Xử lý chất thải rắn

CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNGXỬ LÝ CHẤT THẢI RẮNGiáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Linh- Xử lý chất thải rắn là dùng các biện pháp kỹ thuật để xử lý chất thải và không làm ảnh hưởng tới môi trường; tạo ra các sản phẩm có lợi cho xã hội nhằm phát huy hiệu quả kinh tế.- Mục tiêu: làm giảm hoặc loại bỏ các thành phần không mong muốn trong chất thải như chất độc hại, không hợp vệ sinh, tận dụng vật liệu và năng lượng trong chất thải.1. Khái niệm và mục tiêuCHẤT THẢI RẮNTỒN TRỮ VÀ PHÂN LOẠI TẠI NGUỒNTHU GOMTRUNG CHUYỂN VẬN CHUYỂNXỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌCTHẢI BỎSẢN PHẨM TÁI SINH2. Các phương pháp sinh học xử lý chất thải rắnPhương pháp xử lý yếm khíCơ chếTác nhân sinh họcCông nghệ xử lý yếm khíPhương pháp xử lý hiếu khíCơ chếTác nhân sinh họcCông nghệ xử lý yếm khí2.1.1. Xử lý yếm khíXử lý yếm khí là quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong môi trường không có oxy ở điều kiện nhiệt độ từ 30 đến 650C. Sản phẩm của quá trình phân huỷ kị khí là khí sinh học (CO2 và CH4). Khí CH4 có thể thu gom và sử dụng như một nguồn nhiên liệu sinh học và bùn đã được ổn định về mặt sinh học, có thể sử dụng như nguồn bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng.Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ dưới điều kiện yếm khí xảy ra theo 3 bước: + Bước thứ nhất là quá trình thủy phân các hợp chất có phân tử lượng lớn thành những hợp chất thích hợp dùng làm nguồn năng lượng và mô tế bào. + Bước thứ hai là quá trình chuyển hóa các hợp chất sinh ra từ bước 1 thành các hợp chất có phân tử lượng thấp hơn xác định. + Bước thứ ba là quá trình chuyển hóa các hợp chất trung gian thành các sản phẩm cuối đơn giản hơn, chủ yếu là khí metan (CH4) và khí cacbonic (CO2). Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau đây:Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của Biogas như sau:Methane (CH4) 55 ¸ 65%Carbon dioxide (CO2) 35 ¸ 45%Nitrogen (N2) 0 ¸ 3%Hydrogen (H2) 0 ¸ 1%Hydrogen Sulphide (H2S) 0 ¸ 1%2.1.2. Tác nhân sinh họcVi sinh vật:Clostridium spp Peptococcus anaerobusBifidobacterium sppVi khuẩn tạo mêtanNhóm vi sinh vật tạo axidHình queMethanobacterium MethanobacilusDạng hình cầuMethanococcus MethanosarcinaTỷ lệ C/N: Tỷ lệ C/N tối ưu trong quá trình phân hủy yếm khí khoảng (20 -30) :1. Ở mức độ tỷ lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, gây ra mùi khai. Ở mức tỷ lệ cao hơn sự phân hủy xảy ra chậm.pH:Sản lượng khí sinh học (biogas) sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí đạt tối đa khi giá trị pH của vật liệu của hệ thống nằm trong khoảng 6 - 7 (6,5 – 7,5). Giá trị pH ảnh hưởng đến thời gian phân hủy của của chất thải rắn vật liệu. pH của môi trường phải được khống chế sao cho không nhỏ hơn 6,2 bởi vì khi đó vi khuẩn sinh metan bị ức chế hoạt động. Tại thời điểm ban đầu của quá trình lên men, số lượng lớn các axit hữu cơ được tạo thành và có thể làm cho giá trị pH của hỗn hợp giảm xuống dưới 5, điều này sẽ làm hạn chế quá trình phân hủy. Quá trình phân hủy sẽ tiếp tục và lượng NH3 tạo thành sẽ gia tăng do sự phân