de tai su ly nuoc thai-PLC

-2-

MỤC LỤC.

2

DANH MỤC HÌNH VẼ.

5

DANH MỤC BẢNG BIỂU.

7

PHẦN I : MỞ ĐẦU.

8

1. Đặt vấn đề.

8

2. Lý do thực hiện đồ án.

9

3. Phương pháp nghiên cứu.

10

4. Nội dung thực hiện.

10

5. Cấu trúc đồ án.

10

PHẦN II : NỘI DUNG.
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN.

1.1. Giới thiệu tổng quan về đề tài.
1.2. Phế thải, các thành phần của phế thải và các phương pháp xử lý.
1.2.1. Phế thải là gì.
1.2.2. Thành phần của phế thải.
1.2.3. Các phương pháp xử lý.
1.3. Quy trình xử lý rác thải của Việt Nam và trên thế giới.
1.3.1. Giới thiệu về quy trình công nghệ xử lý rác thải.
1.3.2. Các mô hình ủ rác trên thế giới.
1.3.3. Các mô hình công nghệ tại Việt Nam.
Chương 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN.

2.1. Giới thiệu nguyên lý ủ rác.
2.1.1. Quá trình ủ hiếu khí.
2.1.2. Quá trình ủ yếm khí.
2.2. Cơ chế phân huỷ rác hữu cơ.
2.2.1. Cơ chế phân huỷ các chất trong rác thải sinh hoạt.
2.2.2. Vi sinh vật phân giải rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ và chất lượng sản phẩm.
2.3.1. Phân loại và nghiền.
2.3.2. Nhiệt độ, độ ẩm.

2.3.3. Ảnh hưởng của độ thoáng khí và phân phối oxy.
2.4. Giới thiệu một số vi sinh vật sử dụng trong quá trình xử lý rác thải tại

11
11
12
12
13
15
15
15
18
20
24
24
24
24
25
25
27
32
32
32
32

33
Việt Nam.
2.4.1. Ứng dụng của các vi sinh vật.
33
2.4.2. Lựa chọn và sử dụng chủng loại vi sinh vật để xử lý rác thải.

36
2.5. Công nghệ xử lý rác thải hữu cơ làm phân Compost theo phương pháp
37
ủ lên men có thổi khí cưỡng bức.
2.5.1. Nguyên lý.
37
2.5.2. Yêu cầu kỹ thuật.
38
2.5.3. Quy trình công nghệ.
40


-3Chương 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ
THỐNG Ủ LÊN MEN RÁC THẢI.

3.1. Giới thiệu tổng quan về PLC
3.1.1. Ứng dụng của PLC.
3.1.2. Cấu tạo của PLC.
3.1.3. Ngôn ngữ lập trình cho PLC.
3.1.4. Phương pháp xử lý tín hiệu.
3.1.5. Giới thiệu về PLC S7-300.
3.2. Giới thiệu về phần mềm tạo giao diện và điều khiển Win CC.
3.2.1. Các bước để tạo một Project mới với WinCC.
3.2.2. Giới thiệu trình tự các bước .
3.3. Giới thiệu về các thiết bị sử dụng trong dây truyền.
3.3.1. Hệ thống băng tải.
3.3.2. Máy phân loại.
3.3.3. Hệ thống quạt thổi khí cưỡng bức.
3.3.4. Bể ủ.
3.3.5. Bảng điều khiển và hệ thống giám sát.

3.6.6. Cảm biến nhiệt.
3.4. Lập trình điều khiển giám sát hệ thống.
3.4.1. Lập trình trên PLC S7-300.
3.4.2. Thiết kế và lập trình kết nối tạo giao diện trên Win CC.
3.4.3. Kết nối và chạy thử nghiệm hệ thống.
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Tài liệu tham khảo.

42
42
42
44
48
49
50
58
58
58
67
67
67
68
68
68
69
71
71
83
89

91
92


-4-

DANH MỤC HÌNH VẼ
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

Hình 1.1:
Hình 1.2:
Hình 1.3:
Hình 1.4:
Hình 1.5:
Hình 1.6:
Hình 1.7:
Hình 1.8:

Quy trình công nghệ xử lý rác thải.
Mô hình ủ compost hệ thống mở.
Thiết bị ủ kiểu ngang.
Thiết bị ủ kiểu quay.
Ủ thành luống trong nhà.
Mô hình ủ compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục.
Mô hình ủ compost kiểu luống động trong nhà kín.
Mô hình ủ compost trong thiết bị kín kiểu đứng.

16
18
19

19
20
21
21
22

Chương 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN

Hình 2.1: Bố trí các bể ủ và máy nghiền, sàng rác hữu cơ.

41

Chương 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ
THỐNG Ủ LÊN MEN RÁC THẢI.

Hình 3.1:
Hình 3.2:
Hình 3.3:
Hình 3.4:

Cấu trúc chung của PLC.
Cấu trúc phần cứng của PLC.
Các modul của PLC S7-300.
Các loại CPU.

