Luận án Nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỳ khí ở chế độ lên men nóng

Kết quả thu được từ mô hình thí nghiệm rất khả quan, cho thấy rằng việc xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác thải trong hệ thống lên men nóng là một hướng đi nhiều hứa hẹn để giải quyết các vấn đề về chất thải ở các đô thị hiện nay ở nước ta, đồng thời việc thu hồi năng lượng trong quá trình xử lý đem lại giá trị kinh tế lớn và có ý nghĩa phát triển bền vững cho tương lai. Để nghiên cứu có thể áp dụng vào thực tiễn, cần tiếp tục có các nghiên cứu chuyên sâu khác: 1) Cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý như các giải pháp tiền xử lý chất thải, phân loại chất thải tại nguồn,. 2) Cần tiếp tục nghiên cứu, lựa chọn thiết bị, công nghệ cũng như xác định các chỉ tiêu kinh tế, đánh giá hiệu quả kinh tế nhằm đánh giá tính khả thi của công nghệ xử lý chất thải này, trong cả hệ thống quản lý chất thải đô thị. Cần có nghiên cứu kiểm chứng về quy mô và điều kiện áp dụng công nghệ, nghiên cứu về nhu cầu và cân bằng năng lượng của hệ thống xử lý chất thải, so sánh nhu cầu năng lượng giữa 2 chế độ lên men ấm và nóng để làm rõ ưu, nhược điểm của chúng. 3) Một số hướng nghiên cứu, các chương trình cần tiếp tục triển khai là nghiên cứu mô hình xây dựng và khai thác hạ tầng kỹ thuật đô thị, mô hình phân loại rác tại nguồn, xây dựng các chính sách khuyến khích sử dụng công nghệ tiên tiến để xử lý chất thải đồng thời tạo năng lượng.

pdf166 trang | Chia sẻ: builinh123 | Ngày: 30/07/2018 | Lượt xem: 451 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỳ khí ở chế độ lên men nóng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ử dụng mô hình cho phép tiết kiệm thời gian và chi phí nghiên cứu thực nghiệm, đồng thời, sử dụng phần mềm đã chức năng như GPS-X cho phép mô phỏng để quản lý hữu hiệu các quá trình diễn ra khi vận hành trạm xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Phần mềm GPS-X mô phỏng khả năng phân hủy kỵ khí của chất thải. Đối với hỗn hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm, phần mềm GPS-X áp dụng mô hình động học quá trình xử lý chất thải của Baston đối với pha lỏng, pha rắn [41] . Khả năng phân hủy kỵ khí của chất thải phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần, tính chất của bùn cặn và môi trường trong bể phản ứng. Từ phương trình cân bằng chất: 0 = (-1)+Y + (1-Y), với Y = Hiệu suất sinh khối tạo thành, quá trình sinh hóa phân hủy của cơ chất ở dạng đơn giản nhất được mô tả bằng ma trận Peterson (Bảng 3.20) [122]. Bảng 3.20. Ma trận Peterson đơn giản mô tả quá trình sinh hóa của cơ chất Quá trình Biến số Biểu thức của phản ứng sinh hóa S X M Sinh trưởng của X -1 Y 1-Y Xv SKs S  Phân hủy của X +1 -1 bX Chú thích Cơ chất Vi khuẩn Khí metan : tốc độ phát triển Ks: hệ số bán bão hòa b: hệ số phân h y Y: hiệu suất tạo sinh khối tạo thành Dấu – chỉ hai quá trình ngược nhau: sinh khối tạo thành và cơ chất phân h y 133 Trong chất thải chứa các thành phần hữu cơ phân hủy được XS và chất không phân hủy được hay gọi là chất trơ XI. Với chất hữu cơ có khả năng phân hủy được phân ra làm nhiều loại: chất hữu cơ phân hủy nhanh XS1, chất hữu cơ phân hủy chậm XS2 và chất hữu cơ khó phân hủy XS3. Khả năng sinh khí metan khác nhau đối với từng loại chất thải, phụ thuộc vào thành phần, tính chất của từng loại chất thải. Bảng 3.21 thể hiện thành phần, tính chất của bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm. Bảng 3.21.Thành phần bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm STT Thành phần Ký hiệu Đơn vị Bùn bể tự hoại Chất thải thực phẩm 1 Chất hữu cơ phân hủy được XS gCOD/m 3 X x 2 Chất trơ XI gCOD/m 3 X x 3 Vi khuẩn sinh metan Xm gCOD/m 3 X - 4 Vi khuẩn sinh axit Xa gCOD/m 3 X - Ghi chú: x: có thành phần này trong chất thải. -: Không có thành phần này trong chất thải Trong thành phần bùn bể tự hoại có chất hữu cơ phân hủy được (XS), chất trơ (XI), vi khuẩn kỵ khí (Xm) và vi khuẩn sinh axit (Xa). Quá trình phân hủy của bùn bể tự hoại diễn ra chậm, chủ yếu là quá trình phân hủy chất chất hữu cơ và quá trình phân hủy của vi khuẩn kỵ khí. Tương tự các nghiên cứu khác đối với xử lý kỵ khí bùn cặn cũng đã áp dụng mô hình động học bậc nhất và phương trình Monod hoặc phương trình Contois đối với chất thải rắn ([71], [66], [59]). Quá trình phân hủy của vi khuẩn kỵ khí Xm tuân theo phương trình bậc nhất, còn quá trình thủy phân (hydrolysis) của chất hữu cơ XS xảy ra theo phương trình Contois: μ = μ maxS/(KX + S) [120] . Được phát triển từ phương trình Monod, phương trình Contois có hệ số bão hòa tỷ lệ với nồng độ bùn, cho phép mô phỏng quá trình phản ứng với mật độ bùn cao. Hình 3.2 mô tả quá trình phân hủy kỵ khí sinh mêtan của bùn bể tự hoại. Đồ thị sinh khí của bùn bể tự hoại là sự kết hợp giữa phương trình bậc 1 và phương trình Contois. 134 XS X S X b 0 200 400 600 800 0 2 4 6 8 10 Thời gian (ngày) Khí CH4 (mgCO D/L/da y) Phương trình bậc 1 Phương trình Contois Hình 3.31. Dạng đồ thị sinh khí của bùn bể tự hoại [121] Trong thành phần bùn bể tự hoại có chất hữu cơ phân hủy được (XS), vi khuẩn kỵ khí (XB) và chất trơ (XI). Quá trình phân hủy của bùn bể tự hoại diễn ra mạnh trong 1-2 ngày đầu, chủ yếu là quá trình phân hủy của cả chất hữu cơ và của vi khuẩn kỵ khí, sau đó chỉ còn quá trình phân hủy của vi khuẩn kỵ khí. Quá trình phân hủy của vi khuẩn tuân theo phương trình bậc nhất r = bX, còn quá trình phân hủy chất hữu cơ XS xảy ra theo phương trình Contois: μ = μ maxS/(KS.X+ S) [121] . Được phát triển từ phương trình Monod, phương trình Contois có hằng số bão hòa tỷ lệ với nồng độ bùn, cho phép mô phỏng quá trình phản ứng với mật độ bùn cao. Trong thành phần chất thải thực phẩm gồm có chất hữu cơ phân hủy được (XS) và chất trơ (XI). Các chất hữu cơ phân hủy được chiếm tỉ lệ lớn trong chất thải thực phẩm. Thành phần phức tạp này bao gồm các chất phân hủy nhanh, các chất phân hủy chậm và các chất khó phân hủy XS1, XS2 và XS3. Dạng đồ thị phân hủy kỵ khí sinh mêtan của chất thải thực phẩm bao gồm 3 vùng I, II, III, tương ứng với quá trình phân hủy các thành phần XS1, XS2 và XS3. 2 đỉnh đường cong tương ứng với quá trình phân hủy XS2 và XS3. Dạng đồ thị sinh khí của chất thải thực phẩm có dạng đồ thị như hình 3.3. [120] . K h í C H 4 ( m g C O D /l /n g ày ) 135 Hình 3.32. Dạng đồ thị sinh khí của chất thải thực phẩm theo thời gian [120] Sau khi xác định được các thành phần có trong bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm, thiết lập được ma trận mô phỏng quá trình xử lý kỵ khí của bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm, tác giả sử dụng số liệu kết quả thí nghiệm sinh khí metan theo mẻ ở chế độ lên men nóng (mẻ 1, mẻ 2) để chạy mô hình GPS-X. Số liệu đầu vào để chạy mô hình GPS-X được thể hiện trong bảng 3.22, 3.23, 3.24, 3.25 và trong phụ lục 2, bảng 2.2 và bảng 2.4. Bảng 3.22. Thành phần nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu Giá trị COD (mg/l) Mẻ 1 Mẻ 2 Bùn cơ chất 9.600 6.900 Bùn bể tự hoại 12.600 16.100 Chất thải thực phẩm 135.000 172.000 Bảng 3.23. Tỉ lệ phối trộn Bùn bể tự hoại: Chất thải thực phẩm mẻ 1 Chế độ lên men Tỉ lệ phối trộn theo thể tích (Bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm) ở chế độ lên men nóng Tỉ lệ phối trộn theo COD (g) Đối chứng 1,2:0 1:1 1:10 1:100 0:1,2 Tỉ lệ phối trộn theo thể tích Đối chứng 10:00 9:01 1:01 1:09 0:10 Baseline (tõ bùn nÒn) Region III Region I I Region II Thêi gian (ngày) Khí CH 4 (L/ L/n gà y) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 1 2 3 XS-1 XS-2 XS-3 Đường nền Thời gian (ngày) Vùng II Vùng III Vùng I K h í C H 4 ( l/ n g ày ) 0 20 30 136 Bảng 3.24. Tỉ lệ phối trộn Bùn bể tự hoại: Chất thải thực phẩm mẻ 2 Chế độ lên men Tỉ lệ phối trộn theo thể tích (Bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm) ở chế độ lên men nóng Tỉ lệ phối trộn theo COD (g) Đối chứng 0.8:0 1:1 1:10 1:100 0:0.8 Tỉ lệ phối trộn theo thể tích Đối chứng 10:00 9:01 1:01 1:09 0:10 Bảng 3.25. Tải lƣợng COD nạp vào hệ thí nghiệm lên men nóng Mẻ Đơn vị Tỉ lệ phối trộn theo thể tích (Bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm) ở chế độ lên men nóng Đối chứng 10:00 9:01 1:01 1:09 0:10 Mẻ 1 g/l 9.6 10.2 16.3 49.0 106.6 119.8 Mẻ 2 g/l 6.9 8.7 11.5 45.6 90.1 101.4 Từ kết quả lượng khí metan sinh ra ở chế độ lên men nóng đo được trong thí nghiệm theo mẻ lần thứ 1 và lần thứ 2 (bảng 2.2 và bảng 2.4 phần phụ lục), tiến hành hiệu chỉnh bằng phần mềm GPS-X để quá trình mô phỏng khả năng sinh khí của bùn bể tự hoại và Chất thải thực phẩm với các tỉ lệ phối trộn khác nhau tương đồng với các giá trị đo thực tế từ kết quả thí nghiệm. Các thông số được trình bày trong bảng trong bảng 3.26, 3.27. Bảng 3.26. Các giá trị tính toán tham khảo Thông số Ký hiệu Đơn vị Khoảng giá trị Giá trị chọn Nguồn TLTK Thông số động học Hệ số phát triển cực đại của vi khuẩn sinh axit axit 1/ngày 4-16 4 Baston et al, 2002 Hệ số bán bão hòa của vi KSa gCOD/m3 20-150 20 Baston et al, 137 khuẩn sinh axit 2002 Hệ số phát triển cực đại của vi khuẩn sinh metan m 1/ngày 0,08-0,1 0,08 Yasui et al (2008). Hệ số bán bão hòa của vi khuẩn sinh metan KSm gCOD/m3 27-107 100 Yasui et al (2008). Hệ số phân hủy của vi khuẩn sinh metan bM 1/ngày 0,001- 0,006 0,006 Baston et al, 2002 Hệ số phân hủy của vi khuẩn sinh axit baxit 1/ngày 0,04-0,3 0,04 Baston et al, 2002 Hệ số phân hủy hiếu khí bH 1/ngày 0,16-0,31 0,21 Yasui et al (2008). Hệ số phân hủy hiếu khí của vi khuẩn tự dưỡng ba 1/ngày 0,25-0,7 0,25 Yasui et al (2008). Hệ số tỷ lượng Hiệu suất tạo sinh khối Y gCOD/ gCOD 0,08 0,08 Baston et al, 2002 Hệ số thủy phân kỵ khí fe - 0,07 0,07 (a): Yasui et al (2006). Tốc độ amoni hóa m3/gCOD/ ngày 0,008 0,008 Yasui et al (2008). Nồng độ vi khuẩn sinh metan X g/m 3 800-1.700 1.500 Yasui et al (2008). Bảng 3.27. Bảng giá trị các thông số động học xác định đƣợc sau khi hiệu chỉnh mô hình Thông số động học Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú Thông số động học của bùn bể tự hoại Hệ số phân hủy nội sinh của bùn bể tự hoại kd,b 1/ngày 0,4 (0,5-0,3) Giá trị TB (max-min) 138 Hệ số thủy phân bão hòa của bùn bể tự hoại KX,b - 0,04 Thông số động học của chất thải thực phẩm Hệ số phân hủy nội sinh của chất thải thực phẩm kd,r 1/ngày 1,0 (1,5-0,7) Giá trị TB (max-min) Hệ số thủy phân bão hòa của Chất thải thực phẩm KX,r - 0,4 Hệ số đặc trưng cho giai đoạn phân hủy n - 8 Hệ số tốc độ phân hủy của Chất thải thực phẩm k 1/ngày 0,65 Hệ số thủy phân của các hợp chất chậm phân hủy của Chất thải thực phẩm Kh.Xs23,r 1/ngày 0,4 Kết quả chạy phần mềm GPS-X cho thấy giá trị kd trung bình của bùn bể tự hoại là 0,4 (1/ngày) và kd trung bình của chất thải thực phẩm là 1,0 (1/ngày) được thể hiện trong hình 3.33 (Phụ lục bảng 4.3.1, 4.3.2). Độ lệch chuẩn giá trị kd của bùn bể tự hoại là 0,07 và của chất thải thực phẩm là 0,28. Hình 3.33 cho thấy độ lệch chuẩn của chất thải thực phẩm cao hơn của bùn bể tự hoại chứng tỏ thành phần, tính chất của chất thải thực phẩm phức tạp, dao động trong khoảng giá trị lớn hơn so với bùn bể tự hoại. Vì vậy biên độ dao động độ lệch chuẩn của kd cũng khá lớn. Hình 3.33. Giá trị kd của bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm Thông số động học kd của chất thải kd bùn bể tự hoại kd chất thải thực phẩm 139 Kết quả chạy phần mềm GPS-X với với các tỉ lệ phối trộn khác nhau, biểu diễn quá trình sinh khí metan, được trình bày trong hình 3.34 và 3.35. Qua kết quả mô phỏng cho thấy diễn biến động học khả năng sinh khí của bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm với các tỉ lệ phối trộn khác nhau tương đồng với các giá trị đo thực tế từ kết quả thí nghiệm. Lượng khí metan sinh ra từ quá trình phân hủy chất thải thực phẩm cao hơn lượng khí mêtan được sinh ra từ quá trình phân hủy bùn bể tự hoại trong điều kiện kỵ khí. Các đồ thị thu được cho thấy quá trình phân hủy kỵ khí sinh khí metan đối với bùn bể tự hoại diễn ra mạnh trong 1-2 ngày đầu, sau đó quá trình phân hủy chất hữu cơ giảm dần do trong thành phần bùn cặn chất hữu cơ phân hủy được chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ so với khối lượng. Đối với chất thải thực phẩm, quá trình phân hủy kỵ khí sinh khí metan diễn ra nhanh mạnh sau 2-3 ngày do quá trình phân hủy của chất hữu cơ phân hủy chậm XS3. Thành phần chất hữu cơ dễ phân hủy trong chất thải thực phẩm cao hơn trong bùn bể tự hoại. Vì vậy khi tỉ lệ phối trộn chất thải thực phẩm tăng lên trong hỗn hợp Bùn bể tự hoại: Chất thải thực phẩm, lượng khí metan sinh ra sẽ nhiều hơn. 140 a. Đối chứng b. Tỉ lệ Bùn : Chất thải: 10 :0 c. Tỉ lệ Bùn: Chất thải: 9:1 d. Tỉ lệ Bùn: Chất thải: 1:1 e. Tỉ lệ Bùn: Chất thải: 1:9 g. Tỉ lệ Bùn: Chất thải: 1:10 Hình 3.34. Kết quả lƣợng khí metan sinh ra khi chạy phần mềm GPS-X lần 1 R 2 = 0,9518 R 2 = 0,9568 R 2 = 0,9536 R 2 = 0,9542 R 2 = 0,9518 R 2 = 0,9635 R 2 = 0,9324 141 a. Đối chứng b. Tỉ lệ Bùn : Chất thải: 10 :0 c. Tỉ lệ Bùn: Chất thải: 9:1 d. Tỉ lệ Bùn: Chất thải: 1:1 e. Tỉ lệ Bùn: Chất thải: 1:9 g. Tỉ lệ Bùn: Chất thải: 1:10 Hình 3.35. Kết quả lƣợng khí metan sinh ra khi chạy phần mềm GPS-X lần 2 R 2 = 0,9489 R 2 = 0,9104 R 2 = 0,9589 R 2 = 0,9534 R 2 = 0,91 R 2 = 0,9435 142 Ghi chú: Kết quả chạy phần mềm GPS-X thí nghiệm lần 1 trên hình 3.5 (a, b, c, d, e, g); Kết quả chạy phần mềm GPS-X thí nghiệm lần 2 trên hình 3.6 (a, b, c, d, e, g); Đường cong bao gồm các dấu (+) là kết quả đường cong sinh khí metan khi chạy mô hình trong phòng thí nghiệm. Đường nét liền là kết quả sinh khí metan mô phỏng bằng phần mềm GPS-X. Methane gas flow (L/day): Lượng khí metan sinh ra (l/ngày). Time (days): Thời gian (ngày). Quá trình xử lý kỵ khí của vi sinh vật dị dưỡng kỵ khí bao gồm 3 giai đoạn chủ yếu: thủy phân (bẻ gẫy) các phân tử lớn (rắn) thành các phân tử nhỏ, tạo thành axit béo dễ bay hơi (VFA) và cuối cùng là giai đoạn tạo metan. Giai đoạn tạo metan thường là chậm nhất, tuy vậy khi đánh giá về tốc độ xử lý kỵ khí thông qua các thông số động học thì thường chỉ nói về tốc độ xử lý kỵ khí chung mà thôi [4] . Qua bảng thông số động học 3.10, ta thấy tốc độ phân hủy của vi khuẩn sinh metan thấp 0,006 1/ngày, thấp hơn so với tốc độ phân hủy của vi khuẩn sinh axit, 0,04 1/ngày. Trong một hệ thống xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm, cơ chất cần xử lý là một hỗn hợp nhiều thành phần với khả năng phân hủy rất khác nhau do bản chất của chất thải hay do diễn biến của nó trước khi tới hệ thống xử lý. Do vậy hệ số tốc độ cũng chỉ có tính đại diện thấp khi so sánh tốc độ xử lý của các loại chất thải có bản chất khác nhau [4] . Hoạt tính của vi sinh vật cùng chủng loại trong cùng hệ thống xử lý cũng có thể thay đổi do các yếu tố ngoại cảnh tác động như vận hành bị ngắt quãng hay xuất hiện các yếu tố gây độc đối với chúng. Tải lượng ô nhiễm thay đổi cũng ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy. Kết quả chạy phần mềm GPS-X cho phép xác định được các giá trị thông số động học của quá trình xử lý kỵ khí: xác định được hệ số phân hủy nội sinh kd bùn bể tự hoại từ 0,4 (1/ngày) và kd của chất thải thực phẩm cao hơn 1,0 (1/ngày) chứng tỏ khả năng phân hủy của chất thải thực phẩm cao hơn nhiều so với khả năng phân hủy của bùn bể tự hoại do trong chất thải thực phẩm thành phần hữu cơ dễ phân hủy chiếm tỉ lệ lớn, trong khí đó tỉ lệ chất hữu cơ dễ phân hủy của bùn bể tự hoại thấp, tỉ 143 lệ chất trơ chiếm tỉ lệ lớn. Kết quả đồ thị hình 3.5 và 3.6 với tổng các bình phương sai số nhỏ nhất R2 từ 0,91- 0,9589 chứng tỏ kết quả thông số động học được xác định bằng phần mềm GPS-X đáng tin cậy. Kết quả hệ số phân hủy nội sinh của chất thải thực phẩm nằm trong khoảng giá trị của kết quả nghiên cứu đối với chất thải thực phẩm kd dao động 0,1-10 (1/ngày) với thí nghiệm được thực hiện liên lục trong 234 ngày, với 51 mẫu chất thải thực phẩm, thời gian lưu thủy lực 20-25 ngày với tải lượng hữu cơ 2-11g COD/l/ngày [119] . Kết quả chạy mô hình GPS-X được biểu diễn bằng hình 3.5 và 3.6 trong luận án: đường cong sinh khí khi mô phỏng bằng phần mềm GPS-X tương đồng với kết quả thực nghiệm. Ngoài ra, kết quả hệ số kd của NCS tìm được tương đồng với giá trị kdtrong TLTK của Baston et al, 2002, kd của bùn là 0,4 (1/ngày) và kd của chất rắn là 1 (1/ngày) ở chế độ lên men nóng. 3.3.2. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC BỂ PHẢN ỨNG KỲ KHÍ DỰA TRÊN THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC Từ thông số động học hệ số phân hủy nội sinh kd (1/ngày)và nồng độ vi khuẩn X (g/m3) và hệ số phát triển cực đại của vi khuẩn sinh metan µm (1/ngày), cho phép thiết kế hệ thống xử lý kỵ khí chất thải: tính toán, xác định được kích thước của bể phản ứng theo công thức 3.15 và 3.16 [4] . Thể tích bể phản ứng được xác định theo phương trình: Q. (Co-C) + Xr. Vr.(µm-kd) = 0 (3.15) Từ đó ta có thể tính bể phản ứng được biểu diễn bằng biểu thức 3.16: )( ).( mp o b kX QSS V    (3.16) Trong đó: Vb: thể tích bể phản ứng (m 3 ) Q: lưu lượng dòng thải nạp vào (m3/ngày). µm: Hệ số phát triển cực đại của vi khuẩn sinh metan (1/ngày) kd: hệ số phân hủy nội sinh (1/ngày). So: nồng độ cơ chất dòng vào (g/m 3 ). S: nồng độ cơ chất dòng ra (g/m3). 144 X: Nồng độ vi sinh trong hệ (g/m3). Giả thiết bài toán: tính toán thiết kế bể phản ứng ở chế độ lên men nóng với lưu lượng dòng thải hỗn hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm nạp vào Q = 100 tấn/ngày, CODvào = 19.000 mg/l, CODra = 7.500 mg/l. Thành phần chất thải như sau: bùn bể tự hoại 90% thể tích, chất thải thực phẩm chiếm 10% thể tích. Với tỉ trọng của bùn  1 kg/l tương đương 1 tấn/m3, tỉ trọng của chất thải thực phẩm  1 kg/l tương đương 1 tấn/m3. Với thông số động học xác định ở trên với kd bùn = 0,4; kd rác = 1,0 và giá trị µm = 0,08; X = 1.500 g/m 3 (tham khảo), thể tích bể phản ứng được xác định như sau: )( ).( )( ).( mdrac o mdbun o rácbùnbe kX QSS kX QSS VVV        = )08,01.(1500 10).750019000( )08,04,0.(1500 90).750019000(      = 2.240 (m 3 ). Nếu chọn bể phản ứng hình trụ, chọn đường kính bể phản ứng 11m, ta có chiều cao bể phản ứng như sau: xH D V 4 . 2   5,23 1114.3 240.24 . 4 22  x x D xV H  (m) Vậy kích thước bể phản ứng: D=11m, H=23.5m. Kiểm tra thời gian lưu thủy lực 4,22 100 240.2  Q V  (ngày) Kết quả này phù hợp với nghiên cứu thực nghiệm và các công trình đã công bố. 145 3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 Thí nghiệm theo mẻ - Kết quả thí nghiệm cho thấy xử lý kết hợp được bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng phương pháp sinh học kỵ khí ở cả 2 chế độ: chế độ lên men ấm và chế độ lên men nóng. -Việc xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm cho hiệu suất xử lý theo COD cao hơn nhiều so với chỉ xử lý riêng bùn bể tự hoại hoặc chất thải thực phẩm ở cả 2 chế độ lên men. Chế độ lên men ấm, khi xử lý kết hợp hai loại chất thải nói trên với các tỉ lệ phối trộn khác nhau, hiệu suất xử lý theo COD trung bình dao động 39,2%-85,5% so với xử lý riêng bùn bể tự hoại hiệu suất xử lý theo COD trung bình chỉ đạt 24,3%. Với chế độ lên men nóng, hiệu suất xử lý theo COD trung bình dao động 42,7-86,2% khi xử lý kết hợp, so với xử lý riêng bùn bể tự hoại chỉ đạt 24,9%. - Chế độ lên men nóng có nhiều ưu điểm hơn chế độ lên men ấm khi xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm: lượng khí metan sinh ra (Nml CH4/gCOD) ở chế độ lên men nóng cao hơn 0,57-11%, hiệu suất xử lý theo COD cao hơn 3-14%. Thời gian phân hủy giảm 16-19% so với chế độ lên men ấm. - Ở chế độ lên men nóng, với tỉ lệ phối trộn 1:1 theo COD, tương ứng 9:1 theo thể tích cho lượng khí metan sinh ra cao nhất 264-278 Nml CH4/gCOD, hiệu suất sinh khí metan cao nhất 75-80% so với các tỉ lệ phối trộn khác. Thí nghiệm liên tục - Quá trình vận hành ở chế độ liên tục với tỷ lệ bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm là 1:1 tính theo COD, tương ứng 9:1 theo thể tích, đạt được hiệu suất sinh metan cao, đạt 76%. - Tỉ lệ khí CH4 trong khí biogas chiếm tỉ lệ 34,4% - 57,8%; tỉ lệ khí CO2 dao động 42-64,2%. - Hiệu suất xử lý theo COD 58-75%; hiệu suất xử lý theo VS dao động 60- 78%. 146 - Bể phản ứng vận hành ổn định cho phép đạt hiệu suất xử lý theo COD cao nhất đạt 75%. Bể phản ứng hoạt động ổn định ở tải lượng hữu cơ là 1.5 kg COD/m 3 .ngày. - Bùn sau xử lý an toàn về chỉ tiêu kim loại nặng cũng như tiêu diệt triệt để mầm bệnh, có thể sử dụng làm phân bón an toàn trong nông nghiệp. Kết quả mô phỏng Kết quả chạy phần mềm GPS-X, sử dụng kết quả thí nghiệm theo mẻ để hiệu chỉnh mô hình, cho phép xác định được hệ số phân hủy nội sinh kd của bùn bể tự hoại là 0,4 (1/ngày); kd của chất thải thực phẩm là 1,0 (1/ngày). Từ giá trị thông số động học hệ số phân hủy nội sinh kd của bùn bể tự hoại là 0,4 (1/ngày); kd của chất thải thực phẩm là 1,0 (1/ngày) cho phép thực hiện các phép tính toán công nghệ, thiết kế bể phản ứng. Đồng thời, kết quả của nó làm tiền đề cho các nghiên cứu ở mức độ sâu hơn, nghiên cứu mô phỏng quá trình xử lý bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở quy mô công nghiệp hoặc xử lý kết hợp các dòng chất thải: bùn bể tự hoại, bùn từ trạm xử lý, chất thải thực phẩm,... 147 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Kết luận 1: Kết quả nghiên cứu cho thấy việc xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng phương pháp sinh học kỵ khí ở chế độ lên men nóng hiệu quả và khả thi về mặt công nghệ, cụ thể như sau: - Nghiên cứu đã đánh giá thành phần, tính chất của bùn bể tự hoại, của chất thải thực phẩm có khả năng phân hủy bằng phương pháp sinh học kỵ khí. Bùn bể tự hoại có giá trị COD cao (dao động 12.600-79.500 mg/l), tỉ lệ VS/TS 63%-82%; chất thải thực phẩm có COD dao động 118.450-241.000 mg/l, tỉ lệ VS/TS dao động 79%-95%. Tỉ lệ COD/N của bùn bể tự hoại dao động 9-18/1, chất thải thực phẩm có tỉ lệ COD/N cao hơn, từ 85-179/1. Do vậy, xử lý kết hợp hai nguồn này để tạo môi trường thuận lợi cho quá trình xử lý kỵ khí là cách tiếp cận hợp lý. - Nghiên cứu cho thấy việc xử lý kết hợp chất thải thực phẩm và bùn bể tự hoại đảm bảo quá trình sinh khí biogas diễn ra ổn định, cho hiệu suất xử lý theo COD cao hơn nhiều so với chỉ xử lý riêng bùn bể tự hoại. Trong thí nghiệm theo mẻ, khi xử lý kết hợp hai nguồn chất thải nói trên ở chế độ lên men nóng, hiệu suất xử lý theo COD với tỉ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm khác nhau dao động 42,7%-86,2% so với xử lý riêng bùn bể tự hoại chỉ đạt 24,9%. Trong thí nghiệm liên tục ở chế độ lên men nóng với tỉ lệ phối trộn tối ưu bùn bể tự hoại:chất thải thực phẩm theo thể tích 9:1 (tương ứng tỉ lệ phối trộn theo COD 1:1) cho hiệu suất xử lý theo COD đạt 58%- 75%. - Chế độ lên men nóng cho lượng khí metan sinh ra cao hơn 0,57% - 11%, hiệu suất xử lý theo COD cao hơn 3% - 14%, rút ngắn thời gian phân hủy xuống 16% - 19% so với chế độ lên men ấm. 148 - Bùn sau xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở chế độ lên men nóng an toàn về mặt vi sinh, tiêu diệt hoàn toàn mầm bệnh, có thể sử dụng làm phân bón, chất cải tạo đất cho cây trồng. Kết quả nghiên cứu cũng đã khẳng định sự phù hợp của cách tiếp cận này, có thể xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ, thu hồi khí biogas ở chế độ lên men nóng. Kết luận 2: Nghiên cứu đã đánh giá được một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sinh metan như: tỉ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm và tải lượng hữu cơ của chất thải: - Tỉ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm ảnh hưởng đến quá trình sinh metan. Kết quả nghiên cứu trong thí nghiệm theo mẻ đã xác định được tỉ lệ hỗn hợp bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm tối ưu đối với thành phố Hà Nội là 9:1 theo thể tích, (tương ứng tỉ lệ 1:1 theo COD) cho hiệu suất sinh khí metan cao nhất, đạt 80% ở chế độ lên men nóng, cho lượng khí metan dao động 264-278 Nml CH4/gCOD. - Tải lượng hữu cơ ảnh hưởng đến lượng khí metan sinh ra. Trong thí nghiệm liên tục: Bể phản ứng kỵ khí hoạt động ổn định với tải lượng hữu cơ là 1,5kg COD/m 3 .ngày, với lượng khí metan trong hỗn hợp khí biogas đạt 57,8%, với hiệu suất xử lý theo COD đạt 75%. Kết luận 3: Nghiên cứu đã xác định được thông số động học đặc trưng của quá trình xử lý kỵ khí hai chất thải nói trên ở chế độ lên men nóng. Kết quả chạy phần mềm GPS-X cho phép xác định được hệ số phân hủy nội sinh kd của bùn bể tự hoại là 0,4 (1/ngày); kd của chất thải thực phẩm là 1,0 (1/ngày). Từ thông số động học kd của bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm cho phép thực hiện các phép tính toán công nghệ, thiết kế các công đoạn xử lý bùn cặn, cũng như hiệu chỉnh các chế độ vận hành của các trạm xử lý chất thải. 149 KIẾN NGHỊ Kết quả thu được từ mô hình thí nghiệm rất khả quan, cho thấy rằng việc xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác thải trong hệ thống lên men nóng là một hướng đi nhiều hứa hẹn để giải quyết các vấn đề về chất thải ở các đô thị hiện nay ở nước ta, đồng thời việc thu hồi năng lượng trong quá trình xử lý đem lại giá trị kinh tế lớn và có ý nghĩa phát triển bền vững cho tương lai. Để nghiên cứu có thể áp dụng vào thực tiễn, cần tiếp tục có các nghiên cứu chuyên sâu khác: 1) Cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý như các giải pháp tiền xử lý chất thải, phân loại chất thải tại nguồn,... 2) Cần tiếp tục nghiên cứu, lựa chọn thiết bị, công nghệ cũng như xác định các chỉ tiêu kinh tế, đánh giá hiệu quả kinh tế nhằm đánh giá tính khả thi của công nghệ xử lý chất thải này, trong cả hệ thống quản lý chất thải đô thị. Cần có nghiên cứu kiểm chứng về quy mô và điều kiện áp dụng công nghệ, nghiên cứu về nhu cầu và cân bằng năng lượng của hệ thống xử lý chất thải, so sánh nhu cầu năng lượng giữa 2 chế độ lên men ấm và nóng để làm rõ ưu, nhược điểm của chúng. 3) Một số hướng nghiên cứu, các chương trình cần tiếp tục triển khai là nghiên cứu mô hình xây dựng và khai thác hạ tầng kỹ thuật đô thị, mô hình phân loại rác tại nguồn, xây dựng các chính sách khuyến khích sử dụng công nghệ tiên tiến để xử lý chất thải đồng thời tạo năng lượng. 150 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Việt Anh, 2007. Bể tự hoại và bể tự hoại cải tiến. Nhà xuất bản Xây dựng. [2] Nguyễn Việt Anh (2011) Đánh giá mô hình kinh doanh trong quản lý phân bùn: hoạt động hút và vận chuyển phân bùn ở Việt Nam. [3] Nguyễn Việt Anh (2010) Báo cáo đề tài nghị định thư: “Giải pháp thu gom và xử lý chất thải tổng hợp theo mô hình bán tập trung cho các đô thị Việt Nam”. [3’] Nguyễn Việt Anh (2016). Quản lý phân bùn bể tự hoại – nhìn từ góc độ kiểm soát ô nhiễm và thu hồi tài nguyên. Tạp chí Cấp thoát nước, Số 6(110). [4] Lê Văn Cát, 2007. Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và phốtpho. NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ. [5] Trần Đức Hạ, Trần Thị Hiền Hoa, Nguyễn Quốc Hòa, Trần Công Khánh, Trần Thị Việt Nga, Lê Thị Hiền Thảo, 2011. Cơ sở hóa học và vi sinh vật học trong kỹ thuật môi trường. NXB Giáo dục Việt Nam. [6] Trần Đức Hạ, Nguyễn Văn Tín. Xử lý nước thải các nhà máy bia theo mô hình lọc ngược kỵ khí – eroten hoạt động gián đoạn. Hội thảo khoa học công nghệ đại học Xây dựng lần thứ 14. Trang 85-93. [7] Cao Thế Hà, Lê Văn Chiều, 2013. Chuyên đề: Nghiên cứu hoàn thiện, xây dựng tổ hợp các quá trình và thiết bị xử lý, phân tích lựa chọn các công nghệ thành phần. Thiết kế hệ thống XLNT công nghiệp đa năng quy mô pilot UNI-FI. [8] Cao Thế Hà, Nguyễn Việt Hà, Lê Văn Chiều, 2013. Rác sinh hoạt ở Việt Nam. Hội thảo về xanh hóa lĩnh vực chất thải rắn. Sheraton, Hà Nội, 13/11/2013. [9] Thái Mạnh Hùng, Tạ Mạnh Hiếu, Phạm Văn Ánh, Nguyễn Hữu Tuyên, Nguyễn Việt Anh , Đinh Thúy Hằng (2011) Động học c a quá trình tạo biogas và quần thể methanogen trong bể xử lý kỵ khí ở nhiệt độ cao xử lý kết hợp bùn thải và rác hữu cơ. 151 [10] Thái Mạnh Hùng, 2011. Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu tối ưu quá trình xử lý hỗn hợp bùn và rác hữu cơ bằng phương pháp lên men kỵ khí ở nhiệt độ cao để tận thu năng lượng. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. [11] Nguyễn Thu Huyền, 2010. Luận án NCS: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý phân bùn bể tự hoại cho các đô thị Việt Nam – nghiên cứu điển hình cho thành phố Hà Nội. [12] Nghiêm Vân Khanh, 2012. Luận án NCS: Nghiên cứu quá trình xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng công nghệ sinh học cấp khí tự nhiên trong điều kiện Việt Nam, Đại học Xây dựng. [13] Tôn Thất Lãng, 2006. Luận án NCS: “Nghiên cứu mô hình thực nghiệm xử lý kỵ khí tốc độ cao để xử lý nước thải phát sinh từ công nghiệp dệt nhuộm”. Viện Môi trường và Tài Nguyên – TP Hồ Chí Minh [14] Nguyễn Đình Mãi (2011). Luận văn cao học: “ Nghiên cứu ứng dụng mô hình DM1 và SM xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ dễ phân h y sinh học”, Đại học Bách Khoa Hà Nội. [15] Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hạ, Đỗ Hải, Ứng Quốc Dũng, Nguyễn Văn Tín, 2012. Cấp thoát nước. NXB Khoa học và Kỹ thuật.[13] Nguyễn Văn Phước (2009). Nghiên cứu xử lý bùn thải công nghiệp. Đề tài NCKH Sở KHCN TP Hồ Chí Minh. [16] Nguyễn Văn Phước (2009). Giáo trình quản lý và xử lý chất thải rắn. Nhà xuất bản Xây dựng. [17] Dan – Tâm, 2014. Khái niệm quản lý rác và nước thải tổng hợp cho các làng nghề ở Việt Nam. Hướng tiếp cận và kinh nghiệm c a dự án INH ND. Hội thảo : “Nghiên cứu về nước và phát triển bền vững trong hợp tác khoa học và công nghệ Việt Nam – CHLB Đức năm 2014”. Hà Nội, ngày 19/3/2014. [18] Nguyễn Thị Kim Thái (2005). Báo cáo đề tài: “Đánh giá công nghệ xử lý chất thải rắn đô thị ở Việt Nam”. [19] Nguyễn Thị Kim Thái (2005). Quản lý phân bùn bể tự hoại theo phương thức bền vững ở các đô thị Việt Nam. Báo cáo tại Hội nghị Khoa học Đại học Xây dựng, Hà Nội. 152 [20] Nguyễn Thị Kim Thái, Nguyễn Thu Huyền (2004). Xử lý phân bùn bể phốt ở các đô thị Việt Nam – Đề xuất mô hình công nghệ phù hợp. Tạp chí Cấp thoát nước số 20, 11/2004. [21] Phan Mộng Thu,2012. Nghiên cứu xử lý bùn sau hệ thống xử lý nước thải th y sản bằng biện pháp phân compost trong điều kiện kỵ khí và hiếu khí. Đề tài NCKH- Trường ĐH Đồng Tháp. [22] Nguyễn Thị Kim Thư, 2012. Luận án NCS: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải c a bể tự hoại và đề xuất các mô hình áp dụng phù hợp trong điều kiện Việt Nam. [23] Trần Minh Trí, 2006. Luận án NCS “Nghiên cứu xử lý nước rỉ bãi rác bằng công nghệ sinh học kỵ khí UASB ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot” , Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. [24] Tổng cục môi trường, 2011. Báo cáo môi trường quốc gia năm 2011- Chất thải rắn. Bộ Tài nguyên và Môi trường. [25] Urenco, 2011. Số liệu điều tra khảo sát c a URENCO 12 – tháng 4/2011 tiến hành tại Nội thành Hà Nội. [26] Trần Hữu Uyển, 1985. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: Nghiên cứu bể biogas. [27] Nguyễn Trung Việt, Trần Thị Mỹ Diệu, 2012. Giáo trình xử lý nước thải. [28] Xử lý nước thải theo cơ chế phát triển sạch. nuoc-thai-theo-co-che-phat-trien-sach ngày 18/2/2010. [29] Dự án Xây dựng hệ thống xử lý nước thải thủy sản thu hồi khí Biogas theo cơ chế phát triển sạch CDM tại nhà máy Thuận An 1. ngày 29/10/2013. [30 TCVN 5987:1995. Chất lượng nước – Xác định nitơ Ken-đan (Kjeldahl). [31] TCVN 6202:1996. Chất lượng nước – Xác định phốtpho. [32] TCVN 6491:1999. Chất lượng nước – Xác định nhu cầu oxy hóa học 153 Tiếng Anh [33] Amann RI. (1995). Molecular microbial ecology manual (eds. Akkermans et al.), The Netherlands, Kluwer Academic. [34] Angelidaki, I., Ellegaard, L., 2003. Co-digestion of manure and organic wastes in centralized biogas plants. Applied biochemistry and biotechnology. Vol.109 (1-3): 95-105. [35] Angelidaki, I., Ellegaard, L., Sorensen, A.H., Schmidt, J.E. (2002) Anaerobic processes. (In: Angelidaki I, editor. Environmental biotechnology). Institute of Environment and Resources. Technical University of Denmark (DTU). pp. 1-114. [36] Antije Schnapke, 2010. Biowaste – to – Energy in the city of tomorrow. International Workshop Hanoi, 25 th – 27th October 2010. [37] APHA-AWWA-WPCF. Standard Methods for the examination of water and wastewater. L. S. Clesceri and Greenberg. Washington, DC 20005, American Public Health Association. (1999). [38] Appels, L., J. Baeyens, 2008. Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge. Progress in Energy and Combustion Science 34(6), p.755-781. [39] Archer DB, Kirsop BH (1991) The microbiology and control of anaerobic digestion, p. 43 – 91. In: Anaerobic digestion: a waste treatment technology, A. Wheatly (ed) Elsevier Applied Science, London. [40] Baldasano, J.M and Soriano, C, 2000. Emission of greenhouse gases from anaerobic digetion processes: comparison with other municipal solid waste treatments. Water Science and Technology. Vol 42 (3): 275-282. [41] Bastone, D.J, Keller, J, Angelidaki, I, Kalyuzhnyu, S.V, Pavlostathis, S.G, Rozzi, A, Sanders, W.T.M, Siegrist, H & Vavilin, V.A. (2002) Anaerobic digestion model No.1 (ADM1), IWA Scientific and Technical report No.13, IWA, ISBN 1900222 78 7. [42] Bitton G (1999) Wastewater microbiology. John Wiley & Sons, New York 154 [43] Björnsson, L., Murto, M., Jantsch, T.G., Mattiasson, B. (2001) Evaluation of new methods for the monitoring of alkalinity, dissolved hydrogen and the microbial community in anaerobic digestion. Water Research, 35 (12), 2833-2840. [44] Bolzonella D, Battistoni P, Susini C, Cecchi F, 2006. Anaerobic codigestion of waste activated sludge and OFMSW: the experiences of Viareggio and Treviso plants (Italia). Water Science and Technology Vol 53 No8 pp 203- 211. IWA Publishing 2006. [45] Butt EP, Morse GK, Guy JA and Lester JN, 1998. Co-recycling of sludge and municipal solid waste: a cost-benefit analysis. Environmental techonolgy Vol 19, pp1163-1175. [46] Carballa, M., Omil, F., Alder, A. C. and Lema, J. M., 2005. Comparison between the conventional anaerobic digestion of sewage sludge and its combination with a chemical or thermal pre-treatment concerning the removal of pharmaceuticals and personal care products. 4th International Symposium on Anaerobic Digestion of Solid Waste, Copenhagen, Denmark. [47] Cecchi F, Pavan P, Alvarez, Bassetti A, Cozzolino C, (1991). Anaerobic digestion of Minicipal solis waste: Thermophilic vs. Mesophilic performance at high solids. Waste Management & Research 9, 305-315. [48] Cecchi, F& Traverso, P.G (1985). Biogas from the organic fraction of municipal solid waste. Preliminary study. La Chimica e l’Industrial, 67, 609-616. [49] Cecchi, F& Traverso, P.G (1986). Biogas from the organic fraction of municipal solid waste and primary sludge. Part II. La Chimica e l’Industrial, 22, 7-13. [50] Cecchi, F& Traverso, P.G, Perin, G& Vallini, G. (1988). Comparison of codigestion performance of two differently collected organic fractions of municipal solid waste with sewage sludge. Environmental Technology Letters, 9, 391-400. 155 [51] Cecchi, F. Marcomini, A., Pavan, P., Fazzini,G &Mata-Alvarez,J (1990). Mesophilic digestion of the organic fraction of refuse: performance and kinetic study. Waste management & research, 8, 33-44. [52] Chericharo, 2007. Anaerobic Reactors: Biological Wastewater treatment Volume 4. IWA Publishing. [53] Choi E, Rim JM (1991) Competition and inhibition of sulfate reducers and methane producers in anaerobic treatment. Water Sci. Technol. 23: 1259 – 1264. [54] Chongrak Polprasert. 1989. Organic Waste Recycling. John Wiley & Sons [55] Costello DJ, Greenfield PF, Leo PL, 1991. Dynamic modelling of single –stage high rate anaeorbic reator: Model derivation. Water Res. 25(7). 847-855. [56] Creating a Recycling – Based Community. http: //kururun.jp[50] Danish Energy Agency, 1995. Denmark’s Energy Future, December. [57] David Liu H.F, Liptak Bela G., 1999. Environmental Engineer’s Handbook. CRC Press LLC, ISBN 0-8493-2157-3. [58] De Baere. L., 2000. Anaerobic digestion of solid waste: state-of-the-art. Water science and technology. Vol 41 (3): 283-290. [59] Derbal K, 2009. Application of the IWA ADM1 model to simulate anaerobic co-digestion of organic waste with waste activated sludge in mesophilic condition. Bioresource Technology. [60] Delgenes, J.P, Penaud, V. And Moletta, R., 2003. Pretreatment for the enhancement of anaerobic digestion of solid wastes (In: Biomethanization of the organic fraction of municipal solid wastes). IWA publishing. [61] Demirel, B., S. Ergun, 2009. Performance and behaviour of the microbial community of an anaerobic biogas digester using sugar beet silage as mono-substrate. Biosystems Engineering 102(4): (2009). 444-452. [62] Dieter D, Angelika S, 2008. Biogas from Waster and renewable Resources. [63] Edelmann W, Engeli H, Gradenecker M, 2000. Co - digestion of organic waste and sludge from sewage treatment. Water Science and Technology Vol 41 No3 pp 213-221. IWA Publishing 2000. 156 [64] Fabien M, 2003. An introduction to Anaerobic Digestion of Organic Waste. Remade Scotland. [65] Fricke, K., Santen, H. And Wallmann, R., 2005. Comparison of selected aaerobic and anaerobic procedures for MSW treatment. Waste management. Vol. 25:799-810. [66] Galí, 2009. Modified version of ADM1 model for agro-waste application. Bioresource Technology. [67] Garcia H, J.L. (2003) Reactor sizing, process kinetics and modelling of anaerobic digestion of complex wastes. Ed. Mata-Alvarez, Biomethanaization of the organic fraction of municipal solid wastes, IWA, UK, pp. 21-58. [68] Gregor D Z, Natasa U Z, Milenko R, 2008. Full-scale anaerobic co-digestion of organic waste and municipal sludge. Biomass and Bioenergy 32 (2008) 162-167. [69] Hammer JM (1986) Water and wastewater technology. John Willey & Sons, New York. [70] Hansen, KH, Angelidaki, I., Ahring, B.K., 1998. Anaerobic digestion of swinc manure – inhibition by amonia. Water research. Vol 32(1), 5-12. [71] Hansruedi S, Dea Vogt, Jaime L, Garcia H, Willi G, 2002. Mathematical Model for Meso-and Thermophilic Anaerobic Sewage Sludge Digestion. Environmental Science Technology. 2002, 36, 1113-1123. [72] Hartmann, H. and Ahring, B.K., 2005. Anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste: influence of co-digestion with manure. Water research. Vol. 39: 1543-1552. [73] Hartmann, H. and Ahring, B.K., 2006. Strategic for the anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste: an overview. Water science and technology. Vol. 53 (8):7-22. [74] Hartmann, H. Angelidaki, I., and Ahring, B.K, 2003. Co-digestion of organic fraction of municipal solid waste with other waste types (In: 157 Biomethanization of the organic fraction of municipal solid wastes. Editor: Mata-Alvarez, J). IWA Publishing. [75] Haruki W, Tomokazu K, Shuichi O, Masaaki O (1997). Inactivation of pathogenic bacterial under mesophilic and thermophilic conditions. Water Sci. Technol. 36, pp 25-32. [76] Hecht, C. and C. Griehl, 2009. Investigation of the accumulation of aromatic compounds during biogas production from kitchen waste. Bioresource Technology 100(2): pp 654-658. [77] Hendriks, A and Zeeman, G, 2009. Pretratment to enhance digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology. 100(1): 10-18. [78] Henson JM, Smith PH, White DC (1989) Examination of thermophilic methane-poducing digesters by analysis of bacterial lipids. Appl Environ Microbiol 50: 1428 – 1433. [79] Hydromantis, Inc. (2006). GPS-X Version 5.0, Tutorial Guide. [80] James L Waish, Jr., P.E, Charles C. Ross., P.E, Michael S. Smith, Stephen R. Harper, W. Allen Wilkins (1988) Hand book on biogas utilization. [81] Jingquan L, 2006. Optimization of Annaerobic digestion of sewage sludge using thermophilic anaerobic pre-treatment. PhD Thesis. Technical University of Denmark. [82] Kalyan A, Ishwar K.P, Milind A.J, 2011. Advanced Thermodynamics Engineering. Taylor & Francis Group, 2011. [83] Kaparaju, P., Buendia, I., Ellegaard, L., and Angelidaki, I., 2007. Effect of mixing on methane production during thermophilic anaerobic digestion of manure: Lab-scale and pilot-scale studies. Bioresource technology. Vol 99:4919-4928. [84] Karim,K., Klasson,T., Hoffmann, R., Drescher,S.R., DePaolo, D.W. and Al- Dahhan, M.H., 2005. Anaerobic digestion of animal waste. Effect of mixing. Bioresource technology. Vol 96: 1607-1612. 158 [85] Kiely G, Tayful G, Doaln C, Tanji K, 1997. Physical and mathematical modelling of anaerobic digestion of organic waste. Water Res 31 (3), 534- 540. [86] Lettinga G, Field J, van Lier J, Zeeman G, Hulshoff LW (1997) Advanced anaerobic wastewater treatment in the near future. Water Sci. Technol. 35: 5 – 12. [87] Lissen G, Vandevivere,P., De Baere, l., Biey, E.M. and Verstraete, W., 2001. Solid waste digestor: process performance and practice for municipal solid waste digestion. Water science and technology. Vol 44(8): 91-102. [88] Mackie RI, Bryant MP (1981) Metabolic activity of fatty acid-oxydizing bacteria and the contribution of acetate, propionate, butyrate and CO2 to methanogenesis in cattle waste at 40 and 60 C. Appl. Environ. Microbiol. 41: 1363 – 1373. [89] Mata-Alvarez, Cecchi, F., Pavan, P.& Llabres, P. (1990). Performances of the digester treating the organic fraction of municipal solid waste differently sorted. Biological Waste, 33, 181-199. [90] Mata-Alvarez, J (2002). Fundamentals of the anaerobic digestion process (in: Biomethannization of the organic fraction of municipal solid wastes. IWA publishing company. [91] Mata-Alvarez, J., Macé, S., amd Llabres, P., 2000. Anaerobic digestion of organic solid waste: an overview of research achievements and perspective. Bioresource technology. Vol.74: 3-16. [92] Matthew R.C, 2012. Development and Application of an F/M Based Anaerobic Digestion Model and the RT-RiboSyn Molecular Biology Method. Graduate thesis. University of South Florida [93] McCarty, P.L, 1964. Anaerobic waste treatment fundamental, Part 1. Chemist. Micro. Pub. Works. [94] McInernay MJ, Bryant MP, Hespell RB, Costerton JW (1981) Syntrophomonas wolfei, gen. nov. sp. nov., an anaerobic syntrophic, fatty acid oxydizing bacterium. Appl. Environ. Microbiol. 41: 1029 – 1039. 159 [95] Meroney, R.N. and Colorado, P.E., 2009. CFD simulation of mechanical draft tube mixing in anaerobic digestion tanks. Water research. Vol. 43:1040- 1050. [96] Metcalf and Eddy, Inc. (1991) Wastewater engineering: treatment, disposal, reuse. 3 rd Ed. McGraw-Hill, New York. [97] Navita S, Sudip N, T.A. Kral, Pradeep K, 2015. Growth and survivability of methanogens at high presssure and high temperature: implications for subsurface life on mars. 46 th Lunar and Planetary Science Conference. [98] Nayono. Satoto Endar, 2009. Anaerobic digestion of organic solid waste for energy production. (PhD 2009). [99] Niclas K., A. Westphal, S. Schmidt, P. Scherer, 2010. Anaerobic Digestion of Renewable Biomass: Thermophilic Temperature Governs Methanogen Population Dynamics. Appl. Environ. Microbiol. March 2010 vol. 76 no. 6 1842-1850. [100] Palmowski, L.M and Muller, J.A., 2000. Influence of the size reduction of organic waste on their anaerobic digestion. Water science and technology. Vol. 41(3): 155-162. [101] Palmowski, LM and Muller, JA, 2000. Influence of the size reduction of organic waste on their anaerobic digestion. Water science and technology. Vol. 41 (3). 155-162. [102] Parawira, W., Murto, M., Read, J.S., Mattiasson, B. (2005) Profile of hydrolases and biogas production during two-stage mesophilic anaerobic digestion of solid potato waste. Process Biochemistry, 40 (9), 2945-2952. [103] Piotr S, Anna KS, Katarzyna K, Stanislaw L, 2008. Kinetic investigations of methane co-fermentation of sewage sludge and organic fraction of municipal solid wastes. Bioresource Technology 99 (2008) 5731-5737. [104] Polprasert C (1989) Organic waste recycling. John Wiley & Sons, Chichester, UK. 160 [105] Schink, B. (1997) Energetics of syntrophic cooperation in methanogenic degradation. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 61 (2), 262- 280. [106] Sharma, S.K, Mishra, I.M, Sharma, M.P, Saini, J.S, 1988. Effect of particle size on biogas generation from biomass residues. Biomass 17, 251-263. [107] Sosnowski, P., Wiecrozech, A., Ledakowicx, A., (2003). Anaerobic co- digestion of sewage sludge and organic fraction of municipal solid waste. Advances in environmental research, 609-616. [108] Speece RE (1983). Anaerobic biotechnology for industrial wastewater treatment. Environ. Sci. Technol. 17: 416 – 427. [109] Stephenson, R., Laliberte, S., Hoy, P., Drew, A., and Britch, D., 2007. Full scale and laboratory scale results from the trial of microslidge at the join water pollution control plant at LosAngeles country. WEF/AWWA Joint residuals and Biosolids Management Conference. Denver Co, April 15-17. [110] Sterritt RM, Lester JN (1988) Microbiology for environmental and public health engineers. E & FN Spon, London. [111] Stroot, P.G., McMahon, K.D., Mackie, R.I., and Raskin, L., 2001. Anaerobic codigestion of municipal solid waste and biosolids under various mixing condition: Digester performance. Water research. Vol. 24 (7): 1804-1816. [112] Stronach, S.H, Rudd,T., and Lester, J.N, 1986. Anaerobic digestion in waste water treatment, Berlin, Springer. [113] Tchobanoglous G, Theisen H, Vigil S 1993. Intergrated Solid Waste Management. McGraw-Hill Inc. [114] Vargine, P., Menin, G., Canziani, R., Ficara, E., Fabiyi, M., Novak, R., Sandon, A., Bianchi, A. and Bergna, G., 2007. Partial ozonation of activated sludge to reduce excess sludge production: Evaluation of effects on biomass activity in a full scale demonstration test. IWA Conference on Wastewater Biosolids Sustainability. Moncton, New Brunswick, Canada, June 24-27. [94] Vavilin, V.A., Rytov, S.V., Lokshina, L.Y. (1996) A 161 description of hydrolysis kinetics in anaerobic degradation of particulate organic matter. Bioresource Technology, 56 (2-3), 229-237. [115] Vavilin V.A, Rytov SC, Loksshina LY,1997. A balance between hydrolysis and methanogenesis during the anaerobic-digestion of organic matter. Microbio 66 (6), 712-717. [116] Vesilind, P.A (Ed) (1998). Waste water treatment plan design (4th ed). London, UK and Alexandria, VA, USA: IWA Publishing and the Water Environment Federation. [117] Veronica.M, Morten. P, Radziah. W, Ole. H, Henrik.B, 2012. Mesophilic versus thermophilic anaerobic digestion of cattle manure: methane productivity and microbial ecology. Microbial biotechnology. Volume 8, Issue 5, Article first published online: 4 MAR 2015 [118] Vindis P, Mursecb P, M.Janzekovic, Cus F, 2009. The impact of mesophilic and thermophilic anaerobic digestion on biogas production. Journal of Achievements in materials and Manafacturing Engineering Vol 36. October 2009. [119] Vuong T.H, Terashima. M, Yasui. H, 2015. A Dynamic Simulation of methane fermentation process receiving food wastes. Japan-Taiwan Inter- flow Workshop on Environmental Science and Technology, p.27, 2/Apr/2015, Kitakyushu, Japan.. [120] Yasui.H, Goel.R, Li.Y.Y, Noike.T.(2008). Modified ADM1 structure for modelling municipal primary sludge hydrolysis. Water research 42 (2008), 249-259. [121] Yasui.H, Komatsu.K, Goel.R, Li.Y.Y, Noike.T. (2008). Evaluation of state variable interface between the Activated Sludge Models and Anaerobic Digestion Model No1., IWA. [122] Yasui.H, Sugimoto.M, Komatsu.K, Goel.R, Li.Y.Y, Noike.T, 2006. An approach for substrate mapping between ASM and ADM1 for sludge digestion. Water Science & Technology. Vol 54, No.4, pp 83-92, IWA. 162 [123] Young-chae S, Sang-Jo K, Jung Hui W, 2004. Mesophilic and thermophilic temperature co-phase anaerobic digestion compared with single –stage mesophilic and thermophilic digestion of sewage sludge. Water Research, Vol 38, 1653-1662. [124] Young J.C, Irwin T.J, 1999. Treatability asessments: Batch versus continuous culture test. Industrial Wastewater, 7(1), pp 37-42. [125] Zaher, U., Li,R., Jeppsson, U., Steyer, JP and Chen, S., 2009. GISCOD: Generation intergrated solid waste co-digestion model. Water research. Vol. 43: 2717-2727. [126] Zinder SH, Cardwell SC, Anguish T, Lee M, Koch M (1984) Methanogenesis in a thermophilic (58C) anaerobic digestor: Methanothrix sp. as an important aceticlastic methanogen. Appl Environ Microbiol 47: 796 – 807. [127] Zupancic, G.D, Uranjeck-Zevart, N and Ros, M, 2008. Full-scale anaerobic co-digestion of organic waste and municipal sludge. Biomass and bioenergy. Vol. 32:163-167. 163 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Nguyễn Phương Thảo, Nguyễn Việt Anh, Hidenari Yasui, 2012. Ứng dụng phần mềm GPS-X mô phỏng quá trình xử lý bùn từ trạm xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí. Tạp chí Cấp thoát nước, số 4 (85). T6/2012. 2. Nguyễn Phương Thảo, Nguyễn Việt Anh, Hidenari Yasui, 2012. Đánh giá khả năng xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phương pháp xử lý kỵ khí ở hai chế độ lệ men ấm và lên men nóng. Tạp chí Môi trường Đô thị Việt Nam, số 4 (76)- T7/2012. 3. Nguyễn Việt Anh, Dương Thu Hằng, Thái Mạnh Hùng, Nguyễn Phương Thảo, Zeig C., Wagner M., Yasui H., 2012. Xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ ở chế độ lên men nóng (55oC). Tạp chí Khoa học và Công nghệ 50 (1C), 2012, trang 9-17. 4. Nguyễn Việt Anh, Dương Thu Hằng, Thái Mạnh Hùng, Nguyễn Phương Thảo, Zeig C., Wagner M., Yasui H., 2012. Kết quả nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng phương pháp xử lý kỵ khí ở chế độ lên men nóng. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 50 (2B), 2012, trang 61-71. 5. Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Phương Thảo, Đào Thị Minh Nguyệt, Vũ Thị Hoài Ân, Vũ Thị Minh Thanh, 2013. Tiết kiệm và tận thu năng lượng trong hệ thống cấp thoát nước. Tạp chí Cấp thoát nước, số 1+2 (88+89). T1+3/2013.3. 6. Nguyễn Việt Anh, Dương Thu Hằng, Vũ Thị Minh Thanh, Nguyễn Phương Thảo, 2014. Đánh giá khả năng xử lý kết hợp để nâng cao hiệu quả khai thác các công trình hạ tầng kỹ thuật và thu hồi tài nguyên từ chất thải đô thị. Tạp chí Cấp thoát nước, số 1+2 (93+94) 2014. 7. Nguyen Viet Anh, Duong Thu Hang, Thai Manh Hung, Nguyen Phuong Thao, Zeig C., Wagner M., Yasui H., 2012. Anaerobic co-digestion of organic waste and septic tank sludge at thermophilic condition. In the proceedings of International conference on sustainable concepts for industrial wastewater treatment and industrial zones management, October 10-11th, 2012- Hanoi, Vietnam. 164 8. Nguyễn Phương Thảo, Nguyễn Việt Anh, 2014. Xác định các thông số động học c a quá trình phân h y kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và rác hữu cơ với phần mềm GPS-X. Tạp chí Xây dựng. T6/2014. 9. Nguyễn Phương Thảo, Nguyễn Việt Anh, 2014. Xử lý phân bùn bể tự hoại bằng phương pháp phân h y kỵ khí, thu hồi Biogas. Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng. Số 20, T9/2014. 165 PHỤ LỤC

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfnghien_cuu_qua_trinh_xu_ly_ket_hop_bun_be_tu_hoai_va_rac_huu_co_bang_ph_ong_phap_sinh_hoc_ky_khi_o_c.pdf