Nghiên cứu đồng phân hủy sinh học để sản xuất sinh khí metan từ bùn bể phốt và chất thải hữu cơ

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu đồng phân hủy sinh học k ỳ khí bùn bể phốt bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ để, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Nguyễn Trƣờng Phú
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Huyền Nga
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu đồng phân hủy sinh học kỵ khí bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ để sinh khí metan
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về bùn thải đô thị và thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Việt Nam
• 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 tình hình phát sinh và xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở đô thị Việt Nam
• 1.6. Các phương pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt đô thị ở Việt Nam
• 1.7. Phương pháp lên men phân hủy yếm khí
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY YẾM KHÍ
• 2.1. Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí - biogas
• 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy yếm khí
• 2.3. Đối tượng nghiên cứu
• 2.4. Phạm vi nghiên cứu
• 2.5. Nội dung nghiên cứu
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2.7. Thu thập, tổng hợp và xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc tính hóa lý của bùn bể phốt, bùn hoạt tính dư
• 3.2. Kết quả đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa Bùn bể phốt và Bùn hoạt tính dư
• 3.3. Kết quả đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa Bùn bể phốt, Bùn hoạt tính dư và chất thải giàu hữu cơ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về sinh khí metan

Sinh khí metan, một loại khí có khả năng tái tạo, được sản xuất từ quá trình phân hủy yếm khí của các chất hữu cơ. Quá trình này diễn ra trong môi trường không có oxy, nơi mà các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ thành khí metan và các sản phẩm khác. Sinh khí metan không chỉ là nguồn năng lượng tái tạo mà còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc khai thác khí methane từ bùn bể phốt và chất thải hữu cơ có thể mang lại nhiều lợi ích cho cả môi trường và kinh tế. Theo nghiên cứu, biogas từ bùn thải có thể được sử dụng để phát điện hoặc làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, góp phần vào việc giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

1.1. Quá trình phân hủy yếm khí

Quá trình phân hủy yếm khí là một chu trình sinh học phức tạp, trong đó các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ thành khí metan. Các yếu tố như nhiệt độ, pH, và tỷ lệ carbon/nitrogen ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sản xuất biogas. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể gia tăng đáng kể sản lượng khí metan. Năng lượng tái tạo từ khí metan không chỉ giúp giảm thiểu lượng chất thải mà còn tạo ra nguồn năng lượng sạch, góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

II. Đặc điểm của bùn bể phốt và chất thải hữu cơ

Bùn bể phốt là sản phẩm phụ từ các hệ thống xử lý nước thải, chứa nhiều chất hữu cơ và vi sinh vật. Chất thải hữu cơ từ sinh hoạt hàng ngày cũng có thành phần tương tự, làm cho chúng trở thành nguồn nguyên liệu lý tưởng cho quá trình sản xuất sinh khí metan. Đặc điểm hóa lý của bùn bể phốt cho thấy hàm lượng chất hữu cơ cao, với tỷ lệ chất rắn bay hơi lớn, điều này cho thấy tiềm năng phân hủy sinh học của chúng. Việc kết hợp bùn bể phốt với chất thải hữu cơ có thể tạo ra một hỗn hợp tối ưu cho quá trình sản xuất khí metan, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý chất thải và sản xuất năng lượng.

2.1. Tính chất hóa lý của bùn bể phốt

Bùn bể phốt thường có pH từ 6 đến 8, với hàm lượng chất rắn bay hơi chiếm từ 60% đến 80%. Những đặc điểm này cho thấy khả năng phân hủy sinh học cao của bùn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc xử lý bùn bể phốt bằng phương pháp phân hủy yếm khí có thể tạo ra lượng khí metan đáng kể. Năng lượng sinh học từ bùn bể phốt không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn cung cấp nguồn năng lượng tái tạo cho cộng đồng.

III. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu về sinh khí metan từ bùn bể phốt và chất thải hữu cơ có nhiều ứng dụng thực tiễn. Việc sản xuất biogas từ các nguồn chất thải này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn năng lượng sạch. Các hệ thống xử lý chất thải hiện đại có thể tích hợp công nghệ sản xuất khí metan, từ đó cung cấp năng lượng cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất. Hơn nữa, việc tái chế chất thải hữu cơ thành năng lượng có thể giảm thiểu áp lực lên các bãi chôn lấp, đồng thời tạo ra giá trị kinh tế từ chất thải.