44
45
51
52

-5Hình 3.5:
Hình 3.6:
Hình 3.7:
Hình 3.8:
Hình 3.9:
Hình 3.10:
Hình 3.11:
Hình 3.12:
Hình 3.13:
Hình 3.14:
Hình 3.15:
Hình 3.16:
Hình 3.17:
Hình 3.18:
Hình 3.19:
Hình 3.20:
Hình 3.21:
Hình 3.22:
Hình 3.23:
Hình 3.24:
Hình 3.25:
Hình 3.26:
Hình 3.27:
Hình 3.28:
Hình 3.29:
Hình 3.30:
Hình 3.31:
Hình 3.32:
Hình 3.33:

Hình 3.34:
Hình 3.35:

Ghép nối CPU với các Modul.
Hình dạng thực tê các modul của PLC.
Trạng thái các đèn trên CPU.
Cửa sổ tạo ra Project mới trong Win CC.
Cửa sổ kiểu dự án trong Win CC.
Cửa sổ chọn kích cỡ màn hình và giao thức truyền trong Win CC.
Cửa sổ chọn thư viện trong Win CC.
Cửa sổ chọn kiểu màn hình trong Win CC.
Cửa sổ chọn thiết bị lập trình trong Win CC.
Cửa sổ chọn thiết lập kết nối trong Win CC.
Cửa sổ chọn thiết Tag trong Win CC.
Thanh công cụ trong Win CC.
Màn hình khởi động của Siemen Manager.
Màn hình tạo dự án mới của Siemen Manager.
Màn hình chọn CPU của Siemen Manager.
Màn hình chọn khối và ngôn ngữ lập trình của Siemen Manager.
Màn hình báo kết thúc tạo dự án mới của Siemen Manager.
Màn hình thiết lập phần cứng của Siemen Manager.
Thêm các khối chức năng trong Blocks của Siemen Manager.
Giải thuật của chương trình điều khiển.
Màn hình soạn thảo chương trình của Siemen Manager.
Công cụ nạp chương trình xuống PLC của Siemen Manager.
Thiết kế giao diện chính trên Win CC.
Thiết kế giao diện phụ 1 trên Win CC.
Thiết kế giao diện phụ 2 trên Win CC.
Thiết lập các Tag điều khiển trên Win CC.
Màn hình giao diện điều khiển chính.

Màn hình giao diện điều khiển tự động.
Màn hình giao diện điều khiển bằng tay.
Đồ thị nhiệt độ của quá trình ủ.
Sơ đồ kết nối PLC với cảm biến, phím bấm và các đầu ra.

55
56
57
59
59
60
60
61
61
62
63
66
72
73
73
74
74
75
77
78
79
83
84
84
85

86
87
88
88
89
90

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN.

Bảng 1.1: Thành phần của rác thải sinh hoạt

14

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN

Bảng 2.1: Thông số tốt cho quá trình ủ rác hữu cơ.
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ
THỐNG Ủ LÊN MEN RÁC THẢI.

33


-6Bảng 3.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng.
70
Bảng 3.2: Các thông số cơ bản của CPU 314C-2DP so với một số CPU khác. 71

PHẦN I : MỞ ĐẦU
---------  --------1. ĐẶT VẤN ĐỀ.

- Rác thải sinh hoạt là vấn đề nhức nhối đối với toàn xã hội, nhất là trong
quá trình đô thị hoá, công nghiệp hóa đang diễn ra nhanh chóng như hiện nay.
- Ở các đô thị lớn của Việt Nam, rác thải đã và đang gây ô nhiễm môi trường
trầm trọng. Xử lý rác luôn là vấn đề làm đau đầu các nhà quản lý môi trường đô


-7thị. Không riêng gì đối với các đô thị đông dân cư, việc chọn công nghệ xử lý
rác như thế nào để đạt hiệu quả cao, không gây nên những hậu quả xấu về môi
trường trong tương lai và ít tốn kém chi phí luôn là nỗi bức xúc của các ngành
chức năng.
- Với sự phát triển kinh tế và sự gia tăng dân số trong thời gian qua, bộ mặt
của nông thôn Việt Nam đặc biệt là ở những vùng đồng bằng có nhiều thay đổi
sâu sắc. Nông thôn Việt Nam hiện nay còn rất ít nhà tranh vách đất, hầu hết nhà
đã được lợp ngói hoặc đổ bê tông. Diện tích ở của người nông dân cũng không
còn rộng rãi như trước kia, vườn, sân đã bị thu hẹp lại và cũng được xây gạch,
láng xi măng. Song song với việc đời sống của người dân được nâng cao thì ở
nông thôn Việt Nam hiện nay cũng gặp nhiều khó khăn về ô nhiễm môi trường
do rác thải sinh hoạt gây ra. ở các thành phố, vấn đề xử lý rác thải đã được Nhà
nước đầu tư giải quyết. Trái lại, ở nông thôn, do đặc điểm dân ở phân tán, các
làng xã trong cả nước nhiều vô kể. Do vậy, Nhà nước chưa thể giúp các địa
phương giải quyết xử lý rác thải sinh hoạt. Rác vứt ở bất cứ nơi nào có thể vứt,
các đống rác rải rác khắp làng, không được xử lý đã trở nên bất tiện cho sinh
hoạt đồng thời cũng là nguồn dịch bệnh cho người dân.
- Cũng giống như rác thải của thành phố, rác thải ở nông thôn cũng có đủ các
thành phần dễ phân hủy và khó phân hủy sinh học: lá rau, lá cây, vỏ quả, túi
nilon, chai lọ nhựa, thủy tinh, gạch, ngói, vỏ hến, vỏ sò…
- Như vậy không riêng ở thành phố hay các khu đô thị mà ngay cả ở nông
thôn nhu cầu xử lý rác thải là rất cần thiết để đảm bảo một môi trường xanh sạch
đẹp.
Sau thời gian nghiên cứu, học tập tại trường và thời gian thực tập dưới nhà máy

em đã được nhận đồ án tốt nghiệp:
" Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát cho nhà lên men trong
nhà máy xử lý rác thải sử dụng PLC S7-300 ".


