Nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại bằng phương pháp sinh học trong điều kiện việt nam (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Hoàng Lê Phƣơng

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI BẰNG
PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Chuyên ngành: Công nghệ môi trƣờng chất thải rắn
Mã số: 62.52.03.20-1

Hà Nội- Năm 2018


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Xây dựng

Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS. Nguyễn Thị Kim Thái
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Lều Thọ Bách

Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải

Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Lâm Quảng

Phản biện 3: TS. Nguyễn Thu Huyền

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp
Trường họp tại trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng,
Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội.
Vào hồi

giờ

ngày

tháng năm 2018

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


1
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài luận án
Phân bùn bể tự hoại có nguồn gốc từ sản phẩm bài tiết của con
người, do đó nó có thể chứa một lượng lớn chất ô nhiễm và các sinh
vật gây bệnh. Theo một số nghiên cứu thành phần chất hữu cơ, tổng
nitơ, tổng photpho, trứng giun sán trong phân bùn bể tự hoại thường
cao hơn trong nước thải gấp 10 lần hoặc hơn. Do đó nếu việc xử lý
phân bùn không được thực hiện đúng cách sẽ gây ra những ảnh
hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người.
Đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại bằng
phƣơng pháp sinh học trong điều kiện Việt Nam” tập trung đi sâu
nghiên cứu áp dụng phương pháp kỵ khí xử lý phân bùn bể tự hoại,
đưa ra một số thơng số vận hành chính trên mơ hình thực tế để mang
lại hiệu quả cao nhất, đáp ứng được nhu cầu trong xử lý phân bùn bể
tự hoại cho các đô thị vừa và nhỏ của Việt Nam hiện nay. Đặc biệt
khi nhu cầu này đã được thể hiện rõ trong Nghị định số 80/2014/NĐCP ngày 6/8/2014 của Chính phủ về thốt nước và xử lý nước thải
trong đó điều 25 đã đưa ra u cầu thơng hút định kỳ phân bùn bể tự
hoại, nghiêm cấm việc xả thẳng phân bùn bể tự hoại vào hệ thống
thoát nước cũng như môi trường xung quanh.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án
- Xác định một số thông số vận hành trong xử lý phân bùn bể tự
hoại bằng phương pháp phân hủy kỵ khí trong điều kiện lên men ấm

để đạt được hiệu quả thu khí sinh học cao nhất.
- Xác định một số thông số động học điển hình nhằm tối ưu hóa
cơng nghệ xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ rau củ quả hỏng từ chợ
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Công nghệ xử lý phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ bằng
phương pháp kỵ khí ấm trong điều kiện khí hậu miền bắc Việt Nam.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án
- Phương pháp tổng quan tài liệu
- Phương pháp khảo sát thực tế
- Phương pháp nghiên cứu phân tích thực nghiệm
- Phương pháp phân tích thống kê


2
- Phương pháp đối chiếu so sánh.
- Phương pháp cân bằng vật chất
- Phương pháp phân tích tổng hợp
5. Những đóng góp mới của luận án
Luận án đã đưa ra được một số thông số vận hành quan trọng trong
xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ cụ thể:
 Tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa phân bùn bể tự hoại và chất
thải hữu cơ từ chợ là PB:RC = 3:1 về khối lượng.
 Liều lượng nạp bổ sung hàng ngày phù hợp cho xử lý kỵ
khí hỗn hợp phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ ở tỷ lệ
PB:RC = 3:1 trong điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam là
1,5±0,1kgVS/m3.ngày (tương đương 13kg hỗn hợp nguyên
liệu/m3.ngày). Ở liều lượng nạp này, nghiên cứu đã xác định được

phương trình động học tính tốn lượng khí sinh ra theo mơ hình
29,81.𝑒
Gompertz cải tiến: 𝑦 = 549,67. 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 549,67 25,57 − 𝑡 +

1, với hệ số hồi quy R2 = 0,995, hằng số phân hủy chất hữu cơ k = 0,027.
6. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, mục lục, tài liệu tham khảo,
danh mục cơng trình cơng bố và phụ lục, nội dung chính của luận án
gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về phân bùn bể tự hoại và chất thải rắn
hữu cơ từ chợ
Chương 2. Cở sở lý luận nghiên cứu công nghệ sinh học kỵ khí
chất hữu cơ thu khí sinh học
Chương 3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Chương 4. Kết quả nghiên cứu và bàn luận


3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ
CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ TỪ CHỢ
1.1. Tổng quan về phân bùn bể tự hoại
“Phân bùn” được định nghĩa là hỗn hợp bùn, phân và chất lỏng
được hình thành trong các hệ thống vệ sinh tại chỗ, riêng lẻ như: xí
đào, xí dội nước, xí cơng cộng, xí nối với bể tự hoại.
Các thông số thường được xem xét cho thành phần phân bùn bể
tự hoại cũng bao gồm tổng lượng chất rắn (TS), hàm lượng COD,
BOD, các chất dinh dưỡng, tác nhân gây bệnh và kim loại nặng giống
với các thông số của nước thải sinh hoạt. Tuy nhiên thành phần chất
hữu cơ, chất rắn, NH4-N, tổng photpho, trứng giun sán trong phân
bùn bể tự hoại thường cao hơn trong bùn từ hệ thống xử lý nước thải

gấp 10 lần hoặc hơn.
1.2. Tổng quan về quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại
1.2.1. Quản lý và xử lý phân bùn tại các đô thị trên thế giới
Tại đô thị của các nước phát triển như ở châu Âu và Bắc Mỹ
phần lớn nhà vệ sinh thường được đấu nối trực tiếp với hệ thống
thoát nước và được đưa đến trạm xử lý nước thải. Tại đô thị các nước
đang phát triển như ở Châu Phi, Châu Á và Châu Mỹ Latinh phần lớn
các hộ gia đình sử dụng hệ thống vệ sinh tại chỗ điển hình là bể tự
hoại dẫn đến sự tích tụ phân bùn. Tuy nhiên tại các nước đang phát
triển hệ thống quản lý phân bùn bể tự hoại thường chưa đầy đủ, hoạt
động kém hiệu quả. Tại các nước này phần lớn lượng phân bùn thu
gom được đổ ra sông, hồ, kênh, rạch hoặc sử dụng trực tiếp cho nông
nghiệp, chỉ lượng nhỏ phân bùn được đưa đến hệ thống xử lý. Do đó
phân bùn bể tự hoại đã đang gây ra những vấn đề ô nhiễm môi
trường như: gây ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất, phát tán vi sinh
vật gây bệnh ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
Nhiều chuyên gia cho rằng tại các nước đang phát triển nên áp
dụng các phương pháp xử lý có chi phi thấp tức là chi phí đầu tư và
vận hành thấp, đồng thời cũng tương thích với trình độ cơng nghệ sẵn
có trong nước. Các phương pháp đã được sử dụng gồm có bể lắng
bùn hoạt động gián đoạn, ao ổn định kỵ khí, sân phơi bùn, bãi lọc
trồng cây, kết hợp ủ sinh học với chất thải rắn hữu cơ…Công nghệ
xử lý bùn có thể kết hợp hai hay nhiều phương pháp xử lý khác nhau
phụ thuộc vào điều kiện và mục tiêu xử lý của từng vùng.


