Nghiên cứu quá trình xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong điều kiện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NGHIÊM VÂN KHANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ BẰNG CÔNG NGHỆ Ủ SINH HỌC CẤP KHÍ TỰ NHIÊN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Công nghệ môi trường chất thải rắn Mã số: 62.85.06.10 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội – Năm 2012 Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Nguyễn Thị Kim Thái Người hướng dẫn khoa học 2: GS. TS. Trần Hiếu Nhuệ Phản biện 1: GS. TS. Nguyễn Hữu Dũng Phản biện 2: PGS. TS. Trịnh Thị Thanh Phản biện 3: TS. Lưu Đức Cường Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước họp tại Trường Đại học Xây dựng Vào hồi………giờ…….ngày……tháng………năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc gia và Thư viện Trường Đại học Xây dựng. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Nghiêm Vân Khanh và nnk “Áp dụng phân tích dòng luân chuyển vật chất để cải thiện quản lý tại nhà máy xử lý chất thải rắn hữu cơ Cầu Diễn, Hà Nội, Tạp chí khoa học Công nghệ Xây dựng, số 1/2007, tr79-tr85. 2. Nghiêm Vân Khanh và nnk “Nghiên cứu thu hồi các chất dinh dưỡng từ rác thải sinh hoạt phục vụ cho cây trồng”, Tạp chí Xây dựng – Bộ Xây Dựng, số 2/2010, tr82-tr83 3. Nghiêm Vân Khanh và nnk “Nghiên cứu chế độ đảo trộn trong ủ sinh học chất thải hữu cơ cấp khí tự nhiên trên mô hình thực nghiệm”, Tạp chí Xây dựng– Bộ Xây Dựng, số 12/2011, tr70-73 4. Nghiêm Vân Khanh và nnk, “Nghiên cứu đề xuất tiêu chí lựa chọn công nghệ ủ sinh học phù hợp để xử lý chất thải rắn sinh hoạt cho các đô thị loại 2 trong điều kiện Việt nam”, Tạp chí Xây dựng – Bộ Xây Dựng, số 02/2012, tr49-tr52 5. Nghiêm Vân Khanh, Công nghệ ủ sinh học chất thải hữu cơ cấp khí tự nhiên – Thực trạng và cơ hội nhân rộng trong thực tiễn ở Việt nam, Tạp chí Người Xây Dựng, số 04/2012, tr30-tr34 6. Nghiêm Vân Khanh, Nghiên cứu động học quá trình xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong điều kiện thực nghiệm ở Việt Nam, Tạp chí Xây dựng và đô thị, số 04/2012 7. Nguyễn Thị Kim Thái, Nghiêm Vân Khanh, Đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ Cấp Bộ, mã số B2009-03-69 TĐ “Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch quản lý chất thải rắn cho các đô thị loại 2 đến 2010 và định hướng đến 2020”. 8. Nghiêm Vân Khanh và Nguyễn Thị Kim Thái, báo báo tại hội thảo quốc tế: 10th Expert Meeting on Solid Waste Management in Asia and Pacific Islands, 20-22 February 2012, Tottori, Japan - Topic: Workshop on Marine Debris “Solid Waste Management in Ha long Bay – Vietnam” 1 MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của luận án Ở Việt nam hầu hết các công trình xử lý chất thải rắn hữu cơ (CTRHC) làm phân vi sinh mới được đầu tư xây dựng tại các đô thị lớn (đô thị đặc biệt, loại 1, loại 2, loại 3). Bên cạnh đó, số công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý CTRHC bằng phương pháp ủ sinh học phục vụ công tác thiết kế, quản lý vận hành đang rất ít và thường chưa được công bố chính thức. Thực tế việc áp dụng công nghệ này phù hợp với thành phần, tính chất của chất thải rắn (CTR) và điều kiện tự nhiên đặc thù của Việt Nam là một vấn đề rất phức tạp và khó kiểm soát. Cho đến nay, hầu hết các công trình xử lý CTRHC bằng phương pháp ủ sinh học ở Việt Nam đang được đầu tư ở quy mô tập trung với phương pháp cấp khí cưỡng bức từ hệ thống quạt gió. Với quy mô công nghiệp, hình thức tập trung và phương thức cấp khí như vậy, các công trình này đang gặp phải những trở ngại chính như: khó khăn về nguồn nguyên liệu do chưa phân loại chất thải rắn tại nguồn, công nghệ xử lý đòi hỏi phải tiêu tốn nhiều năng lượng, nitơ bị thất thoát trong quá trình ủ nhiều, sự tương quan giữa nơi sản xuất và tiêu thụ sản phẩm chưa phù hợp,... Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn đã đặt ra sự cần thiết phải tìm kiếm, lựa chọn loại công nghệ ủ sinh học CTRHC phù hợp hơn với điều kiện Việt nam. Hiện nay, ở Việt nam, xu hướng ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên đang được quan tâm nghiên cứu và đã có một số ứng dụng, thử nghiệm ở quy mô vừa và nhỏ. Tuy nhiên, vấn đề kiểm soát các thông số trong quá trình vận hành như chế độ oxy bổ sung, nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ phân hủy các chất theo thời gian… chưa thực sự được nghiên cứu để chi phí vận hành là nhỏ nhất mà chất lượng sản phẩm thu được vẫn đạt các yêu cầu quy định theo tiêu chuẩn hiện hành. Đề tài luận án “Nghiên cứu quá trình xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng công nghệ ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong điều kiện Việt Nam” là rất cần thiết, để đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường, phù hợp với định hướng chiến lược phát triển trong tương lai về việc lựa chọn giải pháp công nghệ xử lý cho các đô thị vừa và nhỏ của Việt nam. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Nghiên cứu tính hiệu quả và khả thi của công nghệ xử lý CTRHC phù hợp với điều kiện phát triển phát triển kinh tế - xã hội của các đô thị vừa và nhỏ đồng thời đáp ứng được các yêu cầu về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững trong điều kiện Việt Nam. Mục tiêu cụ thể: 2 - Bằng thực nghiệm, làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào (thành phần, kích thước nguyên liệu ủ; Tỷ lệ và loại chế phẩm bổ sung) và các yếu tố trong quá trình vận hành (Chế độ đảo trộn, bổ sung độ sụt theo môi trường bên ngoài (nhiệt độ, độ ẩm của môi trường vào mùa đông và mùa hè ở Việt Nam) với hiệu quả của quá trình ủ sinh học cấp khí tự nhiên. - Xác định và đề xuất các thông số kỹ thuật nhằm tối ưu hóa công nghệ xử lý CTRHC bằng phương pháp sinh học cấp khí tự nhiên. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là thành phần chất hữu cơ trong CTR sinh hoạt tại các đô thị vừa và nhỏ. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu là công nghệ xử lý CTRHC bằng phương pháp ủ sinh học cấp khí tự nhiên trong phòng thí nghiệm và ứng dụng thử nghiệm hiện trường tại NM chế biến phân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt tỉnh Hà Nam. Các thông số kiểm soát trong quá trình ủ tập trung vào giai đoạn ủ lên men và sản phẩm của quá trình được xem xét đối chứng với sản phẩm mùn compost. 4. Phương pháp nghiên cứu của luận án Luận án đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu chính sau: Phương pháp thống kê và kế thừa; Phương pháp khảo sát thực tế; Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; Phương pháp mô hình hóa; Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu thử nghiệm tại hiện trường; Phương pháp phân tích thực nghiệm; Phương pháp cân bằng vật chất thông qua quá trình chuyển khối; Phương pháp nhận dạng hàm số thực nghiệm dựa vào quy luật cấp số: Phương pháp so sánh; Phương pháp tổng hợp. 5. Nội dung, cấu trúc của luận án Luận án gồm 150 trang không kể mục lục, mở đầu (6 trang), Chương 1. Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan (22 trang), Chương 2. Cơ sở lý luận trong nghiên cứu công nghệ ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên (31 trang), Chương 3. Phương pháp và quy trình nghiên cứu thực nghiệm công nghệ ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên (22 trang), Chương 4. Kết quả nghiên cứu, xác định chế độ đảo trộn, bổ sung độ sụt và thảo luận (33 trang), Chương 5. Thiết lập cân bằng vật chất, phân tích động học, đánh giá hiệu quả xử lý và khả năng ứng dụng thực tiễn của công nghệ ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên (26 trang), kết luận và kiến nghị (4 trang), tài liệu tham khảo, 3 các công trình nghiên cứu đã công bố (6 trang), phụ lục (102 trang). Luận án có 83 bảng (32 bảng phần chính văn và 51 bảng phần phụ lục) và 51 hình vẽ (47 hình phần chính văn và 4 hình phần phụ lục). 6. Ý nghĩa khoa học, tính mới và thực tiễn của luận án 6.1. Ý nghĩa khoa học • Những đóng góp khoa học mới của luận án về mặt lý thuyết: - Xác định độ xốp của nguyên liệu ủ, độ thoáng khí (FAS), nồng độ oxy ban đầu theo cấu trúc nguyên liệu ủ nạp vào hệ thống; - Xác định nồng độ oxy được bổ sung hàng ngày vào ngăn ủ khi thực hiện các chế độ đảo trộn khác nhau trong quá trình ủ. - Xác định tổng nồng độ oxy thực tế trong ngăn ủ và so với nồng độ oxy yêu cầu về mặt lý thuyết. • Những đóng góp khoa học mới của luận án về mặt thực nghiệm: - Xây dựng mối quan hệ giữa lượng nước rác phát sinh (y, lít) theo thời gian (x, ngày) theo phương trình y=0,0059x2–0,3779x+5,6423 - Xác định các phương trình và hằng số thực nghiệm mô tả động học của quá trình ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên: + Hàm số thực nghiệm mô tả mối quan hệ giữa độ thoáng khí FAS (x) và hằng số tốc độ phân hủy của chất thải thông qua tỷ lệ C/N (y) theo thời gian: y = 1,6738.e0,055.x + Hàm số thực nghiệm mô tả mối quan hệ giữa độ ẩm chất thải (x) và tổng nồng độ oxy trong quá trình ủ theo thời gian: y = 31,632.lnx – 112,08 + Hàm số thực nghiệm mô tả mối quan hệ giữa tổng nồng độ oxy trong quá trình ủ (CO2) và tốc độ phân hủy của chất thải thông qua tỷ lệ C/N theo thời gian: y = 7,464.x0,474 + Hàm số thực nghiệm mô tả mối quan hệ giữa nhiệt độ chất thải (T) và tốc độ phân hủy của chất thải thông qua tỷ lệ C/N theo thời gian: y = 14,492.e0,0094.x 6.2. Tính thực tiễn của luận án Luận án đã nghiên cứu tổng quan về các phương pháp xử lý sinh học CTRHC trên thế giới và ở Việt Nam: phân tích, đánh giá thực trạng của các nhà máy (NM) chế biến phân vi sinh; phân tích và so sánh hiệu quả xử lý CTRHC trong các điều kiện cấp khí khác nhau; đề xuất xử lý CTRHC bằng phương pháp ủ sinh học cấp khí tự nhiên phù hợp với các đô thị vừa và nhỏ ở Việt Nam. Thông qua nghiên cứu thực nghiệm, bước đầu xác định các thông số kỹ thuật trong thiết kế và vận hành hệ thống ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên, đối chứng với các kết quả thực tế tại NM phân hữu cơ Cầu Diễn và thử nghiệm 3 4 luống ủ tại NM chế biến phân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt tỉnh Hà Nam, đề xuất các vấn đề cần cải tạo nâng cấp và bổ sung trong thiết kế, quản lý vận hành khi ứng dụng công nghệ. Kết quả nghiên cứu của luận án đáp ứng nhu cầu cấp thiết hiện nay về công nghệ xử lý CTRHC phù hợp với từng vùng miền, đặc biệt ở quy mô vừa và nhỏ. Công nghệ ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên bằng đảo trộn được chứng minh là công nghệ đơn giản, dễ vận hành. Nếu kiểm soát tốt các yếu tố đầu vào, vận hành đúng kỹ thuật sẽ mất thời gian ủ ngắn hơn, sản phẩm thu được có giá trị dinh dưỡng cao hơn so với công nghệ ủ cấp khí cưỡng bức, phù hợp với điều kiện Việt nam. Kết quả nghiên cứu của luận án là nguồn tài liệu tham khảo, giúp các nhà nghiên cứu, quản lý CTR có hướng điều chỉnh, tối ưu hóa trong công nghệ xử lý CTR phù hợp với điều kiện Việt nam. Cụ thể: - Nguồn nguyên liệu: các loại rác hữu cơ sinh hoạt có thành phần đa dạng, độ ẩm 52,4-57,5%, pH 6,6–7,1 và tỷ lệ C/N 27,22/1-30,34/1. - Chế phẩm vi sinh bổ sung: lựa chọn chế phẩm EM để giảm thời gian ủ còn 28 ngày và giảm tối đa mùi trong quá trình ủ. - Nồng độ oxy trong ngăn ủ khi bổ sung độ sụt 1 ngày/lần trong 2 tuần đầu từ 7,16 – 10,21% (mô hình trong phòng thí nghiệm) và 5,16 – 11,55% (mô hình ngoài trời có mái che). - Tổng nồng độ oxy trong hệ thống ủ thay đổi theo tần suất đảo trộn và điều kiện môi trường bên ngoài: nồng độ oxy trong 28 ngày ủ từ 5,261 – 19,735% (mô hình trong phòng thí nghiệm, vào mùa hè, đảo trộn 0,5 ngày/lần); từ 5,774 – 16,802% (mô hình ngoài trời, vào mùa đông, đảo trộn 0,5 ngày/lần); từ 5,337 – 14,163% hoặc 6,095 – 17,321% (mô hình ngoài trời, vào mùa hè, đảo trộn 1 ngày/lần hoặc 0,5 ngày/lần. Chương 1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu có liên quan 1.1. Tổng quan về công nghệ ủ sinh học CTRHC tại một số nước trên thế giới Các công nghệ ủ sinh học hiếu khí được áp dụng ở các nước tiên tiến và các nước đang phát triển trong khu vực gồm: công nghệ “Dano System” ở Thái Lan; công nghệ ủ rác chưa phân loại trong hầm kín ở Trung Quốc; công nghệ ủ đống hoặc có thiết bị chứa đảo trộn thủ công ở Bangladesh; công nghệ ủ trong thùng ủ quy mô nhỏ hoặc lò ủ quy mô công nghiệp ở Mỹ; công nghệ ủ luống đảo trộn với quy mô công nghiệp ở Canada; công nghệ ủ trong thùng ủ thu hồi năng lượng ở Đức và công nghệ ủ trong tháp ủ thổi khí cưỡng bức ở Ý. Đặc điểm chung của các công nghệ này là khép kín, hiệu quả xử lý cao, ít gây ô 5 nhiễm thứ cấp nhưng chi phí đầu tư, vận hành cao, đòi hỏi công nhân có trình độ kỹ thuật tốt, trừ công nghệ ở Ý và một số công nghệ quy mô nhỏ ở Đức, Bangladesh có đặc điểm đơn giản, chi phí thấp và chất lượng phân bón không cao, chỉ sử dụng để cải tạo đất. 1.2. Tổng quan về công nghệ ủ sinh học CTRHC tại một số đô thị ở Việt Nam Theo kết quả tổng hợp của tác giả về các công nghệ ủ sinh học hiếu khí CTRHC đang áp dụng tại các đô thị ở Việt nam, hiện có: 8 NM quy mô công nghiệp, loại riêng biệt và công nghệ nước ngoài (NM chế biến rác thải hữu cơ Cầu Diễn – Hà Nội; NM xử lý rác thải Lộc Hoà - Nam Định; NM phân hữu cơ Tràng Cát - Hải Phòng; NM xử lý rác thải sinh hoạt Việt Trì; NM chế biến phân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt tỉnh Hà Nam, NM phân hữu cơ Long Mỹ - Quy Nhơn; NM xử lý rác thải Củ Chi, Hooc Môn - TP. Hồ Chí Minh), 4 NM quy mô công nghiệp, công nghệ trong nước, xử lý tổng hợp (NM xử lý rác thải sinh hoạt Sơn Tây, NM Xử lý rác thải Thuỷ Phương-Huế, NM xử lý rác thải Đông Vinh-Nghệ An, NM Xử lý rác thải Nam Thành-Ninh Thuận); 2 NM quy mô nhỏ (Trang trại Xuân Thọ, Organik-Đà Lạt, Công ty TNHH Thủy lực Máy KCN Đồng Văn-Hà Nam). Về đặc điểm loại hình công nghệ tại các NM chế biến CTRHC gồm 7 NM ủ cấp khí cưỡng bức, 3 NM ủ đống cấp khí cưỡng bức kết hợp đảo trộn và 4 NM ủ luống đảo trộn tự nhiên; trong đó có 3 NM ủ phối trộn với phân bùn tự hoại để thu hồi chất dinh dưỡng, 1 NM ủ phối trộn với các thành phần bã mùn để tăng độ xốp và giảm ẩm, 10 NM chỉ sử dụng nguyên liệu ủ là rác hữu cơ sinh hoạt; 10 NM sử dụng chế phẩm EM, 2 NM sử dụng cả EM, enchoice, Biomix, 1 NM sử dụng VTCC- L, VTCC-S và VTCC-F và 1 NM không sử dụng chế phẩm bổ sung. 1.3. Đánh giá hiệu quả của các công nghệ ủ sinh học CTRHC tại một số đô thị ở việt nam Kết quả đánh giá theo 5 nhóm tiêu chí (kỹ thuật, kinh tế, tính thuận tiện của công nghệ, tính phù hợp với điều kiện đô thị Việt Nam, an toàn và môi trường) như sau: hầu hết các NM đều tốn năng lượng cấp khí trong quá trình ủ, quy trình công nghệ, thiết bị chưa đồng bộ và đang hoàn thiện do kinh phí hạn hẹp; vừa nghiên cứu vừa chế tạo, lắp ráp hoặc phải nhập ngoại, chi phí bảo trì lớn. Vai trò của các chủng vi sinh vật (VSV) thích hợp và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến hoạt động của VSV chưa được nghiên cứu để đạt hiệu quả tối ưu (do các NM chưa có phòng nuôi cấy VSV trừ NM chế biến phân hữu cơ Thủy Phương – Huế). Việc lựa chọn nguồn nguyên liệu 6 và áp dụng công nghệ ủ sinh học CTRHC chưa được quy hoạch theo đô thị và các vùng đô thị. Các thông số kỹ thuật chưa được kiểm soát tốt như: duy trì đủ các mức ôxy theo từng giai đoạn ủ, kiểm soát nhiệt độ, bổ sung độ ẩm, kiểm soát các chất dinh dưỡng trong quá trình ủ,... Chương 2. Cơ sở lý luận trong nghiên cứu công nghệ ủ sinh học hiếu khí chất thải rắn hữu cơ cấp khí tự nhiên 2.1. Khái niệm cơ bản về công nghệ ủ sinh học hiếu khí Quá trình ủ hiếu khí CTRHC là quá trình chuyển hóa sinh học và ổn định các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy với sự tham gia của các VSV hiếu khí. Sản phẩm của quá trình này là khí CO2, nước, nhiệt, chất mùn ổn định, không mang mầm bệnh và các sản phẩm trung gian khác. Các phương pháp chế biến phân hữu cơ bằng quá trình chuyển hóa sinh học hiếu khí gồm: Ủ đánh luống cấp khí tự nhiên (windrow); Ủ luống hoặc ngăn tĩnh thổi khí cưỡng bức (static windrow); Ủ trong thiết bị chứa, kênh mương cấp khí cưỡng bức (in-vessel) Lựa chọn hướng nghiên cứu của đề tài luận án là công nghệ ủ sinh học CTRHC cấp khí tự nhiên bằng đảo trộn để xem xét tính khả thi và hiệu quả của công nghệ trong điều kiện Việt Nam vì phương án này đơn giản, dễ kiểm soát, tính hiệu quả (sự đồng nhất của sản phẩm ủ, thời gian ủ và mùi phát sinh khi ủ) ổn định hơn so với các phương án cấp khí thụ động hoặc cấp khí cưỡng bức. 