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

1
B GIO DC V O TO
Tr-ờng đại học xây dựng

NGUYN PHNG THO

Đề tài: Nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp
bùn bể tự hoại và rác hữu cơ bằng ph-ơng pháp
sinh học kỵ khí ở CHế Độ LÊN MEN NóNG

Ngành: Kỹ thuật môi tr-ờng
Mã số:

62.52.03.20

TểM TT LUN N TIN S K THUT

năm 2016


2
Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Cấp thoát nước – Khoa Kỹ thuật Môi trường –
Trường Đại học Xây dựng

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. NguyÔn ViÖt Anh
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS. §oµn Thu Hµ

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước họp tại Trường Đại học
Xây dựng
Vào hồi

giờ

ngày

tháng

năm

Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia và Thư viện Trường Đại học Xây dựng.


3
M U
1. TNH CP THIT CA LUN N
Hng ngy, lng bựn c hỳt t b t hoi v cht thi thc phm phỏt sinh ti
cỏc ụ th hng ngy rt ln. Theo Chiến l-ợc quốc gia về quản lý tổng hợp chất thải rắn đến
năm 2025, tầm nhìn đến năm 2050 do Thủ t-ớng Chính phủ ban hành ngày 17 tháng 12 năm
2009: đến năm 2015, 85% tổng l-ợng chất thải rắn sinh hoạt ụ thị phát sinh đ-ợc thu gom,
60% l-ợng chất thải đ-ợc tái chế, tái sử dụng, thu hồi năng l-ợng hoặc sản xuất phân hữu cơ;
30% bùn bể phốt của các đô thị từ loại II trở lên và 10% của các đô thị còn lại đ-ợc thu gom
và xử lý đảm bảo môi tr-ờng; 50% rác đ-ợc phân loại tại nguồn.
Ti nhiu nc trờn th gii, cụng ngh x lý k khớ cỏc cht thi giu hu c
ch nhit khỏc nhau: lờn men m hoc lờn men núng ó c ỏp dng quy mụ ln
gim thiu lng cht thi a n bói chụn lp ng thi to ra sn phm biogas phc v

cho sn xut in nng hoc nhit nng. Cỏc nghiờn cu trc õy ó cho thy x lý k khớ
cht thi ch lờn men núng cho u im hn ch lờn men m v lng khớ metan
sinh ra cao hn, thi gian phõn hy ngn hn v bựn sau x lý c tiờu dit hon ton mm
bnh, cú th c s dng lm phõn bún cho cõy trng. Vit Nam cú th ỏp dng gii
phỏp x lý cht thi bng phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng i vi cỏc
loi cht thi núi trờn vỡ cú nhiu tim nng, tuy nhiờn vn cũn l gii phỏp mi m trong
iu kin Vit Nam. Vỡ vy, ti lun ỏn: Nghiờn cu quỏ trỡnh x lý kt hp bựn b
t hoi v rỏc hu c bng phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng l rt
cn thit, ỏp ng yờu cu bo v mụi trng, hng ti phỏt trin bn vng.
2. MC TIấU NGHIấN CU CA LUN N
Mc tiờu nghiờn cu ca lun ỏn: Nghiờn cu tớnh hiu qu v kh thi v mt k thut,
Nghiờn cu ỏnh giỏ mt s yu t nh hng ti quỏ trỡnh sinh hc k khớ ch lờn men
núng ti hiu qu sinh metan: t l bựn b t hoi: cht thi thc phm, ti lng hu c ca
cht thi; Xỏc nh thụng s ng hc c trng ca quỏ trỡnh x lý k khớ bựn b t hoi v
cht thi thc phm bng phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng.
3. I TNG V PHM VI NGHIấN CU
i tng nghiờn cu
i tng nghiờn cu l bựn b t hoi v rỏc hu c (ly cht thi thc phm lm i din)
ti cỏc ụ th ln, ly H Ni lm vớ d nghiờn cu.
Phm vi nghiờn cu
Phm vi nghiờn cu l cụng ngh x lý kt hp bựn b t hoi v cht thi thc phm bng
phng phỏp sinh hc k khớ ch lờn men núng trong phũng thớ nghim (thớ nghim
theo m) v ng dng th nghim trờn mụ hỡnh Pilot (thớ nghim liờn tc).
4. NI DUNG NGHIấN CU
- Tng quan v s lng, thnh phn, tớnh cht ca bựn cn b t hoi, cht thi thc phm
v c s lý thuyt quỏ trỡnh phõn hy k khớ ch lờn men núng.
- Nghiờn cu thc nghim trờn mụ hỡnh trong phũng thớ nghim: Thớ nghim theo m v thớ
nghim liờn tc mụ hỡnh pilot.
- Nghiờn cu mụ phng quỏ trỡnh phõn hy k khớ bựn b t hoi v cht thi thc phm
bng phn mm GPS-X, xỏc nh cỏc thụng s c trng h s phõn hy ni sinh kd ca bựn

4
bể tự hoại và chất thải thực phẩm, từ đó giúp cho việc tính toán, thiết kế được công trình
trong nhà máy xử lý chất thải.
- Thảo luận, nhận xét kết quả nghiên cứu và kết luận.
5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp nghiên cứu tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu có sẵn.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thực hiện thí nghiệm theo mẻ và thí nghiệm liên tục
xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm.
- Phương pháp mô hình hóa: Áp dụng phần mềm GPS-X mô phỏng quá trình xử lý kỵ khí
kết hợp giữa bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở chế độ lên men nóng.
- Phương pháp so sánh, phân tích: So sánh xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải
thực phẩm của 2 chế độ lên men ấm và lên men nóng. Phân tích, nhận xét kết quả thu được.
- Phương pháp thống kê – xác xuất: Áp dụng phương pháp thống kê, xác suất để xử lý kết
quả thu được.
- Phương pháp phân tích tại hiện trường và phòng thí nghiệm: Khảo sát, lấy mẫu, đo đạc
một số thông số ngoài hiện trường, phân tích tính toán và tổng hợp các số liệu thu được.
- Phương pháp tổng hợp: Tổng hợp, liên kết các thông tin lại với nhau một cách có hệ thống.
- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến, kinh nghiệm của các chuyên gia có chuyên
môn sâu về lĩnh vực liên quan.
6. TÍNH MỚI VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
Tính mới
- Đây là nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam xây dựng cơ sở dữ liệu về quá trình phân hủy kỵ
khí ở chế độ lên men nóng 55oC với hỗn hợp bùn bể tự hoại với chất thải thực phẩm trong
đô thị để thu khí metan, chất lượng sản phẩm hỗn hợp bùn sau xử lý đảm bảo tiêu diệt hết
mầm bệnh, phục vụ cho mục đích làm phân bón tái sử dụng trong nông nghiệp.
- 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.
- Xây dựng được mối quan hệ giữa lượng khí metan thu được và tải lượng hữu cơ: Bể phản
ứng kỵ khí hoạt động ổn định với tải lượng hữu cơ là 1,5kg COD/m3.ngày, với lượng khí
metan trong hỗn hợp khí biogas đạt 57,8%, với hiệu suất xử lý theo COD đạt 75%.
- Đã ứng dụng phần mềm GPS-X để mô phỏng quá trình phân hủy kỵ khí ở chế độ lên men
nóng để xác định hệ số phân hủy nội bào kd = 0,4 (1/ngày) đối với bùn bể tự hoại và kd = 1,0
(1/ngày) đối với chất thải thực phẩm, tạo điều kiện cho ứng dụng tính toán thiết kế công
nghệ phân hủy kỵ khí hỗn hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm.
Tính thực tiễn của luận án
- Xử lý được bùn bể tự hoại, xử lý được rác hữu cơ, giảm diện tích bãi chôn lấp, thu hồi
được tài nguyên.
- Những kết quả nghiên cứu cũng đóng góp phần quan trọng, làm cơ sở tham khảo khi thiết
kế và vận hành các hệ thống xử lý chất thải đô thị.
- Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong định hướng quy hoạch, lựa chọn công nghệ xử lý
chất thải rắn và bùn cặn cho các đô thị ở Việt Nam.
7. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN: gồm phần mở đầu, chƣơng 1,2, 3, kết luận, kiến nghị và
tài liệu tham khảo


