Tài liệu Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác ngày

Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG KHOA MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Bộ môn Kỹ thuật Môi trường THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN – CHẤT THẢI NGUY HẠI Họ và tên sinh viên: NGUYỄN GIANG VẠN NGỌC MSSV: 0450020192 Ngành: Kỹ thuật môi trường Lớp: 04-ĐHKTMT02 Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Th.S TRẦN THỊ VÂN TRINH 1. Ngày giao đồ án: 15/01/2019 2. Ngày hoàn thành đồ án: 15/04/2019 3. Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày. 4. Nội dung và các phần thuyết minh tính toán: - Tổng quan về nguồn gốc, thành phần và tính chất của CTR đô thị. - Tổng quan về các phương pháp ủ compost CTR. - Tính toán các công trình đơn vị, lựa chọn thiết bị phù hợp và phương án vận hành. - Trình bày hệ thống trên các bản vẽ kỹ thuật. 5. Các bản vẽ kỹ thuật: - Bản vẽ mặt cắt công nghệ của phương án đã chọn: 01 bản trên khổ A3 và A2. - Bản vẽ mặt bằng bố trí các công trình: 01 bản trên khổ A3 và A2. TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ThS. Trần Thị Vân Trinh SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 1 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 2 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 3 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày LỜI CẢM ƠN  Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu cùng toàn thể các giảng viên Khoa Môi trường của Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho em được thực hiện đồ án môn Xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại này. Nhờ đó mà em đã được củng cố thêm những kiến thức chuyên ngành cũng như rút ra được nhiều kinh nghiệm quý báu cho bản thân để giúp ích cho công việc sau này. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Cô Trần Thị Vân Trinh, người đã hướng dẫn em thực hiện đồ án này. Cô đã tận tình chỉ bảo và dìu dắt em trong suốt thời gian vừa qua để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Xin cảm ơn bố mẹ và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ em trong những lúc khó khăn để em có thể hoàn thành tốt hơn nhiệm vụ được giao. Mặc dù đã cố gắng hết sức trong quá trình thực hiện đồ án, song chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự cảm thông sâu sắc và góp ý chân thành từ phía thầy cô để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 4 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 5 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày DANH MỤC HÌNH SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 6 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày DANH MỤC BẢNG SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 7 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CTRĐT: Chất thải rắn đô thị CTR: Chất thải rắn SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 8 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Việt Nam ta được biết đến là một nước đang phát triển, vừa thoát khỏi nước có thu nhập thấp, bước vào nhóm các quốc gia có mức thu nhập trung bình. Do đi lên từ nền sản xuất nông nghiệp lạc hậu, chậm phát triển nên tốc độ đô thị hóa ở Việt Nam diễn ra chậm chạp. Chỉ từ khi đất nước đổi mới, quá trình đô thị hóa mới diễn ra nhanh hơn, dẫn tới không gian và dân số tại các đô thị tăng nhanh. Theo thống kê của Cục Hạ tầng kỹ thuật, tính đến tháng 12 năm 2016, cả nước đã có 795 đô thị, với tỷ lệ đô thị hóa đạt 35,2% và dự báo đến năm 2025, số lượng đô thị Việt Nam có thể lên đến 1000 đô thị (theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới trong Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia 2016). Cùng với quá trình đô thị hóa, các ngành sản xuất kinh doanh, dịch vụ ở các đô thị cũng được mở rộng nhanh chóng, kéo