Bài giảng Quản lý và xử lý chất thải rắn: Phần 2 - Th.S Nguyễn Xuân Cường

Chia sẻ: Codon_10 Codon_10 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

117
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Nối tiếp phần 1 cuốn "Bài giảng Quản lý và xử lý chất thải rắn" mời các bạn cùng tìm hiểu phần 2 để nắm bắt một số thông tin cơ bản về xử lý chất thải rắn bằng các phương pháp nhiệt; tái chế và tái sử dụng chất thải rắn; kết hợp xử lý và tái chế tái sử dụng chất thải rắn; xử lý chất thải rắn nguy hại.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Quản lý và xử lý chất thải rắn: Phần 2 - Th.S Nguyễn Xuân Cường

Chương 5. XỦ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỆT 5.1. Phương pháp đốt (Incineration) PP đốt được sử dụng khá phổ biến hiện nay ở một số nước như Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản. Cụ thể, PP đốt Nhật Bản chiếm 70%, Thụy Sĩ 59%, Pháp 42% [4]. Sản phẩm của quá trình đốt là khí và chất tro. Ở một các nước công nghiệp lượng tro còn lại chiếm 20 - 40% [28]. CTR nguy hại, y tế phù hợp với công nghệ này. Quá trình đốt là quá trình oxy hóa nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy trong không khí. Quá trình này phụ thuộc rất lớn vào vật liệu đầu vào, dạng hữu cơ, khô và dễ cháy. a. Lò đốt đơn Đây là kiểu lò đốt đơn giản sử dụng trước đây. Khí thải được xả trực tiếp vào MT. Hình 5.1: Mô hình lò đốt đơn [3] b. Lò đốt tháo rời (quy mô nhỏ) Lò loại này có thể tháo rời thành các modul riêng lẻ, mỗi modul xử lý khoảng 300 tấn CRT/ngày, có thể thu hồi nhiệt hoặc không. Có hai lò đốt sơ cấp và thứ cấp trong mỗi modul. Lò đốt tháo rời thường sử dựng để đốt các loại CTR đặc trưng (y tế, CN…). Giá lò đốt này từ 75 – 100 nghìn USD công suất 1tấn/ngày [28].
Hình 5.2: Mô hình lò đốt có thể tháo rời ứng dụng cho CTR đô thị và CN [28] c. Lò đốt di động (quay) Lò đốt loại này bao gồm một hệ thống các buồng đốt di động, có thể đốt CTR đô thị và CTR cháy được (Refuse derived fuel - RDF). Các buồng di động để khuấy đều CT và loại bỏ các vật liệu còn lại, giúp quá trình đốt đạt hiệu quả cao hơn. Lò đốt này khá phổ biến, vd ở Mỹ, sử dụng lò đốt di động chiếm 75%, 10% lò đốt tầng sôi, 15% các lò khác [4]. * Lò đốt CT chưa phân loại (Massburn incineration) Giá công nghệ này khoảng từ 90 – 135 nghìn USD cho 1 tấn CTR/ngày. Hình 5.3: Mô hình lò đốt CT chưa phân loại [28] * Lò đốt CT có thể cháy được Nhà máy lò đốt loại này có giá từ 100 - 150 USD 1 tấn CTR/ngày.