5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ SỐ LƢỢNG, THÀNH PHẦN,
TÍNH CHẤT CỦA BÙN BỂ TỰ HOẠI, CHẤT THẢI THỰC PHẨM
1.1. NGHIÊN CỨU SỐ LƢỢNG, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÙN BỂ TỰ
HOẠI
1.1.1. Tổng quan chung về bể tự hoại và lƣợng bùn phát sinh
Bể tự hoại thường được xây dựng tại các hộ gia đình và công trình công cộng, văn phòng,...
có chức năng xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt trước khi xả ra mạng lưới thoát nước đô thị hay
đưa sang các công trình xử lý cục bộ khác. Số liệu thống kê tại các thành phố lớn cho thấy
khối lượng bùn cặn bể tự hoại được hút hiện nay là rất lớn: khu vực Hà Nội là 189.000

m3/năm, tại thành phố Hải Phòng là 80.569 m3/năm và tại thành phồ Hồ Chí Minh là
335.756 m3/năm.
1.1.2. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại
Thành phần và tính chất của bùn bể tự hoại rất khác nhau, tùy thuộc vào các yếu tố như:
loại nước thải được xử lý, kích cỡ và cấu tạo thiết kế bể, chế độ sinh hoạt, dinh dưỡng của
người sử dụng,...Thành phần tính chất của bùn bể tự hoại tại Hà Nội có giá trị COD cao và
dao động lớn COD từ 12.600-79.500mg/l, tỉ lệ COD: N của bùn bể tự hoại dao động trong
khoảng 9-18. Giá trị VS từ 2.800-22.400mg/l; tỉ lệ VS/TS 63-82%.
1.1.3. Các hƣớng xử lý bùn bể tự hoại
Trên thế giới có nhiều công nghệ được áp dụng để xử lý bùn bể tự hoại như: sân phơi bùn,
bãi lọc trồng cây, ủ kỵ khí (ủ riêng hoặc kết hợp với chất thải thực phẩm), ủ hiếu khí,
compost hoặc hết hợp các loại trên. Trong các biện pháp trên, biện pháp xử lý bùn bể tự hoại
kết hợp với chất thải thực phẩm trong điều kiện kỵ khí có nhiều ưu điểm: sản phẩm không
chỉ là phân bón cho cây trồng mà còn tạo ra sản phẩm là năng lượng khí biogas phục vụ cho
sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng.
1.2. NGHIÊN CỨU SỐ LƢỢNG, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI
THỰC PHẨM
1.2.1. Nguồn phát sinh và lƣợng phát sinh chất thải rắn (CTR)
Chất thải rắn sinh hoạt chiếm tỷ lệ lớn trong chất thải rắn ở đô thị, chiếm 60-70% lượng
chất thải rắn phát sinh. Đối với thành phố Hà Nội, khối lượng CTR trên địa bàn Thủ đô tăng
trung bình 15% năm. Tổng lượng CTR sinh hoạt của Hà Nội chiếm 68,7% tổng lượng rác
thải của thành phố. Tính bình quân lượng chất thải sinh hoạt tạo ra trên đầu người là 1.1-1.2
kg/ngàyError! Reference source not found.. Đối với thành phố Hà Nội, tổng lượng chất
thải rắn phát sinh tại thành phố Hà Nội ước tính 9.500 tấn/ngày, trong đó lượng chất thải
sinh hoạt là 6.500 tấn. Thành phần lượng rác hữu cơ chiếm tỉ lệ trung bình 57,3% trong chất
thải rắn sinh hoạt.
1.2.2. Thành phần, tính chất của chất thải rắn đô thị
Thành phần CTR sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, thu nhập, phong tục tập quán,...
khác nhau giữa các đô thị. Tỉ lệ thành phần chất thải sinh hoạt chiếm 68,7% trong chất thải
đô thị. Thành phần lượng chất thải thực phẩm chiếm tỉ lệ trung bình 57,3% trong chất thải

rắn sinh hoạt và biện pháp xử lý chất thải thực phẩm tại các hộ gia đình ở các đô thị chủ yếu
vẫn là chôn lấp.
1.2.3. Quản lý CTR và xu hƣớng xử lý, thu hồi tài nguyên từ CTR đô thị
1.2.3.1. Quản lý và xử lý chất thải rắn trên thế giới


6
Quản lý chất thải rắn bao gồm: giảm lượng chất thải rắn hàng ngày, tái sử dụng, tái chế và
xử lý rác thải. Các biện pháp xử lý rác thải hiện nay bao gồm: chôn lấp, ủ compost, xử lý kỵ
khí, hóa nhiệt, khí hóa và đốt. Tại nhiều nước trên thế giới đã áp dụng biện pháp xử lý kỵ khí
để xử lý chất thải do có nhiều ưu điểm hơn cả: sinh khí biogas phục vụ sản xuất điện năng
hoặc nhiệt năng, giảm phát thải CO2 và yêu cầu quỹ đất cho xử lý kỵ khí không lớn.
1.2.3.2. Quản lý và xử lý chất thải rắn tại Việt Nam
Tại Việt Nam, công tác quản lý CTR đô thị bao gồm: phân loại, thu gom, tái chế - tái sử
dụng và xử lý và tiêu hủy CTR.Tỷ lệ tái chế các chất thải làm phân hữu cơ và tái chế giấy,
nhựa, thủy tinh, kim loại như sắt, đồng, chì nhôm,... chỉ đạt 18-24% CTR đô thị thu gom
được. Tỷ lệ CTR được chôn lấp hiện chiếm khoảng 76-82% lượng CTR thu gom được.
1.2.4. Thành phần tính chất và biện pháp xử lý chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ chất
thải thực phẩm
1.2.4.1. Thành phần, tính chất của chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ chất thải thực
phẩm
Chất thải thực phẩm bao gồm thức ăn thừa (cọng rau thừa, thịt, cá trứng, cơm,...), có khả
năng phân hủy sinh học cao. Tại Việt Nam, tỉ lệ chất thải thực phẩm chiếm tỉ lệ 20-30%
trong thành phần rác thải sinh hoạt sinh hoạt của hộ gia đình, đặc biệt tại các làng nghề chế
biến lương thực, thực phẩm, tỉ lệ này lên tới 46%.
Kết quả phân tích chất thải thực phẩm cho thấy: giá trị COD:N của chất thải thực phẩm cao
hơn nhiều so với bùn bể tự hoại, dao động trong khoảng 85-179. Giá trị COD của chất thải
thực phẩm tại Hà Nội dao động trong khoảng 118.450-241.000 mg/l. Giá trị VS của chất thải
thực phẩm cao hơn 6,5-41 lần giá trị VS của bùn bể tự hoại và giá trị VS/TS của chất thải
thực phẩm dao động trong khoảng 79-95%, cho thấy chất thải thực phẩm có khả năng phân

hủy được bằng phương pháp sinh học.
1.2.4.2. Giải pháp xử lý chất thải thực phẩm
Trên thế giới
Trên thế giới, chất thải thực phẩm có thể được xử lý dưới 4 hình thức: Tận dụng làm thức
ăn chăn nuôi, tận dụng làm phân bón, tận dụng làm nhiên liệu và chôn lấp. Biện pháp biến
chất thải thực phẩm thành phân bón gồm có ủ hiếu khí và phân hủy kỵ khí, trong đó biện
pháp phân hủy kỵ khí vừa sản xuất ra phân bón lại vừa tạo ra năng lượng khí biogas phục vụ
cho sản xuất điện năng hoặc nhiệt năng.
Tại Việt Nam
Tại Việt Nam, phương thức xử lý chất thải thực phẩm của các hộ gia đình tại các đô thị lớn
của Việt Nam chủ yếu là chôn lấp, chỉ một phần nhỏ được xử lý, ủ compost thành phân vi
sinh bón cho cây trồng.
1.2.5. Xử lý chất thải bằng phƣơng pháp sinh học kỳ khí
Từ số liệu phân tích bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở phần trên cho thấy bùn bể tự
hoại và chất thải thực phẩm có giá trị COD, VS và VS/TS cao, có khả năng phân hủy bằng
biện pháp sinh học. Công nghệ xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện kỵ
khí có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí.
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI HỮU CƠ (BÙN BỂ TỰ HOẠI
VÀ RÁC HỮU CƠ) BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN HỦY KỲ KHÍ
Ở CHẾ ĐỘ LÊN MEN NÓNG


7
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỲ KHÍ
2.1.1. Công nghệ xử lý kỳ khí
Trên thế giới hiện nay công nghệ xử ly kỵ khí được vận hành ở điều kiện nhiệt độ thường,
nhiệt độ ấm (mesophilic, 30 – 37C) và nhiệt độ cao (thermophilic, 50 – 55C)..
2.1.2. Bản chất của quá trình xử lý chất thải bằng phƣơng pháp kỳ khí
Trong điều kiện không có oxy, các chất hữu cơ có thể bị phân hủy nhờ vi sinh vật và sản
phẩm cuối cùng là khí biogas (CH4 + CO2).

