chương 1. 44 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Ủ SINH HỌC KỴ KHÍ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ. Cơ sở lý thuyết về quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí chất thải rắn hữu cơ.46 luan an iv 2. Cơ chế của quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí.
Hệ vi sinh vật phân giải kỵ khí chất thải hữu cơ [11, 13, 35, 72]. Phân bố vi sinh vật trong bể phân hủy. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí. Đặc điểm của chất thải.
Ảnh hưởng của nhiệt độ. Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity). Axit béo bay hơi (VFA). Thời gian lưu và tải lượng hữu cơ.
Ammonia và các yếu tố gây độc. Số lượng và chủng loại vi sinh vật có trong nguyên liệu ủ. Thiết lập cân bằng vật chất. Thiết lập cân bằng thành phần rắn bay hơi VS.
Thiết lập cân bằng các chất dinh dưỡng. Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí. Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí theo mô hình Monod và xác định phương trình hệ số tốc độ phân hủy. Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí xác định lượng khí sinh ra theo mô hình Gompertz cải tiến và mô hình BPK.
69 Nhận xét chương 2. 72 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Địa điểm, máy móc, các thiết bị thí nghiệm và xây dựng sơ đồ nghiên cứu của Luận án. Các mô hình thí nghiệm.
Mô hình thí nghiệm ủ kị khí 1 giai đoạn trong phòng thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm ủ kị khí 2 giai đoạn trong phòng thí nghiệm. Mô hình nghiên cứu ngoài hiện trường. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
Thực nghiệm khảo sát đặc tính CTRSH và đặc tính của mẫu trước khi đưa luan an v vào các mô hình thí nghiệm. Quy trình thực nghiệm vận hành các mô hình trong phòng thí nghiệm. Quy trình thí nghiệm vận hành các mô hình ngoài hiện trường. Xây dựng quy trình đánh giá sản phẩm phân mùn đầu ra từ các mô hình.
96 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN. Đánh giá thành phần chất thải rắn hữu cơ đầu vào của các đợt thí nghiệm. Đánh giá quá trình ủ kị khí trên quy mô phòng thí nghiệm. Xác định chế phẩm sinh học đợt 1.
Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp đợt thí nghiệm 2. Xác định thời gian ủ giai đoạn 1 của đợt thí nghiệm 3. Đánh giá quá trình ủ đợt 4. Đánh giá quá trình ủ kỵ khí ngoài hiện trường.
Đánh giá hiệu quả của quá trình ủ kị khí ủ kị khí 1 giai đoạn và ủ 2 giai đoạn với quy mô khác nhau ngoài hiện trường vào mùa hè (đợt 5). Đánh giá hiệu quả của quá trình ủ kị khí ủ kị khí 1 giai đoạn và ủ 2 giai đoạn với quy mô khác nhau ngoài hiện trường vào mùa đông (đợt 6). Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường. Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường đợt 5.
Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường đợt 6. Thiết lập cân bằng vật chất của các mô hình thí nghiệm. Thiết lập cân bằng thành phần rắn bay hơi VS. Thiết lập cân bằng thành phần các chất dinh dưỡng.
Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí CTR hữu cơ của các mô hình thí nghiệm. Xác định hệ số tốc độ phân hủy của quá trình ủ kỵ khí CTR hữu cơ. Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí theo mô hình Gompertz cải tiến và mô hình BPK.137 Danh mục các công trình đã công bố của tác giả liên quan đến Luận án .139 TÀI LIỆU THAM KHẢO.140 luan an vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AIT Asian Institute of Technology Viện Công nghệ Châu Á BNNPTNT - Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn BPK Biogas Production Kinetics Động học sản lượng khí sinh học BOD Biochemical Oxygen Nhu cầu oxy sinh hóa Demand COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học CTR - Chất thải rắn CTRĐT - Chất thải rắn đô thị CTRSH - Chất thải rắn sinh hoạt CTRSHĐT - Chất thải rắn sinh hoạt đô thị GNI Gross National Income Thu nhập quốc dân HDPE High Density PolyEthylene Vật liệu nhựa dẻo mật độ cao HRT Hydraulic retention time Thời gian lưu LCFA Long Chain Fatty Acids Axit béo mạch dài M0 - Mô hình thí nghiệm số 0 (đợt TN 3) Mô hình thí nghiệm ủ 1 giai đoạn M1 - không phối trộn vụn cá (đợt TN 3, 4) Mô hình thí nghiệm ủ 2 giai đoạn không phối trộn vụn cá (đợt thí M2 - nghiệm 3, 4, 5, 6); Mẫu bắp cải bón mùn từ mô hình M2 đợt 6 M3 - Mô hình thí nghiệm số 3 (đợt TN 3) Mô hình thí nghiệm ủ kỵ khí 1 giai M1VC - đoạn có phối trộn vụn cá - VC (đợt thí nghiệm 4) Mô hình thí nghiệm ủ kỵ khí 2 giai M2VC - đoạn có phối trộn vụn cá – VC (đợt thí nghiệm 4) Mô hình thí nghiệm ủ kỵ khí 1 giai đoạn quy mô nhỏ (đợt TN 5, 6); M1S - Mẫu bắp cải bón mùn từ mô hình M1S đợt 6 Mô hình thí nghiệm ủ kỵ khí 1 giai đoạn quy mô lớn (đợt TN 5, 6); M1B - Mẫu bắp cải bón mùn từ mô hình M1B đợt 6. luan an vii Mẫu rau bón mùn từ mô hình M1S M1S1, 2 - đợt 5 (1: cải ngọt, 2: cải ngồng) Mẫu rau bón mùn từ mô hình M1B M1B1, 2 - đợt 5 (1: cải ngọt, 2: cải ngồng) Mẫu rau bón mùn từ mô hình M2 M2.2 - đợt 5 (1: cải ngọt, 2: cải ngồng) OLR Organic Loading Rate Tải trọng hữu cơ QCVN - Quy chuẩn Việt Nam SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng TCMT - Tổng cục môi trường TKN Total Kjeldahn Nitrogen Tổng nitơ Kjeldahl TN - Thí nghiệm TNHH - Trách nhiệm hữu hạn TNMT - Tài nguyên môi trường TS Total Solid Tổng chất rắn TP Total Phosphorus Tổng phôtpho TVS Total Volatile Solid Tổng chất rắn bay hơi T0 - Thùng thí nghiệm số 0 (đợt TN 1, 2) T1 - Thùng thí nghiệm số 1 (đợt TN 1, 2) T2 - Thùng thí nghiệm số 2 (đợt TN 1, 2) T3 - Thùng thí nghiệm số 3 (đợt TN 1, 2) Upflow Anearobic Sludge UASB Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược Blanket UBND - Ủy ban nhân dân UBNDTP - Ủy ban nhân dân thành phố URENCO - Công ty môi trường đô thị VC - Vụn cá VFA Volatile Fatty Acid Axit béo bay hơi VS Volatile Solid Chất rắn bay hơi VSV - Vi sinh vật WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới luan an viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Bảng các loại CTR hữu cơ trong CTRSH [23, 26] .2: So sánh các hệ thống kỵ khí khô có trên thị trường [58].3: Bảng so sánh các hệ thống ủ kỵ khí khô và ướt [72].4: Ưu nhược điểm của công nghệ ủ kỵ khí 1 và 2 giai đoạn [23, 72] .5: Các mô hình xử lý CTR hữu cơ quy mô hộ nhỏ [59].