-8- Do có sự chuẩn bị về kiến thức và sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ
nhiệt tình chỉ bảo của thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện - Điện tử và đặc biệt là
sự giúp đỡ chỉ bảo cặn kẽ, tận tình của thầy giáo: Trần Hiếu đã hướng dẫn, giúp
đỡ em đã hoàn thành đồ án này.
- Tuy đã được trang bị đầy đủ về kiến thức, tìm tòi tài liệu tham khảo nhưng
do hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những
thiếu xót trong quá trình thực hiện. Em rất mong được sự góp ý, sự giúp đỡ,
hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
2. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỒ ÁN.

- Thực hiện đồ án này giúp Em hoàn thành tốt nghiệp nội dung chương trình
đào tạo Đại học liên thông của trường.
- Qua việc thực hiện đồ án đã giúp Em vận dụng và phát huy những nội dung
kiến thức đã học, đồng thời học hỏi thêm các kiến thức chuyên sâu: lập trình
giám sát nhiệt độ, công nghệ xử lý rác tại Việt Nam và trên thế giới cùng các
phần mềm chuyên biệt như: Win CC, Siemen Manager...
- Ngoài ra khi thực hiện đồ án này đã giúp Em trang bị thêm những kiến thức
cần thiết khi thực hiện yêu cầu thực tế đề ra: Từ việc xin ý kiến của Thầy giáo
hướng dẫn để thực hiện yêu cầu của đồ án, tham quan khảo sát hoạt động thực tế
của dây truyền xử lý rác thải sinh hoạt tại Nam Định, tham khảo tài liệu trên
mạng....
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

- Hỏi ý kiến của các Thầy cô giáo.

- Đọc, tham khảo tài liệu trên mạng.
- Tham quan, khảo sát thực tế.
4. NỘI DUNG THỰC HIỆN.


-9- Yêu cầu của đồ án:
" Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát cho nhà lên men trong
nhà máy xử lý rác thải sử dụng PLC S7-300 ".
- Như vậy với yêu cầu trên, đồ án này Em cần phải thực hiện được đó là xử
lý rác thải hữu cơ theo phương pháp ủ lên men sử dụng các vi sinh vật và quá
trình điều khiển, giám sát và tự động khống chế sử dụng bộ điều khiển PLC S7
– 300.
- Trong đó em sẽ đi sâu vào nghiên cứu về công nghệ xử lý rác thải làm phân
Compost theo phương pháp ủ lên men kết hợp với phần lập trình cho PLC và
Win CC thu thập, điều khiển giám sát nhiệt độ hệ thống ủ lên men.
5. CẤU TRÚC ĐỒ ÁN.

- Trên cơ sở yêu cầu đồ án Em trình bày các vấn đề cơ bản sau:
PHẦN I: MỞ ĐẦU.
PHẦN II: NỘI DUNG.
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN.
Chương 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN.
Chương 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Ủ
LÊN MEN RÁC THẢI.

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Tài liệu tham khảo.

PHẦN II : NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.

Rác luôn tồn tại song song với đời sống của chúng ta. Đó là thứ bỏ đi,
không dùng nữa của mỗi cá nhân trong một gia đình và của mỗi gia đình trong
một đất nước. Nếu như những vật dụng, đồ dùng... ta không sử dụng nữa thì có


- 10 thể người khác cần dùng và còn sử dụng được, trái lại với rác thải lại khác đó là
thứ bỏ đi mà không ai muốn lấy. Đặc biệt nữa bỏ đi không phải nói bỏ là xong
mà con người chúng ta sẽ gặp phải một thực trạng đó là ô nhiễm môi trường từ
rác thải.
Chính vì thế xử lý rác thải đã và đang là vấn đề được các ngành quan tâm
và thúc đẩy phát triển, bởi lẽ cùng với sự phát triển của đất nước thì rác thải của
mỗi gia đình, mỗi quốc gia cũng theo đó mà tăng lên. Xử lý rác thải sao cho hiệu
quả, không gây ô nhiễm môi trường đồng thời có thể tận dụng thứ “Tài nguyên”
này vào mục đích tái sản xuất là điều mà các nước phát triển trong đó có Việt
Nam đã và đang áp dụng.
Trong những năm gần đây ngành sản xuất công nghiệp, tự động hoá đóng
vai trò quan trọng. Việc đầu tiên nó thay thế hoàn toàn những thao tác thủ công,
lạc hậu, loại bỏ cho con người những công việc nặng nhọc, nguy hiểm độc hại
và cải thiện điều kiện làm việc một cách thuận tiện.
Với ưu thế của Tự động hoá, tất cả các dây chuyền sản xuất của các
nghành công nghiệp nói chung hầu hết đều được cải tiến và trang bị thêm các
trang thiết bị hiện đại như bộ điều khiển PLC, CNC, vi xử lý, vi điều khiển...Để
nâng cao chất lượng cho các sản phẩm, tiến trình sản xuất nhanh, khả năng
chiếm lĩnh thị trường cao.
Yêu cầu của đồ án:
" Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát cho nhà lên men trong
nhà máy xử lý rác thải sử dụng PLC S7-300 ".

Như vậy với yêu cầu trên, đề tài này Em cần phải thực hiện được đó là xử
lý rác thải hữu cơ theo phương pháp ủ lên men sử dụng các vi sinh vật và quá
trình điều khiển, giám sát và tự động khống chế sử dụng bộ điều khiển PLC S7 –
300.


