Chất thải hữu cơ Nước Trộn với nhau tạo lớp mùn Phần thơ chuyển sang ủ (composting) Thiết bị phân loại trống quay Phân loại từ tính Phân loại Máy nghiền Bể chứa Bể phản ứng kỵ khí 1 (Nhiệt độ: 35oC) Bể phản ứng kỵ khí 2 (Nhiệt độ: 55oC) Động cơ đốt trong Bể chứa Khử nước
Tổng quan
Trong các hệ thống mẻ, các bể phản ứng được nạp chất thải một lần, sau đĩ sẽ được vận hành qua các bước phân hủy theo chế độ khơ với 30 - 40% TS.
Về mặt nguyên lý, hệ thống mẻ cĩ thể coi như một hố chơn lấp được thực hiện trong thùng nhưng tỷ lượng khí sinh học sinh ra cao hơn từ 50 đến 100 lần so với bãi rác trên thực tế bởi các nguyên nhân sau:
• Nước rỉ được tuần hịan liên tục cho phép phân tán đều chất dinh dưỡng, vi sinh vật cũng như các axit sinh ra.
• Nhiệt độ của rác trong bể phản ứng cao hơn nhiệt độ rác tại các bãi rác. Trên thực tế cĩ 2 dạng sau đang được áp dụng:
Khơ – mẻ (DBD): hệ thống mẻ được cung cấp với thành phần TS trong khoảng 20 - 40%. Trong quá trình phân hủy, nước rỉ thu gom từ bể phản ứng được tuần hồn trở lại để duy trì thành phần độ ẩm nhất định, phân phối lại các thành phần hịa tan và vi khuẩn. Nhược điểm của hệ thống này là cần cĩ quá trình tiền xử lý nguyên liệu cho phù hợp.
Ủ kỵ khí mẻ tuần hồn (SEBAC): cơng nghệ này tương tự như cơng nghệ khơ - mẻ. Tuy nhiên, nước rỉ từ bể phản ứng được trao đổi giữa mẻ đã cĩ và mẻ mới nhằm thúc đẩy quá trình khởi động, tăng cường vi sinh đã thích nghi và loại bỏ các axit béo bay hơi trong bể phản ứng.
Đặc trưng kỹ thuật
Một vấn đề kỹ thuật đối với hệ thống mẻ là khả năng tắc hệ thống thu gom nước rỉ phía đáy bể. Vấn đề này cĩ thể giải quyết được bằng cách giảm thiểu tác động của quá trình nén tự nhiên thơng qua hạ chiều cao của lớp rác xuống cịn 4m và trộn lẫn rác với các vật liệu khác cĩ độ xốp cao, ví dụ 1T chất thải đã phân hủy và 0,1T vụn gỗ với 1T chất thải tươi.
Vấn đề an tồn cháy nổ khi tháo sản phẩm cũng cần quan tâm.
Hai pha axit hĩa và metan hĩa trong hệ thống mẻ được xảy ra biệt lập. Cĩ 3 dạng thiết kế khác nhau:
Dạng 1. Hệ thống mẻ một giai đoạn: nước rỉ được xoay vịng về phía đỉnh của bể
phản ứng. Nhà máy hoạt động quy mơ cơng nghiệp áp dụng thiết kế này cho rác thải được phân loại tại nguồn với cơng suất 35.000 T/năm đã được thực hiện tại Lelystad, Hà Lan. Nhà máy gồm nhiều bể phản ứng cĩ dung tích 480 m3/ bể hoạt động song song.
Dạng 2. Hệ thống mẻ luân phiên: nước rỉ từ bể phản ứng mới nạp rác tươi cĩ chứa
nhiều axit hữu cơ được chuyển vào bể nơi đang xảy ra quá trình metan hĩa, cịn nước rỉ từ bể metan hĩa sẽ chuyển vào bể mới để điều chỉnh pH và bicarbonat. Điều này cũng cho phép cung cấp vi sinh vật cho rác tươi.
Dạng 3. Lai ghép mẻ – UASB: trong thiết kế này, bể phản ứng ổn định được thay
thế bằng bể phản ứng UASB. Tại bể UASB, các quần thể vi sinh vật được tích lũy dưới dạng các hạt bùn cho phép xử lý chất thải lỏng cĩ hàm lượng axit hữu cơ cao. Về hình thức, hệ thống này gần tương tự với hệ thống Biopercolat cĩ lưu sinh khối.
Đặc trưng sinh học
Tại nhà máy Biocel ở Lelystad, tỷ lượng biogas sinh ra trung bình là 70 kg biogas/tấn chất thải hữu cơ được phân loại tại nguồn nhỏ hơn khoảng 40% so với hệ thống một giai đoạn liên tục cho cùng loại chất thải. Nguyên nhân chính là do phân bố khơng đều nước rị rỉ trong rác khi xoay vịng.
Tải lượng hữu cơ của hệ thống Biocel nhìn chung khơng cao hơn so với hệ thống một giai đoạn liên tục, khoảng 3,6 – 5,1 kg VS/m3/ngày tùy thuộc vào nhiệt độ khơng khí.
