4. Phƣơng pháp nghiên cứu
3.2.2. Phƣơng pháp ủ phân ở chế độ yếm khí
3.2.2.1. Nguyên lý
Nguyên lý của quá trình phân hủy yếm khí là sự phân giải phức tạp gluxit, lipir và protein trong CTR với sự tham gia của các vi sinh vật kị khí có sẵn trong tự nhiên, sử dụng lượng ôxi tối thiểu trong quá trình phân hủy. Các phế thải hữu cơ được bổ sung thêm bùn và một số chế phẩm vi sinh vật phân giải hữu cơ khác.
72
Rác hữu cơ (bổ sung nhiệt độ, độ ẩm, vi sinh vật) CH4 + H2S + H2O (N, P, K) [10]
3.2.2.2. Cơ chế, tác nhân sinh học của quá trình
a. Cơ chế
Phân hủy yếm khí CTR có thể chia làm 6 quá trình:
1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccarit, chất béo. 2. Lên men các axit amin và đường.
3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu.
4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ axit acetic). 5. Hình thành khí metan từ axit axetic.
6. Hình thành khí metan từ hydro và CO2. [10]
Các quá trình này có thể hợp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:
- Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzym do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccarit, protein, lipit) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các axit amin, axit béo).
Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
- Axit hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như axit béo dễ bay hơi, rượu, axit lactic, metanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các axit có thể làm pH giảm xuống 4.0.
- Axetic hoá: Vi khuẩn axetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn axit hóa thành axetat, H2, CO2 và sinh khối mới.
- Metan hóa: Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Axetic, H2, CO2, axit fomic và metanol chuyển hóa thành metan, CO2 và sinh khối mới.
73
Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, axit hóa và axetic hóa, COD hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn metan. [10]
b. Tác nhân sinh học [12]
Tác nhân sinh học tham gia vào quá trình phân hủy yếm khí CTR bao gồm: - Nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo axit:
Clostridium spp, Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp, Desulphovibrio spp, Corynebacterium spp, Lactobacillus, Actinomyces, Escherichia coli, Staphylococcus.
- Vi khuẩn tạo metan: Methanobacterium, Methanobacillus. - Dạng hình cầu : Methanococcus, Methanosarcina.
3.2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ rác yếm hí
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ [10]
Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Thông thường biên độ nhiệt sau đây được chú ý đến trong quá trình xử lý yếm khí:
- 250C - 400C: đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa ấm. - 500C - 650C: nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa nhiệt.
Nói chung khi nhiệt độ tăng tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 40 – 450C thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 600C tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kềm hãm hoàn toàn ở 650C trở lên.
Ở các nước vùng ôn đới nhiệt độ môi trường thấp, do đó tốc độ sinh khí chậm và ở nhiệt độ dưới 100C thể tích khí sản xuất bị giảm mạnh. Để cải thiện tốc độ sinh khí người ta có thể dùng Biogas đun nóng nguyên liệu nạp, hoặc đun nước nóng để trao đổi nhiệt qua các ống hình xoắn ốc lắp đặt sẵn trong lòng hầm ủ. Ngoài ra người ta còn dùng các tấm nhựa trong để bao hầm ủ lại, nhiệt độ bên trong tấm
74
nhựa trong sẽ cao hơn nhiệt độ môi trường từ 5 – 100C, hoặc thiết kế cho phần trên hầm ủ chứa nước và lượng nước này được đun nóng lên bằng bức xạ mặt trời, hoặc tạo lớp cách nhiệt với môi trường bằng cách phủ phân compost hoặc lá cây lên hầm ủ.
b. Ảnh hưởng của pH [10]
pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6 - 7,6, tối ưu trong khoảng 7 - 7,2 vì tuy rằng vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH đó. pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn metan. Trong trường hợp này người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh metan sử dụng hết các axit thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh khí bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy định. Ngoài ra người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ.
