Luận án tiến sĩ xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng sinh học kỵ khí - Trường Đại học Xây dựng HN (2021)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Nguyễn Thị Thu Hà NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Công nghệ môi trường chất thải rắn Mã số: 9520320 – 1 Hà Nội - Năm 2021 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Nguyễn Thị Thu Hà NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Công nghệ môi trường chất thải rắn Mã số: 9520320 – 1 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Hoàng Dương Tùng 2. Nguyễn Thị Kim Thái Hà Nội - Năm 2021 luan an i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí trong điều kiện Việt Nam” là công trình do tôi nghiên cứu và thực hiện. Các kết quả, số liệu của luận án hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Hà luan an ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Xây dựng nơi tôi học tập, Khoa Đào tạo Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật Môi trường của Trường đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, sự kính trọng nhất đến TS. Hoàng Dương Tùng và GS. Nguyễn Thị Kim Thái đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong thời gian tôi hoàn thành luận án. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các nhà khoa học, các chuyên gia đã có những ý kiến đóng góp cho luận án trong quá trình thực hiện.

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội nơi tôi công tác đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tiếp thêm động lực giúp tôi hoàn thành luận án này. Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Hà luan an iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

vi DANH MỤC CÁC BẢNG. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. Tổng quan chung về chất thải rắn hữu cơ. Thành phần của CTR.

Tổng quan về các công nghệ ủ sinh học kỵ khí xử lý CTR hữu cơ. Công nghệ ủ kỵ khí ướt 1 giai đoạn nạp liệu liên tục. Công nghệ ủ kỵ khí khô 1 giai đoạn nạp liệu liên tục. Công nghệ ủ kỵ khí khô 1 giai đoạn nạp liệu theo mẻ.

Công nghệ ủ kỵ khí đa giai đoạn (phổ biến là 2 giai đoạn). Tình hình áp dụng các công nghệ ủ sinh học kỵ khí CTR hữu cơ trên thế giới và ở Việt Nam. Ở các nước phát triển. Ở các nước đang phát triển.

Một số nghiên cứu có liên quan đến xử lý chất thải rắn hữu cơ bằng phương pháp sinh học. Một số nghiên cứu trên thế giới. Một số nghiên cứu tại Việt Nam. 40 Nhận xét chương 1.

44 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Ủ SINH HỌC KỴ KHÍ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ. Cơ sở lý thuyết về quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí chất thải rắn hữu cơ.46 luan an iv 2. Cơ chế của quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí. Hệ vi sinh vật phân giải kỵ khí chất thải hữu cơ [11, 13, 35, 72].

Phân bố vi sinh vật trong bể phân hủy. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí. Đặc điểm của chất thải. Ảnh hưởng của nhiệt độ.

Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity). Axit béo bay hơi (VFA). Thời gian lưu và tải lượng hữu cơ. Ammonia và các yếu tố gây độc.

Số lượng và chủng loại vi sinh vật có trong nguyên liệu ủ. Thiết lập cân bằng vật chất. Thiết lập cân bằng thành phần rắn bay hơi VS. Thiết lập cân bằng các chất dinh dưỡng.

Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí. Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí theo mô hình Monod và xác định phương trình hệ số tốc độ phân hủy. Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí xác định lượng khí sinh ra theo mô hình Gompertz cải tiến và mô hình BPK. 69 Nhận xét chương 2.

72 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Địa điểm, máy móc, các thiết bị thí nghiệm và xây dựng sơ đồ nghiên cứu của Luận án. Các mô hình thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm ủ kị khí 1 giai đoạn trong phòng thí nghiệm.

Mô hình thí nghiệm ủ kị khí 2 giai đoạn trong phòng thí nghiệm. Mô hình nghiên cứu ngoài hiện trường. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. Thực nghiệm khảo sát đặc tính CTRSH và đặc tính của mẫu trước khi đưa luan an v vào các mô hình thí nghiệm.

Quy trình thực nghiệm vận hành các mô hình trong phòng thí nghiệm. Quy trình thí nghiệm vận hành các mô hình ngoài hiện trường. Xây dựng quy trình đánh giá sản phẩm phân mùn đầu ra từ các mô hình. 96 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN.

Đánh giá thành phần chất thải rắn hữu cơ đầu vào của các đợt thí nghiệm. Đánh giá quá trình ủ kị khí trên quy mô phòng thí nghiệm. Xác định chế phẩm sinh học đợt 1. Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp đợt thí nghiệm 2.

Xác định thời gian ủ giai đoạn 1 của đợt thí nghiệm 3. Đánh giá quá trình ủ đợt 4. Đánh giá quá trình ủ kỵ khí ngoài hiện trường. Đánh giá hiệu quả của quá trình ủ kị khí ủ kị khí 1 giai đoạn và ủ 2 giai đoạn với quy mô khác nhau ngoài hiện trường vào mùa hè (đợt 5).

