Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------o0o------------------

NGUYỄN LÊ HOÀNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHÂN HỦY SINH HỌC KỴ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG

TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2011


i
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
------------------o0o-----------------Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM

Cán bộ chấm nhận xét 1

Cán bộ chấm nhận xét 2

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA TP. HCM
Ngày

tháng

năm 2011


ii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
---------------------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
---------------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên
Ngày, tháng, năm sinh
Chun ngành
Khóa

: NGUYỄN LÊ HỒNG
: 17/10/1984
: Cơng nghệ mơi trường
: 2007

Phái
: Nam
Nơi sinh : Khánh Hịa
MSHV : 02507608

I. TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHÂN HỦY SINH HỌC KỴ KHÍ
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Nhiệm vụ:
Nghiên cứu xác định sản lượng khí sinh học và tốc độ phân hủy chất thải trong
mơ hình xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí
trong điều kiện Việt Nam.
Nội dung:
− Nghiên cứu ảnh hưởng của tuần hồn nước rỉ rác đến sản lượng khí sinh
học và tốc độ phân hủy của chất thải rắn hữu cơ trong điều kiện phịng thí nghiệm.
− Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số đầm nén rác đến sản lượng khí sinh học và
tốc độ phân hủy của chất thải rắn hữu cơ trong điều kiện phịng thí nghiệm.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: 15/07/2010
: 06/07/2011
: TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Nội dung và đề cương luận văn thạc sỹ này đã được Hội đồng Chuyên ngành thơng
qua.
Ngày
tháng

năm 2011
TRƯỞNG PHỊNG ĐT SAU ĐẠI HỌC

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


iii

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Lê Hoàng
Nghiêm đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và ln tạo những điều kiện thuận lợi giúp
em có thể hồn thành tốt luận văn.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln nhiệt tình giúp đỡ và hỗ trợ tơi trong
suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn.
Cuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả quý thầy cô đã
hết lòng giảng dạy và giúp đỡ trong suốt thời gian học tập tại khoa Môi Trường,
trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.
TP. HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2011
Học viên thực hiện
Nguyễn Lê Hoàng


iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài: Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp phân hủy
sinh học kỵ khí.
Để xử lý chất thải rắn, hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam đã có nhiều
phương pháp và công nghệ được áp dụng. Mỗi phương pháp đều có những ưu và
nhược điểm riêng, phù hợp với từng thành phần chất thải khác nhau. Trong đó, cơng

nghệ xử lý chất thải rắn bằng phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí đã mang lại
những hiệu quả xử lý khả quan. Công nghệ này giúp đẩy nhanh hoạt động vi sinh
vật, chuyển hóa, ổn định các chất hữu cơ dễ phân hủy và phân hủy rác thải thông
qua hoạt động phân hủy sinh học.
Dựa trên những ưu điểm nổi bật của công nghệ xử lý chất thải rắn bằng
phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí đã được áp dụng tại các nước, Đề tài
“Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp phân hủy sinh học kỵ
khí” được tiến hành nghiên cứu thực nghiệm với các nội dung:
− Nghiên cứu ảnh hưởng của tuần hồn nước rỉ rác đến sản lượng khí sinh
học và tốc độ phân hủy của chất thải hữu cơ trong điều kiện phịng thí nghiệm.
− Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nén rác đến sản lượng khí sinh học và tốc độ
phân hủy của chất thải hữu cơ trong điều kiện phịng thí nghiệm.
Trên cơ sở phân tích, xử lý số liệu từ kết quả thực nghiệm của mơ hình nghiên
cứu, đề tài đề xuất các thông số vận hành thích hợp cho phương pháp xử lý chất thải
rắn bằng phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí, phù hợp với điều kiện thực tế tại
Việt Nam.


v

ABSTRACT
Name of project: Researching process organic solid waste by method of
anaerobic biodegradation.
To treat solid waste, there have been many methods and technologies applied
on the world and in Vietnam now. Each method has both advantages and
disadvantages, to suit each different waste components. In particular, the processing
technology of solid waste by method of anaerobic biodegradation has brought
positive treatment effect. This technology helps accelerating the microbial activity,
metabolic stability of organic matter decomposition and decomposition of solid
waste through biodegradation activity.

Based on the advantages of the processing technology of solid waste by
method of anaerobic biodegradation has been applied in many nations,
“Researching process organic solid waste by method of anaerobic biodegradation”
has conducted experimental studies with the following contents:
− Study the effect of circulating the leachate to biogas production and rate of
organic waste decomposition in laboratory conditions.
− Study the effect of compression garbage to biogas production and the rate
of organic waste decomposition in laboratory conditions.
Based on the analysis and processing of data from the experimental results of
model study, the subject is proposing appropriate operating parameters for the
treatment of solid waste by method of anaerobic biodegradation that is suitable to
actual conditions in Vietnam.


vi

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ ........................................................................ ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................... iv
ABSTRACT ................................................................................................................v
MỤC LỤC................................................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................................................x
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ xii
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU..............................................................................................1 
1.1. TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI...................................................................1 
1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.........................................................................................2 
1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.................................................3 
1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................3 