4
Nơng nghiệp
Xử lý phối trộn compost CTHC
Bãi lọc có trồng cây

Sân phơi bùn
PB

Bể lắng – nén bùn
Hồ lắng
Phân hủy kỵ khí
Xử lý phối trộn với bùn cống
rãnh
Xử lý phối trộn với nước thải

Xử lý chất thải rắn
Xử lý phối trộn compost
Bãi lọc có trồng cây
Sân phơi bùn
Xử lý phối trộn nước thải
Bể ổn định bùn
Cánh đồng ngập nước
Các kỹ thuật khác
Xử lý nƣớc thải
Nguồn nƣớc

Hình 1.2. Sơ đồ các phƣơng án xử lý phân bùn có chi phí thấp và vừa
1.2.2. Quản lý và xử lý phân bùn tại Việt Nam
1.2.2.1. Văn bản pháp lý liên quan tới quản lý và xử lý phân bùn
bể tự hoại tại Việt Nam
1.2.2.2. Hiện trạng quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại tại các đô
thị của Việt Nam
Ở Việt Nam tại các đô thị phần lớn các hô ̣ gia đình sử dụng hê ̣
thố ng vê ̣ sinh ta ̣i chỗ và chủ yếu là các bể tự hoa ̣i nhờ tính đơn giản
và ổn định . Ở một số khu vực hay trên một số đường phố có bố trí

các nhà vệ sinh cơng cộng. Khoảng trên 77% hộ gia đình ở các thành
phố và thị xã cấp tỉnh, 40% thị trấn cấp huyện và 19% hộ dân ở khu
vực nông thôn sử dụng bể tự hoại [17]. Phần lớn nước thải từ hệ
thống vệ sinh này được thải vào hệ thống thốt nước cơng cộng, cịn
phần bùn được thông hút, thu gom vận chuyển và đổ thải. Các đơn vị
tư nhân thu gom thường đổ bùn thải nhà vệ sinh trái phép vào đường
ống thốt nước, sơng hồ. Các đơn vị cơng ích thu gom thường chơn
bùn thải ở bãi chơn lấp. Do đó bùn thải nhà vệ sinh ở Việt Nam vẫn
là nhân tố gây ô nhiễm mơi trường chưa được kiểm sốt.
1.3. Tổng quan về chất thải hữu cơ từ chợ
Theo báo cáo môi trường quốc gia về chất thải rắn, nguồn phát
sinh chất thải rắn sinh hoạt chủ yếu từ các hộ gia đình, các khu tập
thể, chất thải đường phố, chợ, các trung tâm thương mại, văn phòng,
các cơ sở nghiên cứu, trường học. Tại các đô thị cùng với sự gia tăng
dân số và mức sống, lượng chất thải rắn sinh hoạt cũng ngày càng gia
tăng, ước tính mức gia tăng giai đoạn 2010 – 2014 trung bình 12%


5
mỗi năm, trong đó chất thải rắn từ các chợ chiếm tỷ trọng khoảng
13% tổng khối lượng [3]. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt khá đa
dạng bao gồm các thành phần: Chất hữu cơ dễ phân hủy: rau, củ quả
thối, thực phẩm thừa, thành phần này có tỷ lệ cao từ 54 - 77%; Chất
thải tái chế được: giấy, nilon, kim loại, nhựa, thủy tinh; Chất thải vô
cơ như đất, cát, xỉ than [3]. Theo khảo sát tại các chợ các loại chất
thải thực phẩm thừa như thịt, cá, tôm, thực phẩm đã qua chế biến đều
được bán cho các hộ chăn nuôi, phần chất thải hữu cơ như rau, củ
quả thối, hỏng được thu gom và xử lý cùng các loại chất thải đô thị
khác. Những năm gần đây công tác thu gom chất thải rắn đô thị đã
được quan tâm hơn và. Do đó tỷ lệ thu gom trung bình tại các đơ thị

đã tăng lên 83 – 85% vào năm 2010, tuy nhiên vẫn có khoảng 15 –
17% chất thải rắn đô thị bị thải ra môi trường một cách bừa bãi [3].
Chất thải rắn đô thị thu gom chủ yếu được xử lý bằng phương pháp
chôn lấp hợp vệ sinh và không hợp vệ sinh chiếm khoảng 76 – 82%.
Như vậy có thể thấy phần lớn chất thải hữu cơ từ chợ chủ yếu là
rau, củ quả thối hiện được chôn lấp cùng các loại chất thải đô thị
khác, trong khi nguy cơ gây ô nhiễm mơi trường đất, nước, khơng khí
từ các bãi chơn lấp là rất cao. Do đó cần tăng cường thu hồi loại chất
thải này tạo sản phẩm khác như phân bón hoặc xử lý kỵ khí kết hợp
với chất thải khác thu khí sinh học.
1.4. Đánh giá lựa chọn nghiên cứu phƣơng pháp xử lý phân bùn
bể tự hoại thích hợp với điều kiện Việt Nam
1.4.1. Các yếu tố tác động đến việc lựa chọn công nghệ xử lý
Đặc điểm của phân bùn; Mục đích thu sản phẩm cuối cùng; Hoạt
động của hệ thống xử lý; Chi phí xử lý
1.4.2. Đánh giá lựa chọn phƣơng pháp sinh học xử lý phân bùn bể
tự hoại
Phương pháp xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại phối trộn với chất
thải rắn hữu cơ thu khí sinh học mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao
hơn, yêu cầu về vận hành nghiêm ngặt hơn. Nhưng lại có một số ưu
điểm vượt trội: yêu cầu diện tích đất thấp, phù hợp với chất thải có
độ ẩm cao như phân bùn bể tự hoại và đặc biệt có thể thu hồi được
khí sinh học sử dụng như nguồn năng lượng. Trong bối cảnh nguồn
năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt thì việc thu hồi được năng
lượng khí sinh học từ chất thải sẽ có ý nghĩa rất lớn. Bên cạnh đó


6
phương pháp xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại khơng phát sinh mùi
và khí thải ra mơi trường xung quanh như phương pháp ủ hiếu khí.

