Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về chất thải rắn hữu cơ 1. Khái niệm Chất thải là bao gồm toàn bộ các loại vật chất không sử dụng nữa được con người thải ra môi trường. Các chất thải này được tạo ra trong quá trình sản xuất, trong các hoạt động sống của con người [4].
Chất thải rắn hữu cơ (CTRHC) là những chất thải có bản chất hữu cơ, và bị loại bỏ trong quá trình sản xuất. Các CTRHC có thể có nguồn gốc là thực vật, động vật, các hợp chất carbua hydro hay cả bùn cặn thải ra sau khi xử lý nước thải. Mỗi loại CTRHC có thành phần và tính chất rất khác nhau [4]. Nguồn phát sinh chất thải rắn Ngày nay, lượng chất thải rắn (CTR) được thải ra môi trường rất lớn và chúng được phát sinh từ các nguồn sau: Chất thải hữu Chất thải hữu cơ từ sinh hoạt Chất thải hữu cơ từ sản xuất - Chất thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm.
- Chất thải từ các nhà bếp gia - Chất thải cơ sở sản xuất công đình. Nhà máy, xí nghiệp, nhà nghiệp nhẹ như: thuộc da, giấy hàng, khách sạn. - Chất thải từ khu thương mại - Chất thải từ cơ sở chăn nuôi, - Chất thải từ khu vui chơi giải sản xuất nông nghiệp trí. Chất thải từ khai thác, chế biến dầu mỏ - Chất thải trạm xử lý nước.1: Nguồn gốc phát sinh chất thải hữu cơ 3 - Khu dân cư.
- Khu thương mại (nhà hang, khách sạn, siêu thị, chợ,…). - Cơ quan, công sở (trường học, trung tâm và viện nghiên cứu, bệnh viện,…). - Khu xây dựng và phá hủy các công trình xây dựng. - Khu công cộng (nhà ga, bến tàu, sân bay, công viên, khu vui chơi, đường phố,…).
- Nhà máy xử lý chất thải. Chất thải từ sinh hoạt gọi là chất thải sinh hoạt (CTSH), thường có đặc điểm không đồng nhất, chúng bao gồm cả chất hữu cơ dễ phân hủy và các chất vô cơ. Đặc điểm này gây khó khăn rất lớn cho các quá trình xử lý sau này. Do đó, nhiều nước trên thế giới thường phải tổ chức phân loại tại nguồn.
Có một số nước phân loại thành 2 phần: Hữu cơ và vô cơ. Có nhiều nước phân loại tại nguồn thành 3 phần: Hữu cơ dễ phân hủy, hữu cơ khó phân hủy và vô cơ [4]. Chất thải nông nghiệp Sản xuất nông nghiệp Chất thải sinh hoạt Sinh hoạt Sản phẩn Nông thôn Nông nghiệp Thành phố Nguyên liệu Chất thải nông nghiệp Hình 1.2: Nguồn gốc và sự chuyển vận các chất thải hữu cơ Chất thải hữu cơ từ nguồn sản xuất (gọi là chất thải nông nghiệp) đồng nhất hơn, do đó không cần phân loại tại nguồn, hoặc nếu có thì công việc cũng rất đơn giản, dễ thực hiện. CTHC có nguồn gốc động vật và thực vật chiếm số lượng lớn 4 trong các loại CTHC.
Con đường đi của CTHC từ nguồn gốc từ động và thực vật thường xuất phát từ nông thôn về thành phố rồi lại từ thành phố trở lại nông thôn. Quá trình này được trình bày như hình 1. Sự phân chia từ nguồn gốc tạo ra CTHC và con đường đi của các CTHC đó đã giúp các nhà quản lý hoạch định chiến lược giảm thiểu CTHC vào thành phố bằng những quy định rất cụ thể. Mặt khác, khi phân chia từng nguồn gốc tạo ra CTHC cũng giúp cho các nhà kỹ thuật, hoạch định phương pháp tái sử dụng hay tái chế các CTHC [4].
Một số phương pháp và công nghệ xử lý chất thải rắn ❖ Phương pháp cơ học - Nén chất thải rắn: Ép (nén) rác được thực hiện ở khâu thu gom, trung chuyển và chôn lấp. Nén nhằm giảm thể tích chất thải rắn, thuận tiện vận chuyển và xử lý. - Đóng kiện: Đóng kiện CTR thường được thực hiện ở nhà máy bằng hệ thống nén ép thủy lực. CTR được phân loại trên băng tải, các chất có thể tận dụng được như: kim loại, nilong, giấy,.
được thu hồi để tái chế. Những chất khác được nén ép, đóng kiện. - Công nghệ Hydromex: Công nghệ này được thiết kế để xử lý CTR hỗn hợp hoặc đặc trưng (y tế, nguy hại,. CTR được nghiền nhỏ sau đó polyme hóa và nén ép, định hình sản phẩm.
- Công nghệ Seraphin: Bản chất công nghệ này là vừa phân loại, xử lý và tái chế CTR (compost, tái chế nhựa, đóng rắn) trong một hệ thống. ❖ Phương pháp nhiệt - Phương pháp đốt: Phương pháp này được sử dụng khá phổ biến hiện nay ở một số nước như: Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản. Cụ thể phương pháp đốt Nhật Bản chiếm 70%, Thụy Sĩ 59%, Pháp 42%. Sản phẩm của quá trình đốt là khí và tro.
Ở một số các nước công nghiệp lượng tro còn lại chiếm 20 - 40% CTR nguy hại, y tế phù hợp với công nghệ này. Quá trình đốt là quá trình oxy hóa 5 nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy trong không khí. Quá trình này phụ thuộc rất lớn vào vật liệu đầu vào, dạng hữu cơ, khô và dễ cháy. - Phương pháp nhiệt phân: Nhiệt phân chất thải là quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu hoặc không có oxy.