- 11 Trên cơ sở đó bản thuyết minh đồ án Em trình bày các vấn đề cơ bản sau:
PHẦN I: MỞ ĐẦU.
PHẦN II: NỘI DUNG.
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
Chương 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ LÊN MEN
Chương 3: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Ủ LÊN
MEN RÁC THẢI.
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Trong đó em sẽ đi sâu vào nghiên cứu về công nghệ xử lý rác thải làm
phân Compost theo phương pháp ủ lên men kết hợp với phần lập trình cho PLC
và Win CC thu thập, điều khiển giám sát nhiệt độ hệ thống ủ lên men.
1.2. PHẾ THẢI, CÁC THÀNH PHẦN CỦA PHẾ THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP XỬ LÝ.
1.2.1. Phế thải là gì.

Phế thải là sản phẩm loại bỏ đ−ợc thải ra trong quá trình hoạt động, sản
xuất, chế biến của con ng−ời.
Phế thải có nhiều nguồn khác nhau: Rác thải sinh hoạt; rác thải đô thị; tàn
d− thực vật; phế thải do quá trình sản xuất, chế biến nông công nghiệp; phế thải
từ các nhà máy công nghiệp nh−: nhà máy giấy, khai thác chế biến than, nhà
máy đ−ờng, nhà máy thuốc lá, nhà máy bia, n−ớc giải khát, các lò mổ, các nhà
máy xí nghiệp chế biến rau quả đồ hộp...
Việt Nam là n−ớc nông nghiệp có nguồn phế thải sau thu hoạch rất lớn,

rất đa dạng. Ch−ơng trình 1 triệu tấn đ−ờng đã để lại hàng chục vạn tấn bã mía,
mùn mía và tàn d− phế thải từ sản xuất, chế biến mía ra đ−ờng. Ngành công
nghiệp chế biến xuất khẩu cà phê đã thải ra môi tr−ờng hơn 20 vạn tấn vỏ/năm.
Trên đồng ruộng, n−ơng rẫy hàng năm để lại hàng triệu tấn phế thải là rơm rạ,
lõi ngô, cây sắn, thân lá thực vật... Ngoài ra còn có tới hàng triệu tấn rác thải
sinh hoạt. Tất cả nguồn phế thải này một phần bị đốt, còn lại trở thành rác thải,


- 12 phế thải gây ô nhiễm nghiêm trọng môi tr−ờng và nguồn n−ớc, trong khi đất đai
lại thiếu trầm trọng nguồn dinh d−ỡng cho cây và hàng năm chúng ta phải bỏ ra
hàng triệu đôla để mua phân hoá học ở n−ớc ngoài.
Phế thải đ−ợc xếp thành 3 nhóm sau:
+ Phế thải hữu cơ.
+ Phế thải rắn.
+ Phế thải lỏng.
1.2.2. Thành phần của phế thải.

Phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ thì rác thải sẽ có tỷ lệ các thành phần
khác nhau. Ở đây Em chỉ trình bày thành phần của rác thải sinh hoạt.
Khác với rác thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt là một tập hợp không
đồng nhất. Tính không đồng nhất biểu hiện ngay ở sự không kiểm soát đ−ợc của
các nguyên liệu ban đầu dùng cho sinh hoạt và th−ơng mại. Sự không đồng nhất
này tạo ra một số đặc tính rất khác biệt trong các thành phần của rác thải sinh
hoạt.
Một trong những đặc điểm rõ nhất ở phế thải đô thị Việt Nam là thành
phần các chất hữu cơ chiếm tỷ lệ rất cao 55- 65%. Trong phế thải đô thị các cấu
tử phi hữu cơ (kim loại, thuỷ tinh, rác xây dựng...) chiếm khoảng 12-15%. Phần
còn lại là các cấu tử khác. Cơ cấu thành phần cơ học trên của phế thải đô thị
không phải là những tỷ lệ bất biến, mà có biến động theo các tháng trong năm và
thay đổi theo mức sống của cộng đồng.

Ở các n−ớc phát triển, do mức sống của ng−ời dân cao cho nên tỷ lệ thành
phần hữu cơ trong rác thải sinh hoạt th−ờng chỉ chiếm 35-40%. So với thế giới
thì rác thải đô thị Việt Nam có tỷ lệ hữu cơ cao hơn rất nhiều nên việc xử lý rác
thải sinh hoạt ở Việt Nam bằng công nghệ vi sinh vật để sản xuất phân hữu cơ vi
sinh là rất thuận lợi.


- 13 Trong các cấu tử hữu cơ của rác sinh hoạt, thành phần hóa học của chúng
chủ yếu là: C, H, O, N, S và các chất tro
Bảng1.1: Thành phần của rác thải sinh hoạt (*)

Cấu tử hữu cơ
Thực phẩm
Giấy
Carton
Chất dẻo
Vải
Cao su
Da
Gỗ

C

H

48,0
43,5
44,0
60,0
55,0

78,0
60,0
49,5

6,4
6,0
5,9
7,2
6,6
10,0
8,0
6,0

Thành phần (%)
O
N
37,6
44,0
44,6
22,8
31,2
11,6
42,7

2,6
0,3
0,3
1,6
2,0
10,0

0,2

S

Tro

0,4
0,2
0,2
0,15
0,4
0,1

5,0
6,0
5,0
10,0
10,0
10,0
1,5

(*) Nguồn : Đề tài cấp Nhà n−ớc KHCN 02 - 04.
Từ bảng trên cho thấy: Rác thải đô thị nếu để phân huỷ một cách vô tổ
chức thì môi tr−ờng, đặc biệt là nguồn n−ớc sẽ bị ô nhiễm một cách trầm trọng.
Ng−ợc lại, nếu đ−ợc xử lý tốt sẽ tạo ra nguồn hữu cơ là nguồn dinh d−ỡng
khổng lồ trả lại cho đất, cung cấp dinh d−ỡng cho cây, tạo ra đ−ợc sự cân bằng
về sinh thái.
1.2.3. Các phương pháp xử lý.