Hình 5.4: Mô hình lò đốt CT cháy được [28] d. Lò đốt tầng sôi (fluidized bed combustion - FBC) Quá trình này diễn ra dưới điều kiện thiếu O2 ở nhiệt độ rất cao. Hiệu quả cháy của lò đốt tầng sôi cao nhờ sử dụng một số chất làm nền như cát (ở đáy), than đá (trộn với CT), đá vôi (đá vôi khử SOx), nhằm tạo ra sự pha trộn lên xuống liên tục giữa khí và chất rắn. Loại lò này thích hợp trong việc đốt CT dễ cháy hoặc kết hợp với than, để tạo năng lượng. Giá đầu tư cho công nghệ này từ 135 – 190 nghìn USD tấn/ngày, cho nhà máy công suất 800 – 1000 tấn/ngày. 5.2. Phương pháp nhiệt phân 5.2.1. Giới thiệu Nhiệt phân CT (Pyrolysis) là quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu hoặc không có ôxy. Nhiệt phân khác với quá trình đốt đó là quá trình hấp thu nhiệt lớn hơn quá trình tỏa nhiệt và có thể diễn ra trong điều kiện không có ôxy. Sơ đồ công nghệ nhiệt phân thường có hai lò đốt sơ cấp, thứ cấp và hệ thống làm sạch – chưng cất. Lò đốt sơ cấp thường cung cấp thiếu khí, nhiệt độ kiểm soát ở mức độ khoảng 250 – 900 độ C và tăng dần để phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ. Lò đốt thứ cấp được điều chỉnh dư khí, nhiệt độ được nâng cao (trên 1.000 độ C), sản phẩm ở lò sơ cấp chủ yếu là khí cháy và hơi nước sẽ được đốt hoàn toàn trong buồng này. Hệ thống làm sạch – chưng cất bao gồm hệ thống làm sạch khí thải và làm nguội kim loại để thu hồi sản phẩm. 5.2.2. Sản phẩm tạo thành Sản phẩm của quá trình nhiệt phân bao gồm: khí (CO, CO2, H2, hơi nước - CH4, H2, CO, CO2, H2O) và các hydrocacbon phức tạp (như etan (C2H6), propane (C3H8), dầu, và
hắc ín và chất lỏng: dầu, nhựa đường). Khi nhiệt độ cao hơn, khí tạo thành nhiều hơn, chất lỏng sẽ ít đi. Phản ứng hydro hóa là điều kiện để sản sinh ra dầu hoặc mê tan. 5.2.3. Công nghệ nhiệt phân Công nghệ nhiệt phát triển khá mạnh vào những năm 1970 và đầu 1980, tuy nhiên sau đó rất nhiều nhà máy sử dụng công nghệ này đã đóng cửa, chủ yếu vì vấn đề kinh tế và kĩ thuật. Đến 1998, chỉ còn sáu cơ sở quy mô thương mại hoạt động trên toàn thế giới. Chúng bao gồm hệ thống Andco-Torrax, 400 tấn/ngày ở Créteil, Pháp; hệ thống Nippon Steel, 450 tấn/ngày ở Ibaraki, Nhật Bản; Ý, Đức, Hungary. Có ba công nghệ nhiệt phân cơ bản (tính cả khí hóa) bao gồm Andco – Torarax, Monsanto Landgard và Union Carbide [18]. a. Union Carbide “Purox” Hình 5.5: Mô phỏng công nghệ “Purox” [28] b. Công nghệ Andco-Torrax c. Công nghệ Landgard 5.3. Phương pháp khí hóa
5.3.1. Giới thiệu Khí hóa CTR là PP chuyển đổi CTR thành khí nhiên liệu (chủ yếu CO, CO2, H2, CH4) trong điều kiện nhiệt độ cao (>700 độ C) có điều chỉnh O2 hoặc hơi nước. Sản phẩm của quá trình khí hóa còn bao gồm tro, xỉ và dầu pyrolysis. Tro của quá trình khí hóa chiếm khoảng 15% KL ban đầu, chứa nhiều độc tố như chì, canxi, thủy ngân, hắc ín, pH thấp... Ngày nay ngoài sử dụng xúc tác O2, người ta còn sử dụng H2 trong các công nghệ khí hóa, gọi là “hydrogasification”. Quá trình khí hóa bao gồm 5 phản ứng cơ bản sau: C + O2 = CO2 (tỏa nhiệt) C + H2O = CO +H2 (thu nhiệt) C + CO2 = 2CO (thu nhiệt) C + 2H2 = CH4 (tỏa nhiệt) CO + H2O = CO2 +H2 (tỏa nhiệt) Hình 5.6: Sơ đồ quá trình khí hóa CTR đô thị (http://www.altenergymag.com) 5.3.2. Công nghệ khí hóa Về cơ bản quy trình công nghệ cũng như các kiểu công nghệ khí hóa giống với quá trình đốt. Nhận xét về quá trình đốt, khí hóa, nhiệt phân: - Quá trình nhiệt phân và khí hóa có thể xem là một. Khí hóa và nhiệt phân đều hạn chế sử dụng O2, nhiệt phân có thể không cần O2. - Nhiều tài liệu xem “gasification” bao gồm khí hóa và nhiệt phân [27] hoặc ngược lại. Nhiệt phân bao gồm khí hóa và hóa lỏng [28]. - Khí nhiên liệu thường có giá trị nhiệt lượng thấp hơn khí sinh ra từ nhiệt phân
- Quá trình nhiệt phân, khí hóa là quá trình (phản ứng) thu nhiệt, còn đốt là quá trình tỏa nhiệt. 5.4. Hệ thống thu hồi năng lượng Các PP sử dụng nhiệt để xử lý CT luôn sản sinh ra một lượng nhiệt nhất định. Hơi nóng có thể được thu hồi để sưởi ấm hoặc được chuyển hóa để tạo thành năng lượng nhiệt. Người ta thường sử dụng tường nước hoặc lò hơi để thu nhiệt. Hệ thống thu hồi nhiệt để tạo năng lượng: - Hệ thống tua bin hơi nước: - Hệ thống tua bin khí: - Hệ thống động cơ đốt trong: Tỉ lệ nhiệt thu hồi năng lượng từ CTR nằm trong khoảng 15.800 – 31.600 kJ/kwh, hiệu suất thu hồi nhiệt của toàn hệ thống khoảng 20% [9]. 5.5. Kiểm soát môi trường trong các quá trình xử lý nhiệt Có 3 nguồn ô nhiễm cần kiểm soát: Khí thải; NT; CTR (tro xỉ). * Ô nhiễm không khí - Những chất được gọi là chất ô nhiễm chỉ thị: bụi, CO2, SOx, NOx, HC và CO. - Các khí acid: HCl, HF. - Nguyên tố lượng vết như các kim loại nặng: Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As, Cu, Sn, Zn... - Chất ÔN hữu cơ lượng vết như: PAHs, PCBs, CPs, CBs, Furans, PCDs, PCDFs. Một số phương pháp hạn chế ô nhiễm và xử lý khí thải: Nguồn: Incinerator Emissions Committee (1984), Lower Mainland Refuse Project – Air Pollution Control Requirements For Refuse Incinerator, University of British Columbia, (4 dịch).
Chương 6. TÁI CHẾ VÀ TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN 6.1. Khái niệm 6.1.1 Tái chế Tái chế (Recycle) là hoạt động biến CT thành vật liệu có thể sử dụng được. Tái chế là hoạt động ưu tiên của công tác quản lý CTR sau giảm thiểu và tái sử dụng. Hoạt động tái chế bao gồm: thu gom, phân loại – xử lý trung gian và kĩ thuật tái chế. Hình 6.1: Phân cấp ưu tiên trong quản lý CTR [20] 6.1.2. Tái sử dụng Tái sử dụng (Reuse) là quá trình sử dụng lại (hoặc thay đổi mục đích sử dụng) những vật liệu thải bỏ bằng các hình thức khác nhau. Giảm thiểu (Reduction) CTR được thực hiện thông qua tái sử dụng. Tái sử dụng CTR có thể là tái sử dụng tại chỗ hoặc thông qua hoạt động thương mại hoặc cộng đồng. Trong một số tài liệu còn đề cập đến các PP không hoàn toàn là tái chế hay tái sử dụng, đó là sửa chữa (Repair) hoặc tân trang (Refurbishing/remanufacturing), chẳng hạn tân trang – tái sử dụng lại động cơ. 6.2. Hoạt động tái chế và tái sử dụng 6.2.1. Tái chế chất thải rắn thông thường a. Tái chế nhựa Các sản phẩm nhựa đang được sử dụng ngày càng nhiều, đặc biệt là túi nilon. Các loại nhựa đang sử dụng hiện nay bao gồm 6 loại nhựa cơ bản, trình bày ở bảng 6.1:
Bảng 6.1: Phân loại và kí hiệu các sản phẩm nhựa [9] Vật liệu Kí hiệu/mã số Mục đích sử dụng % KL nhựa Polyetylen terephtalat 1- PET Chai nước giải khát, bao bì sản phẩm 7 Hight- density PE 2 – HDPE Chai sữa, bình đựng tẩy rửa, túi xách 31 Polyvinylclorua 3 – PVC Ống nhựa, hộp đựng thức ăn 5 Low-density PE 4 – LDPE Bao bì nilon, tấm lót, bao bì dạng màng khác 33 Polypropylen 5 – PP Thùng, hộp, sọt, rổ 10 Polystyren 6 – SP Ly, dĩa, khuôn đúc… 10 Các loại khác Nhựa hỗn hợp 4 Tái chế nhựa theo hai hướng chính: - Phế thải được thu gom ngay sau khi hình thành, thu gom tự động và cho vào thiết bị ép, tạo khuôn, hình thành sản phẩm; - Tái chế thông qua việc tuyển chọn, phân loại, tạo hạt nhựa. Hình 6.2: Sơ đồ hệ thống tái sinh nhựa [9] Tái chế nhựa có thể làm thay đổi cấu trúc của nhựa hoặc không.
Hình 6.3: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất màng PE thứ cấp [9] Hình 6.4: Sơ đồ công nghệ tái chế nhựa thành sản phẩm [9] b. Tái chế kim loại * Tái chế nhôm: Hình 6.5: Quy trình tái chế nhôm [9]
- Chuẩn bị: vật liệu được phân loại, rửa sạch và sấy khô ở nhiệt độ 105 độ C - Chất trợ dung: bao gồm các loại muối NaCl, KCl, Na3ClF3, có tác dụng tách xỉ và tạp chất khỏi kim loại (nỗi lên) và giúp cho kim loại không bị ôxy hóa. - Phôi nhôm: là nguyên liệu tinh cung cấp cho các cở sở chế tạo các sản phẩm nhôm * Tái chế sắt và hợp kim sắt Tái chế sắt và hợp kim có hai hình thức chính, đó là nấu luyện và không nấu luyện. - Tái chế không nấu luyện: đây là hình thức thủ công, đơn giản; phế liệu được thu gom, phân loại và làm sạch; sau đó được cắt, dập, tiện để cung cấp cho các mục đích khác nhau như: ngành xây dựng, cơ sở sản xuất cửa sắt, khung sắt… - Tái chế nấu luyện: quy trình này thực hiện bằng dây chuyền, với các công đoạn tương tự như tái chế nhôm. c. Tái chế thủy tinh Quy trình tái chế thủy tinh: thủy tinh phế liệu được phân loại, rửa sạch và đập vụn; sau đó cho vào lò nung nhiệt độ cao và đổ ra khuôn tạo sản phẩm. Thủy tinh là chất vô định hình nên không có nhiệt độ nóng chảy nhất định. Thủy tinh vụn Chia theo CL và màu Nấu chảy bằng lò ga (t= 14000C) (trộn với vật liệu mới nếu cần Tạo khuôn thổi và cắt Sản phẩm ( bán cơ khí) Làm mát/ủ Nấu (3-4 giờ, ở t0 = 600-9000C) Chọn chất lượng Loại bỏ Thành phẩm Đóng gói Thị trường Hình 6.6: Quy trình tái chế thủy tinh [15]
d. Tái chế giấy Giấy được sản xuất từ gỗ và có thể tái chế 6 lần trước khi phải thải bỏ hoàn toàn (Hội thảo quốc tế về tái chế giấy, ngày 3/12/2009, tại TP. HCM). Trong dòng thải, giấy chiếm khoảng 2 – 4%. Có thể tái tế giấy ở quy mô thủ công, đơn giản hoặc quy mô công nghiệp. Ở các cơ sở nhỏ, giấy phế liệu được phân loại, sau đó ngâm và lọc bột giấy. 6.2.2. Tái chế chất thải rắn công nghiệp Tái chế thường diễn ra theo 02 hướng: 1) Hoạt động tái chế độc lập để thu hồi vật liệu hữu ích và 2) Hoạt động xử lý kết hợp với tái chế. Tái chế