3.1. Lợi ích kinh tế và môi trường

Việc khai thác khí sinh học từ bùn bể phốt và chất thải hữu cơ không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Sản xuất biogas từ chất thải giúp giảm thiểu lượng khí thải nhà kính, đồng thời cung cấp nguồn năng lượng tái tạo cho cộng đồng. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ này có thể tạo ra hàng triệu mét khối khí metan mỗi năm, từ đó giảm thiểu chi phí năng lượng cho các hộ gia đình và doanh nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam, lượng bùn thải đô thị phát sinh ngày càng gia tăng, gây áp lực lớn lên công tác quản lý và xử lý chất thải. Theo ước tính, lượng bùn thải từ các công trình vệ sinh và hệ thống thoát nước đô thị dao động từ vài trăm đến trên 200 m³/năm, với tỷ lệ thu gom trung bình chỉ đạt khoảng 32%. Bùn thải đô thị chủ yếu gồm bùn bể phốt, bùn hoạt tính dư từ các trạm xử lý nước thải và chất thải rắn sinh hoạt giàu hữu cơ, trong đó bùn hoạt tính dư chứa hàm lượng dầu mỡ cao từ 5-12%, chủ yếu là lipit có tiềm năng sinh khí metan lớn. Hiện nay, phương pháp chôn lấp vẫn được áp dụng phổ biến nhưng tồn tại nhiều hạn chế như tốn diện tích, không xử lý triệt để các tác nhân nguy hại và lãng phí nguồn tài nguyên hữu cơ có thể tái sử dụng.

Luận văn tập trung nghiên cứu đồng phân hủy sinh học kỵ khí hỗn hợp giữa bùn bể phốt, bùn hoạt tính dư và chất thải giàu hữu cơ nhằm sinh khí metan, một nguồn năng lượng tái tạo có giá trị. Nghiên cứu được thực hiện tại Hà Nội, với nguyên liệu thu thập từ trạm xử lý phân bùn bể phốt UGRENCO 7 Cầu Diễn, trạm xử lý nước thải Kim Liên và khu vực chợ Mễ Trì Hạ, Nam Từ Liêm. Mục tiêu chính là đánh giá đặc điểm hóa lý của các loại bùn và chất thải, xác định khả năng phân hủy sinh học kỵ khí khi phối trộn các nguyên liệu này, từ đó đề xuất giải pháp xử lý hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tận dụng nguồn khí metan sinh ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình phân hủy sinh học kỵ khí, bao gồm:

• Quá trình phân hủy yếm khí: Quá trình chuyển hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy, gồm ba giai đoạn chính: thủy phân, lên men axit và metan hóa. Sản phẩm cuối cùng là khí biogas chứa 55-65% metan (CH₄), 35-45% CO₂ và các khí khác.
• Mô hình đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp: Sự phối hợp phân hủy đồng thời nhiều loại chất thải hữu cơ nhằm tăng hiệu quả sinh khí, cải thiện cân bằng dinh dưỡng và giảm tác nhân độc hại.
• Khái niệm về đặc tính hóa lý bùn thải: Bao gồm các chỉ tiêu như tổng chất rắn (TS), tổng chất rắn bay hơi (TVS), tổng Nitơ (TN), tổng Photpho (TP), pH, hàm lượng dầu mỡ, tỷ lệ C/N tối ưu (20-30/1) cho quá trình phân hủy yếm khí.
• Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy yếm khí: Nhiệt độ (ưu tiên 35-55ºC), pH (6,8-7,4), tải trọng hữu cơ, các chất ức chế như axit hữu cơ, kim loại nặng, axit béo mạch dài (LCFAs).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu gồm bùn bể phốt lấy từ trạm xử lý phân bùn bể phốt Cầu Diễn, bùn hoạt tính dư từ trạm xử lý nước thải Kim Liên và chất thải rắn sinh hoạt giàu hữu cơ thu gom tại khu vực chợ Mễ Trì Hạ, Nam Từ Liêm.
• Phương pháp phân tích: Xác định các chỉ tiêu hóa lý TS, TVS, TN, TP của nguyên liệu trước và sau phân hủy; đo thể tích khí biogas sinh ra hàng ngày; phân tích thành phần khí metan trong biogas định kỳ.
• Thiết bị nghiên cứu: Sử dụng hệ thiết bị phân hủy yếm khí AKIZ (dung tích 50L/bình) với hệ thống đo khí tự động, cảm biến áp suất và van xả khí tự động.
• Timeline nghiên cứu: Thí nghiệm được chia làm hai giai đoạn:
  • Thí nghiệm 1: Đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp bùn bể phốt và bùn hoạt tính dư với 5 nghiệm thức phối trộn tỷ lệ khác nhau (từ 100% BBP đến 70% BHTD), theo dõi trong khoảng thời gian đủ để thu thập dữ liệu sinh khí và phân tích hóa lý.
  • Thí nghiệm 2: Đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp ba nguyên liệu BBP, BHTD và chất thải giàu hữu cơ, với tỷ lệ BBP:BHTD cố định 80:20 và tỷ lệ chất thải hữu cơ thay đổi, theo dõi thể tích khí và thành phần khí trong vòng nhiều ngày.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc điểm hóa lý nguyên liệu: Bùn bể phốt có hàm lượng TS khoảng 2-8%, TVS chiếm 60-80% TS, TN từ 1,5-4% TS, TP từ 0,8-2,8% TS. Bùn hoạt tính dư có TS 0,4-1,2%, TVS 60-85%, dầu mỡ chiếm 5-12%, TN 2,4-7%, TP 1,5-3%. Chất thải rắn sinh hoạt giàu hữu cơ chứa khoảng 54-77% thành phần hữu cơ, tỷ lệ C/N phù hợp cho phân hủy yếm khí.
2. Hiệu quả đồng phân hủy yếm khí bùn bể phốt và bùn hoạt tính dư: Ở tỷ lệ phối trộn BBP:BHTD = 80:20, thể tích khí biogas sinh ra đạt cao nhất, với tổng thể tích khí metan chiếm khoảng 60-65% tổng khí sinh ra. So với nghiệm thức chỉ dùng BBP hoặc BHTD đơn lẻ, thể tích khí metan tăng khoảng 15-20%.
3. Ảnh hưởng của chất thải giàu hữu cơ trong đồng phân hủy: Khi phối trộn thêm chất thải hữu cơ vào hỗn hợp BBP và BHTD, thể tích khí biogas và tỷ lệ metan tăng đáng kể, thể hiện qua việc tăng tổng thể tích khí metan lên đến 70% trong một số nghiệm thức. Hàm lượng TS và TVS giảm trung bình 30-40% sau phân hủy, cho thấy hiệu quả phân hủy sinh học cao.