1.5. Một số nghiên cứu có liên quan đến phân bùn bể tự hoại và
cơng nghệ kỳ khí
1.5.1. Một số nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về phân bùn bể tự hoại, tuy
nhiên còn hạn chế [71]. Hiện nay những nghiên cứu về phân bùn bể
tự hoại đang được đẩy mạnh, đặc biệt dưới sự hỗ trợ của một số tổ
chức cộng đồng như quỹ Bill & Melinda Gate nhiều nghiên cứu đang
được triển khai tại các nước đang phát triển.
1.5.2. Một số nghiên cứu tại Việt Nam
Đã có những nghiên cứu đề xuất những giải pháp quản lý và xử
lý chất thải bùn cặn nói chung và phân bùn bể tự hoại nói riêng.
Những nghiên cứu này đã có những đóng góp quý báu, là nguồn kiến
thức khoa học quan trọng cho những nghiên cứu tiếp sau. Tuy nhiên
một số nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở mức khảo sát, đánh giá, đề xuất
giải pháp quản lý và xử lý mà chưa tiến hành nghiên cứu cụ thể các
yếu tố ảnh hưởng, các thông số vận hành của phương pháp xử lý
trong thực tế. Một số nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu trên mơ
hình xử lý phân bùn bể tự hoại theo phương pháp hiếu khí và kỵ khí
và đưa ra một số thơng số vận hành quan trọng. Tuy nhiên để triển
khai vào thực tế còn gặp nhiều hạn chế do gặp phải những vấn đề
trong vận hành như phải tách nước khỏi phân bùn bể tự hoại, phải
cấp khí và phát sinh mùi đối với phương pháp hiếu khí, phải cấp
nhiệt cho quá trình lên men đối với phương pháp lên men nóng.
Phương pháp xử lý kỵ khí trong điều kiện lên men ấm ngồi những
ưu điểm của phương pháp kỵ khí cịn có lợi thế là phù hợp với khí
hậu nhiệt đới của Việt Nam, khơng cân cấp nhiệt cho q trình. Tuy
nhiên chưa có những nghiên cứu đánh giá hiệu quả của phương pháp
này cũng như đưa ra thông số vận hành trong điều kiện khí hậu mùa
đơng và mùa hè ở miền bắc Việt Nam.
Kết luận chƣơng 1

Để có thể áp dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí phân bùn
trong điều kiện khí hậu miền bắc Việt Nam cần có những nghiên cứu
cụ thể về chất phối trộn, các thơng số vận hành trong phịng thí
nghiệm và trên quy mô thử nghiệm. Luận án sẽ tập trung nghiên cứu
những vấn đề này.


7
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ
SINH HỌC KỲ KHÍ CHẤT HỮU CƠ THU KHÍ SINH HỌC
2.1. Cơ sở lý thuyết cơ bản về quá trình chuyển hóa sinh học kỳ
khí chất hữu cơ
2.1.1. Khái niệm q trình chuyển hóa sinh học kỳ khí
Q trình chuyển hóa sinh học kỵ khí mơ tả theo phương trình:
𝑏
𝑐
3𝑑
𝑒
𝑎
𝑏
𝑐
𝐶𝑎 𝐻𝑏 𝑂𝑐 𝑁𝑑 𝑆𝑒 + 𝑎 − 4 − 2 + 4 + 2 𝐻2 𝑂 → 2 + 8 − 4 −
3𝑑8−𝑒4𝐶𝐻4+𝑎2−𝑏8+𝑐4+3𝑑8+𝑒4𝐶𝑂2+𝑑𝑁𝐻3 + 𝑒𝐻2𝑆 (2.1)
Sản phẩm của quá trình là khí biogas gồm các khí có thành
phần như sau: CH4 (50 – 70%); CO2 (35 – 40%); N2 (0 – 2%); H2 (0 1%); H2S (0 – 2%); H2O (2 – 7%); O2 (0 – 2%); NH3 (0 – 0,05%) và
bùn sinh học.
2.1.2. Cơ chế q trình chuyển hóa sinh học kỳ khí chất hữu cơ
Cơ chế q trình chuyển hóa sinh học kỵ khí được miêu tả qua
hình 2.1
Chất hữu cơ phức tạp

(Cacbonhydrat, protein, chất béo)
Thủy phân hóa

Chất hữu cơ hịa tan
(Đường đơn giản, amino axit, axit béo)
Axit hóa

Axit béo bay hơi, rượu
Axetat hóa

Acetate

H2, CO2
Metan hóa

CH4 và CO2

Hình 2.1. Q trình chuyển hóa sinh học kỳ khí chất hữu cơ


8
2.1.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chuyển hóa sinh học
kỳ khí chất hữu cơ
Q trình chuyển hóa sinh học kỵ khí chất hữ u cơ bị ảnh bởi các
yếu tố: ảnh hưởng của nhiệt độ; ảnh hưởng của pH và độ kiềm; Đặc
điểm của chất thải; Axit béo bay hơi (VFA); Thời gian lưu và tải
lượng hữu cơ; Điều kiện khuấy trộn; Ammoni và các yếu tố gây độc
2.1.4. Thiết lập cân bằng vật chất và phân tích động học q
trình phân hủy kỳ khí chất thải rắn hữu cơ
2.1.4.1. Thiết lập cân bằng vật chất

Sự chuyển hóa chất rắn bay hơi trong q trình phân hủy kỵ khí
tuân theo sơ đồ sau:
VS tạo khí biogas
VS trong
nguyên liệu vào

Bể phản ứng
kỳ khí

VS trong cặn

VS trong nước ra
khỏi bể
Hình 2.2. Sơ đồ cân bằng hàm lƣợng VS bể phản ứng kỳ khí
2.1.4.2. Mơ hình động học sự phát triển của vi sinh vật và tỷ lệ
sinh khí biogas
Với giả thiết lượng khí biogas sinh ra tại thời điểm t tuân theo sự
phát triển của vi sinh vật tại thời điểm đó. Khi đó tốc độ sinh khí
biogas tn theo phương trình (2.2):
𝜇 .𝑒
𝑦 = 𝐴. 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 𝑚𝐴 λ − 𝑡 + 1
(2.2)
Trong đó:
y: lượng khí sinh học tích lũy ở thời điểm t, l/kgVS
A: tiềm năng sinh khí, l/kgVS
µm: tốc độ sinh khí cực đại, l/kgVS.ngày
λ: thời gian tối thiểu để sinh khí, ngày
e: hệ số = 2.718282
Các thơng số A, µm và λ được xác định bằng phân tích thống kê
sử dụng phương pháp phân tích hồi quy phi tuyến.