ở một số ngành công nghiệp cơ bản: - Ngành may mặc, dệt nhuộm: vải vụn do có giá trị thấp, nên ít được tái chế ở cơ sở lớn, chỉ một phần được sử dụng lại cho mục đích khác như làm giẻ lau nhà, đan thành tấm chà chân; xơ sợi phế phẩm được dùng để nhồi vào thú bông, tận dụng làm đệm…CT ngành này thường bị đổ bỏ chung với rác sinh hoạt. - Ngành chế biến thực phẩm: Thành phần chủ yếu bao bì bằng giấy, nhựa… bán lại cho các cơ sở tái chế giấy, nhựa; còn lại chủ yếu là CT hữu cơ (có thể sử dụng làm thức ăn gia súc, thích hợp cho làm phân nhưng cần loại bỏ tạp chất) thường được đổ chung CTRSH và chôn lấp. - Ngành sản xuất thủy tinh: chai lọ thủy tinh phế phẩm, mảnh vỡ thủy tinh… có thể được tái sản xuất tại nhà máy hoặc được các cơ sở tái chế thu gom gần như toàn bộ. - Ngành giấy và bột giấy: giấy vụn, bột giấy, các loại giấy phế phẩm thường được tái chế ngay tại nhà máy. Phần bột giấy lẫn trong nước thải được tuần hoàn trong quá trình sản xuất. - Ngành sản xuất gỗ: gỗ vụn, mạt cưa, dăm bào…được tận dụng lại làm chất đốt. - Ngành cơ khí-luyện kim: kim loại phế thải, vụn sắt được tái chế ngay trong nhà máy. Các phế thải có lẫn nhiều tạp chất được bán cho các cơ sở tái chế khác bên ngoài nhà máy hoặc đổ bỏ. Xỉ được bán với giá rẻ hoặc dùng san lấp mặt bằng. - Ngành sản xuất nhựa – plastic: hầu như tất cả các loại nhựa phế phẩm, bao bì nylon, ống nước PVC,…đều được tái sử dụng hoặc tái chế thành những sản phẩm khác ngay tại nhà máy hoặc được bán cho các cơ sở tái chế khác ngoài nhà máy. - Ngành sản xuất hóa chất: thường chỉ có bao bì, chai lọ phế thải là có thể được tận dụng để tái chế thành những sản phẩm khác. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các hóa chất, dung môi có thể tái sinh, tận dụng lại trong sản xuất. Một số khác phải xử lý theo quy trình nghiêm ngặt của CTNH. (Xem thêm Quản lý CTR CN ở thành phố Hồ Chí Minh: ebook.com.vn)
Bảng 6.2: Đánh giá khả năng tái chế một số ngành công nghiệp (Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường) 6.2.3. Hoạt động tái sử dụng Tái sử dụng CT đã thải hồi là một hoạt động có ý nghĩa MT và đang được khuyến khích. Việc tái sử dụng có thể thực hiện ngay tại gia đình, công sở, nhà máy… hoặc được thực hiện thông qua hoạt động thu mua, trao đổi. Một số sản phẩm có đặc tính được sử dụng nhiều lần, sau đó mới đưa ra cơ sở tái chế. Danh mục các sản phẩm có thể tái sử dụng hầu như không giới hạn, cụ thể: - Vật liệu xây dựng: cửa ra vào, thiết bị chiếu sáng, hàng rào, ống nước, phần cứng khác… - Nội thất văn phòng: bàn, ghế, tủ, khay, máy móc… - Máy tính, đồ điện tử: máy tính, máy in, ti vi, máy fax… - Dư thừa thực phẩm, thực phẩm đóng hộp: - Đồ gia dụng: quần áo, đồ nội thất, máy móc… 6.3. Thực trạng tái chế và tái sử dụng Tái chế vừa bảo vệ MT đồng thời góp phần phát triển kinh tế. Một số nước như Nhật, Hàn Quốc, Đài Loan, Đức, Anh… các hoạt động liên quan đến tái chế đang được “luật hóa” và triển khai có hiệu quả. Tái chế giấy, nhựa, kim loại… ở một số nước phát triển đạt hiệu quả rất cao.
