lên men kỵ khí các phân đoạn rác thải ướt và bán ướt

LÊN MEN KỴ KHÍ CÁC PHÂN ĐOẠN
RÁC THẢI ƯỚT VÀ BÁN ƯỚT

1


NỘI DUNG
1 Giới thiệu
2. Các khía cạnh cơ bản của xử lý chất thải sinh học
2.1 Các nguyên tắc cơ bản về sinh hóa của q trình lên men kỵ khí
2.2 Ảnh hưởng của điều kiện chế biến đến quá trình lên men
2.3 Số lượng và thành phần khí
2.4 So sánh giữa xử lý chất thải hiếu khí và kỵ khí
3 Quy trình xử lý chất thải kỵ khí
3.1 Quy trình lên men chất thải kỵ khí
3.2 Kỹ thuật quy trình lên men kỵ khí chất sinh học
3.3 Khảo sát các quy trình lên men kỵ khí
3.4 Ngun liệu cung cấp cho q trình tiêu hóa kỵ khí
4 Kết luận
2


1. Giới thiệu
- Lượng rác thải trong sinh hoạt
và hoạt động công nghiệp thải
ra môi trường ngày càng nhiều
trong khi lượng rác được xử lý
để an tồn cho mơi trường thì
khơng tương xứng. Những cơng
nghệ xử lý rác thải truyền thống
như: chôn lấp, đốt,… không

mang lại hiệu quả cao, và chưa
là giải pháp hữu hiệu để bảo vệ
môi trường.
3


1. Giới thiệu

- Ngày nay, sự phát triển công
nghệ vi sinh vật đóng một vai
trị quan trọng trong lĩnh vực
bảo vệ môi trường. Nhiều
phương pháp xử lý rác thải
được xây dựng trên cơ sở tham
gia tích cực của vi sinh vật.

4


1. Giới thiệu

Hình. Q trình chuyển hóa sinh học kỵỵ̣ khí chất hữu cơ

Hình. Q trình chuyển hóa sinh học hiếu khí chất hữu cơ

- Xử lý sinh học rác thải có thể được thực hiện theo phương pháp lên men hiếu khí (ủ phân) hoặc lên men kỵ khí
(phân hủy kỵ khí). Ngày nay, hầu hết chất thải sinh học được ủ vì cơng nghệ này đã phát triển tốt, nhưng quy trình
lên men kỵ khí nâng cao tầm quan trọng của chúng đối với việc sử dụng chất thải hữu cơ rắn hơn. Bằng phương
pháp thu gom riêng biệt và xử lý sinh học, lượng chất thải rắn được đốt hoặc chôn lấp sẽ giảm đáng kể.
5

 Phân loại rác thải sinh hoạt

- Dựa vào tính
chất của rác thải,
rác thải sinh hoạt
được chia thành
03 nhóm:

6


2.1 Các nguyên tắc cơ bản về sinh hóa của q trình lên
men kỵ khí
- Q trình chuyển hóa sinh học kỵ khí gồm ba giai đoạn chính: thủy phân hóa,
axit hóa, metan hóa.

Hình. Q trình chuyển hóa sinh học kỵỵ̣ khí chất hữu cơ

7


2.1 Các nguyên tắc cơ bản về sinh hóa của q trình lên
men kỵ khí

- Đầu tiên, trong q trình
thủy phân, các chất như
cacbohyđrat, protein và chất
béo bị phân hủy bởi thành

các monosaccarit, axit
amin, glyxerin, axit béo.

Hình. Quá trình chuyển hóa sinh học kỵỵ̣ khí chất hữu cơ

8


2.1 Các nguyên tắc cơ bản về sinh hóa của q trình lên
men kỵ khí

- Bước hai, biến đổi các sản
phẩm của quá trình thủy
phân thành các axit béo dễ
bay hơi như axit propionic,
axit butyric, axit axetic và
ethanol do tác động của vi
khuẩn gây axit.

Hình. Q trình chuyển hóa sinh học kỵỵ̣ khí chất hữu cơ

9


2.1 Các nguyên tắc cơ bản về sinh hóa của q trình lên
men kỵ khí
- Bước ba, đóng vai trị quan
trọng nhất trong việc tạo ra khí
metan bằng methanogens. Có hai
cơ chế cơ bản để tạo ra metan bao

gồm quá trình methanogen
acetoclastic và hydrootrophic.
Thứ nhất, vi khuẩn acetotrophic
lên men axit axetic thành CH4 và
CO2. Thứ hai, methanogens
hydrootrophic sử dụng CO2 và
H2 làm nguồn thực phẩm.
Hình. Q trình chuyển hóa sinh học kỵỵ̣ khí chất hữu cơ

10


2.2 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men kỵ
khí

KimNhiệt
loại nặng
Hàm
lượng
nước
Oxy
độ
pH

11


2.3 Thành phần khí sinh học

NH3, H2S

CO2(30-40%)

CH4(60-70%)

Khí sinh học 5,5-6,0 kwh m-3 tương
ứng 0,5L diesel
Biết thành phần hóa học cơ chất thì
tính được thành phần, sản lượng khí
sinh ra
Chất thải hữu cơ đơ thị: khí sinh ra
trung bình 100m3 t-1 , metan khoảng
60%
12


