Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí tại Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan chung về chất thải rắn hữu cơ

1.2. Thành phần của CTR

1.3. Tổng quan về các công nghệ ủ sinh học kị khí xử lý CTR hữu cơ

1.4. Công nghệ ủ kị khí ướt 1 giai đoạn nạp liệu liên tục

1.5. Công nghệ ủ kị khí khô 1 giai đoạn nạp liệu liên tục

1.6. Công nghệ ủ kị khí khô 1 giai đoạn nạp liệu theo mẻ

1.7. Công nghệ ủ kị khí đa giai đoạn (phổ biến là 2 giai đoạn)

1.8. Tình hình áp dụng các công nghệ ủ sinh học kị khí CTR hữu cơ trên thế giới và ở Việt Nam

1.8.1. Ở các nước phát triển

1.8.2. Ở các nước đang phát triển

1.9. Một số nghiên cứu có liên quan đến xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học

1.9.1. Một số nghiên cứu trên thế giới

1.9.2. Một số nghiên cứu tại Việt Nam

1.10. Nhận xét chương 1

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Ủ SINH HỌC KỊ KHÍ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ

2.1. Cơ sở lý thuyết về quá trình chuyển hóa sinh học kị khí chất thải rắn hữu cơ

2.2. Cơ chế của quá trình chuyển hóa sinh học kị khí

2.3. Hệ vi sinh vật phân giải kị khí chất thải hữu cơ

2.4. Phân bố vi sinh vật trong bể phân hủy

2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa sinh học kị khí

2.5.1. Đặc điểm của chất thải

2.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

2.5.3. Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity)

2.5.4. Axit béo bay hơi (VFA)

2.5.5. Thời gian lưu và tải lượng hữu cơ

2.5.6. Ammonia và các yếu tố gây độc

2.5.7. Số lượng và chủng loại vi sinh vật có trong nguyên liệu ủ

2.6. Thiết lập cân bằng vật chất

2.6.1. Thiết lập cân bằng thành phần rắn bay hơi VS

2.6.2. Thiết lập cân bằng các chất dinh dưỡng

2.7. Phân tích động học của quá trình phân hủy kị khí

2.7.1. Phân tích động học của quá trình phân hủy kị khí theo mô hình Monod và xác định phương trình hệ số tốc độ phân hủy

2.7.2. Phân tích động học của quá trình phân hủy kị khí xác định lượng khí sinh ra theo mô hình Gompertz cải tiến và mô hình BPK

2.8. Nhận xét chương 2

3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Địa điểm, máy móc, các thiết bị thí nghiệm và xây dựng sơ đồ nghiên cứu của Luận án

3.2. Các mô hình thí nghiệm

3.2.1. Mô hình thí nghiệm ủ kị khí 1 giai đoạn trong phòng thí nghiệm

3.2.2. Mô hình thí nghiệm ủ kị khí 2 giai đoạn trong phòng thí nghiệm

3.2.3. Mô hình nghiên cứu ngoài hiện trường

3.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

3.3.1. Thực nghiệm khảo sát đặc tính CTRSH và đặc tính của mẫu trước khi đưa vào các mô hình thí nghiệm

3.3.2. Quy trình thực nghiệm vận hành các mô hình trong phòng thí nghiệm

3.3.3. Quy trình thí nghiệm vận hành các mô hình ngoài hiện trường

3.3.4. Xây dựng quy trình đánh giá sản phẩm phân mùn đầu ra từ các mô hình

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

4.1. Đánh giá thành phần chất thải rắn hữu cơ đầu vào của các đợt thí nghiệm

4.2. Đánh giá quá trình ủ kị khí trên quy mô phòng thí nghiệm

4.2.1. Xác định chế phẩm sinh học đợt 1

4.2.2. Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp đợt thí nghiệm 2

4.2.3. Xác định thời gian ủ giai đoạn 1 của đợt thí nghiệm

4.2.4. Đánh giá quá trình ủ đợt 4

4.3. Đánh giá quá trình ủ kị khí ngoài hiện trường

4.3.1. Đánh giá hiệu quả của quá trình ủ kị khí 1 giai đoạn và ủ 2 giai đoạn với quy mô khác nhau ngoài hiện trường vào mùa hè (đợt 5)

4.3.2. Đánh giá hiệu quả của quá trình ủ kị khí 1 giai đoạn và ủ 2 giai đoạn với quy mô khác nhau ngoài hiện trường vào mùa đông (đợt 6)