9
Mơ hình Gompertz cải tiến đã được kiếm chứng bởi rất nhiều
nghiên cứu về sự phân hủy kỵ khí chất thải rắn hữu cơ và đã được
công nhận đây là mơ hình tốt để xác định lượng khí sinh học sinh ra.
2.1.4.3. Động học sự phân hủy chất hữu cơ
Giả thiết sự phân hủy chất hữu cơ tạo khí sinh học là phản ứng
bậc 1, chất hữu cơ ký hiệu là C được chuyển hóa thành khí sinh học
ký hiệu là B theo phương trình phản ứng:
CHC (C) → khí biogas (B)
(2.3)
Quá trình biến đổi xác định được:
𝑦𝑡 = 𝑦𝑚 (1 − exp⁡(−𝑘𝑡))
(2.4)
Trong phương trình (2.4):
ym: tỷ lệ sinh khí cực đại, l/kgVS
yt: tỷ lệ sinh khí ở thời điểm t, l/kgVS
-k: hằng số phân hủy chất hữu cơ, 1/ngày
1
𝑑𝑦
1
Từ (2.4) 
𝑙𝑛 𝑑𝑡𝑡 = t (ln ym + lnk) − k (2.5)
𝑡
Phương trình (2.5) tuân theo phương trình đường thẳng y =
mx + c với: x = 1/t; m = lnym + lnk; c = -k
Hằng số phân hủy k thể hiện khả năng phân hủy chất hữu cơ tạo
khí sinh học. Giá trị k càng nhỏ thì tỷ lệ phân hủy chất hữu cơ càng
nhanh, ngược lại giá trị k càng lớn thể hiện tỷ lệ phân hủy chất hữu

cơ càng chậm. Dựa vào hằng số k có thể tính tốn kích thước bể phân
hủy hoặc lượng ngun liệu nạp.
2.1.4.4. Tính tốn thể tích bể chứa ngun liệu phân hủy
𝑉𝑛𝑙 = 3𝑦𝑚 1 − exp −𝑘𝑡 . 𝑚
(2.6)
Với ym: tỷ lệ sinh khí cực đại (Nl/kgVS). ym chính bằng tiềm
năng sinh khí A xác định được từ mơ hình Gompertz cải tiến.
Trường hợp đã biết trước thể tích chứa nguyên liệu Vnl, thời
gian lưu t từ công thức (2.6) xác định được lượng nguyên liệu nạp
vào m theo công thức:
𝑉 𝑛𝑙
𝑚 = 3.𝑦 (1−exp
(2.7)
−𝑘𝑡 )
𝑚

2.2. Khả năng áp dụng q trình chuyển hóa sinh học kỳ khí
trong xử lý chất thải
Đã có rất nhiều nghiên cứu trên thế giới khẳng định việc xử lý
chất thải bằng phương pháp phân hủy kỵ khí mang lại hiệu quả cao.


10
Những loại chất thải rắn được xử lý bằng phương pháp kỵ khí thường
là: phân động vật, phân người, bùn thải từ q trình xử lý nước thải,
chất thải nơng nghiệp, chất thải từ quá trình sản xuất thực phẩm, chất
thải rắn đơ thị đã được phân loại hoặc có thể kết hợp những loại chất
thải hữu cơ này với nhau. Sản phẩm của q trình gồm khí sinh học
được sử dụng như nguồn năng lượng và phân mùn được sử dụng
trong nông nghiệp.

2.3. Các phƣơng pháp phân hủy kỳ khí chất thải rắn hữu cơ
Phân loại theo mơi trường phản ứng: Phương pháp phân hủy kỵ
khí ướt, Phương pháp phân hủy kỵ khí khơ. Phân loại theo chế độ
làm việc: Phương pháp làm việc theo mẻ, Phương pháp làm việc liên
tục.
2.4. Lựa chọn hƣớng nghiên cứu xử lý kỳ khí phân bùn bể tự
hoại
- Phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ ở điều kiện lên men ấm không
phải cấp năng lượng mà hiệu quả sinh khí cũng tương đối cao đồng
thời vận hành đơn giản, chi phí đầu tư thấp phù hợp với các nước
đang phát triển và phù hợp với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt
Nam
- Với đặc điểm phân bùn bể tự hoại đã được trình bày tại chương
1, có hàm lượng TS thấp, độ ẩm cao >90% do đó luận án chọn
nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại theo phương pháp lên men ướt
- Hàm lượng chất hữu cơ trong phân bùn bể tự hoại khá cao tuy
nhiên tỷ lệ C/N thấp do đó cần phối trộn phân bùn với chất thải hữu
cơ có tỷ lệ C/N cao. Luận án chọn nghiên cứu xử lý phối trộn phân
bùn bể tự hoại với chất thải hữu cơ từ chợ.
Kết luận chƣơng 2
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, các kết quả nghiên cứu đã có và
điều kiện thực tế của Việt Nam luận án chọn nghiên cứu xử lý sinh
học kỵ khí phân bùn bể tự hoại phối trộn với chất thải hữu cơ từ chợ
trong điều kiện lên men ấm


11
CHƢƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ

từ chợ, trong đó:
- Phân bùn bể tự hoại được hút tại các nhà vệ sinh công cộng và
nhà dân trên địa bàn Hà Nội được tập kết vào bể chứa bùn tại Nhà máy
chế biến phân Cầu Diễn Hà Nội, trên địa bàn thành phố Thái Nguyên
được tập kết vào khu xử lý chất thải rắn Tân Cương. Phân bùn bể tự
hoại được đảo đều trước khi lấy mẫu nghiên cứu.
- Chất thải rắn hữu cơ được lấy tại vị trí tập kết rác của hai chợ
đầu mối trên địa bàn Hà Nội là chợ Đồng Xuân và chợ Long Biên, trên
địa bàn thành phố Thái Nguyên là chợ Thái và chợ Túc Duyên. Đây là
loại chất thải hữu cơ điển hình khơng được thu hồi tại các chợ thành
phần là rau, củ quả thối, hỏng. Thời gian lấy mẫu chất thải rắn hữu cơ
từ 6 – 7h sáng. Chất thải rắn hữu cơ lấy tại các chợ được đổ lên 1 tấm
bạt lớn trộn đều, chia hình cơn, lấy 2 phần chéo nhau đưa đi phân loại
sơ bộ để loại bỏ các tạp chất. Chất thải rắn thu được sau phân loại
dùng làm thí nghiệm được băm, chặt nhỏ kích thước thích hợp từ 1- 3
cm và trộn đều.
3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm
3.2.1. Thực nghiệm khảo sát đặc tính phân bùn bể tự hoại và chất
thải hữu cơ từ chợ
Để đánh giá phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ có
phù hợp với xử lý bằng phương pháp kỵ khí ấm hay khơng, đề tài đã
thực hiện phân tích đặc tính, thành phần của phân bùn bể tự hoại với
tần suất 3 ngày/lần liên tục trong 1 tháng. Nguyên liệu đầu vào phân
bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ tại mỗi đợt thí nghiệm cũng được
lấy mẫu phân tích đặc tính, thành phần.
3.2.2. Thực nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa phân
bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ trong phịng thí nghiệm
3.2.2.1. Mục đích nghiên cứu
Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa phân bùn bể tự hoại và
chất thải rắn hữu cơ trên mơ hình phịng thí nghiệm trong điều kiện

kỵ khí ấm.
3.2.2.2. Nội dung nghiên cứu


12
Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa phân bùn bể tự hoại và
chất thải hữu cơ từ chợ trong điều kiện nhiệt độ mùa hè và mùa đông.
3.2.2.3. Mơ hình trong phịng thí nghiệm
Mơ hình thí nghiệm trong phịng thí nghiệm được thiết kế theo sơ
đồ hình 3.1.

1. Bình phân hủy kỵ khí
2. Bình thu khí
3. Chậu thu nước
4. Nhiệt kế
5. Ống nhựa mềm thu khí
6. Van kẹp
7. Ống nhựa mềm thu
nước

Hình 3.1. Sơ đồ ngun lý mơ hình trong phịng thí nghiệm
3.2.3. Thực nghiệm đánh giá hiệu quả q trình và xác định liều
lƣợng nạp thích hợp trên mơ hình hiện trƣờng
3.2.3.1. Mục đích nghiên cứu
+ Đánh giá hiệu quả q trình phân hủy kỵ khí hỗn hợp phân bùn
bể tự hoại và chất thải hữu cơ theo tỷ lệ phối trộn đã được chọn từ kết
quả phịng thí nghiệm
+ Xác định liều lượng nạp thích hợp của nguyên liệu đầu vào bể
phân hủy kỵ khí phù hợp với khí hậu của miền bắc Việt Nam
3.2.3.2. Nội dung nghiên cứu

- Nội dung 1: từ ngày thứ 1 đến ngày thứ 30 ở mỗi đợt thí
nghiệm: Đánh giá hiệu quả q trình phân hủy kỵ khí trên mơ hình
hiện trường của hỗn hợp phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ
chợ ở tỷ lệ phối trộn PB:RC = 3:1 đã được nghiên cứu trong phịng
thí nghiệm. Nguyên liệu được nạp 1 lần ban đầu.
- Nội dung 2: từ ngày thứ 31 đến ngày thứ 60 ở mỗi đợt thí
nghiệm: Xác định lượng nguyên liệu nạp thích hợp trên mơ hình hiện
trường. Dựa trên kết quả thu được trong phịng thí nghiệm xác định


13
được thời gian lưu thích hợp, mơ hình và các thơng số động học của
q trình phân hủy từ đó tính lượng ngun liệu nạp hàng ngày tương
ứng. Mơ hình thí nghiệm ngồi trời sẽ kiểm chứng lại kết quả tính
tốn này từ đó đưa ra liều lượng nạp phù hợp nhất
3.2.3.3. Mơ hình nghiên cứu
5
7
6
4
Van2
580

3

650

300

2

Van1

2200

1900

1250

8

Møc thÊp nhÊt
380

500

1

1. Bể biogas hình cầu
2. Cửa nạp liệu
3. Cửa nguyên liệu ra
4. Đồng hồ đo áp suất
5. Can nhiệt đo nhiệt độ
6. Đồng hồ đo lượng khí
7. Bóng đèn biogas
8. Bể thu nước đầu ra

Hình 3.2. Sơ đồ mơ hình thực nghiệm ngồi trời

Hình 3.3 và 3.4. Bể biogas hình cầu bằng vật liệu composit và mơ

hình hiện trƣờng đi vào hoạt động
3.2.4. Phân tích mẫu thực nghiệm và xử lý số liệu
3.2.4.1. Số lƣợng mẫu và các chỉ tiêu phân tích
 Số lượng mẫu
- Mẫu phân bùn, chất thải rắn hữu cơ: Lấy trước và sau khi kết
thúc quá trình


14
Mẫu nước đầu ra: lấy 3 ngày 1 lần
Mẫu khí tạo thành: được lấy 4 lần vào các ngày thứ 5, 15, 25,
35, 45, 55 ở mỗi đợt thí nghiệm
 Các chỉ tiêu phân tích
+ Mẫu phân bùn, chất thải rắn hữu cơ:
Xác định khối lượng riêng; Độ ẩm; TS; VS; TN; TOC; Tỷ lệ C/N
+ Mẫu cặn sau phân hủy: VS, %TS
+ Phân tích mẫu khí: Thành phần CO2, %; Thành phần CH4, %
+ Phân tích mẫu nước đầu ra ở mơ hình hiện trường: Đối với mơ
hình ngồi trời phân tích thêm mẫu nước đầu ra gồm: pH; COD;
VS; Độ kiềm.
-



Phương pháp, thiết bị và hóa chất phân tích mẫu thực
nghiệm
Các mẫu thực nghiệm được lấy mẫu và phân tích theo hướng dẫn
trong các tiêu chuẩn hiện hành và các tài liệu hướng dẫn khác.
Phương pháp phân tích, thiết bị, hóa chất được thể hiện tại bảng 3.1.
Bảng 3.1. Phƣơng pháp, thiết bị và hóa chất phân tích