c. Ảnh hưởng của độ mặn [10]
Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. Khả năng sinh Biogas của hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối trong nước. Kết quả cho thấy vi khuẩn tham gia trong quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích nghi với nồng độ của muối ăn NaCl trong nước. Với nồng độ < 0,3% khả năng sinh khí không bị giảm đáng kể. Như vậy việc vận hành các hệ thống xử lý yếm khí tại các vùng nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều.
d. Các chất dinh dưỡng [10]
Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt được tỉ số C/N từ 25/1 - 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn sử dụng đạm từ 25 - 30 lần. Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá trình sinh khí tuy nhiên C/N được coi là nhân tố quyết định.
75
Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau: - Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m3/ngày.
- Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ.
Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các axit béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane.
f. Ảnh hưởng của các chất khóang trong nguyên liệu nạp [10]
Các chất khoáng trong nguyên liệu nạp có tác động tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình sinh khí metan. Ví dụ ở nồng độ thấp Nikel làm tăng quá trình sinh khí.
Các chất khoáng này còn gây hiện tượng cộng hưởng hoặc đối kháng. Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố do sự có mặt một nguyên tố khác. Hiện tượng đối kháng là hiện tượng giảm độc tính của một nguyên tố do sự có mặt của một nguyên tố khác.
g. Khuấy trộn [10]
Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh quá trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng đọng của các chất rắn xuống đáy hầm và sự tạo bọt và váng trên mặt hầm ủ.
3.3. Giải pháp xử lý CTR sinh hoạt để sản xuất phân compost tại thành phố Hải Phòng Hải Phòng
3.3.1. Giới thiệu về dự án quản lý và xử lý CTR thành phố Hải Phòng
Dự án Quản lý và xử lý CTR Hải Phòng được triển khai nghiên cứu từ năm 1996. Dự án chính thức đi vào thực hiện từ tháng 1 năm 1997. Dự án đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 28 tháng 8 năm 1997. Dự án được đầu tư chính bằng nguồn vốn tài trợ ODA của Chính phủ Hàn Quốc tài khóa 1997, mà trực tiếp vốn từ quỹ tín dụng EDCF. Hiệp định vay vốn của Dự án Quản lý và xử lý CTR
76
thành phố Hải Phòng được ký kết giữa Chính phủ nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam và Ngân hàng xuất nhập khẩu Hàn Quốc ngày 17 tháng 01 năm 2002. Từ đó, dự án được tổ chức triển khai thực hiện. Gói thầu chính của Dự án là gói thầu số 01 – cung cấp hệ thống xe thu gom và xây dựng nhà máy xử lý CTR công suất 200 tấn/ca - sử dụng nguồn vốn vay ODA Hàn Quốc đã hoàn thành vào năm 2009 và nhà máy đã được đưa vào sử dụng.
3.3.2. Nhà máy xử lý chất thải rắn Tràng Cát
Nhà máy xử lý chất thải rắn Tràng Cát nằm trên địa bàn phường Tràng Cát, quận Hải An, thành phố Hải Phòng. Nhà máy có tổng diện tích 14,1 ha bao gồm: hệ thống nhà xưởng, phân xưởng, khu văn phòng, nhà ăn ca và khuôn viên cây xanh. Nhà máy được đưa vào vận hành chính thức từ năm 2009 với công suất 150 tấn/ca (đạt 75% công suất thiết kế), rác đầu vào chưa được phân loại. Rác thải đầu vào chưa được phân loại từ đầu nguồn ảnh hưởng trực tiếp đến công việc xử lý rác thải và sản xuất chế biến mùn hữu cơ. Công nghệ nhà máy đang áp dụng là công nghệ ủ hiếu khí có thổi khí cưỡng bức.
