Nghiên cứu quá trình phân hủy sinh học kỵ khí thu metan từ hỗn hợp rác thải sinh hoạt và bùn thải

• Tác giả: Nguyễn Thị Trang
• Người hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Trí
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Quá Trình Phân Hủy Sinh Học Kỵ Khí Thu Metan Từ Hỗn Hợp Rác Thải Sinh Hoạt Kết Hợp Bùn Thải
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về bùn thải đô thị và thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội
• 1.2. Nguồn phát sinh bùn thải đô thị
• 1.3. Đặc điểm của bùn thải đô thị
• 1.4. Các phương pháp xử lý bùn thải đô thị
• 1.5. Tổng quan về rác thải sinh hoạt
• 1.6. Nguồn gốc phát sinh và đặc điểm rác thải sinh hoạt
• 1.7. Các phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt
• 1.8. Phương pháp lên men phân hủy yếm khí
• 1.9. Cơ chế quá trình phân hủy yếm khí
• 1.9.1. Giai đoạn thủy phân
• 1.9.2. Giai đoạn lên men axít
• 1.9.3. Giai đoạn sinh khí metan
• 1.10. Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí - Biogas
• 1.11. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy yếm khí
• 1.11.1. Nguyên liệu đầu vào
• 1.11.2. PH, độ kiềm và tỷ lệ axít béo dễ bay hơi/độ kiềm
• 1.11.3. Thời gian lưu trong lên men phân hủy yếm khí
• 1.11.4. Ảnh hưởng của các chất khoáng và một số độc tố trong nguyên liệu
• 1.11.5. Sự cạnh tranh giữa vi khuẩn lưu huỳnh và vi khuẩn metan
• 1.11.6. Tính chất của chất nền và các chất gây độc
• 1.12. So sánh quá trình xử lý yếm khí và hiếu khí
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Cơ sở lựa chọn phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• 2.1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2.1. Mục đích nghiên cứu
• 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.3. Lấy và chuẩn bị mẫu
• 2.2.4. Thiết bị nghiên cứu
• 2.2.5. Chuẩn bị nguyên liệu nạp
• 2.2.6. Nạp mẫu vào bể phản ứng
• 2.2.7. Chuẩn bị hóa chất và thiết bị máy móc cho quá trình phân tích mẫu
• 2.2.8. Các thông số theo dõi và phân tích trong quá trình thực hiện phản ứng và kết thúc
• 2.2.9. Xác định thành phần khí sinh ra
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc điểm bùn thải sông Kim Ngưu
• 3.2. Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí
• 3.3. Sự giảm hàm lượng Nitơ tổng (T-N)
• 3.4. Sự giảm hàm lượng Phốt pho tổng (T-P)
• 3.5. Khả năng loại bỏ COD tổng (CODt)
• 3.6. Khả năng loại bỏ tổng chất rắn và tổng chất rắn bay hơi
• 3.7. Sự thay đổi giá trị pH theo thời gian phản ứng
• 3.8. Khả năng sinh khí sinh học và thành phần khí CH4
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về quá trình phân hủy sinh học kỵ khí thu metan từ rác thải

Quá trình phân hủy sinh học kỵ khí là một phương pháp hiệu quả để xử lý rác thải sinh hoạt và bùn thải. Phương pháp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn thu hồi năng lượng dưới dạng khí metan. Khí metan là một nguồn năng lượng tái tạo có giá trị, có thể được sử dụng để sản xuất điện hoặc nhiệt. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học kỵ khí và khả năng thu hồi metan từ hỗn hợp rác thải sinh hoạt và bùn thải.

1.1. Đặc điểm của rác thải sinh hoạt và bùn thải

Rác thải sinh hoạt và bùn thải đều chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân hủy. Rác thải sinh hoạt thường bao gồm thực phẩm thừa, bao bì, và các vật liệu hữu cơ khác. Bùn thải, đặc biệt là từ các trạm xử lý nước thải, chứa nhiều chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho, có thể thúc đẩy quá trình phân hủy sinh học.

