Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 7: Phân hủy sinh học chất thải rắn

BK TPHCM BÀI GIẢNG CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 7 PHÂN HỦY SINH HỌC CHẤT THẢI RẮN GVHD: TS. Lê Hoàng Nghiêm BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM2 CÁC DÒNG VẬT CHẤT CHÍNH TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC CHẤT HỮU CƠ TRONG CTR ĐÔ THỊ CTR hữu cơ có thể phân hủy sinh học Uû hiếu khí (composting) Phân hủy kỵ khí Chôn lấp Nước thải (nước rỉ rác) Khí thải (biogas) CTR ổn định để cải tạo đất Khí thải Phân hữu cơ Nhiệt, Năng lượng BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM3 MỤC ĐÍCH & ƯU ĐIỂM (1) 9Ổn định chất thải: Những phản ứng sinh học xuất hiện trong quá trình ủ phân compost sẽ biến đổi các hợp chất hữu cơ thành các chất ổn định, các dạng vô cơ thích hợp cho việc cải tạo đất và hấp phụ của cây trồng. 9 Làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh: Nhiệt độ phát sinh trong quá trình ủ các chất thải có thể đạt đến 60oC, nhiệt độ này đủ để ức chế hầu hết các mầm bệnh như là vi khuẩn, virus, hoặc là trứng giun sán. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM4 MỤC ĐÍCH & ƯU ĐIỂM (2) 9Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: các chất dinh dưỡng (N, P, K) hiện diện trong chất thải thông thường tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ, rất khó hấp thụ bởi cây trồng. 9Sau quá trình ủ các chất dinh dưỡng này sẽ biến đổi thành các chất vô cơ như NO3-, PO43- phù hợp cho việc hấp thụ cây trồng. • • BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM5 NHỮNG HẠN CHẾ (1) ™Chất lượng phân ủ phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng các chất thải đem ủ • Yêu cầu: chất thải đem ủ phải không chứa kim loại nặng và các chất độc hại và được phân loại tốt ™Trong quá trình ủ thường tạo ra một số khí gây mùi hôi và một lượng nước rỉ đọng ở đáy khối ủ Dcần đuợc quan tâm xử lý BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM6 ™Trong quá trình ủ một lượng lớn carbon và nitơ mất đi do hoạt động của vi khuẩn mà không còn giữ lại được trong sản phẩm cuối cùng để phục vụ cho trồng trọt NHỮNG HẠN CHẾ (2) BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM7 QUÁÙ TRÌNH PHÂN HU ÛÛ Y SINH HỌÏ C KỴ KHÍ (ANAEROBIC BIOLOGICAL TRANSFORMATION) BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM8 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ (1) ™ Phân huỷ kị khí là quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong môi trường không có oxy ở điều kiện nhiệt độ từ 30÷65oC. ™ Sản phẩm của quá trình phân huỷ kị khí là khí sinh học (biogas) chủ yếu là CO2 và CH4. ™ Khí CH4 có thể thu gom và sử dụng như một nguồn nhiên liệu sinh học. ™ Bùn đã được ổn định về mặt sinh học, có thể sử dụng như nguồn bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng hoặc dùng để cải tạo đất. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM9 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ (2) ™ Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ của CTRSH dưới điều kiện kỵ khí xảy ra theo 3 bước. ™ Bước thứ nhất là quá trình thủy phân các hợp chất có phân tử lượng lớn thành những hợp chất thích hợp dùng làm nguồn năng lượng và mô tế bào. ™ Bước thứ hai là quá trình chuyển hóa các hợp chất sinh ra từ bước 1 thành các hợp chất có phân tử lượng thấp hơn xác định. ™ Bước thứ ba là quá trình chuyển hóa các hợp chất trung gian thành các sản phẩm cuối đơn giản hơn, chủ yếu là khí methane (CH4) và khí carbonic (CO2). BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM10 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ (3) Tên giai đoạn Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 Thuỷ phân Acid hoá Acetate hóa Methane hóa Các chất ban đầu Đường phức tạp, protein, chất béo Đường đơn giản Amino acid, acid hữu cơ Acetate Vi sinh vật Vi khuẩn acid hoá Vi khuẩn acetate hóa Vi khuẩn methane hóa Sản phẩm Đường đơn giản Amino acid, acid hữu cơ Acetate Khí sinh ra CO2 CO2 , H2 CO2 , NH3 , H2 CO2 , CH4 ,NH3 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM11 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ (4) Các sản phẩm lên men khác như: propionate, butyrate, succinate, lactate, ethanol Các chất nền cho quá trình lên men methane: H2 ,CO2 , formate, methanol, methylamine, acetate Methane (CH4 ) + carbon dioxide (CO2 ) Thủy phân Lên men acid Lên men methane Lipids Polysaccharides Protein Acid nucleic Acid béo Monosaccharides Purines và pyrimidines Amino acids Các hợp chất vòng thơm đơn giản Các giai đoạn lý thuyết Acid hóa Acetate hóa BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM12 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ (5) ™ Vi sinh vật methane hóa chỉ có thể sử dụng một số cơ chất nhất định để chuyển hóa thành methane như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines và CO. Các phương trình chuyển hóa xảy ra như sau: 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2 O 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2 O CH3 COOH → CH4 + CO2 4CH3 OH → 3CH4 + CO2 + 2H2 O 4(CH3 )3 N + 6 H2 O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3 4CO + 2H2 O → CH4 + 3CO2 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM13 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ CTR HỮU CƠ Ca Hb Oc Nd và Cw Hx Oy Nz biểu diễn thành phần phân tử thực nghiệm của chất hữu cơ ban đầu và sau khi kết thúc quá trình, có thể mô tả bằng phương trình sau: Ca Hb Oc Nd → nCw Hx Oy Nz + mCH4 + sCO2 + rH2 O + (d – nx) NH3 Trong đó s = a – nw – m và r = c – ny – 2s Nếu quá trình chuyển hóa kỵ khí xảy ra hoàn toàn: Q SH NH CH CO hủy phân khócơ Chất hữumới bàoTế dưỡng dinhhất OH cơ Chất hữu 2342 vật sinh Vi 2 +++++ +⎯⎯⎯ →⎯++ C 3242 8 324 8 324 4 324 NHdCOdcbaCHdcbaOHdcbaNOHC dcba +++−+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−+→−−++ BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM14 Bài tập ví dụ 6.1 Tính toán lượng khí sinh học sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí phần hữu cơ chất thải rắn đô thị. Xác định lượng khí sinh ra trên một đơn vị khối lượng CTR theo lý thuyết có thể sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của chất thải rắn trong bãi chôn lấp CTR. Biết rằng chất thải rắn chôn lấp có 56,0% là các thành phần hữu cơ có thể phân hủy sinh học và công thức hóa học tổng quát của phần hữu cơ là C60 H94,3 O37,8 N. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM15 Bài giải ví dụ 6.1(1) 1. Sử dụng phương trình biểu diễn quá trình phân hủy kỵ khí hoàn toàn chất thải rắn hữu cơ: Với a = 60; b= 94; c= 37,8 và d = 1 ta có: C60 H94,3 O37,8 N + 18,28H2 O → 31,96CH4 + 28,04CO2 + NH3 1433,1 329,0 511,4 1233,8 17 56,0 x kg? y kg? z kg? 3242 8 324 8 324 4 324 NHdCOdcbaCHdcbaOHdcbaNOHC dcba +++−+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−+→−−++ BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM16 Bài giải ví dụ 6.1 (2) 2. Xác định khối lượng CH4 và CO2 sinh ra trên 100 kg CTR hay 56 kg phần hữu cơ có thể phân hủy sinh học từ phương trình trên: CH4 = x = (511,4/1433,1)×(56,0) = 20,0 kg → x = 20/16 kmol = 1,25 kmol CO2 = y = (1233,8/1433,1)×(56,0) = 48,2 kg → y = 48,2/44 kmol = 1,095 kmol NH3 = z = (17/1433,1)×(56,0) = 0,664 kg → y = 0,664/17 kmol = 0,039 kmol 3. Xác định thể tích khí CH4 và CO2 ở điều kiện chuẩn: VCH4 = 1,25 kmol×(22,4m3/kmol) = 28 m3 VCO2 = 1,095 kmol×(22,4m3/kmol) = 24,538 m3 VNH3 = 0,039 kmol×(22,4m3/kmol) = 0,875 m3 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM17 Bài giải ví dụ 6.1 (3) 4. Xác định thành phần phần trăm của CH4 và CO2 , và NH3 trong hỗn hợp khí: %CH4 = 28/(28 + 24,538 + 0,875) = 52,42% %CO2 = 24,538/(28 + 24,538 + 0,875) = 45,94% %NH3 = 0,875/(28 + 24,538 + 0,875) = 1,64% 5. Xác định tổng lượng khí lý thuyết trên một đơn vị khối lượng chất thải: m3/kg CTR = (28 + 24,538 + 0,875)(m3)/100(kg) = 0,534 m3/kgCTR m3/kg CTRHC = (28 + 24,538 + 0,875)(m3)/56(kg) = 0,954 m3/kgCTRHC BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM18 QUÁÙ TRÌNH PHÂN HU ÛÛ Y SINH HỌÏ C HIẾÁ U KHÍ (AEROBIC BIOLOGICAL TRANSFORMATION) BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM19 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY HIẾU KHÍ CTR HỮU CƠ (1) Q SO NH OH CO hủy phân khócơ Chất hữumới bàoTế dưỡng dinhhất O cơ Chất hữu -2 4322 vật sinh Vi 2 ++++++ +⎯⎯⎯ →⎯++ ... C Nếu CTR hữu cơ được biểu diễn dưới dạng Ca Hb Oc Nd , và vật liệu khó phân hủy còn lại được đặc trưng bởi Cw Hx Oy Nz lượng oxy cần thiết có thể được tính theo phương trình sau: Ca Hb Oc Nd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2 → nCw Hx Oy Nz + sCO2 + rH2 O + (d – nx)NH3 Trong đó: r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)] và s = a – nw Nếu quá trình chuyển hóa xảy ra hoàn toàn: 3222 2 3 4 324 NHdOHdbaCOOdcbaNOHC dcba +−+→−−++ BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM20 QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY HIẾU KHÍ CTR HỮU CƠ (2) ™ Trong nhiều trường hợp, ammonia sinh ra từ quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ bị tiếp tục oxy hóa thành nitrat (quá trình nitrat hóa). ™ Lượng oxy cần thiết để oxy hóa ammonia thành nitrat có thể tính theo phương trình sau: • NH3 + 3/2 O2 → HNO2 + H2 O • HNO2 + 1/2 O2 → HNO3 • NH3 + 2 O2 → H2 O + HNO3 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM21 SẢN XUẤT PHÂN COMPOST BẰNG PP Ủ HIẾU KHÍ Proteins Amino acids Lipids Carbonhydr ate Cellulose Lignin Tro (Thành phần hữu cơ của CTR) + O2 + Chất dinh dưỡng + VSV Phân ủ + Tế bào VSV mới + Tế bào