Trong hệ thống mẻ luân phiên, axit hữu cơ sinh ra bị chuyển hĩa nhanh trong bể ổn định. Do vậy, thành phần và tỷ lượng sinh biogas khá ổn định.
Các vấn đề kinh tế, mơi trường
Do tính đơn giản về mặt kỹ thuật của hệ thống mẻ, nên suất đầu tư nhỏ hơn hệ thống một giai đoạn liên tục khoảng 40%.
Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng đất của hệ thống mẻ lớn hơn so với hệ thống một giai đoạn liên tục do chiều cao của bể phản ứng nhỏ hơn 5 lần và tải lượng thể tích nhỏ hơn 2 lần.
Chi phí vận hành hệ thống mẻ tương đương với các hệ thống khác.
Bảng 7.9 Tổng quan về một số đặc trưng của cơng nghệ mẻ
TT Tiêu chí Ưu điểm Nhược điểm
1 Kỹ thuật Đơn giản Tắc hệ thống đáy thu gom nước rỉ Cần chất thải cĩ độ xốp lớn Nguy cơ nổ khi tháo sản phẩm 2 Sinh học Ổn định cao Tỷ lượng sinh biogas thấp do tạo rãnh
Tải lượng hữu cơ thể tích nhỏ 3 Kinh tế và
mơi trường
Rẻ, được áp dụng cho các nước đang phát triển Tiêu thụ nước ít
Nhu cầu sử dụng đất cao (tương đương với ủ phân sinh học hiếu khí)
Quá trình Quốc gia Hiện trạng Mơ tả quá trình Composting kỵ khí dạng mẻ nối tiếp nhau (SEBAC) Mỹ Thí nghiệm
SEBAC là quá trình gồm ba giai đoạn. Trong giai đoạn đầu, nguyên liệu đã nghiền được ủ với nước rị rỉ tuần hồn từ thiết bị phản ứng của giai đoạn 3 ở giâi đoạn phân hủy cuối. Các axit bay hơi và các sản phẩm của quá trình lên men khác tạo thành trong thiết bị phản ứng giai đoạn 1 được chuyển sang thiết bị phản ứng giai đoạn 2 để chuyển hĩa thành metan .
Quá trình KAMPOGAS Thuỵ Sỹ Chưa phát triển
KAMPOGAS là quá trình phân hủy kỵ khí mới được áp dụng để xử lý chất thải rau quả và rác vườn. Thiết bị phản ứng cĩ dạng trụ trịn đặt thẳng đứng, được trang bị máy khuấy thủy lực và được vận hành ở nồng độ chất rắn cao trong khoảng nhiệt độ thermophilic. Quá trình
DRANCO
Bỉ Đã phát triển
DRANCO được sử dụng để chuyển hĩa phần chất hữu cơ cĩ trong CTRSH để tạo thành năng lượng và các sản phẩm dạng humus. Quá trình phân hủy xảy ra trong thiết bị phản ứng dịng chảy tầng thẳng đứng khơng khấy trộn cơ khí. Nước rị rỉ ở đáy thiết bị được tuần hồn. Thiết bị DRANCO được vận hành ở nồng độ chất rắn cao và trong khoảng nhiệt độ mesophilic. Quá trình
BTA
Đức Đã phát triển
BTA đã phát triển chủ yếu để xử lý phần chất hữu cơ cĩ trong CTRSH. Quá trình xử lý BTA bao gổm: (1) xử lýsơ bộ chất thải bằng phương pháp cơ học, nhiệt và phương pháp hĩa học; (2) phân loại chất rắn sinh học hồ tan và khơng hồ tan; (3) thủy phân kỵ khí các chất thải rắn cĩ khả năng phân hủy sinh học; (4) metan hĩa chất rắn sinh học hồ tan. Quá trình metan hĩa xảy ra ở nồng độ chất rắn thấp và khoảng nhiệt độ mesophilic (lên men ấm). Sau khi tách nước chất rắn khơng phân hủy với nồng độ tổng cộng khoảng 35% được dùng như compost.
Quá trình VALOGRA
Pháp Đã phát triển
Quá trình VALOGRA bao gồm đơn vị phân loại, đơn vi tạo khí metan và đơn vị tinh chế. Thiết bị lên men kỵ khí hoạt động ở nồng độ chất rắn cao và trong khoảng nhiệt độ lên men ấm. Quá trình xáo trộn chất hữu cơ trong thiết bị được thực hiện bằng cách tuần hồn khí sinh học dưới áp suất ở đáy thiết bị phân hủy.
BIOCELL Lan phát triển
chất thải được phân loại tại nguồn (như rau quá thải, rác vườn,...) và chất thải nơng nghiệp. Thiết bị cĩ dạng hình trụ trịn, đường kính 11,25m và chiều cao 4,5m. Chất rắn ban đầu cĩ nồng độ 30% thu được bằng cách trộn chất thải hữu cơ đã được phân loại từ mẻ trước đĩ.