huỷ của nitơ, giá trị pH có thể tăng lên trên 8. Khi sản lượng khí metan tạo thành ổn định, giá trị pH trong khoảng 7,2 - 8,2.2.1.3. Các phương pháp xử lý yếm khíSản xuất khí sinh học (phân huỷ yếm khí)Khí sinh học là khí được tao ra trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều yếm khí, trong đó chúng ta sử dụng methan là khí đốt.Cơ chế quá trình phân hủy yếm khíMethan hóa:Các phản ứng của các giai đoạn methan hóaH2 + CO2  CH4 + 2H2OHCOOH  CH4 + CO2 + H2OCH3COOH  CH4 + CO2CH3OH  CH4 + CO2 + H2O(CH3)3N + H2O  CH4 + CO2 + NH3Ưu, nhược điểm của quá trình sản xuất khí sinh học biogass Ưu điểmNhược điểmSản xuất ra mêtan và chất thải để sử dụngChất thải không có mùi hôiChất thải có giá trị cao, được dùng làm phân bón và cải tạo đất.Tiêu diệt phần lớn các hạt cỏ dại và các mầm bệnhChất thải không còn hấp dẫn chuột và ruồi.Là một phương pháp hợp vệ sinh để xử lý phân người và gia súcBảo vệ các nguồn năng lượng hiếm của địa phương (củi, dầu)Có khả năng cháy nổ.Vốn đầu tư cao (tuy nhiên nếu vận hành và bảo trì tốt có khả năng thu hồi vốn)Tạo nên 1 thể tích chất thải lớn hơn do việc sử dụng nước để tạo điều kiện thích hợp cho quá trình lên men yếm khí.Nước thải của hầm ủ vẫn còn khả năng gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý và quản lý tốt.Đòi hỏi vận hành và bảo quản tốtVài hóa chất trong chất thải có thể làm cản trở quá trình phân hủy.Nếu sử dụng để chạy các động cơ đốt trong phải lọc các chất khí khác như CO2 và H2S để Chất thải được xử lý mùi hôi bằng chế phẩm sinh học, sau đó đưa vào hầm ủ. Trước khi đưa chất thải vào, hầm ủ có phun chế phẩm sinh học và chất phụ gia sinh học. Chất thải tại các điểm tập kết đưa về sân xử lý không cần phân loại cho vào hầm ủ, quá trình thực hiện có phun và trộn chế phẩm sinh học, dùng bạt phủ kín hầm và ủ. Sau 28 ngày tiến hành đưa rác lên phân loại rác, các thành phần phi hữu cơ xử lý riêng, mùn hữu cơ được chế biến thành phân hữu cơ sinh học.SơđồcôngnghệPhương pháp yếm khí tùy nghi A.B.TCác giai đoạn trong quá trình xử lý rác thải theo Công nghệ A.B.T:Giai đoạn xử lí công ngệRác vào khu xử lý được tập trung tại sàn tập kết rác. Tại sàn tập kết, rác được phun chế phẩm sinh học dạng nước để khử mùi hôi thối, lựa riêng các loại rác có kích thước lớn và thành phần rác độc hại, nguy hiểm để tái chế chôn lấp hoặc thiêu hủy - tùy theo khối lượng và hiệu quả kinh tế để lựa chọn hình thức xử lý.Toàn bộ các thành phần rác được đưa vào máy xé bao đánh tơi (để rác chứa trong bao ni lon được thoát ra ngoài, tiếp xúc với chế phẩm sinh học).Sau khi xé bao – đánh tơi, rác được đưa vào máy cắt nhỏ rác (4cm) để tăng hiệu quả phân hủy thành phần hữu cơ có trong rác; kết hợp phun, rãi đều chế phẩm sinh học dạng nước và chế phẩm sinh học dạng bột, theo quy định.Giai đoạn ủTừ máy xé bao – đánh tơi, rác được đưa xuống các ngăn ủ rác theo từng lớp dày 20cm. Mỗi lớp rác 20cm đều phải phun, rải đều trên bề mặt lớp chế phẩm sinh học dạng nước và dạng bột; và cứ làm như thế cho đến khi đầy ngăn ủ rác. Phủ trên miệng ngăn ủ rác bằng vải bạt không trong suốt.Thời gian ủ mỗi mẻ (28-30 ngày)Thời gian ủ rác cho mỗi mẻ ủ là (28-30) ngày, tùy