VSV chết + CO2 + H2 O + NO3- + SO42- + Q BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM22 Bài tập ví dụ 6.2 Xác định lượng oxy yêu cầu để oxy hóa 1000 kg chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp hiếu khí. Biết rằng thành phần ban đầu của chất thải rắn hữu cơ được biểu diễn bằng công thức [C6 H7 O2 (OH)3 ]5 , thành phần của chất hữu cơ còn lại sau cùng được biểu diễn bằng công thức[C6 H7 O2 (OH)3 ]2 , và khối lượng chất thải rắn còn lại sau quá trình phân hủy là 400 kg. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM23 Bài giải ví dụ 6.2 (1) Aùp dụng phương trình tổng quát biển diễn quá trình phân hủy hiếu khí CTR hữu cơ: Ca Hb Oc Nd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2 → nCw Hx Oy Nz + sCO2 + rH2 O + (d – nx)NH3 1. Xác định số mol của chất thải ban đầu (C30 H50 O25 ) và chất thải còn lại sau khi phân hủy(C12 H20 O10 ) Số mol ban đầu = 1000/[(30×12) + (50×1) + (25×16)] = 1,23 Số mol còn lại = 400/[(12×12) + (20×1) + (10×16)] = 1,23 2. Xác định tỷ số mol của chất thải còn lại và chất thải ban đầu: n = (Số mol còn lại)/(Số mol ban đầu) = 1,23/1,23 = 1 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM24 Bài giải ví dụ 6.2 (2) 3. Xác định các hệ số a, b, c, d, w, x, y, z và xác định các giá trị của r và s trong phương trình phân hủy hiếu khí CTR hữu cơ: Ca Hb Oc Nd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2 → nCw Hx Oy Nz + sCO2 + rH2 O + (d – nx)NH3 Đối với chất thải ban đầu [C6 H7 O2 (OH)3 ]5 = (C30 H50 O25 ): a = 30; b = 50; c = 25; d = 0 Đối với chất thải ban đầu [C6 H7 O2 (OH)3 ]2 = (C12 H20 O10 ): w = 12; x = 20; y = 10; z = 0 Giá trị của r là: r = 0,5[b – nx – 3(d –nz)] = 0,5×[50 – 1,0×20] = 15 Giá trị của s là: s = a - nw = 30 - 1×12 = 18 4. Xác định lượng oxy yêu cầu O2 (kg) = 0,5(ny + 2s + r –c)O2 = 0,5×[1×10 + 2×18 + 15 – 25]×1,23×32 = 708 kg BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM25 VI SINH VẬÄ T VÀØ CÁÙ C YẾÁ U TỐÁ ẢÛ NH HƯỞÛ NG ĐẾÁ N QUÁÙ TRÌNH PHÂN HU ÛÛ Y SINH HỌÏ C CHẤÁ T THẢÛ I RẮÉ N HỮU CỠ BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM26 VI SINH VẬT PHÂN HỦY CTR HỮU CƠ (1) Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa sinh học chất hữu cơ có trong CTRSH bao gồm: 9 Vi khuẩn (kỵ khí, hiếu khí, tùy tiện) 9 Nấm 9 Men 9 Khuẩn tia (actinomycetes). BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM27 PHÂN LOẠI VI SINH VẬT THEO NGUỒN CARBON VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG Loại Nguồn năng lượng Nguồn carbon Tự dưỡng(autotrophs) -Quang tự dưỡng -Tự dưỡng hóa học Dị dưỡng (heterotrophs) -Dị dưỡng hóa học -Quang dị dưỡng Aùnh sáng mặt trời Phản ứng oxy hóa khử chất vô cơ Phản ứng oxy hóa khử chất hữu cơ Aùnh sáng mặt trời CO2 CO2 Carbon hữu cơ Carbon hữu cơ BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM28 ÁC QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT CỦA VI SINH VẬT Các vi sinh vật tạo ra năng lượng bằng cách vận chuyển điện tử trung gian của enzyme từ chất cho điện tử đến chất nhận điện tử bên ngoài (như oxy) được gọi là quá trình trao đổi chất hô hấp (respiratory metabolism). Trong khi đó, cơ chế trao đổi chất lên men (fermentative metabolism) không có sự tham gia của chất nhận điện tử bên ngoài. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM29 CÁC CHẤT NHẬN ĐIỆN TỬ TRONG CÁC PHẢN ỨNG CỦA VI SINH VẬT Môi trường Chất nhận điện tử Quá trình Hiếu khí Kỵ khí Oxy, O2 Nitrate, NO3- Sulfate, SO42- Khí Carbonic, CO2 Trao đổi chất hiếu khí Khử nitrat Khử sulfate Methane hóa BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM30 KHOẢNG NHIỆT ĐỘ CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT Loại vi sinh vật Nhiệt độ Khoảng dao động Tối ưu Ưa lạnh (Psychrophilic) Ưa nhiệt (Mesophilic) Háo nhiệt (Thermophilic) -10 – 30 40 – 50 45 – 75 15 35 55 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM31 ™ Vi sinh vật (VSV) ™Chất dinh dưỡng cho VSV: Các chất dinh dưỡng vô cơ cơ bản cần thiết cho vi sinh vật bao gồm nitơ (N), lưu huỳnh (S), phospho (P), kali (K), magiê (Mg), canxi (Ca), sắt (Fe), natri (Na) và clo (Cl). Các chất dinh dưỡng ít quan trọng hơn bao gồm kẽm (Zn), mangan (Mn), molyden (Mo), selen (Se), Coban (Co), đồng (Cu), Niken (Ni) và tungsten (W). ™ Nguồn carbon (carbon hữu cơ và CO2 ) ™ Năng lượng (từ ánh sáng mặt trời hoặc từ phản ứng oxy hóa hóa học) ™ Điều kiện môi trường: nhiệt độ, pH, độ ẩm CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC CTR HỮU CƠ BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM32 CÔNG NGHÊ ÄÄ PHÂN HU ÛÛ Y SINH HỌÏ C KỴ KHÍ CHẤÁ T THẢÛ I RẮÉ N HỮU CỠ BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM33 SƠ ĐỒ QUI TRÌNH XỬ LÝ CTR ĐÔ THỊ TỔNG QUÁT THEO CÔNG NGHỆ PHÂN HỦY KỴ KHÍ Phân loại Phân hủy kỵ khí Biogas Cải tạo đất Bón ruộng nếu được chấp nhận Ủ hiếu khí để chuyển thành phân bón hữu cơ Chôn lấp Rác đô thị Chất hữu cơ Bùn hữu cơ, chất thải nông nghiệp BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM34 PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ PHÂN HỦY KỴ KHÍ CTR ĐÔ THỊ (1) ™ Theo môi trường phản ứng ™ Theo chế độ cấp liệu ™ Theo phân đoạn phản ứng ™ Theo loại nguyên liệu đầu vào BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM35 PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ PHÂN HỦY KỴ KHÍ CTR ĐÔ THỊ (1) Theo môi trường phản ứng ™ Quá trình phân huỷ kị khí được chia thành phân huỷ kị khí khô và phân huỷ kị khí ướt. ™ Phân huỷ kị khí khô là quá trình phân huỷ kị khí mà vật liệu đầu vào có độ ẩm 60÷65%, hàm lượng TS trong rác đem phân hủy trong khoảng 20-40%. ™ Phân huỷ kị khí ướt là quá trình phân huỷ kị khí mà vật liệu đầu vào có độ ẩm 85÷90%, CTR đô thị ở dạng huyền phù với lượng nước cung cấp nhằm pha loãng rác đến tỷ lệ 10-15% TS. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM36 PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ PHÂN HỦY KỴ KHÍ CTR ĐÔ THỊ (2) Theo chế độ cấp liệu ™ Mẻ: hệ thống hoạt động gián đoạn theo mẻ ™ Liên tục: hệ thống làm việc liên tục Qout , C V, C Qin , Cin Cánh khuấy Δ x A Vào QCx+Δx x x+Δx QCx Δ V ΔV = AΔx Ra BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM37 PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ PHÂN HỦY KỴ KHÍ CTR ĐÔ THỊ (3) Theo phân đoạn phản ứng ™ Một giai đoạn: toàn bộ quá trình phân hủy xảy ra trong một thùng phản ứng. ™ Đa giai đoạn: toàn bộ quá trình xảy ra