4.4. Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường

4.4.1. Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường đợt 5

4.4.2. Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường đợt 6

4.5. Thiết lập cân bằng vật chất của các mô hình thí nghiệm

4.5.1. Thiết lập cân bằng thành phần rắn bay hơi VS

4.5.2. Thiết lập cân bằng thành phần các chất dinh dưỡng

4.6. Phân tích động học của quá trình phân hủy kị khí CTR hữu cơ của các mô hình thí nghiệm

4.6.1. Xác định hệ số tốc độ phân hủy của quá trình ủ kị khí CTR hữu cơ

4.6.2. Phân tích động học của quá trình phân hủy kị khí theo mô hình Gompertz cải tiến và mô hình BPK

4.7. Danh mục các công trình đã công bố của tác giả liên quan đến Luận án

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về xử lý chất thải rắn hữu cơ

Xử lý chất thải rắn hữu cơ là một trong những vấn đề cấp bách trong công tác bảo vệ môi trường tại Việt Nam. Với lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) ngày càng gia tăng, việc áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả là cần thiết. Phương pháp sinh học kỵ khí đã được chứng minh là một giải pháp khả thi, giúp chuyển hóa chất thải thành năng lượng và phân bón hữu cơ. Theo nghiên cứu, tỷ lệ chất hữu cơ trong CTRSH tại Việt Nam chiếm khoảng 60-70%, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng công nghệ này. Việc xử lý chất thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo, góp phần vào phát triển bền vững.

1.1. Tình hình chất thải rắn tại Việt Nam

Tình hình chất thải rắn tại Việt Nam đang trở thành một thách thức lớn. Theo thống kê, lượng chất thải rắn phát sinh hàng năm đạt khoảng 25,5 triệu tấn, dự báo sẽ tăng lên 54 triệu tấn vào năm 2030. Việc quản lý và xử lý chất thải hiện nay chủ yếu dựa vào phương pháp chôn lấp, trong đó chỉ có khoảng 30% là hợp vệ sinh. Điều này dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ xử lý chất thải hiệu quả là rất cần thiết.

II. Công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí là một trong những giải pháp hiệu quả nhất hiện nay. Phương pháp này không chỉ giúp xử lý chất thải mà còn tạo ra biogas, một nguồn năng lượng tái tạo. Quá trình này diễn ra trong môi trường không có oxy, nơi các vi sinh vật kỵ khí phân hủy chất hữu cơ thành khí methane và các sản phẩm khác. Việc áp dụng công nghệ này tại Việt Nam có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra nguồn năng lượng sạch. Nghiên cứu cho thấy, việc tối ưu hóa các điều kiện như nhiệt độ, pH và thời gian lưu giữ có thể nâng cao hiệu suất xử lý chất thải.

2.1. Quy trình xử lý sinh học kỵ khí

Quy trình xử lý sinh học kỵ khí bao gồm nhiều giai đoạn, từ chuẩn bị nguyên liệu đến thu hồi sản phẩm. Đầu tiên, chất thải rắn hữu cơ được thu gom và phân loại. Sau đó, chúng được đưa vào bể phản ứng kỵ khí, nơi diễn ra quá trình phân hủy. Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và tỷ lệ chất hữu cơ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc duy trì nhiệt độ ổn định và pH phù hợp có thể tối ưu hóa quá trình phân hủy, từ đó tăng cường sản lượng biogas.

III. Ứng dụng và lợi ích của công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ

Việc áp dụng công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Đầu tiên, công nghệ này giúp giảm thiểu lượng chất thải chôn lấp, từ đó giảm áp lực lên các bãi rác. Thứ hai, biogas được sản xuất từ quá trình này có thể được sử dụng để phát điện hoặc làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông. Cuối cùng, sản phẩm phân bón hữu cơ từ quá trình xử lý có thể được sử dụng trong nông nghiệp, góp phần cải thiện chất lượng đất và năng suất cây trồng. Điều này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế bền vững.

3.1. Tác động đến môi trường

Công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí có tác động tích cực đến môi trường. Việc giảm thiểu chất thải chôn lấp giúp giảm ô nhiễm không khí và nước. Hơn nữa, việc sản xuất biogas từ chất thải hữu cơ giúp giảm phát thải khí nhà kính, góp phần vào nỗ lực chống biến đổi khí hậu. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng công nghệ này có thể giảm tới 30% lượng khí thải CO2 từ các bãi rác.

Luận án tiến sĩ về xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí trong điều kiện Việt Nam