Hình 6.7: Tình hình tái chế một số nước trên thế giới [13] Ở Việt Nam hiện trạng tái chế CTR còn nhiều hạn chế. Tỉ lệ CTR thu gom tái chế chỉ khoảng 20-25%, CTR chưa được phân loại, nhiều làng nghề, cơ sở tái chế gây ÔN MT nghiêm trọng.
Chương 7. KẾT HỢP XỬ LÝ VÀ TÁI CHẾ TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN 7.1. Khái niệm PP xử lý kết hợp với tái chế CTR là PP làm cho CT trở nên không hoặc ít nguy hại cho MT và sản phẩm có thể sử dụng cho các mục đích khác nhau. PP này bao gồm PP composting, biogas và nhiệt thu hồi năng lượng. 7.2. Phương pháp ủ (composting) 7.2.1. Giới thiệu PP ủ CTR là quá trình ổn định sinh hóa các chất hữu cơ có sự điều khiển MT (thông khí, có O2) để tạo thành sản phẩm cuối cùng là các chất mùn. Quá trình phân hủy CT bao gồm cả phân hủy hiếu khí và kị khí, xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian, hiện chưa được nghiên cứu đầy đủ. Theo [4], các giai đoạn khác nhau trong quá trình làm compost có thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau: 1. Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để VSV thích nghi với MT mới. 2. Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic. 3. Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định hóa CT và tiêu diệt VSV gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hóa sinh này được đặc trưng bằng các phương trình như sau: COHNS + O2 + VSV hiếu khí → CO2 + NH3 + Sản phẩm khác + năng lượng CHONS + VSV kỵ khí → CO2 + H2S + NH3 + CH4 + Sản phẩm khác + năng lượng 4. Pha trưởng thành (maturation phase)) là giai đoạn giảm nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ MT. Quá trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (là quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ…) và cuối cùng thành mùn. Hình 7.1: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ phân compost [3]
7.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ a. Hoạt động của sinh vật Sinh vật tham gia vào quá trình ủ phân bao gồm các VSV và những sinh vật khác như trùn quế, ấu trùng bay… Ở Việt Nam, loại trùn quế đang được ứng dụng phổ biến trong việc xử lý CT. Quá trình phân hủy CT có sự tham gia của trùn quế diễn ra theo trình tự sau [28]: 1. Phân hủy làm giảm kích thước của của CT 2. Sự bài tiết Nitơ của giun đất làm tăng hàm lượng dinh dưỡng 3. Gia tăng sự bài tiết cacbon và dinh dưỡng bởi sự tương tác giữa thực vật lớn và nhỏ 4. Sự gia tăng của giun đất để chuyển vật liệu thành phân hữu cơ. b. Chất trộn Trong thực tế vận hành quá trình ủ phân, một số chất trộn rất cần thiết như mùn cưa, vỏ cây, vỏ lúa… Những chất trộn này có tác dụng thông khí, tạo MT phát triển thuận lợi cho VSV cũng như bổ sung một số nguyên tố cần thiết cho các phản ứng xảy ra. c. Nhân tố dinh dưỡng Các nguyên tố vi lượng và dinh dưỡng: các yếu tố dinh dưỡng bao gồm C, P, K, P, N. Các yếu tố vi lượng bao gồm Mg, Mn, Co (coban), Fe, S. Trong đó tỉ lệ C:N trong CTR là thông số quan trọng nhất. Tỉ lệ C:N khoảng 20:1 đến 24:1 là phù hợp nhất, vượt quá giới hạn đó, sẽ hạn chế các quá trình phân hủy. Bảng 7.1: Ti lệ C:N của các CT [Chongrak, 1996 (4, dịch)]
