu cơđô thị 343 82
Mẫu chất thải rắn có hàm lượng chất khô (TS) khoảng 30,5%, và hàm lượng chất rắn bay hơi (VS) khoảng 50,1%, phù hợp với quá trình xử lý yếm khí kỵ khí khô.
b. Xử lý mẫu.
- Mẫu chất thải rắn hữu cơ tập trung về xưởng, rác có kích thước lớn hơn 6cm
được lọc ra, làm giảm tới kích thước 3-6cm. sau đó lại trộn đều vào với phần còn lại đảm bảo độđồng nhất.
- Lấy mẫu CTHC phân tích trong phòng thí nghiệm: Lấy 50 kg đã đồng nhất ở trên và lấy khoảng 10kg theo phương pháp lấy mẫu ¼, mẫu này được nghiền thô, nghiền tinh trước khi phân tích.
3.2.2. Bùn yếm khí bể UASB.
Lấy bùn giống VSV từ van xả đáy của bể UASB tại nhà máy bia Hà Nội (công suất 125 m3/h; Nhiệt độ hoạt động: t = 30 - 400C; topt = 35 - 380C; hệ thống hoạt động ổn
định).
3.2.3. Phân bò, phân lợn.
• Địa điểm lấy mẫu
Tại thôn Khoan Tế - xã Đa Tốn - huyện Gia Lâm – Tp.Hà Nội, nằm ở phía Đông của thủ đô là một thôn nhỏ có truyền thống hoạt động sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi trồng trọt từ lâu đời, hiện nay vẫn đang được duy trì.
• Cách thức lấy mẫu
Lấy mỗi hộ chăn nuôi một lượng nhỏ phân lợn, phân bò rồi trộn chung vào, như
thế sẽđảm bảo tính đại diện.
3.2.4. Bùn yếm khí hầm bigoas.
• Địa điểm lấy mẫu
Tại thôn Khoan Tế - xã Đa Tốn - huyện Gia Lâm – Tp.Hà Nội. • Cách thức lấy mẫu.
Hút tại bể biogas vẫn hoạt động bình thường của các hộ gia đình nuôi lợn trong thôn.
3.2.5. Bùn bể phốt.
Được công ty Môi trường Đô thị Hà Nội thu thập và cung cấp.
3.2.6. Các vật liệu khác.
- Lớp sỏi: Sỏi có kích thước từ 1 – 3 cm, được nạp vào phần đáy thiết bị. Sỏi có kích thước lớn 2 – 3 cm được cho vào hệ thống trước rồi đến lớp sỏi có kích thước 1- 2 cm. Chiều cao của lớp sỏi 8cm. Sau khi nạp lớp sỏi vào hệ thống, bật máy bơm chạy khoảng 2 phút xả nước qua lớp sỏi để rửa trôi những cặn bẩn còn bám trên bề mặt các viên sỏi.
- Ống PVC tạo độ rỗng: Ống PVC được cho vào thiết bị phản ứng cùng với CTR hữu cơ để tạo độ rỗng nhằm tạo sự lưu thông cho khí và lỏng trong khối hỗn hợp nguyên liệu. Ống PVC có đường kính trong 27mm, đươc cắt nhỏ với chiều dài từ 4-5cm. Sau đó
được nạp vào thiết bị phản ứng với tỉ lệ 10% thể tích của hỗn hợp nguyên liệu [6].
3.3. Nạp nguyên liệu và vận hành hệ thống. 3.3.1. Nạp nguyên liệu.
Nguyên liệu sau khi tiền xử lý, đảm bảo độ đồng nhất được nạp vào thiết bị phản
Thiết bị phản ứng của hệ thống 1 và 2 đều chứa 5 lớp CTR-HC (24kg/lớp), 5 lớp phân bò (3kg/lớp), 5 lớp phân lợn (2kg/lớp), và 5 lớp PVC (khoảng 1kg/lớp). Các lớp nguyên vật liệu ngăn với lớp sỏi bằng một tấm lưới có đục lỗ, dầy khoảng 2mm.
Giống vi sinh vật trước khi nạp vào thùng nước rác tất cả đều được lọc qua rây
đường kính 0,5mm. Thùng nước rác của thiết bị 1 bao gồm: 100 lít bùn yếm khí bể
UASB, 50 lít nước, và 50 lít bùn yếm khí hầm biogas. Thùng nước rác của thiết bị 2 bao gồm: 100 lít bùn vi sinh vật, 30 lít bùn bể phốt, và 50 lít bùn yếm khí hầm biogas, 20 lít nước.
Bảng 3.2. thành phần của thiết bị phản ứng và thùng nước rác trong hai hệ thống.