1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN......................................................3 
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT .....................4 
2.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT .....................................4 
2.1.1. Định nghĩa và nguồn gốc phát sinh...........................................................4 
2.1.2. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt ...........................................................4 
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN .......................................5 
2.2.1. Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp ủ kỵ khí........................................5 
2.2.2. Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp nhiệt.............................................7 
2.2.3. Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp chôn lấp .......................................9 
2.2.4. Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp ủ hiếu khí...................................12 
2.3. ĐỘNG HỌC Q TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ CTR HỮU CƠ ..............14 
2.4. LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI.......................................18 
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................20 


vii
3.1. TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH BÃI CHƠN LẤP XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY SINH HỌC KỴ KHÍ..............................20 
3.1.1. Khái niệm ................................................................................................20 
3.1.2. Ưu điểm phương pháp xử lý chất thải rắn bằng phương pháp phân hủy
sinh học kỵ khí ..................................................................................................21 
3.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MƠ HÌNH BÃI CHÔN LẤP XỬ LÝ CHẤT THẢI
RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY SINH HỌC KỴ KHÍ ĐÃ THỰC
HIỆN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ............................................................22 
3.2.1. Mơ hình phịng thí nghiệm (Pilot)...........................................................22 
3.2.2. Mơ hình nghiên cứu thực tế (Full scale) .................................................32 
3.2.3. Một số đánh giá cơ bản ...........................................................................36 
3.3. CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN SẢN LƯỢNG KHÍ SINH RA .....................36 
CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN ...........................43 
4.1. MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM..............................................................................43 

4.2. THÀNH PHẦN CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ SỬ DỤNG TRONG THÍ
NGHIỆM...............................................................................................................45 
4.3. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ MƠ TẢ QUY TRÌNH THỰC HIỆN THÍ
NGHIỆM...............................................................................................................46 
4.3.1. Quy trình thí nghiệm ảnh hưởng của sự tuần hồn nước rỉ rác ..............46 
4.3.2. Quy trình thí nghiệm ảnh hưởng của độ nén rác.....................................49 
4.3.3. Điều kiện thí nghiệm mơ hình nghiên cứu ảnh hưởng của sự tuần hồn
nước rỉ rác .........................................................................................................51 
4.3.4. Điều kiện thí nghiệm mơ hình nghiên cứu ảnh hưởng của độ nén rác ...52 
4.4. CÁC THÔNG SỐ THEO DÕI TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ..........53 
4.5. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ PHÂN HỦY CHẤT THẢI RẮN
HỮU CƠ TRONG NGHIÊN CỨU .....................................................................53 
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU...............................................................55 
5.1. THÀNH PHẦN CHẤT THẢI RẮN TRONG NGHIÊN CỨU .....................55 


viii
5.2. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ TUẦN HOÀN NƯỚC RỈ RÁC ĐẾN TỐC ĐỘ
PHÂN HỦY VÀ SẢN LƯỢNG KHÍ SINH HỌC ...............................................56 
5.2.1. Thí nghiệm khơng điều chỉnh pH của nước rỉ rác trước khi tuần hồn ..56 
5.2.2. Thí nghiệm điều chỉnh pH của nước rỉ rác trước khi tuần hoàn .............70 
5.3. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NÉN RÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHÂN HỦY VÀ SẢN
LƯỢNG KHÍ SINH HỌC.....................................................................................83 
5.4. ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ...................................96 
5.4.1. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tuần hoàn nước rỉ rác đến tốc độ
phân hủy chất thải và sản lượng khí sinh học ...................................................96 
5.4.2. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ nén rác đến tốc độ phân hủy
chất thải và sản lượng khí sinh học ...................................................................98 
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................100 
6.1. KẾT LUẬN..................................................................................................100 

6.2. KIẾN NGHỊ .................................................................................................101 
PHỤ LỤC 1.............................................................................................................102
PHỤ LỤC 2.............................................................................................................107
PHỤ LỤC 3.............................................................................................................111
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................117


ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BCL
BDOF

Bãi chôn lấp
Biodegradable Organic Fraction - Thành phần hữu cơ dễ phân hủy sinh
học

BRLF

Bioreactor landfill - BCL hoạt động như bể phản ứng sinh học

CTNH

Chất thải nguy hại

CTR

Chất thải rắn

CTRĐT Chất thải rắn đô thị

CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt
DOC

Degradable organic carbon - Carbon dễ phân hủy hữu cơ

MSW

Municipal solid waste - Chất thải rắn đô thị

TS

Tổng chất rắn

VS

Chất rắn bay hơi


x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Bảng 3.1. Tỉ số BOD/COD trong các mơ hình thử nghiệm......................................29 
Bảng 3.2. Mơ tả sự sụt lún của rác thải trong các mơ hình thử nghiệm. ..................30 
Bảng 3.3. Nồng độ của các kim loại nặng trong các mơ hình thử nghiệm. ..............31 
Bảng 3.4. Tỉ lệ tận dụng không gian trong bãi chôn lấp Trail Road.........................35 
Bảng 3.5. Các mơ hình sử dụng để tính tốn tốc độ phân hủy chất thải rắn.............37 
Bảng 4.1. Tính chất chất thải rắn sử dụng trong mơ hình thí nghiệm ảnh hưởng của
sự tuần hồn nước rỉ rác. ...........................................................................................52 
Bảng 4.2. Tính chất chất thải rắn sử dụng trong mơ hình thí nghiệm ảnh hưởng của
độ nén rác khác nhau.................................................................................................52 