1.2. Lợi ích của việc thu hồi metan từ quá trình phân hủy

Việc thu hồi metan từ quá trình phân hủy sinh học kỵ khí không chỉ giúp giảm thiểu lượng khí thải nhà kính mà còn cung cấp một nguồn năng lượng sạch. Khí metan có thể được sử dụng để sản xuất điện, làm nhiên liệu cho xe cộ, hoặc thậm chí để sưởi ấm. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong quá trình phân hủy sinh học kỵ khí

Mặc dù quá trình phân hủy sinh học kỵ khí có nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự cạnh tranh giữa các loại vi sinh vật trong quá trình phân hủy. Việc duy trì điều kiện tối ưu cho vi sinh vật sinh metan là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất. Ngoài ra, sự hiện diện của các chất ức chế cũng có thể làm giảm khả năng sinh khí metan.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy

Các yếu tố như pH, nhiệt độ, và tỷ lệ carbon/nitơ có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của quá trình phân hủy sinh học kỵ khí. Việc kiểm soát các yếu tố này là cần thiết để tối ưu hóa sản lượng khí metan.

2.2. Sự cạnh tranh giữa các vi sinh vật

Trong quá trình phân hủy, vi sinh vật sinh axit và vi sinh vật sinh metan có thể cạnh tranh với nhau. Nếu vi sinh vật sinh axit phát triển quá mạnh, chúng có thể ức chế sự phát triển của vi sinh vật sinh metan, dẫn đến giảm sản lượng khí metan.

III. Phương pháp nghiên cứu quá trình phân hủy sinh học kỵ khí

Nghiên cứu này sử dụng mô hình yếm khí AD-W8 để phân tích quá trình phân hủy sinh học kỵ khí. Mô hình này cho phép theo dõi các thông số quan trọng như pH, nhiệt độ, và sản lượng khí sinh ra. Các thí nghiệm được thực hiện với nhiều tỷ lệ phối trộn khác nhau giữa rác thải sinh hoạt và bùn thải để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy.

3.1. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm

Thiết bị AD-W8 được sử dụng để tạo ra môi trường yếm khí cho quá trình phân hủy. Các mẫu rác thải và bùn thải được chuẩn bị và nạp vào bể phản ứng. Các thông số như pH, nhiệt độ, và sản lượng khí được theo dõi liên tục trong suốt quá trình thí nghiệm.

3.2. Phân tích kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm sẽ được phân tích để xác định hiệu suất của quá trình phân hủy. Các chỉ tiêu như hàm lượng khí metan, COD, và các chất dinh dưỡng sẽ được đo lường để đánh giá hiệu quả của quá trình.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc phối trộn rác thải sinh hoạt và bùn thải có thể tăng cường hiệu suất thu hồi metan. Các thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ phối trộn tối ưu có thể đạt được sản lượng khí metan cao nhất. Điều này mở ra cơ hội cho việc áp dụng công nghệ này trong thực tiễn để xử lý rác thải và bùn thải hiệu quả hơn.

4.1. Kết quả thu hồi metan từ thí nghiệm

Kết quả cho thấy rằng tỷ lệ phối trộn 1:1 giữa rác thải sinh hoạt và bùn thải cho sản lượng khí metan cao nhất, đạt khoảng 70% so với tổng lượng khí sinh ra. Điều này chứng tỏ rằng việc kết hợp hai loại chất thải này là một giải pháp khả thi.

4.2. Ứng dụng công nghệ trong xử lý chất thải

Công nghệ phân hủy sinh học kỵ khí có thể được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý chất thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm và thu hồi năng lượng. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng quá trình phân hủy sinh học kỵ khí là một phương pháp hiệu quả để xử lý rác thải sinh hoạt và bùn thải. Việc thu hồi metan từ quá trình này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn cung cấp một nguồn năng lượng tái tạo. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện vận hành và mở rộng quy mô ứng dụng trong thực tiễn.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển các giải pháp bền vững cho quản lý chất thải, đồng thời cung cấp thông tin quý giá cho các nhà quản lý và nhà khoa học trong lĩnh vực môi trường.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện hiệu suất thu hồi metan và đánh giá tác động môi trường của quá trình phân hủy sinh học kỵ khí trong các điều kiện thực tế.