Thiết bị phản ứng Thùng nước rác Hệ thống Thành phần Khối lượng (kg/lớp) Tổng khối lượng (kg) Thành phần Thể tích (lít) Hệ thống 1 -5 lớp CTR-HC -5 lớp phân bò -5 lớp phân lợn -5 lớp PVC 24 3 2 1 120 15 10 5 - Bùn yếm khí UASB - Bùn yếm khí hầm biogas - Nước 100 50 50 Hệ thống 2 -5 lớp CTR-HC. -5 lớp phân bò -5 lớp phân lợn -5 lớp PVC 24 3 2 1 120 15 10 5 - Bùn yếm khí UASB - Bùn yếm khí hầm biogas - bùn bể phốt - Nước 100 50 30 20 3.3.2. Vận hành hệ thống,
Trước khi đóng nắp thiết bị phản ứng cần theo dõi độ tuần hoàn của nước rác để có chế độ tuần hoàn thích hợp. Để cho thiết bị hoạt động ổn định hằng ngày cần kiểm tra, theo dõi…
Bảng 3.3. Điều kiện vận hành hệ thống Thể tích nạp nguyên liệu 220 (lít)
Kích thước CTR-HC < 60 mm
Khối lượng CTR-HC 120 kg
Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu 120kg CTR-HC:15kg phân bò:10kg phân lợn
Khối lượng riêng của hỗn hợp nguyên liệu
550 kg/m3
Nhiệt độ 35 - 380C
Nước tuần hoàn Lưu lượng tuần hoàn 6l/phút, lặp lại chu kỳ
bơm 2 phút, nghỉ 4 tiếng.
Thời gian lưu 60 ngày
Hình 3.4 biểu diễn nhiệt độ thực tế của hai thiết bị phản ứng trong thống trong thời gian hệ thống hoạt động, nhiệt độ thực tế của hai thiết bị phản ứng luôn dao động trong khoảng từ 35-380C.
Hình 3.4. Biến thiên nhiệt độở hai thiết bị phản ứng 3.4. Lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm.
Phân tích nguyên liệu đầu vào, bao gồm chất thải hữu cơ, phân lợn, phân bò, bùn yếm khí UASB, bùn yếm khí hầm biogas, hỗn hợp nguyên liệu đầu ra với các thông số:
Khối lượng riêng, hàm ẩm (MC), chất rắn bay hơi (VS), tổng TKN, tổng Cacbon hữu cơ
(TOC).
Nước rác được lấy mẫu ít nhất 2 ngày một lần và được đo đạc phân tích các thông số: pH, tổng axit dễ bay hơi (TVFA), COD hòa tan, độ kiềm, NH4-N.
Khí biogas được sinh ra ngay sau 1 ngày nạp liệu, lưu lượng và thành phần CO2, CH4 trong khí được đo đạc và phân tích hằng ngày. Bảng 3.4 thể hiện các thông số cần phân tích và theo dõi.
Bảng 3.4. Các thông số cần phân tích và theo dõi.
Thông số Tần suất Chất thải rắn Khối lượng riêng (kg/m3) Hàm ẩm (MC) (%WW) Chất rắn bay hơi (VS) (%TS) Tổng TKN (mg/kgTS) Tổng cacbon hữu cơ (TOC) (mg/kgTS) Thông sốđầu vào và đầu ra Nước rác pH TVFA (mg axetic/l) COD hòa tan (mg/l)
độ kiềm (mg CaCO3/l) NH4-N (mg NH4+/l)
Hàng ngày
Tuần đầu 1 lần/ngày, sau đó 2 ngày 1 lần Tuần đầu 1 lần/ngày, sau đó 2 ngày 1 lần Tuần đầu 1 lần/ngày, sau đó 2 ngày 1 lần Tuần đầu 1 lần/ngày, sau đó 2 ngày 1 lần
Khí
Thành phần khí (%CH4, %CO2) Thể tích khí (lít)
Lưu lượng khí (l/ngày)
Mỗi ngày hai lần cách nhau 12 tiếng
Nhiệt độ thùng phản ứng 2 lần/ngày
Phương pháp phân tích và đo đạc các thông số nếu trên được trình bày dưới đây.
3.4.1. Chất thải rắn hữu cơ.
Hình 3.5.Sơđồ mô tả quá trình phân tích MC, TS, VS của chất thải rắn hữu cơ
1. Khối lượng riêng [26]
Mẫu CTR-HCsau khi phân loại được cho từ từ vào một thiết bị chứa có thể tích và khối lượng xác định cho đến khi đầy thiết bị. Nhấc thiết bị này lên khỏi mặt đất khoảng 30cm rồi thả xuống, lặp lại khoảng 4 lần. Tiếp tục cho CTR hữu cơ đến đầy thiết bị, cân và ghi kết quả khối lượng của cả thiết bị chứavà CTR hữu cơ.