Sự phân bổ các loại vi sinh vật chính trong bể phân hủy khí sinh học trong điều kiện lên men chuẩn [14] .2: Thành phần các chất trong vụn cá thải [20] .3: Quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lưu chất thải [22] .4: Kết quả phân tích các chủng vi sinh chính trong các CPSH xử lý CTR đã được cấp phép .1: Phương pháp, thiết bị và hóa chất phân tích .2: Bảng tổng hợp các mô hình thí nghiệm và sơ đồ khung logic .3: Tổng hợp khung sơ đồ logic các đợt thí nghiệm .1 Kết quả phân tích thành phần của CTR hữu cơ được thu gom .2: Kết quả phân tích thành phần của vụn cá thải.3 Kết quả phân tích thành phần của CTR đầu vào các mẫu thí nghiệm.4: Hiệu suất chuyển hóa VS của các thùng thí nghiệm đợt 1 .5: Hiệu suất chuyển hóa VS của các thùng thí nghiệm đợt 2 .6: Hiệu suất chuyển hóa VS của các thùng thí nghiệm đợt 3 .7: Hiệu suất chuyển hóa VS của các mô hình thí nghiệm đợt 4 .8: Kết quả phân tích phân mùn đầu ra của các mô hình thí nghiệm đợt 4 .9: Hiệu suất chuyển hóa VS của các thùng thí nghiệm đợt 5 .10: Kết quả phân tích phân mùn đầu ra của các mô hình thí nghiệm đợt 5 .11: Kết quả phân tích mùn đầu ra của các mô hình thí nghiệm đợt 5 theo yêu cầu về yếu tố hạn chế của QCVN 01-189:2019/BNNPTNT .12: Hiệu suất chuyển hóa VS của các thùng thí nghiệm đợt 6. 117 luan an ix Bảng 4.13: Kết quả phân tích phân mùn đầu ra của các mô hình thí nghiệm đợt 6 .14: Kết quả phân tích mùn đầu ra của các mô hình thí nghiệm đợt 6 theo yêu cầu về yếu tố hạn chế của QCVN 01-189:2019/BNNPTNT .15: Nhật ký theo dõi sự phát triển của rau ở các luống thí nghiệm đợt 5 .16: Kết quả thu hoạch rau tại các luống thí nghiệm ngày 25/7/2017.17: Nhật ký theo dõi sự phát triển của bắp cải ở các luống thí nghiệm đợt 6 .18: Kết quả thu hoạch bắp cải tại các luống thí nghiệm ngày 28/2/2018.19: Kết quả kiểm nghiệm rau thu hoạch từ thí nghiệm đợt 5, 6.20: Tính toán khối lượng phân tử khí biogas .21: Tính toán tổng lượng VS chuyển hóa tạo khí biogas của mô hình M1VC đợt thí nghiệm 4 và 2 mô hình M1S và M1B đợt thí nghiệm 5 .22: Cân bằng VS của mô hình M1VC đợt thí nghiệm 4 và 2 mô hình M1S và M1B đợt thí nghiệm 5 .23: Bảng tổng hợp cân bằng VS trong các mô hình .24: Kết quả tính toán cân bằng Cacbon tổng số của các mô hình thí nghiệm .25: Kết quả tính toán cân bằng nitơ tổng số của các mô hình thí nghiệm.26: Kết quả tính toán cân bằng photpho tổng số của các mô hình thí nghiệm .27: Bảng tổng hợp cân bằng C, N, P trong các mô hình .28: Bảng tính toán giá trị hệ số tốc độ phân hủy k theo thời gian.29: Thông số động học mô hình Gompertz cải tiến của đợt 5 .30: Thông số động học mô hình BPK của đợt 5.31: Bảng nhiệt trị của các loại nhiên liệu. 136 luan an x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Thành phần CTRSH ở một số nước [4, 23, 50, 54].2: Phân loại công nghệ ủ kỵ khí.3: Công nghệ ủ kỵ khí ướt 1 giai đoạn nạp liệu liên tục Waasa, Bima [48, 60].4: Công nghệ ủ kỵ khí khô 1 giai đoạn nạp liệu liên tục Dranco, Kompogas và Valorga [60].