Bảng Thành phần và sản lượng khí sinh học
từ cơ chất phân hủy

13


2.4 So sánh xử lý Kỵ khí và hiếu
khí
Đặc trưng
Loại chất thải
Hiệu quả
Năng lượng vận hành
Thời gian xử lý
Diện tích khu xử lý

Mùi hơi thối
Kinh nghiệm tích lũy
trong xử lý
Giá
Vệ sinh
Loại chất thải

Kỵ khí
Rắn, lỏng
80% chất rắn bay hơi
ít
1-4 tuần (giai đoạn kỵ khí)
Tương đối thấp
Tương đối thấp
Ít (nhưng dần tăng)

Hiếu khí
Rắn, lỏng, khí
50% chất rắn bay hơi
Nhiều
4-16 tuần
Trung bình - Cao
Tương đối cao
Nhiều

Cùng phạm vi so sánh
Phân loại, xử lý trước khi vào
Khơng cần
quy trình
Ướt, khơ

khơ

14


3. Quy trình xử lý chất thải kỵ khí

3.1 Quy trình lên men chất thải kỵ khí
Các bước cần thiết để xử lý kỵ khí của chất thải
hữu cơ (Rilling, 1994):
Bước 1: Phân phối và lưu trữ chất thải sinh học
Bước 2: Xử lý sơ bộ chất thải sinh học đầu vào
Bước 3: Lên men kỵ khí
Bước 4: Lưu trữ và xử lý khí của bể phân hủy
Bước 5: Xử lý nước trong quy trình
Bước 6: Xử lý sau vật liệu đã phân hủy


Quy trình xử lý chất thải kỵ khí

16


3.2 Quy trình kỹ thuật lên men kỵ khí chất thải sinh
học
Các phương pháp xử lý chất thải kỵ khí
 
Các giai đoạn phân hủy sinh học
Tách chất lỏng và chất rắn

Đặc trưng

Tổng hàm lượng chất rắn

Một giai đoạn
Một giai đoạn
Lên men khô
25% –45%

Hàm lượng nước
Phương thức hoạt động
Sự khuấy trộn
Nhiệt độ

55%–75%
không liên tục
không
mesophilic (30–370C)

Hai giai đoạn
Hai giai đoạn
Lên men ướt
<15%

>85%
liên tục
khuấy, trộn, thấm
thermophilic (55–650C)
17

Q trình lên men kỵ khí sinh học một giai đoạn và hai giai
đoạn

Ưu điểm: kỹ thuật đơn giản, chi phí thấp, ứng dụng rộng
rãi, xử lý được nhiều loại rác hữu cơ.
Nhược điểm: thiếu sự ổn định, không thể đạt được các
điều kiện hoạt động tối ưu cho quá trình tổng thể, thời
gian lưu dài

Một giai đoạn

Ưu điểm: tính ổn định cao, việc trộn và điều chỉnh pH
được tối ưu, thời gian lưu ngắn.
Nhược điểm: kỹ thuật phức tạp, chi phí cao

Hai giai đoạn

18


3.2.1 Lên men khô và ướt
Chế độ xử lý
Tổng hàm lượng chất rắn
Khối lượng lò phản ứng
Kỹ thuật vận chuyển
Sự khuấy trộn
Lớp váng bẩn trên mặt
Dòng chảy ngắn

Tách rắn – lỏng
Các thành phần chất thải đa
dạng

Khơ
Cao 25–45%
giảm thiểu
Đắt tiền
Khó
Nguy cơ thấp
Nguy cơ thấp
Đơn giản

Ướt
thấp 2–15%
tăng
Đơn giản
Dễ
Nguy cơ cao
Nguy cơ cao
Đắt tiền

nhỏ

lớn
19


3.2.2 Hoạt động liên tục và khơng
liên tục

Quy trình hoạt động

Liên tục

Không liên tục

Thời gian lưu

ngắn hơn

dài hơn

phức tạp

đơn giản

Dụng cụ kỹ thuật

20


3.2.3 Hoạt động mesophilic và thermophilic

Quy trình hoạt động
Quy trình ổn định

Mesophilic (35 °C)

Thermophilic (55 °C)

cao hơn

thấp hơn

Nhạy cảm với nhiệt độ

Thấp

cao

Nhu cầu năng lượng

Thấp

cao

Tỷ lệ suy thoái

giảm

Tăng

Thời gian lưu

lâu hơn hoặc giống nhau

ngắn hơn hoặc giống nhau

không

khả thi

Vệ sinh

21


3.2.4 Sự khuấy trộn
- Mục đích: Nhằm cung cấp đầy đủ cơ chất cho hoạt động của vi khuẩn. Đồng
thời, các sản phẩm trao đổi chất của sinh vật phải được loại bỏ.
- Phương pháp: khuấy trộn cơ học hoặc khuấy trộn các thành phần trong lò
phản ứng
+ lắp đặt một hệ thống tuần hoàn nước  đảm bảo cung cấp chất dinh dưỡng
và loại bỏ các sản phẩm trao đổi chất
+ sử dụng khí sinh học nén để trộn toàn bộ hoặc một phần nguyên liệu

22


3.3 Khảo sát các quy trình lên men kỵ khí

23


24


25