theo một khối lượng chất thải rắn ngày càng lớn (bao gồm chất thải sinh hoạt, công nghiệp, bệnh viện,…). Ở nước ta, rác thải chủ yếu được xử lý bằng biện pháp chôn lấp, đòi hỏi diện tích đất rộng và các tiêu chuẩn kỹ thuật vệ sinh môi trường, đồng thời chi phí quản lý khá lớn, việc giải quyết các vấn đề mùi hôi thối, nước rỉ rác phát sinh cũng đang là bài toán khó trong công tác quản lý bãi chôn lấp hiện nay. Việc thải bỏ bừa bãi chất thải rắn không hợp vệ sinh ở các đô thị sẽ gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường, phát sinh dịch bệnh, ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống con người. Đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày” được thực hiện với mong muốn giải quyết được phần nào vấn đề trên khi mà ủ phân compost được xem là một hướng đi có triển vọng, phù hợp với điều kiện thực tế của nước ta. Đặc biệt, trong thời điểm đất canh tác nông nghiệp đang đứng trước nguy cơ thoái hóa nghiêm trọng do nhà nông ngày càng lạm dụng việc sử dụng các loại phân bón hóa học thay vì phân bón hữu cơ. 2. Mục tiêu đề tài Dựa vào thành phần, tính chất của chất thải rắn đô thị và công suất xử lý của hệ thống để thiết kế, lựa chọn công nghệ ủ phù hợp, tính toán các thông số cần thiết để duy trì điều kiện của hệ thống ủ như: thời gian ủ, chất dinh dưỡng cần bổ sung,… đảm bảo hệ thống hoạt động có hiệu quả. SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 1 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày 3. Nội dung thực hiện - Trình bày tổng quan về thành phần, tính chất của chất thải rắn đô thị. - Trình bày cơ chế, đặc điểm của các công nghệ ủ compost. - Đề xuất và tính toán thiết kế công nghệ ủ compost phù hợp với thành phần chất thải rắn đô thị. - Trình bày công tác quản lý và vận hành hệ thống ủ. - Trình bày hệ thống trên các bản vẽ. 4. Đối tượng và phạm vi áp dụng - Đối tượng nghiên cứu: ủ compost chất thải rắn đô thị. - Phạm vi nghiên cứu: thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày. SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 2 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ VÀ CÔNG NGHỆ Ủ PHÂN COMPOST 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ Chất thải rắn đô thị (CTRĐT) là tất cả những chất không còn sử dụng vào sinh hoạt và sản xuất, mà người dân sinh sống ở các thành phố thải ra môi trường. (Mục 2.2/23/[1]) 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn (CTR) của một khu đô thị thay đổi tùy theo mục đích sử dụng đất và cách phân vùng. Mặc dù có nhiều cách phân loại nguồn phát sinh CTRĐT khác nhau, việc phân loại CTRĐT theo các nguồn phát sinh sau đây thường sử dụng nhất: (1) hộ gia đình; (2) khu thương mại (nhà hàng, khách sạn, siêu thị, chợ, …); (3) công sở (cơ quan, trường học, trung tâm và viện nghiên cứu, bệnh viện,…); (4) khu xây dựng; (5) khu công cộng (nhà ga, bến tàu, sân bay, công viên, khu vui chơi giải trí, đường phố,…); (6) trạm xử lý chất thải (trạm xử lý nước thải sinh hoạt,…); (7) nhà máy, xí nghiệp trong khu dân cư và (8) vùng nông nghiệp. (Mục 2.1/5/[2]) 1.1.2 Thành phần Trong CTRĐT có chứa nhiều thành phần khác nhau, thông thường gồm có: rác thực phẩm, giấy loại, bao bì carton, túi nilon, nhựa, vải, cao su, da, gỗ, thủy tinh vỡ, sành sứ, các loại chai lọ bằng thủy tinh hoặc bằng nhựa, lon đồ hộp, lon nước,… Tùy theo mục đích và phương án kỹ thuật quản lý CTR từ nguồn phát sinh đến nơi thải bỏ cuối cùng, thành phần CTR có thể được biểu diễn rất đơn giản (chỉ gồm 2 thành phần chính: (1) rác thực phẩm và (2) phần còn lại) hoặc rất chi tiết (gồm từng thành phần riêng biệt kể trên hoặc chi tiết hơn). Đối với các nước Châu Á, rác thực phẩm (hoặc thành phần chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học) là thành phần thường chiếm tỷ lệ cao nhất (thường dao động trong khoảng 50 – 70% tính theo khối lượng ướt) trong CTRĐT. Thành phần CTRĐT thay đổi rất nhiều theo đặc điểm văn hóa, điều kiện kinh tế, xã hội và đặc điểm của hệ thống quản lý CTR hiện tại của địa phương. (Mục 2.3.1/23/[2]) 1.1.3 Khối lượng Khối lượng CTR sinh ra và thu gom được có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị, vạch tuyến thu gom, lựa chọn công nghệ và thiết kế hệ thống thiết bị thu hồi, xử lý cũng như thải bỏ CTRĐT một cách hợp vệ sinh. (Mục 2.2.1/5/[2]) Các phương pháp thường được sử dụng để ước lượng khối lượng CTR: phân tích khối lượng – thể tích, đếm tải và cân bằng vật chất. Tùy theo trường hợp cụ thể mà áp dụng các phương pháp khác nhau. (Mục 2.4.2/22/[3]) SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 1 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày Các đơn vị thường được sử dụng để biểu diễn khối lượng CTR: - Khu vực dân cư và thương mại: kg/(người.ngày). - Khu vực công nghiệp: kg/tấn sản phẩm; kg/ca. - Khu vực nông nghiệp: kg/tấn sản phẩm thô. (Mục 2.4.2/22/[3]) 1.1.4 Tính chất a) Tính chất vật lý: Những tính chất vật lý quan trọng nhất của CTRĐT là khối lượng riêng, độ ẩm, kích thước, cấp phối hạt, khả năng giữ ẩm thực tế và độ xốp của CTR. Trong đó, khối lượng riêng và độ ẩm là hai tính chất được quan tâm nhất trong công tác quản lý CTR đô thị. (Mục 2.6.1/32/[3]) - Khối lượng riêng của CTR thay đổi tùy thuộc và trạng thái của CTR, vị trí địa lý, mùa trong năm, thời gian lưu giữ chất thải. Khối lượng riêng của CTRĐT dao động trong khoảng 180 ÷ 400 kg/m3, điển hình khoảng 300 kg/m3. (Mục 2.6.1.1/32/[3]) - Độ ẩm của CTR thường được biểu diễn theo thành phần phần trăm khối lượng ướt và thành phần phần trăm khối lượng khô. (Mục 2.6.1.2/32/[3]) b) Tính chất hóa học: - Thành phần các nguyên tố hóa học: các nguyên tố cơ bản trong CTRĐT cần phân tích bao gồm C, H, O, N, S và tro. Các nguyên tố này được sử dụng để xác định công thức hóa học của thành phần hữu cơ có trong CTRĐT cũng như xác định tỷ lệ C/N thích hợp cho quá trình làm phân compost. (Mục 2.4.2/31/[2]) - Tỷ lệ C/N: nói lên mức độ phân hủy các chất thải hữu cơ và mức độ cân bằng dinh dưỡng có trong khối ủ, báo hiệu thời điểm kết thúc của quá trình ủ. Cần lưu ý hai thời điểm: bắt đầu ủ (đủ nguồn nito cho nguyên liệu ủ) và kết thúc ủ (nếu C/N cao thì tốc độ phân giải các hợp chất chứa nito rất nhanh và chứa carbonhydrate lại quá chậm). (Mục 2.4.3/31/[1]) c) Tính chất sinh học: Tính chất quan trọng nhất của CTRĐT là hầu hết các thành phần hữu cơ có thể được chuyển hóa sinh học thành khí, các chất hữu cơ ổn định và các chất vô cơ. Sự tạo mùi hôi và phát sinh ruồi cũng liên quan đến tính dễ phân hủy của các vật liệu hữu cơ trong CTRĐT chẳng hạn như rác thực phẩm. (Mục 2.6.3/41/[3]) Hàm lượng chất rắn bay hơi (VS), xác định bằng cách nung CTR ở nhiệt độ 550 oC, thường được dùng để đánh giá khả năng phân hủy sinh học của phần hữu cơ trong CTR. Tuy nhiên, giá trị VS này có thể không chính xác, thay vào đó hàm lượng lignin của CTR có thể được sử dụng để ước lượng tỷ lệ phần dễ phân hủy sinh học của CTR. SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 2 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày 1.1.5 Các vấn đề môi trường CTR sinh ra chưa được thu gom và xử lý triệt để là nguồn gây ô nhiễm cả ba môi trường: đất, nước và không khí. Tại các bãi rác, nước rỉ rác và khí bãi rác là mối đe dọa đối với nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực. Khối lượng CTR của các khu đô thị ngày càng gia tăng nhanh chóng theo tốc độ gia tăng dân số và phát triển kinh tế xã hội. Lượng CTR nếu không được xử lý tốt sẽ dẫn đến hàng loạt các hậu quả môi trường không thể lường trước được. Các vấn đề môi trường do CTR gây ra thường là hậu quả của việc không quản lý hợp lý CTR phát sinh