d. Kích thước hạt Kích thước hạt là yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giữ ẩm và tốc độ phân hủy. Đường kính của hạt tối ưu là 1,5 – 7 cm [28]. e. Nhân tố môi trường * Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hướng đến hiệu quả hoạt động của VSV. Nhiệt độ trên ngưỡng 65 độ C, các vi khuẩn sẽ bị chết ngoài một số ít vi khuẩn Thermophilic (ưa nhiệt) còn tồn tại. Bảng 7.2: Khoảng nhiệt độ tối ưu của các nhóm VSV Nguồn: Tchobanoglous và nnk, 1993, (9,dịch) * pH: pH tối ưu cho quá trình chế biến Compost là 6.5 – 8, pH trên hoặc dưới khoảng này đều hạn chế quá trình phân hủy diễn ra. pH trong quá trình ủ CTR biên thiên theo bảng sau: Bảng 7.3: Biến thiên pH theo thời gian của quá trình ủ [28] * Độ ẩm: Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân diễn ra hiệu quả trong khoảng 50 – 60%, dưới mức 40% tốc độ phân hủy chậm lại, dưới 12% VSV hầu như ngừng hoạt động. * Sự thông gió (Aeration): Sự thông gió quyết định mức độ tập trung O2 cũng như trao đổi nhiệt giữa đống ủ và MT bên ngoài.
7.2.2. Các phương pháp ủ Có nhiều cách phân chia các PP ủ như: PP tĩnh và ủ động; PP ủ trong thiết bị chứa (in – vessel) và ủ ngoài MT (windrow); PP ủ có thổi khí cưỡng bức (forced – air aeration) và bị động (passive aeration); PP ủ quy mô gia đình và công nghiệp. a. Phương pháp ủ ngoài môi trường * PP ủ theo luống dài thổi khí thụ động có xáo trộn Vật liệu ủ được sắp xếp theo các luống dài và hẹp. Không khí (O2) được cung cấp tới hệ thống theo các con đường TN như khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt….Các luống compost được xáo trộn định kì. Việc xáo trộn được thực hiện bằng cách di chuyển luống compost với xe xúc hoặc bằng xe xáo trộn chuyên dụng. * PP ủ compost theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức Khí được cung cấp bằng quạt hoặc bơm nén khí, thông qua hệ thống phân phối khí ở sàn hoặc các ống. Hình 7.3: Phương pháp ủ có thổi khí và sơ đồ hệ thống ống thông khí (Nguồn: http://www.mswmanagement.com) b. Phương pháp ủ trong bể chứa CTR được bỏ vào trong các bể chứa để ủ, bể ủ thường được đặt trong nhà có mái che và có hệ thống thổi khí cưỡng bức. Bể chứa có thể có nhiều hình dạng khác nhau, có thể di chuyển hoặc cố định. 7.3. Công nghệ khí sinh học (biogas) 7.3.1. Khái niệm Quá trình Bigogas hay còn gọi là quá trình sản xuất mêtan (methane production), lên men mêtan (methane fermentation) hay phân hủy yếm khí (anaerobic digestion). Biogas là khí sinh học, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong MT yếm khí. Thành phần chính của Biogas là CH4 (50 - 60%) và CO2 (20 – 30%) còn lại các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO…