Quá trình xử lý kị khí được thể hiện bằng phương trình như sau:
CcHhOoNnSs + 1/4(4c–h–2o+3n+2s)H2O 
1/8(4c –h+2o+3n+2s)CO2 + 1/8(4c + h – 2o – 3n – 2s)CH4 + nNH3 + sH2S
Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ vi khuẩn kỵ khí chủ yếu diễn ra qua các quá trình sau:
Quá trình thủy phân:Thủy phân các chất hữu cơ phức tạp và các chất béo thành các chất
hữu cơ đơn giản hơn như monosacarit, amino axit hoặc các muối khác.
Quá trình axit hóa: Trong giai đoạn axit hóa, các phân tử hữu cơ hòa tan sẽ được vi khuẩn
lên men hoặc ôxi hóa yếm khí.
Quá trình axetat hóa: Các chất trung gian được tạo thành trong gian đoạn axit hóa, bao gồm
axit béo chứa hơn hai nguyên tử carbon, rượu có hơn một nguyên tử cacbon và các axit béo
thơm phân nhánh.
Quá trình sinh metan: Các nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc lên men kiềm (chủ yếu là các
loại vi khuẩn lên men metan như methanosarcina và methanothrix) đã chuyển hóa axit axetic
và hydro thành CH4, CO2.
2.1.3. Vi sinh vật tham gia quá trình xử lý kỳ khí
Bốn nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ trong xử lý kỵ
khí gồm có nhóm thủy phân, nhóm lên men sinh acid, nhóm sinh acetate và nhóm sinh
metan.
2.1.4. Các thông số quan trọng liên quan đến xử lý kị khí
2.1.4.1. Độ pH
Độ pH là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và điều kiện làm việc ổn định của
quá trình xử lý kị khí. Điều kiện tối ưu cho bể biogas là pH = 7,0 – 7,2, quá trình bị dừng
khi pH ở mức gần 6,0.
2.1.4.2. Nhiệt độ
Trong các hệ xử lý kỵ khí, quá trình sinh metan được thực hiện ở nhiệt độ ấm (25 – 40C,
tối ưu ở 35C) hay nhiệt độ cao (50 – 65C, tối ưu ở 55C), tùy thuộc vào loại công nghệ áp
dụng..
2.1.4.3. Thành phần hóa học của nguồn thải
Đặc điểm chất thải là yếu tố quan trọng quyết định sự thành công của quá trình xử lý kị khí:
thành phần, tỉ lệ C/N và kích thước. Nguồn nguyên liệu thải cần được cân bằng về dinh

dưỡng (carbon, nitơ, phospho, lưu huỳnh...) để có thể duy trì được hệ xử lý kỵ khí ở mức
hiệu suất cao. Thành phần nguồn thải được xác định dựa trên mối quan hệ giữa cacbon và
Nitơ trong chất thải (tỉ lệ C/N). Để quá trình xử lý sinh học có thể thành công, chất dinh
dưỡng vô cơ thiết yếu cho vi sinh vật cần phải được cung cấp đầy đủ và cần phải được cân
bằng để đạt tỷ lệ tối ưu.


8
Trong bể biogas, tỷ lệ carbon/nitơ phải đạt 130:5 (hoặc COD:N 350:5 ) đối với các nguồn
thải giàu hydrat carbon và 330:5 ( hoặc COD:N 1000:5) đối với các nguồn thải giàu lipid
và protein.
2.1.4.4. Thời gian lƣu thủy lực và tải lƣợng hữu cơ
Thời gian lưu thủy lực () được định nghĩa là thời gian trung bình chất thải tồn tại trong bể
phản ứng ( = V/Q). Trong đó: : thời gian lưu thủy lực (ngày); V: thể tích bể phản ứng
(m3), Q: lưu lượng vào bể phản ứng (m3/ngày). Thời gian lưu bùn (C) được định nghĩa là
thời gian tồn tại của vi sinh vật trong bể phản ứng. Tải lượng hữu cơ (ORL) được xác định là
lượng chất thải đưa vào bể phản ứng (m3/ngày).
2.1.4..5. Khuấy trộn
Khuấy trộn đóng vai trò quan trọng trong xử lý kị khí chất thải. Khuấy trộn giúp ngăn hiện
tượng phân tầng và tạo váng trong bể phản ứng, không tạo ra vùng không gian chết trong và
tăng lượng khí biogas sinh ra.
2.1.4.6. Các yếu tố ức chế khác: Cạnh tranh giữa methanogen và vi khuẩn khử sulfate
(SRB, độ mặn
ức chế do ammonia, ức chế do sulfide, ức chế của V
(Volatile atty cids),...
2.1.5. Các loại bể phản ứng kị khí
Hệ thống hoạt động theo mẻ và hệ thống hoạt động liên tục: Với hoạt động theo mẻ, chất
thải chỉ được nạp vào 1 lần duy nhất và quá trình phân hủy kị khí diễn ra đến khi ngừng sinh
khí. Còn đối với hoạt động liên tục, nguyên liệu được nạp vào liên tục và bùn cũng được lấy
ra liên tục trong suốt quá trình xử lý.

2.1.6. Các biện pháp nâng cao hiệu quả quá trình xử lý kị khí
2.1.6.1. Tiền xử lý
Các biện pháp tiền xử lý bao gồm các biện pháp sinh học, cơ học và hóa - lýError!
Reference source not found. để nâng cao hiệu quả quá trình xử lý, tăng lượng khí biogas
sinh ra.
2.1.6.2. Xử lý kết hợp
Xử lý kết hợp chất thải thực phẩm với các loại chất thải khác để tăng lượng khí biogas, quá
trình xử lý ổn định. Yếu tố quyết định đến sự thành công của xử lý kết hợp là tỉ lệ phối trộn,
cân bằng dinh dưỡng trong bể phản ứng.
2.2. Tổng quan các nghiên cứu xử lý kỳ khí về bùn và chất thải thực phẩm
2.2.1. Trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về xử lý kỵ khí bùn thải, xử lý kỵ khí rác thải. Một số
nghiên cứu quá trình xử lý kết hợp các nguồn thải: bùn từ trạm xử lý và chất thải thực phẩm
và đưa vào nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu ở quy mô pilot và được áp dụng
vào thực tế. Bể xử lý kị khí quy mô nhỏ hộ gia đình để xử lý chất thải nông nghiệp sinh khí
biogas được xây dựng nhiều tại Ấn Độ và Trung Quốc: tại Ấn Độ xây dựng 16 triệu bể
biogas; tại Trung Quốc có 19 triệu bể biogas. Tại châu Âu, công nghệ xử lý kỵ khí chất thải
được áp dụng rộng rãi và hiện nay có 171 trạm xử lý kỵ khí chất thải tại 17 nước với tổng
công suất 5.204.000 tấn/năm.
2.2.2. Tại Việt Nam
Tại Việt Nam đã có một số đề tài nghiên cứu về xử lý chất thải rắn, về bùn bể tự hoại, các
nghiên cứu về xử lý kỵ khí nước thải,...Tổng số bể Biogas tại Việt Nam hiện nay ước tính có