Khối lượng riêng )của CTR hữu cơđược xác định theo công thức:
(kg/m3) (3.1) Trong đó: - M1: Khối lượng của thiết bị chứa (kg); - M2: Khối lượng của thiết bị chứa và CTR hữu cơ (kg); - V: Thể tích của thiết bị chứa (m3). 2. Độẩm (MC) và Tổng chất khô (TS) [21] CTR hữu cơ (tổng khối lượng ướt) Độẩm (MC) Tổng chất khô (TS)
Phần không bay hơi Chất rắn bay hơi (VS) Sấy khô ở 105oC trong 24h
Còn lại
Còn lại
Mẫu CTR-HC được cho vào khay nhôm với khối lượng mẫu xác định. Tiến hành sấy khô ở 105oC, sau 24 giờ cân và ghi lại khối lượng chính xác. Lặp lại quá trình sấy cho
đến khi sai số giữa các lần cân nhỏ hơn 3%. MC và TS được tính theo công thức (3.2) và (3.3), kết quả là giá trị trung bình của các mẫu phân tích.
%MC = (3.2) %TS = 100% - %MC (3.3) Trong đó: - : Khối lượng ban đầu của mẫu CTR hữu cơ (g); - : Khối lượng của lần cân cuối cùng (g). 3. Chất rắn bay hơi (VS) [21] • Chuẩn bị:
- Mẫu sau khi xác định TS được nghiền thành bột mịn trộn đều và cho vào tủ sấy ở
103 – 105oC tới khối lượng không đổi.
- Xác định khối lượng chén: chén chịu nhiệt đem nung ở nhiệt độ 5500C trong 1 giờ lấy ra và làm nguội trong tủ sấy, cho tới khối lượng không đổi.
• Tiến hành: cân mẫu vào chén chịu nhiệt và đem nung ở nhiệt độ 5500C trong 1 giờ. Sau đó lấy ra làm nguội trong tủ sấy, xác định khối lượng bằng cân phân tích (sai số
0,0001). Giá trị VS được xác định theo công thức (3.4). Kết quả cuối cùng là giá trị trung bình của các mẫu phân tích.
%VS = (3.4)
Trong đó:
- : Khối lượng ban đầu của mẫu và cốc (g); - : Khối lượng mẫu và cốc sau khi nung (g); - : Khối lượng của cốc (g).
1. Tổng Nitơ Kjeldahl (TKN) [TCVN 6498:1999]:
TKN của mẫu CTR được phân tích dựa trên phương pháp Kjeldahl với nguyên tắc công phá các dạng Nitơ trong hợp chất hữu cơ của mẫu CTR hữu cơ, bằng axit H2SO4 đđ
với xúc tác K2SO4 : CuSO4 : Se = 100 : 10 : 1. 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. Tiến hành song song với mẫu trắng.
Hàm lượng Nitơ Kjeldahl trong mẫu được tính theo công thức
(%) (3.5)
Trong đó:
- MTS: Khối lượng mẫu tính theo gTS (g);
- V1: Thể tích H2SO4 tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu (ml); - V2: Thể tích H2SO4 tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng (ml); - : Nồng độ H2SO4 chuẩn dung để chuẩn độ (N); - 14,01: Khối lượng nguyên tử của Nitơ (g);
2. Tổng cacbon hữu cơ (TOC) – (TCVN 6644:2000): Cacbon hữu cơ trong mẫu CTR hữu cơ bị ôxi hóa trong hỗn hợp dung dịch kali bicromat (có dư) và axit sunfuric ở nhiệt
độ 1350C. Các ion bicromat trong dung dịch có màu đỏ da cam, bị khử về ion Cr3+ đổi màu dung dịch thành xanh lá cây. Cường độ của màu xanh lá cây được đo bằng quang phổ. Phương pháp này được hiệu chuẩn bằng glucoza.
3.4.2. Nước rác.
1. Đo pH: pH của nước rác được xác định hằng ngày, sử dụng máy đo pH.
2.Nhu cầu ôxy hóa học (COD): Nhu cầu ôxy hóa học của mẫu nước rác được phân tích theo phương pháp hồi lưu đóng, sử dụng chất ôxy hóa mạnh là K2Cr2O7 để ôxy hóa các hợp chất hữu cơ của mẫu nước trong môi trường axit sunfuaric xúc tác là Ag2SO4, HgSO4
FAS và sử dụng feroin làm chỉ thị. Điểm kết thúc chuẩn độ là điểm khi dung dịch chuyển từ màu xanh lam sang màu nâu đỏ nhạt.
Cho vào ống đun 2ml mẫu, 3 ml dung dịch H2SO4 (đã pha xúc tác) và 1ml K2Cr2O7 đã. Đậy nắp lại và lắc cẩn thận để trộn kỹ hỗn hợp trước khi gia nhiệt, đặt ống vào bếp đun. Sau khi đun xong làm nguội đến nhiệt độ phòng, chuyển dung dịch từ ống
đun vào bình nón, chuẩn độ dung dịch trong bình nón. Tiến hành đồng thời cùng mẫu trắng và mẫu chuẩn.
