ỞViệt nam hầu hết các công trình xử lý chất thải rắn hữu cơ
(CTRHC) làm phân vi sinh mới được đầu tưxây dựng tại các đô thị
lớn (đô thị đặc biệt, loại 1, loại 2, loại 3). Bên cạnh đó, sốcông 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
nghệnày phù hợp với thành phần, tính chất của chất thải rắn (CTR) và
điều kiện tựnhiên đặc thù của Việt Nam là một vấn đề rất phức tạp và
khó kiểm soát.
27 trang |
Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 2423 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu 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, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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