intTypePromotion=1

Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 7: Phân hủy sinh học chất thải rắn

Chia sẻ: Hứa Tung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:119

0
5
lượt xem
1
download

Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 7: Phân hủy sinh học chất thải rắn

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 7: Phân hủy sinh học chất thải rắn có nội dung trình bày về các dòng vật chất chính trong quá trình xử lý sinh học chất hữu cơ trong chất thải rắn đô thị, sản xuất phân compost bằng phương pháp ủ hiếu khí,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết dội dung bài giảng.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 7: Phân hủy sinh học chất thải rắn

  1. BK TPHCM BAØI GIAÛNG CAÙC QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC TRONG KYÕ THUAÄT MOÂI TRÖÔØNG CHÖÔNG 7 PHAÂN HUÛY SINH HOÏC CHAÁT THAÛI RAÉN GVHD: TS. Leâ Hoaøng Nghieâm
  2. BKCAÙC DOØNG VAÄT CHAÁT CHÍNH TRONG QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ SINH HOÏC CHAÁT HÖÕU CÔ TRONG CTR ÑOÂ THÒ TPHCM Choân laáp Nöôùc thaûi (nöôùc ræ raùc) Khí thaûi Nhieät, Naêng (biogas) Phaân huûy kî khí löôïng CTR höõu CTR oån cô coù theå ñònh ñeå phaân huûy caûi taïo ñaát sinh hoïc Uû hieáu khí Khí thaûi (composting) Phaân höõu cô 2 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  3. MUÏC ÑÍCH & ÖU ÑIEÅM (1) BK TPHCM 9 OÅn ñònh chaát thaûi: Nhöõng phaûn öùng sinh hoïc xuaát hieän trong quaù trình uû phaân compost seõ bieán ñoåi caùc hôïp chaát höõu cô thaønh caùc chaát oån ñònh, caùc daïng voâ cô thích hôïp cho vieäc caûi taïo ñaát vaø haáp phuï cuûa caây troàng. 9 Laøm maát hoaït tính cuûa vi sinh vaät gaây beänh: Nhieät ñoä phaùt sinh trong quaù trình uû caùc chaát thaûi coù theå ñaït ñeán 60oC, nhieät ñoä naøy ñuû ñeå öùc cheá haàu heát caùc maàm beänh nhö laø vi khuaån, virus, hoaëc laø tröùng giun saùn. 3 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  4. BK TPHCM MUÏC ÑÍCH & ÖU ÑIEÅM (2) 9Thu hoài dinh döôõng vaø caûi taïo ñaát: caùc chaát dinh döôõng (N, P, K) hieän dieän trong chaát thaûi thoâng thöôøng toàn taïi döôùi daïng hôïp chaát höõu cô, raát khoù haáp thuï bôûi caây troàng. 9Sau quaù trình uû caùc chaát dinh döôõng naøy seõ bieán ñoåi thaønh caùc chaát voâ cô nhö NO3-, PO43- phuø hôïp cho vieäc haáp thuï caây troàng. • • 4 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  5. NHÖÕNG HAÏN CHEÁ (1) BK TPHCM ™Chaát löôïng phaân uû phuï thuoäc raát nhieàu vaøo chaát löôïng caùc chaát thaûi ñem uû • Yeâu caàu: chaát thaûi ñem uû phaûi khoâng chöùa kim loaïi naëng vaø caùc chaát ñoäc haïi vaø ñöôïc phaân loaïi toát ™Trong quaù trình uû thöôøng taïo ra moät soá khí gaây muøi hoâi vaø moät löôïng nöôùc ræ ñoïng ôû ñaùy khoái uû Dcaàn ñuôïc quan taâm xöû lyù 5 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  6. NHÖÕNG HAÏN CHEÁ (2) BK TPHCM ™Trong quaù trình uû moät löôïng lôùn carbon vaø nitô maát ñi do hoaït ñoäng cuûa vi khuaån maø khoâng coøn giöõ laïi ñöôïc trong saûn phaåm cuoái cuøng ñeå phuïc vuï cho troàng troït 6 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  7. BK TPHCM QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY SINH HOÏC KÎ KHÍ (ANAEROBIC BIOLOGICAL TRANSFORMATION) 7 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  8. BK TPHCM QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (1) ™ Phaân huyû kò khí laø quaù trình phaân huyû chaát höõu cô trong moâi tröôøng khoâng coù oxy ôû ñieàu kieän nhieät ñoä töø 30÷65oC. ™ Saûn phaåm cuûa quaù trình phaân huyû kò khí laø khí sinh hoïc (biogas) chuû yeáu laø CO2 vaø CH4. ™ Khí CH4 coù theå thu gom vaø söû duïng nhö moät nguoàn nhieân lieäu sinh hoïc. ™ Buøn ñaõ ñöôïc oån ñònh veà maët sinh hoïc, coù theå söû duïng nhö nguoàn boå sung dinh döôõng cho caây troàng hoaëc duøng ñeå caûi taïo ñaát. 8 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  9. BK TPHCM QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (2) ™ Quaù trình chuyeån hoùa caùc chaát höõu cô cuûa CTRSH döôùi ñieàu kieän kî khí xaûy ra theo 3 böôùc. ™ Böôùc thöù nhaát laø quaù trình thuûy phaân caùc hôïp chaát coù phaân töû löôïng lôùn thaønh nhöõng hôïp chaát thích hôïp duøng laøm nguoàn naêng löôïng vaø moâ teá baøo. ™ Böôùc thöù hai laø quaù trình chuyeån hoùa caùc hôïp chaát sinh ra töø böôùc 1 thaønh caùc hôïp chaát coù phaân töû löôïng thaáp hôn xaùc ñònh. ™ Böôùc thöù ba laø quaù trình chuyeån hoùa caùc hôïp chaát trung gian thaønh caùc saûn phaåm cuoái ñôn giaûn hôn, chuû yeáu laø khí methane (CH4) vaø khí carbonic (CO2). 9 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  10. QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (3) BK TPHCM Giai ñoaïn 1 Giai ñoaïn 2 Giai ñoaïn 3 Teân giai ñoaïn Thuyû phaân Acid hoaù Acetate hoùa Methane hoùa Ñöôøng phöùc Caùc chaát Ñöôøng ñôn Amino acid, taïp, protein, Acetate ban ñaàu giaûn acid höõu cô chaát beùo Vi khuaån Vi khuaån Vi khuaån Vi sinh vaät acid hoaù acetate hoùa methane hoùa Ñöôøng ñôn Amino acid, Saûn phaåm Acetate giaûn acid höõu cô Khí sinh ra CO2 CO2, H2 CO2, NH3, H2 CO2, CH4 ,NH3 10 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  11. BK TPHCM QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (4) Caùc giai ñoaïn lyù thuyeát Lipids Polysaccharides Protein Acid nucleic Thuûy phaân Acid beùo Monosaccharides Amino acids Purines vaø pyrimidines Caùc hôïp chaát Acid voøng thôm ñôn hoùa giaûn Leân men Caùc saûn phaåm leân men khaùc acid nhö: propionate, butyrate, succinate, lactate, ethanol Acetate hoùa Caùc chaát neàn cho quaù trình leân men methane: H2,CO2, formate, methanol, methylamine, acetate Leân men methane Methane (CH4) + carbon dioxide (CO2) 11 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  12. BK TPHCM QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ (5) ™ Vi sinh vaät methane hoùa chæ coù theå söû duïng moät soá cô chaát nhaát ñònh ñeå chuyeån hoùa thaønh methane nhö CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines vaø CO. Caùc phöông trình chuyeån hoùa xaûy ra nhö sau: 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH → CH4 + CO2 4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O 4(CH3)3N + 6 H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3 4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2 12 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  13. BK QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ CTR HÖÕU CÔ TPHCM Chaát höõu cô + H 2 O + Chaát dinh döôõng ⎯Vi ⎯sinh ⎯⎯ vaät → Teá baøo môùi + Chaát höõu cô khoù phaân huûy + CO 2 + CH 4 + NH 3 + H 2 S + Q CaHbOcNd vaø CwHxOyNz bieåu dieãn thaønh phaàn phaân töû thöïc nghieäm cuûa chaát höõu cô ban ñaàu vaø sau khi keát thuùc quaù trình, coù theå moâ taû baèng phöông trình sau: CaHbOcNd → nCwHxOyNz + mCH4 + sCO2 + rH2O + (d – nx) NH3 Trong ñoù s = a – nw – m vaø r = c – ny – 2s Neáu quaù trình chuyeån hoùa kî khí xaûy ra hoaøn toaøn: 4a + b − 2c − 3d ⎛ 4a + b − 2c − 3d ⎞ 4a − b + 2c + 3d C a H b Oc N d + H2O → ⎜ ⎟CH 4 + CO2 + d NH 3 4 ⎝ 8 ⎠ 8 13 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  14. BK TPHCM Baøi taäp ví duï 6.1 Tính toaùn löôïng khí sinh hoïc sinh ra töø quaù trình phaân huûy kî khí phaàn höõu cô