ở nhiều thùng phản ứng mắc nối tiếp theo một hoặc cả hai chế độ sau: 9Giai đoạn acid hóa và metan hóa được tách riêng với mục đích làm gia tăng hiệu quả, tính ổn định và khả năng kiểm soát. 9Vận hành ở các nhiệt độ khác nhau: trung bình và cao. Q Cn Q Cn-1 Q C2 Q C1 Q Cin V, C1 V, C2 V, Cn Bể thứ 1 Bể thứ 2 Bể thứ n BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM38 Ưu nhược điểm của công nghệ phân kỵ khí CTR 1 và 2 giai đoạn 1 giai đoạn 2 giai đoạn Ưu điểm 9 Chi phí đầu tư thấp 9 Kỹ thuật vận hành cao 9 Hệ thống ổn định 9 Có thể tối ưu hoá theo từng giai đoạn. 9 Sử dụng thời gian lưu và thể tích hiệu quả 9 Diệt vi khuẩn gây bệnh tốt (pH thấp ở giai đoạn 1) Nhược điểm 9 Không thể tối ưu hoá hệ thống 9 pH không ổn định 9 Tính ổn định của hệ thống thấp 9 Chi phí đầu tư cao 9 Kỹ thuật vận hành phức tạp BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM39 PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ PHÂN HỦY KỴ KHÍ CTR ĐÔ THỊ (4) Theo loại nguyên liệu đầu vào ™Chỉ phân hủy CTR đô thị: thành phần nguyên liệu ban đầu chỉ có thành phần hữu cơ của rác đô thị được tạo huyền phù với dịch lỏng. ™ Phân hủy CTR đô thị kết hợp với bùn xử lý nước thải ™ Phân hủy CTR đô thị kết hợp với phân động vật: thành phần hữu cơ trong rác đô thị được trộn với phân động vật và phân hủy kết hợp với nhau. Quá trình này cải thiện tỷ lệ C/N và sản lượng khí sinh ra. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM40 ÁC YẾU TỐ VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ KỊ KHÍ (1) 1.Tỷ lệ C/N 2.pH 3.Nhiệt độ Tỷ lệ C/N ™ Tỷ lệ C/N tối ưu trong quá trình phân hủy kỵ khí khoảng 20-30:1. ™ Ở mức độ tỷ lệ thấp hơn: nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, nguyên nhân gây ra mùi khai. ™ Ở mức tỷ lệ cao hơn: sự phân hủy xảy ra chậm. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM41 ÁC YẾU TỐ VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ KỊ KHÍ (2) pH ™ Sản lượng khí sinh học (biogas) sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí đạt tối đa khi giá trị pH của hệ thống 6,5 – 7,5. ™ Giá trị pH ảnh hưởng đến thời gian phân hủy của chất thải rắn vật liệu. ™ pH của môi trường phải được khống chế sao cho không nhỏ hơn 6,2 bởi vì khi đó vi khuẩn sinh methane bị ức chế hoạt động. ™ Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, lượng lớn các acid hữu cơ được tạo thành và có thể làm cho giá trị pH của hỗn hợp giảm xuống dưới 5, điều này sẽ làm hạn chế quá trình phân hủy. ™ Quá trình phân hủy sẽ tiếp tục và lượng NH3 tạo thành sẽ gia tăng do sự phân huỷ của nitơ, giá trị pH có thể tăng lên trên 8. ™ Khi sản lượng khí metan tạo thành ổn định, giá trị pH trong khoảng 7,2 - 8,2. BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM42 ÁC YẾU TỐ VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ KỊ KHÍ (3) Nhiệt độ ™ Vi sinh vật metan hóa sẽ không hoạt động được khi nhiệt độ quá cao hay quá thấp. ™ Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 10oC, sản lượng khí sinh học (biogas) tạo thành hầu như không đáng kể. ™ Hai khoảng nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy kỵ khí: 9Giai đoạn nhiệt độ trung bình: nhiệt độ dao động trong khoảng