9
150.000 bể Biogas. Hiện nay sản xuất biogas ở qui mô lớn cũng đã được triển khai ở một số
địa phuơng, sử dụng nguồn thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm.
Hiện nay tại Việt Nam vẫn chưa có nghiên cứu chuyên sâu nào về xử lý kết hợp bùn bể tự
hoại và chất thải thực phẩm bằng phương pháp kỵ khí ở chế độ lên men nóng. Vì vậy, tác giả
tiến hành nghiên cứu xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng phương pháp

kỵ khí ở chế độ lên men nóng nhằm mục đích xử lý chất thải, thu hồi tài nguyên.
2.2.3. Bài học kinh nghiệm với Việt Nam
Hàng ngày tại thành phố Hà Nội, lượng bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm phát sinh lớn,
bùn bể tự hoại phát sinh ước tính 500 tấn/ngày, lượng chất thải thực phẩm phát sinh ước tính
740 tấn/ngàyError! Reference source not found.. Phần lớn lượng bùn bể tự hoại đưa đến
bãi chôn lấp hoặc bị xả ra sông, hồ, bãi đất trống gây ô nhiễm môi trường, lan truyền dịch
bệnh. Chất thải thực phẩm của các hộ gia đình được đưa đến bãi chôn lấp, gây ô nhiễm và
quá tải bãi chôn lấp. Số liệu phân tích bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm ở phần trên cho
thấy bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm có giá trị COD, VS và VS/TS cao, vì vậy có khả
năng phân hủy bằng biện pháp sinh học.
Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy việc xử lý kết hợp hai hoặc nhiều nguồn chất thải
bằng phương pháp xử lý kỵ khí có nhiều ưu điểm hơn các biện pháp xử lý khác như ủ
compost, chôn lấp, ..: cho năng lượng sinh ra cao hơn và hiệu suất quá trình xử lý cao hơn so
với xử lý riêng từng loại chất thải, cho phép thu hồi tài nguyên khí biogas tạo nhiệt năng
hoặc điện năng, việc xử lý kỵ khí ở chế độ lên men nóng cho phép tiêu diệt mầm bệnh, sản
phẩm hỗn hợp bùn sau xử lý được sử dụng làm phân bón cho cây trồng,...
Một số nghiên cứu đã cho thấy xử lý kỵ khí chất thải ở chế độ lên men nóng có nhiều ưu
điểm hơn chế độ lên men ấm: Bùn sau xử lý tiêu diệt virut, vi khuẩn gây bệnh và trứng giun
sán, bùn cặn sau xử lý ổn định, được sử dụng làm phân hữu cơ; rút ngắn thời gian phân
hủyError! Reference source not found., sản lượng khí Biogas sinh ra từ quá trình lên men
nóng cao hơn khí sinh ra từ quá trình lên men ấm.
Hiện nay tại Việt Nam vẫn chưa có nghiên cứu chuyên sâu nào về xử lý kỵ khí kết hợp bùn
bể tự hoại và rác hữu cơ ở chế độ lên men nóng. Vì vậy, tác giả tiến hành nghiên cứu xử lý
kết hợp hai loại chất thải nói trên bằng phương pháp kỵ khí ở chế độ lên men nóng nhằm
mục đích xử lý chất thải, thu hồi tài nguyên.
2.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ VÀ THU HỒI TÀI
NGUYÊN CỦA BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ CHẤT THẢI THỰC PHẨM BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHÂN HỦY KỲ KHÍ
Đánh giá khả năng sinh khí của chất thải
Khí metan sinh ra theo lý thuyết được xác định dựa trên lượng COD bị phân hủy:

CH4 + 2O2  CO2 + 2 H2O
(16 kg) + (64 kg)  (44 kg) + (36 kg)
Theo phương trình trên, mỗi gam COD bị phân hủy sinh ra 350 Nml CH4 tương ứng ở điều
kiện tiêu chuẩn. Khả năng sinh khí của chất thải thực phẩm trên tấn chất thải cao hơn nhiều
lần so với khả năng sinh khí của bùn bể tự hoại (cao gấp 4,1 lần). Và năng lượng điện năng
hoặc nhiệt năng trung bình sinh ra từ chất thải thực phẩm trung bình cao gấp 4,1 lần năng
lượng trung bình sinh ra từ bùn bể tự hoại.
2.4. NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHÂN HỦY KỲ KHÍ CHẤT THẢI HỮU CƠ (BÙN
BỂ TỰ HOẠI VÀ RÁC HỮU CƠ)
2.4.1 Lý thuyết động học về xử lý kỳ khí chất thải


10
2.4.1.1. Sự phát triển của vi sinh vật
Tốc độ phát triển của vi sinh vật phụ thuộc vào nồng độ cơ chất. Sự phát triển và
phân hủy vi sinh vật theo thời gian được mô tả theo một quy luật mô hình động học Monod.
Gọi X là nồng độ hay mật độ sinh vật trong hệ xử lý tĩnh hay động (liên tục), tốc độ sinh
trưởng vi sinh (tế bào) rg được định nghĩa và có dạng Error! Reference source not found.:
rg =

dX
 . X
dt

(2.1)

Trong đó:
rg: tốc độ sinh trưởng vi sinh (tế bào). (g.l-1. 1/ngày).
X: là nồng độ hay mật độ sinh vật trong hệ xử lý tĩnh hay đồng (liên tục). (g.l -1).
: là hệ số đặc trưng cho từng loại vi sinh. (1/ngày).

Phương trình Contois phát triển từ phương trình Monod, có hệ số bão hòa tỷ lệ với nồng độ
bùn, cho phép mô phỏng quá trình phản ứng với mật độ bùn cao.
2.4.1.2. Xác định thông số động học từ thực nghiệm
Khi tính toán thiết kế hệ xử lý kỵ khí chất thải theo mô hình động học cần biết các giá trị của
các thông số động học. Giá trị đặc trưng cho quá trình động học hệ số phân hủy nội sinh kd
có thể xác định từ thực nghiệm đối với một hệ cụ thể .
2.4.2. Cơ sở lý thuyết mô hình phân hủy yếm khí ADM1
Đối với quá trình phân hủy kỵ khí bùn cặn và nước thải, mô hình DM1 được coi là mô
hình hữu hiệu và được sử dụng rộng rãi nhất, được thiết lập bởi nhóm các chuyên gia của
Hiệp hội nước quốc tế (IW ) để mô phỏng quá trình xử lý kỵ khí của chất thải.
Trong mô hình DM1, quá trình biến đổi được chia thành hai dạng chính là phản ứng sinh
học và phản ứng hóa lý. Mô hình DM1 bao gồm 24 thành phần chính đặc trưng bởi 24 biến
trạng thái động học. 24 thành phần DM1 bao gồm 12 cấu tử hòa tan (S) và 12 cấu tử dạng
rắn (X).
2.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2
- Chương 2 đã đưa ra những khái niệm cơ bản về nguyên lý quá trình xử lý kỵ khí, các yếu
tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình xử lý kỵ khí bao gồm: pH, nhiệt độ, thời gian lưu, tải
lượng hữu cơ. Ngoài ra các yếu tố ức chế như amoniac, hydrogen và V
cũng ảnh hưởng
trực tiếp đến quá trình xử lý kỵ khí.
- Bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm có khả năng phân hủy sinh học kỵ khí. Khả năng
sinh khí metan, tiềm năng sinh năng lượng (điện năng, nhiệt năng) trung bình trên tấn chất
thải của chất thải thực phẩm cao hơn 4,1 lần so với bùn bể tự hoại. Vì vậy, nếu xử lý kết hợp
bùn bể tự hoại và rác hữu cơ không chỉ xử lý được chất thải, giảm nguy cơ ô nhiễm môi
trường mà còn tạo ra năng lượng điện năng và nhiệt năng phục vụ cho bản thân trạm xử lý.
- Bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm đô thị nói chung và khu vực Hà Nội nói riêng có giá
trị COD cao, có khả năng phân hủy sinh học, không chứa độc tố và có tỉ lệ COD/N rất khác
nhau. Từ kết quả phân tích bùn bể tự hoại cho thấy tỉ lệ COD/N của bùn bể tự hoại dao động
trong khoảng 9-18/1 (Kết quả thí nghiệm tham khảo phụ lục 1, bảng 1.1). Trong khi đó, giá
trị COD/N của chất thải thực phẩm cao hơn nhiều so với bùn bể tự hoại, dao động trong

khoảng 85-179/1 (Kết quả thí nghiệm tham khảo phụ lục 1, bảng 1.2). Để đảm bảo tỉ lệ dinh
dưỡng, giá trị COD/N từ 70-200/1. Nếu xử lý kỵ khí riêng bùn bể tự hoại sẽ không đảm bảo
cân bằng dinh dưỡng trong bể phản ứng. Việc xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực
phẩm sẽ đảm bảo tỷ lệ C/N trong bể phản ứng để quá trình xử lý diễn ra ổn định.