chaát thaûi raén ñoâ thò. Xaùc ñònh löôïng khí sinh ra treân moät ñôn vò khoái löôïng CTR theo lyù thuyeát coù theå sinh ra töø quaù trình phaân huûy kî khí cuûa chaát thaûi raén trong baõi choân laáp CTR. Bieát raèng chaát thaûi raén choân laáp coù 56,0% laø caùc thaønh phaàn höõu cô coù theå phaân huûy sinh hoïc vaø coâng thöùc hoùa hoïc toång quaùt cuûa phaàn höõu cô laø C60H94,3O37,8N. 14 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  15. BK TPHCM Baøi giaûi ví duï 6.1(1) 1. Söû duïng phöông trình bieåu dieãn quaù trình phaân huûy kî khí hoaøn toaøn chaát thaûi raén höõu cô: 4a + b − 2c − 3d ⎛ 4a + b − 2c − 3d ⎞ 4a − b + 2c + 3d C a H b Oc N d + H2O → ⎜ ⎟CH 4 + CO2 + d NH 3 4 ⎝ 8 ⎠ 8 Vôùi a = 60; b= 94; c= 37,8 vaø d = 1 ta coù: C60H94,3O37,8N + 18,28H2O → 31,96CH4 + 28,04CO2 + NH3 1433,1 329,0 511,4 1233,8 17 56,0 x kg? y kg? z kg? 15 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  16. BK TPHCM Baøi giaûi ví duï 6.1 (2) 2. Xaùc ñònh khoái löôïng CH4 vaø CO2 sinh ra treân 100 kg CTR hay 56 kg phaàn höõu cô coù theå phaân huûy sinh hoïc töø phöông trình treân: CH4 = x = (511,4/1433,1)×(56,0) = 20,0 kg → x = 20/16 kmol = 1,25 kmol CO2 = y = (1233,8/1433,1)×(56,0) = 48,2 kg → y = 48,2/44 kmol = 1,095 kmol NH3 = z = (17/1433,1)×(56,0) = 0,664 kg → y = 0,664/17 kmol = 0,039 kmol 3. Xaùc ñònh theå tích khí CH4 vaø CO2 ôû ñieàu kieän chuaån: VCH4 = 1,25 kmol×(22,4m3/kmol) = 28 m3 VCO2 = 1,095 kmol×(22,4m3/kmol) = 24,538 m3 VNH3 = 0,039 kmol×(22,4m3/kmol) = 0,875 m3 16 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  17. BK TPHCM Baøi giaûi ví duï 6.1 (3) 4. Xaùc ñònh thaønh phaàn phaàn traêm cuûa CH4 vaø CO2 , vaø NH3 trong hoãn hôïp khí: %CH4 = 28/(28 + 24,538 + 0,875) = 52,42% %CO2 = 24,538/(28 + 24,538 + 0,875) = 45,94% %NH3 = 0,875/(28 + 24,538 + 0,875) = 1,64% 5. Xaùc ñònh toång löôïng khí lyù thuyeát treân moät ñôn vò khoái löôïng chaát thaûi: m3/kg CTR = (28 + 24,538 + 0,875)(m3)/100(kg) = 0,534 m3/kgCTR m3/kg CTRHC = (28 + 24,538 + 0,875)(m3)/56(kg) = 0,954 m3/kgCTRHC 17 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  18. BK TPHCM QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY SINH HOÏC HIEÁU KHÍ (AEROBIC BIOLOGICAL TRANSFORMATION) 18 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  19. BKQUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY HIEÁU KHÍ CTR HÖÕU CÔ (1) TPHCM Chaát höõu cô + O2 + Chaát dinh döôõng ⎯Vi ⎯sinh ⎯⎯ vaät → Teá baøo môùi + Chaát höõu cô khoù phaân huûy + CO2 + H 2 O + NH 3 + SO24- + ... + Q Neáu CTR höõu cô ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng CaHbOcNd, vaø vaät lieäu khoù phaân huûy coøn laïi ñöôïc ñaëc tröng bôûi CwHxOyNz löôïng oxy caàn thieát coù theå ñöôïc tính theo phöông trình sau: CaHbOcNd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2 → nCwHxOyNz + sCO2 + rH2O + (d – nx)NH3 Trong ñoù: r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)] vaø s = a – nw Neáu quaù trình chuyeån hoùa xaûy ra hoaøn toaøn: 4a + b − 2c − 3d b − 3d C a H b Oc N d + O2 → aCO 2 + H 2 O + d NH 3 4 2 19 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
  20. QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY HIEÁU KHÍ CTR HÖÕU CÔ (2) BK TPHCM ™ Trong nhieàu tröôøng hôïp, ammonia sinh ra töø quaù trình oxy hoùa caùc hôïp chaát höõu cô bò tieáp tuïc oxy hoùa thaønh nitrat (quaù trình nitrat hoùa). ™ Löôïng oxy caàn thieát ñeå oxy hoùa ammonia thaønh nitrat coù theå tính theo phöông trình sau: • NH3 + 3/2 O2 → HNO2 + H2O • HNO2 + 1/2 O2 → HNO3 • NH3 + 2 O2 → H2O + HNO3 20 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2