4. Thành phần khí sinh ra ổn định: Thành phần khí metan duy trì trong khoảng 55-70%, CO₂ chiếm 30-40%, khí H₂S và các khí khác dưới 1%, phù hợp với điều kiện vận hành ổn định của quá trình phân hủy yếm khí.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự phối trộn bùn bể phốt với bùn hoạt tính dư tạo điều kiện cân bằng dinh dưỡng, giảm tác nhân ức chế và tăng hiệu quả sinh khí metan. Việc bổ sung chất thải giàu hữu cơ giúp cung cấp nguồn cacbon dễ phân hủy, thúc đẩy hoạt động vi sinh vật metan hóa, đồng thời làm tăng tỷ lệ khí metan trong biogas. So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả phù hợp với xu hướng ứng dụng đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp nhằm tối ưu hóa sản lượng khí sinh học và giảm lượng bùn thải cần xử lý.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể tích khí biogas theo thời gian, biểu đồ tỷ lệ thành phần khí metan và bảng so sánh các chỉ tiêu hóa lý trước và sau phân hủy để minh họa hiệu quả quá trình. Ngoài ra, phân tích các yếu tố ảnh hưởng như pH, nhiệt độ và tải trọng hữu cơ cũng cần được theo dõi để đảm bảo quá trình ổn định.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công nghệ đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp: Khuyến nghị các nhà máy xử lý nước thải và quản lý chất thải đô thị áp dụng công nghệ đồng phân hủy yếm khí phối trộn bùn bể phốt, bùn hoạt tính dư và chất thải hữu cơ nhằm tăng hiệu quả xử lý và thu hồi khí metan. Mục tiêu tăng sản lượng khí metan ít nhất 20% trong vòng 12 tháng.
2. Tối ưu tỷ lệ phối trộn nguyên liệu: Đề xuất tỷ lệ phối trộn BBP:BHTD là 80:20, bổ sung thêm 10-20% chất thải hữu cơ để đạt hiệu quả sinh khí tối ưu. Chủ thể thực hiện là các đơn vị vận hành trạm xử lý nước thải, với thời gian thử nghiệm và điều chỉnh trong 6 tháng đầu.
3. Nâng cao công tác thu gom và phân loại chất thải hữu cơ: Khuyến khích chính quyền địa phương và các doanh nghiệp môi trường tăng cường thu gom, phân loại chất thải rắn sinh hoạt giàu hữu cơ tại nguồn để cung cấp nguyên liệu sạch, đồng nhất cho quá trình đồng phân hủy. Mục tiêu đạt tỷ lệ thu gom hữu cơ trên 70% trong 2 năm tới.
4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật vận hành hệ thống phân hủy yếm khí, kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng như pH, nhiệt độ, tải trọng hữu cơ nhằm duy trì hiệu quả và ổn định quá trình. Thời gian triển khai trong vòng 6 tháng, chủ thể là các trung tâm đào tạo môi trường và các nhà máy xử lý.
5. Nghiên cứu mở rộng quy mô và ứng dụng thực tế: Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô pilot lên quy mô công nghiệp, đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường để nhân rộng mô hình trên toàn quốc trong vòng 3-5 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý môi trường đô thị: Nhận diện các giải pháp xử lý bùn thải hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm và tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ khí metan.
2. Các đơn vị vận hành trạm xử lý nước thải: Áp dụng công nghệ đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp để nâng cao hiệu quả xử lý bùn thải và thu hồi khí sinh học.
3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Công nghệ Sinh học: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả thực nghiệm và cơ sở lý thuyết về phân hủy yếm khí và xử lý chất thải hữu cơ.
4. Doanh nghiệp xử lý chất thải và năng lượng tái tạo: Tìm hiểu tiềm năng ứng dụng công nghệ sinh khí metan từ bùn thải và chất thải hữu cơ, phát triển các dự án năng lượng sạch.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân hủy yếm khí là gì và tại sao lại quan trọng trong xử lý bùn thải?
   Phân hủy yếm khí là quá trình vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy, tạo ra khí metan và CO₂. Phương pháp này giúp giảm lượng bùn thải, tiêu diệt mầm bệnh và thu hồi năng lượng tái tạo từ khí metan, góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí xử lý.