11
- Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy quá trình xử lý kỵ khí ở chế độ lên men nóng đối với
chất thải thực phẩm, với bùn trạm xử lý có nhiều ưu điểm hơn chế độ lên men ấm về lượng
khí metan sinh ra và hiệu suất sinh khí metan cao hơn, rút ngắn thời gian phân hủy và bùn
sau phân hủy có thể được sử dụng để làm phân bón cho cây trồng. Tuy nhiên, chưa có
nghiên cứu nào đánh giá hiệu quả xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm
ở chế độ lên men nóng. Vì vậy chương tiếp theo tiến hành nghiên cứu thí nghiệm theo mẻ và
liên tục để làm rõ ưu điểm của quá trình xử lý kỵ khí kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực
phẩm ở chế độ lên men nóng.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
3.1. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM
3.1.1. Mục đích thí nghiệm
3.1.1.1 Thí nghiệm theo mẻ
Mục đích: Đánh giá khả năng xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng
phương pháp xử lý kị khí ở 2 chế độ lên men ấm và chế độ lên men nóng; so sánh quá trình
xử lý kị khí ở 2 chế độ lên về lượng khí CH4 sinh ra, hiệu suất sinh khí metan và hiệu suất xử
lý theo COD với các tỉ lệ phối trộn bùn bể tự hoại: chất thải thực phẩm khác nhau; xác định
tỉ lệ phối trộn tối ưu cho hiệu suất sinh khí metan cao nhất; kết quả thí nghiệm theo mẻ là cơ
sở để xác định các thông số động học của bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm bằng
phương pháp sinh học kỵ khí ở chế độ lên men nóng.
3.1.1.2. Thí nghiệm liên tục
Thí nghiệm liên tục được thực hiện với tỉ lệ phối trộn tối ưu xác định được từ thí nghiệm
theo mẻ. Thí nghiệm liên tục đo được lượng khí metan sinh ra, xác định được tỉ lệ phần trăm
khí metan trong khí biogas, xác định được thông số vận hành tối ưu, tải lượng hữu cơ tối đa

nạp vào hệ để hệ hoạt động ổn định.
3.1.2. PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
3.1.2.1. Thí nghiệm theo mẻ
Sơ đồ thí nghiệm

Hình 3.1. Thí nghiệm lên men ấm 35oC

Hình 3.2. Thí nghiệm lên men nóng 55oC

Quy trình thí nghiệm
Thí nghiệm theo mẻ được thực hiện đồng thời ở 2 hệ thí nghiệm với 2 chế độ lên
men ấm 35oC và lên men nóng 55oC (mỗi hệ gồm 6 bình tam giác). Hỗn hợp nguyên liệu


12
gồm bùn cơ chất, bùn bể tự hoại, chất thải thực phẩm với các tỉ lệ phối trộn khác nhau được
đưa vào bình thí nghiệm tam giác có dung tích 500ml. Mỗi bình nối với xilanh chứa sôđa để
hấp thụ khí CO2 và được nối với hệ thống đo khí metan để đo khí hàng ngày. Các bình được
bố trí ngập trong nước, được khuấy trộn đều, liên tục trong suốt quá trình thực nghiệm và
được gia nhiệt ở nhiệt độ nhất định 35o hoặc 55o C. Chế độ nhiệt được duy trì ổn định ở nhiệt
độ 35o hoặc 55o C trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. Sơ đồ mô hình thí nghiệm được
mô tả trong 3.1 và 3.2.
Phƣơng pháp thu thập và xử lý số liệu.
Thể tích khí metan đƣợc đo hàng ngày và đƣợc quy đổi ra thể tích Vo ở điều kiện tiêu
chuẩn.
3.1.2.2. Thí nghiệm liên tục
Sơ đồ thí nghiệm
Sơ đồ thí nghiệm được thể hiện trên hình 3.3.

(a)

(b)
(c)
Hình 3.3. Mô hình pilot xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm
a) Bể trộn; (b) Bể phản ứng; (c) Phòng điều khiển, lưu dữ liệu.
Quy trình thí nghiệm
- Bùn và rác được phối trộn theo tỷ lệ phối trộn tối ưu xác định từ kết quả thí nghiệm theo
mẻ. Nguyên liệu được nạp là bùn và rác được cấp vào bể phối trộn với tỷ lệ phối trộn tối ưu
theo kết quả xác định ở mô hình phòng thí nghiêm, với tổng thể tích bằng 700 lít (70% dung
tích của bể phản ứng).
- Chế độ vận hành liên tục được tiến hành bắt đầu sau khi hệ thống pilot vận hành theo mẻ
được thiết lập ổn định. Hỗn hợp bùn: chất thải thực phẩm được bơm bằng bơm tự động với
tần suất nạp 5 lần/ngày vào bể phản ứng kỵ khí, có thể tích hữu ích 1000 lít, được khuấy trộn
đều và liên tục trong suốt quá trình thực nghiệm. Chế độ nhiệt trong bể phản ứng được duy
trì ổn định ở nhiệt độ 55oC (±0,5oC) trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. Thành phần
khí tạo ra trong bể phản ứng (gồm CO2, CH4, H2S, O2) được xác định bằng máy đo khí tự
động BM200. Các dữ liệu được tự động ghi chép liên tục vào thẻ nhớ qua bộ điều khiển tích
hợp được lập trình sẵn.
Phƣơng pháp thu thập và xử lý số liệu


13
Thể tích khí Biogas và thành phần khí đƣợc tự động ghi chép liên tục vào thẻ nhớ. Thể
tích khí đƣợc quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn
3.1.3. CÁC CHẾ ĐỘ THÍ NGHIỆM
3.1.3.1. Thí nghiệm theo mẻ (trong phòng thí nghiệm)
Thí nghiệm theo mẻ được thực hiện ở 2 chế độ: chế độ lên men ấm (35 oC) và chế
độ lên men nóng (55oC). Mỗi chế độ lên men chạy thí nghiệm với 6 tỉ lệ phối trộn Bùn bể tự
hoại: Chất thải thực phẩm theo COD khác nhau: mẫu đối chứng; 1,2:0; 1:1, 1:10; 1:100;
0:1,2, tương ứng với tỉ lệ phối trộn theo thể tích: mẫu đối chứng, 10:0, 9:1; 1:1; 1:9; 0:10.
Bảng 3.1. Nguyên liệu nạp đầu vào thí nghiệm theo mẻ

Nguyên liệu
Giá trị COD (mg/l)
Độ ẩm (%)
Mẻ 1
Mẻ 2
Mẻ 1
Mẻ 2
Bùn cơ chất
9.600
6.900
99,0
98,7
Bùn bể tự hoại
12.600
16.100
99,7
99,8
Chất thải thực
135.000
172.000
88,2
88,5
phẩm
Bảng 3.2. Tải lƣợng COD nạp vào hệ thí nghiệm mẻ 1 và mẻ 2
Mẻ
Đối chứng
9.6
6.9

Mẻ 1

Mẻ 2

Tỉ lệ phối trộn Bùn bể tự hoại:Chất thải thực phẩm
10:00
9:01
1:01
1:09
10.2
16.3
49.0
106.6
8.7
11.5
45.6
90.1

0:10
119.8
101.4

3.1.3.2. Thí nghiệm liên tục (trong mô hình pilot)
Thí nghiệm liên tục được thực hiện ở chế độ lên men nóng 55oC, với tỉ lệ phối trộn
tối ưu bùn bể tự hoại : chất thải thực phẩm là 1: 1 theo COD hay 9:1 theo thể tích xác định từ
thí nghiệm theo mẻ. Tải trọng thủy lực của bể phản ứng được tăng dần từ 20 – 50 L/ngày,
tương đương tải lượng hữu cơ (OLR) của hệ được tăng dần từ 0.5-2.0 kg COD/m3.ngày
trong thời gian thực hiện thí nghiệm liên tục 56 ngày. Thành phần, tính chất của nguyên liệu
nạp vào hệ thí nghiệm liên tục được thể hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Tính chất của hỗn hợp bùn rác nạp liệu trong TN liên tục
pH
Tỷ trọng

Độ ẩm
TS
VS
COD
TN
TP
Chỉ tiêu
Đơn vị

-

kg/L

%

g/L

g/L

mg/L

mg/L

mg/L

Bùn+Rác

6,9

0,99

98,6

12,2

10,4

6880

710

120

3.1.4. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, TS, VS, T-N, T-P và phân tích thành phần khí
Biogas.
3.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.2.1. Thí nghiệm theo mẻ
3.2.1.1. Lƣợng khí sinh ra hàng ngày của từng chế độ vận hành
Thí nghiệm theo mẻ lần 1


14
Lượng khí CH4 tích lũy hàng ngày
5

0.3
0.25

Đối chứng

10:00

0.2

9:01
1:01

0.15

1:09
0:10

0.1
0.05

Lượng khí CH4 tích lũy hàng ngày (Nl)

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày (Nl/ngày)

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày
0.35

4.5
4

10:00

3

9:01

2.5

1:01

2

1:09

1.5

0:10

1
0.5

0

0
1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Thời gian (ngày)

Thời gian (ngày)