Đánh giá hiệu quả của quá trình ủ kị khí ủ kị khí 1 giai đoạn và ủ 2 giai đoạn với quy mô khác nhau ngoài hiện trường vào mùa đông (đợt 6). Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường. Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường đợt 5. Đánh giá chất lượng của mùn sau quá trình ủ ngoài hiện trường đợt 6.

Thiết lập cân bằng vật chất của các mô hình thí nghiệm. Thiết lập cân bằng thành phần rắn bay hơi VS. Thiết lập cân bằng thành phần các chất dinh dưỡng. Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí CTR hữu cơ của các mô hình thí nghiệm.

Xác định hệ số tốc độ phân hủy của quá trình ủ kỵ khí CTR hữu cơ. Phân tích động học của quá trình phân hủy kỵ khí theo mô hình Gompertz cải tiến và mô hình BPK.137 Danh mục các công trình đã công bố của tác giả liên quan đến Luận án .139 TÀI LIỆU THAM KHẢO.140 luan an vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AIT Asian Institute of Technology Viện Công nghệ Châu Á BNNPTNT - Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn BPK Biogas Production Kinetics Động học sản lượng khí sinh học BOD Biochemical Oxygen Nhu cầu oxy sinh hóa Demand COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học CTR - Chất thải rắn CTRĐT - Chất thải rắn đô thị CTRSH - Chất thải rắn sinh hoạt CTRSHĐT - Chất thải rắn sinh hoạt đô thị GNI Gross National Income Thu nhập quốc dân HDPE High Density PolyEthylene Vật liệu nhựa dẻo mật độ cao HRT Hydraulic retention time Thời gian lưu LCFA Long Chain Fatty Acids Axit béo mạch dài M0 - Mô hình thí nghiệm số 0 (đợt TN 3) Mô hình thí nghiệm ủ 1 giai đoạn M1 - không phối trộn vụn cá (đợt TN 3, 4) Mô hình thí nghiệm ủ 2 giai đoạn không phối trộn vụn cá (đợt thí M2 - nghiệm 3, 4, 5, 6); Mẫu bắp cải bón mùn từ mô hình M2 đợt 6 M3 - Mô hình thí nghiệm số 3 (đợt TN 3) Mô hình thí nghiệm ủ kỵ khí 1 giai M1VC - đoạn có phối trộn vụn cá - VC (đợt thí nghiệm 4) Mô hình thí nghiệm ủ kỵ khí 2 giai M2VC - đoạn có phối trộn vụn cá – VC (đợt thí nghiệm 4) Mô hình thí nghiệm ủ kỵ khí 1 giai đoạn quy mô nhỏ (đợt TN 5, 6); M1S - Mẫu bắp cải bón mùn từ mô hình M1S đợt 6 Mô hình thí nghiệm ủ kỵ khí 1 giai đoạn quy mô lớn (đợt TN 5, 6); M1B - Mẫu bắp cải bón mùn từ mô hình M1B đợt 6. luan an vii Mẫu rau bón mùn từ mô hình M1S M1S1, 2 - đợt 5 (1: cải ngọt, 2: cải ngồng) Mẫu rau bón mùn từ mô hình M1B M1B1, 2 - đợt 5 (1: cải ngọt, 2: cải ngồng) Mẫu rau bón mùn từ mô hình M2 M2.2 - đợt 5 (1: cải ngọt, 2: cải ngồng) OLR Organic Loading Rate Tải trọng hữu cơ QCVN - Quy chuẩn Việt Nam SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng TCMT - Tổng cục môi trường TKN Total Kjeldahn Nitrogen Tổng nitơ Kjeldahl TN - Thí nghiệm TNHH - Trách nhiệm hữu hạn TNMT - Tài nguyên môi trường TS Total Solid Tổng chất rắn TP Total Phosphorus Tổng phôtpho TVS Total Volatile Solid Tổng chất rắn bay hơi T0 - Thùng thí nghiệm số 0 (đợt TN 1, 2) T1 - Thùng thí nghiệm số 1 (đợt TN 1, 2) T2 - Thùng thí nghiệm số 2 (đợt TN 1, 2) T3 - Thùng thí nghiệm số 3 (đợt TN 1, 2) Upflow Anearobic Sludge UASB Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược Blanket UBND - Ủy ban nhân dân UBNDTP - Ủy ban nhân dân thành phố URENCO - Công ty môi trường đô thị VC - Vụn cá VFA Volatile Fatty Acid Axit béo bay hơi VS Volatile Solid Chất rắn bay hơi VSV - Vi sinh vật WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới luan an viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Bảng các loại CTR hữu cơ trong CTRSH [23, 26] .2: So sánh các hệ thống kỵ khí khô có trên thị trường [58].3: Bảng so sánh các hệ thống ủ kỵ khí khô và ướt [72].4: Ưu nhược điểm của công nghệ ủ kỵ khí 1 và 2 giai đoạn [23, 72] .5: Các mô hình xử lý CTR hữu cơ quy mô hộ nhỏ [59]. Sự phân bổ các loại vi sinh vật chính trong bể phân hủy khí sinh học trong điều kiện lên men chuẩn [14] .