77 Rác được thu gom vận chuyển đến nhà máy (150
tấn)
Xác định trọng lượng (cân điện tử)
Sơ chế (phân loại bằng thủ công và máy móc) (50% = 75 tấn)
Chất vô cơ đi chôn lấp (50% = 75 tấn)
Ủ lên men (22 ngày) (quạt thổi khí, bổ sung EM, độ ẩm) (50% = 75 tấn) Bay hơi 15% = 22,5 tấn Ủ chín (18-20 ngày) (35% = 52,5 tấn) Bay hơi 3% = 4,5 tấn Sàng tinh chế (32% = 48 tấn)
Mùn hữu cơ loại B 10% = 15 tấn
Mùn hữu cơ loại A 10% = 15 tấn
Chất vô cơ đi chôn lấp (12% = 18 tấn) Xử lý mùi
Nước thải đưa vào hệ thống xử lý
Nước thải đưa vào hệ thống xử lý
78
3.3.3. Quy trình vận hành của Nhà máy xử lý chất thải rắn Tràng Cát
3.3.3.1. Quy trình sơ chế
Trong quy trình sản xuất phân compost thì mục tiêu đầu tiên của quy trình sơ chế là có thể phân loại và tái chế các chất liệu như nhựa, kim loại, nhôm, may mặc, vải, thủy tinh để tạo ra một thành phần rác lý tưởng cho quá trình phân hủy phân compost. Kích thước của sản phẩm cuối cùng có thể khác nhau đôi chút nhưng mục tiêu là kích thước của sản phẩm trung bình sẽ không lớn hơn 90 mm.
- Tiếp nhận rác: Bao gồm một cầu cân phù hợp cho các phương tiện tải
trọng tối đa là 50 tấn rác. Cầu cân có hệ thống nhập số liệu được vi tính hóa. Tổng lượng rác được đưa vào quá trình sơ chế là 150 tấn. Tất cả các xe rác ra vào, dù để chở rác vào khu tiếp nhận hay chở phân thành phẩm cuối cùng đều được cân trên cầu cân. Trọng lượng của các phương tiện sẽ được nhập tự động vào văn phòng của cậu cân. Mục đích của việc ghi chép số liệu rác đầu vào và phân compost đầu ra là để theo dõi hoạt động của nhà máy. Các xe chở rác sinh hoạt sẽ được chuyển đến nhà sơ chế. Tất cả các xe tải này sẽ đổ rác ra sản phẩm tiếp nhận rác. Khu vực tiếp nhận rác có tường bằng bêtông và kín gió để tránh bay mùi ra môi trường xung quanh.
- Phân loại tại sàn tiếp nhận: Những vật có kích thước lớn hay độc hại sẽ được công nhân loại bỏ từ sàn tiếp nhận (hoặc từ bước phân loại rác ở giai đoạn đầu của quy trình) trước khi đến giai đoạn phân loại bằng tay và các quy trình kỹ thuật khác.
- Phân loại bằng tay lần 1: Rác được xúc vào phễu nạp RH-01 với khối
lượng là 15m3 bởi xe xúc lật. Rác sau khi vào phễu nạp sẽ được chuyển đi bởi khoá tiếp nhận nguyên liệu AF-01 với công suất là 25tấn/h và được đưa vào dây chuyền
79
phân loại bằng tay thứ nhất BCN-01 với công suất là 25tấn/giờ thông qua băng tải BC-01.
Khóa tiếp nhận nguyên liệu AF-01 có các thiết bị kẹp ở hai bên để tránh cho rác không bị tràn và sẽ kiểm soát và điều chỉnh tỷ lệ rác được đưa vào băng tải phân loại bằng tay BCN-01.