Hình 3.4a.Lƣợng khí CH4 sinh ra
hàng ngày chế độ lên men ấm mẻ 1

Hình 3.4b.Lƣợng khí CH4 tích lũy
hàng ngày chế độ lên men ấm mẻ 1

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày

Lượng khí CH4 tích lũy hàng ngày

0.45

6

0.4
0.35
Đối chứng

0.3

10:00
0.25

9:01

0.2

1:01
1:09

0.15

0:10

0.1
0.05

Lượng khí CH4 tích lũy hàng ngày (Nl)

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày (Nl/ngày)

Đối chứng

3.5

5
Đối chứng

4

10:00
9:01

3

1:01
1:09

2

0:10

1

0

0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Thời gian (ngày)

Thời gian (ngày)

Hình 3.5.Lƣợng khí CH4 sinh ra
hàng ngày chế độ lên men nóng mẻ 1

Hình 3.5a.Lƣợng khí CH4 tích lũy
hàng ngày chế độ lên men nóng mẻ 1

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày và lượng khí CH4 tích lũy theo ngày của chế độ lên men
ấm và lên men nóng được thể hiện trong hình 3.4 và 3.5. Với các tỉ lệ phối trộn khác nhau,
kết quả biểu đồ sinh khí cho thấy tỉ lệ Bùn : Rác tương ứng tỉ lệ 10:0, 9 :1 cho lượng khí CH4
sinh ra nhiều trong những ngày đầu và giảm dần trong những ngày sau trong khi với tỉ
lệ Bùn :Rác tương ứng 1 :1, 1 :9 và 1:10 lượng khí sinh ra ít trong những ngày đầu, tăng dần
trong những ngày sau do chất thải thực phẩm cần có thời gian để tham gia các quá trình thủy
phân, lên men axit và sinh khí metan. Tuy nhiên, với tỉ lệ Bùn :Rác tương ứng 0 :10, lượng
khí metan sinh ra ít hơn tỉ lệ 1:9 do không có môi trường đệm là bùn bể tự hoại, khi lượng
rác nhiều, quá trình sinh axit diễn ra mạnh. Do vậy lượng khí metan sinh ra ở tỉ lệ 0:10 thấp
hơn so với tỉ lệ 1:9 (hình 3.4, hình 3.5).
Đồ thị hình 3.4a và 3.5a cho thấy lượng khí metan sinh ra ở chế độ lên men nóng cao
hơn lượng khí metan sinh ra ở chế độ lên men ấm. Ngoài ra, do chế độ lên men nóng được
gia nhiệt ở nhiệt độ cao hơn, vì vậy thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra mạnh
hơn, rút ngắn thời gian phân hủy trung bình 5 ngày so với chế độ lên men ấm, giảm thời gian
phản ứng trung bình 20% so với chế độ lên men ấm.
Thí nghiệm theo mẻ lần 2

15
- Kết quả thí nghiệm lần 2 cho kết quả tương tự và lượng khí metan sinh ra ở chế độ lên men
nóng cao hơn chế độ lên men ấm và thời gian phản ứng của chế độ lên men nóng ngắn hơn
so với thời gian phản ứng của chế độ lên men ấm trung bình 4-5 ngày (hình 3.6 và 3.7).
- Kết quả đồ thị 3.8 và 3.9 cho thấy lượng khí metan sinh ra mlCH 4/gCOD và hiệu suất sinh
khí metan cao nhất với tỉ lệ phối trộn Bùn bể tự hoại: Chất thải thực phẩm tương ứng theo
COD 1:1 hay tỉ lệ thể tích 9:1. Khi lượng rác tăng lên, tỉ lệ Bùn bể tự hoại : Chất thải thực
phẩm tương ứng theo thể tích tương ứng 1:1, 1:1, 1:9, 0:10 cho hiệu suất sinh khí metan
giảm do khi lượng rác tăng, quá trình axit diễn ra mạnh, pH của môi trường bị giảm do sự
hình thành axit béo dễ bay hơi và hợp chất trung gian có tính axit, ức chế vi sinh tạo metan
chỉ phát triển thuận lợi trong môi trường trung tính pH= 6,8-7,2. Với mẫu đối chứng và tỉ lệ
10:0, không có chất thải thực phẩm, hiệu suất sinh khí metan, lượng khí metan sinh ra thấp
hơn so với tỉ lệ 9:1 theo thể tích do COD trong bùn bể tự hoại khó phân hủy và do chỉ có một
thành phần thải là bùn bể tự hoại trong bể phản ứng sẽ không đảm bảo tỉ lệ C: N, đồng thời
nồng độ amoni tự do trong bùn bể tự hoại cao sẽ trở thành yếu tố ức chế, ảnh hưởng đến hiệu
suất sinh khí metan.
Lượng khí CH4 tích lũy hàng ngày

0.35
0.3
Đối chứng

0.25

10:00
0.2

9:01
1:01

0.15

1:09
0.1

0:10

0.05
0
1

3

5

7

9

Lượng khí CH4 tích lũy hàng ngày
(Nl)

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày
(Nl/ngày)

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày

11 13 15 17 19 21 23 25

0.35

Đối chứng

0.3

10:00

0.25

9:01

0.2

1:01

0.15

1:09

0.1

0:10

0.05
0
11

13

15

17

19

Thời gian (ngày)

2.5.1.2. Hình
Lƣợng3.7a.Lƣợng
khí sinh rakhí
tính
theosinh
COD của t
CH4
hàng ngày chế độ lên men nóng mẻ 2

Lượng khí CH4 tích lũy hàng ngày
(Nl)

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày
(Nl/ngày)

0.4

9

9:01
1:01
1:09

2

0:10
1
0
3

5

7

9

11

13

15

17 19

21

23

25

Lượng khí CH4 tích lũy hàng ngày

0.45

7

10:00

3

Hình 3.6b.Lƣợng khí CH4 tích lũy
hàng ngày chế độ lên men ấm mẻ 2

Lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày

5

Đối chứng
4

Thời gian (ngày)

Hình 3.6a.Lƣợng khí CH4 sinh ra
hàng ngày chế độ lên men ấm mẻ 2

3

5

1

Thời gian (ngày)

1

6

6
5
Đối chứng
4

10:00
9:01

3

1:01
1:09

2

0:10
1
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Thời gian (ngày)

Hình 3.7b.Lƣợng khí CH4 tích lũy
hàng ngày chế độ lên men nóng mẻ 2


16

Hình 3.8. Lƣợng khí metan sinh ra chế độ lên men ấm

Hình 3.9. Hiệu suất sinh khí metan ở chế độ lên men ấm
Hiệu suất quá trình oxi hóa COD tăng dần tương ứng với các tỉ lệ Bùn bể tự hoại :
Chất thải thực phẩm tương ứng theo thể tích: 10:0, 9:1, 1:1, 1:9 (hình 3.10). Hiệu suất quá
trình oxi hóa COD cho thấy bùn bể tự hoại chứa thành phần chất trơ lớn, còn chất thải thực
phẩm chứa thành phần hữu cơ dễ phân hủy lớn. Vì vậy khí lượng chất thải thực phẩm tăng
lên trong hỗn hợp bùn: rác sẽ cho hiệu suất quá trình oxi hóa COD cao. Tuy nhiên khi chỉ có
chất thải thực phẩm, không có bùn bể tự hoại, hiệu suất oxi hóa COD giảm; tỉ lệ 0:10 có hiệu
suất oxi hóa COD thấp hơn tỉ lệ 1:9 do không có môi trường đệm, hệ phản ứng bị chua, quá
trình xử lý bị ức chế, ảnh hưởng đến hiệu suất.

Hình 3.10. Hiệu suất xử lý theo COD


17
Chế độ lên men nóng
Chế độ lên men nóng cho kết quả tương tự chế độ lên men ấm, tỉ lệ phối trộn
Bùn :rác tương ứng 9 :1 cho lượng khí metan cao nhất, sau đó lần lượt tới các tỉ lệ phối trộn
khác Bùn : rác là 1 :1 ; 10:0, 1 :9, 10 :0 và 0 :10 (hình 3.11).

