của bùn bể phốt.
4.3.1. Ảnh hưởng của bùn bể phốt tới thành phần nước rác.
Hệ thống 2 được thực hiện, vận hành với các điều kiện ban đầu tương tự với hệ
thống 1. Sự khác nhau là ở hệ thống 2 có bổ sung bùn bể phốt (9% theo khối lượng ướt) với TS= 7,3%WW, VS = 77,4%TS, và pH = 8,1. Các kết quả của hệ thống 2, được so sánh với hệ thống 1 sẽđược trình bày ở dưới đây.
1. Ảnh hưởng của bùn bể phốt tới pH
Hình 4.11 biểu diễn sự thay đổi của giá trị pH trong nước rác của hai hệ thống 1, và 2. Trong hệ thống 2, giá trị pH tăng lên nhanh, tăng tới giá trị pH = 6,6 ở ngày thứ 9, sau ngày thứ 9 giá trị pH tiếp tục tăng và đạt giá trị pH ổn định 7,0-7,8. Trong khoảng thời gian từ 2-15 ngày giá trị pH của thiết bị 2 tăng cao hơn thiết bị 1, nên rủi ro bịức chế của thiết bị có sử dụng bùn bể phốt ít hơn. Ngoài ra sự tăng pH nhanh hơn trong giai đoạn này có thể thấy chúng ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ sinh khí (hình 4.15), tốc độ sinh khí của thiết bị 2 cao hơn hẳn thiết bị 1 trong khoảng thời gian này.
Thông thường trong quá trình phân hủy yếm khí ở giai đoạn axit hóa, một lượng lớn các axit dễ bay hơi được tạo thành, chúng sẽ tích tụ lại và làm cho pH giảm, vì thế
muốn khởi động giai đoạn mêtan có thể phải điều chỉnh pH. Tuy nhiên, giá trị pH của cả
Hình 4.11. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH trong nước rác.
Giá trị pH của thiết bị 2 có xu thế tăng nhanh hơn thiết bị 1, để đạt được giá trị pH = 6,6 thiết bị 1 mất 13 ngày, trong khi đó thiết bị 2 đạt được chỉ trong 9 ngày. Như vậy có thể thấy trong hệ thống 2 quá trình tựđiều chỉnh pH của nước rác tới pH tối ưu nhanh hơn thiết bị 1.
2. Ảnh hưởng của bùn bể phốt tới TVFA và COD.
Hình 4.12, biểu diễn hàm lượng COD hòa tan, và TVFA trong nước rác của hai thiết bị cho thấy hàm lượng COD và TVFA trong thiết bị 2 có xu thế thấp hơn hẳn so với thiết bị 1. Tốc độ sinh khí và khí tích lũy biogas của thiết bị 2 cao hơn so với thiết bị 1 (hình 4.12) tức là lượng cơ chất do vi khuẩn mêtan chuyển hóa thành khí mêtan nhiều hơn so với thiết bị 1.
Tuy nhiên tới ngày 27, tốc độ sinh khí của thiết bị 2 giảm dần và tới ngày 33 thì không sinh khí nữa. Quan sát hình 4.12 và 4.13 cho ta thấy tới ngày thứ 27, nồng độ
COD, và TVFA đã giảm xuống còn rất nhỏ, do vậy quá trình thủy phân không còn diễn ra nữa, điều này có thể do (1) cơ chất đã hết, (2) vấn đề vềức chế, (3) hoặc do hệ thống bị
hở. Tuy nhiên, ít có khả năng cơ chất đã hết hoặc bị ức chế, do hệ thống mới hoạt động
được trong khoảng 30 ngày, tổng lượng khí sinh ra chưa cao so với thiết bị 1 (TB1: 6049LTB2: 6948L), như vậy có thể lý giải về sự giảm tốc độ khí là do có dòng chảy cục bộ, lượng nước rác tuần hoàn không được phân phối đều tới các lớp chất thải rắn, vì vậy có khả năng một số khu vực vi khuẩn mêtan không hoạt động.
3. Ảnh hưởng của bùn bể phốt tới tỷ lệ TVFA/độ kiềm
Hình 4.13 biểu diễn tỷ lệ TVFA/độ kiềm trong nước rác của hai thiết bị phản ứng, Tỷ lệ TVFA/độ kiềm của thiết bị 2 giảm dần và tiến về 0,3 sau 22 ngày. Trong khi đó thiết bị 1 là 32 ngày. Như vậy có thể thấy bùn bể phốt có thể giúp giá trị này dần tiến về
giá trị tối ưu nhanh hơn thiết bị 1. Tức là thiết bị 2, đạt trạng thái ổn định nhanh hơn thiết bị 1.
4.3.2. Ảnh hưởng của bùn bể phốt tới thành phần và tốc độ sinh khí biogas.
1. Giai đoạn khởi động.
Hình 4.14. Thành phần khí CH4 (%biogas)
Hình 4.14 biểu thị thành phần khí mêtan trong khí biogas, ta có thể thấy thành phần khí mêtan đạt giá trị khoảng 55%biogas chỉ trong vòng có 7 ngày, và dần tới giá trị ổn định 60% ở ngày thứ 10. Tức là sau 7 ngày hệ thống 2 đã khởi động thành công pha mêtan. Điều đó cho thấy vi khuẩn mêtan của thiết bị 2 thích nghi nhanh và hoạt động ổn
định hơn thiết bị 1, cũng bởi vì giá trị pH hệ thống 2 đạt giá trị phù hợp cho vi khuẩn mêtan nhanh hơn hệ thống 1.
