Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
3 Tổng quan về quá trình sinh học kỵ khí

3 Tổng quan về quá trình sinh học kỵ khí

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng từ q trình đồng xử lý kỵ khí

bùn thải sinh học và rác thải sinh hoạt hữu cơ.



Trong giai đoạn axit hóa, các phân tử hữu cơ hòa tan sẽ được vi khuẩn lên men

hoặc ơxi hóa kỵ khí. Các vi khuẩn này có thể là các vi khuẩn bắt buộc hoặc tùy nghi.

Trong hệ thống kỵ khí ổn định, quá trình phân hủy chính cho sản phẩm là acetate,

carbon dioxide và hydrogen. Các hợp chất trung gian, như là các axit béo, cồn khơng

có nhiều. Hướng phân hủy này có hiệu suất tạo năng lượng cao hơn cho vi khuẩn và

sản phẩm của q trình có thể được sử dụng trực tiếp bởi các vi khuẩn metan hóa. Tuy

nhiên, khi nồng độ hydro và format cao, các vi khuẩn lên men sẽ thay đổi hướng để

tạo các chất chuyển hóa dễ bị khử hơn. Các sản phẩm từ bước axit hóa bao gồm

khoảng 51% acetat, 19% H2/CO2, và 30% các sản phẩm có tính khử, chẳng hạn như

VFA, rượu hoặc lactat. Bước axit hóa thường được coi là bước nhanh nhất trong phân

hủy kỵ khí các chất hữu cơ phức tạp.

Q trình axetat hóa:

Các chất trung gian được tạo thành trong gian đoạn axit hóa, bao gồm axit béo

chứa hơn hai nguyên tử carbon, rượu có hơn một nguyên tử cacbon và các axit béo

thơm phân nhánh. Những sản phẩm này khơng sử dụng được trực tiếp trong metan hóa

và cần tiếp tục bị oxy hóa thành acetat và H 2 trong bước axetat hóa bằng vi khuẩn khử

proton kết hợp với nguồn sử dụng hydro. Các sản phẩm từ axetat hóa trở thành các

chất nền cho các bước cuối cùng của xử lý hóa kỵ khí, được gọi là q trình metan

hóa.

Q trình sinh metan:

Các nhóm vi khuẩn kỵ khí lên men kiềm (chủ yếu là các loại vi khuẩn lên men

metan như methanosarcina và methanothrix) đã chuyển hóa axit axetic và hydro thành

CH4, CO2.



Hình 2.5 Đặc điểm của q trình sinh học kỵ khí.



22



Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng từ quá trình đồng xử lý kỵ khí

bùn thải sinh học và rác thải sinh hoạt hữu cơ.



(Nguồn [8])

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí

a) Độ pH

Độ pH là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và điều kiện làm việc ổn

định của q trình xử lý kỵ khí. Điều kiện tối ưu cho bể phản ứng kỵ khí là pH = 7,0 –

7,2, quá trình bị dừng khi pH ở mức gần 6,0. Các vi khuẩn sinh axit tạo axit hữu cơ và

là nguyên nhân làm giảm độ pH trong hệ xử lý. Trong trường hợp pH của hệ xử lý

giảm xuống dưới mức cho phép cần có biện pháp hỗ trợ để pH có thể phục hồi bằng

cách bổ sung một số hóa chất có tính kiềm cao như vôi (CaO), ammonium khan,

NaOH, NaHCO3, Na2CO3. Hầu hết các vi khuẩn tạo mêtan hoạt động trong phạm vi

pH từ 6.7 – 7.4, tối ưu là từ 7- 7.2, sự phân hủy có thể thất bại nếu pH gần ở mức 6.0.

b) Nhiệt độ

Trong các hệ xử lý kỵ khí, quá trình sinh metan được thực hiện ở nhiệt độ

thường, nhiệt độ ấm (30 – 37 0C, tối ưu ở 350C) hay nhiệt độ cao (50 – 55 0C, tối ưu ở

550C), tùy thuộc vào loại công nghệ áp dụng.

Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ ảnh hưởng đến q trình sinh khí. Vi khuẩn sinh

khí metan rất nhạy cảm với nhiệt độ, biên độ nhiệt độ thay đổi cho phép là 10 oC trong

mỗi ngày. Nhiệt độ dưới 10oC làm vi khuẩn hoạt động kém và gas sẽ khơng được sinh

ra hoặc rất ít. Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình từ 18 – 32 oC là thuận lợi cho hoạt động

của vi sinh, sinh khí metan.

c) Ẩm độ

Ẩm độ đạt 91,5 – 96% thì thích hợp cho vi khuẩn sinh methane phát triển, ẩm độ

lớn hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ có giảm, sản lượng khí sinh ra thấp.

d) Thành phần dinh dưỡng (Hàm lượng chất khơ):

Để đảm bảo q trình sinh khí bình thường và liên tục phải cung cấp đầy đủ

nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. Thành phần chủ yếu của

nguyên liệu phải cấp là C và N; với cacbon ở dạng là cacbohydrate, còn nitơ ở dạng

nitrate, protein, amoniac. Ngoài việc cung cấp đầy đủ nguyên liệu C và N cần phải

đảm bảo tỉ lệ tương ứng C/N. Tỉ lệ thích hợp sẽ đảm bảo cân đối dinh dưỡng cho hoạt

động sống của vi sinh vật kỵ khí, trong đó C sẽ tạo năng lượng còn N sẽ tạo cơ cấu của

tế bào. Nhiều thí nghiệm cho thấy với tỉ lệ C/N = 25/1 – 30/1 thì sự phân hủy kỵ khí

xảy ra tốt.



23



Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng từ quá trình đồng xử lý kỵ khí

bùn thải sinh học và rác thải sinh hoạt hữu cơ.



2.3.3 Lợi ích của cơng nghệ biogas

a) Tạo ra nguồn năng lượng

Quá trình tạo ra nguồn năng lượng khí biogas từ hoạt động phân hủy yếm khí của

các chất thải hữu cơ là lợi ích cao nhất của công nghệ biogas. Thực tiễn sản xuất

biogas trong khu vực nơng thơn có một số thuận lợi như bù đắp nhiên liệu, than , dầu,

gỗ và các vấn đề liên quan đến việc quản lý và hệ thống mạng lưới phân phối năng

lượng. Lượng chất thải hữu cơ cần thiết cho quá trình sản xuất biogas thì dồi dào.

Giảm nhu cầu sử dụng gỗ trong rừng và những nổ lực trồng cây rừng trong tương lai.

b) Ổn định chất thải

Các phản ứng sinh học xuất hiện trong q trình phân hủy yếm khí sẽ làm giảm

nồng độ của các chất hữu cơ từ 30 - 60% và ổn định bùn có thể dùng để làm phân bón

và cải tạo đất.

c) Cung cấp chất dinh dưỡng

Các chất dinh dưỡng (N, P, K) hiện diện trong chất thải thường tồn tại dưới dạng

phức chất và rất khó hấp phụ bởi cây trồng. Sau khi phân hủy ít nhất 50%, N hiện diện

dưới dạng ammonia hòa tan, có thể thực hiện hóa trình nitrate hóa tạo thành NO 3-. Vì

vậy q trình phân hủy sẽ tăng đơ hữu dụng của N trong các chất hữu cơ từ 30 - 60%.