Hình 3.11. Lƣợng khí metan sinh ra chế độ lên men nóng

Hình 3.12. Hiệu suất sinh khí metan ở chế độ lên men nóng

Hình 3.13. Hiệu suất xử lý theo COD (%)
Hiệu suất sinh khí metan cao nhất với tỉ lệ Bùn: Rác là 9:1, thấp nhất tỉ lệ 0:10
(hình 3.12). Khi lượng rác tăng lên, hiệu suất sinh khí metan giảm đi. Hiệu suất quá trình xử

18
lý theo COD với tỉ lệ 10:0 cho hiệu suất xử lý thấp nhất chứng tỏ trong thành phần bùn bể tự
hoại, tỉ lệ chất trơ nhiều (hình 3.12). Khi tăng tỉ lệ chất thải thực phẩm lên , hiệu suất quá
trình loại bỏ COD tăng do trong chất thải thực phẩm có thành phần các chất dễ phân hủy để
chuyển hóa thành khí CH4 cao hơn nhiều so với bùn bể tự hoại. Tuy nhiên với tỉ lệ 0:10, nếu
chỉ có chất thải thực phẩm mà không bổ sung bùn bể tự hoại, hiệu suất quá trình loại bỏ
COD thấp hơn tỉ lệ 1:9 là do không có môi trường đệm, thành phần các chất khó phân hủy
trong chất thải thực phẩm không chuyển hóa được thành các chất dễ phân hủy, ảnh hưởng
đến hiệu quả quá trình xử lý.
3.2.1.2. So sánh chế độ lên men ấm và chế độ lên men nóng
a. Lƣợng khí CH4 sinh ra (Nml/gCOD)

Hình 3.14a. So sánh lƣợng khí CH4 sinh ra
Hình 3.15b. So sánh lƣợng khí CH4 sinh ra
giữa 2 chế độ lên men
giữa 2 chế độ lên men
So sánh lượng khí CH4 sinh ra với cùng tỉ lệ phối trộn Bùn :rác, lượng khí sinh ra khi xử lý
kị khí ở chế độ lên men nóng cao hơn chế độ lên men ấm do khi nhiệt độ tăng, quá trình
phân hủy chất hữu cơ diễn ra nhanh hơn ( hình 3.15). Kết quả 2 lần thí nghiệm đều cho kết
quả tương đồng, lượng khí metan sinh ra ở chế độ lên men nóng cao hơn từ 5-12% so với
chế độ lên men ấm với cùng tỉ lệ phối trộn.
b. Hiệu quả xử lý COD và thời gian phân hủy

100
80
60

Lên men ấm 35oC

40

Lên men nóng 55oC

20
0
Đối 10:00
chứng

9:01

1:01

1:09

Tỉ lệ phối trộn Bùn:Rác

0:10

So sánh hiệu quả xử lý theo COD giữa hai chế độ
lên men
Hiệu quả xử lý COD (%)

Hiệu quả xử lý COD

So sánh hiệu quả xử lý theo COD giữa hai chế độ
lên men
100
80
60

Lên men ấm 35oC

40

Lên men nóng 55oC

20
0
Đối 10:00
chứng

9:01

1:01

1:09

0:10

Tỉ lệ phối trộn Bùn:Rác

Hình 3.15a. So sánh hiệu quả xử lý theo COD Hình 3.15b. So sánh hiệu quả xử lý theo COD
(%) giữa 2 chế độ lên men mẻ 1
(%) giữa 2 chế độ lên men mẻ 2


19
Nhận xét kết quả thí nghiệm theo mẻ
So sánh thí nghiệm theo mẻ giữa chế độ lên men ấm và chế độ lên men nóng cho thấy chế độ

lên men nóng có nhiều ưu điểm hơn so với chế độ lên men ấm:
Chế độ lên men nóng cho lượng khí metan sinh ra cao hơn so với chế độ lên men
ấm từ 5-12%.
Chế độ lên men nóng cho phép rút ngắn thời gian phân hủy xuống 16-19% thời
gian so với chế độ lên men ấm.
Hiệu quả xử lý theo COD ở chế độ lên men nóng cao hơn chế độ lên men ấm từ 314%.
Với các tỉ lệ phối trộn Bùn bể tự hoại: Chất thải thực phẩm tương ứng khác nhau,
tỉ lệ phối trông 1: theo COD, tương ứng 9:1 theo thể tích cho hiệu suất sinh khí
metan cao nhất. Vì vậy chọn tỉ lệ này để thực hiện thí nghiệm liên tục để xác định
tải lượng tối đa nạp vào hệ, thành phần khí và chất lượng bùn sau xử lý.
3.2.2. Thí nghiệm liên tục
3.2.2.1. Lƣợng khí biogas và %CH4 sinh ra
Từ quá trình vận hành thí nghiệm liên tục xác định được lượng khí biogas sinh ra
và %CH4 trong thành phần khí biogas thu được từ bể phản ứng. Hình 3.16 mô tả sản lượng
khí biogas và %CH4 trong thành phần khí biogas thu được từ bể phản ứng, ứng với các giai
đoạn OLR tăng từ 0.5-2.0 kg COD/m3.ngày.

Hình 3.16. Sản lƣợng khí biogas và %CH4 trong biogas thu đƣợc từ bể phản ứng
trong thí nghiệm vận hành liên tục
() thể tích khí biogas (L/ngày); () %CH4.
Có thể thấy rằng sản lượng khí biogas thu được từ bể phản ứng tăng rõ rệt khi tăng
tải lượng hữu cơ, trong khi đó, %CH4 lại có xu hướng giảm dần. Với tải lượng hữu cơ khởi
điểm thấp, 0.5 kg COD/m3.ngày (tương ứng với tải trọng thủy lực q=20 L/ngày), thể tích khí
biogas sinh ra từ bể phản ứng đạt trung bình 200-300 L/ngày, trong đó khoảng 50% là CH4.
Khi nâng tải lượng hữu cơ lên 1-1.5 kgCOD/m3.ngày (q=30-40 L/ngày), sản lượng khí thu
được khá cao và ổn định ở mức 400 L/ngày, tuy nhiên %CH 4 trong khí thu được giảm, chỉ
chiếm khoảng 42%. Khi tiếp tục tăng tải lượng hữu cơ đến 2 kgCOD/m3.ngày (q=50


20

L/ngày), thể tích khí tăng nhanh trong thời gian đầu, đạt xấp xỉ 600 L/ngày, nhưng ngay sau
đó, giảm nhanh chóng xuống dưới 50 L/ngày, và %CH 4 chỉ chiếm 37%. Điều này chứng tỏ,
tải lượng hữu cơ giới hạn của bể phản ứng tại mức 2 kg COD/m3.ngày ở chế độ vận hành
liên tục. Nguyên nhân do hệ vi sinh bổ sung vào bể thí nghiệm chưa thật ổn định, đặc biệt
trong điều kiện lên men nóng, tại nhiệt độ 55°C, các chủng vi sinh lên men metan tỏ ra rất
nhạy cảm với các yếu tổ tác động như quá trình nạp liệu đầu vào. Hơn nữa, rác thải hữu cơ là
nguồn thải giàu cacbon nhưng thành phần chất rắn cao, là yếu tố cản trở chính trong quá
trình thủy phân trong bể phản ứng, giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng của toàn bộ quá
trình. Vi vậy, để tối ưu quá trình vận hành hệ, nâng cao tải lượng đầu vào, cần kiểm soát duy
trì tốt hệ vi sinh trong bể và xử lý sơ bộ chất thải nạp liệu đầu vào.
3.2.2.2. Xác định thành phần khí sinh học
Thành phần khí biogas tạo ra trong bể phản ứng (hình 3.17) chủ yếu gồm CO2 và
CH4: khí CH4 có tỉ lệ dao động 34,4- 57,8% trong khi khí CO2 chiếm từ 42-64,2%. Khi tăng
tải lượng hữu cơ lượng khí CH4 giảm. Trong 20 ngày tiếp theo, % CO2 giảm và % CH4 tăng
(theo tỷ lệ gần tương đương), chứng tỏ nhóm methanogen sử dụng H 2 chiếm ưu thế, sử dụng
CO2 để sản sinh CH4 (theo phương trình phản ứng CO2 + H2 CH4 + 2H2O). Trong pha tiếp
sau, từ ngày 40 đến ngày 56, % CH4 trong khí tạo ra giảm và % CO2 tăng (tỷ lệ tương
đương), chứng tỏ nhóm sử dụng acetate đã chiếm ưu thế, tạo CO 2 từ phản ứng sinh CH4
(theo phương trình phản ứng CH3COOH  CH4 + CO2), theo đúng quy luật của bể lên men
kỵ khí. Từ ngày thứ 56 trở đi, tổng thể tích khí sinh ra giảm dần, chứng tỏ quá trình lên men
đã đi vào giai đoạn cuối.

Hình 3.17. Thành phần khí biogas tạo ra trong bể phản ứng theo thời gian
3.5.2.3. Biến đổi về số lƣợng và cấu trúc quần thể vi sinh vật sinh metan trong bể phản
ứng
Quan sát mẫu bùn dưới kính hiển vi huỳnh quang (coenzyme 420 của methanogen) cho thấy
tập đoàn methanogen đã được thiết lập và tồn tại bền vững trong bể phản ứng ở thời điểm
hàm lượng CH4 trong biogas đạt 50 – 60% so với thời điểm ban đầu khi CH4 chưa được sinh
ra. Phân tích cấu trúc tập đoàn methanogen trong bể phản ứng theo thời gian bằng điện di
biến tính gen 16S rDN . xác định được methanogen sử dụng hydro (Methanobacterium sp.)

có mặt trong bể phản ứng từ khi metan mới bắt đầu được tạo ra (thời điểm 20 ngày), tuy


21
nhiên số lượng lại giảm dần trong những ngày sau đó (băng mờ ở thời điểm 40 ngày). Ngược
lại, nhóm methanogen sử dụng acetate (Methanothrix sp.) mặc dù xuất hiện trong bể phản
ứng muộn hơn (thời điểm 30 ngày) nhưng lại được củng cố về số lượng theo thời gian (băng
rõ nét ở thời điểm 40 ngày). Trong nghiên cứu này động học của nhóm methanogen trong bể
phản ứng kỵ khí được sử dụng như yếu tố chỉ thị để theo dõi quá trình vận hành của bể.
3.2.2.4. Tính cân bằng chất và hiệu suất của của quá trình
Hiệu suất sinh metan
Hiệu suất sinh metan của thí nghiệm vận hành liên tục với tỷ lệ phối trộn bùn:rác
trong hỗn hợp nạp liệu là tỷ lệ 9:1 theo thể tích hay 1:1 theo COD tương đối cao 76%. Giá
trị hiệu suất sinh metan của thí nghiệm liên tục tương tự hiệu suất sinh metan của thí nghiệm
theo mẻ 72-79%.
Sự thay đổi pH ở các tải trọng COD khác nhau
Kết quả thí nghiệm cho thấy pH của thí nghiệm dao động trong khoảng pH = 7,27,4. Đồ thị hình 3.19 cho thấy mối quan hệ giữa pH và lượng khí metan sinh ra. Khi pH =7,2
cho lượng khí Biogas sinh ra cao còn khi pH tăng từ 7,3 đến 7,4 cho lượng khí Biogas giảm.
Kết quả này phù hợp với nghiên cứu trước đây, điều kiện tối ưu cho bể phản ứng kỵ khí pH
= 7,0-7,2.

Hình 3.19. Ảnh hƣởng của pH tới lƣợng khí Biogas sinh ra
Hiệu suất xử lý theo COD, TS, VS.
Kết quả thí nghiệm liên tục cho thấy khi bể phản ứng làm việc ổn định tương ứng
với giá trị pH đo được từ thực nghiệm dao động trong khoảng 7,2-7,4, hiệu suất quá trình xử
lý tính theo COD dao động từ 58-75% (hình 3.20).
Đối với thí nghiệm liên tục, thành phần hỗn hợp nguyên liệu đầu vào bùn bể tự
hoại và chất thải thực phẩm có giá trị VS/TS dao động trong khoảng 52-77% và tỉ số VS/TS
của hỗn hợp sau khi xử lý kỵ khí dao động trong khoảng 25-58%. Điều này cho thấy thành
phần chất chất hữu cơ dễ phân hủy đã tham gia quá trình phản ứng kỵ khí nên giá trị VS

giảm nhiều. Do vậy tỉ số VS/TS của hỗn hợp sau xử lý sẽ giảm đi. Hiệu suất quá trình xử lý
theo TS được biểu diễn trong, dao động trong khoảng 41-69%. Trong khi đó hiệu suất xử lý
theo VS cao hơn dao động trong khoảng 61-77%.


22

Hình 3.20. Hiệu suất quá trình xử lý tính COD
3.2.2.5. Kết quả phân tích vi sinh vật gây bệnh
Mẫu bùn sau khi phân hủy được đưa đi phân tích chỉ tiêu trứng giun. Kết quả phân
tích cho thấy trứng giun, sán đã bị tiêu diệt hoàn toàn sau quá trình phân hủy kỵ khí ở chế độ
lên men nóng. Đây chính là ưu điểm của chế độ phân hủy kỵ khí ở chế độ lên men nóng so
với lên men ấm. Bùn sau phân hủy không đòi hỏi quá trình tiệt trùng và có thể sử dụng làm
phân bón an toàn trong nông nghiệp.
3.2.2.6. Kết quả phân tích kim loại nặng
Mẫu bùn sau xử lý được phân tích các chỉ tiêu kim loại nặng. Kết quả phân tích
cho thấy mẫu giá trị trung bình của các chỉ tiêu kim loại nặng trong mẫu bùn sau phân hủy
cho thấy các giá trị đều thấp hơn ngưỡng cho phép đối với kim loại nặng sử dụng cho đất
nông nghiệp theo TCN 526-2002. Như vậy, bùn sau phân hủy sinh học kỵ khí an toàn về
hàm lượng kim loại nặng, có thể tái sử dụng để làm chất cải tạo đất cho đất nông nghiệp.
3.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KỲ KHÍ KẾT HỢP BÙN BỂ TỰ
HOẠI VÀ CHẤT THẢI THỰC PHẨM SỬ DỤNG PHẦN MỀM GPS-X
3.3.1. Kết quả mô phỏng
Phần mềm GPS-X mô phỏng khả năng phân hủy kị khí của chất thải dựa trên mô
hình động học DM1. Sử dụng số liệu kết quả thí nghiệm sinh khí metan theo mẻ ở chế độ
lên men nóng (lần 1, lần 2) để chạy mô hình GPS-X. 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). Độ lệch chuẩn giá trị kd của bùn bể tự hoại là 0,07 và của chất
thải thực phẩm là 0,28. Hình 3.4 cho thấy độ lệch chuẩn của chất thải thực phẩm (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.
Kết quả chạy phần mềm GPS-X cho phép xác định được hệ số phân hủy nội sinh
kd bùn bể tự hoại từ 0,4 và kd của chất thải thực phẩm cao hơn 1,0. Kết quả đồ thị hình 4.4 và
4.5 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.


23

R2= 0,9568

a1. Đối chứng

R2= 0,9536

b1. Tỉ lệ Bùn: rác 10 :0

R2= 0,9542

c1. Tỉ lệ Bùn: rác 9:1

R2= 0,9324

R2= 0,9518

R2= 0,9635

d1. Tỉ lệ Bùn:rác: 1:1

e1. Tỉ lệ Bùn:rác: 1:9

g1. Tỉ lệ Bùn:rác: 0:10

Hình 3.5. Kết quả lƣợng khí metan sinh ra khi chạy phần mềm GPS-X thí nghiệm lần 1

chú:
nghiệm lần 1 trên hình 3.5. Thí nghiệm lần 2 trên hình 3.6. Đường cong bao gồm các dấu (+) là kết quả đường cong
metan khi chạy mô hình trong phòng thí nghiệm.
ng nét liền là kết quả sinh khí metan mô phỏng bằng phần mềm GPS-X.
R2 = 0,9489

a2. Đối chứng

R2 = 0,9104

b2. Tỉ lệ Bùn:rác 10:0

R2 = 0,91

c2. Tỉ lệ Bùn: rác: 9:1


24

R2 = 0,9534
R2 = 0,9435

R2 = 0,9589

d2. Tỉ lệ bùn: rác: 1:1
e2. Tỉ lệ Bùn:rác 1:9
g2. Tỉ lệ Bùn:rác 0:10
Ghi chú:
Thí
nghiệm
lần quả
1 trên
hìnhkhí
3.5.metan
Thí nghiệm
trên phần
hình 3.6.
Đường
cong
gồmlần
các2
Hình
3.6. Kết
lƣợng
sinh ralần
khi2chạy
mềm
GPS-X
thí bao
nghiệm
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.
3.4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ PHẢN ỨNG KỲ KHÍ DỰA TRÊN THÔNG SỐ
ĐỘNG HỌC

Với thông số động học xác định ở trên với kd bùn = 0,4 (1/ngày); kd rác = 1,0
(1/ngày) giúp tính toán xác định được kích thước của bể phản ứng.
3.5. 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.


25
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 4264,2%.
- Hiệu suất xử lý theo COD 58-75%; hiệu suất xử lý theo VS dao động 60-78%.
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/m3.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,...
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 s
au:
- 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.