MỤC ĐÍCH & ƯU ĐIỂM (1)
9 Ổn 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
119 trang |
Chia sẻ: thanhuyen291 | Ngày: 13/06/2022 | Lượt xem: 519 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 7: Phân hủy sinh học chất thải rắn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 HUÂ 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 HUÂ 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 HUÂ 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 HUÂ 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