Bảng 5.1. Thành phần chất thải rắn lấy từ chợ Nguyễn Tri Phương. .......................55 
Bảng 5.2. Thành phần nguyên tử CTR hữu cơ trong mô hình MH-1A và MH-1B..56 
Bảng 5.3. Thể tích khí CH4 sinh ra từ q trình phân hủy kỵ khí trong điều kiện tuần
hồn nước rỉ rác khơng chỉnh pH..............................................................................57 
Bảng 5.4. Lưu lượng khí CH4 sinh ra từ q trình phân hủy kỵ khí trong điều kiện
tuần hồn nước rỉ rác khơng chỉnh pH......................................................................59 
Bảng 5.5. Biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t và hằng số tốc độ phân hủy
tổng cộng. ..................................................................................................................62 
Bảng 5.6. Biến thiên lưu lượng và giá trị pH của nước rị rỉ sinh ra từ q trình phân
hủy kỵ khí rác thực phẩm trong điều kiện tuần hồn nước rị rỉ khơng chỉnh pH. ...67 
Bảng 5.7. Thể tích khí CH4 sinh ra từ q trình phân hủy kỵ khí trong điều kiện tuần
hồn nước rỉ rác chỉnh pH đến trung tính. ................................................................70 
Bảng 5.8. Lưu lượng khí CH4 sinh ra từ q trình phân hủy kỵ khí trong điều kiện
tuần hồn nước rỉ rác chỉnh pH đến trung tính. ........................................................73 
Bảng 5.9. Biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t và hằng số tốc độ phân hủy
tổng cộng đối với rác thực phẩm trong trường hợp ảnh hưởng của tuần hồn nước rỉ
rác có chỉnh pH. ........................................................................................................76 
Bảng 5.10. Tính chất nước rỉ rác sinh ra từ mơ hình 2A (MH-2A) ..........................83 


xi
Bảng 5.11. Thể tích khí CH4 sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí trong ở các độ nén
rác khác nhau.............................................................................................................84 
Bảng 5.12. Lưu lượng khí CH4 sinh ra hàng ngày từ 3 mơ hình nghiên cứu MH-3A,
MH-3B và MH-3C. ...................................................................................................86 
Bảng 5.13. Biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t trong các mơ hình nghiên
cứu.............................................................................................................................89 
Bảng 5.14. Thể tích nước rỉ rác sinh ra theo độ nén rác đối với các mơ hình nghiên
cứu.............................................................................................................................92 
Bảng 5.15. Nồng độ COD của nước rỉ rác trong 3 mơ hình nghiên cứu. .................94 

Bảng 5.16. Nồng độ BOD5 của nước rỉ rác trong các mô hình thí nghiệm. .............95 
Bảng 5.17. Giá trị hằng số tốc độ phân hủy chất thải và sản lượng khí sinh học trong
thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tuần hồn nước rỉ rác...................................97 
Bảng 5.18. Giá trị hằng số tốc độ phân hủy chất thải và sản lượng khí sinh học trong
thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ nén rác. ...................................................99 


xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Hình 2.1. Sơ đồ chung của q trình ủ hiếu khí chất thải rắn đơ thị.........................12 
Hình 3.1. Sơ đồ mơ tả thí nghiệm xử lý chất thải rắn đô thị bằng phương pháp phân
hủy sinh học kỵ khí của M. Warith. ..........................................................................24 
Hình 3.2. Sự thay đổi pH theo thời gian thử nghiệm. ...............................................26 
Hình 3.3. Sự thay đổi BOD theo thời gian thử nghiệm. ...........................................28 
Hình 3.4. Sự thay đổi COD theo thời gian thử nghiệm. ...........................................29 
Hình 3.5. Sự thay đổi pH trong nước rỉ rác tuần hồn..............................................34 
Hình 3.6. Nồng độ BOD, COD và mối quan hệ giữa BOD/COD trong bãi chơn lấp
Trail Road..................................................................................................................34 
Hình 4.1. Mơ hình nghiên cứu của đề tài..................................................................44 
Hình 4.2. Hình ảnh thực tế của mơ hình nghiên cứu. ...............................................45 
Hình 4.3. Sơ đồ mơ tả bố trí quy trình thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của sự tuần
hồn nước rỉ rác.........................................................................................................48 
Hình 4.4. Sơ đồ mơ tả bố trí quy trình thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ nén
rác ..............................................................................................................................50 
Hình 5.1. Biểu đồ mơ tả sản lượng khí CH4 sinh ra trong thí nghiệm nghiên cứu sự
ảnh hưởng của nước rỉ rác tuần hồn (khơng chỉnh pH)...........................................58 
Hình 5.2. Biểu đồ mơ tả lưu lượng khí CH4 sinh ra trong thí nghiệm nghiên cứu sự
ảnh hưởng của nước rỉ rác tuần hồn (khơng chỉnh pH)...........................................61 
Hình 5.3. Biểu đồ mô tả biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t và hằng số tốc