Nhìn chung có 4 biện pháp xử lý phế thải sau:

a. Biện pháp chôn lấp.
Chôn lấp là ph−ơng pháp xử lý lâu đời, cổ điển và đơn giản nhất. Ph−ơng
pháp này đòi hỏi nhiều diện tích đất, và thời gian xử lý lâu, có mùi hôi thối,
sinh ra các khí độc nh− CH4, H2S, NH3

rò rỉ, làm ô nhiễm đất, ô nhiễm

nguồn n−ớc. Ở nhiều n−ớc để chống rò rỉ ng−ời ta xây bể lớn, nh−ng rất tốn
kém và thời gian sử dụng bể không đ−ợc lâu. Biện pháp này ngày càng bộc lộ


- 14 nhiều khiếm khuyết.
b. Biện pháp đốt.
Đây là biện pháp tạm thời khi l−ợng phế thải quá nhiều. Biện pháp này
gây ô nhiễm môi tr−ờng không khí rất trầm trọng, gây hiệu ứng nhà kính và các
loại bệnh đ−ờng hô hấp, mặt khác biện pháp này rất tốn nguyên liệu đốt.
c. Biện pháp thải ra hồ, sông ngòi và đổ ra biển.
Đây là biện pháp rất nguy hiểm, gây ô nhiễm không khí, nguồn n−ớc,
tiêu diệt sinh vật sống d−ới n−ớc, gây ô nhiễm toàn cầu.
d. Biện pháp sinh học.
Hiện nay, biện pháp sinh học để xử lý phế thải là biện pháp tối −u nhất,
đang đ−ợc tất cả các n−ớc sử dụng.
Biện pháp sinh học là dùng công nghệ vi sinh vật để phân huỷ phế thải.
Muốn thực hiện đ−ợc biện pháp này, điều quan trọng nhất là phải phân loại
đ−ợc phế thải, vì trong phế thải còn nhiều phế liệu khó phân giải nh−: túi
Rácnhựa, các loại phế liệu rắn bền phân
polyetylen, vỏ chai lọ bằng thuỷ tinh và
nguyên
liệu

giải lâu.

1.3. QUY TRÌNH XỬ LÝ RÁC THẢIPhân
CỦAloại
VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI.
1.3.1. Giới thiệu về quy trình công nghệ xử lý rác thải.

a. Quy trình công nghệ.
Rác phi
hữu cơ

Nhựa

Sản phẩm
nhựa

Rác hữu
cơ

Thuỷ tinh

Sản xuất
chai lọ

Ủ lên men

Xà bần

Sản xuất
VLXD

Nghiền

Sắt thép

Tái chế

Sàng

Vải

Sản xuất
chổi lau

Chế biến phân
hữu cơ sinh học


- 15 -

Hình 1.1: Quy trình công nghệ xử lý rác thải.
b. Nguyên lý hoạt động.
Rác tại các điểm tập kết trong thành phố, khu dân cư được xử lý mùi hôi
bằng chế phẩm sinh học, sau đó qua băng truyền phân loại rác thải hữu cơ và phi
hữu cơ. Với rác hữu cơ đưa vào hầm ủ, trước khi đưa rác vào hầm ủ có phun chế
phẩm sinh học và chất phụ gia sinh học. Ở đây rác cần phân loại trước khi cho
vào hầm ủ, quá trình ủ thực hiện phun và trộn chế phẩm sinh học, dùng bạt phủ
kín hầm và ủ trong thời gian khoảng 28 ngày; trong thời gian ủ cứ 3 ngày mở
bạt kiểm tra, phun bổ sung chế phẩm sinh học lên bề mặt, điều khiển tự động
khống chế nhiệt độ. Sau 28 ngày tiến hành đưa rác lên nghiền, sàng để chế biến

thành phân hữu cơ sinh học.
Với các thành phần rác phi hữu cơ như:
+ Nhựa: từ các túi nilon, các chai lọ nhựa... ta tiến hành nghiền tạo thành
các hạt nhựa để tái chế.
+ Thành phần thuỷ tinh ta dùng để sản xuất chai lọ.
+ Thành phần xà bần ( gạch đá...) ta sử dụng để sản xuất vật liệu xây dựng
cho các công trình đô thị như gạch tường bao, gạch lát vỉa hè...
+ Thành phần vải ta tiến hành sản xuất các chổi lau nhà...


- 16 + Với thành phần là kim loại sẽ được dùng để tái chế.
+ Một số thành phần rác vô cơ khác không xử lý được ta phải đem chôn
lấp.
Với các thành phần rác hữu cơ:
+ Sau khi ủ xong thì các thành phần rác hữu cơ phân huỷ nhanh sẽ tạo
thành mùn để sản xuất phân hữu cơ.
+ Các thành phần hữu cơ phân huỷ chậm ta phải cho qua hệ thống nghiền
rồi mới đưa vào sản xuất phân hữu cơ.
c. Đặc điểm công nghệ.
+ Tái chế các chất không phân hủy thành những vật liệu có thể tái sử dụng
được.
+ Không tốn đất chôn lấp chất thải rắn.
+ Không có nước rỉ rác và các khí độc hại, khí dễ gây cháy nổ sinh ra
trong quá trình phân hủy hữu cơ do đó không gây ô nhiễm môi trường.
+ Thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư thấp.
+ Vận hành đơn giản, chi phí vận hành thường xuyên không cao.
d. Phạm vi ứng dụng.
Có thể áp dụng cho nhiều quy mô công suất khác nhau, có thể áp dụng ở
các khu vực nông thôn, thành thị. Khu xử lý có thể xây dựng không quá xa đô
thị do không có nước rỉ rác và các khí độc hại thải ra.

