CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Diễn biến sự phân hủy chất thải rắn
(1) Diễn biến về độ lún của lớp rác:
Độ lún của chất thải rắn được đánh giá qua 02 chỉ tiêu:
- Độ lún (%): để đánh giá lượng chất thải rắn cịn lại trong ơ chơn lấp.
Độ lún = (H0 – H) x 100 (%)
- Tỷ lệ độ lún (%): sử dụng để đáng giá khả năng lún của khối chất thải.
Tỷ lệ độ lún =
H x 100
(%) H0
Trong đó: H0: độ cao khối chất thải trong cột ban đầu (mm)
H: độ lún đo được (mm)
Hình 3. 1: Độ lún của lớp rác
Qua biểu đồ trên, có thể nhận thấy chế độ B lún nhanh hơn so với chế độ A. Trong tháng đầu tiên, từ 18/08 đến 18/09 tỷ lệ độ lún của chế độ A và B lần lượt là 23% và 28%. Tháng tiếp theo (19/09 – 18/10) tỷ lệ độ lún của A và B lần lượt là 25% và 31%. Độ lún của chế độ A diễn ra từ từ, trong khi độ lún của chế độ B diễn ra nhanh hơn, đến thời điểm 18/12 tỷ lệ độ lún của chế độ A có tỷ lệ lún là 28%, trong khi, chế độ B đạt lỷ lệ đạt 39% gấp 1,4 lần so với chế độ A. Độ lún là một trong những thông số quan trong để đánh giá tốc độ phân hủy của chất thải rắn. Bên cạnh đó, qua chỉ tiêu tỷ lệ độ lún có thể đánh giá khả năng chứa của bãi chôn lấp, nghĩa là bãi chôn lấp bán hiếu khí có khả năng chứa thêm một lượng rác nhiều gấp 1,4 lần so với bãi chơn lấp yếm khí. Như vậy, qua diễn biến độ lún theo thời gian có thể thấy
rằng cột B lún nhanh hơn cột A hay tốc độ phân hủy chất thải rắn và khả năng chứa của phương pháp chôn lấp bán hiếu khí nhanh và lớn hơn phương pháp chơn lấp yếm khí.
Theo một nghiên cứu của Yingjie Sun, Xiaojie Sun, Youcai Zhao (2011) [42], tỷ lệ độ lún của phương pháp chơn lấp bán hiếu khí có tuần hồn nước rác đạt 28% trong 76 ngày và duy trì ổn định ở mức 33,5% trong suốt q trình thí nghiệm. Ngược lại, tỷ lệ lún của phương pháp chơn lấp yếm khí có tuần hồn nước rác chỉ đạt 10% trong 76 ngày và duy trì ở mức 18% trong suốt q trình thí nghiệm. Như vậy, chất thải rắn xử lý theo phương pháp chơn lấp bán hiếu khí có độ lún nhanh hơn so với phương pháp chơn lấp yếm khí. Kết luận của tác giả Yingjie Sun, Xiaojie Sun, Youcai Zhao (2011) khá tương đồng với kết luận về độ lún của đề tài này.
(2) Diễn biến nhiệt độ trong cột xử lý:
Hình 3. 2: Diễn biến nhiệt độ
Nhiệt độ là một trong những thơng số ảnh hưởng đến q trình hoạt động của hệ vi sinh vật tham gia vào q trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí. Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Hệ B là hệ hoạt động theo cơ chế có quá trình phân hủy hiếu khí chiếm ưu thế và quá trình hiếu khí là q trình sinh nhiệt tạo điều kiện cho quá trình phân hủy chất hữu cơ hoạt động mạnh mẽ hơn.
Nhiệt độ của q trình hiếu khí thường dao động từ 50 – 700C, thích hợp cho các vi sinh ưa nhiệt hoạt động. Vi sinh của quá trình yếm khi hoạt động kém hơn nên nhiệt độ thường thấp hơn.
Theo hình 3.2, nhiệt độ của cột B cao hơn so với cột A và sự chênh lệch nhiệt độ tại
cột B so với cột A khoảng 3 – 70C, cột A có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ mơi trường.
Biểu hiện của các quá trình sinh nhiệt khơng tối ưu tại cột B là do cột xử lý rác có đường kính nhỏ ( 300 mm), nên bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường. Điều này là một trong những nguyên nhân làm giảm tốc độ của các quá trình phân hủy chất hữu cơ trong chất thải rắn. Trong thực tế, khi nhiệt độ của chế độ bán hiếu khí đạt ở mức
50 – 700C, sự trao đổi khơng khí trong và ngồi bãi chơn lấp diễn ra mạnh hơn, q
trình hiếu khí chiếm ưu thế hơn sẽ thúc đẩy quá trình phân hủy các chất hữu cơ và chất thải sẽ đạt đến sự ổn định nhanh hơn.
(3) Diễn biến độ ẩm của rác:
Hình 3. 3: Diễn biến độ ẩm của chất thải rắn
Chôn lấp chất thải về cơ chế cũng tương tự như quá trình làm phân compost, chỉ khác nhau ở nguyên liệu đầu vào và việc khống chế các yếu tố ảnh hưởng. Nếu bãi chơn lấp được điều chỉnh độ ẩm thích hợp thì các q trình sinh hóa trong bãi chơn lấp sẽ hoạt động đem lại hiệu quả phân hủy chất hữu cơ cao hơn.
Đối với quá trình làm phân compost, độ ẩm được duy trì từ 50 – 60%, tối ưu là 55%. Độ ẩm quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến các quá trình sinh học trong quá trình làm compost. Nếu độ ẩm nhỏ hơn 30% sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh, hoặc độ ẩm lớn hơn 65% thì quá trình phân hủy chất thải rắn sẽ chậm lại và chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí do các khoảng trống giữa các hạt chất thải rắn bị bịt kít bởi các hạt nước làm giảm sự lưu thơng khí [19].