Băng tải phân loại bằng tay được đặt trên một thềm trượt để các thiết bị tái chế có thể rơi xuống các thùng đựng rác đặt ở dưới bệ này. Những công nhân nhặt rác sẽ loại bỏ tất cả các loại rác có thể tái chế được như thủy tinh, nhựa, kim loại, nhôm, …
- Phân loại bằng tay lần 2: Rác được chuyển từ băng tải phân loại bằng tay BCN-01 sẽ được chuyển đến sàng quay TS-01 với công suất là 25tấn/giờ qua sàng rung VS-01 và băng tải BC-02. Sàng quay này sẽ phân loại những loại rác có kích thước dưới 90mm và những loại rác có kích thước lớn hơn 90mm, những loại rác có kích thước nhỏ hơn 90mm sẽ được chuyển đến băng tải BCN-05, những loại rác có kích thước lớn hơn 90mm sẽ được chuyển đến băng tải phân loại bằng tay thứ hai BCN-02. Sàng rung VS-01 với những lỗ có kích thước là 13mm được lắp đặt để loại bỏ những chất vô cơ như đất và cát.
Rác sau khi được chuyển đến băng tải phân loại bằng tay thứ hai BC-02 sẽ được phân loại bởi công nhân nhặt rác để phân loại ra những chất có thể tái chế được và các chất hữu cơ, còn các loại rác khác sẽ được đưa vào container chứa rác để đổ ra bãi chôn lấp. Các vật liệu có thể tái chế sẽ được vứt xuống thùng rác bên dưới còn các chất hữu cơ sẽ được nghiền nhỏ dưới 40mm bằng máy nghiền với công suất là 2,5 tấn/h thông qua băng tải BC-04.
- Phân loại bằng tay lần 3: Rác sau khi được chuyển đến băng tải BC-05
với công suất là 25 tấn/h và rác đã được nghiền bởi máy nghiền sẽ được chuyển đến băng tải phân loại bằng tay thứ 3 BCN-03 với công suất là 27 tấn/h. Rác ở băng tải phân loại bằng tay thứ 3 BCN-03 sẽ được phân loại bằng tay để nhận ra những chất có khả năng tái chế, số còn lại sẽ được đưa sang quy trình lên men.
80
81
Men hoặc phân compost đã được ủ chín sẽ được chuyển vào phiếu nạp RH- 02 với 8m3 bằng xe xúc lật. Men hoặc phân compost đã được ủ chín vào phiếu nạp sẽ được chuyển đi bởi vít tải SC-01 với công suất là 3 tấn/h và được chuyển đến băng tải BC-05 thông qua băng tải BCN-03 để trộn với rác.
Máy cắt ni lông được lắp đặt trên băng tải BC-01 để cắt các túi rác bằng nilon. Máy tách từ tính kèm theo thùng rác bên dưới sẽ được lắp đặt trên băng tải BC-05 để loại bỏ tất cả các kim loại có kích thước nhỏ như bulông, đinh ốc.
Hệ thống phun men EM được lắp đặt để giảm mùi từ đống rác ở khu vực tiếp nhận và rác ủ trong quá trình lên men để nâng cao hiệu quả lên men.
Đối với đống rác ở khu vực tiếp nhận, hệ thống phun men EM có công suất là 29 l/phút. Đối với rác ủ tại nhà lên men thì hệ thống phun EM sẽ có công suất là 1,7 l/phút.
Qua quá trình sơ chế, khoảng 50% khối lượng (tương đương 75 tấn) là các thành phần rác vô cơ không ủ được như gạch, đá, giấy, vỏ chai, lon, nhựa, rẻ giách, chăn, chiếu, … bị loại ra và được đưa đi chôn lấp tại bãi chôn lấp. Khoảng 50% khối lượng rác còn lại (tương đương 75 tấn) đã được phân loại là các thành phần hữu cơ sẽ được đưa vào nhà ủ lên men.
3.3.3.2. Quy trình ủ lên men
Mục tiêu của quy trình này là tạo ra loại mùn hữu cơ tươi từ các thành phần rác hữu cơ. Mục tiêu khác là làm giảm khối lượng rác, trọng lượng, lượng nước để phân hủy các chất hữu cơ dễ bay hơi mà những chất này tạo ra mùi khó chịu, phân