Hình 4.15. Tốc độ sinh khí biogas của hai TB
Như vậy có thể thấy sự ảnh hưởng rõ ràng của pH tới sự phát triển của vi khuẩn mêtan, thiết bị 2 đạt giá trị pH = 6,4 sau 7 ngày, giá trị này vi khuẩn mêtan có thể thích nghi và bắt đầu sản sinh khí mêtan, cũng có thể quan sát thấy thành phần khí mêtan cũng liên tục tăng, và đạt 50%. Thiết bị 1 đạt giá trị pH = 6,3 ÷ 6,4 sau 13 ngày, và thành phần khí mêtan tăng và đạt 50% ở ngày thứ 13.
2. Giai đoạn phát triển.
Gian đoạn phát triển của thiết bị 1 trễ hơn so với thiết bị 2 là 7 ngày, theo đường cong tích lũy khí CH4/thiết bị (hình 4.16) cho thấy tốc độ tích lũy của thiết bị 2 tăng nhanh hơn thiết bị 1. Trong giai đoạn này tốc độ sinh khí trung bình của thiết bị 2 là 270 L/ngày, thiết bị 1 là 220lit/ngày.
Nhìn vào xu thế biểu diễn thể tích khí CH4 tích lũy theo thời gian có thể thấy thiết bị 2 có xu thế tăng nhanh hơn thiết bị 1, tới ngày 27 khí CH4 tích lũy của thiết bị 1 là 2700LCH4/thiết bị, thiết bị 2 là 3700LCH4/thiết bị.
Tính tới ngày thứ 27, thể tích khí mêtan tích lũy riêng của thiết bị 1 là 135 LCH4/kgVS, thiết bị 2 là 150 LCH4/kgVS.
Hình 4.16. Đồ thị biểu diễn thể tích khí CH4 tích lũy
Tóm lại: kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống 2 với nguyên liệu đầu vào thêm 9% khối lượng ướt bùn bể phốt có quá trình phân hủy yếm khí diễn ra tốt hơn thể hiện bằng các dấu hiệu như: pH tựđiều chỉnh và khoảng thích nghi cho vi khuẩn mêtan nhanh hơn khoảng 1 tuần, tỷ lệ TVFA/độ kiềm điều chỉnh về khoảng thích hợp nhanh hơn gần 2 tuần, giai đoạn khởi động mêtan ngắn hơn khoảng 1 tuần, tốc độ sinh khí biogas và thành phần khí mêtan cũng cao hơn trong 3 tuần đầu tiên.
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 5.1. Kết luận.
- Sau 60 ngày vận hành hệ thống ở quy mô pilot để xử lý chất thải rắn hữu cơ đô thị
Hà Nội bằng phương pháp xử lý yếm khí khô theo mẻ có tuần hoàn nước rác, có thu hồi khí biogas thu được kết quả như sau:
5.1.1. Hiệu quả quá trình yếm khí của hệ thống 1.
- Giá trị pH tăng nhanh và đạt giá trị thích hợp sau khoảng 2 tuần, sau đó pH tiếp tục tăng và duy trì ổn định ở pH= 7,0 – 7,8;
- Thành phần khí mêtan tăng dần từ 27% tới trên 50% chỉ sau khoảng 2 tuần, sau
đó tiếp tục tăng và đạt giá trịổn định ở 55-70%;
- Vì tốc độ sinh khí biogas và nồng độ các chất hữu cơ trong nước rác giảm rõ rệt sau khoảng 2 tháng, nên mẻ thí nghiệm này có thể dừng sau 2 tháng.
- Sau 60 ngày, thể tích khí biogas tích lũy của thiết bị phản ứng 1 khoảng 12m3 với thành phần thể tích khí mêtan trung bình 59,6%biogas. Như vậy hiệu suất sinh khí mêtan là 339 LCH4/kgVS (300 NL/kgVS). So sánh với kết quả nghiên cứu trước [32] hiệu suất này tương ứng 73 – 100% giá trị tiềm năng sinh khí mêtan (BMP) của cùng loại CTR-HC lấy tại các thời điểm khác nhau.
- Thể tích CTR-HC giảm 40% so với thể tích ban đầu, như vậy thể tích CTR-HC sau quá trình yếm khí giảm đi đáng kể so với thể tích CTR-HC ban đầu;
Như vậy kết quả ban đầu cho thấy:
- Sự thành công của việc xử lý chất thải rắn hữu cơ đô thị Hà Nội bằng phương pháp phân hủy yếm khí nồng độ pha rắn cao có tuần hoàn nước rác. Hiệu quả sinh khí mêtan đạt 73-100% chứng tỏ hệ thống phân hủy yếm khí có thểđã đạt được các điều kiện thích hợp cho vi sinh vật hoạt động: nhiệt độ, pH, độẩm, tốc độ tuần hoàn nước rác...