độ phân hủy theo thực tế đo đạc................................................................................63 
Hình 5.4. Biểu đồ mơ tả biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t và hằng số tốc
độ phân hủy dựa trên lượng khí lớn nhất sinh ra theo lý thuyết (thí nghiệm khơng
điều chỉnh pH nước rỉ rác) ........................................................................................66 
Hình 5.5. Biến thiên lưu lượng khí CH4 và giá trị pH của nước rỉ rác sinh ra từ MH1A ..............................................................................................................................69 


xiii
Hình 5.6. Biểu đồ mơ tả sản lượng khí CH4 sinh ra trong thí nghiệm nghiên cứu sự
ảnh hưởng của nước rỉ rác tuần hồn (có điều chỉnh pH).........................................72 
Hình 5.7. Biểu đồ mơ tả lưu lượng khí CH4 sinh ra trong thí nghiệm nghiên cứu sự
ảnh hưởng của nước rỉ rác tuần hồn (có điều chỉnh pH).........................................75 
Hình 5.8. Biểu đồ mô tả biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t và hằng số tốc
độ phân hủy theo thực tế đo đạc................................................................................78 
Hình 5.9. Biểu đồ mơ tả biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t và hằng số tốc
độ phân hủy dựa trên lượng khí lớn nhất sinh ra theo lý thuyết (thí nghiệm có điều
chỉnh pH nước rỉ rác). ...............................................................................................81 
Hình 5.10. Biểu đồ mơ tả sản lượng khí CH4 sinh ra trong thí nghiệm nghiên cứu sự
ảnh hưởng của độ nén rác. ........................................................................................85 
Hình 5.11. Biểu đồ mơ tả lưu lượng khí CH4 sinh ra trong thí nghiệm nghiên cứu sự
ảnh hưởng của độ nén rác. ........................................................................................88 
Hình 5.12. Biểu đồ mô tả biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t và hằng số
tốc độ phân hủy theo thực tế trong thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ nén
rác. .............................................................................................................................91 
Hình 5.13. Biểu đồ mơ tả biến thiên ln(CH4max – CH4t) theo thời gian t và hằng số
tốc độ phân hủy dựa trên lượng khí lớn nhất sinh ra theo lý thuyết trong thí nghiệm
nghiên cứu ảnh hưởng của độ nén rác.......................................................................93 
Hình 5.14. Biểu đồ mơ tả biến thiên nồng độ COD của nước rỉ rác trong các mơ
hình MH-3A, MH-3B và MH-3C. ............................................................................95 
Hình 5.15. Biểu đồ mơ tả biến thiên nồng độ BOD5 của nước rỉ rác trong các mơ

hình MH-3A, MH-3B và MH-3C. ............................................................................96 


1

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1.

TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, trên thế giới đã có những nghiên cứu và cải tiến

trong hoạt động chôn lấp chất thải rắn đô thị (MSW). Từ các phương pháp chôn lấp
rác thải truyền thống, ngày nay những nghiên cứu đã được tiến hành nhằm cải tiến,
đẩy nhanh quá trình phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp. Một trong những giải
pháp được nghiên cứu thực hiện là mơ hình Bãi chơn lấp, xử lý chất thải rắn bằng
phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí (BRLF).
Các BRLF được thiết kế và sử dụng để đảm bảo giảm thấp nhất khả năng thấm
của nước mưa, giảm tối đa nước rác rò rỉ ra ngồi mơi trường, kiểm sốt và tối ưu
hóa được lượng khí gas sinh ra trong bãi chơn lấp. Trên thế giới, trong hơn 10 năm
qua, các mơ hình thử nghiệm và thực tế đã được áp dụng tại các bãi chơn lấp theo
mơ hình BRLF để kiểm sốt, giảm thiểu những tác động tiêu cực đến môi trường
khu vực của các bãi chơn lấp.
Nhiều nghiên cứu cho thấy BRLF có khả năng đẩy nhanh quá trình phân hủy
chất thải rắn trong bãi chôn lấp, làm giảm thời gian và tận dụng nước rác, làm tăng
sự sản sinh khí mêtan (CH4) dưới các điều kiện được kiểm sốt. Từ đó, cho phép tái
sử dụng những khoảng trống sau khi rác được phân hủy đồng thời hạn chế được
những nguy cơ ô nhiễm do bãi chôn lấp gây ra. Các phương pháp được sử dụng để
đẩy nhanh quá trình phân hủy sinh học rác thải trong BRLF là cắt nhỏ rác thải, tuần
hoàn nước rỉ rác và bổ sung các chất dinh dưỡng, bổ sung bùn. Những kỹ thuật khác

như kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm cũng đã được sử dụng và chứng minh được khả
năng trong việc đẩy nhanh quá trình phân hủy sinh học của chất thải rắn đơ thị trong
bãi chôn lấp.