2. Tại sao cần phối trộn bùn bể phốt với bùn hoạt tính dư và chất thải hữu cơ?
   Phối trộn giúp cân bằng dinh dưỡng, giảm tác nhân ức chế, tăng khả năng phân hủy sinh học và sản lượng khí metan. Bùn bể phốt giàu chất hữu cơ dễ phân hủy, bùn hoạt tính dư cung cấp vi sinh vật, còn chất thải hữu cơ bổ sung nguồn cacbon dễ tiêu.

3. Yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu quả phân hủy yếm khí?
   Nhiệt độ (35-55ºC), pH (6,8-7,4), tỷ lệ C/N (20-30/1), tải trọng hữu cơ và sự hiện diện của các chất ức chế như axit béo mạch dài, kim loại nặng đều ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh vật và hiệu quả sinh khí.

4. Khí metan sinh ra từ quá trình này có thể sử dụng như thế nào?
   Khí metan có thể được sử dụng làm nhiên liệu đốt trực tiếp, phát điện hoặc cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong nhà máy xử lý, giúp giảm chi phí năng lượng và phát thải khí nhà kính.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế tại các đô thị Việt Nam?
   Cần xây dựng các mô hình pilot tại các trạm xử lý nước thải đô thị, phối hợp với chính quyền địa phương trong công tác thu gom và phân loại chất thải, đào tạo nhân lực vận hành và đánh giá hiệu quả kinh tế, môi trường để nhân rộng mô hình.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá thành công đặc điểm hóa lý và khả năng đồng phân hủy yếm khí của hỗn hợp bùn bể phốt, bùn hoạt tính dư và chất thải giàu hữu cơ tại Hà Nội.
• Tỷ lệ phối trộn BBP:BHTD = 80:20 cùng với bổ sung chất thải hữu cơ cho hiệu quả sinh khí metan cao nhất, thể tích khí metan chiếm tới 70% tổng khí sinh ra.
• Quá trình phân hủy yếm khí giúp giảm đáng kể hàm lượng TS, TVS, TN, TP trong bùn thải, đồng thời thu hồi nguồn năng lượng tái tạo có giá trị.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để áp dụng công nghệ đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp trong xử lý bùn thải đô thị, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí.
• Đề xuất triển khai thử nghiệm mở rộng quy mô, đào tạo nhân lực và nâng cao công tác thu gom, phân loại chất thải hữu cơ nhằm phát huy tối đa hiệu quả công nghệ.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị quản lý và vận hành trạm xử lý nước thải nên phối hợp triển khai mô hình đồng phân hủy yếm khí hỗn hợp, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ này tại các đô thị lớn trên cả nước để góp phần phát triển bền vững ngành môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………. TỔNG QUAN TÀI LIỆU …………………………………………….Tổng quan về bùn thải đô thị và thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Việt Nam 3 1. Nguồn phát sinh bùn thải đô thị. Đặc điểm của bùn thải đô thị.

Các phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị .Tổng quan về tình hình phát sinh và xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở đô thị Việt Nam………………………………………………………………………………. Các phƣơng pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt đô thị ở Việt Nam. Phƣơng pháp lên men phân hủy yếm khí 19 1. Cơ sở quá trình phân hủy yếm khí.

Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí - biogas. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy yếm khí. Đối tƣợng nghiên cứu 31 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu ………………………………………………………. Thu thập, tổng hợp và xử lý số liệu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Đặc tính hóa lý của bùn bể phốt, bùn hoạt tính dƣ ……………………………. Kết quả đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa Bùn bể phốt và Bùn hoạt tính dƣ. Kết quả đồng phân hủy sinh học kỵ khí giữa Bùn bể phốt, Bùn hoạt tính dƣ và chất thải giàu hữu cơ………………………………………………………………. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………….