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phân hủy hiếu khí chất thải rắn hữu cơ 2.2.1. Các yếu tố đầu vào của công nghệ Các yếu tố đầu vào của công nghệ ảnh hưởng tới quá trình phân hủy hiếu khí CTRHC gồm: thành phần, kích thước vật liệu ủ; tỷ lệ C/N, P, K, chất hữu cơ; VSV; Kích thước và hình dáng hệ thống ủ; Độ xốp, độ thoáng khí và lượng oxy ban đầu trong nguyên liệu ủ. Xác định độ xốp theo Roger T.Haug [48, tr 212-216] Tổng thể tích của hỗn hợp ủ: Vt = Vs + Vv = Vs+Vw+Vg (2.1) Trong đó: Vt: tổng thể tích khối ủ; Vs: thể tích chất rắn; Hình 2.3. Sơ đồ mô phỏng các thành phần của chất thải trong ngăn ủ [48] Khí Nước Rắn Vg Vw VS VV Vt Phần lỗ rỗng trong ngăn ủ 7 Vv: thể tích lỗ rỗng: Vv=Vw+V g; Vw, Vg: thể tích nước, khí chứa trong lỗ rỗng. Độ xốp của hỗn hợp vật liệu ủ: n = Vv /Vt = (Vt –Vs)/Vt (2.2) Độ thoáng khí của hỗn hợp vật liệu ủ: f=Vg/Vt=(Vt–Vs–Vw)/Vt (2.3) Nồng độ oxy trong ngăn ủ:XO2 = (Vg x 0,232)/Vt (2.4) 2.2.2. Các yếu tố cần kiểm soát trong quá trình vận hành Các yếu tố đầu vào của công nghệ ảnh hưởng tới quá trình phân hủy hiếu khí CTRHC gồm: Nhiệt độ và thời gian, độ pH, độ ẩm, độ thoáng khí và phân phối oxy trong quá trình ủ hiếu khí. Phương pháp xác định nồng độ oxy bổ sung vào ngăn ủ nhờ đảo trộn (cấp khí tự nhiên) theo Roger T. Haug [48, tr 281-284] Sự chênh lệch giữa mật độ không khí bên trong và ngoài hệ thống ủ tạo ra áp lực thông gió tự nhiên của ngăn ủ (hình 2.10). Nồng độ oxy được bổ sung vào ngăn ủ thông qua quá trình đảo trộn định kỳ được xác định bởi lượng không khí yêu cầu để giảm độ ẩm trong ngăn ủ. 1) Lượng nước bốc hơi hàng ngày qua ngăn ủ: W = [(1-Ss)/Ss]-[(1-Vs)/(1-Vp)][(1-Sp)/Sp] (2.12) Trong đó: W: Lượng nước bốc hơi hàng ngày qua ngăn ủ (g nước/g khối lượng khô của nguyên liệu ủ) Ss, Sp: khối lượng phần chất rắn (TS = độ tro) trong nguyên liệu ủ và sản phẩm phân compost (%) Vs, Vp: khối lượng chất rắn bay hơi trong nguyên liệu ủ, sản phẩm phân compost, tính theo khối lượng khô của phần chất rắn (%) Hình 2.10. Sơ đồ mô phỏng quá trình thông gió tự nhiên của ngăn ủ compost [46] 2) Độ ẩm thực tế của không khí: - Áp suất hơi nước bão hòa: log10 PVS = a/Ta + b (2.13) Không khí lạnh bên ngoài môi trường đi vào ngăn ủ (N2 và O2) Các khí nhẹ thoát ra khỏi ngăn ủ (CO2) Các khí nóng và bão hòa tạo thành từ các hoạt động sinh học trong ngăn Không khí lạnh bên ngoài môi trường đi vào ngăn ủ (N2 và O2) Ngăn ủ phân compost 8 Trong đó PVS: áp suất hơi nước bão hòa, mm Hg a: hằng số thực nghiệm, a = -2238 Ta: nhiệt độ tuyệt đối, 0K (nhiệt độ khí bão hòa thoát ra khỏi ngăn ủ hay nhiệt độ bên trong ngăn ủ hoặc nhiệt độ bên ngoài ngăn ủ) b: hằng số thực nghiệm, b = 8,896 - Áp suất hơi nước thực tế: PV = RHAIR (PVS), mmHg (2.14) Trong đó RHAIR: độ ẩm tương đối, phần áp suất hơi bão hòa trong ngăn ủ. - Độ ẩm thực tế: w* = (18,015/28,96)[PV/(PAIR-PV)] (2.15) Trong đó: PAIR: áp suất khí quyển, PAIR = 760mmHg 3) Lượng ẩm được khử theo sự thoát khí thải từ ngăn ủ Δ (g nước/g không khí khô trong ngăn ủ) 4) Khối lượng không khí bổ sung vào ngăn ủ yêu cầu K (g không khí khô/g nguyên liệu ủ. 2.3. Hệ sinh thái ngăn ủ - vai trò của VSV trong các quá trình phân giải và chuyển hóa sinh học tự nhiên CTRHC Sự chuyển hóa vật chất trong chất thải chủ yếu do VSV. Các quá trình này xảy ra liên tục, đan xen nhau rất phức tạp, bao gồm những quá trình chuyển hóa carbon, nitơ, lưu huỳnh, phospho và sắt trong chất thải dưới sự hoạt động của các vi khuẩn thuộc bộ rhodospirillales, nấm, xạ khuẩn,.... 2.4. Các loại chế phẩm vi sinh bổ sung trong quá trình ủ sinh học CTRHC Xuất phát từ thực tế quá trình ủ sinh học hiếu khí CTRHC thường diễn ra khá lâu, vẫn có mùi tùy theo phương thức cấp khí khác nhau và thiếu các chủng