2

Ngồi ra, các bãi chơn lấp hoạt động theo mơ hình phân hủy sinh học kỵ khí
cũng mang lại những lợi ích khác như hạn chế sự phát thải các khí nhà kính vào mơi
trường, cải thiện được mơi trường trong khu vực, nhất là các vấn đề về kiểm sốt
mùi và sinh khí CH4. BRLF được thực hiện ở cả dạng thử nghiệm (pilot) và sử dụng
trong thực tế khá phổ biến ở các bãi chôn lấp ở Bắc Mỹ, đặc biệt là tại các bãi chơn
lấp đã đóng cửa và các nơi đất đai có giá, hay những khu vực quan trọng khác.
Mặc dù trên thế giới đã có những nghiên cứu và thực nghiệm cũng như áp
dụng trong thực tế mơ hình hình Bãi chơn lấp hoạt động theo mơ hình phân hủy
sinh học kỵ khí và có những kết quả nghiên cứu khả thi, chứng minh được hiệu quả
về kinh tế cũng như môi trường của BRLF. Tuy nhiên, ở Việt Nam vẫn chưa có
những nghiên cứu nghiên cứu cụ thể về hoạt động cũng như hiệu quả của mơ hình
này. So với các trên thế giới, nguồn rác thải đơ thị của Việt Nam có những đặc điểm
khác về thành phần, tính chất chất thải so với các nước trên thế giới. Bãi chôn lấp bị
ảnh hưởng bởi các điều kiện khí hậu nhiệt đới. Do đó, những nghiên cứu các q
trình động học trong quá trình phân hủy chất thải hữu cơ trong các bãi chôn lấp chất
thải rắn tại Việt Nam nhằm đưa ra những thơng số tối ưu cho q trình phân hủy rác
thải là cần thiết.
Trong giới hạn của đề tài, sẽ chú trọng nghiên cứu Ảnh hưởng của tuần hoàn
nước rỉ rác và ảnh hưởng của độ nén rác đến sản lượng khí sinh học và tốc độ phân
hủy của chất thải rắn hữu cơ trong điều kiện phịng thí nghiệm.

1.2.

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Nghiên cứu xác định sản lượng khí sinh học và tốc độ phân hủy chất thải trong

mô hình xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí
trong điều kiện Việt Nam.


3

1.3.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chất thải rắn hữu cơ lấy từ chợ (chợ

Nguyễn Tri Phương), đặc biệt quan tâm chủ yếu đến thành phần dễ phân hủy sinh
học.
Phạm vi nghiên cứu: mơ hình xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp
phân hủy sinh học kỵ khí trong điều kiện phịng thí nghiệm.

1.4.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu các quá trình sau:
− Nghiên cứu ảnh hưởng của tuần hoàn nước rỉ rác đến sản lượng khí sinh

học và tốc độ phân hủy của chất thải rắn hữu cơ trong điều kiện phịng thí nghiệm.
− Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số nén rác đến sản lượng khí sinh học và tốc
độ phân hủy của chất thải rắn hữu cơ trong điều kiện phịng thí nghiệm.

1.5.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Đề tài được thực hiện trên cơ sở tiến hành nghiên cứu thực tế với loại chất thải

hữu cơ lấy từ chợ. Các kết quả từ đề tài nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng
phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí sẽ mang lại những đánh giá cơ bản về ảnh
hưởng của sự tuần hoàn nước rỉ rác và độ nén rác đến q trình phân hủy kỵ khí
chất thải trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.


4

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ
CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT
2.1.

TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT

2.1.1.

Định nghĩa và nguồn gốc phát sinh
Chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) là những chất thải ở dạng rắn có liên quan

đến các hoạt động của con người và sinh vật. CTRSH có thành phần bao gồm kim
loại, sành sứ, mảnh thuỷ tinh, đất đá, cao su, nhựa, thực phẩm thừa, gỗ, giẻ lau,
giấy, bìa carton, rơm rạ, xác động vật, lá cây, pin... Nguồn thải của chất thải rắn đơ
thị rất khó quản lý tại các nơi đất trống bởi vì tại những vị trí này, sự phát sinh
nguồn thải là một quá trình phát tán.
Nguồn tạo thành chủ yếu của CTRSH là từ các khu dân cư, cơ quan, công sở,

trường học, chợ, nhà ga, sân bay, khu công cộng... Thông thường trong thành phần
CTRĐT thì rác thải từ các khu dân cư và thương mại chiếm tỷ lệ cao nhất từ 50 –
75%, giá trị này sẽ thay đổi tùy vào sự mở rộng các hoạt động xây dựng, phát triển
dịch vụ đô thị, công nghệ xử lý nước.

2.1.2.