Thơng Phƣơng pháp
Thiết bị
Hóa chất
số
phân tích
pH
Thiết bị đo pH
TCVN
cầm tay HI 98107
6492:2011
TS, %
SMEWW
Tủ sấy
2540B:2012
CARBOLITE R08
VS,
SMEWW
- Lò nung
%TS
2540E:2012
Bamstead - F6010
- Cân phân tích 4
số OHAUS
PA214
TOC,
TCVN
- Tủ sấy
Nước cất, H2SO4 d
mg/gTS 9294:2012
CARBOLITE R08 = 1,84, H3PO4

- Cân phân tích 4
85%,
số OHAUS
K2Cr2O7, muối
PA214
Mohr
Fe(NH4)2(SO4).6H2
O K2Cr2O7 M/6,


15

TNK,
mg/gTS

TCVN
6498:1999

TP,
mg/gTS

TCVN
8563:2010

COD,
mg/L

TCVN
6491:1999

Độ
kiềm,
mgCaC
O3/L
Thành
phần khí
CH4 và
CO2, %

SMEWW
2320B:2012
Đo nhanh

chỉ thị màu bari
diphenylamine
sunfonat 0,16%
- Bộ phá mẫu DK C7H6O3, H2SO4,
6/48
K2SO4,
- Bộ cất Kendal CuSO4.5H2O,
VELP -UDK 130A TiO2,
Na2S2O3. 5H2O,
NaOH, H3BO3, chỉ
thị
bromocresol xanh
và metyl đỏ.
- Máy quang phổ
H2SO4,HClO4,HN
UV-VIS 752
O3, KH2PO4,

- Cân phân tích 4
(NH4)6MO7O244H2
số OHAUS
O, NH4VO3,
PA214
- Tủ sấy
CARBOLITE R08
Máy phá mẫu
H2SO4, AgSO4,
ECO 16 VELP
K2Cr2O7, HgSO4,
F10100126
muối Mohr
Fe(NH4)2(SO4).6H2
O, chỉ thị màu
Ferroin.
H2SO4 0,02N, chỉ
thị màu
Phenolphtalein và
Metyl da cam.
Máy đo khí
AOB5964T


16
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
4.1. Đánh giá khả năng xử lý kỳ khí phân bùn bể tự hoại và chất
thải hữu cơ từ chợ tại khu vực miền Bắc Việt Nam
4.1.1. Đặc tính phân bùn bể tự hoại
Qua kết quả phân tích mẫu phân bùn bể tự hoại đợt khảo sát ban

đầu và các đợt thí nghiệm có thể thấy phân bùn bể tự hoại tại Nhà máy
chế biến phân Cầu Diễn Hà Nội và Khu xử lý chất thải rắn Tân Cương
Thái Nguyên có hàm lượng TS thấp dao động từ 3,33 – 5,45%, độ ẩm
cao trên 94%. Hàm lượng TKN và TP cao: TKN dao động từ 24,48 –
35,49 mg/gTS, TP dao động từ 10,28 – 20,89 mg/gTS; Tỷ lệ C/N thấp
dao động từ: 7,01 – 11,95. Tuy nhiên hàm lượng VS cao dao động từ
65,82 – 83,01% TS. Lượng VS trong nghiên cứu này cao hơn so với
một số kết quả tham khảo trên thế giới như VS = 50 – 73%TS [71]
nhưng tương ứng với kết quả của một số nghiên cứu khác tại Việt
Nam, như VS = 66,6 – 82,3% [35], 63 – 82% [29].
Như vậy phân bùn bể tự hoại có VS dao động từ 65,82 – 83,01%
TS, độ ẩm > 94% giá trị này là tốt cho sự phân hủy kỵ khí ướt. Tuy
nhiên tỷ lệ C/N lại thấp. Do đó để tạo điều kiện dinh dưỡng thích hợp
trong q trình phân hủy kỵ khí cần phối trộn phân bùn bể tự hoại với
loại chất thải khác có hàm lượng cacbon cao.
4.1.2. Đặc tính chất thải rắn hữu cơ từ chợ
Có thể thấy hàm lượng TS, VS của chất thải hữu cơ từ các chợ là
khá cao, TS dao động từ 45,28 – 51,70%, hàm lượng VS dao động từ
78,20 – 80,42%TS, khối lượng riêng của chất thải hữu cơ từ chợ
dùng làm thí nghiệm dao động từ 232,37 – 253,38 kg/m3, độ ẩm dao
động từ 49 – 55 % kết quả này phù hợp với một số kết quả nghiên
cứu khác đối với chất thải rắn hữu cơ từ chợ như VS từ 80,3 – 85,7%
, khối lượng riêng từ 221,4 – 257,1 kg/m3, độ ẩm từ 48 -50% [12].
Không giống như đối với chất thải hữu cơ từ các hộ gia đình, nhà
hàng với thành phần có nhiều loại thực phẩm hàm lượng protein cao
như thịt lợn, thịt cá dẫn đến tỷ lệ C/N thấp từ 12,5 – 15 [13]. Đối với
loại chất thải từ chợ này tỷ lệ C/N cao dao động từ 43,67 – 48,01 phù
hợp cho việc phối trộn với chất thải phân bùn bể tự hoại trong phân
hủy kỵ khí ướt.
4.2. Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp trên mơ hình trong phịng

thí nghiệm


17
4.2.1. Xác định tỷ lệ phối trộn đợt thí nghiệm 1
Phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ được phối trộn theo tỷ lệ
PB:RC = 1:0; 3:1; 1:1.