Hàm lượng P, K khơng thay đổi trong q trình phân hủy. Q trình phân hủy khơng

phân hủy hay dịch chuyển bất cứ thành phần nào trong các dạng dinh dưỡng của chất

thải đô thị và trong các trại và làm cho nó hữu dụng thích hợp cho việc hấp thụ của cây

trồng. Bùn lắng từ quá trình phân hủy được xem như là chất làm ổn định và cải tạo đặc

tính vật lý đất.

d) Ức chế hoạt tính của mầm bệnh

Trong thời gian ủ phân yếm khí chất thải được phân hủy trong thời gian khoảng

15 - 50 ngày, nhiệt độ 35oC. Những điều kiện này thích hợp cho việc ức chế một số

mầm bệnh như là vi khuẩn, virus, động vật nguyên sinh, trứng giun sán.

Kỹ thuật biogas có một vài trở ngại. Khi so sánh với các giải pháp lựa chọn khác

như là ủ phân compost thì các yếu tố như là ổn định chất thải và ức chế mầm bệnh thì

phương pháp ủ phân compost tốt hơn nhiều. Một giới hạn khác bao gồm chi phí cao,

sản phẩm biogas biến đổi theo mùa, cũng như các vấn đề như là vận hành và bảo trì.

Bởi vì việc ức chế mầm bệnh trong phân hủy yếm khí khơng hồn chỉnh và bùn

hình thành từ q trình phân hủy tồn tại dưới dạng dung dịch, do đó cần lưu ý khi lưu

trữ và sử dụng lại bùn từ quá trình phân hủy. Có lẻ đây là lý do làm cho việc sử dụng

bùn từ các hầm tự hoại bị hạn chế.



24



Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng từ q trình đồng xử lý kỵ khí

bùn thải sinh học và rác thải sinh hoạt hữu cơ.



2.4 Quá trình đồng xử lý kỵ khí

Q trình đồng xử lý kỵ khí là q trình phân hủy bùn thải sinh học kết hợp với

nguyên liệu hữu cơ khác nhằm tăng hiệu quả sinh khí biogas. Vì các hợp chất cần thiết

để sản xuất khí methane được tăng lên đáng kể; tăng tải trọng các chất hữu cơ phân

hủy; hàm lượng nước trong nguyên liệu thấp hơn và hỗn hợp các chất giàu năng lượng

như protein, carbohydrate và chất béo được tăng cao.



25



Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng từ q trình đồng xử lý kỵ khí

bùn thải sinh học và rác thải sinh hoạt hữu cơ.



CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu nghiên cứu

 Bùn thải sinh học:

Mẫu bùn thải được thu nhận tại nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng, TP. Hồ Chí

Minh (Ấp 5 – Xã Bình Hưng – Huyện Bình Chánh). Nhà máy xử lý nước thải Bình

Hưng: nước thải sinh hoạt ở địa bàn các quận 1, một phần quận 3, 5, 10, 11 nằm trong

lưu vực kênh Tàu Hủ - Bến Nghé - kênh Đôi - kênh Tẻ sẽ được thu gom qua một hệ

thống cống thu nước thải riêng, hoàn toàn tách biệt với hệ thống thoát nước mưa hiện

nay. Nước thải sẽ được thu gom qua tuyến cống bao dài gần 6.600 m chạy dọc theo

đường Tôn Đức Thắng - Hàm Nghi - Trần Hưng Đạo - Trần Tuấn Khải và đi ngầm

xuống kênh Tàu Hủ qua khu Đồng Diều, quận 8 về trạm bơm Đồng Diều. Từ đây,

nước thải được bơm về nhà máy để xử lý.

Nước thải



Bể lắng sơ cấp



Bể cơ đặc

trọng lực



Bể sục khí



Máy cơ đặc ly

tâm



Bể bùn hỗn

hợp (4% bùn)



Bể lắng thứ cấp



Bể bùn dư

(1% bùn)



Máy tách nước

ly tâm



Bánh bùn(Vị trí

lấy mẫu bùn

thải)



Hình 3.6 Sơ đồ vị trí lấy mẫu bùn tại nhà máy Bình Hưng.



26



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

3 Tổng quan về quá trình sinh học kỵ khí

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×