Thành phần chất thải rắn sinh hoạt
Thành phần của chất thải rắn là thuật ngữ dùng để miêu tả tính chất nguồn gốc

các yếu tố riêng biệt cấu thành nên dịng chất thải, thường tính bằng phần trăm khối
lượng. Đây là một cơ sở quan trọng trong thiết kế, lựa chọn công nghệ thiết bị xử lý.
Thành phần riêng biệt của CTR và tiêu chuẩn tạo rác trung bình theo đầu người thay
đổi theo vị trí địa lý, thời gian, thời tiết khí hậu, điều kiện kinh tế, tập quán, các yếu
tố xã hội của từng quốc gia.


5

Đối với CTRSH ở các khu đô thị nước ta thì rác thực phẩm chiếm tỷ lệ cao
nhất 61 – 90%, tiếp đến là nylon – nhựa, thủy tinh và giấy. Số lượng thành phần rác
tái chế chiếm 11/20 thành phần CTR phát sinh. Nguyên nhân thành phần CTRSH
ổn định là vì quá trình phát triển làm gia tăng khối lượng rác nhưng mức độ dao
động thành phần rác không nhiều. Phân tích thành phần rác có ý nghĩa quan trọng
đến việc xây dựng dự án phân loại rác tại nguồn.

2.2.

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN

2.2.1.

Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp ủ kỵ khí

2.2.1.1. Khái niệm chung
Nguyên lý công nghệ của phương pháp ủ rác để thu hồi khí sinh học là ủ thành
phần rác hữu cơ dễ phân hủy trong mơi trường yếm khí với điều kiện khơng có oxy,
ở nhiệt độ khoảng 30 – 65oC cho vi khuẩn kỵ khí hoạt động phân hủy. Phương pháp
này áp dụng đối với CTR có hàm lượng rắn từ 4 – 8% bao gồm CTR của con người,
động vật, các phế phẩm từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi và chất hữu
cơ trong thành phần của CTRSH. Sản phẩm của q trình là khí sinh học (biogas)
có nhiệt trị cao được sử dụng như một nguồn nhiên liệu và lượng bùn thải
(digestate) đã được ổn định sinh học, chứa nhiều đạm, có thể sử dụng như một
nguồn bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng nếu được chấp nhận.
Q trình chuyển hóa các chất hữu cơ của CTR đơ thị dưới điều kiện kỵ khí
xảy ra theo ba bước. Đầu tiên là quá trình thủy phân (hydrolysis) các hợp chất có
phân tử lượng lớn thành những hợp chất thích hợp dùng làm nguồn năng lượng và
mơ tế bào. Sau đó là q trình chuyển hóa các hợp chất sinh ra từ quá trình thủy
phân thành các hợp chất có phân tử lượng thấp hơn. Và cuối cùng là q trình
chuyển hóa các hợp chất trung gian thành các sản phẩm cuối đơn giản hơn, chủ yếu
là khí mê tan (CH4) và khí carbonic (CO2).


6

Sản phẩm khí sinh học có nhiệt trị trung bình 4.500 - 6.300 kcal/m3, trong đó
mê tan có nhiệt trị cao nhất (khoảng 9.000 kcal/m3). Trong các hố ủ yếm khí này có
hệ thống ống và thiết bị kiểm sốt để thu hồi khí mê tan dùng làm nhiên liệu. Sản
lượng khí sinh học phụ thuộc nhiều vào thành phần chất thải, khối lượng chất hữu
cơ và điều kiện trong bể phản ứng. 1m3 biogas tương đương với 0,4 kg dầu diesel;

0,6 kg xăng; hoặc 0,8 kg than.
2.2.1.2. Ưu khuyết điểm của phương pháp ủ kỵ khí
• Ưu điểm:
Tạo ra nguồn khí đốt từ CTRSH. Khí sinh học sinh ra trong quá trình ủ sẽ
được thu hồi cho chạy động cơ diesel để phát điện hoặc cấp phát nhiệt phục vụ cho
chính q trình xử lí rác của nhà máy. Một nhà máy với cơng nghệ trung bình, có
thể tự túc được 40 - 50% năng lượng điện. Còn với cơng nghệ hiện đại có thể đáp
ứng được 100%, và dư bán ra thị trường.
Sản phẩm phân hủy có thể kết hợp tốt với các loại phân khác như phân hầm
cầu, phân gia súc, than bùn… tạo thành phân hữu cơ có hàm lượng dinh dưỡng cao.
Q trình phân hủy kỵ khí lại sản xuất ra một lượng điện năng tương ứng là 75
– 150 kWh/ tấn rác và chỉ tiêu thụ khoảng 15 kWh/ tấn để vận hành hệ thống.
• Khuyết điểm:
Chi phí đầu tư ban đầu rất lớn, thông thường từ vài trăm ngàn cho đến vài
triệu USD. Chi phí đầu tư một nhà máy xử lý theo cơng nghệ kỵ khí khoảng 3.700 –
7.000 USD/kWh.
Thời gian phân hủy lâu, thường từ 2 – 12 tháng. Vận hành thiết bị phức tạp do
vi khuẩn mê tan rất nhạy cảm với sự thay đổi của pH.