Nhiệt phân khác với quá trình đốt đó là quá trình hấp thụ nhiệt lớn hơn quá trình tỏa nhiệt và có thể diễn ra trong điều kiện không có oxi. - Phương pháp khí hóa: Khí hóa CTR là phương pháp chuyển đổi CTR thành khí nhiên liệu (chủ yếu CO, CO2, H2, CH4) trong điều kiện nhiệt độ cao (>700oC) có điều chỉnh O2 hoặc hơi nước. Sản phẩm của quá trình khí hóa còn bao gồm tro, xi và dầu pyrolysis. Tro của quá trình khí hóa chiếm khoản 15% khối lượng, chứa nhiều độc tố như chì, canxi, thủy ngân, hắc ín, pH thấp,.
❖ Phương pháp về vật lý và hóa học Để thu hồi năng lượng từ chất thải rắn đô thị và nông nghiệp. Tuy nhiên các phương pháp này liên quan đến chi phí đầu tư và vận hành cao, chưa có hiệu quả kinh tế. Việc xử lý và tái chế chất thải hữu cơ có thể thực hiện một cách hiệu quả nhất bằng các quá trình sinh học, sử dụng các hoạt động của các vi sinh vật như vi khuẩn, tảo, nấm và các dạng sống cao hơn khác. Sản phẩm phụ của quá trình sinh học này bao gồm phân bón, nhiên liệu sinh học và sinh khối protein.
Do sự phát triển của sinh vật (hoặc hiệu quả của xử lý/tái chế chất thải hữu cơ) là phụ thuộc vào nhiệt độ, nên các khu vực có khí hậu nóng nên thuận lợi nhất để thực hiện các kế hoạch tái chế chất thải. Tuy nhiên, tái chế chất thải cũng được áp dụng cho các khu vực ôn đới, với kết quả thành công. Thành phần chất thải rắn Thành phần chất thải rắn là một thuật ngữ dùng để mô tả tính chất và nguồn gốc các yếu tố riêng biệt cấu thành nên dòng chất thải, thông thường được tính bằng phần trăm theo khối lượng. Thông tin về thành phần chất thải rắn đóng vai trò rất quan trọng trong việc đánh giá và lựa chọn những thiết bị thích hợp để xử lý, các quy trình xử lý cũng như việc hoạch định các hệ thống, chương trình và kế hoạch quản lý chất thải rắn.
6 Thông thường trong chất thải rắn đô thị, chất thải rắn từ các khu dân cư và thương mại chiếm tỷ lệ cao nhất 50 – 75%. Tỷ lệ của mỗi thành phần chất thải sẽ thay đổi tùy thuộc vào loại hình hoạt động: Xây dựng, sửa chữa, dịch vụ đô thị cũng như công nghệ sử dụng trong sử lý nước. Thành phần riêng biệt của chất thải rắn thay đổi theo vị trí địa lý, thời gian, mùa trong năm, điều kiện kinh tế và tùy thuộc vào thu nhập của từng quốc gia [9]. Các chất thải rắn hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Hoa quả, củ, rau thừa, các loại vỏ hoa quả, các thực phẩm thừa,… Các chất thải rắn hữu cơ khó phân hủy: Bao bì nilong, kim loại, cao su, gỗ, thủy tinh, sứ, chai nhựa,… 1.
Tổng quan về quá trình ủ phân compost 1. Khái niệm Quá trình ủ phân compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn định của chất hữu cơ dưới điều kiện của nhiệt độ. Kết quả của quá trình phân hủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm ổn định, không mang mầm bệnh và lợi ích trong việc ứng dụng cho cây trồng [3]. Quá trình làm Compost có thể phân ra làm các giai đoạn khác nhau dựa theo sự biến thiên nhiệt độ: - Pha thích nghi: Là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới.
- Pha tăng trưởng: Đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt mesophilic. - Pha ưa nhiệt: Là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định hóa chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. - Pha trưởng thành: Là giai đoạn giảm nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường.
Quá trình lên men lần thứ hai chậm và thích hợp cho sự hình thành keo mùn (là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ thành mùn và các khoáng chất sắt, canxi, nitơ .) và cuối cùng thành mùn [3]. 7 Khi có đầy đủ oxy, độ ẩm và pH thích hợp các vi sinh vật hiếu khí hoạt động mạnh; sau 2 - 4 tuần, rác bị phân hủy hoàn toàn, các vi khuẩn gây bệnh, côn trùng có trong rác bị hủy diệt do nhiệt độ trong đống rác ủ tăng cao [4]. Phân loại ❖ Phân loại chất thải rắn Chất thải rắn có thể phân loại bằng nhiều cách khác nhau: - Phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh như: Rác thải sinh hoạt, văn phòng thương mại, công nghiệp, đường phố, chất thải trong quá trình xây dựng hay đập phá nhà xưởng. - Phân loại dựa vào đặc tính tự nhiên như là các chất hữu cơ, vô cơ, chất có thể cháy hoặc không có khả năng cháy.
Tuy nhiên căn cứ vào đặc điểm chất thải có thể phân loại chất thải rắn thành 3 nhóm lớn: chất thải đô thị, chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại. Đáng chú ý nhất trong thành phần rác thải là chất thải nguy hại thường phát sinh từ các khu công nghiệp. Do đó, những thông tin về nguồn gốc phát sinh và đặc tính các chất thải nguy hại của các loại hình công nghiệp khác nhau là rất cần thiết. Các hiện tượng như chảy tràn, rò rỉ các loại hóa chất cần phải đặc biệt chú ý, bởi vì chi phí thu gom và xử lý các chất thải nguy hại bị chảy tràn rất tốn kém [9].