Công nghệ xử lý rác trên có thể nâng công suất xử lý từ 5m3/ngày (2
tấn/ngày) lên 10 m3/ngày (4 tấn/ngày) và có thể nâng lên xử lý 100 m3 rác/ngày
(40 tấn/ngày), tùy vào nhu cầu xử lý rác và điều kiện địa phương. Chi phí
chuyển giao công nghệ không cao so với các công nghệ khác và có thể áp dụng
cho việc xử lý rác tại các bãi chứa rác ở xã, thị trấn cách xa bãi rác lớn tập trung
của huyện, thị.


- 17 1.3.2. Các mô hình ủ rác trên thế giới.

Các mô hình công nghệ ủ Compost quy mô lớn hiện nay trên thế giới
được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Theo trạng thái của khối ủ Compost
tĩnh hay động, theo phương pháp thông khí khối ủ cưỡng bức hay tự nhiên, có
hay không có đảo trộn. Dựa trên đặc điểm, hệ thống ủ Compost lại được chia
thành hệ thống mở và hệ thống kín, liên tục hay không liên tục.
a. Mô hình ủ Compost hệ thống mở.
Phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh, luống động có kết hợp
thông khí cưỡng bức hoặc
đảo trộn theo chu kỳ.
Nhược điểm của hệ
thống mở là chịu ảnh hưởng
bởi thời tiết và thời gian ủ có
thể kéo dài, thường chỉ áp
dụng ở quy mô nông trường,
trang trại có diện tích mặt
bằng lớn, xa khu đô thị.
Hình 1.2: Mô hình ủ Compost hệ thống mở.

b. Mô hình ủ Compost hệ thống kín.
Đối với ủ Compost quy mô công nghiệp trong các nhà máy lớn, hiện nay

trên thế giới thường áp dụng mô hình ủ Compost hệ thống kín ( hay hệ thống có
thiết bị chứa) giúp khắc phục được các nhược điểm của hệ thống mở, vận hành
và kiểm soát quá trình thuận tiện. Thông thường hệ thống ủ Compost kín hiện
đại được thiết kế hoạt động liên tục, khí thải được xử lý bằng phương
pháp lọc sinh học (biofilter).
Các mô hình công nghệ ủ Compost hệ thống kín thường được phân loại


- 18 theo nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên cấu trúc và chuyển động của dòng
vật liệu. Các mô hình công nghệ phổ biến nhất là:
- Thiết bị kiểu ngang:

Hình 1.3: Thiết bị ủ kiểu ngang

- Thiết bị quay:

Hình 1.4: Thiết bị

- Luống ủ
nhà:

ủ kiểu quay

Compost trong


- 19 -

Hình 1.5: Ủ thành luống trong nhà

Nhìn chung mỗi mô hình công nghệ này đều có những ưu điểm riêng, phù
hợp với công suất lớn và quy mô công nghiệp.
1.3.3. Các mô hình công nghệ tại Việt Nam.

Tại Việt Nam, một số mô hình xử lý chất thải rắn đô thị quy mô lớn cũng
đã được đầu tư trong những năm gần đây. Trong đó có các dự án sử dụng nguồn
vốn của Nhà nước và ODA, điển hình như tại Cầu Diễn - TP. Hà Nội (năm
2002) áp dụng công nghệ của Tây Ban Nha và tại TP. Nam Định (năm 2003) áp
dụng công nghệ của Pháp. Một số dự án sử dụng nguồn vốn tư nhân đều áp
dụng công nghệ trong nước như tại Thủy Phương - TP. Huế (năm 2004) áp dụng
công nghệ An Sinh - ASC, tại Đông Vinh - TP. Vinh (năm 2005) và TX. Sơn Tây
- tỉnh Hà Tây (đang chạy thử nghiệm) áp dụng công nghệ Seraphin.
Trong đó, các mô hình công nghệ ủ Compost áp dụng ở đây có thể chia
thành các loại hình cơ bản như sau:
a. Mô hình ủ Compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục.


- 20 Mô hình này được áp dụng tại nhà máy xử lý rác ở Cầu Diễn, Nam Định,
Thủy Phương. Thông thường hệ thống được điều khiển thông khí tự động

Hình 1.6: Mô hình ủ Compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục.

Nói chung, các mô hình ủ Compost kiểu này đều ở cấp độ đơn giản, vẫn
còn những nguy cơ phát sinh mùi ô nhiễm do hệ thống chưa khép kín.
b. Mô hình ủ Compost kiểu luống động trong nhà kín.
Mô hình này được áp dụng tại nhà máy xử lý rác ở Đông Vinh được thiết
kế hoạt động liên tục, đảo trộn theo chu kỳ ngắn.

Hình 1.7: Mô hình ủ Compost kiểu luống động trong nhà kín.

- 21 Trong đó hỗn hợp nguyên liệu hữu cơ được đưa tới đầu vào của hệ thống,
vận chuyển liên tục trong quá trình ủ bằng cách đảo trộn và sau cùng sản phẩm
được lấy ra ở đầu cuối của hệ thống.
Toàn bộ quá trình ủ Compost ở đây được thực hiện trong nhà kín có thiết
kế thông khí và xử lý khí thải bằng “biofilter”. Luống ủ được thiết kế với kích
thước lớn và liên tục giúp tiết kiệm diện tích mặt bằng, dễ vận hành.
Đây là loại mô hình công nghệ đơn giản với chi phí đầu tư không lớn. Tuy
nhiên những vấn đề khó khăn tại đây là hệ thống thiết bị chưa được đầu tư đồng
bộ và hiện đại, thiết bị đảo trộn không chuyên dụng có thể làm giảm hiệu quả
khi vận hành, thể tích nhà chứa lớn nên việc thu hồi và xử lý khí thải cũng là vấn
đề phức tạp, dễ ảnh hưởng đến môi trường làm việc bên trong.
c. Mô hình ủ Compost trong thiết bị kín kiểu đứng.
Mô hình này hiện đang nghiên cứu và áp dụng tại TX. Sơn Tây theo phân
loại là một trong những mô hình hiện đại tương tự như các mô hình công nghệ
của Hoa Kỳ.