từ nguồn phát sinh đến nơi thải bỏ cuối cùng. Xả thải bừa bãi CTR xuống kênh rạch đã làm ô nhiễm nguồn nước mặt ở nhiều khu vực. Chôn lấp CTR không hợp vệ sinh đã gây ô nhiễm môi trường đất, nước mặt, nước ngầm và không khí ở hầu hết các khu vực có ở bãi rác. Đó là chưa kể đến các sự cố môi trường khác như lún, trượt bãi chôn lấp, tràn nước rỉ rác ra môi trường xung quanh, mùi hôi thối ảnh hưởng trên diện rộng, phát sinh ruồi muỗi và các loại côn trùng gây hại,… (Mục 1.2/2/[2]) 1.1.6 Hệ thống quản lý Quản lý CTR là sự kết hợp kiểm soát nguồn thải, tồn trữ, thu gom, trung chuyển và vận chuyển, xử lý và thải bỏ CTR theo phương thức tốt nhất, nhằm đảm bảo không ảnh hưởng đến sức khỏe công đồng, thỏa mãn các yếu tố về kinh tế, kỹ thuật, bảo tồn tài nguyên thiên nhiên, giữ gìn cảnh quan đô thị và hạn chế tất cả các vấn đề môi trường liên quan. Quản lý thống nhất CTR là việc lựa chọn và áp dụng kỹ thuật, công nghệ và chương trình quản lý thích hợp nhằm hoàn thành mục tiêu đặc biệt quản lý CTR. (Mục 1.3/2/[2]) Một cách tổng quát, hệ thống kỹ thuật quản lý CTRĐT được trình bày tóm tắt như sau: Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống quản lý chất thải rắn đô thị (Tchobanoglous và cộng sự, 1993). (Mục 1.3/3/[2]) SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 3 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 4 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày 1.2 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ Ủ COMPOST HIẾU KHÍ Quá trình ủ hiếu khí là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí và ổn định các chất hữu cơ trong CTRĐT (trừ nhựa, cao su và da thuộc) nhờ hoạt động của vi sinh vật. Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học này bao gồm CO2, nước, nhiệt, chất mùn ổn định, không mang mầm bệnh và được sử dụng làm phân bón cho cây trồng. (Mục 7.5.1/215/[3]) Hình 1.2 Sơ đồ chung của quá trình ủ hiếu khí CTRĐT. (Mục 7.5.1/215/[3]) 1.2.1 Các phản ứng sinh hóa của quá trình phân hủy Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp, hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết. Một cách tổng quát căn cứ trên sự biến thiên nhiệt độ có thể chia quá trình ủ hiếu khí thành các pha sau: - Pha thích nghi: giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới. - Pha tăng trưởng: đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học. - Pha ưa nhiệt: giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả. Phản ứng hóa sinh xảy ra trong ủ hiếu khí đặc trưng bởi phương trình: COHNS + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + Sản phẩm khác + Năng lượng - Pha trưởng thành: giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ môi trường. Trong pha này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ,…) và cuối cùng thành mùn. Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng nitrat hóa, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrat (NO3-). Phản ứng nitrat hóa tổng hợp xảy ra như sau: 22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-  21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+ SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 5 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày Quá trình phân hủy hiếu khí CTR bao gồm ba giai đoạn chính: giai đoạn nhiệt độ trung bình (trong một vài ngày), nhiệt độ cao (từ vài ngày đến vài tháng) và nhiệt độ ổn định – làm mát (trong một vài tháng). Trong quá trình phân hủy hiếu khí, ứng với từng giai đoạn ủ khác nhau các loài vi sinh vật ưu thế cũng khác nhau. Quá trình phân hủy ban đầu do các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình chiếm ưu thế, chúng sẽ phân hủy nhanh chóng các hợp chất dễ phân hủy sinh học. Nhiệt độ trong quá trình này sẽ tăng nhanh chóng do nhiệt mà các vi sinh vật tạo ra. Khi nhiệt độ gia tăng trên 40 oC, các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình sẽ bị thay thế bởi các vi sinh vật hiếu nhiệt. Khi nhiệt độ gia tăng đến 55 oC và trên nữa, các vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt. Khi nhiệt độ gia tăng đến 65 oC sẽ có rất nhiều vi sinh vật bị chết và nhiệt độ này cũng là giới hạn trên của quá trình phân hủy hiếu khí. Riêng trong giai đoạn hiếu nhiệt, nhiệt độ cao làm tăng quá trình phân hủy protein, chất béo và các hydrocacbon phức hợp như xenlulo và hemixenlulo. Sau giai đoạn này, nhiệt độ của quá trình ủ sẽ giảm từ từ và các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưu thế trong giai đoạn cuối. (Mục 7.5.2/216/[3]) 1.2.2 Các nhóm vi sinh vật trong quá trình ủ Vi khuẩn: khi bắt đầu của quá trình ủ phân rác, các vi khuẩn chịu nhiệt trung bình chiếm ưu thế, khi nhiệt độ gia tăng trên 40 oC, các vi khuẩn hiếu nhiệt sẽ tiếp quản và khi quá trình ủ phân rác được làm mát, vi khuẩn chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưu thế. Xạ khuẩn: có vai trò quan trọng trong việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp như xenlulo, lignin, chitin và protein. Enzym cũng cho phép chúng phân hủy hóa học các mảnh vụn như thân cây, vỏ cây hoặc tạp chất. Nấm: có vai trò quan trọng trong việc phân hủy các mảnh vụn, giúp các vi khuẩn tiếp tục quá trình phân hủy hết các xenlulo còn lại. Động vật nguyên sinh: được tìm thấy trong nước rỉ rác của đống ủ nhưng có vai trò khá nhỏ trong phân hủy phân rác. Trùng roi: được tìm thấy trong nước rỉ rác của đống ủ. Chúng ăn các hợp chất hữu cơ, vi khuẩn và nấm. (Mục 7.5.2.1/217/[3]) 1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí (Mục 7.5.2.2/218/[3]) a) Nhiệt độ: Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ CTR. Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì là 55 ÷ 65 oC, vì ở nhiệt độ này, quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt. Khi nhiệt độ tăng trên SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 6 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật. Ở nhiệt độ thấp hơn, phân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh. b) Độ ẩm: Độ ẩm (nước) là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ. Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan chất dinh dưỡng và nguyên sinh chất của tế bào. Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân CTR nằm trong khoảng 50 – 60%. Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, còn khi độ ẩm quá lớn (> 65%) thì quá trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền vi sinh vật gây bệnh. c) Tỷ lệ C/N: Tỷ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất; quan trọng kế tiếp là P, S và Ca. Các nguyên tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất của tế bào. Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1. Ở mức tỷ lệ thấp hơn, nito sẽ thừa và sinh ra khí NH3, gây mùi khai. Ở mức tỷ lệ cao hơn, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật do thiếu N. Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hóa, oxy hóa phần cacbon dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp. Nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân là 12 ngày, nếu tỷ lệ này dao động trong khoảng 20 ÷ 50, thời gian cần thiết là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày. Mặc dù vậy, tỷ lệ này cũng có thể được điều chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ, đặc biệt là vật liệu ủ có hàm lượng lignin cao. d) pH: Giá trị pH trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình ủ phân rác. Các vi sinh vật, nấm, tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các axit hữu cơ. Trong giai đoạn đầu, các axit này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, kìm hãm sự phân hủy lignin và xenlulo. Các axit hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy. Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các axit có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật. Ngoài ra, cần chú ý đến các yếu tố khác như: hàm lượng oxy, chất dinh dưỡng, độ xốp của khối vật liệu ủ,… SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 7 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày 1.2.4 Các phương pháp ủ compost hiếu khí a) Phương pháp ủ phân theo luống dài (đánh luống cấp khí tự nhiên): Dạng đánh luống cấp khí tự nhiên là quá trình ủ phân trong đó CTR được sắp xếp theo luống dài, hẹp và được đảo trộn theo một chu kỳ nhất định nhằm cấp khí cho luống ủ. Các luống ủ có chiều cao thay đổi từ 1 m (đối với nguyên liệu có mật độ dày như phân) đến 3,5 m (đối với nguyên liệu nhẹ như lá cây). Chiều rộng luống ủ thay đổi từ 1,5 ÷ 6 m. Không khí (oxy) được cung cấp tới hệ thống bằng các con đường tự nhiên như: khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt,… Các luống phân thường xuyên được xáo trộn theo định kỳ nhằm trộn đều CTR, độ ẩm và hỗ trợ cho thổi khí thụ động. Việc xáo trộn được thực hiện bằng xe xúc hoặc bằng xe xáo trộn chuyên dụng. Các thiết bị sử dụng được xác định theo hình dạng thực tế của luống ủ. (Mục 7.5.4.1/229/[3]) Hình 1.3 Phương pháp đánh luống cấp khí tự nhiên. (Mục 637.0210/2-37/[4]) b) Phương pháp ủ phân theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức: Trong phương pháp này, vật liệu ủ được sắp xếp thành đống hoặc luống dài. Không khí được cung cấp cho hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bơm nén khí qua hệ thống phân phối khí như ống phân phối khí hoặc sàn phân phối khí. Chiều cao luống hay đống ủ khoảng 2 ÷ 2,5 m. Để kiểm soát quá trình phân hủy hiếu khí bên trong khối ủ, mỗi khối ủ thường được trang bị một máy thổi khí. Lượng không khí cung cấp phải đảm bảo đủ nhu cầu oxy cho quá trình chuyển đổi sinh học và nhằm kiểm soát nhiệt độ khối ủ. Thời gian cần thiết cho quá trình ủ khoảng 3 ÷ 5 tuần. Phần mùn sau khi ủ được đem đi sàng tinh nhằm thu được sản phẩm phân chất lượng cao. (Mục 7.5.4.2/230/[3]) SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 8 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày Hình 1.5 Phương pháp đánh luống thổi khí cưỡng bức. (Mục 637.0210/2-38/[4]) c) Phương pháp ủ trong container: Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trong container hoặc thùng kín, túi đựng hay trong nhà. Thổi khí cưỡng bức thường được sử dụng cho phương pháp ủ này. Có nhiều phương pháp ủ trong container như ủ trong bể di chuyển theo phương ngang, ủ trong container thổi khí và ủ trong thùng quay. Trong bể di chuyển theo phương ngang, CTR được ủ trong một hoặc nhiều ngăn phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ. Vật liệu ủ được di chuyển liên tục dọc theo chiều dài của ngăn phản ứng trong suốt quá trình ủ. Trong container thổi khí, vật liệu được chứa trong các loại container khác nhau như thùng chứa CTR hay túi polyethylene,… Thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho phương pháp ủ dạng mẻ, không có sự rung hay xáo trộn container. Tuy nhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu ủ có thể được lấy ra và xáo trộn bên ngoài, sau đó cho vào container lại. Còn đối với loại thùng quay, vật liệu được ủ trong một thùng xoay chậm theo phương ngang kèm theo thổi khí cưỡng bức. (Mục 7.5.4.3/231/[3]) Hình 1.6 Phương pháp ủ trong bể di chuyển theo phương ngang. (Mục 637.0210/2-39/[4]) SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 9 Đồ án xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn thành phân compost, công suất 100 tấn rác/ngày Hình 1.7 Phương pháp ủ trong bể di chuyển theo phương ngang. (Hình ảnh minh họa) SVTH: Nguyễn Giang Vạn Ngọc GVHD: ThS. Trần Thị Vân Trinh 10