theo điều kiện thời tiết từng vùng miền và theo mùa. Quá trình ủ rác, cứ 03 ngày lại dở bạt kiểm tra các chỉ tiêu: độ ẩm, nhiệt độ và pH; khi các chỉ tiêu này không đảm bảo quy định thì phải phun bổ sung dung dịch chế phẩm sinh học dạng nước để bổ sung vi sinh và bổ sung độ ẩm cho rác phân hủy đạt yêu cầu.Mỗi lớp rác đều phun P.MET và rải phụ giaGiai đoạn phân loại rác  Sàng phân loại rác đã ủSau khi ủ, rác được đưa lên sàng phân loại, tách ra mùn hữu cơ và thành phần phi hữu cơ. Thành phần hữu cơ được đưa đến công đoạn sơ chế và chế biến thành phân hữu cơ vi sinh hoặc các sản phẩm sinh học khác. Các thành phần phi hữu cơ được đưa đến với tái chế hoặc chôn lấp, thiêu hủy – tùy theo khối lượng và hiệu quả kinh tế.Giai đoạn chế biến mùn sản xuất phân hữu cơ vi sinhỦ mùn hữu cơ đã qua nghiền - tuyển tinh với chế phẩm sinh học dạng bột, trong 7 ngày;Đồng thời, phối trộn nguyên liệu ( Phân hầm cầu) với chế phẩm sinh học dạng bột, trong 7 ngày;Ủ chín mùn và nguyên liệu phối trộn (nêu trên) trong 7 ngày. Đóng bao (hoặc vê viên, đóng bao). Lưu kho tối thiểu 30 ngày mới xuất kho sử dụng.Sản phẩm mùn hữu cơƯu, nhược điểm của phương pháp yếm khí tùy nghi A.B.TƯu điểmNhược điểmTái chế các chất không phân hủy thành những vật liệu có thể tái sử dụng được.Không tốn đất chôn lấp chất thải rắn.Không có nước rỉ rác và các khí độc hại, khí dễ gây cháy nổ sinh ra trong quá trình phân hủy hữu cơ do đó không gây ô nhiễm môi trường.Không phân loại ban đầu, do đó không làm ảnh hưởng đến công nhân lao động trực tiếp.Thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư thấp.Vận hành đơn giản, chi phí vận hành thường xuyên không cao.Chỉ tập trung ở các khu dân cư đông đúc, khu công nghiệp2.2.1. Xử lý hiếu khí Quá trình ủ hiếu khí là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí và ổn định các chất hữu cơ trong CTR đô thị (trừ nhựa , cao su và da thuộc) nhờ hoạt động của vi sinh vật. Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học này là bao gồm CO2, nước , nhiệt ,chất mùn ổn định, không mang mầm bệnh và được sử dụng làm phân bón cho cây trồng.Sơ đồ chung của quá trình ủ hiếu khí2.2.2. Tác nhân sinh họcVi sinh vật :Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật khác nhau. Vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm : actinomcetes và vi khuẩn. Những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, có thể bổ sung thêm vi sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn.pH: Giá trị PH trong khoảng 5,5-8.5 là tối ưu cho quá trình ủ phân rác. Các vi sinh vật ,nấm ,tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các axit hữu cơ.Tỷ lệ C/N:Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật , trong đó cacbon và nito là cần thiết nhất, tỷ lệ C/N là thông số dinh dưỡng là quan trọng nhất. Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân rác khoảng 30:1.2.2.3. Các phương pháp xử lý hiếu khíSản xuất phân compost - Ủ sinh học (compost) có thể được coi như là quá trình ổn định sinh hoá các chất hữu cơ để thành các chất mùn, với thao tác và kiểm soát một cách khoa học tạo môi trường tối ưu cho quá trình.Rác tươiSàn tập kếtBăng phân loạiNghiền TrộnLên menỦ chínSàngTính chếVê viênTrộn N, P, KĐóng baoBăng chuyềnPhân hầm cầuBể chứaTái chếCân- Kiểm soát độ ẩm, nhiệt, cấp khí- Thời gian 21 ngàySơ đồ quá trình làm phân hữu cơĐánh luống:Sản xuất compost làm thoáng khí thụ động: Đặc điểm: không xáo trộn luống ủ compost mà để thoáng khí tự nhiên, chiều cao đống: 1.5-2.5m.Sản xuất compost làm thoáng khí cưỡng bức:Đặc điểm: dùng thiết bị thổi không khí từ dưới lên trên( p dương) hoặc thiết bị hút không khí từ trên xuống(p âm) đi xuyên qua đống ủ compost không đảo trộn 2. Trong thùng hay kênh mương:Các điều kiện phân bón được kiểm soát bằng cách sử dụng sục khí và / hoặc khuấy trộn để thúc đẩy sự phân hủy nhanh.Hàm lượng ôxy cung cấp tối ưu cho hoạt động hiếu khí(> 10%), độ ẩm tối ưu (40-60%), và kiểm soát nhiệt độ trong khoảng ưu ấm tối ưu, nơi vi khuẩn hoạt động có hiệu quả nhất.Để làm được điều này, sục khí và khuấy trộn được điều khiển bởi nhiệt độ, độ ẩm và / hoặc tuần hoàn oxy (thông thường là nhiệt độ), hoặc theo chu kì.Hệ thống sục khí có thể được có hoặc không và có nhiều thiết kế, nhưng không khí nên được phân bố đều.Hệ thống khuấy trộn cũng phá vỡ các hạt, cung cấp các vi sinh vật tiếp cận tốt hơn với carbon để phân hủy.Thời gian ủ 2- 3 tuần có thể ngắn hơn hoặc dài hơn.Những hệ thống sản xuất compost hiện đang dùng có thể phân làm hai loại:Ưu, nhược điểm của phương pháp làm phân hữu cơ compostƯu điểmNhược điểmGiảm lượng chất thải phát sinh (khoảng 50% lượng chất thải sinh hoạt).Tạo ra sản phẩm phân hữu cơ phục vụ cho trồng trọt (thay thế một phần cho phân hóa học, tạo độ xốp cho đất, sử dụng an toàn, dể dàng).Góp phần cải tạo đất (giúp tăng độ mùn, tơi xốp của đất)Tiết kiệm bãi chôn lấp, giảm ảnh hưởng gây ô nhiễm môi trường của chất thải rắn.Vận hành đơn giản, dễ bảo trì và kiểm soát chất lượng sản phẩm.Giá thành để xử lý tương đối thấp.Yêu cầu diện tích đất để xây dựng nhà xưởng lớn.Chất lượng sản phẩm chưa cao, chưa ổn định.Gặp khó khăn khi tiêu thụ sản phẩm.Mức độ tự động của công nghệ không cao.Việc phân loại còn mang tính thủ công nên thường ảnh hưởng đến sức khoẻ của công nhân làm việcNạp nguyên liệu thủ công do vậy công suất kém.Hôm nay chúng ta đã tìm hiểu qua về các phương pháp xử lý chất thải rắn bàng công nghệ sinh học ( yếm khí và hiếu khí). Chúng ta có thể rút ra được 1 số kết luận như sau:Qua quá trình xử lý sinh học:Ta có thể tái sử dụng được chất thải vào phục vụ đời sống.Tạo được nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường.Bảo vệ tránh gây ô nhiễm môi trường từ các nguồn rác thải.Nguyên cứu phát triển các quy trình xử lý sinh học để tạo ra các nguồn năng lượng mới, thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch hiện đang giảm sút.Thay thế được các phương pháp xử lý chất thải truyền thống (chôn, đốt)Phù hợp với điều kiện kinh tế VN.Song song với đó còn 1 số hạn chế cần khắc phục như:Các quá trình xử lý sinh học còn phụ thuộc vào các tác nhân bên ngoài ( vi sinh vật, nhiệt độ,)Đòi hỏi quá trình vận hành chính xác công nghệ cao, và bảo trì cẩn thận.Chưa đạt được hiệu quả tối đa trong xử lý chất thải.3. TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