Hình 1.8: Mô hình ủ Compost trong thiết bị kín kiểu đứng.


- 22 Thiết bị ủ Compost kín kiểu đứng được thiết kế theo nguyên lý hoạt động
liên tục, vật liệu ủ được nạp vào hàng ngày qua cửa nạp liệu ở phía trên và tháo
liệu từ phía đáy của thiết bị. Quá trình ủ Compost diễn biến qua các giai đoạn
dọc theo chiều đứng của thiết bị. Việc thông khí trong quá trình ủ Compost được
hỗ trợ nhờ hệ thống các ống phân phối đều bên trong thiết bị. Quạt hút bố trí ở
phía trên tạo sự chênh lệnh áp suất, nhờ đó khối ủ Compost cũng được thông khí
dọc theo chiều đứng của thiết bị và theo hướng đối lưu từ dưới lên trên. Toàn bộ
khí thải quá trình ủ Compost được thu hồi và xử lý bằng “biofilter” giúp bảo vệ
môi trường tốt hơn.
Loại mô hình ủ Compost này có nhiều ưu điểm, thuận tiện trong việc vận

hành tự động, giảm yêu cầu diện tích nhà xưởng bởi tận dụng chiều cao thiết bị.
Quá trình vận chuyển của vật liệu trong thiết bị nhờ trọng lực, thông khí cũng
chủ yếu nhờ hiệu ứng đối lưu tự nhiên giúp giảm chi phí vận hành. Cấu trúc vận
động của khối ủ bên trong thiết bị tạo ra các vùng hoạt động tối ưu tương ứng
với các giai đoạn của quá trình ủ Compost, giúp tăng cường hiệu quả, giảm thời
gian quy trình và đảm bảo yêu cầu chất lượng đối với sản phẩm. Thiết bị kiểu
kín cũng giúp kiểm soát tốt hơn các điều kiện môi trường cho hoạt động của vi
sinh vật, dễ dàng kiểm soát mùi hôi. Ngoài ra hệ thống được kết nối từ các thiết
bị đơn vị thành modul, thuận lợi cho việc chế tạo, lắp đặt hay nâng cấp mở rộng
công suất, v.v.
Công nghệ AN SINH -_ASC và SERAPHIN sẽ được các cơ quan quản lý
chức năng thẩm định, đánh giá, Nhà nước sẽ hỗ trợ kinh phí để hoàn thiện
cho phù hợp với điều kiện Việt Nam và sau đó sẽ nhân rộng áp dụng trong cả
nước.
Trên đây là những thông tin và kinh nghiệm thực tiễn về phương pháp
và công nghệ ủ Compost đang áp dụng trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay.
Những nội dung trên cũng giúp làm cơ sở tư vấn trong việc lựa chọn một mô
hình công nghệ ủ Compost phù hợp.


- 23 -

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ RÁC THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG
PHÁP Ủ LÊN MEN
2.1. GIỚI THIỆU NGUYÊN LÝ Ủ RÁC.

Do chất thải của người và gia súc là chất thải hữu cơ do đó khi thải vào ao
hồ, sông rạch nó sẽ làm thức ăn cho vi sinh vật dị dưỡng. Vi sinh vật dị dưỡng
này phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản và tạo nên
năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào của chúng.

Có hai quá trình mà các vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ đó là quá trình
hiếu khí và quá trình yếm khí.
2.1.1. Quá trình ủ hiếu khí.

- Quá trình oxy hóa (hay dị hóa).
(COHNS) + O2 + VK hiếu khí → CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng
lượng
Chất hữu cơ
- Quá trình tổng hợp (đồng hóa).
(COHNS) + O2 + VK hiếu khí + năng lượng → C5H7O2N (tb vi khuẩn
mới)
2.1.2. Quá trình ủ yếm khí.

Trong điều kiện yếm khí (không có oxy), vi khuẩn yếm khí sẽ phân hủy
chất hữu cơ như sau:
(COHNS) + VK yếm khí → CO2 + H2S + NH3 + CH4 + các chất khác +
năng lượng.
(COHNS) + VK yếm khí + năng lượng → C5H7O2N (tb vi khuẩn mới)


- 24 Với C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi
khuẩn.
2.2. CƠ CHẾ PHÂN HUỶ RÁC HỮU CƠ.
2.2.1. Cơ chế phân huỷ các chất trong rác thải sinh hoạt.

a. Xenluloza trong rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp.
Xenlulo là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng
số hydratcacbon trên trái đất. Trong vách tế bào thực vật, xenlulo tồn tại trong
mối liên kết chặt với các polisaccarit khác: Hemixenluloza, pectin và lignin tạo
thành liên kết bền vững. Hàm l−ợng xenluloza trong các chất khác nhau rất

khác nhau, trong giấy là 61%, trấu là 31%...
Trong các phế liệu, xenluloza th−ờng có mặt ở các dạng sau:
- Phế liệu nông nghiệp: rơm rạ, lá cây, vỏ lạc, vỏ trấu, lõi thân ngô...
- Phế liệu công nghiệp thực phẩm: vỏ và xơ quả, bã mía, bã cà phê, bã
sắn...
- Phế liệu trong công nghiệp chế biến gỗ: rễ cây, mùn c−a, gỗ vụn...
- Các chất thải gia đình: rác, giấy loại...
Cơ chế phân huỷ xenluloza:
Năm 1950, Reese và Ctv. lần đầu tiên đã đ−a ra cơ chế phân giải xenluloza

Xenluloz
a
tự nhiên

Trong đó:

Cl

Xenluloz
a
hoạt
động

Cx

Đường
hoà tan

Xenlobioz Glucoz
a

a

Cx t−ơng ứng với exoglucanza.
C1 t−ơng ứng với endogluanaza.