7

Tạo thành các khí độc như NH3, H2S… trong quá trình phân hủy kỵ khí gây
mùi hơi thối, khó chịu. Bên cạnh đó, nếu khí biogas được sử dụng làm nhiên liệu
đốt cho những nhà máy phát điện thì H2S ở nồng độ cao sẽ gây ra những vấn đề ăn
mòn thiết bị.

2.2.2.

Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp nhiệt

2.2.2.1. Khái niệm chung
Xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt nhằm mục đích giảm thể tích CTR và thu
hồi năng lượng nhiệt là một phương án quan trọng trong hệ thống quản lý tổng hợp
CTR. Phương pháp này dùng để thiêu hủy các loại CTR dễ cháy, có chứa những
thành phần độc hại vì nếu được tiến hành đúng quy cách, q trình thiêu đốt có khả
năng giảm thiểu hoặc phá hủy hoàn bộ các độc chất hữu cơ trong CTR nguy hại
bằng cách phá hủy các mối liên kết hóa học giữa chúng, đưa chúng trở về dạng
nguyên tố hợp thành ban đầu.
CTR được đưa vào những lò đốt chuyên dụng, rồi được đốt với nhiệt độ tăng
dần đến trên 900oC bằng gas, dầu…. Năng lượng sinh ra trong quá trình đốt dưới
dạng nhiệt năng là từ các phản ứng oxy hố hồn tồn các hợp chất hữu cơ. Sau khi
thu hồi, nhiệt năng sẽ được chuyển hoá thành điện năng sử dụng cho các mục đích
khác. Các khí chính tạo ra trong q trình đốt rác gồm CO2, CO, tro xỉ, hơi nước,
một số khí dạng vết như THC, HCl, HF, NOX…
Tùy vào lượng oxy sử dụng trong quá trình đốt mà phân loại thành các quá
trình: đốt dư khí, khí hóa (đốt thiếu khí), nhiệt phân (hồn tồn khơng có sự hiện
diện của oxy). Phương pháp này thường được áp dụng để xử lý chất thải bệnh viện,
chất thải độc hại về mặt sinh học, CTNH từ sản xuất công nghiệp. Đây là phương
pháp phổ biến được áp dụng hiệu quả ở các nước tiên tiến như Pháp, Nhật, Mỹ,
Đức… do rác công nghiệp với nhiệt trị lớn chiếm một tỉ lệ cao trong thành phần


8

CTR đơ thị. Tuy nhiên ở Việt Nam rác có độ ẩm lớn chiếm từ 60 – 70%, nhiệt trị
trung bình thấp nên việc sử dụng phương pháp đốt rác là rất khó khăn.
2.2.2.2. Ưu khuyết điểm của phương pháp nhiệt
• Ưu điểm:
Có khả năng thiêu hủy tốt đối với nhiều loại CTR kể cả kim loại, nhựa, thủy

tinh, dầu thải… Kỹ thuật này phù hợp với những CTR trơ về mặt hóa học, khó phân
hủy sinh học. Hiệu quả xử lý cao đối với các loại chất thải hữu cơ chứa vi trùng lây
nhiễm (rác y tế).
Xử lý tốt các chất ô nhiễm, hạn chế tối đa vấn đề ô nhiễm do nước rác, tiêu
diệt triệt để các vi sinh vật gây bệnh. Thiêu hủy hoàn toàn các chất hữu cơ trong
thời gian ngắn, tránh được mùi hôi phát sinh do quá trình phân hủy các hợp chất
này.
Thu hồi năng lượng có ích từ CTR. Diện tích đất sử dụng ít hơn rất nhiều so
với các phương pháp khác, thế tích rác có thể giảm đến 75 – 95%.
Thể tích và khối lượng CTR giảm tới mức nhỏ nhất so với ban đầu, CTR được
xử lý khá triệt để và trong thời gian nhanh nhất (giảm từ 80 – 90% khối lượng phần
hữu cơ, CTR chuyển thành dạng khí trong thời gian ngắn hơn so với các phương
pháp khác).
CTR được xử lý tại chỗ, không phải vận chuyển đi xa, tránh rủi ro và giảm chi
phí vận chuyển. Tro cặn cịn lại chủ yếu là vơ cơ, trơ về mặt hóa học. So với loại bỏ
chất thải nguy hại khơng qua xử lý thì việc thải bỏ tro vào mơi trường an tồn và
hiệu quả gấp nhiều lần.
• Khuyết điểm:


9

Sinh ra khói, bụi, nhiệt và các khí độc hại như: SO2, HCl, NOX, CO2… phát
tán gây ô nhiễm môi trường. Phát thải các hóa chất nguy hiểm như Dioxin và Furan
trong q trình thiêu đốt rác có thành phần nhựa, hợp chất vòng thơm chứa clor ở
nhiệt độ thấp 300 – 400oC.
Việc kiểm sốt các vấn đề ơ nhiễm do kim loại nặng từ q trình đốt có thể
gặp khó khăn đối với rác có chứa Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As… Cần xây dựng hệ thống
xử lý khí thải. Tro sinh ra từ hệ thống này phải được xử lý theo cơng nghệ đóng rắn
hay chơn lấp an toàn.