Hình 4.1 và 4.2. Lƣợng khí theo ngày và khí tích lũy
Bảng 4.1. Hiệu suất khử VS sau 40 ngày tại các bình phản ứng
Bình phản Khối lƣợng
Khối
Khối
Khối
Hiệu
ứng,
nguyên liệu lƣợng VS
lƣợng
lƣợng VS
suất
PB:RC
đầu vào, kg
đầu vào,
cặn, kg
trong cặn,
khử
kg
kg
VS, %
B1 (1:0)

10,7
0,337
10,05
0,256
24,03
B2 (3:1)
6
0,742
5,21
0,296
60,11
B3 (1:1)
4,26
0,920
3,46
0,545
40,76

Kết quả thí nghiệm cho thấy ở tỷ lệ phối trộn 3:1 q trình
chuyển hóa kỵ khí tạo khí sinh học xảy ra tốt với lượng khí, thành
phần khí CH4 và hiệu suất khử VS là cao nhất. Do đó nghiên cứu đã
chọn tỷ lệ này cho nghiên cứu tiếp theo.
4.2.2. Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp đợt thí nghiệm 2 và 3
Phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ ở các tỷ lệ phối trộn
PB:RC = 4:1; 3:1; 2:1. ở đợt 2 (mùa hè) và đợt 3 (mùa đơng)

Hình 4.3 và 4.4. Lƣợng khí sinh ra theo ngày và khí tích lũy ở
điều kiện nhiệt độ mùa hè

18

Hình 4.5 và 4.6. Lƣợng khí sinh ra theo ngày và khí tích lũy ở
điều kiện nhiệt độ mùa đơng
Bảng 4.2. Hiệu suất khử VS sau 40 ngày tại các bình phản ứng
trong điều kiện mùa hè và mùa đơng
Bình phản ứng

B1
(4:1)
B2
(3:1)
B3
(2:1)

Mùa hè
Mùa đông
Mùa hè
Mùa đông
Mùa hè
Mùa đông

Khối lƣợng
nguyên liệu
đầu vào,
kg
6,4
6,6
5,84
6

5,04
5,45

Khối
lƣợng
VS đầu
vào, kg
0,709
0,691
0,754
0,743
0,805
0,823

Khối
lƣợng
cặn,
kg
5,84
5,93
5,28
5,35
4,36
4,62

Khối
lƣợng
VS trong
cặn, kg
0,385

0,406
0,312
0,334
0,458
0,489

Hiệu
suất
khử
VS, %
45,69
41,24
58,62
55,05
43,11
40,58

Như vậy ở tỷ lệ phối trộn PB:RC = 3:1 về khối lượng cho lượng
khí, thành phần khí CH4 và hiệu suất khử VS là cao nhất. Đồng thời
lượng phân bùn được xử lý là tương đối cao do đó nghiên cứu chọn
tỷ lệ phối trộn PB:RC = 3:1 là tỷ lệ phối trộn thích hợp và sử dụng
cho nghiên cứu tiếp theo về chế độ nạp liệu trên quy mơ hiện trường.
4.2.3. Phân tích động học đối với mơ hình phịng thí nghiệm
Mơ hình động học Gompertz cải tiến:
Đối với mùa hè:
32,15.𝑒
𝑦 = 528,22. 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 528,22 8,37 − 𝑡 + 1 Với tiềm năng
sinh khí 528,22 Nl/kgVS,
Đối với mùa đơng:
28,86.𝑒

𝑦 = 478,96. 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 478,96 10,06 − 𝑡 + 1
sinh khí 478,96 Nl/kgVS,

Với tiềm năng


19
Hằng số phân hủy chất hữu cơ k: k = - 0,018 <0 điều này cho
thấy sự phân hủy tạo khí sinh học của hỗn hợp phân bùn bể tự hoại và
chất thải hữu cơ từ chợ xảy ra hiệu quả.
Xác định liều lượng nạp cho mơ hình hiện trường
Áp dụng công thức (2.17) ở chương 2 xác định được tải lượng
chất hữu cơ:
1900
𝑚=
= 1,5 𝑘𝑔𝑉𝑆/𝑚3
3𝑥528,219𝑥 1 − exp −0,018𝑥30 𝑥1,9
4.3. Đánh giá hiệu quả quá trình và xác định liều lƣợng nạp thích
hợp trên mơ hình hiện trƣờng
4.3.1. Kết quả nghiên cứu tại các đợt thí nghiệm 4, 5, 6 trong điều
kiện mùa đơng
Với kết quả nghiên cứu phịng thí nghiệm đã tính tốn được liều
lượng nạp thích hợp là 1,5kgVS/m3.ngày, để kiểm chứng lại kết quả
này và để so sánh với các liều lượng nạp khác đề tài đã thực hiện
nghiên cứu ở 3 chế độ nạp liệu như sau: đợt 4 với 1±0,1kgVS/m3.ngày
(tương đương 8 kg/m3.ngày); đợt 5 với 1,5±0,1kgVS/ m3.ngày (tương
đương 13 kg/m3.ngày); đợt 6 với 2±0,1kgVS/ m3.ngày (tương đương
17 kg/m3.ngày) trên mơ hình thực nghiệm ngồi trời. Các thơng số
được theo dõi trong suốt q trình là lượng khí phát sinh, sự thay đổi
nhiệt độ trong bể phản ứng, sự thay đổi pH, VS, độ kiềm trong nước

đầu ra.

Hình 4.7 và 4.8. Sự thay đổi nhiệt độ trong bể phản ứng và pH trong
nƣớc ra


20

Hình 4.9 và 4.10 Sự thay đổi độ kiềm và COD trong nƣớc ra

Hình 4.11 và 4.12. Lƣợng khí sinh ra theo ngày và khí tích lũy
Bảng 4.3. Thành phần khí tại 3 đợt thí nghiệm
Đợt thí nghiệm
Ngày
Ngày thứ 5
Ngày thứ 15
Ngày thứ 25
Ngày thứ 35
Ngày thứ 45
Ngày thứ 55

Đợt 4
CH4
(%)
31,6
70,3
68,5
65,1
69,2
68,6

CO2
(%)
62,5
25,4
28,7
28,2
27,6
28,1

Đợt 5
CH4
(%)
20,4
69,2
66,8
60,5
67,4
65,1

CO2
(%)
75,2
25,3
28,2
34,8
27,7
29,6

Đợt 6

CH4
(%)
64,4
69,2
42,3
46,7
48,3

CO2
(%)
28,6
26,4
53,5
47,3
47,2

Qua sự thay đổi của các yếu tố: nhiệt độ bể phản ứng, pH, độ
kiềm và COD trong nước đầu ra, lượng khí phát sinh và thành phần
khí phát sinh trong 30 ngày đầu cho thấy ở tỷ lệ phối trộn PB:RC =
3:1 quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra khá tốt.
Trong q trình nạp liệu, liều lượng nạp thích hợp hơn cả là
1,5±0,1kgVS/m3.ngày, ở liều lượng này lượng khí sinh học thu được
là lớn nhất, thành phần khí CH4 cũng khá cao và lượng phân bùn
được xử lý cũng cao hơn so với lượng nạp 1±0,1kgVS/m3.ngày.
4.3.2. Kết quả nghiên cứu đợt thí nghiệm 7 trong điều kiện môi
trƣờng mùa hè