Theo Reese thì C1 là “tiền nhân tố thuỷ phân” hay là enzyme không đặc


- 25 hiệu, nó làm tr−ơng xenluloza tự nhiên thành các chuỗi xenluloza hoạt động có
mạch ngắn hơn và bị enzyme Cx tiếp tục phân cắt tạo thành các đ−ờng tan và
cuối cùng thành glucoza. Những vi sinh vật phát triển trên hợp chất chứa
xenluloza đã tiết ra các loại enzyme này để phân huỷ chuyển hoá xenluloza.
b. Hemixenluloza trong rác thải, phế thải nông nghiệp.
Hemixenluloza có khối l−ợng không nhỏ, chỉ đứng sau xenluloza trong tế
bào thực vật, chúng đ−ợc phân bố ở vách tế bào. Hemixenluloza có bản chất là
polysacarit bao gồm khoảng 150 gốc đ−ờng liên kết với nhau bằng cầu nối 01,4 glucozit; 0-1,6 glucozit và th−ờng tạo thành mạch nhánh ngắn có phân
nhánh.
Cơ chế phân giải hemixenluloza:
Phần lớn hemixenluloza có tính chất t−ơng đồng với xenluloza, tuy nhiên
hemixenluloza có phân tử l−ợng nhỏ hơn và cấu trúc đơn giản hơn. Nh− vậy
Hemixenluloza kém bền vững hơn do đó dễ phân giải hơn xenluloza. Vi sinh
vật phân giải hemixenluloza nhanh hơn là xenluloza.
c. Lignin trong rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp.
Lignin là những hợp chất có thành phần cấu trúc rất phức tạp, là chất cao
phân tử đ−ợc tạo thành do phản ứng ng−ng tụ từ 3 loại r−ợu chủ yếu là trans-Pcumarynic; trans-connyferynic; trans-cynapylic. Lignin khác với xenluloza và
hemixenluloza ở chỗ hàm l−ợng carbon t−ơng đối nhiều, cấu trúc của lignin
còn có nhóm methoxyl (- OCH3) liên kết với nhau bằng liên kết (C - C) hay (C
- O) trong đó phổ biến là liên kết aryl-glyxerin; aryl-aryl và diaryl ete. Lignin
dễ bị phân giải từng phần d−ới tác dụng của Na2S2O3;, H2SO3, CaS2O3...
Cơ chế phân giải lignin:

Nhiều công trình kết luận có tới 15 enzyme tham gia vào quá trình phân giải


- 26 lignin. Ligninaza không thuỷ phân ligin thành các tiểu phần hoà tan nh− quá
trình phân giải xenluloza. Nh−ng trong đó có 3 enzyme chủ chốt là:
- Lignin pezoxidaza.
- Mangan pezoxidaza.
- Laccaza.
2.2.2. Vi sinh vật phân giải rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp.

a. Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ chứa xenluloza.
Trong tự nhiên vi sinh vật phân giải xenluloza vô cùng phong phú bao gồm: Vi
khuẩn; nấm; xạ khuẩn; nguyên sinh động vật...
- Vi khuẩn: Là nhóm vi sinh vật lớn nhất và cũng đ−ợc nghiên cứu nhiều
nhất. Từ thế kỷ 19 các nhà khoa học đã phát hiện thấy một số loại vi khuẩn kỵ
khí có khả năng phân giải xenluloza. Những năm đầu thế kỷ 20 ng−ời ta lại
phân lập đ−ợc các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng này. Trong các vi khuẩn
hiếu khí phân giải xenluloza, thì niêm vi khuẩn có vai trò lớn nhất chủ yếu là
các giống Cytophaga, Sporocytophaga và Sorangium. Niêm vi khuẩn nhận
đ−ợc năng l−ợng khi oxy hoá các sản phẩm của sự phân giải xenluloza thành
CO2 và H2O. Ngoài ra còn thấy giống Cellvibrio cũng có khả năng phân giải
xenluloza. Trong điều kiện kỵ khí, các vi sinh vật −a ẩm, −a nhiệt thuộc giống
Clostridium và Bacillus tiến hành phân giải xenluloza thành glucoza và
xenlobioza, chúng sử dụng năng l−ợng từ các loại đ−ờng đơn và nguồn carbon
cũng th−ờng kèm theo việc tạo nên các acid hữu cơ, CO2 và H2.
Trong dạ dày của động vật ăn cỏ tồn tại hệ vi sinh vật để phân giải
xenluloza đó là: Ruminococcus; Flavefaciens; Butyrivibrio; Bacteroides.
Ngoài ra còn có: Cellulomonas; Bacillus; Acetobacter cũng phân giải mạnh
xenluloza.
Nhiều tác giả còn phân lập tuyển chọn trong đống ủ phế thải có Clostririum.

Pseudomonas chứa phức hệ enzyme xenluloza. Acteromobacter, Cytophaga,