71 5 DANH MỤC PHỤ LỤC …………………………………………………………. 73 Một số hình ảnh peak sắc ký khí đợt phân tích thứ 5- thí nghiệm 2 …………….73 Phụ lục 1: Thể tích khí biogas sinh ra theo ngày của thí nghiệm 1……………….73 Phụ lục 2: Thể tích khí biogas sinh ra theo ngày của thí nghiệm 2……………….74 Phụ lục 3: Kết quả thành phần khí của NT - thí nghiệm 1 ………………………… 77 Phụ lục 4: Kết quả thành phần khí của NT - thí nghiệm 2………………………… 79 Phụ lục 5: Một số hình ảnh peak sắc ký khí đợt phân tích thứ 5- thí nghiệm 2 ….82 6 BẢNG VIẾ VIẾT TẮ TẮT STT hiệu Ký hiệ Giải thích Giả 1 BBP Bùn bể phốt 2 BHTD Bùn hoạt tính dƣ 3 BHTT Bùn hoạt tính thải 4 BOD Nhu cầu oxy sinh học 5 COD Nhu cầu oxy hóa học 6 CPSH Chế phẩm sinh học 7 CTR Chất thải rắn 8 CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt 9 LCFAs Các axit béo mạch dài 10 NT Nghiệm thức 11 OFMSW Phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị 12 TLRL Tỷ lệ rắn/lỏng 13 TN Tổng Nitơ 14 TN1 Thí nghiệm 1 15 TN2 Thí nghiệm 2 16 TP Tổng Photpho 17 TVS Tổng chất rắn bay hơi 18 VK Vi khuẩn 19 VS Chất rắn bay hơi 20 VSV Vi sinh vật 7 MỤC BẢ DANH MỤ BẢNG BIỂ BIỂU Bảng biể biểu Tên bảng biể biểu Trang Bảng 1.1 Lƣợng bùn cặn từ các công trình v ệ sinh và từ hệ thống thoát nƣớc 4 tại đô thị trên cả nƣớc giai đoạn 2013-2016 Bảng 1.2 Một số đặc điểm hóa lý điển hình của bùn giai đoạn xử lý sơ bộ 6 Bảng 1.3 Một số đặc điểm hóa lý của bùn giai đoạn xử lý sinh học 6 Bảng 1.4 Thành phần có trong sản phẩm bài tiết của con ngƣời 7 Bảng 1.5 Thành phần hữu cơ của phân bùn từ một số công trình vệ sinh 7 Bảng 1.6 Các loại CTR đô thị ở Hà Nội năm 2011 12 Bảng 1.7 Khối lƣợng riêng và hàm lƣợng ẩm có trong rác thải sinh hoạt 14 Bảng 1.8 Một số đặc trƣng điển hình của bùn hoạt tính 17 Bảng 1.9 Sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí 22 Bảng 1.10 Một số chất ức chế quá trình sinh khí metan 27 Bảng 1.11 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phân hủy yếm khí so với hiếu khí 29 Bảng 2.1 Bố trí các nghiệm thức của thí nghiệm 1 40 Bảng 2.2 Bố trí các nghiệm thức của thí nghiệm 2 40 Bảng 3.1 Một số đặc điểm hóa lý của BBP và BHTD 41 Bảng 3.2 Đặc điểm hóa lý của nguyên liệu sau phối trộn của các NT -TN1 42 Bảng 3.3 Kết quả phân tích TS trƣớc và sau phân hủy của các NT - TN1 42 Bảng 3.4 Kết quả phân tích TVS trƣớc và sau phân hủy của các NT - TN1 44 Bảng 3.5 Kết quả phân tích TP trƣớc và sau phân hủy của các NT - TN1 46 Bảng 3.6 Kết quả phân tích TN trƣớc và sau phân hủy của các NT - TN1 48 Bảng 3.7 Thể tích khí biogas sinh ra ở các NT-TN1 49 Bảng 3.8 Tỷ lệ thành phần các khí sinh ra ở Thí nghiệm 1 52 Bảng 3.9 Thể tích khí CH4 sinh ra ở các NT- thí nghiệm 1 53 Bảng 3.10 Một số đặc điểm hóa lý sau phối trộn của các nghiệm thức – TN2 53 Bảng 3.11 Sự thay đổi hàm lƣợng TS ở các nghiệm thức –TN2 54 Bảng 3.12 Sự thay đổi hàm lƣợng TVS ở các nghiệm thức –TN2 55 Bảng 3.13 Sự thay đổi hàm lƣợng TP ở các nghiệm thức –TN2 57 8 Bảng 3.14 Sự thay đổi hàm lƣợng TN ở các nghiệm thức –TN2 58 Bảng 3.15 Tổng thể tích khí biogas sinh ra ở các nghiệm thức –TN2 60 Bảng 3.16 Tỷ lệ thành phần trung bình của các loại khí sinh ra ở TN2 61 Bảng 3.17 Tổng thể tích khí CH4 sinh ra ở các NT- thí nghiệm 2 62 9 MỤC HÌNH VẼ DANH MỤ VẼ Số hi hiệệu vẽ hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Tóm tắt các phản ứng sinh hóa của quá trình phân hủy yếm khí 20 Hình 1.2 Nhiệt độ và các nhóm VSV tƣơng ứng trong phân hủy yếm khí 24 Hình 1.3 Nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo axit 25 Hình 1.4 Nhóm vi sinh vật tạo Metan 26 Hình 1.5 Chuyển đổi sinh học trong hệ thống hiếu khí và v à yếm khí 30 Hình 2.1 Phân bùn bể phốt tại Trạm xử lý phân bùn bể phốt Cầu Diễn 33 Hình 2.2 BHTD từ trạm xử lý nƣớc thải Kim Liên 33 Hình 2.3 Rác thải sinh hoạt khu vực chợ Mễ Trì Hạ- Nam Từ Liêm 34 Hình 2.4 Hệ thống thiết bị phân hủy yếm khí AKIZ 36 Hình 2.5 Cấu tạo bộ thiết bị phân hủy yếm khí AKIZ 37 Hình 2.6 Một số dụng cụ đong mẫu và đựng mẫu 37 Hình 2.7 Đấu nối chạc 3 vào thiết bị phân hủy yếm khí để lấy mẫu khí 38 Hình 2.8 Thiết bị phân tích khí 43 Hình 3.1 Sự thay đổi giá trị TVS các NT- TN1 trƣớc và sau phân hủy yếm khí.2 Sự thay đổi giá trị TP của các NT -TN1 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 47 Hình 3.3 Sự thay đổi giá trị TN của các NT - TN1 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 48 Hình 3.4 Biểu đồ thể tích khí sinh ra ở các NT thí nghiệm 1 50 Hình 3.5 Diễn biến sinh khí trong quá trình tr ình phân hủy yếm khí các NT - TN1 50 Hình 3.6 Biểu đồ thành phần các loại khí trung bình của các NT-TN1 52 Hình 3.7 Sự thay đổi giá trị TS của các NT–TN2 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 54 Hình 3.8 Sự thay đổi giá trị TVS của các NT -TN2 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 56 Hình 3.9 Sự thay đổi giá trị TP của các NT -TN2 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 57 Hình 3.10 Sự thay đổi giá trị TN của các NT -TN2 trƣớc và sau phân hủy yếm khí 58 Hình 3.11 Diễn biến sinh khí biogas của các c ác NT trong phân hủy yếm khí TN2 60 Hình 3.12 Biểu đồ thể tích khí sinh ra ở các NT thí nghiệm 2 61 Hình 3.13 Biểu đồ thành phần các loại khí trung bình của các NT-TN2 62 10 LỜI MỞ MỞ ĐẦ ĐẦU U Trong những năm qua nƣớc ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nƣớc, song song với đó là quá trình đô thị hóa diễn ra với tốc độ khá nhanh. Tuy nhiên bên cạnh sự phát triển đó đã kéo theo rất nhiều các vấn đề về kinh tế xã hội và đặc biệt là vấn đề bảo vệ môi trƣờng. Việc thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử dụng chất thải đặc biệt bùn thải từ các công trình vệ sinh trong đô thị, bùn hoạt tính dƣ thừa từ các công trình xử lý nƣớc thải và rác thải sinh hoạt giàu hữu cơ dễ phân hủy gây ra mùi hôi thối đã và đang trở thành bài toán khó.

