ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG LỚP 10CMT  CHỦ ĐỀ 11: LÀM PHÂN COMPOST ƯU NHIỆT TỪ CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ Giáo viên hướng dẫn: Ts Tô Thị Hiền Danh sách nhóm 07: Nguyễn Thị Hương 1022131 Mai Thanh Hồng Thủy 1022293 Huỳnh Thị Ngọc Vàng 1022345 TP Hồ Chí Minh – 10/2013 NHÓM CHỦ ĐỀ 11 THERMOPHILIC COMPOSTING OF MUNICIPAL SOLID WASTE (LÀM PHÂN COMPOST ƯU NHIỆT TỪ CHẤT THẢI RẮN ĐƠ THỊ) Mục lục Tóm tắt I Giới thiệu 1.1.Hiện trạng quản lý chất thải rắn thành phố Chenai - Ấn Độ 1.2.Tổng quan trình làm phân compost 1.3.Các phản ứng sinh hóa diễn q trình phân hủy hữu II Vật liệu phương pháp 2.1 Vật liệu thơ dùng cho làm phân compost 2.2 Thiết lập thí nghiệm III Kết thảo luận 2.3 Phương pháp phân tích 8 IV Liên hệ Việt Nam 12 V Kết luận 14 NHÓM CHỦ ĐỀ 11 THERMOPHILIC COMPOSTING OF MUNICIPAL SOLID WASTE (LÀM PHÂN COMPOST ƯU NHIỆT TỪ CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ) Tóm tắt Q trình làm phân compost phát triển để tái chế thành phần chất hữu có chất thải rắn thị (MSW) Các thiết kế phản ứng sinh học thay đổi nhằm giảm thiểu thời gian q trình tạo phân compost Mục đích nghiên cứu xác định chu kỳ thời gian tối ưu cho trình composting từ MSW phản ứng sinh học điều kiện hiếu khí Số liệu nhiệt độ tương quan tốt với liệu thí ngiệm suốt q trình hình thành Các chất phân hủy sinh học đưa vào lò phản ứng để đẩy nhanh trình Vật liệu phân compost phân tích nhiều giai đoạn khác yếu tố môi trường xem xét Cuối phân compost chứa hàm lượng lớn chất hữu sau 40 ngày Thể tích MSW giảm 78% Kết nghiên cứu cho thấy, phân compost từ phản ứng sinh học ưa nhiệt cung cấp chất mùn tốt giúp nâng cao tính chất đất chất dinh dưỡng thực vật I Giới thiệu I.1.Hiện trạng quản lý chất thải rắn thành phố Chenai - Ấn Độ Chennai, thành phố thủ đô lớn thứ Ấn Độ, có lượng thải bỏ chất thải rắn thị tăng từ 600 đến 3500 tấn/ngày vòng 20 năm qua Khối lựng chất thải rắn lớn tính theo đầu người 0.6kg/ngày Thành phố chia thành vùng 155 khu vực, việc thu rác thải tiến hành phương pháp thu nhà hệ thống thùng rác công cộng Rác thải đổ bỏ bãi rác cách thành phố 15km Chennai thành phố ký hợp đồng quản lý rác thải đô thị với Công ty tư nhân nước Singapore (ONYX) bao gồm: quét dọn, thu thập, vận chuyển tuyên truyền nhận thức cho cộng đồng dân cư Nhiều tổ chức cộng đồng CBO tham gia vào chương trình quản lý chất thải rắn thành phố Tổng cộng có tổ chức tham gia vào việc quản lý chất thải rắn: COC, ONYX, CBOs Chất thải rắn đô thị bao gồm chất thải thương mại dân cư phát sinh khu vực đô thị, dạng rắn hay bán rắn, không kể chất thải công nghiệp độc hại kể đến chất thải xử lý sinh học MSW Chennai bao gồm 68% chất thải rắn dân cư, 16% chất thải rắn thương mại, 14% chất thải rắn quan, công ty 2% chất thải rắn công nghiệp Đặc tính lý hóa: phần lớn chất thải bao gồm 32.3% chất thải xanh, 34.7% vật liệu trơ, đá thủy tinh, … Quá trình tập hợp xử lý chất thải rắn vấn đề vùng đô thị hay bán đô thị Ấn Độ Số lượng chất thải rắn tạo vùng đô thị bán đô thị khoảng 400 đến 600g/đầu người/ngày Lượng chất thải rắn (MSW) phát sinh thành phố Chenai khoảng 3500-4800 tấn/ngày chứa 70% chất thải hữu Giải pháp sử dụng bãi rác khơng phù hợp thành phố Chenai bị hạn chế không gian, đất cần sử dụng với mục đích khác I.2.Tổng quan trình làm phân compost Composting định nghĩa trình phân hủy sinh học hợp chất hữu có kiểm sốt thực quẩn thể vi khuẩn hoạt động điều kiện nhiệt độ trung bình cao, cuối tạo sản phẩm đủ ổn định để lưu trữ ứng dụng nông nghiệp mà không gây hại cho môi trường Thời gian làm phân compost thay đổi từ 10 ngày đến tháng Để giảm thời gian làm phân compost, phương pháp tiếp cận tốc độ phản ứng nhanh hơn, vùng ủ phân nhỏ phân hủy sinh học cần thiết Nghiên cứu gần cho thấy tăng trưởng vi khuẩn hiếu khí lên men kỵ khí hợp chất hữu làm tăng trình làm phân compost giảm thời gian trình Phân compost sử dụng nơng nghiệp có lợi cho trồng kinh tế Phân compost thay phân bón hóa học, sử dụng rộng rãi sản xuất nông nghiệp, bổ sung chất hữu cho đất Quá trình bổ sung thêm chất hữu làm tăng hàm lượng chất hữu lượng nước dự trữ đồng thời làm giảm dòng chảy xói mòn đất, điển hình đất đồi núi Nhiều nghiên cứu khía cạnh khác q trình composting: giới thiệu vi sinh vật, thay đổi thành phần hóa học phân compost báo cáo Dưới điều kiện này, sản sinh nhiệt kết hợp tính trơ nhiệt phát vật liệu compost tính tự lập Kết nhiệt độ cao trì trình hình thành Nhiệt độ (75oC) tham số quan trọng làm phân compost vi sinh vật gây bệnh chết trước phân đưa vào đất Mục đích nghiên cứu đánh giá vấn đề MSW phát triển giải pháp kỹ thuật kinh tế Nghiên cứu thân thiên mơi trường, có hiệu kinh tế, giải pháp hồn tồn miễn phí cho quản lý MSW Mặt khác việc xử lý thiêu đốt hay nhiệt phân làm nhiễm khơng khí nhiều hơn đầu tư ban đầu cao I.3.Các phản ứng sinh hóa diễn q trình phân hủy hữu Những chuyển hóa sinh hóa diễn trình ủ hiếu khí phức tạp Căn vào biến thiên nhiệt độ chia q trình ủ hiếu khí thành pha sau: - Pha thích nghi: giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường Pha tăng trưởng: đặc trưng tăng nhiệt độ trình phân hủy sinh học Pha ưa nhiệt: giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất, giai đoạn ổn định chất thải tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu Phản ứng hóa sinh xảy ủ hiếu khí phân hủy kỵ khí đặc trưng hai phương trình: (C,O,H,N,S) + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + sản phẩm khác + lượng (C,O,H,N,S) + VSV kỵ khí  CO2 + H2S +NH3 +CH4 + sản phẩm khác + lượng - Pha trưởng thành giai đoạn giảm nhiệt độ với nhiệt độ mơi trường Trong pha này, q trình lên men xảy chậm, thích hợp cho hình thành chất keo mùn (q trình chuyển hóa phức chất hữu thành chất mùn), chất khoáng (Fe, Ca, N…) cuối thành mùn Ngồi xảy phản ứng nitrate hóa, ammonia (sản phẩm phụ trình ổn định chất thải) bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO 2-) cuối thành nitrat (NO3-) : NH4+ + 3/2 O2  NO2- + 2H+ + H2O NO2- + 1/2 O2  NO3Kết hợp hai phương trình trên, q trình nitrate hóa diễn sau: NH4+ + O2  NO3- + 2H+ + H2O Mặt khác, mô tế bào, NH4+ tổng hợp với phản ứng đặc trưng : NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O  C5H7NO2 + 5O2 Phương trình phản ứng nitrate hóa tổng cộng: 22 NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-  21NO3-+ C5H7NO2 + 20H2O + 42H+ II Vật liệu phương pháp 2.1 Vật liệu thô dùng cho làm phân compost Chất thải đô thị thu thập từ bãi chứa Perungudi thị thành phố Chennai Bãi có diện tích khoảng 10 km2 Bảng 1: Các đặc tính MSW Hợp phần % Trọng lượng ướt Phân hữu (chất thải thị trường) 57 Rơm gỗ 12 Rác Kim loại Giấy 5.7 Quần áo 4.2 Nhựa Đá 1.6 Kính 2,5 Việc thu thập MSW thực cách sử dụng phương pháp lấy mẫu phân cô lập phương pháp phân loại tay Dân số thành phố đô thị Chennai 6.560.000 [13] Các lò phản ứng sinh học ưa nhiệt nạp với nguyên liệu chất thải hữu băm nhỏ tới kích thước khoảng 5-10 cm Chất phân hủy sinh học, vi khuẩn Megatherium Pseudomonas fleurescens đưa vào với tỷ lệ chiều cao 30 cm lò phản ứng Ba tuần thời kỳ ổn định Trong khoảng thời gian độ ẩm trì (53 - 62%), nhiệt độ (40-55 oC) pH (6,5-7,5) Bảng cho thấy thành phần MSW 2.2 Thiết lập thí nghiệm Sơ đồ lò phản ứng ưa nhiệt thể Hình Kích thước lò phản ứng x x m Lò phản ứng bao phủ lưới thép tất bốn mặt, để khơng khí lưu thơng thuận tiện Mũi khoan với tổng chiều dài 1,5 m đưa vào sử dụng máy trộn Máy khoan làm sắt phủ sơn chống ăn mòn Hai bên mũi hàn với kim loại dày mm bao phủ lớp sơn chống ăn mòn mũi khoan trộn đặt đỉnh đáy lò cách khoảng 40cm đặt đối diện với Sự trộn lẫn thực hai lần tuần Trong trường hợp pha trộn không đúng, độ ẩm tăng, q trình tự hoại mùi phát triển, cuối lò phản ứng thất bại [14] Để tránh tạo vấn đề mùi hôi thông khí tốt hơn, khơng khí đưa vào quạt gió có kiểm sốt Một ống nhựa đục lỗ đưa vào tất bốn bên, khơng khí đạt đến tất góc.Lượng khơng khí cung cấp suốt gian đoạn ủ phân 13,8 kg 30 phút ngày Để trì độ ẩm nhiệt độ, nước thải sinh hoạt thêm vào MSW dạng phun Nước thải sinh hoạt lấy từ trường đại học trước đưa đến nhà máy xử lý Nước thải sinh hoạt có chứa chất rắn hữu vi khuẩn, dễ dàng đưa vào lò phản ứng, làm tăng giá trị dinh dưỡng vật liệu compost Bảng Các giá trị dinh dưỡng độ chín phân hữu ngày khác Ngày 28 35 37 39 40 C hữu (%) P (%) N (%) K (%) 34.7 1.2 1.2