Kết quảđược tính theo công thức:
(mg/l) (3.6)
Trong đó:
- A: Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng (ml) - B: Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu nước rác (ml) - N: Nồng độ của FAS (N)
- 8: Đương lượng phân tử gam của ôxy - 2: Thể tích mẫu phân tích (ml)
- K: Hệ số pha loãng
3. Tổng axit bay hơi (TVFA): theo standard menthod 5560C Tổng axit bay hơi được xác định theo phương pháp chưng cất và chuẩn độ dựa trên phản ứng trung hòa giữa axit và NaOH 0,1N, sử dụng chỉ thị phenolphatalein để xác định điểm cuối của quá trình chuẩn độ khi dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng bền trong khoảng 30 giây thì ngừng chuẩn độ.
Nồng độ axit bay hơi (TVFA) được xác định theo công thức: VxNx60000 TVFA(mgAcetic/l)= V xf mau (mg/l) (3.7) Trong đó: - V: Thể tích NaOH 0,1N chuẩn mẫu (ml);
- Vmẫu: Thể tích mẫu đem chưng cất (ml); - f: hệ số thu hồi
4. Amoni (NH4+) [TCVN 5988-1995]: Xác định theo phương pháp chưng cất và chuẩn
độ. Nguyên tắc của phương pháp là điều chỉnh pH của mẫu đến khoảng 6,0-7,4 bằng cách thêm NaOH 12N để tạo môi trường yếu, rồi đem mẫu chưng cất amoniac được giải phóng và thu vào bình hứng có chứa sẵn dung dịch boric 20g/l. Chuẩn amoni trong phần cất
được bằng dung dịch H2SO4 0,05N chỉ thị taxiro chuyển từ mầu xanh sang hồng, công thức tính. mg NH4-N/l = 1 2 0 V -V xNx14,01x1000 V (3.8) Trong đó V0: thể tích của mẫu (ml); V1: thể tích H2SO4 khi chuẩn độ mẫu (ml); V2: thể tích H2SO4 khi chuẩn độ mẫu trắng (ml);
N: nồng độđương lượng của H2SO4 (đương lượng mol); 14,01: Khối lượng nguyên tử của Nito.
5. Độ kiềm.
Xác định bằng phương pháp chuẩn độ với axit H2SO4 0,05N, điểm dừng chuẩn độ
tới khi pH=4,5.
Hàm lượng kiềm được xác định theo công thức: mg CaCO3/l = VxNx50 1000
Vmau x (3.9)
Trong đó
V: thể tích H2SO4 khi chuẩn độ mẫu (ml); Vmẫu: thể tích mẫu đem chuẩn độ (ml); 50: đương lượng gam CaCO3 (g).
Khí biogas được dẫn qua thiết bị đo thể tích khí, sau đó sẽ được dẫn qua bộ phận lọc ẩm và lọc H2S trước khi xác định thành phần của nó.
-Thể tích Biogas: Lưu lượng biogas sinh ra được đo bằng thiết bị WET GAS METER.
-Thành phần Biogas: Thành phần biogas mà chủ yếu là CH4 và CO2 sẽ được đo bằng máy Portable analyzer (% thể tích).
Bảng 3.5.Tổng hợp phương pháp phân tích các thông số Thông
số Phương pháp Hóa chất cần, dụng cụ Đơvịn Trở ngại Lưu ý trong quá trình ltích mẫu ấy và phân 1. Chất thải rắn
MC Pp Khối lượg, sấy
100-1050C/24h Cân pt sai số 0.0001g % Lấy mẫu và cân sai slầấn cân cy khô đầúng quy cách và n được hút ẩm bằđủng dài, mỗi silicagel/15-20ph VS Pp Khối lượg, sấy 5500C/1h tt tt Tt Tt Tổng Nito PP Kendanl Bình kendan,TB phá mẫu DK6, TB chưng cất UDK146, H2SO4, NaOH6N K2SO4:CuSO4:Se = 100:10:1
mg/kg TS
- Các ion NO-3, NO2- -Nghiền qua rây 5mm
-Các muối vô cơ: thêm H2SO4 dđ TOC TCVN 6634:2000 mg/kg TS - 2. Nước rác pH Máy đo pH Tạp chất bám vào điện cực Định kỳ kiểm tra lại sốđo COD
hòa tan pp hBicromat ồi lưu đóng dùng Kmu2Crối Mo, Feroin 2O7, H2SO4 98%, Ag2SO4, mg/l Những ion Cl
-, NO-2 - cho HgSO4, để kết tủa hết ion Cl-