7.3.2. Cơ chế quá trình phân hủy kị khí Trong quá trình phân hủy kị khí, sự phân hủy của chất hữu cơ xảy có thể phân chia thành 3 giai đoạn [28] hoặc 4 giai đoạn [4] hoặc 2 giai đoạn. Hình 7.5: Quá trình phân hủy kị khí 3 giai đoạn [28] Bảng 7.4: Các giai đoạn phân hủy kị khí [4] Vi khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy có hai nhóm chính: vi khuẩn biến dưỡng cellulose (phân hủy cellulose – (C6H10O5)n thành a xít) và nhóm vi khuẩn sinh khí metan. Các phản ứng trong quá trình biogas diễn ra phức tạp theo nhiều hướng khác nhau. * Giai đoạn axít hóa: Dưới tác dụng của vi khuẩn, sản phẩm của quá trình phân hủy xác hữu cơ (thủy phân) bị chuyển hóa thành các axít hữu cơ (chủ yếu là axít acetic), CO2, H2 và một số sản phẩm khoáng hóa khác. CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2 * Giai đoạn mê tan hóa: Axít hữu cơ, CO2 và H2 được chuyển hóa thành CO2, CH4 và một số nhỏ khí khác bởi vi khuẩn mê tan. CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O CO + 3H2 → CH4 + H2O 4CO + 2H2 → CH4 + 3CO2 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O
4CH3OH → 3CH4 + 2H2O + CO2 CH3COOH → CH4 + CO2 Bảng 7.5: Khí sinh ra theo từng loại CT [23] 7.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng quá trình Biogas a. Thời gian và khuấy trộn Thời gian ủ dài hay ngắn tùy thuộc vào lượng khí sinh ra. Với nhiệt độ, độ pha loãng, tỷ lệ các chất dinh dưỡng thích hợp kéo dài đến 30 - 40 ngày (UBKHKT Đồng Nai – 1989). Tỉ lệ khuấy trộn càng cao, quá trình phân hủy diễn ra càng nhanh, hiệu quả sinh khí càng lớn. b. Hàm lượng chất rắn (vật chất khô) Hàm lượng chất rắn dưới 9% thì hoạt động của túi ủ sẽ tốt (UBKHKT Đồng Nai – 1989). Tỉ lệ vật chất khô thích hợp 5- 10%, ẩm ướt 90 – 95% [28]. c. Thành phần dinh dưỡng Để đảm bảo quá trình sinh khí bình thường, liên tục thì phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của VSV. Thành phần chính của nguyên liệu là C, N. Tỉ lệ C:N của CTR thường là 20:1 – 45:1; tỉ lệ tối ưu 25:1 – 30:1. d. Nhân tố môi trường * Nhiệt độ: Mỗi nhóm vi khuẩn thích nghi với một khoảng nhiệt độ nhất định: vi khuẩn ưa nhiệt (Mesophilic) tối ưu 35 – 38 độ C; vi khuẩn chịu nhiệt (Methophilic) tối ưu 45 – 50 độ C [28]. Nhìn chung, nhiệt độ dưới 10 độ C và trên 55 độ C vi khuẩn hoạt động kém hiệu quả. * Độ ẩm: Độ ẩm cao hơn 96% thì thì quá trình phân hủy diễn ra chậm, khí sinh ra ít, độ ẩm thích hợp từ 91.5 - 96%.
* pH: pH cũng póp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí methane. Vi khuẩn sinh khí methane ở pH 4.5 – 5.0 (Young Fu và Ctv, 1989). Khi pH > 8 hay pH < 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh (Nguyễn Thị Thủy, 1991). 7.3.4. Quá trình hoạt động Biogas a. Nạp nguyên liệu Có hai kiểu nạp nguyên liệu chính, nạp theo mẻ và nạp liên tục. b. Cấu tạo thiết bị Biogas Hệ thống nạp nguyên liệu liên tục có các bộ phận cơ bản: - Bể phân hủy; - Bộ phận tích khí; - Bộ phận nạp nguyên liệu; - Đầu lấy khí. c. Đặc điểm và hoạt động của hệ thống thiết bị Biogas * Hệ thống biogas nắp nổi: