Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày

sẽ được đưa qua sàng rung để phân loại tiếp. Mùn hữu cơ đưa qua máy băm, cắt bỏ rác hữu cơ, còn kim loại được tập trung tại nơi tập kết và đưa đi tái chế. h. Băm, cắt nhỏ hỗn hợp hữu cơ * Mục đích: nhằm cắt nhỏ rác thải, tạo kích thước đồng nhất, thuận lợi cho quá trình phối trộn sau này (đảm bảo men vi sinh được rải đều trong hỗn hợp), tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian ủ. Đồng thời làm tăng hệ số chứa đầy trong bể ủ, nhờ đó giảm được diện tích nhà ủ. * Tiến hành: hỗn hợp rác sau khi được tách kim loại sẽ được đưa vào máy băm cắt nhỏ PKC. Ở đây, nhờ tác dụng các dao cắt gắn liền trên đĩa mà rác bị cắt ra thành những thành phần nhỏ có kích thước mong muốn . Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 22 i. Phân loại sức gió lần 2 * Mục đích: loại bỏ những màng mòng có kích thước nhỏ và những chất không có khả năng lên men khác có trọng lượng bé còn sót lại, nhằm làm sạch hơn hỗn hợp rác hữu cơ trước khi ủ. * Tiến hành: rác hữu cơ sau khi qua máy cắt được đưa vào máy phân loại bằng sức gió, dưới áp lực của quạt đẩy, những chất có khối lượng nhỏ: nilong, màng mỏng nhựa dẻo, sẽ được đẩy ra khỏi hỗn hợp. Còn nguyên liệu tiếp tục theo băng tải vào nhà phối trộn. k. Nhân giống * Mục đích: đáp ứng đủ số lượng giống phối trộn với lượng nguyên liệu đã xử lý để tiến hành quá trình ủ. * Tiến hành: VSV được nuôi cấy trên môi trường thích hợp như môi trường tinh bột, môi trường CMC hoặc môi trường getalin và chọn ra những chủng phát triển mạnh, có khả năng phân hủy nhanh chóng và triệt để rác thải tạo ra sản phẩm. Ở đây ta nuôi cấy trên môi trường CMC 20% vì chủ yếu VSV nuôi cấy để phân hủy xenlulose. Thành phần CMC (trong 1 lít môi trường): + NaCl : 1 gam + Cao men: 0,1 gam + Cao thịt : 0,1 gam + Pepton : 0,1 gam Tiến hành nhân giống theo 2 cấp: I, II l. Phối trộn với men vi sinh * Mục đích: để bổ sung hỗn hợp VSV phân giải (men vi sinh) nhằm tăng cường các quá trình sinh học xảy ra trong khối ủ, nhờ đó rút ngắn được thời gian ủ rất nhiều so với quá trình ủ chỉ sử dụng hệ sinh vật tự nhiên. * Tiến hành: rác sau khi đã phân loại và tách hoàn toàn các tạp chất sẽ đưa vào phối trộn. Phun men vi sinh phân hủy vào dòng chảy rác để phối trộn cho đều. Tỉ lệ men vi sinh sử dụng 1,5% so với lượng rác thải. m. Ủ Ở đây ta sử dụng phương pháp ủ hiếu khí, là quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ và ổn định cơ chất dưới điều kiện nhiệt độ cao do các VSV ưa nhiệt gây ra trong điều kiện có oxi không khí để tạo thành mùn hữu cơ có thể sử Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 23 dụng để sản xuất phân bón cho cây trồng. Quá trình ủ được thực hiện qua 2 thời kì: ủ sơ bộ và ủ chín. * Mục đích: - Làm ổn định rác thải: các quá trình sinh học xảy ra khi ủ rác thải hữu cơ nhờ hoạt động sống của hệ sinh vật sẽ chuyển hóa chất thải thành chất hữu cơ ổn định. - Tiêu diệt các VSV gây bệnh: do nhiệt độ cao nên trong quá trình ủ, có thể lên đến 75℃, trung bình khoảng 55 - 60℃, các VSV gây bệnh sẽ bị tiêu diệt sau 4 – 5 ngày ủ. - Làm cho chất hữu cơ trở thành phân bón có giá trị cao: phần lớn các chất dinh dưỡng đa lượng N, P, K có trong chất thải hữu cơ tồn tại dạng hợp chất hữu cơ, cây trồng không có khả năng sử dụng để sinh trưởng, phát triển được. Sau khi ủ, các chất này được chuyển sang dạng vô cơ như NO3-, PO4- rất thuận lợi cho cây hấp thụ. Mặt khác, sau khi ủ một phần các chất dinh dưỡng trên còn nằm trong các hỗn hợp chất hữu cơ khó tan trong nước nên hạn chế được hiện tượng trôi rửa, hiệu quả sử dụng kéo dài trong nhiều năm. - Giảm độ ẩm cho khối ủ: khi ủ nước sẽ tách khỏi chất rắn nhờ nhiệt độ tăng lên của khối ủ làm độ ẩm giảm từ 60% xuống còn 45% tăng hiệu quả kinh tế và xử lý rất cao. * Các quá trình sinh hóa xảy ra trong khi ủ Quá trình ủ là một quá trình sinh học, ở đó các chất hữu cơ được chuyển hóa tạo thành mùn ổn định. Quá trình này được thực hiện bởi một hỗn hợp các VSV có trong rác thải. Chúng bao gồm vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn Sự ổn định chất thải phần lớn được kết thúc bằng hoạt động của vi khuẩn. Các vi khuẩn ưa ấm xuất hiện đầu tiên. Sau đó nhiệt độ được tăng lên, các vi khuẩn ưa nóng phát triển mạnh cùng các loài nấm mốc ưa nóng. Các nấm mốc ưa nóng thường phát triển sau 5 – 10 ngày ủ. Nếu nhiệt độ tăng lên quá cao (65 - 70℃) phần lớn các nấm mốc, xạ khuẩn, vi khuẩn sẽ bị chết, lúc đó chỉ còn tồn tại các bảo tử của vi khuẩn. Cuối giai đoạn ủ, các loài xạ khuẩn sẽ tạo thành từng đám màu trắng hoặc màu xám trắng trên bề mặt khối ủ. Các loài vi khuẩn ưa nóng thuộc Bacillus sp đóng vai trò quan trọng trong sự chuyển hóa protein và các chất hydratcacbon. Quá trình ủ chất thải với sự phát triển của các VSV qua các giai đoạn sau: - Giai đoạn đầu: là giai đoạn các loài VSV bắt đầu làm quen với điều kiện môi trường mới. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 24 - Giai đoạn phát triển các vi khuẩn ưa ấm. Giai đoạn này các vi khuẩn đã phát triển rất mạnh. - Giai đoạn phát triển các VSV ưa nóng. Ở giai đoạn này các vi khuẩn phát triển rất mạnh. Chất hữu cơ + O2 + VSV CO2 + NH3 + các sản phẩm khác + năng lượng Quá trình trên tạo ra những tế bào VSV mới và kết quả là sinh khối VSV ngày càng tăng lên bắt đầu quá trình lên men lần 2 rất chậm và xảy quá trình mùn hóa chất thải. Trong giai đoạn này xảy ra các phản ứng sau: Nitrosomonas NH4 + + 3/2 O2 O2 - + H+ + H2 Nitrobacte NO2 - + ½ O2 NO3 - [𝟐, 𝐭𝐫𝐚𝐧𝐠 𝟐𝟔𝟗] * Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ Hiệu quả của quá trình ủ phụ thuộc phần lớn vào 2 yếu tố: - Nhóm VSV phát triển trong khối ủ - Khả năng làm ổn định chất hữu cơ Các yếu tố này lại phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Tỉ lệ C/N: ảnh hưởng đến việc tạo thành sinh khối VSV, vì trong chất thải hữu cơ có khoảng 20 – 40% lượng cacbon được chuyển hóa để tạo ra tế bào VSV mới, số còn lại chuyển thành CO2. Trong sinh khối VSV có 50% là cacbon, 5% là nito so với chất khô. - Độ ẩm: độ ẩm đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình ủ chất thải hữu cơ. Nếu độ ẩm xuống dưới 20% thì các loài VSV không có khả năng phát triển, còn nếu độ ẩm quá cao sẽ xảy ra các quá trình sau: + Thẩm thấu qua đất và cuốn theo các chất dinh dưỡng + Làm nhiệt độ khối ủ không tăng lên được + Phát triển mạnh các loài VSV gây bệnh Vì vậy, độ ẩm thích hợp cho quá trình ủ khoảng 50 – 70% (thích hợp nhất là khoảng 60%) Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 25 - Oxy: quá trình ủ hiếu khí cần phải cung cấp oxy để cho VSV phát triển và ổn định chất hữu cơ. Quá trình này có thể được thực hiện bằng 2 cách: + Đảo trộn có định kì + Cung cấp khí bằng máy nén khí Lượng oxy cung cấp cũng phải trong một giới hạn nhất định bởi nếu lượng oxy quá nhiều sẽ gây biến đổi về nhiệt và làm khô khối ủ, còn nếu ít quá thì sẽ xảy ra quá trình ủ kị khí và làm thối rữa trong khối ủ. - Nhiệt độ và pH: nhiệt được tạo ra do quá trình chuyển hóa sinh học của khối ủ đóng vai trò quan trọng: + Tạo điều kiện tối ưu cho quá trình phân giải + Tạo ra những chất an toàn cho VSV sử dụng. Khi nhiệt độ tăng 60 – 65℃ sẽ làm giảm các quá trình oxy hóa sinh học. Nhiệt độ thuận lợi nhất cho phản ứng sinh học trong khối rác ủ là 55℃. Mặt khác, tất cả các VSV gây bệnh đều bị tiêu diệt ở nhiệt trên 50℃. Như vậy, nhiệt độ trong khoảng 50 - 55℃ còn có tác dụng tiêu diệt các VSV gây bệnh. Nhiệt độ được điều chỉnh bằng 2 yếu tố: + Cường độ thổi khí + Độ ẩm khối ủ pH tối ưu cho quá trình ủ nằm trong khoảng trung tính. Khi axit hữu cơ bay hơi được tạo ra thì pH trong khối ủ sẽ giảm. Sau một thời gian nhất định pH lại trở về vùng trung tính. * Tiến hành: quá trình ủ chất thải được thực hiện qua 2 giai đoạn: - Ủ sơ bộ: + Mục đích: tạo điều kiện cho quá trình tăng sinh khối của VSV phân giải tự nhiên và VSV bổ sung. Ở giai đoạn đầu, nhiệt độ của khối ủ sẽ tăng rất nhanh có thể đạt 60 - 70℃, những sinh vật gây bệnh cũng bị tiêu diệt ở quá trình ủ sơ bộ này và thay vào đó là sự phát triển rất nhanh của xạ khuẩn, nấm sợi, vi khuẩn ưa nhiệt, đặc biệt là xạ khuẩn. [𝟐] + Tiến hành: sau khi phối trộn mùn rác hữu cơ được chuyển vào nhà ủ sơ bộ, không khí được cấp cho khối ủ bằng máy nén khí thông qua hệ thống dẫn đặt bên dưới nền bể ủ. Qúa trình ủ sơ bộ kết thúc sau 9 ngày ủ, độ ẩm sản phẩm từ 60% xuống còn khoảng 55%. - Ủ chín: Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 26 + Mục đích: Đây là quá trình mùn hóa mạnh, sản sinh nhiều hợp chất vô cơ hòa tan và ổn định phân mùn, vì vậy khi chuyển sang ủ chín không những có tác dụng đảo trộn và làm tơi mùn mà còn làm giảm nhiệt độ khối ủ. Tạo điều kiện cho xạ khuẩn và những vi khuẩn có bào tử phát triển mạnh, những loại VSV làm tăng nhanh quá trình mùn hóa. + Tiến hành: kết thúc quá trình ủ sợ bộ, mùn hữu cơ được chuyển qua các bể ủ chín, oxi cũng được cung cấp liên tục bởi máy nén khí và hệ thống ống dẫn như ủ sơ bộ. Quá trình ủ chín kết thúc sau 27 ngày ủ, phân hữu cơ (độ ẩm 45%) được chuyển đến bãi tập kết, trước khi vào công đoạn tiếp theo. m. Đánh tơi mùn * Mục đích: sau khi ủ, phân mùn hữu cơ bị vón cục, đóng bánh rất nhiều do không được đảo trộn liên tục bằng cơ khí. Do đó cần phải đưa qua máy đánh tơi, giảm độ ẩm từ 45% xuống khoảng 40%, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sàng, sấy sau này đạt hiệu quả hơn. * Tiến hành: mùn sau khi ủ qua băng tải vào máy đánh tơi. Tại đây mùn sẽ được đánh tơi nhờ các cánh quay quanh trục trong máy đánh tơi. n. Sàng tách tuyển mùn khô * Mục đích: loại bỏ những thành phần chưa phân hủy được sau khi ủ, giảm dần 40% xuống 38%, rút ngắn thời gian và nhiệt độ sấy sau này. * Tiến hành: mùn sau khi được làm tơi theo băng tải đi vào sàng thùng quay có kích thước lỗ sàng là 10 mm, mùn thô sẽ lọt lỗ sàng và tiếp tục được băng tải vận chuyển đến công đoạn xử lý tiếp theo, còn các bã xenlulose tạp chất nằm trên sàng được đưa đi làm nhiên liệu đốt. o. Tạo hạt * Mục đích: tạo phân vi sinh ở dạng hạt với kích thước đồng đều thuận tiện cho quá trình sử dụng của người dân sau này. * Tiến hành: hỗn hợp sau khi phối trộn được băng tải vào thiết bị tạo hạt. Tại đây phân được tạo thành dạng hạt và đem đi sấy. p. Sấy * Mục đích: làm giảm độ ẩm của phân hữu cơ đến một độ ẩm nhất định để thuận tiện cho các công đoạn tiếp theo và đảm bảo chất lượng bảo quản sau này. * Các tiến hành: phân hữu cơ được đưa vào thiết bị sấy nhờ băng tải. Tại đây, lượng ẩm đước tách ra và sản phẩm sau khi sấy đạt độ ẩm khoảng 28% sẽ được băng tải chuyển qua công đoạn tiếp theo. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 27 q. Đóng bao Hỗn hợp sau đảo trộn sẽ được đưa vào máy đóng bao, sản phẩm sẽ được đóng thành bao có khối lượng 50 kg nhờ cân và thiết bị đóng bao tự động. Vật liệu bao bì đóng gói phải đảm bảo giữ ẩm, thoáng khí. Phân sau khi sản xuất ra có thể đem phân phối nhà tiêu dung hoặc bảo quản nếu chưa bán được. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 28 Chương 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG DÂY CHUYỀN Quy trình sản xuất phân vi sinh bao gồm nhiều công đoạn: công đoạn phân loại, công đoạn phối trộn, công đoạn ủ hiếu khí, công đoạn ủ chín, công đoạn tinh chế và đóng gói sản phẩm. Ứng với mỗi công đoạn thì lượng rác ra là khác nhau. Dựa vào tình hình thực tế thì ta thấy để sản xuất ra 1 tấn sản phẩm thì cần khoảng 5 tấn rác sinh hoạt, với hàm lượng chất hữu cơ trong rác chiếm khoảng 50%. Với lượng rác thải vào nhà máy là 70 tấn/ngày thì đưa ra năng suất phân vi sinh là 14 tấn/ngày, trong đó lượng rác thải hữu cơ chiếm khoảng 35 tấn. Bảng 3.1. Thành phần rác thải sinh hoạt theo % khối lượng TT Thành phần % Khối lượng Giá trị tiêu biểu (%) % Theo độ ẩm % Rác bị loại bỏ khi phân loại 1 Các chất hữu cơ dễ phân hủy 40 - 60 60 70 10 2 Các loại bao bì polyme 25- 35 22 2 90 3 Các chất dễ cháy như giấy, gỗ, lá cây 10 - 14 13 20 70 4 Kim loại 1 - 2 1,5 3 95 5 Các chất khác 3 - 4 3,5 8 50 3.1. Các công đoạn tính toán trong sản xuất phân vi sinh 3.1.1. Công đoạn phân loại GV1 GR GVSV GL Phương trình cân bằng vật chất ở công đoạn phân loại: Phân loại Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 29 GV1 + GVSV = GR1 + GL Trong đó: GV1: khối lượng rác thải đưa vào công đoạn phân loại (tấn/ngày) GV1: 70 (tấn/ngày) G: khối lượng dung dịch khử mùi EMtc[7] GVSV = 70 (lít), EMtc = 0,07 (tấn/ngày) (Cứ 1 tấn rác cần phun 1 lít dung dịch khử mùi EMtc[7] GL: là khối lượng rác thải loại ra ở công đoạn phân loại (tấn/ngày) G: Khối lượng rác thải ra sau khi đã phân loại (tấn/ngày) * Tính GL Từ bảng 3.1 suy ra lượng rác trước và sau khi phân loại ở bảng sau: 3.2. Khối lượng rác trước và sau khi phân loại TT Thành phần Khối lượng rác thải trước khi phân loại (tấn/ngày) Khối lượng rác bị loại (tấn/ngày) Khối lượng rác thải sau khi phân loại (tấn/ngày) 1 Các chất hữu cơ dễ phân hủy 42 0,42 41,6 2 Các loại bao bì polime 15,4 13,9 1,5 3 Các chất dễ gây cháy như giấy, gỗ, lá cây 9,1 6,37 2,73 4 Kim loại 1,05 1 0,05 5 Các chất khác 2,45 1,225 1,225 Tổng 70 22,8 47,2 Theo bảng 3.2 thì GL = 22,9 (tấn/ngày) Suy ra: GR1= GV1 + GVSV – GL = 70 + 0,07 – 22,9 = 47,2 (tấn/ngày) 3.1.2. Công đoạn phối trộn GV2 GN GR2 GPG Phối trộn Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 30 Phương trình cân bằng vật chất ở công đoạn phối trộn: GV2 + GN + GPG = GR2 Trong đó: GV2: Khối lượng rác thải vào công đoạn phối trộn (tấn/ngày). GV2 = GR1 = 47,2 (tấn/ngày) GN: Lượng nước cần bổ sung vào công đoạn phối trộn (tấn/ngày). GPG: Khối lượng các chất phụ gia cần bổ sung, thông thường bao gồm phân xí máy và vi sinh vật (tấn/ngày). GPG = GPXM + GVSV GPXM: Khối lượng phân xí máy (tấn/ngày) GR2: Lượng rác ra khỏi công đoạn khuấy trộn (tấn/ngày) * Tính GPG Theo số liệu thực tế từ nhà máy chế biến phế thải Cầu Diễn – Hà Nội, thông thường dùng khoảng 0,15 m3 phân xí máy cho một tấn rác thải đưa vào phối trộn. Khối lượng riêng phân xí máy ρ = 1330 kg/m3.[𝟖] Vậy lượng phân xí máy cần thiết để phối trộn cùng 37,845 tấn rác là: GPXM = 0,15 × 1,33 × 47,2 = 9,42 (tấn/ngày) Trên thực tế, để xử lý 210 tấn rác nhà máy Cầu Diễn sử dụng 30 kg (30 lít) chế phẩm EMtc. Vậy với khối lượng rác là GV2 = 47,2 tấn thì lượng chế phẩm sử dụng tương ứng sẽ là: GVSV = 47,2 × 30 ÷ 210 = 6,74 (kg/ngày) = 0,00674 (tấn/ngày) Vậy tổng khối lượng phụ gia phối trộn vào rác sẽ là: GPG = GPXM + GVSV = 9,42 + 0,00674 = 9,43 (tấn/ngày) * Tính GN Độ ẩm của rác thải hữu cơ nằm trong khoảng 40% - 60%. Chọn độ ẩm tối ưu là 60% + Độ ẩm của rác thải hữu cơ trước khi đưa vào phối trộn φt= m1−m2 m1 Với: φt: Độ ẩm của rác thải hữu cơ (%) Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 31 m1: Khối lượng tác thải đưa vào phối trộn m1 = GV2 = 47,2 (tấn/ngày) m2: Khối lượng rác thải khô được đưa vào phối trộn (tấn/ngày) m2 = 17,31 (tấn/ngày) Vậy: φt = 47,2−17,3 47,2 . 100 = 63,35% + Độ ẩm của rác thải sau khi phối trộn: φs = Grac.φrac+GPXM.φPXM+GVSV.100% Grac+GPXM+GVSV Trong đó: φPXM: Độ ẩm phân xí máy thông thường. φPXM = 80% φs = 47,2.0,63+9,42.0,8+0,00674 47,2+9,42+0,00674 x 100 = 66,12% Vì φs = 66,12% xấp xỉ bằng % độ ẩm của rác thải hữu cơ nên không cần bổ sung thêm nước. Như vậy lượng rác thải hữu cơ ra khỏi công đoạn phối trộn: GR2 = GV2 + GPG = 47,2 + 9,43 = 56,63(tấn/ngày) 3. Công đoạn ủ hiếu khí GV3 GKKV GR3 GN GKKR GBH Phương trình cân bằng vật chất cho quá trình ủ hiếu khí: GV3 + GKKV + GN = GR3 + GKKR + GBH Trong đó: GV3: khối lượng rác thải đi vào bể ủ (tấn/ngày) GV3 = GR2 = 56,63 (tấn/ngày) GKKV: lượng không khí đi vào bể ủ (tấn/ngày) GN: lượng nước cần bổ sung vào bể ủ (tấn/ngày) GR3: lượng rác thải đi khỏi bể (tấn/ngày) GKKR: lượng không khí đi ra khỏi bể (tấn/ngày) Ủ hiếu khí Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 32 Để xác định các giá trị ở trên, trước tiên cần xác định được công thức hóa học của rác thải hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. * Xác định công thức hóa học của rác hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học Công thức hóa học của rác hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học được xác định qua thành phần hóa học của các hợp phần theo khối lượng khô. Khối lượng khô của chất thải sau khi đã phân loại tính được ở bảng sau: Bảng 3.3. Khối lượng khô của rác thải sau khi phân loại TT Thành phần Khối lượng rác thải sau khi phân loại (tấn/ngày) Khối lượng ẩm (tấn/ngày) Khối lượng rác khô (tấn/ngày) 1 Các chất hữu cơ dễ phân hủy 41,6 29,12 12,48 2 Các loại bao bì polyme 1,5 0,03 1,47 3 Các chất dễ cháy như giấy, gỗ, lá cây 2,73 0,546 2,184 4 Kim loại 0,05 0,0015 0,0485 5 Các chất khác 1,225 0,098 1,127 6 Tổng 47,2 29,9 17,3 Thành phần rác thải chủ yếu có khả năng phân hủy sinh học gồm: chất thải thực phẩm, giấy, lá cây, gỗ, cỏ, giẻ vụn. Thành phần hóa học của các hợp chất này được thể hiện trong bảng sau: Bảng 3.4. Thành phần hóa học của các hợp phần cháy được của một số CTR[7] Thành phần % Khối lượng nguyên tố (kg) C H O N S Tro Chất thực phẩm 48 6,4 37,6 2,6 0,4 5,0 Giấy 43,5 6,0 44 0,3 0,2 6,0 Gỗ, lá cây 49,5 6,0 42,7 0,2 0,1 1,5 Vậy khối lượng khô và khối lượng nguyên tố của từng thành phần được thể hiện qua bảng: Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 33 Bảng 3.5. Khối lượng khô và khối lượng nguyên tố hóa học có trong rác thải Thành phần Khối lượng (tấn) Khối lượng nguyên tố (kg) C H O N S Tro Chất thải thực phẩm 12,5 6000 800 4700 325 50 625 Từ bảng 3.4 ta tính được số mol các nguyên tố C, H, O, N, S như sau: Bảng 3.5. Bảng số mol các nguyên tố C, H, O, N, S Thành phần Khối lượng phân tử (kg/mol) Số mol Tỷ lệ mol (S = 1) C 12 500 313 H 1 800 500 O 16 294 184 N 14 23 14 S 32 1,6 1 Vậy công thức hóa học gần đúng của rác thải trong trường hợp có S khi vào bể ủ là: C313H500O184N14S * Tính lượng không khí cần cung cấp Phương trình phản ứng phân hủy chất hữu cơ tổng quát như sau: CxHyOzNtSu + 4𝑥+𝑦−2𝑧+5𝑡+6𝑢 4 O2 O2 xCO2 + 𝑦−𝑡−2𝑢 2 H2O + tNO3 - + uSO4 2- + (t + 2u)H+ + Q (*) Thay x = 313; y =500; z = 184; t = 14; u = 1 vào phương trình (*) ta được: C313H500O184N14S + 365O2 313CO2 + 242H2O + 14NO3 - + SO4 2- + 16H+ + Q (**) Từ phương trình (**) ta có: Cứ 7428 kg C313H500O184N14S cần 11680 kg O2 đồng thời sinh ra 13772 kg CO2 và 4356 kg H2O. Lượng rác đưa vào ủ là 45,4 tấn với độ ẩm là 65%, ta tính được khối lượng khô của rác là: G = 56,63 x (1-0,65) = 19,8 (tấn/ngày). Trong quá trình ủ hiếu khí sẽ phân hủy được khoảng 40% lượng chất hữu cơ có trong rác thải, 20% lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học còn lại sẽ được phân hủy trong quá trình ủ chín[𝟕]. Do đó, lượng rác hữu cơ phân hủy trong giai đoạn ủ hiếu khí là: G = 19,8 x 0,4 = 7,92 (tấn/ngày). Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 34 Vậy: Lượng O2 cần thiết để phân hủy hoàn toàn 6,4 tấn rác là: GO2 = 7,92 x 11680 7428 = 12,45 (tấn/ngày) Lượng CO2 được tạo ra khi phân hủy 6,4 tấn rác là: GCO2 = 7,92 x 13772 7428 = 14,7 (tấn/ngày) Lượng H2O tạo ra khi phân hủy 6,4 tấn rác là: GH2O = 7,92 x 4356 7428 = 4,64 (tấn/ngày) Khối lượng riêng của O2 ở 25℃, 1at ρ = ρo. To.P T.Po kg/m3 [𝟏𝟎] Trong đó: ρo: khối lượng riêng của O2 ở điều kiện tiêu chuẩn (O℃, 1at) ρo = 1,429 kg/m 3[𝟖] T, To: nhiệt độ thường và nhiệt độ tuyệt đối của khí, °K P, Po: áp suất khí ở điều kiện thường và điều kiện tiêu chuẩn, at ρ = 1,429. 273 .1 (273+25).1 = 1,31 kg/m3 Vậy thể tích O2 cần cung cấp cho bể ủ là: VO2 = 12,45 x 1000 1,31 = 9503,82 m3/ngày Vì O2 chiếm 21% thể tích không khí nên thể tích không khí cần cung cấp cho bể ủ là : Vkk = 9503,82 x 100 21 = 45256,3 m3/ngày Khối lượng riêng của không khí ở 25℃ là ρkk = 1,185 kg/m 3[𝟏𝟎] Do đó lượng không khí cần cung cấp cho bể ủ là: Gkk = Vkk. ρkk = 45256,3 x 1,185 = 53,63 (tấn/ngày) Trên thực tế để đảm bảo đủ lượng không khí cung cấp cho vi sinh vật phân hủy và tản nhiệt trong đống ủ vi sinh thì thường cấp dư không khí từ 1,5 – 2 lần[𝟏𝟎]. Chọn hệ số cấp dư không khí là 1,5 lần. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 35 Như vậy lượng không khí cần cấp vào cho bể ủ trong suốt quá trình ủ hiếu khí là: GKKV = 53,63 x 1,5 = 80,445 (tấn/ngày) * Tính lượng nước cần cung cấp vào Phương trình cân bằng nhiệt: QV3 + QN + QKKV + QPU = QR3 + QKKR + QMM + QBH QV3 QR3 QN QKKR QKKV QMM Trong đó: QV3: lượng nhiệt do chất thải mang vào (kcal/ngày) QN: lượng nhiệt do nước mang vào (kcal/ngày) QKKV: lượng nhiệt do không khí mang vào (kcal/ngày) QPU: lượng nhiệt do phản ứng sinh ra (kcal/ngày) QR3: lượng nhiệt do chất thải mang ra (kcal/ngày) QKKR: lượng nhiệt do không khí mang ra (kcal/ngày) QMM: lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh (kcal/ngày) QBH: lượng nhiệt do hơi nước mang ra (kcal/ngày) * Lượng nhiệt do rác thải mang vào QV3 = CCT.GV3.TV3 (kcal/ngày) [𝟏𝟎] Trong đó: CCT: Nhiệt dung riêng của chất thải (kcal/kg.độ) Xem xenluloza và nước là thành phần chính của rác thải sinh hoạt thì nhiệt dung riêng của rác thải được tính như sau: CCT = CXXX + CNXN [𝟏𝟎] Trong đó: CX, CN: nhiệt dung riêng của xenluloza và nước ở 25℃, 760mmHg (kcal/kg.độ). CX = 1,55 x 10 3 (J/kg.độ) = 0,372 (kcal/kg.độ). QPU Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 36 CN = 0,99892 (kcal/kg.độ). XX, XN: phần tram khối lượng của xenluloza và nước Lượng rác đưa vào bể ủ với độ ẩm đạt 65%, như vậy rác chiếm 35%, nước chiếm 65% tổng khối lượng rác. XX = 35% XN = 65% Do đó: CCT = 0,372 x 0,35 + 0,99892 x 0,65 = 0,78 (kcal/kg.độ) GV3: khối lượng chất thải vào bể (kg/ngày) GV3 = (tấn/ngày) = 56630 (kg/ngày) TV3: nhiệt độ của rác thải mang vào bể (℃) TV3 = 25℃ Vậy QV3 = 56630 x 0,78 x 25 = 1,1 x 106 (kcal/ngày). * Lượng nhiệt do không khí mang vào: QKKV = GKKV.I1 Trong đó: GKKV: khối lượng không khí vào bể ủ (kg/ngày) GKKV = 80,445 (tấn/ngày) = 80445 (kg/ngày) I1: nhiệt lượng riêng của không khí ẩm vào bể (là nhiệt lượng riêng của không khí khô và hơi nước trong hỗn hợp (kJ/kgKKK) I1 = tv + (2493 + 1,97.tv).x[𝟏𝟏] Với x: là hàm ẩm của không khí (kg/kgKKK) Tv: nhiệt độ không khí vào (℃), tv = 25℃ ở nhiệt độ vt =25 0C thì bhP = 0,0323 at [12], và %86 [11] 0178,0 0323,0.86,01 0323,0.86,0 622,0 .1 . 622,0      bh bh P P x   (kg/kgKKK) [11]  I1= 70,25 kJ/kgKKK = 16,86 (kcal/kg KKK) Vậy QKKV = 80445 x 16,86 = 1,4 x 106 kcal Lượng nhiệt sinh ra do phản ứng trong bể ủ: Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 37 QPU = ∑ GI.QI (kcal/ngày) Trong đó: GI : Khối lượng chất thải rắn bị phân huỷ hoàn toàn (kg/ngày) QI : Nhiệt lượng toả ra khi phân huỷ 1 kg chất thải rắn (kcal/kg) Lượng rác có khả năng phân hủy tính theo khối lượng khô trong giai bể ủ hiếu khí là 7,92 tấn/ngày. Dựa vào bảng 3.5 ta có thể tính được phần trăm các chất trong tổng lượng rác có khả năng phân hủy trong giai đoạn này: chất thải thực phẩm chiếm 81,23%; gỗ, lá cây 18,77 % trong tổng khối lượng khô. Khi lượng này phân hủy hoàn toàn ta có bảng tính nhiệt lượng như sau: Bảng 3.7. Bảng tính nhiệt lượng sinh ra khi phân hủy các chất hữu cơ chứa trong rác thải. Chất thải Khối lượng (kg/ngày) (khối lượng khô) QI (Btu/lb) kJ/kg kcal/kg Nhiệt lượng (kcal/ngày) Gỗ, giấy, lá cây 1487 8000 18608 4462,35 6,64.106 Chất thải thực phẩm 6433 2000 4652 1115,58 7,2.106 Tổng 7920 10000 23260 5577,93 13,84.106 QI (Btu/lb) ở bảng 3.7. [13] Btu/lb = 2,326 kJ/kg [12]; 1kcal/kg.độ = 4,17 kJ/kg.độ Như vậy tổng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng là: QPU = 13,84.10 6 kcal/ngày Lượng nhiệt mất mát trong quá trình ủ Theo thực tế sản xuất lượng nhiệt mất mát trong quá trình ủ khoảng 5% lượng nhiệt sinh ra do phản ứng phân hủy. Khi đó, lượng nhiệt mất mát là: QMM = 0,05 x QPU = 0,05 x 13,84.10 6 = 0,69.106 kcal/ngày Lượng nhiệt do không khí mang ra QKKR = GKKR.I2 Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 38 Trong đó: GKKR : khối lượng không khí ra khỏi bể ủ (kg/ngày) I2 : Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm ra khỏi bể (kJ/kg KKK) xttI rr ).97,12493(2  [11] Với x : là hàm ẩm của không khí (kg/kgKKK) . 0,622. 1 . bh bh P x P     [13] rt : Nhiệt độ không khí ra ( 0C) Nhiệt độ tối ưu duy trì trong quá trình ủ là 40 - 50℃. Chọn rt = 40℃ Ở nhiệt độ rt = 40℃ thì bhP = 0,0752 at và %98 [11] 049,0 0752,0.98,01 0752,0.98,0 622,0 .1 . 622,0      bh bh P P x   (kg/kgKKK)  I2 = 166,02 kJ/kg KKK = 39,84 kcal/kgKKK Ta có: 22 COKKROKKV GGGG   22 COOKKVKKR GGGG  = 80,445 – 12,45 + 14,7 = 82,7 (tấn/ngày) Vậy: QKKR = 39,84 x 82700= 3,3 x 10 6 kcal Lượng nhiệt do nước bay hơi QBH = GBH.r = 568,5GBH (kcal/ngày); [10] (1) Trong đó : GBH : khối lượng nước bay hơi trong quá trình ủ (kg/ngày). r : Ẩm nhiệt hoá hơi của nước ở 50oC (kcal/kg) r = 568,5 (Kcal/kg) Lượng nhiệt do sản phẩm ủ mang ra Kết thúc quá trình ủ hiếu khí nhiệt độ trong bể ủ giảm dần, chọn nhiệt độ sản phẩm ủ mang ra khỏi bể là ở 400C. QR3 = GR3.CCT.t2 = GR3 x 0,78 x 40 = 29,2 GR3 Lượng nhiệt do nước bổ sung mang vào QN = CN. x GN x t1 = 24,97.GN Trong đó: CN : Nhiệt dung riêng của nước, CN = 0,99892 (kcal/kg.độ) Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 39 GN : Khối lượng nước bổ sung vào (kg/ngày) t1 : Nhiệt độ của nước bổ sung, t1= 25oC Mặc khác: Giả thuyết rằng lượng nước bay hơi trong quá trình ủ bằng lượng nước bổ sung cộng với lượng nước sinh ra ( OHG 2 ) Ta có: GBH = GN + OHG 2 GBH = GN + 4000 (2) Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình ủ được dùng để nâng nhiệt độ của nước bổ sung từ 250C lên đến nhiệt độ tối ưu của quá trình là 400C và nhiệt dùng để làm bay hơi nước trong quá trình này. Do đó: QPU = QN + QBH (3) QN: Nhiệt lượng dùng để nâng nhiệt độ của nước bổ sung từ 250C đến 400C (kcal) QN = CN x GN x (t2 – t1) = 0,99892 x (40-25) x GN = 14,98 GN (4) Thay phương trình (1) và (4) vào (3) ta được: QPU = 14,98 GN + 568,5GBH  13,84.106 = 14,98 GN + 568,5GBH (5) Kết hợp phương trình (5) với phương trình (2) ta tính được: GN = 19823 kg GBH = 23823 kg Thế các giá trị tìm được vào phương trình cân bằng vật chất: GV3 + GKKV + GN = GR3 + GKKR + GBH  GR3 = 50,4 (tấn/ngày) Từ đây ta tính được : Lượng nhiệt do nước bay hơi: QBH = 568,5GBH = 13,54 x 106 (kcal/ngày) Lượng nhiệt do sản phẩm ủ mang ra: QR3 = 29,2 x GR3 = 1,5 x 106 (kcal/ngày) Lượng nhiệt do nước bổ sung vào: QN = 24,97 x GN = 4,95 x 106 (kcal/ngày) Vậy lượng rác thu được sau quá trình ủ hiếu khí là: GR3 = 50,4 (tấn/ngày) Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 40 4. CÔNG ĐOẠN Ủ CHÍN Công đoạn ủ chín nhằm phân hủy tiếp những thành phần hữu cơ chưa kịp phân hủy trong quá trình ủ hiếu khí và ổn định phân vi sinh: GV4 GR4 GBH4 Phương trình cân bằng vật chất trong công đoạn ủ chín: GV4 = GR4 + GBH4 Trong đó: GV4 : khối lượng phân compost vào bể ủ chín (tấn/ngày) GV4 = GR3 = 50,4 (tấn/ngày) GR4 : khối lượng mùn thu được sau khi ủ chín (tấn/ngày) GBH4 : khối lượng nước bay hơi trong suốt quá trình ủ chín (tấn/ngày) Trong giai đoạn ủ chín, khoảng 20% chất hữu cơ tiếp tục phân hủy. Khối lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong giai đoạn này là: 19,8 x 0,2 = 4 (tấn/ngày) Giả thiết lượng nước bay hơi cũng chính bằng lượng nước sinh ra trong quá trình phân hủy. Dựa vào phương trình (**) ta tính được lượng nước bay hơi trong giai đoạn ủ chín : GBH4 = GH2O = 4.4356 7428 = 2,35 (tấn/ngày) Từ phương trình cân bằng vật chất trên ta suy ra lượng mùn vi sinh thu được sau quá trình ủ chín: GR4 = 50,4 – 2,35= 48,1 (tấn/ngày) Ủ chín Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 41 5. CÔNG ĐOẠN TINH CHẾ VÀ ĐÓNG BAO SẢN PHẨM Công đoạn này nhằm loại bỏ những tạp chất vô cơ chưa phân loại hết trong công đoạn phân loại và các tạp chất hữu cơ chưa phân hủy hết trong công đoạn ủ. Phân loại Phương trình cân bằng vật chất: GV5 = GL + GM1+ GM2 Trong đó: GV5 : Khối lượng mùn đưa vào phân loại (tấn/ngày) GV5 = GR4 = 48,1 (tấn/ngày) GL : Khối lượng vật chất bị loại bỏ trong quá trình phân loại (tấn/ngày) GM1 : Khối lượng mùn loại 1 (tấn/ngày) GM2 : Khối lượng mùn loại 2 (tấn/ngày) Theo thực tế thì sản phẩm thu được ở công đoạn này là khoảng 65% . Do đó lượng vật chất bị loại bỏ ở giai đoạn phân loại sản phẩm chiếm 35%, trong đó một phần là các chất hữu cơ chưa được phân hủy và một phần là các chất vô cơ còn sót lại trong công đoạn phân loại ban đầu. GL= 48,1 x 35% = 16,8 (tấn/ngày) Như vậy tổng lượng mùn thu được trong giai đoạn này là: GM = 48,1 – 16,8 = 31,3 (tấn/ngày) Trong tổng lượng mùn này, sau khi qua sàng rung thu được khoảng 50% mùn loại 1, còn lại là mùn loại 2. Khối lượng mùn loại 1 thu được: GM1 = 31,3 x 0,5 = 15,65 (tấn/ngày) Khối lượng mùn loại 2 thu được: GM2 = 31,3 – 15,65 = 15,65 (tấn/ngày) Tinh chế sản phẩm GL GM1 GM2 GV5 Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 42 b) Giai đoạn phối trộn Trong giai đoạn này để đảm bảo hàm lượng dinh dưỡng cho mùn loại 1 để tốt cho cây trồng ta cần bổ sung thêm một lượng nhất định N, P, K. Theo thực tế thì hàm lượng N, P, K cần bổ sung vào chiếm khoảng 10% mùn loại 1. Vậy suy ra lượng mùn loại 1 sau khi phối trộn bằng 17 (tấn/ngày) c) Giai đoạn đóng bao sản phẩm Với sản lượng phân thu được là 17 (tấn/ngày) thì dự đoán cần đóng bao 40% lượng phân thu được và còn lại 60% để rời dùng để phục vụ cho những nhà tiêu dùng lớn. Như vậy lượng phân dùng để đóng bao là 7 (tấn/ngày) và lượng phân để rời là 10 (tấn/ngày). Đóng bao loại 20 kg và loại 50 kg. Ta chia ra lượng phân đóng bao 20 kg chiếm 50% và phần còn lại là dùng để đóng bao 50 kg. Như vậy số lượng bao 20 kg là 350 bao và số lượng bao 50 kg là 140 bao. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 43 3.8. Tổng kết cân bằng vật chất ở các công đoạn Các công đoạn Lượng rác vào (tấn/ ngày) Lượng bổ sung, phụ gia (tấn/ngày) Lượng loại bỏ (tấn/ ngày) Lượng sản phẩm đầu ra (tấn/ ngày) Nước VSV (chế phẩm EM) Phân xí máy Không khí (tấn/ ngày) Phân loại rác 70 0 0,07 0 0 22,9 47,2 Phối trộn 47,2 0 0,0067 4 9,42 0 0 56,63 Ủ hiếu khí 56,63 19823 0 0 80,445 82,7 (kk) + 23,82(nư ớc bay hơi) 50,4 Ủ chín 50,4 0 0 0 0 2,35 (nước bay hơi) 48,1 Phân loại mùn 48,1 = 15,65 (M1) + 15,65(M2) + 16,8 (loại); (tấn/ngày) Phối trộn N,P,K 15,65 Phối trộn (N, P, K) 10% M1 (1,6 tấn) 17 (sản phẩm) Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 44 3.2. TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN VI SINH * Sàng quay Mục đích của sàng quay là tách các thành phần rác có kích thước nhỏ hơn 50mm đưa vào ủ nhằm giảm bớt lượng rác đưa vào máy nghiền. Đường kính sàng quay được xác định theo công thức: D = [ 11,36.𝑁 𝜌.𝑘1.𝑘2𝑔0,5𝑡𝑔𝛼 ]0,4 [𝟏𝟒] Trong đó: N: năng suất của sàng quay (tấn/h) N = 2,5 tấn/h = 0,69 kg/s 𝜌 : khối lượng riêng của rác thải, 𝜌 = 0,47 (tấn/m3) = 470 kg/m3 𝛼: hệ số tính đến góc nghiêng của sàng quay k1 = 1,85 khi α = 5o, Hệ số k2 = 0,25 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) D = [ = 0,44 m Vậy đường kính của sàng ta chọn là 1 m - Tốc độ của sàng quay n = 1 2𝜋 √ 𝑔 𝑟 (vòng/s) [𝟏𝟒] Trong đó: g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 r: bán kính tang quay (m), r = D/2 = 0,22 n = 1 2𝜋 √ 𝑔 𝑟 = 1 2𝜋 √ 9,81 0,22 = 1 (vòng/s) = 60 (vòng/phút) - Chọn chiều dài sàng quay: Với đường kính của sàng rung là 1 (m) và tốc độ quay của tang quay là 60 (vòng/phút) nên chọn chiều dài tang quay là 4 (m) với mắt lưới là 50 x 50 mm. Với các thông số trên ta chọn động cơ điện có công suất 3 (kW). Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 45 Bảng 4.2. Các thông số thiết sàng quay phân loại Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Năng suất N 2,5 tấn/h Đường kính của sàng quay D 1 m Tốc độ quay của sàng quay N 60 vòng/phút Chiều dài của sàng quay L 4 m Đường kính lỗ sàng D 50 mm Công suất động cơ điện P 3 kW * Bể ủ hiếu khí Nhà ủ được thiết kế thành từng bể ủ có tường bê tông bao quanh cao 3m, dày 0,2m. Khối lượng riêng của rác = 0,47 tấn/m3. Lượng rác vào bể ủ là GV3 = 56,63tấn/ngày Vậy thể tích của khối rác đưa vào ủ là: V = GV3 ρ = 56,63 0,47 (m3/ngày) ~ 120 (m3/ngày) * Tính kích thước của bể ủ hiếu khí Với thể tích của khối rác là 120 (m3/ngày) nên ta chia làm 2 bể, mỗi bể dung tích 60m3 Thông thường chọn bể ủ hiếu khí là hình chữ nhật để dễ vận hành. Thể tích của bể là: V = L x B x H = 60 (m3/ngày). Trong đó L: Chiều dài của bể ủ hiếu khí (m) B: Chiều rộng của bể ủ (m) H: Chiều cao rác của bể ủ hiếu khí (m) Ở trên chọn chiều cao của rác trong mỗi bể ủ là 2,5 m nên suy ra diện tích của mỗi bể ủ là S = L x B = 24 (m2). Chọn kích thước bể ủ là 4m x 6m. Chọn chiều cao xây dựng bể là 3m.  Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 46 Thời gian ủ hiếu khí tùy vào điều kiện thời tiết khác nhau mà kéo dài trong khoảng từ 20 – 25 ngày. Chọn thời gian ủ là 21 ngày. Tuy nhiên thời gian ủ có thể kéo dài hơn phụ thuộc thời tiết, ta chọn thời gian ủ là 24 ngày. Hơn nữa ta xây thêm 3 bể để dự phòng quá tải Như vậy cần xây dựng 36 x 2= 72 bể ủ * Rãnh cấp khí cho mỗi bể ủ hiếu khí Nhiệm vụ của rãnh cấp khí là cung cấp khí sao cho khí được phân bố đều trong bể ủ để giúp cho vi sinh vật phân hủy tốt . Bố trí rãnh cấp khí sao cho nó chạy dọc theo bể ủ hiếu khí Chọn chiều dài của rãnh cấp khí là 4 (m) Chiều rộng của rãnh cấp khí 0,4 (m) Khoảng cách giữa các rãnh là 1 (m) Khoảng cách giữa rãnh với tường là 0,5 (m) Vậy cần bố trí 4 rãnh cho mỗi bể ủ. Mỗi đầu của rãnh cấp khí được nối với thiết bị cấp khí. * Tấm ghi Tấm ghi được làm bằng thép dày 5 mm đặt trên rãnh cấp khí để cho rác thải không rớt xuống làm tắc ngẽn rãnh dẫn đến khí không phân bố đều trong bể ủ được. Chiều dài và chiều rộng của tấm ghi phụ thuộc vào rãnh dẫn khí. Mỗi rãnh ta nên phân bố 4 tấm ghi để thuận tiện cho việc dọn vệ sinh. Vậy chiều dài của mỗi tấm ghi là 2.5 (m) và chiều rộng 0,45 (m) Chọn đường kính của mỗi lỗ trên tấm ghi là 2 cm và khoảng cách giữa các lỗ với nhau là 20 cm. Như vậy số lỗ khí được phân bố trên các tấm ghi trên một rãnh là 148 lỗ. Các rãnh cấp khí vừa có tác dụng phân phối khí trong bể vừa có tác dụng thu nước rỉ rác trong quá trình Bảng 4.2. Các thông số thiết kế bể ủ hiếu khí Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 47 Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Thể tích rác trong bể ủ V 60 m3/ngày Chiều cao lớp rác H 2,5 M Chiều rộng bể ủ B 4 M Chiều dài bể ủ L 6 M Chiều cao bể ủ H 3 M Diện tích bể ủ S 24 m2 Chiều rộng của tấm ghi Bg 0.45 M Số tấm ghi trong một bể ủ N 4 tấm Chiều rộng của rãnh cấp khí Br 0,4 M Chiều dài của rãnh cấp khí Lr 4 M Khoảng cách giữa các rãnh cấp khí X 1 M * Luống ủ chín Khối lượng sản phẩm phân hủy vào bể ủ chín là GV4 = 50,4 (tấn/ngày) = 107 m3/ngày. Sản phẩm này được đánh thành từng luống trong nhà ủ chin Do thời gian ủ chín kéo dài 28 ngày nên số luống ủ là 28 và 2 luống dự phòng với kích thước mỗi luống như sau: Chọn chiều cao luống ủ là 2,5m Diện tích luống ủ là: S = 108 2,5 = 43,2 m2 Chọn chiều rộng 5 m, chiều dài là 10m. * Sàng rung Chọn sàng lắp một lưới vì mùn có kích thước nhỏ. Máy sàng rung làm việc với số vòng quay của trục lệch tâm 500 – 1500 vòng/phút, biên độ dao động nằm trong khoảng 1- 6 mm [14]. Vì mùn được phân thành hai loại, loại có kích thước lớn hơn 10mm và nhỏ hơn 10mm nên ta chọn sàng một lớp với kích thước lỗ sàng là 10 x 10mm. Sàng được đặt nghiêng một góc 200. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 48 Năng suất của sàng rung tấn/h Hoặc tấn/h [14] Trong đó: B : chiều rộng của lưới sàng (m) h : chiều cao của lớp vật liệu (m) : khối lượng riêng của vật liệu (mùn) (tấn/m3); kg/m3 = 0,6 tấn/m3 : hệ số tơi của vật liệu, = 0,6 – 0,7. Chọn = 0,7 : biên độ dao động hoặc bán kính lệch tâm, e = 1 – 6mm, [14]. chọn e = 4mm n : số vòng quay của trục lệch tâm (vòng/phút), chọn n = 1500 vòng/phút : góc nghiêng của sàng, = 15 – 30o , chọn = 20o v0 : vận tốc chuyển động dọc của vật liệu (m/s) Lượng vật chất đi vào công đoạn này là N = 48,1 tấn/ngày = 2 tấn/h Chọn bề rộng của lưới sàng B = 2m. h = N 120.B.e.n.ρ.μ.tgα = 2 120.2,4.10−3.1500.0,6.0,7.𝑡𝑔20 = 0,03 m Vo = N 3600.B.h.ρ.μ = 2 3600.2.0,03.0,6.0,7 = 0,022 m/s Vậy vận tốc chuyển động của vật liệu trên sàng là 0,022 m/s Chiều dài của sàng rung : L = 2B = 4m - Thời gian lưu của vật liệu trên lưới (t): Trong đó: 03600. . . . .N B h v   120. . . . . . .N B h e n tg    600     e    0 L t v  Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 49 L: Chiều dài của sàng rung (m) v0: Vận tốc chuyển động của vật liệu trên sàng rung (m/s) Vậy thời gian lưu của vật liệu trên sàng rung = 4 0,022 = 318,2s ≈ (5,3 phút) Trong thực tế với loại sàng có đặc tính như trên thì chọn động cơ có công suất là 5 (kW) Bảng 4.1: Các thông số thiết kế sàng rung Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Năng suất N 2 tấn/h Chiều cao của mùn ở trên sàng h 0.03 M Vận tốc chuyển động của vật liệu trên sàng rung v0 0.022 m/s Thời gian lưu của vật liệu trên sàng rung t 5,3 Phút Công suất động cơ P 5 kW Số lớp sàng 1 lớp Kích thước lớp lỗ 10 x 10 Mm 0 L t v  Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 50 3.3. TÍNH TOÁN MẶT BẰNG 3.3.1. TÍNH DIỆN TÍCH MẶT BẰNG NHÀ MÁY 3.3.1.1. Nhà tập kết rác thải Nhà tập kết rác dùng để tập trung rác thải nhằm để tránh cho rác thải bị mưa ướt mang rác ra bên ngoài ảnh hưởng đến môi trường đồng thời cùng không làm tăng độ ẩm của rác thải. Khả năng chứa rác thải của nhà tập kết rác chứa được lượng rác trong 2 ngày, do đó thể tích rác là: V = 2 x GV1/ ρCTR = 2.70/ 0,47 = 298 m 3 ρCTR: là khối lượng riêng của chất thải rắn (tấn/m 3) Chọn chiều cao đống chất thải là: h = 3 m. Diện tích bề mặt của sàn chứa chất thải: S = V/ h = 298 / 3 = 100 m2 Tuy nhiên, kích thước của nhà tập kết rác phải đủ lớn, vừa để xe rác có thể vào đổ rác, xe xúc có thể hoạt động dễ dàng. Như vậy kích thước của nhà tập kết rác cần xây dựng là: Chiều dài : L = 15 m Chiều rộng : B = 7m Chiều cao : H = 6 m Nền và cột của nhà tập kết rác thải được xây bằng bê tông cốt thép, nền được xây dày khoảng 0,3 (m). Bảng 5.1. Các thông số thiết kế nhà tập kết rác thải Thông số Giá trị Đơn vị Chiều dài 15 m Chiều rộng 7 m Chiều cao 6 m Diện tích 105 m2 3.3.1.2. Nhà phân loại rác thải Nhà phân loại rác thải phải xây dựng sao cho có khả năng bao trùm cả dây chuyền phân loại rác thải bao gồm các thiết bị như băng tải vận chuyển, sàng và băng tải phân loại bằng tay. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 51 Các hạng mục và thiết bị được bố trí trong nhà phân loại như sau: Hố nạp rác: + chiều dài 5m, rộng 4m Băng tải lưu chuyển 1 với chiều dài hình chiếu băng tải 15m Sàng quay dài 4m Băng tải nhặt dài 14m Máy nghiền 4m Như vậy kích thướt nhà phân loại được chọn như sau: Chiều dài: 45m Chiều rộng: 14m Chiều cao: 6m Diện tích nhà phân loại là S = 14 x 45 = 630 m2 Nền và cột của nhà phân loại rác thải được xây bằng bê tông cốt thép, nền được xây dựng với độ dày là 0,3 (m). Bảng 5.2. Các thông số thiết kế nhà phân loại rác thải Thông số Giá trị Đơn vị Chiều dài 45 m Chiều rộng 14 m Chiều cao 6 m Diện tích 630 m2 3.3.1.3. Nhà đảo trộn Lượng rác thải vào nhà đảo trộn. GV2 = 47,2 tấn/ngày Thể tích rác cần đảo trộn là: V = 47,2 0,47 = 102 m3/ngày Nhà đảo trộn ít nhất chứa được 1/2 lượng rác trên. Như vậy thể tích rác mỗi lần đảo trộn là: V1 = 102 2 = 51 m3/lần Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 52 Chọn chiểu cao của lớp rác trong khu đảo trộn là H =1,5 m Như vậy diện tích của nhà đảo trộn là: S = 51 1,5 = 34 m2 Như vậy chọn kích thước khu đảo trộn : Chiều dài: L = 7,5 m Chiều rộng : B = 4,5 m Chiều cao xây dựng: H = 6 m Nhà đảo trộn được xây dựng hợp khối với nhà phân loại để thuận lợi cho việc vận chuyển rác. Bảng 15.3. Các thông số thiết kế nhà đảo trộn rác thải Thông số Giá trị Đơn vị Chiều rộng 4,5 m Chiều dài 7.5 m Chiều cao 6 m Diện tích 34 m2 3.3.1.4. Nhà ủ hiếu khí Số bể ủ hiếu khí cần phải xây dựng là 72 bể. Chiều dài mỗi bể ủ là 6 (m) và chiều rộng là 4 (m). Để dễ quản lý và bổ sung thêm chất phụ gia ta cần xây dựng các bể cạnh nhau. Có tất cả 72 bể ta chia làm 4 dãy, 2 dãy ngoài cùng là 12 bể và 2 dãy giữa là 24 bể, khoảng cách giữa 2 dãy là 5m. Như vậy chiều dài khu ủ khí sẽ là 72m, chiều rộng 39m. Chọn chiều dài khu ủ là 78m, chiều rộng 41m nên diện tích của cả nhà ủ hiếu khí là 3198m2. Chọn chiều cao của mỗi khu ủ hiếu khí là 6 (m). Độ dày bể ủ là 0,2m. Cột và nền nhà ủ hiếu khí được xây bằng bê tông cốt thép, nền nhà được xây dựng với độ dày là 0,3 (m). Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 53 Bảng 5.4. Các thông số thiết kế nhà ủ hiếu khí 3.3.1.5. Nhà ủ chín Có 30 luống ủ chia làm 2 dãy, khoảng cách giữa 2 dãy là 5m để thuận lợi cho viêc vận chuyển cũng như đảo trộn. Mỗi dãy có 15 luống, mỗi luống rộng 5m và dài 10m, khoảng cách giữa các luống là 2m . Vậy kích thước nhà ủ chín: + Chiều dài: 64m + Chiều rộng: 28 + Chiều cao: 4 m Diện tích xây dựng : S = 64 x 28 = 1792 m2 Bảng 5.5. Các thông số thiết kế nhà ủ chín Thông số Giá trị Đơn vị Chiều rộng 64 m Chiều dài 28 M Chiều cao 4 M Diện tích 1792 m2 3.3.1.6. Nhà tinh chế sản phẩm Kích thước nhà tinh chế được chọn trên cơ sở bố trí các thiết bị. Ước tính: Diện tích nhà phân loại là S =14 x 40 = 560 m2 Thông số Giá trị Đơn vị Chiều rộng 41 M Chiều dài 78 M Chiều cao 6 M Diện tích 3198 m2 Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 54 Diện tích kho thành phẩm: lượng sản phẩm thu được một ngày là 17 (tấn/ngày), tương đương với 30 (m3/ngày). Cứ 5 ngày thì lượng phân này được xuất xưởng một lần nên cần xây dựng một nhà kho với thể tích là 150 (m3/ngày). Chọn chiều cao của bao chứa sản phẩm phân có thể chất lên với độ cao là 5 (m) thì diện tích của kho chứa là 30 (m2). Ta phải xây dựng sao cho nhà tinh chế, phân loại sàng phân phải hợp khối với kho chứa sản phẩm nên tổng diện tích của công trình này là 180 (m2). Chọn chiều cao : 6m Chiều rộng :4m Chiều dài: 50 m Bảng 5.6. Các thông số thiết kế nhà tinh chế và chứa sản phẩm Thông số Giá trị Đơn vị Chiều rộng 4 m Chiều dài 50 m Chiều cao 6 m Diện tích 200 m2 3.3.1.7. Các công trình phụ khác Ngoài những công trình trên còn có các nhà phụ trong toàn bộ hệ thống nhà máy đó là nhà điều hành, nhà bảo trì máy móc, nhà quản lý cầu cân xe, nhà giao ca công nhân, nhà để xe, nhà bảo vệ, nhà vệ sinh. Bảng 5.7. Kích thước các công trình phụ trợ Công trình phụ trợ Kích thước Chiều dài L (m) Chiều rộng B (m) Diện tích S (m2) Nhà điều hành 30 10 300 Nhà bảo trì máy móc 20 10 200 Nhà quản lý cầu cân xe 12 8 96 Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 55 Nhà để xe 20 10 200 Nhà bảo vệ 5 3 15 Nhà vệ sinh 10 3 30 Hố thu nước rỉ rác 10 3 30 3.3.2. LỰA CHỌN VỊ TRÍ XÂY DỰNG NHÀ MÁY VÀ NGUYÊN TẮC BỐ TRÍ MẶT BẰNG 3.3.2.1. Lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy Vị trí đặt nhà máy cũng quyết định đến việc thành công của nhà máy xử lý rác thải. Và phải tuân theo các yêu cầu sau: + Phải đáp ứng các yêu cầu về nguyên liệu đầu vào + Đáp ứng nguồn nhân lực cần thiết cho nhà máy + Giao thông thuận lợi + Khả năng cung cấp điện và nước đầy đủ + Xa khu dân cư 3.3.2.2. Nguyên tắc bố trí mặt bằng của nhà máy Nguyên tắc bố trí mặt bằng phải tuân theo những nguyên tắc sau: + Hệ thống xử lý cần bố trí nằm ở cuối hướng gió không ảnh hưởng đến các hoạt động khác + Bố trí mặt bằng sao cho phù hợp với vị trí lựa chọn để xây dựng nhà máy tránh lãng phí đất + Bố trí mặt bằng phải phù hợp với quy hoạch chung của công ty + Bố trí sao cho công nhân dễ vận hành, quản lý và kiểm soát + Mặt bằng phải thuận tiện cho vận chuyển. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 56 KẾT LUẬN Trên đây là kết quả tính toán thiết kế nhà máy sản xuất phân vi sinh từ rác thải mà em được nghiên cứu, tìm hiểu.Với yêu cầu thiết kế công suất 14 tấn sản phẩm/ngày, qua quá trình ước lượng tính toán, lượng rác thải sinh hoạt xử lý được là 70 tấn/ngày. Trung bình 1 người 1 ngày xả thải ra là 0.7 kg/rác/người/ngày. Như vậy nhà máy phục vụ cho đô thị với số dân khoảng: 70000/ 0,7 = 100000 người Qua quá trình tính toán, ta nhận thấy phương pháp sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thị là một phương pháp dễ áp dụng, đem lại rất nhiều lợi ích thiết thực, vừa xử lý được rác thải sinh hoạt, vừa đem về lợi ích về mặt kinh tế. Mô hình này cần được nhân rộng nhiều hơn và qui mô lớn hơn nữa sẽ giải quyết một phần không nhỏ các vấn đề về môi trường Sau một kì học với sự giúp đỡ của thầy TS. Đỗ Trọng Mùi em đã hoàn thành nhiệm vụ của mình. Dù đã hết sức cố gắng, nhưng do lần đầu làm công việc thiết kế, chưa có đủ kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế, nên em không thế tránh khỏi thiếu sót, hạn chế. Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến và giúp đỡ của các thầy cô để em rút được những bài học bổ ích. Em xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực hiện Linh Vũ Thị Hoài Linh Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo Trình Quản Lý Và Xử Lý Chất Thải Rắn (NXB Xây Dựng 2008) - Nguyễn Văn Phước 2. Đoàn Thị Hoài, Giáo trình Công nghệ sinh học môi trường, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng 3. PGS. TSKH. Lê Văn Hoàng (2004), các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội 4. PGS. TS. Nguyễn Xuân Thành (chủ biên), TS. Nguyễn Bá Hiên, TS Hoàn Hải – Vũ Thị Hoan, Giáo trình vi sinh vật học công nghiệp, NXB Giáo Dục 5. An Analysis of Composting An Environnmental Remediation Technology. 6. Phạm Văn Toản. Quá trình phân giải nito trong SX phân vi sinh 7. Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Quang Huy (2004), Công nghệ xử lý rác thải và chất thải rắn, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội. 8. Trần Minh Tiến (2010), Đánh giá hiện trạng quản lý chất thải rắn sinh hoạt đô thị của tỉnh Yên Bái. Thiết kế nhà máy sản xuất phân Compost với công suất 100 tấn/ngày 9. Trần Hiếu Nhuệ, Ứng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái (2001), Quản lý chất thải rắn (tập 1), NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội 10. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuôn, Hồ Lê Viên (2006), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất (tập 1), NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 11. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuôn, Hồ Lê Viên (2006), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất (tập 2), NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 12. Bộ tài nguyên và Môi trường, Viện chiến lược chính sách tài nguyên và môi trường (2009), Dự thảo chiến lược quốc gia về giảm thiểu, tái sử dụng, tái chế chất thải đến năm 2020 13. Tưởng Thị Hội, Quản lý chất thải rắn và chất thải nguy hại, Viện khoa học và Công nghệ môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà nội 14. Hồ Văn Viên (2003), Các máy gia công vật liệu rắn và dẻo tập 1, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội. Thiết kế dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ chất thải rắn đô thi, công suất 70 tấn CTRĐT/ngày Trang 58