Giai đoạn thực hiện thí nghiệm từ tháng 8 đến tháng 11 trùng với mùa mưa của Hà Nội, tháng 12 vẫn có những cơn to, mưa phùn do ảnh hưởng của bão Bopha. Do vậy độ ẩm của chất thải rắn rất cao, theo biểu đồ 3.3 độ ẩm trung bình dao động từ 60 – 80%. Đến thời điểm 17/12/2012, độ ẩm của chất thải rắn cao hơn 60%. Điều này cũng là một trong những nguyên nhân làm giảm tốc độ phân hủy chất hữu cơ của chất thải rắn. Trong trường hợp, nhiệt độ của cột B không bị ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, chắc chắn rằng độ ẩm của chất thải rắn sẽ thấp hơn, phù hợp cho các hoạt động sinh hóa và thúc đẩy q trình phân hủy chất hữu cơ của cột B.
(4) Diễn biến hàm lượng chất hữu cơ của chất thải rắn:
Hình 3. 4: Diễn biến chất hữu cơ trong chất thải rắn
Hàm lượng chất hữu cơ là một trong những thông số để đánh giá tốc độ phân hủy và độ ổn định của chất thải rắn. Hàm lượng chất hữu cơ trong thí nghiệm này biểu hiện
dưới dạng lượng chất rắn bay hơi (cháy được) khi nung ở nhiệt độ 5500C tới khối lượng không đổi [16].
Theo hình trên, có thể thấy rằng % chất hữu cơ tại thời điểm ban đầu khoảng 77,5%. Theo hình 3.4, % chất hữu cơ chưa ổn định. Tuy nhiên, có thể thấy % chất hữu cơ của chế độ B thấp hơn so với chế độ A và % chất hữu cơ của cả hai chế độ có xu hướng giảm dần theo thời gian. Cần có thời gian quan sát thêm mới có thể đánh giá chính xác hơn về tốc độ phân hủy của hai chế độ xử lý chất thải rắn là yếm khí và bán hiếu khí.
Căn cứ trên kết quả thực nghiệm về hàm lượng chất hữu cơ trong chất rắn, thấy rằng:
Vào thời điểm t = 0 có hàm lượng chất hữu cơ là C0 = 77,5 (%)
Vậy thời điểm t = t có hàm lượng chất hữu cơ cịn lại là Ct (%)
Tốc độ phân hủy chất hữu cơ theo thời gian tuân theo hàm bậc nhất:
dC/dt = kC dC/C = kdt
Lấy tích phân hai vế với C dao động trong khoảng (C0, Ct) và t dao động trong khoảng (t0, t), ta có biểu thức (1) hay còn gọi là phương trình động học bậc 1. Phương trình (1) dùng để dự báo lượng chất hữu cơ phân hủy theo thời gian:
Trong đó:
C0: hàm lượng chất hữu cơ ban đầu (%)
Ct: hàm lượng chất hữu cơ theo thời gian t (%)
t: thời gian (ngày)
k: hệ số (ngày-1)
Căn cứ vào các kết quả xác định thực nghiệm chất hữu cơ theo thời gian để tính tốn hệ số k, chọn kA = 0,0019 (ngày-1), kB = 0,0036 (ngày-1) (phụ lục 2.2a). Từ đó, áp dụng cơng thức (1) để tính tốn hàm lượng chất hữu cơ theo thời gian (theo phụ lục 2.2b). Hàm lượng chất hữu cơ được dự báo theo thời gian như sau:
Hình 3. 5: Mơ hình dự báo chất hữu cơ giảm theo thời gian
Theo 10TCN 526-2002: Phân hữu cơ vi sinh vật từ rác thải sinh hoạt của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ngày 16/05/2002, hàm lượng carbon tổng số 13%. Theo mơ hình trên, sau 365 ngày hay 12 tháng, hàm lượng chất hữu cơ của mơ hình B giảm cịn 21%, sau 500 ngày hay 16 tháng, hàm lượng chất hữu giảm còn 13%. Tuy chưa có tài liệu nào đưa ra tiêu chuẩn về chất hữu cơ nung ở 5500C, nhưng chất
hữu cơ dễ phân hủy có thể tương đương với chất hữu cơ cháy được ở 5500C. Và đây
là một con số có ý nghĩa chứng minh chất thải rắn đã đạt trạng thái ổn định. Trong thí nghiệm này, với các điều kiện chưa tối ưu về nhiệt độ và độ ẩm do ảnh hưởng
của môi trường nhưng có thể thấy phương pháp chơn lấp bán hiếu khí có tiềm năng làm chất hữu cơ của chất thải rắn giảm nhanh hơn đáng kể và chóng đạt trạng thái ổn định hơn. Nếu triển khai trong thực thế thì có thể thời gian phân hủy chất hữu cơ sẽ ngắn hơn và chất hữu cơ sẽ ổn định nhanh hơn. Đây là điều kiện để thực hiện kỹ
thuật chơn lấp bán hiểu khí kiểu “Bồn phản ứng sinh học nối tiếp luân hồi” cho mục tiêu của đề tài tiếp theo.
Như vậy, cùng với việc theo dõi kết quả về độ lún và nhiệt độ của chất thải rắn ở phần trên có thể nhận thấy q trình phân hủy chất hữu cơ đang diễn ra từng ngày và độ ổn định của chất thải rắn ở các chế độ B sẽ tốt hơn.