Vốn đầu tư ban đầu cao hơn rất nhiều so với các phương pháp khác do bao
gồm chi phí đầu tư xây dựng lị, chi phí vận hành và xử lý khí thải. u cầu rác có
nhiệt trị cao và cần nhiên liệu đốt bổ sung nhằm duy trì nhiệt độ trong buồng đốt.
Việc thiết kế vận hành lò đốt phức tạp, địi hỏi kỹ thuật chun mơn và chế độ
tập huấn tốt. Lò sau thời gian hoạt động phải ngừng để bảo dưỡng làm gián đoạn
quá trình xử lý.

2.2.3.

Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp chôn lấp

2.2.3.1. Khái niệm chung
Phương pháp chơn lấp CTR có lẽ là phương pháp cổ điển nhất và phổ biến
nhất. Chôn lấp theo định nghĩa là hành động đổ chất thải vào khu đất đã được thiết
kế và chuẩn bị trước. Quá trình chôn lấp bao gồm cả công tác giám sát CTR chuyển
đến, thải bỏ, nén ép chất thải và lắp đặt các thiết bị giám sát chất lượng môi trường
xung quanh. Đây là phương pháp thải bỏ CTR kinh tế nhất và chấp nhận được về
mặt môi trường, là một khâu quan trọng trong chiến lược quản lý tổng hợp CTR
ngay cả khi đã áp dụng các biện pháp khác.


10

Bãi chôn lấp (BCL) hợp vệ sinh là một khu đất được sử dụng được thiết kế để
phương pháp bỏ rác sao cho mức độ gây độc hại đến môi trường là nhỏ nhất, đồng
thời không ảnh hưởng đến sức khỏe an toàn của con người. Tại đây rác được đổ bỏ
và trải rộng trên mặt đất, sau đó được nén và bao phủ một lớp đất dày 1,5cm ở cuối
mỗi ngày.
Khi BCL đã được sử dụng hết công suất thiết kế của nó, một lớp đất (hay vật
liệu bao phủ dạng màng địa chất) sau cùng dày khoảng 60cm được phủ lên trên, có

tác dụng tăng cường khả năng thoát nước bề mặt, ngăn chặn nước thấm và là lớp
cấp dưỡng cho cây trồng.
2.2.3.2. Ưu khuyết điểm của phương pháp chơn lấp
• Ưu điểm:
Xử lý được tất cả CTR, kể cả CTR mà các phương pháp khác không thể xử lý
hay xử lý không triệt để. BCL hợp vệ sinh có thể tiếp nhận tất cả các loại CTR
khơng cần phân loại.
Cơn trùng, vi sinh vật gây bệnh khó sinh sơi, nảy nở vì rác bị nén chặt và được
phủ kín bên trên bằng một lớp đất dày. Giảm thiểu các mùi hơi thối gây ơ nhiễm
khơng khí, ảnh hưởng đến khu dân cư lân cận. Các hiện tượng cháy ngầm hay cháy
bùng khó có thể xảy ra.
Thu hồi năng lượng từ khí gas và q trình phân hủy sinh học bên trong BCL
sau một thời gian tạo ra các chất mùn dinh dưỡng có thể phục vụ cho việc cải tạo
đất.
Chi phí đầu tư và vận hành của BCL hợp vệ sinh thấp hơn so với các phương
pháp khác. Ở những nơi có đất trống thì phương pháp xử lý CTR dạng này là kinh
tế nhất.


11

Kỹ thuật đơn giản, dễ vận hành. Linh hoạt trong q trình sử dụng (khối lượng
CTR gia tăng có thể tăng cường thêm công nhân và thiết bị cơ giới), trong khi các
phương pháp khác phải được mở rộng quy mơ cơng nghệ để tăng cơng suất.
BCL sau khi đóng cửa có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như bãi
đỗ xe, công viên, sân vận động, các cơng trình phục vụ nghỉ ngơi giải trí…
• Khuyết điểm:
Địi hỏi một diện tích đất khá lớn trong khi quỹ đất ở những thành phố lớn vốn
ngày càng rất khan hiếm và rất đắt. Thời gian để rác phân hủy hồn tồn kéo dài
khá lâu nên gây thiếu đất vì diện tích chơn rác ngày càng rộng lớn. Ảnh hưởng cảnh

quan trong khu vực.
Các lớp phủ của bãi chôn lấp thường bị xói mịn và phát tán đi xa bởi gió thổi.
Lây lan các dịch bệnh do hoạt động của ruồi nhặng và côn trùng khi rác chưa được
nén ép, che phủ.
Q trình phân hủy yếm khí thường tạo ra khí CH4 và khí H2S độc hại, có khả
năng gây cháy nổ hay gây ngạt. Địi hỏi phải chi phí rất cao để chống rị rỉ và xử lý
khí thải.
Nếu không được thiết kế xây dựng và quản lý tốt, nước rị rỉ từ bãi rác có thể
gây ơ nhiễm nghiêm trọng đất, khơng khí và nguồn nước ngầm trong khu vực. Do
đó, việc quan trắc chất lượng mơi trường BCL vẫn phải được tiến hành thường
xuyên sau khi đóng cửa.