Trong các loại chất thải đô thị, bùn thải đô thị là loại chất thải đặc thù đƣợc phát sinh chủ yếu từ các hoạt động nạo vét xử lý bùn bể tự hoại, bùn dƣ thừa từ các các hệ thống xử lý nƣớc thải, rác thải sinh hoạt là một loại rác giàu hữu cơ phát sinh từ cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của các hộ gia đình, khu dân cƣ, các nhà hàng, trung tâm thƣơng mại, trƣờng học, cơ quan nghiên cứu, các cơ sở dịch vụ ăn uống. Hiện nay có nhiều phƣơng pháp khác nhau để xử lý bùn thải và rác thải khác nhau nhƣ phƣơng pháp hóa lý, hóa h óa học, sinh hóa .với đặc điểm đặc trƣng của bùn bể tự hoại, bùn hoạt tính dƣ và chất thải rắn sinh hoạt là giàu hợp chất hữu cơ, bùn hoạt tính dƣ thừa đƣợc sinh ra sau quá trình xử lý sinh học hiếu khí phần dầu mỡ có hàm hà m lƣợng khá cao từ 5 -12% với thành phần chủ yếu là lipit, chất thải giàu lipit đƣợc biết đến là có tiềm năn năngg sinh khí metan cao trong 3 nguyên lliệu iệu chính của quá trình sản sinh khí metan là lipit, protein và cacbonhydrat. Hiện nay phƣơng pháp chôn lấp là phƣơng pháp phổ biến đƣợc áp dụng để xử lý bùn thải và rác thải sinh hoạt…. Tuy nhiên việc chôn lấp trực tiếp mà chƣa qua xử lý tồn tại rất nhiều những hạn chế nhƣ: cần diện tích chôn lấp lớn, không xử lý đƣợc triệt để các tác nhân nguy hại đối với cộng đồng, lãng phí một lƣợng lớn các chất hữu cơ có thể tái sử dụng đƣợc vì thế hiện nay xử lý bùn thải bằng phƣơng pháp sinh học đang đƣợc các nhà khoa học và quản lý quan tâm nhiều, bởi vì bản chất của phƣơng pháp này là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật có ích để phân hủy chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong bùn thải.

Phƣơng pháp phân hủy yếm khí có các ƣu điểm đó là tiêu thụ rất ít năng lƣợng trong quá 1 trình vận hành và có thể thu hồi đƣợc một lƣợng lớn khí metan (CH 4) nhƣ một nguồn năng lƣợng tái tạo, bùn sau xử lý có thể đƣợc sử dụng vào mục đích nông nghiệp.