BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Hoàng Lê Phƣơng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI BẰNG PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Công nghệ môi trƣờng chất thải rắn Mã số: 62.52.03.20-1 Hà Nội- Năm 2018 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Lều Thọ Bách Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Lâm Quảng Phản biện 3: TS Nguyễn Thu Huyền Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội Vào hồi ngày tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài luận án Phân bùn bể tự hoại có nguồn gốc từ sản phẩm tiết người, chứa lượng lớn chất ô nhiễm sinh vật gây bệnh Theo số nghiên cứu thành phần chất hữu cơ, tổng nitơ, tổng photpho, trứng giun sán phân bùn bể tự hoại thường cao nước thải gấp 10 lần Do việc xử lý phân bùn không thực cách gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sức khỏe người Đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại phƣơng pháp sinh học điều kiện Việt Nam” tập trung sâu nghiên cứu áp dụng phương pháp kỵ khí xử lý phân bùn bể tự hoại, đưa số thơng số vận hành mơ hình thực tế để mang lại hiệu cao nhất, đáp ứng nhu cầu xử lý phân bùn bể tự hoại cho đô thị vừa nhỏ Việt Nam Đặc biệt nhu cầu thể rõ Nghị định số 80/2014/NĐCP ngày 6/8/2014 Chính phủ nước xử lý nước thải điều 25 đưa yêu cầu thông hút định kỳ phân bùn bể tự hoại, nghiêm cấm việc xả thẳng phân bùn bể tự hoại vào hệ thống nước mơi trường xung quanh Mục tiêu nghiên cứu đề tài luận án - Xác định số thông số vận hành xử lý phân bùn bể tự hoại phương pháp phân hủy kỵ khí điều kiện lên men ấm để đạt hiệu thu khí sinh học cao - Xác định số thông số động học điển hình nhằm tối ưu hóa cơng nghệ xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận án 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu Phân bùn bể tự hoại chất thải hữu rau củ hỏng từ chợ 3.2 Phạm vi nghiên cứu Công nghệ xử lý phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ phương pháp kỵ khí ấm điều kiện khí hậu miền bắc Việt Nam Phƣơng pháp nghiên cứu luận án - Phương pháp tổng quan tài liệu - Phương pháp khảo sát thực tế - Phương pháp nghiên cứu phân tích thực nghiệm - Phương pháp phân tích thống kê - Phương pháp đối chiếu so sánh - Phương pháp cân vật chất - Phương pháp phân tích tổng hợp Những đóng góp luận án Luận án đưa số thông số vận hành quan trọng xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ cụ thể:  Tỷ lệ phối trộn thích hợp phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ PB:RC = 3:1 khối lượng  Liều lượng nạp bổ sung hàng ngày phù hợp cho xử lý kỵ khí hỗn hợp phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ tỷ lệ PB:RC = 3:1 điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam 1,5±0,1kgVS/m3.ngày (tương đương 13kg hỗn hợp nguyên liệu/m3.ngày) Ở liều lượng nạp này, nghiên cứu xác định phương trình động học tính tốn lượng khí sinh theo mơ hình 29,81.𝑒 Gompertz cải tiến: 𝑦 = 549,67 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 549,67 25,57 − 𝑡 + 1, với hệ số hồi quy R2 = 0,995, số phân hủy chất hữu k = 0,027 Bố cục luận án Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, mục lục, tài liệu tham khảo, danh mục cơng trình cơng bố phụ lục, nội dung luận án gồm chương: Chương Tổng quan phân bùn bể tự hoại chất thải rắn hữu từ chợ Chương Cở sở lý luận nghiên cứu công nghệ sinh học kỵ khí chất hữu thu khí sinh học Chương Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Chương Kết nghiên cứu bàn luận CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ TỪ CHỢ 1.1 Tổng quan phân bùn bể tự hoại “Phân bùn” định nghĩa hỗn hợp bùn, phân chất lỏng hình thành hệ thống vệ sinh chỗ, riêng lẻ như: xí đào, xí dội nước, xí cơng cộng, xí nối với bể tự hoại Các thơng số thường xem xét cho thành phần phân bùn bể tự hoại bao gồm tổng lượng chất rắn (TS), hàm lượng COD, BOD, chất dinh dưỡng, tác nhân gây bệnh kim loại nặng giống với thông số nước thải sinh hoạt Tuy nhiên thành phần chất hữu cơ, chất rắn, NH4-N, tổng photpho, trứng giun sán phân bùn bể tự hoại thường cao bùn từ hệ thống xử lý nước thải gấp 10 lần 1.2 Tổng quan quản lý xử lý phân bùn bể tự hoại 1.2.1 Quản lý xử lý phân bùn đô thị giới Tại đô thị nước phát triển châu Âu Bắc Mỹ phần lớn nhà vệ sinh thường đấu nối trực tiếp với hệ thống thoát nước đưa đến trạm xử lý nước thải Tại đô thị nước phát triển Châu Phi, Châu Á Châu Mỹ Latinh phần lớn hộ gia đình sử dụng hệ thống vệ sinh chỗ điển hình bể tự hoại dẫn đến tích tụ phân bùn Tuy nhiên nước phát triển hệ thống quản lý phân bùn bể tự hoại thường chưa đầy đủ, hoạt động hiệu Tại nước phần lớn lượng phân bùn thu gom đổ sông, hồ, kênh, rạch sử dụng trực tiếp cho nông nghiệp, lượng nhỏ phân bùn đưa đến hệ thống xử lý Do phân bùn bể tự hoại gây vấn đề ô nhiễm môi trường như: gây ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất, phát tán vi sinh vật gây bệnh ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Nhiều chuyên gia cho nước phát triển nên áp dụng phương pháp xử lý có chi phi thấp tức chi phí đầu tư vận hành thấp, đồng thời tương thích với trình độ cơng nghệ sẵn có nước Các phương pháp sử dụng gồm có bể lắng bùn hoạt động gián đoạn, ao ổn định kỵ khí, sân phơi bùn, bãi lọc trồng cây, kết hợp ủ sinh học với chất thải rắn hữu cơ…Công nghệ xử lý bùn kết hợp hai hay nhiều phương pháp xử lý khác phụ thuộc vào điều kiện mục tiêu xử lý vùng Nông nghiệp Xử lý phối trộn compost CTHC Bãi lọc có trồng Sân phơi bùn PB Bể lắng – nén bùn Hồ lắng Phân hủy kỵ khí Xử lý phối trộn với bùn cống rãnh Xử lý phối trộn với nước thải Xử lý chất thải rắn Xử lý phối trộn compost Bãi lọc có trồng Sân phơi bùn Xử lý phối trộn nước thải Bể ổn định bùn Cánh đồng ngập nước Các kỹ thuật khác Xử lý nƣớc thải Nguồn nƣớc Hình 1.2 Sơ đồ phƣơng án xử lý phân bùn có chi phí thấp vừa 1.2.2 Quản lý xử lý phân bùn Việt Nam 1.2.2.1 Văn pháp lý liên quan tới quản lý xử lý phân bùn bể tự hoại Việt Nam 1.2.2.2 Hiện trạng quản lý xử lý phân bùn bể tự hoại đô thị Việt Nam Ở Việt Nam đô thị phần lớn hô ̣ gia đình sử dụng ̣ thố ng vê ̣ sinh ta ̣i chỗ chủ yếu các bể tự hoa ̣i nhờ tính đơn giản ổn định Ở số khu vực hay số đường phố có bố trí nhà vệ sinh cơng cộng Khoảng 77% hộ gia đình thành phố thị xã cấp tỉnh, 40% thị trấn cấp huyện 19% hộ dân khu vực nông thôn sử dụng bể tự hoại [17] Phần lớn nước thải từ hệ thống vệ sinh thải vào hệ thống nước cơng cộng, cịn phần bùn thơng hút, thu gom vận chuyển đổ thải Các đơn vị tư nhân thu gom thường đổ bùn thải nhà vệ sinh trái phép vào đường ống nước, sơng hồ Các đơn vị cơng ích thu gom thường chơn bùn thải bãi chơn lấp Do bùn thải nhà vệ sinh Việt Nam nhân tố gây ô nhiễm môi trường chưa kiểm soát 1.3 Tổng quan chất thải hữu từ chợ Theo báo cáo môi trường quốc gia chất thải rắn, nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt chủ yếu từ hộ gia đình, khu tập thể, chất thải đường phố, chợ, trung tâm thương mại, văn phòng, sở nghiên cứu, trường học Tại đô thị với gia tăng dân số mức sống, lượng chất thải rắn sinh hoạt ngày gia tăng, ước tính mức gia tăng giai đoạn 2010 – 2014 trung bình 12% năm, chất thải rắn từ chợ chiếm tỷ trọng khoảng 13% tổng khối lượng [3] Thành phần chất thải rắn sinh hoạt đa dạng bao gồm thành phần: Chất hữu dễ phân hủy: rau, củ thối, thực phẩm thừa, thành phần có tỷ lệ cao từ 54 - 77%; Chất thải tái chế được: giấy, nilon, kim loại, nhựa, thủy tinh; Chất thải vô đất, cát, xỉ than [3] Theo khảo sát chợ loại chất thải thực phẩm thừa thịt, cá, tôm, thực phẩm qua chế biến bán cho hộ chăn nuôi, phần chất thải hữu rau, củ thối, hỏng thu gom xử lý loại chất thải đô thị khác Những năm gần công tác thu gom chất thải rắn thị quan tâm Do tỷ lệ thu gom trung bình thị tăng lên 83 – 85% vào năm 2010, nhiên có khoảng 15 – 17% chất thải rắn đô thị bị thải môi trường cách bừa bãi [3] Chất thải rắn đô thị thu gom chủ yếu xử lý phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh không hợp vệ sinh chiếm khoảng 76 – 82% Như thấy phần lớn chất thải hữu từ chợ chủ yếu rau, củ thối chôn lấp loại chất thải đô thị khác, nguy gây ô nhiễm mơi trường đất, nước, khơng khí từ bãi chơn lấp cao Do cần tăng cường thu hồi loại chất thải tạo sản phẩm khác phân bón xử lý kỵ khí kết hợp với chất thải khác thu khí sinh học 1.4 Đánh giá lựa chọn nghiên cứu phƣơng pháp xử lý phân bùn bể tự hoại thích hợp với điều kiện Việt Nam 1.4.1 Các yếu tố tác động đến việc lựa chọn công nghệ xử lý Đặc điểm phân bùn; Mục đích thu sản phẩm cuối cùng; Hoạt động hệ thống xử lý; Chi phí xử lý 1.4.2 Đánh giá lựa chọn phƣơng pháp sinh học xử lý phân bùn bể tự hoại Phương pháp xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại phối trộn với chất thải rắn hữu thu khí sinh học chi phí đầu tư ban đầu cao hơn, yêu cầu vận hành nghiêm ngặt Nhưng lại có số ưu điểm vượt trội: yêu cầu diện tích đất thấp, phù hợp với chất thải có độ ẩm cao phân bùn bể tự hoại đặc biệt thu hồi khí sinh học sử dụng nguồn lượng Trong bối cảnh nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt việc thu hồi lượng khí sinh học từ chất thải có ý nghĩa lớn Bên cạnh phương pháp xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại khơng phát sinh mùi khí thải mơi trường xung quanh phương pháp ủ hiếu khí 1.5 Một số nghiên cứu có liên quan đến phân bùn bể tự hoại cơng nghệ kỳ khí 1.5.1 Một số nghiên cứu giới Trên giới có nhiều nghiên cứu phân bùn bể tự hoại, nhiên hạn chế [71] Hiện nghiên cứu phân bùn bể tự hoại đẩy mạnh, đặc biệt hỗ trợ số tổ chức cộng đồng quỹ Bill & Melinda Gate nhiều nghiên cứu triển khai nước phát triển 1.5.2 Một số nghiên cứu Việt Nam Đã có nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý xử lý chất thải bùn cặn nói chung phân bùn bể tự hoại nói riêng Những nghiên cứu có đóng góp quý báu, nguồn kiến thức khoa học quan trọng cho nghiên cứu tiếp sau Tuy nhiên số nghiên cứu dừng lại mức khảo sát, đánh giá, đề xuất giải pháp quản lý xử lý mà chưa tiến hành nghiên cứu cụ thể yếu tố ảnh hưởng, thông số vận hành phương pháp xử lý thực tế Một số nghiên cứu tiến hành nghiên cứu mơ hình xử lý phân bùn bể tự hoại theo phương pháp hiếu khí kỵ khí đưa số thông số vận hành quan trọng Tuy nhiên để triển khai vào thực tế gặp nhiều hạn chế gặp phải vấn đề vận hành phải tách nước khỏi phân bùn bể tự hoại, phải cấp khí phát sinh mùi phương pháp hiếu khí, phải cấp nhiệt cho trình lên men phương pháp lên men nóng Phương pháp xử lý kỵ khí điều kiện lên men ấm ưu điểm phương pháp kỵ khí cịn có lợi phù hợp với khí hậu nhiệt đới Việt Nam, khơng cân cấp nhiệt cho q trình Tuy nhiên chưa có nghiên cứu đánh giá hiệu phương pháp đưa thông số vận hành điều kiện khí hậu mùa đơng mùa hè miền bắc Việt Nam Kết luận chƣơng Để áp dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí phân bùn điều kiện khí hậu miền bắc Việt Nam cần có nghiên cứu cụ thể chất phối trộn, thơng số vận hành phịng thí nghiệm quy mô thử nghiệm Luận án tập trung nghiên cứu vấn đề CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SINH HỌC KỲ KHÍ CHẤT HỮU CƠ THU KHÍ SINH HỌC 2.1 Cơ sở lý thuyết trình chuyển hóa sinh học kỳ khí chất hữu 2.1.1 Khái niệm q trình chuyển hóa sinh học kỳ khí Q trình chuyển hóa sinh học kỵ khí mơ tả theo phương trình: 𝑏 𝑐 3𝑑 𝑒 𝑎 𝑏 𝑐 𝐶𝑎 𝐻𝑏 𝑂𝑐 𝑁𝑑 𝑆𝑒 + 𝑎 − − + + 𝐻2 𝑂 → + − − 3𝑑8−𝑒4𝐶𝐻4+𝑎2−𝑏8+𝑐4+3𝑑8+𝑒4𝐶𝑂2+𝑑𝑁𝐻3 + 𝑒𝐻2𝑆 (2.1) Sản phẩm q trình khí biogas gồm khí có thành phần sau: CH4 (50 – 70%); CO2 (35 – 40%); N2 (0 – 2%); H2 (0 1%); H2S (0 – 2%); H2O (2 – 7%); O2 (0 – 2%); NH3 (0 – 0,05%) bùn sinh học 2.1.2 Cơ chế q trình chuyển hóa sinh học kỳ khí chất hữu Cơ chế q trình chuyển hóa sinh học kỵ khí miêu tả qua hình 2.1 Chất hữu phức tạp (Cacbonhydrat, protein, chất béo) Thủy phân hóa Chất hữu hịa tan (Đường đơn giản, amino axit, axit béo) Axit hóa Axit béo bay hơi, rượu Axetat hóa Acetate H2, CO2 Metan hóa CH4 CO2 Hình 2.1 Q trình chuyển hóa sinh học kỳ khí chất hữu 2.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình chuyển hóa sinh học kỳ khí chất hữu Q trình chuyển hóa sinh học kỵ khí chất hữ u bị ảnh yếu tố: ảnh hưởng nhiệt độ; ảnh hưởng pH độ kiềm; Đặc điểm chất thải; Axit béo bay (VFA); Thời gian lưu tải lượng hữu cơ; Điều kiện khuấy trộn; Ammoni yếu tố gây độc 2.1.4 Thiết lập cân vật chất phân tích động học q trình phân hủy kỳ khí chất thải rắn hữu 2.1.4.1 Thiết lập cân vật chất Sự chuyển hóa chất rắn bay trình phân hủy kỵ khí tn theo sơ đồ sau: VS tạo khí biogas VS nguyên liệu vào Bể phản ứng kỳ khí VS cặn VS nước khỏi bể Hình 2.2 Sơ đồ cân hàm lƣợng VS bể phản ứng kỳ khí 2.1.4.2 Mơ hình động học phát triển vi sinh vật tỷ lệ sinh khí biogas Với giả thiết lượng khí biogas sinh thời điểm t tuân theo phát triển vi sinh vật thời điểm Khi tốc độ sinh khí biogas tn theo phương trình (2.2): 𝜇 𝑒 𝑦 = 𝐴 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 𝑚𝐴 λ − 𝑡 + (2.2) Trong đó: y: lượng khí sinh học tích lũy thời điểm t, l/kgVS A: tiềm sinh khí, l/kgVS µm: tốc độ sinh khí cực đại, l/kgVS.ngày λ: thời gian tối thiểu để sinh khí, ngày e: hệ số = 2.718282 Các thơng số A, µm λ xác định phân tích thống kê sử dụng phương pháp phân tích hồi quy phi tuyến 11 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ, đó: - Phân bùn bể tự hoại hút nhà vệ sinh công cộng nhà dân địa bàn Hà Nội tập kết vào bể chứa bùn Nhà máy chế biến phân Cầu Diễn Hà Nội, địa bàn thành phố Thái Nguyên tập kết vào khu xử lý chất thải rắn Tân Cương Phân bùn bể tự hoại đảo trước lấy mẫu nghiên cứu - Chất thải rắn hữu lấy vị trí tập kết rác hai chợ đầu mối địa bàn Hà Nội chợ Đồng Xuân chợ Long Biên, địa bàn thành phố Thái Nguyên chợ Thái chợ Túc Duyên Đây loại chất thải hữu điển hình khơng thu hồi chợ thành phần rau, củ thối, hỏng Thời gian lấy mẫu chất thải rắn hữu từ – 7h sáng Chất thải rắn hữu lấy chợ đổ lên bạt lớn trộn đều, chia hình cơn, lấy phần chéo đưa phân loại sơ để loại bỏ tạp chất Chất thải rắn thu sau phân loại dùng làm thí nghiệm băm, chặt nhỏ kích thước thích hợp từ 1- cm trộn 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 3.2.1 Thực nghiệm khảo sát đặc tính phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ Để đánh giá phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ có phù hợp với xử lý phương pháp kỵ khí ấm hay khơng, đề tài thực phân tích đặc tính, thành phần phân bùn bể tự hoại với tần suất ngày/lần liên tục tháng Nguyên liệu đầu vào phân bùn bể tự hoại chất thải hữu đợt thí nghiệm lấy mẫu phân tích đặc tính, thành phần 3.2.2 Thực nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp phân bùn bể tự hoại chất thải hữu phịng thí nghiệm 3.2.2.1 Mục đích nghiên cứu Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp phân bùn bể tự hoại chất thải rắn hữu mơ hình phịng thí nghiệm điều kiện kỵ khí ấm 3.2.2.2 Nội dung nghiên cứu 12 Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ điều kiện nhiệt độ mùa hè mùa đông 3.2.2.3 Mô hình phịng thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm phịng thí nghiệm thiết kế theo sơ đồ hình 3.1 Bình phân hủy kỵ khí Bình thu khí Chậu thu nước Nhiệt kế Ống nhựa mềm thu khí Van kẹp Ống nhựa mềm thu nước Hình 3.1 Sơ đồ ngun lý mơ hình phịng thí nghiệm 3.2.3 Thực nghiệm đánh giá hiệu trình xác định liều lƣợng nạp thích hợp mơ hình trƣờng 3.2.3.1 Mục đích nghiên cứu + Đánh giá hiệu trình phân hủy kỵ khí hỗn hợp phân bùn bể tự hoại chất thải hữu theo tỷ lệ phối trộn chọn từ kết phịng thí nghiệm + Xác định liều lượng nạp thích hợp nguyên liệu đầu vào bể phân hủy kỵ khí phù hợp với khí hậu miền bắc Việt Nam 3.2.3.2 Nội dung nghiên cứu - Nội dung 1: từ ngày thứ đến ngày thứ 30 đợt thí nghiệm: Đánh giá hiệu q trình phân hủy kỵ khí mơ hình trường hỗn hợp phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ tỷ lệ phối trộn PB:RC = 3:1 nghiên cứu phịng thí nghiệm Ngun liệu nạp lần ban đầu - Nội dung 2: từ ngày thứ 31 đến ngày thứ 60 đợt thí nghiệm: Xác định lượng ngun liệu nạp thích hợp mơ hình trường Dựa kết thu phịng thí nghiệm xác định 13 thời gian lưu thích hợp, mơ hình thơng số động học q trình phân hủy từ tính lượng ngun liệu nạp hàng ngày tương ứng Mơ hình thí nghiệm ngồi trời kiểm chứng lại kết tính tốn từ đưa liều lượng nạp phù hợp 3.2.3.3 Mơ hình nghiên cứu Van2 580 650 300 Van1 2200 1900 1250 Møc thÊp nhÊt 380 500 1 Bể biogas hình cầu Cửa nạp liệu Cửa nguyên liệu Đồng hồ đo áp suất Can nhiệt đo nhiệt độ Đồng hồ đo lượng khí Bóng đèn biogas Bể thu nước đầu Hình 3.2 Sơ đồ mơ hình thực nghiệm ngồi trời Hình 3.3 3.4 Bể biogas hình cầu vật liệu composit mơ hình trƣờng vào hoạt động 3.2.4 Phân tích mẫu thực nghiệm xử lý số liệu 3.2.4.1 Số lƣợng mẫu tiêu phân tích  Số lượng mẫu - Mẫu phân bùn, chất thải rắn hữu cơ: Lấy trước sau kết thúc trình 14 Mẫu nước đầu ra: lấy ngày lần Mẫu khí tạo thành: lấy lần vào ngày thứ 5, 15, 25, 35, 45, 55 đợt thí nghiệm  Các tiêu phân tích + Mẫu phân bùn, chất thải rắn hữu cơ: Xác định khối lượng riêng; Độ ẩm; TS; VS; TN; TOC; Tỷ lệ C/N + Mẫu cặn sau phân hủy: VS, %TS + Phân tích mẫu khí: Thành phần CO2, %; Thành phần CH4, % + Phân tích mẫu nước đầu mơ hình trường: Đối với mơ hình ngồi trời phân tích thêm mẫu nước đầu gồm: pH; COD; VS; Độ kiềm -  Phương pháp, thiết bị hóa chất phân tích mẫu thực nghiệm Các mẫu thực nghiệm lấy mẫu phân tích theo hướng dẫn tiêu chuẩn hành tài liệu hướng dẫn khác Phương pháp phân tích, thiết bị, hóa chất thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Phƣơng pháp, thiết bị hóa chất phân tích Thơng Phƣơng pháp Thiết bị Hóa chất số phân tích pH Thiết bị đo pH TCVN cầm tay HI 98107 6492:2011 TS, % SMEWW Tủ sấy 2540B:2012 CARBOLITE R08 VS, SMEWW - Lò nung %TS 2540E:2012 Bamstead - F6010 - Cân phân tích số OHAUS PA214 TOC, TCVN - Tủ sấy Nước cất, H2SO4 d mg/gTS 9294:2012 CARBOLITE R08 = 1,84, H3PO4 - Cân phân tích 85%, số OHAUS K2Cr2O7, muối PA214 Mohr Fe(NH4)2(SO4).6H2 O K2Cr2O7 M/6, 15 TNK, mg/gTS TCVN 6498:1999 TP, mg/gTS TCVN 8563:2010 COD, mg/L TCVN 6491:1999 Độ kiềm, mgCaC O3/L Thành phần khí CH4 CO2, % SMEWW 2320B:2012 Đo nhanh thị màu bari diphenylamine sunfonat 0,16% - Bộ phá mẫu DK C7H6O3, H2SO4, 6/48 K2SO4, - Bộ cất Kendal CuSO4.5H2O, VELP -UDK 130A TiO2, Na2S2O3 5H2O, NaOH, H3BO3, thị bromocresol xanh metyl đỏ - Máy quang phổ H2SO4,HClO4,HN UV-VIS 752 O3, KH2PO4, - Cân phân tích (NH4)6MO7O244H2 số OHAUS O, NH4VO3, PA214 - Tủ sấy CARBOLITE R08 Máy phá mẫu H2SO4, AgSO4, ECO 16 VELP K2Cr2O7, HgSO4, F10100126 muối Mohr Fe(NH4)2(SO4).6H2 O, thị màu Ferroin H2SO4 0,02N, thị màu Phenolphtalein Metyl da cam Máy đo khí AOB5964T 16 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 4.1 Đánh giá khả xử lý kỳ khí phân bùn bể tự hoại chất thải hữu từ chợ khu vực miền Bắc Việt Nam 4.1.1 Đặc tính phân bùn bể tự hoại Qua kết phân tích mẫu phân bùn bể tự hoại đợt khảo sát ban đầu đợt thí nghiệm thấy phân bùn bể tự hoại Nhà máy chế biến phân Cầu Diễn Hà Nội Khu xử lý chất thải rắn Tân Cương Thái Nguyên có hàm lượng TS thấp dao động từ 3,33 – 5,45%, độ ẩm cao 94% Hàm lượng TKN TP cao: TKN dao động từ 24,48 – 35,49 mg/gTS, TP dao động từ 10,28 – 20,89 mg/gTS; Tỷ lệ C/N thấp dao động từ: 7,01 – 11,95 Tuy nhiên hàm lượng VS cao dao động từ 65,82 – 83,01% TS Lượng VS nghiên cứu cao so với số kết tham khảo giới VS = 50 – 73%TS [71] tương ứng với kết số nghiên cứu khác Việt Nam, VS = 66,6 – 82,3% [35], 63 – 82% [29] Như phân bùn bể tự hoại có VS dao động từ 65,82 – 83,01% TS, độ ẩm > 94% giá trị tốt cho phân hủy kỵ khí ướt Tuy nhiên tỷ lệ C/N lại thấp Do để tạo điều kiện dinh dưỡng thích hợp q trình phân hủy kỵ khí cần phối trộn phân bùn bể tự hoại với loại chất thải khác có hàm lượng cacbon cao 4.1.2 Đặc tính chất thải rắn hữu từ chợ Có thể thấy hàm lượng TS, VS chất thải hữu từ chợ cao, TS dao động từ 45,28 – 51,70%, hàm lượng VS dao động từ 78,20 – 80,42%TS, khối lượng riêng chất thải hữu từ chợ dùng làm thí nghiệm dao động từ 232,37 – 253,38 kg/m3, độ ẩm dao động từ 49 – 55 % kết phù hợp với số kết nghiên cứu khác chất thải rắn hữu từ chợ VS từ 80,3 – 85,7% , khối lượng riêng từ 221,4 – 257,1 kg/m3, độ ẩm từ 48 -50% [12] Không giống chất thải hữu từ hộ gia đình, nhà hàng với thành phần có nhiều loại thực phẩm hàm lượng protein cao thịt lợn, thịt cá dẫn đến tỷ lệ C/N thấp từ 12,5 – 15 [13] Đối với loại chất thải từ chợ tỷ lệ C/N cao dao động từ 43,67 – 48,01 phù hợp cho việc phối trộn với chất thải phân bùn bể tự hoại phân hủy kỵ khí ướt 4.2 Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp mơ hình phịng thí nghiệm 17 4.2.1 Xác định tỷ lệ phối trộn đợt thí nghiệm Phân bùn bể tự hoại chất thải hữu phối trộn theo tỷ lệ PB:RC = 1:0; 3:1; 1:1 Hình 4.1 4.2 Lƣợng khí theo ngày khí tích lũy Bảng 4.1 Hiệu suất khử VS sau 40 ngày bình phản ứng Bình phản Khối lƣợng Khối Khối Khối Hiệu ứng, nguyên liệu lƣợng VS lƣợng lƣợng VS suất PB:RC đầu vào, kg đầu vào, cặn, kg cặn, khử kg kg VS, % B1 (1:0) 10,7 0,337 10,05 0,256 24,03 B2 (3:1) 0,742 5,21 0,296 60,11 B3 (1:1) 4,26 0,920 3,46 0,545 40,76 Kết thí nghiệm cho thấy tỷ lệ phối trộn 3:1 q trình chuyển hóa kỵ khí tạo khí sinh học xảy tốt với lượng khí, thành phần khí CH4 hiệu suất khử VS cao Do nghiên cứu chọn tỷ lệ cho nghiên cứu 4.2.2 Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp đợt thí nghiệm Phân bùn bể tự hoại chất thải hữu tỷ lệ phối trộn PB:RC = 4:1; 3:1; 2:1 đợt (mùa hè) đợt (mùa đơng) Hình 4.3 4.4 Lƣợng khí sinh theo ngày khí tích lũy điều kiện nhiệt độ mùa hè 18 Hình 4.5 4.6 Lƣợng khí sinh theo ngày khí tích lũy điều kiện nhiệt độ mùa đông Bảng 4.2 Hiệu suất khử VS sau 40 ngày bình phản ứng điều kiện mùa hè mùa đơng Bình phản ứng B1 (4:1) B2 (3:1) B3 (2:1) Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông Khối lƣợng nguyên liệu đầu vào, kg 6,4 6,6 5,84 5,04 5,45 Khối lƣợng VS đầu vào, kg 0,709 0,691 0,754 0,743 0,805 0,823 Khối lƣợng cặn, kg 5,84 5,93 5,28 5,35 4,36 4,62 Khối lƣợng VS cặn, kg 0,385 0,406 0,312 0,334 0,458 0,489 Hiệu suất khử VS, % 45,69 41,24 58,62 55,05 43,11 40,58 Như tỷ lệ phối trộn PB:RC = 3:1 khối lượng cho lượng khí, thành phần khí CH4 hiệu suất khử VS cao Đồng thời lượng phân bùn xử lý tương đối cao nghiên cứu chọn tỷ lệ phối trộn PB:RC = 3:1 tỷ lệ phối trộn thích hợp sử dụng cho nghiên cứu chế độ nạp liệu quy mơ trường 4.2.3 Phân tích động học mơ hình phịng thí nghiệm Mơ hình động học Gompertz cải tiến: Đối với mùa hè: 32,15.𝑒 𝑦 = 528,22 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 528,22 8,37 − 𝑡 + Với tiềm sinh khí 528,22 Nl/kgVS, Đối với mùa đơng: 28,86.𝑒 𝑦 = 478,96 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 478,96 10,06 − 𝑡 + sinh khí 478,96 Nl/kgVS, Với tiềm 19 Hằng số phân hủy chất hữu k: k = - 0,018