21
Để đánh giá kết quả thu được từ các đợt thí nghiệm 4, 5, 6 trên mơ

hình ngồi trời trong điều kiện mơi trường mùa đơng có phù hợp với
điều kiện môi trường mùa hè hay không nghiên cứu đã tiếp tục thực
hiện đợt thí nghiệm thứ 7 trong điều kiện môi trường mùa hè với liều
lượng nạp từ ngày thứ 31 đến ngày thứ 60 là 1,5±0,1kgVS/m3.ngày
(tương đương 13 kg/m3.ngày)

Hình 4.13 và 4.14. Sự thay đổi nhiệt độ trong bể phản ứng và pH
trong nƣớc đầu ra

Hình 4.15 và 4.16. Sự thay đổi độ kiềm và COD trong nƣớc ra

Hình 4.17 và 4.18. Lƣợng khí sinh ra theo ngày và khí tích lũy
Bảng 4.4. Thành phần khí trong điều kiện mùa hè và mùa đơng
Đợt thí nghiệm
Ngày
Ngày thứ 5
Ngày thứ 15

Đợt 5
(Điều kiện mùa đông)
CH4 (%)
CO2 (%)
20,4
75,2
69,2
25,3

Đợt 7
(Điều kiện mùa hè)
CH4 (%) CO2 (%)

23,7
71,2
71,5
26,1


22
Ngày thứ 25
Ngày thứ 35
Ngày thứ 45
Ngày thứ 55

66,8
60,5
67,4
65,1

28,2
34,8
27,7
29,6

67,4
61,4
69,3
66,5

28,6
32,9
27,2

29,4

Như vậy kết quả nghiên cứu trên mơ hình ngồi trời cho thấy ở tỷ
lệ phối trộn PB:RC = 3:1 với lượng nạp 1,5±0,1 kgVS/m3.ngày
(tương đương 13 kg/m3.ngày) cho hiệu quả phân hủy tốt, hiệu suất
sinh khí cao. Kết quả này đã chứng tỏ kết quả thu được từ phịng thí
nghiệm là phù hợp.
4.4 Cân bằng vật chất và phân tích động học đối với mơ hình
hiện trƣờng
4.4.1. Cân bằng hàm lƣợng chất rắn bay hơi
Cân bằng tổng hàm lượng VS được thể hiện như sau:
VS tạo khí biogas
125,785 kg

VS nguyên liệu

Bể phản ứng

VS trong cặn

vào 209,5 kg

kỳ khí

78,779 kg

VS trong nước ra
2,130 kg

Hình 4.19. Sơ đồ cân bằng hàm lƣợng VS

Từ sơ đồ tính được hàm lượng VS chuyển hóa tạo khí biogas:
VSk = 209,5 – 2,130 – 78,779 = 128,591 kg
Theo kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng VS chuyển vào khí
biogas là 125,785 kg, như vậy sai số lượng VS chuyển vào khí biogas
từ thực nghiệm so với lý thuyết là:
(128,591 – 125,785)x100/128,591 = 2,18%
Với sai số 2,18% nhỏ hơn 5% như vậy kết quả cân bằng hàm
lượng VS là phù hợp.
Từ kết quả cân bằng lượng VS cho thấy:
- Hiệu suất chuyển hóa VS tạo khí sinh học thực tế chiếm
60,04% lượng VS nạp vào. Kết quả này giống với một số kết quả
nghiên cứu về chuyển hóa kỵ khí chất thải hữu cơ lượng VS chuyển


23
hóa tạo khí sinh học từ 50-65% [40]. Có một lượng nhỏ VS thất thốt
trong q trình phân hủy kỵ khí, sự thất thốt này có thể do bay hơi
cùng theo khí hoặc bay hơi ở hai cửa vào ra. Hàm lượng VS đi theo
nước ra khỏi bể thấp chỉ chiếm 1,02%, lượng VS trong cặn vẫn còn
khá cao chiếm 37,6%. Do đó lượng cặn này cần xử lý tiếp hoặc tận
thu làm phân bón.
Mơ hình Gompertz cải tiến: ở tỷ lệ PB:RC = 3:1 trên mơ hình
hiện trường giai đoạn nạp liệu 1 lần/ngày với lượng nạp
1,5±0,1kgVS/ m3.ngày từ ngày thứ 31 đến ngày thứ 60 có dạng:
29,81.𝑒
𝑦 = 549,67. 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 549,67 25,57 − 𝑡 + 1 Với tiềm năng sinh
khí 549,67 Nl/kgVS nguyên liệu nạp.
Hệ số phân hủy chất hữu cơ k: 1/t.ln(dyt/dt) và 1/t có quan hệ
tuyến tính theo đường thẳng y = 3,468x + 0.027, theo phương trình
(2.5) xác định được hệ số k = -0,027

Hình 4.20. Hiệu suất sinh khí từ thí
nghiệm và tính tốn từ mơ hình
Gompertz cải tiến giai đoạn nạp liệu

Hình 4.21. Quan hệ tuyến tính giữa 1/t và
1/t.ln(dyt/dt) trong giai đoạn nạp liệu

Kết luận chƣơng 4
Kết quả nghiên cứu cho thấy: Tỷ lệ phối trộn PB:RC = 3:1 quá
trình phân hủy kỵ khí diễn ra tốt ở cả mùa hè và mùa đông. Lượng
nguyên liệu nạp 1,5±0,1kgVS/ m3.ngày là phù hợp, hiệu quả sinh khí
cao đồng thời lượng phân bùn được xử lý cao. Tỷ lệ chất hữu cơ
chuyển hóa tạo khí sinh học chiếm 60,04%, lượng chất hữu cơ trong
cặn còn khá cao chiếm 37,6% tổng lượng chất hữu cơ nạp vào bể.
Mơ hình Gompertz cải tiến xác định lượng khí sinh ra có dạng:
29,81.𝑒
𝑦 = 549,67. 𝑒𝑥𝑝 −𝑒𝑥𝑝 549,67 25,57 − 𝑡 + 1 , với tiềm năng
sinh khí 549,67 Nl/kgVS nguyên liệu, hệ số hồi quy R2 = 0,995.
Hằng số phân hủy chất hữu cơ k = - 0,027 <0 điều này cho thấy sự
phân hủy hỗn hợp phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ xảy ra tốt.